KR102667045B1 - 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102667045B1 KR102667045B1 KR1020217035978A KR20217035978A KR102667045B1 KR 102667045 B1 KR102667045 B1 KR 102667045B1 KR 1020217035978 A KR1020217035978 A KR 1020217035978A KR 20217035978 A KR20217035978 A KR 20217035978A KR 102667045 B1 KR102667045 B1 KR 102667045B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lvsp
- pump
- patient
- heart
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 title abstract description 6
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 title abstract description 6
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 claims abstract description 93
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 206010000891 acute myocardial infarction Diseases 0.000 claims abstract description 36
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000035488 systolic blood pressure Effects 0.000 claims abstract description 7
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 claims description 7
- 210000001765 aortic valve Anatomy 0.000 claims description 2
- 206010061216 Infarction Diseases 0.000 abstract description 15
- 230000007574 infarction Effects 0.000 abstract description 15
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 abstract description 7
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 abstract description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 32
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 26
- 230000004044 response Effects 0.000 description 24
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 15
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 12
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 10
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 9
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000007115 recruitment Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000010410 reperfusion Effects 0.000 description 5
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 208000011316 hemodynamic instability Diseases 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 3
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 3
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 2
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 2
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 description 2
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011833 dog model Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000013146 percutaneous coronary intervention Methods 0.000 description 2
- 206010007558 Cardiac failure chronic Diseases 0.000 description 1
- SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N Nitroglycerin Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(O[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000006 Nitroglycerin Substances 0.000 description 1
- 206010039163 Right ventricular failure Diseases 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 210000003403 autonomic nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002876 beta blocker Substances 0.000 description 1
- 229940097320 beta blocking agent Drugs 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 1
- 230000037198 cardiovascular physiology Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000007887 coronary angioplasty Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003205 diastolic effect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002651 drug therapy Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 210000001105 femoral artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000003480 fibrinolytic effect Effects 0.000 description 1
- 229960003711 glyceryl trinitrate Drugs 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000000302 ischemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001734 parasympathetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002889 sympathetic effect Effects 0.000 description 1
- 229960000103 thrombolytic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000002537 thrombolytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000451 tissue damage Effects 0.000 description 1
- 231100000827 tissue damage Toxicity 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
- A61M60/508—Electronic control means, e.g. for feedback regulation
- A61M60/515—Regulation using real-time patient data
- A61M60/531—Regulation using real-time patient data using blood pressure data, e.g. from blood pressure sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02028—Determining haemodynamic parameters not otherwise provided for, e.g. cardiac contractility or left ventricular ejection fraction
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/029—Measuring or recording blood output from the heart, e.g. minute volume
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4836—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
- A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
- A61B5/6852—Catheters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/10—Location thereof with respect to the patient's body
- A61M60/122—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body
- A61M60/126—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel
- A61M60/13—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel by means of a catheter allowing explantation, e.g. catheter pumps temporarily introduced via the vascular system
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/10—Location thereof with respect to the patient's body
- A61M60/122—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body
- A61M60/126—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel
- A61M60/148—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel in line with a blood vessel using resection or like techniques, e.g. permanent endovascular heart assist devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/20—Type thereof
- A61M60/205—Non-positive displacement blood pumps
- A61M60/216—Non-positive displacement blood pumps including a rotating member acting on the blood, e.g. impeller
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
- A61M60/508—Electronic control means, e.g. for feedback regulation
- A61M60/538—Regulation using real-time blood pump operational parameter data, e.g. motor current
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
- A61M60/508—Electronic control means, e.g. for feedback regulation
- A61M60/538—Regulation using real-time blood pump operational parameter data, e.g. motor current
- A61M60/546—Regulation using real-time blood pump operational parameter data, e.g. motor current of blood flow, e.g. by adapting rotor speed
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/362—Heart stimulators
- A61N1/365—Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential
- A61N1/36514—Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential controlled by a physiological quantity other than heart potential, e.g. blood pressure
- A61N1/36571—Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential controlled by a physiological quantity other than heart potential, e.g. blood pressure controlled by blood flow rate, e.g. blood velocity or cardiac output
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
- A61B2505/01—Emergency care
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
- A61B2505/03—Intensive care
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
- A61B2505/05—Surgical care
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0247—Pressure sensors
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Physiology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
심혈관 불안정성이 존재하는 경우 좌심실의 기계적 언로딩을 최대화하고 심근 산소 소모량(MVO2) 그리고 후속 심부전의 발병을 예방하기 위해 결과적으로 경색 크기를 최소화하는 방식으로 제어되는 심장 펌프를 사용하여 급성 심근 경색(AMI) 환자를 치료하기 위한 다양한 시스템, 장치 및 방법이 개시된다. 폐쇄 형 피드백 시스템에서, 시스템은 심장의 좌심실 내 좌심실 수축기 압력(LSVP)을 측정하거나 계산하는 데 사용되는 출력을 생성하도록 구성된 센서와 심장 펌프에 연결된 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 센서의 출력을 기반으로 LVSP를 측정 또는 계산하고, 상기 측정 또는 계산된 LVSP를 기반으로 좌심실의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.
Description
본 출원은 2018 년 7 월 31 일에 출원되고, 발명의 명칭이 "심근 산소 소모량을 최소화하기 위해 심장 펌프를 제어하기 위한 시스템 및 방법"인, 미국 특허 출원16/050,542호를 우선권 주장의 기초로 한다. 상기 언급 된 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 심장 펌프를 제어하기 위한 시스템 및 급성 심근 경색증(AMI) 환자를 치료하기 위한 관련 방법에 관한 것이며, 특히 심장 펌프의 작동을 제어하기 위한 폐쇄 피드백 제어 시스템에 관한 것이다. AMI 환자를 치료하는 동안 좌심실(LV)을 사용하고 심근 산소 소모량(MVO2)을 최소화하고 결과적으로 경색 크기를 최소화하여 장기 심부전 발병을 예방한다.
일반적으로 심장 마비로 알려진 AMI는 심장 근육으로의 혈류가 갑자기 차단되어 조직 손상을 유발할 때 발생하는 생명을 위협하는 상태일 수 있다. 감염된 부위에 대한 부적절한 혈액 공급으로 인해 죽은 조직 또는 경색이 심장에 형성될 수 있다. AMI는 일반적으로 하나 이상의 관상 동맥이 막힌 결과이다. 관상 동맥은 산소가 풍부한 혈액을 심장 근육으로 운반한다. 이러한 동맥이 막히거나 좁아지면 심장으로 가는 혈류가 크게 감소하거나 완전히 멈출 수 있다.
AMI는 차단된 동맥을 통한 혈류를 회복시키는 즉각적인 의학적 치료를 필요로 할 수 있으며, 때때로 재 관류 요법(reperfusion therapy)이라고도 한다. 재관류 요법에는 예를 들어 경피적 관상 동맥 중재술(PCI), 관상 동맥 성형술 및 우회 수술과 같은 막힘을 제거하거나 우회하는 수술이 포함될 수 있다. 재관류 요법은 대안적으로 또는 추가로 혈전 용해제, 섬유소 용해제, 베타 차단제 및 니트로 글리세린을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 약물의 투여를 포함 할 수 있다.
일부 AMI 환자에서, 심장 펌프를 사용하여 혈역학(hemodynamics)을 안정화하고 영향을 받은 허혈성 심근을 구제하기 위해 안전하고 효과적인 재관류 요법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 최근의 임상 실험과 기본적인 조사에서 LV 보조 장치(LVAD)를 사용하여 LV에서 혈액을 빼내고 채혈한 혈액을 대동맥에 주입하여 LV를 기계적으로 언로드할 수 있음이 입증되었다. 기계적언 언로딩(Mechanical unloading)은 LV에 의해 수행되는 작업을 현저히 줄여서 결국 MVO2를 줄일 수 있다. MVO2의 감소는 경색 크기, 즉 심장 마비로 인한 죽은 조직의 면적을 줄일수 있다는 것이 관찰되었다. 경색 크기 감소의 정도는 일반적으로 MVO2 감소와 유사하다.
LV의 기계적 언로딩이 AMI에 미치는 유익한 영향에도 불구하고, 그 임상 적용은 아직 확립되지 않았다. 만성 심부전 환자의 경우 LVAD 유속(예: 분당 리터)을 수동으로 제어하면 안정적인 혈역학을 얻을 수 있다. 그러나 AMI 환자의 경우 AMI가 심장 수축, 혈관 저항, 혈압, 스트레스 체적, 심박수 및/또는 교감 및 부교감 자율 신경계의 활동을 몇 초, 몇 분 또는 몇 시간 만에 크게 변경할 수 있기 때문에 심장 및 혈역학 상태가 본질적으로 불안정하다. 이러한 가변성은 혈역학에 현저한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 약물 요법 및 재관류와 같은 개입은 이러한 변수에 대한 복잡한 동적 조절을 추가로 발생시키고 복잡한 혈역학을 초래할 수 있다.
