DE112004001953T5

DE112004001953T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Atmungstherapie

Info

Publication number: DE112004001953T5
Application number: DE112004001953T
Authority: DE
Inventors: Amir J. Redwood City Tehrani; David Redwood City Ligon
Original assignee: Inspiration Medical Inc
Current assignee: Inspiration Medical Inc
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-10-26
Also published as: US20060030894A1; WO2005037172A3; WO2005037172A2; US8116872B2; US20130296964A1; US20060036294A1; WO2005037174A2; DE112004001954B4; WO2005037077A2; US8200336B2; DE112004001954T5; US20080188903A1; US20050085866A1; WO2005037174A3; US8348941B2; WO2005037173A3; WO2005037220A3; US20050085868A1; US8255056B2; US8509901B2

Abstract

Vorrichtung zur Stimulation von Atmung mit:
mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode;
einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung und Hemmen des zentralen respiratorischen Antriebs.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion, Diagnose und Behandlung von Atmungsstörungen und sowie die Behandlung von Lungen- oder Herzrhythmus, Herzinsuffizienz und anderen kardial und/oder respiratorisch bedingten Zuständen.
Hintergrund der Erfindung:
Zwerchfellstimulation wird zum Vorsehen von Atmung bei Patienten, die nicht selbständig atmen können, verwendet. Die Zwerchfellstimulation wurde zur Behandlung von Schlafapnoe vorgeschlagen. Diese Verwendungen von Zwerchfellstimulation haben aber keine optimalen Atmungsreaktionen bzw. keine optimale Steuerung der Atmung geliefert.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine verbesserte Zwerchfellstimulation an die Hand zu geben.
Die Atmung wird typischerweise durch komplexe Gehirnsteuerung und Erfassen der Rückkopplung durch den Körper intrinsisch gesteuert. Die unwillkürliche Steuerung der Atmung durch den Körper wird durch das Atemzentrum des Gehirns vermittelt, das sich im Hirnstamm, genauer in der Medulla oblongata und dem Pons, befindet. Das Atemzentrum reguliert die rhythmischen abwechselnden Zyklen von Ein- und Ausatmung. Die dorsale respiratorische Gruppe in der Medulla ist für die Erzeugung des Atmungsrhythmus durch eine reziproke Hemmung mit anderen Zellgruppen verantwortlich.
Ferner spielen verschiedene zentrale und periphere Rezeptoren, z.B. Chemorezeptoren und Mechanorezeptoren, wichtige Rollen bei der Regulierung der Atmung.
Zentrale Chemorezeptoren des zentralen Nervensystems, die sich auf der ventrolateralen Medulla-Oberfläche befinden, reagieren empfindlich auf den pH-Wert ihrer Umgebung. Es wird angenommen, dass diese Chemorezeptoren dazu dienen, eine Änderung des pH-Werts der Rückenmarksflüssigkeit zu detektieren. Eine Zunahme an Kohlendioxidspannung der Arterien lässt indirekt das Blut saurer werden; der pH der Rückenmarkflüssigkeit ist eng vergleichbar mit dem pH von Plasma, da Kohlendioxid leicht über die Blut/Gehirnschranke diffundiert. Die Detektion einer Veränderung der arteriellen Kohlendioxidspannung dient als schnell reagierendes System, das bei der kurzfristigen Regulierung nützlich ist. Dieses System nützt ein negatives Rückkopplungssystem, wenn daher der pH der Rückenmarksflüssigkeit zu niedrig ist, wird angenommen, dass der Rezeptor dann in der Praxis der Medulla ein Fehlersignal sendet und die Atmung entsprechend angepasst wird.
Es wird angenommen, dass die wichtigste Funktion der peripheren Chemorezeptoren darin besteht, neben dem Detektieren von arteriellem Kohlendioxid und pH Änderungen des Sauerstoffs im arteriellen Blut zu detektieren. Diese Rezeptoren werden gewöhnlich als Glomus aorticum oder Glomus caroticum bezeichnet und sind jeweils am Aortenbogen und am Bogen der Arteria carotis communis angeordnet. Über Hirnnerven wird von den peripheren Chemorezeptoren ein stetiges Signal gesendet. Bei einer Abnahme der arteriellen Sauerstoffspannung verstärkt sich das Signal, was eine Verstärkung der Atmung verlangt. Eine Verstärkung der Atmung führt aber gewöhnlich zu einer fallenden PCO₂- und Wasserstoffionenkonzentration, was starke respiratorische Hemmungswirkungen erzeugt, die den exzitatorischen Wirkungen eines verringerten Sauerstoffs entgegenwirken.
Mechanorezeptoren sind zum Beispiel in den Atemwegen und dem Parenchym angeordnet und sind für verschiedene Reflexreaktionen verantwortlich.
Lungendehnungsrezeptoren sind in den glatten Muskeln der Trachea hinunter zu den Endbronchiolen angeordnet. Sie sind von großen, markhaltigen Fasern innerviert und werden als Reaktion auf Dehnung der Lunge entladen. Ihre vagal vermittelte Hemmung der Einatmung und Förderung der Ausatmung wird, wie man meint, so lange aufrechterhalten, wie die Lunge gedehnt wird. Sie tragen zu dem als Hering-Breuer bekannten Reflex bei, der eine Überdehnung der Lunge verhindert, indem sie Rückkopplungssignale liefern, die eine Beendigung der Einatmung bewirken.
Andere Rezeptoren, beispielsweise respiratorische Propriorezeptoren, befinden sich in den Muskelspindelendigungen und Sehnen der Atemmuskeln, werden als Reaktion auf Rippenbewegung oder Kontraktionskraft von interkostalen Sehnen/Zwerchfellsehnen stimuliert.
Neben der unwillkürlichen Steuerung der Atmung durch das Atemzentrum kann die Atmung durch Bedingungen wie z.B. emotionaler Zustand durch Eingabe vom limbischen System oder Temperatur über den Hypothalamus beeinflusst werden. Die unwillkürliche Steuerung der Atmung wird über die Großhirnrinde vorgesehen, wenngleich ein Chemorezeptorreflex in die bewusste Steuerung eingreifen kann.
Bekannte Zwerchfellstimulationsverfahren interagieren nicht mit diesem komplexen Atmungssteuerungssystem, um in das System einzugreifen, es zu beeinflussen oder mit ihm zu arbeiten.
Dementsprechend wären verbesserte Stimulationsvorrichtungen und -verfahren wünschenswert.
