用于自动调整心脏再同步治疗控制参数的系统与方法

用于自动调整心脏再同步治疗控制参数的系统与方法
【专利摘要】一种心脏再同步治疗（“CRT”）的系统与方法，其中使用基线心脏电活动的模型（诸如从各种体表心电图（“ECG”）信号中导出的全局基线心脏电活动的模型），来自动地调节心脏植入性电设备（“CIED”）的起搏控制参数。将基线模式与CRT响应模式比较，基于患者特定的响应模式表现型确定来以迭代方式使用经修改的起搏控制参数，直到心室电异步最小化。使用导致最小心室电异步的起搏控制参数来生成CRT的最终控制参数。
【专利说明】用于自动调整心脏再同步治疗控制参数的系统与方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年7月14日提交的、且名为“An Operating System andHardware for Automated Optimized Adjustment of Cardiac ResynchronizationTherapy Control Parameters Using Enhanced Patient—Specific VentricularActivation Fusion Response Phenotype Recognition (使用增强的患者特定心室激动融合响应表现型识别来自动优化调整心脏再同步治疗控制参数的操作系统与硬件)”的美国临时专利申请系列号N0.61/507，760的权益。
【背景技术】
[0003]本发明的领域是心律与心力衰竭管理的系统与方法。更具体地，本发明涉及用于执行心脏再同步治疗的系统和方法，其中相关于心脏电活动的模型(诸如全局心脏电活动的模型)来自动地做出对于起搏控制参数的调节。
[0004]电治疗针对具有与心脏时序异常相关联的心力衰竭的患者。这是由于最优心脏泵血功能取决于由电时序精确且动态地安排(orchestrated)的各组成部分的系统性排布(methodical arrangement)的情况。这种电机械排序(ordering)发生在多个解剖级别处，包括心房内、房室间、心室之间、且尤其是在左心室内。不合适的电时序破坏了这些系统性排布，可在任何解剖级别处单独或以各种组合地发生不合适的电时序，且劣化了心脏泵血功能。
[0005]由左束支阻滞引起且经常伴随有房室延迟的左心室内的传导延迟，定义了异步心力衰竭。更特定地，由于束支阻滞引起的左心室传导延迟引起收缩与延展的区域异质性、或异步，这减少了泵血功能并激发了不利的左心室重构(表征为增加的腔室体积)。实验性模型展示了左心室电激动、心脏`力学、和重构之间的直接关联。用于异步心力衰竭的多部位起搏(也被称为心脏再同步治疗(“CRT”)或双心室起搏)的概念基础，是最小化心室传导延迟，这减少了收缩异步并改进了腔室力学。
[0006]左心室电激动异步的最小化(术语表达为“再同步”)恢复了左心室力学中部分或所有的由LBBB引起的损害。再同步引起所谓“逆向”重构(表征为心室体积减少)、和改进的泵血功能(表征为增加的心室射血分数)。作为结果，逆向重构还相关联于减少的心力衰竭发病率和死亡率。此外，对房室时序的合适调节，CRT的二阶效果，最大化了左心室预载和舒张期充盈。因此，CRT可通过在收缩期间卸载异步左心室并在充盈期间最大化左心室预载来改进泵血功能，但是这两个效果是彼此独立的，这是由于对于心室电机械再同步而言并不要求舒张功能的最优房室时序且最优房室时序在逆向体积心室重构方面不起作用，且即使将房室关系不当地定时或房室关系不存在时也可发生逆向重构。
[0007]响应于用于异步心力衰竭的多部位起搏的再同步和逆向体积重构的转换机制是心室激动波阵面融合，这在起搏12导联体表ECG上是明显的。不论基线底物条件如何，心室激动波阵面融合的存在预示了逆向重构的高概率，而没有激动波阵面融合则预示了重构的低概率。[0008]不利的底物条件，诸如较高的心肌瘢痕量或少量心室传导延迟，不可由起搏技术所修改。反之，起搏策略可易于适用于修改心室激动，例如来引起心室激动波阵面融合，且可在具有心脏植入性电设备(“CIED”)的完全能够走动的患者中自动地实现这样的指令。然而，最近的实验证据表明，仅有三分之二的CIED患者在常规CRT过程中具有心室激动波阵面融合的起搏体表ECG迹象。这表示临床应答之间存在较大的患者间异质性，且表示尽管有常规CRT起搏，没有校正心室传导延迟仍然极大地造成体积重构无响应。
