(57)【要約】  神経刺激システムは、神経刺激パルスの伝送が有害な影響を生ずることを防止する安全管理システムを含んでいる。神経刺激パルスは１つ又は複数の神経によって調整される生理学的機能を制御するために１つ又は複数の神経に伝送される。このような有害な影響の例には自律神経刺激に関連する生理学的機能への非意図的影響や、神経刺激パルスの過度の伝送に起因する神経損傷が含まれる。
2008541850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経刺激パルスを伝送するための少なくとも１つの刺激チャネルを含む刺激出力回路と、
前記刺激出力回路に結合され、複数の刺激パラメータを用いて前記神経刺激パルスの伝送を制御するための刺激コントローラと、
前記刺激コントローラに結合された安全コントローラと
を備え、前記安全コントローラが、
前記１つ又は複数の神経刺激パルスのエネルギーである刺激エネルギーを検出するようにされた少なくとも１つのエネルギー検出モジュールと、各々が前記複数の刺激パラメータの値である１つ又は複数のパラメータ値を検出するようにされた刺激パラメータ検出モジュールとを含む、安全管理イベントを検出するようにされた安全管理イベント検出モジュールと、
前記安全管理イベントの検出に応答して、前記複数の刺激パラメータの１つ又は複数のパラメータを調整するようにされた安全応答モジュールと
を含む神経刺激システム。
【請求項２】
前記安全応答モジュールは、前記複数の刺激パラメータのパラメータの値が前記パラメータのしきい値を超えると前記パラメータの値を前記パラメータのしきい値に設定するようにされたパラメータ制限モジュールを備える請求項１に記載の神経刺激システム。
【請求項３】
前記安全応答モジュールは、前記安全管理イベントが検出されると前記少なくとも１つの刺激チャネルを経て前記神経刺激パルスの伝送を一時停止するための刺激切り換えモジュールを備える請求項１に記載の神経刺激システム。
【請求項４】
前記エネルギー検出モジュールは、前記少なくとも１つの刺激チャネルを経て伝送される前記神経刺激パルスのうちの１つの神経刺激パルスのエネルギーである前記刺激エネルギーを検出するようにされ、前記安全管理イベント検出モジュールは、前記刺激エネルギーが所定のしきい値エネルギーを超えると、前記安全管理イベントの検出を表示するようにされている請求項１から３のいずれかに記載の神経刺激システム。
【請求項５】
前記エネルギー検出モジュールは、所定期間にわたり前記少なくとも１つの刺激チャネルを経て伝送される前記神経刺激パルスの全エネルギーである前記刺激エネルギーを検出するようにされ、前記安全管理イベント検出モジュールは、前記刺激エネルギーが所定のしきい値エネルギーを超えると、前記安全管理イベントの検出を表示するようにされた請求項１から４のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項６】
前記刺激出力回路と、前記刺激コントローラと、前記安全コントローラとを含む神経刺激回路を収容するように構成された埋め込み型ハウジングをさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項７】
前記安全管理イベント検出モジュールは、前記複数の刺激パラメータのうちの第１のパラメータの値である少なくとも第１のパラメータが前記第１のパラメータの第１のしきい値を超えると、前記安全管理イベントの検出を表示するようにされた請求項１から６のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項８】
前記安全管理イベント検出モジュールは、前記複数の刺激パラメータのうちの第２のパラメータの少なくとも第２のパラメータ値に基づいて、前記第１のパラメータの値を動的に調整するようにされたしきい値調整モジュールをさらに備える請求項７に記載の神経刺激システム。
【請求項９】
前記安全管理イベント検出モジュールは、前記第１のしきい値を前記複数の刺激パラメータのうちの第２のパラメータの少なくとも第２のパラメータの値と関連付ける参照テーブルをさらに備える請求項７に記載の神経刺激システム。
【請求項１０】
前記刺激コントローラは、
前記神経刺激パルスのパルス振幅であるパルス振幅、
前記神経刺激パルスのパルス幅であるパルス幅、
前記神経刺激パルスがパルス・バーストのバースト伝送中に伝送される周波数である刺激周波数、
前記パルス・バーストのバーストがその間に伝送されるバースト持続時間、
前記神経刺激パルスのバーストがその間に伝送されるバースト間隔、
前記バースト持続時間と前記バースト間隔との比率である刺激デューティ・サイクル
から選択される刺激パラメータを用いて前記神経刺激パルスのパルス・バーストの伝送を制御するようにされた請求項１から９のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項１１】
前記安全管理イベント検出モジュールは前記エネルギー検出モジュールと前記刺激パラメータ検出モジュールとを備え、前記刺激エネルギーが所定のエネルギーしきい値を超え、また前記複数の刺激パラメータのうちの第１のパラメータの値である少なくとも第１のパラメータが前記第１のパラメータの第１のしきい値を超えると、前記安全管理イベントの検出を表示するようにされた請求項１に記載の神経刺激システム。
【請求項１２】
前記安全管理イベント検出モジュールはさらに、前記神経刺激パルスの伝送に関連する非意図的影響を検出する非意図的影響検出モジュールを備える請求項１から１１のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項１３】
前記非意図的影響検出モジュールは、生理学的パラメータの値を検知し、前記検知された値を１つ又は複数のしきい値を含む正常値範囲と比較し、前記検知された値が前記正常値範囲から外れると前記非意図的影響の検出を表示するようにされた生理学的パラメータ検出モジュールを備える請求項１２に記載の神経刺激システム。
【請求項１４】
前記非意図的影響検出器は前記非意図的影響の検出を示す信号を受信するようにされた請求項１２に記載の神経刺激システム。
【請求項１５】
前記非意図的影響検出器は前記非意図的影響を示す信号を検知し、前記信号から前記非意図的影響を検出するようにされた請求項１２に記載の神経刺激システム。
【請求項１６】
前記非意図的影響検出器は非意図的な心臓イベントを検出するための非意図的心臓イベント検出器を備える請求項１２から１５のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項１７】
前記非意図的影響検出器はさらに、非意図的な肺イベントを検出するための非意図的肺イベント検出器を備える請求項１２から１６のいずれか１項に記載の神経刺激システム。
【請求項１８】
神経刺激の方法であって、
少なくとも１つの電極を介して神経刺激パルスを伝送する工程と、
複数の刺激パラメータを用いて前記神経刺激パルスの伝送を制御する工程と、
前記少なくとも１つの電極を介して伝送された前記神経刺激パルスのうちの１つ又は複数の神経刺激パルスのエネルギーである少なくとも１つの刺激エネルギー、及び各々が前記複数の刺激パラメータのパラメータの値である１つ又は複数のパラメータ値の検出を含む、安全管理イベントを検出する工程と、
前記安全管理イベントの検出に応答して前記複数の刺激パラメータのうちの１つ又は複数のパラメータを調整する工程とを含む方法。
【請求項１９】
前記安全管理イベントの検出に応答して前記１つ又は複数のパラメータを調整する工程は、前記複数の刺激パラメータのパラメータの値が前記パラメータのしきい値を超えると、前記パラメータの値を前記パラメータのしきい値に設定する工程を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記安全管理イベントの検出に応答して前記１つ又は複数のパラメータを調整する工程は、前記安全管理イベントが検出されると前記少なくとも１つの刺激チャネルを経た前記神経刺激パルスの伝送を一時停止するように前記複数の刺激パラメータを調整する工程を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記安全管理イベントの検出に応答して前記１つ又は複数のパラメータを調整する工程は、前記安全管理イベントが検出されると前記少なくとも１つの刺激チャネルを経た前記神経刺激パルスの伝送強度を低減させるように前記複数の刺激パラメータを調整する工程を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記神経刺激パルスの伝送を制御する工程は、
