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公開番号2025016456
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024170676,2021520094
出願日2024-09-30,2019-06-19
発明の名称系の特定のためのシステムおよび方法
出願人アビオメドインコーポレイテッド,マサチューセッツインスティテュートオブテクノロジー,ザブリガムアンドウィメンズホスピタルインコーポレイテッド,The Brigham and Women’s Hospital, Inc.
代理人個人,個人,個人,個人
主分類A61B 5/021 20060101AFI20250128BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】患者に提供すべき機械的循環補助の適切なレベルを決定する。
【解決手段】心拍出量などの心臓または血管パフォーマンスの指標を決定し、これらの指標を使用して、患者に提供すべき機械的循環補助の適切なレベルを決定する。説明されるシステムおよび方法は、単一の心拍におけるまたは複数の心拍にまたがる大動脈圧測定値300を決定すること、および、心拍出量などの心臓パフォーマンスを決定するためにそのような測定値を単一の心拍または複数の心拍において得られる流量推定値または流量測定値と組み合わせて使用することによって、心臓パフォーマンスを決定する。血管系内に配置された機械的循環補助システムを利用することにより、患者内に別個の測定デバイスを配置する必要性が低減または排除される。本明細書に記載のシステムおよび方法は、心臓ポンプの動作を変化させることなく心臓パフォーマンスを特徴決定することができる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
以下の工程を含む、心臓の心拍出量を決定する方法：
心臓の複数の拍動において第1のポンピング速度で血液をポンピングすることを含む血行動態補助を、血液ポンプによって心臓に適用する工程であって、各拍動が収縮期上昇、重複切痕、および重複切痕後に起こる拡張期下降を含んでいる、工程と、
第1の時点における第1の大動脈圧測定値および第2の時点における第2の大動脈圧測定値を検出する工程であって、前記第1の時点および前記第2の時点が前記複数の拍動のうちの特定の拍動の拡張期下降において存在する、工程と、
前記第1の時点で前記血液ポンプによってポンピングされた第1の血流量および前記第2の時点で前記血液ポンプによってポンピングされた第2の血流量を決定する工程と、
前記第1の大動脈圧測定値、前記第2の大動脈圧測定値、前記第1の血流量、および前記第2の血流量に基づいて、心拍出量を決定する工程。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第1の大動脈圧測定値、前記第2の大動脈圧測定値、前記第1の血流量、および前記第2の血流量を使用して血管系の時間依存非線形モデルを計算し、全身血管抵抗およびコンプライアンスを決定する工程と、
前記決定された全身血管抵抗およびコンプライアンスに基づいて、前記特定の拍動における心拍出量を決定する工程と
をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記時間依存非線形モデルは、ウィンドケッセルモデルである、請求項2記載の方法。
【請求項４】
心臓の心拍出量の第1の累積インジケータを決定する工程をさらに含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
心拍出量を決定する工程は、第1の複数の心拍出量値を決定することを含み、前記第1の複数の心拍出量値のうちの各心拍出量値は、前記複数の拍動のうちの第1の組の拍動のうちの各拍動に対応する、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
第1の心拍出量値を第2の心拍出量値と比較する工程であって、前記第1の複数の心拍出量値が前記第1の心拍出量値および前記第2の心拍出量値を含む、工程と、
前記第1の心拍出量値と前記第2の心拍出量値との間の比較に基づいて、心臓の心臓パフォーマンスの変化を決定する工程と、
前記決定された心臓の心臓パフォーマンスの経時的な変化に基づいて、患者への血行動態補助を変更する工程と
をさらに含む、請求項5記載の方法。
【請求項７】
前記決定された複数の心拍出量値に合計、平均、または線形回帰のうちの少なくとも1つを適用して、心臓の心拍出量の第1の累積インジケータを計算する工程をさらに含む、請求項5記載の方法。
【請求項８】
前記心臓の心拍出量の第1の累積インジケータは、心臓の心臓パフォーマンスを表す、請求項7記載の方法。
