JPWO2019246301A5 - - Google Patents
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Description
上述のように、いくつかの実装形態において、ポンプ速度の短時間の変化を、1つの心拍内でポンプに適用することができる。ポンプ速度のこの変化を、インパルス刺激と見なすことができる。この心拍について記録された大動脈圧を、この短時間の速度変化またはインパルス刺激がない場合の心拍の大動脈圧と比較することができる。両者(変更された心拍の大動脈圧および「通常の」心拍の大動脈圧)の差を、大動脈圧のインパルス応答:
Δp(t)=p1(t)-p2(t)
と見なすことができ、ここでP1(t)は、インパルス刺激において測定された圧力波形であり、P2(t)は、インパルス刺激のない圧力波形であり、ΔP(t)は、大動脈圧のインパルス応答である。
このインパルス刺激が拡張期においてのみ適用される場合、2つの心拍についての総心血流量の差を、
Δi(t)=i1(t)-i2(t)
と表すことができ、ここでi1(t)およびi2(t)は、それぞれインパルス刺激のある心拍およびインパルス刺激のない心拍についてのポンプ流量であり、Δi(t)は、心血流量のインパルス応答である。
次いで、大動脈圧とポンプ流量の関係を、周波数ドメインにおいて、
と推定することができ、ここで、ΔP(f)は、Δp(t)の周波数ドメイン表現(例えば、高速フーリエ変換またはFFT)であり、ΔI(f)は、Δi(t)の周波数ドメイン表現であり、H(f)は、大動脈圧とポンプ流量の関係についての周波数ドメイン伝達関数である。
この関係H(f)が上述のように確立されると、p(t)として測定された大動脈圧における任意の心拍の総心血流量を、
と計算することができ、ここでP(f)は、p(t)の周波数ドメイン表現であり、IFFTは、逆高速フーリエ変換である。
[本発明1001]
以下の工程を含む、患者の血管パフォーマンスを決定するための方法:
調整可能なポンプ速度で動作するように構成されたポンプを心臓内に配置する工程と、
前記ポンプを第1のポンプ速度でポンピングさせる工程と、
前記第1のポンプ速度でのポンピングの最中に血行動態パラメータを監視する工程と、
第1の期間にわたる心臓の第1の心拍の第1のフェーズを特定する工程と、
前記監視された血行動態パラメータに基づいて、第2の期間にわたる心臓の第2の心拍の第2のフェーズを予測する工程と、
前記第2の心拍の前記第2のフェーズにおいてポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程と、
前記第2のフェーズにおいて前記血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第1のフェーズにおける前記監視された血行動態パラメータを、前記第2のフェーズにおける前記監視された血行動態パラメータと比較して、前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程と、
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、血管パフォーマンスを表す指標(metrics)を計算する工程。
[本発明1002]
前記第2のフェーズの後に前記第2のポンプ速度を前記第1のポンプ速度に変更する工程
をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1004]
前記第1のフェーズは収縮期および拡張期のうちの一方であり、前記第2のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1005]
前記第1のフェーズは、第1の拡張期であり、前記第2のフェーズは、第2の拡張期である、本発明1004の方法。
[本発明1006]
前記第1のフェーズは、第1の収縮期であり、前記第2のフェーズは、第2の収縮期である、本発明1004の方法。
[本発明1007]
前記第1の心拍の前記第1のフェーズを特定する工程は、前記第1のポンプ速度でポンピングさせる工程における前記監視された血行動態パラメータの経時的な変化に基づく、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1008]
心臓の前記第2の心拍の前記第2のフェーズを予測する工程は、心拍サイクルの前記特定された第1のフェーズに基づく、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1009]
前記第1のフェーズにおいて前記血行動態パラメータを前記第2のフェーズと比較することは、
前記第1のフェーズにおいて心臓によってポンピングされる第1の血液量を計算することと、
前記第2のフェーズにおいて心臓によってポンピングされる第2の血液量を計算することと、
前記第1の血液量と前記第2の血液量との間の数値差を決定することと
を含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1010]
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの経時的な前記変化の線形性を評価する工程
をさらに含む、本発明1008の方法。
[本発明1011]
心臓の心臓パフォーマンスを決定することは、
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、全身血管系の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を計算することと、
ウィンドケッセルモデルを使用して心臓の心拍出量を計算することと
によって決定される、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1012]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を高めることを含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1013]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を下げることを含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1014]
