JP2013540005A - 循環補助装置の制御 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本願は、2010年9月24日に「人為的拍動の発生」と題して出願した米国仮出願第61/386,018及び2011年4月6日に「循環補助装置の制御」と題して出願した米国仮出願第61/472,241に対する優先権及びその他のすべての関連利権を主張するものである。これらの特許の全内容はここに参照することにより本明細書に組み入れられるものとする。
本明細書は循環補助装置の制御に関するものである。
フローバランス制御モードにおいては、制御装置20はポンプ16、18を通じて流れる血流の所定の関係が維持されるようにポンプ16、18のうちの1つの速度を設定する。制御装置20はポンプ16、18のうちの一方をリード・ポンプと認定し、ポンプ16、18のうちの他方をフロー・バランシング・ポンプとする。リード・ポンプは、例えば、望ましいレベルの心室に対する機能的支援を提供するように選択された固定速度で作動する。制御装置20は、リード・ポンプを流れる血流に基づいてフロー・バランシング・ポンプの速度を設定する。
程度大きい。心拍出量が変動している場合、通常は、右心拍全出量は通常は左心全出量の約90%かそれ以下に維持されるべきである。いくつかの実施例では左心室12と右心室14からの出量は等しいと想定されている。その結果、制御装置20は、装置10を安全に作動させるために、右側の血液ポンプ18を通じて流れる血流が左側の血液ポンプ16を通じて流れる血流の90%未満に維持する。
拍動指数制御モードを用いて、制御装置20は対応する心室12、14が望ましい負荷を受けるようにポンプ16、18のうちの1つの速度を設定する。制御装置20はポンプ16、18のうちの一方をリード・ポンプとして認定し、以下に述べる計算された拍動指数を目標レベルに維持するようにリード・ポンプの速度を調節する。その結果、生理的な状態が変化しても、心室に対する負荷はほぼ一定に保たれる。制御装置20は以下に述べるフロー・バランシング制御モードを用いてリード・ポンプを通じて流れる血流に基づいて他方のポンプ16、18の速度を調節する。
二重拍動指数制御モードを用いて、制御装置20は両方の心室12、14にかかる負荷を調整するためにポンプ16、18の両方の速度を設定する。制御装置20は心室12、14のそれぞれに対して計算された拍動指数と心室12、14のそれぞれのための目標拍動指数を用いて、ポンプ16、18の速度を調節する。さらに、制御装置20は患者の心拍を基準心拍と比較することによってポンプ16、18の速度を調節する。
図6を参照して説明すると、制御装置20は心室12、14のそれぞれに関して計算された拍動指数PIR及びPILを用いて、別の制御モードを実施するプロセス600を実行する。しかしながら、心拍を基準心拍と比較するのではなく、制御装置20は心室12、14に対する負荷を調節し、リード・ポンプを通じて流れる基本的には一定した血流を維持するために、測定された血流を目標血流と比較する。
から時点T2に至る第1の部分1010の第2の区間1010b中に、血液ポンプ16は第2の回転速度ω2で作動される。同様に、第2の部分1020は血液ポンプ16の速度が、時点T2から時点T3に至るまでに第3の回転速度ω3から第4の回転速度ω4に徐々に、戦略的に選択された速度で増大される第1の区間1020aを含んでいる。第2の部分1020の第2の区間1020b中に、時点T3から時点T4までに、血液ポンプ16は第4の回転速度ω4で作動される。望ましい場合であれば、時点T4に、回転子の回転速度が第1の回転速度ω1に急速に加速できる加速ステップが設けられ、ポンプ速度パターン1000が繰り返される。
Claims (40)
- 右側回転式血液ポンプを通じて流れる血流を示す信号と、左側回転式血液ポンプを通じて流れる血流を示す信号を受信するように構成された入力インターフェースと、
一方の前記回転式血液ポンプの速度を他方の前記血液ポンプを通じて流れる血流に基づいて計算し、前記回転式血液ポンプの一方を計算された速度で作動させるように制御する処理装置と、
を備える血液ポンプ制御装置。 - 右側の血液ポンプに関する拍動指数を発生し、前記右側の血液ポンプに関する拍動指数に基づいて前記右側の血液ポンプの速度を設定し、左側の血液ポンプに関する拍動指数を発生し、前記左側の血液ポンプに関する拍動指数に基づいて前記左側の血液ポンプの速度を設定するように構成された処理装置、
とを備える心臓補助装置用の制御装置。 - 右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流を測定し、左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流を測定して、前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するように構成された処理装置
を備える血液ポンプ装置用の制御装置。 - 前記左側の血液ポンプが脈管構造に血液を供給し、前記右側の血液ポンプが肺臓系に血液を供給し、そして、前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するために、前記処理装置が、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より小さくなるように前記血液ポンプの一方の速度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項3記載の制御装置。
- 前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より小さくなるように前記血液ポンプの一方の速度を制御するために、前記処理装置が前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より血流の最少の割合だけ小さくなるように前記血液ポンプの一方の速度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項4記載の制御装置。
