JP5695480B2 - Nerve stimulator and method of operating neurostimulator - Google Patents

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Description

本発明は、神経刺激装置および神経刺激装置の作動方法に関するものである。   The present invention relates to a nerve stimulation apparatus and a method for operating the nerve stimulation apparatus.

従来、迷走神経は、刺激によって興奮したときにときに、心拍数を低下させたり、房室伝導を遅延させたりすることが知られている。この迷走神経の作用を利用して、心電信号に同期して、R波またはP波が検出されてから一定時間後に迷走神経を刺激することにより、不整脈や心不全を治療する神経刺激装置が知られている(例えば、特許文献1および2参照。)。   Conventionally, it is known that the vagus nerve decreases heart rate and delays atrioventricular conduction when excited by stimulation. A neurostimulator that treats arrhythmia and heart failure is known by stimulating the vagus nerve a certain time after the R wave or P wave is detected in synchronism with an electrocardiographic signal by utilizing the action of the vagus nerve. (For example, see Patent Documents 1 and 2).

特表2008−534218号公報Special table 2008-534218 特表2009−531156号公報JP-T 2009-531156

しかしながら、心拍数が変化したときには、心臓の周期的な状態変化の仕方も変化する。例えば、R波が出現してから同じ時間経過した後でも、心拍数が速いときと遅いときとでは、心筋細胞の活動電位や血流量などの状態が異なる。すなわち、特許文献1および2の神経刺激装置の場合、心拍数が変化したときには異なる心臓の状態に対して神経刺激が行われることとなり、心臓に対して常に適切なタイミングで神経刺激が行うことができないという問題がある。   However, when the heart rate changes, the way in which the heart periodically changes is also changed. For example, even after the same time has elapsed since the appearance of the R wave, the state of the action potential and blood flow of the cardiomyocytes differs between when the heart rate is fast and when it is slow. That is, in the case of the nerve stimulation devices of Patent Documents 1 and 2, nerve stimulation is performed on different heart states when the heart rate changes, and nerve stimulation can always be performed on the heart at an appropriate timing. There is a problem that you can not.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激を行うことができる神経刺激装置および神経刺激装置の作動方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a nerve stimulation apparatus that can always perform nerve stimulation at an appropriate timing according to the state of the heart, and a method for operating the nerve stimulation apparatus. Objective.

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、心臓を支配する神経に電気刺激を供給する神経刺激部と、前記心臓の活動に同期して周期的に変化する生理信号であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間の心室インピーダンスを検出する生理信号検出部と、該生理信号検出部によって検出された心室インピーダンスの1周期内における位相θ数1から算出する位相算出部と、該位相算出部によって算出された位相θが所定の位相のときに前記電気刺激を供給するよう前記神経刺激部を制御する制御部とを備える神経刺激装置を提供する。

Figure 0005695480
ただし、Φtは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、Φt−Δtは、Φtが検出される所定の時間Δt前に検出された心室インピーダンス、Φmeanは、直前の1心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、前記位相θは、Φt−ΔtがΦmeanと等しく、かつ、ΦtがΦmeanよりも大きいときに0である。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a nerve stimulation unit that supplies electrical stimulation to nerves that control the heart, a physiological signal that periodically changes in synchronization with the activity of the heart, and a right ventricular electrode connected to the right ventricle and a left A physiological signal detector that detects a ventricular impedance between the left ventricular electrode connected to the ventricle , and a phase calculator that calculates the phase θ in one cycle of the ventricular impedance detected by the physiological signal detector from Equation 1. And a control unit that controls the nerve stimulation unit to supply the electrical stimulation when the phase θ calculated by the phase calculation unit is a predetermined phase.
Figure 0005695480
However, Φt is the latest ventricular impedance detected by the physiological signal detector, Φt−Δt is the ventricular impedance detected before a predetermined time Δt when Φt is detected, and Φmean is within the immediately preceding heartbeat. The average value of the calculated ventricular impedance, and the phase θ is 0 when Φt−Δt is equal to Φmean and Φt is larger than Φmean.

本発明によれば、神経刺激部から神経に電気刺激が供給されることにより、心拍数を正常範囲まで変化させて、または、房室伝導を遅延させて、不整脈や心不全を治療することができる。
この場合に、生理信号検出部によって検出された生理信号が、その1周期内において所定の位相となったときに、電気刺激が神経に供給される。すなわち、心拍数の変化に応じて電気刺激が供給されるタイミングも変化し、各心周期において心臓が略同一の状態にあるときに電気刺激が供給される。これにより、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激を行うことができる。
また、前記生理信号検出部が、前記生理信号として心室インピーダンスを検出することとで、生理信号として、心周期とより正確に一致した信号を取得することができる。
According to the present invention, by supplying electrical stimulation to the nerve from the nerve stimulation unit, the heart rate can be changed to the normal range or the atrioventricular conduction can be delayed to treat arrhythmia or heart failure. .
In this case, electrical stimulation is supplied to the nerve when the physiological signal detected by the physiological signal detection unit has a predetermined phase within one cycle. That is, the timing at which electrical stimulation is supplied also changes according to the change in heart rate, and electrical stimulation is supplied when the heart is in substantially the same state in each cardiac cycle. Thereby, it is possible to always perform nerve stimulation at an appropriate timing according to the state of the heart.
Moreover, the physiological signal detection unit can detect a ventricular impedance as the physiological signal, thereby acquiring a signal that more accurately matches the cardiac cycle as the physiological signal.

