JPH06509264A - 負荷変調ペーシングレート減速 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 負荷変調ベーシングレート減速 発明の技術分野 この発明は、皮下埋設可能な医療用装置に関し、そして特に患者の新陳代謝のデ マンドに反応し、心臓の正常の挙動へ実質的に類似させてベーシングレートの減 速レートを可変するペースメーカーに関する。

発明の背景 初期の心臓ペースメーカーは、感知された心房及び／または心室減極によるデマ ンドでリセットできる固定的レート刺激パルス発生器を備えていた。現代のペー スメーカーは、複雑な刺激パルス発生器とセンスアンプとリードを含み、単腔モ ード或いは２腔モードで作動するように形成されかつプログラムでき、心房及び ／又は心室にベーシング刺激を固定的レート或いは上限レート限界と下限レート の間で可変するレートで供給する。

近年、単腔或いは２腔ペースメーカーともに、患者の物質代謝のデマンド（即ち 酸化された血液のためのデマンド）に直接或いは間接に関連するパラメーターを 測定し、そのパラメーターに応じてベーシングレートを可変するように改良され ている。そのような測定パラメーターには、例えば、患者の体動、右心室血液温 度、静脈血酸素飽和度、呼吸、分通気、そして心臓の右心室内のインピーダンス センサか圧力センサによって測定する種々の前収縮期間隔と後収縮期間隔が含ま れる。そのようなセンサ駆動されたペースメーカーは、激しい活動に応じて適切 にレートを増大させることができない患者の運動におけるレート応答を回復させ るために開発された。

一般にレート応答型ペースメーカーは、最大のセンサ出力レベルと最小のセンサ 出力レベルの間で可変する出力（［センサ出力」）を生じさせるセンサを含む。

ペースメーカーは、選択可能な下限ベーシングレート（「下限レート限界」）と 上限ベーシングレート（［上限レート限界」）の間でセンサ出力の線形成いは単 調関数（ｒｆＪ）として可変するベーシングレート（「ベーシングレート」）で ベーシング刺激を供給する。関数ｆは、選択可能な傾きを有する。ｆの傾きは、 センサ出力変化に対するベーシングレートの変化率に対応する。つまりｆの傾き は、センサ出力の増分の変化の結果として生じるベーシングレートにおける増加 或いは減少の変化量を反映する。ｆの傾きは、下限および上限レート極限値とと もに外部のプログラマによって調整可能である。従って一般的には供給されるベ ーシングレートは、プログラムされた下限レート限界に測定されたセンサ出力の 関数である増分を加えたものに等しい。即ち、ベーシングレート＝下限レート＋ ｆ（センサ出力）である。

このレート応答技術はプログラムされたパラメーター間における有用かつ実行可 能なシステムを供給するが、ペースメーカーの挙動が複雑で、そしてしばしば容 易には理解できないものであった。圧電変換器によって患者の体動を測定するペ ースメーカーが、レート応答型ペースメーカーとして一般的になった。圧電変換 器を採用しているそのようなレート応答型ペースメーカーがＡｎｄｅｒｓｏｎ氏 等の米国特許第４，４８５，８１３号で開示されている。この米国特許は、本発 明の譲受人に譲渡されており、その内容は本明細書に引用する。

いくらかの温度−感知ベースメーカーは、運動の開始に起因する温度での初期デ ィップを考慮するために、比較的複雑な関数を採用していた。そのようなペース メーカーは、Ａｌｔ氏等の米国特許第４，７１９，９２０号で述べられている。

さらに、従来の体動ベースのレート応答型ペースメーカーの減速傾向は、心臓の 正常の挙動に接近せず、単一の時定数に基づく曲線に追従するようにプログラム されている。累算された物質代謝の負荷に起因する生理学的な応力の終了時点に おける正常の心臓減速作用と従来のペースメーカー減速作用の間での不一致は、 現在市場で利用できるいがなるペースメーカーによっても矯正されてぃなかった 。

従って、本発明者は、開始及び／または減速ベーシングレートを心臓の正常の挙 動と調和させて可変するレート応答型タイプの心臓のペースメーカーを供給する ことが望ましいと考えた。

米国特許出願筒０７１５６７．２０４号（出願臼１９９０年８月１４日、出願人 Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等、発明の名称ｒＲａｔｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｉｖｅ　Ｐａｃｅ ｍａｋｅｒ　ａｎｄ　Ｐａｃｉｎｇ　ＭｅｔｈｏｄＪ）には、増加した体動期間 後に変更されたベーシングレート減速曲線を有するレート応答型ペースメーカー が開示されている。Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許出願の方法は、到達レートのよう な予め定められた一組の到達基準や到達所要時間或いは時間間隔を選択するステ ップを含む。初めに到達レートは、上限ベーシングレートと第１のベーシングレ ート切換え閾値の間で選択される。このベーシング方法ではそれから、到達判定 基準に一致したかどうかを決定する。もし到達基準と一致すれば、その後ベーシ ングレートが第１のベーシングレート切り換え閾値を下まわるときに、ベーシン グレート減速曲線の減速時定数が、第１の値から第２の値に変化する。

なおりｅｎｎｅｔｔ氏等の特許によれば、第１のベーシングレート切換え閾値よ り低い第２ベーシングレート切換え閾値が選択される。そしてもし到達基準と一 致すれば、その後ベーシングレートが第２のベーシングレート切り換え閾値を下 まわるときに、ベーシングレート減速時定数が、第２の値から第３の値に変化す る。ベーシングレート減速時定数のこの第３の値は、第１の値に等しいかもしれ ない。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許によれば、もし最初に到達基準が満足されていなけれ ば、減速レート時定数は、上述の態様では変更されない。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許のペースメーカーは、新規な体動ベーシングレートを 周期的に算出し、そして体動センサ出力に基づいて新規な体動目標レートを算出 する。到達レートは、下式のように算出される。

到達レート＝下限レート＋Ａ（上限レート−下限レート）ここでｒＡＪは％値で ある。従ってもしプログラムされた上限と下限のレート設定値がベーシング値と して取り得る可能な範囲を定義するのであげ、到達レートはその範囲のある割合 として定義される。同様に第１のベーシングレート切換え閾値も下式のように演 算される。

第１ベーシングレート切換え閾値 ＝下限レート＋Ｕ（上ｌＩＲレートー下限レート）ここで「Ｕ」は％値である。

第２のベーシングレート切換え閾値は下式のように定義される。

第２のベーシングレート切換え閾値＝下限レート＋下限レートの１０％Ｂｅｎｎ ｅｔｔ氏等の特許は本明細書にその全体を引用する。ベーシング技術についての 当業者には明らかなように、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許によって開示された変更 ベーシングレート減速曲線は、プログラムされた減速レート時定数によって定義 される第１と第３の減速位相と、これら二つの位相の間に介在する第２減速位相 を含む。第２減速位相においては、プログラムされた減速レート時定数が一時的 に変更された時定数と置換される。第１と第２の減速位相の間の、そして第２と 第３の減速位相の間の境界点は、ベーシングレートに関して定義される。第２の 位相への第１の位相からの移行が、ベーシングレートが第１のベーシングレート 切換え閾値に降下するポイントで生じる。そして第３の位相への第２の位相から の移行が、ベーシングレートが第２ベーシングレート切換え閾値に降下するポイ ントで生じる。また第１と第２ベーシングレート切換え閾値はプログラマブルな 値であり得るが、減速レートはこれらのプログラムされた値においてのみ変化す る。さらにプログラムされカリ変更された時定数が、プログラマブルな値である 一方で、もし減速パラメーターが再度プログラムされたものでなければ、ベーシ ングレート減速はこれらのプログラムされた値の１つあるいはその他で生じる。

従ってＢｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーは、最新のベーシングレートによっ て決定される間隔の間に到達判定基準に到達するものと仮定すると、ベーシング レート減速時定数を変えることによって減速曲線を変更しているものとして概ね その特性が決定され得る。

比較すると、本発明の一実施例に係るペースメーカーは、最新のベーシングレー トによってではなく最近に患者によって掛けられた負荷の量によって決定される 間隔の間に到達判定基準に到達するものと仮定すると、ベーシングレート減速時 定数を変えることによって減速曲線を変更しているものとして概ねその特性が決 定され得る。

本願発明者はこの点が、減速時定数を厳密には最新のベーシングレートにより変 更するのではなく患者の最近の活動レベルによって変更するペースメーカーを供 給するために有利である、と考えている。このペースメーカーは、より効果的に 健康な心臓の減速挙動を倣う。

発明の開示 それゆえに本発明は、検出された患者の体動における減少に応じたベーシングレ ートの減速が、患者によって掛けられた最近の負荷の測定基準により制御される レート応答型ペースメーカーを提供する。

特に本発明に従うペースメーカーは、レート応答型目標レートの周期的の演算値 と関連して周期的に再演算された数値「負荷」値を保持する。検出された患者の 体動が、レート応答型目標レートがベーシングレートを越えるようなものである とき、ベーシングレートは加速状態にあり、負荷値は、周期的に目標レートとベ ーシングレートの間の差に比例して可変する増分の量に応じて増大される。その とき負荷値の上限が課されるかもしれない。

