JP6285956B2 - 無症候性横隔膜刺激を介する血行動態性能の向上 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、「Ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ／Ｈｅａｒｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」についての２０１２年１２月１９日出願の米国特許仮出願第６１／７３９，７０４号の出願日優先権を主張し、該仮出願の開示内容全体を参照によって本書に援用する。

背景技術及び発明の概要

本発明は、二相性横隔膜運動の短期発生を誘発するように意図された、注意深くタイミングを合わせた規則的な心周期毎の同期化された無症候性電気パルス刺激を横隔膜に加えることを通して、心疾患を持つ被検者の血行動態性能を高めるための、本書でコンピュータ構造またはより簡単にコンピュータと呼ばれる、論理を含む内部制御回路構成を特徴とする電気回路構造を使用しかつそれによって管理される、埋込型医療システムおよび関連する方法論に関する。特に、本発明は、そのような刺激の各々に関連して、かつ含まれる制御回路構成（これは電気回路構造と呼ばれるものの一部を形成する）の動作を通して、結果的に誘発された横隔膜運動に関する情報を監視し、かつ後で精査するために記録し、潜在的なテレメトリ調整されたシステムの性能適応に対応して、求められる血行動態性能の向上を最大化するように横隔膜刺激特性を改善する、上述したシステムおよび方法論に関する。システムはさらに、変化形態で、タイミングの問題に関係するような他の種類のシステムの挙動調整に備えて、体外からの選択的リモートテレメトリを実現する通信を可能にすることが好ましい。

用語「血行動態性能」は用語「心血管性能」および「心機能」と同義的に使用される。本発明の実施に従って電気的刺激によって生じる二相性横隔膜運動は、本書で横隔膜の尾側の後に続く頭側の運動と呼ばれるものである。含まれる「コンピュータ構造」論理構成部品は、意図された機能を実行するために結線接続することができ、あるいはより好ましくは、テレメトリなどにより完全にまたは部分的にプログラム可能とすることができるが、適切なマイクロプロセッサを特徴とすることもできる。それはまた、以下で説明するように、様々な重要なタイミング制御を実現するための適切な「状態機械」を含むか、あるいはそれと適切に内部で関連付けることができる。

上述したタイプのパルス刺激は、適切に特徴付けられて加えられると、その都度、横隔膜の非常に短い（わずか数十ミリ秒の）パルス状の二相性（特異的尾側の後に続く特異的頭側の）運動、およびそれに関連して実質的にその後に続く、横隔膜上に載置している心臓の左心室のポンピング関連運動をトリガする。この刺激は、左心室収縮の開始に関連して適切にかつ同期してタイミングを合わせたときに、（ａ）拡張後期の充満および（ｂ）収縮早期の収縮の両方の重要な心ポンプ機能を向上することを通して血行動態性能を改善するように、この運動発生活動を生み出す。

本発明の実施に際して実現される無症候性刺激を本書では、ＰＩＤＳ刺激ともいう。頭字語ＰＩＤＳは熟語「ペーシング誘発性横隔膜刺激（ｐａｃｉｎｇ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｉａｐｈｒａｇｍａｔｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）」を表す。後で刺激特性を精査しかつ可能性として見直しを行うための上述した監視および記録は、システムの制御回路構成で実行される、実際に誘発される横隔膜運動波形と提供され内部に保存された基準波形との比較に関連付けられる。

本発明のシステム的および方法論的な全ての特徴的な表現で決定的に重要なことは、（１）本書で有効な電気的または機械的Ｖ事象と呼ばれるものの感知、および（２）関連する感知に基づく横隔膜への電気刺激の最終的な印加が、被検者用に設置されたシステムにより、被検者の横隔膜の選択された表面領域に直接隣接し、好ましくは接触する埋込型のシステム配置から行われることである。この選択された表面領域は、横隔膜の下面（好ましい）または上面いずれかの領域とすることが、かつ多くの異なる横隔膜面の場所とすることができるが、あらゆる状況下で心臓と接触することなく、被検者の身体に対して左側に配置されることが好ましいが、必須ではない。

どちらのカテゴリ（電気的または機械的）でもＶ事象は本書では、左心室収縮の開始、またはそのような開始に対し予測可能な既知の関係を有する心臓の電気的または機械的事象のいずれかであると定義される。有効な電気的Ｖ事象は電気的ＲまたはＱ波のいずれかとして取り扱われ、有効な機械的Ｖ事象はＳ１心音として取り扱われる。心周期毎の同期横隔膜刺激は、心周期毎に検出される有効なＶ事象に関連して様々な仕方で選択的に、つまり先行して（早期）または後続して（後期）タイミングが計られる。

本発明のシステム的および方法論的な特定の特徴的な表現で特に重要なことは、システムに含まれる加速度計、好ましくは多軸性、さらにいっそう好ましくは三次元的性質の加速度計を使用することを通して、事前に設定された横隔膜運動の基準波形と比較して、印加された電気的横隔膜刺激によって実際に生じる心周期毎の機械的波形、機械的な横隔膜の二相性運動を監視しかつ記録することに重点を置いて、提案するシステムおよび関連する方法論に効果的に組み込むことである。本発明に従ってコンピュータで取得され記録されるこれらの２つの波形の不適合に関する情報は、周期的システム性能評価にとって重要であり、かつこの文脈において、そのような性能を向上するために、希望する場合に、適切な心周期毎の電気刺激特性の変更を行うことを支援するのに非常に重要である。

本発明の様々な実施形態は様々な軸感度加速度計を使用することができるが、ほとんどの用途では、三次元すなわち三軸加速度計を含めることおよび使用することが好ましいことに注目されたい。したがって、本書で以下に提示する好適なシステムおよび方法論発明の説明は、三次元加速度計を使用する文脈で記載される。

本発明の２つの主要な埋込可能なシステムの形態または実施形態を提示するが、その一方は、全一体として、すなわち単一体として、自己完結した自蔵動力型の単一のカプセル構成を特徴とし、他方は、相互接続する交差連絡リード構造によって分離された２つの部品配置構成に編成された部品の同じく自蔵動力型の分散を特徴とする。

上述した２つの現時点で主要な好適形態とは明確に異なる、本書では図示せずあるいは記載しない本発明の他の形態は、異なる埋込用途に対処するのに非常に適している可能性があることが認識されており、その場合、本書で特に記載する２つの発明形態のために下述する様々なシステム部品は、異なる埋込可能な方法で編成されるようになる。

本発明の開示の文脈におけるシステムの性能機能性に関して、（上で概説したように）横隔膜に導入される二相性運動のトリガされたパルスを介して血行動態／心血管性能を向上するという重要な最終結果を達成する観点から、同じ基本的発明の方法論が、本書で特に記載するシステムの発明形態の両方で実現される。

概略的に上述した刺激誘発される横隔膜運動は、正常な呼吸運動の周波数（典型的には約０．２〜０．３Ｈｚ）と比較して、上述の通り、短期の比較的高い周波数（典型的には約１２〜１５Ｈｚ）のパルス状の運動である。これらの高速の運動は、規則的でずっと遅い周波数の横隔膜呼吸運動に重ね合わされる。横隔膜刺激によってもたらされる初期の短期尾側運動は左心室を引き寄せ、うまくタイミングを合わせると、そのような刺激が引き起こす「引寄せ」は、拡張後期の左心室充満に対する心房の寄与（すなわち、いわゆる「心房キック」）を増大させ、その結果、広く認められているフランク‐スターリングのメカニズムを介して、その後の一回拍出量を増大させる。規則的な横隔膜呼吸運動よりずっと速い、二次的刺激誘発される横隔膜の頭側の運動は、左心室を上向きに「蹴り上げ」、この二次的運動が収縮早期に、僧帽弁が閉じる前に発生した場合、それは心室収縮の運動量を増大させることによって心機能をさらに増強する。

したがって、望ましい血行動態の向上の達成に関連して、上述した運動の尾側および頭側成分の実際のタイミングおよび心機能に及ぼす効果が最大になるように、心室収縮の開始と横隔膜刺激との間のタイミングを最適化することが重要である。そのような最大化は、言うまでもなく、所与の被検者の特定の心構造に関連して（電気的かつ機械的に）、被検者に固有であり、したがって医療的に決定され、適切に関連付けられた被検者に固有のタイミング要件が、後で説明するように、最初に「本発明のシステム内に設定」される。全ての動作パラメータが適切に「導入される」と、本発明はかなりの血行動態性能の最適化を成功裏に達成する。