AMI에서 이러한 심혈관 불안정성이 존재하는 경우, LVAD 유속의 지속적인 모니터링 또는 연속적인 수동 정밀 조정으로도 너무 많이 또는 너무 적게 LV의 기계적 언로딩을 피하는 것이 비실용적이지는 않더라도 어려울 수 있다. 폐정맥 계에서 오는 충만 속도보다 약간 높은 유속으로 LV를 기계적 언로딩하면 LV 체적이 누적되어 결국 심장을 무너 뜨리고 생명을 위협하는 부정맥을 유발하고 심근을 심각하게 손상시킬 수 있는 흡입을 유발할 수 있다. 반대로 충전 속도보다 약간 낮은 유량에서 LV의 기계적 언로딩은 LV 체적과 MVO2를 증가시켜 LV의 경색 크기를 줄이는 것을 어렵게 만든다. 따라서 LV를 최적으로 언로딩 하기 위한 심장 펌프의 수동 제어는 비현실적이고 비효율적이며 잠재적으로 생명을 위협할 수 있다.
따라서, 심혈관 불안정성에 관계없이 LV의 기계적 언로딩을 최적화하여 MVO2 및 경색 크기를 최적으로 감소시키는 방식으로 제어되는 심장 펌프를 사용하여 AMI 환자를 치료하기 위한 개선된 시스템 및 관련 방법이 필요하다.
종래 기술의 관련문헌은 다음과 같다.
US3677092 (A) 1972-07-18
US3911897 (A) 1975-10-14
US4598579 (A) 1986-07-08
US5437284 (A) 1995-08-01
US6159160 (A) 2000-12-12
US6176822 (B1) 2001-01-23
US6234759 (B1) 2001-05-22
US6623420 (B2) 2003-09-23
US7010954 (B2) 2006-03-14
US7022100 (B1) 2006-04-04
US2003139643 (A1) 2003-07-24
US2004039243 (A1) 2004-02-26
US2004106874 (A1) 2004-06-03
US2008097226 (A1) 2008-04-24
US2010222635 (A1) 2010-09-02
US2012095523 (A1) 2012-04-19
US2013046129 (A1) 2013-02-21
US2014296615 (A1) 2014-10-02
US2015246166 (A1) 2015-09-03
US2016367740 (A1) 2016-12-22
US2017136164 (A1) 2017-05-18
US2017239407 (A1) 2017-08-24
US2018146864 (A1) 2018-05-31
US2019076588 (A1) 2019-03-14
본 발명 개시 내용은 심혈관 불안정성이 존재하는 경우 LV의 기계적 언로딩을 최대화하고 MVO2 그리고 후속 심부전의 발병을 예방하기 위해 결과적으로 경색 크기를 최소화하는 방식으로 제어되는 심장 펌프를 사용하여 AMI 환자를 치료하기 위한 다양한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
시스템의 한 예시적인 실시 예에서, 상기 시스템은 심장의 좌심실 내 좌심실 수축기 압력(LVSP)을 측정하거나 계산하는 데 사용되는 출력을 생성하도록 구성된 센서; 그리고 심장 펌프에 결합되고 센서의 출력에 기초하여 LVSP를 측정 또는 계산하고, 상기 측정 또는 계산된 LVSP에 기초하여 좌심실의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프의 작동을 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
일정 실시 예에서, 상기 제어기는 좌심실 내의 LVSP가 목표 기준 압력으로 유지되도록, 심장 펌프의 펌프 속도 및 유속 중 하나 이상을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 목표 기준 압력은 정상 분출 비트로 수축기 말기 압력의 부분 비율로서 설정되고, 상기 부분 비율은 약 0.2와 약 0.4 사이이다. 상기 목표 기준 압력은 평균 대동맥 압력의 부분 비율로 설정되고, 상기 비율은 약 0.2 내지 약 0.4 이다. 상기 목표 기준 압력은 좌심실의 압력 체적 면적(PVA)을 최소화하도록 설정된다. 상기 목표 기준 압력은 좌심실의 PVA를 약 90 % 내지 약 97 % 최소화하도록 설정된다. 상기 목표 기준 압력은 좌심실의 심근 산소 소모량(MVO2)을 최소화하도록 설정된다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, 상기 목표 기준 압력은 좌심실의 MVO2를 약 45 % 내지 약 48.5 % 최소화하도록 설정된다.
일정 실시 예에서, 제어기는 펌프 속도의 변화에 따라 LVSP의 변화를 모델링하는 플랜트 전달 함수에 기초하여, LVSP를 상기 목표 기준 압력으로 유지하기 위해, 심장 펌프의 펌프 속도 및/또는 유속을 제어하도록 구성된다.
예를 들어, 일정 실시 예에서, 상기 플랜트 전달 함수는 다음과 같이 정의 된 시간 지연을 갖는 2 차 지연 시스템 일 수 있다:
여기서 K는 이득, ζ는 감쇠 계수, fN 은 고유 주파수, L은 시간 지연이다. 일정 실시 예에서, 이득 K는 약 0.013 mmHg/rpm이고, 감쇠 계수 ζ는 약 1.9이고, 고유 주파수 fN 은 약 0.41 Hz이고, 시간 지연 L은 약 0.03초이다.
일정 실시 예에서, 상기 제어기는 LVSP가 임상적으로 미리 결정된 응답 시간보다 짧은 시간 내에 그리고 목표 기준 압력의 10 % 미만의 오버 슈트를 갖는 목표 기준 압력에 도달하도록 심장 펌프의 펌프 속도 및/또는 유속을 제어하도록 구성된다. 상기 플랜트 전달 함수의 개방 루프 이득이 16 배 이하로 변경되는 때 상기 제어기가 목표 기준 압력으로 LVSP를 유지하기 위해 심장 펌프의 펌프 속도 및/또는 유속을 제어하도록 구성된다. 일정 실시 예에서, 상기 제어기가 약 40과 동일한 비례 이득, 약 20과 동일한 적분 이득 및 약 0과 동일한 미분 이득으로 구성된 비례 적분 제어기를 포함한다. 일정 실시 예에서, 상기 제어기가 플랜트 전달 함수를 업데이트하고 제어기를 재구성하여, 플랜트 전달 함수 변화에 응답하여 심장 펌프의 펌프 속도 및/또는 유속을 제어하도록 구성된 적응성 제어 메커니즘을 포함한다.
급성 심근 경색(AMI) 환자를 치료하기 위한 방법의 한 예시적인 실시 예에서, 상기 방법이 환자 심장의 좌심실(LV) 내 좌심실 수축기 압력(LVSP)을 측정하거나 계산하는 단계, 그리고 상기 측정되거나 계산된 LVSP를 기반으로 LV의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프의 작동을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 심장 펌프는 심장에 이식되어 LV로부터 대동맥으로 혈액을 기계적으로 언로딩을 수행한다.
일정 실시 예에서, 상기 심장 펌프의 작동을 제어하는 단계는 심장 펌프의 펌프 속도 및 유속 중 하나 이상을 제어하여 LV 내의 LVSP가 목표 기준 압력으로 유지되도록 한다. 상기 목표 기준 압력은 정상 분출 비트로 수축기 말기 압력의 부분 비율로 설정되고, 상기 부분 비율은 약 0.2 내지 약 0.4이다. 상기 목표 기준 압력이 평균 대동맥 압력의 부분 비율로 설정되고, 상기 부분 비율은 약 0.2 내지 약 0.4이다. 상기 목표 기준 압력은 좌심실의 압력-체적 면적(PVA)을 약 90 % 내지 약 97 % 최소화하도록 설정된다. 상기 목표 기준 압력은 LV의 심근 산소 소모량(MVO2)을 약 45 % 내지 약 48.5 % 최소화하도록 설정된다.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 된 도면은 예시적인 실시 예를 예시하고, 위에 주어진 일반적인 설명 및 아래에 주어진 상세한 설명과 함께 다양한 실시 예의 특징을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 예시적인 압력-체적 루프를 사용하여 심장주기 동안 LV의 압력-체적 관계를 도시한다.
도 1b는 LV의 예시적인 압력-체적 면적(PVA)을 도시하고 단일 수축에서 LV의 전체 기계적 일을 나타낸다.
도 2는 단일 수축(예를 들어, 비트 당)에서 PVA와 MVO2 사이의 선형 관계를 예시한다.
도 3a-3f는 심장 펌프에 의한 LV의 기계적 언로딩이 혈역학, 압력-체적 루프, PVA 및 LVSP에 미치는 영향을 설명한다.
도 4a 및 4b는 LV의 기계적 언로딩에 적합한 심장 펌프의 예시적인 실시 예의 개략도이다.
도 5는 심혈관 불안정성의 존재에 관계없이 LV의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프를 제어하기 위한 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 실시 예의 개략도이다
도 6은 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 제어 하에 LVSP의 예시적인 스텝 응답을 도시한다.
