大動脈内バルーンの収縮タイミングを選択するための方法及び装置
本発明は、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）を収縮させるのに必要な時間と、ＥＣＧＲ波と心収縮期上昇行程との間の時間との比較に基づいて、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての出力タイミングモードを選択するための方法及び装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１月５日に出願された米国仮特許出願第６０／７５６，６５１号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）用の出力タイミングモードを、ＩＡＢを収縮させるのに必要な時間と、対象／患者(subject)のＥＣＧＲ波と動脈圧の心収縮期上昇行程との間の時間との比較に基づいて、大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための方法及び装置に関する。本発明は、Ｒ波によって開始されるか或いは前の心拍からの情報に基づいて予測される最も適当なＩＡＢ出力タイミングモードを先を見越して(proactively)選択する。
【背景技術】
【０００３】
本件出願に亘り、様々な公開文献を括弧付きで言及する。これらの文献の詳細は、本明細書の末尾に記載してある。これらの公開文献の開示は、出典を明示することにより、開示された全ての内容が本明細書の開示の一部とされる。
【０００４】
心機能が損なわれている対象／患者(subject)は、生体臓器への血液の供給がうまくいっていない場合がある。心臓の圧送作用及び全身の血液の供給は、大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）を使用して大動脈内バルーン（ＩＡＢ）を制御することによって改善できる。ＩＡＢＰは、心臓病の患者及び心臓手術の患者で使用される（バスケット等の２００２年の文献及びメールホーン等の１９９９年の文献を参照されたい）。
【０００５】
各心周期において、心臓の左心室の拍出期の終了時にＩＡＢをポンプデバイスで膨張させ、続いて起る拍出期の開始前に収縮させる。バルーン収縮を左心室の拍出に近付けるか或いは拍出と同時に行うことによって、全身の血行動態及び心筋の効率を改善できると教示されている（カーン等の１９９９年の文献を参照されたい）。ＩＡＢＰを最適に機能させるために、ＩＡＢを心周期の正しい時間に膨張させ、収縮することが重要である。
【０００６】
ＩＡＢの膨張を制御するための方法及び装置は、例えば、サカモト等の１９９５年の米国特許第４，６９２，１４８号、米国特許第６，２５８，０３５号、米国特許第６，５６９，１０３号、及び米国特許第６，８８７，２０６号、及び米国特許出願第２００４／００５９１８３号及び米国特許出願第２００５／０１４８８１２号に記載されている。
【０００７】
ＩＡＢの収縮は、対象の心臓の心電図（ＥＣＧ）を使用してトリガーできる（ＴＡオーレー等の２００２年の米国特許第４，６９２，１４８号、米国特許第４，８０９，６８１号、米国特許第６，２９０，６４１号、及び米国特許第６，６７９，８２９号を参照されたい）。代表的には、ＩＡＢの収縮のタイミングは、ＥＣＧトリガーに基づき、一般的には、Ｒ波の前に発生する。ＩＡＢを収縮するための時間は、熟練者が心周期の所定時間に手動で設定できる。この手動による方法は、予測可能であり、前のＥＣＧトリガーに関連して行われる。このシステムの欠点は、心周期の加速又は減速毎に設定収縮時間が所望の収縮時間から外れてしまい、そのため、収縮時間を常に調節することが必要とされるということである。更に、収縮時間を所定の点で手作業で設定するため、心周期の予期せぬ加速又は減速が生じる心不整脈中に時間を適正に調節するのは困難である。不整脈は、多くの場合、ＩＡＢＰを必要とする対象で発生する。心周期のこれらの予測不能の加速又は減速により、多くの場合、心不整脈中にＩＡＢのＲ波収縮が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
様々なＩＡＢ収縮モードの結果として生じ易い血行動態を評価し、この評価に基づいて収縮モードを選択し、臨床医が手作業で介入する必要なしにＩＡＢＰ治療の有効性を改善する、ＩＡＢＰに対する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための改良された方法を提供することによって上記必要を満たす。本発明の方法は、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときからＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる、工程と、ｄ）Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合、ＥＣＧのＲ波でトリガーされるＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、収縮時間を予測するため、前の心拍からの情報を使用し、これによりＲ波収縮の時間よりも収縮時間を早期にするように選択する工程とを含む。
【００１０】
本発明は、ＩＡＢについての収縮タイミングモードを選択するための装置を提供する。本発明の装置は、プロセッシングユニットを含み、このプロセッシングユニットは、ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出された時間からＩＡＢが収縮するまでの時間である、工程と、ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる、工程とを実施し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合には、プロセッシングユニットは、ＥＣＧのＲ波でトリガーされるＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する。
【００１１】
本発明の方法及び装置は、最も適当な収縮タイミング方法及びトリガーモードを選択するために多数のパラメータを先を見越して表示することによってＩＡＢＰタイミングの状態を進め、これによって、使用者の介在なしに不正確な即ち不適当なタイミングの危険を低減し、ＩＡＢＰ治療の有効性を向上する。本発明は、対象の現在の状態を連続的に計測し、ＩＡＢＰトリガー及びタイミング決定を利用可能な新たな情報として更新するという点で動的である。
【００１２】
本発明のこの他の目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、大動脈内バルーン（ＬＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＬＡＢＰ）によって選択するための方法及び装置に関する。本発明は、心拍の律動が正常な対象で使用できる。しかしながら、本発明は、心不整脈の対象で特に有用である。本発明は、人間を対象とする治療で使用してもよいし、獣医学で使用してもよい。
【００１４】
本発明の方法は、以下の工程ａ）乃至ｄ）を含む。
【００１５】
工程ａ）は、前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程を含む。ここで、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である。
【００１６】
工程ｂ）は、ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程を含む。ここで、Ｔ２は、収縮コマンドが出された時間からＩＡＢが収縮するまでの時間である。好ましくは、本明細書中で使用したように、ＩＡＢは、９０％乃至１００％収縮させたときに収縮されたものと考えられる。
【００１７】
工程ｃ）は、Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程を含む。閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる。閾値時間は、次の心収縮期の上昇行程の前にＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージを定めるように選択できる。好ましくは、選択された閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる。ＩＡＢの残りの容積は、心拡張期の最終圧力の上昇の可能性を表す。ＩＡＢの残りの容積が大きい場合には、左心室は再び高い圧力を圧送しなければならず、好ましくは、閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである。最も好ましくは、閾値時間は７６ｍｓである。選択された閾値時間の値は、ＩＡＢを利用可能な時間の量（ＰＥＰ）で特定容積の少なくとも５０％まで収縮できるという信頼性を提供する。閾値時間の値が小さい場合には、ＩＡＢが心収縮期前に大部分が収縮するという信頼性の程度が高い。逆に、閾値が大きい場合には、ＩＡＢを心収縮期の開始時に５０％まで収縮させる上での信頼性がほとんど又は全くない。収縮が血行動態的に遅れる可能性が高い