Kurze Darstellung der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum elektrischen Stimulieren des Zwerchfells zur Steuerung der Atmung bei Hemmung des respiratorischen Antriebs an die Hand. Erfindungsgemäß wird eine Stimulationsphase ermittelt. Die Stimulationsphase ist ein Zeitraum im Atmungszyklus, in dem Stimulation den respiratorischen Antrieb hemmt, und tritt am wahrscheinlichsten während eines ersten Teils der Ruhephase ein. Basislinien- Atmung wird erfasst und gespeichert. Die Länge des Ruhezeitraums in einem Atmungszyklus wird festgestellt und eine Stimulationsphase wird ermittelt.
Die Basislinie wird zur Ermittlung verwendet, wann stimuliert werden soll. EMG oder andere respiratorische Indikatoren können von Atemzug zu Atemzug oder im zeitlichen Verlauf erfasst werden, um zu ermitteln, wann innerhalb der respiratorischen Phase stimuliert werden soll. Bei einer vorgegebenen Stimulationsamplitude des Atemzugvolumens können Dauer und Atemfrequenz verändert werden, um bei Stimulieren den respiratorischen Antrieb zu hemmen.
Die Hemmung des respiratorischen Antriebs kann in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, zum Beispiel bei Verbesserung oder Remodellierung des Herzen bei Herzinsuffizienzpatienten, bei Behandlung von Apnoe, chronischer Atemwegsobstruktion (COPD) und Hochdruck.
Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine beispielhafte respiratorische Wellenform mit einer ermittelten Stimulationsphase gemäß der Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Bildung einer Basislinie gemäß der Erfindung zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Festlegung von Liefergrenzen gemäß der Erfindung zeigt.
4A-4D zeigen verschiedene erfindungsgemäße Stimulationsabläufe zum Steuern der Atmung verglichen mit intrinsischer Atmung.
5 ist eine Tabelle, die ein erfindungsgemäßes Atmungstherapieschema zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Atmungstherapieschema zeigt.
7 zeigt einen sofortigen Steuermodus einer erfindungsgemäßen Atmungstherapievorrichtung.
8 zeigt ein erfindungsgemäßes schrittweises Steuerschema.
9 ist ein Flussdiagramm, das eine erfindungsgemäße Apnoesteuerung zeigt.
10 zeigt erfindungsgemäße Apnoe-Behandlung.
11 zeigt einen erfindungsgemäßen Atmungstherapiemodus.
12 zeigt einen erfindungsgemäßen Zwerchfellstimulator.
Eingehende Beschreibung:
Erfindungsgemäß wird eine Zwerchfellstimulationsvorrichtung, wie sie in 12 gezeigt wird, verwendet. Die Zwerchfellstimulationsvorrichtung 1200 stimuliert das Zwerchfell 1290 elektrisch mit einem von einer Signalquelle 1260 zu mindestens einer Elektrode 1220 an einer implantierbaren Einrichtung 1210 gelieferten elektrischen Signal. Die Elektrode kann auch das EMG des Zwerchfells erfassen, das Atmungsparameter umfassen kann. Das erfasste EMG wird einem Prozessor 1280 einer Steuereinheit 1240 übermittelt. Die Steuereinheit umfasst ferner eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1250 zum Anschluss an eine externe Kommunikationsvorrichtung. Die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1250 kann genutzt werden, um zu oder von der Vorrichtung 1210 bzw. dem Prozessor 1280 zu oder von einem Programmierer, Anwender oder Anbieter (z.B. über Telemetrie, Funkverbindung oder eine andere Anwender-/Anbieter-/Programmiererschnittstelle) zu kommunizieren. Die implantierbare Einrichtung 1210 enthält auch einen Bewegungssensor 1230, der die Bewegung des Zwerchfells 1290 erfasst, um Atmungsparameter oder Reaktionen auf Stimulation zu ermitteln. Der Bewegungssensor 1230 kann auch genutzt werden, um Patientenaktivitätswerte zu erfassen. Die erfassten Signale werden einem Prozessor 1280 übermittelt, der wie hierin beschrieben die Bewegungs- und EMG-Signale speichert und verwendet, um die Atmung zu steuern. Neben der Stimulation des Zwerchfells kann der Zwerchfellnerv zur Steuerung von Atmung stimuliert werden.
Unter Bezug auf 1 wird eine intrinsische Wellenform 100 gezeigt. Die Wellenform 100 hat eine Gesamtlänge 105 des respiratorischen Intervalls, die einen Einatmungszeitraum 110 gefolgt von einem Ausatmungszeitraum 120 umfasst und in einem Ruhezeitraum 130 endet. Das respiratorische Intervall 105 setzt zu Beginn 101 des Einatmungszeitraums 110 ein und endet am Ende 160 des Ruhezeitraums 130, welches der Beginn des nächsten respiratorischen Zyklus ist. Wie nachstehend beschrieben wird, wird erfindungsgemäß ein Zeitraum zum Stimulieren eines Zwerchfells und/oder eines Zwerchfellnervs zum Hervorrufen einer Atmungsreaktion ermittelt, bei dem angenommen wird, dass die Stimulation die Atmungssteuerung an sich reißt oder übernimmt und/oder die von einem angeborenen respiratorischen Antrieb einer Person angetriebene Atmung hemmt. Der Stimulationszeitraum 170 wird durch eine früheste zulässige Stimulationsgrenze 140 und eine späteste zulässige Stimulationsgrenze 150 festgelegt.
Im Allgemeinen fällt der Stimulationszeitraum 170 in den Ruhezeitraum 130. Die früheste Stimulationsgrenze 140 kann patientenabhängig gewählt werden und ist der früheste Zeitpunkt, bei dem der angeborene respiratorische Antrieb durch eine bestimmte Stimulation übernommen wird. Die Stimulationsgrenze kann z.B. patientenabhängig ermittelt werden, indem die Stimulationsreaktion vor dem Implantieren der Vorrichtung optimiert wird. Dementsprechend wird Stimulation bei verschiedenen Zeitpunkten nahe dem Beginn des Ruhezeitraums vorgesehen und beobachtet, um festzustellen, wann der respiratorische Antrieb bei einer bestimmten Stimulationswellenform übernommen wird. Im Allgemeinen wird angenommen, dass diese früheste Stimulationsgrenze 140 nach dem Ende des Ausatmungszeitraums 120 und bei oder nahe dem Beginn des Ruhezyklus 130 liegt. Alternativ zur patientenabhängigen Optimierung kann ein frühester Zeitpunkt zum Beispiel als Ende des Ausatmungszeitraums 120 oder als ein vorgegebener Zeitpunkt nach dem Ende des Ausatmungszyklus gewählt werden. Er kann auch als vorbestimmter Teil des respiratorischen Intervalls oder dessen verschiedenen Komponenten basierend auf einem respiratorischen Basislinien-Intervall oder einer Intervallkomponente gewählt werden.