前記神経刺激パルスのパルス振幅であるパルス振幅、
前記神経刺激パルスのパルス幅であるパルス幅、
前記神経刺激パルスがパルス・バーストのバースト伝送中に伝送される周波数である刺激周波数、
前記パルス・バーストのバーストがその間に伝送されるバースト持続時間、
前記神経刺激パルスのバーストがその間に伝送されるバースト間隔、
前記バースト持続時間と前記バースト間隔との比率である刺激デューティ・サイクル
から選択される刺激パラメータを用いて前記神経刺激パルスのパルス・バーストとの伝送を制御する工程を含む請求項１８から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記安全管理イベントを検出する工程は、前記複数の刺激パラメータのうちの第１のパラメータの値である少なくとも第１のパラメータが前記第１のパラメータの第１のしきい値を超えると、前記安全管理イベントの検出を表示する工程を含む請求項１８から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の刺激パラメータのうちの第２のパラメータの少なくとも第２のパラメータ値に基づいて、前記第１のしきい値を動的に調整する工程をさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記安全管理イベントを検出する工程は、前記第１のしきい値を前記複数の刺激パラメータのうちの第２のパラメータの少なくとも第２のパラメータ値に関連付ける参照テーブルを用いて前記第１のしきい値を判定する工程を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記安全管理イベントを検出する工程はさらに、前記神経刺激パルスの伝送に関連する１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程を含む請求項１８から２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記安全管理イベントを検出する工程は、前記刺激エネルギーが所定のエネルギーしきい値を超え、また１つ又は複数の非意図的影響の１つが検出されると前記安全管理イベントの検出を表示する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記安全管理イベントを検出する工程は、前記複数の刺激パラメータのうちの第１のパラメータの値である少なくとも第１のパラメータ値が前記第１のパラメータの第１のしきい値を超えると、また１つ又は複数の非意図的影響の１つが検出されると前記安全管理イベントの検出を表示する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程は、生理学的パラメータの値を検知し、前記検知された値を１つ又は複数のしきい値を含む正常値範囲と比較し、前記検知された値が前記正常値範囲から外れると前記非意図的影響の検出を表示する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程は、前記非意図的影響の検出を示す信号を受信する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程は、非意図的影響を示す信号を検知し、前記信号から前記非意図的影響を検出する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程は、除拍、心房粗動、心房細動、心室性頻拍、心室細動、不全収縮、低血圧の１つ、又は複数を検出する工程を含む請求項２６から３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記１つ又は複数の非意図的影響を検出する工程は、呼吸困難、咳、無呼吸、低呼吸の１つ、又は複数を検出する工程を含む請求項２６から３２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（優先権の主張）
参照により本明細書に組み込まれている、２００５年５月２４日に出願された米国特許出願第１１／１３５、８８３号への優先権の利益をここに主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全体として医療機器、特に神経刺激の安全性を確実にするための安全管理システムを含む神経刺激装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
神経刺激は様々な病理状態を処置するために適用される。神経への電気刺激パルスの制御された伝送によって、その神経の活動が回復又は調整され、それによってその神経の機能が回復し、かつ／又はその神経によって支配される組織又は器官の機能が調整される。神経刺激の特定の例の１つは、自律神経系の一部に電気刺激パルスを伝送することによって心機能及び血行力学的性能を調整することである。心臓は交感神経と副交感神経により支配される。人工的に適用される電気刺激を含むこれらの神経での活動は心機能と血行力学的性能を調整する。副交感神経の直接的な電気刺激は動脈圧反射を活性化させ、交感神経活動の低下を誘発し、また血管抵抗の低減により血圧を低下させる。交感神経の抑制と副交感神経の活動は、推定では急性虚血心筋の側副かん流の増加により、心筋梗塞後の不整脈に対するぜい弱性の低下に関連し、心筋の損傷を軽減している。神経刺激による交感神経と副交感神経系の調整は、心筋梗塞後の致命的な不整脈に対する、さらなるリモデリングや疾病素質からの心筋の保護のような優れた臨床上の利点を有することが判明している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
神経及び／又はその他の疾患がある患者は神経刺激による恩恵を受ける可能性があるが、神経系に不適切に電気エネルギーを伝送すると神経損傷や様々な生理機能の意図しない影響を生ずることがある。したがって、神経刺激に関連する有害な副作用の可能性から患者を保護する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
神経刺激システムは神経刺激パルスの伝送が有害な影響を生ずる可能性を防止する安全管理システムを含んでいる。神経刺激パルスは１つ又は複数の神経によって調整される生理学的機能を制御するために１つ又は複数の神経に伝送される。
【０００６】
一実施態様では、神経刺激システムは刺激出力回路と、刺激コントローラと、安全コントローラとを含んでいる。刺激出力回路は神経刺激パルスを伝送するための少なくとも１つの刺激チャネルを含んでいる。刺激コントローラは複数の刺激パラメータを用いて神経刺激パルスの伝送を制御する。安全コントローラは安全管理イベント検出モジュールと安全応答モジュールとを含んでいる。安全管理イベント検出モジュールは安全管理イベントを検出し、エネルギー検出モジュールと刺激パラメータ検出モジュールの少なくとも１つを含んでいる。エネルギー検出モジュールは、刺激チャネルを経て伝送される１つ又は複数の神経刺激パルスのエネルギーである刺激エネルギーを検出する。刺激パラメータ検出モジュールは、各々が複数の刺激パラメータのパラメータ値である１つ又は複数のパラメータ値を検出する。安全応答モジュールは安全管理イベントの検出に応答して複数の刺激パラメータを調整する。
【０００７】
