JP2006288837A - Defibrillator - Google Patents

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JP2006288837A
JP2006288837A JP2005115152A JP2005115152A JP2006288837A JP 2006288837 A JP2006288837 A JP 2006288837A JP 2005115152 A JP2005115152 A JP 2005115152A JP 2005115152 A JP2005115152 A JP 2005115152A JP 2006288837 A JP2006288837 A JP 2006288837A
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heart
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ventricular
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Itsuo Kodama
逸雄 児玉
Koichiro Kamiya
香一郎 神谷
Haruaki Honjo
晴朗 本荘
Masatoshi Yamazaki
正俊 山崎
Ichiro Sakuma
一郎 佐久間
Takashi Ashihara
貴司 芦原
Kazuo Nakazawa
一雄 中沢
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Nagoya University NUC
Japan Health Sciences Foundation
Kyoto University NUC
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Nagoya University NUC
Japan Health Sciences Foundation
Kyoto University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stimulate stopping of ventricular fibrillation by reversibly cooling the heart and to enhance the efficiency of defibrillation by electrification by applying a relatively weak pulse voltage/current to a cooled portion of the heart. <P>SOLUTION: A rectangular substrate 10 is sewn on the surface of epicardium of a left ventricle 38. The substrate 10 is provided with four Peltier elements for cooling in its center and is provided with thermistors for detecting the temperature in a part of their periphery. Energizing electrodes for applying pulse voltage/current to the heart are provided on the surface of the substrate 10. When ventricular fibrillation is detected, the Peltier elements are energized. When the ventricular fibrillation is not stopped after cooling the heart, pulse voltage/current is applied through the energizing electrodes for clearing away the ventricular fibrillation by a low voltage/low current. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般的に医療用装置に関し、より具体的には、心室細動を停止させる除細動装置に関する。   The present invention relates generally to medical devices, and more specifically to a defibrillator that stops ventricular fibrillation.

従来、下記特許文献1〜6に開示されているように、心臓の心室頻拍や心室細動が検出された場合には、コンデンサに電荷を充電して、これを放電することにより、心臓に電気的ショックを与えることで、頻拍や細動を停止させる除細動装置が知られている。   Conventionally, as disclosed in Patent Documents 1 to 6 below, when ventricular tachycardia or ventricular fibrillation of the heart is detected, the capacitor is charged with electric charge and discharged to the heart. Defibrillators that stop tachycardia and fibrillation by applying an electric shock are known.

特表平8−509385Special table flat 8-509385 特表2002−524218Special table 2002-524218 特表平8−506263Special table flat 8-506263 特表平9−502629Special table hei 9-502629 特許2601762Patent 2601762 特許3124765Patent 312765

従来の除細動装置は、心室細動が検出されてから心臓に強いパルス電圧・電流を与えて、心室細動を停止させ、正常な心臓興奮を取り戻すようにした装置である。しかし、この装置では、高電圧で強い電流を繰り返し与えても心室細動が停止しないことがあり、強い電流による心筋傷害が発生し、心臓のポンプ機能が低下したり、新たな不整脈が誘発されるなどの問題があった。   A conventional defibrillator is a device that applies a strong pulse voltage / current to the heart after the detection of ventricular fibrillation to stop the ventricular fibrillation and restore normal heart excitement. However, with this device, ventricular fibrillation may not stop even if a strong current is repeatedly applied at a high voltage, causing a myocardial injury due to the strong current, reducing the heart's pump function, or inducing a new arrhythmia. There was a problem such as.

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、心臓に可逆的な冷却を加えることで、心室細動の停止を促すことである。また、他の目的は、心臓の冷却部位に比較的弱いパルス電圧・電流を与えることで、通電による除細動効率を高めることである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to promote the stoppage of ventricular fibrillation by applying reversible cooling to the heart. Another object is to increase the efficiency of defibrillation by energization by applying a relatively weak pulse voltage / current to the cooling part of the heart.

本発明のこれらの目的の各々は、いずれかの発明が達成するものであって、各発明が、全ての複数の目的を同時に達成すべきものと解するべきではない。   Each of these objects of the present invention is to be achieved by any invention, and each invention should not be construed as achieving all of the plurality of objects simultaneously.

後述するように、我々は、次の事実を発見した。
(1)心臓の一部を局所的に冷却することにより心室頻拍を停止させて、正規の心筋収縮を回復させることができること。
(2)心臓の一部を局所的に冷却することで、心臓の電位分布であるスパイラルリエントリー波を高率に心臓の冷却箇所に拘束させることができること。すなわち、スパイラルリエントリー波の旋回中心部(コア領域)を高率に冷却箇所に拘束することができること。
(3)心臓の一部を冷却することにより、スパイラルリエントリー波が消滅することがあること。
(4)心臓の冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、パルス電圧・電流をこの拘束箇所に印加すると、スパイラルリエントリー波を消滅させることができること。
(5)冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、その波を消滅させることができるパルス電圧・電流は、従来の心臓を冷却せずに、発生した心室細動を停止させるパルス電圧・電流よりもかなり低くできること。
(6)仮想心臓を用いたコンピュータシミュレーションにおいて、冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、その波を消滅させることができる印加のタイミングは、同じパルス電圧・電流を用いても、従来の心臓を冷却せずに、発生した心室細動を停止させる印加のタイミングよりもかなり広くできること。
As we will see later, we have discovered the following facts:
(1) The ventricular tachycardia can be stopped by locally cooling a part of the heart to restore normal myocardial contraction.
(2) By locally cooling a part of the heart, it is possible to restrain the spiral reentry wave, which is a potential distribution of the heart, at a high cooling rate at the heart. In other words, the center of rotation (core region) of the spiral reentry wave can be constrained to the cooling location at a high rate.
(3) The spiral reentry wave may disappear by cooling a part of the heart.
(4) A spiral reentry wave can be extinguished by constraining a spiral reentry wave at a cooling part of the heart and applying a pulse voltage / current to the constrained part.
(5) The pulse voltage / current that can constrain the spiral reentry wave at the cooling point and extinguish the wave is the pulse voltage / current that stops the ventricular fibrillation that has occurred without cooling the conventional heart. Can be much lower.
(6) In a computer simulation using a virtual heart, the application timing at which a spiral reentry wave can be constrained at a cooling location and the wave can be extinguished is the same as the conventional pulse voltage / current. Can be much wider than the application timing to stop the ventricular fibrillation that occurs without cooling.

本発明は、以上の発見に基づいて完成されたものであり、極めて独創性を有するものである。
上記の課題を解決するための第1の発明は、心臓を可逆的に冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする除細動装置である。
The present invention has been completed based on the above findings, and has very originality.
A first invention for solving the above-mentioned problems is a defibrillator characterized by providing a cooling device for reversibly cooling the heart.

本発明の装置は、心室細動が検出された場合には、まずは、心臓を冷却するように動作する装置である。冷却すれば、心室細動が消滅することもある。冷却温度は限定されないが、心臓の組織を死滅させることがない可逆的冷却を可能とする温度範囲である。例えば、体温に対して3〜10℃低い温度で効果がある。   The apparatus of the present invention is an apparatus that operates to cool the heart when ventricular fibrillation is detected. If cooled, ventricular fibrillation may disappear. The cooling temperature is not limited, but is a temperature range that allows reversible cooling without killing the heart tissue. For example, it is effective at a temperature 3 to 10 ° C. lower than the body temperature.

第2の発明は、心室細動が検出された時には、冷却装置を駆動・制御する制御装置を有することを特徴とする請求項1に記載の除細動装置である。
心臓の冷却により、心室細動が消滅する場合もあり、心室細動が消滅すれば、心臓に損傷を与える恐れのあるパルス電圧・電流を印加することがなくなる。
The second invention is the defibrillator according to claim 1, further comprising a control device that drives and controls the cooling device when ventricular fibrillation is detected.
Ventricular fibrillation may disappear due to the cooling of the heart. When the ventricular fibrillation disappears, a pulse voltage / current that may damage the heart is not applied.

第3の発明は、心臓の心電信号を検出する心電信号検出装置を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の除細動装置である。この心電信号を検出する装置は、後述するように多くの装置がある。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a defibrillator according to claim 1 or 2, further comprising an electrocardiogram signal detection device for detecting an electrocardiogram signal of the heart. There are many devices for detecting this electrocardiographic signal, as will be described later.

第4の発明は、心電信号検出装置は、心房に挿入された心房リードと、心室に挿入された心室リードを有することを特徴とする請求項3に記載の除細動装置である。
この発明においては、心室細動が従来のICDにより検出されるので、その心室細動が検出された時に、心臓を冷却する冷却装置を従来のICDに付加したのが本発明の特徴である。
According to a fourth aspect of the present invention, the electrocardiographic signal detection device has an atrial lead inserted into the atrium and a ventricular lead inserted into the ventricle.
In this invention, since ventricular fibrillation is detected by the conventional ICD, when the ventricular fibrillation is detected, a cooling device for cooling the heart is added to the conventional ICD.

第5の発明は、心電信号検出装置は、患者の体表面に接着させた心電図記録電極を有することを特徴とする請求項3に記載の除細動装置である。
この発明では、体外式除細動装置において、用いることができる。すなわち、体外式除細動装置に、心臓を冷却する冷却装置を設けたことが特徴である。心室細動の検出は、心電図による医師の判断による検出やアルゴリズムによる自動検出を含む。
A fifth aspect of the invention is the defibrillator according to claim 3, wherein the electrocardiogram signal detection apparatus has an electrocardiogram recording electrode adhered to the body surface of the patient.
In this invention, it can be used in an external defibrillator. In other words, the external defibrillator is provided with a cooling device for cooling the heart. The detection of ventricular fibrillation includes detection based on a doctor's judgment based on an electrocardiogram and automatic detection based on an algorithm.

第6の発明は、心室細動は、心房に挿入された心房リードと、心室に挿入された心室リードにより検出される心電信号から検出されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置である。
この発明は、本発明を従来のICDに応用したものであり、従来のICDに冷却装置を付加したものとなる。
According to a sixth aspect of the invention, ventricular fibrillation is detected from an atrial lead inserted into the atrium and an electrocardiographic signal detected by the ventricular lead inserted into the ventricle. A fibrillator.
In the present invention, the present invention is applied to a conventional ICD, and a cooling device is added to the conventional ICD.

第7の発明は、心臓にパルス電圧・電流を印加する通電装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の除細動装置である。
この発明は、植込型除細動装置、体外式除細動装置に適用可能である。パルス電圧・電流を印加するタイミングは、植込型除細動装置であれば制御装置により自動決定され、体外式除細動装置であれば制御装置により自動決定されるか、医師の判断により決定される。
A seventh aspect of the present invention is the defibrillator according to any one of claims 1 to 6, further comprising an energization device that applies a pulse voltage / current to the heart.
The present invention is applicable to implantable defibrillators and external defibrillators. The timing for applying the pulse voltage / current is automatically determined by the controller if it is an implantable defibrillator, or automatically determined by the controller if it is an external defibrillator, or determined by the judgment of the doctor. Is done.

第8の発明は、冷却装置により心臓が冷却された後に、通電装置が駆動されて、パルス電圧・電流が心臓に印加されることを特徴とする請求項7に記載の除細動装置である。
心臓を局所的に冷却することにより、スパイラルリエントリー波を心臓の冷却箇所に拘束することができる。冷却箇所に拘束することで、スパイラルリエントリー波の不規則化を抑制することができ、場合によっては、スパイラルリエントリー波を自然消滅させることも可能である。これにより心室細動を消滅させることができる。
The eighth invention is the defibrillator according to claim 7, wherein after the heart is cooled by the cooling device, the energization device is driven and a pulse voltage / current is applied to the heart. .
By locally cooling the heart, the spiral reentry wave can be constrained to the heart cooling location. By constraining to the cooling portion, irregularity of the spiral reentry wave can be suppressed, and in some cases, the spiral reentry wave can be naturally extinguished. This can eliminate ventricular fibrillation.