【請求項９】
前記複数の拍動のうちの第2の組の拍動について、心臓の心拍出量の第2の累積インジケータを決定する工程であって、前記第2の組の拍動が、前記第1の組の拍動の後に起こる、工程と、
前記心拍出量の第1の累積インジケータを前記心拍出量の第2の累積インジケータと比較する工程と、
前記第1の累積インジケータと前記第2の累積インジケータとの間の比較に基づいて、（i）心臓の心臓パフォーマンスの向上または（ii）心臓の心臓パフォーマンスの低下を判定する工程と、
前記判定された心臓の心臓パフォーマンスの経時的な向上または低下に基づいて、患者への血行動態補助を変更する工程と
をさらに含む、請求項8記載の方法。
【請求項１０】
前記第2の累積インジケータを決定する工程は、
第2の複数の心拍出量値を決定することであって、前記第2の複数の心拍出量値のうちの各心拍出量値が、前記第2の組の拍動のうちの各拍動に対応する、ことと、
前記決定された複数の心拍出量値に合計、平均、または線形回帰のうちの少なくとも1つを適用して、心臓の心拍出量の第2の累積インジケータを計算することと
を含む、請求項9記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2018年6月19日に出願された「METHODS AND SYSTEMS FOR IMPROVED ASSESSMENT OF VASCULAR AND CARDIAC STATE」という名称の米国特許仮出願第62/687,133号、2019年6月18日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR SYSTEM IDENTIFICATION」という名称の米国特許仮出願第62/863,136号、および2019年6月18日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING CARDIAC PERFORMANCE」という名称の米国特許仮出願第62/863,146号の優先権および恩典を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み入れられる。
続きを表示（約 5,300 文字）【背景技術】
【０００２】
背景
心血管の疾患は、病気、死亡、および世界中の医療への負担の主要な原因である。心臓の健康のために、医薬品から機械装置および移植に至るまで、さまざまな治療の様態が開発されてきた。心臓ポンプシステムなどの一時的な心臓補助デバイスが、血行動態補助を提供し、心臓の回復を促進する。IMPELLA（登録商標）ファミリーのデバイス（マサチューセッツ州DanversのAbiomed,Inc.）など、いくつかの心臓ポンプシステムが、心臓に経皮的に挿入され、心拍出量を補うために本来の心臓と並行して動作することができる。そのような心臓ポンプシステムは、患者の健康の判断および心臓ポンプシステムの動作の判定に有用な心臓ポンプパラメータを測定および/または計算することができる。ポンプを、ポンプへの血液入口が左心室内に位置し、ポンプからの出口が大動脈内に位置するように、心臓の大動脈弁をまたいで配置することができる。いくつかの実装形態において、ポンプは、心臓の右心室内に配置される。ポンプが、ポンプへの血液入口が左心室内に位置し、ポンプからの出口が大動脈内に位置するように、大動脈弁をまたいで配置される場合、ポンプは、左心室の負荷を減らすことによって本来の心臓の動作に寄与する。
【０００３】
ポンプ装置によって送り出される血液の体積流量によって測定される心臓補助、または各々の患者が必要とする心臓補助の期間は、さまざまであり得る。とりわけインターベンションまたは他の心臓治療から回復する患者について、デバイスによってもたらすべき補助の量や心臓ポンプシステムの使用の終了時期を直接的かつ定量的に決定することは、臨床医にとって困難である。したがって、臨床医は、流体で満たされたカテーテルを使用して心臓内または血管内の圧力を測定するなど、心機能の評価および間接的な推定に依存する傾向にある。とくには、心拍出量（CO）の定量化が困難である。肺動脈カテーテル（PAC）が、中心静脈圧および肺動脈圧のリアルタイム測定を提供することができ、全身酸素消費量の測定によるフィックの法則またはボーラス熱希釈法を使用してCOを推定することができる。CO指標（metrics）に到達するために行わなければならない仮定、および対応するより侵襲的な指標が有する忠実度の欠如のために、PACは、臨床転帰との信頼できる関連を確立させることができていない。PACによる測定は、心臓機能の動的変化を考慮せず、連続的でないが、一方で全身の心室血管の連関の非線形局面が適切に捉えられていない。
【発明の概要】
【０００４】
概要
