用于通过减速起搏终止心律失常的设备的制作方法

本发明涉及一种用于终止活体心脏的心律失常的设备。更特别地，本发明涉及包括权利要求1的前序部分的特征的设备。在本技术中，术语“活体心脏的心律失常”是指所有类型的心律失常，特别是包括心室和心房纤颤。心律失常是发病率和死亡率的主要原因，心脏性猝死每年夺去数十万人的生命。心脏中潜在的电兴奋模式的复杂和混沌动力学仍然没有完全被理解。然而，众所周知，螺旋波或涡卷波是心律失常期间驱动时空动态的支配对象。

背景技术：

1、心室纤颤的常规治疗包括施加电除颤脉冲，目的是恢复窦性心律。由于在心脏中感应出显著的电流，这种治疗伴随着严重的副作用，包括组织损伤和创伤后应激。

2、wo 2012/172 027a2公开了一种用于终止生物组织的高频失律性电状态的设备。所述设备包括用于提供代表生物组织当前电状态的电信号的传感器。确定单元根据电信号确定生物组织的当前电状态的主频率，并且根据主频率确定生物组织的当前电状态是否是高频电状态。特别地，如果所述主频率在从5hz到20hz的频率范围内，则所述确定单元确定所述生物组织处于高频失律性电状态。此外，所述确定单元确定指示所述至少一个主频率在所述高频失律性电状态中有多主导的主导水平，并且在所述主导水平超过预定义阈值的时间点触发电脉冲发生器以根据所述主频率的间隔生成一系列电脉冲。电脉冲发生器以相应的间隔和相应的数量生成所述系列的电脉冲，使得电脉冲光栅扫描由主频率限定的相空间一次。特别地，电脉冲发生器以相应的间隔生成电脉冲，使得电脉冲光栅以从π/5到2π/7的范围内的相位间隔扫描相空间。更特别地，脉冲发生器以超过主频率的倒数值的1/10至1/7的间隔生成电脉冲。使用已知的设备，以标准心脏除颤能量的1/100至1/10范围内的每脉冲电能施加电脉冲，可以足以终止生物组织的高频失律性电状态。换句话说，电脉冲发生器根据所谓的leap(低能量抗纤颤起搏)概念以与用于通过提供电击的单个脉冲进行除颤的标准除颤能量相比相对低的电能生成电脉冲。leap概念的有效性取决于仔细选择将电脉冲施加到生物组织的最佳起始点。

3、wo 2017/157 954a1公开了一种用于向活心肌组织施加至少一个电脉冲的设备，其包括接收表示心肌组织的当前电活动的电信号的输入端。信号处理器处理电信号以确定状态空间中电信号的当前复杂度的度量，并且当复杂度度量低于预定复杂度阈值时输出控制信号。脉冲发生器响应于控制信号生成至少一个电脉冲。经由输出端，至少一个电脉冲被输出到心肌组织。特别地，复杂性度量被确定为电信号的计算的当前排列熵。以这种方式，至少一个电脉冲应在最佳时间点被触发，使得在尽可能低的电能下实现至少一个电脉冲对活心肌组织的期望重置效果。

技术实现思路

1、本发明的问题

2、本发明的问题是提高用于终止活体心脏的心律失常的设备的成功率。

3、解决方案

4、本发明的问题通过包括权利要求1的特征的用于终止活体心脏的心律失常的设备来解决。在从属权利要求中限定了设备的优选实施例。

5、本发明的描述

6、根据本发明的用于确定活体心脏的心律失常的设备包括信号评估装置，所述信号评估装置接收表示心脏的当前电活动的信号并且确定信号的频谱。所述设备还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器以根据所述频谱的脉冲重复频率生成待施加到心脏的电脉冲的序列，并且脉冲重复频率在所述序列上降低至少20％。

7、心律失常可以特别是心室纤颤(vf)或心房纤颤(af)。例如，它也可以是室性心动过速(vt)。

8、频谱可以例如是信号的振幅或电压的频谱，或者优选地是信号的功率密度的频谱、即功率谱密度(dsd)。

9、与大多数已知的用于确定活体心脏的心律失常的设备一样，根据本发明的设备可以包括用于表示心脏的当前电活动的信号的专用输入端，以及用于输出待施加到心脏的电脉冲序列的专用输出端。

10、根据本发明的设备的脉冲发生器不以固定的脉冲重复频率(即，以固定的时间间隔)生成电脉冲序列的脉冲。相反，脉冲重复频率在电脉冲序列上降低、即电脉冲以在其序列上增加至少25％的时间间隔生成。这个概念被称为“减速起搏”。

