JP5346341B2 - 埋め込み型の吸息筋刺激システム - Google Patents

Description

（優先権主張）
米国特許出願第１１／８９５，９９９号（２００７年８月２８日出願）に対する優先権を主張し、該出願は、参照により本明細書中に援用される。

（技術分野）
本書は、概して、医療デバイスに関し、より具体的には、吸息筋の刺激を提供するための埋込型システムに関する。

（背景技術）
心臓は、ヒトの循環系の中心である。心臓は、２つの主要なポンプ機能を果たす電気機械系を含む。心臓の左側部分は、肺から酸素化血液を引き出し、それを体内の器官に送り出し、酸素の代謝を必要とする器官に送達する。心臓の右側部分は、器官から脱酸素化血液を引き出し、それを血液が酸素化される肺に送り込む。ポンプ機能は、心筋（心臓の筋肉）の収縮によって達成される。正常な心臓において、心臓の自然のペースメーカーである洞房結節は、活動電位として知られる電気的インパルスを生成し、電気的インパルスは、電気伝導系を通じて心臓の種々の領域に伝播し、これらの領域における心筋組織を刺激する。正常な電気伝導系における活動電位の伝播の調整された遅延によって、心臓の種々の領域は同時に収縮し、ポンプ機能が効率的に果たされるようになる。

閉鎖あるいはそうでなければ損傷した電気伝導系によって、心筋の不規則な収縮、概して不整脈として知られる状態を引き起こす。不整脈は、心臓のポンプ効率を減少させ、したがって、体内への血流量を減少させる。悪化した心筋は、減少した収縮性を有し、また減少した血流量をもたらす。心不全患者は、多くの場合、損傷した電気伝導系および悪化した心筋の両方に悩まされる。減少した血流量は、種々の体内器官への不十分な血液供給をもたらし、これらの器官が適切に機能することを妨げ、種々の症状を引き起こす。

正常に機能しない呼吸性能は、吸息筋衰弱の原因である、心不全と一般的に関連する種々の症状のうちの１つである。吸息筋の強化は、心不全の予後の独立予測因子として知られる。心不全患者は、吸息筋衰弱に起因する呼吸障害を患う可能性がある。これらの理由および他の理由によって、心不全患者の呼吸性能を向上させる必要性がある。

吸息筋刺激システムは、刺激を送達して、より遅くかつより深い呼吸のために横隔膜収縮を制御するために埋込型医療デバイスを使用し、それにより、吸息筋を調整および強化する。種々の実施形態において、呼吸および／または心臓性能が、刺激のパラメータを制御するために監視される。

一実施形態において、埋込型医療デバイスは、呼吸センサと、呼吸周期検出器と、刺激回路と、刺激制御器とを含む。呼吸センサは、 呼吸信号を感知する。呼吸周期検出器は、呼吸信号を使用して、呼吸周期を示す事象を検出する。呼吸周期は、固有呼吸数を示す。刺激回路は、刺激を送達する。刺激制御器は、刺激の送達を制御し、刺激速度調整器を含む。刺激速度調整器は、固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で刺激を送達させ、次いで、刺激速度が指定の標的呼吸数に到達するまで、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で、刺激速度を減少させる。

一実施形態において、左右心膜横隔静脈のうちの１つを介して、左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達するために、埋込型医療デバイスとともに使用するための埋込型経静脈リードが提供される。リードは、近位端と、遠位端と、近位端と遠位端との間の細長い本体と、１つ以上の刺激電極と、重力固定デバイスとを含む。近位端は、埋込型医療デバイスに接続されるものである。遠位端は、左右心膜横隔静脈のうちの１つの中に配置されるものである。１つ以上の刺激電極は、遠位端および細長い本体のうちの１つ以上の上に分布され、左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達する。重力固定デバイスは、遠位端にあり、左右心膜横隔静脈のうちの１つの中で遠位端を実質的に固定するために好適なウェイトを有する。

一実施形態において、埋込型医療デバイスを使用する呼吸制御のための方法が提供される。呼吸信号を感知する。呼吸信号を使用して呼吸周期を示す事象を検出する。呼吸周期は、固有呼吸数を示す。固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度での刺激の送達を開始する。刺激の送達を呼吸周期に同期化する。刺激速度が標的呼吸数に到達するまで、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で、刺激速度を減少させる。