[0009]因此，期望的将是提供一种用于心脏再同步治疗的系统与方法，该系统与方法利用了与临床结果测量(诸如心力衰竭发病率和死亡率以及最值得注意的逆向体积重构)的改进相关的测量结果。还期望的将是具有一种系统与方法，在患者特定基础上更准确地表征CRT响应模式，且导致临床上可靠的测量结果和对于起搏控制参数的改变。

【发明内容】

[0010]本发明通过提供心脏再同步治疗(“CRT”)的系统与方法来克服了上述缺陷，在该系统与方法中，使用基线心脏电活动的模型(诸如从各种体表心电图(“ECG”)信号中导出的全局基线心脏电活动的模型)，来自动地调节心脏植入性电设备(“CIED”)的起搏控制参数。更特定地，基线心室激动序列和起搏的CRT激动序列二者都使用从体表ECG信号导出的增强的基于QRS波群的可视符号语言来予以表征。将基线模式与CRT响应模型相比较，基于患者特定的融合响应模式表现型确定(其表示激动序列变化)以迭代方式修改起搏控制参数，直到心室电异步最小化。使用导致患者特定最优融合表现型和最小心室电异步(心室传导延迟的最大减少)的起搏控制参数来生成CRT的最终控制参数。因此，这个方法精心制作了用于在CRT期间改进患者特定响应的操作框架，该操作框架使用ECG融合表现型识别和关联的电异步度量来选择最优左心室导线位置并滴定调节(titrate)最佳电异步度量。
[0011]本发明的一方面在于提供用于使用心律管理(CRM)设备向患者心脏传递心脏再同步治疗的方法。该方法包括使用与CRM设备电通信的电极获取表示患者心脏内的心脏电活动的信号，并将所获取的心脏电活动信号与从体表导联心电图测量中导出的基线电活动相比较。该方法还包括基于该比较确定心室激动融合响应表现型且基于所确定的心室激动融合响应表现型来设置一个或多个起搏控制参数。然后使用该一个或多个起搏控制参数将心脏再同步治疗传递至患者心脏。
[0012]本发明 的另一方面是提供用于向患者心脏传递心脏再同步治疗的心脏植入性电设备。心脏植入性电设备可包括用于接收表示心脏内心脏电活动的信号的输入、脉冲传递系统，用于将电脉冲传递至心脏的从而将心脏再同步治疗提供至心脏、用于存储起搏控制参数以及从体表心电图信号中导出的基线心脏电活动的存储器、以及与该存储通信的处理器。该处理器被配置为接收所接收到的信号，使用将所接收到的信号表征为全局心脏电活动的替代项的形态学框架来将所接收到的信号与基线心脏电活动比较，并基于该比较来确定心室激动融合响应表现型。该处理器进一步被配置为基于所确定的心室激动融合响应表现型和所接收到的信号与所存储的基线心脏电活动的比较来调节所存储的起搏控制参数，并与脉冲传递系统通信来根据所接收到的所确定和所调节的起搏控制参数中的至少一个来向心脏传递心脏再同步治疗。
[0013]本发明的又一方面在于提供一种用于使用心律管理(CRM)设备向患者心脏传递心脏再同步治疗的系统。该系统包括输入和输出，该输入配置为耦合至与CRM设备电通信的电极从而获取表示患者心脏内的心脏电活动的信号，且该输出配置为向CRM设备通信操作控制参数。该系统还包括处理器，该处理器配置为接收表示心脏电活动的信号、访问基线心脏电活动信息、并将表示心脏电活动的信号与基线心脏电活动比较。该处理器进一步被配置为基于表示心脏电活动的信号与基线电活动的比较来确定患者特定的激动融合响应表现型、使用该激动融合响应表现型来确定用于控制起搏的至少一个经调整的操作控制参数、并将至少一个经调整的操作控制参数通信至CRM设备来使用该至少一个经调整的操作控制参数来执行心脏再同步治疗。
[0014]本发明的前述及其他方面以及优点将在以下描述中呈现。在该描述中，参考了形成本发明的一部分的附图，在这些附图中作为说明示出了本发明的优选实施例。然而，这些实施例未必表示本发明的全部范围，并且因此参考权利要求书和本文来解释本发明的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是在实现本发明的实施例时采用的用于心律管理(“CRM”)的示例性心脏植入性电设备(“CIED”)的图示；
[0016]图2是一组示例性QRS波群象形符号(hieroglyph)、或“字形(glyph) ”的图示，其形成用于将心脏电活动的CIED测量与全局心脏电活动的体表ECG测量相关联的形态学框架，该形态学框架被示出来预测心室泵血功能的改进(逆向重构);
[0017]图3A-3F是刺激波阵面和表示偏斜融合(oblique fusion)响应表现型的所得融合波阵面的图示；
[0018]图4是刺激波阵面和表示抵消融合(cancellation fusion)响应表现型的所得波阵面的图示；
`[0019]图5是刺激波阵面和表示相加融合(summation fusion)、或融合故障响应表现型的所得波阵面的图示；
