PL222043B1 - Sposób sterowania pompą wspomagania serca - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu sterowania pompą wspomagania serca, w którym przy sterowaniu synchronizuje się pracę pompy z sygnałem EKG. Podczas pracy pompy okresowo zmienia się częstość jej pracy AHR w zależności od zmierzonej w EKG częstości pracy serca HR tak, że łączna ilość przepompowanej w kolejnych cyklach krwi równa jest objętości wymaganej do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO pompy wspomagania, przy czym zachowuje się tryb pracy pompy z jej pełnym napełnianiem i pełnym wyrzutem.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania pompą wspomagania serca.

Pompy wspomagania serca stosowane są w dwóch przypadkach. Pierwszym z nich jest zastąpienie funkcji serca w oczekiwaniu na transplantację chorego serca. Drugim - czasowe odciążenie serca umożliwiające podjęcie skutecznego leczenia w kierunku regeneracji mięśnia sercowego. W drugim przypadku bardzo ważne jest stworzenie optymalnych warunków dla regeneracji serca, to znaczy warunków, w których serce wykonuje pracę z najmniejszym wydatkiem energetycznym w czasie leczenia. Wynika stąd konieczność odpowiedniego skorelowania pracy pompy wspomagania serca z sercem, zwłaszcza w przypadku pompy pulsacyjnej. Synchronizacja polega na takim uporządkowaniu cykli pracy pompy wspomagania serca i serca, aby obydwa pracowały naprzemiennie. W tym celu stosuje się synchronizację z wykorzystaniem sygnału EKG.

Podczas synchronizacji istotnym jest, aby początek tłoczenia pompy wspomagania serca następował bezpośrednio lub w niewielkim odstępie czasu po zamknięciu zastawki aortalnej serca. Faza tłoczenia pompy powinna zakończyć się przed kolejnym skurczem serca. Zamknięcie zastawki aortalnej reprezentowane jest na wykresie EKG załamkiem T, natomiast rozpoczęcie fazy skurczu, załamkiem Q. W rzeczywistości za rozpoczęcie fazy efektywnego tłoczenia krwi przez serce można uznać położenie załamka R. Ten właśnie załamek podlega detekcji. Czas pomiędzy załamkiem T jednego zespołu PQRST a załamkiem R kolejnego zespołu, stanowi nie mniej niż około 60% czasu całego cyklu pracy serca i jest to czas, w którym powinien wystąpić wyrzut pompy wspomagania serca, przy czym nie musi on trwać przez całe 60% cyklu. Pozostały czas cyklu pompy przeznaczony jest na jej napełnianie.

W dalszej treści opisu wykorzystywane będą następujące oznaczenia:

HR - częstość pracy serca;

AHR - częstość pracy pompy wspomagania;

CO - rzut minutowy serca;

ACO - rzut minutowy pompy wspomagania;

SDP - ciśnienie tłoczenia pompy;

DDP - ciśnienie ssania pompy.

Typowa pompa wspomagania serca ma objętość około 70 ml-80 ml, czyli tyle, ile średnio wynosi objętość wyrzutowa serca osoby dorosłej, a więc ilość krwi pompowana w jednym cyklu. Z punktu widzenia pracy pompy, najkorzystniej jest, jeżeli pompa w jednym cyklu pracy napełnia się do objętości całkowitej a następnie wypompowuje całą swoją objętość. Wówczas pompa pracuje w trybie pełnego napełniania i pełnego wyrzutu. Jeżeli pompa nie jest napełniana całkowicie lub nie wyrzuca całej objętości krwi, nie wykorzystuje się w pełni jej walorów wynikających z dostosowania konstrukcji do dynamiki przepływów w objętości pompy. Zakłócenie zoptymalizowanego dla konkretnej geometrii przepływu skutkuje zwiększeniem ryzyka powstawania obszarów zastoju krwi i/lub niekorzystnych zawirowań, mogących prowadzić do tworzenia skrzeplin wewnątrz pompy i w konsekwencji do powikłań zatorowych u pacjenta. Ponadto ryzyko wykrzepiania krwi zwiększa się w przypadku braku całkowitego wyrzutu pompy, gdyż nie cała objętość pompy zostaje wymieniona w cyklu. Powoduje to zaleganie krwi w pompie. Sytuacja, w której pompa nie napełnia się całkowicie również może wpłynąć na pogorszenie się warunków przemywania krwi, nie jest to jednak czynnik krytyczny i niekiedy dopuszcza się do takiego sposobu pracy pompy.

Synchronizacja pracy pompy z sygnałem EKG oznacza wyrzut pompy w każdym, następującym po sobie cyklu pracy serca, lub w co drugim cyklu, lub w co trzecim, itd. Przyjmując, że pompa pracuje w trybie pełnego napełnienia i pełnego wyrzutu, otrzymujemy dyskretyzowane wartości ACO: ACO, ACO/2, ACO/4, ACO/8 itd., albo ACO/3 lub ACO/5. Stanowi to poważne ograniczenie w dostosowaniu poziomu wspomagania serca do konkretnych potrzeb procesu wspomagania.

Sposobem na uniknięcie dyskretyzacji wartości ACO jest odstąpienie od najbardziej korzystnego dla pompy trybu jej pracy. Można to osiągnąć zmniejszając napełnienie pompy z zachowaniem pełnego wyrzutu, ograniczanie wyrzutu z zachowaniem pełnego napełnienia lub kombinacji obydwóch. Najkorzystniej z punktu widzenia ryzyka wykrzepiania jest ograniczyć napełnianie pompy, zmniejszając je od wartości 100% do 50%, co wystarcza do zapewnienia możliwości ustawiania ACO w sposób ciągły.