本明細書に記載のシステムおよび方法は、患者の単一の心拍についてCOなどの心臓パフォーマンスの指標を決定し、これらの指標を使用して、患者に提供すべき機械的循環補助の適切なレベルを決定することができる。心臓パフォーマンスの指標を、複数の拍動において測定し、数学的に処理して、その患者の心臓の全体的なパフォーマンスのモデルに到達することができる。決定を、血管内血液ポンプシステムなどの機械的循環補助システムを使用して行うことができる。システムおよび方法は、1つまたは複数の心拍のうちの単一の心拍の期間内で決定される機械的循環補助システムの使用中の圧力および流量の測定値あるいは圧力および流量の推定値から心臓パフォーマンスを特徴決定する。本明細書に記載のシステムおよび方法は、機械的循環補助システムによって取得される既存の測定値を利用するがゆえに、臨床応用において容易に検証および利用することができる。本明細書に記載のシステムおよび方法は、留置された機械的循環補助デバイスの動作を活用して、追加の測定またはカテーテルを必要とせずに、COを決定する。全身血管抵抗およびコンプライアンスの変化を継続的かつ正確に追跡し、心臓の一回拍出量を推定することが可能になることで、臨床実務に容易に展開されるPACまたは他の診断から得られる伝統的な測定を超える著しい前進がもたらされる。
【０００５】
説明されるシステムおよび方法は、単一の心拍におけるまたは複数の心拍にまたがる大動脈圧測定値（または、他の生理学的測定値）を決定すること、および、心拍出量などの心臓パフォーマンスを決定するためにそのような測定値を単一の心拍または複数の心拍において行われる流量推定値または流量測定値と組み合わせて使用することによって、心臓パフォーマンスを決定する。血管系内に配置された機械的循環補助システムを利用することにより、患者内に別個の測定デバイスを配置する必要性が低減または排除される。測定を単一の心拍において行うことができるため、1つまたは複数の拍動における心臓パフォーマンスの特徴を、或る拍動から別の拍動へと連続的なやり方で明らかにすることができ、例えば心臓のパフォーマンスを一連の心拍のうちの各心拍について測定することができる。さらに、心臓ポンプの動作がこれらの測定値の取得によって損なわれることがない。本明細書に記載のシステムおよび方法は、心臓ポンプの動作を変化させることなく（例えば、ポンプ速度を上昇または低下させることなく）心臓パフォーマンスを特徴決定することができる。これは、患者が心臓ポンプの血流の寄与に完全に依存しているので患者に害を及ぼす可能性を伴わずに心臓ポンプの速度を下げることができない場合や、他の機器（例えば、体外式膜型人工肺（ECMO）システム）が理由で心臓ポンプの速度を高めることができない場合に、とくに有益となり得る。いくつかの用途において、本明細書に記載のシステムおよび方法は、そのような他の機器と組み合わせて使用される。したがって、本明細書に記載のシステムおよび方法は、適切な心臓補助を提供しながら、心臓パフォーマンスの連続測定を提供することができる。
【０００６】
血行動態補助を、血液ポンプを含むことができる機械的循環補助システムによって患者の心臓に提供することができ、血行動態パラメータを、血液ポンプの動作中に測定することができる。血液ポンプは、血管内血液ポンプ、大動脈内バルーンポンプ、ECMOデバイス、または他の血液ポンプ（例えば、マサチューセッツ州DanversのAbiomed IncのImpella（登録商標）ファミリーのデバイス、またはペンシルバニア州PittsburghのCardiacAssist Inc.のTandemHeart（登録商標）ファミリーのデバイス）であってよい。血行動態パラメータの複数の測定値を、単一の心拍において取得することができる。例えば、複数の測定値（例えば、3個、4個、5個、6個、7個、10個、20個、30個、100個、または任意の適切な数の測定値）を、さまざまな時点で心拍の拡張期下降において取得することができる。心臓パフォーマンスが数学的システムとして（例えば、ウィンドケッセルモデルによって）モデル化される場合、これらのさまざまな時点における圧力および血流量により、連立方程式を構成することができ、これを解いて、心臓パフォーマンスを表す全身血管抵抗およびコンプライアンスなどの機能値を決定することができる。次いで、心拍出量（ならびに、心臓および/または血管パフォーマンスを表す他の指標）を、抵抗またはコンプライアンスの値から計算することができる。これらの計算は、単一の心拍について1回だけ抵抗およびコンプライアンスを計算することに限定されず、例えば、本明細書において説明される計算は、単一の心拍における複数の圧力測定値（または、圧力測定のグループ）について抵抗およびコンプライアンスを計算し、これらの測定値から抵抗およびコンプライアンスを決定し、次いでこれらの抵抗およびコンプライアンスの値を平均または他のやり方で処理して、単一の心拍について全体としての血管または心臓の健康を表す代表的な抵抗、コンプライアンス、または他の指標値を決定することを含むことができる。同様の測定を複数の心拍について行い、その患者の心臓の心臓パフォーマンスをモデル化する平均または他の組み合わせた測定値を決定するために使用することができる。