11、在广泛的研究中，本发明的发明人发现了最佳点，在所述最佳点中，可以用恒定脉冲重复频率的电脉冲序列以相对低的每脉冲电能终止活体心脏的心律失常。这些最佳点中的一些不仅在每脉冲甚至更低电能的方向上，而且在每脉冲更高电能的方向上由电脉冲的降低效率的区域界定。由于真实生活中的心脏差异很大，这些最佳点在实践中很难找到。至少，想要找到它们，需要花费太多的时间。因此，本发明人想到了一种利用这种最佳点中的电脉冲的高效率而不必实际找到最佳点的方法。一种尝试是使用频率扫描，以便至少以某种方式将最佳点的脉冲重复频率包括在电脉冲序列中。在他们的实验中，发明人发现，具有降低的脉冲重复频率的扫描提供比具有增加的脉冲重复频率的扫描提供好得多的结果。此外，他们发现了可以优化脉冲重复频率过程的标准。这种优化远远超出了旨在至少以某种方式包括未知最佳点的脉冲重复频率的简单频率扫描。

12、脉冲重复频率可以在表示心脏的当前电活动的信号的当前主频率之上开始；并且脉冲重复频率可以下降到远低于当前主频率。然而，根据本发明的设备的信号评估装置不需要确定信号的任何主频率。相反，在设置电脉冲序列上的脉冲重复频率的过程中可以应用其它标准。这些其它标准比主频率更具有鲁棒性，并且它们甚至不需要具有可以确定的任何主频率的信号。

13、通常，根据本发明的设备的脉冲发生器生成电脉冲序列，使得它们的脉冲重复频率单调地、优选地严格单调地降低。在脉冲重复频率的严格单调降低中，两个连续电脉冲之间的时间距离将逐脉冲地增加。

14、通常，根据本发明的设备的脉冲发生器将生成电脉冲序列，使得电脉冲的脉冲重复频率在所述序列上降低其起始值的至少30％。这意味着生成电脉冲的时间间隔在所述序列上增加超过其起始值的40％。通常，电脉冲的脉冲重复频率将在序列上减少其起始值的至少50％，使得随后的电脉冲彼此跟随的时间间隔增加其起始值的至少100％。

15、脉冲重复频率在序列上的降低通常不超过其起始值的80％，并且通常不超过其起始值的70％。这对应于电脉冲的间隔相应地增加其起始值的500％和333％。

16、根据本发明的设备的脉冲发生器可以每个序列生成至少3或4个电脉冲。每个序列的电脉冲的最大数量可以是20或15。因此，电脉冲的数量通常在4至15的范围内。

17、脉冲重复频率可以以固定的起始值开始，并且脉冲重复频率的降低可以线性地分布在电脉冲的序列上。然而，发明人发现，存在用于设置起始值和分配降低的甚至更好的选择。下文将对这些选择进行解释：

18、脉冲发生器可以生成电脉冲的序列，使得频谱的积分的低至序列的电脉冲的脉冲重复频率的起始值的高频部分为频谱的完整积分的至少5％，优选至少8％，并且不超过25％，优选不超过20％或甚至不超过15％。频谱的积分是根据本发明的设备在设置序列的电脉冲的脉冲重复频率时的最优选参考。所述积分可以限于频率、即仅针对频率计算，直到与活体心脏的心律失常相关的最大频率。所述上限截止频率可以例如被设置为20hz或15hz或10hz或甚至更小，或者被设置为信号明显超过背景噪声的频率。关于室性心动过速，可以设置上限截止频率，使得心动过速的主频率的谐波不在积分中。因此，上限截止频率可以设置在主频率和两倍主频率之间。类似地，积分可以限于频率、即仅针对高于与活体心脏的心律失常相关的最小频率的频率计算。所述较低的截止频率可以例如被设置为0.5hz或1hz或甚至更高。使用如上定义的积分设置的脉冲重复频率的起始值显然在表示心律失常中心脏的当前电活动的信号的频谱内，但接近所述频谱的上端。就绝对值而言，序列的电脉冲的脉冲重复频率的起始值可以是至少5hz或至少8hz，并且不大于15hz或不大于10hz。通常，当基于psd而不是基于振幅频谱来确定时，脉冲重复频率的起始值将较低。

