JP2001190695A - Biphasic electrical cardiac pacing - Google Patents

Biphasic electrical cardiac pacing

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JP2001190695A
JP2001190695A JP37723299A JP37723299A JP2001190695A JP 2001190695 A JP2001190695 A JP 2001190695A JP 37723299 A JP37723299 A JP 37723299A JP 37723299 A JP37723299 A JP 37723299A JP 2001190695 A JP2001190695 A JP 2001190695A
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Morton M Mower
エム、モウアー モートン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biphasic electrical cardiac pacing. SOLUTION: An apparatus for muscular stimulation contains means for defining a first stimulation phase with a first phase polarity, a first phase amplitude, a first phase shape and a first phase duration for pre-conditioning myocardium to accept subsequent stimulation, means for defining a second stimulation phase with a polarity opposite to the first phase polarity, a second phase amplitude that is larger in absolute value than the first phase amplitude and a second phase duration and means for applying the first stimulation phase and the second stimulation phase in sequence to a cardiac tissue. The two phase stimulation is applied sequentially. Anodal stimulation is first applied and followed by cathodal stimulation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、広義の概念で言え
ば、筋組織を刺激するための装置に係り、具体的には、
2相波形を用いて心筋を刺激・整調し、これにより伝導
性および収縮性を改善するための装置に関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to a device for stimulating muscle tissue, and more particularly to a device for stimulating muscle tissue.
The present invention relates to a device for stimulating and pacing myocardium using a two-phase waveform, thereby improving conductivity and contractility.

【0002】[0002]

【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】心
臓血管系機能は生存のために極めて重要である。血液循
環を通して、身体組織は必要な栄養と酸素を取り入れ、
老廃物を捨てる。この循環が止まると、細胞では不可逆
的な変化が進行し始め、やがて死に至る。心筋の収縮
は、この背後にある駆動力である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Cardiovascular function is extremely important for survival. Through blood circulation, body tissues take in the necessary nutrients and oxygen,
Discard the waste. When this circulation stops, the cells begin to undergo irreversible changes and eventually die. Myocardial contraction is the driving force behind this.

【0003】心筋では、筋繊維が枝分かれした網状体と
して互いに連結されており、これが心臓全体に亘ってあ
らゆる方向に広がっている。この網目のどこかが刺激さ
れた場合、消極波が心臓の全部分に伝わり、その構造全
体が一つの単位として収縮する。筋繊維が収縮を促す刺
激を受けるには、その前に筋繊維の膜が分極化されてい
なければならない。通常、筋繊維は、置かれている環境
中の何らかの変化によって刺激されるまで分極状態を保
つ。膜は、電気的、化学的、機械的な刺激、または温度
変化によって刺激を受ける。収縮を起こすために必要な
最小刺激強さを閾値刺激という。収縮を引き起こさずに
管理できるであろう最大刺激強さは閾値下最大振幅であ
る。
In the myocardium, muscle fibers are connected to each other as a branched network, which extends in all directions throughout the heart. If any part of this network is stimulated, the depolarization wave will propagate to all parts of the heart, and the entire structure will contract as a unit. Before the muscle fibers can be stimulated to contract, the membrane of the muscle fibers must be polarized. Normally, muscle fibers remain polarized until stimulated by some change in the environment in which they are placed. The membrane is stimulated by electrical, chemical, mechanical stimuli, or changes in temperature. The minimum stimulus intensity required to cause contraction is called threshold stimulation. The maximum stimulation intensity that could be managed without causing contraction is the subthreshold maximum amplitude.

【0004】膜が電気的に刺激される場合、反応を引き
起こすために必要な衝撃の大きさは多数の要因による。
第一は、電流の持続時間である。移動電荷の合計が電流
振幅にパルスの持続時間を乗じたものに等しいので、刺
激持続時間の増加は閾電流振幅の減少と関連する。第二
に、印加された電流のうち実際に膜を通過するものの割
合は電極の大きさに反比例して変化する。第三に、印加
された電流のうち実際に膜を通過するものの割合は、組
織に対する電極の接近度に比例して変化する。第四に、
反応を引き起こすために必要な衝撃の大きさは、興奮性
サイクル内の刺激のタイミングに依存する。
When the membrane is electrically stimulated, the magnitude of the shock required to elicit a response depends on a number of factors.
The first is the duration of the current. An increase in stimulation duration is associated with a decrease in threshold current amplitude because the sum of the mobile charges is equal to the current amplitude multiplied by the pulse duration. Second, the proportion of the applied current that actually passes through the membrane varies inversely with the size of the electrode. Third, the percentage of the applied current that actually passes through the membrane changes in proportion to the proximity of the electrode to the tissue. Fourth,
The magnitude of the shock required to elicit a response depends on the timing of the stimulus within the excitatory cycle.

【0005】心臓の大部分は専用の心筋組織の凝集塊と
線維である。この組織が心臓伝導系を構成し、減極波を
発生させて心筋層全体に与える働きをする。心臓の衝撃
伝導における干渉または妨害は、不整脈、あるいは心臓
の速度またはリズムの顕著な変化を引き起こす可能性が
ある。
The majority of the heart is dedicated clumps and fibers of myocardial tissue. This tissue constitutes the heart conduction system, and serves to generate a depolarizing wave and give it to the entire myocardium. Interference or interference in the shock conduction of the heart can cause arrhythmias or significant changes in the speed or rhythm of the heart.

【0006】伝導の不調を患う患者を人工ペースメーカ
で救える場合がある。この種の装置は小型電池で駆動す
る電気刺激発生装置を有する。人工ペースメーカを装着
する場合、電極は、通常、血管を通して右心室かまたは
右心房と右心室へ入れ、刺激発生装置を肩または腹部の
皮下に埋め込む。導線は心筋に密着するように埋め込
む。ペースメーカは、その後、規則正しい電気衝撃を心
臓へ送り、心筋層は規則正しく収縮するという反応を示
す。心臓を整調するための埋め込み式医療器具はこの分
野では周知であり、人体に応用されるようになったのは
1960年代中期以降である。
[0006] Patients suffering from conduction disorders may be rescued by artificial pacemakers. This type of device has an electrical stimulus generator driven by a small battery. When a prosthetic pacemaker is worn, the electrodes are usually passed through the blood vessels into the right ventricle or into the right atrium and right ventricle and the stimulus generator is implanted subcutaneously in the shoulder or abdomen. The conductor is implanted so as to adhere to the myocardium. The pacemaker then sends a regular electrical shock to the heart, responding that the myocardium contracts regularly. Implantable medical devices for pacing the heart are well known in the art and have been applied to the human body since the mid-1960s.

【0007】陰極、陽極いずれの電流も心筋層の刺激に
利用することが可能である。しかし、陽極電流は臨床的
に有効でないと考えられる。陰極電流は負の極性を帯び
た電気パルスからなる。この型の電流は、膜コンデンサ
を放電させることによって細胞膜の極性を失わせ、膜の
電位を直接に閾値レベルへと引き下げる。陰極電流は、
休止膜電位を直接閾値まで引き下げることで、拡張期後
半において陽極電流よりも2分の1から3分の1も低い
閾値電流を有する。陽極電流は正の極性を帯びた電気パ
ルスを含む。陽極電流の効果は休止膜を高分極化するこ
とである。陽極パルスが突然終ると、膜の電位が休止レ
ベルへ戻り、閾値を越え、伝搬反応が起こる。陽極電流
を心筋層の刺激に使うと刺激閾値が高く、高電流を使用
することになり、埋め込まれた装置のバッテリーを浪費
して寿命を損なうため、一般には勧められない。さら
に、心臓刺激に陽極電流を使用することは、陽極電流が
消極に効くということで、とくに高い電圧のときに不整
脈発生をもたらすとも考えられるために勧められない。
[0007] Both the cathode and anode currents can be used to stimulate the myocardium. However, anodic current is not considered clinically effective. The cathodic current consists of negatively polarized electrical pulses. This type of current causes the polarity of the cell membrane to be lost by discharging the membrane capacitor, causing the membrane potential to drop directly to a threshold level. The cathode current is
By lowering the resting membrane potential directly to the threshold, the latter has a threshold current that is one-half to one-third lower than the anodic current in late diastole. The anodic current includes an electric pulse having a positive polarity. The effect of the anodic current is to make the resting film highly polarized. When the anodic pulse ends abruptly, the membrane potential returns to the resting level, crosses the threshold, and a propagation reaction occurs. The use of anodic currents to stimulate the myocardium is generally not recommended because of the high stimulation thresholds and the use of high currents, which drains the battery of the implanted device and shortens its life. In addition, the use of anodic currents for cardiac stimulation is not recommended because anodic currents are depolarizing and may also cause arrhythmias, especially at high voltages.