上述の通り、本書では特に、本発明のシステムの完全に埋込可能かつ完全に自蔵動力型の２つの主要な実施形態を図示し、かつ説明する。それらの一方は、上記の通り、単一ユニットの自己完結した（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）カプセル型の構成であり、他方は、分散部品を連絡リード線で相互接続する形態を有する。

本発明の構造性を一般的に記載する１つの方法によれば、提案するものは、（ａ）被検者の横隔膜の選択された表面領域に動作接続可能な、双峰型（１つのモードで心臓の電気的活動を感知し、他のモードで関連する横隔膜に電気刺激を与える）電極構造と、（ｂ）電極構造に接続され、かつ（１）電極構造が回路構造の影響下でその感知モードで機能しているときに、電極構造が感知した電気的心臓活動を受信して処理するように、かつ（２）そのような受信および処理に基づいて、電極構造が同じく回路構造の影響下でその刺激モードで機能しているときに、電極構造を介して横隔膜に適切な横隔膜刺激を伝達するように、動作可能である監視および制御回路構造を含む、システムである。

上に提示した本発明のシステム的表現に関してさらに詳しくは、（ａ）選択された横隔膜表面領域は、（１）必須ではないが、好ましくは、被検者の体内の側方、さらにいっそう明確には左側方の位置に、かつ（２）全ての場合に被検者の心臓と接触することなく、配置され、かつ（ｂ）上述した回路構造は、電極構造を介する回路構造の電気刺激の送達に対して、受信しかつ監視する心周期電気活動情報における有効な電気的Ｖ事象の目立つ存在に対する適切に予め定められた調時関係を制御するように動作する、コンピュータ構造を含む。加えて、本発明の実施に企図されるのは、２つの異なるカテゴリのそのような予め定められた調時関係またはタイミング関係であり、その１つは、次に期待される有効な心周期の電気的Ｖ事象を予想するものを含み、もう１つは、最後に感知された有効な心周期の電気的Ｖ事象を追従するものを含む。これらの同じ２つのカテゴリのタイミング関係は、有効な機械的Ｖ事象として心音、特にＳ１心音を検知するように設計された、本書で機械的感知構造とも呼ばれる加速度計（短軸はまた多軸）をさらに含む、下述する本発明のシステムの別の形態にも同等に適用可能である。

本発明において提示したばかりの記述の拡張形態（直前に述べたばかりの本発明の「別の形態」）は、提案するシステムが特に三次元加速度計（機械的感知構造とも呼ばれる）をさらに含む形態であり、該加速度計は、（ａ）被検者の横隔膜に対しそれと運動感知関係に接触関連配置されるように、電極構造に隣接して、かつそれと動作的に関連付けられるように配置され、（ｂ）上述した回路構造に動作接続され、かつ（ｃ）電気的横隔膜刺激の結果として被検者の横隔膜に生じる運動に応答すると共に、かつそのような応答に対し、そのような運動を直接表す波形を処理する横隔膜運動確認信号を生成して回路構造に伝達するように構成される。

本発明の加速度計を含むシステムの形態についての別の考え方では、回路構造に含まれるコンピュータ構造は、伝達された確認信号の波形を基準波形と比較し、かつ後で精査するために確認信号波形を記録するための、波形監視および記録下位構造を特徴とする。

本発明に加速度計を含めることに関連して、本発明についての別の考え方では、本発明の変化形態によると、（ａ）含まれる加速度計はさらに、被検者の心周期で、選択された横隔膜表面領域で認識可能な心周期、Ｓ１心音、機械的活動すなわち有効な機械的Ｖ事象を検知するために機能し、かつ（ｂ）含まれる回路構造はこの機械的有効Ｖ事象情報を加速度計から受信し、そのような受信した機械的Ｓ１心音における有効なＶ事象情報の目立つ存在に対し予め定められた調時関係で、意図された横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側運動をトリガする目的で、電極構造を介して被検者の横隔膜に無症候性電気刺激を送達するように動作可能である。

特定の用途での実現が企図され、本書で開示する２つの主要な実施形態の各々に表象的に図示され、記載され、含まれる、本発明の基本的システムのさらなる変化形態では、含まれる回路構造の一部を形成するコンピュータ構造は、感知された有効なＶ事象に対して電気的横隔膜刺激がいつ発生するかを決定する予め定められた調時関係の調整を周期的に行うことのできるタイミング調整下位構造を有する。この変形はその用途が広く、被検者の心臓挙動状態が経時的に変化する場合に、被検者の血行動態性能をさらに向上することを目的として、遠隔的に、または希望するならば内部で自動的に、そのような刺激のタイミングを調整する能力を提供する。

好適かつ変形された本発明のこれらおよび他のシステム的態様について、以下で考察する。

方法論的観点から、本発明は、被検者の心臓の血行動態性能を改善するための方法を提供する。心臓と接触していない被検者の横隔膜の選択された表面領域の隣接部から、（１）被検者の心周期における、（ａ）周期毎の有効な電気的Ｖ事象、および（ｂ）周期毎の有効な機械的Ｖ事象のうちの選択された１つの存在を感知しかつ注目するステップと、（２）そのような感知に基づき、かつそのような選択されたＶ事象の存在の各々に注目した後、横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側の運動をトリガする目的で、そのような注目に対する予め定められた調時関係で、関連する無症候性電気刺激を横隔膜に、好ましくは選択された横隔膜表面領域に、直接印加するステップと、（３）印加ステップに続いて、結果として生じる横隔膜運動の波形を監視するステップと、（４）監視ステップを実行した後、監視された横隔膜運動波形を基準の横隔膜運動波形と比較するステップと、（５）比較ステップの終了後に、監視された横隔膜運動波形を後で精査するために記録するステップとを含む。

本発明の方法論はさらに、（１）選択される横隔膜表面領域を横隔膜の（ａ）下面、および（ｂ）上面の一方になるように選ぶステップと、（２）選択される周期毎の有効なＶ事象を選び、それによって、電気的Ｖ事象の場合には、それが（ａ）Ｒ波、および（ｂ）Ｑ波の一方となり、機械的Ｖ事象の場合には、それがＳ１心音となるようにするステップとを含む。

本発明のシステムおよび方法論によってもたらされるこれらおよび様々な他の特徴および利点は、以下に続く本発明の詳細な説明を添付の図面に照らし合わせて読んだときに、より完全に明白になるであろう。

図１は、本発明のシステムの完全に埋込可能な完全に自己完結した自蔵動力型の単一カプセル形の実施形態の電極側の表面を示す等角図である。

図２は、図１に示したものに対して２軸周りにわずかに回転した図１に示した実施形態の同一縮尺の側方等角図である。

図３は、図１および図２に示した本発明の実施形態の平面図であり、内部に含まれる電気回路構成、加速度計、および内蔵電池を示すためにこの実施形態におけるカプセルの本体が開けられた状態が、図１および図２に使用したのと略同一縮尺で描かれている。

図４は、図３と略同一縮尺を使用し、図３の下面から切った側方断面図である。

図５は、本発明のシステムに使用され、かつ図１〜図４に示した本発明の実施形態、およびまだ記載されていない図８に示す代替的実施形態の両方に組み込まれる、電気的および機械的構成部品を示す基本ブロック／概略図である。

図６Ａは、図１〜図４に示したシステム実施形態に提案される体内の好適な埋込位置を示す、被検者の身体内部の正面図である。図６Ｂは、図１〜図４のシステムのための身体内の代替的配置を示すこと除き、図６Ａと略同一縮尺で描かれた、図６Ａと同様の正面図である。

図７Ａ、図７Ｂは、分かり易くするために図１〜図４の内部のシステムを取り除いた状態で、図６Ａ、図６Ｂに示された解剖学的構造の拡大部分図を表し、特に、本発明の実施に従って、電気刺激の結果生じる心臓の二相性の機械的動きまたは運動、および結果的に生じる横隔膜および心臓の機械的運動を示す。図７Ａは、無症候性刺激により発生する尾側横隔膜運動の状態を示し、図７Ｂは関連する直後に続く頭側横隔膜運動の状態を示す。

図６Ａ、図６Ｂそれぞれに対して図７Ａ、図７Ｂに示した状態間の関係を引き出す、今行ったばかりの記述は、図７Ａ、図７Ｂと、まだ記載されていない図９Ａ、図９Ｂとの間に存在する関係にも同等に適用される。

図８は、本発明の完全に埋込可能な代替的システム実施形態を示す。それは、この実施形態における特定の部品が、相互接続する連絡リード構造から分離された２つの組立体に配置される状態の結果もたらされる、分散型の構造特性を有する。