この課題を解決するための手段は、本出願の教示のうちのいくつかに関する概要であり、本主題の排他的または包括的な処置であることを意図されない。本主題に関するさらなる詳細は、発明を実施するための最良の形態および添付の請求項に記載される。 本発明の範囲は、添付の請求項およびその法的な同等物によって定義される。
（項目１）
左右横隔神経および左右心膜横隔静脈を有する体内に使用するためのシステムであって、前記システムは、
埋め込み型医療デバイス
を含み、前記埋め込み型医療デバイスは、
呼吸信号を感知するように構成される呼吸センサと、
前記呼吸信号を使用して呼吸周期を示す事象を検出するように構成される呼吸周期検出器であって、前記呼吸周期は、固有呼吸数を示す、呼吸周期検出器と、
刺激を送達するように構成される刺激回路と、
前記呼吸周期検出器および前記刺激回路に連結される刺激制御器であって、前記刺激制御器は、前記刺激の前記送達を制御するように構成され、かつ、刺激速度調整器を含み、前記刺激速度調整器は、前記固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で前記刺激を送達させるようし、前記刺激速度が指定の標的呼吸数に到達するまで前記刺激速度を減少させて、前記呼吸周期が前記刺激速度に適合することを可能にするように構成される、刺激制御器と
を含む、システム。
（項目２）
前記刺激制御器は、呼吸容量を増強する吸息筋トレーニングのために、前記刺激の前記送達を制御するように適合される吸息筋トレーニングアルゴリズムを実行するようにプログラムされる、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記刺激制御器は、種々の呼吸障害を治療することによって呼吸性能向上のために前記刺激の前記送達を制御するように適合される呼吸性能アルゴリズムを実行するようにプログラムされる、項目１および２のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目４）
前記刺激制御器は、血行動態機能を調節することによって心臓性能向上のために前記刺激の前記送達を制御するように適合される心臓性能アルゴリズムを実行するようにプログラムされる、項目１〜３のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目５）
前記刺激制御器は、交感神経系および副交感神経系の緊張を制御することによって自律平衡を調節するために前記刺激の前記送達を制御するように適合される自律平衡アルゴリズムを実行するようにプログラムされる、項目１〜４のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目６）
前記刺激制御器は、前記刺激速度、および前記刺激が前記刺激速度で送達される刺激持続時間を使用して、刺激の前記送達を制御するように構成され、前記刺激制御器は、刺激イニシエータを含み、前記刺激イニシエータは、刺激スケジュールに従って、指定の送達時間に前記刺激持続時間を開始するように構成される、項目１〜５のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目７）
前記埋込型医療デバイスは、活動レベルを示す信号を感知するように構成される活動センサを含み、前記刺激イニシエータは、前記活動レベルが前記指定の送達時間に指定の閾値レベル以下である場合に、前記刺激持続時間を開始するように構成される、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記埋込型医療デバイスは、ユーザコマンドを受信するように構成されるコマンド受信機を含み、前記刺激制御器は、前記ユーザコマンドに応答して前記刺激の送達を開始するように構成される刺激イニシエータを含む、項目１〜７のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目９）
前記埋込型医療デバイスは、
心臓性能を示す信号を感知するように構成される心臓性能センサと、
心臓性能を示す前記信号から１つ以上の心臓性能パラメータを検出するように構成される心臓性能モニタと
を含む、項目１〜８のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１０）
前記刺激イニシエータは、前記１つ以上の心臓性能パラメータが前記刺激を送達する必要性を示す場合に、前記刺激の前記送達を開始するように構成される、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
前記刺激制御器は、前記刺激速度、前記刺激持続時間、および前記刺激の強度を制御する１つ以上の刺激強度パラメータを使用して、刺激の前記送達を制御するように構成され、前記刺激制御器は、刺激強度調整器を含み、前記刺激強度調整器は、前記１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整するように構成される、項目９および１０のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１２）
前記埋込型医療デバイスは、呼吸性能モニタを含み、前記呼吸性能モニタは、前記呼吸信号から呼吸性能を示す１つ以上の呼吸性能パラメータを検出するように構成される、項目１〜１１のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１３）
前記刺激イニシエータは、前記１つ以上の呼吸性能パラメータが前記刺激を送達する必要性を示す場合に、前記刺激の前記送達を開始するように構成される、項目１２に記載のシステム。
（項目１４）
前記刺激制御器は、前記刺激速度、前記刺激持続時間、および前記刺激の強度を制御する１つ以上の刺激強度パラメータを使用して、刺激の前記送達を制御するように構成され、前記刺激制御器は、刺激強度調整器を含み、前記刺激強度調整器は、前記１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整するように構成される、項目１２および１３のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１５）
前記呼吸性能モニタは、分時換気量検出器を含み、前記分時換気量検出器は、前記呼吸信号を使用して分時換気量を検出するように構成され、前記刺激速度調整器および前記刺激強度調整器は、前記刺激速度および前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整することによって、前記分時換気量を実質的に一定の値に維持するように構成される、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
前記刺激制御器は、刺激安全スイッチを含み、前記刺激安全スイッチは、前記１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して、前記刺激の前記送達を阻止するように構成される、項目１２〜１５のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１７）
第１および第２の埋込型経静脈リード
を含み、前記第１および第２の埋め込み型静脈リードの各々は、
前記刺激回路に接続されるように構成される近位端と、
前記左右心膜横隔静脈のうちの１つの中に配置されるように構成される遠位端と、
前記近位端と前記遠位端との間の細長い本体と、
前記左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達するように、前記遠位端および前記細長い本体のうちの１つ以上の上に分布する、１つ以上の刺激電極と、
前記遠位端における重力固定デバイスであって、前記重力固定デバイスは、前記左右心膜横隔静脈のうちの前記１つの中で前記遠位端を実質的に固定するために適したウェイトを有する、重力固定デバイスと
を含む、項目１〜１６のうちのいずれかに記載のシステム。
（項目１８）
左右心膜横隔静脈のうちの１つを介して、一方または左右の横隔神経に刺激を送達するために、埋込型医療デバイスとともに使用するための埋込型経静脈リードであって、前記リードは、
前記埋込型医療デバイスに接続されるように構成される近位端と、
前記左右心膜横隔静脈のうちの１つの中に配置されるように構成される遠位端と、
前記近位端と前記遠位端との間の細長い本体と、
前記左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達するように、前記遠位端および前記細長い本体のうちの１つ以上の上に分布する、１つ以上の刺激電極と、
前記遠位端における重力固定デバイスであって、前記重力固定デバイスは、前記左右心膜横隔静脈のうちの前記１つの中で前記遠位端を実質的に固定するために適したウェイトを有する、重力固定デバイスと
を含む、リード。
（項目１９）
前記重力固定デバイスは、前記１つ以上の刺激電極のうちの１つを含む、項目１８に記載のリード。
（項目２０）
前記重力固定デバイスは、ガイドワイヤの一部を収容するように構成されるトンネルを含む、項目１８および１９のうちのいずれかに記載のリード。
（項目２１）
前記細長い本体内に延在し、かつ、前記トンネルを含む管腔
を含み、
前記管腔は、前記ガイドワイヤの一部を収容するように構成され、かつ、前記近位端における近位開口部と、前記遠位端における遠位開口部とを有する、項目２０に記載のリード。
（項目２２）
埋込型医療デバイスを使用する呼吸制御のための方法であって、前記方法は、
呼吸信号を感知することと、
前記呼吸信号を使用して、呼吸周期を示す事象を検出することであって、前記呼吸周期は固有呼吸数を示す、ことと、
前記固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で刺激を送達することであって、前記刺激の前記送達は、前記呼吸周期に同期化される、ことと、
前記刺激速度が指定の標的呼吸数に到達するまで、前記呼吸周期が前記刺激速度に適合することが可能となる速度で、前記刺激速度を減少させることと
を含む、方法。
（項目２３）
左右心膜横隔静脈の中に配置された刺激電極を使用して、左右横隔神経の両方に前記刺激を送達することを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
各々が前記刺激電極のうちの１つ以上を含む第１および第２の埋込型経静脈リードを使用して、前記刺激を送達することを含む、項目２２および２３のうちのいずれかに記載の方法。
（項目２５）
前記左右心膜横隔静脈のうちの１つの中で、前記第１および第２の埋込型経静脈リードの各々の遠位端を実質的に固定するために、前記第１および第２の埋込型経静脈リードの前記各々の前記遠位端のウェイトを使用することを含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記刺激を送達することは、前記刺激が、刺激期間を使用してほぼ周期的に前記刺激速度で送達される、刺激持続時間を開始することを含む、項目２２〜２５のうちのいずれかに記載の方法。
（項目２７）
前記刺激を送達することは、前記刺激が、ユーザコマンドに応答して前記刺激速度で送達される、刺激持続時間を開始することを含む、項目２２〜２６のうちのいずれかに記載の方法。
（項目２８）
前記呼吸信号から呼吸性能を示す１つ以上の呼吸性能パラメータを検出することと、
前記１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して、前記刺激の強度を制御する１つ以上の刺激強度パラメータを調整することと
を含む、項目２２〜２７のうちのいずれかに記載の方法。
（項目２９）
心臓性能を示す信号を感知することと、
心臓性能を示す前記信号から１つ以上の心臓性能パラメータを検出することと、
前記１つ以上の呼吸性能パラメータおよび前記１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、前記１つ以上の刺激強度パラメータを調整することと
を含む、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記１つ以上の呼吸性能パラメータが、低換気または過換気を示す場合に、前記刺激の前記送達を阻止することを含む、項目２８〜２９のうちのいずれかに記載の方法。

図面は、概して、本書に説明される種々の実施形態をほんの一実施例として図示する。図面は、図示目的だけのものであって、一定の縮尺で描かれていない場合がある。
図１は、吸息筋刺激システムの一実施形態、および該システムが使用される環境を示す。 図２は、吸息筋刺激システムの埋込型医療デバイスの一実施形態を示すブロック図である。 図３は、埋込型医療デバイスの別の実施形態を示すブロック図である。 図４は、吸息筋刺激のための刺激パラメータの一実施形態を示すタイミング図である。 図５は、吸息筋刺激のための電気パルスのバーストの一実施形態を示す。 図６は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リードの一実施形態を示す。 図７は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リードの別の実施形態を示す。 図８は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リードの別の実施形態を示す。 図９は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リードの別の実施形態を示す。 図１０は、吸息筋刺激のための方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図１１は、 吸息筋刺激のための方法の別の実施形態を示すフローチャートである。

以下の発明を実施するための最良の形態において、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、その図面において、例証として、本発明が実施される具体的な実施形態が示される。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十分詳細に説明され、また、実施形態を組み合わせてもよいこと、またはその他の実施形態を利用してもよいこと、および本発明の精神および範囲から逸脱することなく構造変更、論理変更、および電気的変更を加えてもよいことを理解されたい。本開示において「ある実施形態」、「一実施形態」、「種々の実施形態」を参照することは、必ずしも同一の実施形態ではなく、このような参照は、複数の実施形態を想定している。以下の発明を実施するための最良の形態は、実施例を提供し、本発明の範囲は、添付の請求項およびその法的な同等物によって定義される。