도 7a는 목표 기준 압력 값의 변화에 대한 응답으로 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 성능을 도시한다.
도 7b는 주요 LV 체적 섭동이 있는 경우 MVO2소모량을 나타내는 관련 메트릭의 안정화에서 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 성능을 도시한다.
도 8a 및 8b는 목표 기준 압력을 결정하기 위한 PVA 모집 분획과 분획 LVSP 사이의 관계를 도시한다.
도 9는 적응형 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 일 예시적인 실시 예의 개략도 이다.
도 1a는 예시적인 압력-체적 루프를 사용하여 심장주기 동안 LV의 압력-체적 관계를 도시한다.
도 1b는 LV의 예시적인 압력-체적 면적(PVA)을 도시하고 단일 수축에서 LV의 전체 기계적 일을 나타낸다.
도 2는 단일 수축(예를 들어, 비트 당)에서 PVA와 MVO2 사이의 선형 관계를 예시한다.
도 3a-3f는 심장 펌프에 의한 LV의 기계적 언로딩이 혈역학, 압력-체적 루프, PVA 및 LVSP에 미치는 영향을 설명한다.
도 4a 및 4b는 LV의 기계적 언로딩에 적합한 심장 펌프의 예시적인 실시 예의 개략도이다.
도 5는 심혈관 불안정성의 존재에 관계없이 LV의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프를 제어하기 위한 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 실시 예의 개략도이다
도 6은 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 제어 하에 LVSP의 예시적인 스텝 응답을 도시한다.
도 7a는 목표 기준 압력 값의 변화에 대한 응답으로 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 성능을 도시한다.
도 7b는 주요 LV 체적 섭동이 있는 경우 MVO2소모량을 나타내는 관련 메트릭의 안정화에서 도 5의 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 성능을 도시한다.
도 8a 및 8b는 목표 기준 압력을 결정하기 위한 PVA 모집 분획과 분획 LVSP 사이의 관계를 도시한다.
도 9는 적응형 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 일 예시적인 실시 예의 개략도 이다.
본 명세서에 개시된 시스템, 장치 및 방법의 구조, 기능, 제조 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 특정 예시적인 실시 예가 이제 설명될 것이다. 이들 실시 예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 예시되어있다. 당업자는 본 명세서에 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 도시된 시스템, 장치 및 방법이 비 제한적인 예시적인 실시 예이고 본 발명 개시의 범위가 청구 범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시 예와 관련하여 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시 예의 특징과 결합 될 수 있다. 이러한 수정 및 변경은 본 발명 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 본 발명 개시에서, 다양한 실시 예의 유사 번호 구성 요소는 일반적으로 이러한 구성 요소가 유사한 특성을 가지며 및/또는 유사한 목적을 제공할 때 유사한 특징을 갖는다. 본 발명 개시 내용을 고려하여 당업자는 다양한 도면에 걸쳐 유사한 번호의 구성 요소가 유사한 다양한 경우를 이해할 것이다.
본 발명 개시 내용은 심혈관 불안정성이 존재하는 경우 LV의 기계적 언로딩을 최대화하고 MVO2 및 결과적으로 후속 심부전의 발달을 막기 위해 경색 크기를 최소화하는 방식으로 제어되는 심장 펌프를 사용하여 AMI 환자를 치료하기 위한 다양한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1a는 심장주기 동안 LV의 압력-체적 관계를 도시한다. 압력-체적 루프(110 및 120) 각각은 완전한 심장주기 동안 대략적인 LV 압력 및 LV 체적 측정을 나타낸다. 심장주기 또는 심장 박동은 4 가지 기본 단계로 나눌 수 있다: 심실 충만(110a), 등방성 수축(110b), 수축기 박출(110c) 및 등방성 이완(110d). 수축기 말기 압력이 수축기 말기 체적과 선형적으로 상관 관계가 있으며 수축기 말기 압력-체적 관계로 표시된다는 것이 잘 알려져 있다(ESVPR, 라인 130). ESPVR은 부하 조건의 변화에 실질적으로 민감하지 않으며 그 기울기는 심실 수축을 잘 나타낸다.
도 1b는 LV의 예시적인 압력-체적 면적(PVA)을 도시하고 단일 수축에서 LV의 전체 기계적 일(mechanical work)을 나타낸다. PVA는 수축시 압력-체적 궤적의 ESPVR 및 이완기말 압력-체적 곡선(EDPVR) 및 수축기 세그먼트(SS)로 둘러싸인 특정 영역이다. 기하학적으로 압력-체적 평면에서 PVA는 외부 작업(EW)과 위치 에너지(PE)의 합이다(예: PVA = PE + EW). 도 1a에 도시된 바와 같이, 심장주기의 PVA 및 이에 따른 심실 전체 기계적 일은 LVSP(LV end systolic pressure)를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, LVSP를 LVSP(112)에서 LVSP (122)로 줄이면 PVA가 감소한다(예: PVA(115)에서 PVA(125)로). 본원 명세서에서 논의된 바와 같이, 심장 펌프는 LV 체적을 감소시킴으로써 LVSP를 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
도 2는 단일 수축(예를 들어, 비트 당)에서 PVA와 MV02 간의 선형 관계를 예시한다. PVA가 MVO2(라인 210)와 선형적으로 상관된다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서, PVA의 감소(예: PVA (220)에서 PVA(222)로)는 MV02(예: MVO2(230)에서 MVO2(232)로)를 감소시킨다. MVO2의 감소는 경색 크기 또는 심장 마비로 인한 죽은 조직의 면적을 줄일 수 있다는 것이 관찰되었다.
도 3a-3f는 심장 펌프에 의한 LV 기계적 언로딩이 혈역학, 압력-체적 루프, PVA 및 LVSP에 미치는 영향을 보여준다. 예를 들어, 도 3a, 3b 및 3c는 LV의 기계적 언로딩의 상이한 레벨에 대한 시계열 LV 압력(LVP) 및 대동맥압(AP)의 예시적인 변화를 도시한다. 도 3d는 LVP 각각의 변화에 대응하는 예시적인 압력 체적 루프 Lo(기계적 언로딩 없음), Lp(부분적 기계적 언로딩) 및 LMAX(최대 기계적 언로딩)를 도시한다. 도 3a는 심장 펌프에 의한 기계적 언로딩 없이 예시적인 LVP(LVP) 및 대동맥압(AP)을 도시한다. 도 3b에서, 부분적인 기계적 언로딩은 대동맥 맥압을 감소시킬 수 있지만, 도 3d에서 압력-체적 루프(Lp)에 의해 입증되는 바와 같이, LV는 계속 방출된다. 기계적 언로딩이 최대가 될 때, LV는 더 이상 배출되지 않는다. 도 3d에 도시된 바와 같이, LV 압력 LVP는 대동맥 압력 AP보다 낮다. 도 3e는 최대 언로딩이 PVA(PVAMAX)를 만들 수 있으므로 MV02를 매우 작게 만들 수 있음을 보여준다. AMI에서 최대 언로딩은 경색 크기가 최소가 되는 조건이다. 그러나, 기계적 언로딩은 도 3f의 LVSPo 및 LVSPAMI에 대한 정상 및 AMI 캐닌 모델(canine models)에 나타난 바와 같이 상대적으로 안정적인 혈역학적 조건 하에서도 LVSP를 거의 갑자기 급격하게 떨어 뜨릴 수 있다. AMI 조건에서 심장 펌프를 수동으로 제어하여 최대 언로딩을 유지하는 것은 불가능하지는 않더라도 비현실적일 수 있다. 심장 및 혈역학적 조건은 극도로 역동적이고 크게 변할 수 있기 때문이다. 따라서, AMI 상태에 내재된 혈역학적 불안정성의 존재 하에 기계적 언로딩 동안 미리 결정된 목표 LVSP를 유지하도록 구성될 수 있는 심장 펌프용 폐쇄 피드백 제어 시스템의 실시 예가 본 명세서에서 개시된다.
도 4a 및 4b는 LV의 기계적 언로딩에 적합한 심장 펌프(400)의 예시적인 실시 예의 개략도이다. 예시된 실시 예에서, 심장 펌프(400)는 임펠러 펌프(410), 펌프 모터(412), 혈액 입구(414) 및 혈액 출구(416)를 포함할 수 있다. 일정 실시 예에서, 펌프(400)는 카테터(420)에 배치될 수 있다. 심장 펌프(400)는 표준 카테터 삽입 절차를 통해 삽입될 수 있다. 예를 들어, 심장 펌프(400)는 대퇴 동맥을 통해 상승 대동맥(10)으로, 대동맥 판막(15)을 가로 질러 좌심실(20)로 삽입될 수 있다. 압력 센서(430)는 카테터(420) 내에 배치되어 수술 중에 LVSP를 측정 할 수 있다(이상, 심장 펌프의 제 1 부분에 위치한 LVSP 측정용 제 1 센서에 대한 설명). 일정 실시 예에서, 다른 압력 센서(432)가 대동맥 압력을 측정하기 위해 카테터(420) 내에 배치 될 수 있다. 일정 실시 예에서, 대동맥 압력 및/또는 차압을 측정하는 데 사용되는 압력 센서(432)는 좌심실 내 압력 센서(430)가 없을 때 펌프의 작동 동안 LVSP를 계산하는 데 사용될 수 있다(이상, 심장 펌프의 제 2 부분에 위치한 대동맥 압력 측정용 제 2 센서에 대한 설명). 카테터(420)는 또한 원격 제어기 또는 콘솔(예를 들어, 도 5의 펌프 제어기(510))로부터 펌프 모터(412)로의(그리고 압력 센서(430, 432)상에서 또는 이들 모두에서) 유선 연결을 용이하게 하는 도관의 역할을 할 수 있다.