Die letzte Stimulationsgrenze 150 kann ähnlich patientenabhängig oder durch Verwenden eines vorbestimmten Werts oder eines auf einer Basislinie basierenden Werts gewählt werden. Zum Übernehmen der Atmung mit Stimulation für eine vorgegebene Minutenventilation einer Person wird im Allgemeinen nach einer Ausführung die letzte Stimulationsgrenze 150 so gewählt, dass sie zu einem Zeitpunkt vor der Erzeugung eines Einatmungssignals der dorsalen respiratorischen Gruppe eintritt. Dementsprechend liegt die letzte Stimulationsgrenze 150 gewöhnlich bei einem Zeitpunkt, der wesentlich vor dem erwarteten Einsetzen des nächsten Atemzugs liegt, d.h. vor dem Ende des Ruhezeitraums. Nach einer Abwandlung liegt die letzte Stimulationsgrenze 150 insbesondere bei etwa 0,9 der Gesamtlänge 130 des Ruhezyklus. Nach einer anderen Abwandlung ist die letzte Stimulationsgrenze ein vorbestimmter Zeitpunkt vor dem Ende des Ruhezyklus 160, bevorzugter bei etwa 100 bis 500 Millisekunden vor dem Ende 160 des Ruhezyklus 130.
Die Feststellung des Einatmungszyklus, des Ausatmungszyklus, des Ruhezeitraums, des Atemzugvolumens und der Atemfrequenz kann durch Erfassen der respiratorischen Wellenform verwirklicht werden, z.B. mit einem Pneumotachometer, einem Bewegungssensor oder durch EMG-Einsatz. Ein Beispiel für eine solche Ermittlung wird zum Beispiel in der verwandten U.S. Anmeldung Ser. Nr. 10/686,891 beschrieben, die durch Erwähnung Bestandteil dieser Anmeldung wird. In der verwandten U.S. Anmeldung mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR MAPPING DIAPHRAGM ELECTRODE SITES", die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde und durch Erwähnung Bestandteil dieser Anmeldung wird, werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die zur Visualisierung idealer Elektrodenpositionierung für ein erwünschtes Ergebnis oder zur Optimierung von Stimulation zur Verwirklichung eines solchen Ergebnisses verwendet werden können.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine erfindungsgemäße Basislinien-Ermittlung veranschaulicht. Die Vorrichtung ermittelt durch Erfassen der Länge der respiratorischen Phase die Phase, in der Stimulation ausgeübt werden kann. Dies kann während der Patientenvorbereitung zum Feststellen der Basislinien-Atmung des Patienten verwendet werden. Die Basislinie kann für verschiedene Atemzugvolumenwerte oder für ein Patientenatemzugvolumen, typischerweise im Ruhezustand, ermittelt werden. Basislinien werden patientenabhängig ermittelt, z.B. kann jeder Patient eine einzigartige Brust-/Lungendehnung aufweisen, die die Ausatmungseigenschaften beeinflussen könnte.
Bei Schritt 210 wird ein Patient mit einem so genannten Flow-Sensor (Atemfluss-Sensor) (z.B. einem Pneumotachometer) verbunden.
Bei Schritt 220 wird ein Patient angewiesen, bei einer Atemfrequenz und einem Atemzugvolumen des Ruhezustands zu atmen. Die Atmungswellenform wird als Basislinie verwendet. Von der Atmungswellenform werden Atmungsparameter gemessen, z.B. Atemzugvolumen, Einatmungsdauer, Ausatmungsdauer, Ruhezeitraum und Atemfrequenz. Dadurch wird die Länge jedes Segments des Einatmungszyklus für ein vorgegebenes Atemzugvolumen ermittelt. Die Minutenventilation kann ebenfalls aus dem Atemzugvolumen und der Atemfrequenz ermittelt werden.
Bei Schritt 230, der mit Schritt 220 erfolgt, wird das EMG erfasst und das EMG wird mit den von dem Pneumotachometer bei Schritt 220 erfassten Informationen korreliert. Die Korrelation ist nützlich, wenn der Patient nicht mehr mit dem Pneumotachometer verbunden ist. Aus dem EMG und dem gemessenen Atemzugvolumen kann das Atemzugvolumen für ein anschließend beobachtetes EMG geschätzt oder ermittelt werden. Im Ruhezustand wird die Ausatmung mit dem Atemzugvolumen korreliert. Wenn das Atemzugvolumen zunimmt, nimmt auch die Dauer der Ausatmung zu. Dadurch kann die Ausatmungsphase für ein vorgegebenes Atemzugvolumen allgemein ermittelt werden, da die Ausatmungsphase allgemein für ein vorgegebenes Atemzugvolumen gleich ist.
Bei Schritt 240, der mit den Schritten 220 und 230 erfolgt, wird die Zwerchfellbewegung mit einem Bewegungssensor erfasst. Die Zwerchfellbewegung zeigt an, wann die Lunge einatmet, ausatmet oder sich im Ruhezustand befindet. Dieser Schritt ist optional, liefert aber weitere Korrelationsangaben. Die Informationen des Bewegungssensors werden ebenfalls mit EMG- und Pneumotachometer-Informationen korreliert.
Bei Schritt 250 werden die Atmungsparameter gespeichert, d.h. das gemessene Atemzugvolumen oder ein anderer erfasster, gemessener oder berechneter Parameter, und mit EMG-, Pneumotachometer- und Bewegungssensordaten korreliert.
Bei Schritt 260 werden die Schritte 220 bis 250 für ein vermindertes Atemzugvolumen wiederholt. Ein Patient kann von einem Anbieter oder Programmierer über Telemetrie geschult oder angewiesen werden, bei einem niedrigeren Atemzugvolumen zu atmen, und dann werden gleichen Messungen wie bei einem Ruhe-Atemzugvolumen durchgeführt.
Bei Schritt 270 werden die Schritte 220 bis 250 für ein erhöhtes Atemzugvolumen wiederholt. Ein Patient kann von einem Anbieter oder Programmierer über Telemetrie geschult oder angewiesen werden, bei einem höheren Atemzugvolumen zu atmen, und dann werden gleichen Messungen wie bei einem Ruhe-Atemzugvolumen durchgeführt.
Sobald die anfänglichen Basisliniendaten und Wellenformen gespeichert sind, kann die implantierte Vorrichtung entsprechend programmiert und die Vorrichtung eingeschaltet werden.
3 zeigt die Festlegung von Phasengrenzen, wenn sich die Vorrichtung in Betrieb befindet.
Wie in Schritt 310 gezeigt erfasst die Vorrichtung ein EMG.