第9の発明は、通電装置は、冷却装置による心臓の冷却箇所に、パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置である。
本装置発明は、心臓の冷却を開始した後、所定時間が経過した時には、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されているとすると、印加するパルス電圧・電流が低くても、容易に、スパイラルリエントリー波を消滅させることができるという我々の発見に基づくものである。通電箇所はスパイラルリエントリー波の拘束箇所、すなわち、冷却箇所を含む領域であることが望ましい。この時に、低電圧・低電流でもスパイラルリエントリー波を消滅させ、心室細動を停止させることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the defibrillator according to claim 7 or 8, the energization device has an energization electrode for applying a pulse voltage / current to a cooling part of the heart by the cooling device. is there.
In the present invention, when a predetermined time elapses after the start of cooling of the heart, if the spiral reentry wave is constrained to the cooling location, the spiral can be easily applied even if the applied pulse voltage / current is low. It is based on our discovery that the reentry wave can be extinguished. It is desirable that the energized part is a constrained part of the spiral reentry wave, that is, an area including a cooling part. At this time, the spiral reentry wave can be extinguished and ventricular fibrillation can be stopped even at low voltage and low current.

第10の発明は、通電電極は、心臓の表面の複数の箇所に配設されていることを特徴とする請求項9に記載の除細動装置である。
第11の発明は、通電装置は、心房に挿入された心房リードと心室に挿入された心室リードの先端に設けられた、パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置である。
本発明は、心室細動を停止させるために印加するパルス電圧・電流は、従来のICDの心房リードと心室リードを用いて印加されることが特徴である。本発明の特徴によれば、従来のICDに対して心臓を冷却する冷却装置のみを付加したもので構成できる。本装置は、パルス電圧・電流を印加する方法は従来のICDと同様であるので、従来のICDに冷却装置を付加した装置となる。
A tenth aspect of the invention is the defibrillator according to claim 9, wherein the energizing electrodes are disposed at a plurality of locations on the surface of the heart.
In an eleventh aspect of the invention, the energization device includes an atrial lead inserted into the atrium and an energization electrode for applying a pulse voltage / current provided at the tip of the ventricular lead inserted into the ventricle. A defibrillator according to claim 7 or claim 8.
The present invention is characterized in that the pulse voltage / current applied to stop ventricular fibrillation is applied using an atrial lead and a ventricular lead of a conventional ICD. According to the features of the present invention, the conventional ICD can be configured by adding only a cooling device for cooling the heart. Since the method of applying the pulse voltage / current is the same as that of the conventional ICD, this device is a device in which a cooling device is added to the conventional ICD.

第12の発明は、通電装置は、患者の体表面に設けられ、パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置である。
本発明は、心室細動を停止させるためのパルス電圧・電流は、従来の体外式除細動器の通電電極を用いて印加されることが特徴である。この特徴によれば、従来の体外式除細動器に対して心臓を冷却する冷却装置を付加したもので構成できる。
A twelfth aspect of the invention is the defibrillator according to claim 7 or 8, wherein the energization device has an energization electrode that is provided on a body surface of a patient and applies a pulse voltage / current. .
The present invention is characterized in that a pulse voltage / current for stopping ventricular fibrillation is applied using a current-carrying electrode of a conventional external defibrillator. According to this feature, a cooling device for cooling the heart can be added to a conventional external defibrillator.

第13の発明は、心室細動は、患者の体表面に接着させた心電図記録電極により検出された心電信号から検出されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置である。
この発明は、体外式除細動装置に関するものであり、心室細動か否かの判定は、制御装置による自動決定と、医師による判断とを含む。
A thirteenth aspect of the invention is the defibrillator according to claim 2, wherein ventricular fibrillation is detected from an electrocardiogram signal detected by an electrocardiogram recording electrode adhered to the body surface of the patient. .
The present invention relates to an external defibrillator, and determination of whether or not ventricular fibrillation includes automatic determination by a control device and determination by a doctor.

第14の発明は、心室細動が消失していない場合に、パルス電圧・電流が心臓に印加されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置である。
パルス電圧・電流を印加するタイミングで、心室細動が消失しているのであれば、心臓にパルス電圧・電流を与える必要がないので、心室細動が検出される時にのみ、パルス電圧・電流を印加するようにしている。これにより、心臓を無用に損傷したり、人間にショックを無用に与えることがない。
A fourteenth aspect of the invention is the defibrillator according to claim 2, wherein a pulse voltage / current is applied to the heart when ventricular fibrillation has not disappeared.
If the ventricular fibrillation has disappeared at the timing of applying the pulse voltage / current, there is no need to apply the pulse voltage / current to the heart, so the pulse voltage / current is applied only when ventricular fibrillation is detected. It is trying to apply. As a result, the heart is not damaged unnecessarily, and no shock is given to humans.

第15の発明は、パルス電圧・電流は、冷却装置によって冷却されている箇所に印加されることを特徴とする請求項7至請求項14の何れか1項に記載の除細動装置である。
心臓が局所的に冷却されると、冷却箇所には、スパイラルリエントリー波が拘束される。この箇所に、パルス電圧・電流を印加すると、低電圧・低電流でも、効果的にスパイラルリエントリー波を停止させることができる。
A fifteenth aspect of the invention is the defibrillator according to any one of claims 7 to 14, wherein the pulse voltage / current is applied to a portion cooled by the cooling device. .
When the heart is locally cooled, a spiral reentry wave is restrained at the cooling point. When a pulse voltage / current is applied to this location, the spiral reentry wave can be effectively stopped even at a low voltage / low current.

上記の発明において、心室細動の前駆現象である心室頻拍が検出された段階で、冷却装置を駆動して、心臓を冷却するようにしても良い。心室頻拍の状態であれば、心臓の冷却によって、より、心室頻拍を消滅し易くでき、また、印加するパルス電圧・電流の電圧や電流も小さくできる。   In the above invention, at the stage when ventricular tachycardia, which is a precursor phenomenon of ventricular fibrillation, is detected, the cooling device may be driven to cool the heart. In the state of ventricular tachycardia, the ventricular tachycardia can be more easily extinguished by cooling the heart, and the voltage and current of the applied pulse voltage / current can be reduced.

第1、2の発明は、心臓を冷却する冷却装置を設けたことが特徴であり、この冷却装置の駆動により、心室細動を消滅させることができる場合がある。
この場合には、心臓を冷却するだけであるので、患者に対する負担は小さい。
The first and second inventions are characterized in that a cooling device for cooling the heart is provided, and there are cases where ventricular fibrillation can be eliminated by driving the cooling device.
In this case, since only the heart is cooled, the burden on the patient is small.

第3の発明は、心臓の心電信号を検出する心電信号検出装置を設けたものであり、これにより心室細動の発生の有無を検出することができる。
第4、5、6の発明は、心電信号を検出するセンサを特定したものであり、ICDによる検出や体外での検出が可能となる。
第7、8、9、10、11の発明は、心臓を冷却する冷却装置と、心臓へのパルス電圧・電流の印加を制御する制御装置とを備えているので、比較的低電圧・低電流で、心室細動を停止させることができる。
According to a third aspect of the present invention, an electrocardiogram signal detection device for detecting an electrocardiogram signal of the heart is provided, and thereby the presence or absence of occurrence of ventricular fibrillation can be detected.
The fourth, fifth and sixth inventions specify a sensor for detecting an electrocardiogram signal, and can be detected by ICD or detected outside the body.
The seventh, eighth, ninth, tenth, and eleventh inventions include a cooling device that cools the heart and a control device that controls the application of pulse voltage and current to the heart. With this, ventricular fibrillation can be stopped.

心臓を冷却した状態とすると、スパイラルリエントリー波の持続を妨げたり、旋回中心を固定したりすることができる。この状態で、スパイラルリエントリー波の消滅や、心室細動の停止に要するエネルギーやパルス電圧・電流は低くても良い。したがって、低いパルス電圧・電流を心臓に印加するので、心臓に与える損傷がないか、小さく、また、患者に対する負担は小さい。   When the heart is cooled, it is possible to prevent the spiral reentry wave from continuing or to fix the center of rotation. In this state, the energy, pulse voltage, and current required for the disappearance of the spiral reentry wave and the stoppage of ventricular fibrillation may be low. Therefore, since a low pulse voltage / current is applied to the heart, there is little or no damage to the heart, and the burden on the patient is small.

通電のタイミングは、冷却の後、所定時間が経過し、スパイラルリエントリー波が拘束された時などである。
特に、第9の発明は、心臓の冷却箇所に、パルス電圧・電流を印加する通電電極を有しているので、スパイラルリエントリー波に基づく心室細動を効率良く消滅させることができる。
また、第10の発明は、心臓の表面の複数の箇所に、通電電極を配置しているので、心臓に効率良くパルス電圧・電流を印加することができる。
The timing of energization is when a predetermined time elapses after cooling and the spiral reentry wave is restrained.
In particular, according to the ninth aspect of the invention, the ventricular fibrillation based on the spiral reentry wave can be efficiently eliminated because the conduction electrode for applying the pulse voltage / current is provided at the cooling part of the heart.
In the tenth aspect of the invention, since the energizing electrodes are arranged at a plurality of locations on the surface of the heart, it is possible to efficiently apply a pulse voltage / current to the heart.

第12、13の発明は、体外式の除細動装置として、パルス電圧・電流の印加や心電信号を検出することが可能となり、救急救命装置として用いることができる。
なお、第4、6、11の発明は、従来の除細動機能を有したICDに対して冷却装置を付加しただけであるので、装置の大きな改良をすることなく、冷却により、心室細動を効果的に停止させることができる。
The twelfth and thirteenth inventions can be used as an emergency lifesaving device because it is possible to detect pulse voltage / current application and electrocardiogram signals as an external defibrillator.
In the fourth, sixth, and eleventh inventions, only a cooling device is added to an ICD having a conventional defibrillation function. Therefore, ventricular fibrillation is achieved by cooling without significant improvement of the device. Can be effectively stopped.

第14の発明は、パルス電圧・電流の印加のタイミングで、心室細動が消滅した場合には、すなわち、冷却装置の駆動だけで心室細動が停止した場合には、パルス電圧・電流を心臓に印加しないようにしている。よって、患者に対する負担がなく、生活の質を向上させることができる。   According to a fourteenth aspect of the present invention, when the ventricular fibrillation disappears at the timing of applying the pulse voltage / current, that is, when the ventricular fibrillation stops only by driving the cooling device, the pulse voltage / current is applied to the heart. Is not applied. Therefore, there is no burden on the patient and the quality of life can be improved.

第15の発明は、パルス電圧・電流を心臓の冷却箇所に印加するようにしている。冷却箇所にパルス電圧・電流を印加すると、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されるので、比較的低電圧・低電流でも効果的に心室細動を停止させることができる。   In the fifteenth aspect of the present invention, a pulse voltage / current is applied to the cooling part of the heart. When a pulse voltage / current is applied to the cooling location, the spiral reentry wave is constrained to the cooling location, so that ventricular fibrillation can be effectively stopped even at a relatively low voltage / current.

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various deformation | transformation is possible.

心臓突然死の主要な原因は心室細動であり、その大部分は心室頻拍を契機として発生する。近年、心臓の複雑な興奮を蛍光シグナル画像として観察する光学マッピング実験の技術が進み、心室頻拍や心室細動の成立にスパイラルリエリントリー波が重要な役割を果たすことが明らかにされた。   The major cause of sudden cardiac death is ventricular fibrillation, most of which occurs with ventricular tachycardia. In recent years, the technology of optical mapping experiments for observing the complex excitement of the heart as a fluorescence signal image has advanced, and it has been clarified that the spiral relintory wave plays an important role in the establishment of ventricular tachycardia and ventricular fibrillation.

我々は、心室の一部に軽度の冷却(3〜10℃)を加えることで、その部位にスパイラルリエントリー波の中心部分(コア領域)を定在化させ、興奮旋回経路中で最も心筋を興奮させやすいコア領域近傍に弱い電気刺激を効率的に与えることでスパイラルリエントリー波を消滅させることを着想した。   We apply mild cooling (3-10 ° C) to a part of the ventricle to localize the central part (core region) of the spiral reentry wave at that site, and the most myocardium in the excitatory swirl path The idea was to eliminate the spiral reentry wave by efficiently applying weak electrical stimulation in the vicinity of the core region, which is easy to excite.