[0020]图6是与心脏刺激位置有关的融合响应表现型的示意性表示；
[0021]图7是示出当在横向和前向刺激位置处提供刺激时，逆向重构的可能性和响应于刺激的QRS持续时间变化之间的关系的图；
[0022]图8是示出逆向重构的可能性和融合响应表现型引起的QRS持续时间变化之间的关系的图；
[0023]图9是说明用于标识心脏再同步治疗期间的融合响应表现型的示例性方法的步骤的流程图；
[0024]图10是说明用于滴定调节与所识别的偏斜融合响应表现型有关的心脏再同步治疗起搏参数的示例性方法的步骤的流程图；
[0025]图11是与图10的流程图相关联的示例性激动序列度量日志的图示；
[0026]图12是与图10的流程图相关联的另一个示例性激动序列度量日志的图示；
[0027]图13A-13D是示出在滴定调节心脏再同步治疗起搏参数期间的激动序列特性的患者特定的关系的图。
[0028]图14是说明用于滴定调节与所识别的抵消融合响应表现型有关的心脏再同步治疗起搏参数的示例性方法的步骤的流程图；
[0029]图15是与图14的流程图相关联的示例性激动序列度量日志的图示；
[0030]图16是与图14的流程图相关联的另一个示例性激动序列度量日志的图示；
[0031]图17是说明用于滴定调节与所识别的相加融合响应表现型有关的心脏再同步治疗起搏参数的示例性方法的步骤的流程图；
[0032]图18是与图17的流程图相关联的示例性激动序列度量日志的图示；
[0033]图19是与图17的流程图相关联的另一个示例性激动序列度量日志的图示；
[0034]图20是与来自多电极左心室导线的心脏刺激位置有关的融合响应表现型的示意性表示；
[0035]图21是说明用于滴定调节与所识别的相加融合响应表现型有关的心脏再同步治疗起搏参数和起搏刺激位置的示例性方法的步骤的流程图；
[0036]图22是与图21的流程图相关联的示例性激动序列度量日志的图示；
[0037]图23是说明在心脏再同步治疗期间的融合响应表现型和最优起搏参数的周期性评估的示例性方法的步骤的流程图；和
[0038]图24是在实践本发明的实施例时采用的心脏植入性电设备(“CIED”)的示例性起搏发生器外壳的图示；
[0039]图25是在心脏再同步治疗期间用于全局心室机动的基于CIED的ECG替代项和ECG导出的融合响应表现型的·图示。
【具体实施方式】
[0040]利用被植入的心律管理(“CRM”)设备(诸如起搏器和具有起搏功能的植入性复律除颤器(“ICD”))的常规心脏起搏，涉及经由与心脏的期望部分电接触的心脏内电极传递电起搏脉冲至患者心脏。该CRM设备一般被皮下地植入在患者胸部。
[0041]对于用于心脏再同步治疗(“CRT”)的起搏控制系统的手动、自动、和半自动的调整的常规心脏可植入电设备(“CIED”)方法的局限在于它们仅依赖于在生理学方面未知的基于设备的测量结果，这些测量结果没有关联于任何临床结果测量(诸如心力衰竭发病率和死亡率以及最值得注意的逆向体积重构)的改进。无法做出这些关联的理由包括缺乏对于CRT响应而言至关重要的生理学参数的了解、对于如何将这些参数与心脏活动改进的概率相关的理解不充分、以及缺乏对于将这些参数用于起搏刺激技术的已知目标了解。如将描述的，本发明提供了有助于临床医生对于底物条件、治疗实现和传递、以及治疗响应之间的交互的改进的理解的能力，从而获得增强的临床应答的结果并将完全没应答转换为临床应答。
[0042]现参考图1，示出了用于CRT的示例性CIED100。这样的示例性CIED100包括与心脏内导线系统104电通信的植入性脉冲发生器102。
[0043]通过上部静脉系统的血管(诸如上腔静脉)；或者到达心脏的其他方法，心脏内导线系统104的部分可被插入患者心脏106。心脏内导线系统104包括一个或多个电极，该一个或多个电极被配置为产生代表在电极位置处、在空间上间隔开的电极之间、或在电极的各种组合与脉冲发生器102的外壳108之间所感测到的心脏电活动的电描记图(“EGM”)信号，或者被配置为传递起搏电脉冲至电极的位置。任选地，心脏内导线系统104可包括一个或多个电极，该一个或多个电极被配置为感测诸如心腔压力、动作、收缩力、振动、或温度之类的生理学参数。
[0044]导线系统104可包括被置于一个或多个心腔内、上、或周围的一个或多个心脏内电极110-114，用于从患者心脏106感测电信号并传递起搏脉冲至心脏106。心脏内电极110-114，诸如图1中所示的电极，可被用于感测心脏的一个或多个腔室中的电活动或用于起搏心脏的一个或多个腔室，包括左心室、右心室、左心房、和右心房。导线系统104可包括用于传递复律/去纤颤电击至心脏的一个或多个去纤颤电极。