以下のステップを含む、プロセッサ制御の血管内デバイスを使用して患者の心臓の心拍出量を決定するための方法:
心臓の複数の拍動を反映している、心臓の第1の大動脈圧波を検出するステップであって、反映される各拍動は重複切痕を含んでいる、ステップと、
前記複数の拍動のうちの第1の拍動において第1のポンピング速度で心臓に血行動態補助を適用するステップと、
前記複数の拍動のうちの第2の拍動において該拍動の重複切痕の後に心臓に第2のポンピング速度をもたらすことにより、前記第2の拍動において心臓への血行動態補助を調整するステップと、
前記第2の拍動において心臓の第2の大動脈圧波を検出するステップと、
前記プロセッサによって前記第2の大動脈圧波を前記第1の大動脈圧波のうちの前記第2の拍動に対応する部分と比較して、前記第2の大動脈圧波における変化を検出し、血管系の抵抗およびコンプライアンスを特定するステップと、
ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を血管の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心臓の本来の心拍出量を決定するステップ。
[本発明1015]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
血行動態補助が、大動脈弁をまたいで配置されるように構成されたカニューレを有する心臓内血液ポンプによってもたらされる、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1017]
前記決定された心拍出量、前記抵抗、または前記コンプライアンスのうちの少なくとも1つに基づいて血行動態補助を調整する工程
をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1018]
カニューレと、血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構とを有する、血管内血液ポンプ、
前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、血管内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサ、ならびに
前記圧力センサに電気的に接続され、かつ、血圧を表す前記圧力センサからの信号を検出するように構成され、かつ、心拍出量を血管の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形モデルに基づいて本来の心拍出量を計算するように構成された、コントローラ
を備える、拍動している心臓の本来の心拍出量を決定するためのセンサ。
[本発明1019]
前記コントローラは、
心臓の複数の拍動を反映している、心臓の第1の大動脈圧波を検出し(ここで、反映される各拍動は重複切痕を含んでいる)、
前記複数の拍動のうちの第1の拍動において第1のポンピング速度で心臓に血行動態補助を適用し、
前記複数の拍動のうちの第2の拍動において該拍動の重複切痕の後に心臓に第2のポンピング速度をもたらすことにより、前記第2の拍動において心臓への血行動態補助を調整し、
前記第2の拍動において心臓の第2の大動脈圧波を検出し、
前記第2の大動脈圧波を、前記第2の拍動に対応する前記第1の大動脈圧波の一部と比較して、前記第2の大動脈圧波における変化を検出し、かつ大動脈の抵抗およびコンプライアンスを特定し、そして
ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心臓の本来の心拍出量を決定する
ように構成されている、本発明1018のセンサ。
[本発明1020]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1019のセンサ。
[本発明1021]
前記コントローラは、前記決定された心拍出量、前記血管の抵抗、または前記血管のコンプライアンスのうちの少なくとも1つに基づいてもたらされる血行動態補助を調整するようにさらに構成されている、本発明1018~1020のいずれかのセンサ。
[本発明1022]
以下の工程を含む、血液ポンプを使用して患者に機械的循環補助を提供するための方法:
血液ポンプを患者の血管系内で動作させる工程と、
前記およびセンサのいずれかを使用して患者の心臓の心拍出量を決定する工程と、
前記決定された心拍出量に基づいて血液ポンプのポンピング速度を調整する工程。
[本発明1023]
患者の血管系内を延びるように構成されたカニューレを有する血液ポンプと、
前記血管系内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサと、
圧力センサ信号および前記血液ポンプの動作パラメータを受信し、
本明細書に記載の方法の態様のいずれかの方法のいずれかに従って本来の心拍出量を決定し、そして
前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整する
ように構成されたコントローラと
を備える、機械的循環補助システム。
[本発明1024]
前記圧力センサは、前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、大動脈圧を検出するように構成される、本発明1023のシステム。
[本発明1025]
前記血液ポンプは、心臓内血液ポンプであり、前記カニューレは、心臓の左心室内を延びるように構成されている、本発明1023~1024のいずれかのシステム。
[本発明1026]
前記血液ポンプは、
血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、
前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構と
を備える、本発明1023~1025のいずれかのシステム。
[本発明1027]
前記コントローラは、
第1のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第1のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第1の圧力センサ信号を受信し、