本書は、埋込型システムを使用する吸息筋刺激を考察する。埋込型医療デバイスは、分時換気量を指定の範囲内に維持すると同時に１回換気量が増加することで示されるように、より深くより遅い呼吸を促進する方法で、横隔膜収縮を制御する刺激を送達する。種々の実施形態において、吸息筋刺激は、（１）吸息筋を調整および強化することによって、心不全患者の呼吸容量を増強する、（２）交感神経系および副交感神経系の緊張の間の自律平衡を調節する、（３）中枢性睡眠時無呼吸症候群、先天性中枢性低換気症候群、および高位脊髄損傷または脳幹損傷に起因する呼吸障害等の呼吸障害を治療することによって、呼吸性能を向上させる、および（４）血圧を調節する、また血液の戻りおよび心拍出量を増加させる等の心臓性能を向上させるために印加される。一実施形態において、刺激は、患者の呼吸に同調するために、患者の固有呼吸周期を追跡することによって送達される。患者の呼吸周期が刺激の制御下に入った後に、患者の呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる方法で、刺激速度は徐々に減少する。一実施形態において、刺激速度は、分時換気量を実質的に一定の値、または指定の範囲内に維持すると同時に調整される。一実施形態において、刺激は、左右横隔神経に隣接した左右心膜横隔静脈の中に配置される、電極を有する埋込型経静脈リードを使用して、両方に送達される。刺激は、左右横隔神経の両方を活性化することによって、平衡の取れた横隔膜収縮をもたらす。種々の実施形態において、呼吸性能および／または心臓性能は、刺激の送達を開始する、刺激の送達を停止する、および／または刺激パラメータを調整するために監視される。

本書では、他に指定のない限り、「刺激」は、横隔膜収縮を制御するための吸息筋刺激を指す。本書で使用する際、呼吸数（呼吸速度としても知られる）と呼吸周期長との関係（吸息間隔としても既知である）は、頻度とその対応する期間との関係である。呼吸数が毎分の吸息において求められる場合、その対応する秒単位の呼吸周期長は、６０を呼吸数で割ることによって計算される（ここで、６０は、１分間の秒数である）。呼吸数を使用する比較等の任意のプロセスは、呼吸周期長を代わりに使用する場合に適宜修正されるべきである。例えば、呼吸数が閾値数未満を下回る際に低呼吸数が検出される場合、同等のプロセスは、呼吸周期長が対応する閾値間隔を上回る際に低呼吸数を検出することである。同様に、本書で使用する際、刺激速度と刺激間隔との関係は、頻度とその対応する期間との関係である。刺激速度が毎分の刺激において求められる場合、その対応する秒単位の間隔は、６０を刺激速度で割ることによって計算される（ここで、６０は、１分間の秒数である）。これは、速度（頻度）または間隔（期間）として表現することができる、他の刺激パラメータにも適用する。添付の請求項は、このような変形を対象とするように解釈されるべきである。

図１は、吸息筋刺激システム１００の一実施形態、および該システム１００が使用される環境の一部を示す。システム１００は、埋込型医療デバイス１１０と、埋込型経静脈リード１１２Ａ〜Ｂと、外部システム１２０と、埋込型医療デバイス１１０と外部システム１２０との間の連通を提供する、遠隔測定リンク１２２とを含む。

システム１００は、人工的刺激を使用して横隔膜１０８の収縮を制御する。図１は、左鎖骨下静脈１０２Ａ、右鎖骨下静脈１０２Ｂ、左内頸静脈１０３Ａ、右内頸静脈１０３Ｂ、左心膜横隔静脈１０４Ａ、右心膜横隔静脈１０４Ｂ、心臓１０１に接続される上大静脈１０５、左横隔神経１０６Ａ、右横隔神経１０６Ｂ、および横隔膜１０８の一部を図示する。左右横隔神経１０６Ａ〜Ｂは、横隔膜収縮、およびしたがって呼吸を引き起こすために、横隔膜１０８を活性化する神経信号を、横隔膜１０８に供給する。左心膜横隔静脈１０４Ａおよび左横隔神経１０６Ａは、互いに隣接している。右心膜横隔静脈１０４Ｂおよび右横隔神経１０６Ｂは、互いに隣接している。図示される実施形態において、システム１００は、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂの中に配置された電極を通じて、左右横隔神経１０６Ａ〜Ｂに刺激を送達することによって、横隔膜１０８の収縮を制御する。

埋込型医療デバイス１１０は、刺激パラメータを使用して、刺激を送達し、刺激の送達を制御する。種々の実施形態において、埋込型医療デバイス１１０は、患者の必要性、刺激の効果、安全性の考慮に基づいて、刺激の送達を開始する、刺激の送達を停止する、および刺激パラメータを調整するために、呼吸性能および／または心臓性能を監視する。種々の実施形態において、吸息筋刺激に加えて、埋込型医療デバイス１１０は、他の治療および／または監視機能を含む。そのような治療機能の実施例として、心臓ペーシング、選択的除細動／緊急除細動、心臓再同期療法（ＣＲＴ）、心臓リモデリング制御療法（ＲＣＴ）、薬物療法、細胞療法、および遺伝子療法が挙げられる。種々の実施形態において、埋込型医療デバイス１１０は、１つ以上の他の心臓および／または呼吸療法と併せて、吸息筋刺激を送達する。

リード１１２Ａは、近位端１１４Ａ、遠位端１１６Ａ、および近位端１１４Ａと遠位端１１６Ａとの間の細長い本体１１８Ａを含む、埋込型経静脈リードである。近位端１１４Ａは、埋込型医療デバイス１１０に接続されるように構成される。１つ以上の電極は、刺激を送達するために、遠位端１１６Ａおよび／または遠位端１１６Ａの近傍の細長い本体１１８Ａの遠位部に組み込まれる。図示される実施形態において、リード１１２Ａは、刺激が１つ以上の電極を通じて左横隔神経１０６Ａに送達されるように、左心膜横隔静脈１０４Ａ内の遠位端１１６Ａの配置を可能するように構成される。リード１１２Ａは、遠位端１１６Ａが、左鎖骨下静脈１０２Ａを通じて、左心膜横隔静脈１０４Ａに前進することが可能となるように構成される。

リード１１２Ｂは、近位端１１４Ｂ、遠位端１１６Ｂ、および近位端１１４Ｂと遠位端１１６Ｂとの間の細長い本体１１８Ｂを含む、埋込型経静脈リードである。近位端１１４Ｂは、埋込型医療デバイス１１０に接続されるように構成される。１つ以上の電極は、刺激を送達するために、遠位端１１６Ｂおよび／または遠位端１１６Ｂの近傍の細長い本体１１８Ｂの遠位部に組み込まれる。図示される実施形態において、リード１１２Ｂは、刺激が１つ以上の電極を通じて右横隔神経１０６Ｂに送達されるように、右心膜横隔静脈１０４Ｂ内の遠位端１１６Ｂの配置を可能するように構成される。リード１１２Ｂは、遠位端１１６Ｂが、左鎖骨下静脈１０２Ａ、次いで右鎖骨下静脈１０２Ｂを通じて、右心膜横隔静脈１０４Ｂに前進することが可能となるように構成される。

図示される実施形態において、埋込型医療デバイス１１０は、左鎖骨下領域内に埋め込まれ、リード１１２Ａ〜Ｂは両方、左鎖骨下静脈１０２Ａに入る。別の実施形態において、埋込型医療デバイス１１０は、左鎖骨下領域内に埋め込まれ、リード１１２Ａ〜Ｂは両方、左鎖骨下静脈１０２Ａに入る。種々の実施形態において、遠位端１１６Ａ〜Ｂは、左右鎖骨下静脈１０２Ａ〜Ｂおよび左右内頸静脈１０３Ａ〜Ｂのうちの１つ以上が挙げられるがこれに限定されない、任意の１つ以上の実行可能な静脈を通じて、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂに前進される。

