本發(fā)明涉及一種用于終止活體心臟的心律失常的設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及包括權(quán)利要求1的前序部分的特征的設(shè)備。在本技術(shù)中，術(shù)語“活體心臟的心律失?！笔侵杆蓄愋偷男穆墒С＃貏e是包括心室和心房纖顫。心律失常是發(fā)病率和死亡率的主要原因，心臟性猝死每年奪去數(shù)十萬人的生命。心臟中潛在的電興奮模式的復(fù)雜和混沌動(dòng)力學(xué)仍然沒有完全被理解。然而，眾所周知，螺旋波或渦卷波是心律失常期間驅(qū)動(dòng)時(shí)空動(dòng)態(tài)的支配對象。

背景技術(shù)：

1、心室纖顫的常規(guī)治療包括施加電除顫脈沖，目的是恢復(fù)竇性心律。由于在心臟中感應(yīng)出顯著的電流，這種治療伴隨著嚴(yán)重的副作用，包括組織損傷和創(chuàng)傷后應(yīng)激。

2、wo?2012/172?027a2公開了一種用于終止生物組織的高頻失律性電狀態(tài)的設(shè)備。所述設(shè)備包括用于提供代表生物組織當(dāng)前電狀態(tài)的電信號的傳感器。確定單元根據(jù)電信號確定生物組織的當(dāng)前電狀態(tài)的主頻率，并且根據(jù)主頻率確定生物組織的當(dāng)前電狀態(tài)是否是高頻電狀態(tài)。特別地，如果所述主頻率在從5hz到20hz的頻率范圍內(nèi)，則所述確定單元確定所述生物組織處于高頻失律性電狀態(tài)。此外，所述確定單元確定指示所述至少一個(gè)主頻率在所述高頻失律性電狀態(tài)中有多主導(dǎo)的主導(dǎo)水平，并且在所述主導(dǎo)水平超過預(yù)定義閾值的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)電脈沖發(fā)生器以根據(jù)所述主頻率的間隔生成一系列電脈沖。電脈沖發(fā)生器以相應(yīng)的間隔和相應(yīng)的數(shù)量生成所述系列的電脈沖，使得電脈沖光柵掃描由主頻率限定的相空間一次。特別地，電脈沖發(fā)生器以相應(yīng)的間隔生成電脈沖，使得電脈沖光柵以從π/5到2π/7的范圍內(nèi)的相位間隔掃描相空間。更特別地，脈沖發(fā)生器以超過主頻率的倒數(shù)值的1/10至1/7的間隔生成電脈沖。使用已知的設(shè)備，以標(biāo)準(zhǔn)心臟除顫能量的1/100至1/10范圍內(nèi)的每脈沖電能施加電脈沖，可以足以終止生物組織的高頻失律性電狀態(tài)。換句話說，電脈沖發(fā)生器根據(jù)所謂的leap(低能量抗纖顫起搏)概念以與用于通過提供電擊的單個(gè)脈沖進(jìn)行除顫的標(biāo)準(zhǔn)除顫能量相比相對低的電能生成電脈沖。leap概念的有效性取決于仔細(xì)選擇將電脈沖施加到生物組織的最佳起始點(diǎn)。

3、wo?2017/157?954a1公開了一種用于向活心肌組織施加至少一個(gè)電脈沖的設(shè)備，其包括接收表示心肌組織的當(dāng)前電活動(dòng)的電信號的輸入端。信號處理器處理電信號以確定狀態(tài)空間中電信號的當(dāng)前復(fù)雜度的度量，并且當(dāng)復(fù)雜度度量低于預(yù)定復(fù)雜度閾值時(shí)輸出控制信號。脈沖發(fā)生器響應(yīng)于控制信號生成至少一個(gè)電脈沖。經(jīng)由輸出端，至少一個(gè)電脈沖被輸出到心肌組織。特別地，復(fù)雜性度量被確定為電信號的計(jì)算的當(dāng)前排列熵。以這種方式，至少一個(gè)電脈沖應(yīng)在最佳時(shí)間點(diǎn)被觸發(fā)，使得在盡可能低的電能下實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)電脈沖對活心肌組織的期望重置效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的問題

2、本發(fā)明的問題是提高用于終止活體心臟的心律失常的設(shè)備的成功率。

3、解決方案

4、本發(fā)明的問題通過包括權(quán)利要求1的特征的用于終止活體心臟的心律失常的設(shè)備來解決。在從屬權(quán)利要求中限定了設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。