上記発明の参考例においては、前記生理信号検出部が、前記生理信号として、心筋細胞の活動電位、心電信号または血圧を検出することとしてもよい。
このようにすることで、生理信号として、心周期とより正確に一致した信号を取得することができる。
In the reference example of the invention, the physiological signal detection unit, and with the physiological signal, the action potential of myocardial cells, it is also possible to detect the electrocardiographic signal or blood pressure.
By doing in this way, a signal more accurately matched with the cardiac cycle can be acquired as a physiological signal.

また、上記発明においては、前記所定の位相が、π/2または/および3π/2であることが好ましい。
このようにすることで、一心拍のうち、心臓が刺激に対してより敏感に応答しやすいタイミングで神経が刺激され、神経の刺激による治療効果を向上することができる。
Moreover, in the said invention, it is preferable that the said predetermined phase is (pi) / 2 or / and 3 (pi) / 2.
By doing in this way, a nerve is stimulated at a timing at which the heart easily responds more sensitively to a stimulus in one heartbeat, and the therapeutic effect by the nerve stimulation can be improved.

また、上記発明においては、心拍の時間間隔に基づいて前記心臓の状態を判定する不整脈判定部と、前記心臓に高圧パルスを供給する除細動部と、前記心臓にペーシングパルスを供給するペーシング部とを備え、前記制御部が、前記不整脈判定部による判定に基づいて、前記神経刺激部、前記除細動部または前記ペーシング部を制御することとしてもよい。
このようにすることで、各種の不整脈を治療することができる。
Moreover, in the said invention, the arrhythmia determination part which determines the state of the said heart based on the time interval of a heartbeat, the defibrillation part which supplies a high voltage | pressure pulse to the said heart, and the pacing part which supplies a pacing pulse to the said heart And the control unit may control the nerve stimulation unit, the defibrillation unit, or the pacing unit based on the determination by the arrhythmia determination unit.
By doing so, various arrhythmias can be treated.

また、本発明は、神経刺激装置の作動方法であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間において取得された、心臓の活動に同期して周期的に変化する心室インピーダンスから該心室インピーダンスの1周期内における位相θ数2から算出する位相算出手段が作動し、算出された位相θが所定の位相のときに電気刺激を発生させる神経刺激手段が作動する神経刺激装置の作動方法を提供する。

Figure 0005695480
ただし、Φtは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、Φt−Δtは、Φtが検出される所定の時間Δt前に検出された心室インピーダンス、Φmeanは、直前の1心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、前記位相θは、Φt−ΔtがΦmeanと等しく、かつ、ΦtがΦmeanよりも大きいときに0である。 The present invention also relates to a method for operating a nerve stimulation apparatus, which is synchronized with a heart activity acquired between a right ventricular electrode connected to the right ventricle and a left ventricular electrode connected to the left ventricle. periodically phase calculating means for calculating a phase θ from equation (2) from varying ventricular impedance in one cycle of the ventricular impedance is activated, the nerve was calculated phase θ generates the electrical stimulation when the predetermined phase stimulation Provided is a method of operating a neurostimulator in which the means operates.
Figure 0005695480
However, Φt is the latest ventricular impedance detected by the physiological signal detector, Φt−Δt is the ventricular impedance detected before a predetermined time Δt when Φt is detected, and Φmean is within the immediately preceding heartbeat. The average value of the calculated ventricular impedance, and the phase θ is 0 when Φt−Δt is equal to Φmean and Φt is larger than Φmean.

上記発明においては、心拍毎に細動、頻脈および除脈の発生の有無を判定する不整脈判定手段が作動し、細動であると判定された場合には、高圧パルスを発生させる除細動手段が作動し、頻脈であると判定された場合には、前記神経刺激手段が作動し、除脈であると判定された場合には、ペーシングパルスを発生させるペーシング手段が作動することとしてもよい。   In the above invention, the arrhythmia determination means for determining the presence or absence of occurrence of fibrillation, tachycardia and defibrillation is activated for each heartbeat, and when it is determined to be fibrillation, defibrillation that generates a high-pressure pulse If the means is activated and the tachycardia is determined, the nerve stimulation means is activated, and if it is determined to be a bradycardia, the pacing means for generating a pacing pulse may be activated. Good.

本発明によれば、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激を行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that nerve stimulation can always be performed at an appropriate timing according to the state of the heart.

本発明の一実施形態に係る神経刺激装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a nerve stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1の神経刺激装置の本体内部に設けられた構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure provided in the main body of the nerve stimulation apparatus of FIG. 心室インピーダンスの1周期内における位相を説明する図である。It is a figure explaining the phase in 1 period of ventricular impedance. 図1の神経刺激装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the nerve stimulation apparatus of FIG. 図4のフローチャートの神経刺激ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the nerve stimulation routine of the flowchart of FIG.