Bei Schritt 320 wird das EMG zusammen mit respiratorischen Parametern gespeichert, die aus dem EMG bestimmt werden können. Dies umfasst den Einatmungszeitraum, in dem das EMG aktiv ist, den kombinierten Ausatmungs- und Ruhezeitraum, in dem das EMG inaktiv ist.
Wenn bei Schritt 330 ein Bewegungssensor am Zwerchfell im Einsatz ist, dann wird bei Schritt 340 der Bewegungssensor genutzt, um zwischen der Ausatmungsphase, in der Zwerchfellbewegung vorliegt, und der Ruhephase, in der eine minimale Zwerchfellbewegung vorliegt, zu unterscheiden.
Wenn bei Schritt 330 der Bewegungssensor nicht am Zwerchfell in Einsatz ist, dann werden bei Schritt 350 die in Schritt 230 von 2 gespeicherten Datenpunkte zum Extrapolieren des Atemzugvolumens für ein vorgegebenes EMG verwendet. Für ein vorgegebenes Atemzugvolumen ist der Ausatmungszeitraum allgemein bekannt, somit kann der Ruhezeitraum durch Subtrahieren des Ausatmungszeitraums von den kombinierten erfassten Ausatmungs- und Ruhezeiträumen ermittelt werden.
Bei Schritt 360, der entweder an Schritt 340 oder Schritt 350 anschließt, werden die Stimulationsliefergrenzen ermittelt, d.h. die früheste Stimulationsgrenze 140 und die späteste Stimulationsgrenze 150 werden ermittelt. Die Stimulation kann in dem gleichen Zyklus wie das EMG oder in einem folgenden Zyklus erfolgen, wobei angenommen wird, dass der vorherige Zyklus in etwa gleich ist. In einem Beispiel liegt die früheste Stimulationsgrenze bei einer vorbestimmten Zeit nach Ende des Ausatmungszeitraums. Die späteste Stimulationsgrenze liegt bei einer vorbestimmten Zeit vor dem Ende des Ruhezeitraums. In einem anderen Beispiel liegt die frühste Stimulationsgrenze nach Verstreichen eines vorbestimmten Teils des erwarteten Ruhezyklus. Die letzte Stimulationsgrenze liegt vor dem Verstreichen eines vorbestimmten Teils des erwarteten Ruhezyklus. Es können erfindungsgemäß andere Wege zur Ermittlung der Stimulationsphase genutzt werden, einschließlich aber nicht ausschließlich der Verwendung der vorstehend unter Bezug auf 1 beschriebenen Optimierung.
Wenn bei Schritt 370 Behandlung erwünscht ist, dann wird bei Schritt 380 wie programmiert Stimulation während der Stimulationsphase geliefert. Anschließend – oder falls keine Behandlung erforderlich ist – kehrt das System zur EMG-Überwachung zurück.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird Stimulation vorgesehen, die den zentralen respiratorischen Antrieb über eine ausreichende Dauer hemmt, so dass therapeutische Stimulation und Atmungssteuerung ausgeübt werden können. Die therapeutische Stimulationsatmung ist so ausgelegt, dass sie einen therapeutischen Nutzen gleichzeitig mit der ausgeübten Hemmung des zentralen respiratorischen Antriebs bietet. Nach einer Ausgestaltung werden die Stimulationsstärke, -dauer und die Atemfrequenz beeinflusst, um den respiratorischen Antrieb zu heben, während dem Zwerchfell die erwünschte Stimulation geliefert wird. Bei vorgegebener Atemfrequenz und Atemzugvolumen während der Zwerchfellstimulation verkürzt zum Beispiel die Verlängerung der Einatmungs- und Ausatmungsdauer (u.a. durch Verlängern der Stimulationsdauer und Senken der Stärke) effektiv den Ruhezeitraum im Vergleich zu spontaner Atmung und senkt die Wahrscheinlichkeit eines spontanen Atemzugs zwischen Stimulationen.
Ein Faktor bei der Hemmung des respiratorischen Antriebs ist das Stimulieren einer Einatmung zwischen den Ruhephasengrenzen und dadurch das Aktivieren der Mechanorezeptoren, beispielsweise der Dehnungsrezeptoren und der Propriorezeptoren, um Rückmeldung zu bieten, dass eine Person aktiv einatmet. Die Dehnungsrezeptoren werden aktiv, wenn sich die Atemwege/Lunge dehnen, und die Propriorezeptoren werden aktiv, wenn sich die Atemmuskeln des Zwerchfells und/oder die Brustwand zusammenziehen. Typischerweise wird der Ausstoß des Atemzentrums, der von ableitenden Nerven zu den respiratorischen Muskeln geleitet wird, zeitweilig durch die Mechanorezeptorsignale gehemmt, bis die Person ausgeatmet hat.
Ein anderer Faktor, der den respiratorischen Antrieb beeinflusst, sind die Blutsauerstoffkonzentrationswerte und der Partialdruck des Kohlendioxids im Blut. Eine Abnahme der Kohlendioxidwerte pflegt eine Abnahme des respiratorischen Antriebs zu erzeugen, wogegen ein Sinken der Sauerstoffsättigungswerte den respiratorischen Antrieb anheben kann. Diese Werte und somit die Chemorezeptoren und der respiratorische Antrieb können durch Steuern der Minutenventilation beeinflusst werden, wie in der verwandten U.S. Patentanmeldung mit dem Titel „System and Method For Diaphragm Stimulation" beschrieben wird, das am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde und durch Erwähnung hiermit Bestandteil dieser Anmeldung wird. Dementsprechend können Parameter, die die Minutenventilation beeinflussen, z.B. Atemzugvolumen und Atemfrequenz, zum Steuern des respiratorischen Antriebs beeinflusst werden.
Die 4A-4B sowie 4D zeigen verschiedene erfindungsgemäße Stimulationsabläufe zum Steuern der Atmung, während die Hemmung des zentralen respiratorischen Antriebs aufrechterhalten wird. 4C zeigt spontane Atmung 450, wobei die Strichlinie zeigt, wie die spontane Atmung ohne die stimulierte Atmung weiterhin aussehen würde.
Nach einer Ausgestaltung wird Stimulation innerhalb der festgelegten Stimulationsphase (siehe 1 und 3) der Ruhephase geliefert, bevor die Wirkung des Fehlens an Mechanorezeptoraktivierung dem Gehirn das Auslösen von Einatmung erlaubt. Ferner wird das Atemzugvolumen aufrechterhalten, das, wie angenommen wird, dazu beiträgt zu verhindern, dass andere Gehirnrezeptorfunktionen die Auslösung von Einatmung bewirken.