図９Ａ、図９Ｂはそれぞれ図６Ａ、図６Ｂと同様の図であるが、図８に示した本発明の実施形態に含まれる特定の部品のために提案する２つの代替的な体内配置を示す点が異なる。

図６Ａ、図６Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂでは、露出された解剖学的内容は、開示上の必要性を損ねることなく、無用の複雑さを回避するために、大幅に簡素化されており、この文脈で、図示する埋込システム構造の配置がよく分かるようにするために、左側横隔神経構造の下部は省かれている。

図１〜図７Ｂ、ならびに図９Ａおよび図９Ｂに示す様々な構造的要素および解剖学的要素、ならびに図７Ａおよび図７Ｂに示す幾つかの移動した解剖学的位置および変化した解剖学的形状構成は、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。

図１０は、本書で早期横隔膜電気刺激および後期横隔膜電気刺激と呼ばれるものを描いたラダー図を提示する。 図１１は、本書で早期横隔膜電気刺激および後期横隔膜電気刺激と呼ばれるものを描いたラダー図を提示する。

図１２は、電気的Ｖ事象の感知、関連する心周期同期横隔膜刺激、ならびに結果的に生じた横隔膜および左心室の二相性の機械的運動に関係する２つのトレースの共通時間軸上のグラフ表示である。

図１３は、図１２で１対の間隔を置いた垂直の短破線間に描かれた単一心周期事象の拡大図を提供する。

図１４は、本発明の方法論のアーキテクチャの基本形態および１つの変化形態の両方を示す高レベルブロック／概略図である。

ここで図面に目を向け、最初に図１〜図５を参照すると、一般的に２０で示されているのは、被検者の心臓の血行動態性能を改善するために本発明に従って構成された自己完結自蔵動力型の完全埋込型医療システムの１つの好適な形態である。システム２０は、説明する通り特別にタイミングを合わせ心周期に同期した無症候性電気刺激を被検者の横隔膜に直接印加して、横隔膜の非常に短い持続時間で比較的高い周波数（上述した通り）の二相性運動を生じることを通して、そのような改善を達成する。この運動は心臓の左心室の下面に直接伝達され／加えられ、基本的に横隔膜運動の後に続く二相性「ポンピング」運動を左心室の下面およびしたがって左心室内に生じる。

図１〜図４から分かるように、システム２０は、本書で単一カプセル形態２２と呼ばれるものを有する。この形態は、小型で容易に埋込可能な細長い薄型の非導電性でありかつ適切に生体適合性を持つカプセル体、つまりここでは長さが約１．２５インチ、幅が約０．５インチ、厚さが約０．１２５インチの図示する形状を有するカプセル２４を特徴とする。カプセル体２４は中空内部２４ａ（図３および図４参照）を有し、本書では電極面とも呼ばれる細長い外側の横隔膜接触面２４ｂ（図１および図２参照）を持ち、その両端付近には、本書でまとめて双峰型電極構造と呼ばれる、間隔（約１インチ）を置いて配置されかつ外側に露出した２つの双峰型電極２６、２８がある。電極２６、２８は露出した円形の面２６ａ、２８ａを呈し、各々が本書では約０．１５インチの直径を有する。一般的に、これらの電極は、システム２０が埋め込まれた状態で動作中に、心臓関係の電気的活動を感知し（いわゆる第１動作モードまたは１つの動作モードで行われる）、かつ制御された無症候性電気刺激を横隔膜に印加する（いわゆる第２動作モードまたは他の独立動作モードで行われる）という両方の機能を果たす。

図１〜図４に示す特定のカプセル形状、および上述した特定の寸法は必須ではなく、様々な特定の埋込用途に適合するようにユーザの希望に応じて選択的に変化させることができる。言うまでもなく、重要なことは、カプセル２４の形状および寸法が、被検者の身体内に動作状態で滞留するのに適合し、快適であり、かつそのために最小侵襲性配置用に設計されることである。以下で説明するように、好適な配置は、被検者の横隔膜の上部付近の表面領域（下面または上面）への効果的に安定した付着を含むが、配置に適する他の横隔膜部位がある場合がある。今論じている発明のカプセル形状に関して本書で特に最初に取り上げた、形状および大きさに関し今行ったばかりの記述と同じ内容が、図８に示すまだ記述していない第２の好適な実施形態にも適用可能である。本書に開示する本発明のシステムの２つの主要な形状の各々に関して、そのユーザ／設置者は、被検者の体内に埋込を実行するために、様々な異なる適切な、かつ好ましくは最小侵襲性の、外科手技を容易に選択することができるが、横隔膜の下面にシステムを配置する場合には、腹腔鏡手術が適正な選択肢であると考えられ、横隔膜の上面に配置する場合には、開胸術が適正な選択肢であると考えられる。

システムの埋込後の配置安定化を図って、被検者の横隔膜の選択された表面領域（下面または上面）への自然な生体結合プロセスを促進するために、適切な従来型の非導電性の生体適合性メッシュ３０（図１および図２参照）がカプセル面２４ｂに取り付けられる。そのようなメッシュを含めることは随意であるが、有用である。後でさらに考察する通り、横隔膜の下面領域の配置が好ましく、かつ被検者の身体の左側の横隔膜部位も好ましいが、必須ではない。さらに、上面領域の配置を含むあらゆる状況下で、そのような配置は、カプセル２４が心臓と直接接触しない部位でなければならない。

カプセル体２４の中空内部２４ａ内に収容されたシステム２０に含まれるのは、論理を含む内部制御回路構成（まだ図面に示されていない）の存在を介して全てのシステムの電気的性能活動を管理する電気回路構造３２、システムに必要な全ての動作電力を供給する電池３４、ならびにシステムが適切な体内埋込状態のときに横隔膜運動の活動および心音のような種々の機械的活動および音響活動を感知する多軸（ここでは三次元）加速度計または機械的感知構造３６をはじめとする、様々な電気的および機械電気的システム動作部品である。横隔膜運動活動の加速度計の感知に関して、感知能力は、本書で運動感知関係と呼ばれる関係の提案および意図された埋込配置を直接横隔膜に行うことによって高められ、それは、電気回路構造３２に送達される重要な電気的横隔膜運動確認信号を生成し、該信号はそのような運動の波形を直接表す。この信号は、実際に印加される電気的横隔膜刺激が、血行動態性能向上を最大化するように意図された所望の二相性横隔膜運動をトリガするのにできる限り最もよく適していることを確実にするのに著しく有用である。この確実化は、本発明の方法論に従って、加速度計が供給する確認信号によって表される波形が。本発明のシステムに「既知」の基準波形と定期的に比較されることから起きる。

含まれる加速度計によって感知される心音は多くの目的に有用であり、特にＳ１心音はすでに（上で）述べた本発明の変化形態で使用され、横隔膜刺激の印加のための適切なタイミングを計るときの基準となる有効な機械的Ｖ事象として働き、かつそのように認識される。

希望する場合、システムに含まれる加速度計の応答から得ることのできる、本発明の実施および方法論に直接関係しないが、それにもかかわらず例えば、様々な方法で血行動態性能に関係する場合がある様々な被検者の状態を監視する医師が利用できる、他の興味深い情報として、被検者の活動レベル、被検者の身体姿勢、呼吸数のような呼吸情報睡眠障害呼吸事象、心雑音等がある。

回路構造３２と加速度計３６との間の動作接続は、図５では導体３６ａ、３６ｂによって表される。

電極２６、２８は、それぞれ双方向的に使用される導体２６ｂ、２８ｂと考えられるものを介して、双峰型（感知／刺激）動作を行うように回路構造３２に動作接続され、これらの電極、回路構造３２、電池３４、および加速度計３６は全て、この後すぐに説明する方法で協力して機能するように適切に相互動作接続される。

図面には特に示されていないが、適切な従来型のアナログデジタル変換器およびデジタルアナログ変換器が、必要な場所で相互接続される。

上で概説した電気回路構造３２は、波形監視および記録下位構造４０、および任意選択的に（ここでは表象的に提示する）タイミング調整下位構造４２を有する、論理を含む内部制御回路構成と呼ばれ、また本書ではコンピュータ構造、もしくは単にコンピュータとも呼ばれるもの３８を特徴とする。希望する場合、意図された機能を実行するように完全に結線接続することのできるコンピュータ３８がここに組み込まれ、完全ではなくとも、少なくとも部分的に、アルゴリズム的にソフトウェアプログラム可能な構造―（今記載しているシステムにおいて、当初からだけでなく、希望する場合には後からでも、システムに含まれているアンテナ４４ａを有する従来の短距離無線装置４４を介してもたらされる近接テレメトリ通信によってプログラム可能）となるように、マイクロプロセッサ等で設定されることが好ましい。コンピュータ３８はまた、以下で説明するように、様々な重要なタイミング制御を実現するために適切な従来設計の「状態機械」（図面には特に分離して示さない）をも含む。