工程ｄ）は、ＩＡＢの収縮モードを選択する工程を含む。Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、ＥＣＧのＲ波で開始するように選択する。Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、収縮時間を予測するために、前の心拍からの情報を使用するように選択する。好ましくは、前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードの場合、収縮モード時間がＲ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる。前の心拍からの情報を使用して収縮時間を予測する収縮モードは、例えば、前の心拍から例えば８個の心拍までの心拍間時間を使用できる。心拍間時間は、平均できる。より早期の心拍(earlier heartbeat) からの情報よりも最近の心拍(recent heartbeat)からの情報を加重する場合、加重平均を使用してもよい。
【００１８】
本発明は、更に、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための装置を提供する。この場合、装置は、以下の工程を実施するためのプロセッシングユニットを含む。即ち、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程、ここで、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と、対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間であり、
ｂ）（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）をＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から差し引く工程、ここで、Ｔ２は収縮コマンドの発生から、ＩＡＢが収縮する、好ましくは９０％乃至１００％収縮するまでの時間であり、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程、ここで、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができ、
Ｔ２−Ｔ１は、閾値時間よりも短く、プロセッシングユニットは、ＥＣＧのＲ波によってトリガーされたＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択し、これにより、好ましくは、収縮時間をＲ波収縮の収縮時間よりも早期にする。
【００１９】
好ましくは、装置は、対象の心電図（ＥＣＧ）からの入力及び対象の動脈圧（ＡＰ）からの入力、ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）及び閾値時間を入力するための入力、及び対象の心電図（ＥＣＧ）及び／又は対象の動脈圧から対象の心不整脈を検出するためのプロセッシングユニットを含む。好ましくは、装置は、ＩＡＢの収縮をトリガーする出力を更に含む。装置は、大動脈内バルーンポンプコンソールシステムに組み込まれていてもよい。
【００２０】
方法又はプロセッシングユニットは、更に、数回の心拍、例えば２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算した後、Ｔ２−Ｔ１が２０回の心拍の期間についての、又は幾つかの例えば三つの連続した２０回の心拍期間についての閾値時間よりも大きいか、これよりも小さいか、又は等しいかに基づいてトリガーモードを選択する。
【００２１】
方法又はプロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中、Ｒ波について生じる収縮の回数を決定する工程を更に含んでいてもよく、Ｒ波について生じる収縮の回数が閾値を越えた場合には、収縮トリガーを予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する。収縮トリガーは、次の心収縮期上昇行程前にＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットする。閾値は、例えば、２０回の心拍の期間中、Ｒ波について収縮が１４回生じる値であってもよい。
【００２２】
方法又はプロセッシングユニットは、例えば、収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも短い場合、及びＲ波についての収縮の発生数が２０回の心拍毎に１５回よりも少ない場合、ＥＣＧのＲ波によってトリガーされるＩＡＢの収縮のモードを選択する。
【００２３】
本発明を、本発明の理解を促すために記載した以下の実験の詳細な説明に例示する。この説明は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２４】
実験の詳細な説明
序説
現在のＩＡＢＰシステムは、二つの方法のうちの一方の方法で、収縮タイミングを、予測により又は実時間で設定する。予測収縮タイミングを使用する場合には、ポンプは前の拍動からの情報（経時平均(historical average)）を使用し、次の心収縮期上昇行程前に除去しなければならない容積のパーセンテージをターゲットする。第２の方法は、Ｒ波で収縮を開始する（実時間）。この方法は、多くの場合、不整脈期間中に使用される。
【００２５】
これらの場合の両方において、タイミング方法に対する唯一の刺激は、不整脈が存在するかどうかであり、現在の情況に関して一方の方法又は他方の方法が臨床的により適しているかどうかを決定する積極的評価はなされない。幾つかのポンプは、収縮タイミングの設定を積極的に移動し、最終的な心拡張期圧力に及ぼされる結果を評価し、その圧力を大幅に減少する。しかしながら、これらのポンプは、収縮タイミングの有効性を決定する状態を先を見越して評価はしない。更に、それらは、タイミングの設定後に行われる唯一の評価展開でもあり、現在の患者及びポンプ状態に対して適切な収縮方法を評価し設定する上で先を見越して行うものではない。
【００２６】
本発明の例
本発明では、収縮タイミング評価は、例えば、不整脈がＩＡＢＰによって検出された場合に実施できる比較方法である。この方法は、前駆出期間時間（Ｔ１）を、バルーン収縮速度（Ｔ２）と、Ｔ２−Ｔ１＝計算した閾値の方程式で比較する。
【００２７】
Ｔ２は、ＩＡＢからヘリウムの９０％乃至１００％を除去するための総時間を表す。Ｔ１は、Ｒ波収縮を実施する場合にＩＡＢの収縮に利用可能な時間を表す。
【００２８】
計算した閾値即ちΔ値は、利用可能な時間の量（ＰＥＰ）でＩＡＢを少なくとも５０％値まで収縮できる信頼性を提供する。計算したΔ値が小さい場合には、信頼性が高く、ＩＡＢは心収縮拍出期前にほとんど収縮される。逆に、計算したΔ値が大きい場合には、信頼性がほとんど又は全くなく、心収縮拍出の開始時のＩＡＢの収縮は５０％程度である。この場合、収縮が血行動態的に遅れる可能性が高い。
【００２９】
閾値は、５０％収縮の最小値と一致する計算したΔ値の限度を表す。実際、現在の方法は、保存的であろうとし、心収縮拍出前のＩＡＢの収縮が７０％に近いことを必要とする。閾値が小さければ小さい程、心収縮拍出の開始前にＩＡＢから除去されるヘリウムの量が大きい。これは、ＰＥＰが長いため、又はＩＡＢの収縮速度が速いためである。逆に、容積が大きければ大きい程、ヘリウムをＩＡＢから除去するための時間が短い。これは、ＰＥＰが短いためであり、又はＩＡＢの収縮速度がゆっくりとしているためである。
【００３０】
この情報に基づき、及び心収縮拍出の開始前にヘリウムの少なくとも５０％を除去するという目的により、閾値を決定するために一連の実験を行った。
【００３１】
これらの実験は、様々な収縮速度の幾つかの様々なＩＡＢカテーテルを試験した。収縮タイミングが最終的な心拡張期圧力に及ぼされる効果を、様々な閾値及び様々なＩＡＢを使用して評価した。適合する判断基準は、最終的な心拡張期圧力が最終的な心拡張期圧力よりも僅かに高いということであったが、心収縮期上昇行程を維持しなければならない。この試験に基づき、７６ｍｓの閾値の値が広範な状態についての適合する値であったと結論付けられた。
【００３２】
シミュレーション手順