一実施態様では神経刺激方法が提供される。神経刺激パルスが少なくとも１つの電極を介して伝送される。神経刺激パルスの伝送は複数の刺激パラメータによって制御される。安全管理イベントが検出される。安全管理イベントの検出には、刺激エネルギーの検出と１つ又は複数のパラメータ値の検出のうち少なくとも１つの検出が含まれる。刺激エネルギーは電極を介して伝送される１つ又は複数の神経刺激パルスのエネルギーである。１つ又は複数のパラメータ値は各々が複数の刺激パラメータのパラメータ値である。安全管理イベントの検出に応答して、複数の刺激パラメータのうちの１つ又は複数のパラメータが調整される。
【０００８】
この要約は本出願の教示の幾つかを概観するものであり、本発明の主題の限定的な扱いであることを意図するものではない。本発明の主題のさらなる詳細は詳細な説明及び添付のクレームに記載されている。本発明のその他の態様は、以下の詳細な説明を読んで理解し、その一部をなす添付図面を参照すれば当業者には明らかになろう。本発明の範囲は添付のクレーム及び法的にそれに相当するものによって規定される。
【０００９】
必ずしも縮尺通りではない図面中、同一の参照番号は幾つかの図面を通して同様の構成部品を示す。図面は基本的に例示として本明細書に記載の様々な実施形態を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、その一部を構成し、本発明を実施できる特定の実施形態が図示されている添付図面が参照される。これらの実施形態は当業者が本発明を実施できるように充分に詳細に説明され、本発明の趣旨と範囲から離れることなく、実施形態を組み合わせてもよく、その他の実施形態を使用してもよく、また構造的、論理的、電気的変更を行ってもよいことを理解されたい。本開示内容での「ある」、「１つの」、又は「様々な」の指示は必ずしも同じ実施形態を意味するものではなく、このような指示は複数の実施形態を意図するものである。以下の詳細な説明は実施例を提示するものであり、本発明の範囲は添付のクレーム及び法的にそれに相当するものによって規定される。
【００１１】
本明細書は、１つ又は複数の神経によって調整される生理学的機能を制御するために１つ又は複数の神経に神経刺激パルスを伝送する神経刺激システムを記載する。様々な実施形態では、心機能及び血行力学的性能を制御するために自律神経系の１つ又は複数の神経に神経刺激パルスが伝送される。いずれも時間とともに変化する患者の心臓状態や代謝系のニーズに治療が適応していれば、心臓疾患を有する患者に神経刺激パルスを伝送することの潜在的な利点は達成され、又は最大限にされる。ある環境下で最適化された神経刺激治療は、環境が変化すれば有害になる可能性がある。例えば、患者の心臓の状態と治療のニーズは変化するので、神経刺激治療の強さはある時は適切であるが、別の時には過剰になることがある。過度な神経刺激は刺激を受ける神経を損傷し、かつ／又は痛みを含め患者の心臓、肺、その他の生理学的状態に非意図的影響を引き起こすことがある。別の例では、心臓欠陥がある患者が激しい身体活動を行うために必要な瞬間的代謝を満たすために調整された神経刺激治療の結果、その患者の心筋組織がさらに劣化することがある。本発明の主題に基づいて、神経刺激システムは神経刺激パルスの非意図的な伝送や、神経刺激パルスの伝送に関連する非意図的な影響から患者を保護するための安全管理システムを含んでいる。一実施形態では、ある期間にわたって伝送される総エネルギーが確実に安全限度内にあるようにするため、神経刺激システムは各神経又は刺激部位に伝送されるエネルギーを監視する。別の実施形態では、パラメータが確実に安全限度内にあるようにするため、神経刺激システムは刺激パルスの伝送を制御する実際の刺激パラメータを監視する。別の実施形態では、神経刺激システムは刺激パルスの伝送に起因する可能性がある非意図的な影響を検出し、１つ又は複数の非意図的な影響が検出されると刺激パルスの伝送を一時停止又は調整する。
【００１２】
本明細書では、心機能及び血行動態性能を制御するための自律神経系の神経刺激が特定の用途として特に記載されるが、本発明の主題は基本的に生理学的機能を回復及び／又は調整するために１つ又は複数の神経に伝送される電気刺激に応用される。
【００１３】
図１は神経刺激システム１００の実施形態、及びシステム１００が使用される環境の一部の図面である。システム１００は埋め込み型医療機器１１０、リード・システム１１０、外部システム１２０、テレメトリ・リンク１１５を含んでいる。
【００１４】
図１に示されるように、埋め込み型医療機器１１０が、リード・システム１０８を経て患者の自律神経系に神経刺激パルスを伝送するために患者の身体１０２に埋め込まれる。埋め込み型医療機器１１０は神経刺激回路１３０を含んでいる。神経刺激回路１３０は神経刺激パルスを伝送し、患者に対して神経刺激パルスの伝送に関連する有害な影響の可能性を防止する。以下に詳細に記載するような様々な実施形態では、安全管理システムは神経刺激パルスの過度の、又はその他の不適切な伝送、及び／又は神経刺激パルスの伝送により患者に発生する非意図的影響などの安全管理イベントを検出する。このような安全管理イベントの検出に応答して、安全管理システムは神経刺激パルスの伝送を一時中止又は調整する。様々な実施形態で、埋め込み型医療機器１１０は、神経刺激に加えて生理学的信号を検知し、かつ／又は治療を施すこともできる。このような付加的な治療の例には心臓ペーシング治療、電気的除細動／除細動治療、心臓再同期治療（ＣＲＴ）、心臓リモデリング制御治療（ＲＣＴ）、薬物治療、細胞治療、遺伝子治療が含まれる。様々な実施形態では、埋め込み型医療機器１１０はこのような付加的な１つ又は複数の治療と組み合わせて神経刺激を施す。
【００１５】
リード・システム１０８は埋め込み型医療機器１１０と、心臓１０１の活動を調整する１つ又は複数の交感神経及び／又は副交感神経との間の電気的接続を行う。様々な実施形態では、埋め込み型医療機器１１０はリード・システム１０８の１つ又は複数の埋め込み型神経リードを経ていずれか１つ又は複数の神経に神経刺激を与える。このような埋め込み型神経リードは各々、神経活動を検出し、かつ／又は神経刺激パルスを伝送するための少なくとも１つの電極を含んでいる。様々な実施形態では、リード・システム１０８は埋め込み型神経リードに加えて心臓ペーシング治療、電気的除細動／除細動治療、ＣＲＴ、ＲＣＴなどの心臓刺激治療を可能にする埋め込み型心臓リード、及び／又は薬物治療、細胞治療、及び／又は遺伝子治療を施すことを可能にするその他の埋め込み型リードを含んでいる。
【００１６】
外部システム１２０はテレメトリ・リンク１１５を経て埋め込み型医療機器１１０と通信する。一実施形態では、外部システム１２０はプログラマを含んでいる。別の実施形態では、外部システム１２０はテレメトリ・リンク１１５を経て埋め込み型医療機器１１０と通信する外部機器、比較的距離がある位置にある遠隔機器、外部機器と遠隔機器とをリンクする通信ネットワーク・リンクを含む患者管理システムである。患者管理システムによって、患者の状態の監視と治療の調整などの目的で遠隔位置から埋め込み型医療機器１１０へのアクセスが可能になる。テレメトリ・リンク１１５は埋め込み型医療機器１１０から外部システム１２０へのデータ送信を提供する。これには例えば、埋め込み型医療機器１１０によって収集されたリアルタイムの生理学的データの送信、埋め込み型医療機器１１０によって収集され、そこに記憶された生理学的データの抽出、埋め込み型医療機器１１０に記憶された不整脈の発生や施療などの患者の経歴の抽出、及び／又は埋め込み型医療機器１１０の動作状態（例えばバッテリ状態及びリードのインピーダンス）を表示するデータの抽出が含まれる。テレメトリ・リンク１１５はさらに外部システム１２０から埋め込み型医療機器１１０へのデータ送信も提供する。それには例えば、生理学的データを収集するための埋め込み型医療機器１１０のプログラミング、（例えば機器の動作状態のための）少なくとも１つの自己診断テストを行うための埋め込み型医療機器１１０のプログラミング、及び／又は１つ又は複数の治療を施すための、及び／又は１つ又は複数の施療を調整するための埋め込み型医療機器１１０のプログラミングが含まれる。
【００１７】