Wie vorstehend erwähnt können beim Einrichten und Programmieren der Vorrichtung für einen bestimmten Patienten verschiedene Stimulationsreaktionen getestet werden, bis eine erwünschte Reaktion (z.B. Atemzugvolumen und Atemfrequenz) erhalten wird.
Unter Bezug auf 4A wird eine Gruppe einer Reihe von Stimulationsimpulsen 410, 411, 412 im Anschluss an einen spontanen Atemzug 400 gezeigt. Jeder aus der Gruppe von Impulsen 410, 411, 412 ruft eine langsamere Rate und eine flachere Atmungsreaktion (z.B. Atemfluss) 420, 421, 422 verglichen mit den spontanen Atemzügen 490, 496, 497, 498 hervor, während jeder ein Atemzugvolumen aufrechterhält, das in etwa gleich dem Atemzugvolumen der spontanen Atemzüge 496, 497, 498 (4C) ist. Jeder der Auslösungspunkte 402, 404, 406 fällt in eine Stimulationsphase, die kleiner als bzw. ein Teil der spontanen Atemzugruhephase 495 (4C) ist. Die Ruhephasen 403, 405, 407 sind kürzer. Dementsprechend wird spontane Atmung gehemmt.
Analog wird in 4B eine Gruppe einer Reihe von Stimulationsimpulsen 440, 441, 442 im Anschluss an einen spontanen Atemzug 430 gezeigt. Jeder aus der Gruppe von Impulsen 440, 441, 442 ruft eine langsamere Rate und eine flachere Atmungsreaktion 450, 451, 452 verglichen mit den spontanen Atemzügen 490, 496, 497, 498 hervor, während jeder ein Atemzugvolumen aufrechterhält, das in etwa gleich dem Atemzugvolumen der spontanen Atemzüge 496, 497, 498 (4C) ist. Jeder der Auslösungspunkte 432, 434, 436 fällt in eine Stimulationsphase, die kleiner als bzw. ein Teil der spontanen Atemzugruhephase 495 (4C) ist. Die Ruhephasen 433, 435, 437 sind kürzer als die Ruhephase 495, aber etwas länger als die Ruhephasen 403, 405 und 407 von 4A. Dementsprechend wird spontane Atmung gehemmt.
4D zeigt eine Gruppe einer Reihe von Stimulationsimpulsen 470, 471, 472 im Anschluss an einen spontanen Atemzug 460. Jeder aus der Gruppe von Impulsen 470, 471, 472 ruft eine ähnliche Atmungsreaktion 480, 481, 482 verglichen mit den spontanen Atemzügen 490, 496, 497, 498 (lediglich die Rate ist schneller) hervor, wodurch jeder ein Atemzugvolumen aufrechterhält, das in etwa gleich dem Atemzugvolumen der spontanen Atemzüge 490, 496, 497, 498 ist. Jeder der Auslösungspunkte 462, 464, 466 fällt in eine Stimulationsphase, die kleiner als bzw. ein Teil der spontanen Atemzugruhephase 495 (4C) ist. Während die Atmungsreaktionen 480, 481, 482 ähnlich oder gleich denen der spontanen Atemzüge 496, 497, 498 sind, ist die Atmungsfrequenz erhöht. Dementsprechend wird spontane Atmung gehemmt.
Das Stimulationsschema der Erfindung kann in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden. Im Allgemeinen wird eine Atmung eines Patienten durch den Stimulator übernommen und es wird Atmungsstimulation zum Steuern der Atmung über einen Zeitraum ausgeübt.
Bei einer Anwendung wird die Atmung stimuliert, um Sauerstoffsättigungswerte über einen Zeitraum anzuheben. Es wird angenommen, dass dieses Schema eine positive Remodellierung des Herzens durch Verringern der Last am Herzen über einen Zeitraum erlaubt, z.. über einen oder mehrere Zeitintervalle während des Schlafs. Verringerte Kontraktilität und Herzzeitvolumen über einen Zeitraum gibt die Möglichkeit, ein überlastetes Herz ruhen zu lassen. Die Sauerstoffsättigungswerte können durch Anheben der Minutenventilation erhöht werden. Daher ist eine Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Herzinsuffizienzpatienten durch Liefern von Atmungsstimulation über Zeiträume, die die Sauerstoffsättigungswerte erhöhen.
Beispiele für Atmungstherapieabläufe werden in den 5-8 gezeigt. Wie in 5 gezeigt werden während normaler Atmung Atemzugvolumen, Atemfrequenz und Minutenventilation wie bezüglich der 1-3 hier beschrieben beobachtet. Das Atemzugvolumen wird bei normalem Wert gehalten, während die Atemfrequenz angehoben wird, wodurch die Minutenventilation und die SaO₂-Werte erhöht, die PCO₂-Werte gesenkt und daher die Hemmung des zentralen respiratorischen Antriebs aufrechterhalten wird. Dieser Therapiemodus wird über eine programmierbare Zeitdauer, z.B. über einen oder mehrere Zeitintervalle während der Nacht oder während des Tags, aufrechterhalten. Nach dem Atmungstherapiemodus wird die Atmung normalisiert, um PCO₂ langsam ansteigen zu lassen, damit spontane Atmung wiederhergestellt werden kann. Dies kann durch Rückführen der Atemfrequenz zurück zum Normalwert und Aufrechterhalten des normalen Atemzugvolumens zum Anheben von PCO₂ und dadurch zum Anregen der Rückkehr intrinsischer Atmung und des respiratorischen Antriebs verwirklicht werden. Wenn nach Stimulieren der Atmung durch den Stimulator über einen Zeitraum bei einer normalen Rate spontane Atmung nicht wiedereinsetzt, wird der Patient durch weiteres Senken der Atemfrequenz und daher der Minutenventilation vom Stimulator entwöhnt. Dies erlaubt durch Zulassen eines PCO₂-Anstiegs die Rückkehr intrinsischer Atmung und des respiratorischen Antriebs.
6 ist ein Flussdiagramm, das das in 5 dargelegte Schema veranschaulicht. Bei Schritt 610 wird das Atmungstherapieschema aktiviert, z.B. bei einer programmierten Zeit.
Bei Schritt 620 wird die Steuerung der Atmung entweder unmittelbar, wie in Bezug auf 7 beschrieben, oder allmählich, wie in Bezug auf 8 beschrieben, übernommen.
Bei Schritt 630 werden die wie in 2 beschrieben festgelegten Stimulationsliefergrenzen abgerufen (die dynamisch beobachtet und festgehalten wurden).
Bei Schritt 640 wird das Zwerchfell über eine vorgegebene oder programmierte Dauer bei einer erhöhten Minutenventilation stimuliert.