W literaturze patentowej sposoby sterowania pompami serca zostały opisane przykładowo w opisach WO2012040544 czy też US 7963905.

PL 222 043 B1

Istota wynalazku polega na tym, że podczas pracy pompy okresowo zmienia się jej częstość pracy AHR w zależności od zmierzonego w EKG częstości pracy serca HR tak, że łączna ilość przepompowanej w kolejnych cyklach krwi równa jest objętości wymaganej do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO. Zachowuje się przy tym tryb pracy pompy z pełnym napełnianiem i pełnym wyrzutem.

W korzystnym wykonaniu do zapewnienia pełnego wyrzutu krwi z pompy wspomagania serca w czasie pomiędzy kolejnymi skurczami wspomaganego serca wykorzystuje się ciśnienie tłoczenia SDP dobrane na podstawie częstości pracy serca HR mierzonej w sygnale EKG oraz ciśnień tłoczenia SDP uśrednionych z poprzednich cykli pracy pompy.

Dalszą korzyść uzyskuje się, gdy do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO wykorzystuje się ciśnienie ssania pompy DDP dobrane tak, aby dla wyliczonej częstości AHR zapewnić pełne napełnianie pompy wspomagania serca w każdym cyklu pracy pompy.

ACO jest więc wartością stałą, zaś wartością zmienną jest AHR - dla zadanego ACO wylicza się ilość niezbędnych cykli pracy pompy i umieszcza się je w ciągu minuty w sposób możliwie równomierny i regularny. Wyrzut pompy jest synchronizowany z cyklem serca, natomiast napełnianie pompy odbywa się od zakończenia wyrzutu do następnego wyrzutu i może trwać kilka cykli serca. AHR jest więc funkcją czasu. Uzyskuje się przy tym efektywny sposób sterowania pompą wspomagania serca, dostosowany do zmieniających się w czasie parametrów pracy serca, związanych przykładowo z wysiłkiem pacjenta.

Poniżej podano w przykładzie wykonania możliwość realizacji wynalazku.

Założono, że HR wynosi 80 bpm, zaś zadane ACO wynosi 2,5 l/min, co odpowiada wartości 2500 ml/min. Objętość wyrzutowa pompy wspomagania serca SV wynosi 70 ml. Czas dla którego przeliczany jest rozkład cykli pompy wynosi 10 minut. W takiej sytuacji AHR = (ACO/SV)*10 = 357. Pompa wspomagania serca potrzebuje więc 357 wyrzutów w ciągu 10 minut, aby zapewnić zadany rzut minutowy ACO. W tym czasie serce wykonuje 800 skurczów. Zadaniem opracowanego algorytmu sterowania jest więc rozmieszczenie w sposób możliwie równomierny 357 wyrzutów pompy pomiędzy 800 wyrzutami serca. SDP dobiera się tak, że realizowany jest wyrzut w czasie trwania cyklu serca i jednocześnie pozostaje się w zakresie wartości bezpiecznych dla pacjenta. DDP jest dobierane tak, że pompa jest napełniana przed kolejnym zaplanowanym wyrzutem. Powyższe dotyczy sytuacji stabilnej, gdy warunki obciążenia pracy serca nie zmieniają się w ciągu kilku minut lub zmieniają się nieznacznie. W przypadku gdy w czasie trwania zaplanowanego, minutowego cyklu sterowania warunki obciążenia znacznie się zmienią, przykładowo w związku z wysiłkiem pacjenta, w oparciu o pomiar EKG dokonuje się przeliczenia cyklu. Przeliczenie cyklu obejmuje czas mniejszy niż przyjęte wcześniej 10 minut, lecz nie mniej niż 2-3 minuty. Do zapewnienia pełnego wyrzutu krwi z pompy wspomagania serca w czasie pomiędzy kolejnymi skurczami wspomaganego serca wykorzystuje się ciśnienie tłoczenia SDP dobrane na podstawie częstości pracy serca HR mierzonej w sygnale EKG oraz ciśnień tłoczenia SDP uśrednionych z poprzednich cykli pracy pompy. Do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO wykorzystuje się ciśnienie ssania pompy DDP dobrane tak, aby dla wyliczonej częstości AHR zapewnić pełne napełnianie pompy wspomagania serca w każdym cyklu pracy pompy.

Claims (3)

1. Sposób sterowania pompą wspomagania serca, w którym przy sterowaniu synchronizuje się pracę pompy z sygnałem EKG, znamienny tym, że podczas pracy pompy okresowo zmienia się częstość jej pracy AHR w zależności od zmierzonej w EKG częstości pracy serca HR tak, że łączna ilość przepompowanej w kolejnych cyklach krwi równa jest objętości wymaganej do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO pompy wspomagania, przy czym zachowuje się tryb pracy pompy z jej pełnym napełnianiem i pełnym wyrzutem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do zapewnienia pełnego wyrzutu krwi z pompy wspomagania serca w czasie pomiędzy kolejnymi skurczami wspomaganego serca wykorzystuje się ciśnienie tłoczenia SDP dobrane na podstawie częstości pracy serca HR mierzonej w sygnale EKG oraz ciśnień tłoczenia SDP uśrednionych z poprzednich cykli pracy pompy.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do zapewnienia zadanego rzutu minutowego ACO wykorzystuje się ciśnienie ssania pompy DDP dobrane tak, aby dla wyliczonej częstości AHR zapewnić pełne napełnianie pompy wspomagania serca w każdym cyklu pracy pompy.