[0045]脉冲发生器102包括用于检测心律失常、并控制通过导线系统104被传递至心脏106的电刺激脉冲或电击形式的起搏或去纤颤治疗的电路。脉冲发生器102的外壳108还与各种可选择的心脏内电极110-114组合来作为用于记录远场EGM的感测电极。这样的控制器由与用于程序和数据存储的存储器电通信的微处理器形成。其它控制器设计对于本领域技术人员而言是容易理解的。
[0046]用作控制器的脉冲发生器102被配置为以数个编程模式来操作CIED100，每一个编程模式定义了响应于所感测到的心脏电活动或者在没有自发心脏电活动的情况下如何输出起搏脉冲。还提供了通信电路用于帮助控制器和外部通信设备之间的通信，外部通信设备诸如是，例如，便携式或床侧通信台、患者携载/佩戴的通信台、或外部编程器。通信电路还可辅助与一个或多个植入的、外部的、皮肤或皮下生理学或非生理学传感器、患者输入设备、或信息系统之间的单向或双向通信。
[0047]控制器根据存储于存储器中的编程指令来控制CIED100的整体操作。更特定地，CIED100的感测电路单独地或以各种组合，从由特定通道的电极所感测的电压中，生成多个心房、心室、和远场EGM信号(表示在本征或起搏的心跳期间发生的心脏去极化的时程和幅值)。控制器解译从心 脏内电极110-114、和用脉冲发生器102的外壳108形成的远场电极感测到的EGM信号，并根据编程起搏模式来控制起搏电脉冲的传递。
[0048]建立形态学框架来提供对由CIED或其他CRM设备获得的EGM与采用体表-导联(surface-lead)系统的心电图(“ECG”)设备获得的心电图的直接的、比较性的分析。特定地，在用CRM设备起搏之前和之后获得的ECG中形成心脏电活动的模型。因此，此模型传递了与异常基线全局心脏电活动、由CRM设备完成的全局心脏电活动中的变化、以及最大化心室激动波阵面融合的理想全局心脏电活动相关的信息，藉此确保心脏泵血功能改进的最大可能性。尽管EGM与由ECG设备通常采用的体表导联系统没有采用相同的视角来记录全局心脏活动，通过形态学框架的方式，心脏电活动的模型可被直接与由CIED所记录的EGM所比较。因此，多个CIED EGM用作全局心脏电活动的体表ECG测量的形态学替代项。
[0049]形态学框架被称为心室激动图案比较的QRS象形符号框架(hieroglyphicframework)。简而言之，在每一个体表导联(surface lead)中起搏前和起搏后QRS复合体被解构为四个可能的波形元素:R、S、Q、和QS。每一个QRS复合体的所有元素的以毫伏(“mV”)计的绝对幅值和以毫秒(“ms”)计的持续时间被用于表征特定激动图案。每一个导联中的心室激动可用九个可能的图案、或QRS象形符号(“字形”)来表征，如下述表格I所描述和图2所示的那样。
[0050]表1
[0051]字形描述
【权利要求】
1.一种用于通过心律管理(CRM)设备将心脏再同步治疗传递至患者心脏的方法，所述方法的步骤包括: a)使用与所述CRM设备和外部编程器中的一个电通信的电极，获取表示所述患者心脏中的心脏电活动的信号； b)将所获取到的心脏电活动信号与基线心脏电活动进行比较； c)基于步骤b)中的所述比较来确定激动融合响应表现型； d)基于步骤c)中所确定的所述激动融合响应表现型来设置一个或多个起搏控制参数；和 e)使用所述一个或多个起搏控制参数将心脏再同步治疗传递至所述患者心脏。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括在所获取的心脏电活动信号中标识一个或多个QRS波群字形。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)还包括将所标识出的QRS波群字形与所述基线心脏电活动中的相应QRS波群字形相比较。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)还包括将所获取的心脏电活动信号中的QRS持续时间与所述基线心脏电活动中的相应QRS持续时间进行比较。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)包括设置房室间期和心室-心室间期中的至少一个。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将步骤a)中所获取的信号表征为包括来自多个心脏再同步治疗刺激部位的传播波模式的融合波阵面。