도시된 바와 같이, 펌프(400)는 혈액 유입구(414)를 통해 LV(20)로부터 임펠러 펌프(410)로 혈액을 끌어 당기고 혈액 배출구(416)를 통해 상승 대동맥(10)으로 혈액을 배출할 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 펌프 모터(412)의 속도는 LVSP 센서(430) 및 선택적으로 대동맥 압력 센서(432)로부터 얻은 측정에 기초하여 제어될 수 있다. 일정 실시 예에서, 심장 펌프(400)는 LV에서 대동맥으로 분당 최대 5.0 리터의 혈액을 펌핑할 수 있다. 일정 실시 예에서, 심장 펌프(400)는 분당 5.0 리터 이하의 유속으로 펌핑할 수 있다. 다양한 실시 태양과 함께 사용하기에 적합한 심장 펌프의 예는 매사추세츠 주 댄버스에 본사를 두고있는 Abiomed, Inc.의 Impella® 심장 펌프 제품 군을 포함할 수 있으며, Impella 5.0®, Impella LD®, Impella CP® 그리고 Impella 2.5®를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 통상의 기술자는 다른 좌심실 보조 장치 또는 심장 펌프가 사용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다
다양한 심장 펌프가 LV를 언로딩할 수 있지만, AMI 환자의 신체 전체를 서포트(즉, 관류)하기에 충분한 심장 출력을 생성할 수 있는 펌프가 유용할 수 있다. 이는 PVA를 최소화하기 위해 LV가 정기적으로 배출을 중지해야 하기 때문이다. 이 상태는 기계적 언로딩을 위한 심장 펌프가 신체 전체를 관류하는 흐름을 생성할 때 달성될 수 있다. LV가 정기적으로 배출을 멈 추면 PVA, 따라서 MVO2는 심장 펌프 흐름을 제어하여 최소화 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 심장 펌프 제어 시스템의 다양한 실시 예는 신체 전체를 서포트하기 위해 심장 출력을 생성할 수 있는 심장 펌프와 함께 사용될 수 있다
도 5는 심혈관 불안정성의 존재에 관계없이 좌심실의 기계적 언로딩을 최대화하기 위해 심장 펌프를 제어하기 위한 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템(4500)의 일 예시적인 실시 예의 개략도 이다. 예시된 실시 예에서, 시스템(500)은 심장 펌프(400), 펌프 제어기(510), LVSP 압력 센서(430) 및 선택적으로 대동맥 압력 센서(432)를 포함할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 심장 펌프(400)는 좌심실로부터 대동맥으로 혈액을 기계적으로 언로드하기 위해 심장 내에 배치될 수 있다.
펌프 제어기(510)는 펌프 모터(412)의 속도(예를 들어, 분당 회전 수 또는 RPM)를 조정함으로써 펌프(410)의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 펌프 컨트롤러(510)는 펌프 모터(412)의 속도를 조정하기 위해 유선 또는 무선 연결을 통해 명령 또는 신호를 전송할 수 있으며, 펌프(410)가 목표 압력에 의해 설정된 목표 유량(예: 분당 리터)으로 좌심실을 기계적으로 언로드하도록 할 수 있다.
일정 실시 예에서, 압력 센서(들)(430 및/또는 432)는 심장의 LV 내의 LVSP를 측정 또는 계산하기 위해 펌프 제어기(510)에 의해 사용되는 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, 압력 센서(430)는 피드백 신호로서 LSVP를 측정하고 펌프 제어기(510)로 출력하도록 구성될 수 있다. 펌프 제어기(510)는 LVSP를 피드백 정보로서 사용하여 펌프 모터(412)에 대한 속도 조정을 수행하며, 펌프의 유속이 정상 LVSP보다 낮은 따라서 평균 대동맥 압력보다 훨씬 낮은, 목표 기준 압력으로 또는 그에 가깝게 LVSP를 유지할 수 있도록 한다. 일정 실시 예에서, 목표 기준 압력은 펌프 제어기(510)에 대한 수동 입력에 의해 설정될 수 있다. 일정 실시 예에서, 목표 기준 압력은 펌프 제어기(510)에 의해 획득되거나 결정된 계산된 값으로 설정될 수 있다.
PVA 및 따라서 MVO2를 최소화하기 위해 심장 펌프를 자동으로 제어하기 위해, 본 명세서에서 피드백 제어기라고도 하는 펌프 제어기(510)는 심장의 속도, 유속 또는 기타 작동 특성을 제어하도록 구성되어서, 심장 또는 혈역학적 조건의 주요 변화에 관계없이 LVSP를 낮은 기준 압력 수준으로 유지하도록 한다. 이는 피드백 컨트롤러의 개방 루프 이득이 AMI 관련 주요 심장 및 혈역학적 불안정성으로 인한 LVSP 변동을 안정화하기에 충분히 클 때 달성될 수 있다. 일정 실시 예에서, 심장 펌프의 피드백 제어기는 주요 심장 및 혈역학적 불안정성의 존재하에 진동 없이(또는 효과적으로 진동 없이) 안정적이다. 제어 이론은 개방 루프 이득이 높을수록 폐쇄 루프 피드백 시스템의 안정성이 낮다는 것을 나타낸다. 따라서, 일정 실시 예에서, 펌프 제어기(510)는 개방 루프 이득과 시스템 안정성의 균형을 맞추도록 구성될 수 있다.
안정성을 손상시키지 않으면서 높은 개방 루프 이득 피드백 컨트롤러를 개발하기 위해 제어할 플랜트에 대해 개방 루프 전달 함수가 결정될 수 있다. 플랜트는 심장 펌프로 증강된 심장을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, 플랜트는 기계적 언로딩에 사용되는 심장 펌프의 펌프 속도의 변화에 응답하여 LVSP의 동적 변화를 모델링 할 수 있다. 예를 들어, 플랜트는 입력이 펌프 속도 제어 명령(예: rpm)이고 출력이 LVSP(예: mmHg)인 단일 입력 단일 출력(SISO) 시스템으로 정의할 수 있다. 심혈관 생리학에서 펌프 속도의 변화가 LVSP에 어떻게 동적으로 영향을 미치는지에 대한 전달 함수는 연구된 적이 없다. 일정 실시 예에서, 플랜트의 전달 함수는 유속(예를 들어, 초당 밀리리터) 또는 심장 펌프의 다른 작동 특성과 같은 다른 입력을 사용하여 정의될 수 있다. 일정 실시 예에서, 플랜트의 전달 함수는 LV 확장기 압력, 대동맥 압력 또는 센서(예: 센서(430, 432))를 사용하여 측정 또는 추정될 수 있는 심혈관 시스템(예: 심장)의 다른 특성과 같은 다른 출력을 사용하여 정의될 수 있다.
일정 실시 예에서, 심혈 관계 시스템의 계산 모델링은 펌프 속도에서 LVSP 로의 대략적인 전달 함수를 추정하기 위해 사용될 수 있다. 일정 실시 예에서, 전달 함수는 다음과 같은 지연을 갖는 2 차 시스템으로 근사화되고 유도될 수 있다;
여기서 4 개의 매개 변수는 이득 K, 감쇠 계수 ζ, 고유 주파수 f N 및 지연 시간 L이다. j 라는 용어는 가상 단위를 나타낸다. 여기서 j 2= -1이다. 2 차 전달 함수 H(f)는 심혈 관계의 기본 해부학에서 기인하기 때문에, 상기 전달 함수는 인간의 심혈 관계와 유사한 해부학적 구조를 가진 많은 종에 적용될 수 있다. 전달 함수H(f)는 질병 상태에서 심장 펌프로 증강된 심장을 모델링하기 위한 플랜트로도 사용될 수 있다. 이러한 조건은 심혈 관계의 주요 해부학적 변화를 포함할 가능성이 없기 때문이다.
