專利名稱：帶有無線功率供給的靜脈內心臟起搏系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)放能量給心臟組織以刺激心臟收縮的植入式醫(yī)療設備，尤其涉及可植入靜脈或動脈內的心臟起搏設備。
背景技術：
對于自然心搏緩慢或停頓的治療方法是植入帶有微小電子裝置刺激心臟以一定速率搏動的心臟起搏設備。
起搏設備通常被植入病人的胸腔內，并且具有檢測與心臟收縮相關聯(lián)電脈沖的傳感器電極。分析這些感知脈沖以確定不規(guī)律心臟活動何時出現(xiàn)以及在何種情況下觸發(fā)脈沖發(fā)生器以產(chǎn)生電脈沖。當電刺激收縮心腔時，導線將這些脈沖送給鄰近特定心肌放置的插入型(patch-type)刺激電極。恰當放置刺激電極以產(chǎn)生心腔收縮是很重要的。
現(xiàn)代的心臟起搏設備改變刺激以適應病人不同活動水平下的心率，從而模仿心臟的自然活動。脈沖發(fā)生器通過跟蹤心臟竇房結的活動或通過響應指示身體移動或呼吸率的其他傳感器信號來修改該心率。
美國專利No.6,445,953描述了一種具有放置在病人體外以檢測不規(guī)律或較弱心臟活動的起搏設備的心臟起搏器。在那種情況下，該起搏設備發(fā)射可由安裝在植入在病人心臟靜脈或動脈內血管支架(stent)上的電路接收的射頻信號。更具體地，該射頻信號感應血管支架上天線內的電壓脈沖，并通過血管支架上的一對電極施加該脈沖以刺激鄰近的心肌并收縮心臟。雖然該心臟起搏裝置提供了優(yōu)于其他類型心臟起搏器的若干好處，但是它需要替換病人胸腔內的感應電極，從而在心臟需要刺激時可由外部起搏設備用于檢測。

發(fā)明內容
提供一種能夠人工刺激動物心臟收縮的心臟起搏裝置。該裝置包括功率發(fā)射機，它將射頻信號脈沖周期性地發(fā)給適當植入在動物靜脈或動脈內的血管電極-支架。
血管電極-支架包括諸如線圈導線的拾取設備，用于接收射頻信號以及來自心臟竇房結的心電信號。起搏信號電路連接拾取設備以及與動物組織相接觸的一對電極。起搏信號電路具有由來自射頻信號電能充電的電存儲設備。響應于檢測的心電信號，起搏信號電路將刺激電壓脈沖應用于該電極對以引發(fā)心臟的收縮。
在血管電極-支架的一個較佳實施例中，起搏信號電路包括鑒別器和脈沖電路。鑒別器連接至拾取設備并響應于檢測的射頻信號脈沖來控制對電存儲設備的充電。當鑒別器檢測到心電信號時就生成一觸發(fā)信號，從而使得脈沖電路將刺激電壓脈沖應用于該電極對。


圖1是附在病人身上的心臟起搏裝置的表示；圖2是該心臟起搏裝置的功率發(fā)射機的電路圖；圖3是植入了血管電極-支架和第二電極的心臟血管的等比例剖視圖；圖4是圖2所示血管電極-支架上電路的框圖；以及圖5A、B和C是心臟起搏裝置中三個電信號的波形圖。
具體實施例方式
首先參考圖1，電刺激心臟12以使其收縮的起搏裝置10包括功率發(fā)射機14和血管電極-支架20。功率發(fā)射機14最好佩戴在病人體外并鄰近胸腔，同時還發(fā)射可由血管電極-支架20接收的射頻信號16。另外，也可將功率發(fā)射機14植入病人體內。隨后將詳述，對射頻信號16的接收為電極-支架上的電路提供了電功率。血管電極-支架20位于運送血液通過心臟并最鄰近竇房結的動脈或靜脈18內。例如，血管電極-支架20可以位于＿＿＿＿動脈內。
參見圖2，功率發(fā)射機14包括連接至定時電路24和天線26的射頻(RF)發(fā)射機22。RF發(fā)射機22和定時電路24都由電池28供電。定時電路24控制RF發(fā)射機22以發(fā)射周期性的射頻信號脈沖16。例如，這些脈沖可以如圖4A所示具有相對緩慢的上升和下降沿，使得信號電平能夠逐漸地上升和下降。
如圖3所示，電極-支架20包括一主體30，它類似于已知的用于擴張受限靜脈或動脈的可擴張血管支架。該血管支架具有大致呈管狀的形狀，并起初收縮成相對較小的直徑以使其能夠自由通過病人的血管。電極-支架20的植入過程類似于傳統(tǒng)的血管支架。例如，可將標準導管一端的氣球插入具有收縮結構的血管電極-支架20中。這一裝配是通過在接近病人皮膚的靜脈或動脈上切口并將其推送經(jīng)過血管系統(tǒng)以到達最接近心臟12竇房結的合適位置而得以插入的。導管上的氣球隨后就膨脹以擴張血管電極-支架20，從而略微擴張將該電極-支架嵌入靜脈或動脈壁的血管18。隨后該氣球放氣，將導管從病人體內移出并縫合切口。另外還將自擴張血管支架用作主體30。略微擴張的血管18和血管支架主體30的管狀設計使得血液能夠相對無阻礙地流過血管電極-支架20。