心臓の一部を冷却することにより、心室細動を停止させるために加える従来のパルス電圧・電流よりも遥かに低電圧・低電流のパルス電圧・電流の印加によって、スパイラルリエントリー波を消滅できることを、我々は、動物実験により確認した。
なお、動物実験結果については、仮想心臓を用いたコンピュータシミュレーション実験によっても理論的に心臓局所冷却と電気的除細動の低電圧・低電流化の因果関係を証明できた。
By cooling a part of the heart, the spiral reentry wave can be extinguished by applying a pulse voltage / current that is far lower than the conventional pulse voltage / current applied to stop ventricular fibrillation. We confirmed this by animal experiments.
In addition, as for animal experiment results, the causal relationship between the local cooling of the heart and the low voltage / low current of cardioversion was theoretically proved by computer simulation experiments using a virtual heart.

以下のようにして、動物実験を行った。
ウサギ心臓を摘出し、動脈灌流を行った。左心室心内膜側の心筋組織を凍結凝固して、心外膜下の心筋層(厚さ約1mm)だけを残存させた心室筋二次元灌流標本を作製した。このような標本では、スパイラルリエントリー波が常に心表面に存在するため、その動態の詳細を解析することが可能である。
Animal experiments were conducted as follows.
The rabbit heart was removed and arterial perfusion was performed. A myocardial tissue on the left ventricular endocardium side was frozen and coagulated to prepare a two-dimensional pericardial muscle two-dimensional perfusion specimen in which only the submyocardial layer (thickness: about 1 mm) remained. In such specimens, spiral reentry waves are always present on the surface of the heart, so the details of their dynamics can be analyzed.

一部の実験では、ウサギ冠動脈内にマイクロビーズを注入して心内膜下心筋梗塞を作製し、その手術から2週間経過したウサギを用いた。この心筋梗塞モデルを用いた実験では心室筋の凍結凝固は行わなかった。心臓を膜電位感受性色素(Di-4-ANEPPS)で染色し、左心室前面の心筋膜電位蛍光シグナル画像を、高速度ビデオカメラを用いて撮影した。ステンレス製の冷却プローブ(直径8-10 mm)あるいは透明アクリル板に組み込んだ冷水灌流装置(直径10 mm)を用いて、左心室前面の一部の心筋温度を3-5℃°低下させた。   In some experiments, microbeads were injected into rabbit coronary arteries to produce subendocardial myocardial infarction, and rabbits that had passed 2 weeks after the operation were used. In experiments using this myocardial infarction model, the ventricular muscle was not frozen and coagulated. The heart was stained with a membrane potential sensitive dye (Di-4-ANEPPS), and a myocardial potential fluorescent signal image in front of the left ventricle was taken using a high-speed video camera. Using a stainless steel cooling probe (diameter: 8-10 mm) or a cold water perfusion device (diameter: 10 mm) incorporated in a transparent acrylic plate, the myocardial temperature of the front part of the left ventricle was lowered by 3-5 ° C.

心臓の心尖部から2.5 Hz(400ms間隔)の電気刺激(基本刺激)を加えて、心室筋の活動電位持続時間(APD)と興奮伝導速度を計測した。基本刺激活動電位の受攻期に、左右両心室を挟むように設置した電極から、心臓に電気刺激を与えて、スパイラルリエントリー波による心室頻拍を誘発した。さらに、心臓の冷却部位近傍に設置した単極あるいは双極電極から二相性の直流通電を加え、スパイラルリエントリー波の停止を試みた。   By applying electrical stimulation (basic stimulation) at 2.5 Hz (400 ms interval) from the apex of the heart, the action potential duration (APD) and excitation conduction velocity of the ventricular muscle were measured. During the period of the basic stimulation action potential, the heart was electrically stimulated from the electrodes placed so as to sandwich the left and right ventricles, and ventricular tachycardia was induced by spiral reentry waves. Furthermore, we tried to stop the spiral reentry wave by applying a biphasic direct current from a monopolar or bipolar electrode placed near the cooling part of the heart.

図12に示す直径10mmのステンレス製の冷却プローブ80をウサギの心臓81に当てた予備実験(正常なウサギの左心室心内膜側を凍結凝固させた二次元灌流心臓を使用)を行った。その実験では、左心室前面に円形の局所的冷却領域(温度を3-5°C低下)をつくると、図13に示すように、冷却領域の活動電位持続時間(APD)が30-40%延長し、その変化は可逆的であった。興奮伝導速度には有意な変化は認めなかった。   A preliminary experiment (using a two-dimensional perfused heart in which the left ventricular endocardium side of a normal rabbit was frozen and solidified) was applied to a rabbit heart 81 with a 10 mm diameter stainless steel cooling probe 80 shown in FIG. In the experiment, when a circular local cooling region (temperature decreased by 3-5 ° C) was created in front of the left ventricle, the action potential duration (APD) of the cooling region was 30-40% as shown in FIG. Prolonged and the change was reversible. There was no significant change in the excitatory conduction velocity.

正常ウサギの二次元灌流心臓に電気刺激を加えて心室頻拍を誘発すると、21例中8例で、左心室前面の観察領域にスパイラルリエントリー波が観察された(残りの13例では一方向に伝播する興奮波が観察され、スパイラルリエントリー波の中心が、観察領域の外に存在すると考えられた)。スパイラルリエントリー波は旋回中心が線状のさまよい運動を起こすものが多くその位置は不定であった。このようなスパイラルリエントリー波が単一で存在する場合は、心室頻拍が生じ、複数に分裂したり、大きなさまよい運動(meandering)を起こすと、心室細動へ移行し易くなる(前駆現象)。   When electrical stimulation was applied to a two-dimensional perfused heart of a normal rabbit to induce ventricular tachycardia, a spiral reentry wave was observed in the observation area in front of the left ventricle in 8 of 21 cases (unidirectional in the remaining 13 cases). The excitement wave propagating to the surface was observed, and the center of the spiral reentry wave was thought to exist outside the observation area). Many spiral reentry waves cause a wandering movement with a linear center of rotation. When such a single spiral reentry wave exists, ventricular tachycardia occurs, and if it splits into multiple or causes a large meandering, it becomes easier to transition to ventricular fibrillation (precursor phenomenon) .

一方、ステンレス製の冷却プローブ80を用いて左心室前面に局所的冷却を加えた後に誘発したスパイラルリエントリー波は、図14に示すように、旋回中心が常に冷却領域の辺縁部82に定在化するようになり、20例中17例で、図15に示すように、スパイラルリエントリー波が停止した。これは、心臓の一部に局所冷却を加えることでスパイラルリエントリー波を冷却箇所に拘束させることが可能であり、その消滅を促す効果もあることを意味している。   On the other hand, as shown in FIG. 14, the spiral reentry wave induced after applying local cooling to the front surface of the left ventricle using the stainless-steel cooling probe 80 is always fixed at the edge 82 of the cooling region. In 17 out of 20 cases, spiral reentry waves stopped as shown in FIG. This means that by applying local cooling to a part of the heart, it is possible to constrain the spiral reentry wave at the cooling location, and also has an effect of promoting its disappearance.

さらに、スパイラルリエントリー波を誘発した後に局所冷却を加えることによって、11例中4例が停止し、停止しなかった7例においても、図16に示すように、冷却部位85の近傍のa、b点に比較的低電圧・低電流の直流通電を加えることにより、7例中の4例のスパイラルリエントリー波を停止させることができた。これは、局所冷却が通電によるスパイラルリエントリー波の停止を促すことを意味しており、我々が世界で初めて発見した。   Furthermore, by applying local cooling after inducing the spiral reentry wave, 4 out of 11 cases stopped, and even in 7 cases that did not stop, as shown in FIG. By applying a relatively low voltage / current direct current to point b, 4 out of 7 spiral reentry waves could be stopped. This means that local cooling encourages the suspension of spiral reentry waves by energization, which we discovered for the first time in the world.

心内膜下梗塞を作製したウサギ心臓を用いた実験では、電気刺激(DC shock)を加えると、心室細動が誘発された。心室細動中の膜電位蛍光シグナル二次元位相図では、図18の冷却前の測定図に示すように、位相特異点(スパイラルリエントリー波の旋回中心に相当する)が常に複数個存在し、その数や位置は絶えず変化していた。これは、心室細動が発生している時にはスパイラルリエントリー波が分裂を繰り返し不安定な状態にあることを意味している。   In an experiment using a rabbit heart with a subendocardial infarction, ventricular fibrillation was induced by applying electrical stimulation (DC shock). In the two-dimensional phase diagram of the membrane potential fluorescence signal during ventricular fibrillation, as shown in the measurement diagram before cooling in FIG. 18, there are always a plurality of phase singularities (corresponding to the center of spiral reentry wave rotation), Their numbers and locations were constantly changing. This means that when ventricular fibrillation occurs, the spiral reentry wave repeats splitting and is in an unstable state.

冷水灌流装置で左心室の一部に局所的冷却(直径10mm)を加えると、8例中8例で、位相特異点が冷却領域84の辺縁部に定在化するようになり、心室細動の停止を2例で認めた。さらに、冷却領域近傍に比較的低電圧・低電流の直流通電を加えると、6例中3例で、図17の局所冷却に示すように、心室細動が停止した。細動停止をもたらす直流通電の電圧(除細動閾値)は、局所冷却後に約50%に低下した。これは、局所冷却を加えることで、心室細動を停止させる電気刺激(パルス)の強さ(電圧×電流)を低下させることができることを意味している。   When local cooling (10 mm in diameter) is applied to a part of the left ventricle with a cold water perfusion device, the phase singularity becomes localized at the edge of the cooling region 84 in 8 of 8 cases, Stoppage of movement was observed in 2 cases. Furthermore, when a relatively low voltage / low current direct current was applied in the vicinity of the cooling region, ventricular fibrillation was stopped in 3 of the 6 cases as shown in the local cooling of FIG. The DC energization voltage (defibrillation threshold) that caused defibrillation dropped to about 50% after local cooling. This means that the strength (voltage × current) of electrical stimulation (pulse) that stops ventricular fibrillation can be reduced by applying local cooling.

以上の動物実験により、心臓を冷却することで、スパイラルリエントリー波は冷却箇所に旋回中心が拘束され、この状態で電圧・電流を印加すると低電圧・低電流でスパイラルリエントリー波が消滅し、心室頻拍や心室細動が停止し、正規の心臓の興奮運動が回復することを確認した。心臓の局所冷却だけで、スパイラルリエントリー波が消滅し、心室頻拍、心室細動が停止する場合があることも確認した。
本発明は、この実証に基づいて、案出された新規且つ独創的な除細動装置である。
By cooling the heart by the above animal experiments, the spiral reentry wave is constrained at the center of rotation at the cooling point, and when voltage / current is applied in this state, the spiral reentry wave disappears at low voltage / low current, It was confirmed that ventricular tachycardia and ventricular fibrillation stopped and normal heart excitement was restored. It was also confirmed that spiral reentry waves disappear and ventricular tachycardia and ventricular fibrillation may cease only by local cooling of the heart.
The present invention is a novel and original defibrillation device devised based on this demonstration.

図1に、本実施例に係る植込型の除細動装置が心臓30に取り付けられた様子を示す。
上大静脈33の中を通って右心房31に至る心房リード32が設けられている。その心房リード32の先端には電極321が設けられており、右心房31の心電位が検出される。また、同じく、上大静脈33の中を通って右心室37に至る心室リード34が設けられている。その心室リード34の先端には電極341が設けられており、右心室37の心電位が検出される。心臓におけるこれらのリード電極の配置位置は任意である。心臓の電位の検出位置は、得るべき心臓の状態情報の種類や、制御方法に応じて、適正に選択すれば良い。たとえば、左心房や左心室などに、電極が配置されるようにリードが設けられていても良い。
FIG. 1 shows a state where the implantable defibrillator according to the present embodiment is attached to the heart 30.
An atrial lead 32 is provided through the superior vena cava 33 to the right atrium 31. An electrode 321 is provided at the tip of the atrial lead 32, and the cardiac potential of the right atrium 31 is detected. Similarly, a ventricular lead 34 that extends through the superior vena cava 33 to the right ventricle 37 is provided. An electrode 341 is provided at the tip of the ventricular lead 34, and the cardiac potential of the right ventricle 37 is detected. Arrangement positions of these lead electrodes in the heart are arbitrary. The heart potential detection position may be appropriately selected according to the type of heart state information to be obtained and the control method. For example, a lead may be provided in the left atrium or the left ventricle so that the electrode is disposed.