【0008】ほぼ全ての人工的整調では、負極性刺激パ
ルスを用いており、あるいは2極システムの場合は、陰
極を先端側の極にして陽極を心筋層から離すようになっ
ている。陽極電流の使用が開示されている例では、電極
上の残留電荷を消失させるために、通常、微小強さの電
荷として使用されてる。これは、心筋層自体に影響を及
ぼしたり、状態を左右したりはしない。そのような使用
について、ヘルスコビッチ氏の米国特許第454395
6号に開示されている。
[0008] Nearly all artificial pacing uses a negative stimulus pulse, or in a bipolar system, the cathode is the distal pole and the anode is separated from the myocardium. In the example where the use of anodic current is disclosed, it is typically used as a very small charge to eliminate residual charge on the electrode. It does not affect the myocardium itself or affect its state. For such use, see US Patent No. 4,545,395 to Herskovich.
No. 6 discloses.

【0009】3層波形について、ウイハム氏他の米国特
許第4903700号および4821724号、および
カルス氏他の米国特許4343312号に開示されてい
る。この場合、第1相および第3相は心筋層自体に一切
関係なく、電極面自体への影響が期待されるだけであ
る。したがって、この両相で与えられる電荷は極めて低
い大きさである。
Three layer waveforms are disclosed in U.S. Pat. Nos. 4,903,700 and 4,821,724 to Wiham et al. And U.S. Pat. No. 4,433,312 to Kars et al. In this case, the first phase and the third phase have nothing to do with the myocardium itself, and are only expected to affect the electrode surface itself. Thus, the charge provided in both phases is of a very low magnitude.

【0010】最後に、デュギャン氏他の米国特許第44
02322号に、2相刺激について開示されている。こ
の開示の目的は、大きなコンデンサなしで2倍の電圧を
出力回路内に作ることである。開示された2相刺激の両
相は、強さと持続時間が等しい。
Finally, U.S. Pat.
No. 02322 discloses biphasic stimulation. The purpose of this disclosure is to create twice the voltage in the output circuit without large capacitors. Both phases of the disclosed biphasic stimulation are of equal intensity and duration.

【0011】本発明の2相整調作用によって、心筋機能
が改善される。刺激性または調整性の陰極と陽極のパル
スの組み合わせは、刺激閾値の上昇という欠点を避けつ
つ陽極整調による伝導と収縮の改善を保つ。その結果が
消極波速度の増大である。この伝搬速度の増大は心臓の
収縮を著しく改善し、血流の改善をもたらす。低電圧レ
ベルで十分な刺激を与えられるということは、電力消費
量の低減とペースメーカ・バッテリーの寿命延長をもた
らす。
The myocardial function is improved by the two-phase pacing action of the present invention. The combination of stimulable or tunable cathodic and anodic pulses keeps the conduction and contraction improvements due to anodic pacing while avoiding the disadvantage of increased stimulation threshold. The result is an increase in depolarizing wave velocity. This increase in propagation velocity significantly improves the contraction of the heart and results in improved blood flow. Providing sufficient stimulation at low voltage levels results in reduced power consumption and extended pacemaker battery life.

【0012】心筋に関しては、横紋筋を電気的、化学
的、機械的な刺激、または温度変化によって刺激するこ
ともできる。筋繊維が運動ニューロン(神経単位)によ
って刺激される場合、ニューロンが自己の制御下にある
全ての筋繊維(すなわち、自己の運動単位内の筋繊維)
を活性化する衝撃を伝える。膜の或る領域における消極
は、隣接領域を刺激して同様に消極し、消極波が刺激部
位からあらゆる方向へ向けて膜上を伝わる。こうして運
動ニューロンがひとつ衝撃を伝送したときにその運動単
位内の全繊維が刺激され、同時に収縮する。収縮を起こ
す最小強度を閾値刺激という。その刺激レベルに達する
と、そのレベルを上げても収縮は強まらないというのが
定説である。さらに、各筋肉内の筋繊維は複数の運動単
位に編成されており、また各運動単位は単一の運動ニュ
ーロンによって制御されているので、一つの運動単位内
の全筋肉は同時に刺激される。しかし、筋肉全体は異な
る刺激閾値に応答する多数の異なる運動単位によって制
御されている。したがって、所定の刺激が筋肉に与えら
れると、一部の運動単位が応答し、他は応答しないこと
がある。
With respect to the myocardium, the striated muscle can also be stimulated by electrical, chemical, mechanical stimulation, or by temperature changes. If a muscle fiber is stimulated by a motor neuron (neural unit), all muscle fibers under which the neuron is under control (ie, muscle fibers within its own motor unit)
Activate to convey the shock. Depolarization in one area of the membrane stimulates adjacent areas to depolarize as well, with depolarization waves traveling on the membrane in all directions from the stimulation site. Thus, when a motor neuron transmits one shock, all fibers in the motor unit are stimulated and simultaneously contract. The minimum intensity that causes contraction is called threshold stimulation. It is a common wisdom that once the stimulus level is reached, increasing that level does not increase contraction. Further, the muscle fibers within each muscle are organized into multiple motor units, and since each motor unit is controlled by a single motor neuron, all muscles within one motor unit are stimulated simultaneously. However, the entire muscle is controlled by a number of different motor units that respond to different stimulation thresholds. Therefore, when a given stimulus is given to a muscle, some motor units may respond and others may not.

【0013】神経または筋肉の損傷のために、電気的な
筋肉刺激が方向づけされている場合に、本発明の陰、陽
パルスの組み合わせは筋肉収縮の改善をもたらす。神経
繊維が外傷または疾病のせいで損傷されている場合、損
傷した神経繊維がつかさどっている領域内の筋繊維は、
萎縮が進行し、次第に消滅する傾向がある。動かされる
ことのない筋肉は数カ月のうちに通常の半分の大きさに
縮小する可能性がある。刺激がない場合は、筋繊維の大
きさが縮小するだけでなく、断片化して再生されなくな
り、結合組織に置換される。電気刺激によって筋緊張を
維持することができ、神経繊維が修復または再生された
ときに活生筋組織が残る。
[0013] The combination of yin and yang pulses of the present invention results in improved muscle contraction when electrical muscle stimulation is directed due to nerve or muscle damage. If the nerve fibers are damaged due to trauma or disease, the muscle fibers in the area served by the damaged nerve fibers are:
Atrophy progresses and tends to disappear gradually. Unmoved muscles can be reduced to half their normal size within months. In the absence of irritation, the muscle fibers not only shrink in size, but also become fragmented and no longer regenerated and replaced by connective tissue. Electrical stimulation can maintain muscle tone, leaving live muscle tissue when nerve fibers are repaired or regenerated.

【0014】筋組織が負傷や疾病により損傷した場合、
再生プロセスを電気刺激によって支援することができ
る。本発明の2相刺激によって筋収縮の増大が達成され
る。刺激用または調整用の陰陽パルスの組み合わせが、
より低い電圧レベルでより多くの運動単位の収縮をもた
らし、それが筋肉の反応性を非常に良くする。
When muscle tissue is damaged by injury or disease,
The regeneration process can be assisted by electrical stimulation. Increased muscle contraction is achieved by the biphasic stimulation of the present invention. Combination of stimulation or adjustment Yin Yang pulse
Lower voltage levels result in more motor units contracting, which makes the muscles very responsive.