論理構造コンピュータ関連要素、および結線接続により管理されかつ／またはソフトウェアにより命令かつ管理され、本発明のシステムおよび方法論の機能性を制御する全てのオペレーショナル「プログラミング」を含む、特定の電気回路構成要素の選択および適切な編成は、従来の最新装置、アルゴリズム、および当業者が有する他の知識を使用して設計可能であり、かつ含めることができ、したがって本書では特に詳述しない。本書に提示するシステム構造の説明は、記載する本発明の方法論の操作上の特徴と同様に、当業者が本発明の全ての態様を実施するのを充分に可能にする。

適宜、参考として引き続き図１〜図５を参照しながら、ここで図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂに着目すると、図６Ａは、先に述べた通り、被検者の身体の内部４６の正面図を提示し、図１〜図４に示したシステム２０に対し提案される好適な埋込位置を一般的に４８で示している。図６Ａでは、システム２０は単に、非常に明白な、略水平方向に配置された太く濃い線で示され、特に図示されているのは、このシステムのカプセル２４が被検者の横隔膜５０の下面の選択された表面領域４８ａに配置されていることである。さらに詳しくは、カプセル２４は、被検者の身体の左側方に、明らかに被検者の心臓５２とは接触することなく、横隔膜５０の下面と、５４で一部分だけが一般的に示された真下にある被検者の肝臓との間で事実上適度な圧縮状態で配置される。非常に明確にいうと、カプセル２４は、その電極面２４ｂ（図６Ａでは特に示されず標記されない）を横隔膜の下面に向け、電極２６、２８（同じくこの図では特に示されない）が横隔膜表面領域４８ａに直接接触する状態で、配置される。

図６Ａに示されたものに関連して、かつ本書で先に示した通り、カプセル２４は従来の腹腔鏡手術（本発明の一部を構成しない外科的処置）を介して埋め込まれている。

図６Ｂに着目すると、この図もまた、今述べたばかりの身体内部４６を示しており、システム２０のカプセル２４のための被検者の身体内の代替的配置を示すことを除いては、図６Ａと同様である。図６Ｂでは、カプセル２４は、横隔膜５０の上面の一般的に５６で示された埋込位置、厳密には選択された横隔膜表面領域５６ａに配置されており、該領域は、図６Ａで横隔膜５０の下面に示された左側方の埋込位置と同様に、被検者の身体の左側方の位置を有する。ここで、カプセル２４は、その電極面２４ｂ（特に図示または標記されず）を横隔膜の上面に向け、かつ電極２６、２８（同じく図６Ｂに特に示されない）が横隔膜に直接接触する状態で配置される。

カプセル２４のための図６Ｂに示す配置では、カプセルは横隔膜５０の上面と被検者の左肺５８の下側との間でわずかに圧縮される。

カプセル２４について図６Ｂに示し、かつ本書で前に述べた配置に関連して、このカプセルは、本発明の一部を構成しない別の外科手技すなわち従来の開胸術を通して埋め込まれたものである。

ここで図８、図９Ａ、図９Ｂに目を向け、ここで最初に図８に示されるものに注目すると、これらの３つの図に一般的に６０で示されているのは、本発明の第２の上述した主要な形態であり、それは本発明の自蔵動力型の埋込可能な分散形態であり、それが１対の間隔を置いて配置された部品組立体６２、６４を含み、それらが適切な細長い連絡用リード構造６６によって相互に動作接続されているという意味で分散されている。本発明のこの形態は今述べた分散性を有すること、およびさらにその分散された構成部品は、図９Ａ、図９Ｂに一般的に示すように被検者の体内に埋め込まれたときに、この分散型実施形態と一意に関連付けられることを除いて、それはシステム形態２０について上述した、相互に動作接続された（図５に概略的に示すように相互接続された）全ての電気的および機械電気的構成部品を含む。加えて、システム６０の性能はシステム２０の性能と本質的に同一である。

部品組立体６２内に含まれるのは片方の面から螺旋状の横隔膜取付電極７０が突出しかつ図８に短く太い暗線によって表された三次元加速度計７２が装着された筒状筐体６８、および筐体６８に隣接して適切に装着され、小さい矩形によって表された別の電極７４であり、該電極は電極７０と共に前述の双峰型電極を形成する。集合的に、電極７０、７４は上述した双峰型電極構造を構成する。

図８で部品組立体６２のすぐ右側に示され、かつ湾曲した両方向矢印７６によってこの部品組立体の形象に視覚的に連結されているのは、組立体６２の象徴的表現７８であり、この象徴的表現は（見て分かる通り）図９Ａ、図９Ｂの各々に使用されており、これらの２つの図に提示される身体的形象における組立体６２のそれぞれの存在をより簡単に示すことを可能にする。

電極７０すなわち螺旋状電極は、加速度計７２が横隔膜に対し適切な運動感知関係になりかつ横隔膜に効果的に接触する状態で、両方の電極７０、７４が本質的に横隔膜の選択された表面領域と接触するように、部品組立体６２を適所に固定するために、被検者の横隔膜の構造内に螺着可能に埋め込むことができるように設計される。

リード構造６６は、電極７０、７４および加速度計７２に適切に接続される導体（特に詳細には示されない）を含み、該導体はリード構造内を部品組立体６４まで延びる。

部品組立体６４は、図５に示されたのと同じ要素のような、全てのシステム電気回路構成、システム電池、ならびにシステム無線装置およびアンテナ（図８には特に示されない）を含む。リード構造６６の長さはユーザが選択することができ、典型的には、言うまでもなく、特定の被検者の体内におけるシステム６０の意図された埋込配置ができるように選択される。

次に図９Ａおよび図９Ｂに注目し、最初に図９Ａに示されたものを見ると、システム２０について図６Ａに提供した図の場合と同様に、システム６０はここで、前述の埋込位置４８で同じく前述の横隔膜下面領域５０ａに配置されることが分かる。システム６０内で部品組立体６２だけが図９Ａに示されており、リード構造６６は途中で切れており、部品組立体６４は特に示されていないことに気付くであろう。システム６０、すなわち部品組立体６４の他端の埋込は、被検者の身体の横隔膜５０より下であればどこでもユーザの選ぶ場所に適切に配置することができるという認識の下、図９Ａに示されるものに関して注目すべき重要なものは、横隔膜における部品組立体６２の位置であることがその理由である。

既述の通り、図６Ｂと非常に類似した図９Ｂは、前述した埋込位置５６の横隔膜５０の上側に位置する同じく前述した横隔膜表面領域５０ｂに配置されたシステム６０を示す。

ここでも、システム６０の設置者が部品組立体６４のための横隔膜上部の適切な配置を選択することが認識して、リード構造６６は途中で切れ、部品組立体６４は図９Ｂから省かれている。

ここで手短に、それぞれシステム２０、６０について図６Ａ、図６Ｂ、および図９Ａ、図９Ｂに示す埋込位置に注目すると、これらの位置は、被検者の身体の左側方であって、かつ横隔膜に対して下部（好適）または上部のいずれかであり、これらの配置の各々で、電極および加速度計は本質的に、心臓とは直接接触することなく、記載しかつ図示した横隔膜の表面領域と直接接触する。加えて、これらの４つの図に示すシステム配置の各々において、それぞれのシステムの電極は、心臓関連の電気的活動を容易に検出するようによく配置され、かつ加速度計は同様に、心音および言うまでもなく横隔膜の動き／運動を容易に検出するように配置される。

ここで図６Ａ、図６Ｂ、図９Ａ、図９Ｂに示されたものの説明を完了して、図７Ａおよび図７Ｂに注目する。繰返しになるが、図面の説明に関して上記本文で指摘した通り、図７Ａ、図７Ｂの各々で、本発明のシステムの動作によって生じる横隔膜電気刺激の運動誘発性およびそれに関連する挙動に注目が集まり易くなるように、本発明のシステム部品は省かれている。これらの２つの図の各々において、それらが、図６Ａ、図６Ｂ、および図９Ａ、図９Ｂに示された解剖学的表現から引き出された非常小さい断片的領域を拡大して提示することを認識して、横隔膜５０の解剖学的左側は、隣接する解剖学的構成部分に対して、特に心臓５２およびその左心室に対して、非刺激状態で実線の輪郭線で示されている。