【０００７】
いくつかの局面においては、血行動態補助を、決定された心臓パフォーマンス測定値に基づいて適用または調整することができる。血行動態補助は、機械的循環補助デバイス（MCS）によって患者の心臓に適用される。いくつかの実装形態において、デバイスは、経皮的挿入によって患者の心臓内に配置される血管内血液ポンプである。MCSは、外科的に埋め込まれるデバイス、左心室補助デバイス、カウンターパルセーションデバイス、展開式心臓ポンプ、体外式膜型人工肺デバイス、大動脈内バルーンポンプ、または任意の他の適切なデバイスであってよい。患者が心原性ショックの状態にある、冠状動脈インターベンションを受けている、心臓発作を起こしている、あるいは他のかたちで心臓の健康の低下に直面しているという理由で、ポンプを患者へと導入することができる。ポンプは、心臓からのCOが本来のCOにポンプ出力を加えたものに等しくなるように、本来の心臓の動作に寄与する。
【０００８】
血行動態補助を提供することは、血管内血液ポンプを第1のポンピング速度またはポンプ速度で動作させることを含むことができる。ポンピング速度は、ポンプの動作の速度であり、ポンプの動作によってもたらされる血流の量に対応する。いくつかの実装形態において、ポンピング速度は、ロータの回転速度に対応し得る。例えば、ポンプ速度は、10,000 RPM、20,000 RPM、30,000 RPM、40,000 RPM、50,000 RPM、60,000 RPM、70,000 RPM、80,000 RPM、90,000 RPM、100,000 RPM、または任意の適切な速度であり得る。ポンプ速度は、図1に関連して後述されるように、パワーレベルまたはPレベルに対応し得る。例えば、ポンプ速度は、P-1、P-2、P-3、P-4、P-5、P-6、P-7、P-8、またはP-9であり得る。いくつかの実装形態において、ポンピング速度は代わりに、ポンプのチャンバが血液で満たされるおよび血液を放出する速度に対応し得る。
【０００９】
いくつかの実装形態において、血行動態補助は、心臓の複数の拍動において第1のポンピング速度で提供される。各拍動は、収縮期上昇、重複切痕、および重複切痕後に起こる拡張期下降を含む。例えば、血行動態ポンピング速度は、2回、3回、4回、10回、20回、30回、100回、200回、または他の任意の適切な回数の心拍にわたって提供され得る。重複切痕は拡張期の始まりを示し、拡張期は、心筋が弛緩して心室を血液で満たさせる、心拍のフェーズである。血管内血液ポンプが左心系である場合に、血液ポンプが動作しているとき、拡張期において患者の左心室から大動脈へと流れる実質的な流れは、血液ポンプが寄与する流れだけである。拡張期は、心臓が拡張期を完了させるまでの時間であり、心筋が弛緩して心室を血液で満たさせる、心拍のフェーズである。例えば、拡張期は、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、0.8秒、0.9秒、1秒、または任意の適切な長さであり得る。
【００１０】
いくつかの実装形態において、血行動態パラメータが、デバイスの位置および機能ならびにデバイス上にあるときの患者の健康状態を監視するために測定される。例えば、血行動態パラメータを、血管内血液ポンプに含まれるセンサで測定することができ、あるいは別個のデバイスによって測定することができる。血行動態パラメータは、身体の器官または組織における血液の流れに関連する任意のパラメータであってよい。例えば、血行動態パラメータは、心拍、血圧、動脈酸素飽和度、混合静脈飽和度、中心静脈酸素飽和度、動脈血圧、平均動脈圧、右動脈圧、中心静脈圧、右心室圧、肺動脈圧、平均肺動脈圧、肺動脈閉塞圧、左心房圧、大動脈圧、差圧、左心室末期圧、一回拍出量、一回拍出量指数、一回拍出量変動、全身血管抵抗、全身血管抵抗指数、肺血管抵抗、肺血管抵抗指数、肺血管抵抗、肺血管抵抗指数、左心室一回仕事量、左心室一回仕事量指数、右心室一回仕事量、右心室一回仕事量指数、冠状動脈かん流圧、右心室拡張末期容積、右心室拡張末期容積指数、右心室収縮末期容積、右心室駆出率、動脈酸素含有量、静脈酸素含有量、動脈-静脈酸素含有量差、酸素運搬、酸素運搬指数、酸素消費量、酸素消費量指数、酸素摂取率、酸素摂取指数、総末梢抵抗、CO、心係数、およびCPOのうちの少なくとも1つまたは複数を含むことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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