Bei Schritt 650 wird die Atmungsstimulation normalisiert und der Normalisierungsmodus aktiviert. Die Stimulation bei einer normalen Minutenventilation wird über eine vorgegebene Dauer oder bis zur Rückkehr spontaner Atmung vorgesehen.
Bei Schritt 660 wird der Entwöhnungsmodus aktiviert und die Minutenventilation über eine vorgegebene Dauer oder bis zur Rückkehr spontaner Atmung gesenkt.
Unter Bezug auf 7 beginnt nach einem Zeitraum normaler Atmung 700 eine unmittelbare Steuerung durch Übernahme der Atmung bei einem Punkt 705 innerhalb einer festgestellten Stimulationsphase. Die Stimulation der Atmung bei einer erhöhten Atemfrequenz wird über den Atmungstherapieteil 710 stetig ausgeübt. Dann wird die Stimulation über einen Normalisierungszeitraum 720 normalisiert und der Patient wird über einen Entwöhnungszeitraum 730 entwöhnt. Auch wenn dies in 7 nicht eigens gezeigt wird, wird die Stimulation bis zur Rückkehr spontaner Atmung fortgesetzt.
8 zeigt einen schrittweisen Steuermodus. In dem ersten Teil 810 des schrittweisen Steuermodus werden stimulierte Atemzüge 801 zwischen spontanen Atemzügen 800 induziert. Die effektive Minutenventilation wird allmählich erhöht, da der Ruhezeitraum 812 zwischen dem spontanen Atemzug 800 und dem anschließenden stimulierten Atemzug 801 kürzer als der intrinsische Ruhezeitraum 811 ist. In diesem ersten Teil 810 des schrittweisen Modus steigt SaO₂ im zeitlichen Verlauf und PCO₂ sinkt schrittweise, was den respiratorischen Antrieb senkt. Die Länge des Ruhezeitraums wird z.B. unter Verwendung eines Bewegungssensors ermittelt, bis er eine kritische Länge erreicht, die aufgrund verminderten respiratorischen Antriebs größer geworden ist (z.B. bei Ruhezeitraum 820, der bei 802 endet). An diesem Punkt wird die Atmung durch den Stimulator gesteuert, da er über einen Zeitraum 830 zu dem unmittelbaren Steuermodus gewechselt ist. Dann wird die Atmung normalisiert 840 und schließlich wird der Patient entwöhnt 850.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht Atmungstherapie bei der Behandlung von Apnoe vor. Es wird angenommen, dass stimulierte Atmung vor oder während Apnoe die breiten Schwankungen der Blutgaskonzentrationen stabilisieren kann, die während Cheyne-Stokes-Zyklen und Apnoe eintreten. Weiterhin wird angenommen, dass die Zwerchfellstimulation während Apnoe vagale zuführende Signale zum respiratorischen Zentrum stimulieren und dadurch den mit erholsamem Schlaf verbundenen vagalen Tonus halten kann. Der vagale Tonus hat eine beruhigende Wirkung auf die Herzfrequenz, den Blutdruck und das Herzzeitvolumen während erholsamer Schlafphasen. Weiterhin kann Zwerchfellstimulation einen Abfall der Sauerstoffsättigung verhindern, die typischerweise eine Weckepisode während Apnoe auslösen würde. Weckepisoden sind mit einem Ansteigen der Aktivität des Nervus sympathicus verbunden, was Ventilationsrate, Herzfrequenz und Blutdruck erhöht. Wenn die Sauerstoffsättigung unter einen Schwellwert fällt, wird angenommen, dass Hyperventilation versucht, die fallende Sauerstoffsättigung auszugleichen und auch eine Weckreaktion zu erzeugen. Dementsprechend gibt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verhindern von Apnoe-Weckreaktionen an die Hand. Die Erfindung gibt weiterhin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen längerer Zeiträume erholsamen Schlafs an die Hand, insbesondere bei Patienten, die an ständigen Apnoe-Anfällen und dem resultierenden Aufwachen aus dem Schlaf leiden.
Unter Bezug auf 9 wird bei Schritt 910 Apnoe detektiert und eine Episode eingeleitet. Apnoe kann z.B. durch Fehlen von EMG in einem vorgegebenen Zeitraum detektiert werden.
Bei Schritt 920 wird Stimulation geliefert. Wenn die Stimulation während eines Apnoe-Intervalls geliefert wird (vorzugsweise zu Beginn des Apnoe-Werts vor Abbau der SaO₂-Werte), wird die Stimulation bei vorbestimmter Rate und Atemzugvolumen basierend auf früheren Basislinien-Ermittlungen vorgesehen. Insbesondere wird Stimulation bei einer niedrigeren Minutenventilation als normal vorgesehen. Damit soll allmählich mehr Sauerstoffzufuhr, als während Apnoe eintritt, möglich werden, während gleichzeitig ein Anstieg der PCO₂-Werte ermöglicht wird, bis der respiratorische Antrieb zumindest über den Apnoe-Schwellwert steigt und spontane Atmung bei einem erwünschten Wert zurückkehrt. Cheyne-Stokes und Apnoe pflegen bei Herzinsuffizienzpatienten in wiederholten Zyklen aufzutreten. Man nimmt an, dass dies zum Teil aufgrund der Verzögerung der Rückkopplung oder der Chemorezeptorerfassung aufgrund Zirkulationsverzögerung eintritt, was bei Herzinsuftizienzpatienten häufig ist. Der Zweck der hierin beschriebenen Apnoe-Therapie ist die allmählichere Stabilisierung der Blutgaswerte und die Reduzierung der extremen Schwankungen zwischen Cheyne-Stokes-Hyperventilation und Apnoe.
Bei Schritt 930 wird die Stimulationsrate gesetzt und kann allmählich durch Verlängern der Intervalle zwischen aufeinander folgenden Atemzügen oder Stimulationen reduziert werden. Wird innerhalb des Intervalls 930 kein EMG 940 erfasst oder erfüllt ein erfasstes EMG nicht das Amplitudenkriterium und hat die Intervalllänge keine Maximallänge erreicht, dann wird bei Schritt 920 die Stimulation geliefert und der Zyklus 930 & 940 wird wiederholt. Wird innerhalb des 930 Intervalls ein EMG erfasst 940 und erfüllt es das Amplitudenkriterium, dann wird bei Schritt 950 die Stimulation gehemmt. Wenn eine festgelegte Anzahl an aufeinander folgenden erfassten EMGs, die das Kriterium von Schritt 940 erfüllen, nicht erfüllt, dann wird bei Schritt 930 das Intervall erneut gesetzt. Wenn eine festgelegte Anzahl an aufeinander folgenden erfassten EMGs, die das Kriterium von Schritt 940 erfüllen, bei Schritt 960 erfüllt werden, dann ist die Episode vorbei und die Vorrichtung kehrt zum Apnoe-Detektionsmodus 910 zurück.
