US12274884B2 Automatic selection of parameters of an exposure mode of an implantable medical device
摘要
- 问题:MRI 的梯度磁场与 RF 场在植入导线上感应能量;IMD 把它当作心内事件则误发或抑制起搏,能量传到电极还可刺激或加热邻近组织。暴露模式的参数按既有做法由医生在扫描前手动写入,写入时刻与扫描时刻之间患者状态可能已变。
- 方案:IMD 以自身近 1–4 小时的治疗与感知记录(起搏百分比、既往起搏模式、平均心率、最大幅度与脉宽、平均 PAV)按固定判据算出暴露模式各项参数并存入 memory 72;检出破坏性场后调用该参数集切换,或把它推荐给医生,或与手动写入的参数比对后覆盖并告警。
- 效果:无实测、无仿真;证据为判据示例值、权利要求限定值与控制逻辑论证。
- 形态:20 claims,独立权利要求 1、8、11、17 分方法与器械两类,分别以 PAV 分析、最大幅度/脉宽分析为限定;可调维度为判据时窗(1–4 小时)、计算周期、起搏百分比阈值(示例 5%,可设 0%)、心率阈值 65 bpm、幅度阈值 5 V、脉宽阈值 1 ms、PAV 阈值 110/50 ms,以及各阈值对应的设定值。
原理与方案
标注:引号内英文 = 专利 raw 原文;[推导] = 由专利给出的判据与权利要求推出的结论,非专利原文;[推断] = 按器械/物理常识的判断,专利未述;[待确认] = 专利未给、需另行定夺的输入或判断。
失效机理
MRI scanner 16 的三种场按时间行为分档:静磁场恒在,梯度磁场与 RF 场只在扫描进行时以脉冲出现(“Gradient magnetic fields are pulsed magnetic fields”)。专利把后两者合并作为感应源,称梯度场与 RF 场”may induce energy on one or more of the implantable leads”,不再区分各自的耦合路径与份额。
感应能量有三处落点。其一,sensing module 62 把它当作心内事件:正常模式含 inhibit 响应时,processor 60 据伪事件复位心室逸搏间期计数器,该发的起搏脉冲被抑制;双腔模式兼有 trigger 响应时,伪事件另起逸搏间期并触发不该发的脉冲,可致”dangerously fast heart rhythms”乃至心动过速或纤颤。其二,processor 60 因感应能量”initiate a blanking period”,sensing module 62 在窗口内关断感知放大器,真实的自身事件漏检。其三,感应能量经电极 44/46/50/52 进入组织,刺激或加热电极与 IMD 外壳邻近的组织与神经,热损伤改变该处的起搏与感知阈值(“compromising pacing and sensing thresholds”);感应能量还可能损坏 IMD 内部器件。
[推断] 前两处落点要求感应信号落进感知通道的处理带:梯度脉冲的谱在 kHz 量级、与心内信号带接近,RF 则须先经器件非线性下变频才进入该带。专利未作此区分,其判据也不依赖于此。
解决机理
暴露模式改变的是 IMD 对感应信号的响应规则,不改变感应量本身。正常模式中「感知 → 响应」这条边把受污染的输入接到治疗输出上;暴露模式删掉这条边,伪事件即使被采到也不改变输出(“does not result in undesirable operation”)。
删边有三种做法。其一,选择 NBG 码第三位为 O 的起搏模式:AOO/VOO/DOO 连感知一并关掉(“no sensing functionality”),AAO、AVO、ADO、VVO、VAO、VDO、DDO、DAO、DVO 保留感知而不作响应;两类的共同点是”not responsive to the sensing”、“no trigger or inhibit functionality”。其二,起搏百分比低于阈值的患者改用 sense-only 的 ODO/OAO/OVO,不发脉冲即无从误发或漏发。其三,换用不经导线电极拾取的感知量,说明书举出以”pressure sensor measurements rather than electrical activity”判断心脏活动,此时响应链路可以保留。
本篇相对既有暴露模式方案的位移在参数来源:参数不由医生在扫描前写入,而由 IMD 从自身近期记录算出,并”until just before exposure”持续刷新,使参数跟上手动编程之后发生的患者状态变化,专利称之为”an added safety mechanism”。
工程实现
FIG. 4 的 IMD 32 由 control processor 60、sensing module 62、stimulation module 66、disruptive field detector 68、telemetry module 70、memory 72、power source 74 与 alarm module 76 构成。判据输入全部取自 memory 72 中由 sensing module 62 与起搏计时逻辑写入的记录,由 processor 60 内的 exposure mode parameter determination module 计算。判据时窗取近端的 1、2、4 小时(由医生配置),计算周期为每小时、每两小时、每四小时或每日;这一时间尺度与常规运行中用来”identify trends, diagnose the efficacy”的日/周级窗口分开。
【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 4 — IMD 32 的控制处理器、感知、刺激、场检测、遥测、存储、电源与告警模块及其连接。
参数确定规则(Table 1 与 FIG. 7):
| 输入(取自判据时窗) | 判据 | 暴露模式设定 |
|---|---|---|
| 起搏百分比 = 有起搏脉冲的心动周期数 ÷ 总心动周期数 | < 阈值(示例 5%) | sense-only:ODO / OAO / OVO |
| 起搏百分比;窗内出现过任一双腔模式 | ≥ 阈值 | DOO |
| 起搏百分比;窗内无双腔、有心室腔模式 | ≥ 阈值 | VOO |
| 起搏百分比;窗内无双腔、亦无心室腔模式 | ≥ 阈值 | AOO |
| 平均心率 | ≤ 65 bpm | 起搏率 85 bpm |
| 平均心率 | > 65 bpm | 起搏率 = 1.25 × 平均心率 |
| 最大起搏幅度 | < 5 V | 幅度 5 V |
| 最大起搏幅度 | ≥ 5 V | 幅度 = 窗内最大幅度 |
| 最大脉宽 | < 1 ms | 脉宽 1 ms |
| 最大脉宽 | ≥ 1 ms | 脉宽 = 窗内最大脉宽 |
| 平均 PAV(仅 DOO) | ≥ 110 ms | PAV 110 ms |
| 平均 PAV(仅 DOO) | 50 ms 以上、110 ms 以下 | PAV = 平均 PAV |
| 平均 PAV(仅 DOO) | < 50 ms | PAV 50 ms |
阈值与其对应的设定值”do not need to be the same value”;起搏百分比阈值可设为 0%,窗内有任何起搏即选起搏模式,等价于”as if patient 12 is pacing dependent”的保守取法。除表列项外,说明书允许把起搏夺获阈值(rheobase、chronaxie)、感知幅度与心律失常发作纳入同一套计算。切换进暴露模式时另暂停”magnet mode, tachyarrhythmia and PVC detection”、诊断计数与快速心律失常治疗。
【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 7 — 起搏百分比 → 起搏模式 → 起搏率/幅度/脉宽/PAV 的参数确定流程(步骤 110–152)。
触发量是场而非扫描指令。disruptive field detector 68 为”a Hall sensor or a reed switch”,可复用”used to sense a magnetic programming head”的同一只;processor 60 以场强越过阈值判定暴露。静磁场在扫描开始前即已存在,故检出静磁场可让 IMD 32 在”prior to exposure to the gradient or RF fields”完成切换。说明书自身不给检测算法,把静磁场检测方法指向并入的 U.S. Pat. No. 6,937,726(Terry 等)。
三种体系结构并存。FIG. 5 为全自动:算出(80)、存入 memory 72(82)、检出场(84)、取出(86)、按之配置(88),此时 IMD 32 是”fully automated MR Conditional or MR Safe device”,不需任何手动编程,理由是”reduce the service burden”。FIG. 8 为推荐:参数算出后待 programming device 18 请求再上传显示,由医生接受或逐项修改。FIG. 6 为比对:收下手动参数(90)后继续自动计算(92)并比较(94),出现 significant differences 时以自动值覆盖手动值(98),并经 telemetry module 70 告警医生或经 alarm module 76 以声、振动或肌肉刺激告警患者(100)。说明书另给一条与 FIG. 6 反向的规则:改动”may be viewed as major”时不覆盖,举例为”from a pacing-only mode to a sense-only mode”。
【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 6 — 手动写入参数与自动确定参数的比对、覆盖与告警路径(步骤 90–106)。
退出路径三选一:经 programming device 18 或 network 22 远程手动改回;detector 68 不再检出场后自动改回;预设时长到期自动改回。claim 1 把执行主体写作 first device,claim 7 才限定”the first device is the implantable medical device”;[推导] 依此权利要求差异,参数计算主体不限于植入器械本身。
取舍与适用边界
- 异步起搏与自身节律竞争:暴露模式的脉冲不看自身除极。起搏率规则(平均心率 ≤ 65 bpm 取 85 bpm,否则取 1.25 倍)把起搏率抬到平均心率之上,[推断] 作用是压过自身节律以减少竞争;专利未给该规则的理由,也未讨论竞争性起搏落入易损期的风险。
- 无反馈时的输出裕度:幅度与脉宽取「窗内最大值与固定下限的较大者」。[推断] 该取法是在没有夺获验证的条件下保住夺获裕度,代价为电荷输出与电池消耗按最坏情况计。[推导] 由此,方案在治疗侧的净能量方向因患者而异:起搏百分比低于阈值者被切到 sense-only、治疗输出归零;其余患者的输出幅度与脉宽可能高于其正常模式设定。
- 判据时窗的代表性:1–4 小时窗要求近期行为能代表扫描期间的行为。[推断] 患者在窗内静息、镇静或体位固定时,起搏百分比与平均心率会偏离扫描时的实际需求;专利提供的保守化手段只有把起搏百分比阈值调低至 0% 一条。
- 检测器的选择性:Hall 元件或干簧管测的是静磁场幅度,与 MRI 之外的强磁体不作区分;而暴露模式本身要暂停 magnet mode。[推断] 同一只磁场检测器在「这是编程头磁铁」与「这是扫描仪静磁场」两种解释间的判别规则,是本方案的落地前提。
- 与神经刺激产品的距离:判据输入全部是心脏量(起搏百分比、心率、PAV、夺获阈值)。说明书把 DBS、脊髓刺激、迷走神经刺激与药物泵列为适用器械,给出的规则集则限于心律管理。[推断] 可迁移到双侧皮层导线 DBS 的是「自动算 → 存储 → 检出场 → 切换」这一架构,不是表内的具体规则。
对照:库内同名的 US10493286B2 与本篇同族[1];本篇 raw 自述为申请 14/886,152(公开号 US 2016/0038744)的 continuation,后者为 12/569,101(US 9,174,058)的 division,continuation 与母案共享说明书,族内差别落在权利要求。更早的 Medtronic 方案同样以正常/暴露双模式加异步起搏应对 MRI,暴露模式的参数由使用者经 programmer 设定[2];后续方案把输入换成场暴露的实际或预测效应(温度、阈值变化)再据以调参[3]。另一条路线不删「感知 → 响应」边,而是保留感知并在每次感知事件后测导线阻抗,以阻抗是否落在历史范围判别该事件是否由干扰引起[4];其代价是暴露期仍依赖感知通道。
效果与证据
全篇无实测、无仿真、无体模或动物数据;数值分属两个来源等级,不可并置为同一强度的证据。
- ① 说明书示例值:起搏百分比、心率、幅度、脉宽与 PAV 的各阈值及其设定值,连同判据时窗与计算周期,说明书一律以举例引出;Table 1 自述”for example purposes only”,各阈值”may be adjusted based on various considerations”。
- ② 权利要求限定值:PAV 的 110 ms 与 50 ms 见 claims 4、9、14,起搏幅度 5 V 见 claims 5、10、13、18,脉宽 1 ms 见 claims 6、10、16、19,均以”approximately”限定。这三组由授权文本固定下来,证据等级仍为设计值。
- ③ 控制逻辑论证:方案有效性的全部支撑是两句状态陈述——暴露模式”less susceptible to undesirable operation”,第三位为 O 的模式下感应能量”does not result in undesirable operation”。
严谨性缺口:
- 危害侧无量化:感应能量幅度、导线电流、电极温升与 SAR 均未给;梯度场与 RF 场对感应量的各自贡献未分离,本篇不支持任何 gradient 专属的定量结论。
- 致热路径无证据:暴露模式改的是响应规则,导线上的感应电流与电极-组织界面不因切换而改变。专利把组织加热列为 disruptive energy field 的后果,却未给出模式切换降低温升的机理陈述或数据;本篇不提供把它计入 gradient-heating 缓解证据的内部支撑。
- 阈值来源空缺:5%、65 bpm、5 V、1 ms、110/50 ms 无推导、无人群数据、无灵敏度分析;阈值调整或设定值改动后的后果亦无评估。
- “significant” 与 “major” 未定义:FIG. 6 在 significant differences 时覆盖手动参数,说明书又规定”may be viewed as major”的改动不覆盖,两者的分界与判别方法被交给”circumstances of a particular patient”,无规则可循。
- 检测器性能未给:触发场强阈值、响应时间、误触发率、与非 MRI 强磁体的判别能力均无;自动退出所依据的”indicative of the MRI being complete”未列判据,超时退出的时长也未给。
- 权利要求覆盖窄于说明书:独立权利要求 1、8、11、17 分别以 PAV 分析或最大幅度/脉宽分析为限定,起搏百分比 → 模式选择(Table 1 首行与 FIG. 7 的步骤 110–122)不出现在任一独立权利要求中;四项均要求”delivering therapy”,[推导] sense-only 分支落在授权范围之外。
- 验证层缺失:未对应 ISO/TS 10974、IEC 60601-2-33 或任何 MR Conditional 标注条件,未给场强、序列、扫描时长、导线走行与判定准则;器械被称可做到”fully automated MR Conditional or MR Safe device”,而该标注所需的验证在本篇不存在。
关联
- Google Patents:https://patents.google.com/patent/US12274884B2/en
- 危害:gradient-malfunction
- 危害:rf-malfunction
- US10493286B2_Medtronic——同名同族的在库专利卡,记载同一套判据与阈值。
- US20060167496A1_Medtronic——暴露模式参数由使用者经 programmer 设定的早期 Medtronic 方案。
- US9919158B2_Medtronic——以场暴露的实际或预测效应为输入调整工作参数的后续 Medtronic 方案。
- US20120109001A1_Medtronic——保留感知、以导线阻抗判别干扰事件的对照方案。