【0015】したがって、本発明の目的は、心臓組織の
刺激を改善することである。本発明の別の目的は、良好
な心臓収縮を通じて心臓の出力を増大させ、これによっ
て拍出量の増大をもたらすことである。本発明の別の目
的は、衝撃伝搬速度を高めることである。本発明の別の
目的は、ペースメーカの電池寿命を延ばすことである。
本発明のさらに別の目的は、より低い電圧レベルで効果
的な心臓刺激行うことである。本発明の他の目的は、組
織刺激を得るために電気の導線を組織に密着させておく
必要性をなくすことである。本発明のさらに他の目的
は、筋組織への刺激を向上させることである。本発明の
さらに他の目的は、より低い電圧レベルでより多数の筋
肉運動単位の収縮をもたらすことである。
Accordingly, it is an object of the present invention to improve the stimulation of heart tissue. It is another object of the present invention to increase cardiac output through good systole, thereby resulting in increased stroke volume. Another object of the invention is to increase the speed of impact propagation. Another object of the present invention is to extend the battery life of a pacemaker.
Yet another object of the present invention is to provide effective cardiac stimulation at lower voltage levels. Another object of the present invention is to eliminate the need to keep electrical leads in close contact with tissue to obtain tissue stimulation. Still another object of the present invention is to improve stimulation of muscle tissue. Yet another object of the present invention is to provide for the contraction of more muscle motor units at lower voltage levels.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明による筋肉刺激装
置は、次の刺激を受けるために心筋層を予調整するため
の第一相極性、第一相振幅、第一相形状、および第一相
持続時間を持つ第一刺激相を規定する手段と、第一相極
性と反対の極性、第一相振幅よりも絶対値の大きな第二
相振幅、第二相形状、および第二相持続時間を有する第
二刺激相を規定する手段と、心臓組織に第一刺激相およ
び第二刺激相を順番に与えるための手段とを含む。
SUMMARY OF THE INVENTION A muscle stimulator according to the present invention comprises a first phase polarity, a first phase amplitude, a first phase shape, and a first phase for preconditioning the myocardium to receive the next stimulus. Means for defining a first stimulus phase having a phase duration, a polarity opposite to the first phase polarity, a second phase amplitude greater in absolute value than the first phase amplitude, a second phase shape, and a second phase duration. Means for defining a second stimulation phase having: and means for sequentially applying the first stimulation phase and the second stimulation phase to the heart tissue.

【0017】本発明による筋肉刺激方法および装置は、
陰極パルスと陽極パルスの両方を与えることによる筋肉
組織に対する2相刺激の付与を含む。本発明の一観点に
よれば、この刺激は、心筋層の働きを高めるために心筋
層に与えられる。これにより、電導線を心臓組織に密接
して装着することなく、心臓刺激を行うことができる。
本発明のさらに他の観点によれば、筋肉反応を引き起こ
すために、横紋筋に刺激が与えられる。
[0017] The muscle stimulating method and apparatus according to the present invention comprises:
Includes applying biphasic stimulation to muscle tissue by applying both cathodic and anodic pulses. According to one aspect of the invention, the stimulus is provided to the myocardium to enhance the function of the myocardium. Thus, heart stimulation can be performed without attaching the conductive wire closely to heart tissue.
According to yet another aspect of the invention, striated muscle is stimulated to elicit a muscle response.

【0018】本発明方法および装置は、各刺激相が、そ
れぞれ極性、振幅、形状および持続時間を有する第一お
よび第二刺激相を含む。好適実施態では、第一相および
第二相が異なる極性を有する。一つの代替実例態では、
2相の振幅が異なる。第二の代替例では、2相の持続時
間が異なる。第三の代替例では、第一相が切断波形で示
される。第四の代替例では、第一相の振幅が傾斜する。
第五の代替例では、第一相刺激が心臓搏動後200ミリ
秒を超えて加えられる。好適代替例では、第一相刺激が
閾値下最大振幅で長時間の陽極パルスであり、第二相刺
激が高振幅で短時間の陰極パルスである。前記代替実例
は、各種形態で組み合わせを行い得ることに留意された
い。また、これらの代替例は、単なる一例として提示さ
れたものであり、限定的に解釈すべきではない。
The method and apparatus of the present invention include a first and a second stimulus phase, each stimulus phase having a polarity, amplitude, shape and duration, respectively. In a preferred embodiment, the first and second phases have different polarities. In one alternative instance,
The amplitudes of the two phases are different. In a second alternative, the durations of the two phases are different. In a third alternative, the first phase is shown with a cutting waveform. In a fourth alternative, the amplitude of the first phase is ramped.
In a fifth alternative, the first phase stimulus is applied for more than 200 milliseconds after the heart beat. In a preferred alternative, the first phase stimulus is a sub-threshold maximum amplitude, long duration anodic pulse, and the second phase stimulus is a high amplitude, short duration cathode pulse. Note that the alternative examples may be combined in various ways. Also, these alternatives are provided by way of example only and should not be construed as limiting.

【0019】本発明方法を実施する必要のある整調装置
(ペースメーカ)用エレクトロニクスは、当業者には周
知である。現行の整調装置(ペースメーカ)用エレクト
ロニクスでは、本文中に開示されたものを含め、各種パ
ルスを発生するようにプログラミングすることができ
る。
The electronics for pacing devices (pacemakers) that need to carry out the method of the invention are well known to those skilled in the art. Current pacing device (pacemaker) electronics can be programmed to generate various pulses, including those disclosed herein.

【0020】本発明は筋肉組織の2相電気刺激に係わ
る。図1は、陽極刺激102を含む第一刺激相が、振幅
104および持続時間106で与えられる2相電気刺激
を示す。この第一刺激相の直後に、同等の強さと持続時
間の陰極刺激108を含む第二刺激相が与えられる。
The present invention relates to two-phase electrical stimulation of muscle tissue. FIG. 1 shows a two-phase electrical stimulus in which a first stimulus phase, including an anodic stimulus 102, is provided with an amplitude 104 and a duration 106. Immediately after this first stimulus phase, a second stimulus phase is provided that includes a cathodic stimulus 108 of equal intensity and duration.

【0021】図2は、振幅204、持続時間206の陰
極刺激202を含む第一刺激相が与えられる2相電気刺
激を示す。第一刺激相の直後に、同等の強さと持続時間
の陽極刺激208を含む第二刺激相が与えられる。
FIG. 2 shows a two-phase electrical stimulus in which a first stimulus phase including a cathodic stimulus 202 of amplitude 204 and duration 206 is provided. Immediately after the first stimulus phase, a second stimulus phase is provided that includes an equal intensity and duration of anodal stimulus 208.