図２は神経刺激回路１３０の特定の実施形態である神経刺激回路２３０の実施形態を示すブロック図である。神経刺激回路２３０は刺激出力回路２３２と、刺激コントローラ２３４と、安全コントローラ２３６とを含んでいる。刺激出力回路２３２は電極を介して神経刺激パルスを伝送するためのリード・システム１０８の少なくとも１つの電極に各々が接続される１つ又は複数の刺激チャネルを含んでいる。刺激コントローラ２３４は複数の刺激パラメータを用いて神経刺激アルゴリズムを実行することによって神経刺激パルスの伝送を制御する。安全コントローラ２３６は安全管理イベントを検出し、各々の安全管理イベントの検出に応答して複数の刺激パラメータのうちの１つ又は複数の刺激パラメータを調整する。
【００１８】
刺激パラメータは神経刺激パルス伝送の強度とタイミングとを制御する。一実施形態では、刺激パラメータにはパルス振幅、パルス幅、刺激周波数が含まれる。パルス振幅は神経刺激パルスの振幅である。パルス幅は神経刺激パルスの幅である。刺激周波数は神経刺激パルスが伝送される周波数である。
【００１９】
あるいは、刺激周波数を制御するパラメータは、連続して伝送される２つの刺激パルスの間隔である刺激間隔（又はパルス間隔）として表される。一実施形態では、神経刺激は神経刺激パルスのバーストとして伝送される。刺激パラメータはさらにバースト持続時間、バースト間隔、及び／又は刺激デューティ・サイクルを含んでいる。バースト持続時間とは、神経刺激パルスのバーストが伝送される時間間隔である。バースト間隔とは連続的に伝送される２つの神経刺激パルスのバーストの始端間の間隔である。あるいは、バースト間隔を制御するパラメータは、神経刺激パルスのバースト伝送が開始される周波数であるバースト周波数である。特定の実施形態では、神経刺激パルスのバーストの伝送は心拍と同期化され、バースト間隔は心拍数又は心拍の長さに応じて動的に変化する。刺激デューティ・サイクルはバースト持続時間とバースト間隔との比率である。刺激パラメータについては図１４を参照して後にさらに詳細に記載する。
【００２０】
図３は安全コントローラ２３６の特定の実施形態である安全コントローラ３３６を示すブロック図である。安全コントローラ３３６は安全管理イベント検出モジュール３３８と安全応答モジュール３４０とを含んでいる。安全管理イベント検出モジュール３３８は安全管理イベントを検出する。このような安全管理イベントは刺激パラメータの値に関連している。このような安全管理イベントの検出は、神経刺激のマグニチュードが過度であるか、又は神経刺激の間に少なくとも１つの非意図的な影響が生じたものとみなされる程度に達したことを示す。安全応答モジュール３４０は安全管理イベントの検出に応答して１つ又は複数の刺激パラメータを調整する。神経刺激を停止、又は一時停止し、又は神経刺激の強度を低減させるために１つ又は複数の刺激パラメータが調整される。一実施形態では、安全管理イベント検出モジュール３３８と安全応答モジュール３４０は暴走防止回路として実装される。神経刺激のマグニチュードが過度になると、暴走防止回路が神経刺激の伝送を遮断する。特定の実施形態では、暴走防止回路は１つ又は複数の刺激振幅リミタと刺激周波数リミタを含んでいる。刺激振幅リミタは振幅が振幅しきい値を超えると常に、所定の振幅しきい値にある神経刺激パルスの振幅を遮断する。刺激周波数リミタは周波数が所定の周波数しきい値を超えると常に、その周波数しきい値で神経刺激パルスが伝送される周波数を遮断する。
【００２１】
図４は安全コントローラ３３６の特定の実施形態である安全コントローラ４３６を示すブロック図である。安全コントローラ４３６は安全管理イベント検出モジュール４３８と安全応答モジュール４４０とを含んでいる。
【００２２】
安全管理イベント検出モジュール４３８は安全管理イベント検出モジュール３３８の特定の実施形態である。一実施形態では、図４に示されるように、安全管理イベント検出モジュール４３８は、エネルギー検出モジュール４４２と、刺激パラメータ検出モジュール４４４と、非意図的影響検出モジュール４４６とを含んでいる。様々な他の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８はエネルギー検出モジュール４４２、刺激パラメータ検出モジュール４４４、非意図的影響検出モジュール４４６のいずれか１つ、又はいずれか２つの組合せを含んでいる。特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８はエネルギー検出モジュール４４２を含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は刺激パラメータ検出モジュール４４４を含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は非意図的影響検出モジュール４４６を含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８はエネルギー検出モジュール４４２と刺激パラメータ検出モジュール４４４とを含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８はエネルギー検出モジュール４４２と非意図的影響検出モジュール４４６とを含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は刺激パラメータ検出モジュール４４４と非意図的影響検出モジュール４４６とを含んでいる。
【００２３】
エネルギー検出モジュール４４２は１つ又は複数の神経刺激パルスで搬送されるエネルギーである刺激エネルギーを検出する。安全管理イベント検出モジュール４３８は、刺激エネルギーが所定のエネルギーしきい値を超えると安全管理イベントの検出を表示する。一実施形態では、エネルギー検出モジュール４４２は各神経刺激パルスのエネルギーである刺激エネルギーを検出する。安全管理イベント検出モジュール４３８は、いずれかの個々の刺激パルスのエネルギーが所定のエネルギーしきい値を超えると安全管理イベントの検出を表示する。別の特定の実施形態では、エネルギー検出モジュール４４２は所定の期間にわたり刺激出力回路２３２の刺激チャネルを経て伝送される神経刺激パルスの総エネルギーである刺激エネルギーを検出する。安全管理イベント検出モジュール４３８は、所定の期間にわたって伝送される総エネルギーが所定のエネルギーしきい値を超えると安全管理イベントの検出を表示する。これは過度の刺激振幅及び／又は周波数による過剰なエネルギー伝送を防止する。
【００２４】
刺激パラメータ検出モジュール４４４は神経刺激パルスの伝送を制御する複数の刺激パラメータのうちの１つ又は複数の刺激パラメータの値を検出する。検出される１つ又は複数の刺激パラメータの値には様々なシステム欠陥又は事故により現存する異常値が含まれる。１つの例は、神経刺激パルスの伝送がその間は刺激コントローラ２３４によって実行される所定の刺激アルゴリズムにもはや基づかない「暴走刺激」である。安全管理イベント検出モジュール４３８は、少なくとも１つの刺激パラメータの値がその刺激パラメータのしきい値を超えると安全管理イベントの検出を表示する。一実施形態では、しきい値はあらかじめ定められ、記憶される。別の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は少なくとも別の刺激パラメータの値に基づいてしきい値を動的に調整するしきい値調整モジュールを含んでいる。別の特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は、しきい値を少なくとも別の刺激パラメータの値と関連付ける参照テーブルを含んでいる。特定の実施形態では、安全管理イベント検出モジュール４３８は、少なくとも第１の刺激パラメータの値と第２の刺激パラメータの値との組合せが第１の刺激パラメータのしきい値と第２の刺激パラメータのしきい値との組合せを超えると、安全管理イベントの検出を表示する。参照テーブルは第１の刺激パラメータのしきい値と第２の刺激パラメータのしきい値との複数の組合せを含んでいる。
【００２５】