第1の期間にわたる心臓の第1の心拍の第1のフェーズを特定し、
前記第1の圧力センサ信号に基づいて、第2の期間にわたる心臓の第2の心拍の第2のフェーズを予測し、
前記第2の心拍の前記第2のフェーズにおいて第2のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第2のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第2の圧力センサ信号を受信し、
前記第1の圧力センサ信号を前記第2の圧力センサ信号と比較して、前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の圧力の変化を計算し、そして
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記圧力の変化に基づいて、本来の心拍出量を計算する
ように構成されている、本発明1023~1026のいずれかのシステム。
[本発明1028]
前記第2のフェーズの後に前記第2のポンプ速度を前記第1のポンプ速度に変更することをさらに含む、本発明1027のシステム。
[本発明1029]
前記第1のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方であり、前記第2のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方である、本発明1027~1028のいずれかのシステム。
[本発明1030]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を高めることを含む、本発明1027~1029のいずれかのシステム。
[本発明1031]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を下げることを含む、本発明1027~1030のいずれかのシステム。
[本発明1032]
心臓の本来の心拍出量を決定することは、ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づく、本発明1027~1031のいずれかのシステム。
[本発明1033]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1032のシステム。
[本発明1034]
前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整することは、ポンプ速度を高めるまたは下げる指令を前記血液ポンプに送信することを含む、本発明1023~1033のいずれかのシステム。
[本発明1035]
ディスプレイをさらに備え、前記コントローラは、圧力センサ信号、前記血液ポンプの動作パラメータ、または前記本来の心拍出量のうちの少なくとも1つを表示するために準備するように構成されている、本発明1023~1034のいずれかのシステム。
[本発明1036]
前記コントローラは、
前記ポンプに供給された電流を検出し、そして
前記ポンプに供給された電流に基づいて、ポンプの動作が寄与する血流量を決定する
ように構成されている、本発明1023~1035のいずれかのシステム。
[本発明1037]
以下の工程を含む、心臓の本来の心臓パフォーマンスを決定するための方法:
患者内の血行動態パラメータを変化させるように動作することができる機械的循環補助デバイスを患者の血管系内に配置し、第1の心拍において前記デバイスを第1の出力レベルで動作させる工程と、
前記第1の心拍において血行動態パラメータを検出する工程と、
第2の心拍において第2の出力レベルを出力するように前記デバイスを動作させる工程と、
前記第2の心拍において前記血行動態パラメータを検出する工程と、
前記第1の心拍における前記血行動態パラメータを前記第2の心拍における前記血行動態パラメータと比較して、前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程。
[本発明1038]
前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、心臓の本来の心臓パフォーマンスを表す指標を計算する工程
をさらに含む、本発明1037の方法。
[本発明1039]
前記機械的循環補助デバイスは、心臓の左心室内を延びるように構成されたカニューレを有する心臓内血液ポンプを備える、本発明1037または1038の方法。
[本発明1040]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧であり、前記機械的循環補助デバイスは、大動脈圧を検出するように構成された圧力センサを備える、本発明1037~1039のいずれかの方法。
[本発明1041]
前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、心臓の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を計算する工程と、
心臓の本来の心拍出量を計算する工程と
をさらに含む、本発明1037~1040のいずれかの方法。
[本発明1042]
前記第1の心拍の第1の拡張期における前記監視された血行動態パラメータを、前記第2の心拍の第2の拡張期における前記監視された血行動態パラメータと比較して、前記第1の拡張期と前記第2の拡張期との間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程と、
前記第1の拡張期と前記第2の拡張期との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、大動脈の抵抗およびコンプライアンスを決定する工程と、
心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心拍出量を決定する工程と
をさらに含む、本発明1037~1041のいずれかの方法。
[本発明1043]
以下の工程を含む、患者の心臓の本来の心拍出量を決定するための方法:
血管内血液ポンプを第1のポンプ速度で動作させる工程と、
第1の心拍の第1の拡張期において、前記第1のポンプ速度での前記血管内血液ポンプの動作の最中に血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第1の拡張期における前記血管内血液ポンプの第1の動作パラメータを決定する工程と、