外部システム１２０は、埋込型医療デバイス１１０と連通し、医師または他のケア提供者による埋込型医療デバイス１１０へのアクセスを提供する。一実施形態において、外部システム１２０は、プログラマを含む。別の実施形態において、外部システム１２０は、遠隔測定リンク１２２を介して埋め込み医療デバイス１１０と連通する外部機器、比較的遠隔な位置における遠隔機器、および外部機器および遠隔機器をリンクする通信ネットワークを含む、患者管理システムである。患者管理システムによって、患者状態の監視および療法の調整等の目的のために、遠隔位置からの埋込型医療デバイス１１０へのアクセスが可能になる。一実施形態において、遠隔測定リンク１２２は、誘導性遠隔測定リンクである。別の実施形態において、遠隔測定リンク１２２は、遠距離無線周波数（ＲＦ）遠隔測定リンクである。遠隔測定リンク１２２は、埋込型医療デバイス１１０から外部システム１２０へのデータ伝送を提供する。これは、例えば、埋込型医療デバイス１１０が入手するリアルタイムの生理学的データを伝送すること、埋込型医療デバイス１１０が入手および格納する生理学的データを抽出すること、埋込型医療デバイス１１０が記録する種々の病理学的事象の発生および療法送達等の、患者履歴データを抽出すること、および／または埋込型医療デバイス１１０の動作状態（例えば、電池状態およびリードインピーダンス）を示すデータを抽出することを含む。また、遠隔測定リンク１２２は、外部システム１２０から埋込型医療デバイス１１０へのデータ伝送も提供する。これは、例えば、生理学的データを入手するために埋込型医療デバイス１１０をプログラムすること、少なくとも１つの自己診断検査（機器の動作状態のため等の）を実行するために埋込型医療デバイス１１０をプログラムすること、および／または１つ以上の療法を送達するために、および／または１つ以上の療法の送達を調整するために、埋込型医療デバイス１１０をプログラムすることを含む。一実施形態において、外部システム１２０は、吸息筋刺激の送達を開始するという、医師もしくは他のケア提供者または患者からのコマンドを受信する。

図２は、埋込型医療デバイス１１０の一実施形態を表す、埋込型医療デバイス２１０の一実施形態を示すブロック図である。埋込型医療デバイス２１０は、呼吸センサ２３０、呼吸周期検出器２３２、刺激回路２４０、および刺激制御器２５０を含む。呼吸センサ２３０は、呼吸周期および／または呼吸性能を示す１つ以上の呼吸信号を感知する。各呼吸周期は、横隔膜収縮に対応し、吸気段階および呼気段階を有する。呼吸周期検出器２３２は、呼吸周期を示す呼吸信号を使用して、呼吸周期を示す事象を検出する。呼吸周期を示す事象は、呼吸信号から検出可能であり、各呼吸周期の吸気段階および呼気段階の発現時およびピーク等、呼吸数で発生する事象を含む。一実施形態において、呼吸周期検出器２３２は、呼吸周期を示す検出された事象を使用して、呼吸数を計算する。一実施形態において、呼吸周期検出器２３２は、人工的刺激が印加されていない時に検出される呼吸周期を示す事象を使用して、固有呼吸数を計算する。固有呼吸数は、自然に発生する（人工的刺激なしで）呼吸の頻度である。刺激回路２４０は、電極を通じて刺激を送達する。一実施形態において、電極は、リード１１２Ａ〜Ｂの各々に組み込まれる１つ以上の電極を含む。種々他の実施形態において、電極は、左右横隔神経１０６Ａ〜Ｂおよび／または横隔膜１０８に刺激を送達するために、左右横隔神経１０６Ａ〜Ｂおよび／または横隔膜１０８上に、またはその近傍に配置される電極を含む。刺激制御器２５０は、刺激速度を使用して刺激の送達を制御し、刺激速度調整器２５８を含む。刺激速度調整器２５８によって、刺激の送達が開始された時に固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で、刺激が送達される。呼吸周期は、固有呼吸周期および刺激が、刺激の送達中に共振する刺激速度に適合される。一実施形態において、刺激速度調整器２５８によって、呼吸周期を示す事象の各検出に応じて刺激が送達され、固有呼吸周期および刺激が共振することが可能となるように、刺激が固有呼吸周期に同期化される。これにより、刺激が、患者の固有呼吸リズムからの横隔膜収縮のタイミングを制御することが可能となる。次いで、刺激速度調整器２５８は、刺激速度が指定の標的呼吸数に到達するまで、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で、刺激速度を減少させる。

図３は、埋込型医療デバイス２１０の具体的な実施形態を表す、埋込型医療デバイス３１０の一実施形態を示すブロック図である。埋込型医療デバイス３１０は、呼吸センサ３３０、呼吸周期検出器３３２、呼吸性能モニタ３３４、心臓性能センサ３３６、心臓性能モニタ３３８、刺激回路３４０、活動センサ３４２、コマンド受信機３４４、および刺激制御器３５０を含む。

呼吸センサ３３０は、呼吸センサ２３０の具体的な実施形態を表し、１つ以上の呼吸信号を感知する。種々の実施形態において、呼吸センサ３３０は、横隔膜運動、または横隔膜運動の結果として異なる生理学的パラメータを感知する。呼吸センサ３３０の実施例として、血管内インピーダンスセンサ、血管外加速度計、血管内歪みゲージセンサ、血管外歪みゲージセンサ、心内圧センサ、光電脈波センサ、および気管支内流量センサのうちの１つ以上が挙げられる。

呼吸周期検出器３３２は、呼吸周期検出器２３２の具体的な実施形態を表し、呼吸周期を示す事象を検出する。一実施形態において、呼吸周期検出器３３２は、指定の呼吸周期数と関連した固有呼吸数の平均として、固有呼吸数を検出する。

呼吸性能モニタ３３４は、１つ以上の呼吸信号および／または１つ以上の他の感知された生理学的信号から呼吸性能を示す１つ以上の呼吸性能パラメータを検出する。呼吸性能パラメータの実施例として、１回換気量、分時換気量、および血中二酸化炭素濃度が挙げられる。１回換気量は、呼吸毎に吐き出される気体量である。より高い１回換気量は、「より深い」呼吸を示す。分時換気量は、リットル／分での総呼気量である。分時換気量は、１回換気量および呼吸数の結果であるため、その値は、呼吸数を減少させると同時に、１回換気量を増加させること（すなわち、より深く、より遅い呼吸）によって維持することができる。血中二酸化炭素濃度は、動脈血中の二酸化炭素濃度である。異常に高い血中二酸化炭素濃度は、低換気を示す。一実施形態において、呼吸周期を示す事象および１つ以上の呼吸性能パラメータは、同一の呼吸信号を使用して検出される。別の実施形態において、呼吸周期を示す事象および１つ以上の呼吸性能パラメータは、２つまたはそれ以上の呼吸信号を使用して検出される。

心臓性能センサ３３６は、心臓性能を示す信号を感知する。一実施形態において、信号は、心拍出量を示す。別の実施形態において、信号は、心前負荷を示す。心臓性能を示す信号の実施例として、心電図、心内電位図、血行動態性能を示す血行動態信号、圧力信号、光電容積脈波、およびインピーダンス信号が挙げられる。

心臓性能モニタ３３８は、各々が心臓性能を示す信号からの心臓性能の測定値である１つ以上の心臓性能パラメータを検出する。一実施形態において、１つ以上の心臓性能パラメータは、心拍出量を含む。種々の実施形態において、心臓性能モニタ３３８は、呼吸刺激の必要性を示す心臓事象を検出する。そのような心臓事象の例として、心室細動等の頻脈性不整脈、固有心拍数の突然の低下、失神前の心筋収縮力学の変化、不規則なまたは最小の心拍出量、および不十分な血行動態性能が挙げられる。

刺激回路３４０は、刺激回路２４０の具体的な実施形態を表し、電極を通じて刺激を送達する。一実施形態において、刺激は、平衡の取れた横隔膜収縮のために、左右横隔神経１０６Ａ〜Ｂの両方に送達される。別の実施形態において、刺激は、横隔膜１０８に直接送達される。