參考圖3和圖4，血管電極-支架20具有起搏信號電路32和以線卷形式環(huán)繞主體30的拾取設備34。環(huán)形的第一電極36圍繞主體。起搏信號電路32包括連接至拾取設備34的脈沖鑒別器38。如下將詳述，脈沖鑒別器38區(qū)分在拾取設備中感應出的電脈沖是由心臟竇房結的電激動引起的還是由功率發(fā)射機14的RF信號16引起的。這一區(qū)分的做出是基于各自的信號波形以及如圖4A所示的RF信號16和如圖4B所示的來自竇房結的心電信號。RF信號具有相對較長的脈寬以及漸變的上升沿和下降沿。相反地，心電信號電脈沖的脈寬很短并且上升和下降都很迅速。脈沖鑒別器38還可以同時檢測這兩種類型的脈沖。
只要檢測到RF信號脈沖，脈沖鑒別器38就使用該信號的能量來為存儲電容器40充電，該電容器40為血管電極-支架20上的電路提供電功率。也可使用其他類型的電存儲設備。射頻信號為血管電極-支架提供能量，并與先前不觸發(fā)心電刺激的無線起搏器相異。
心臟12竇房結發(fā)出引發(fā)心腔收縮的心電信號。心電信號逐細胞地沿著心臟路徑傳播至心肌以收縮心房。該信號還可沿著另一條路徑傳播直到房室(AV)結，其中房室結是位于心房和心室之間的心臟中央的一簇細胞。房室結可以起到在允許心電信號送至心室之前減速電流的出入口的作用。該延遲確保了心室收縮之前心房具有完全收縮的機會。
因為接近竇房結的血管電極-支架20的放置，所以心電信號的發(fā)放也能在如圖4B所示在拾取設備或血管電極-支架20的線圈34內感應出電流脈沖。脈沖鑒別器38將該脈沖快速上升時間與圖4A所示的RF信號脈沖作比較，從而認定其為心電信號。當檢測到心電信號時，脈沖鑒別器38發(fā)送觸發(fā)信號給脈沖電路42。脈沖電路42類似于在先前的心臟起搏設備中使用并用于生成如圖5C所示電壓脈沖以刺激心臟收縮的電路。更具體地，一旦被觸發(fā)，則脈沖電路42就使用電容器40上的電荷來產(chǎn)生電壓脈沖，并將該電壓脈沖應用于延伸圍繞該血管支架主體的第一電極36和遠離血管電極-支架20的第二電極44之間。
如圖3所示，第二電極44可靠地位于心臟另一部分內的血管壁46，并由延伸通過該血管的絕緣細導線48連接至脈沖電路42。第二電極44相對較小的體積使其能夠被放入明顯小于血管電極-支架20的血管46中。結果是，大大提高了在心血管系統(tǒng)內放置第二電極44的位置可變性，并且放置使其最接近心臟12期望收縮部分的心肌。
根據(jù)放置的第二電極44是刺激心房還是心室收縮，脈沖電路42在接收到來自脈沖鑒別器38的觸發(fā)信號之后并在給第一和第二電極施加電壓脈沖之前延遲一定的時間量。因此，心肌刺激的定時對應于參考自然引發(fā)的心房或心室收縮的出現(xiàn)。延遲的持續(xù)時間由外科醫(yī)生在植入時程控入脈沖電路42，并且是第二電極位置的函數(shù)。
在其他形式的血管電極-支架20中，可以在其他的血管52中植入諸如第三電極50的一個或多個附加電極以刺激心臟的更多部分。在此情況下，可在第一電極36以及每個附加電極44和50之間施加獨立的電壓脈沖以分別刺激心臟的那些其他部分的收縮。也可在第二和第三電極44和50間施加刺激脈沖而無需使用第一電極36。
前面的描述主要涉及本發(fā)明的較佳實施例。即使可對本發(fā)明范圍內各種修改給予一定的關注，但是應該預料到本領域普通技術人員將很容易認識到從本發(fā)明實施例的公開中這些額外的修改是顯而易見的。因此，本發(fā)明應當由所附權利要求確定并且不受上述公開所限。
權利要求
1.一種用于人工刺激動物心臟收縮的心臟起搏裝置，包括周期性地發(fā)射射頻信號脈沖的功率發(fā)射機；用于植入動物體內的第一電極和第二電極；以及植入所述動物血管內的血管電極-支架，所述血管電極-支架包括用于接收射頻信號以及從心臟竇房結發(fā)送的心電信號的拾取設備，連接所述拾取設備并具有電存儲設備的起搏信號電路，其中所述起搏信號電路使用來自所述射頻信號的電能充電該電存儲設備并響應于檢測的心電信號將刺激電壓脈沖應用于所述第一電極和第二電極以引發(fā)心臟的收縮。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一電極是安裝在所述血管電極-支架上。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電學存儲設備是電容器。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述拾取設備包括一線圈。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述起搏信號電路包括連接至拾取設備的鑒別器，它響應于檢測的射頻信號脈沖來充電所述電存儲設備，并響應于檢測到的心電信號生成一觸發(fā)信號；以及連接至所述鑒別器和所述電存儲設備的脈沖電路，它響應于所述觸發(fā)信號對所述第一電極和第二電極施加刺激電壓脈沖。