前記血管内血液ポンプの動作が第2の心拍の第2の拡張期において変化するように、前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程と、
前記第2の心拍の前記第2の拡張期において前記血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第2の拡張期における前記血管内血液ポンプの第2の動作パラメータを決定する工程と、
(i)前記第1の動作パラメータ、(ii)前記第2の動作パラメータ、ならびに(iii)前記第1の拡張期および前記第2の拡張期における前記血行動態パラメータに基づいて、心臓の心臓パフォーマンスを表す指標を計算する工程。
[本発明1044]
前記第1の動作パラメータを決定する工程は、前記第1の拡張期において前記血液ポンプによってもたらされる第1の血流量を決定することを含み、前記第2の動作パラメータを決定する工程は、前記第2の拡張期において前記血液ポンプによってもたらされる第2の血流量を決定することを含む、本発明1043の方法。
[本発明1045]
前記第1および第2の拡張期について、前記血行動態パラメータの数学的表現を決定する工程と、
(i)前記数学的表現、(ii)前記第1の動作パラメータ、および(iii)前記第2の動作パラメータに基づいて、前記第1および第2の拡張期の心臓パフォーマンスの表現を計算する工程と
をさらに含む、本発明1043~1044のいずれかの方法。
[本発明1046]
心臓パフォーマンスを計算することは、
前記第1の拡張期の前記血行動態パラメータを表す第1の波形を、フーリエ変換を使用して分解し、正弦曲線の第1の組を決定することと、
前記第2の拡張期の前記血行動態パラメータを表す第2の波形を、フーリエ変換を使用して分解し、正弦曲線の第2の組を決定することと、
前記正弦曲線の第1の組と前記正弦曲線の第2の組とを比較して、大動脈内の血流に対する患者の心臓の寄与を決定することと
を含む、本発明1045の方法。
[本発明1047]
前記数学的表現は、前記正弦曲線の比較に基づく指数方程式である、本発明1046の方法。
[本発明1048]
前記正弦曲線の比較に基づいて、患者の心臓機能を表す理想的心拍をシミュレートする工程をさらに含む、本発明1047の方法。
[本発明1049]
心臓パフォーマンスを表す前記指標を計算する工程は、
経時的な前記血行動態パラメータの前記数学的表現に基づいて、心臓の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を決定することと、
前記決定された血管コンプライアンスおよび血管抵抗を使用して、心臓の心拍出量を計算することと
を含む、本発明1037~1048のいずれかの方法。
[本発明1050]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧である、本発明1037~1049のいずれかの方法。
[本発明1051]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程は、ポンプ速度を高めることを含む、本発明1037~1050のいずれかの方法。
[本発明1052]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程は、ポンプ速度を下げることを含む、本発明1037~1050のいずれかの方法。
Δp(t)=p1(t)-p2(t)
と見なすことができ、ここでP1(t)は、インパルス刺激において測定された圧力波形であり、P2(t)は、インパルス刺激のない圧力波形であり、ΔP(t)は、大動脈圧のインパルス応答である。
このインパルス刺激が拡張期においてのみ適用される場合、2つの心拍についての総心血流量の差を、
Δi(t)=i1(t)-i2(t)
と表すことができ、ここでi1(t)およびi2(t)は、それぞれインパルス刺激のある心拍およびインパルス刺激のない心拍についてのポンプ流量であり、Δi(t)は、心血流量のインパルス応答である。
次いで、大動脈圧とポンプ流量の関係を、周波数ドメインにおいて、
と推定することができ、ここで、ΔP(f)は、Δp(t)の周波数ドメイン表現(例えば、高速フーリエ変換またはFFT)であり、ΔI(f)は、Δi(t)の周波数ドメイン表現であり、H(f)は、大動脈圧とポンプ流量の関係についての周波数ドメイン伝達関数である。
この関係H(f)が上述のように確立されると、p(t)として測定された大動脈圧における任意の心拍の総心血流量を、
と計算することができ、ここでP(f)は、p(t)の周波数ドメイン表現であり、IFFTは、逆高速フーリエ変換である。
[本発明1001]
以下の工程を含む、患者の血管パフォーマンスを決定するための方法:
調整可能なポンプ速度で動作するように構成されたポンプを心臓内に配置する工程と、
前記ポンプを第1のポンプ速度でポンピングさせる工程と、
前記第1のポンプ速度でのポンピングの最中に血行動態パラメータを監視する工程と、
第1の期間にわたる心臓の第1の心拍の第1のフェーズを特定する工程と、
前記監視された血行動態パラメータに基づいて、第2の期間にわたる心臓の第2の心拍の第2のフェーズを予測する工程と、
前記第2の心拍の前記第2のフェーズにおいてポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程と、
前記第2のフェーズにおいて前記血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第1のフェーズにおける前記監視された血行動態パラメータを、前記第2のフェーズにおける前記監視された血行動態パラメータと比較して、前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程と、
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、血管パフォーマンスを表す指標(metrics)を計算する工程。
[本発明1002]
前記第2のフェーズの後に前記第2のポンプ速度を前記第1のポンプ速度に変更する工程
をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1004]