患者の体動が減少するか途絶えるとき、レート応答型目標レートも減少する。

目標レートが最新のベーシングレートに満たないとき、ベーシングレートは減速 状態にある。この場合負荷値は、負荷減速値として言及された増分の量によって 周期的かつ差分的に減少させられる。例えば好ましい実施例では、目標レートと 負荷値の再演算が２秒毎に周期的に生じる。

ベーシングレートの減速は、いくつかの別の位相で生じる。減速ペーシングレー Ｉ・が、プログラムされた上限レート限界を下回る予め選ばれた切換えレートを 越える場合、第１の初期減速位相が生じ、ベーシング減速レートが第１のより短 い時定数によって決定される。ベーシングレートが切換えレートに達するまで、 初期減速位相は続く。減速ベーシングレートが切換えレート以下のとき、中間の 負荷変調された減速位相が生じ、ベーシング減速レートは第２のより長い時定数 によって決定される。負荷変調された減速位相の持続期間が、その位相の間の負 荷値によって決定される。以下で定義したように、目標レートは負荷変調された 減速位相の間のベーシングレートより少ない。従ってこの位相の間に負荷値はそ れ自身低下している。負荷値がゼロに低下したとき、負荷変調された減速位相の 終端が生じる。

負荷変調された減速位相の後に最終の潜在的減速位相は、プログラムされた下限 レート限界までベーシングレートを下げる。潜在的減速位相の間にベーシングレ ート減速は、負荷変調された位相の間により短い時定数によって決定される。

潜在的減速位相時定数は、初期減速位相のための時定数と同一かもしれないし、 同一でないかもしれない。

本発明の好ましい実施例では、ある到達判定基準に到達した後だけ、負荷変調さ れた減速位相が生じる。到達判定基準は、到達所要時間の範囲と到達時間の範囲 に関して表現される。目標レートが到達基準を満足させる十分な時間のための予 め定められた静止レートより大きかったときだけ負荷変調されたベーシングレー ト減速が生じる。ひとたびベーシングレートがプログラムされた下限レートに減 速すると、負荷変調されたベーシングレート減速が生じる前に、到達基準が再び 満足されなければならない。

図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る実施例による患者の体内へのペースメーカーの配置を示す 図である。

図２は、患者の体動の休止の後における先行技術のペースメーカーのベーシング レート応答を正常の心臓の反応と比較して示しているベーシングレート対時間の グラフである。

図３は、患者の体動のいくつかの発現への先行技術のペースメーカーのベーシン グレート応答を示すベーシングレート対時間のグラフである。

図４は、変更されたベーシング減速作用を伴う先行技術のレート応答ペースメー カーの作用を示しているフローチャートである。

図５は、本発明の実施例に係るペースメーカーのブロック図である。

図６は、目標レートと図５のペースメーカーのための到達判定基準を満足させる 時間の結合を図示しているグラフである。

図７は、ベーシングレート対時間と図５のペースメーカーの患者の体動へのベー シングレート応答を示している目標レート対時間のグラフである。

図８は、図５のペースメーカーの作用を示しているフローチャートである。

図９は、図５のペースメーカーの患者の体動へのいくつかの異なるベーシングレ ート応答を示しているベーシングレート対時間のグラフである。

図１０は、図５のペースメーカーの患者の体動へのいくつかの異なるベーシング レート応答を示しているベーシングレート対時間のグラフである。

実施例の詳細な説明 図１には、本発明の一実施例に係るペースメーカー１０が示される。図１で示さ れるように、ペースメーカーｌＯは患者１１に皮下埋設されている０本発明の好 ましい実施例は少なくとも１つの体動センサ１２を含む０体動センサ１２は例え ばペースメーカー１０の本体かハウジング１４に配置されている圧電素子である 。ペースメーカー１０は、例えば心臓１６内でを皮下埋設したか、ペースメーカ ーリード１８の遠位端に配置した圧力センサ等のような他のセンサを含むかもし れない、圧電変換器により患者の体動を測定するペースメーカーは、Ａｎｄｅｒ ｓｏｎ氏等の上記米国特許第４，４８５，８１３号に開示されている。本発明は 単一センサあるいは二重センサペースメーカーに限定されず、モして体動のほか の他のセンサと圧力センサが本発明を実施するために使用できる０本発明は、単 重ペースメーカーにも限定的されない０本発明は複数腔（例えば二重）ペースメ ーカーにも採用できる０本発明は体動ベース応答型ペースメーカーのベーシング レートの減速曲線に関して開示されているが、本発明ではベーシングレートの開 始曲線を変更するために実行でき、また圧力及び／または他のタイプのセンサを 使用するペースメーカーでも採用できる。

本発明を説明するにあたり、まずＢｅｎｎｅｔｔ氏等の特許に開示されている従 来のペースメーカーを説明する。

図２において従来の体動−感知レート応答ペースメーカーのための代表的ベーシ ングレート曲線が、正常の心拍レート減速曲線と比較して示されている。図２で 縦軸は、ベーシングレートを毎分のパルス数（ＰＰＭ）で表わし、そして水平軸 は時間を表わす。

図２で、初めに患者は休息しており、したがってどんな体動も感知されない。

この休息の期間の間に、線２０によって表示されるように、ペースメーカー１０ は、そのプログラムされた基本レート或いは下限レート（ＬＲ）でベーシングパ ルスを供給する。

患者が運動を始め、体動センサ１２が体動を検出し始めると、ベーシングレート は、変曲点２２から増加し始める。開始或いは加速曲線２４は、ペースメーカー が検出された体動レベルの増大に反応していることを示す、開始曲線２４が安定 期２６に達すると、ベーシングレートは、体動決定レート或いは運動もしくは身 体の体動の上限レートで安定化する。変曲点２８は、患者の体動レベルにおける 休止か減少時間に対応する。ベーシングレートは、点２８で減速を開始する。

２つの減速曲線３０．３２は変曲点２８から下り、検出された患者の体動レベル が減少していることを示す。途中に高まった体動がないので、曲線３０．３２は 予め定められたより低いベーシングレートに近づく傾向がある。

減速曲線３０は、Ａｍｕｎｄｓｏｎ氏の米国特許第４，７２２，３４２号で示さ れるような従来のペースメーカーでの減速曲線を表わす。他方、医学博士Ｍｙｒ ｖｉｎ　Ｈ，Ｅｌｌｅｓｔａｄ氏によるｒＳｔｒｅｓｓ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｐｒ １ｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ＰｒａｃｔｉｃｅＪと題された教科書の４８９−４ ９２ページに示されるように、減速曲線３２は心臓の正常の減速レートを表わす 。

減速曲線３０．３２が完全に一致しないことがわかる。従来のペースメーカーに おけるベーシングは、代表的な人体の反応（即ち曲線３６）に関して高められた レート（即ち曲線３０）において行なわれ、そしてその後、それが代表的な人間 の反応３８よりもすぐに休止或いは下限レートに戻る。従来のペースメーカーの 中のこの高められたベーシングレートが、体動の終わりにおそらく望ましくない 副作用を引き起こす心拍数の「乱調」か速すぎる動悸感覚を引き起こすかもしれ ない。その上従来のペースメーカーは、体動の終了の後数分間に渡ってあまりに ゆっくりベーシングするかもしれない。

図２の中の曲線３２が、異なる減速時間定数を有する２つの減速部分、初期部分 ３６と潜在的部分３８を含む。後述のように、転換点３４の選択と初期及び潜在 的減速部分３６．３８の時定数はＢｅｎｎｅｔｔ氏等の発明の重要な被験者であ る。

用語の定義 本明細書で使用する用語を以下のように定義する。

到達基準： ベーシングレートのための到達閾値をセットする臨床家によって供給される値で ある。この閾値は、レート成分（到達レート）と時間成分（到達所要時間）を含 む。到達レートは、プログラムされた下限レート（ＬＲ）とプログラムされた上 限レート（ＵＲ）と差のプログラム可能な割合である。到達所要時間は、レート 応答型指標ベーシングレートが到達レートを越えなければならない最小の時間間 隔である。Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許では、到達レートは、ＩＰＰＭ間隔で７０ ＰＰＭから１７５ＰＰＭの範囲で絶対のベーシングレートとして臨床家によって 指定される。そして到達所要時間は、４秒で固定される。ｎｅｎｎｅｔｔ氏等の 特許の他の実施例では、判定基準をプログラムされた上限レートの割合であるこ とを許している。しかしながら本発明の実施例では、到達判定基準は標準化され た形態で示されるので、ベーシングレートと到達所要時間の種々の結合が、到達 基準を満足させる。さらに到達基準の標準化された表示が、プログラムされたＵ ＲとＬＲ値のいかなる許される結合のためにも減速反応が実現するのを許す。

この標準化は図６で詳細に説明する。

体動カウント： 体動カウントは、予め定められた時間に渡る体動センサ出力の基準である。本発 明の実施例では、センサ出力の振幅が予め定められた体動閾値を越える２秒間の 各事象がカウントされ、そして保持される６体動カウントは、２秒毎に更新され る。そして２つの２秒周期の終わり（すなわち４秒後）に累算されたカウント値 を含む総計値が、体動のためのセンサ目標ベーシングレートの演算で使用される 。ピエゾ電気による信号と２秒間の体動カウント保持を採用しているペースメー カーは、５ｉｖｕｌａ氏等への米国特許第５，０５２，３８８号（発明の名称： Ｍｅｔｈｏｄａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ 　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　Ｓｅｎｓｉｎｇｉｎ　ａ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏ ｒ）で開示されている。この特許は本明細書に引用する。