様々な心拍数及び心拍律動を含む様々なＥＣＧ信号を発生する一連の患者シミュレーターを使用した。これらの信号は、ＩＡＢＰ用の及びシミュレートが行われる大動脈についての入力として使用される。シミュレートがなされた大動脈は、チューブ、調節自在の柔軟なチャンバ、及び生理学的シミュレーターからのＥＣＧ信号によって駆動され、患者と同様の動脈圧を発生するバルブで形成されている。大動脈は、その大動脈にＩＡＢカテーテルを挿入できる開口部を有する。更に、ＰＥＰ値、心収縮期パルスの振幅及び持続時間、及び心拡張期圧力レベルを変化させることができる。これにより、臨床的に見られる様々な条件で試験を行うことができる。
【００３３】
大動脈の圧力は、トランスジューサーを使用して計測される。これは、従来の流体トランスジューサー（ホイートストンブリッジ）又は光ファイバ圧力センサのいずれかを使用して行われる。圧力は、ＩＡＢＰに連結される。ＩＡＢＰデータ出力を、使用されたパラメータを監視し、アルゴリズムの評価結果を示すための特別の診断ソフトウェアが入ったコンピュータに連結する。
【００３４】
ポンプを作動させ、ポンプの補助が存在する状態にしたとき、シミュレートされる大動脈の圧力変化は、実際の患者の圧力変化と同様である。ＥＣＧの入力及び大動脈の状態を変化させることによって、アルゴリズムの性能及び決定を観察できる。
【００３５】
ＩＡＢＰ収縮モードの選択例
不整脈が検出されたとき、ポンプは、収縮タイミング評価期間を開始し、いずれの収縮モードを使用するのかを決定する。
【００３６】
８７％でなく１０５％のＩＡＢ収縮速度を使用し、収縮タイミングを早期に移動する。その結果、ＥＣＧＲ波と動脈圧上昇行程との間の時間期間の計測が正確になる。この期間は、前駆出期間即ちＰＥＰ（図１参照）として知られている。ＰＥＰは、ＩＡＢ収縮タイミングの有効性における重要なファクタである。この情報をＴ１として記録する。
【００３７】
ＩＡＢＰの収縮タイミングを計測し、ソフトウェアによってＴ２としてセーブする（図２参照）。
【００３８】
不整脈は、不規則な律動を発生するため、収縮点がＲ波で発生する可能性が高い。Ｒ波収縮が生じた回数を記録し、セーブする。
【００３９】
上文中に説明したように記録した情報により、以下の比較を行う。即ち
１）２０回の拍動期間に亘り、各拍動についてＴ２−Ｔ１を計算する。
２）この値を、心収縮期拍出の開始時に収縮が約５０％完了していなければならないことを示す臨床的情報を使用して得られた閾値（７６ｍｓ）と比較する。様々な制御下の条件で様々なデバイスを使用して実験を行い、適当な閾値を決定する。
３）連続した２０回の拍動セグメントのうちの３つの拍動セグメントの各々についてのＴ２−Ｔ１の値が＜７６ｍｓである場合には、Ｒ波収縮は適合し、Ｒ波収縮モードがＩＡＢＰによって選択される。
４）連続した２０回の拍動セグメントのうちの３つの拍動セグメントの各々についてのＴ２−Ｔ１の値が≧７６ｍｓである場合には、Ｒ波収縮は適合せず、遅延収縮を発生しやすく、ＩＡＢＰによって予測収縮モードが選択される。
５）収縮タイミング評価期間中にＲ波で生じる収縮の回数を記録する。「ヒット」回数が＞１４である場合には、優勢な律動は非常に不規則であり、予測収縮モードが選択される。
【００４０】
この情報の評価を連続的に更新し、タイミング方法及びトリガーモードを現在の条件に基づいて更新する。
【００４１】
図３は、Ｒ波収縮と関連したＥＣＧ、ＡＰ、及びバルーン速度の間の関係を概略に示す。Ｔ２−Ｔ１値の計算を示す。
【００４２】
計算したＴ２−Ｔ１の値を閾値と比較することによって、収縮タイミングの適合した方法を決定でき、その方法を使用するトリガーモードを選択できる。図４は、収縮タイミングモードの選択の概略図を示す。
【００４３】
Ｔ２−Ｔ１に対する閾値は、大動脈を様々な条件で実験すること、並びにＩＡＢＰシステムの算術的モデル化によって決定される。最終的な心拡張期圧力の上昇を小さくでき、次の心収縮期上昇行程前にＩＡＢを約７０％収縮させることができることが目的である。様々なＩＡＢカテーテルを使用し、大動脈の条件を変化させることにより、適当な閾値が７６ｍｓであると決定された。このことは、Ｒ波収縮を使用する場合、ＩＡＢ収縮時間がＰＥＰよりも少なくとも７６ｍｓ長くなければならないということを意味する。ＩＡＢは、Ｒ波で２０回の拍動で収縮できる回数が１４回又はそれ以下であり、時間の約７０％である。これらの値を閾値として設定した。以下のように実施される。
【００４４】
Ｔ２−Ｔ１＜７６ｍｓであり且つＲ波ヒット＜１５回である場合には、Ｒ波収縮が許容され、ＩＡＢＰによって選択される。
【００４５】
この他の全ての場合において、ポンプは予測収縮（Ｒ波前に収縮が生じる）を選択する。
【００４６】
シミュレートした大動脈を使用し、心拍数、心拍律動、バルーン速度、及びＰＥＰ値の値を変化させ、その結果を観察する。全ての場合において、ＩＡＢＰが適切に応答し、最終的な心拡張期圧力を臨床的に適合したレベルよりも高い値まで上昇させることはない。
【００４７】
参考文献
「心臓手術における大動脈内バルーンポンプ」胸郭手術年鑑７４（４）：１２７６−８７（２００２年）バスケットＲＪ、ジャリＷＡ、メイトランドＡ、ヒルシュＧＭ、
「患者における新規な大動脈内バルーンカウンタパルスタイミング法の血行動態的効果（多センタ評価）」米国心臓学会誌１３７：１１２９−６（１９９９年）カーンＭ、アグレＦ、カラッシオーロＥ、バッハＲ、デノヒューＴ、ラソーダＤ、オーマンＭ、シュニッツラーＲ、キングＤ、オーレーＷ、グレイゼルＪ、
「３０年臨床大動脈内バルーンポンプ詳細」胸郭心臓手術４７補遺２：２９８−３０３（１９９９年）、メールホーンＵ、クローナーＡ、デヴィヴィエＥＲ
「不整脈に応答する大動脈内バルーンポンプ（アルゴリズムの開発及び実行）」心臓血管学５１（５）４８３−７（２００２年）オーレーＷＪ、ニグローニＰ、ウィリアムスＪ、ハミルトンＲ、
「心房細動の患者における大動脈内バルーンポンプの新規なアルゴリズム」ＡＳＡＩＯ誌４１：７９−８３（１９９５年）サカモトＴ、アライＨ、トシユキＭ、スズキＡ
１９８７年９月８日にカントロヴィッツ等に付与された「大動脈内バルーンポンプ装置及びその使用方法」という表題の米国特許第４，６９２，１４８号、
１９８９年３月７日にカントロヴィッツ等に付与された「大動脈内バルーンポンプを制御するための心電図計測方法」という表題の米国特許第４，８０９，６８１号、
２００１年７月１０日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，２５８，０３５号、
２００１年９月１８日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーン収縮タイミングを心電図に基づいて自動的に変化させる大動脈内バルーンポンプ」という表題の米国特許第６，２９０，６４１号、
２００３年５月２７日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，５６９，１０３号、
２００４年１月２０日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーン収縮タイミングを心電図に基づいて自動的に変化させる大動脈内バルーンポンプ」という表題の米国特許第６，６７８，８２９号、
２００５年３月３日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，８８７，２０６号、
２００４年３月２５日にヤンセン等に付与された「心臓補助デバイスを制御するための装置」という表題の米国特許公開第２００４／００５９１８３号、
２００５年７月７日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーンポンプ治療のタイミング」という表題の米国特許公開第２００５／０１４８８１２号。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、ＰＥＰ（前駆出期間）Ｔ１計測のグラフである。ＰＥＰは、ＥＣＧ（上側の曲線）で検出されたトリガー点から、動脈圧（下側の曲線）上昇行程が検出された点まで計測される。ＥＣＧのＱＲＳコンプレックスのＲ波は、矢印及び斜めの線によって表示された大きなピークである。Ｔ波がＱＲＳコンプレックスの後に発生する場合、Ｐ波がＱＲＳコンプレックスに先行する。
【図２】図２は、収縮時間Ｔ２を示す。Ｔ２は、収縮開始から収縮終了までの時間である。ＥＣＧを上側の曲線に示す。Ｒ波収縮を使用する場合には、トリガー点が検出されたときに収縮を開始する。収縮は、バルーン圧力波形（下側の曲線）が基準線に戻ったときに終了する。これは、ヘリウムの少なくとも９０％がＩＡＢ（バルーン）からＩＡＢＰ（ポンプ）に戻されたことを示す。
【図３】図３は、心電図（ＥＣＧ）、動脈圧（ＡＰ）、及び大動脈内バルーン（バルーン）速度の間の関係をＲ波収縮に関して示す概略図である。Ｔ２−Ｔ１値の計算を示す。ＩＡＢに残るヘリウム（Ｈｅ）の量を示す。グラフの左側が１００％であり、右側が＜１０％である。グラフの残留Ｈｅの％の上方に閾値の値が示してある。この図では、閾値の値は、Ｈｅの約７０％がＩＡＢから除去された点を表す。この点を、Ｈｅ残留％の３０％に示す。