前記第1のフェーズは収縮期および拡張期のうちの一方であり、前記第2のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1005]
前記第1のフェーズは、第1の拡張期であり、前記第2のフェーズは、第2の拡張期である、本発明1004の方法。
[本発明1006]
前記第1のフェーズは、第1の収縮期であり、前記第2のフェーズは、第2の収縮期である、本発明1004の方法。
[本発明1007]
前記第1の心拍の前記第1のフェーズを特定する工程は、前記第1のポンプ速度でポンピングさせる工程における前記監視された血行動態パラメータの経時的な変化に基づく、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1008]
心臓の前記第2の心拍の前記第2のフェーズを予測する工程は、心拍サイクルの前記特定された第1のフェーズに基づく、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1009]
前記第1のフェーズにおいて前記血行動態パラメータを前記第2のフェーズと比較することは、
前記第1のフェーズにおいて心臓によってポンピングされる第1の血液量を計算することと、
前記第2のフェーズにおいて心臓によってポンピングされる第2の血液量を計算することと、
前記第1の血液量と前記第2の血液量との間の数値差を決定することと
を含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1010]
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの経時的な前記変化の線形性を評価する工程
をさらに含む、本発明1008の方法。
[本発明1011]
心臓の心臓パフォーマンスを決定することは、
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、全身血管系の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を計算することと、
ウィンドケッセルモデルを使用して心臓の心拍出量を計算することと
によって決定される、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1012]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を高めることを含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1013]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を下げることを含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1014]
以下のステップを含む、プロセッサ制御の血管内デバイスを使用して患者の心臓の心拍出量を決定するための方法:
心臓の複数の拍動を反映している、心臓の第1の大動脈圧波を検出するステップであって、反映される各拍動は重複切痕を含んでいる、ステップと、
前記複数の拍動のうちの第1の拍動において第1のポンピング速度で心臓に血行動態補助を適用するステップと、
前記複数の拍動のうちの第2の拍動において該拍動の重複切痕の後に心臓に第2のポンピング速度をもたらすことにより、前記第2の拍動において心臓への血行動態補助を調整するステップと、
前記第2の拍動において心臓の第2の大動脈圧波を検出するステップと、
前記プロセッサによって前記第2の大動脈圧波を前記第1の大動脈圧波のうちの前記第2の拍動に対応する部分と比較して、前記第2の大動脈圧波における変化を検出し、血管系の抵抗およびコンプライアンスを特定するステップと、
ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を血管の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心臓の本来の心拍出量を決定するステップ。
[本発明1015]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
血行動態補助が、大動脈弁をまたいで配置されるように構成されたカニューレを有する心臓内血液ポンプによってもたらされる、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1017]
前記決定された心拍出量、前記抵抗、または前記コンプライアンスのうちの少なくとも1つに基づいて血行動態補助を調整する工程
をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1018]
カニューレと、血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構とを有する、血管内血液ポンプ、
前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、血管内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサ、ならびに
前記圧力センサに電気的に接続され、かつ、血圧を表す前記圧力センサからの信号を検出するように構成され、かつ、心拍出量を血管の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形モデルに基づいて本来の心拍出量を計算するように構成された、コントローラ
を備える、拍動している心臓の本来の心拍出量を決定するためのセンサ。
[本発明1019]
前記コントローラは、
心臓の複数の拍動を反映している、心臓の第1の大動脈圧波を検出し(ここで、反映される各拍動は重複切痕を含んでいる)、
前記複数の拍動のうちの第1の拍動において第1のポンピング速度で心臓に血行動態補助を適用し、
前記複数の拍動のうちの第2の拍動において該拍動の重複切痕の後に心臓に第2のポンピング速度をもたらすことにより、前記第2の拍動において心臓への血行動態補助を調整し、
前記第2の拍動において心臓の第2の大動脈圧波を検出し、