5、本發(fā)明的描述

6、根據(jù)本發(fā)明的用于確定活體心臟的心律失常的設(shè)備包括信號評估裝置，所述信號評估裝置接收表示心臟的當(dāng)前電活動(dòng)的信號并且確定信號的頻譜。所述設(shè)備還包括脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器以根據(jù)所述頻譜的脈沖重復(fù)頻率生成待施加到心臟的電脈沖的序列，并且脈沖重復(fù)頻率在所述序列上降低至少20％。

7、心律失?？梢蕴貏e是心室纖顫(vf)或心房纖顫(af)。例如，它也可以是室性心動(dòng)過速(vt)。

8、頻譜可以例如是信號的振幅或電壓的頻譜，或者優(yōu)選地是信號的功率密度的頻譜、即功率譜密度(dsd)。

9、與大多數(shù)已知的用于確定活體心臟的心律失常的設(shè)備一樣，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以包括用于表示心臟的當(dāng)前電活動(dòng)的信號的專用輸入端，以及用于輸出待施加到心臟的電脈沖序列的專用輸出端。

10、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器不以固定的脈沖重復(fù)頻率(即，以固定的時(shí)間間隔)生成電脈沖序列的脈沖。相反，脈沖重復(fù)頻率在電脈沖序列上降低、即電脈沖以在其序列上增加至少25％的時(shí)間間隔生成。這個(gè)概念被稱為“減速起搏”。

11、在廣泛的研究中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了最佳點(diǎn)，在所述最佳點(diǎn)中，可以用恒定脈沖重復(fù)頻率的電脈沖序列以相對低的每脈沖電能終止活體心臟的心律失常。這些最佳點(diǎn)中的一些不僅在每脈沖甚至更低電能的方向上，而且在每脈沖更高電能的方向上由電脈沖的降低效率的區(qū)域界定。由于真實(shí)生活中的心臟差異很大，這些最佳點(diǎn)在實(shí)踐中很難找到。至少，想要找到它們，需要花費(fèi)太多的時(shí)間。因此，本發(fā)明人想到了一種利用這種最佳點(diǎn)中的電脈沖的高效率而不必實(shí)際找到最佳點(diǎn)的方法。一種嘗試是使用頻率掃描，以便至少以某種方式將最佳點(diǎn)的脈沖重復(fù)頻率包括在電脈沖序列中。在他們的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，具有降低的脈沖重復(fù)頻率的掃描提供比具有增加的脈沖重復(fù)頻率的掃描提供好得多的結(jié)果。此外，他們發(fā)現(xiàn)了可以優(yōu)化脈沖重復(fù)頻率過程的標(biāo)準(zhǔn)。這種優(yōu)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了旨在至少以某種方式包括未知最佳點(diǎn)的脈沖重復(fù)頻率的簡單頻率掃描。

12、脈沖重復(fù)頻率可以在表示心臟的當(dāng)前電活動(dòng)的信號的當(dāng)前主頻率之上開始；并且脈沖重復(fù)頻率可以下降到遠(yuǎn)低于當(dāng)前主頻率。然而，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的信號評估裝置不需要確定信號的任何主頻率。相反，在設(shè)置電脈沖序列上的脈沖重復(fù)頻率的過程中可以應(yīng)用其它標(biāo)準(zhǔn)。這些其它標(biāo)準(zhǔn)比主頻率更具有魯棒性，并且它們甚至不需要具有可以確定的任何主頻率的信號。

13、通常，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器生成電脈沖序列，使得它們的脈沖重復(fù)頻率單調(diào)地、優(yōu)選地嚴(yán)格單調(diào)地降低。在脈沖重復(fù)頻率的嚴(yán)格單調(diào)降低中，兩個(gè)連續(xù)電脈沖之間的時(shí)間距離將逐脈沖地增加。

14、通常，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器將生成電脈沖序列，使得電脈沖的脈沖重復(fù)頻率在所述序列上降低其起始值的至少30％。這意味著生成電脈沖的時(shí)間間隔在所述序列上增加超過其起始值的40％。通常，電脈沖的脈沖重復(fù)頻率將在序列上減少其起始值的至少50％，使得隨后的電脈沖彼此跟隨的時(shí)間間隔增加其起始值的至少100％。