10 zeigt eine Apnoe-Behandlung, wie sie unter Bezug auf 9 beschrieben wird. Die Wellenform bei 1000 kann ein normaler intrinsischer Atemzug sein. Bei 1010 kann ein Atemzug mit einer erhöhten Amplitude ein Vorbote für Cheyne-Stokes-Hyperventilation sein, was das bevorstehende Einsetzen von Cheyne-Stokes anzeigen kann. Bei 1020 hat die Cheyne-Stokes-Hyperventilation eine Spitzenamplitude. Bei 1030 sinkt die Amplitude, was das bevorstehende Einsetzen von Apnoe anzeigt. Bei 1040 ist Apnoe eingetreten. Bei 1010, 1020 oder 1030 kann ein Apnoe-Vorbote erfasst und Stimulation geliefert werden, um die Atmung in ähnlicher Weise, wie sie unter Bezug auf die 5-8 beschrieben wird, zu übernehmen. Die Stimulation kann angepasst werden, um die Minutenventilation zur Stabilisierung von Blutgasschwankungen anzuheben oder zu senken und weitere Episoden von Cheyne-Stokes und/oder Apnoe zu vermeiden. Das Aufrechterhalten stabiler Blutgaswerte durch Stimulation kann eine Cheyne-Stokes-Hyperventilation verhindern und somit Weckvorfälle vermeiden, die ansonsten mit starken Schwankungen dieser Gase eintreten.
Wenn die Detektion von Apnoe z.B. an Punkt 1040 erfolgt, dann beginnt die Stimulation bei 1050. Wie in Bezug auf 9 beschrieben wurde, erfolgt die Stimulation bei einer Minutenventilation, die gegenüber einer normalen Basislinie gemindert ist. Bei 1060 werden die Intervalle zwischen den Stimulationszyklen größer. Bei 1070 wird ein EMG erfasst, hat aber nicht den erwünschten Wert und die Stimulation fährt fort. Bei 1080 wird ein EMG erfasst und die Stimulation wird gehemmt, bis ein Intervall verstreicht. Bei 1090 ist ein festgesetztes Intervall ohne spontane Atmung verstrichen und Stimulation setzt dann wieder ein. Bei 1095 wurde spontane Atmung wieder aufgenommen und dauert über eine erforderliche Anzahl an Zyklen (bis Punkt 1099 erreicht ist) an. Dann wird ermittelt, dass die Episode vorbei ist, und das System kehrt zum Apnoe-Erfassungsmodus zurück.
Alternativ zum Detektieren von Apnoe bei Eintritt einer Episode können Vorboten von Apnoe oder Cheyne-Stokes erfasst und behandelt werden. Ein Vorbote von Apnoe kann auf verschiedene Weise detektiert werden, zum Beispiel durch Detektieren von Cheyne-Stokes-Hyperventilation oder einen Vorboten von Cheyne-Stokes-Hyperventilation. Ferner kann ein Vorbote von Apnoe durch Detektieren periodischer Atmung während des ganzes Tags vor der Nachtzeit detektiert werden. Ist dies der Fall, wird die ganze Nacht lang in Intervallen, wie sie in Bezug auf die 5-8 beschrieben werden, Stimulation geliefert. Ferner kann die Vorrichtung so eingestellt werden, dass sie tatsächliche Apnoe-Vorfälle detektiert, wenn sie trotz der Verabreichung einer Atmungstherapie, wie sie in Bezug auf die 9 und 10 hier beschrieben wird, auftreten. Die Detektion von Vorboten wird in der verwandten U.S. Anmeldung mit dem Titel: „BREATHING DISORDER AND PRECURSOR PREDICTOR AND THERAPY DELIVERY DEVICE AND METHOD", die am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde und durch Erwähnung Bestandteil dieser Anmeldung wird, eingehender beschrieben.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Behandlung von Hochdruck vorgesehen. Studien haben zeigt, dass Patienten, die geschult wurden, bei etwa 6 Atemzügen pro Minute zu atmen, eine Senkung des Blutdrucks aufweisen und die Sauerstoffsättigung im Ruhezustand verbessert wird.
Die 11A-B zeigen ein Beispiel einer Hochdruck-Atmungstherapievorrichtung. Gemäß dem Beispiel kann eine Übernahme der Atmung, wie in den 5-8 beschrieben, jede Nacht über eine spezifische vorprogrammierte Dauer erfolgen. Ferner kann auch Stimulation während eines Ausatmungszyklus vorgesehen werden, um die Länge des aktiven Atmungsteils (Einatmung und Ausatmung) des Atmungszyklus weiter zu verlängern. Die Dauer des Ruhezeitraums wird stark verkürzt, so dass der zentrale respiratorische Antrieb gehemmt bleiben kann. Die Minutenventilation wird gemäß einer Basislinie, die wie unter Bezug auf 2 beschrieben ermittelt wurde, aufrechterhalten. Das Ziel ist das Erzeugen einer langen, langsamen Atmung, d.h. bei etwa 6 Zyklen pro Minute oder bei einer anderen Rate, die die gewünschte Therapie bietet.
11A-B zeigen ein Beispiel für das Induzieren einer langsamen, gesteuerten Atmungstherapie. 11A zeigt die Atmungsmorphologie, während 11B die entsprechenden Stimulationsstöße oder Serien von Impulsen zeigt. Während des ersten Zeitraums 1100 erfolgt spontane Atmung, die als Basislinie verwendet werden kann. Während eines zweiten Zeitraums 1110 wird die Atmung übernommen und die Atmungsrate verlangsamt. Während des Zeitraums 1110 induziert die Stimulation einen Einatmungszyklus mit einer passiven Ausatmung und einen Ruhezeitraum wie bei spontaner Atmung.