以下に、本発明の一実施形態に係る神経刺激装置1について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置1は、心臓Aに高圧パルスを供給することにより細動を治療する構成と、心臓Aにペーシングパルスを供給することにより除脈を治療する構成とともに心臓治療装置を構成している。
Below, the nerve stimulation apparatus 1 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings.
The nerve stimulation apparatus 1 according to the present embodiment includes a configuration for treating fibrillation by supplying a high-pressure pulse to the heart A, and a configuration for treating bradycardia by supplying a pacing pulse to the heart A. It is composed.

本実施形態に係る神経刺激装置1は、図1に示されるように、体内に埋め込まれる本体2と、該本体2から延びる4本のリード31〜34とを備えている。4本のリード31〜34の先端にはそれぞれ、神経電極31a、RA(右心房)電極32a、RV(右心室)電極33aまたはLV(左心室)電極34aが設けられている。神経電極31aは、心臓A近傍に存在する迷走神経(神経)Bに接続されている。RA電極31aは右心房に、RV電極32aは右心室に、LV電極33aは左心室にそれぞれ接続されている。また、本体2を外装する金属製の筐体もCAN電極2aとして機能するようになっている。   As shown in FIG. 1, the nerve stimulation apparatus 1 according to the present embodiment includes a main body 2 embedded in the body and four leads 31 to 34 extending from the main body 2. At the tips of the four leads 31 to 34, a nerve electrode 31a, an RA (right atrial) electrode 32a, an RV (right ventricular) electrode 33a, or an LV (left ventricular) electrode 34a are provided. The nerve electrode 31a is connected to the vagus nerve (nerve) B existing in the vicinity of the heart A. The RA electrode 31a is connected to the right atrium, the RV electrode 32a is connected to the right ventricle, and the LV electrode 33a is connected to the left ventricle. In addition, a metal casing that encloses the main body 2 also functions as the CAN electrode 2a.

本体2は、図2に示されるように、心拍を検出する心拍検出部4と、心臓Aのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部(生理信号検出部)5と、迷走神経Bに刺激パルス(電気刺激)を供給する神経刺激部6と、心臓Aにペーシングパルスを供給するペーシング部7と、心臓Aに高圧パルスを供給する除細動部8と、心拍検出部4およびインピーダンス検出部5からの信号を処理して神経刺激部6、ペーシング部7および除細動部8に作動を指令する信号を出力するCPU(中央演算処理装置)9と、記憶部10と、通信部11とを備えている。   As shown in FIG. 2, the main body 2 includes a heartbeat detection unit 4 that detects a heartbeat, an impedance detection unit (physiological signal detection unit) 5 that detects the impedance of the heart A, and stimulation pulses (electrical stimulation) to the vagus nerve B. ), A pacing unit 7 for supplying pacing pulses to the heart A, a defibrillation unit 8 for supplying high-pressure pulses to the heart A, and signals from the heart rate detecting unit 4 and the impedance detecting unit 5 And a CPU (Central Processing Unit) 9 that outputs a signal for instructing the nerve stimulation unit 6, the pacing unit 7 and the defibrillation unit 8 to operate, a storage unit 10, and a communication unit 11. .

心拍検出部4は、心臓Aに接続された3つの電極32a,33a,34aのうちいずれかの電極(図示する例ではRA電極32a)によって心電信号を検出し、検出した心電信号の波形変化に基づいて、例えば、心電信号の電位が所定の閾値を越えたときに心電信号にR波が出現したとして心拍を検出する。心拍検出部4は、心拍を検出したときに心拍検出信号をCPU9内の不整脈判定部91(後述)および記憶部10に出力する。   The heartbeat detection unit 4 detects an electrocardiogram signal by any one of the three electrodes 32a, 33a, 34a connected to the heart A (RA electrode 32a in the illustrated example), and the waveform of the detected electrocardiogram signal Based on the change, for example, the heartbeat is detected as an R wave appears in the electrocardiogram signal when the potential of the electrocardiogram signal exceeds a predetermined threshold. The heartbeat detection unit 4 outputs a heartbeat detection signal to the arrhythmia determination unit 91 (described later) and the storage unit 10 in the CPU 9 when a heartbeat is detected.

インピーダンス検出部5は、RV電極33aとLV電極34aとの間に電圧を印加し、印加された電圧の降下量を測定することにより、2つの電極33a,34a間に挟まれた心室領域の心室インピーダンスΦを検出する。心室インピーダンスΦは、心室の容積および血流量を表す数値である。すなわち、心室インピーダンスΦは、心臓Aの収縮および拡張に同期して変化し、心周期と同一の周期を有する。   The impedance detection unit 5 applies a voltage between the RV electrode 33a and the LV electrode 34a, and measures the amount of decrease in the applied voltage, whereby the ventricle in the ventricular region sandwiched between the two electrodes 33a and 34a. The impedance Φ is detected. The ventricular impedance Φ is a numerical value representing the volume and blood flow of the ventricle. That is, the ventricular impedance Φ changes in synchronization with the contraction and expansion of the heart A and has the same cycle as the cardiac cycle.