非意図的影響検出モジュール４４６は神経刺激パルスの伝送に関連する非意図的影響を検出する。非意図的影響には患者に対して許容し得ず、受け入れられず、かつ／又は有害であると思われる副作用が含まれる。安全管理イベント検出モジュール４３８は、非意図的影響の１つが検出されると安全管理イベントの検出を表示する。一実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は、非意図的影響が存在するか否かを表示する生理学的パラメータを検出する生理学的パラメータ検出モジュールを含んでいる。生理学的パラメータ検出モジュールは生理学的パラメータの値を検知し、検知された値と１つ又は複数のしきい値を含む正常値の範囲とを比較し、検知された値が正常値の範囲外にある場合は非意図的影響の検出を表示する。このような生理学的パラメータの例には心拍数、血圧、１回拍出量、胸郭インピーダンス、加速度、咳を示す音響パラメータ、筋電図に関するパラメータが含まれる。例えば、異常に低い心拍数は副交感神経系への刺激を一時停止し、又は強度を下げる必要性を示す非意図的影響である。１回拍出量と胸郭インピーダンスは神経刺激によって影響されることがある呼吸数、呼吸量、呼吸パターンを監視するために利用される。加速度や音響パラメータは神経刺激の結果生じることがある咳を示す。筋電図の振幅などの筋電図に関するパラメータは、神経刺激がある種の筋繊維又は筋群を非意図的に活性化させるか否かを示す。一実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は非意図的影響を示す信号を検知し、その信号から非意図的影響を検出する。例えば、非意図的影響検出モジュール４４６は心電図などの心臓信号を検知し、心電図から心拍数を測定し、心拍数が所定の最低心拍数未満である場合は非意図的影響を検出する。別の実施形態では、非意図的影響検出モジュールは非意図的影響の検出を示す信号を受信する。特定の実施形態では、信号は安全コントローラ４３６の外部の別のシステム１００の構成部品によって生成される。例えば、システム１００は、異常に低い心拍数を検出し、異常に低い心拍数が検出されると非意図的影響検出モジュール４４６に通信するペースメーカーを含んでいてもよい。別の実施形態では、信号は外部システム１２０によって受信され、これが受信信号を非意図的影響検出モジュール４４６に送信する。例えば、患者が（痛みなどの）非意図的影響の発生を感じ、外部システム１２０の患者入力機器を用いて患者コマンドを入力する。すると外部システム１２０は患者コマンドを非意図的影響検出モジュール４４６に通信する。一実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は除拍、不全収縮、低血圧、心房粗動、心房細動を含む心房頻拍性不整脈、心室性頻拍と心室細動を含む心室頻拍性不整脈などの非意図的心臓イベントを検出するための非意図的心臓イベント検出器を含んでいる。一実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は呼吸困難、咳、無呼吸、低呼吸のような非意図的な肺のイベントを検出する非意図的肺イベント検出器を含んでいる。様々な実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は、心不整脈、不全収縮、低血圧、感染、神経麻痺、感覚過敏、顔面不全麻痺、声帯麻痺、顔面麻痺、横隔膜麻痺、反回神経損傷、尿閉、微熱、声の変化、咳の大幅増大、咽頭炎、感覚異常、呼吸困難、無呼吸、低呼吸、胃腸症、吐き気、喉頭痙攣、痛みを含むが、これらに限定されない自律神経系の電気刺激に関連する１つ又は複数の非意図的影響を検出する。感染、微熱、痛みなどの非意図的影響は埋め込み型機器内で検出するのは実際的に困難であるが、外部機器、患者、医師、又はその他の介護者による外部検出又は診断に適しているものもある。このように、様々な実施形態では、非意図的影響検出モジュール４４６は外部システム１２０を介して外部機器、患者、及び／又は医師又はその他の介護者からの信号又はコマンドを受けることによってこのような非意図的影響を検出する。
【００２６】
安全応答モジュール４４０は安全応答モジュール３４０の特定の実施形態である。安全管理イベント検出モジュール４３８による安全管理イベントの検出に応答して、安全応答モジュール４４０は神経刺激パルスの伝送を制御する１つ又は複数の刺激パラメータを調整する。一実施形態では、図４に示されるように、安全応答モジュール４４０はパラメータ制限モジュール４４８と刺激切り換えモジュール４５０とを含んでいる。様々な他の実施形態では、安全応答モジュール４４０は、パラメータ制限モジュール４４８と刺激切り換えモジュール４５０のいずれか１つを含んでいる。特定の実施形態では、安全応答モジュール４４０はパラメータ制限モジュール４４８を含んでいる。別の特定の実施形態では、安全応答モジュール４４０は刺激切り換えモジュール４５０を含んでいる。
【００２７】
パラメータ制限モジュール４４８は、刺激パラメータの値がしきい値を超えると刺激パラメータの値をそのパラメータのしきい値に設定する。しきい値は刺激パラメータ検出モジュール４４４に関連して前述したように設定される。一実施形態では、パラメータ制限モジュール４４８は、安全管理イベントが検出されている間に神経刺激の強度を低減させるように１つ又は複数の刺激パラメータを調整する強度低減モジュールである。強度低減モジュールは、例えばパルス振幅、パルス幅、刺激周波数、バースト持続時間、刺激デューティ・サイクルの１つ又は複数の値を低減させることによって、神経刺激の強度を低減させる。
【００２８】
刺激切り換えモジュール４５０は神経刺激パルスの伝送を停止し開始するオンオフ・スイッチとして動作する。一実施形態では、刺激切り換えモジュール４５０は、安全管理イベントの検出中に神経刺激パルスの伝送を一時中止するように１つ又は複数の刺激パラメータを調整する。
【００２９】
図５は埋め込み型医療機器１１０の特定の実施形態である埋め込み型医療機器５１０の実施形態を示すブロック図である。埋め込み型医療機器５１０は神経刺激回路２３０と埋め込み型テレメトリ回路５５２とを含んでいる。リード・システム１０８の１つ又は複数の神経リード５０８が神経刺激回路２３０と人体１０２との１つ又は複数の電気的接続を提供し、それを介して神経刺激パルスが伝送される。埋め込み型テレメトリ回路５５２は埋め込み型医療機器５１０がテレメトリ・リンク１１５を経て外部システム１２０と通信できるようにする。
【００３０】
神経リード（単数又は複数）５０８は、交感神経と副交感神経とを含む自律神経系の１つ又は複数の神経から神経活動を検知可能にし、及び／又はそこに神経刺激パルスを伝送可能にする。神経リード（単数又は複数）５０８の例には、それに限定されるものではないが、高密度の圧受容器の近傍の肺動脈内に装着される電極を有する伸張可能な刺激リード、心臓脂肪体の近傍に装着される電極を有する経血管リード、心臓脂肪体に装着される電極を有する心膜外リード、大動脈、頸動脈又は迷走神経の周囲に装着されるカフ電極を有するリード、神経に神経刺激パルスを経血管伝送するために大動脈、頸動脈、又は迷走神経の近傍に装着される電極を有する血管内リード、脊髄内に装着される電極を有するリードが含まれる。
【００３１】
図６は埋め込み型医療機器１１０の別の特定の実施形態である埋め込み型医療機器６１０の実施形態を示すブロック図である。埋め込み型医療機器６１０は統合型の心臓刺激機器と神経刺激機器であり、神経刺激回路２３０、心臓刺激回路６５４、埋め込み型テレメトリ回路５５２を含んでいる。
【００３２】
神経刺激回路６５４はリード・システム１０８の１つ又は複数の心臓リード６０８を経て心臓刺激パルスを心臓１０１に伝送する。心臓刺激回路６５４の例にはペーシング回路、電気除細動／除細動回路、ＣＲＴ回路、ＲＣＴ回路が含まれる。心臓刺激回路６５４はさらに心電図を含む１つ又は複数の心臓信号の検出をも行う。一実施形態では、心臓刺激回路６５４は神経刺激回路２３０により伝送される神経刺激に関連する非意図的影響を示す１つ又は複数の信号を供給する。心臓リード（単数又は複数）６０８は、心臓１０１から心活動を検知し、かつ／又は心臓に心臓刺激パルスを伝送するように構成された少なくとも１つの心膜内又は心膜外電極を各々が含む１つ又は複数の埋め込み型心臓刺激リードを含んでいる。一実施形態では、神経リード（単数又は複数）５０８及び心臓リード（単数又は複数）６０８は１つ又は複数の統合された神経及び心臓リードを含んでいる。このように統合された神経及び心臓リードは神経活動を検知し、心活動を検知し、神経刺激パルスを伝送し、心臓刺激パルスを伝送するための電極を含んでいる。