図７Ａの下向き矢印８０によって示される通り、横隔膜５０に印加される電気的刺激パルスが開始すると、横隔膜は尾側方向に、この図で５０Ａに破線で多少誇張して示された描かれた位置まで、急速に下向きに移動する。横隔膜のこの尾側の移動は、心臓５２の左心室の底部と横隔膜の緊密な関係のため、この心室を下向きに引張り、図７Ａで５２Ａに破線で示す心臓の下部および心室の位置を生じる。

図７Ｂは、図７Ａに示した状態のすぐ後に存在する、関連移動関係を示す。さらに詳しくは、図７Ｂの上向き矢印８２は、横隔膜５０が頭側方向に、５０Ｂに破線で示す横隔膜の誇張された移動位置まで上向きに移動した状態を示し、心臓の左心室の下面を上向きに駆動する横隔膜の移動は、５２Ｂに破線で示す心臓および左心室移動状態を生み出す。

図７Ａ、図７Ｂに示された時系列の移動状態は、動作接続された電気回路構造３２によって確立される「１つの」感知モードで機能する双峰型電極構造によって電気的に、または含まれるシステム加速度計によって機械的に感知される、有効な電気的または機械的Ｖ事象の発生の感知に関連付けられ、かつそれによってトリガされる、予め定められたタイミングを構成するものに従って、本質的に被検者の心臓の各心周期に同期して繰り返される。間もなく説明するように、本発明のシステムが被検者の体内に埋め込まれて作動し、例えば有効な電気的Ｖ事象を「探し」、かつ心周期に同期してすぐ後に続く横隔膜刺激を実現するための「トリガ」としてそれを使用するように設定することにより、心周期に同期する刺激に誘発される、上述の通り双峰性である横隔膜の運動が周期毎に発生するが、予想外にその心周期の関連不応期中に現れる、適切で有効な電気的Ｖ事象である「ように見えるが」そうではない電気的Ｖ事象が発生する、非正常心周期と呼ばれるものの発生時は除く。この特殊な状況については、まもなく図１０に示すものに関連して、さらに説明する。心周期の不応期内のそのような非有効な電気的Ｖ事象の発生は、効率性の欠如および潜在的問題を防止するために、関連する次の後続電気刺激が横隔膜に印加されない状況を生み出す。

図１０および図１１は、前述の通り、本書でそれぞれ（ａ）早期または先行横隔膜刺激（ＰＩＤＳ）、および（ｂ）後期または後続横隔膜刺激（ＰＩＤＳ）と呼ばれるものを示す従来型のラダー図を提示する。前段落、これらの２つの図に関してこれから述べる説明、および図１２および図１３に関してまだ提示されていない説明で述べる通り、前に明らかにされた用語ＰＩＤＳは時折、本文で（および例証図で）横隔膜刺激を識別するために使用される。

図１０および図１１の描き方についての予備的オリエンテーションとして、各図は、縦方向に間隔を置いて配置され、「Ｖ」および「Ｐ」と標記された１対の水平方向の時間軸を含む。ＶはＶ事象を表し、Ｐは頭字語ＰＩＤＳ（電気的横隔膜刺激）を短縮した形で表す。これらの２つの図における時間軸は事実上４つの代表的心周期をカバーし、各図はその左側下部に自明の図記号の凡例を含み、それは、図中の上の時間軸に沿って配置された幾つかの様々な図形標章に関連付けられる。

これらの図に描かれた特定の重要な予め定められたタイミング設定、すなわち本発明のシステムの重要な動作に関連する設定について説明する以下の特定の考察を除き、当業者は、特に本発明のシステムの動作が電気的または機械的な有効なＶ事象の心周期に同期した感知を含み、かつそのような感知された顕著な事象をその後に続く電気的横隔膜刺激の実現のためのトリガとして使用することを理解していることを背景として、これらの２つの図に示された一連の関連する事象によって伝達される情報を明瞭に理解されるであろう。

そうは言っても、これらの図の各々における上の時間軸はとりわけ一連の感知されたＶ事象を示しており、かつ下の時間軸はそれぞれに関連してその後に生じる関連ＰＩＤＳ刺激を表すことは明確であるべきである。図１０および図１１の各々において上下の時間軸の間で右方向下向きに延びる斜めの破線は、本書でＶ‐ＰＩＤＳタイミング周期または遅延と呼ばれるもの、および本発明のシステムの動作中に、（ａ）これらの遅延のユーザ選択事前設定、（ｂ）ある期間のシステム動作後のこれらの遅延のユーザ再設定、および／または（ｃ）即興のそのような遅延のシステム内部の組織的自己調整（そのようなシステム内部調整が可能な場合、すなわち適切にシステムに含まれる従来の論理プログラミングによってユーザ選択的に受け入れられる場合）のいずれかに従って機能する、予め定められた調時関係パラメータとも呼ばれるものに関係する。現在企図される本発明のシステムの全ての実施形態で、システムが埋め込まれた（または埋め込まれていない）状態における必須の事前設定、および希望する場合に後からシステム埋込後に行われる再設定状況の両方で、Ｖ‐ＰＩＤＳ遅延パラメータの調整は、リモートテレメトリを介して、または他の方法で行うことができる。図１０および図１１に斜めの破線によって「表される」グラフ表示されたＶ‐ＰＩＤＳ遅延は実際に、これらの図でグラフ的に、斜めにではなく、時間軸と平行に水平方向に測定可能であり、すなわち視覚化可能である。

図１０および図１１に関してオリエンテーションの意味でもう少し説明すると、示された相関的なＶ事象の感知および関連刺激の発生はここでは、有効な電気的Ｖ事象がＰＩＤＳ刺激のマーカとして、すなわちトリガとして選択された場合の本発明の実現を背景として、さらに考察し実証することを目的として提示されていると考えることができる。

図１０および図１１に図形的に示されたことに関係して説明を続けると、本発明を実施する際に考慮される２つの重要な、そして重要に関連するタイミング周期が存在する。その１つは、説明したばかりのＶ‐ＰＩＤＳ遅延期間であり、もう１つは、被検者の各心周期に、その周期で感知されたＶ事象の直後に存在するいわゆる不応期の長さである。これらの２つの図において、関連する不応期は、時間軸に沿って配置された垂直方向に薄い水平方向の細長い長方形によって図形的に表される。図１０および図１１に提示された図形の凡例からは、示されたどの「長方形」が不応期であるかが分かる。

これらの２つの期間に関するタイミング動作は、言わば、電気回路構成に含まれる論理またはコンピュータ構造と協働して、前述した論理を含む状態機械によって、適切にタイミングを追跡するように実現／実施されかつ「動作する」、論理ベースの２つのタイマに制御される。

心周期の不応期、つまり今述べた通り、選択された有効なＶ事象の感知直後に始まる期間の追跡に対処するタイマに関連する期間は、例えばシステムを装備される特定の被検者をよく知る医療従事者には本発明のシステムを使用して事前に分かる、被検者特有のデータに関係する。所与の被検者に対し、かつその被検者に関する本発明のシステムの埋込および確かに作動に典型的なプリカーサとして、被検者に特有の２つの情報は、少なくとも当初は調時される不応期の事前設定期間となるものを確立することに関連する。この決定に必要なのは、（１）被検者の予想見込み心拍数範囲の知識、および（２）次の横隔膜刺激の印加を決定するために観測される測定時間の起点となる有効なＶ事象として扱われる、被検者の各心周期における、特に選択された事象（現在説明している状況では電気的事象）に関する知識である。図１０および図１１に関して今行われている説明、および実際、後で行われる本発明のシステムおよび方法論の動作説明では、例証を目的として、有効なトリガＶ事象となる各心周期における電気的Ｒ波の発現の感知のために事前選択が行われた場合の全ての動作挙動について説明する。ここでは従来型の適切にプログラムされたＥＣＧ監視法を使用して、システムの電気回路構造の制御下で、その「１つの」感知モードで機能するシステムの双峰型電極構造によって規則的に検知されるＥＣＧ電気情報に関連して、この発現を検出する。