インピーダンス検出部5は、検出した心室インピーダンスΦの情報を記憶部10に出力する。記憶部10は、入力された心室インピーダンスΦを時系列で記憶する。このときに、十分に短い時間間隔で連続して検出される心室インピーダンスΦと心拍の検出のタイミングとが対応付けられるように、例えば、心拍検出信号が出力されたときに検出された心室インピーダンスΦにフラグが付されるなどして記憶部10に記憶されるようになっている。   The impedance detection unit 5 outputs information on the detected ventricular impedance Φ to the storage unit 10. The storage unit 10 stores the input ventricular impedance Φ in time series. At this time, for example, the ventricular impedance Φ detected when the heartbeat detection signal is output so that the ventricular impedance Φ continuously detected at a sufficiently short time interval is associated with the timing of heartbeat detection. Is stored in the storage unit 10 by being flagged.

神経刺激部6は、刺激パルス(電気刺激)を生成し、生成した刺激パルスを神経電極31aに出力する。該神経電極31aを介して刺激パルスが迷走神経Bに供給されることにより、迷走神経Bが刺激されて心拍が抑制され、頻脈が治療される。   The nerve stimulation unit 6 generates a stimulation pulse (electrical stimulation) and outputs the generated stimulation pulse to the nerve electrode 31a. By supplying a stimulation pulse to the vagus nerve B through the nerve electrode 31a, the vagus nerve B is stimulated to suppress the heartbeat and treat tachycardia.

ペーシング部7は、ペーシングパルスを生成し、生成したペーシングパルスを心臓Aに配置された電極32a,33a,電極34aのうち、患者の病態などに基づいて予め選択された電極に出力する。電極を介してパーシングパルスが心臓Aに局所的に供給されることにより、供給された部位において心電信号がペーシングパルスに同期させられて除脈が治療される。   The pacing unit 7 generates a pacing pulse, and outputs the generated pacing pulse to an electrode selected in advance based on the patient's pathology, etc., among the electrodes 32a, 33a, and 34a arranged in the heart A. By supplying a parsing pulse locally to the heart A through the electrodes, the electrocardiogram signal is synchronized with the pacing pulse at the supplied site to treat the bradycardia.

除細動部8は、ペーシングパルスよりも大きな電圧を有する高圧パルスを生成し、生成した高圧パルスをCAN電極2aおよび心臓Aに接続された3つの電極32a,33a,34aのうちから選択された2つの電極(図示する例では、RV電極32aとCAN電極2a)間に出力する。これらの2つの電極を介して高圧パルスが心臓Aに供給されることにより、心臓A全体において心電信号が同期させられて細動が治療される。   The defibrillator 8 generates a high voltage pulse having a voltage larger than the pacing pulse, and the generated high voltage pulse is selected from the CAN electrode 2a and the three electrodes 32a, 33a and 34a connected to the heart A It outputs between two electrodes (in the example shown, RV electrode 32a and CAN electrode 2a). By supplying a high-pressure pulse to the heart A via these two electrodes, the electrocardiographic signal is synchronized throughout the heart A to treat fibrillation.

CPU9は、心拍検出部4によって検出された心拍に基づいて不整脈の有無および不整脈の種類を判定する不整脈判定部91と、インピーダンス検出部5によって検出された心室インピーダンスΦの位相θを算出する位相算出部92と、神経刺激部6、ペーシング部7および除細動部8の動作を制御する制御部93とを備えている。   The CPU 9 calculates the phase θ of the arrhythmia determination unit 91 that determines the presence / absence of arrhythmia and the type of arrhythmia based on the heart rate detected by the heart rate detection unit 4, and the phase θ of the ventricular impedance Φ detected by the impedance detection unit 5. And a control unit 93 that controls operations of the nerve stimulation unit 6, the pacing unit 7, and the defibrillation unit 8.

不整脈判定部91は、心拍検出部4から心拍検出信号が入力される時間間隔に基づいて、すなわち、心拍の時間間隔に基づいて、不整脈の有無と、不整脈が有る場合にはその不整脈の種類とを判定する。具体的には、不整脈判定部91は、小さい順に所定の第1の閾値、第2の閾値および第3の閾値を有している。そして、不整脈判定部91は、心拍の時間間隔が、所定の第1の閾値以下のときは細動であると判定し、第1の閾値より大きく第2の閾値以下のときは頻脈であると判定し、第3の閾値以上のときは除脈であると判定する。不整脈判定部91は、判定結果を示す不整脈判定信号を制御部93に出力する。   The arrhythmia determination unit 91 is based on the time interval when the heartbeat detection signal is input from the heartbeat detection unit 4, that is, based on the time interval of the heartbeat, and whether there is an arrhythmia and the type of arrhythmia if there is Determine. Specifically, the arrhythmia determination unit 91 has a predetermined first threshold value, second threshold value, and third threshold value in ascending order. The arrhythmia determination unit 91 determines that the heartbeat is fibrillation when the time interval of the heartbeat is equal to or less than a predetermined first threshold, and is tachycardia when the time is greater than the first threshold and equal to or less than the second threshold. If it is greater than or equal to the third threshold value, it is determined that the pulse is not in pulse. The arrhythmia determination unit 91 outputs an arrhythmia determination signal indicating the determination result to the control unit 93.