【0022】図3は、振幅304、持続時間306の、
低レベルかつ長時間の陽極刺激302を含む第一刺激相
が与えられる本発明の好適例を示す。この第一刺激相の
直後に、従来の強さと持続時間の陰極刺激308を含む
第二刺激相が与えられる。本発明の変形例では、陽極刺
激302が閾値下最大振幅で行われる。本発明の別の変
形例では、陽極刺激302が3ボルト未満である。本発
明のさらに別の変形例では、陽極刺激302の持続時間
が約2〜8ミリ秒である。本発明のさらに別の変形例で
は、陰極刺激308が短時間である。本発明のさらに別
の変形例では、陰極刺激308が約0.3〜0.8ミリ
秒である。本発明のさらに別の変形例では、陰極刺激3
08が高振幅である。本発明の別の変形例では、陰極刺
激308が約3〜20ボルトの範囲内にある。本発明の
さらに別の変形例では、陰極刺激308の持続時間が
0.3ミリ秒未満であり、電圧が20ボルトを超える。
他の変形例では、陽極刺激302が心臓搏動後200ミ
リ秒を超えて与えられる。これらの実例で示された方法
で、また本明細書を読めば自明であるその変更および修
正により、活性化のない最大膜電位が刺激の第一相で達
成される。
FIG. 3 shows an amplitude 304, duration 306,
3 illustrates a preferred embodiment of the present invention in which a first stimulation phase comprising a low level and prolonged anodic stimulation 302 is provided. Immediately after this first stimulus phase, a second stimulus phase is provided that includes a conventional intensity and duration of cathodic stimulus 308. In a variant of the invention, the anodic stimulation 302 is performed at a sub-threshold maximum amplitude. In another variation of the invention, the anodic stimulus 302 is less than 3 volts. In yet another variation of the present invention, the duration of the anodic stimulus 302 is about 2-8 milliseconds. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulation 308 is brief. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulus 308 is about 0.3-0.8 milliseconds. In yet another variant of the invention, the cathode stimulus 3
08 is a high amplitude. In another variation of the present invention, the cathode stimulus 308 is in the range of about 3-20 volts. In yet another variation of the invention, the duration of the cathodic stimulation 308 is less than 0.3 millisecond and the voltage is greater than 20 volts.
In another variation, the anodic stimulus 302 is provided for more than 200 milliseconds after the heart beat. In the manner illustrated in these examples, and by virtue of the changes and modifications which will become apparent upon reading the present specification, a maximum membrane potential without activation is achieved in the first phase of the stimulation.

【0023】図4は、陽極刺激402を含む第一刺激相
が、強度レベル406の増大を伴なって、時間404に
亘って付与される、本発明の他の好適例を示す。増大す
る強度レベル406の傾斜は、直線または非直線のいず
れでもよく、傾斜度は、変化してもよい。この陽極刺激
の直後に、従来の強さと持続時間を有する陰極刺激40
8を含む第二刺激相が与えられる。本発明の変形例で
は、陽極刺激402が、閾値下最大振幅まで上昇する。
本発明のさらに別の変形例でのは、陽極刺激402が最
大振幅3ボルト未満まで上昇する。本発明の別の変形例
では、陽極刺激402が持続時間が約2〜8ミリ秒であ
る。本発明のさらに別の変形例では、陰極刺激408が
短時間である。本発明の別の変形例では、陰極刺激40
8が、約0.3〜0.8ミリ秒である。本発明の別の変
形例では、高振幅である。本発明の別の変形例では、陰
極刺激408が、約3〜20ボルトの範囲内にある。本
発明のさらに別の変形例では、陰極刺激408が、持続
時間0.3ミリ秒未満、電圧、20ボルト超である。別
の変形例では、陽極刺激402が、心臓搏動後200ミ
リ秒を超えて与えられる。これらの実例で示された方法
で、また本明細書を読めば自明であるその変更および修
正により、活性化のない最大膜電位が、刺激の第一相で
達成される。
FIG. 4 illustrates another embodiment of the present invention in which a first stimulus phase, including anodal stimulus 402, is applied over time 404 with increasing intensity levels 406. The slope of the increasing intensity level 406 may be either linear or non-linear, and the slope may vary. Immediately after this anodic stimulus, a cathodic stimulus 40 of conventional intensity and duration
A second stimulus phase comprising 8 is provided. In a variation of the invention, the anodic stimulus 402 rises to a sub-threshold maximum amplitude.
In yet another variation of the present invention, the anodic stimulus 402 rises below a maximum amplitude of 3 volts. In another variation of the present invention, the anodic stimulus 402 has a duration of about 2-8 milliseconds. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulation 408 is brief. In another variant of the invention, the cathode stimulus 40
8 is about 0.3 to 0.8 milliseconds. In another variant of the invention, the amplitude is high. In another variation of the present invention, the cathode stimulus 408 is in the range of about 3-20 volts. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulus 408 is less than 0.3 milliseconds in duration, greater than 20 volts in voltage. In another variation, the anodic stimulus 402 is provided for more than 200 milliseconds after the heart beat. In the manner illustrated in these examples, and by virtue of the changes and modifications which will become apparent upon reading the specification, a maximum membrane potential without activation is achieved in the first phase of the stimulation.

【0024】図5は、一連の陽極パルス502を含む第
一刺激相が振幅504で与えられる2相電気刺激を示
す。1変形例では、休止時間506が刺激時間508と
同一持続時間であり、基線振幅で与えられる。変形例で
は、休止時間506が、刺激期間508と異なる持続時
間であり、基線振幅で与えられる。休止時間506は、
従来の強度と持続時間の陰極刺激510を含む第二刺激
相が一連の陽極パルス502の直後に付与されるという
点を除き、各刺激時間508の後に生ずる。本発明の変
形例では、一連の陽極刺激502によって送られる移動
電荷の合計が閾値下最大レベルである。本発明のさらに
別の変形例では、一連の陽極パルス502の第一刺激パ
ルスが心臓搏動後200ミリ秒を超えて与えられる。本
発明の別の変形例では、陰極刺激510が短時間で与え
られる。本発明のさらに別の変形例では、陰極刺激51
0が約0.3〜0.8ミリ秒である。本発明の別の変形
例では、陰極刺激510が高振幅である。本発明のさら
に別の変形例では、陽極刺激510が約3〜20ボルト
の範囲内にある。本発明の別の変形例では、陰極刺激5
10が、持続時間0.3ミリ秒未満、電圧20ボルト超
である。
FIG. 5 shows a two-phase electrical stimulus in which a first stimulus phase comprising a series of anodic pulses 502 is provided at an amplitude 504. In one variation, the dwell time 506 is the same duration as the stimulation time 508, and is given at baseline amplitude. In a variation, the dwell time 506 is a different duration than the stimulation period 508 and is given at the baseline amplitude. The pause time 506 is
Occurs after each stimulation time 508, except that a second stimulation phase, including conventional intensity and duration of the cathodic stimulation 510, is applied immediately after the series of anodizing pulses 502. In a variation of the invention, the sum of the mobile charges delivered by the series of anodic stimuli 502 is the sub-threshold maximum level. In yet another variation of the present invention, the first stimulation pulse of the series of anodic pulses 502 is provided for more than 200 milliseconds after the heart beat. In another variation of the present invention, cathodic stimulation 510 is provided in a short time. In yet another variant of the invention, the cathode stimulus 51
0 is about 0.3-0.8 milliseconds. In another variation of the present invention, the cathode stimulus 510 is of high amplitude. In yet another variation of the present invention, the anodic stimulation 510 is in the range of about 3-20 volts. In another variant of the invention, the cathode stimulus 5
10 has a duration of less than 0.3 milliseconds and a voltage greater than 20 volts.

【0025】図8において、本明細書に開示された整調
装置(ペースメーカ)の運転方法は、従来技術による構
造と配置を有する整調装置10によって実行される。本
発明を実行する整調装置10は、患者12の体内に埋め
込まれ、密閉された生理不活性外側缶体内に収納されて
いる。外側缶体は、それ自体、導伝性があり、従って、
整調装置の整調/感知回路内の不間電極として作用す
る。1以上の整調装置導線(通常、心室14Vおよび心
房14A)が、従来方法で整調装置10に電気的に連結
され、患者の心臓まで静脈18を通って伸長する。1以
上の露出導伝電極が、心臓電気信号を受信し、および/
または、心臓16に整調電気刺激を送るために、整調装
置導線14A、14V(通常、導線の遠端の近く)に設
けられる。当業者に認識されるように、導線14A、1
4Vは、心臓16の心房または心室のいずれかにそれら
の先端部にて埋め込まれる。
Referring to FIG. 8, the method of operating a pacing device (pacemaker) disclosed herein is performed by a pacing device 10 having a structure and arrangement according to the prior art. A pacing device 10 embodying the present invention is implanted in the body of a patient 12 and housed in a sealed, physiologically inert outer can. The outer can body is itself conductive and therefore
Acts as an intermittent electrode in the pacing / sensing circuit of the pacing device. One or more pacing device leads (typically ventricle 14V and atria 14A) are electrically connected to pacing device 10 in a conventional manner and extend through vein 18 to the patient's heart. One or more exposed conducting electrodes receive a cardiac electrical signal; and / or
Alternatively, a pacing device lead 14A, 14V (typically near the distal end of the lead) is provided to deliver pacing electrical stimulation to the heart 16. As will be appreciated by those skilled in the art, conductors 14A, 1
The 4V is implanted into either the atria or ventricles of the heart 16 at their tips.