15、脈沖重復(fù)頻率在序列上的降低通常不超過其起始值的80％，并且通常不超過其起始值的70％。這對應(yīng)于電脈沖的間隔相應(yīng)地增加其起始值的500％和333％。

16、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器可以每個(gè)序列生成至少3或4個(gè)電脈沖。每個(gè)序列的電脈沖的最大數(shù)量可以是20或15。因此，電脈沖的數(shù)量通常在4至15的范圍內(nèi)。

17、脈沖重復(fù)頻率可以以固定的起始值開始，并且脈沖重復(fù)頻率的降低可以線性地分布在電脈沖的序列上。然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，存在用于設(shè)置起始值和分配降低的甚至更好的選擇。下文將對這些選擇進(jìn)行解釋：

18、脈沖發(fā)生器可以生成電脈沖的序列，使得頻譜的積分的低至序列的電脈沖的脈沖重復(fù)頻率的起始值的高頻部分為頻譜的完整積分的至少5％，優(yōu)選至少8％，并且不超過25％，優(yōu)選不超過20％或甚至不超過15％。頻譜的積分是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在設(shè)置序列的電脈沖的脈沖重復(fù)頻率時(shí)的最優(yōu)選參考。所述積分可以限于頻率、即僅針對頻率計(jì)算，直到與活體心臟的心律失常相關(guān)的最大頻率。所述上限截止頻率可以例如被設(shè)置為20hz或15hz或10hz或甚至更小，或者被設(shè)置為信號明顯超過背景噪聲的頻率。關(guān)于室性心動(dòng)過速，可以設(shè)置上限截止頻率，使得心動(dòng)過速的主頻率的諧波不在積分中。因此，上限截止頻率可以設(shè)置在主頻率和兩倍主頻率之間。類似地，積分可以限于頻率、即僅針對高于與活體心臟的心律失常相關(guān)的最小頻率的頻率計(jì)算。所述較低的截止頻率可以例如被設(shè)置為0.5hz或1hz或甚至更高。使用如上定義的積分設(shè)置的脈沖重復(fù)頻率的起始值顯然在表示心律失常中心臟的當(dāng)前電活動(dòng)的信號的頻譜內(nèi)，但接近所述頻譜的上端。就絕對值而言，序列的電脈沖的脈沖重復(fù)頻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，當(dāng)基于psd而不是基于振幅頻譜來確定時(shí)，脈沖重復(fù)頻率的起始值將較低。

19、此外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器可以生成電脈沖序列，使得頻譜的積分的高至序列的電脈沖的脈沖重復(fù)頻率的結(jié)束值的低頻部分為頻譜的完整積分的至少5％，優(yōu)選至少8％，并且不大于25％，優(yōu)選不大于的20％或甚至不大于15％。就絕對值而言，電脈沖的脈沖重復(fù)頻率的結(jié)束值可以是至少0.5hz，至少2hz，并且不大于6hz，優(yōu)選地不大于4hz。因此，減速起搏可以被解釋為在心律失常中存在的心臟電活動(dòng)的不同頻率下收集心臟，并將心臟引導(dǎo)到其正弦電活動(dòng)的典型頻率，所述典型頻率在1hz至2hz的范圍內(nèi)。

20、如果脈沖發(fā)生器生成電脈沖的序列，使得序列的電脈沖的脈沖重復(fù)頻率的居間值被設(shè)置為將頻譜的積分分成大致相等的部分，優(yōu)選地在頻譜的時(shí)間變化的限制內(nèi)分成相等的部分，則根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在所施加的電脈沖的低電能下最成功地終止心律失常。以這種方式，在相應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，心臟的電活動(dòng)越強(qiáng)，脈沖重復(fù)頻率的居間值的密度越高。更強(qiáng)的電活動(dòng)意味著在能夠?qū)⑿呐K引導(dǎo)到規(guī)則的正弦電活動(dòng)之前，可能需要更高的努力來收集相應(yīng)頻率下的心臟。事實(shí)上，對于在測試本技術(shù)中建模的所有心律失常，利用根據(jù)上述方案生成電脈沖的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的結(jié)果(即心律失常終止率)等于起始值和結(jié)束值與脈沖重復(fù)頻率的線性分布居間值的最佳匹配。然而，最佳匹配只能通過廣泛的測試來找到，而上述方案可以直接應(yīng)用而無需測試，并且只要表示心臟的當(dāng)前電活動(dòng)的信號可用，就可以實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)地應(yīng)用。