【図４】図４は、収縮タイミングのモードの選択の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１月５日に出願された米国仮特許出願第６０／７５６，６５１号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）用の出力タイミングモードを、ＩＡＢを収縮させるのに必要な時間と、対象／患者(subject)のＥＣＧＲ波と動脈圧の心収縮期上昇行程との間の時間との比較に基づいて、大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための方法及び装置に関する。本発明は、Ｒ波によって開始されるか或いは前の心拍からの情報に基づいて予測される最も適当なＩＡＢ出力タイミングモードを先を見越して(proactively)選択する。
【背景技術】
【０００３】
本件出願に亘り、様々な公開文献を括弧付きで言及する。これらの文献の詳細は、本明細書の末尾に記載してある。これらの公開文献の開示は、出典を明示することにより、開示された全ての内容が本明細書の開示の一部とされる。
【０００４】
心機能が損なわれている対象／患者(subject)は、生体臓器への血液の供給がうまくいっていない場合がある。心臓の圧送作用及び全身の血液の供給は、大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）を使用して大動脈内バルーン（ＩＡＢ）を制御することによって改善できる。ＩＡＢＰは、心臓病の患者及び心臓手術の患者で使用される（バスケット等の２００２年の文献及びメールホーン等の１９９９年の文献を参照されたい）。
【０００５】
各心周期において、心臓の左心室の拍出期の終了時にＩＡＢをポンプデバイスで膨張させ、続いて起る拍出期の開始前に収縮させる。バルーン収縮を左心室の拍出に近付けるか或いは拍出と同時に行うことによって、全身の血行動態及び心筋の効率を改善できると教示されている（カーン等の１９９９年の文献を参照されたい）。ＩＡＢＰを最適に機能させるために、ＩＡＢを心周期の正しい時間に膨張させ、収縮することが重要である。
【０００６】
ＩＡＢの膨張を制御するための方法及び装置は、例えば、サカモト等の１９９５年の米国特許第４，６９２，１４８号、米国特許第６，２５８，０３５号、米国特許第６，５６９，１０３号、及び米国特許第６，８８７，２０６号、及び米国特許出願第２００４／００５９１８３号及び米国特許出願第２００５／０１４８８１２号に記載されている。
【０００７】
ＩＡＢの収縮は、対象の心臓の心電図（ＥＣＧ）を使用してトリガーできる（ＴＡオーレー等の２００２年の米国特許第４，６９２，１４８号、米国特許第４，８０９，６８１号、米国特許第６，２９０，６４１号、及び米国特許第６，６７９，８２９号を参照されたい）。代表的には、ＩＡＢの収縮のタイミングは、ＥＣＧトリガーに基づき、一般的には、Ｒ波の前に発生する。ＩＡＢを収縮するための時間は、熟練者が心周期の所定時間に手動で設定できる。この手動による方法は、予測可能であり、前のＥＣＧトリガーに関連して行われる。このシステムの欠点は、心周期の加速又は減速毎に設定収縮時間が所望の収縮時間から外れてしまい、そのため、収縮時間を常に調節することが必要とされるということである。更に、収縮時間を所定の点で手作業で設定するため、心周期の予期せぬ加速又は減速が生じる心不整脈中に時間を適正に調節するのは困難である。不整脈は、多くの場合、ＩＡＢＰを必要とする対象で発生する。心周期のこれらの予測不能の加速又は減速により、多くの場合、心不整脈中にＩＡＢのＲ波収縮が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
様々なＩＡＢ収縮モードの結果として生じ易い血行動態を評価し、この評価に基づいて収縮モードを選択し、臨床医が手作業で介入する必要なしにＩＡＢＰ治療の有効性を改善する、ＩＡＢＰに対する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための改良された方法を提供することによって上記必要を満たす。本発明の方法は、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときからＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる、工程と、ｄ）Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合、ＥＣＧのＲ波でトリガーされるＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、収縮時間を予測するため、前の心拍からの情報を使用し、これによりＲ波収縮の時間よりも収縮時間を早期にするように選択する工程とを含む。
【００１０】
本発明は、ＩＡＢについての収縮タイミングモードを選択するための装置を提供する。本発明の装置は、プロセッシングユニットを含み、このプロセッシングユニットは、ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出された時間からＩＡＢが収縮するまでの時間である、工程と、ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる、工程とを実施し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合には、プロセッシングユニットは、ＥＣＧのＲ波でトリガーされるＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する。
【００１１】
本発明の方法及び装置は、最も適当な収縮タイミング方法及びトリガーモードを選択するために多数のパラメータを先を見越して表示することによってＩＡＢＰタイミングの状態を進め、これによって、使用者の介在なしに不正確な即ち不適当なタイミングの危険を低減し、ＩＡＢＰ治療の有効性を向上する。本発明は、対象の現在の状態を連続的に計測し、ＩＡＢＰトリガー及びタイミング決定を利用可能な新たな情報として更新するという点で動的である。
【００１２】
本発明のこの他の目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、大動脈内バルーン（ＬＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＬＡＢＰ）によって選択するための方法及び装置に関する。本発明は、心拍の律動が正常な対象で使用できる。しかしながら、本発明は、心不整脈の対象で特に有用である。本発明は、人間を対象とする治療で使用してもよいし、獣医学で使用してもよい。
【００１４】
本発明の方法は、以下の工程ａ）乃至ｄ）を含む。
【００１５】
工程ａ）は、前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程を含む。ここで、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である。
【００１６】
工程ｂ）は、ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程を含む。ここで、Ｔ２は、収縮コマンドが出された時間からＩＡＢが収縮するまでの時間である。好ましくは、本明細書中で使用したように、ＩＡＢは、９０％乃至１００％収縮させたときに収縮されたものと考えられる。
【００１７】
工程ｃ）は、Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程を含む。閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができる。閾値時間は、次の心収縮期の上昇行程の前にＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージを定めるように選択できる。好ましくは、選択された閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる。ＩＡＢの残りの容積は、心拡張期の最終圧力の上昇の可能性を表す。ＩＡＢの残りの容積が大きい場合には、左心室は再び高い圧力を圧送しなければならず、好ましくは、閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである。最も好ましくは、閾値時間は７６ｍｓである。選択された閾値時間の値は、ＩＡＢを利用可能な時間の量（ＰＥＰ）で特定容積の少なくとも５０％まで収縮できるという信頼性を提供する。閾値時間の値が小さい場合には、ＩＡＢが心収縮期前に大部分が収縮するという信頼性の程度が高い。逆に、閾値が大きい場合には、ＩＡＢを心収縮期の開始時に５０％まで収縮させる上での信頼性がほとんど又は全くない。収縮が血行動態的に遅れる可能性が高い