【００３３】
様々な実施形態では、埋め込み型医療機器５１０又は６１０はさらに、投薬機器、生物学的治療機器及び／又はその他の機器の１つ又は複数を含んでいる。様々な実施形態では、このような機器及び／又は心臓刺激回路６５４の機能は神経刺激回路２３０の機能を補足する。
【００３４】
図７は、外部システム１２０の特定の実施形態である外部システム７２０の実施形態を示している。図７に示されているように、外部システム７２０は、外部機器７５６、通信ネットワーク７５８、遠隔機器７６０を含む患者管理システムである。外部システム７５６は埋め込み型医療機器１１０の近傍内に設置され、テレメトリ・リンク１１５を介して埋め込み型医療機器１１０と通信するための外部テレメトリ回路７６２を含んでいる。遠隔機器７６０は遠隔位置にあり、ネットワーク７５８を介して外部機器７５６と通信し、それによって医師又はその他の介護者が遠隔地から患者を監視し、処置することを可能にし、かつ／又は遠隔位置から様々な処置資源にアクセスすることを可能にする。
【００３５】
一実施形態では、外部システム７２０は、図４を参照して前述したように、神経刺激に関連する非意図的影響の検出を示す信号を受信するための入力機器を含んでいる。入力機器は、非意図的影響が診断、観察又は感知されると医師又はその他の介護者が神経刺激を停止し、又は神経刺激の強度を低減させることを可能にする。一実施形態では、外部機器７５６は入力機器を含んでいる。別の実施形態では、遠隔機器７６０は遠隔機器内に入力機器を含んでいる。別の実施形態では、外部機器７５６及び遠隔機器７６０はそれぞれ、非意図的影響の検出を示す信号を受信するために入力機器を含んでいる。
【００３６】
本発明の主題によれば、神経刺激パルスは１つ又は複数の神経リードを経て交感神経系と副交感神経系とに伝送される。様々な実施形態では、神経信号は１つ又は複数の神経リードを経て交感神経系と副交感神経系から検知される。神経刺激パルスが伝送され、神経信号が検知される部位の例には、高密度の圧受容器の近傍の肺動脈内の部位と、心臓脂肪体と、大動脈神経と、頸動脈神経と、迷走神経と、大動脈、頸動脈、又は迷走神経の近傍の血管部位と、交感神経節上の、又は交感神経節近傍の脊髄内の、あるいは交感神経節への、又は交感神経節からの神経の部位とが含まれる。
【００３７】
圧受容器と化学受容器に関する生理学に関して以下に簡単に記載する。この簡単な記載には神経リードの（神経トラヒック・センサとも呼ばれる）電極の設置を理解するために自律神経系、圧受容器反射、化学受容器を紹介する。
【００３８】
自律神経系（ＡＮＳ）は「不随意」器官を調整し、一方、随意（骨格）筋の収縮は体性運動神経によって制御される。不随意器官の例には例えば、呼吸器や消化器が含まれ、さらに血管や心臓も含まれる。ＡＮＳは腺を調整し、皮膚、眼、胃、大腸、膀胱内の筋を調整し、また心筋や血管周囲の筋を調整するために不随意に、反射的に機能する。
【００３９】
ＡＮＳには、それに限定されるものではないが、交感神経系と副交感神経系とが含まれる。交感神経系はストレスや、非常事態に対する「闘争・逃亡反応」と関連している。特に、「闘争・逃亡反応」は血圧と心拍数を高めて骨格筋の血流を増大させ、消化を弱めて「闘争・逃避反応」のためのエネルギーを準備する。副交感神経系は弛緩及び「休息と消化反応」に関連し、特に血圧と心拍数を低減させ、エネルギーを節約するために消化を強める。ＡＮＳは正常な体内機能を保持し、体性神経系とともに作用する。
【００４０】
様々な実施形態では、神経刺激は心拍数、血圧、血管拡張、血管収縮に影響を及ぼすために施される。心拍数と収縮強さは交感神経系に興奮性刺激を与え、また副交感神経系に抑制刺激を与えると上昇し、交感神経系に抑制刺激を与え、副交感神経系に興奮刺激を与えると低減する。様々な実施形態では、心拍数、血圧などの別の生理学的パラメータのための代理パラメータを供給するために神経トラヒックも検知される。図８Ａ、８Ｂは末梢血管の制御のための神経メカニズムを示している。図８Ａは全体として血管運動中枢への求心性神経を示している。求心性神経は神経中枢にインパルスを伝達する。血管運動中枢は血管のサイズを制御するために血管を拡張させ、収縮させる神経に関係する。図８Ｂは全体として血管運動中枢からの遠心性神経を示している。遠心性神経は神経中枢からインパルスを遠ざける。
【００４１】
交感神経系と副交感神経系の刺激は心拍数、収縮強さ、血圧以外にも影響を及ぼすことが知られている。例えば、交感神経系に興奮性刺激を加えると瞳が拡張し、唾液と粘液の生成が低減し、気管支筋が弛緩し、胃の不随意収縮（蠕動）の連続波と胃の運動性が低減し、肝臓によるグリコーゲンからグルコースへの転換が増大し、腎臓による尿の分泌が低減し、膀胱の内壁が弛緩し、括約筋が閉じる。副交感神経系に対する興奮性刺激、及び／又は交感神経系に対する抑制刺激によって瞳は収縮し、唾液と粘液の生成が増加し、気管支筋が収縮し、胃と大腸の分泌及び運動性が増加し、小腸での消化が高まり、尿の分泌が増加し、膀胱の内壁が収縮し、膀胱の括約筋が弛緩する。交感神経系と副交感神経系とに関連する機能は多く、互いに複雑に複合化されることがある。したがって、１つの生理学系での交感神経活動性低下などの所望の反応を達成するために交感神経系及び／又は副交感神経系を無差別に刺激すると、他の生理学系での不都合な反応を生じることがある。加えて、生理学的パラメータの代理パラメータとして利用するための神経トラヒックの検知は、多くの生理学的パラメータに依存することがある。本発明の主題の様々な実施形態は、精密に位置決めされた神経刺激で生理学系を混乱させ、刺激に反応する神経トラヒックを監視する。
【００４２】
圧受容領域又は野は血圧の変化などの圧変化を検知することができる。圧受容器領域は本明細書では一般にどのような圧力変化のセンサをも含む圧受容器と呼ばれる。例えば、圧受容器は求心性神経を含み、さらに内部からの血圧上昇の結果である血管壁の伸張を感受し、また減圧傾向がある中枢弛緩メカニズムの受容器として機能する圧受容器野を生成する感覚神経終末を含んでいる。圧反射系は負のフィードバック系として機能し、圧受容器の刺激によって起動される反射メカニズムに関連している。昇圧すると血管が伸張し、その結果として血管壁内の圧受容器が活性化する。圧受容器の活性化は勿論、内圧と動脈壁の伸張を経てなされ、それによって副交感神経系を興奮させ、交感神経系の活動（ＳＮＡ）の圧反射抑制、体動脈圧の減圧を誘発する。圧受容器の活動の増大によりＳＮＡの低下が誘発され、それによって末梢血管抵抗の低減により血圧が低下する。中枢性弛緩経路は心拍数、収縮性、興奮性を調整する。心臓、大血管、肺内の圧受容器と化学受容器は、迷走神経と求心性線維を経て心活動を反映する神経信号を中枢神経系に送信する。このように、体動脈圧などの生理学的パラメータを神経トラヒックに基づいて判定することができる。このような圧情報は例えば、神経治療又はＣＲＴなどの心臓刺激治療などの治療をガイドする有用なフィードバック情報を提供する。
【００４３】
圧反射系は圧受容器の刺激によって誘発される。圧受容器は、内部からの血圧上昇の結果である血管壁の伸張を感受し、また減圧傾向がある中枢弛緩メカニズムの受容器として機能する、圧受容器心臓の心耳の壁、大静脈、大動脈弓、頸動脈洞内の感覚神経終末のような圧力変化のセンサを含んでいる。求心性神経は圧反射系を刺激するためにも電気刺激され、それによって交感神経系の活動が抑制され、副交感神経系の活動を刺激する。感覚神経終末から出る迷走神経、大動脈神経、頸動脈神経のような求心性神経幹も圧反射系経路の一部を形成する。圧反射系経路及び／又は圧受容器の刺激は交感神経系の活動を抑制し、副交感神経系を刺激し、末端血管抵抗と心収縮を低減させることにより体動脈圧を低下させる。圧受容器は勿論、内圧及び血管壁（例えば動脈壁）によって刺激される。