일정 실시 예에서, 플랜트 전달 함수 H(f)의 4 개의 매개 변수는 0.013 또는 약 0.013 mmHg/rpm 인 이득 K, 1.9 또는 약 1.9 인 감쇠 계수 ζ, 0.41또는 약 0.41Hz인 고유 주파수 f N , 그리고 0.03 또는 약 0.03 초인 지연시간을 포함할 수 있다. 도 9에 대해 논의된 바와 같이, 일정 실시 예에서, 플랜트 전달 함수 H(f)의 매개 변수 중 하나 이상의 값은 AMI 및 부피 부하 조건의 변화에 응답하여 변경될 수 있다. 전술한 매개 변수의 근사값은 AMI 조건 하에서 동물 실험 및 캐닌 모델(canine models)을 기반으로 하지만, 당업자는 이러한 매개 변수가 인간 심혈관 시스템과 관련된 임의의 변이를 수용하도록 조정될 수 있음을 인식할 것이다.
식별된 플랜트 전달 함수 H(f)에 기초하여, 펌프 제어기(510)는 심장 및 혈역학적 상태의 변화에 관계없이 LVSP를 일정한 값으로 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이. 일정 실시 예에서, 펌프 제어기(510)는 비교기(512) 및 비례 적분(PI) 제어기 또는 비례 적분 유도(proportional-integral-derivative)(PID) 제어기(514)를 포함할 수 있다. 비교기(512)는 압력 센서(430)에 결합되고 압력 센서에서 출력된 LSVP의 측정값을 수신하도록 구성될 수 있다. 비교기(512)는 목표 기준 압력을 좌심실 내에서 측정된 LVSP와 비교하고 압력 차이 또는 오류 신호 e(t)를 PID 제어기(514)로 출력하도록 구성될 수 있다
PID 제어기는 다음 방정식을 구현하도록 구성될 수 있다:
여기서 K p 는 비례 이득, K i 는 적분 이득, K d 는 미분 이득, t는 시간 또는 순간 시간, 는 시간 0에서 현재 시간 t까지의 값을 취하는 적분 변수이다. 적분 항은 컨트롤러의 드 게인 무한대를 사실상 무한대와 같도록 구성할 수 있다. 방정식 u(t)는 라플라스 도메인에서 U(s) = K p + K i /s 및 K d s로 다시 작성할 수 있다.
K p , K i , 및 K d 의 값은 시스템(500)을 튜닝하기 위해 선택될 수 있으며, 따라서 폐 루프 시스템의 LVSP의 시간 또는 주파수 응답이 펌프 속도 또는 해당 유량과 관련하여 최적일 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, K p , K i , 및 K d 의 값은 측정된 LVSP가 펌프 속도의 대응하는 조정에 응답하여 최소 오버 슈트 및 시간 지연으로 목표 기준 압력에 도달할 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, (i) 폐 루프 조건 하에서 LVSP의 스텝 응답의 오버 슈트는 약 10 % 미만일 수 있으며, (ii) LVSP의 정상 상태 응답에 도달하는 시간은 사전 결정된 임상적으로 관련된 반응 시간(예: 약 60 초) 보다 짧을 수 있고, 및/또는 (iii) 목표 압력으로부터의 정상 상태 편차는 평균 0이 될 수 있다. 일정 실시 예에서, PID 제어기(514)는 피드백 제어 시스템(500)이 안정적이도록 구현될 수 있으며, 플랜트의 개방 루프 이득의 변화, 예를 들어, 16 배까지 또는 그 이상에서 그와 같은 제약 중 하나 이상을 만족시킬 수 있다.
일정 실시 예에서, 플랜트 H(f)의 식별된 전달 함수에 기초하여, 제어기의 최소 실현은 40 또는 약 40 인 비례 이득 K p , 20 또는 약 20 인 적분 이득 K i , 0 또는 약 0 과 같은 미분 이득 KJ을 갖는 비례 적분(PI)일 수 있다. 이득 K p 및 K i 에 대한 이러한 값의 조합은 시스템이, 예를 들어 16 또는 약 16이상의 인수까지, 플랜트의 개방 루프 이득의 변화를 포함하는 심장 및 혈류 역학적 상태의 AMI 유도 주요 불안정성 존재 하에서, LVSP를 일정한 값으로 유지할 수 있도록 한다. 일정 실시 예에서, 하나 이상의 각각의 이득 매개 변수 K p , K i , 및 K d 는 설계 요구 사항의 변경 및/또는 플랜트의 개방 루프 이득에 따라 조정될 수 있다.
도 6은 위에서 설명한 제어기 매개 변수를 사용하여, 도 5의 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템(500)의 제어 하에 LVSP의 예시적인 스텝 응답(step response)을 도시한다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제어 시스템(500)은 오버 슈트를 나타내지 않고 AMI 조건 하에서 대략 20 초 내에 정상 상태에 도달하는 LVSP에 대한 스텝 응답(610)을 제공할 수 있다. 플랜트가 정상보다 4 배 더 큰 개방 루프 이득을 나타낼 때, 제어 시스템(500)은 약 5 % 미만의 오버 슈트를 나타내고 약 20 초 미만 내에 정상 상태에 도달하는 LVSP에 대한 스텝 응답(620)을 제공할 수 있다. 플랜트가 정상보다 1/4(1/4) 배 적은 개방 루프 이득을 나타낼 때, 제어 시스템은 오버 슈트를 나타내지 않고 약 40 초 내에 정상 상태에 도달하는 LVSP에 대한 스텝 응답(630)을 제공할 수 있다.
극한의 AMI 조건하에서 철저히 수행된 수많은 동물 실험에 기초하여, 플랜트의 개방 루프 이득은 4 내지 1/4 배율의 범위 내에서 변화하는 것으로 관찰되었다. 임상 적용 시 인간 환자와 관련된 개방 루프 이득은 16 배 이하로 변경되어야 한다. 정상 상태에 도달하는 데 약 20 초에서 약 40 초가 걸리는 단계적 반응은 심실 언로딩 치료와 관련된 결과에서 악영향을 피하기에 충분해야 한다. 그러나, 당업자는 제어 시스템이 다른 임상적으로 관련된 반응 시간에서 정상 상태에 도달하도록 구성될 수 있음을 인식할 것이다.
도 7a 및 7b는 LVSP를 제어하기 위해 펌프 속도를 사용하여, 도 5의 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템의 예시적인 성능을 도시한다. 예를 들어, 도 7a는 입력 목표 기준 압력 LVSPIN 이 40, 70 및 40 mmHg로부터 단계적으로 변경될 때, 제어 시스템(500)이 목표 압력을 뒤 따르는 출력 LVSPOUT 를 제공하도록 명령된 펌프 속도 S를 조정할 수 있음을 설명한다. 도 7a는 또한 출력 대동맥 혈압 APOUT 에서의 변화 및 제어된 출력 LVSP와 관련된 LV 체적 LVVOUT 을 보여준다.
도 7b는 주요 체적 섭동(예를 들어, 좌심실 체적의 증가 또는 감소)의 존재 하에 LV의 MVO2소모량(예를 들어, LVSP 및 PVA)를 나타내는 관련 메트릭의 안정화를 도시한다. 부피 섭동은 AMI에 고유의 혈역학적 불안정성이다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 부피의 주요 변화(예: + 8ml/kg)에도 불구하고, LVSP 및 PVA는 목표 LVSP를 유지하기 위해, 실시 예 피드백 제어 시스템(500)을 사용하여 심장 펌프의 펌프 속도(예: 400)를 제어함으로써 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 이에 비해 LVSP와 PVA는 고정 속도로 심장 펌프를 사용하는 LV의 주요 체적 섭동에 반응하여 크게 다를 수 있다.
목적에 따라 더 빠른 응답 또는 더 안정적인 응답이 필요한 일정 실시 예에서, 당업자는 PID 제어기(514)의 이득 파라미터 K p , K i 및 K d 중 하나 이상을 인식할 것이다. 따라서, PID 제어기에 대한 특정 이득 매개 변수 값이 본원 명세서에 개시되어 있지만, 그러한 값은 예시적인 것이며 제한하려는 의도가 아니다.
위에서 논의된 바와 같이, 실시 예 심장 펌프 제어 시스템(500)은 LV의 MVO2 를 최소화하도록 결정된 목표 기준 압력에서 LVSP를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 도 2에서 도시된 바와 같이, MVO2는 LV의 PVA를 최소화함으로써 최소화할 수 있다. 이론적으로 PVA가 0이면 MVO2를 최소로 만들 수 있다. 그러나 LVSP가 0 mmHg임을 의미하는, PVA를 0으로 유지하는 것은 LVSP를 0 미만으로 조금만 줄여도 펌프가 LV 내에서 주요 흡입을 생성 할 수 있으며 이는 심장을 손상시킬 수 있기 때문에, 안전하고 안정적으로 달성하기가 매우 어렵다. 따라서, 일정 실시 예에서, 도 5의 폐쇄 피드백 심장 펌프 제어 시스템(500)은 대략 최소 MVO2를 제공하고 피드백 시스템에 의해 여전히 안전하고 안정적으로 제어할 수 있는 목표 LVSP에서 LVSP를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, 목표 LVSP는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 부분 LVSP와 모집된 부분 PVA 사이의 관계에 기초하여 결정될 수 있다.