工程ｄ）は、ＩＡＢの収縮モードを選択する工程を含む。Ｔ２−Ｔ１が閾値時間よりも短い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、ＥＣＧのＲ波で開始するように選択する。Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、ＩＡＢの収縮モードを、収縮時間を予測するために、前の心拍からの情報を使用するように選択する。好ましくは、前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードの場合、収縮モード時間がＲ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる。前の心拍からの情報を使用して収縮時間を予測する収縮モードは、例えば、前の心拍から例えば８個の心拍までの心拍間時間を使用できる。心拍間時間は、平均できる。より早期の心拍(earlier heartbeat) からの情報よりも最近の心拍(recent heartbeat)からの情報を加重する場合、加重平均を使用してもよい。
【００１８】
本発明は、更に、大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための装置を提供する。この場合、装置は、以下の工程を実施するためのプロセッシングユニットを含む。即ち、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程、ここで、Ｔ１は、対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と、対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間であり、
ｂ）（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）をＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から差し引く工程、ここで、Ｔ２は収縮コマンドの発生から、ＩＡＢが収縮する、好ましくは９０％乃至１００％収縮するまでの時間であり、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程、ここで、閾値時間により、ＩＡＢを心収縮期前に少なくとも部分的に収縮させることができ、
Ｔ２−Ｔ１は、閾値時間よりも短く、プロセッシングユニットは、ＥＣＧのＲ波によってトリガーされたＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択し、これにより、好ましくは、収縮時間をＲ波収縮の収縮時間よりも早期にする。
【００１９】
好ましくは、装置は、対象の心電図（ＥＣＧ）からの入力及び対象の動脈圧（ＡＰ）からの入力、ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）及び閾値時間を入力するための入力、及び対象の心電図（ＥＣＧ）及び／又は対象の動脈圧から対象の心不整脈を検出するためのプロセッシングユニットを含む。好ましくは、装置は、ＩＡＢの収縮をトリガーする出力を更に含む。装置は、大動脈内バルーンポンプコンソールシステムに組み込まれていてもよい。
【００２０】
方法又はプロセッシングユニットは、更に、数回の心拍、例えば２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算した後、Ｔ２−Ｔ１が２０回の心拍の期間についての、又は幾つかの例えば三つの連続した２０回の心拍期間についての閾値時間よりも大きいか、これよりも小さいか、又は等しいかに基づいてトリガーモードを選択する。
【００２１】
方法又はプロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中、Ｒ波について生じる収縮の回数を決定する工程を更に含んでいてもよく、Ｒ波について生じる収縮の回数が閾値を越えた場合には、収縮トリガーを予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する。収縮トリガーは、次の心収縮期上昇行程前にＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットする。閾値は、例えば、２０回の心拍の期間中、Ｒ波について収縮が１４回生じる値であってもよい。
【００２２】
方法又はプロセッシングユニットは、例えば、収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも短い場合、及びＲ波についての収縮の発生数が２０回の心拍毎に１５回よりも少ない場合、ＥＣＧのＲ波によってトリガーされるＩＡＢの収縮のモードを選択する。
【００２３】
本発明を、本発明の理解を促すために記載した以下の実験の詳細な説明に例示する。この説明は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２４】
実験の詳細な説明
序説
現在のＩＡＢＰシステムは、二つの方法のうちの一方の方法で、収縮タイミングを、予測により又は実時間で設定する。予測収縮タイミングを使用する場合には、ポンプは前の拍動からの情報（経時平均(historical average)）を使用し、次の心収縮期上昇行程前に除去しなければならない容積のパーセンテージをターゲットする。第２の方法は、Ｒ波で収縮を開始する（実時間）。この方法は、多くの場合、不整脈期間中に使用される。
【００２５】
これらの場合の両方において、タイミング方法に対する唯一の刺激は、不整脈が存在するかどうかであり、現在の情況に関して一方の方法又は他方の方法が臨床的により適しているかどうかを決定する積極的評価はなされない。幾つかのポンプは、収縮タイミングの設定を積極的に移動し、最終的な心拡張期圧力に及ぼされる結果を評価し、その圧力を大幅に減少する。しかしながら、これらのポンプは、収縮タイミングの有効性を決定する状態を先を見越して評価はしない。更に、それらは、タイミングの設定後に行われる唯一の評価展開でもあり、現在の患者及びポンプ状態に対して適切な収縮方法を評価し設定する上で先を見越して行うものではない。
【００２６】
本発明の例
本発明では、収縮タイミング評価は、例えば、不整脈がＩＡＢＰによって検出された場合に実施できる比較方法である。この方法は、前駆出期間時間（Ｔ１）を、バルーン収縮速度（Ｔ２）と、Ｔ２−Ｔ１＝計算した閾値の方程式で比較する。
【００２７】
Ｔ２は、ＩＡＢからヘリウムの９０％乃至１００％を除去するための総時間を表す。Ｔ１は、Ｒ波収縮を実施する場合にＩＡＢの収縮に利用可能な時間を表す。
【００２８】
計算した閾値即ちΔ値は、利用可能な時間の量（ＰＥＰ）でＩＡＢを少なくとも５０％値まで収縮できる信頼性を提供する。計算したΔ値が小さい場合には、信頼性が高く、ＩＡＢは心収縮拍出期前にほとんど収縮される。逆に、計算したΔ値が大きい場合には、信頼性がほとんど又は全くなく、心収縮拍出の開始時のＩＡＢの収縮は５０％程度である。この場合、収縮が血行動態的に遅れる可能性が高い。
【００２９】
閾値は、５０％収縮の最小値と一致する計算したΔ値の限度を表す。実際、現在の方法は、保存的であろうとし、心収縮拍出前のＩＡＢの収縮が７０％に近いことを必要とする。閾値が小さければ小さい程、心収縮拍出の開始前にＩＡＢから除去されるヘリウムの量が大きい。これは、ＰＥＰが長いため、又はＩＡＢの収縮速度が速いためである。逆に、容積が大きければ大きい程、ヘリウムをＩＡＢから除去するための時間が短い。これは、ＰＥＰが短いためであり、又はＩＡＢの収縮速度がゆっくりとしているためである。
【００３０】
この情報に基づき、及び心収縮拍出の開始前にヘリウムの少なくとも５０％を除去するという目的により、閾値を決定するために一連の実験を行った。
【００３１】
これらの実験は、様々な収縮速度の幾つかの様々なＩＡＢカテーテルを試験した。収縮タイミングが最終的な心拡張期圧力に及ぼされる効果を、様々な閾値及び様々なＩＡＢを使用して評価した。適合する判断基準は、最終的な心拡張期圧力が最終的な心拡張期圧力よりも僅かに高いということであったが、心収縮期上昇行程を維持しなければならない。この試験に基づき、７６ｍｓの閾値の値が広範な状態についての適合する値であったと結論付けられた。
【００３２】
シミュレーション手順
様々な心拍数及び心拍律動を含む様々なＥＣＧ信号を発生する一連の患者シミュレーターを使用した。これらの信号は、ＩＡＢＰ用の及びシミュレートが行われる大動脈についての入力として使用される。シミュレートがなされた大動脈は、チューブ、調節自在の柔軟なチャンバ、及び生理学的シミュレーターからのＥＣＧ信号によって駆動され、患者と同様の動脈圧を発生するバルブで形成されている。大動脈は、その大動脈にＩＡＢカテーテルを挿入できる開口部を有する。更に、ＰＥＰ値、心収縮期パルスの振幅及び持続時間、及び心拡張期圧力レベルを変化させることができる。これにより、臨床的に見られる様々な条件で試験を行うことができる。