21、例如，信號評估裝置可以接收ecg信號作為表示心臟的電活動(dòng)的信號，并且確定ecg信號的頻譜。

22、在確定表示心臟的電活動(dòng)的信號的頻譜時(shí)，信號評估裝置可以對信號進(jìn)行傅立葉變換。這可以通過快速傅里葉變換或通過可實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)執(zhí)行的任何其它計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)。信號可以針對長度通?？梢栽?至10s的范圍內(nèi)的浮動(dòng)時(shí)間窗口進(jìn)行傅立葉變換。

23、在確定電脈沖的脈沖重復(fù)頻率所根據(jù)的信號的頻譜時(shí)，信號評估裝置可以對表示心臟的電活動(dòng)的信號的初步頻譜求平均或平滑初步頻譜。換句話說，為了基于頻譜的積分來設(shè)置脈沖重復(fù)頻率，使用平均或平滑的初步頻譜，因?yàn)樗鼘⑻峁└交姆e分過程。替代地，積分可以被平滑。

24、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖發(fā)生器可以以脈沖的相等電壓和能量生成序列的電脈沖。然而，通常，脈沖的電壓和能量可以在序列上變化，特別是降低。就絕對值而言，每個(gè)電脈沖的電壓和能量可以在leap的典型范圍內(nèi)、即在標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)電除顫脈沖的能量的1/10至1/100的范圍內(nèi)。電脈沖的形狀可以等于或類似于典型的電除顫脈沖，并且電脈沖可以以與典型的電除顫脈沖相同的方式施加到心臟。

25、應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置序列的電脈沖的脈沖重復(fù)率的過程并不取代在最佳時(shí)間點(diǎn)施加電脈沖序列的概念。盡管根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的具有遞減脈沖重復(fù)率的電脈沖的序列的心律失常終止成功率可能較少依賴于在最佳時(shí)間點(diǎn)施加，但是本發(fā)明優(yōu)選地與在最佳時(shí)間點(diǎn)施加電脈沖序列的概念相結(jié)合。

26、本發(fā)明的有利發(fā)展由權(quán)利要求書、描述和附圖產(chǎn)生。

27、在描述開始時(shí)提到的特征和多個(gè)特征的組合的優(yōu)點(diǎn)僅用作示例，并且可以替代地或累積地使用，而不需要根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例必須獲得這些優(yōu)點(diǎn)。

28、以下內(nèi)容適用于原始申請和專利的公開內(nèi)容，而不是保護(hù)范圍：可以從附圖中獲得進(jìn)一步的特征，特別是從所示的設(shè)計(jì)和多個(gè)部件相對于彼此的尺寸以及從它們的相對布置和它們的操作連接中獲得。本發(fā)明的不同實(shí)施例的特征的組合或獨(dú)立于權(quán)利要求的所選參考的不同權(quán)利要求的特征的組合也是可能的，并且其由此被激發(fā)。這也涉及在單獨(dú)的附圖中示出的特征，或者在描述它們時(shí)提到的特征。這些特征也可以與不同權(quán)利要求的特征組合。此外，本發(fā)明的其它實(shí)施例可能不具有權(quán)利要求中提及的特征，然而，這些特征不適用于授權(quán)專利的獨(dú)立權(quán)利要求。

29、在權(quán)利要求書和描述中提及的特征的數(shù)量應(yīng)被理解為覆蓋所述確切數(shù)量和比所提及的數(shù)量更大的數(shù)量，而不必明確地使用副詞“至少”。例如，如果提到脈沖發(fā)生器生成電脈沖的序列，則這應(yīng)理解為脈沖發(fā)生器生成恰好一個(gè)電脈沖的序列或兩個(gè)單獨(dú)的電脈沖的序列或甚至更多個(gè)單獨(dú)的電脈沖的序列。附加特征可以被添加到這些特征，或者這些特征可以是相應(yīng)設(shè)備的僅有特征。

30、權(quán)利要求中包含的附圖標(biāo)記不限制權(quán)利要求所保護(hù)的主題的范圍。它們的唯一功能是使權(quán)利要求更容易理解。