また、左心室38の心外膜面に、本件発明の特徴部にかかる柔軟性のある矩形の基材10が縫着されている。図2に示すように、基材10の中央部には、冷却用の4つのペルチェ素子12(冷却装置)が設けられている。また、それぞれのペルチェ素子12の周辺の一部には、温度を検出するサーミスタ18(温度検出器)が、それぞれ、設けられている。基材10の面上には、冷却箇所にパルス電圧・電流を印加するための通電用電極16が設けられている。これらのペルチェ素子12、サーミスタ18、複数の通電用電極16は、心臓の左心室の心外膜面に密着するように固定される。   A flexible rectangular base material 10 according to the feature of the present invention is sewn on the epicardial surface of the left ventricle 38. As shown in FIG. 2, four Peltier elements 12 (cooling devices) for cooling are provided at the center of the base material 10. Further, a thermistor 18 (temperature detector) for detecting temperature is provided in a part of the periphery of each Peltier element 12. On the surface of the base material 10, an energization electrode 16 is provided for applying a pulse voltage / current to the cooling portion. The Peltier element 12, the thermistor 18, and the plurality of energizing electrodes 16 are fixed so as to be in close contact with the epicardial surface of the left ventricle of the heart.

また、基材10上に設置された通電用電極16に対する通電を制御し、心房リード32や心室リード34からの心電信号を入力し、それらの電極及びリードを介してパルス電圧・電流を出力する制御を行うための本体20が、人体の胸部の皮下に植込まれている。   Further, energization of the energization electrode 16 installed on the base material 10 is controlled, an electrocardiogram signal from the atrial lead 32 and the ventricular lead 34 is input, and a pulse voltage / current is output through these electrodes and leads. A main body 20 for performing control to be performed is implanted under the chest of a human body.

本実施例の除細動装置の電気的な構成が図3に示されている。制御装置は、主として、心電信号を検出し、その検出信号を処理し、通電を制御するMPU(マイクロプロセッサユニット)50と、A/D変換器52とから成る。   The electrical configuration of the defibrillator of this embodiment is shown in FIG. The control device mainly includes an MPU (microprocessor unit) 50 that detects an electrocardiogram signal, processes the detection signal, and controls energization, and an A / D converter 52.

通電装置60は、主として、バッテリー62と、そのバッテリー62の電圧をMPU50からの指令により昇圧する昇圧回路64と、昇圧回路64により昇圧された電圧により電荷を蓄電する蓄電器66と、入出力端子の導通を制御したり、入出力端子を切り替えるスイッチ68と、MPU50からの指令によりペルチェ素子12への通電電流を制御する電流制御装置70と、心臓にパルス電圧・電流を印加する通電用電極16とから成る。本体20には、上記の制御装置と通電装置とが組み込まれている。   The energizing device 60 mainly includes a battery 62, a booster circuit 64 that boosts the voltage of the battery 62 in accordance with a command from the MPU 50, a capacitor 66 that stores electric charges by the voltage boosted by the booster circuit 64, and an input / output terminal A switch 68 for controlling continuity and switching input / output terminals, a current control device 70 for controlling an energization current to the Peltier element 12 according to a command from the MPU 50, and an energization electrode 16 for applying a pulse voltage / current to the heart Consists of. The main body 20 incorporates the control device and the energization device.

スイッチ68は、次の回路の伝達系統を切り替える制御をする。スイッチ68は、MPU50の指令を受信して、心房リード32の先端の電極321からの心電信号と、心室リード34の先端の電極341からの心電信号とを、A/D変換器52に出力するように切り替えられる。また、スイッチ68は、MPU50からの指令により、蓄電器66からの電圧をそれらの電極321、341に出力するように切り替えられる。   The switch 68 controls to switch the transmission system of the next circuit. The switch 68 receives a command from the MPU 50, and sends an electrocardiogram signal from the electrode 321 at the tip of the atrial lead 32 and an electrocardiogram signal from the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 to the A / D converter 52. It can be switched to output. Further, the switch 68 is switched so as to output the voltage from the capacitor 66 to the electrodes 321 and 341 in accordance with a command from the MPU 50.

また、スイッチ56は、MPU50からの指令により、蓄電器66からの電圧を基材10に設けられた通電用電極16へ出力するように切り替えられる。   Further, the switch 56 is switched so as to output the voltage from the capacitor 66 to the energizing electrode 16 provided on the base material 10 according to a command from the MPU 50.

サーミスタ18の出力信号は、A/D変換器52を介してMPU50により読み取られる。MPU50の制御により動作する電流制御装置70により、ペルチェ素子12に通電されてペルチェ素子12の冷却能力が変化し、サーミスタ18による検出温度が目標温度に等しくなるように、心臓の温度が制御されている。   The output signal of the thermistor 18 is read by the MPU 50 via the A / D converter 52. The current control device 70 operated by the control of the MPU 50 controls the heart temperature so that the Peltier element 12 is energized to change the cooling capacity of the Peltier element 12 and the temperature detected by the thermistor 18 becomes equal to the target temperature. Yes.

本実施例では、心電信号検出装置は、主として、心房リード32とこのリード先端の電極321、心室リード34とこのリード先端の電極341とで構成されている。また、制御装置は、主として、MPU50、A/D変換器52、54、サーミスタ18で構成されている。冷却装置は、ペルチェ素子12で構成されている。通電装置は、主として、バッテリー62、昇圧回路64、蓄電器66、スイッチ68、通電用電極16、電流制御装置70で構成されている。   In this embodiment, the electrocardiogram signal detection apparatus is mainly composed of an atrial lead 32 and an electrode 321 at the tip of the lead, a ventricular lead 34 and an electrode 341 at the tip of the lead. The control device mainly includes an MPU 50, A / D converters 52 and 54, and the thermistor 18. The cooling device includes a Peltier element 12. The energizing device mainly includes a battery 62, a booster circuit 64, a capacitor 66, a switch 68, an energizing electrode 16, and a current control device 70.

次に、本実施例の除細動装置の作用をMPU50の処理手順として示した図4を参照して説明する。
まず、ステップ100において、スイッチ68が心房リード32、心室リード34からの信号を入力する側に切り替えられる。これにより、右心房31と右心室37の心筋の電位が検出される。この信号は心筋興奮を示す心電信号である。次に、ステップ102において、この心電信号が解析されて、心室細動が発生しているか否かが判定される。心室細動か否かは、基本的には、興奮周期(レート)とその持続時間(拍数)により決定される。この場合に、洞性頻脈や心房細動などの上室性不整脈を心室細動と誤認しないことが重要となる。
Next, the operation of the defibrillator of the present embodiment will be described with reference to FIG. 4 showing the processing procedure of the MPU 50.
First, in step 100, the switch 68 is switched to the side for inputting signals from the atrial lead 32 and the ventricular lead 34. Thereby, the potential of the myocardium of the right atrium 31 and the right ventricle 37 is detected. This signal is an electrocardiographic signal indicating myocardial excitation. Next, in step 102, the electrocardiogram signal is analyzed to determine whether ventricular fibrillation has occurred. Whether or not ventricular fibrillation is possible is basically determined by the excitement cycle (rate) and its duration (beat rate). In this case, it is important not to misidentify supraventricular arrhythmia such as sinus tachycardia or atrial fibrillation as ventricular fibrillation.

ここでは、右心室リード34の先端電極341から得られる心電信号の周期とその持続時間とから、心室細動の有無が判定される。また、右心房リード32の先端電極321から得られる心電信号から、洞性頻脈、心房細動、粗動などの上室性不整脈の有無が判断される。このような不整脈の場合は、心室細動と区別され、本装置を駆動しない。また、公知のICDで採用されている不整脈検出のアルゴリズムにおける心室細動の検出アルゴリズムを採用することができる。     Here, the presence or absence of ventricular fibrillation is determined from the period of the electrocardiogram signal obtained from the tip electrode 341 of the right ventricular lead 34 and its duration. The presence or absence of supraventricular arrhythmia such as sinus tachycardia, atrial fibrillation, or coarse movement is determined from the electrocardiographic signal obtained from the tip electrode 321 of the right atrial lead 32. Such an arrhythmia is distinguished from ventricular fibrillation and does not drive the device. In addition, a detection algorithm for ventricular fibrillation in an arrhythmia detection algorithm adopted in a known ICD can be adopted.

心室細動が検出されない場合には、本装置を駆動しないので、ステップ104へ移行して、所定時間だけ待機した後、ステップ100へ戻り、ステップ100−102−104のループにより、心臓の心電信号の監視が継続される。   If ventricular fibrillation is not detected, the apparatus is not driven, so the routine proceeds to step 104, waits for a predetermined time, returns to step 100, and the heart's electrocardiogram is executed by the loop of step 100-102-104. Monitoring of the issue continues.

ステップ102で心室細動が検出された場合には、昇圧回路64に制御信号が出力されて、蓄電池66は、所定値の電圧に充電される。すなわち、パルス電圧・電流を心臓に印加するための準備が予め行われる。この電圧は従来のICDに比べて、低電圧・低電流である。   If ventricular fibrillation is detected in step 102, a control signal is output to the booster circuit 64, and the storage battery 66 is charged to a predetermined voltage. That is, preparation for applying the pulse voltage / current to the heart is performed in advance. This voltage is lower voltage and lower current than the conventional ICD.

次に、ステップ108に移行して、冷却装置であるペルチェ素子12に通電して、左心室38の心外膜面の局所部分の温度を体温に対して−5℃程冷却するための制御信号が電流制御装置70に出力される。リアルタイムで並行して動作する別の温度制御プログラムでは、サーミスタ18からの温度検出信号が入力されて、その検出温度が目標温度になるように、電流制御装置70による供給電流がフィードバック制御される。これにより、左心室38の心外膜面の局所部分の温度は指令された目標温度になる。   Next, the process proceeds to step 108, in which the Peltier element 12 as a cooling device is energized, and the control signal for cooling the temperature of the local portion of the epicardial surface of the left ventricle 38 to about −5 ° C. with respect to the body temperature. Is output to the current controller 70. In another temperature control program that operates in parallel in real time, the temperature detection signal from the thermistor 18 is input, and the supply current by the current controller 70 is feedback-controlled so that the detected temperature becomes the target temperature. As a result, the temperature of the local portion of the epicardial surface of the left ventricle 38 becomes the commanded target temperature.

次に、ステップ110において、心外膜面の温度が目標の設定温度に達するまでの間、待機され、電圧上昇変数nが1に初期設定された後、ステップ112に移行して、ステップ100と全く同様に、それぞれのセンサから心電位が検出される。次に、ステップ114に移行して、心室細動が消失しているか否かが判定され、消失している場合には、ステップ116に移行して、冷却装置であるペルチェ素子12への通電を遮断する。このようにして、MPU50の処理は、ステップ100に戻り、上記した心臓の監視ループ100−102−104が実行される。   Next, in step 110, the process waits until the epicardial surface temperature reaches the target set temperature. After the voltage increase variable n is initially set to 1, the process proceeds to step 112, where In exactly the same manner, the electrocardiogram is detected from each sensor. Next, the routine proceeds to step 114, where it is determined whether or not ventricular fibrillation has disappeared. If it has disappeared, the routine proceeds to step 116 where energization of the Peltier element 12, which is a cooling device, is performed. Cut off. In this way, the processing of the MPU 50 returns to step 100, and the above-described cardiac monitoring loop 100-102-104 is executed.