体動レート応答ゲイン： この設定は、体動センサ出力に対応する体動カウント値に体動ベースの目標レー トと関連している機能の傾斜に対応する。体動レート応答ゲインの設定（以下で は体動センサゲインと言うこともある。）は個々のレート応答的５ｌｉｔ　（Ｒ Ｒ）に対応する。レート応答に関しては、体動レート応答のための許容されたプ ロブラマブル値は、設定間隔１においてｌからｌＯの範囲で変動する。

体動応答タイム加速定数； この値は、体動ベースセンサベーシングレートが増加できるレートを限定する６ 体動「開始」曲線は、ベーシングレートが穏やかでかつ生理学的に適切に変動す ることを可能にする。本発明の実施例では、これらの時間値は、第１の定常状態 体動駆動ベーシング期間（即ち、少なくとも６秒間の一定体動信号）と体動の中 のステップ増加が生じるときの第２のより短い定常状態体動駆動ベーシング期間 の間の差の９０％に達するのに要求される時間を表わす。レート応答に関しては 、体動応答タイム加速定数のための許容されたプロブラマブル値は、０．５分、 １．２分、０．２５分である。

体動応答タイム減速定数− この値は、体動ベースのセンサベーシングレートが減少可能なレートを限定する 。体動「減速」曲線は、ベーシングレートが穏やかでかつ生理学的に適切に変動 することを可能にする。本発明の現在開示された実施例では、体動応答タイム減 速定数は、第１の定常状態体動駆動ベーシング期間（すなわち、少なくとも６秒 間の一定体動信号）と体動の中のステップ減少が生じるときの第２のより長い定 常状態体動駆動ベーシング期間の間の差の９０％に達するのに要求される時間を 表わす。レート応答に関しては、体動応答タイム減速定数のための許容されたプ ロプラマブル値は、２．５分、５分、１０分である。

体動閾値： これはレート決定アルゴリズムへの入力となるために、体動センサ出力の振幅が 越えなければならない最小値である。閾値が高くなるにつれて、振幅が体動カウ ントにおいてカウントされる事象まで大きくなることが必要である。レート応答 に関しては１体動閾値に許容されるプロブラマプル値は低、中低、中、中高、高 である。

下限レート　（ＬＲ）： これはベーシングレートの下限を確立する臨床家によって提供される値である。

センサが使用禁止であるか、もしそのセンサ出力がレートを増大する体動カウン トを配録するのに十分高しルベルではなければ、ペースメーカーはプログラムさ れた下限レートで刺激パルスを供給する。下限レートのための許容されたブロブ ラマブルなパラメーター値は、５ＰＰＭインターバルで３３０−１８０ＰＰに定 められる。

上限レート　（ＬＩＲ）： 上限レートは、レート応答モードで最大の刺激レートを制限する臨床家によって 提供される値である。従ってセンサ駆動されたベーシングレートは、血行力学的 に過度にならない。仮にＵＲが常にプログラムされたＬＲ以上でなければならな いならば、上限レートのための許容されたプロブラマブル値は５ＰＰＭ間隔にお いて３０ＰＰＭから１８０ＰＰＭに定められる。

ベーシングレート： この値は、その各目標レート及び各加速と減速作用に基づく寄与に基づいて体動 センサと関連してペースメーカー１０で算出される。つまり、もし加速と減速作 用によって課される制限の為にベーシングレートが目標レートに対してすぐに増 加或いは減少しなければ、いつでも実際のベーシングレートは体動ベース目標レ ートと異なることになる。

目標レート： プログラムされた設定とそれぞれのセンサ出力の上に基づいて、目標レートは、 体動センサと関連したペースメーカー１０で算出される。

今Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーの作用を簡潔に図３で説明する。図３は 、典型的体動開始と減速的ｕＩ４０をＢｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーの説 明のために図示する。図３の縦軸が、ＰＰＭでベーシングレートを示す。そして 横軸は、秒で時間を示す。５つの閾値レベルが、水平線４２．４４．４６．４８ ．５０で示されている。特に、線４２がプログラムされたＵＲ１線４４が到達レ ート、ＩＩ！４６が上限転換レート、線４８が下限転換レート、そして線５０が プログラムされたＬＲを示す。

上述のように、プログラムされたＵＲ４２は、体動が予め定められたレベルに達 するか越えるかしたときに最大の刺激レートを制限するもので医師によって提供 される情である。ペースメーカー１０は、ＵＲ４２を超えるベーシングを許容し ないｅ　Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーでは、到達レート４４は、医師に よってセットでき、ＵＲ４２とＬＲ５０の間の差の予め定められた割合を示す値 である。つまり、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーでは、到達レートが下記 のように定められる。

到達レート応答モ−ド＋（上限レート−下限レート）ここでｒＡ４は好ましくは ５０％−１００％である。到達レート４４は、患者によって変化する。しかしな がらＢｅｎｎｅｔｔ氏等の特許で開示された典型的到達レートは１２５ＰＰＭで ある。

上限転換レート４６は医師によって選択できる値であって、そして同様にプログ ラムされたＬＲとｔＪＲの間の差の予め定められた割合を示す。特に、上限転換 レート４６は以下のように定義される。

上限転換レート応答モ−ド＋Ｕ（上限レート−下限レート）ここで「ＵＪは％値 である。上限転換レートは、患者によって異なる。しかしながらＢｅｎｎｅｔｔ 氏等の特許で開示された望ましい範囲は２０％−５０％である。上限転換レート は、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置の作用において、体動曲線４０と上限転換レート を示す＄ｓ４６の交点として図３で示される上限転換点５２の位置を決めるとい う重要な役割を果たす。上限転換点５２は、図２の転換点３４に対応する。

下限転換レートは、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置の作用において、体動曲線４゜と 下限転換レートを示すＩ！４８の交点として図３で示される下限転換点５４の位 置を決めるという重要な役割を果たす。

プログラムされた下限レート５０は、医師によって提供される値であり、体動が ある予め定められたＬＲレベル以下に減少するときに最小の刺激レベルを制限す る。ペースメーカー１０は、下限レート５０以下でのベーシングが許容されない 。Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等では図示のために下限レート５０は７０ＰＰＭに選択しで ある。上限レート４２、到達レート４４、上限転換レート４６、下限転換レート ４８そして下限レート５０は個別に選択できるが、プログラミングプロシージュ アを簡単にするために、これらの値を基準デフォルト値にもセットできる。

図３で示されるようにＢｅｎｎｅｔｔ氏等ぺの一スメーカーの動作は、患者が休 止している状態で始まり、ペースメーカーはプログラムされた下限レートでベー シングする。患者が運動によってストレスを感じるとき、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の ペースメーカーは開始曲４１５Ｂによって示されるように、最大ベーシングレー トかストレスがある間ベーシングレートが安定化する安定期６０に達するまでベ ーシングレートを増大させる反応をする。検出された体動レベルに基いて、ベー シングレート６０が上限レート４２によって限定されたり、されなかったりする 。

もし患者が高まった運動レベルを保持し、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカー が予め定められた時間（Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等は４秒とすることを開示している。

）に渡り到達レート４４以上でベーシングしたならば、変更された減速機能が自 動的にトリガされる。変更された減速機能がトリガされた後、ベーシングレート が減少するとき、上限及び下限の転換点５２．５４等で変曲する減速曲線６２に よって減少させられ、ベーシングレートがまず上限転換レート４６へ降下し、次 いで下限転換レート４８へと降下するｅ　Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許では、４秒 の到達所要時間値が人為的に偽トリガリングを最小にする。

図３をさらに説明すると、体動閾値の減少により、プログラムされた体動反応減 速時定数、例えば２．５分の減少を伴ってＢｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカー はそのベーシングレートを減少させ始める。しかしながらひとたびベーシングレ ートが上限転換レート閾値４６に達すると、ベーシングレートが減少させられた レートを遅くするために減速時定数が増大し、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメー カーを各患者の心臓血管のニーズに最適化させる。

変更された減速曲線５６は概ね、図２の潜在的減速部分３８に対応する。もし下 限転換レート４８に達するより前に患者の突然の高まったストレス或いは運動レ ベルが再開するのであれば、その後変曲点６４によって示されるように、ベーシ ングレートは、開始曲線６６によって示されるように対応して増加する。この段 階では、変更された減速的！３３０が、下限転換レート４８に達していないので 、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーの変更された減速機能がまだ使用可能で ターンオフされていなかったことに留意しなければならない。変更された減速機 能が使用禁止（ターンオフ）とされるのは、ベーシングレートが曲線６８に沿っ て下限転換レート４８を下回った後だけであり、到達判定基準が再び一致するま で、変更された減速機能は再び使用可能にならない。