- 前記血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプの前記測定された血流に基づいて制御するために、前記処理装置が、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したこと、あるいは、前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したことを判断し、そして、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したか又は前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したという判断に対応して、前記血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプと通じて流れる前記測定された血流に基づいて調節するように構成されていることを特徴とする、請求項3−5のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを流れる前記測定された血流に基づいて制御するために、前記処理装置が、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流と前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流との間の所定の関係が満たされていないと判断して、前記所定の関係が満たされていないという判断に対応して、前記所定の関係が達成されるように前記回転式血液ポンプの一方の速度を調節するように構成されていることを特徴とする、請求項3−6のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプの前記測定された血流に基づいて制御するために、前記制御装置が、前記回転式血液ポンプの一方を通じて流れる前記測定された血流が閾値を超えたと判断して、前記測定された血流が前記閾値を下回るように前記血液ポンプの一方の速度を減速するように構成されていることを特徴とする、請求項3−7のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が、さらに、自然の生理的拍動の圧力変化を擬態する圧力変化速度を発生するために前記回転式血液ポンプの一方を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項3−8のいずれか1項記載の制御装置。
- 右心室を機能的に支援している右側の血液ポンプに関する拍動指数を計算し、前記右側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記右側の血液ポンプの速度を制御し、左心室を機能的に支援している左側の血液ポンプに関する拍動指数を計算し、前記左側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記左側の血液ポンプの速度を制御するように構成された処理装置
を備える心臓補助装置用の制御装置。 - 前記右側の血液ポンプが回転式ポンプであり、そして、前記左側の血液ポンプが回転式ポンプであることを特徴とする、請求項10記載の制御装置。
- 前記右側の血液ポンプのための拍動指数が右心室の収縮中に右心室にかかる負荷を示しており、そして、前記左側の血液ポンプのための拍動指数が左心室の収縮中に左心室にかかる負荷を示してことを特徴とする、請求項10または請求項11記載の制御装置。
- 各拍動指数(PI)が制御間隔を通じて以下の式:PI=(Qmax-Qmin)/Qaveで計算され、この式でQmaxは制御インターバル中の前記ポンプを通じての最大流量であり、Qminは前記制御インターバル中の前記ポンプを通じての最少流量であり、そして、Qaveは前記制御インターバル中の前記ポンプを通じての平均流量であることを特徴とする、請求項10−12のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が、前記右側の血液ポンプを通じて流れる血流を測定し、左側の血液ポンプを通じて流れる血流を測定し、そして、前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するように構成されていることを特徴とする、請求項10−13のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が、血液ポンプの一方を通じて流れる血流が流量閾値を超えているかどうかを判定するように構成され、
前記右側の血液ポンプの速度の制御と前記左側の血液ポンプの速度の制御とを行うため、前記処理装置が、前記右側の血液ポンプ用の拍動指数が第一の目標レベルを下回っており、前記左側血液ポンプ用の拍動指数が第2の目標レベルを下回っている場合において、
前記血液ポンプの一方を通じて流れる血流が前記流量閾値を上回っていない場合に前記右側の血液ポンプの速度の減速と前記左側の血液ポンプの速度の減速とを行い、
前記血液ポンプの一方を通じて流れる血流が前記流量閾値を上回っている場合には前記右側の血液ポンプの速度の維持と前記左側の血液ポンプの速度の維持とを行うように構成されていることを特徴とする、請求項14記載の制御装置。 - 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するために、前記処理装置が、前記右側の血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流と前記左側の血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流の間の所定の関係が満たされていないと判断して、前記関係が満たされていないという判断に対応して、その関係が達成されるように前記血液ポンプの一方の速度を調節するように構成されていることを特徴とする、請求項14または15に記載の制御装置。