刺激制御器３５０は、刺激制御器２５０の具体的な実施形態を表し、刺激イニシエータ３５２、刺激同期器３５４、刺激安全スイッチ３５６、刺激速度調整器３５８、および刺激強度調整器３６０を含む。一実施形態において、刺激制御器３５０は、刺激速度（または刺激間隔）および刺激持続時間を含む、刺激パラメータを使用して、刺激の送達を制御する。刺激持続時間は、刺激が刺激速度で送達される時間間隔である。一実施形態において、刺激は、指定の刺激期間を使用してほぼ周期的に送達される。一実施形態において、刺激は、バーストで送達される電気パルスを含む。刺激制御器３５０は、バースト持続時間（またはバースト毎のパルス数）、パルス周波数（またはパルス間隔）、パルス振幅、およびパルス幅等の追加の刺激パラメータを使用して、電気パルスのバーストの送達を制御する。刺激パラメータに関しては、図４および５を参照して以下でさらに考察する。種々の実施形態において、刺激制御器３５０は、各々が本書に記載するような刺激パラメータを使用して刺激の送達を制御する、１つ以上の吸息筋刺激アルゴリズムを実行するようにプログラムされる、マイクロプロセッサまたは他の処理回路を含む。そのようなアルゴリズムの実施例として、吸息筋を調整および強化することによる、呼吸容量を増強する吸息筋トレーニングに対する吸息筋トレーニングアルゴリズム、種々の呼吸障害を治療することによる、呼吸性能向上に対する呼吸性能アルゴリズム、血圧、血液の戻り、および心拍出量等の血行動態機能を調節することによる、心臓性能向上に対する心臓性能アルゴリズム、ならびに交感神経系および副交感神経系の緊張を制御することによる、自律平衡を調節するための自律平衡アルゴリズムが挙げられる。

刺激イニシエータ３５２は、刺激が刺激速度で送達される刺激持続時間を開始する。一実施形態において、刺激は、吸息筋トレーニングのために印加される。刺激イニシエータ３５２は、刺激期間を使用してほぼ周期的に等、刺激スケジュールに従って、指定の送達時間で刺激持続時間を開始する。種々の実施形態において、刺激イニシエータ３５２は、患者の身体活動が最小レベルにある時に、刺激持続時間が開始されることを確実にする。例えば、指定の送達時間は、患者が就寝している、または最小の身体活動を有すると予想される時を含む。具体的な実施形態において、活動センサ３４２は、患者の身体活動レベルを示す信号を感知する。刺激イニシエータ３５２は、活動レベルが指定の送達時間中に指定の閾値レベル以下である場合に、刺激持続時間を開始する。別の実施形態において、刺激は、呼吸性能を向上させるために印加される。刺激イニシエータ３５２は、１つ以上の呼吸性能パラメータが不十分な呼吸性能を示す場合、固有呼吸数が指定の閾値数以下である場合、分時換気量指定の最小分時換気量以下である場合、チェーン・ストークス呼吸が検出される場合、または二酸化炭素濃度が指定の閾値以上に上昇する場合等、１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して、刺激持続時間を開始する。別の実施形態において、刺激は、心臓性能を向上させるために印加される。刺激イニシエータ３５２は、１つ以上の心臓性能パラメータが閾値心拍出量以下の心拍出量を示す場合、血圧が閾値血圧以上に上昇する場合、または心前負荷が閾値前負荷以上に上昇する場合等、１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、刺激持続時間を開始する。別の実施形態において、刺激は、交感神経系および副交感神経系の緊張を調節するために印加される。刺激イニシエータ３５２は、１つ以上の心臓性能パラメータ、または自律平衡を示す他の信号を使用して、刺激持続時間を開始する。一実施形態において、コマンド受信機３４４は、医師もしくは他のケア提供者または患者からのコマンドを受信する。刺激イニシエータ３５２は、ユーザコマンドに応じて刺激持続時間を開始する。これにより、例えば、患者がセンサ応答の前に失神の前兆を感じた時に、刺激の送達を開始することが可能となる。種々の実施形態において、刺激イニシエータ３５２は、指定の送達時間、呼吸数および他の呼吸性能パラメータ、活動レベル、心臓性能パラメータ、ならびにユーザコマンドのうちの１つ以上を使用して、刺激持続時間を開始する。

刺激同期器３５４は、刺激の送達を呼吸周期に同期化する。一実施形態において、刺激同期器３５４は、呼吸周期の各々の吸気段階の発現時を検出し、吸気段階の発現時の検出に応じて、電気パルスのバーストの各々の送達を始動させる。

刺激安全スイッチ３５６は、１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して刺激の送達を阻止する。刺激の送達の阻止は、刺激の送達を停止すること、または刺激の送達の開始を無効にすることを含む。一実施形態において、刺激安全スイッチ３５６は、１つ以上の呼吸性能パラメータが低換気または過換気を示す場合に、刺激を阻止する。１つ以上の呼吸性能パラメータが低換気を示す場合、刺激安全スイッチ３５６は、刺激が送達されてきたかどうかに応じて、刺激の送達を許可または阻止する。刺激が送達されていない間に低換気が示された場合、刺激安全スイッチ３５６は、刺激の送達の開始を許可する（すなわち、阻止しない）。刺激送達されている間に低換気が示された場合、刺激が低換気に寄与した可能性があるか、または少なくとも効果がないため、刺激安全スイッチ３５６は、刺激の送達を停止する。したがって、種々の実施形態において、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合、分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合、および／または二酸化炭素濃度が、１つ以上の閾値二酸化炭素濃度によって定義された指定の正常範囲外である場合、刺激安全スイッチ３５６は、刺激の送達を阻止する。種々の実施形態において、刺激安全スイッチ３５６はまた、患者の身体的、生理学的、および病態生理学的状態の１つ以上の実質的な変化が検出される場合に、刺激の送達を阻止する。例えば、刺激安全スイッチ３５６は、活動レベル、姿勢、または心拍数の実質的な変化の検出に応じて、刺激の送達を阻止する。

刺激速度調整器３５８は、刺激速度調整器２５８の具体的な実施形態を表し、刺激の送達が開始された時に固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で、刺激が送達されるようにする。一実施形態において、刺激速度調整器３５８は、刺激が同期化されるように、呼吸周期を示す事象の検出に応じて刺激が送達されるようにする。指定の期間の後等、呼吸周期が刺激の制御下にあった後に、刺激速度調整器２５８は、標的呼吸が達成されるまで、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で、刺激速度を減少させる。次いで、吸息筋は、検出された固有呼吸数よりも低い、標的呼吸数で刺激された横隔膜収縮によってトレーニングされる。

刺激強度調整器３６０は、１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整する。刺激が電気パルスのバーストを使用する一実施形態において、刺激強度パラメータは、バースト持続時間（またはバースト毎のパルス数）、パルス周波数（またはパルス期間もしくはパルス間隔）、パルス振幅、およびパルス幅を含む。一実施形態において、刺激強度調整器３６０は、心拍出量が指定の閾値心拍出量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるために、刺激強度パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。別の実施形態において、刺激強度調整器３６０は、１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して、刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整する。具体的な実施形態において、刺激強度調整器３６０は、１回換気量が指定の最小１回換気量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるために、刺激強度パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。別の具体的な実施形態において、刺激強度調整器３６０は、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるために、および分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合に、刺激の強度（呼吸の深さ）を低下させるために、刺激強度パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。別の具体的な実施形態において、刺激強度調整器３６０が、刺激強度パラメータのうちの少なくとも１つを調整する一方で、刺激速度調整器３５８は、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合に、刺激速度を増加させ、分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合に、刺激速度を減少させる。一実施形態において、最大分時換気量は、過換気を防ぐために、前の平均分時換気量以下の値に指定される。種々の実施形態において、刺激強度調整器３６０は、１つ以上の呼吸性能パラメータおよび１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、刺激強度パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。種々の実施形態において、刺激速度調整器３５８および／または刺激強度調整器３６０は、刺激速度および刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整することによって、分時換気量を実質的に一定の値に維持する。