次に、ステップ114において、心室細動が消失していないと判断されると、ステップ118に移行して、通電用電極16を通電装置60に接続して、パルス電圧・電流を印加できるように、スイッチ68が切り替えられる。そして、通電装置60を作動させて、通電用電極16にパルス電圧・電流が印加される。パルス電圧・電流は、図5に示すような二相性の電圧波形を用いる。この電圧は、2つの通電用電極16間に印加される。すなわち、冷却箇所を通電するようにパルス電圧・電流が印加される。このようにして、ステップ118において、2つの通電用電極16間にパルス電圧・電流が印加されて、左心室の冷却箇所にパルス電流が流れる。   Next, when it is determined in step 114 that ventricular fibrillation has not disappeared, the process proceeds to step 118 so that the energizing electrode 16 is connected to the energizing device 60 so that a pulse voltage / current can be applied. , Switch 68 is switched. Then, the energization device 60 is operated to apply a pulse voltage / current to the energization electrode 16. The pulse voltage / current uses a biphasic voltage waveform as shown in FIG. This voltage is applied between the two energizing electrodes 16. That is, a pulse voltage / current is applied so as to energize the cooling part. In this manner, in step 118, a pulse voltage / current is applied between the two energizing electrodes 16, and the pulse current flows to the cooling portion of the left ventricle.

次に、ステップ122において、ペルチェ素子12への通電が遮断される。次に、ステップ124において、再度、心房リード32、心室リード34により心電位が検出される。次に、ステップ126において、心室細動が検出された場合には、上記の低パルス電圧・電流の印加では、心室細動を除くことができなかったことを意味しており、ステップ128に移行して、従来のICDで行われている心室細動の除去のために高パルス電圧・電流が印加される。これは、心室リード34と心房リード31とを介して、電極341と電極321に、高パルス電圧・電流が印加されることにより行われる。すなわち、冷却箇所に低パルス電圧・電流を印加する方法では、心室細動が消滅できない場合には、従来のICDで行われている心室及び心房と、ICD本体との間に高パルス電圧・電流が印加される。その後は、ステップ134において、従来のICDによる処理が実行されて、従来のICDの制御終了条件が成立した時に、本装置の制御が終了する。従来のICDでの処理が終了すると、再度、ステップ100から、処理が実行される。   Next, in step 122, the power supply to the Peltier element 12 is cut off. Next, in step 124, the cardiac potential is detected again by the atrial lead 32 and the ventricular lead 34. Next, when ventricular fibrillation is detected in step 126, it means that the ventricular fibrillation could not be removed by the application of the low pulse voltage / current described above. Thus, a high pulse voltage / current is applied to remove ventricular fibrillation performed in the conventional ICD. This is performed by applying a high pulse voltage / current to the electrode 341 and the electrode 321 via the ventricular lead 34 and the atrial lead 31. That is, when ventricular fibrillation cannot be eliminated by the method of applying a low pulse voltage / current to the cooling location, a high pulse voltage / current is applied between the ventricle and atrium performed in the conventional ICD and the ICD body. Is applied. Thereafter, in step 134, when the conventional ICD process is executed and the conventional ICD control end condition is satisfied, the control of the apparatus is ended. When the process with the conventional ICD is completed, the process is executed again from step 100.

上記の実施例では、ステップ118では、2つの通電用電極16間において、パルス電圧・電流を印加していたが、心室リード34の先端の電極341と、2つの通電用電極16との間において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。または、これらの組合せ、すなわち、一方の通電用電極16と心室リード34の先端の電極341を同一電位として、これらと、他方の通電用電極16との間に、パルス電圧・電流を印加しても良い。さらに、2つの通電用電極16と本体20との間にパルス電圧・電流を印加するようにしても良い。   In the above embodiment, in step 118, the pulse voltage / current is applied between the two energization electrodes 16, but between the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 and the two energization electrodes 16. Alternatively, a pulse voltage / current may be applied. Alternatively, a combination of these, that is, one of the energizing electrode 16 and the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 is set to the same potential, and a pulse voltage / current is applied between these and the other energizing electrode 16. Also good. Further, a pulse voltage / current may be applied between the two energizing electrodes 16 and the main body 20.

この実施例は、従来の植込型のICDに対して、冷却装置だけを付加したことが特徴である。すなわち、図6に示すように、基材10には、ペルチェ素子12とサーミスタ18とだけが配設される。この場合には、心房リード32、心室リード34により心電信号が検出されると共に、それを介して心臓に、心室細動を停止するためのパルス電圧・電流が印加される。本装置の電気的な構成は、通電用電極16が存在しないことを除き、主要部分は、図3の構成と同一である。また、制御方法も、図4に示す処理手順と同様となる。ただし、ステップ118においては、まずは、低パルス電圧・電流が、制御装置と通電装置とを含む本体20と、心房リード32の先端の電極321及び心室リード34の先端の電極341との間に印加される。そして、その低パルス電圧・電流でも、心室細動を除くことができない場合には、ステップ128において、従来のICDで行われている高パルス電圧・電流が、本体20と、心房リード32の先端の電極321及び心室リード34の先端の電極341との間に印加されることになる。   This embodiment is characterized in that only a cooling device is added to a conventional implantable ICD. That is, as shown in FIG. 6, only the Peltier element 12 and the thermistor 18 are disposed on the base material 10. In this case, an electrocardiographic signal is detected by the atrial lead 32 and the ventricular lead 34, and a pulse voltage / current for stopping ventricular fibrillation is applied to the heart via the signal. The electrical configuration of this apparatus is the same as that of FIG. 3 except that the energizing electrode 16 is not present. Also, the control method is the same as the processing procedure shown in FIG. However, in step 118, first, a low pulse voltage / current is applied between the main body 20 including the control device and the energization device, and the electrode 321 at the tip of the atrial lead 32 and the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34. Is done. If ventricular fibrillation cannot be removed even with the low pulse voltage / current, the high pulse voltage / current performed in the conventional ICD is applied to the main body 20 and the tip of the atrial lead 32 in step 128. The electrode 321 and the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 are applied.

このように、本実施例は、従来のICDにおいて、冷却装置を有する基材10を心室表面に縫着し、制御装置の処理手順を変更すれば良い。   Thus, in this embodiment, in the conventional ICD, the base material 10 having the cooling device is sewn to the ventricle surface, and the processing procedure of the control device may be changed.

次に、心室細動の発生を防止する細動予防装置を兼ねた植込型の除細動装置について説明する。
本実施例に係る細動防止装置が心臓30に取り付けられる様子は、図1と同様である。
Next, an implantable defibrillator that also serves as a fibrillation prevention device that prevents the occurrence of ventricular fibrillation will be described.
The manner in which the anti-fibrillation device according to this embodiment is attached to the heart 30 is the same as in FIG.

図1に、本実施例に係る細動防止装置が心臓30に取り付けられた様子を示す。
左心室38の心外膜面に、本件発明の特徴部にかかる柔軟性のある矩形の基材10が縫着されている。図7に示すように、基材10の中央部には、冷却用の4つのペルチェ素子12(冷却装置)が設けられている。また、それぞれのペルチェ素子12の周辺の一部には、温度を検出するサーミスタ18(温度検出器)が、それぞれ、設けられている。基材10の面上には、心臓の表面電位を検出するための円形平板状の複数の電位センサ/通電用電極14が、ほぼ等間隔で格子状に配列されている。この電位センサ/通電用電極14は、心臓にパルス電圧・電流を印加するための通電用電極でもある。これらのペルチェ素子12、サーミスタ18、複数の電位センサ/通電用電極14は、心臓の左心室の心外膜面に密着するように固定される。
FIG. 1 shows a state in which the anti-fibrillation device according to the present embodiment is attached to the heart 30.
A flexible rectangular base material 10 according to the feature of the present invention is sewn on the epicardial surface of the left ventricle 38. As shown in FIG. 7, four Peltier elements 12 (cooling devices) for cooling are provided at the center of the base material 10. Further, a thermistor 18 (temperature detector) for detecting temperature is provided in a part of the periphery of each Peltier element 12. On the surface of the substrate 10, a plurality of circular plate-shaped potential sensors / energization electrodes 14 for detecting the surface potential of the heart are arranged in a lattice at substantially equal intervals. The potential sensor / energization electrode 14 is also an energization electrode for applying a pulse voltage / current to the heart. The Peltier element 12, the thermistor 18, and the plurality of potential sensors / energization electrodes 14 are fixed so as to be in close contact with the epicardial surface of the left ventricle of the heart.

また、基材10上に設置された複数の電位センサ/通電用電極14からの信号と、心房リード32や心室リード34からの心電信号を入力し、それらの電極及びリードを介してパルス電圧・電流を出力する制御を行うための制御装置20が、人体の胸部の皮下に植込まれている。   Further, signals from a plurality of potential sensors / energization electrodes 14 installed on the substrate 10 and electrocardiographic signals from the atrial lead 32 and the ventricular lead 34 are inputted, and a pulse voltage is passed through these electrodes and leads. -The control apparatus 20 for performing the control which outputs an electric current is implanted in the subcutaneous part of the chest of a human body.

本実施例の細動防止装置の電気的な構成が図8に示されている。実施例1の構成を示した図3と異なる点は、図3の通電用電極16を排除し、多数の電位センサ/通電用電極14を、MPU50に接続するためのA/D変換器54とスイッチ56を設けたことである。制御装置20(図1)は、主として、心電信号を検出し、その検出信号を処理し、通電を制御するMPU(マイクロプロセッサユニット)50と、通電装置60と、A/D変換器52、54とから成る。複数の電位センサ/通電用電極14からの心電信号は、スイッチ56を介して、A/D変換器54に入力され、ディジタル信号に変換されて、MPU50によって読み取られて処理される。   FIG. 8 shows the electrical configuration of the defibrillation preventing apparatus of this embodiment. 3 different from FIG. 3 showing the configuration of the first embodiment is that an A / D converter 54 for connecting a number of potential sensors / energization electrodes 14 to the MPU 50 is eliminated, and the conduction electrode 16 of FIG. 3 is excluded. The switch 56 is provided. The control device 20 (FIG. 1) mainly detects an electrocardiogram signal, processes the detected signal, and controls energization, an MPU (microprocessor unit) 50, an energization device 60, an A / D converter 52, 54. Electrocardiographic signals from the plurality of potential sensors / energization electrodes 14 are input to the A / D converter 54 via the switch 56, converted into digital signals, read by the MPU 50, and processed.

通電装置60は、主として、バッテリー62と、そのバッテリー62の電圧をMPU50からの指令により昇圧する昇圧回路64と、昇圧回路64により昇圧された電圧により電荷を蓄電する蓄電器66と、入出力端子の導通を制御したり、入出力端子を切り替えるスイッチ68と、MPU50からの指令によりペルチェ素子12への通電電流を制御する電流制御装置70とから成る。   The energizing device 60 mainly includes a battery 62, a booster circuit 64 that boosts the voltage of the battery 62 in accordance with a command from the MPU 50, a capacitor 66 that stores electric charges by the voltage boosted by the booster circuit 64, and an input / output terminal The switch 68 includes a switch 68 for controlling conduction and switching input / output terminals, and a current control device 70 for controlling a current supplied to the Peltier element 12 according to a command from the MPU 50.

スイッチ68は、次の回路の伝達系統を切り替える制御をする。スイッチ68は、MPU50の指令を受信して、心房リード32の先端の電極321からの心電信号と、心室リード34の先端の電極341からの心電信号とを、A/D変換器52に出力するように切り替えられる。また、スイッチ68は、MPU50からの指令により、蓄電器66からの電圧をそれらの電極321、341に出力するように切り替えられる。   The switch 68 controls to switch the transmission system of the next circuit. The switch 68 receives a command from the MPU 50, and sends an electrocardiogram signal from the electrode 321 at the tip of the atrial lead 32 and an electrocardiogram signal from the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 to the A / D converter 52. It can be switched to output. Further, the switch 68 is switched so as to output the voltage from the capacitor 66 to the electrodes 321 and 341 in accordance with a command from the MPU 50.

また、スイッチ56は、MPU50からの指令により、蓄電器66からの電圧を基材10に設けられた複数の電位センサ/通電用電極14へ出力するように切り替えられる。   Further, the switch 56 is switched so as to output the voltage from the capacitor 66 to the plurality of potential sensors / energization electrodes 14 provided on the substrate 10 in accordance with a command from the MPU 50.