従って、ベーシングレート減速曲線７０が上限転換レート４６に達するので、対 応する転換点７２は減速時定数の変更を引き起こす。この様に、ベーシングレー トが減速曲線３３７に沿って４５秒の時定数で減速することを許され、そして上 限転換点７２に達すると、ベーシングレートは、変更された減速曲線７４を追従 する。

変更された減速曲線５６．７４の減速時定数はほぼ同一である。そしてＢｅｎｎ ｅｔｔ氏等の特許では、それらの時定数は９０−１８０−秒の範囲から選択でき る。当業者にとっては明らかなように、ペースメーカーの所望の挙動に基いて、 減速曲線５６．７４は異なる時定数を持つことができる。

図３では開始的＄３１６６が到達レート閾値４４を越えているので、減速曲線７ ４の時定数を減速曲線６２の減速時定数及び変更された減速時定数曲線５６の中 間の値（即ち４５秒）にセットすることが望ましい。同様に、曲線７ｏの減速時 定数を、曲線６２の従来の４５秒の減速時定数と異なように選ぶことができる。

曲線７４が下限転換レート４８に達するので、従来の４５秒時定数と同様に、そ の減速時定数は曲線６８のより速い時定数に変わる。異なる時定数を選択できる 。

下限転換点５４に達すると変更された減速到達基準に一致し、患者の運動とスト レスレベルが、所定の時間に渡ってベーシングレートが到達レート４４以上とな るようにしない限り、ベーシングレートは基準の４５秒時定数で低下できる。

この機能は、到達レート４４に達せずに降下する開始曲線７６によって示される 。たとえベーシングレートが上限転換レート４６及び下限転換レート４８を下回 っても、減速臼ｕ！７８は追従される。そのような状況の下で増大された突然の ストレスから回復する補助的時間を患者が必要としないと推定されるので、それ 故に図示のように、曲、＄１１７８は単一の中断されない時定数で低下するのを 許される。それゆえにいかなる変曲も交点８０．８２では生じない。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許では、交点８０．８２は、転換点５４と同様の上限及 び下限転換点７２になることができる。代わりに、曲１７８は減速曲線６２のそ れと異なる時定数で低下することができる。Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の特許では、全 体的減速曲線のより漸進的な変曲を発生させないために、補助的上限及び下限転 換レベルを上限転換レート４６と下限転換レート４８の間だけでなく、到達レー ト４４と上限転換レート４６の間で定めることができることに留意する必要があ る。

図４では、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーの作用をフローチャートｌＯＯ により詳細に説明する。ソフトウェアプログラム及び／又はハードウェアは１１ ０でスタートして、そして、１１２で以下の方程式による新規なレート応答目標 レートを決定する。

ＴＲ＝　（（体動カウント＋Ｄ）／Ｃ）ｘ　（３２７６８Ｘ６０／３２８）ここ でＴＲは体動センサ出力に応じて算出された上記のように定義される目標レート であり、そして、ＣとＤはレート応答曲線の形状を発生させるプログラマブル値 である。ＣとＤの値は、選択された上限レート、下限レート及びレート応答値の 機能として、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーによって或いは外部のプログ ラマ（図示せず）によって発生させられる。ＣとＤは伝統的プログラミング方法 を用いるＢｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーのメモリか記憶レジスタにプログ ラムされる＊　Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーは、算出された目標レート （ＴＲ）に基づいてペースメーカーに必要な演算とレート制御を行える算術論理 演算装置（ＡＬＵ）を含む。

目標ベーシングレートがＢｅｎｎｅｔｔ氏等のそれに類似した態様で算出される レート応答型ペースメーカーの例は、上述した５ｉｖｕｌａ氏等の装置である。

そのようなペースメーカーは、係属米国特許出願筒０７／７９４，７６６号（出 願臼：１９９１年１１月１５日、出願人：Ｐａｕｌ　Ｍａｒｃ　５ｔｅｉｎ、発 明の名称：Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｉｍｐｌｅｍ ｅｎｔｉｎｇ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　Ｓｅｎｓｉｎｇｉｎ　ａ　Ｐｕ１ｓｅＧｅｎ ｅｒａｔｏｒ）にも開示されている。本特許出願は本明細書に引用する。

５ｔｅｉｎ氏、５ｉｖｕｌａ氏等、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等と同様の態様で目標ベー シングレートを算出する種々の有名なペースメーカーが存在しているが、本発明 がそれらペースメーカーに対してだけ適用が限定されることはない。本発明者は 、本発明が効果的にかつ有利に種々の異なるペースメーカーと関連した種々の方 法で実行できる考えている。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーの説明に戻る０選択された上限レート下限 レート或いはレート応答設定を医師が変更するたびに、プログラマは、Ｃ期間と Ｄ期間、転換レート及び到達レート値の新規なセットを発生させ、それらをペー スメーカー中のメモリ或いはプログラムレジスターにロードする。そしてその後 更新された値に基づいて、ＡＬＵが目標レートを算出する。選択されたパラメー ターのどれが変化したに拘わらず、センサ出力に対するベーシングレートに関す る結果的作用は同じ基本的形態を取り、最小の体動センサ出力で下限レートから 到達可能なセンサ出力においての上限レートまで、レート応答設定が増大される ときに上限レート減少を達成するのに必要なセンサ出力を伴って伸びる。

図４のブロック１１２で示されるように、図３の曲１ｉ１４０に沿ってＢｅｎｎ ｅｔｔ氏等のペースメーカーは、２秒間隔て体動目標レートを周期的に算出する 。

次に、ソフトウェアが、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等開示に従う変更された減速機能がＭ ｅｄｔｒＯｎｉＣ社のペースメーカーモデル９７６０等のようにプログラマによ って起動させられたか或いはプログラマブルに使用可能となったがどうかを１１ ４で決定する。それからもし変更された減速機能が起動させられなければ、ソフ トウェアは、減速レートをプログラムされた減速レート、例えば４５秒に等しく なるようにセットする。これは図４のブロック１１５で示される。

それからＢｅｎｎｅｔｔ氏等のペースメーカーは１１６で次の体動ベーシングレ ートを算出し、そして１１２で新規な体動目標レートを算出するのに使用するた めに体動関連データを１１７において保存する。変更された減速機能が起動させ られるまで、上記ルーチンは繰返される。

それから、ブロック１１４で変更された減速機能が使用可能であるのが分かれば 、ブロック１２０によって示されるように、到達判定基準に一致したかどうかソ フトウェアは判断する。つまり、ベーシングレートが４秒以上の到達レート以上 であったかどうかソフトウェアは判断する。もし到達基準に一致しなければ、ブ ロック１１５でソフトウェアが、プログラムされた減速レートに等しくなるよう に減速レートをセットし、１１６において体動ベーシングレートを算出し、１１ ７において体動データを保存し、そして４１２において新規な体動目標レートを 算出する。

他方、到達基準に一致したならば、ブロック１３３で、最新のベーシングレート が上限転換レート４６より大きいかどうかソフトウェアが決定する。もしＹＥＳ ならば、それからもう一度、ブロック１１５でソフトウェアがプログラムされた 減速レートに等しくなるように減速レートをセットし、１１６において体動ベー シングレートを算出し、１１７において体動データを保存し、そして４１２にお いて新規な体動目標レートを算出する。

もしベーシングレートが上限転換レート４６以下ならば、それからベーシングレ ートが上限転換レート４６と下限転換レート４８の間にあるかどうか３１７でソ フトウェアが決定する。もしＹＥＳならば、それからブロック４３９によって示 されるように、ソフトウェアは減速レートを、図３の中の減速曲線５６．７４に よって示した変更されたより遅い減速レートに変える。そして、１１６において 体動ベーシングレートを算出し、１１７において体動データを保存し、そして４ １２において新規な体動目標レートを算出する。

もしベーシングレートが下限転換レート４８より小さければ、ブロック１１５に 示されるように、ソフトウェアはプログラムされた値に減速レートを変える。

図５を説明する。本図は本発明に係る実施例のペースメーカー１０を開示してい る。本発明のペースメーカー１０を以下ではマイクロプロセッサを利用したもの として説明しているが、ペースメーカー１０はその他の論理回路、カスタム集積 回路等でも構成できる。また本発明は、電気的除細動器、細動除去器、心臓援助 システム等のような他の皮下埋設可能な医療用装置としても利用できる。

図５で示された実施例では、ペースメーカーＩＯが、ペースメーカーのシールド の内側に張り付けられた例えば圧電素子からなる体動センサ１２を含む。そのよ うなペースメーカー／体動センサ構造は、Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏等の上記した特許 （本明細書に引用する。）の主題である。圧電センサ１２は、患者の１１の物質 代謝の要求に関する測定されたパラメーターの作用として可変するセンサ出力を 供給する。

図５のペースメーカー１０は、図示せぬ外部のプログラミングユニットによって プログラマブルである。本発明の目的のために適当なプログラマの一つは、Ｍｅ ｄｔｒｏｎｉｃ社のＭｏｄｅ１９７１０プログラマである。このプログラマはマ イクロプロセッサ装置であり、無線周波数（ＲＦ）コード化信号を伝えるプログ ラミングヘッドを用い、例えば米国特許出願第０７／７６５，４７５号（出願人 ：Ｗｙｂｏｒｎｙ氏等、出願日：１９９１年９月２５日）に開示されているよう な遠隔計測システムによってペースメーカー１０ヘコード化された一連の信号を 供給する。上記米国特許出願は本明細書に引用する。ただしＷｙｂｏｒｎｙ氏等 の特許は一例として示すもので、所望の情報がペースメーカーに伝送されるかぎ り、当業者が通常の知識に基づいて利用できるいかなるプログラム方法でも採用 できる。