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述鑒別器基于其信號波形的差異來區(qū)分來自功率發(fā)射機的射頻信號和來自竇房結的心電信號。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，來自所述功率發(fā)射機的射頻信號的每個脈沖都比來自竇房結的心電信號具有更長的上升沿持續(xù)時間。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，來自所述功率發(fā)射機的射頻信號的脈沖和來自竇房結的所述心電信號脈沖是異步的。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括在動物體內植入并連接至所述血管電極-支架的第三電極，其中所述起搏信號電路將電壓脈沖施加給所述第三電極。
10.一種用于人工刺激動物心臟收縮的心臟起搏裝置，包括周期性地發(fā)射射頻信號脈沖的功率發(fā)射機；用于植入所述動物血管內的血管電極-支架，所述血管電極-支架包括一主體，位于該主體上的起搏信號電路，用于接收射頻信號以及從心臟竇房結發(fā)送的心電信號的拾取線圈以及安裝在所述主體上的第一電極；以及用于植入動物血管內的第二電極；所述起搏信號電路包括電存儲設備，連接至所述拾取線圈并響應于檢測到所述射頻信號的脈沖而充電該電存儲設備同時響應于檢測到心電信號生成一觸發(fā)信號的鑒別器，以及連接至所述鑒別器和所述電存儲裝置并將刺激電壓脈沖應用于所述第一電極和第二電極以引發(fā)心臟收縮的脈沖電路。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述主體在所述血管內可從第一剖面尺寸擴張至第二剖面尺寸。
12.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第一電極是圍繞著所述血管電極-支架主體的導電環(huán)。
13.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述電存儲設備是電容器。
14.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述鑒別器基于其信號波形的差異來區(qū)分來自功率發(fā)射機的射頻信號和來自竇房結的心電信號。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，來自所述功率發(fā)射機的射頻信號的每個脈沖都比竇房結發(fā)放的心電信號具有更長的上升沿持續(xù)時間。
16.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，來自所述功率發(fā)射機的射頻信號的脈沖和竇房結發(fā)放的所述心電信號脈沖是異步的。
17.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括在動物血管內植入并連接至所述起搏信號電路的第三電極，其中所述脈沖電路將電壓脈沖施加給所述第一和第三電極之間。
18.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括用于在動物血管內植入并連接至所述血管電極-支架的第三電極，其中所述起搏信號電路將電壓脈沖施加給所述第二和第三電極之間。
19.一種刺激動物心臟收縮的方法，所述方法包括在該動物的血管第一位置上植入一血管電極-支架，該血管電極-支架具有拾取設備和第一電極，它們同時連接至具有一電存儲設備的起搏信號電路；在該動物的血管第二位置上植入一第二電極，其中所述第二電極連接至所述血管電極-支架的起搏信號電路；發(fā)送一射頻信號至所述血管電極-支架；使用來自所述射頻信號由所述起搏信號電路接收的電能來充電所述電存儲設備；所述起搏信號電路檢測來自心臟竇房結的心電信號的發(fā)射；以及所述起搏信號電路通過將來自所述電存儲設備的電壓施加給所述第一和第二電極來響應檢測到的所述心電信號發(fā)送，以刺激心臟的收縮。
全文摘要
一種心臟起搏器包括周期性地發(fā)射射頻信號脈沖給植入動物靜脈或動脈內血管電極－支架的功率發(fā)射機。該血管電極－支架使用來自該射頻信號的能量來充電一作為功率供給的存儲設備。該血管電極－支架還檢測心臟竇房結發(fā)放的心電信號并通過將來自存儲設備的電壓脈沖施加給植入在動物血管系統(tǒng)內的電極對來對其做出響應。對電極應用電壓脈沖刺激心臟的收縮。
文檔編號A61N1/30GK1878595SQ200480032922
公開日2006年12月13日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權日2003年11月3日
發(fā)明者S·登克爾, A·J·博伊特勒 申請人:坎納基股份有限公司