【0026】図9において、本発明の開示された実例に
よる整調装置10内の電子回路は、従来通りの構造、機
能を有する。従って、当業者にとって、そのような部品
の構造、機能については、決まりきったことと思われる
ので、本明細書中で詳しくは説明しない。例えば、本発
明を実施するための整調・制御回路20は、センス増幅
器回路24、整調出力回路26、水晶時計28、メモリ
(ランダム・アクセス・メモリ(RAM)およびリード
・オンリ・メモリ(ROM))30、中央処理装置(C
PU)32、および遠隔測定回路34を有し、それらは
全て周知である。CPU32は、RAM30に記憶され
た波形から、整調出力回路26に整調動作を与えるよう
にプログラミングされた指令を実行する。
Referring to FIG. 9, the electronic circuit in the pacing device 10 according to the disclosed example of the present invention has a conventional structure and function. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the structure and function of such a component have been determined, and will not be described in detail herein. For example, the pacing / control circuit 20 for carrying out the present invention includes a sense amplifier circuit 24, a pacing output circuit 26, a quartz clock 28, and a memory (random access memory (RAM) and read-only memory (ROM)). 30, central processing unit (C
PU) 32, and a telemetry circuit 34, all of which are well known. The CPU 32 executes a command programmed to give a pacing operation to the pacing output circuit 26 from the waveform stored in the RAM 30.

【0027】整調装置10に連結された導線14A、1
4Vは、埋め込みによって調整装置の埋め込み部位と患
者の心臓16との間で伸長する。導線14A,14V
が、センス増幅器回路24および整調出力回路26に直
接的または間接的に結合されるということは、当業者に
自明であろう。このように、通常の手法で、心臓の電気
信号が、センス増幅器回路24に送られ、整調パルスが
導線14A、14Vを経て心臓組織へに送られる。
The wires 14A, 1A connected to the pacing device 10
The 4V extends between the implantation site of the adjustment device and the patient's heart 16 by implantation. Conductor 14A, 14V
Is directly or indirectly coupled to sense amplifier circuit 24 and pacing output circuit 26 as will be apparent to those skilled in the art. Thus, in a conventional manner, the electrical signal of the heart is sent to the sense amplifier circuit 24 and the pacing pulse is sent to the heart tissue via leads 14A, 14V.

【0028】整調装置の構造10は、好適には、外部プ
ログラミング、および制御ユニット(図示せず)を用い
てプログラミング(かつ、潜在的に、再プログラミン
グ)できるように、内部遠隔測定(テレメトリ)回路3
4を含むのが好ましい。本発明の実施に使用するための
適当なプログラマおよび遠隔測定システムは、長年、周
知である。最も一般的には、埋め込み可能な医療装置用
の遠隔測定システムでは、高周波(RF)送信機および
受信機、および外部プログラミング装置内の、対応する
RF送信機および受信機を使用する。埋め込み可能な装
置内において、送信機および受信機は、ダウンリンク遠
隔測定信号を受信し、アップリンク遠隔測定用のRF信
号を発信するためのアンテナとして、ワイヤ・コイルを
使っている。このシステムは、空芯結合変圧器としてモ
デル化されている。整調装置10の構成部品には、従来
技術により、整調装置10の密閉収納体内のバッテリー
(図示せず)から電力が供給される。
The pacing device structure 10 preferably has internal telemetry (telemetry) circuitry so that it can be programmed (and potentially reprogrammed) using external programming and a control unit (not shown). 3
It is preferable to include the number 4. Suitable programmers and telemetry systems for use in practicing the present invention have been known for many years. Most commonly, telemetry systems for implantable medical devices use radio frequency (RF) transmitters and receivers and corresponding RF transmitters and receivers in external programming devices. Within the implantable device, the transmitter and receiver use wire coils as antennas to receive downlink telemetry signals and emit RF signals for uplink telemetry. This system is modeled as an air-core coupled transformer. The components of the pacing device 10 are supplied with power from a battery (not shown) in the sealed housing of the pacing device 10 according to the prior art.

【0029】<例1>心筋層の刺激特性および伝搬特性
について、極性と相を変えたパルスを用いて、分離され
た心臓で調べた。実験は、5匹の隔離されたランゲンド
ルフ・ウサギの潅流心臓を用いて行なった。心外膜の伝
導速度を双極電極列を用いて測定した。測定は、刺激部
位から6〜9mmの間で行なった。膜内外電位差を浮動
細胞内微小電極を用いて記録した。単相陰極パルス、単
相陽極パルス、進み陰極2相パルス、および進み陽極2
相パルスといったプロトコル(計画)について吟味し
た。表1は、パルス持続時間2ミリ秒で、3V、4Vお
よび5Vの刺激を与えた場合の各刺激プロトコルについ
て繊維方向を横切る伝導速度を示す。
<Example 1> The stimulation characteristics and the propagation characteristics of the myocardium were examined in isolated hearts using pulses of different polarity and phase. The experiments were performed with five isolated Langendorff rabbit perfused hearts. The epicardial conduction velocity was measured using a bipolar electrode array. The measurement was performed between 6 and 9 mm from the stimulation site. Transmembrane potentials were recorded using floating intracellular microelectrodes. Single-phase cathode pulse, single-phase anode pulse, advanced cathode two-phase pulse, and advanced anode 2
The protocol (plan) such as phase pulse was examined. Table 1 shows the conduction velocity across the fiber direction for each stimulation protocol when applying 3V, 4V and 5V stimuli with a pulse duration of 2 ms.

【0030】[0030]

【表1】 繊維の方向を横切る伝導速度(持続時間2ミリ秒) 3V 4V 5V 陰極単相 18.9±2.5cm/秒 21.4±2.6cm/秒 23.3±3.0cm/秒 陽極単相 24.0±2.3cm/秒 27.5±2.1cm/秒 31.3±1.7cm/秒 進み陰極2相 27.1±1.2cm/秒 28.2±2.3cm/秒 27.5±1.8cm/秒 進み陽極2相 26.8±2.1cm/秒 28.5±0.7cm/秒 29.7±1.8cm/秒 表2は、パルス持続時間2ミリ秒で、3V、4V、およ
び5Vの刺激を与えた場合の各刺激プロトコルの繊維方
向に添う伝導速度を示す。
[Table 1] Conduction velocity across the fiber direction (duration 2 ms) 3V 4V 5V Cathode single phase 18.9 ± 2.5cm / sec 21.4 ± 2.6cm / sec 23.3 ± 3.0cm / sec Anode single phase 24.0 ± 2.3cm / 27.5 ± 2.1cm / sec 31.3 ± 1.7cm / sec Advanced cathode 2 phase 27.1 ± 1.2cm / sec 28.2 ± 2.3cm / sec 27.5 ± 1.8cm / sec Advanced anode 2 phase 26.8 ± 2.1cm / sec 28.5 ± 0.7cm / sec Seconds 29.7 ± 1.8 cm / sec Table 2 shows the conduction velocity along the fiber direction for each stimulation protocol when applying 3V, 4V, and 5V stimuli with a pulse duration of 2 ms.