- 前記処理装置が前記左側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記右側の血液ポンプの速度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項10-16のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が前記右側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記左側の血液ポンプの速度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項10−17のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が心拍を検出するように構成されており、さらに、前記処理装置が前記心拍に基づいて前記右側の血液ポンプの速度を制御し、さらに前記心拍に基づいて前記左側の血液ポンプの速度を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項10−18のいずれか1項記載の制御装置。
- 前記処理装置が前記心拍が閾値心拍を超えているかどうかを判定し、前記右側の血液ポンプの速度を制御するため及び前記左側の血液ポンプの速度を制御するために、前記処理装置が、前記右側の血液ポンプのための拍動指数が第1の目標レベルを下回っており、前記左側の血液ポンプのための拍動指数が第2の目標レベルを下回っている場合において、
前記心拍が前記閾値心拍を上回っていない場合には、前記右側の血液ポンプの速度を減速すると同時に前記左側の血液ポンプの速度も減速し、
前記心拍が前記閾値心拍を上回っている場合は、前記右側の血液ポンプの速度を維持すると同時に前記左側の血液ポンプの速度を維持するように構成されていることを特徴とする、請求項19記載の制御装置。 - 前記処理装置が
前記左側の血液ポンプを作動させて人為的に誘発された脈動血流をつくりだし、
前記人為的に誘発された脈動血流の人為的血流変動に影響される測定を前記左側拍動指数の計算から排除するように前記左側の血液ポンプを通じて流れる血流の測定を用いて前記左側拍動指数を計算するように構成されていることを特徴とする、請求項10−20のいずれか1項記載の制御装置。 - 右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流を測定するステップと、
左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流を測定するステップと、
前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを通じて流れる測定された血流に基づいて計算する制御装置を用いて、前記回転式血液ポンプの一方の速度を制御するステップと、
を含む血流を制御する方法。 - 前記左側の血液ポンプが血液を脈管構造に供給し、
前記右側の血液ポンプが血液を肺臓系に供給し、
前記血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプの測定された血流に基づいて計算する制御装置を用いてそれら前記血液ポンプの一方の速度を制御するステップが、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より小さくなるように前記血液ポンプの一方の速度を制御するステップを含んでいることを特徴とする、請求項22記載の方法。 - 前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より小さくなることようにそれら前記血液ポンプの一方の速度を制御するステップが、前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流が前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる血流より血流の最低の割合だけ小さくなるように前記血液ポンプのうちの一方の速度を制御するステップを含んでいることを特徴とする、請求項23記載の方法。
- 前記血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプの前記測定された血流に基づいて計算する制御装置を用いてそれら前記血液ポンプの一方の速度を制御するステップが、
前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したか、あるいは、前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したと判定するステップと、
前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化した又は前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流が変化したという判断に対応して、前記血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプの前記測定された血流に基づいて調節するステップを含んでいることを特徴とする、請求項22−24のいずれか1項記載の方法。 - 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて計算する制御装置を用いてそれら前記回転式血液ポンプの一方の速度を制御するステップが、
前記右側の回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流と前記左側の回転式血液ポンプを通じて流れる測定された血流の間の所定の関係が満たされていないと判断するステップと、