도 8a는 부분 LVSP와 부분 LV 체적 사이의 관계를 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이, 압력과 체적은 정상적인 분출 수축 내 수축 말기에서 일치하도록 정규화된다. 부분 LVSP "α"는 LV 언로딩 작동 조건을 정의하는 정상 배출에서, 엔드-심장 수축압으로 언로딩 중 LVSP의 비율이다. 부분 LVSP α가 낮을수록 언로드가 더 강해진다. 주어진 부분 LVSP α의 경우, LV 체적이 엔드 심장 수축압 체적으로 정상화되기 때문에 부분LV 체적도 α가 된다. LV 확장 말기(end diastolic) 체적은 1/(1-)로 주어지며, 여기서 는 LV 박출 분율(ejection fraction), 즉 박출량을 확장 말기 체적에 의해 나눈 값이다.
모집된 PVA(Recruited PVA)는 α의 작동 조건에서 LV 언로딩에 의해 모집된 PVA이다. 부분 PVA(Fractional PVA)는 α의 작동 조건에서 언로딩에 의해 남아있는 PVA이다. 부분 PVA 모집은 모집된 PVA 및 잔류 PVA의 합계에 대한 잔류 PVA의 비율로 정의되며, LV 언로드에 의해 모집된 총 PVA의 백분율을 나타낸다. 기계적 언로딩은 분수 LVSP α를 줄이고, 모집된 PVA를 증가 시키며 결과적으로 LV의 잔류 PVA를 감소 시킨다.
도 8b는 다양한 분출 부분 "" 하에서 부분 LVSP "α"의 함수로서 부분 PVA 모집을 설명한다. 도시된 바와 같이, 부분 PVA 모집은 부분 LVSP α로 감소한다. 예를 들어, α = 1(즉, 부분 LV 체적 = l)에서, 부분 PVA 모집 806, 804 및 802는 각각 0.6, 0.4 및 0.2의 분출 부분 에 대해 0.75, 0.57 및 0.33에 해당한다. 이는 수축이 불량한 LV가 PVA를 줄이기 위해 더 큰 언로딩이 필요할 수 있음을 의미한다. α = 0.4의 경우, 부분 PVA 모집 806 ', 804', 802 '는 부출 비율 에 관계없이 0.9보다 크거나 같을 수 있다. α = 0.2의 경우, 부분 PVA 모집 806", 804", 802"는 분출 비율 에 관계없이 0.97보다 크거나 같을 수 있다.
따라서, 일정 실시 예에서, 목표 LVSP는 정상 분출 박동에서의 수축기 말기 압력 및 부분 LVSP α의 곱과 동일하게 설정될 수 있으며, 여기서 α는 약 90 %에서 97 %까지 LV의 PVA를 최소화하기 위해, 약 0.2 내지 약 0.4 사이의 값이다. 정상적인 방출 박동 중 수축기 말기 압력은 일반적으로 70 ~ 110mmHg이다. 이러한 범위 내의 목표 LVSP는 도 5의 실시 예 피드백 시스템(500)의 제어 하에 심장 펌프를 이용한 기계적 언로딩을 통해 안전하고 안정적으로 달성 될 수 있다. 약 90 %에서 97 %까지 PVA의 감소는 MVO2의 50 %가 PVA 독립적이라고 가정 할 때 MVO2의 상응하는 감소로 각각 약 45 %에서 48.5 %로 해석될 수 있다. 경색 크기를 평가할 때 상당한 소음이 있는 경우 MVO2의 사소한 차이는 경색 크기에 영향을 미치지 않을 것이다. MVO2의 이러한 감소는 주요 산소 절약을 달성하여 경색 크기 및 후속 심부전을 감소시킬 수 있다.
일정 실시 예에서, 목표 LVSP는 LV의 PVA를 약 90% ~ 약 97 % 만큼 최소화하기 위해 평균 대동맥 혈압과 부분LVSP a의 곱과 동일하게 설정될 수 있으며, 여기서 a는 약 0.2와 약 0.4 사이의 값이다. 위에서 논의된 바와 같이, MVO2의 약 50 %가 PVA 독립적이라고 가정 할 때, 약 90 % 내지 97 %의 PVA 감소는 약 45 내지 약 48.5 %의 MVO2감소에 상응 할 수 있다. MVO2의 이러한 감소는 주요 산소 절약을 달성하여 경색 크기 및 후속 심부전을 감소시킬 수 있다.
일정 실시 예에서, AMI 환자의 혈역학이 대동맥 혈압을 포함하여 비교적 안정한 경우, 목표 기준 압력(예를 들어, 목표 LSVP)은 평균 대동맥 혈압의 고정된 부분으로 설정될 수 있으며, 분수는 약 0.2와 약 0.4 사이 이지만, 이에 제한되지 않는다. 일정 실시 예에서, 목표 기준 압력은 측정되거나 추정될 수 있는 다른 혈역학적 매개 변수의 고정된 부분으로 설정될 수 있다. 목표 압력이 설정되면 임상적 필요성이 나타날 때까지 변경되지 않는다. 이것은 환자의 혈역학적 상태에 따라 목표 압력을 설정하는 것을 단순화한다.
도 9는 적응형 피드백 심장 펌프 제어 시스템(900)의 일 예시적인 실시 예의 개략도 이다. 도시된 바와 같이, 제어 시스템(900)은 비교기(905), 적응형 펌프 컨트롤러(910), 심장 펌프 작동기(920), 플랜트 모델(930), 또는 하나 이상의 센서(940), 시스템 식별 모듈(950) 및 제어기 설계 모듈(960)을 포함한다. 아래에 설명되거나 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 것을 제외하고, 제어 시스템(900)은 도 4 내지 도 6과 관련하여 위에서 설명된 제어 시스템(500)과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서 그 구조 및 기능에 대한 상세한 설명은 간결함을 위해 여기서 생략된다. 제어 시스템(900)은 전술 한 제어 시스템(500)의 특징 중 임의의 하나 이상을 포함 할 수 있다.
일정 실시 예에서, 적응형 피드백 심장 펌프 제어 시스템(900)은 기계적 언로딩의 보다 복잡한 적용을 필요로 하는 AMI 환자에게서 목표 LVSP 또는 AP를 유지하기 위해 심장 펌프를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 우심실 부전, 생명을 위협하는 부정맥 및 기타 기계적 순환 장치를 사용하는 환자에게서 기계적 언로딩의 보다 복잡한 적용이 예상될 수 있다. 이에 따라 고정 전달 함수와 관련된 플랜트를 제어하도록 구성된 피드백 심장 펌프 제어 시스템은 LVSP 및 PVA를 일정하게 유지하는 것을 보장하지 않을 수 있다. 따라서, 시스템 식별 모듈(950) 및 컨트롤러 설계 모듈(960)은 심장 펌프(예: 400)와 함께 증강된 심장을 나타내는 플랜트 모델(930)의 연속 및/또는 주기적 식별 및 업데이트에 기초하여 심장 펌프(920)를 제어하기 위해, 제어 시스템(900)을 적응 적으로 구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 적응 펌프 제어기(910)는 다양한 병리학적 상태 하에서 AMI 환자에게서 PVA 및 MVO2를 최소화하도록 적응 적으로 구성될 수 있다. 일정 실시 예에서, 시스템 식별 모듈(950)은 플랜트 전달 기능을 주기적으로 또는 지속적으로 모니터링 및 업데이트하도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러 설계 모듈(960)은 플랜트 전달함수 에서 결정된 변화에 응답하여 적응형 펌프 제어기(910)의 하나 이상의 파라미터를 업데이트하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일정 실시 예에서, 시스템 식별 모듈(950)은 펌프 속도와 LVSP 간의 상관 관계 변화에 대한 응답하여, 이득 K, 감쇠 계수 ζ, 고유 주파수 f N 및 지연 시간 L과 같은, 플랜트의 2 차 전달 함수 H(f) 의 매개 변수 중 하나 이상을 조정하도록 구성될 수 있다. 일정 실시 예에서, 시스템 식별 모듈(940)은 2 차 전달 함수 H(f) 이외의 전달 함수를 사용하여 플랜트를 모델링하도록 구성될 수 다. 일정 실시 예에서, 시스템 식별 모듈(950)은 펌프 속도의 변화에 응답하여 LVSP의 센서 측정에 기초하여 플랜트 전달 함수를 변경하도록 구성될 수 있다.