位相算出部92は、記憶部10から、心拍検出部4によって心拍が検出されてから次に心拍が検出されるまでの間にインピーダンス検出部5によって検出された全ての心室インピーダンスΦを読み出し、これらのインピーダンスΦの平均値Φmean、つまり、1心拍内の心室インピーダンスΦの平均値を(1)式により算出する。位相算出部92は、算出した平均値Φmeanの情報を記憶部10に出力する。なお、(1)式におけるNは、1心拍内において心室インピーダンスΦが検出された回数、つまり、心室インピーダンスΦのデータ数である。   The phase calculation unit 92 reads out all the ventricular impedances Φ detected by the impedance detection unit 5 from the storage unit 10 until the next heartbeat is detected after the heartbeat detection unit 4 detects the heartbeat. The average value Φmean of the impedance Φ, that is, the average value of the ventricular impedance Φ within one heartbeat is calculated by the equation (1). The phase calculation unit 92 outputs information on the calculated average value Φmean to the storage unit 10. Note that N in Equation (1) is the number of times the ventricular impedance Φ is detected within one heartbeat, that is, the number of data of the ventricular impedance Φ.

Figure 0005695480
Figure 0005695480

また、位相算出部92は、記憶部10から、最新の心室インピーダンスΦtと、該心室インピーダンスΦtが検出されるΔt前に検出された心室インピーダンスΦt−Δtと、1つ前の心拍について算出された平均値Φmeanとを記憶部10から読み出す。そして、位相算出部92は、読み出した心室インピーダンスΦt,Φt−Δtおよび平均値Φmeanとから、(2)式により位相θを算出する。位相算出部92は、算出した位相θの情報を制御部93に出力する。   The phase calculation unit 92 calculates the latest ventricular impedance Φt, the ventricular impedance Φt−Δt detected before Δt when the ventricular impedance Φt is detected, and the previous heartbeat from the storage unit 10. The average value Φmean is read from the storage unit 10. Then, the phase calculation unit 92 calculates the phase θ from the read ventricular impedances Φt, Φt−Δt and the average value Φmean by Equation (2). The phase calculation unit 92 outputs information on the calculated phase θ to the control unit 93.

Figure 0005695480
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ここで、心室インピーダンスΦtの値を横軸に、心室インピーダンスΦt−Δtの値を縦軸にプロットしてマップを作成すると、図3に示されるように、1心拍につき1周する軌跡が描かれる。ここで、横軸方向および縦軸方向の振幅の中心が平均値Φmeanに相当する。そして、図3のマップにおいて座標(Φmean、Φmean)に相当する位置を中心Oとし、心室インピーダンスΦtを示す点Ptが中心Oとなす角度が、(2)式によって算出される位相θである。すなわち、位相θは、心室インピーダンスΦの1心周期内における位相を示している。   Here, when a map is created by plotting the value of the ventricular impedance Φt on the horizontal axis and the value of the ventricular impedance Φt−Δt on the vertical axis, as shown in FIG. 3, a trajectory that makes one round per heartbeat is drawn. . Here, the center of the amplitude in the horizontal axis direction and the vertical axis direction corresponds to the average value Φmean. In the map of FIG. 3, the angle corresponding to the coordinates (Φmean, Φmean) is the center O, and the angle between the point Pt indicating the ventricular impedance Φt and the center O is the phase θ calculated by the equation (2). That is, the phase θ represents the phase within one cardiac cycle of the ventricular impedance Φ.

制御部93は、不整脈判定部91によって細動が判定された場合、高圧パルスを出力させる信号を除細動部8に出力する。また、制御部93は、不整脈判定部91によって除脈が判定された場合、ペーシングパルスを出力させる信号をペーシング部7に出力する。   When the arrhythmia determination unit 91 determines fibrillation, the control unit 93 outputs a signal for outputting a high-pressure pulse to the defibrillation unit 8. In addition, when the arrhythmia determination unit 91 determines a bradycardia, the control unit 93 outputs a signal for outputting a pacing pulse to the pacing unit 7.

また、制御部93は、不整脈判定部91によって頻脈が判定された場合、刺激パルスを出力させる信号を神経刺激部6に出力する。このときに、制御部93は、位相算出部92によって1心拍分の平均値Φmeanを算出させてから、次の心拍において逐次検出される心室インピーダンスΦの位相θを算出させる。そして、制御部93は、位相算出部92によって算出された位相が所定の位相θ1になったときに神経刺激部6から刺激パルスを出力させる。   In addition, when the tachycardia is determined by the arrhythmia determination unit 91, the control unit 93 outputs a signal for outputting a stimulation pulse to the nerve stimulation unit 6. At this time, the control unit 93 causes the phase calculation unit 92 to calculate the average value Φmean for one heartbeat, and then calculates the phase θ of the ventricular impedance Φ sequentially detected in the next heartbeat. Then, the control unit 93 causes the nerve stimulation unit 6 to output a stimulation pulse when the phase calculated by the phase calculation unit 92 reaches a predetermined phase θ1.