Anschließend steigt während des Zeitraums 1120 die Stimulation an, um einen Einatmungszyklus zu induzieren, wie in Zeitraum 1110, und fällt während der Ausatmung allmählich ab, um die Länge des Ausatmungszyklus zu verlängern. Dadurch wird die normalerweise passive Ausatmungsphase jetzt durch aktive Stimulation beeinflusst. Die Zunahme der Dauer des aktiven Atmungsteils des Atmungszyklus senkt die Dauer der Ruhephase, was das Auftreten spontaner Atmung zu hemmen pflegt. Während des Zeitraums 1120 ist die Minutenventilation in etwa gleich der Minutenventilation während Zeitraum 1110, was durch Erhöhen des Atemzugvolumens und Senken der Rate verwirklicht wird. In dem Zeitraum 1120 (dem Therapiezyklus) wird die Stimulation 1131 länger als die Stimulation 1130, was die Dauer der Atemzüge weiter verlängert und die Ruhephase verkürzt, was spontane Atmung hemmt und eine verminderte Atemfrequenz aufrechterhält. Dann wird die Dauer der Stimulation 1132 kürzer und die Stimulation wird gehemmt. Nach beendeter Atmungstherapie wird die Stimulation abgeschaltet bzw. die Stimulation wird allmählich in einer Weise, die der in den obigen Beispielen beschriebenen ähnelt, zu normaler Atmung rückgeführt. Dann setzt spontane Atmung wieder ein. Nach dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Atmungsrate bevorzugt auf 20 Atemzüge pro Minute oder weniger reduziert, bevorzugter auf etwa 10 Atemzüge pro Minute oder weniger und am bevorzugtesten auf etwa 4 bis 8 Atemzüge pro Minute.
Die Hemmung des respiratorischen Antriebs kann auch zum Behandeln von COPD-Patienten verwendet werden. COPD-Patienten haben Probleme beim Ausatmen von CO₂ und halten daher typischerweise hohe CO₂-Werte im Blut zurück. Niedrige Einatmungswerte bei hohen Ausatmungswerten können durch Induzieren längerer Ausatmungszeiträume in einer Weise ähnlich der unter Bezug auf die 11A-11B beschriebenen Weise induziert werden, wobei der Ausatmungszeitraum verlängert wird.
Zwar wurde diese Erfindung eingehend unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungen beschrieben, für den Fachmann auf dem Gebiet ist aber offensichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Entsprechungen verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Zusammenfassung
Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektrischen Stimulation des Zwerchfells angegeben, um die Atmung bei einer Hemmung des respiratorischen Antriebs zu steuern. Eine Stimulationsphase wird identifiziert. Die Stimulationsphase ist ein Zeitraum im Atemzyklus, in dem die Stimulation den respiratorischen Antrieb hemmt. Die Hemmung des respiratorischen Antriebs kann in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. bei Verbesserung oder Remodellierung des Herzen bei Herzinsuffizienzpatienten, bei Behandlung von Apnoe, chronischer Atemwegsobstruktion (COPD) und Hochdruck.

Claims

Vorrichtung zur Stimulation von Atmung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung und Hemmen des zentralen respiratorischen Antriebs.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen zum Erfassen mindestens eines respiratorischen Parameters und zum Ermitteln einer Ruhephase für einen respiratorischen Zyklus einer Person aus dem respiratorischen Parameter ausgelegten Sensor umfasst.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen zum Erfassen mindestens eines respiratorischen Parameters und zum Ermitteln einer Stimulationsphase aus dem mindestens einen respiratorischen Parameter ausgelegten Sensor umfasst, wobei die Stimulationsphase für die Stimulation zur Hemmung des zentralen respiratorischen Antriebs gewählt wird.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen zum Erfassen mindestens eines respiratorischen Parameters und zum Ermitteln einer Stimulationsphase aus dem mindestens einen respiratorischen Parameter ausgelegten Sensor umfasst, wobei die Stimulationsphase für die Stimulation zur Verkürzung der Länge eines Ruhezeitraums in Bezug auf eine Basislinien-Ruhezeitraumlänge gewählt wird.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, das ein Basislinien-Atemzugvolumen in etwa aufrechterhält.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle weiterhin zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, das einen Ruhezeitraum eines Respirationszyklus in Bezug auf einen Basislinien-Ruhezeitraum vergrößert.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung; und einem zum Erfassen mindestens eines respiratorischen Parameters und zur Ermittlung einer Stimulationsphase aus dem mindestens einen respiratorischen Parameter ausgelegten Sensor, wobei die Stimulationsphase für die Stimulation zum Verkürzen der Länge eines Ruhezeitraums in Bezug auf eine Basislinien-Ruhezeitraumlänge gewählt wird.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und dafür ausgelegten Signalquelle, dem Gewebe zur Steuerung von Atmung ein Stimulationssignal zu liefem, ein Stimulationssignal zu liefern, das ein Basislinien-Atemzugvolumen in etwa aufrechterhält, und ein Stimulationssignal zu liefern, das einen Ruhezeitraum eines respiratorischen Zyklus in Bezug auf einen Basislinien-Ruhezeitraum vergrößert.
Vorrichtung zur Stimulation von Atmung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern eines Ausatmungsteils eines respiratorischen Zyklus.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals während eines Ausatmungsteils eines respiratorischen Zyklus ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, das mehrere Stimulationsimpulse von kleiner werdender Amplitude umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, das zum Verlängern einer Dauer des Ausatmungsteils eines respiratorischen Zyklus ausgelegt ist.
Atmungstherapievorrichtung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung über mindestens einen Zeitraum zum Verringern einer Last an einem Herzen eines Patienten.
Atmungstherapievorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals zur Steuerung von Atmung zur Erhöhung von Blutsauerstoffsättigungswerten ausgelegte ist.
Hochdrucktherapievorrichtung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung zum Verlängern einer kombinierten Länge einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase eines respiratorischen Zyklus.
Hochdrucktherapievorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, wobei eine resultierende Atmungsfrequenz bei unter etwa 20 Atemzügen pro Minute liegt.
Hochdrucktherapievorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, wobei eine resultierende Atmungsfrequenz bei unter etwa 10 Atemzügen pro Minute liegt.
Hochdrucktherapievorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle zum Liefern eines Stimulationssignals ausgelegt ist, wobei eine resultierende Atmungsfrequenz bei etwa 4 bis 8 Atemzügen pro Minute liegt.
Vorrichtung zur Therapie von chronischer Atemwegsobstruktion mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung zum Verringern der Konzentration von Kohlendioxid im Blut eines Patienten.
Vorrichtung zur Therapie von chronischer Atemwegsobstruktion mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung zum Verlängern einer Länge eines Ausatmungsteils eines respiratorischen Zyklus.
Vorrichtung zur Therapie von Atmungsstörung mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung und zum Hemmen des zentralen respiratorischen Antriebs vor dem Einsetzen einer Atmungsstörung.
Vorrichtung zur Therapie von Apnoe mit: mindestens einer zur Verbindung mit Gewebe einer Person ausgelegten Elektrode; einer mit der Elektrode verbundenen und zum Liefern eines Stimulationssignals an das Gewebe ausgelegten Signalquelle zum Steuern von Atmung während eines Apnoe-Vorfalls bei einer niedrigeren Minutenventilation in Bezug auf eine normale Basislinien-Minutenventilation.