플랜트 전달 함수의 결정된 변경에 기초하여, 제어기 설계 모듈(960)은 적응형 펌프 제어기(910)의 하나 이상의 파라미터를 조정할 수 있다. 예를 들어, 적응형 펌프 제어기가 PI 또는 PID 제어기인 경우 제어기 설계 모듈(960)은 제어기와 관련된 비례 이득 K p , 적분 이득 K i 및 제어기와 관련된 미분 이득 K d 중 하나 이상을 조정할 수 있다. K p , K i 및 K d 의 조정된 값은 측정된 LVSP가 펌프 속도의 해당 조정에 대한 응답으로 최소 오버 슈트 및 시간 지연으로 목표 기준 압력에 도달할 수 있도록 선택될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로 및 알고리즘 동작은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해 다양한 예시적인 구성 요소, 블록, 모듈, 회로 및 동작이 일반적으로 기능 측면에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약에 따라 다르다. 숙련된 전문가는 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 그러한 구현 결정이 청구 범위의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에 개시된 측면과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직, 논리 블록, 모듈 및 회로를 구현하는 데 사용되는 하드웨어는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 특정 애플리케이션 집적 회로(ASIC), FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 기타 프로그램 가능 논리 장치, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리, 개별 하드웨어 구성 요소, 또는 본원 명세서에서 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서 일 수 있지만, 대안으로, 상기 프로세서는 임의의 기존 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러 또는 상태 머신 일 수 있다. 프로세서는 또한 수신기 스마트 객체의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로 프로세서의 조합, 둘 이상의 마이크로 프로세서, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로 프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로 구현될 수 있다. 대안적으로, 일부 동작 또는 방법은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.
하나 이상의 특징에서, 설명된 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능은 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 또는 비 일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체에 하나 이상의 명령 또는 코드로 저장 될 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 또는 알고리즘의 동작은 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체에 기록될 수 있는 프로세서 실행 가능 소프트웨어 모듈 또는 프로세서 실행 가능 명령으로 구현될 수 있다. 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 저장 매체 일 수 있다.
일례로서, 제한은 아니지만, 그러한 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, FLASH 메모리, CD-ROM 또는 기타 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 기타 자기 스토리지 스마트 오브젝트 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 본원 명세서에서 사용된 디스크 및 디스켓에는 CD(컴팩트 디스크), 레이저 디스크, 광 디스크, DVD(Digital Versatile Disc), 플로피 디스크 및 Blu-ray 디스크가 포함되며, 여기서 디스크가 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 반면 디스켓은 레이저를 사용하여 데이터를 광학적으로 재생한다. 위의 조합은 또한 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 및 프로세서 판독 가능 매체의 범위 내에 포함된다. 추가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작은 컴퓨터 프로그램 제품 에 통합될 수 있는, 비 일시적 프로세서 판독 가능 저장 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체상의 하나 또는 임의의 조합 코드 및/또는 명령어 세트로 존재할 수 있다.
개시된 실시 예들의 이전 설명은 당업자가 청구 범위를 작성하거나 사용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시 예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 명백할 것이며, 본원 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 청구 범위의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시 예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명 개시는 본원 명세서에서 설명된 실시 예들로 제한되는 것으로 의도되지 않고, 다음의 청구항들 및 본원 명세서에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위로 제공되는 것이다.
Claims (7)
- 심장 지원 시스템으로서,
상기 시스템은 심장 펌프를 포함하고, 상기 심장 펌프는:
환자의 좌심실 내에 위치하도록 구성된 제1 부분;
상기 제1 부분에 연결되어, 환자의 상기 제1 부분이 상기 환자의 좌심실 내에 위치할 때 환자의 대동맥 판막을 가로질러 환자의 대동맥 내로 연장되도록 구성된, 제2 부분;
심장 펌프의 제1 부분 내에 위치되고, 상기 환자의 좌심실 내 좌심실 수축기압(LVSP)을 측정 또는 계산하는 데 사용되는 출력을 생성하도록 구성된, 제1 센서; 그리고,
심장 펌프에 연결되고, 제1 센서의 출력에 기초하여 LVSP를 측정 또는 계산하며, 측정 또는 계산된 LVSP에 기초하여 상기 환자의 좌심실을 기계적으로 언로드하도록 심장 펌프의 작동을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며,
상기 심장 펌프는 펌프 속도 및 유량을 가지며, 상기 제어기는 상기 심장 펌프의 펌프 속도 및 유량 중 하나 이상을 제어하도록 구성되어, 상기 환자의 좌심실 내의 LVSP가 목표 기준 압력으로 유지되고,
상기 제어기는 좌심실의 압력 체적 면적(PVA)을 감소시키도록 목표 기준 압력을 설정하도록 구성되고, 상기 제어기는 측정된 또는 계산된 LVSP에 기초하여 PVA를 추정하며,
상기 제어기는 90% 내지 97%만큼 좌심실의 PVA를 감소시키도록 상기 목표 기준 압력을 설정하도록 구성되는, 심장 지원 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 상기 LVSP를 직접 측정하는 압력 센서인, 심장 지원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 환자의 좌심실은 최대 기계적 언로딩(LMAX)에 대응하는 수준으로 기계적으로 언로딩되는, 심장 지원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 환자는 급성 심근 경색증(AMI) 환자인, 심장 지원 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 심장 펌프는 급성 심근 경색증(AMI) 환자의 전신을 관류하기 위한 심박출량을 생성할 수 있는, 심장 지원 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020247015946A KR20240074897A (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/050,542 US10960118B2 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Systems and methods for controlling a heart pump to minimize myocardial oxygen consumption |
| US16/050,542 | 2018-07-31 | ||
| KR1020217006351A KR102324329B1 (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
| PCT/US2019/044032 WO2020028295A1 (en) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | Systems and methods for controlling a heart pump to minimize myocardial oxygen consumption |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020217006351A Division KR102324329B1 (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247015946A Division KR20240074897A (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210135642A KR20210135642A (ko) | 2021-11-15 |
| KR102667045B1 true KR102667045B1 (ko) | 2024-05-20 |
Family
ID=67551757
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247015946A KR20240074897A (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
| KR1020217006351A KR102324329B1 (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
| KR1020217035978A KR102667045B1 (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247015946A KR20240074897A (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
| KR1020217006351A KR102324329B1 (ko) | 2018-07-31 | 2019-07-30 | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10960118B2 (ko) |
| EP (1) | EP3829669A1 (ko) |
| JP (2) | JP7171888B2 (ko) |
| KR (3) | KR20240074897A (ko) |
| CN (1) | CN112638466A (ko) |
| AU (1) | AU2019314334A1 (ko) |
| CA (1) | CA3107533A1 (ko) |
| IL (1) | IL280449A (ko) |
| SG (1) | SG11202100581XA (ko) |
| WO (1) | WO2020028295A1 (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10960118B2 (en) * | 2018-07-31 | 2021-03-30 | Abiomed, Inc. | Systems and methods for controlling a heart pump to minimize myocardial oxygen consumption |
| EP3856275B1 (en) * | 2018-09-27 | 2023-01-18 | Heartware, Inc. | Map estimation on vad patients |
| US12004848B2 (en) | 2018-11-02 | 2024-06-11 | Boston Scientific Medical Device Limited | Blood flow meter |
| TW202327685A (zh) * | 2021-09-10 | 2023-07-16 | 德商阿比奥梅德歐洲有限公司 | 體外膜氧合期間心室輔助支持的系統與方法 |
| WO2023091457A1 (en) * | 2021-11-16 | 2023-05-25 | Boston Scientific Scimed Inc. | Percutaneous circulatory support device including proximal pressure sensor |
| CN118215523A (zh) * | 2021-11-16 | 2024-06-18 | 波士顿科学国际有限公司 | 包括近侧压力传感器的经皮循环支持装置 |
| CN118267604A (zh) * | 2024-06-04 | 2024-07-02 | 安徽通灵仿生科技有限公司 | 基于左心室辅助设备的剩余心脏收缩力估计方法及*** |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100222635A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Thoratec Corporation | Maximizing blood pump flow while avoiding left ventricle collapse |
Family Cites Families (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3677092A (en) | 1970-06-17 | 1972-07-18 | Us Health Education & Welfare | Volume metering apparatus for circulatory assist pumps |
| US3911897A (en) * | 1974-04-05 | 1975-10-14 | Jr Frank A Leachman | Heart assist device |
| US4598579A (en) | 1984-10-23 | 1986-07-08 | Cordis Corporation | Portable instrument to test pressure/flow of ventricular shunt valves |
| US4782817A (en) * | 1987-05-29 | 1988-11-08 | Abiomed Cardiovascular, Inc. | Ventricular support system |
| US5437284A (en) | 1993-12-30 | 1995-08-01 | Camino Laboratories, Inc. | System and method for in vivo calibration of a sensor |
| DE19625300A1 (de) | 1996-06-25 | 1998-01-02 | Guenter Prof Dr Rau | Blutpumpe |
| US5964694A (en) | 1997-04-02 | 1999-10-12 | Guidant Corporation | Method and apparatus for cardiac blood flow assistance |