【００３３】
大動脈の圧力は、トランスジューサーを使用して計測される。これは、従来の流体トランスジューサー（ホイートストンブリッジ）又は光ファイバ圧力センサのいずれかを使用して行われる。圧力は、ＩＡＢＰに連結される。ＩＡＢＰデータ出力を、使用されたパラメータを監視し、アルゴリズムの評価結果を示すための特別の診断ソフトウェアが入ったコンピュータに連結する。
【００３４】
ポンプを作動させ、ポンプの補助が存在する状態にしたとき、シミュレートされる大動脈の圧力変化は、実際の患者の圧力変化と同様である。ＥＣＧの入力及び大動脈の状態を変化させることによって、アルゴリズムの性能及び決定を観察できる。
【００３５】
ＩＡＢＰ収縮モードの選択例
不整脈が検出されたとき、ポンプは、収縮タイミング評価期間を開始し、いずれの収縮モードを使用するのかを決定する。
【００３６】
８７％でなく１０５％のＩＡＢ収縮速度を使用し、収縮タイミングを早期に移動する。その結果、ＥＣＧＲ波と動脈圧上昇行程との間の時間期間の計測が正確になる。この期間は、前駆出期間即ちＰＥＰ（図１参照）として知られている。ＰＥＰは、ＩＡＢ収縮タイミングの有効性における重要なファクタである。この情報をＴ１として記録する。
【００３７】
ＩＡＢＰの収縮タイミングを計測し、ソフトウェアによってＴ２としてセーブする（図２参照）。
【００３８】
不整脈は、不規則な律動を発生するため、収縮点がＲ波で発生する可能性が高い。Ｒ波収縮が生じた回数を記録し、セーブする。
【００３９】
上文中に説明したように記録した情報により、以下の比較を行う。即ち
１）２０回の拍動期間に亘り、各拍動についてＴ２−Ｔ１を計算する。
２）この値を、心収縮期拍出の開始時に収縮が約５０％完了していなければならないことを示す臨床的情報を使用して得られた閾値（７６ｍｓ）と比較する。様々な制御下の条件で様々なデバイスを使用して実験を行い、適当な閾値を決定する。
３）連続した２０回の拍動セグメントのうちの３つの拍動セグメントの各々についてのＴ２−Ｔ１の値が＜７６ｍｓである場合には、Ｒ波収縮は適合し、Ｒ波収縮モードがＩＡＢＰによって選択される。
４）連続した２０回の拍動セグメントのうちの３つの拍動セグメントの各々についてのＴ２−Ｔ１の値が≧７６ｍｓである場合には、Ｒ波収縮は適合せず、遅延収縮を発生しやすく、ＩＡＢＰによって予測収縮モードが選択される。
５）収縮タイミング評価期間中にＲ波で生じる収縮の回数を記録する。「ヒット」回数が＞１４である場合には、優勢な律動は非常に不規則であり、予測収縮モードが選択される。
【００４０】
この情報の評価を連続的に更新し、タイミング方法及びトリガーモードを現在の条件に基づいて更新する。
【００４１】
図３は、Ｒ波収縮と関連したＥＣＧ、ＡＰ、及びバルーン速度の間の関係を概略に示す。Ｔ２−Ｔ１値の計算を示す。
【００４２】
計算したＴ２−Ｔ１の値を閾値と比較することによって、収縮タイミングの適合した方法を決定でき、その方法を使用するトリガーモードを選択できる。図４は、収縮タイミングモードの選択の概略図を示す。
【００４３】
Ｔ２−Ｔ１に対する閾値は、大動脈を様々な条件で実験すること、並びにＩＡＢＰシステムの算術的モデル化によって決定される。最終的な心拡張期圧力の上昇を小さくでき、次の心収縮期上昇行程前にＩＡＢを約７０％収縮させることができることが目的である。様々なＩＡＢカテーテルを使用し、大動脈の条件を変化させることにより、適当な閾値が７６ｍｓであると決定された。このことは、Ｒ波収縮を使用する場合、ＩＡＢ収縮時間がＰＥＰよりも少なくとも７６ｍｓ長くなければならないということを意味する。ＩＡＢは、Ｒ波で２０回の拍動で収縮できる回数が１４回又はそれ以下であり、時間の約７０％である。これらの値を閾値として設定した。以下のように実施される。
【００４４】
Ｔ２−Ｔ１＜７６ｍｓであり且つＲ波ヒット＜１５回である場合には、Ｒ波収縮が許容され、ＩＡＢＰによって選択される。
【００４５】
この他の全ての場合において、ポンプは予測収縮（Ｒ波前に収縮が生じる）を選択する。
【００４６】
シミュレートした大動脈を使用し、心拍数、心拍律動、バルーン速度、及びＰＥＰ値の値を変化させ、その結果を観察する。全ての場合において、ＩＡＢＰが適切に応答し、最終的な心拡張期圧力を臨床的に適合したレベルよりも高い値まで上昇させることはない。
【００４７】
参考文献
「心臓手術における大動脈内バルーンポンプ」胸郭手術年鑑７４（４）：１２７６−８７（２００２年）バスケットＲＪ、ジャリＷＡ、メイトランドＡ、ヒルシュＧＭ、
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「３０年臨床大動脈内バルーンポンプ詳細」胸郭心臓手術４７補遺２：２９８−３０３（１９９９年）、メールホーンＵ、クローナーＡ、デヴィヴィエＥＲ
「不整脈に応答する大動脈内バルーンポンプ（アルゴリズムの開発及び実行）」心臓血管学５１（５）４８３−７（２００２年）オーレーＷＪ、ニグローニＰ、ウィリアムスＪ、ハミルトンＲ、
「心房細動の患者における大動脈内バルーンポンプの新規なアルゴリズム」ＡＳＡＩＯ誌４１：７９−８３（１９９５年）サカモトＴ、アライＨ、トシユキＭ、スズキＡ
１９８７年９月８日にカントロヴィッツ等に付与された「大動脈内バルーンポンプ装置及びその使用方法」という表題の米国特許第４，６９２，１４８号、
１９８９年３月７日にカントロヴィッツ等に付与された「大動脈内バルーンポンプを制御するための心電図計測方法」という表題の米国特許第４，８０９，６８１号、
２００１年７月１０日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，２５８，０３５号、
２００１年９月１８日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーン収縮タイミングを心電図に基づいて自動的に変化させる大動脈内バルーンポンプ」という表題の米国特許第６，２９０，６４１号、
２００３年５月２７日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，５６９，１０３号、
２００４年１月２０日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーン収縮タイミングを心電図に基づいて自動的に変化させる大動脈内バルーンポンプ」という表題の米国特許第６，６７８，８２９号、
２００５年３月３日にホクセル等に付与された「心周期における特徴点を決定するためのデバイス」という表題の米国特許第６，８８７，２０６号、
２００４年３月２５日にヤンセン等に付与された「心臓補助デバイスを制御するための装置」という表題の米国特許公開第２００４／００５９１８３号、
２００５年７月７日にニグローニ等に付与された「大動脈内バルーンポンプ治療のタイミング」という表題の米国特許公開第２００５／０１４８８１２号。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、ＰＥＰ（前駆出期間）Ｔ１計測のグラフである。ＰＥＰは、ＥＣＧ（上側の曲線）で検出されたトリガー点から、動脈圧（下側の曲線）上昇行程が検出された点まで計測される。ＥＣＧのＱＲＳコンプレックスのＲ波は、矢印及び斜めの線によって表示された大きなピークである。Ｔ波がＱＲＳコンプレックスの後に発生する場合、Ｐ波がＱＲＳコンプレックスに先行する。
【図２】図２は、収縮時間Ｔ２を示す。Ｔ２は、収縮開始から収縮終了までの時間である。ＥＣＧを上側の曲線に示す。Ｒ波収縮を使用する場合には、トリガー点が検出されたときに収縮を開始する。収縮は、バルーン圧力波形（下側の曲線）が基準線に戻ったときに終了する。これは、ヘリウムの少なくとも９０％がＩＡＢ（バルーン）からＩＡＢＰ（ポンプ）に戻されたことを示す。
【図３】図３は、心電図（ＥＣＧ）、動脈圧（ＡＰ）、及び大動脈内バルーン（バルーン）速度の間の関係をＲ波収縮に関して示す概略図である。Ｔ２−Ｔ１値の計算を示す。ＩＡＢに残るヘリウム（Ｈｅ）の量を示す。グラフの左側が１００％であり、右側が＜１０％である。グラフの残留Ｈｅの％の上方に閾値の値が示してある。この図では、閾値の値は、Ｈｅの約７０％がＩＡＢから除去された点を表す。この点を、Ｈｅ残留％の３０％に示す。
【図４】図４は、収縮タイミングのモードの選択の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択する方法において、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、測定対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と前記対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、
ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときから前記ＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、前記閾値時間は、前記ＩＡＢが心収縮期前に少なくとも部分的に収縮されることを許容する、工程と、
ｄ）Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間よりも短い場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する前記ＩＡＢの収縮モードを選択する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記対象は、心不整脈を患っている、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積の％をターゲットとする、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記閾値時間により、前記ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は７０ｍｓ乃至８０ｍｓである、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は約７６ｍｓである、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードにより、収縮時間が、Ｒ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、更に、
２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算する工程と、
Ｔ２−Ｔ１が、三つの連続した２０回心拍期間の各々についての前記閾値時間よりも大きいか、小さいか、或いは等しいかに基づいてトリガーモードを選択する工程と、を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、更に、
収縮タイミング評価期間中に、前記Ｒ波で生じる収縮回数を決定する工程を含み、
前記Ｒ波で生じる収縮回数が閾値を越えた場合、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする収縮トリガーを予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記閾値は、２０回心拍期間中に前記Ｒ波で収縮が１４回生じることである、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、
収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも小さい場合、及び前記Ｒ波での収縮の発生回数が、２０回の心拍で１５回よりも少ない場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択する工程を含む、方法。
【請求項１３】
大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための装置において、該装置はプロセッシングユニットを含み、このプロセッシングユニットは、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、測定対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と前記対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、
ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときからＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、前記閾値時間は、前記ＩＡＢが心収縮期前に少なくとも部分的に収縮されることを許容する、工程と、を実施し、
Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間よりも短い場合には、前記プロセッシングユニットは、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、前記プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の心電図（ＥＣＧ）からの入力を含む、装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の動脈圧からの入力を含む、装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の心電図（ＥＣＧ）及び／又は前記対象の動脈圧から前記対象の心不整脈を検出するためのプロセッシングユニットを含む、装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記閾値時間により、前記ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる、装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである、装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は７０ｍｓ乃至８０ｍｓである、装置。
【請求項２１】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は７６ｍｓである、装置。
【請求項２２】
請求項１３に記載の装置において、
前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードにより、収縮時間が、Ｒ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる、装置。
【請求項２３】
請求項１３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算し、Ｔ２−Ｔ１が、三つの連続した２０回心拍期間の各々についての前記閾値時間よりも大きいか、小さいか、或いは等しいかに基づいてトリガーモードを選択する、装置。
【請求項２４】
請求項１３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中に、前記Ｒ波で生じる収縮回数を決定し、前記Ｒ波で生じる収縮回数が閾値を越えた場合、前記プロセッシングユニットは、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする収縮トリガーを予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置において、
前記閾値は、２０回心拍期間中に前記Ｒ波で収縮が１４回生じることである、装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも小さい場合、及び前記Ｒ波での収縮の発生回数が、２０回の心拍で１５回よりも少ない場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択する、装置。
【請求項２７】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記ＩＡＢの収縮をトリガーする出力を含む、装置。
【請求項２８】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、大動脈内バルーンポンプコンソールシステムに組み込まれている、装置。
【請求項１】
大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択する方法において、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、測定対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と前記対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、
ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときから前記ＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、前記閾値時間は、前記ＩＡＢが心収縮期前に少なくとも部分的に収縮されることを許容する、工程と、