19、此外，根据本发明的设备的脉冲发生器可以生成电脉冲序列，使得频谱的积分的高至序列的电脉冲的脉冲重复频率的结束值的低频部分为频谱的完整积分的至少5％，优选至少8％，并且不大于25％，优选不大于的20％或甚至不大于15％。就绝对值而言，电脉冲的脉冲重复频率的结束值可以是至少0.5hz，至少2hz，并且不大于6hz，优选地不大于4hz。因此，减速起搏可以被解释为在心律失常中存在的心脏电活动的不同频率下收集心脏，并将心脏引导到其正弦电活动的典型频率，所述典型频率在1hz至2hz的范围内。

20、如果脉冲发生器生成电脉冲的序列，使得序列的电脉冲的脉冲重复频率的居间值被设置为将频谱的积分分成大致相等的部分，优选地在频谱的时间变化的限制内分成相等的部分，则根据本发明的设备在所施加的电脉冲的低电能下最成功地终止心律失常。以这种方式，在相应的频率范围内，心脏的电活动越强，脉冲重复频率的居间值的密度越高。更强的电活动意味着在能够将心脏引导到规则的正弦电活动之前，可能需要更高的努力来收集相应频率下的心脏。事实上，对于在测试本技术中建模的所有心律失常，利用根据上述方案生成电脉冲的设备实现的结果(即心律失常终止率)等于起始值和结束值与脉冲重复频率的线性分布居间值的最佳匹配。然而，最佳匹配只能通过广泛的测试来找到，而上述方案可以直接应用而无需测试，并且只要表示心脏的当前电活动的信号可用，就可以实时或接近实时地应用。

21、例如，信号评估装置可以接收ecg信号作为表示心脏的电活动的信号，并且确定ecg信号的频谱。

22、在确定表示心脏的电活动的信号的频谱时，信号评估装置可以对信号进行傅立叶变换。这可以通过快速傅里叶变换或通过可实时或接近实时执行的任何其它计算机实现的傅里叶变换来实现。信号可以针对长度通常可以在1至10s的范围内的浮动时间窗口进行傅立叶变换。

23、在确定电脉冲的脉冲重复频率所根据的信号的频谱时，信号评估装置可以对表示心脏的电活动的信号的初步频谱求平均或平滑初步频谱。换句话说，为了基于频谱的积分来设置脉冲重复频率，使用平均或平滑的初步频谱，因为它将提供更平滑的积分过程。替代地，积分可以被平滑。

24、根据本发明的设备的脉冲发生器可以以脉冲的相等电压和能量生成序列的电脉冲。然而，通常，脉冲的电压和能量可以在序列上变化，特别是降低。就绝对值而言，每个电脉冲的电压和能量可以在leap的典型范围内、即在标准单个电除颤脉冲的能量的1/10至1/100的范围内。电脉冲的形状可以等于或类似于典型的电除颤脉冲，并且电脉冲可以以与典型的电除颤脉冲相同的方式施加到心脏。

25、应当理解，根据本发明设置序列的电脉冲的脉冲重复率的过程并不取代在最佳时间点施加电脉冲序列的概念。尽管根据本发明设置的具有递减脉冲重复率的电脉冲的序列的心律失常终止成功率可能较少依赖于在最佳时间点施加，但是本发明优选地与在最佳时间点施加电脉冲序列的概念相结合。

26、本发明的有利发展由权利要求书、描述和附图产生。

27、在描述开始时提到的特征和多个特征的组合的优点仅用作示例，并且可以替代地或累积地使用，而不需要根据本发明的实施例必须获得这些优点。

28、以下内容适用于原始申请和专利的公开内容，而不是保护范围：可以从附图中获得进一步的特征，特别是从所示的设计和多个部件相对于彼此的尺寸以及从它们的相对布置和它们的操作连接中获得。本发明的不同实施例的特征的组合或独立于权利要求的所选参考的不同权利要求的特征的组合也是可能的，并且其由此被激发。这也涉及在单独的附图中示出的特征，或者在描述它们时提到的特征。这些特征也可以与不同权利要求的特征组合。此外，本发明的其它实施例可能不具有权利要求中提及的特征，然而，这些特征不适用于授权专利的独立权利要求。

29、在权利要求书和描述中提及的特征的数量应被理解为覆盖所述确切数量和比所提及的数量更大的数量，而不必明确地使用副词“至少”。例如，如果提到脉冲发生器生成电脉冲的序列，则这应理解为脉冲发生器生成恰好一个电脉冲的序列或两个单独的电脉冲的序列或甚至更多个单独的电脉冲的序列。附加特征可以被添加到这些特征，或者这些特征可以是相应设备的仅有特征。

30、权利要求中包含的附图标记不限制权利要求所保护的主题的范围。它们的唯一功能是使权利要求更容易理解。