図４は、吸息筋刺激のための刺激パラメータの一実施形態を示すタイミング図である。図示される実施形態において、刺激パラメータは、ほぼ周期的に電気パルスのバーストの送達を制御するために使用される。図４は、呼吸信号４００および電気パルスのバーストを示す。刺激の各送達は、電気パルスのＮバーストの送達を含む。刺激間隔４０２は、２つの電気パルスのバースト間の時間間隔であり、電気パルスのバーストが送達される刺激速度に対応する。刺激速度は、患者の固有呼吸数に依存する。刺激持続時間４０４は、電気パルスのバーストが刺激速度で送達される、刺激の一送達の持続時間である。一実施形態において、刺激持続時間は、１５分〜６０分の間である。刺激期間４０６は、刺激持続時間４０２が開始される期間である。一実施形態において、刺激期間は、２４〜９６時間の間である。一実施形態において、図４に図示するような周期的刺激は、吸息筋トレーニングのために印加される。医師または他のケア提供者は、各々が刺激持続時間を有するトレーニングセッションの数を指定する、吸息筋トレーニングスケジュールを決定する。トレーニングは、医師または他のケア提供者によって再開されない限り、数が達成された時に完了する。

図５は、吸息筋刺激のための電気パルスのバーストの一実施形態を示す。図示される電気パルスのバーストは、Ｍパルスを含む。パルス期間５１０（パルス周波数の逆数）は、パルス１−Ｍが送達される期間である。バースト持続時間５１２は、パルス１−Ｍが送達される時間間隔であり、代替として、バースト中の数（Ｍ）によって指定することができる。パルス振幅５１４は、電気パルスの電圧または電流振幅である。パルス幅５１６は、パルス１−Ｍの各々の幅である。

図６は、横隔神経に刺激を送達するための、埋込型経静脈リード６１２の一実施形態を示す。リード６１２は、リード１１２Ａ〜Ｂの各々の一実施形態を表す。

リード６１２は、近位端６１４、遠位端６１６、および近位端６１４と遠位端６１６との間の細長い本体６１８を有する。図示される実施形態において、刺激電極６７２Ａ〜Ｄは、遠位端６１６および細長い本体６１８の遠位部の上に分布される。種々の実施形態において、１つ以上の刺激電極は、遠位端６１６および細長い本体６１８のうちの１つ以上の上に分布され、刺激を送達する。近位端６１４のコネクタ６７４は、リード６１２と埋込型医療デバイス１１０との間の電気的および機械的接続を提供する。導体６７６Ａ〜Ｄは、刺激電極６７２Ａ〜Ｄのうちの１つとコネクタ６７４との間でそれぞれ接続される。

遠位端６１６は、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つ等の静脈の中で、遠位端を実質的に固定するために好適なウェイトを有する、重力固定デバイス６７０を含む。図示される実施形態において、刺激電極６７２Ａは、重力固定デバイス６７０に組み込まれるか、またはそれを形成する。したがって、重力固定デバイス６７０は、刺激電極６７２Ａを含む。

リード６１２は、遠位端６１６および細長い本体６１８の遠位部が、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つの中に配置されることが可能となるように構成される。リード配置のために、遠位端６１６は、左右鎖骨下静脈１０２Ａ〜Ｂのうちの１つ以上を通じて、および／または左右内頸静脈１０３Ａ〜Ｂのうちの１つ以上を通じて、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つに前進される。例えばリード６１２を使用する経静脈アクセスによる刺激の送達の利点として、横隔神経１０６Ａ〜Ｂの永久的な損傷の回避、最小限の侵襲性、低い感染リスク、短期間の入院、および心臓ペーシングリードを埋め込むために使用する移植技術との類似性が挙げられる。

リード６１２のための詳細な構造および材料は、その全体が参照として本明細書に組み込まれる、全てＣａｒｄｉａｃ Ｐａｃｅｍａｋｅｒｓ， Ｉｎｃ．に譲渡された、米国特許第６，１４１，５９４号、“ＳＩＮＧＬＥ ＰＡＳＳ ＬＥＡＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＡＣＴＩＶＥ ＡＮＤ ＰＡＳＳＩＶＥ ＦＩＸＡＴＩＯＮ ＥＬＥＭＥＮＴＳ”、米国特許第６，４６３，３３４号、“ＥＸＴＥＮＤＡＢＬＥ ＥＮＤ ＲＥＴＲＡＣＴＡＢＬＥ ＬＥＡＤ”、米国特許第６，９１５，１６９号、“ＥＸＴＥＮＤＡＢＬＥ ＡＮＤ ＲＥＴＲＡＣＴＡＢＬＥ ＬＥＡＤ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＳＮＡＰ−ＦＩＴ ＴＥＲＭＩＮＡＬ ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ”で考察されるような、埋込型心臓ペーシングリードに使用される構造および材料と同様である。一実施形態において、リード６１２は、図６〜９を参照して本書で考察される新規の特徴を含むように、そのような埋込型心臓ペーシングリードの構造および要素を採用および／または修正することによって製造される。

横隔神経刺激のために、リード６１２等の埋込型経静脈リードを埋め込むために、導入器によって鎖骨下静脈または内頸静脈内にガイドカテーテルが導入され、次いで、心膜横隔静脈にカニューレが挿入される。リード配置のためのロードマップを作成するために、静脈造影図が必要とされ得る。一実施形態において、ガイドワイヤは、ガイドカテーテルに導入される。リードは、導管としてガイドカテーテルを使用して、ガイドワイヤを越えて心膜横隔静脈に前進される。別の実施形態において、リードは、直接送達導管としてガイドカテーテルを使用して、スタイレットを介して送達される。両側刺激のために、２つのリードが使用され、１つ以上の専用に形状決定されたガイドカテーテルを用いて、同一の鎖骨下静脈または頸静脈を通じて、両方のリードを埋め込むことができる。リードは、埋込型医療デバイス１１０等の埋込型医療デバイスに接続される。リード配置の間、リード位置を最適化し、心刺激を防ぐために、試験刺激に応じた横隔膜運動が監視される。

別の実施形態において、リードは、低侵襲腹腔鏡手術によって埋め込まれる。別の実施形態において、刺激電極は、心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂ内に埋め込まれるデバイスに組み込まれる。これらのデバイスは、埋込型医療デバイス１１０等の埋込型医療デバイス、または外部システム１２０等の外部システムとワイヤレスで通信する。

図７は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リード７１２の遠位端７１６の一実施形態を示す。リード７１２は、リード１１２Ａ〜Ｂの各々の別の実施形態を表す。リード７１２は、その細長い本体７１８の遠位部が、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つ等の静脈の中で、遠位端７１６を固定するために偏向されることを除いて、リード６１２と実質的に同様である。電極７７２Ａ〜Ｄは、細長い本体７１８の偏向された部分に沿って分布される。一実施形態において、重力固定デバイス６７０は、静脈の中で遠位端７１６をさらに固定するために、遠位端７１６に組み込まれる。種々の実施形態において、本書で考察される埋込型経静脈リードはそれぞれ、本書で考察される重力固定デバイスまたは偏向されたリード本体のうちの１つ以上が挙げられるがこれに限定されない、１つ以上の固定機構を含む。

図８は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リード８１２の一実施形態を示す。リード８１２は、リード１１２Ａ〜Ｂの各々の一実施形態を表し、リード６１２と同様の方法で、導体を介してコネクタに連結される刺激電極を含む。

図８に図示するように、リード８１２は、近位端８１４、遠位端８１６、および近位端８１４と遠位端８１６との間の細長い本体８１８を有する。遠位端８１６は、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つ等の静脈の中で、遠位端を実質的に固定するために好適なウェイトを有する、重力固定デバイス８７０を含む。管腔８８０は、近位端８１４における近位開口部８８２、および遠位端８１６における遠位開口部８８４を有する。管腔８８０は、細長い本体８１８とともに延在し、一部を重力固定デバイス８７０内のトンネルとして含む。管腔８８０は、リード８１２を埋め込むために使用されるガイドワイヤの一部を収容するために好適である。