サーミスタ18の出力信号は、A/D変換器52を介してMPU50により読み取られる。MPU50の制御により動作する電流制御装置70により、ペルチェ素子12に通電されてペルチェ素子12の冷却能力が変化し、サーミスタ18による検出温度が目標温度に等しくなるように、心臓の温度が制御されている。   The output signal of the thermistor 18 is read by the MPU 50 via the A / D converter 52. The current control device 70 operated by the control of the MPU 50 controls the heart temperature so that the Peltier element 12 is energized to change the cooling capacity of the Peltier element 12 and the temperature detected by the thermistor 18 becomes equal to the target temperature. Yes.

本実施例では、心電信号検出装置は、主として、心房リード32とこのリード先端の電極321、心室リード34とこのリード先端の電極341、複数の電位センサ/通電用電極14で構成されている。また、制御装置は、主として、MPU50、A/D変換器52、54、サーミスタ18で構成されている。冷却装置は、ペルチェ素子12で構成されている。通電装置は、主として、バッテリー62、昇圧回路64、蓄電器66、スイッチ68、56、電位センサ/通電用電極14、電流制御装置70で構成されている。   In the present embodiment, the electrocardiogram signal detection apparatus mainly includes an atrial lead 32 and an electrode 321 at the tip of the lead, a ventricular lead 34 and an electrode 341 at the lead tip, and a plurality of potential sensors / energization electrodes 14. . The control device mainly includes an MPU 50, A / D converters 52 and 54, and the thermistor 18. The cooling device includes a Peltier element 12. The energization device mainly includes a battery 62, a booster circuit 64, a capacitor 66, switches 68 and 56, a potential sensor / energization electrode 14, and a current control device 70.

次に、本実施例の除細動装置の作用を、MPU50の処理手順を示した図9を参照して説明する。   Next, the operation of the defibrillator of the present embodiment will be described with reference to FIG. 9 showing the processing procedure of the MPU 50.

まず、ステップ200において、スイッチ68が心房リード32、心室リード34からの信号を入力する側に切り替えられる。これにより、右心房31と右心室37の心筋の電位が検出される。また、スイッチ56が電位信号を複数の電位センサ/通電用電極14から入力する側に切り替えられ、それらの電位信号が入力されて左心室の外膜面の電位分布が検出される。これらの信号は心筋興奮を示す心電信号である。次に、ステップ202において、これらの心電信号が解析されて、心室頻拍又は心室細動が発生しているか否かが判定される。心室頻拍か否かは、基本的には、興奮周期(レート)とその持続時間(拍数)により決定される。この場合に、洞頻脈や心房細動などの上室性不整脈を心室頻拍と誤認しないことが重要となる。   First, in step 200, the switch 68 is switched to the side for inputting signals from the atrial lead 32 and the ventricular lead 34. Thereby, the potential of the myocardium of the right atrium 31 and the right ventricle 37 is detected. Further, the switch 56 is switched to the side where the potential signal is input from the plurality of potential sensors / energization electrodes 14, and these potential signals are input to detect the potential distribution of the epicardial surface of the left ventricle. These signals are electrocardiographic signals indicating myocardial excitation. Next, in step 202, these electrocardiographic signals are analyzed to determine whether ventricular tachycardia or ventricular fibrillation has occurred. Whether or not it is a ventricular tachycardia is basically determined by the excitation cycle (rate) and its duration (beat rate). In this case, it is important not to misidentify supraventricular arrhythmia such as sinus tachycardia or atrial fibrillation as ventricular tachycardia.

心室頻拍は心室細動に至る可能性が高い前駆現象として検出される。ここでは、右心室リード34の先端電極341と複数の電位センサ/通電用電極14とから得られる心電信号の周期とその持続時間とから、心室頻拍の有無が判定される。電位センサ/通電用電極14から得られる心電信号の時間・空間分布からスパイラルリエントリー波を検出することが可能である。また、右心房リード32の先端電極321から得られる心電信号から、洞性頻脈、心房細動、粗動などの上室性不整脈の有無が判断される。このような上室性不整脈の場合は、本装置を駆動しない。なお、心室細動が検出されている場合にも、本装置は駆動される。心室頻拍や心室細動の検出には、公知のICDで採用されている不整脈検出のアルゴリズムを用いることができる。     Ventricular tachycardia is detected as a precursor that is likely to lead to ventricular fibrillation. Here, the presence or absence of ventricular tachycardia is determined from the period and duration of the electrocardiographic signal obtained from the tip electrode 341 of the right ventricular lead 34 and the plurality of potential sensors / energization electrodes 14. It is possible to detect a spiral reentry wave from the time / space distribution of an electrocardiogram signal obtained from the potential sensor / energization electrode 14. The presence or absence of supraventricular arrhythmia such as sinus tachycardia, atrial fibrillation, or coarse movement is determined from the electrocardiographic signal obtained from the tip electrode 321 of the right atrial lead 32. In the case of such supraventricular arrhythmia, this apparatus is not driven. The device is also driven when ventricular fibrillation is detected. For detecting ventricular tachycardia and ventricular fibrillation, an arrhythmia detection algorithm employed in a known ICD can be used.

心室頻拍や心室細動が検出されない場合には、本装置を駆動しないので、ステップ204へ移行して、所定時間だけ待機した後、ステップ200へ戻り、ステップ200−202−204のループにより、心臓の心電信号の監視が継続される。   If ventricular tachycardia or ventricular fibrillation is not detected, this apparatus is not driven. Therefore, the process proceeds to step 204, waits for a predetermined time, returns to step 200, and loops of steps 200-202-204 Monitoring of the heart's electrocardiogram signals continues.

ステップ202で心室頻拍や心室細動が検出された場合には、昇圧回路64に制御信号が出力されて、蓄電池66は、所定値の電圧に充電される。すなわち、パルス電圧・電流を心臓に印加するための準備が予め行われる。この電圧・電流は従来のICDに比べて、低電圧・低電流である。   If ventricular tachycardia or ventricular fibrillation is detected in step 202, a control signal is output to the booster circuit 64, and the storage battery 66 is charged to a predetermined voltage. That is, preparation for applying the pulse voltage / current to the heart is performed in advance. This voltage / current is lower than the conventional ICD.

次に、ステップ208に移行して、冷却装置であるペルチェ素子12に通電して、左心室38の心外膜面の局所部分の温度を体温に対して−5℃程冷却するための制御信号が電流制御装置70に出力される。この場合、サーミスタ18からの温度検出信号が入力されて、その検出温度が目標温度になるように、電流制御装置70による供給電流がフィードバック制御される。これにより、左心室38の心外膜面の局所部分の温度は指令された目標温度になる。   Next, the process proceeds to step 208, in which the Peltier element 12, which is a cooling device, is energized to control the local portion of the epicardial surface of the left ventricle 38 to cool the body temperature by about -5 ° C. Is output to the current controller 70. In this case, the temperature detection signal from the thermistor 18 is input, and the supply current by the current control device 70 is feedback-controlled so that the detected temperature becomes the target temperature. As a result, the temperature of the local portion of the epicardial surface of the left ventricle 38 becomes the commanded target temperature.

次に、ステップ210において、心外膜面の温度が目標の設定温度に達するまでの間、待機され、電圧上昇変数nが1に初期設定された後、ステップ212に移行して、ステップ200と全く同様に、それぞれのセンサから心電位が検出される。次に、ステップ214に移行して、心室頻拍、心室細動が消失しているか否かが判定され、消失している場合には、ステップ216に移行して、冷却装置であるペルチェ素子12への通電を遮断する。このようにして、MPU50の処理は、ステップ200に戻り、上記した心臓の監視ループ200−202−204が実行される。   Next, in step 210, the process waits until the epicardial surface temperature reaches the target set temperature. After the voltage increase variable n is initially set to 1, the process proceeds to step 212, where In exactly the same manner, the electrocardiogram is detected from each sensor. Next, the process proceeds to step 214, where it is determined whether or not ventricular tachycardia and ventricular fibrillation have disappeared. If they have disappeared, the process proceeds to step 216 and the Peltier element 12 serving as a cooling device. Shut off the power to the. In this way, the processing of the MPU 50 returns to step 200, and the above-described cardiac monitoring loop 200-202-204 is executed.

次に、ステップ214において、心室頻拍、又は、心室細動が消失していないと判断されると、ステップ218に移行して、電位センサ/通電用電極14を通電装置60に接続して、パルス電圧・電流を印加できるように、スイッチ56が切り替えられる。そして、通電装置60を作動させて、電位センサ/通電用電極14にパルス電圧・電流が印加される。パルス電圧・電流は、図5に示すような二相性の電圧波形を用いる。この場合に、電圧V1とパルス幅T1とを、電圧上昇変数nに比例して変化させている。電圧・電流は、冷却箇所を挟むように2群に分けられた複数の電位センサ/通電用電極14の間において、印加される。   Next, when it is determined in step 214 that ventricular tachycardia or ventricular fibrillation has not disappeared, the process proceeds to step 218, and the potential sensor / energization electrode 14 is connected to the energization device 60. The switch 56 is switched so that a pulse voltage / current can be applied. Then, the energization device 60 is operated to apply a pulse voltage / current to the potential sensor / energization electrode 14. The pulse voltage / current uses a biphasic voltage waveform as shown in FIG. In this case, the voltage V1 and the pulse width T1 are changed in proportion to the voltage increase variable n. The voltage / current is applied between the plurality of potential sensors / energization electrodes 14 divided into two groups so as to sandwich the cooling portion.

このようにして、ステップ218において、複数の電位センサ/通電用電極14間にパルス電圧・電流が印加されて、左心室の冷却されている冷却箇所にパルス電流が流れる。次に、ステップ220において、制御の繰り返し変数nが最大値a以下である場合には、ステップ221において、繰り返し変数nが1だけ加算されて、ステップ212に戻り、心電位が検出されて、心室頻拍、心室細動が消失したか否かが判定されるループが繰り返される。   In this way, in step 218, a pulse voltage / current is applied between the plurality of potential sensors / energization electrodes 14, and the pulse current flows to the cooled cooling portion of the left ventricle. Next, when the control repetition variable n is less than or equal to the maximum value a in step 220, the repetition variable n is incremented by 1 in step 221, and the process returns to step 212 to detect the electrocardiogram, and the ventricle. The loop in which it is determined whether tachycardia and ventricular fibrillation have disappeared is repeated.

心室頻拍や心室細動が消滅しない場合には、ステップ218で、パルス電圧・電流の電圧値が所定量だけ上昇し、パルス幅が広くされて、通電電力が向上されて、通電が実行される。これを、心室頻拍や心室細動が消滅するまで実行されるか、繰り返し回数nが最大繰り返し回数aを越えるまで実行される。最大繰り返し回数aを越えても、心室頻拍や心室細動が消滅しない場合には、ステップ222において、冷却装置であるペルチェ素子12への通電が遮断される。そして、ステップ224において、再度、各電位センサ/通電用電極14、心房リード32、心室リード34により心電位が検出される。   If ventricular tachycardia or ventricular fibrillation does not disappear, in step 218, the voltage value of the pulse voltage / current is increased by a predetermined amount, the pulse width is widened, the energization power is improved, and energization is executed. The This is performed until ventricular tachycardia or ventricular fibrillation disappears, or until the number of repetitions n exceeds the maximum number of repetitions a. If ventricular tachycardia or ventricular fibrillation does not disappear even after the maximum number of repetitions a is exceeded, in step 222, the power supply to the Peltier element 12 that is a cooling device is cut off. In step 224, the cardiac potential is detected again by each potential sensor / energization electrode 14, atrial lead 32, and ventricular lead 34.

ステップ226において、心室頻拍が検出された場合には、ステップ228に移行して、従来のICDで行われている心室頻拍の除去のためのパルス電圧・電流が印加される。ここでは、心室リード34と心房リード31とを介して、電極341と電極321に、パルス電圧・電流が印加される。すなわち、冷却箇所にパルス電圧・電流を印加する方法では、心室頻拍が消滅できない場合には、従来のICDで行われている心室及び心房と、ICD本体との間に電圧・電流が印加される。その後は、ステップ234において、従来のICDによる処理が実行されて、従来のICDの制御終了条件が成立した時に、本装置の制御が終了する。そして、再度、ステップ200から、処理が実行される。     If a ventricular tachycardia is detected in step 226, the process proceeds to step 228, and a pulse voltage / current for removing the ventricular tachycardia performed in the conventional ICD is applied. Here, a pulse voltage / current is applied to the electrode 341 and the electrode 321 via the ventricular lead 34 and the atrial lead 31. That is, in the method of applying a pulse voltage / current to the cooling point, when the ventricular tachycardia cannot be eliminated, the voltage / current is applied between the ventricle and the atrium performed in the conventional ICD and the ICD main body. The After that, in step 234, the process by the conventional ICD is executed, and when the conventional ICD control end condition is satisfied, the control of the apparatus is ended. Then, the processing is executed again from step 200.

また、ステップ230において、心室細動が消滅できないと判断された場合には、ステップ232へ移行して、従来のICDで行われているように、心室リード34と心房リード31とを介して、電極341と電極321により、心室及び心房と、ICD本体との間に電圧・電流が印加される。この場合には、高電圧・高電流で実施される。その後は、ステップ236において、従来のICDによる処理が実行されて、従来のICDの制御終了条件が成立した時に、本装置の制御が終了する。そして、再度、ステップ200から、処理が実行される。   Also, if it is determined in step 230 that ventricular fibrillation cannot be eliminated, the process proceeds to step 232 and, as is done in the conventional ICD, via the ventricular lead 34 and the atrial lead 31, The electrode 341 and the electrode 321 apply a voltage / current between the ventricle and the atrium and the ICD body. In this case, it is carried out at a high voltage and high current. Thereafter, in step 236, when the conventional ICD process is executed and the conventional ICD control end condition is satisfied, the control of the apparatus is ended. Then, the processing is executed again from step 200.

上記の実施例では、ステップ218では、2分された電位センサ/通電用電極14間において、パルス電圧・電流を印加していたが、心室リード34の先端の電極341と、多数の電位センサ/通電用電極14間において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。または、これらの組合せ、すなわち、2分された電位センサ/通電用電極14間及びそれらの一方の群の電位センサ/通電用電極14と心室リード34の先端の電極341の間に、パルス電圧・電流を印加しても良い。さらに、複数の電位センサ/通電用電極14と本体20間にパルス電圧・電流を印加するようにしても良い。   In the above embodiment, in step 218, a pulse voltage / current is applied between the divided potential sensor / energizing electrode 14, but the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 and a number of potential sensors / currents are applied. A pulse voltage / current may be applied between the energization electrodes 14. Or a combination of these, that is, between the divided potential sensor / energizing electrode 14 and between one group of the potential sensor / energizing electrode 14 and the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34, A current may be applied. Further, a pulse voltage / current may be applied between the plurality of potential sensors / energization electrodes 14 and the main body 20.

上記実施例では、心室細動に至る可能性の高い前駆現象を心室頻拍とし、心臓の冷却開始条件を心室頻拍が検出された場合としているが、心室細動に至る前駆現象が他にあれば、その現象が検出された時を、冷却開始時としても良い。また、仮に、心臓全体の電位分布を測定して、スパイラルリエントリー波を検出するプログラムが可能であれば、スパイラルリエントリー波が検出された時に、心臓を冷却するようにしても良い。また、心臓にパルス電圧・電流を印加する時期を、心臓の冷却後、所定時間経過した時としているが、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されることを、複数の電位センサ/通電用電極14により検出して、スパイラルリエントリー波が拘束された時に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。   In the above embodiment, the ventricular tachycardia is a precursor phenomenon that is likely to lead to ventricular fibrillation, and the ventilatory tachycardia is detected as the cooling start condition of the heart. If so, the time when the phenomenon is detected may be set as the start of cooling. Further, if a program for measuring the potential distribution of the entire heart and detecting the spiral reentry wave is possible, the heart may be cooled when the spiral reentry wave is detected. In addition, the pulse voltage / current is applied to the heart when a predetermined time has elapsed after the heart is cooled. The pulse voltage / current may be applied when the spiral reentry wave is constrained by the detection at 14.

パルス電圧・電流の電圧値(波高値)やパルス幅を、繰り返し変数である電圧上昇変数nに応じて変化させているが、パルス電圧・電流の印加は、1回で終了するようにしても良い。また、心室頻拍が検出された場合には、電圧上昇変数nに応じてパルス電圧・電流の電圧値とパルス幅を徐々に増大するようにし、心室細動が検出された場合には、所定の高電圧値のパルス電圧・電流を1回だけ印加するようにしても良い。上記実施例では、制御装置を人体の胸部の皮下に植込む植込み式の細動防止装置としているが、植込まずに人体の外部から制御する装置としても良い。   Although the voltage value (crest value) and pulse width of the pulse voltage / current are changed according to the voltage increase variable n which is a repetitive variable, the application of the pulse voltage / current may be completed once. good. When ventricular tachycardia is detected, the voltage value and pulse width of the pulse voltage and current are gradually increased according to the voltage increase variable n. When ventricular fibrillation is detected, the predetermined value is used. The pulse voltage / current having a high voltage value of may be applied only once. In the above-described embodiment, the control device is an implantable fibrillation prevention device that is implanted subcutaneously in the chest of the human body, but may be a device that is controlled from outside the human body without being implanted.

また、図10に示すように、電位センサ14と通電用電極16とを分離しても良い。この場合には、装置の回路構成は、図11のようになる。通電用電極16は、スイッチ68で制御され、電位センサ14は直接、A/D変換器54に入力する。パルス電圧・電流の印加は、2つの通電用電極16間に印加する。   Further, as shown in FIG. 10, the potential sensor 14 and the energizing electrode 16 may be separated. In this case, the circuit configuration of the apparatus is as shown in FIG. The energization electrode 16 is controlled by a switch 68, and the potential sensor 14 directly inputs to the A / D converter 54. The pulse voltage / current is applied between the two energization electrodes 16.

この場合も、心室リード34の先端の電極341と2つの通電用電極16間において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良いし、一方の通電用電極16と心室リード34の先端の電極341とを同一電位として、これらの電極と他方の通電用電極16との間に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。また、2つの通電用電極16と制御装置や通電装置が組み込まれている本体20との間に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。   Also in this case, a pulse voltage / current may be applied between the electrode 341 at the tip of the ventricular lead 34 and the two energizing electrodes 16, or one of the energizing electrode 16 and the electrode at the tip of the ventricular lead 34 may be applied. 341 may be set to the same potential, and a pulse voltage / current may be applied between these electrodes and the other energizing electrode 16. Further, a pulse voltage / current may be applied between the two energization electrodes 16 and the main body 20 in which the control device and the energization device are incorporated.

また、図2に示すように、心電信号の検出は、心房リード32と心室リード34の先端の電極341で行い、基材10上の電位センサ14をなくして、通電用電極16だけ設けるようにしても良い。この場合には、パルス電圧・電流の印加方法は、図2に示す実施例1で説明した方法が適用可能である。   In addition, as shown in FIG. 2, the detection of the electrocardiogram signal is performed by the electrode 341 at the tip of the atrial lead 32 and the ventricular lead 34, and the potential sensor 14 on the substrate 10 is eliminated, and only the energizing electrode 16 is provided. Anyway. In this case, the method described in the first embodiment shown in FIG. 2 can be applied as the pulse voltage / current application method.

さらに、実施例2と同様に、従来のICDに心臓を局所的に冷却する装置だけを付けるようにしても良い。基材10には、図6に示すように、ペルチェ素子12とサーミスタ18とだけが配設される。この場合には、心房リード32、心室リード34により心電信号が検出されると共に、それを介して心臓に、心室頻拍や心室細動を停止するためのパルス電圧・電流が印加される。   Further, as in the second embodiment, only a device for locally cooling the heart may be attached to the conventional ICD. As shown in FIG. 6, only the Peltier element 12 and the thermistor 18 are disposed on the base material 10. In this case, an electrocardiogram signal is detected by the atrial lead 32 and the ventricular lead 34, and a pulse voltage / current for stopping ventricular tachycardia and ventricular fibrillation is applied to the heart via the signal.

上記のように、本実施例では、心室細動や心室頻拍が検出されると、冷却装置が駆動されて、心室が冷却され、冷却箇所に、パルス電圧・電流が印加されて、効率良くスパイラルリエントリー波を消滅させて、心室頻拍を停止させることができる。これにより、心室細動を引き起こすことが防止される。この装置では、心臓を冷却して、パルス電圧・電流を印加するために、印加電圧・電流が低くて良いので、その通電に伴う装着者の不安感や不快感が少ない。したがって、患者のQOLを向上させることができる。また、心臓が冷却された後に、冷却箇所にパルス電圧・電流が印加される場合には、この電圧・電流は低くても良いので、心臓に対する傷害を最小限とすることができる。   As described above, in this embodiment, when ventricular fibrillation or ventricular tachycardia is detected, the cooling device is driven, the ventricle is cooled, and a pulse voltage / current is applied to the cooling location, thereby efficiently. Ventricular tachycardia can be stopped by eliminating the spiral reentry wave. This prevents ventricular fibrillation. In this device, since the heart is cooled and the pulse voltage / current is applied, the applied voltage / current may be low, so that the wearer is less anxious and uncomfortable with the energization. Therefore, a patient's QOL can be improved. Further, when a pulse voltage / current is applied to the cooling location after the heart is cooled, the voltage / current may be low, so that damage to the heart can be minimized.

本実施例は、心臓の冷却装置を設けた体外式除細動装置である。また、通常の体外式除細動器本体(制御装置及び通電装置)400と通電装置の一部を構成する通電用電極402と心臓を冷却する冷却装置401から成る体外式除細動装置とすることもできる。この装置は、通常用いられている体外式除細動器に冷却装置を付加した構成である。本実施例の概要を図19に示す。図19のAに示すように、体表面から心電信号検出装置404を用いて心電信号を検出して、その心電図モニターにより、術者が心室細動を確認した後、通常の体外式除細動器本体(制御装置及び通電装置)400と通電装置の一部を構成する通電用電極402により体表面(前胸部)からの直流通電による除細動を数回試みる。通電用電極402は心臓の位置を挟むように、前胸部の体表面に接触される。     This embodiment is an external defibrillator provided with a heart cooling device. In addition, the external defibrillator is composed of a normal external defibrillator body (control device and energizer) 400, an energizing electrode 402 constituting a part of the energizer, and a cooling device 401 for cooling the heart. You can also This device has a configuration in which a cooling device is added to a commonly used external defibrillator. An outline of the present embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 19A, an electrocardiogram signal is detected from the body surface using an electrocardiogram signal detection device 404, and after the operator confirms ventricular fibrillation using the electrocardiogram monitor, normal extracorporeal removal is performed. Defibrillation by direct current conduction from the body surface (front chest) is tried several times by the fibrillator body (control device and energization device) 400 and the energizing electrode 402 constituting a part of the energization device. The energizing electrode 402 is brought into contact with the body surface of the front chest so as to sandwich the position of the heart.

ここで除細動が成功しない場合、図19のBに示すように、背部と前胸部に冷却媒体を用いた冷却装置401を装着して心臓表面の冷却を行なった後、再度前胸部から通電用電極402を介して直流通電を行なう。通常の直流通電による除細動が成功しない原因としては、心室に複数のスパイラルリエントリー波が次々と発生する状況が想定される。ここで心臓の表面に冷却を加える治療方法を採用することで、その部分の心筋電気特性が変化し(不応期延長)、スパイラルリエントリー波が停止したり、スパイラルリエントリー波が冷却部位に拘束されて、通電により細動停止の効率が上がることが期待できる。     If the defibrillation is not successful, as shown in FIG. 19B, a cooling device 401 using a cooling medium is attached to the back and anterior chest to cool the surface of the heart, and then power is supplied from the anterior chest again. Direct current energization is performed through the electrode 402. As a cause of normal defibrillation by direct current energization, a situation where a plurality of spiral reentry waves are generated one after another in the ventricle is assumed. Here, by adopting a treatment method that applies cooling to the surface of the heart, the myocardial electrical characteristics of that part change (extension of the refractory period), the spiral reentry wave stops, or the spiral reentry wave is constrained to the cooling site Therefore, it can be expected that the efficiency of the fibrillation stop is increased by energization.