プログラマは、医師によるプログラムされる所望のパラメーターと所望のパラメ ーターのための格別の設定のエントリーの選択を容易にする。本発明の目的のた めには、プログラマの作用の特性としては、使用するプログラマが上限レート（ ＵＲ）、下限レー１−　（ＬＲ）　、以下に詳細に述べる複数のレート応答（Ｒ Ｒ）の設定を選択する手段を含まなければならないということ以外は重要ではな い。

図示の実施例では、下限レートは例えば毎分４０−９０パルスまでＩＯＰＰＭの 増分でかプログラマブルであり、上限レートは２５ＰＰＭ増分で１００から１７ ５ＰＰＭの間でプログラマブルであり、そして利用できる１０のレート応答関数 （１から１０の番号を付す）がある。

それに加えて、プログラマは、加速の選択のための手段とベーシングレートの変 化率を制限する減速パラメーターを含む。これらのパラメーターは、加速及び減 速設定或いは開始及び減速設定として、レート応答型ペースメーカーではさまざ まに称せられる。これらは、所望のベーシングレートに対応する体動閾値が一定 のままであると仮定して、最新のベーシングレートと所望のベーシング間隔の９ ０％の間での変更に対するペースメーカーに必須の時間間隔に関して表わされる 。例えばプログラムされた加速時間のための適切な選択可能な値は、０．２５分 、０．５分、１分である。また例えばプログラムされた減速時間のための適切な 選択可能な値は、２．５分、５分、１０分である。

図５で示されるペースメーカー１０は、患者の心臓１６にベーシングリード１８ によって電気的に接続している。リード１８は遠位端近傍に心臓内電極を有し、 この電極は心臓１６の右心室（ＲＶ）或いは右心房（ＲＡ）に位置決めされてい る。単極か双極極板を担持することができるリード１８が、公知である。なお以 下では草原ペースメーカーについての実施例について説明しているが、本発明は ２腔ペースメーカーにも同様に適用できる。

リード１８は、入力コンデンサー１５２を通してペースメーカー１０の回路にノ ード１５０で結合している。開示された実施例で体動センサ１２は、図１に関し ても説明したように公知の態様で、ペースメーカーの外周保護シールドあるいは 筺体１４（図５では図示せず）の内側に取り付けられている。図５で示されるよ うに、体動センサ１２からの出力は入出力回路１５４に接続されている。

入出力回路１５４は、心臓１６のレートを制御するために刺激パルスを印加する ための機能をマイクロコンピュータ回路１５８中のソフトウェアで実行されるア ルゴリズムの制御の下で有する回路だけでなく、心臓１６、体動センサ１２、ア ンテナ１５６へのインタフェースのためにアナログ回路を含む。

マイクロコンピュータ回路１５８は、基板搭載回路１６０と基板非搭載回路１６ ２を含む。基板搭載回路１６０は、マイクロプロセッサ１６４とシステムクロッ ク回路１６６と基板搭載ＲＡＭ１６８とＲＯＭ１７０を含む。本発明のた実施例 で基板非搭載回路１６２は、ＲＡＭ／ＲＯＭユニットを含む。基板搭載回路１６ ０と基板非搭載回路１６２はデジタルコントローラー／タイマー回路１７４にデ ータ通信バス１７２によって各々接続されている。マイクロコンピュータ回路１ ５８は、標準的ＲＡＭ／ＲＯＭ構成要素を加えたカスタム集積回路装置で構成さ れる。

図５の電気部品には、公知の適当な皮下埋設可能なバッテリ電源１７６によって 電源を供給する。ペースメーカー１０の種々の構成要素への電源供給は図示を省 略して図の内容が複雑にならないようにしである。

アンテナ１５６は、ＲＦ送信機と受信機ユニット１７８を通してアップリンク／ ダウンリンクテレメトリ−のための入出力回路１５４に接続している。ユニット １７８は、米国特許第４，５６６．０６３号（出願人：Ｔｈｏｍｐｓｏｎ氏等、 発行日１．９８５年１２月３日）或いは上述したＷｙｂｏｒｎｙ氏等特許で採用 しているテレメトリ−プログラム論理に対応する。これらの特許の内容は本明細 書に引用する。個々のプログラミングと選ばれたテレメトリ−態様は、レート応 答パラメーター値のエントリーと記憶を可能にする点については、本発明の目的 にとって重要ではない。

水晶発振器回路１８０（一般的には３２，７６８−Ｈｚの水晶制御発振器）はデ ジタルコントローラー／タイマー回路１７４に主タイミングクロック信号を供給 する。基準電圧／バイアス回路１８２は安定した基準電圧とバイアス電流を入出 力回路１．５４のアナログ回路のために発生させる。アナログ−ディジタル変換 器（ＡＤＣ）とマルチプレクサユニット１８４は、リアルタイムテレメトリ−心 臓内信号及びバッテリ寿命（ＥＯＬ）置換機能を供給するアナログ信号と電圧を デジタル化する。パワーオンリセット（ＰＯＲ）回Ｗ８１８６は、初期電源投入 によって生じるか或いは短期に電磁妨害雑音で生じる低レベルバッテリ状態の検 知により、回路と関連作用をデフォルト状態にリセットする手段として機能する 。

ペースメーカー１０のタイミングを制御するための作動コマンドは、デジタルコ ントローラー／タイマー回路１７４にバス１７２によって伝えられる。ディジタ ルタイマーとカウンターは、入出力回路１５４内で周辺の構成要素の作用を制御 するための種々の不応間隔、ブランキング間隔、その他のタイミングウィンドー だけでなく、ペースメーカーの全体的補充収縮間隔を確立するために採用されて いる。

デジタルコントローラー／タイマー回路１７４は、センスアンプ１８８、ピーク 感知及び閾値測定ユニット１９０、比較器／閾値検出器１９２を含む感知回路に 接続されている。回路１７４はまた。リード１８に設けた電極でピックアップさ れた増幅され処理された信号を受信する電位図（ＥＧＭ）アンプ１９４にも接続 されている。上記の信号は患者の心臓１６の電気的体動を表す。センスアンプ１ ８８は感知された電気的心臓の信号を増幅して、ピーク感知及び閾値測定回路１ ９０にこの増幅された信号を供給する。回路１９０はデジタルコントローラー／ タイマー回路１７４への複数の導電体信号経路６７上にピーク感知電圧と測定さ れたセンスアンプ閾値電圧の指標に与える。それから増幅されたセンスアンプ信 号は、比較器／ｌｄｌ値検出器１９２に供給される。センスアンプ１８８は例え ば米国特許第４，３７９，４５９号（出願人：５ｔｅｉｎ氏、発行日：１９８３ 年４月１２日）で開示されたものに対応する。ＥＧＭアンプ１９４によって作り だされた電位画信号は、例えばＴｈｏｍｐｓｏｎ氏等の米国特許第４，５５６， ０６３号（本明細書に引用する。）で開示されるように、皮下埋設装置に図示せ ぬ外部のプログラマから応答指令信号が送られているとき、アップリンクテレメ トリ−によって患者の電気的心臓体動のアナログ電位図の表現を伝送するために 使用される。出力パルス発生器１９６は、補充収縮間隔時間の終了毎、或いは外 部に伝送されたベーシングコマンドが受信され、もしくは他の記憶されたコマン ドに応じてベーシング技術で公知のように、デジタルコントローラー／タイマー 回路１７４によって作りだされたベーシングトリガ信号に応じて結合コンデンサ ー１９８を通して患者の心臓１６にベーシング刺激を供給する。出力アンプ１９ ６は、米国特許第４，４７６．８６８号（出願人：Ｔｈｏｍｐｓｏｎ、発行日： １９８４年ｌＯ月１６日、本特許は本明細書に引用する）で開示された出力アン プに概ね対応する。

入力アンプ１８８、出力アンプ１９６及びＥＧＭアンプ１９４は本実施例装置に おいては必要であるが、本発明にこれらが必須であるということではない。図示 の実施例は、刺激的パルスを発生させることのために手段を供給し、また心臓の 自己調律及び／または刺激された収縮を示す信号を伴うデジタルコントローラー ／タイマー回路１７４を供給するものであるが、本発明がこの図示の回路に限定 されることはない。

到達基準の仕様は、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置と本発明に係るペースメーカーを 区別する１つの領域である。Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置では、到達判定基準が、 単一の到達レート値（例えば１２５ＰＰＭ）と、単一の到達所要時間値（例えば ４秒）で蜆定されるのに対して、その代わりに本発明の実施例に係るペースメー カーでは、到達レート／到達所要時間の対を集合的に認識する。特に、図６を参 照すると、本発明の実施例のためのＦｌ準化された到達判定基準を表現している 負荷持続期間識別曲線が示されている。図６で横軸は、タイムユニットを示す。