前記所定の関係が満たされていないという判断に対応して、前記所定の関係が満たされるように前記回転式血液ポンプの一方の速度を調節するステップを含んでいることを特徴とする、請求項22−25のいずれか1項記載の方法。 - 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記回転式血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて計算する制御装置を用いて前記回転式血液ポンプの一方の速度を制御するステップが、
前記回転式血液ポンプの一方を通じて流れる前記測定された血流が閾値を上回っていると判断するステップと、
前記測定された血流が前記閾値以下に下がるように前記血液ポンプの一方の速度を減速するステップを含んでいることを特徴とする、請求項22−26のいずれか1項記載の方法。 - さらに、自然の生理的拍動の圧力変化を擬態する圧力変化速度を発生するために前記回転式血液ポンプの一方を制御するステップを含んでいる、請求項22−27のいずれか1項記載の方法。
- 右心室を機能的に支援する右側の血液ポンプのための拍動指数を計算するステップと、
前記右側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記右側の血液ポンプの速度を制御するステップと、
左心室を機能的に支援する左側の血液ポンプのための拍動指数を計算するステップと、そして
前記左側の血液ポンプのための拍動指数に基づいて前記左側の血液ポンプの速度を制御するステップ
とを含む心臓補助装置を制御する方法。 - 前記右側の血液ポンプが回転式ポンプであり、前記左側の血液ポンプが回転式ポンプであることを特徴とする、請求項29記載の方法。
- 前記右側の血液ポンプのための拍動指数が右心室の収縮中に右心室にかかる負荷を示しており、前記左側の血液ポンプのための拍動指数が左心室の収縮中に左心室にかかる負荷を示していることを特徴とする、請求項29又は30記載の方法。
- 各拍動指数(PI)が制御間隔を通じて以下の式:PI=(Qmax-Qmin)/Qaveで計算され、この式でQmaxは前記制御インターバル中の前記ポンプを通じての最大流量であり、Qminは前記制御インターバル中の前記ポンプを通じての最少流量であり、そして、Qaveは前記制御インターバル中の前記ポンプを通じての平均流量であることを特徴とする、請求項29−30のいずれか1項記載の方法。
- さらに、前記右側の血液ポンプを通じて流れる血流を測定するステップと、
前記左側の血液ポンプを通じて流れる血流を測定するステップと、
前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するステップ
を含んでいる、請求項29−32のいずれか1項記載の方法。 - さらに、前記血液ポンプの一方を通じて流れる血流は流量閾値を超えているかどうかを判定するステップを含んでおり、
前記右側の血液ポンプの速度を制御するステップと前記左側の血液ポンプの速度を制御するステップが、前記右側の血液ポンプのための血液ポンプのための拍動指数が第1の目標レベルを下回っており、前記左側の血液ポンプのための拍動指数が第2の目標レベルを下回っている場合において、
前記血液ポンプの一方を通じて流れる血流が前記流量閾値を上回っていない場合に前記右側の血液ポンプの速度の減速と前記左側の血液ポンプの速度の減速とを行うステップと、
前記血液ポンプの一方を通じて流れる血流が前記流量閾値を上回っている場合に、前記右側の血液ポンプの速度の維持と前記左側の血液ポンプの速度の維持とを行うステップを含んでいることを特徴とする、請求項33記載の方法。 - 前記回転式血液ポンプの一方の速度を他方の前記血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流に基づいて制御するステップが、
前記右側の血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流と前記左側の血液ポンプを通じて流れる前記測定された血流の所定の関係が満たされていないと判定するステップと、
前記関係が満たされていないという判断に対応して、前記関係が達成されるように前記血液ポンプの一方の速度を調節するステップを含んでいることを特徴とする、請求項33又は34記載の方法。 - 前記右側の血液ポンプの速度を制御するステップがさらに前記左側の血液ポンプのための拍動指数に基づいていることを特徴とする、請求項29−35のいずれか1項記載の方法。
- 前記左側の血液ポンプの速度を制御するステップがさらに前記右側の血液ポンプのための拍動指数に基づいていることを特徴とする、請求項29−36のいずれか1項記載の方法。
- さらに、心拍を探知するステップを含んでおり、
前記右側の血液ポンプの速度を制御するステップがさらに前記心拍に基づいており、前記左側の血液ポンプの速度を制御するステップがさらに前記心拍に基づいていることを特徴とする、請求項29−37のいずれか1項記載の方法。 - さらに、前記心拍が閾値心拍を超えているかどうかを判定するステップを含んでおり、
前記右側の血液ポンプの速度を制御するステップと前記左側の血液ポンプの速度を制御するステップが、前記右側の血液ポンプのための拍動指数が第1の目標レベルを下回っており、前記左側の血液ポンプのための拍動指数が第2の目標レベルを下回っている場合において、
前記心拍が前記閾値心拍を上回っていない場合に、前記右側の血液ポンプの速度の減速と前記左側の血液ポンプの速度の減速とを行うステップと、
前記心拍が前記閾値心拍を上回っている場合には前記右側の血液ポンプの速度の維持と前記左側の血液ポンプの速度の維持とを行うステップを含んでいることを特徴とする。請求項38記載の方法。 - さらに、人為的に誘発される脈動血流をつくりだすために前記左側の血液ポンプを作動させるステップと、そして、
前記人為的に誘発される脈動性の血流の人為的血流変動によって影響される測定が前記左側拍動指数計算から排除されるように前記左側の血液ポンプを通じて流れる血流の測定を用いて前記左側拍動指数を計算するステップ
を含む請求項29―39のいずれか1項記載の方法。
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