ここで、所定の位相θ1は、患者や病態などによって決定される。例えば、神経刺激装置1を体内に埋め込むときに、心周期に対して異なる位相で迷走神経Bに刺激パルスを供給する。そして、最も心拍数の低下の効果が表れた位相が所定の位相θ1として決定される。所定の位相θ1としては、心房拡張期に相当するπ/2程度が好ましい。   Here, the predetermined phase θ1 is determined by a patient, a disease state, and the like. For example, when the nerve stimulation apparatus 1 is implanted in the body, a stimulation pulse is supplied to the vagus nerve B at a phase different from the cardiac cycle. Then, the phase in which the effect of reducing the heart rate appears most is determined as the predetermined phase θ1. The predetermined phase θ1 is preferably about π / 2 corresponding to the atrial diastole.

記憶部10は、RAM(ランダムアクセスメモリ)やROM(読み出し専用メモリ)などからなる。
通信部11は、無線通信によって体外に配置されたコンピュータとデータの送受信を行う。例えば、操作者は、コンピュータから、通信部11を介してCPU9に各パルスの仕様を変更する信号などを送信することにより、神経刺激装置1の作動設定を変更することができる。
The storage unit 10 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like.
The communication unit 11 transmits and receives data to and from a computer arranged outside the body by wireless communication. For example, the operator can change the operation setting of the nerve stimulation device 1 by transmitting a signal for changing the specification of each pulse to the CPU 9 via the communication unit 11 from the computer.

次に、このように構成された神経刺激装置1の作用について説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置1は、図4に示されるように、動作を開始すると、心拍を常時検出し(ステップS1)、心拍毎に不整脈の発生の有無の判定を続ける(ステップS2,S4,S6)。そして、神経刺激装置1は、細動が発生した場合には(ステップS2)心臓Aに高圧パルスを供給し(ステップS3)、頻脈が発生した場合には(ステップS4)迷走神経Bに刺激パルスを供給し(ステップS5)、除脈が発生した場合には(ステップS6)心臓Aにペーシングパルスを供給する(ステップS7)。神経刺激装置1は、心拍の時間間隔が正常の範囲内に戻るまで心臓Aへのパルスの供給を繰り返す。
Next, the operation of the nerve stimulation apparatus 1 configured as described above will be described.
As shown in FIG. 4, the nerve stimulation apparatus 1 according to the present embodiment always detects a heartbeat (step S <b> 1) and starts determining whether or not an arrhythmia has occurred for each heartbeat (step S <b> 2). S4, S6). When the fibrillation occurs (step S2), the nerve stimulating device 1 supplies a high-pressure pulse to the heart A (step S3), and when tachycardia occurs (step S4), the vagus nerve B is stimulated. A pulse is supplied (step S5), and when a bradycardia occurs (step S6), a pacing pulse is supplied to the heart A (step S7). The nerve stimulation apparatus 1 repeats supply of pulses to the heart A until the time interval of the heartbeat returns to a normal range.

ここで、神経刺激装置1は、頻脈が発生したときに(ステップS5)、図5に示されるように、心室インピーダンスΦの検出を開始する(ステップS501)。神経刺激装置1は、頻脈が判定されてから最初の心拍については心室インピーダンスΦを記憶して(ステップS502)その平均値Φmeanを算出し(ステップS503)、算出した平均値Φmeanを記憶する(ステップS504)。そして、神経刺激装置1は、次の心拍については心室インピーダンスΦの位相θを逐次算出する(ステップS505,S506)。そして、神経刺激装置1は、心室インピーダンスΦの位相が所定の位相θ1のときに(ステップS507)、迷走神経Bに刺激パルスを供給し(ステップS508)、心室インピーダンスΦの検出を終了する(ステップS509)。   Here, when a tachycardia occurs (step S5), the nerve stimulation apparatus 1 starts detecting the ventricular impedance Φ as shown in FIG. 5 (step S501). The neurostimulator 1 stores the ventricular impedance Φ for the first heartbeat after the tachycardia is determined (step S502), calculates the average value Φmean (step S503), and stores the calculated average value Φmean (step S503). Step S504). Then, the nerve stimulation apparatus 1 sequentially calculates the phase θ of the ventricular impedance Φ for the next heartbeat (steps S505 and S506). Then, when the phase of the ventricular impedance Φ is the predetermined phase θ1 (step S507), the nerve stimulation apparatus 1 supplies a stimulation pulse to the vagus nerve B (step S508), and ends the detection of the ventricular impedance Φ (step S507). S509).

この場合に、本実施形態によれば、各心周期の同一の位相のときに刺激パルスが供給される。すなわち、心拍数が変化したときに、心拍数の変化に応じてR波の出現から刺激パルスの供給までの時間も変化し、心臓Aが略同一の活動の状態にあるときに刺激パルスが供給される。これにより、心臓Aの状態に合わせてより常に適切なタイミングで刺激パルスを供給して迷走神経Bの刺激による治療効果を向上することができるという利点がある。   In this case, according to the present embodiment, the stimulation pulse is supplied at the same phase of each cardiac cycle. That is, when the heart rate changes, the time from the appearance of the R wave to the supply of the stimulation pulse also changes according to the change in the heart rate, and the stimulation pulse is supplied when the heart A is in the almost same activity state. Is done. Thereby, there is an advantage that the stimulation effect can be improved at the appropriate timing according to the state of the heart A to improve the therapeutic effect by stimulation of the vagus nerve B.