前記第2の大動脈圧波を、前記第2の拍動に対応する前記第1の大動脈圧波の一部と比較して、前記第2の大動脈圧波における変化を検出し、かつ大動脈の抵抗およびコンプライアンスを特定し、そして
ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心臓の本来の心拍出量を決定する
ように構成されている、本発明1018のセンサ。
[本発明1020]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1019のセンサ。
[本発明1021]
前記コントローラは、前記決定された心拍出量、前記血管の抵抗、または前記血管のコンプライアンスのうちの少なくとも1つに基づいてもたらされる血行動態補助を調整するようにさらに構成されている、本発明1018~1020のいずれかのセンサ。
[本発明1022]
以下の工程を含む、血液ポンプを使用して患者に機械的循環補助を提供するための方法:
血液ポンプを患者の血管系内で動作させる工程と、
前記およびセンサのいずれかを使用して患者の心臓の心拍出量を決定する工程と、
前記決定された心拍出量に基づいて血液ポンプのポンピング速度を調整する工程。
[本発明1023]
患者の血管系内を延びるように構成されたカニューレを有する血液ポンプと、
前記血管系内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサと、
圧力センサ信号および前記血液ポンプの動作パラメータを受信し、
本明細書に記載の方法の態様のいずれかの方法のいずれかに従って本来の心拍出量を決定し、そして
前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整する
ように構成されたコントローラと
を備える、機械的循環補助システム。
[本発明1024]
前記圧力センサは、前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、大動脈圧を検出するように構成される、本発明1023のシステム。
[本発明1025]
前記血液ポンプは、心臓内血液ポンプであり、前記カニューレは、心臓の左心室内を延びるように構成されている、本発明1023~1024のいずれかのシステム。
[本発明1026]
前記血液ポンプは、
血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、
前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構と
を備える、本発明1023~1025のいずれかのシステム。
[本発明1027]
前記コントローラは、
第1のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第1のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第1の圧力センサ信号を受信し、
第1の期間にわたる心臓の第1の心拍の第1のフェーズを特定し、
前記第1の圧力センサ信号に基づいて、第2の期間にわたる心臓の第2の心拍の第2のフェーズを予測し、
前記第2の心拍の前記第2のフェーズにおいて第2のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第2のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第2の圧力センサ信号を受信し、
前記第1の圧力センサ信号を前記第2の圧力センサ信号と比較して、前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の圧力の変化を計算し、そして
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記圧力の変化に基づいて、本来の心拍出量を計算する
ように構成されている、本発明1023~1026のいずれかのシステム。
[本発明1028]
前記第2のフェーズの後に前記第2のポンプ速度を前記第1のポンプ速度に変更することをさらに含む、本発明1027のシステム。
[本発明1029]
前記第1のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方であり、前記第2のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方である、本発明1027~1028のいずれかのシステム。
[本発明1030]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を高めることを含む、本発明1027~1029のいずれかのシステム。
[本発明1031]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を下げることを含む、本発明1027~1030のいずれかのシステム。
[本発明1032]
心臓の本来の心拍出量を決定することは、ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づく、本発明1027~1031のいずれかのシステム。
[本発明1033]
前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、本発明1032のシステム。
[本発明1034]
前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整することは、ポンプ速度を高めるまたは下げる指令を前記血液ポンプに送信することを含む、本発明1023~1033のいずれかのシステム。
[本発明1035]
ディスプレイをさらに備え、前記コントローラは、圧力センサ信号、前記血液ポンプの動作パラメータ、または前記本来の心拍出量のうちの少なくとも1つを表示するために準備するように構成されている、本発明1023~1034のいずれかのシステム。
[本発明1036]
前記コントローラは、
前記ポンプに供給された電流を検出し、そして
前記ポンプに供給された電流に基づいて、ポンプの動作が寄与する血流量を決定する
ように構成されている、本発明1023~1035のいずれかのシステム。
[本発明1037]
以下の工程を含む、心臓の本来の心臓パフォーマンスを決定するための方法:
患者内の血行動態パラメータを変化させるように動作することができる機械的循環補助デバイスを患者の血管系内に配置し、第1の心拍において前記デバイスを第1の出力レベルで動作させる工程と、
前記第1の心拍において血行動態パラメータを検出する工程と、
第2の心拍において第2の出力レベルを出力するように前記デバイスを動作させる工程と、
前記第2の心拍において前記血行動態パラメータを検出する工程と、
前記第1の心拍における前記血行動態パラメータを前記第2の心拍における前記血行動態パラメータと比較して、前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程。
[本発明1038]
前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、心臓の本来の心臓パフォーマンスを表す指標を計算する工程
をさらに含む、本発明1037の方法。
[本発明1039]
前記機械的循環補助デバイスは、心臓の左心室内を延びるように構成されたカニューレを有する心臓内血液ポンプを備える、本発明1037または1038の方法。
[本発明1040]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧であり、前記機械的循環補助デバイスは、大動脈圧を検出するように構成された圧力センサを備える、本発明1037~1039のいずれかの方法。
[本発明1041]
前記第1の心拍と前記第2の心拍との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、心臓の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を計算する工程と、
心臓の本来の心拍出量を計算する工程と
をさらに含む、本発明1037~1040のいずれかの方法。
[本発明1042]
前記第1の心拍の第1の拡張期における前記監視された血行動態パラメータを、前記第2の心拍の第2の拡張期における前記監視された血行動態パラメータと比較して、前記第1の拡張期と前記第2の拡張期との間の前記血行動態パラメータの変化を計算する工程と、
前記第1の拡張期と前記第2の拡張期との間の前記血行動態パラメータの前記変化に基づいて、大動脈の抵抗およびコンプライアンスを決定する工程と、
心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心拍出量を決定する工程と
をさらに含む、本発明1037~1041のいずれかの方法。
[本発明1043]
以下の工程を含む、患者の心臓の本来の心拍出量を決定するための方法:
血管内血液ポンプを第1のポンプ速度で動作させる工程と、
第1の心拍の第1の拡張期において、前記第1のポンプ速度での前記血管内血液ポンプの動作の最中に血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第1の拡張期における前記血管内血液ポンプの第1の動作パラメータを決定する工程と、
前記血管内血液ポンプの動作が第2の心拍の第2の拡張期において変化するように、前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程と、
前記第2の心拍の前記第2の拡張期において前記血行動態パラメータを監視する工程と、
前記第2の拡張期における前記血管内血液ポンプの第2の動作パラメータを決定する工程と、
(i)前記第1の動作パラメータ、(ii)前記第2の動作パラメータ、ならびに(iii)前記第1の拡張期および前記第2の拡張期における前記血行動態パラメータに基づいて、心臓の心臓パフォーマンスを表す指標を計算する工程。
[本発明1044]
前記第1の動作パラメータを決定する工程は、前記第1の拡張期において前記血液ポンプによってもたらされる第1の血流量を決定することを含み、前記第2の動作パラメータを決定する工程は、前記第2の拡張期において前記血液ポンプによってもたらされる第2の血流量を決定することを含む、本発明1043の方法。
[本発明1045]
前記第1および第2の拡張期について、前記血行動態パラメータの数学的表現を決定する工程と、
(i)前記数学的表現、(ii)前記第1の動作パラメータ、および(iii)前記第2の動作パラメータに基づいて、前記第1および第2の拡張期の心臓パフォーマンスの表現を計算する工程と
をさらに含む、本発明1043~1044のいずれかの方法。
[本発明1046]
心臓パフォーマンスを計算することは、
前記第1の拡張期の前記血行動態パラメータを表す第1の波形を、フーリエ変換を使用して分解し、正弦曲線の第1の組を決定することと、
前記第2の拡張期の前記血行動態パラメータを表す第2の波形を、フーリエ変換を使用して分解し、正弦曲線の第2の組を決定することと、
前記正弦曲線の第1の組と前記正弦曲線の第2の組とを比較して、大動脈内の血流に対する患者の心臓の寄与を決定することと
を含む、本発明1045の方法。
[本発明1047]
前記数学的表現は、前記正弦曲線の比較に基づく指数方程式である、本発明1046の方法。
[本発明1048]
前記正弦曲線の比較に基づいて、患者の心臓機能を表す理想的心拍をシミュレートする工程をさらに含む、本発明1047の方法。
[本発明1049]
心臓パフォーマンスを表す前記指標を計算する工程は、
経時的な前記血行動態パラメータの前記数学的表現に基づいて、心臓の血管コンプライアンスおよび血管抵抗を決定することと、
前記決定された血管コンプライアンスおよび血管抵抗を使用して、心臓の心拍出量を計算することと
を含む、本発明1037~1048のいずれかの方法。
[本発明1050]
前記血行動態パラメータは、大動脈圧である、本発明1037~1049のいずれかの方法。
[本発明1051]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程は、ポンプ速度を高めることを含む、本発明1037~1050のいずれかの方法。
[本発明1052]
前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更する工程は、ポンプ速度を下げることを含む、本発明1037~1050のいずれかの方法。
Claims (18)
- カニューレと、血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構とを有する、血管内血液ポンプ、