【0031】[0031]

【表2】 繊維方向に添う伝導速度(2ミリ秒刺激) 3V 4V 5V 陰極単相 45.3±0.9cm/秒 47.4±1.8cm/秒 49.7±1.5cm/秒 陽極単相 48.1±1.2cm/秒 51.8±0.5cm/秒 54.9±0.7cm/秒 進み陰極2相 50.8±0.9cm/秒 52.6±1.1cm/秒 52.8±1.7cm/秒 進み陽極2相 52.6±2.5cm/秒 55.3±1.5cm/秒 54.2±2.3cm/秒[Table 2] Conduction velocity along fiber direction (2 ms stimulation) 3V 4V 5V Cathode single phase 45.3 ± 0.9cm / sec 47.4 ± 1.8cm / sec 49.7 ± 1.5cm / sec Anode single phase 48.1 ± 1.2cm / sec 51.8 ± 0.5cm / sec 54.9 ± 0.7cm / sec Advanced cathode 2 phase 50.8 ± 0.9cm / sec 52.6 ± 1.1cm / sec 52.8 ± 1.7cm / sec Advanced anode 2 phase 52.6 ± 2.5cm / sec 55.3 ± 1.5cm / sec 54.2 ± 2.3cm / sec

【0032】陰極単相、陽極単相、進み陰極2相、およ
び進み陽極2相の間の伝導速度に、有意な違いが認めら
れた(p<0.001)。膜内外電位差測定から、活動
電位の最大アップストローク((dV/dt)最大)
が、縦方向での伝導速度の変化と十分な相関関係のある
ことが判った。持続時間2ミリ秒で、4ボルトのパルス
の場合((dV/dt)最大)で、陰極パルスが63.
5±2.4V/秒、陽極パルスが75.5±5.6V/
秒であった。
A significant difference was observed in the conduction velocities between the cathode single phase, anode single phase, advanced cathode 2 phase and advanced anode 2 phase (p <0.001). Maximum upstroke of action potential ((dV / dt) maximum) from transmembrane potential measurement
However, it was found that there was a sufficient correlation with the change in the conduction velocity in the longitudinal direction. With a 2 ms duration and a 4 volt pulse ((dV / dt) maximum), the cathode pulse is 63.
5 ± 2.4V / sec, anode pulse is 75.5 ± 5.6V /
Seconds.

【0033】<例2>整調プロトコルを変えた場合の心
臓電気生理現象に及ぼす影響について、ランゲンドルフ
・ウサギの分離心臓を使って分析した。定電圧矩形パル
スの刺激を心臓に与えた。陰極単相、陽極単相、進み陰
極2相、および進み陽極2相といったプロトコルについ
て、調べた。印加電圧は、陽極陰極両方の刺激の場合
に、1ボルトづつ、1ボルトから5ボルトまで増大させ
た。持続時間は、2ミリ秒づつ、2ミリ秒から10ミリ
秒まで増大させた。左心室の遊離壁から3〜6mm離れ
たところで、左心房の繊維方向に添った場合と、それを
横切る場合とで、心外膜の伝導速度を測定した。図6、
図7は、刺激パルスの持続時間と刺激プロトコルの伝導
速度に及ぼす影響について示す。
Example 2 The effect of changing the pacing protocol on cardiac electrophysiology was analyzed using isolated hearts of Langendorff rabbits. The heart was stimulated with a constant voltage rectangular pulse. Protocols such as cathode single phase, anode single phase, advanced cathode 2 phase, and advanced anode 2 phase were investigated. The applied voltage was increased from 1 volt to 5 volts in 1 volt increments for both anode and cathode stimulation. The duration was increased from 2 ms to 10 ms in 2 ms increments. At a distance of 3 to 6 mm from the free wall of the left ventricle, the conduction velocity of the epicardium was measured in the case of following the fiber direction of the left atrium and the case of crossing it. FIG.
FIG. 7 shows the effect of stimulation pulse duration and stimulation protocol on conduction velocity.

【0034】図6は、繊維方向を横切って、3〜6mm
の間で測定した速度を示す。この領域においては、テス
トされた各パルス刺激持続時間で、陰極単相刺激602
が最も遅い伝導速度を示した。次に遅かったのは、陽極
単相刺激604と、進み陰極2相刺激606であった。
最も速度が早かったのは、進み陽極2相刺激608であ
った。
FIG. 6 shows that 3 to 6 mm across the fiber direction.
Shows the speed measured between. In this region, at each pulse stimulation duration tested, cathodic monophasic stimulation 602
Showed the slowest conduction velocity. The next slowest was the anodic monophasic stimulus 604 and the advanced cathodic biphasic stimulus 606.
The fastest was the advanced anodic biphasic stimulation 608.

【0035】図7は、繊維方向に平行に、3〜6mmの
間で測定された速度を示す。この領域では、テストされ
た各パルス刺激持続時間のうち、陰極単相刺激702が
最も遅い伝導速度を示した。陽極単相刺激704と、進
み陽極2相刺激706の速度の測定結果は、若干早い速
度を示した陽極単相刺激と同じ位であった。最も伝導速
度が早かったのは、進み陽極2相刺激708であった。
FIG. 7 shows the speed measured between 3 and 6 mm, parallel to the fiber direction. In this region, of the pulse stimulus durations tested, cathodic monophasic stimulation 702 exhibited the slowest conduction velocity. The measurement results of the velocities of the anodic monophasic stimulus 704 and the advanced anodic biphasic stimulus 706 were almost the same as those of the anodic monophasic stimulus which showed a slightly higher velocity. The fastest conducting velocity was the advanced anodic biphasic stimulus 708.

【0036】本発明の第一の観点によれば、心筋に電気
刺激が与えられる。2相電気刺激の陽極刺激成分は、刺
激前に、組織を過分極化し、より早い衝撃を伝導させ、
より細胞内カルシウムを放出し、その結果、優れた心臓
収縮が起こるように、心臓収縮性を増大させる。陰極刺
激の成分は、陽極刺激の欠点を取り除き、その結果、陽
極刺激の場合にのみ必要である電圧よりも低い電圧レベ
ルで、効果的な心臓刺激を与えられるようになる。それ
は、翻っていえば、整調装置のバッテリーの寿命を延ば
し、組織への損傷を少なくすることにつながる。
According to a first aspect of the present invention, electrical stimulation is provided to the myocardium. The anodically stimulating component of the biphasic electrical stimulation hyperpolarizes the tissue prior to stimulation, conducting a faster impact,
It releases more intracellular calcium, thereby increasing cardiac contractility so that superior cardiac contraction occurs. The cathodic stimulation component eliminates the disadvantages of anodal stimulation, so that effective cardiac stimulation can be provided at lower voltage levels than are required only for anodal stimulation. That, in turn, extends the life of the pacing device battery and reduces tissue damage.

【0037】本発明の第二の観点によれば、2相電気刺
激が、心臓の血液プール、すなわち、心臓に向かって流
れる血液と、心臓の回りを流れる血液に施される。これ
により、心臓組織に密着して電導線を装着せずとも、心
臓刺激を行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, two-phase electrical stimulation is applied to the blood pool of the heart, ie, blood flowing toward and around the heart. Accordingly, heart stimulation can be performed without attaching a conductive wire in close contact with heart tissue.

【0038】本発明の第三の観点によれば、2相電気刺
激が横紋筋組織に加えられる。陰極刺激と陽極刺激とを
組み合せた場合の結果は、より低い電圧レベルで、より
多くの筋肉運動単位を減らすことができ、その結果、筋
肉の反応に改善がみられる。
According to a third aspect of the invention, biphasic electrical stimulation is applied to striated muscle tissue. The result of combining cathodic and anodic stimulation is that at lower voltage levels, more muscle motor units can be reduced, resulting in improved muscle response.