図９は、横隔神経に刺激を送達するための埋込型経静脈リード９１２の別の実施形態を示す。リード９１２は、リード１１２Ａ〜Ｂの各々の別の実施形態を表し、リード６１２と同様の方法で、導体を介してコネクタに連結される刺激電極を含む。

図９に図示するように、リード９１２は、近位端９１４、遠位端９１６、および近位端９１４と遠位端９１６との間の細長い本体９１８を有する。遠位端９１６は、左右心膜横隔静脈１０４Ａ〜Ｂのうちの１つ等の静脈の中で、遠位端を実質的に固定するために好適なウェイトを有する、重力固定デバイス９７０を含む。重力固定デバイス９７０は、近位開口部９８２および遠位開口部９８４を有する、トンネル９８０を含む。トンネル９８０は、リード９１２を埋め込むために使用されるガイドワイヤの一部を収容するために好適である。

図１０は、吸息筋刺激のための方法１０００の一実施形態を示すフローチャートである。一実施形態において、方法１０００は、埋込型医療デバイス２１０を使用して実行される。種々の実施形態において、方法１０００は、吸息筋トレーニング、呼吸性能の向上、心臓性能の向上、ならびに血圧および自律平衡の調節のために適用される。

呼吸活動および性能を示す呼吸信号は、１０１０において感知される。呼吸周期は、１０１２において、呼吸信号を使用して検出される。呼吸周期を示す事象は、呼吸信号から検出可能であって呼吸数で発生する事象を含む。呼吸数は、人工的刺激が印加されていない時の固有呼吸数である。一実施形態において、呼吸数は、呼吸周期を示す検出された事象を使用して計算される。具体的な実施形態において、固有呼吸数は、吸息筋刺激が送達されていない時に検出される呼吸周期を示す事象を使用して計算される。刺激の送達は、１０１４において開始される。刺激は、刺激速度が固有呼吸数をほぼ等しくなるように、検出された呼吸周期を追跡することによって呼吸周期に同期化され、送達される。一実施形態において、刺激は、呼吸周期を示す事象の各検出に応じて送達される。刺激速度は、１０１６において、刺激が送達されている間に、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で、徐々に減少される。一実施形態において、刺激速度は、１０１６において、分時換気量が刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を調整することによって実質的に一定の値に維持される一方で、徐々に減少される。種々の実施形態において、刺激は、横隔膜収縮をもたらすように、患者の横隔神経または横隔膜に送達される。検出された固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で刺激し、次いで、徐々に減少することによって、刺激は、患者の固有呼吸リズムからの横隔膜収縮を制御する。これは、患者により遅くかつより深い呼吸をさせ、それにより、吸息筋を調整および強化する。

図１１は、方法１０００の具体的な実施形態を表す、方法１１００の別の実施形態を示すフローチャートである。一実施形態において、方法１１００は、埋込型医療デバイス３１０を使用して実行される。

１１１０において、呼吸活動および性能を示す呼吸信号が感知される。呼吸信号は、呼吸周期を示す。各呼吸周期は、吸気段階および呼気段階を有する。呼吸信号の実施例として、血管内インピーダンス信号、血管外加速度計信号、血管内または血管外歪みゲージセンサ信号、心内圧センサ信号、光電脈波信号、胸部インピーダンス信号、および気管支内流量信号が挙げられる。そのような呼吸信号は、横隔膜運動または横隔膜運動の生理学的効果のいずれかに起因する構成要素を含む。１１１２において、呼吸周期を示す事象が呼吸信号を使用して検出される。一実施形態において、これは、呼吸周期の吸気段階または呼気段階の発現時またはピーク等の周期的事象の検出を含む。一実施形態において、固有呼吸数は、吸息筋刺激が送達されていない時に検出される呼吸周期を示す事象を使用して計算される。

１１１４において、呼吸性能が監視される。一実施形態において、呼吸性能を示す１つ以上の呼吸性能パラメータは、呼吸信号から検出される。そのような呼吸性能パラメータの実施例として、１回換気量、分時換気量、および血中二酸化炭素濃度が挙げられる。これらの呼吸性能パラメータは、低換気および過換気等の異常事象を示す。

１１１６において、心臓性能が監視される。心臓性能を示す信号が感知される。そのような信号の実施例として、心電図、心内電位図、血圧信号、光電容積脈波、および経胸腔インピーダンス信号が挙げられる。１つ以上の心臓性能パラメータは、心臓性能を示す信号から検出される。１つ以上の心臓性能パラメータはそれぞれ、心臓性能の測定値である。一実施形態において、１つ以上の心臓性能パラメータは、心拍出量を含む。一実施形態において、刺激を使用する吸息筋トレーニングの必要性を示す心臓事象が検出される。そのような心臓事象の例として、心室細動等の頻脈性不整脈、固有心拍数の突然の低下、失神前の心筋収縮力学の変化、不規則なまたは異常に低い心拍出量、高血圧、および不十分な血行動態性能を示す他の事象が挙げられる。

１１１８において、刺激が印加されるべきかどうかが決定される。種々の実施形態において、刺激の目的に応じて、刺激の送達は、刺激スケジュール、１日のうちの時間、固有呼吸数、患者の身体活動レベル、不十分な呼吸性能を示す事象またはパラメータ（低換気およびチェーン・ストークス呼吸等）、不十分な心臓性能を示す事象またはパラメータ（低心拍出量、高血圧、および高心前負荷等）、および医師もしくは他のケア提供者または患者からのユーザコマンドに従って、指定の時間のうちの１つ以上によって始動されるものである。刺激が吸息筋トレーニングのために送達される一実施形態において、刺激の送達は、指定の刺激期間および患者の身体活動レベルを示す信号を使用して、ほぼ周期的に始動され、刺激が患者の安静時に送達されるようにする。

１１１８において決定されるように、刺激が印加されるべきである場合、１１２０において、刺激の送達は、刺激速度が固有呼吸数を追跡することを可能にすることによって、刺激持続時間を開始することによって開始される。刺激は、左右横隔神経の両方に、または横隔膜に送達される。一実施形態において、刺激は、上記で考察されるリード６１２、７１２、８１２、および９１２のうちの１つ以上等の、２つの埋込型経静脈リードを使用して送達される。一旦開始されると、安全上の理由から終了されない限り、刺激は、指定の刺激持続時間にわたって送達される。一実施形態において、刺激は、電気パルスのバーストの送達を含む。刺激の送達を制御するための刺激パラメータは、刺激期間、刺激持続時間、および刺激速度を含み、刺激速度は、電気パルスのバーストが送達される周波数である。一実施形態において、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）は、バースト持続時間（またはバースト毎のパルス数）、パルス周波数（またはパルス間隔）、パルス振幅、およびパルス幅を含む刺激強度パラメータを使用して制御される。これらの刺激パラメータは、図４および５を参照して上記で考察される。一実施形態において、電気パルスのバーストの送達は、呼吸周期に同期化される。各呼吸周期の吸気段階の発現時は、呼吸信号が検出され、電気パルスのバーストは、各呼吸周期の吸気段階の発現時の検出に応じて送達される。

１１２２において、刺激は、標的呼吸数へと徐々に減少される刺激速度で送達される。刺激速度は、呼吸周期が刺激速度に適合することが可能となる速度で減少される。標的呼吸数は、固有呼吸数よりも低く、したがって、患者により遅く呼吸させる。呼吸の深さは、刺激強度パラメータによって制御される。一実施形態において、刺激が送達される一方で、分時換気量は、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を調整することによって、実質的に一定の値に維持される。

１１２４において、刺激持続時間が終了した時に、刺激の送達が完了している場合、１１３２において、刺激の送達は終了される。１１２４において、刺激の送達が完了していない場合、１１２６において、刺激が阻止されるべきかどうかが決定される。種々の実施形態において、刺激は、呼吸障害が検出される場合、および刺激が患者の呼吸および／または心臓性能を悪化させ得る場合等に、患者の安全上の理由から阻止される。刺激が阻止されるべきかどうかは、少なくとも１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して決定される。種々の実施形態において、刺激は、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合、分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合、および／または二酸化炭素濃度が、１つ以上の閾値二酸化炭素濃度によって定義された指定の正常範囲外である場合、阻止される。一実施形態において、刺激が阻止されるべきかどうかは、１つ以上の呼吸性能パラメータおよび１つ以上の心臓性能パラメータを使用して決定される。１１２６において、刺激が阻止される場合、１１３２において、刺激の送達は終了される。