本発明の実施に企図される２つの代替的Ｖ‐ＰＩＤＳ遅延時間の可能性のうち、ほとんどの用途でいわゆる早期ＰＩＤＳ刺激が好ましいことが明らかになり、図１０および図１１の図面で提示するために選択された２図面の図形数値シーケンスで、そのような刺激を表すために図１０が選択されたのは、この理由のためである。早期ＰＩＤＳ刺激、およびそれに関連付けられる関連Ｖ‐ＰＩＤＳ時間遅延ｎは、特定の心周期（後で説明する）における予測されるＶ事象の発現のプリカーサとして時間的に位置する短い期間間隔の開始時に、横隔膜刺激を与えるための条件を効果的に導く。したがって、ある意味で、そのような早期ＰＩＤＳ刺激とそのすぐ後に続く有効な「予測された」、かつすぐ次に感知される有効なＶ事象の発現との間に存在する実際の（プリカーソル）時間ギャップが、心周期における負の時間間隔を構成し、そこで刺激が発生することを想像することができる。この理由で、かつそのような刺激はすでに発生し感知された有効なＶ事象から測定しなければならないので、本発明のシステムおよび方法論は、直前の心周期ですぐ前に感知したばかりの有効なＶ事象からこの測定を実行する。

この考え方を続け、かつ早期ＰＩＤＳの機能方式でシステム動作が成功するように、刺激活動をトリガするために使用される、感知されたＶ事象の発生の後に続く適切なＶ‐ＰＩＤＳ遅延間隔の適切な確立を認識すると、次に予想される有効なＶ事象をいかにして予測するかを知ることが重要であり、かつこれは平均化技術によって行われる。この目的を達成するために、当業者には周知の従来のアルゴリズム的プログラミングを使用して、ひとたび本発明のシステムがその動作を始めると、その動作に関連する最初の数回の心周期後に、連続する有効なＶ事象間に予想される平均タイミングを評価するために、（システムのこの実施例では）この４回の先行心周期に基づいて、移動平均が実行される。この平均はシステムの論理構成部品内で、システム動作の開始をマークする最初の４周期後の全ての連続心周期のために「知らされ」、したがって、連続する有効なＶ事象間で決定されたその時点で利用できる平均タイミングから、予想されるすぐその後に続く次の有効な感知Ｖ事象を予期してＰＩＤＳ刺激Ｐのトリガの瞬間を画定するように意図された開始点を持つ（上述した）短いプリカーサ間隔を効果的に減算することによって、図１０で前述の斜めの破線によって「表された」言わばＶ‐ＰＩＤＳタイミング遅延がその場で計算される。

希望するならば、本発明のシステムは従来の方法で、上述した短いプリカーサ（予想減算）間隔を様々に記述する、システムに利用可能な設定を変更することを通して、早期ＰＩＤＳ刺激に関連する変更を行うように構成することができる。

図１０に示したものに関する考察を続けると、この図は、特定の心周期の不応期内に正常な心臓挙動外で発生する逸脱Ｖ事象の潜在的な問題を生じる可能性（先述した）を示す。特に図１０の右側を見ると、上の時間軸に沿って、示された周期の不応期中に生じたそのような逸脱Ｖ事象の発生が提示されている。上の時間軸におけるこの表示の右側に、特に対応する下の時間軸の下に、先述の通り、すぐ後に続くＰＩＤＳ刺激―保護対策が無いことを示すテキストが提示されている。

次に図１１に注目すると、図１１は、後期ＰＩＤＳ刺激状況と呼ばれるものを記載し、この図で明白な教示の性質を再度確認させるものとなっている。この状況は、それを実現するために必要なことは、典型的には非常に短い、かつそのすぐ後に感知対称の有効なＶ事象が一般的心周期内に続く、予め定められたＶ‐ＰＩＤＳ遅延時間をシステム設定するだけであるという意味で、非常に理解し易い。

図１０および図１１について触れるべき最後の点に関連して、図示するようにこれらの図のＶ時間軸に沿って配置された小さい黒の矩形は、従来通りシステムに実現されている短いブランキング期間を示している。それは、刺激パルスが偶発的な心臓の電気活動を生じるのを防止するために生成されかつ存在する。早期ＰＩＤＳの状況では、これらのブランキング期間は心周期の不応期外にある。後期ＰＩＤＳの状況では、不応期中に発生する。

次に図１２および図１３に注目すると、図１２は、縦方向に間隔を置いて配置された２つの時間関連時間軸に沿って、（１）周期に同期したＰＩＤＳ刺激の事象の存在を含む非常に多数の被検者の連続心周期を示す、被検者に埋め込まれたシステム電極から受信したＥＣＧ波形のグラフィカルトレース、および（２）正常な呼吸を表す低周波、および電気的に示された心周期で上に示したＰＩＤＳ刺激の結果生じた、重ね合わされたより高い周波数の心周期に同期する二相性横隔膜運動の両方を示す、埋め込まれたシステムに含まれる加速度計から受信した関連出力情報の下部グラフィカルトレースを示す。本発明のシステムによって後で報告するためにそのままキャプチャおよび記録されたこれらの二相性横隔膜運動の波形は、医療従事者が二相性の横隔膜刺激により発生する運動を表す波形を実際に見て、最終的に被検者の血行動態性能の質、および本発明によって提供される結構動態性能の向上支援の質の両方を評価する場合に、医療従事者を支援するのに大いに役立つ。

図１３は、図１２に８４と記された図１３の表示領域を表す、横方向に間隔を置いて配置された２つの垂直方向の破線によって標識された図１２の領域から選択された、図１２に提示された２つのトレースの一部分の拡大時間伸長図を提供する。

これらの２つの図を見ることによって非常に明確に分かることは、短期間でありかつパルス的性質を持つ、示された各ＰＩＤＳ刺激が、提示された被検者の横隔膜の運動に、関連する心周期に同期する比較的高い周波数の横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側の運動を発生させることである。横隔膜の適切な波形形状の運動が存在する状況で、前に説明したように、横隔膜運動を心臓の左心室の下側に効果的に送達すること通して、被検者の血行動態性能を向上させるのは、この比較的高い周波数の尾側の後に頭側が続く性質の二相性の横隔膜運動である。

本書で前に述べた通り、結線接続されかつ／またはアルゴリズム的にプログラムされ／プログラム可能である内部プログラミングは、本発明のシステムの動作中に実行可能な特定のタスクに関していろいろな意味で全く従来通りである。既述の通り、本発明のシステムに設けられた、すなわちシステムユーザ／設置者／埋込者によってそこに置かれた、回路構成の論理構造に導入される初期設定として導入することが好ましい特定の状況が存在するが、時間が経過すると、無線装置４４によって提供される短距離テレメトリを介して、またはシステムがそれ自体の活動の様々な側面を自己監視しかつ自己調整するシステムの能力に関連して、そのような能力が選択的に設けられている場合には、内部で自動的に、調整かつ／または導入することのできる特定の動作機能および再設定が存在する。テレメトリで実施される動作変更のみならず、潜在的に内部で自動的に実現される動作変更に関しても、再び、当業者は、本書に提示しかつ関連する図面に図示した本発明のシステムおよび方法論の説明に基づいて、これをいかに実行すればよいかが分かるであろう。

そのような潜在的な変更および様々な関連活動に関して、上で明らかにしかつ考察したＶ‐ＰＩＤＳ時間遅延設定の変更を行うことが、容易に達成可能な自己修正の非常に興味深いカテゴリであることに気付いた。また本書で前にも指摘した通り、重要なことに、自己実現される動作変更に関して、本発明のシステムおよび方法論は、電気的横隔膜刺激の特性について何らかの変更を自己実現することに備えていない。言うまでもなく、被検者の血行動態性能状態を監視するシステムユーザが、そのような変更をテレメトリによって遠隔的に行うことは全く可能である。

本発明の重要かつ特殊な特徴は、刺激に誘発される横隔膜の実際の二相性運動の性質に関連する加速度計データを収集しかつ記録することに関係する。この収集および記録は、大事に実現されかつ独自に企図される、収集した実際の横隔膜運動波形とシステムに保存され注意深く選択された基準波形との比較とあいまって、システムユーザが問題を改善するために刺激調整を始めることを可能にする、報告可能な情報を生み出す。この比較活動は、システムに保存される比較データを生成し、それはテレメトリによって検索可能であり、実現された横隔膜刺激の血行動態性能の最大化および向上達成に関する能力の重要な補強証拠をもたらす。

特定の被検者に関してシステムの典型的な動作を説明する前に、本発明の方法論のアーキテクチャの基本形態および修正形態の両方をブロック／略図形式で示す、図１４に注目する。図１４に示すように、「全体的」アーキテクチャは一般的に８６で示される。それは、ブロック形式で提示されるステップとして、ブロック８８（感知）、ブロック９０（印加）、ブロック９２（監視）、ブロック９４（比較）、ブロック９６（記録）、およびブロック９８（選択）を含む、６つの異なるブロックを含む。ブロック８８〜９６は、各々実線の輪郭線で描かれており、それらが効果的に本発明の基本的または中核的方法論を記載していることを表している。輪郭が破線で描かれたブロック９８は、本発明の方法論の１つの修正形態を表している。図１４を左から右に読むと、そこに描かれた幾つかのブロックは、示される通り、方法論の活動の流れを象徴するように、これらのブロックを接続する右向き矢印付きの線により、関連する挙動の順番に接続されている。