【0039】かかる本発明の基本的概念の説明によれ
ば、先の詳細な説明が、単なる一例として提示されたも
のであり、限定的なものでないことを当業者は容易に理
解できるだろう。明細書中で明確に述べてはいないが、
当業者には各種変更、改良および修正が自明であろう。
これらの修正、変更および改良については、本明細書中
に示唆され、本発明の精神および範囲内にある。さら
に、本明細書で説明された整調パルスについては、適当
なプログラミングに関して、既存の整調装置のエレクト
ロニクスの性能範囲内で十分可能である。従って、本発
明は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ制
限されるものである。
It will be readily apparent to those skilled in the art that, given the description of the basic concepts of the present invention, the foregoing detailed description has been presented by way of example only, and not limitation. Although not explicitly stated in the specification,
Various alterations, improvements and modifications will be apparent to those skilled in the art.
These modifications, changes and improvements are suggested herein and are within the spirit and scope of the invention. In addition, the pacing pulses described herein are well within the performance capabilities of existing pacing device electronics for proper programming. Accordingly, the invention is limited only by the following claims and equivalents thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】進み陽極2層刺激の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of advanced anode two-layer stimulation.

【図2】進み陰極2層刺激の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of advanced cathode two-layer stimulation.

【図3】低レベルで長時間の進み陽極刺激と、引き続く
従来の陰極刺激の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a low-level, long-time advanced anodic stimulation followed by conventional cathodic stimulation.

【図4】傾斜した低レベルで長時間の進み陽極刺激と、
引き続く従来の陰極刺激の模式図である。
FIG. 4: Long-term advanced anodic stimulation at an inclined low level,
It is a schematic diagram of the subsequent conventional cathode stimulation.

【図5】連続して施された、低レベルで短時間の進み陽
極刺激と、引き続く従来の陰極刺激の模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a continuous, low-level, short-time advanced anodic stimulation followed by conventional cathodic stimulation.

【図6】繊維を横切る伝導速度と、進み陽極2相パルス
から発生した整調持続時間との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between conduction velocity across a fiber and pacing duration generated from a leading anode two-phase pulse.

【図7】繊維と平行な伝導速度と進み陽極2相パルスか
ら発生した整調持続時間との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the conduction velocity parallel to the fiber and the pacing duration generated from the advanced anode two-phase pulse.

【図8】本発明の整調装置を示す。FIG. 8 shows a pacing device of the present invention.

【図9】本発明の整調装置の電子回路を示す。FIG. 9 shows an electronic circuit of the pacing device of the present invention.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年3月10日(2000.3.1
0)
[Submission date] March 10, 2000 (200.3.1.1)
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】ほぼ全ての人工的整調では、負極性刺激パ
ルスを用いており、あるいは2極システムの場合は、陰
極を先端側の極にして陽極を心筋層から離すようになっ
ている。陽極電流の使用が開示されている例では、電極
上の残留電荷を消失させるために、通常、微小強さの電
荷として使用されてる。これは、心筋層自体に影響を
及ぼしたり、状態を左右したりはしない。そのような使
用について、ヘルスコビッチ氏の米国特許第45439
56号に開示されている。
[0008] Nearly all artificial pacing uses a negative stimulus pulse, or in a bipolar system, the cathode is the distal pole and the anode is separated from the myocardium. In the example used in the anode current is disclosed in order to eliminate the residual charge on the electrodes, usually, that is used as a charge of minute strength. It does not affect the myocardium itself or affect its state. For such uses, see Herskovich's U.S. Pat.
No. 56.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0018[Correction target item name] 0018