【００４４】
本発明の主題のある態様は、求心性神経幹及び／又は遠心性神経幹というよりは、又はこれに加えて血管壁内の特定の神経終末を局部的に検知する。例えば、ある実施形態は肺動脈内の圧受容器の部位又は野を検出する。本発明の主題のある実施形態は、圧受容器の部位又は大動脈内の神経終末、心臓の室の検知を含み、本発明の主題のある実施形態は心臓の脂肪体のような遠心性経路の検知を含み、また本発明の主題のある実施形態は迷走神経、大動脈、頸動脈神経のような求心性神経幹の刺激が含まれる。様々な実施形態は、神経終末の検知と求心性神経経路の検知と遠心性神経経路の検知との組合せを含んでいる。ある実施形態はカフ電極を使用して神経幹を検知し、またある実施形態は、神経の近傍の血管内に設置された血管内リードを使用して神経幹を検知する。求心性神経幹の例には迷走神経、大動脈神経、頸動脈神経が含まれる。遠心性神経幹の例には迷走神経からの心臓枝が含まれる。心臓枝又は心臓脂肪体内の神経のような遠心性神経の刺激は神経インパルスを効果器細胞に伝達し、したがって遠心性神経での神経活動とともに求心性神経での神経活動に反応する中枢神経系の圧反射系の負のフィードバックを利用しない。ある実施形態は上記の神経刺激部位のどこでも神経トラヒックを検知する。
【００４５】
図９Ａから９Ｃは心臓を示している。図９Ａに示されるように、心臓９０１は上大静脈９０２と、大動脈弓９０３と、肺動脈９０４とを備えている。以下により詳細に記載するように、肺動脈９０４は圧受容器を含んでいる。リードは末梢静脈及び三尖弁を経て、心臓ペーシング・リードと同様に心臓の右心室（明瞭には図示せず）へと血管内挿入され、右心室から肺動脈弁を経て肺動脈へと続く。肺動脈と大動脈の一部は互いに近接している。様々な実施形態は肺動脈内に血管内装着されたリードを用いて大動脈内の圧受容器により神経活動を検出する。ある実施形態はさらに、大動脈内の圧受容器をも刺激する。本発明の主題の態様は、圧受容器刺激装置を有する、又は有さない神経トラヒック・センサを肺動脈内に血管内埋め込みする比較的非侵襲的外科技術をもたらす。
【００４６】
図９Ｂから９Ｃは心臓の右側と左側とをそれぞれ示し、さらに心臓脂肪体を示している。図９Ｂは右心房９６７、右心室９６８、洞房結節９６９、上大静脈９０２、下大静脈９７０、大動脈９７１、右肺静脈９７２、右肺動脈９７３を示している。図９Ｂはさらに上大静脈９０２と大動脈９７１との間の心臓脂肪体９７４をも示している。ある実施形態では、脂肪体内にねじ込まれ、又はその他の方法で挿入された電極を用いて心臓脂肪体９７４内の自律神経節が刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出され、ある実施形態では、例えば右肺動脈又は上大静脈のような血管内の脂肪体の近傍に設置された血管内リードを用いて刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出される。図９Ｃは左心房９７５、左心室９７６、右心房９６７、右心室９６８、上大静脈９０２、下大静脈９７０、大動脈９７１、右肺静脈９７２、左肺静脈９７７、右肺動脈９７３、冠状静脈洞９７８を示している。図９Ｃはさらに、右心臓静脈の近傍に位置する心臓脂肪体９７９と、下大静脈９７０及び左心房９７５の近傍に位置する心臓脂肪体９８０をも示している。ある実施形態では、心臓脂肪体９７９内にねじ込まれ、又はその他の方法で挿入された電極を用いて心臓脂肪体９７９内の自律神経節が刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出され、ある実施形態では、例えば右肺動脈９７３又は右肺静脈９７２のような血管内の脂肪体の近傍に設置された血管内リードを用いて刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出される。ある実施形態では、脂肪体内にねじ込まれ、又はその他の方法で挿入された電極を用いて心臓脂肪体９８０内の自律神経節が刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出され、ある実施形態では、例えば下大静脈９７０又は冠状静脈洞９７８のような血管内の脂肪体の近傍に設置された血管内リード、又は左心房９７５内のリードを用いて脂肪体９８０内の自律神経節が刺激され、かつ／又は神経トラヒックが検出される。
【００４７】
図１０は頸動脈洞１００５、大動脈弓１００３、肺動脈１００４の領域内の圧受容器を示している。大動脈弓１００３と肺動脈１００４は図９Ａの心臓に関して既に示されている。図１０に示されるように、迷走神経１００６が延びており、大動脈弓１００３内、頸動脈洞１００５内、共通頸動脈１０１０内の圧受容器として機能する感覚神経終末１００７を形成している。舌咽神経１００８が頸動脈洞１００５内の圧受容器として機能する神経終末１００９を形成している。これらの神経終末、例えば１００７、１００９は内部の昇圧による壁の伸張に感応する。これらの神経終末の活動が圧を低下させる。図示はしていないが、心臓の脂肪体、心房、心室も圧受容器を含んでいる。迷走神経のような求心性神経幹の周囲のカフが設置され、圧反射系を刺激するために圧受容器から血管運動中枢へと延びている。様々な実施形態では、求心性神経の近傍の血管内に設置されたカフ又は血管内リードを用いて、求心性神経幹が刺激され、かつ／又は求心性神経幹からの神経トラヒックが検出される。
【００４８】
図１１は肺動脈１１０４の周囲の圧受容器を示している。上大静脈１１０２と大動脈弓１１０３も示されている。図示のように、肺動脈１１０４は全体として暗い領域で示された多くの圧受容器１１１１を含んでいる。さらに、近接している圧受容器群が動脈管索１１１２の近傍に位置している。図１１はさらに、心臓の右心室１１１３と、右心室１１１３を肺動脈１１０４から分離する肺動脈弁１１１４をも示している。本発明の主題の様々な実施形態によれば、圧受容器を刺激し、かつ／又は肺動脈内の、及び／又はその周囲の圧受容器からの神経トラヒックを検出するために、リードが末梢静脈を経て、三尖弁を経て右心室内にねじ込まれ、右心室１１１３から肺動脈弁１１１４を経て肺動脈１１０４内に挿入される。様々な実施形態では、例えばリードは圧受容器群を刺激し、かつ／又は動脈管索１１１２の近傍の神経トラヒックを検出する位置に設置される。
【００４９】
図１２は動脈管索と、肺動脈１２０４の幹の近傍の、大動脈弓１２０３内の圧受容器野１２１２を示している。ある実施形態は、図９Ｂ、９Ｃに示されるように、圧受容器部位を刺激し、かつ／又は大動脈内の、及び／また心臓脂肪体内の神経トラヒックを検出するために、リードを肺動脈内に設置する。
【００５０】
本発明の主題の様々な実施形態は化学受容器に対応する神経トラヒックを検出する。頸動脈体と大動脈体が心臓血管の化学受容器を形成する。頸動脈体は共通の頸動脈の分岐部の深部、又はほぼ２つの分岐の間に位置している。頸動脈体は小さく、平板で楕円構造であり、直径が２から５ｍｍで、洞様毛細血管と密接に関係する類上皮細胞と多数の神経線維とからなる特徴的構造を有している。繊細な線維被膜が頸動脈体を囲んでいる。これは人体の自律神経求心系の一部であり、血液中の低レベルの酸素、及び高レベルの二酸化炭素及び血液中の低下したｐＨ値に反応する化学受容器終末を含んでいる。
【００５１】
大動脈体（大動脈傍体）は頸動脈体と類似した化学受容器である。大動脈体からの求心性線維は右迷走神経内に入り、下神経節内に細胞体を有している。上大動脈体（大動脈パラガングリア）も求心性線維が左迷走神経内にあり、細胞体が下神経節内にある化学受容器である。
【００５２】
本発明の主題の様々な実施形態では、埋め込み型神経刺激機器又は統合型心臓刺激機器と神経刺激機器のような埋め込み型医療機器を含む埋め込み型システムによって神経信号が検出され、神経治療が施される。埋め込み型システムは図示し、説明したとおりであるが、本発明の主題の様々な態様と実施形態を外部機器に実装することも可能である。例えば、埋め込み型リード、外部電極、経皮的リード又はそれらのいずれかの組合せを用いて神経信号を検出可能であり、神経刺激を与えることが可能である。