このように本発明は、心臓に接触していない被検者の横隔膜の選択された表面領域の隣接部から、（１）被検者の心周期における、（ａ）周期毎の有効な電気的Ｖ事象、および（ｂ）周期毎の有効な機械的Ｖ事象のうちの選択された１つの存在を感知し注目するステップ（ブロック８８）と、（２）そのような感知に基づいて、かつそのような選択されたＶ事象の存在の各々に注目した後、横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側の運動をトリガする目的で、そのような注目に対して予め定められた調時関係で、関連する無症候性電気刺激を横隔膜に直接、好ましくは選択された横隔膜表面領域に印加するステップ（ブロック９０）と、（３）印加ステップの後に続いて、結果的に得られた横隔膜運動の波形を監視するステップ（ブロック９２）と、（４）監視ステップを実行した後で、監視された横隔膜運動波形を基準の横隔膜運動波形と比較するステップ（ブロック９４）と、（５）比較ステップの完了後に、監視された横隔膜運動波形を後で精査するために記録するステップ（ブロック９６）とを含む、被検者の心臓の血行動態性能を向上するための方法を提供する。

本発明の方法論は、修正形態では、さらに、（１）選択される横隔膜表面領域が横隔膜の（ａ）下面、または（ｂ）上面になるように選ぶステップ（ブロック９８）と、（２）選択される周期毎の有効なＶ事象を選び、それによって、電気的事象の場合、それが（ａ）Ｒ波、および（ｂ）Ｑ波のうちの一方となり、機械的事象の場合、それがＳ１心音となるようにすることを含む。

次に、特定の選択された被検者に関して、典型的なシステムの準備、埋込、および動作を説明するが、この説明は、図１〜図５に示された形態の本発明のシステムであって、図６Ａに示されたように設置されたシステムを被検者に埋め込むことに基づいて行われる。さらに、この説明は、横隔膜刺激のトリガが被検者の心周期における有効な電気的Ｖ事象を検知することに基づいて行われ、選択された有効な電気的Ｖ事象がＲ波の発現であるという事前の設定に基づいて行われる。また、この後に続く動作説明は、早期ＰＩＤＳ刺激が行われ、かつこの後ですぐに説明するように、厳密なＶ‐ＰＩＤＳ遅延間隔を画定するためのより具体的なアイデアに到達するまで、システム論理構造、すなわち事実上この構造の状態機械部が、ゼロのＶ‐ＰＩＤＳ遅延時間から始めるように指示されるという事前決定に依存する。

最初に、システムの埋込前に決定されることは、状態機械によって操作される不応期タイマに対しいかなる種類のタイミング間隔が事前に割り当てられるかであり、このタイミング間隔は、被検者の予想見込み心拍数範囲、およびＲ波の発現で始まりかつ不応期の終わりで終了する典型的な不応期時間の長さに関する事前の知識から引き出される、被検者特有の情報に基づいて選択される。

また、完全に事前決定されるのは、明らかに無症候性になるように設計された基本的に一定の電気的ＰＩＤＳ刺激の特性を確立するシステム設定である。

選択された被検者に対し最良可能に機能するように本発明のシステムを準備することに関連する、この埋込前の情報の多くは、システムの動作により最大限に達成可能な血行動態性能の向上をいかに評価するかに関する、適切な医療関係者には知られているさらなるカテゴリの情報に関係する。

今説明した予備的選択に基づくシステムの事前設定が行われると、システムは、図６Ａに示すように適切に埋め込まれ、スイッチで作動が開始され、システムユーザは即座に適切なデータを収集して零から必要な調整を評価し、重要なＶ‐ＰＩＤＳ遅延期間の周期毎の計算のために「リセット」されるべき最も適切な早期ＰＩＤＳ時間間隔を状態機械で確立する。当業者にはこの評価をどのように行うかがよく分かるであろう。そして、この知識を手にして、短距離テレメトリを通して、先述の通り、状態機械の論理構造に適切なＶ‐ＰＩＤＳ遅延情報を導入するであろう。

こうして早期ＰＩＤＳ、Ｖ‐ＰＩＤＳ遅延期間が設定されると、本発明のシステムは次に単純に、上述したその場での平均化技術を通して、１つの心周期における有効な電気的Ｖ事象の感知に続いて、次の心周期で、次に感知される有効な電気的Ｖ事象のすぐ前に横隔膜刺激を適切に印加する適切な時間点を規則的に推定する。心周期の不応期中に感知される電気的逸脱Ｖ事象は、刺激をトリガするために使用されない。有効な電気的Ｖ事象の感知はシステムの電気回路構造によって配置されたシステムに含まれる双峰型電極構造を通して、その「１つの」感知モードで行われ、システムの電気回路構造の制御された影響下で横隔膜に送達された電気刺激は、その「もう１つの」刺激モードで動作する同じ、効率的に使用される双峰型電極によって送達される。ここで特に興味深いことは、記載した双峰型電極構造を本発明のシステムに組み込むことにより、単に１対の電極を利用して、電気的活動感知および電気的横隔膜刺激を順次実行する単純さがもたらされることである。

感知された各々の有効な電気的Ｖ事象は、結果的に被検者の横隔膜の無症候性電気刺激を引き起こし、高周波の二相性の尾側の後に続く頭側の横隔膜運動を発生させ、この周期毎の活動は、二相性ポンピング補助動作により被検者の心臓の左心室を同期して駆動させ、それは上述の通り、血行動態性能を向上させる。

システム加速度計は各横隔膜刺激に関連付けられる刺激に誘発される二相性横隔膜運動を正確に追従し、周期毎に上述した関連横隔膜運動確認信号を電気回路構造に伝達し、それに関連する波形は、上述の通り注意深く選択された基準波形と比較され、保存し後で精査するために心周期毎の波形比較データを生成する。

この活動は全て、被検者の心周期毎の心拍数と完全に同期して発生する。

事前選択された有効なＶ事象が電気的事象であり、かつ特に心周期Ｒ波の発現の検出に関連付けられるように選択された場合についての上述した動作説明は厳密に、（ａ）有効な電気的Ｖ事象としてＱ波の選択に基づく代替的システム動作、および（ｂ）機械的Ｖ事象の感知に基づいており、選択される有効な機械的Ｖ事象がＳ１心音であり、事象がシステムに含まれる加速度計によって感知される、別の代替的システム動作の両方についても記載している。後者の代替的動作の場合、加速度計が、有効なＶ事象を感知し、かつ刺激により生じる横隔膜運動を追跡かつ報告する二重の役割を果たす。

したがって、本発明の２つの重要な主たるシステム実施形態について本書で詳しく説明し、かつ図示し、特定の変形例を示唆する一方、該システムにより実現される方法論およびシステム動作の好適な形態および変化形態についても説明し、かつ図示したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、他の変形例および修正例が可能であり、当業者はそれを思いつくことができ、かつ実施することができる場合があると認識される。したがって、以下に記載する本発明の請求の範囲は全て、そのような他の変形および修正を含むものと解釈されることを意図している。

Claims (20)