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0018】本発明方法および装置は、各刺激相が、そ
れぞれ極性、振幅、形状および持続時間を有する第一お
よび第二刺激相を含む。好適実施態では、第一相およ
び第二相が異なる極性を有する。一つの代替例では、2
相の振幅が異なる。第二の代替例では、2相の持続時間
が異なる。第三の代替例では、第一相が切断波形で示さ
れる。第四の代替例では、第一相の振幅が傾斜する。第
五の代替例では、第一相刺激が心臓搏動後200ミリ秒
を超えて加えられる。好適代替例では、第一相刺激が閾
値下最大振幅で長時間の陽極パルスであり、第二相刺激
が高振幅で短時間の陰極パルスである。前記代替例で
は、各種形態で組み合わせを行い得ることに留意された
い。また、これらの代替例は、単なる一例として提示さ
れたものであり、限定的に解釈すべきではない。
The method and apparatus of the present invention provide that each stimulus phase is
First, each with polarity, amplitude, shape and duration
And a second stimulus phase. Preferred embodimentMrNow, the first phase and
And the second phase have different polarities. One generationIn an alternative exampleIs 2
Different phase amplitudes. In a second alternative, the duration of the two phases
Are different. In a third alternative, the first phase is indicated by a cutting waveform
It is. In a fourth alternative, the amplitude of the first phase is ramped. No.
In a fifth alternative, the first phase stimulus is 200 ms after the heart beat
Added beyond. In a preferred alternative, the first phase stimulus is
Long duration anodic pulse with maximum amplitude below the value, second phase stimulation
Are cathode pulses of high amplitude and short time. Said feeIn an alternative example
Was noted that can be combined in various forms
No. Also, these alternatives are provided as examples only.
And should not be construed as limiting.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】図4は、陽極刺激402を含む第一刺激相
が、強度レベル406の増大を伴なって、時間404に
亘って付与される、本発明の他の好適例を示す。増大す
る強度レベル406の傾斜は、直線または非直線のいず
れでもよく、傾斜度は、変化してもよい。この陽極刺激
の直後に、従来の強さと持続時間を有する陰極刺激40
8を含む第二刺激相が与えられる。本発明の変形例で
は、陽極刺激402が、閾値下最大振幅まで上昇する。
本発明のさらに別の変形例では、陽極刺激402が最大
振幅3ボルト未満まで上昇する。本発明の別の変形例で
は、陽極刺激402が持続時間が約2〜8ミリ秒であ
る。本発明のさらに別の変形例では、陰極刺激408が
短時間である。本発明の別の変形例では、陰極刺激40
8が、約0.3〜0.8ミリ秒である。本発明の別の変
形例では、高振幅である。本発明の別の変形例では、陰
極刺激408が、約3〜20ボルトの範囲内にある。本
発明のさらに別の変形例では、陰極刺激408が、持続
時間0.3ミリ秒未満、電圧、20ボルト超である。別
の変形例では、陽極刺激402が、心臓搏動後200ミ
リ秒を超えて与えられる。これらの実例で示された方法
で、また本明細書を読めば自明であるその変更および修
正により、活性化のない最大膜電位が、刺激の第一相で
達成される。
FIG. 4 illustrates another embodiment of the present invention in which a first stimulus phase, including anodal stimulus 402, is applied over time 404 with increasing intensity levels 406. The slope of the increasing intensity level 406 may be either linear or non-linear, and the slope may vary. Immediately after this anodic stimulus, a cathodic stimulus 40 of conventional intensity and duration
A second stimulus phase comprising 8 is provided. In a variation of the invention, the anodic stimulus 402 rises to a sub-threshold maximum amplitude.
In yet another variation of the present invention, anodal stimulation 402 rises to less than the maximum amplitude 3 volts. In another variation of the present invention, the anodic stimulus 402 has a duration of about 2-8 milliseconds. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulation 408 is brief. In another variant of the invention, the cathode stimulus 40
8 is about 0.3 to 0.8 milliseconds. In another variant of the invention, the amplitude is high. In another variation of the present invention, the cathode stimulus 408 is in the range of about 3-20 volts. In yet another variation of the present invention, the cathodic stimulus 408 is less than 0.3 milliseconds in duration, greater than 20 volts in voltage. In another variation, the anodic stimulus 402 is provided for more than 200 milliseconds after the heart beat. In the manner illustrated in these examples, and by virtue of the changes and modifications which will become apparent upon reading the specification, a maximum membrane potential without activation is achieved in the first phase of the stimulation.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2相電気式心臓整調装置であって、 後刺激を受けるために心筋層を予調整するための第一相
極性、第一相振幅、第一相形状および第一相持続時間を
有する第一刺激相を規定するための手段と、 前記第一相極性と反対の極性を有する第二刺激相、第一
相振幅よりも絶対値の大きな第二相振幅、第二相形状お
よび第二相持続時間を規定するための手段と、 心臓組織に第一刺激相と第二刺激相を順番に付与するた
めの手段とを含む2相電気式心臓整調装置。
1. A two-phase electrical cardiac pacing device, comprising: a first phase polarity, a first phase amplitude, a first phase shape and a first phase duration for preconditioning the myocardium for receiving post-stimulation. Means for defining a first stimulus phase having, a second stimulus phase having a polarity opposite to the first phase polarity, a second phase amplitude having an absolute value greater than the first phase amplitude, a second phase shape and A two-phase electrical cardiac pacing device comprising: means for defining a second phase duration; and means for sequentially applying a first stimulation phase and a second stimulation phase to heart tissue.
【請求項2】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第一相極性が正である2相電気式心臓
整調装置。
2. The cardiac pacing device of claim 1, wherein the first phase polarity is positive.
【請求項3】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第一相振幅が基線値から第二値へ向っ
て傾斜している2相電気式心臓整調装置。
3. The two-phase cardiac pacing device of claim 1, wherein the first phase amplitude slopes from a baseline value to a second value.
【請求項4】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第二値が閾値下最大振幅時の値である
2相電気式心臓整調装置。
4. The two-phase electric heart pacing device according to claim 3, wherein the second value is a value at the time of maximum amplitude below a threshold.
【請求項5】 請求項4に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記閾値下最大振幅が約0.5〜3.5ボ
ルトである2相電気式心臓整調装置。
5. The two-phase cardiac pacing device of claim 4, wherein said sub-threshold maximum amplitude is about 0.5-3.5 volts.
【請求項6】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第一相持続時間が少なくとも前記第二
相持続時間と同じ長さである2相電気式心臓整調装置。
6. The two-phase cardiac pacing device of claim 3, wherein the first phase duration is at least as long as the second phase duration.
【請求項7】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第一相持続時間が約1〜9ミリ秒であ
る2相電気式心臓整調装置。
7. The two-phase cardiac pacing device of claim 3, wherein the first phase duration is about 1 to 9 milliseconds.
【請求項8】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第二相持続時間が約0.2〜0.9ミ
リ秒である2相電気式心臓整調装置。
8. The two-phase electrical cardiac pacing device of claim 3, wherein said second phase duration is about 0.2-0.9 milliseconds.
【請求項9】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調装
置において、前記第二相振幅が約2〜20ボルトである
2相電気式心臓整調装置。
9. The two-phase cardiac pacing device of claim 3, wherein the second phase amplitude is about 2 to 20 volts.
【請求項10】 請求項3に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第二相持続時間が0.3ミリ秒未満
で、前記第二相振幅が20ボルトを超える2相電気式心
臓整調装置。
10. The two-phase electrical heart pacing device of claim 3, wherein the second phase duration is less than 0.3 milliseconds and the second phase amplitude is greater than 20 volts. Pacing device.
【請求項11】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第一刺激相が予め定められた振幅、
極性および持続時間の一連の刺激パルスをさらに含む2
相電気式心臓整調装置。
11. The two-phase electrical cardiac pacing device according to claim 1, wherein the first stimulation phase has a predetermined amplitude,
2 further comprising a series of stimulation pulses of polarity and duration
Phase electric heart pacing device.
【請求項12】 請求項11に記載の2相電気式心臓整
調装置において、前記第一刺激相が一連の休止期間をさ
らに含む2相電気式心臓整調装置。
12. The two-phase electrical pacing device of claim 11, wherein the first stimulation phase further comprises a series of rest periods.
【請求項13】 請求項12に記載の2相電気式心臓整
調装置において、前記第一刺激相を付与するための手段
が、少なくとも1つの刺激パルスの後に基線振幅の休止
期間を加えるための手段をさらに含む2相電気式心臓整
調装置。
13. The two-phase electrical cardiac pacing device of claim 12, wherein the means for applying the first stimulus phase includes adding a rest period of baseline amplitude after at least one stimulus pulse. A two-phase electric heart pacing device further comprising:
【請求項14】 請求項13に記載の2相電気式心臓整
調装置において、前記休止期間が刺激パスルの持続期間
と等しい持続時間である2相電気式心臓整調装置。
14. The two-phase electrical pacing device of claim 13, wherein the rest period has a duration equal to the duration of a stimulation pulse.
【請求項15】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第一相振幅が閾値下最大振幅である
2相電気式心臓整調装置。
15. The two-phase cardiac pacing device of claim 1, wherein the first phase amplitude is a sub-threshold maximum amplitude.
【請求項16】 請求項15に記載の2相電気式心臓整
調装置において、前記閾値下最大振幅が約0.5〜3.
5ボルトである2相電気式心臓整調装置。
16. The two-phase electrical cardiac pacing device according to claim 15, wherein said sub-threshold maximum amplitude is about 0.5-3.
5 volt two-phase electrical heart pacing device.
【請求項17】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第一相持続時間が少なくとも前記第
二相持続時間と同じ長さである2相電気式心臓整調装
置。
17. The two-phase cardiac pacing device of claim 1, wherein the first phase duration is at least as long as the second phase duration.
【請求項18】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第一相持続時間が約1〜9ミリ秒で
ある2相電気式心臓整調装置。
18. The two-phase electrical cardiac pacing device of claim 1, wherein the first phase duration is about 1 to 9 milliseconds.
【請求項19】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第二相持続時間が約1〜9ミリ秒で
ある2相電気式心臓整調装置。
19. The two-phase cardiac pacing device of claim 1, wherein the second phase duration is about 1 to 9 milliseconds.
【請求項20】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第二相振幅が約2〜20ボルトであ
る2相電気式心臓整調装置。
20. The two-phase cardiac pacing device of claim 1, wherein the second phase amplitude is about 2 to 20 volts.
【請求項21】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第二相持続時間が0.3ミリ秒未満
であり、前記第二相振幅が20ボルトを超える2相電気
式心臓整調装置。
21. The two-phase electrical cardiac pacing device of claim 1, wherein the second phase duration is less than 0.3 millisecond and the second phase amplitude is greater than 20 volts. Heart pacing device.
【請求項22】 請求項1に記載の2相電気式心臓整調
装置において、前記第一刺激相が、1心臓搏動サイクル
の完了後200ミリ秒を超えて開始される2相電気式心
臓整調装置。
22. The two-phase electrical cardiac pacing device of claim 1, wherein the first stimulation phase is initiated more than 200 milliseconds after the completion of one cardiac cycle. .
【請求項23】 2相電気式心臓整調装置であって、 第一刺激相が、正の極性、第一相振幅、第一相形状およ
び第一相持続時間を有し、前記第一相振幅が約0.5〜
3.5ボルトで、前記第一相持続時間が約1〜9ミリ秒
で、前記第一刺激相が、1心臓搏動サイクルが完了した
後200ミリ秒を超えて開始される、心筋層を予調整す
るための前記第一刺激相の付与を開始するための手段
と、 第二刺激相が、負の極性、第二相振幅、第二相形状およ
び第二持続時間を有し、前記第二相振幅が約4〜20ボ
ルトで、前記第二相持続時間が約0.2〜0.9ミリ秒
である前記第二刺激相の付与を開始するための手段と、 前記第一刺激相および前記第二刺激相を順番に心臓組織
に適用するための手段とを含む2相電気式心臓整調装
置。
23. A two-phase electrical cardiac pacing device, wherein the first stimulus phase has a positive polarity, a first phase amplitude, a first phase shape and a first phase duration, wherein the first phase amplitude Is about 0.5 ~
At 3.5 volts, the first phase duration is about 1 to 9 milliseconds, and the first stimulus phase predicts the myocardium, beginning more than 200 milliseconds after the completion of one cardiac cycle. Means for initiating the application of the first stimulus phase for adjusting; a second stimulus phase having a negative polarity, a second phase amplitude, a second phase shape and a second duration, wherein the second Means for initiating application of the second stimulus phase having a phase amplitude of about 4 to 20 volts and the second phase duration of about 0.2 to 0.9 milliseconds; Means for sequentially applying said second stimulation phase to heart tissue.
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