なお、本実施形態においては、生体信号として心室インピーダンスを例に挙げて説明したが、生体信号はこれに限定されるものではなく、心臓Aの電気活動に同期して周期的に変化するものであればよい。例えば、生体信号として、心筋細胞の活動電位、心電信号または血圧を用いることもできる。   In the present embodiment, the ventricular impedance has been described as an example of the biological signal, but the biological signal is not limited to this, and periodically changes in synchronization with the electrical activity of the heart A. I just need it. For example, an action potential of a cardiomyocyte, an electrocardiogram signal, or a blood pressure can be used as the biological signal.

生体信号として活動電位を用いる場合には、インピーダンス検出部5に代えて、例えば、活動電位光学プローブが備えられる。
生体信号として血圧を用いる場合には、インピーダンス検出部5に代えて、例えば、本体に接続された血圧センサが備えられる。
When an action potential is used as a biological signal, for example, an action potential optical probe is provided instead of the impedance detection unit 5.
When blood pressure is used as a biological signal, for example, a blood pressure sensor connected to the main body is provided instead of the impedance detection unit 5.

また、本実施形態においては、(1)式および(2)式に基づいて1心拍内における心室インピーダンスΦの位相θを逐次算出することにより、刺激パルスの供給のタイミングを制御することとした。これに代えて、例えば、頻脈が検出されてから最初の心拍において、心拍が検出された時刻から所定の位相θ1に相当する時刻までの時間を算出し、次の心拍において、心拍が検出された時刻から算出された時間が経過したときに刺激パルスを供給してもよい。このようにしても、心拍数が変化しても各心周期において同一の位相で刺激パルスを供給することができる。   In the present embodiment, the timing of supplying the stimulation pulse is controlled by sequentially calculating the phase θ of the ventricular impedance Φ within one heartbeat based on the equations (1) and (2). Instead, for example, in the first heartbeat after the detection of tachycardia, the time from the time when the heartbeat was detected to the time corresponding to the predetermined phase θ1 is calculated, and the heartbeat is detected in the next heartbeat. The stimulation pulse may be supplied when the time calculated from the time has elapsed. In this way, even if the heart rate changes, the stimulation pulse can be supplied with the same phase in each cardiac cycle.

また、本実施形態においては、刺激パルスを1心拍につき1回供給することとしたが、刺激パルスの出力の回数は適宜変更可能である。
例えば、迷走神経Bの刺激は、心房と心室の同期不全の治療にも有効である。よって、心室拡張期に相当する位相が3π/2程度のときにも刺激パルスを出力することにより、頻脈および心房と心室の同期不全についても治療することができる。
In the present embodiment, the stimulation pulse is supplied once per heartbeat, but the number of times the stimulation pulse is output can be changed as appropriate.
For example, stimulation of the vagus nerve B is also effective in treating atrial and ventricular dyssynchrony. Therefore, tachycardia and atrial and ventricular dyssynchrony can be treated by outputting a stimulation pulse even when the phase corresponding to the ventricular diastole is about 3π / 2.

また、本実施形態においては、迷走神経Bを刺激して頻脈を治療する場合を例示したが、心臓Aの活動を支配する他の神経を刺激して心臓Aの他の病態を治療することもできる。例えば、神経として、心拍数を上昇させる交感神経を刺激することにより除脈を治療することもできる。   Moreover, in this embodiment, the case where the vagus nerve B was stimulated to treat tachycardia was exemplified, but other nerves that govern the activity of the heart A are stimulated to treat other pathologies of the heart A. You can also. For example, it is possible to treat bradycardia by stimulating a sympathetic nerve that raises the heart rate as a nerve.

1 神経刺激装置
2 本体
2a CAN電極
4 心拍検出部
5 インピーダンス検出部(生理信号検出部)
6 神経刺激部(神経刺激手段)
7 ペーシング部(ペーシング手段)
8 除細動部(除細動手段)
9 CPU
10 記憶部
11 通信部
31〜34 リード
31a 神経電極
32a RA電極
33a RV電極
34a LV電極
91 不整脈判定部(不整脈判定手段)
92 位相算出部(位相算出手段)
93 制御部
A 心臓
B 迷走神経(神経)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Neural stimulation apparatus 2 Main body 2a CAN electrode 4 Heart rate detection part 5 Impedance detection part (physiological signal detection part)
6 nerve stimulation part (nerve stimulation means)
7 Pacing section (pacing means)
8 Defibrillator (Defibrillation means)
9 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Memory | storage part 11 Communication part 31-34 Lead 31a Neural electrode 32a RA electrode 33a RV electrode 34a LV electrode 91 Arrhythmia determination part (arrhythmia determination means)
92 Phase calculation unit (phase calculation means)
93 Control part A Heart B Vagus nerve (nerve)