ｄ）Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間よりも短い場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する前記ＩＡＢの収縮モードを選択する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記対象は、心不整脈を患っている、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積の％をターゲットとする、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記閾値時間により、前記ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は７０ｍｓ乃至８０ｍｓである、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記閾値時間は約７６ｍｓである、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードにより、収縮時間が、Ｒ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、更に、
２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算する工程と、
Ｔ２−Ｔ１が、三つの連続した２０回心拍期間の各々についての前記閾値時間よりも大きいか、小さいか、或いは等しいかに基づいてトリガーモードを選択する工程と、を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、更に、
収縮タイミング評価期間中に、前記Ｒ波で生じる収縮回数を決定する工程を含み、
前記Ｒ波で生じる収縮回数が閾値を越えた場合、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする収縮トリガーを予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記閾値は、２０回心拍期間中に前記Ｒ波で収縮が１４回生じることである、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、
収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも小さい場合、及び前記Ｒ波での収縮の発生回数が、２０回の心拍で１５回よりも少ない場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択する工程を含む、方法。
【請求項１３】
大動脈内バルーン（ＩＡＢ）についての収縮タイミングモードを大動脈内バルーンポンプ（ＩＡＢＰ）によって選択するための装置において、該装置はプロセッシングユニットを含み、このプロセッシングユニットは、
ａ）前駆出期間（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を決定する工程であって、Ｔ１は、測定対象の心電図（ＥＣＧ）のＲ波と前記対象の動脈圧の心収縮期の上昇行程との間の時間である、工程と、
ｂ）ＩＡＢ収縮時間（Ｔ２）から（ＰＥＰ）時間（Ｔ１）を差し引く工程であって、Ｔ２は、収縮コマンドが出されたときからＩＡＢが収縮されるまでの時間である、工程と、
ｃ）Ｔ２−Ｔ１を閾値時間と比較する工程であって、前記閾値時間は、前記ＩＡＢが心収縮期前に少なくとも部分的に収縮されることを許容する、工程と、を実施し、
Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間よりも短い場合には、前記プロセッシングユニットは、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択し、Ｔ２−Ｔ１が前記閾値時間と等しいか或いはそれよりも長い場合には、前記プロセッシングユニットは、収縮時間を予測するために前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の心電図（ＥＣＧ）からの入力を含む、装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の動脈圧からの入力を含む、装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記対象の心電図（ＥＣＧ）及び／又は前記対象の動脈圧から前記対象の心不整脈を検出するためのプロセッシングユニットを含む、装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記閾値時間により、前記ＩＡＢを心収縮期前に約５０％乃至７０％収縮させることができる、装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は６０ｍｓ乃至９０ｍｓである、装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は７０ｍｓ乃至８０ｍｓである、装置。
【請求項２１】
請求項１３に記載の装置において、
前記閾値時間は７６ｍｓである、装置。
【請求項２２】
請求項１３に記載の装置において、
前の心拍からの予測情報を使用する収縮モードにより、収縮時間が、Ｒ波収縮の収縮時間よりも早期に生じる、装置。
【請求項２３】
請求項１３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、２０回の心拍の期間についてのＴ２−Ｔ１の値を計算し、Ｔ２−Ｔ１が、三つの連続した２０回心拍期間の各々についての前記閾値時間よりも大きいか、小さいか、或いは等しいかに基づいてトリガーモードを選択する、装置。
【請求項２４】
請求項１３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中に、前記Ｒ波で生じる収縮回数を決定し、前記Ｒ波で生じる収縮回数が閾値を越えた場合、前記プロセッシングユニットは、次の心収縮期上昇行程の前に前記ＩＡＢから除去されるべき容積のパーセンテージをターゲットとする収縮トリガーを予測するために、前の心拍からの情報を使用する収縮モードを選択する、装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置において、
前記閾値は、２０回心拍期間中に前記Ｒ波で収縮が１４回生じることである、装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の装置において、
前記プロセッシングユニットは、収縮タイミング評価期間中、Ｔ２−Ｔ１が７６ｍｓよりも小さい場合、及び前記Ｒ波での収縮の発生回数が、２０回の心拍で１５回よりも少ない場合、前記ＥＣＧの前記Ｒ波によってトリガーされる前記ＩＡＢの収縮モードを選択する、装置。
【請求項２７】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、前記ＩＡＢの収縮をトリガーする出力を含む、装置。
【請求項２８】
請求項１３に記載の装置において、
前記装置は、大動脈内バルーンポンプコンソールシステムに組み込まれている、装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００９−５２２０４６（Ｐ２００９−５２２０４６Ａ）
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４９４７６（Ｐ２００８−５４９４７６）
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４６２９９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８１４５４
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０２０４７２２４）アロウ・インターナショナル・インコーポレイテッド (14)
【氏名又は名称原語表記】ＡＲＲＯＷ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】２４００ Ｂｅｒｎｖｉｌｌｅ Ｒｏａｄ， Ｒｅａｄｉｎｇ， ＰＡ １９６０５， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４６２９９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８１４５４
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０２０４７２２４）アロウ・インターナショナル・インコーポレイテッド (14)
【氏名又は名称原語表記】ＡＲＲＯＷ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】２４００ Ｂｅｒｎｖｉｌｌｅ Ｒｏａｄ， Ｒｅａｄｉｎｇ， ＰＡ １９６０５， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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