| US6241699B1 (en) * | 1998-07-22 | 2001-06-05 | Chase Medical, Inc. | Catheter system and method for posterior epicardial revascularization and intracardiac surgery on a beating heart |
| AU7360798A (en) | 1997-09-24 | 1999-04-12 | Cleveland Clinic Foundation, The | Flow controlled blood pump system |
| US6159160A (en) | 1998-03-26 | 2000-12-12 | Ethicon, Inc. | System and method for controlled infusion and pressure monitoring |
| US6176822B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-01-23 | Impella Cardiotechnik Gmbh | Intracardiac blood pump |
| DE19831997A1 (de) | 1998-07-16 | 2000-01-20 | Ewald Hennel | Verfahren zur Regelung des Drucks eines Fluids |
| US7022100B1 (en) | 1999-09-03 | 2006-04-04 | A-Med Systems, Inc. | Guidable intravascular blood pump and related methods |
| DE10060275A1 (de) | 2000-12-05 | 2002-06-13 | Impella Cardiotech Ag | Verfahren zum Kalibrieren eines Drucksensors oder eines Flussensors an einer Rotationspumpe |
| WO2003015609A2 (en) | 2001-08-16 | 2003-02-27 | Apex Medical, Inc. | Physiological heart pump control |
| US6669624B2 (en) | 2002-03-26 | 2003-12-30 | O. Howard Frazier | Temporary heart-assist system |
| US7195594B2 (en) | 2002-05-14 | 2007-03-27 | Pacesetter, Inc. | Method for minimally invasive calibration of implanted pressure transducers |
| US6949066B2 (en) | 2002-08-21 | 2005-09-27 | World Heart Corporation | Rotary blood pump diagnostics and cardiac output controller |
| WO2005051838A2 (en) | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Transoma Medical, Inc. | Feedback control of ventricular assist devices |
| US20080097226A1 (en) * | 2005-06-09 | 2008-04-24 | Mcconnell Patrick I | Evaluation of cardiac function using left ventricular pressure during LVAD support |
| JP5250866B2 (ja) | 2008-06-11 | 2013-07-31 | 株式会社サンメディカル技術研究所 | 人工心臓制御装置及び人工心臓システム |
| US8321024B2 (en) | 2008-06-16 | 2012-11-27 | Cvrx, Inc. | Devices and methods for treatment of heart failure and associated conditions |
| US20100222878A1 (en) | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Thoratec Corporation | Blood pump system with arterial pressure monitoring |
| US20100222633A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Victor Poirier | Blood pump system with controlled weaning |
| US8864644B2 (en) | 2010-01-19 | 2014-10-21 | Heartware, Inc. | Physiologically responsive VAD |
| US8613696B2 (en) | 2011-08-15 | 2013-12-24 | Thoratec Corporation | Non-invasive diagnostics for ventricle assist device |
| US10426878B2 (en) | 2011-08-17 | 2019-10-01 | Flow Forward Medical, Inc. | Centrifugal blood pump systems |
| CA2885548C (en) | 2012-09-21 | 2019-02-12 | Reinheart Gmbh | Method of controlling the speed of an ventricular assist device (vad) and ventricular assist device |
| WO2014062911A2 (en) | 2012-10-17 | 2014-04-24 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method for monitoring and improving forward blood flow during cpr |
| US9713662B2 (en) | 2012-11-30 | 2017-07-25 | The Penn State Research Foundation | Smart tip LVAD inlet cannula |
| EP2851100A1 (en) | 2013-09-20 | 2015-03-25 | Berlin Heart GmbH | Blood pump control system and method for controlling a blood pump |
| EP3131596B1 (en) * | 2014-04-15 | 2020-07-22 | Tc1 Llc | Methods and systems for controlling a blood pump |
| AU2015268105B2 (en) | 2014-05-29 | 2019-12-12 | Heartware, Inc. | Ventricular assist device method and apparatus |
| CN107847649B (zh) | 2015-06-04 | 2021-02-09 | 约瑟夫·赖尼尔·科内利斯·詹森 | 用于处理心脏传感器输出的方法和计算机*** |
| US10279152B2 (en) * | 2015-08-17 | 2019-05-07 | Tufts Medical Center, Inc. | Systems and methods for treating acute and chronic heart failure |
| WO2017085668A1 (en) | 2015-11-17 | 2017-05-26 | Yeatts Dale J | Wireless diagnostic system for indirect flow measurement in artificial heart pumps |
| US10159775B2 (en) * | 2016-02-04 | 2018-12-25 | Heartware, Inc. | Pump preload index/indicator |
| EP3213781A1 (en) * | 2016-03-02 | 2017-09-06 | ETH Zurich | Biomedical apparatus with a pressure-regulated blood pump |
| US20170258593A1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | David Good | Cardiac assistance device |
| DK3287154T3 (da) | 2016-08-23 | 2019-11-18 | Abiomed Europe Gmbh | Ventrikulær hjælpeindretning |
| ES2767553T3 (es) * | 2016-10-19 | 2020-06-17 | Abiomed Europe Gmbh | Control de dispositivo de asistencia ventricular |
| EP3357523B1 (en) | 2017-02-07 | 2021-01-20 | Abiomed Europe GmbH | Blood pump |
| US10960118B2 (en) * | 2018-07-31 | 2021-03-30 | Abiomed, Inc. | Systems and methods for controlling a heart pump to minimize myocardial oxygen consumption |
-
2018
- 2018-07-31 US US16/050,542 patent/US10960118B2/en active Active
-
2019
- 2019-07-30 KR KR1020247015946A patent/KR20240074897A/ko active Search and Examination
- 2019-07-30 JP JP2021505319A patent/JP7171888B2/ja active Active
- 2019-07-30 CN CN201980050652.7A patent/CN112638466A/zh active Pending
- 2019-07-30 AU AU2019314334A patent/AU2019314334A1/en active Pending
- 2019-07-30 SG SG11202100581XA patent/SG11202100581XA/en unknown
- 2019-07-30 WO PCT/US2019/044032 patent/WO2020028295A1/en unknown
- 2019-07-30 EP EP19752368.1A patent/EP3829669A1/en active Pending
- 2019-07-30 KR KR1020217006351A patent/KR102324329B1/ko active IP Right Grant
- 2019-07-30 KR KR1020217035978A patent/KR102667045B1/ko active IP Right Grant
- 2019-07-30 CA CA3107533A patent/CA3107533A1/en active Pending
-
2021
- 2021-01-27 IL IL280449A patent/IL280449A/en unknown
- 2021-02-18 US US17/178,461 patent/US20210275794A1/en active Pending
-
2022
- 2022-11-02 JP JP2022175914A patent/JP2023002816A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100222635A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Thoratec Corporation | Maximizing blood pump flow while avoiding left ventricle collapse |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA3107533A1 (en) | 2020-02-06 |
| KR102324329B1 (ko) | 2021-11-10 |
| EP3829669A1 (en) | 2021-06-09 |
| IL280449A (en) | 2021-03-01 |
| JP2021532884A (ja) | 2021-12-02 |
| AU2019314334A1 (en) | 2021-02-25 |
| SG11202100581XA (en) | 2021-02-25 |
| KR20240074897A (ko) | 2024-05-28 |
| KR20210135642A (ko) | 2021-11-15 |
| US20200038569A1 (en) | 2020-02-06 |
| US20210275794A1 (en) | 2021-09-09 |
| JP7171888B2 (ja) | 2022-11-15 |
| US10960118B2 (en) | 2021-03-30 |
| JP2023002816A (ja) | 2023-01-10 |
| CN112638466A (zh) | 2021-04-09 |
| WO2020028295A1 (en) | 2020-02-06 |
| KR20210031993A (ko) | 2021-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102667045B1 (ko) | 심근 산소 소비량 최소화하기 위한 심장 펌프 제어 시스템 및 방법 | |
| JP7171545B2 (ja) | 補助人工心臓 | |
| US12029891B2 (en) | Ventricular assist device control | |
| US9352077B2 (en) | Rotational pump and methods for controlling rotational pumps | |
| US7963905B2 (en) | Control system for a blood pump | |
| JP2012519035A (ja) | 大動脈弁の癒着防止 | |
| US20140142367A1 (en) | Control systems for rotary blood pumps | |
| Arndt et al. | Physiological control of a rotary blood pump with selectable therapeutic options: control of pulsatility gradient | |
| JP2012519034A (ja) | 制御された離脱を伴う血液ポンプシステム | |
| Meki et al. | A sensorless rotational speed-based control system for continuous flow left ventricular assist devices | |
| Wang et al. | Sensor-based physiologic control strategy for biventricular support with rotary blood pumps | |
| US11420040B2 (en) | Methods, system, and computer readable media for a rotational speed-based control system for ventricular assist devices | |
| JP5608848B2 (ja) | 人工心臓制御装置及び人工心臓システム | |
| Son et al. | Feedback control of rotary blood pump for preventing left ventricular suction | |
| Gohean et al. | Preload sensitivity with TORVAD counterpulse support prevents suction and overpumping | |
| Kaye et al. | 50 Circulatory assist devices including |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |