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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
アクティブな植込み型心臓血管装置を装着した患者が日常生活でさらされる電磁波(EM)エミッタの数と種類は、過去 20 年間で急増しました。この傾向は今後も続くと予想されます。これらのエミッターと能動植込み型心臓血管装置 (ペースメーカーおよび植込み型除細動器( ICD )) との間の相互作用は、これらの装置の潜在的な生命維持の性質を考慮すると、患者、業界、規制当局の継続的な懸念となっています。このような相互作用に関連するリスクには、デバイスの阻害や不適切な治療の実施が含まれ、最悪の場合、重傷や患者の死亡につながる可能性があります。
近年、他の能動植込み型心臓血管装置が登場しており、特に注目すべきは、ペースメーカーor ICD機能の実行に加えて、心室同期を最適化することによって心拍出量を改善する機能を実行する装置です。
これらの装置はペースメーカーおよびICD装置に対して追加の治療を提供できますが、EM 互換性に関する要件のほとんどは類似しているため、ほとんどの場合、ペースメーカーに適用される概念はCRT-P装置にも適用され、 CRT-P装置をテストする適切な方法はペースメーカーをテストする方法と似ています。同様に、 ICDデバイスに適用される概念はほとんどがCRT-Dデバイスにも適用されるため、 CRT-Dデバイスをテストする適切な方法はICDデバイスをテストする方法と似ています。
標準的な試験方法により、メーカーは製品の EM 適合性性能を評価し、患者が遭遇する可能性のある制御されていない EM 環境において製品が適切なレベルの EM 適合性を達成していることを実証できます。
EM 場 (意図的または非意図的) を生成する送信機およびその他の機器のメーカーは、そのような機器が能動植込み型心臓血管装置の適切な動作を妨げる可能性があることを理解することが重要です。
このような相互作用は、デバイスが本書に準拠しているかどうか、またエミッタが関連する人体暴露安全基準や米国連邦通信委員会 (FCC) などの関連する規制放射要件に準拠しているにもかかわらず発生する可能性があることを理解することが重要です。
生物学的安全性ガイドラインの遵守は、必ずしもアクティブな植込み型心臓血管装置との EM 適合性を保証するものではありません。場合によっては、これらのデバイスで合理的に達成可能な EM 耐性性能が、生物学的安全限界を下回ることがあります。
ICNIRP 1998 レベルの使用に関する理論的根拠については、付録 M を参照してください。 10 MHz を超えるエミッタに適用される理論的根拠については、付録 M を参照してください。
エミッター機器がアクティブな植込み型心臓血管装置と干渉する可能性は複雑で、次の要因によって決まります。
- エミッタの周波数成分、
- 変調フォーマット、
- 信号のパワー、
- 患者との距離が近く、
- 結合係数など
- 暴露期間。
最大 1 kHz の基本搬送波周波数を持つエミッターは、ペースメーカーor ICDによって直接感知される可能性があります。また、500 Hz 未満のベースバンド変調レートを持ち、十分な近接性とパワーを持つ高周波搬送波は、ペースメーカーor ICDによって感知される可能性があります。
この問題に関する追加の詳細は、付録 M に記載されています。
この文書は、最大 3,000 MHz までのペースメーカーとICDの EM 互換性について扱い、いくつかの節に分かれています。
- a) 0 Hz ≤ f < 385 MHz低周波数帯域 (<385 MHz) には、放送ラジオやテレビなどの多くの EM エミッターがあり、エミッターと患者のペースメーカーやICDとの間の相互作用の可能性を高める可能性のある多くの新技術や確立された技術の新規応用が存在します。いくつかの例:
- 電子物品監視 (EAS) システム。
- アクセス制御システム (無線周波数識別、または RFID)
- 超短波帯および超短波帯における新しい無線サービス。
- 磁気浮上レールシステム。
- 高周波手術やアブレーション療法などの高周波(RF)医療処置。
- 金属探知機;
- 磁気共鳴画像法。
- 交通管制のためのトランスポンダーの実験的使用。
- 電気自動車またはハイブリッド自動車用のワイヤレス充電システム。
b) 385 MHz ≤ f < 3,000 MHz
これらは、一般に個人用携帯通信装置 (無線電話や双方向無線機など) に関連付けられている周波数fです。
20年前、ペースメーカー患者で手持ち型送信機を使用したり、携帯型送信機からの電磁界にさらされたりする患者は比較的少数でした。ビジネス、公共安全、アマチュア無線通信用のハンドヘルド周波数変調トランシーバーが主な用途でした。しかし、過去 15 年間で環境は急速に変化し、無線電話システムが成熟し、広く一般に受け入れられるようになり、その技術がますます一般的になってきました。したがって、ペースメーカーおよびICD患者の大部分が、自分または他人によって操作される携帯無線電話送信機からの電磁場にさらされる可能性がますます高まっています。また、ワイヤレス技術革命により、ますます高いマイクロ波周波数を使用する新しいアプリケーションが進化し続けることが予想されます。
外部医療機器を含むほとんどの電子機器は、比較的低振幅の EM 条件に適合するように設計されています。患者が遭遇する可能性のある広範囲の EM 環境を認識して、埋め込み型デバイスは、他のほとんどの電子製品よりもはるかに高振幅の EM 条件に耐えられるように設計されています。しかし、場合によっては、この強化された免疫力でも、埋め込み型デバイスの数センチメートル以内にある低電力エミッタによって生成される複雑な電場および磁場との互換性を達成するには十分ではありません。 1990 年代半ばの研究では、ペースメーカーとICDの一部のモデルには、一部の携帯型エミッター (無線電話や双方向ラジオなど) に近接した場合に無制限に使用できるほど十分な耐性がないことが実証されました。動作制限は埋め込み型デバイスとの EM 相互作用を防ぐのに役立ちますが、このアプローチは最適な長期的な解決策とは見なされません。むしろ、EM 互換性の向上は、最小限の動作制限でワイヤレス サービスを使用するという患者の期待に応えるための好ましい方法です。
いくつかの技術的要因が、現在患者が曝露される可能性のあるエミッターの種類の拡大に寄与しています。
- 小型の無線電話。
- デジタル技術の導入。
- 送信機のピーク電力。
現在、無線電話のサイズは十分に小型化されているため、患者は胸部に埋め込まれた装置のすぐ隣の胸ポケットに電話を入れて通信中または待機モードで持ち運ぶことが可能です。
さまざまな無線電話規格により、さまざまな電力レベルと変調方式が可能になります。ほとんどのデジタル無線電話は、アナログ電話が生成できるよりも大きなピーク送信電力を生成できます。これらの要因は、ペースメーカーやICDとの相互作用の可能性を高めることに貢献します。
この文書では、385 MHz ≤ f ≤ 3 000 MHz の周波数について、インプラントから 15 cm 離れたハンドヘルド無線送信機をシミュレートするために、ダイポール アンテナに 120 mW の正味電力でテストすることを規定しています。オプションの特性評価テストについて説明します。このテストでは、より高い出力レベルを使用して、インプラントのより近くに配置されたハンドヘルド無線送信機をシミュレートします。
c) f ≧ 3,000 MHz
この文書では、3 GHz を超えるデバイスのテストは必要ありません。このドキュメントで選択された周波数の上限は、次の要素の考慮を反映しています。
- 3 GHzを超える周波数のラジエーターの種類。
- マイクロ波周波数での筐体と身体組織の減衰によってデバイス保護が強化されます。
- この文書の低周波要件を満たすために通常実装される EMI 制御機能の期待されるパフォーマンス。そして
- マイクロ波周波数における回路の感度の低下。
追加の詳細は第 5 条に記載されています。
結論として、ペースメーカーとICD を装着した患者は、ますます複雑な EM 環境にさらされることになると予想するのが合理的です。また、新技術の急速な進化と患者によるその受け入れにより、無制限の使用に対する期待が高まるでしょう。変化するEM環境と顧客の期待を考慮して、メーカーは自社の製品設計を評価して、複雑な分野、広範囲の周波数、既存および将来のアプリケーションに関連するさまざまな変調方式との互換性を評価する必要があります。
付録 A は、この文書のレビュー、適用、改訂に役立つ背景情報を提供するために、この文書の特定の規定の理論的根拠を提供します。この理論的根拠は、この文書の主題についてはよく知っているが、その起草には参加していない個人を対象としています。この付録で行われた注釈は、この文書の関連する条項、副条項、または付録に適用されます。したがって、番号付けは連続していない可能性があります。
Introduction
The number and the types of electromagnetic (EM) emitters to which patients with active implantable cardiovascular devices are exposed in their day-to-day activities have proliferated over the past two decades. This trend is expected to continue. The interaction between these emitters and active implantable cardiovascular devices (pacemakers and implantable cardioverter defibrillators, or ICDs) is an ongoing concern of patients, industry and regulators, given the potential life-sustaining nature of these devices. The risks associated with such interactions include device inhibition or delivery of inappropriate therapy that, in the worst case, could result in serious injury or patient death.
In recent years, other active implantable cardiovascular devices have emerged, most notably devices that perform the function of improving cardiac output by optimizing ventricular synchrony, in addition to performing pacemakerorICD functions.
Although these devices can deliver an additional therapy with respect to pacemakers and ICD devices, most of their requirements concerning EM compatibility are similar so that, in most cases, the concepts that apply to pacemakers also apply to CRT-P devices, and the appropriate way to test a CRT-P device is similar to the way pacemakers are tested. Similarly, the concepts that apply to ICD devices mostly apply to CRT-D devices as well, so the appropriate way to test a CRT-D device is similar to the way ICD devices are tested.
Standard test methodologies allow manufacturers to evaluate the EM compatibility performance of a product and demonstrate that the product achieves an appropriate level of EM compatibility in uncontrolled EM environments that patients might encounter.
It is important that manufacturers of transmitters and any other equipment that produces EM fields (intentional or unintentional) understand that such equipment can interfere with the proper operation of active implantable cardiovascular devices.
It is important to understand that these interactions can occur despite the conformance of the device to this document and the conformance of emitters to the relevant human exposure safety standards and pertinent regulatory emission requirements, e.g. those of the U.S. Federal Communications Commission (FCC).
Compliance with biological safety guidelines does not necessarily guarantee EM compatibility with active implantable cardiovascular devices. In some cases, the reasonably achievable EM immunity performance for these devices falls below these biological safety limits.
See Annex M for rationale concerning the use of ICNIRP 1998 levels. See Annex M for rationale applicable to emitters above 10 MHz.
The potential for emitter equipment to interfere with active implantable cardiovascular devices is complex and depends on the following factors:
- frequency content of the emitter,
- modulation format,
- power of the signal,
- proximity to the patient,
- coupling factors, and
- duration of exposure.
An emitter with a fundamental carrier frequency up to 1 kHz has the potential to be sensed directly by the pacemakerorICD. Also, higher-frequency carriers that have baseband modulation rates below 500 Hz and that have sufficient proximity and power might be sensed by the pacemakerorICD.
Additional details regarding this issue can be found in Annex M.
This document addresses the EM compatibility of pacemakers and ICDs up to 3 000 MHz and is divided in several subclauses.
- a) 0 Hz ≤ ƒ < 385 MHzIn the lower-frequency bands (<385 MHz), there are many EM emitters, such as broadcast radio and television, and a number of new technologies or novel applications of established technologies that can increase the likelihood of interaction between the emitters and patients’ pacemakers and ICDs. A few examples:
- electronic article surveillance (EAS) systems;
- access control systems (radio-frequency identification, or RFID);
- new wireless services in the ultra-high-frequency and very-high-frequency bands;
- magnetic levitation rail systems;
- radio-frequency (RF) medical procedures, such as high-frequency surgery and ablation therapy;
- metal detectors;
- magnetic resonance imaging;
- experimental use of transponders for traffic control;
- wireless charging systems for electric or hybrid vehicles.
b) 385 MHz ≤ ƒ < 3 000 MHz
These are the frequencies, ƒ, that are typically associated with personal hand-held communication devices (e.g. wireless telephones and two-way radios).
Two decades ago, relatively few pacemaker patients used hand-held transmitters or were exposed to EM fields from portable transmitters. Hand-held, frequency-modulated transceivers for business, public safety, and amateur radio communications represented the predominant applications. However, the environment has changed rapidly during the past 15 years, with wireless phone systems becoming increasingly common as this technology matured and received widespread public acceptance. Thus, it is becoming increasingly likely that a large portion of the pacemaker and ICD patient population will be exposed to EM fields from portable wireless phone transmitters operated either by themselves or by others. Also, it should be expected that the wireless technology revolution will continue to evolve new applications using increasingly higher microwave frequencies.
Most electronic equipment, including external medical devices, has been designed for compatibility with relatively low-amplitude EM conditions. Recognizing the wide range of EM environments that patients could encounter, implantable devices have been designed to tolerate much higher-amplitude EM conditions than most other electronic products. However, in some instances, even this enhanced immunity is not sufficient to achieve compatibility with the complex electric and magnetic fields generated by low-power emitters located within a few centimetres of the implantable device. Studies in the mid-1990s demonstrated that some models of pacemakers and ICDs had insufficient immunity to allow unrestricted use when in close proximity to some hand-held emitters (e.g. wireless telephones and two-way radios). Although operating restrictions can help prevent EM interaction with implantable devices, this approach is not viewed as an optimum long-term solution. Rather, improved EM compatibility is the preferred method for meeting patient expectations for using wireless services with minimal operating restrictions.
Some technological factors are contributing to the expanding variety of emitters to which patients might now be exposed:
- smaller wireless phones;
- the introduction of digital technology;
- peak transmitter power.
Wireless phone size has now been reduced sufficiently so that it is possible for patients to carry a phone that is communicating or in standby mode in a breast pocket immediately adjacent to a pectorally implanted device.
The various wireless phone standards allow for a range of power levels and modulation schemes. Most digital wireless phones are capable of producing greater peak transmitted power than analog phones are capable of producing. Those factors contribute to greater potential interactions with pacemakers and ICDs.
For frequencies of 385 MHz ≤ ƒ ≤ 3 000 MHz, this document specifies testing at 120 mW net power into a dipole antenna to simulate a hand-held wireless transmitter 15 cm from the implant. An optional characterization test is described that uses higher power levels to simulate a hand-held wireless transmitter placed much closer to the implant.
c) ƒ ≥ 3 000 MHz
This document does not require testing of devices above 3 GHz. The upper-frequency limit chosen for this document reflects consideration of the following factors:
- the types of radiators of frequencies above 3 GHz;
- the increased device protection afforded by the attenuation of the enclosure and body tissue at microwave frequencies;
- the expected performance of EMI control features that typically are implemented to meet the lower-frequency requirements of this document ; and
- the reduced sensitivity of circuits at microwave frequencies.
Additional details can be found in Clause 5.
In conclusion, it is reasonable to expect that patients with pacemakers and ICDs will be exposed to increasingly complex EM environments. Also, the rapid evolution of new technologies and their acceptance by patients will lead to growing expectations for unrestricted use. In view of the changing EM environment and customer expectations, manufacturers will need to evaluate their product designs to assess compatibility with the complex fields, broad range of frequencies, and variety of modulation schemes associated with existing and future applications.
Annex A provides the rationale for certain provisions of this document in order to provide useful background information for reviewing, applying, and revising this document. This rationale is directed toward individuals who are familiar with the subject of this document but have not participated in its drafting. Remarks made in this annex apply to the relevant clause, subclause, or annex in this document; the numbering therefore, might not be consecutive.