そして縦軸は、レート範囲の到達割合を示す。

図６の曲線が、目標タイムユニットが作り出す等しい目標レートに対応する図６ の曲線に沿った全てのポイントに対する等測的目標タイムユニットの間の関係を 定義する０例えば、図６の曲線上の点２００は、１つのタイムユニットの目標タ イムユニットそして到達範囲の１００％にある目標レートに対応する。到達範囲 は、プログラムされた上限と下限レートの間のベーシングレートのいくらかの範 囲である。図６の曲線上の点２０２は、２つのタイムユニットの目標タイムユニ ットそして到達範囲の５０％にある目標レートに対応する０点２００，２０２は 、目標タイムユニットが作り出す等測的目標レートを持ち、本当に図６の曲線に 沿う全ての点が、目標タイムユニットが作り出す等測的目標レートを持つ。

到達範囲は、それがレートのいかなる範囲にも対応するように標準化される。し かしながら本発明の実施例では、到達範囲の１００％が、プログラムされた上限 レートに対応するように選ばれる。到達範囲の０％が、プログラムされた下限レ ートとなるように選ばれる。

図６の負荷持続期間識別曲線の特定の適用の例として、ペースメーカー１０がＵ Ｒ＝１５０ＰＰＭの上限レートとＬＲ＝５０ＰＰＭの下限レートでプログラムさ れたと仮定する。従ってレート応答範囲は、１５０ＰＰＭから５０ＰＰＭを引い た１１００ＰＰに等しいものである。それゆえに到達範囲は、ＯＲとＬＲの範囲 内の指定されたいかなる範囲でもあり得る。上述のように、到達範囲の中の最高 レート（１００％）は、好ましくはプログラムされたＵＲ（この場合１５０ＰＰ Ｍ）となるように選ばれる。到達範囲の中の最低レート（０％）は、５０ＰＰＭ と１５０ＰＰＭの間から選ばれる。例えば到達範囲の中の最低レートに５０ＰＰ Ｍを選択したとすると、レート範囲と到達範囲は、各々５０ＰＰＭから１５０Ｐ ＰＭに渡る１１００ＰＰの同一範囲である。また横軸のためのタイムユニットが １分であるとすると、目標レートがレート範囲の１００％（すなわち１５０ＰＰ Ｍ、１タイムユニツト（即ち１分）につきレート範囲の起点である５０ＰＰＭを １１００ＰＰの１００％である１１００ＰＰにプラスして得られる）にあるとき 、或いは目標レートがレート範囲の７５％（すなわち１２５ＰＰＭ、１．３タイ ムユニツト（即ち１．３分）につきレート範囲の起点である５０ＰＰＭを１１０ ０ＰＰの７５％である７５ＰＰＭににプラスして得られる）にあるとき、また或 いは目標レートがレート範囲の５０％（すなわち１１００ＰＰ、２タイムユニツ ト（即ち２分）につきレート範囲の起点である５０ＰＰＭを１１００ＰＰの５０ ％である５０ＰＰＭににプラスして得られる）にあるとき、図６から到達基準に 一致すると考えられることが分かる。これらの演算は、以下の表１で要約される 。

表１ 到達範囲　レート範囲　目標レート　目標レートにおける％　％　への対応　到 達基準への時間 １００％　１００％　１５０ＰＰＭ　１タイムユニット７５％　７５％　１２５ ＰＰＭ　１．３タイムユニット５０％　５０％　１１００ＰＰ　２タイムユニッ ト２５％　２５％　７５ＰＰＭ　４タイムユニットＯ％　０％　５０ＰＰＭ　不 能 ０％の到達範囲につき、表１の「目標レートにおける到達基準への時間」欄中の エントリーが不能とあるのは、もし目標レートがレート範囲（５０ＰＰＭ）の０ ％にとどまるならば、到達基準に一致することがないためである。

上述しかつ表１で示した例は、本発明に係るペースメーカー１０で選択され得る パラメーターの１つの可能な組み合わせである。第２の可能な組み合わせは、例 えばプログラムされたＵＲを１５０ＰＰＭ、プログラムされたＬＲを９０ＰＰＭ とすルト、９０ＰＰＭから１５０ＰＰＭに渡６６０ＰＰＭ（７）到達範囲である 。

この場合、また横軸のためのタイムユニットが１分であるとすると、目標レート がレート範囲の１００％（ｌタイムユニット（即ち１分）につき１５０ＰＰＭ） にあるとき、或いは目標レートがレート範囲の８５％（すなわち１３５ＰＰＭ、 １．３タイムユニツト（即ち１．３分）につきレート範囲の起点である５０ＰＰ Ｍを１１００ＰＰの８５％である８５ＰＰＭににプラスして得られる）にあると き、また或いは目標レートがレート範囲の７０％（すなわち１２０ＰＰＭ、２タ イムユニツト（即ち２分）につきレート範囲の起点である５０ＰＰＭをｉ　ｏｏ ｐＰＭの７０％である７０ＰＰＭにプラスして得られる）にあるとき等々におい て、到達基準に一致する。この第２の例のための到達基準演算結果を表２で要約 する。

表２ 到達範囲　レート範囲　目標レート　目標レートにおける％　％　への対応　到 達基準への時間 ｉｏｏ％　１００％　１５０ＰＰＭ　１タイムユニット７５％　８５％　１３５ ＰＰＭ　１．３タイムユニット５０％　７０％　１２０ＰＰＭ　２タイムユニッ ト２５％　５５％　１１０５ＰＰ　４タイムユニツト０％　０％　９０ＰＰＭ　 不能 表１と表２から、もし目標レートが９０　Ｐ　ＰＭの最も低い到達範囲レートを 越えなければ、この２番目の例では到達基準に一致できないことが明らかである 。

本発明の実施例に係るペースメーカー１０で選択され得るパラメーターの結合の 第３の例を表３で示す。この第３の例では、到達範囲はＩＩＯＰＰＭから１５０ ＰＰＭにまたがる４０ＰＰＭに選択されている。

表３ 到達範囲　レート範囲　目標レート　目標レートにおける％　％　への対応　到 達基準への時間 １００％　１００％　１５０ＰＰＭ　１タイムユニット７５％　９０％　１４０ ＰＰＭ　１゜３タイムユニット５０％　８０％　１３０ＰＰＭ　２タイムユニッ ト２５％　７０％　１２０ＰＰＭ　４タイムユニツト０％　６０％　ＩＩＯＰＰ Ｍ　不能 上記例で標準化されたタイムユニットは、１分と仮定された。しカルながら１分 及び３分、２分、４分その地異なる値を選ぶこともできる。図６の負荷識別曲線 の１　／　ｘの性質が、到達基準のために完全かつ直観的な値を供給する。従っ て、例えば、もし１分の代わりの２分のタイムユニットが指定されたならば、表 １．２．３の第４欄中の値は倍になる。

到達基準を上記図６、表１．２．３を参照して定義したとすると、到達判定基準 に一致するときにペースメーカー１０がどのように反応するかが示される必要が ある。本発明の実施例においては、ペースメーカー１０で遂行された減速曲線変 更は、いくつかのレート減速位相、特に初期減速位相、中間変更減速位相、そし て最終の潜在的減速位相に関して定義される０本発明の実施例では、負荷変調さ れた中間変更減速位相である。これについて以下詳細に説明する。「負荷変調Ｊ では、変更された減速位相の持続期間は最新の患者の負荷量の関数であり、患者 による負荷量が体動センサの出力によって測定される。

図７は、本発明の実施例に係るペースメーカー１０のベーシングレート曲線に対 応する実線２１２を示す。図７は、Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等及び５ｉｖｕｌａ氏等で 述べられるようにペースメーカー１０で演算されるレート応答型目標関数を表わ している破線２１０を示す。ベーシングレート曲線２１２は、前述の定義で述べ た体動応答時間加速関数と体動レートゲイン関数、そして本発明の体動反応減速 機能に従かう目標レートから得るペースメーカー１０の実際のベーシングレート を示す。

図７で目標レートは、時間Ｔ＝０から１３０ＰＰＭ（プログラムされたＬＩＲ） に５０ＰＰＭ（プログラムされたＬＲ）から増加する。もちろん実際のベーシン グレート関数２１２は、目標レートの中の急な変更に応じて直接の移行を行なわ ない。しかしその代わりに加速機能により徐々に５０ＰＰＭから１３０ＰＰＭへ 増加する。先に述べたように、目標レートの９０％である現在のベーシングレー トからの加速を達成するために、どれだけの時間が使われるかをプログラムされ た加速時定数が明確にする。本発明の実施例では、臨床家は外部のプログラマに よって３つの異なる加速時定数１５秒、３０秒或いは１分の１つを選択すること ができる。

時間Ｔ＝１分でペースメーカー１０が算出する目標レートは、５０ＰＰＭから１ ３０ＰＰＭの範囲となる。実際のベーシングレートの減速は、本発明の実施例の 負荷変調減速レート関数に従って決定される。負荷変調された減速は、ひとたび 患者がより高い心拍数で運動を終わらせると、より生理学的なベーシングレート 減速を供給しようとする。初期減速位相は、中間の負荷変調された減速位相に追 従して、激しい運動の期間の後にすぐに生じる。