このように、冷却装置401による冷却により除細動の効果が期待できることから、本発明の体外式除細動装置には、この目的で使用される冷却装置だけで構成した装置を含む。また、本発明の体外式除細動装置には、冷却装置401と、従来用いられている通電用電極402と体外式除細動器本体(制御装置及び通電装置)400とを組み合わせた装置も含まれる。     Thus, since the defibrillation effect can be expected by cooling by the cooling device 401, the external defibrillation device of the present invention includes a device composed only of the cooling device used for this purpose. In addition, the external defibrillator of the present invention includes a cooling device 401, a device in which a current-carrying electrode 402 and an external defibrillator main body (control device and current-carrying device) 400 are combined. included.

この実施例の装置は、心臓表面からの除細動直流通電と心臓を冷却する機能を有した体外式除細動装置である。本実施例の概要を図20に示す。この体外式除細動装置は、主として、冷却用ペルチェ素子502と温度測定用サーミスタ503を備える通電用パドル電極501と、冷却・通電装置500から成る。冷却・通電装置500は、冷却用ペルチェ素子502に通電することで冷却機能を発揮させるとともに、温度測定用サーミスタ503からの入力信号に基づき心筋の温度をモニターし、冷却機能を調整する。冷却・通電装置500は、心臓表面に直流通電を行う機能も有している。     The device of this embodiment is an external defibrillation device having a function of cooling defibrillation DC current from the heart surface and the heart. An outline of this example is shown in FIG. This extracorporeal defibrillator mainly comprises an energizing paddle electrode 501 including a cooling Peltier element 502 and a temperature measuring thermistor 503, and a cooling / energizing device 500. The cooling / energizing device 500 exerts the cooling function by energizing the cooling Peltier element 502 and monitors the myocardial temperature based on the input signal from the temperature measuring thermistor 503 to adjust the cooling function. The cooling / energizing device 500 also has a function of applying direct current to the heart surface.

体表面心電図で心室細動が認められ、通常の体外式除細動を数回試みても成功しない場合、医師(術者)は緊急開胸手術を行なって心臓を露出させ、心臓マッサージを行いながら心表面に通電用パドル電極501を密着させて、そこから、直流通電を加えることにより心室細動の停止を試みることがある。このような心表面からの通電を行なっても、細動を停止させることが困難な場合には、冷却機能を備えた通電用パドル電極501と冷却・通電装置500を用いて、通電部位の心臓表面温度を軽度に低下させて、直流通電を行なう。術者は、ペルチェ素子502への通電により、サーミスタ503で計測した心臓表面の局所の温度が体温よりも5℃程度低下したことを確認した時点で、直流通電を行なう。前記実施例4に記載した理由で、通電による細動停止の効率が上がることが期待できる。     If ventricular fibrillation is observed on the surface ECG and normal external defibrillation is not successful several times, the doctor (surgeon) performs emergency thoracotomy to expose the heart and perform a heart massage However, there is a case where the ventricular fibrillation is stopped by applying a DC current from the power paddle electrode 501 in close contact with the heart surface. If it is difficult to stop fibrillation even if such energization is performed from the heart surface, the heart of the energized part is used using the energizing paddle electrode 501 and the cooling / energizing device 500 having a cooling function. Directly energize with a slight decrease in surface temperature. When the surgeon confirms that the local temperature of the heart surface measured by the thermistor 503 has decreased by about 5 ° C. from the body temperature by energizing the Peltier element 502, the surgeon performs direct current energization. For the reason described in Example 4, it can be expected that the efficiency of stopping fibrillation by energization is increased.

以上のいくつかの実施例で説明した装置の他に、本発明は、心室細動が発生した場合に、心臓を冷却して、あるいは、冷却後に比較的低いパルス電圧・電流を印加して細動を停止させる治療方法としても有効である。   In addition to the devices described in the several embodiments described above, the present invention can be used to cool the heart or to apply a relatively low pulse voltage / current after cooling when ventricular fibrillation occurs. It is also effective as a treatment method to stop movement.

さらに、心室細動の前駆現象(心室頻拍、スパイラルリエントリー波)が検出された場合に、心臓を全体又は局所的に冷却して、所定時間経過後、又は、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束された時に、パルス電圧・電流を印加して心室細動の発生を防止する治療方法としても有効である。     Furthermore, when a precursor phenomenon of ventricular fibrillation (ventricular tachycardia, spiral reentry wave) is detected, the heart is cooled completely or locally, and after a predetermined time has elapsed, or the spiral reentry wave is cooled It is also effective as a treatment method for preventing the occurrence of ventricular fibrillation by applying a pulse voltage / current when restrained by.

本発明は、心室細動が発生した場合に、それを効果的に停止できる装置であり、心室細動の発生を防止することも可能なため、医療機器として、極めて有効である。   The present invention is a device that can effectively stop ventricular fibrillation when it occurs, and can prevent the occurrence of ventricular fibrillation, and is therefore extremely effective as a medical device.

本発明の具体的な一実施例に係る除細動装置を人体の心臓に装備させた状態を示した説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which showed the state equipped with the defibrillator which concerns on one specific Example of this invention to the human heart. 同実施例装置に係る除細動装置の基板の構成を示した平面図。The top view which showed the structure of the board | substrate of the defibrillator which concerns on the Example apparatus. 同実施例装置に係る除細動装置の電気的構成を示したブロック図。The block diagram which showed the electrical structure of the defibrillator which concerns on the Example apparatus. 同実施例に係る除細動装置のMPUの処理手順を示したフローチャート。The flowchart which showed the process sequence of MPU of the defibrillator which concerns on the Example. 同実施例に係る除細動装置のパルス電圧・電流波形を示した波形図。The wave form diagram which showed the pulse voltage and electric current waveform of the defibrillator which concerns on the Example. 本発明の実施例2に係る除細動装置の基板の構成を示した平面図。The top view which showed the structure of the board | substrate of the defibrillator which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る除細動装置の基板の構成を示した平面図。The top view which showed the structure of the board | substrate of the defibrillator which concerns on Example 3 of this invention. 同実施例装置に係る除細動装置の電気的構成を示したブロック図。The block diagram which showed the electrical structure of the defibrillator which concerns on the Example apparatus. 同実施例に係る除細動装置のMPUの処理手順を示したフローチャート。The flowchart which showed the process sequence of MPU of the defibrillator which concerns on the Example. 実施例3の変形例に係る除細動装置の基板の構成を示した平面図。FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a substrate of a defibrillator according to a modification of Example 3. 同変形例の除細動装置の電気的構成を示したブロック図。The block diagram which showed the electrical structure of the defibrillator of the modification. 動物実験の構成を示した写真。A photograph showing the structure of an animal experiment. 動物実験による冷却前後の心臓の電位分布と活動電位持続時間の変化を示した図。The figure which showed the change of the heart potential distribution and action potential duration before and behind cooling by animal experiment. 冷却後のスパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束される様子を示した測定図。The measurement figure which showed a mode that the spiral reentry wave after cooling was restrained by the cooling location. 心室細動が冷却により停止することを示した心電信号の波形図。The waveform figure of the electrocardiogram signal which showed that ventricular fibrillation stopped by cooling. 心臓を冷却した時のスパイラルリエントリー波を示した測定図。The measurement figure which showed the spiral reentry wave when the heart was cooled. 冷却なしにパルス電圧・電流を印加した場合と、冷却してパルス電圧・電流を印加した場合の心電信号の変化の様子を示した測定図。The measurement figure which showed the mode of the change of the electrocardiogram signal when a pulse voltage and an electric current were applied without cooling, and when a pulse voltage and an electric current were applied after cooling. 冷却なしにパルス電圧・電流を印加した場合と、冷却してパルス電圧・電流を印加した場合のスパイラルリエントリー波を示した測定図。The measurement figure which showed the spiral reentry wave when a pulse voltage and an electric current are applied without cooling, and when a pulse voltage and an electric current are applied after cooling. 本発明の実施例4に係る除細動装置を示した構成図。The block diagram which showed the defibrillator which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る除細動装置を示した構成図。The block diagram which showed the defibrillator which concerns on Example 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板
12,502…ペルチェ素子
14…電位センサ/通電用電極
16a,16b,402…通電用電極
32…心房リード
34…心室リード
501…通電用パドル電極

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate 12,502 ... Peltier element 14 ... Electrode for potential sensor / energization 16a, 16b, 402 ... Electrode for conduction 32 ... Atrial lead 34 ... Ventricular lead 501 ... Paddle electrode for electricity supply

Claims (15)

心臓を可逆的に冷却する冷却装置を設けたことを特徴とする除細動装置。 A defibrillator having a cooling device for reversibly cooling the heart. 心室細動が検出された時には、前記冷却装置を駆動・制御する制御装置を有することを特徴とする請求項1に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 1, further comprising a control device that drives and controls the cooling device when ventricular fibrillation is detected. 前記心臓の心電信号を検出する心電信号検出装置を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 1, further comprising an electrocardiogram signal detection device that detects an electrocardiogram signal of the heart. 前記心電信号検出装置は、心房に挿入された心房リードと、心室に挿入された心室リードを有することを特徴とする請求項3に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 3, wherein the electrocardiographic signal detection device includes an atrial lead inserted into the atrium and a ventricular lead inserted into the ventricle. 前記心電信号検出装置は、患者の体表面に接着させた心電図記録電極を有することを特徴とする請求項3に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 3, wherein the electrocardiogram signal detection device has an electrocardiogram recording electrode adhered to a patient's body surface. 前記心室細動は、心房に挿入された心房リードと、心室に挿入された心室リードにより検出される心電信号から検出されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置。 3. The defibrillator according to claim 2, wherein the ventricular fibrillation is detected from an atrial lead inserted into the atrium and an electrocardiogram signal detected by the ventricular lead inserted into the ventricle. 前記心臓にパルス電圧・電流を印加する通電装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 1, further comprising an energization device that applies a pulse voltage / current to the heart. 前記冷却装置により心臓が冷却された後に、前記通電装置が駆動されて、前記パルス電圧・電流が心臓に印加されることを特徴とする請求項7に記載の除細動装置。 8. The defibrillator according to claim 7, wherein after the heart is cooled by the cooling device, the energization device is driven and the pulse voltage / current is applied to the heart. 前記通電装置は、前記冷却装置による心臓の冷却箇所に、前記パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 7 or 8, wherein the energization device includes an energization electrode that applies the pulse voltage / current to a location where the heart is cooled by the cooling device. 前記通電電極は、心臓の表面の複数の箇所に配設されていることを特徴とする請求項9に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 9, wherein the energizing electrode is disposed at a plurality of locations on the surface of the heart. 前記通電装置は、心房に挿入された心房リードと心室に挿入された心室リードの先端に設けられた、前記パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置。 The said electricity supply apparatus has the electricity supply electrode which applies the said pulse voltage and electric current provided in the front-end | tip of the atrial lead inserted in the atrium and the ventricular lead inserted in the ventricle. The defibrillator according to claim 8. 前記通電装置は、患者の体表面に設けられ、前記パルス電圧・電流を印加する通電電極を有することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の除細動装置。 The defibrillator according to claim 7 or 8, wherein the energization device includes an energization electrode that is provided on a body surface of a patient and applies the pulse voltage / current. 前記心室細動は、患者の体表面に接着させた心電図記録電極により検出された心電信号から検出されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置。 The defibrillation apparatus according to claim 2, wherein the ventricular fibrillation is detected from an electrocardiogram signal detected by an electrocardiogram recording electrode adhered to a body surface of a patient. 前記心室細動が消失していない場合に、パルス電圧・電流が心臓に印加されることを特徴とする請求項2に記載の除細動装置。 3. The defibrillator according to claim 2, wherein a pulse voltage / current is applied to the heart when the ventricular fibrillation has not disappeared. 前記パルス電圧・電流は、冷却装置によって冷却されている箇所に印加されることを特徴とする請求項7至請求項14の何れか1項に記載の除細動装置。
15. The defibrillator according to any one of claims 7 to 14, wherein the pulse voltage / current is applied to a portion cooled by a cooling device.
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