前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、血管内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサ、ならびに
前記圧力センサに電気的に接続され、かつ、血圧を表す前記圧力センサからの信号を検出するように構成され、かつ、心拍出量を血管の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形モデルに基づいて本来の心拍出量を計算するように構成された、コントローラ
を備える、拍動している心臓の本来の心拍出量を決定するためのセンサ。 - 前記コントローラは、
心臓の複数の拍動を反映している、心臓の第1の大動脈圧波を検出し(ここで、反映される各拍動は重複切痕を含んでいる)、
前記複数の拍動のうちの第1の拍動において第1のポンピング速度で心臓に血行動態補助を適用し、
前記複数の拍動のうちの第2の拍動において該拍動の重複切痕の後に心臓に第2のポンピング速度をもたらすことにより、前記第2の拍動において心臓への血行動態補助を調整し、
前記第2の拍動において心臓の第2の大動脈圧波を検出し、
前記第2の大動脈圧波を、前記第2の拍動に対応する前記第1の大動脈圧波の一部と比較して、前記第2の大動脈圧波における変化を検出し、かつ大動脈の抵抗およびコンプライアンスを特定し、そして
ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づいて、心臓の本来の心拍出量を決定する
ように構成されている、請求項1記載のセンサ。 - 前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、請求項2記載のセンサ。
- 前記コントローラは、前記決定された心拍出量、前記血管の抵抗、または前記血管のコンプライアンスのうちの少なくとも1つに基づいてもたらされる血行動態補助を調整するようにさらに構成されている、請求項1~3のいずれか一項記載のセンサ。
- 患者の血管系内を延びるように構成されたカニューレを有する血液ポンプと、
前記血管系内での血液のポンピングから少なくとも部分的に生じる血管内の圧力を検出するように構成された、圧力センサと、
圧力センサ信号および前記血液ポンプの動作パラメータを受信し、
本明細書に記載の方法の態様のいずれかの方法のいずれかに従って本来の心拍出量を決定し、そして
前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整する
ように構成されたコントローラと
を備える、機械的循環補助システム。 - 前記圧力センサは、前記血液ポンプの近位側または遠位側に動作可能に配置され、かつ、大動脈圧を検出するように構成される、請求項5記載のシステム。
- 前記血液ポンプは、心臓内血液ポンプであり、前記カニューレは、心臓の左心室内を延びるように構成されている、請求項5~6のいずれか一項記載のシステム。
- 前記血液ポンプは、
血管内で回転し前記カニューレを通して血液をポンピングするように構成されたロータと、
前記ロータを回転させるための電力を与えるように構成された駆動機構と
を備える、請求項5~7のいずれか一項記載のシステム。 - 前記コントローラは、
第1のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第1のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第1の圧力センサ信号を受信し、
第1の期間にわたる心臓の第1の心拍の第1のフェーズを特定し、
前記第1の圧力センサ信号に基づいて、第2の期間にわたる心臓の第2の心拍の第2のフェーズを予測し、
前記第2の心拍の前記第2のフェーズにおいて第2のポンプ速度で動作するように前記ポンプに動作指令を送信し、
前記第2のポンプ速度でのポンピングにおける圧力を表す第2の圧力センサ信号を受信し、
前記第1の圧力センサ信号を前記第2の圧力センサ信号と比較して、前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の圧力の変化を計算し、そして
前記第1のフェーズと前記第2のフェーズとの間の前記圧力の変化に基づいて、本来の心拍出量を計算する
ように構成されている、請求項5~8のいずれか一項記載のシステム。 - 前記コントローラが、前記第2のフェーズの後に前記第2のポンプ速度を前記第1のポンプ速度に変更するようにさらに構成されている、請求項9記載のシステム。
- 前記第1のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方であり、前記第2のフェーズは、収縮期および拡張期のうちの一方である、請求項9~10のいずれか一項記載のシステム。
- 前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を高めることを含む、請求項9~11のいずれか一項記載のシステム。
- 前記第1のポンプ速度を第2のポンプ速度に変更することは、ポンプ速度を下げることを含む、請求項9~12のいずれか一項記載のシステム。
- 心臓の本来の心拍出量を決定することは、ソフトウェア内にプログラムされた、心拍出量を大動脈の抵抗およびコンプライアンスに関連付ける非線形伝達関数に基づく、請求項9~13のいずれか一項記載のシステム。
- 前記非線形伝達関数は、ウィンドケッセルモデルを含む、請求項14記載のシステム。
- 前記決定された本来の心拍出量に基づいて前記血液ポンプの動作パラメータを調整することは、ポンプ速度を高めるまたは下げる指令を前記血液ポンプに送信することを含む、請求項5~15のいずれか一項記載のシステム。
- ディスプレイをさらに備え、前記コントローラは、圧力センサ信号、前記血液ポンプの動作パラメータ、または前記本来の心拍出量のうちの少なくとも1つを表示するために準備するように構成されている、請求項5~16のいずれか一項記載のシステム。
- 前記コントローラは、
前記ポンプに供給された電流を検出し、そして
前記ポンプに供給された電流に基づいて、ポンプの動作が寄与する血流量を決定する
ように構成されている、請求項5~17のいずれか一項記載のシステム。
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