7.如权利要求6所述的方法，`其特征在于，还包括基于所述传播波模式来表征所述融合波阵面中的波阵面干涉的模式。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激动波阵面响应表现型包括抵消融合响应表现型、偏斜融合响应表现型、和相加融合响应表现型中的一个。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当步骤c)中确定相加融合响应表现型时，步骤d)包括设置所述一个或多个起搏控制参数以意图改变所述激动响应表现型。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于步骤b)中的比较和步骤C)中的确定来估算心脏再同步治疗期间逆向重构的可能性。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，估算心脏再同步治疗期间逆向重构的可能性是基于至少一个心脏再同步治疗刺激部位的。
12.一种用于将心脏再同步治疗传递至患者心脏的心脏植入性电设备，所述心脏植入性电设备包括: 用于接收表不所述心脏内的心脏电活动的信号的输入； 脉冲传递系统，用于向所述心脏传递电脉冲从而将心脏再同步治疗传递至所述心脏处； 存储器，用于存储起搏控制参数和基线心电图电活动； 与所述存储器通信的处理器，所述处理器被配置为: 接收所接收到的信号； 使用将所接收到的信号表征为全局心脏电活动的替代项的形态学框架，来将所接收到的信号与所述基线心电图电活动进行比较；基于所述比较来确定激动融合响应表现型； 基于所述激动融合响应表现型和所接收到的信号与所述基线心电图电活动的比较，来生成调节的起搏控制参数；以及 与所述脉冲传递系统通信来根据所述经调节的起搏控制参数向所述心脏提供心脏再同步治疗。
13.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中所述处理器被进一步配置为在所接收到的信号中标识出一个或多个QRS波群字形。
14.如权利要求13所述的心脏植入性电设备，其特征在于，所述处理器被进一步配置为将所标识出的QRS波群字形与所述基线心电图电活动中的相应QRS波群字形相比较。
15.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中所述处理器进一步被配置为将所接收到的信号与波阵面传播特性相关联来获取融合波阵面。
16.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中脉冲传递系统包括多电极引线来改变用于传递电脉冲的刺激部位。
17.如权利要求16所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中所存储的起搏控制参数包括所述刺激部位。
18.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中所存储的起搏控制参数包括房室间期和心室-心室间期。
19.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，所述处理器进一步配置为与外部编程器通信。
20.如权利要求12所述的心脏植入性电设备，其特征在于，其中所述处理器进一步配置为与通过数字网络访问的计算资源进行通信，所述数字网络是通过便携式或床侧通信站点链接的。
21.一种用于通过心律管理(CRM)设备将心脏再同步治疗传递至患者心脏的系统，所述系统包括: 输入，配置为耦合至与所述CRM设备电通信的电极，从而获取表示所述患者心脏内的心脏电活动的信号； 输出，配置为将操作控制参数通信至所述CRM设备； 处理器，配置成: 接收表示心脏电活动的信号； 访问基线心脏电活动信息； 将表示心脏电活动的信号与所述基线心脏电活动进行比较； 基于表示心脏电活动的信号与所述基线心脏电活动的比较来确定患者特定的激动融合响应表现型； 使用所述激动融合响应表现型来确定用于控制起搏的至少一个经调节的操作控制参数；且 将所述至少一个经调节的操作控制参数通信至所述CRM设备来使用所述至少一个经调节的操作控制参数执行心脏再同步治疗。
【文档编号】A61N1/362GK103796714SQ201280044539
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2011年7月14日
【发明者】M·O·斯维尼 申请人:布里格姆女子医院有限公司