初期減速位相は、図７の変曲点２１４で始まり、変曲点に２１６へ続く、初期減 速位相は、本実施例では２．５分の減速時定数を有する。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置では、図３で既に述べたように、医師は、上限転換レ ートと下限転換レートを選択する。本発明の負荷変調ベーシングレート減速機能 としては、医師は、概ねＢｅｎｎｅｔｔ氏等の装置における上限転換レートに対 応する単一の転換レートだけを選択する。図７で図示された実施例では、転換レ ートの値が約１．０ＯＰＰＭにプログラムされると仮定される。図７でベーシン グレート曲線２１２は、点２１６で転換レートに達する０図７で目標レート曲線 ２１０は、１分間のレート範囲の１００％であることが示されている。従って時 間Ｔ＝１分において、図６の負荷識別曲線によって定義される到達判定基準は満 足している（１分の到達所要時間及び負荷識別曲線上の点２００に対応する目標 レート範囲の１００％の到達レート）。到達判定基準が満足されているので、負 荷変調されたレート減速関数は使用可能である。そこで転換レートにおいて、一 時的にプログラムされた減速時定数は、医師によって選択された負荷変調された 減速時定数と置換される。

上述のように、本発明の実施例では、Ｂ　ｅ　ｎ　ｎ、　ｅ　ｔ　を氏等の装置 における上限転換レートのように、即ちプログラムされたＬＲとＵＲの間の差の 選択された割合として、プログラムされた転換レートが定義され、実行される。

しかしながら、発明者によっても最新負荷値の関数としてプロブラマブル転換レ ートが定義され、実行されることが考えられる。特に、発明者によってプロブラ マブル転換レートを最新負荷値の増加に比例させて増大させることが次の式のよ うに考えられる。

転換レート＝ｆ（負荷） ＝（負荷／Ｘ）　Ｘ　（上限レート−下限レート）十下限レートここでＸはプロ グラマブルな定数或いは予め定められた定数である。

開示された実施例では、負荷変調された減速時定数は、２０分である。従って図 ７の点２１６からベーシングレートは、２０分減速曲線に沿って減速を始める。

Ｂｅｎｎｅｔｔ氏等の装置では、ベーシングレートが下限転換レートに達するま で、ベーシングレートは変更された減速時定数により低下する。つまり、ベーシ ングレートが下限転換レートに達するとき、変更された減速曲線は終了する。

他方、本発明の実施例では、中間の減速位相の終了は、ベーシングレートによっ ては決定されない。その代わりに最近患者によって掛けられた負荷の量によって 決定される。

本発明の実施例に係るペースメーカー１０は、目標レートと予め選ばれた休息レ ートの間の差として「負荷」を定義する。休息レートは次式で定義される。

静止レート＝下限レート＋〇、ＩＸ（上限レート−下限レート）負荷変調された レート応答減速関数が使用可能のとき、ペースメーカーは、目標レートが２秒毎 に演算されるのと同様に２秒毎に更新される現在の負荷値を保持する。負荷値は 、以下の再帰関数式により２秒毎に演算される。

Ｉｆ（目標レート〉ベーシングレート）ｔｈｅｎ　負荷、＝負荷、ｌ−＋　＋　 （目標レート−休息レート）、Ｉｆ（目標レート〈ベーシングレート）ｔｈｅｎ 　負荷、＝負荷、−１−負荷ディクリメント値ここで負荷Ｎが、最新の２秒間の 負荷値であり、負荷Ｎ−１が、前の２秒間の負荷値であり、そして負荷ディクリ メント値は、最新のベーシングレートが最新の目標レートを越えるとき、負荷値 から減算する量に対応している値である。負荷ディクリメント値は、プログラマ ブル値である。しかしながら本発明の実施例では、ディクリメント値が、規定負 荷（ＩＩ大の運動値／２ｏ）として定義される。

負荷値の上限は、プログラマブル関数として或いは組込み関数として課され得る 。このために、医師によってプログラマブルに選択可能とされるが製造時点で事 前設定されるかする最大運動時間値が定められる。もし新規な負荷値が最大の運 動時間値を越えるならば、負荷値は２秒間毎に最大の運動時間に強制される。

負荷を上述の態様で定義するには、休息レートの選択は、（下限レート＋（０， ｌｘ（上限レート−下限レート）））の下限からｔＪＲの上限へ伸びる到達範囲 の選択に等しいことに留意する必要がある。

この様に負荷を定めるには患者による一定の負荷のために、より大きい負荷ディ クリメント値（あるいはより小さい最大運動時間）が、レート減速関数の負荷変 調された部分の持続期間を短くする。

最新の負荷値がゼロより大きいときはいつでも、ペースメーカーＩＯのレート減 速が負荷変調された減速関数に服従させられる。別の方法で、プログラムされた 減速時定数がレート減速を制御する。

ベーシングレートがプログラムされた転換レートより大きいのに対して、プログ ラムされた減速時定数は、ベーシングレートを算出することに使用される。

ベーシングレートが転換レートに減速するとき、２０分の変更された減速時定数 が使用される。変更された減速時定数は、負荷値がゼロに到達するまでベーシン グレート減速率を制御する。その時間において、元のプログラムされた減速時定 数或いは他のプログラムされた減速値（図示の実施例ではプログラムされた減速 時定数が使用されているが）によって１ノート減速率が管理される。

図８は、負荷変調されたベーシングレート減速関数の作用のフローチャート３０ ０を示す。ペースメーカー１０は３１０でスタートし、そして図４で既に説明し たように３１２で目標反応速度式による新規なレート応答目標レートを決定する 。

負荷値が３１４で上述した式によって算出される。３１６で例えば負荷変調され たベーシングレート減速関数が外部のプログラマか等によって使用可能であった かどうかペースメーカー１０は決定する。ブロック３２４でもし負荷変調された 減速関数が使用可能でなければ、ペースメーカー１０は、プログラムされた値に 減速時定数をセットする。それからペースメーカー１０は、３２６で最新のベー シングレートと目標レートと減速成いは加速時定数に基づく新規なベーシングレ ートを算出し、３２８で、次の２秒間の間に新規な目標レートを算出するのに使 用するため体動関連データを保存する。負荷変調されたレート減速関数が使用可 能になるまで、上記ルーチンは繰返される。

それから判断ブロック３１６で負荷変調されたレート減速関数が使用可能になっ ていると判断されたならば、到達判定基準に一致したがどうかをペースメーカー 】０が決定する。本発明の実施例では、この決定は、最新の負荷値がゼロより大 きいかどうか決定することによって行なわれる。もし負荷がブロック３１８にお いてゼロより大きいならば、最新のベーシングレートがプログラムされた転換レ ートより大きいかどうかをペースメーカー１０が決定する。ＹＥＳであれば、プ ログラムされた減速時定数が使用され（ブロック３２４）、Ｎｏであれば、負荷 変調された減速時定数が使用される（ブロック３２２）。

それからペースメーカー１０は、ブロック３２６で最新のベーシングレートと目 標レートと加速成いは減速時定数に基づいて新規なベーシングレートを演算する 。体動センサデータは、ブロック３２８で累算され、処理はブロック３１２から 繰り返しなされる。

ベーシングレートに対する負荷変調された減速関数の作用をさらに示すために、 い（つかのベーシングレート曲線を図９で示す。図９には５つのベーシングレー ト曲線４００．４０２．４０４．４０６．４０８が示しである。図９で４１０と して示す部分では、各々ベーシングレートについて各曲線が同一の加速位相を有 するが、約９０ＰＰＭの最大ベーシングレートにおいて費やす時間はそれぞれに おいて異なる。曲ｌ５４００の場合、目標レートがベーシングレートを越える時 間は、掻く少しの負荷しか累算されないほど短期である。その結果、曲線４゜Ｏ の減速位相は、プログラムされた減速時定数によって主に制御される。しカルな がら曲線４０２では、ベーシングレートは長時間９０ＰＰＭに保たれ、負荷値は より増加する。

図９では、転換レートが９０ＰＰＭをいくらが上回る値にプログラムされること が推定される。従って図９中に示された曲線のどれも、プログラムされた減速時 定数で初期の急速な減速位相を受けない。曲Ｍ４０２では、目標レートが点４１ ４で降下し始めると、点４１４においての負荷値がゼロより大きいので、レート 減速率が、負荷変調された減速関数によって管理される。特に負荷変調された減 速時定数（例えば２０分）は、点４１４がら４１６までの減速を管理する。点４ １４と４１６の間の時間では、負荷値が既に述べた負荷値についての数式によっ て減速する。点４１６では、負荷値が、ゼロに低下し、このためそれ以降ベーシ ングレートの減速が２．５分のプログラムされた減速時定数によって管理される 。ベーシングレートがプログラムされたＬＲに戻るまで、この減速が生じる。

曲４８４０４テは、ベーシングレートが曲線４００．４０２と同時に５０ＰＰＭ から９０ＰＰＭへ増大するが、目標レートが５０ＰＰＭに降下すると考えられる 点４１８まで９０ＰＰＭレベルにより長時間止まる６曲線４０４が曲線４０２よ り長時間９０ＰＰＭレベルに保たれるため、曲線４０２より多くの負荷が曲ｗＡ ４０４のために累算される。より多くの負荷が累算しているので、曲線４０４の 負荷変調された減速位相は曲線４０２より長い間続く０図９かられかるように、 プログラムされた減速時定数が使用中であるとき、曲線４０４のための負荷変調 された減速位相が、点４１８から４２０まで続く。

同様に、曲Ｍ４０６が、曲線４００，４０２．４ｏ４と同一の加速位相を受ける が、点４２２までより長い時間９０　Ｐ　ＰＭのレベルを保つ。曲線４００．４ ゜２．４０４、のどれよりも多くの負荷が曲線４０６では累算されるので、曲線 ４０６のための負荷変調された減速位相が点４２２から点４２４まで、それらの 曲線より長い間続く０点４２４で減速がプログラムされた減速時定数で再開する 。

結局、曲線４０８は、曲線４００．４０２．４０４．４０６と同じ加速位相を受 けるが、かなり長＜９０ＰＰＭレベルに保たれ、それに比例して点４２６までよ り多く累算される。目標レートが、点４２６で５０ＰＰＭに戻るとき、負荷変調 された減速位相が始まり、負荷値が点４２８でゼロに低下するまで続く。その後 曲線４０８の減速が、プログラムされた減速時定数で生じる。

図１０は、ベーシングレート曲線の他の一群を示す０図１ｏでは、ベーシングレ ート曲線４３０．４３２．４３４．４３６が示され、各曲線は５０ＰＰＭから１ ３０ＰＰＭに同一の加速位相を受けている。図９では曲線の加速位相が、同じ時 間（Ｔ＝Ｏ）から始まるのに対して、図１０では４つの曲線の加速位相が、異な る時間で始まる。図９では曲線の減速位相が、同じ時間（Ｔ＝Ｏ）から始まるの に対して、図１０では４つの曲線の減速位相が、異なる時間で始まる０図１０で は、約１１２ＰＰＭのプログラムされた転換レートが、破線４３８によって示さ れている。

図１０は、累算された負荷の量を可変することへのペースメーカーの反応により 生じている減速曲線の間の関係を示す０図１０の各レート曲線は、プログラムさ れた転換レート４３８を上回るベーシングレートからその減速位相が始まるので 続く０本発明の実施例では初期減速位相は負荷変調されていないので、図１０の 中の曲線の各々のための初期減速位相の持続期間は、点４４２への点４４０まで 続く同一のものである。

曲ＩＭ４３０は時間Ｔ＝０より前では図１０の曲線のどれよりも最も長く１３０ ＰＰＭの上限レートに保たれ、また点４４２で始まって点４４４（時間Ｔ＝２０ 分）まで続く負荷変調された減速位相を有する０曲線４３２はより短い時間のた めに１３０ＰＰＭレベルに保たれ、点４４２で始まる負荷変調された減速位相を 有する。しかしながら曲ＩＪＩ４３２にとっては１３０ＰＰＭレベルに保たれる 時間が短く、この短い時間の間に累算される負荷が少ないので、負荷変調された 減速位相は、点４４６まで続くだけである。同様に、曲線４３４の負荷変調され た減速位相は、点４４２から点４４８まで延びる。そして曲線４３６も点４４２ から点４５０まで延びる。

図１０は、負荷がどれくらい異なるレート曲線のために累算されたかにも関わら ず異なるレート曲線の初期減速位相を管理している時定数が同一であり、また累 算された負荷に関わらず、異なるレート曲線の負荷変調された減速位相を管理し ている時定数が同一であるという事実を強調しである。累算された負荷に従って 可変するのは、負荷変調された減速位相の持続期間である。

本発明の特定の実施例の前述の詳細な説明から、負荷変調されたベーシングレー ト減速関数を有し、より綿密に人間の心臓の自己調律生理学的な反応と患者の体 動の増加及び減少を倣うことができるペースメーカーが開示されたことが明らか である。

本発明の実施例を種々説明してきたが、本発明がこれらの実施例に限定されるこ とを意味するものではない。

ベーシングレート ＦＩＧ、２ ％ＴＩＩ酊鏝■開醇（−１ 」−１１に４−ン −１−／ＩＡぺ４−ν ４−／Ｉ、（ぺ４−ν 国瞭膿審鱗牛 フロントベージの続き （７２）発明者　ベネット　トミー　ディー。

アメリカ合衆国　ミネソタ州　５５１２６　ショアビュー　パインウッド　ドラ イブ （７２）発明者　トリンガー　マイケル　アール。

アメリカ合衆国　ミネソタ州　５５３０４　アンド−バー　ノースウェスト　１ ２２３−フォーティーンセカンド　アベニュー （７２）発明者　リフ　ケネス　エム。

アメリカ合衆国　ミネソタ州　５５４４１　プリモス　コツトンウッド　レーン 　３７８５

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ペーシングパルスの供給レートを増大させる時間を超える患者の負荷レベ ルの増加検知に反応するとともにペーシングパルスの供給レートを減少させる患 者の負荷の減少の検知に反応する心臓ペースメーカーであって、上記ペーシング パルスの供給レートの減少が、上記患者の負荷の検出された増加の定量化によっ て変調される心臓ペースメーカー。
2. （２）以下のステップを含むレート応答型心臓ペースメーカーの作動方法。（ａ ）患者の負荷レベルがいつ予め定められた休息レベルを上回る時間を越えるか検 知する、（ｂ）検知された患者の負荷レベルの上記超過度を数量化する、（ｃ） 上記休息レベルを越える上記負荷の検知に応じてペーシングパルスの供給レート を増大させる、 （ｄ）上記患者の負荷レベルがいつ上記休息レベルに戻るかを検知する、（ｅ） 超過した患者の負荷の上記定量化により変調された減速曲線に沿ってペーシング パルスの供給レートを減少させる。
3. （３）以下の要件からなる皮下埋設可能な心臓ペースメーカー。 ペーシングリードを経て患者の心臓に接続し、該心臓にペーシングパルスを供給 するベーシングトリガー信号に反応するパルス発生器、上記患者に接続し、患者 の体動に反応して体動信号を生じさせる体動センサ、上記体動回路に接続し、上 記体動信号に反応してペーシングレートを演算するペーシングレート演算回路、 上記体動回路及び上記ペーシングレート演算回路に接続し、上記体動信号に反応 して上記ペーシングレートでの減少を変調する負荷演算回路、上記レート演算回 路に接続し、該レート演算回路に対して上記算出されたペーシングレートにおい て刺激パルスを発生させるために反応するパルス発生器。
4. （４）以下の要件からなるレート応答型心臓ペースメーカー。 患者の体動の検知されたレベルを示す体動信号を生じさせる体動センサ、上記体 動センサに接続し、上記体動信号に反応してペーシングレートと負荷値を演算す る演算処理装置、 上記演算処理装置に接続し、上記算出されたペーシングレートで刺激パルスを生 じさせるパルス発生器、 上記パルス発生器に接続し、上記患者の心臓に上記刺激パルスを供給するペーシ ングリード、 そして、上記負荷値は一定時間の患者の体動の定量化から得られ、上記ペーシン グレートの減速は上記負荷値によって変調される。
5. （５）以下の要件からなる皮下埋設可能なレート応答型心臓ペースメーカー。 トリガ信号に応じて心臓の刺激パルスを発生させるパルス発生器、上記パルス発 生器に接続し、患者の心臓に刺激パルスを伝えるペーシングリード、 機械的に上記患者に接続し、患者の運動に反応して体動信号を生じさせる圧電体 動センサ、 上記体動センサに接続し、上記体動信号に反応して一連の体動パルスを生じさせ る体動回路、 上記体動回路に接続し、予め定められた時間の間に上記体動回路によって生じさ せた体動パルスの数に対応する体動カウント値を周期的に演算する体動パルス計 数回路、 上記計数回路に接続し、上記体動カウント値に比例した目標ペーシングレート値 を周期的に演算する目標レート演算回路、上記レート演算回路に接続し、予め定 められた限界値に対する予め算出された目標ペーシングレート値の超過量に比例 する負荷値を周期的に演算する負荷演算回路、 上記目標レート演算回路及び上記負荷演算回路に接続し、上記目標レート値と上 記負荷値からペーシングレート値を周期的に得るペーシングレート演算回路、上 記ペーシングレート演算回路は、上記負荷値に対して逆比例する上記ペーシング レート値の減少のレートを可変する。
6. （６）以下のステップからなる心臓ペースメーカーのペーシングレートを制御す る方法。 （ａ）予め定められた加速曲線に沿って第１の目標レートに初期レートから上記 ペーシングレートを増大させる、 （ｂ）ペーシングレートでの上記増加と負荷値を関係させる、（ｃ）異なる減速 レートを有し、少なくともその１つが上記負荷値によって変調した持続期間の複 数の位相を有する減速曲線に沿って上記第１目標レートから上記ペーシングレー トを減少させる、
7. （７）上記負荷値が、予め定められた休息レートを上記第１目標レートが越える 時間に比例し、上記ペーシングレートの間の余裕と上記時間中の上記休息レート に比例する請求項６の方法。