１１２６において、刺激が阻止されない場合、１１２８において、刺激強度が調整されるべきかどうかが決定される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上は、１つ以上の心臓性能パラメータを使用して調整される。例えば、刺激強度は、患者の心拍出量を増加させるためのより深い呼吸のために増加される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上は、心拍出量が指定の閾値心拍出量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるように調整される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上は、１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して調整される。例えば、刺激強度は、１回換気量および／または分時換気量を増加させるためのより深い呼吸のために増加される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上は、１回換気量が指定の最小１回換気量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるように調整される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上は、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を増加させるように調整され、分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合に、刺激の強度（したがって呼吸の深さ）を減少させるように調整される。一実施形態において、刺激強度パラメータのうちの１つ以上の調整に加えて、刺激速度は、分時換気量が指定の最小分時換気量以下である場合に増加され、分時換気量が指定の最大分時換気量を超える場合に減少される。一実施形態において、最大分時換気量は、過換気を防ぐために、前の平均分時換気量を超えない値に指定される。１１２８において、刺激強度が調整されるべきである場合、１１３０において、刺激速度および／または刺激強度パラメータのうちの１つ以上は調整される。種々の実施形態において、これは、刺激速度、バースト持続時間、パルス周波数、パルス振幅、およびパルス幅（それらの同等物を含む）のうちの１つ以上の調整を含む。

上記の発明を実施するための最良の形態は、例示的であるように意図され、制限的であるように意図されないことを理解されたい。その他の実施形態は、上記発明を実施するための最良の形態を熟読および理解することによって、当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項と、このような請求項が権利を有する同等物の全範囲とを参照して判断される。

Claims (12)

1. 左右横隔神経および左右心膜横隔静脈を有する体内において使用されるシステムであって、前記システムは、埋め込み型医療デバイスを含み、
   前記埋め込み型医療デバイスは、
   呼吸信号を感知するように構成された呼吸センサと、
   前記呼吸信号を使用して呼吸周期を示す事象を検出するように構成された呼吸周期検出器であって、前記呼吸周期は、固有呼吸数を示す、呼吸周期検出器と、
   刺激を送達するように構成された刺激回路と、
   前記呼吸周期検出器および前記刺激回路に結合された刺激制御器であって、前記刺激制御器は、前記刺激の送達を制御するように構成されており、前記刺激制御器は、刺激速度調整器を含み、前記刺激速度調整器は、前記固有呼吸数にほぼ等しい刺激速度で前記刺激が送達されるようにし、前記刺激速度が指定の標的呼吸数に到達するまで、前記呼吸周期が前記刺激速度に適合することを可能にする速度で前記刺激速度を減少させるように構成されている、刺激制御器と、
   前記呼吸信号から呼吸性能を示す１つ以上の呼吸性能パラメータを検出するように構成された呼吸性能モニタと
   を含み、
   前記刺激制御器は、吸息筋を調整および強化することによって呼吸容量を増強する吸息筋トレーニングのために、前記刺激の送達を制御するように適合された吸息筋トレーニングアルゴリズムを実行するようにプログラムされており、
   前記刺激制御器は、刺激安全スイッチを含み、前記刺激安全スイッチは、前記１つ以上の呼吸性能パラメータを使用して、前記刺激の送達を阻止するように構成されている、システム。
2. 前記刺激制御器は、前記刺激速度と、前記刺激が前記刺激速度で送達される刺激持続時間とを使用して、前記刺激の送達を制御するように構成されており、前記埋込型医療デバイスは、活動レベルを示す信号を感知するように構成された活動センサを含み、前記刺激制御器は、刺激イニシエータを含み、前記刺激イニシエータは、前記活動レベルが指定の送達時間に指定の閾値レベル以下である場合に、刺激スケジュールに従って、前記刺激持続時間を開始するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記埋込型医療デバイスは、
   心臓性能を示す信号を感知するように構成された心臓性能センサと、
   前記心臓性能を示す信号から１つ以上の心臓性能パラメータを検出するように構成された心臓性能モニタと
   を含む、請求項１および２のうちのいずれかに記載のシステム。
4. 前記刺激イニシエータは、前記１つ以上の心臓性能パラメータが前記刺激を送達する必要性を示す場合に、前記刺激の送達を開始するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記刺激制御器は、前記刺激速度と、前記刺激持続時間と、前記刺激の強度を制御する１つ以上の刺激強度パラメータとを使用して、前記刺激の送達を制御するように構成されており、前記刺激制御器は、刺激強度調整器を含み、前記刺激強度調整器は、前記１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整するように構成されている、請求項３および４のうちのいずれかに記載のシステム。
6. 前記刺激イニシエータは、前記１つ以上の呼吸性能パラメータが前記刺激を送達する必要性を示す場合に、前記刺激の送達を開始するように構成されている、請求項１〜５のうちのいずれかに記載のシステム。
7. 前記刺激制御器は、前記刺激速度と、前記刺激持続時間と、前記刺激の強度を制御する１つ以上の刺激強度パラメータとを使用して、前記刺激の送達を制御するように構成されており、前記刺激制御器は、刺激強度調整器を含み、前記刺激強度調整器は、前記１つ以上の心臓性能パラメータを使用して、前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上を調整するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記呼吸性能モニタは、分時換気量検出器を含み、前記分時換気量検出器は、前記呼吸信号を使用して分時換気量を検出するように構成されており、前記刺激速度調整器および前記刺激強度調整器は、前記刺激速度と前記刺激強度パラメータのうちの１つ以上とを調整することによって、前記分時換気量を実質的に一定の値に維持するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記システムは、第１の埋込型経静脈リードと第２の埋込型経静脈リードとを含み、
   前記第１の埋込型経静脈リードおよび前記第２の埋め込み型静脈リードの各々は、
   前記刺激回路に接続されるように構成された近位端と、
   前記左右心膜横隔静脈のうちの１つの中に配置されるように構成された遠位端と、
   前記近位端と前記遠位端との間の細長い本体と、
   前記左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達するように、前記遠位端および前記細長い本体のうちの１つ以上の上に分布する１つ以上の刺激電極と、
   前記遠位端における重力固定デバイスであって、前記重力固定デバイスは、前記左右心膜横隔静脈のうちの前記１つの中で前記遠位端を実質的に固定するために適したウェイトを有する、重力固定デバイスと
   を含む、請求項１〜８のうちのいずれかに記載のシステム。
10. 前記システムは、左右心膜横隔静脈のうちの１つを介して、一方または左右の横隔神経に刺激を送達するために、埋込型医療デバイスとともに使用される埋込型経静脈リードを含み、
    前記リードは、
    前記埋込型医療デバイスに接続されるように構成された近位端と、
    前記左右心膜横隔静脈のうちの１つの中に配置されるように構成された遠位端と、
    前記近位端と前記遠位端との間の細長い本体と、
    前記左右横隔神経のうちの１つに刺激を送達するように、前記遠位端および前記細長い本体のうちの１つ以上の上に分布する１つ以上の刺激電極と、
    前記遠位端における重力固定デバイスであって、前記重力固定デバイスは、前記左右心膜横隔静脈のうちの前記１つの中で前記遠位端を実質的に固定するために適したウェイトを有する、重力固定デバイスと
    を含む、請求項１〜８のうちのいずれかに記載のシステム。
11. 前記重力固定デバイスは、前記１つ以上の刺激電極のうちの１つを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記重力固定デバイスは、ガイドワイヤの一部を収容するように構成されたトンネルを含む、請求項１０および１１のうちのいずれかに記載のシステム。

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