1. 電気的横隔膜刺激を通して被検者の心血管性能を改善するための完全埋込型医療システムであって、
   電極構造が前記被検者の横隔膜の選択された表面領域の隣接部から前記被検者の電気的心臓活動を感知するように設計された第１モード、および前記電極構造が心周期と同期した電気的横隔膜刺激を前記表面領域の位置に発生させるように設計された第２モードで機能することを特徴とする、前記表面領域に動作接続可能な双峰型電極構造と
   前記電極構造に動作接続され、前記電極構造が前記第１モードで機能している間、前記感知された電気的心臓活動を収集するように動作可能であり、かつ前記電極構造が前記第２モードで機能している間、前記電極構造に通信して横隔膜刺激を発生させるように動作可能である、電気回路構造と、
   を備えたシステム。
2. 心周期に同期した無症候性電気刺激を横隔膜に印加することを通して、被検者の心臓の血行動態性能を改善するための完全埋込型医療システムであって、
   前記被検者の横隔膜の選択された表面領域と接触した状態で心臓と接触しない位置に配置可能であり、かつ前記選択された表面領域で識別可能な心周期の電気的活動を感知するための１つの動作モード、および前記横隔膜の前記選択された表面領域に無症候性電気刺激を印加するための別の独立した動作モードを有する、双峰型電極構造と、
   前記電極構造によって感知された前記被検者の心周期の電気的活動に関する情報を前記電極構造から受信するために前記電極構造に動作接続され、前記横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側の運動をトリガする目的で、そのような受信された心周期の電気的活動の情報における、有効な選択された性質の心周期毎の電気的Ｖ事象の顕著な存在に対して予め定められた調時関係で、前記電極構造を介して無症候性の心周期に同期した電気刺激を前記横隔膜に送達するように動作可能である、電気回路構造と、
   を備えたシステム。
3. 予め定められた調時関係は、（ａ）次に期待される有効な心周期の電気的Ｖ事象を予想するもの、および（ｂ）最後に感知された有効な心周期の電気的Ｖ事象を追従するもののうちの１つである、請求項２に記載のシステム。
4. 前記システムは、（ａ）単一の総合ユニットとしての自己完結型、および（ｂ）間隔を置いて配置され連絡リード構造によって動作接続された１対の部品組立体に分散された型のうちの１つであり、前記選択された表面領域は、前記横隔膜の（ａ）下面および（ｂ）上面のうちの１つに配置される、請求項２に記載のシステム。
5. 有効な選択された性質の電気的Ｖ事象が、被検者の電気的心周期活性における（ａ）Ｒ波、および（ｂ）Ｑ波のうちの１つである、請求項２に記載のシステム。
6. システムは、加速度計をさらに含み、前記加速度計は、（ａ）前記電極構造に隣接して、かつそれと動作的に関連付けられるように配置され、（ｂ）被検者の横隔膜の運動を感知するように被検者の横隔膜に関連付けられ、（ｃ）前記回路構造に動作接続され、かつ（ｄ）電気的刺激によって誘導される運動を直接表す波形を処理する横隔膜運動確認信号を生成して前記回路構造に伝達することによって、被検者の横隔膜に生じる電気的刺激によって誘導される運動に応答するように構成される、請求項２に記載のシステム。
7. 前記加速度計は多軸加速度計である、請求項６に記載のシステム。
8. 前記システムは、（ａ）単一の総合ユニットとしての自己完結型、および（ｂ）間隔を置いて配置され連絡リード構造によって動作接続された１対の部品組立体に分散された型のうちの１つであり、前記選択された表面領域は、前記横隔膜の（ａ）下面および（ｂ）上面のうちの１つに配置される、請求項６に記載のシステム。
9. 選択された性質の電気的Ｖ事象が、被検者の電気的心周期活性における（ａ）Ｒ波、および（ｂ）Ｑ波のうちの１つである、請求項６に記載のシステム。
10. 前記回路構造は、アルゴリズム的にプログラムされたコンピュータ構造を含み、前記コンピュータ構造は、伝達された確認信号の波形を基準波形と比較し、かつ後で精査するために確認信号波形を記録するための、波形監視および記録下位構造を有する、請求項６に記載のシステム。
11. 前記回路構造は、アルゴリズム的にプログラムされたコンピュータ構造を含み、前記コンピュータ構造は、予め定められた調時関係の調整を行うことのできるタイミング調整下位構造を有する、請求項６に記載のシステム。
12. 心周期に同期した無症候性電気刺激を被検者の横隔膜に印加することを通して、被検者の心臓の血行動態性能を改善するための完全埋込型医療システムであって、
    被検者の横隔膜の選択された表面領域に無症候性電気刺激を印加するために、前記被検者の前記横隔膜の前記選択された表面領域と接触した状態で心臓と接触しない位置に配置可能である、電極構造と、
    （ａ）前記電極構造に隣接して、かつそれと動作的に関連付けられるように配置され、（ｂ）被検者の横隔膜の運動を感知するように被検者の横隔膜の選択された表面領域と関連付けられ、（ｃ）被検者の心周期において、被検者の横隔膜の選択された表面領域で識別可能な心周期の機械的活性を感知するために動作可能である三次元加速度計と、
    前記加速度計によって感知された前記被検者の心周期の機械的活動に関する情報を前記加速度計から受信するために前記電極構造及び前記加速度計の両方に動作接続され、前記横隔膜の二相性の尾側の後に続く頭側の運動をトリガする目的で、そのような受信された心周期の機械的活動の情報における、有効な選択された性質の心周期毎の機械的Ｖ事象の顕著な存在に対して予め定められた調時関係で、前記電極構造を介して無症候性の電気刺激を前記被検者の横隔膜に送達するように動作可能である、回路構造と、
    を備えたシステム。
13. 前記システムは、（ａ）単一の総合ユニットとしての自己完結型、および（ｂ）間隔を置いて配置され連絡リード構造によって動作接続された１対の部品組立体に分散された型のうちの１つであり、前記選択された表面領域は、前記横隔膜の（ａ）下面および（ｂ）上面のうちの１つに配置される、請求項１２に記載のシステム。
14. 有効な機械的Ｖ事象が、被検者の心周期の機械的活性におけるＳ１心音である、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記加速度計は、電気的横隔膜刺激の結果として被検者の横隔膜に生じる運動に応答すると共に、かつそのような応答に対し、そのような運動を直接表す波形を処理する横隔膜運動確認信号を前記回路構造に伝達するように追加的に構成される、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記回路構造は、アルゴリズム的にプログラムされたコンピュータ構造を含み、前記コンピュータ構造は、伝達された確認信号の波形を基準波形と比較し、かつ後で精査するために確認信号波形を記録するための、波形監視および記録下位構造を有する、請求項１５に記載のシステム。
17. 横隔膜刺激を通して被検者の心血管性能を改善するための完全埋込型医療システムであって、
    前記被検者の横隔膜の選択された表面領域に隣接して動作固定可能であり、前記被検者の心臓活動に由来する機械的情報を感知するように設計された機械的感知構造と、
    前記被検者の横隔膜の前記選択された表面領域に隣接して動作固定可能であり、前記表面領域の位置に横隔膜刺激をもたらすように電気的に機能することを特徴とする電極構造と、
    前記機械的感知構造および前記電極構造に動作接続され、前記機械的感知構造から感知された機械的情報を収集し、かつ前記収集した機械的情報における有効な機械的Ｖ事象の存在に注目し、前記電極構造に通信して有効な機械的Ｖ事象に対して予め定められた調時関係で横隔膜刺激をもたらすように動作可能である、回路構造と、
    を備えたシステム。
18. 横隔膜の心周期に同期した無症候性電気刺激を通して被検者の心臓の血行動態性能を向上するための自己完結した自蔵動力型の埋込型医療システムであって、
    前記横隔膜の（ａ）下面、および（ｂ）上面の一方における前記心臓と接触しない選択された位置に、接触可能に配置可能な面を有するシステムカプセルと、
    前記カプセルに担持され、かつ前記面上に露出され、１つのモードでは心臓に関連する電気的活動を感知し、かつ別のモードでは前記横隔膜に電気刺激を印加するように、前記横隔膜との接触を通して動作可能である、１対の間隔を置いて配置された双峰型電極と、
    前記カプセル内に配置され、前記電極に動作可能に関連付けられ、前記横隔膜の機械的運動および心音の両方を感知するように動作可能である、三次元加速度計と、
    前記カプセル内に配置され、前記電極および前記加速度計に動作接続され、前記システムが動作状態で前記被検者の身体内に埋め込まれたとき、および名目的に前記被検者の各心周期中に、（ａ）前記電極によって感知された電気的心臓活動を観察し、（ｂ）前記感知された心周期の電気的心臓活動における予め定められた有効な電気的Ｖ事象の存在に対して選択された調時方式で、前記電極を通して無症候性電気刺激を前記横隔膜に印加し、かつ（ｃ）そのような刺激の後に続いて、前記加速度計によって感知された横隔膜運動を後で精査するために観察しかつ記録するように、構成されかつ動作可能なアルゴリズム的にプログラムされたコンピュータ構造を含む、電気回路構造と、
    を備えたシステム。
19. 選択された横隔膜部位が、被検者の身体の左側である、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記横隔膜への電気刺激の印加に関連する前記選択された調時方式が、（ａ）次に予想される有効な心周期の電気的Ｖ事象を予測するもの、および（ｂ）前記横隔膜への電気刺激の印加に関連する前記選択された調時方式が、最後に感知された有効な心周期の電気的Ｖ事象を追従するもののうちの１つである、請求項１８に記載のシステム。

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