【００５３】
図１３は神経刺激の安全性を管理する方法の実施形態を示すフローチャートである。一実施形態では、この方法は本明細書に記載の様々な実施形態を含むシステム１００によって実行される。
【００５４】
神経刺激パルスの伝送は１３００で制御される。神経刺激パルスは少なくとも１つの電極を介して伝送される。神経刺激パルスの伝送は複数の神経刺激パラメータを用いて制御される。一実施形態では、各々の電極を介した神経刺激パルスの伝送は、パルス振幅、パルス持続時間、刺激周波数を含み刺激パラメータを用いて制御される。さらに別の実施形態では、神経刺激パルスはバーストで伝送され、刺激パラメータは、少なくとも２つのバースト持続時間、バースト間隔、刺激デューティ・サイクルをも含んでいる。図１４はこれらの刺激パラメータを示す神経刺激パルス１４００のタイミングの実施形態を示している。パルス振幅１４０２は神経刺激パルスの振幅である。特定の実施形態では、刺激出力回路２３２が定電流の神経刺激パルスを伝送し、パルス振幅１４０２はミリアンペア（ｍＡ）単位の電流振幅として表される。パルス幅１４０４は神経刺激パルスの幅である。特定の実施形態では、パルス幅１４０４はミリ秒（ｍｓ）又はマイクロ秒（μｍ）単位で表される。刺激周波数は神経刺激パルスが伝送される周波数であり、ヘルツ（Ｈｚ）又は毎秒のパルス数で表される。あるいは、刺激周波数を制御するパラメータは刺激間隔１４０６又はパルス間の間隔１４０７として表される。刺激間隔１４０６は連続して伝送される２つの刺激パルスの始端間の時間間隔であり、ミリ秒（ｍｓ）で表される。パルス間間隔１４０７は刺激パルスの終端と次の刺激パルスの始端との時間間隔であり、ミリ秒（ｍｓ）で表される。一実施形態では、神経刺激パルスのバーストが伝送される。バーストの持続時間１４０８は、神経刺激パルスのバーストが伝送される時間間隔である。特定の実施形態では、バースト持続時間１４０８はミリ秒（ｍｓ）、秒（ｓ）又は分（ｍｉｎ）で表される。バースト間隔１４１０は連続して伝送される２つの神経刺激パルスのバーストの始端間の時間間隔である。特定の実施形態では、バースト間隔１４１０はミリ秒（ｍｓ）又は秒（ｓ）で表される。あるいは、バースト間隔１４１０を制御するパラメータはヘルツ（Ｈｚ）又は毎秒のパルス数単位のバースト周波数であり、これは神経刺激パルスのバーストの伝送が開始される周波数である。別の特定の実施形態では、神経刺激パルスのバーストの伝送は心周期と同期化され、バースト間隔１４１０は心拍数又は心周期の長さの関数として動的に変化する。刺激デューティ・サイクルはバースト持続時間１４０８とバースト間隔１４１０との比率である。特定の実施形態では、刺激デューティ・サイクルは百分比で表される。
【００５５】
神経刺激パルスは複数の刺激パラメータに基づいて１３１０で伝送される。神経刺激パルスは心機能及び血行動態を調整する１つ又は複数の交感神経系と副交感神経系に伝送される。
【００５６】
安全管理イベントは１３２０で検出される。安全管理イベントは複数の刺激パラメータの値に関連している。一実施形態では、刺激エネルギーが１３２０で検出される。刺激エネルギーは所定期間にわたって電極を介して伝送される神経刺激パルスの総エネルギーである。安全管理イベントの検出は、刺激エネルギーが所定のエネルギーしきい値を超えると１３３０で表示される。別の実施形態では、１つ又は複数の刺激パラメータの値が１３２０で検出される。安全管理イベントの検出は、少なくとも１つの刺激パラメータがその刺激パラメータのしきい値を超えると１３３０で表示される。特定の実施形態では、しきい値は所定の固定しきい値である。別の特定の実施形態では、しきい値は少なくとも別の刺激パラメータの値に基づいて動的に調整される。別の特定の実施形態では、しきい値はこれを少なくとも別の刺激パラメータの値と関連付ける参照テーブルを利用して決定される。一実施形態では、神経刺激パルスの伝送に関連する１つ又は複数の非意図的影響が１３２０で検出される。安全管理イベントの検出は、非意図的影響の１つが検出されると１３３０で表示される。特定の実施形態では、生理学的パラメータの値が検出され、正常値の範囲と比較される。非意図的影響の検出は、検出された値が正常値の範囲から外れると表示される。このような生理学的パラメータの例には心拍数、血圧、１回拍出量、胸郭インピーダンス、加速度、咳を示す音響パラメータ、筋電図に関するパラメータが含まれる。別の特定の実施形態では、非意図的影響を示す生理学的信号が検出され、非意図的影響がその生理学的信号から検出される。別の特定の実施形態では、非意図的影響の検出を示す信号が受信される。様々な特定の実施形態では、安全管理イベントの検出には心不整脈、不全収縮、低血圧、感染、神経麻痺、感覚過敏、顔面不全麻痺、声帯麻痺、顔面麻痺、横隔膜麻痺、反回神経損傷、尿閉、微熱、声の変化、咳の大幅増大、咽頭炎、感覚異常、呼吸困難、無呼吸、低呼吸、胃腸症、吐き気、喉頭痙攣と痛み、自律神経系の電気刺激に関連することが知られている他のいずれかのイベントの１つ又は複数が含まれる。様々な実施形態では、１３２０での安全管理イベントの検出には、刺激エネルギー、１つ又は複数のパラメータ値、及び１つ又は複数の非意図的影響のいずれか１つ、又はいずれか２つ又はそれ以上の組合せが含まれる。
【００５７】
安全管理イベントが１３３０で検出されると、複数の刺激パラメータのうちの１つ又は複数の刺激パラメータが１３４０で調整される。一実施形態では、刺激パラメータの値は、その値がしきい値を超えると１３４０でその刺激パラメータのしきい値に設定される。一実施形態では、１３４０で神経刺激の強度を低減させるために１つ又は複数の刺激パラメータが調整される。特定の実施形態では、安全管理イベントの検出中に神経刺激の強度が低減される。別の特定の実施形態では、１つ又は複数の刺激パラメータが１３４０で神経刺激の伝送を一時停止されるように調整される。特定の実施形態では、安全管理イベントの検出中は神経刺激パルスの伝送が一時停止される。
【００５８】
上記の詳細な記載は説明目的であり、限定的なものではないことを理解されたい。上記の説明を読み、それを理解すれば、その他の実施形態は当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は添付のクレーム、ならびにこのクレームと法的に同等のものを参照して決定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】神経刺激システムの実施形態、及び神経刺激システムが使用される環境の一部を示す図面である。
【図２】埋め込み型医療機器の神経刺激回路の実施形態を示すブロック図である。
【図３】神経刺激回路の安全コントローラの実施形態を示すブロック図である。
【図４】安全コントローラの特定の実施形態を示すブロック図である。
【図５】神経刺激回路を含む埋め込み型医療機器の実施形態を示すブロック図である。
【図６】神経刺激回路及び心臓刺激回路を含む埋め込み型医療機器の実施形態を示すブロック図である。
【図７】外部システムの実施形態を示すブロック図である。
【図８】末梢血管制御のための神経メカニズムを示す図面である。
【図９Ａ】心臓図である。
【図９Ｂ】心臓図である。
【図９Ｃ】心臓図である。
【図１０】頸動脈洞と大動脈弓の領域内の圧受容器と求心性神経を示す図面である。
【図１１】肺動脈の周囲の圧受容器を示す図面である。
【図１２】大動脈弓、動脈管索、肺動脈の幹内の圧受容器野を示す図面である。
【図１３】神経刺激の安全性を管理する方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図１４】刺激パラメータを示す神経刺激パルスのタイミングの実施形態を示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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