Claims (5)

心臓を支配する神経に電気刺激を供給する神経刺激部と、
前記心臓の活動に同期して周期的に変化する生理信号であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間の心室インピーダンスを検出する生理信号検出部と、
該生理信号検出部によって検出された心室インピーダンスの1周期内における位相θ数1から算出する位相算出部と、
該位相算出部によって算出された位相θが所定の位相のときに前記電気刺激を供給するよう前記神経刺激部を制御する制御部とを備える神経刺激装置。
Figure 0005695480
ただし、
Φtは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、
Φt−Δtは、Φtが検出される所定の時間Δt前に検出された心室インピーダンス、
Φmeanは、直前の1心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、
前記位相θは、Φt−ΔtがΦmeanと等しく、かつ、ΦtがΦmeanよりも大きいときに0である。
A nerve stimulation unit that supplies electrical stimulation to the nerves that govern the heart;
Physiological signal detection periodically detecting a ventricular impedance between a right ventricular electrode connected to the right ventricle and a left ventricular electrode connected to the left ventricle. And
A phase calculation unit that calculates the phase θ in one cycle of the ventricular impedance detected by the physiological signal detection unit from Formula 1 ;
A nerve stimulation apparatus comprising: a control unit that controls the nerve stimulation unit to supply the electrical stimulation when the phase θ calculated by the phase calculation unit is a predetermined phase.
Figure 0005695480
However,
Φt is the latest ventricular impedance detected by the physiological signal detector,
Φt−Δt is a ventricular impedance detected before a predetermined time Δt when Φt is detected,
Φmean is an average value of ventricular impedance calculated within the last one heartbeat,
The phase θ is 0 when Φt−Δt is equal to Φmean and Φt is greater than Φmean.
前記所定の位相θが、π/2または/および3π/2である請求項1に記載の神経刺激装置。 The nerve stimulation apparatus according to claim 1, wherein the predetermined phase θ is π / 2 or / and 3π / 2. 心拍の時間間隔に基づいて前記心臓の状態を判定する不整脈判定部と、
前記心臓に高圧パルスを供給する除細動部と、
前記心臓にペーシングパルスを供給するペーシング部とを備え、
前記制御部が、前記不整脈判定部による判定に基づいて、前記神経刺激部、前記除細動部または前記ペーシング部を制御する請求項1または請求項2に記載の神経刺激装置。
An arrhythmia determination unit that determines the state of the heart based on a time interval of a heartbeat;
A defibrillator for supplying high pressure pulses to the heart;
A pacing unit for supplying pacing pulses to the heart,
The nerve stimulation device according to claim 1 or 2 , wherein the control unit controls the nerve stimulation unit, the defibrillation unit, or the pacing unit based on the determination by the arrhythmia determination unit.
神経刺激装置の作動方法であって、
右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間において取得された、心臓の活動に同期して周期的に変化する心室インピーダンスから該心室インピーダンスの1周期内における位相θ数2から算出する位相算出手段が作動し、
算出された位相θが所定の位相のときに電気刺激を発生させる神経刺激手段が作動する神経刺激装置の作動方法。
Figure 0005695480
ただし、
Φtは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、
Φt−Δtは、Φtが検出される所定の時間Δt前に検出された心室インピーダンス、
Φmeanは、直前の1心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、
前記位相θは、Φt−ΔtがΦmeanと等しく、かつ、ΦtがΦmeanよりも大きいときに0である。
A method of operating a nerve stimulator comprising:
Obtained between the connected left ventricular electrode in the right ventricular electrode and the left ventricle, which is connected to the right ventricle, in one cycle of the ventricular impedance from the ventricle impedance varies periodically in synchronism with the cardiac activity The phase calculation means for calculating the phase θ from Equation 2 is activated,
An operation method of a nerve stimulation apparatus in which nerve stimulation means for generating electrical stimulation operates when the calculated phase θ is a predetermined phase.
Figure 0005695480
However,
Φt is the latest ventricular impedance detected by the physiological signal detector,
Φt−Δt is a ventricular impedance detected before a predetermined time Δt when Φt is detected,
Φmean is an average value of ventricular impedance calculated within the last one heartbeat,
The phase θ is 0 when Φt−Δt is equal to Φmean and Φt is greater than Φmean.
心拍毎に細動、頻脈および除脈の発生の有無を判定する不整脈判定手段が作動し、
細動であると判定された場合には、高圧パルスを発生させる除細動手段が作動し、頻脈であると判定された場合には、前記神経刺激手段が作動し、除脈であると判定された場合には、ペーシングパルスを発生させるペーシング手段が作動する請求項に記載の神経刺激装置の作動方法。
Arrhythmia determination means that determines the presence or absence of occurrence of fibrillation, tachycardia and bradycardia for each heartbeat,
When it is determined that fibrillation is detected, defibrillation means that generates a high-pressure pulse is activated, and when it is determined that tachycardia is detected, the nerve stimulation means is activated and is determined to be a bradycardia. 5. The method of operating a nerve stimulation apparatus according to claim 4 , wherein when determined, a pacing means for generating a pacing pulse is activated.
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