JP2007236992A

JP2007236992A - 細動除去のための装置

Info

Publication number: JP2007236992A
Application number: JP2007169689A
Authority: JP
Inventors: William L Post; ウィリアム・エル・ポスト
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2007-09-20
Also published as: EP0839555A2; US5728139A; DE69727883T2; EP0839555A3; DE69727883D1; EP0839555B1; JPH10127783A

Abstract

【課題】自動波形選択を行う改良された細動除去のための装置を提供する。
【解決手段】外部細動除去装置に使用され、２個以上の細動除去電極に利用することができる、効率的な細動除去のための装置であって、前記装置は、前記外部細動除去装置に取付けられた細動除去電極の電極数を検出する検出手段と、検出された前記電極数に応じて、前記検出電極数に対して最適化された波形が使用されるように、複数の波形の中から一波形を選択する選択手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、外部細動除去装置に適用される細動除去のための装置に関し、特に、自動波形選択を備えた改良された細動除去のための装置に関する。なお更に詳細に述べれば、本発明は使用中の電極の数を検出することによる自動波形選択手段を備えた改良された細動除去のための装置に関する。

心臓は４室、すなわち右心房、右心室、左心房、および左心室から構成されていると一般に記述されている。右心房と右心室との間に一方向弁（３尖弁）がある。右心室と肺を満たす動脈系との間に一方向弁（肺動脈弁）がある。左心房と左心室との間に一方向弁（僧帽弁）がある。そして、最後に、左心室と大動脈との間に一方向弁（大動脈弁）がある。

その機能動作を述べれば、心臓は静脈（血液を心臓に戻す大きい血管）により酸素枯渇血液を受ける。これら大きい血管は右心房に注いでいる。次に、右心房はこの酸素枯渇血液を、順に、肺動脈、肺を満たす毛細管床、および左心房に注ぐ肺動脈、から成る一つの長い連続流体経路に押し込む。連続経路は左心房で終わっているが、これは肺静脈と左心房との間に弁が存在しないということである。次に、左心房に入った酸素に富む血液が左心室に押し込まれる。最後に、左心室は血液を大動脈内に押し出す。

心臓は個別心臓筋肉繊維の組織的連続収縮により血液を汲み上げる。神経信号が心臓を通じて広がり、各筋肉繊維が応答して順に収縮する。その結果全体として血液を心臓を通して移動させる一つの心搏、または心臓脈動が生ずる。有効に汲み上げるには、筋肉繊維が組織的に収縮せねばならない。

前節で述べた神経信号は活動電位を心臓を通じて散布することにより効果を発揮する。
活動電位は、心臓の筋肉繊維が収縮することを報せる信号に関する情報のような、情報を伝える細胞膜電位の過渡変化である。心臓筋肉が静止していると、細胞膜のいずれかの側にかかる電位が一定電位を維持している。しかし、筋肉が電気的に、化学的に、または機械的に、刺激されると、膜のいずれかの側で反対に帯電しているイオンに膜を横断させる通路が膜の中に開き、このようなイオンは電気的または熱的に中立になろうとする。この事象の発生を「減極」という。イオンが最低エネルギ状態に向かうにつれてシステムにおける分極が少なくなるからである。刺激が十分大きければ、膜を横断するイオンから生ずる電位の変化は刺激により減極される膜の区域に直接隣接する膜の部分を減極するのに十分な大きさである。これが発生すると、活動電位が始まったと言われ、信号は減極区域に直接隣接する膜のその部分を減極する今述べた機構により繊維を通って伝播し続ける。活動電位のこの伝播は、ドミノの列が、最初のものが第２のものを軽く打ち、第２が第３に落ち込み、第３が第４に落ち込み、以下同様で、倒れる仕方に類似している。活動電位が膜の所定領域を通過して伝播してしまうと、細胞膜は「再分極」と言われるプロセスで自身をリセットする。再分極で、イオンは細胞膜を横断して活発に汲み戻され、分極状態を回復する。

上述の機能動作は心臓の電気化学的および機械的動作により下記のように達成される。
心臓の天性ペースメーカである洞房神経は電気化学的パルス、または活動電位を放出し、この活動電位から心臓のすべての後続する電気化学的および機械的活動が生ずる。洞房神経は右心房の非常に近くにあるので、最初の活動電位は殆ど直ちに右心房に到達し、同時に、活動電位は非常に速い節間束に沿って左心房に伝播し、その結果、心房はパルスを殆ど同時に受け取る。心臓の解剖学的構造のため、心房は最初、心房を心室から分離している房室弁から上流でパルスを受ける。パルスを受けると、最初に興奮した筋肉繊維が最初に収縮する。実際には、これが意味することは上流にある領域の心房が最初に収縮するので、血液は下流方向に押されるということである。この動作は練り歯磨きを管の閉端を最初に絞ることにより管から最も効果的に絞り出すことができる仕方に非常に良く似ている。

この時点で、心房は活動電位を受け取っているが、活動電位は心臓を通じて伝播し続ける。心臓が関係する今述べた活動と同時に、活動電位は三つの平行する節間束により房室結節に進んでいる。房室結節はアナログ遅れのように働き、この遅れは心房収縮が生ずる（更に多数の繊維が収縮に補給されるにつれて心房は終始多くの力で収縮する）ための時間を与え、これにより心房の機能が高まる。遅れ活動電位が房室神経を出てから、活動電位はヒスの束と言われる神経構造に沿って伝えられる。これに続いて、神経構造は分かれ、活動電位は左右の神経束分岐により右心室および左心室の領域に伝えられる。活動電位が右心室および左心室の領域に伝えられると、活動電位は、心室を通じて活動電位を非常に迅速に伝える非常に高速な伝達繊維であるプルキニエ繊維を活性にする。

心室が活性になる（減極される）と、心室は収縮し始める。心室は心房（この時点では収縮し続けている）よりはるかに強く、且つ一層迅速に収縮する。非常に急速に、心室内の圧力は心房の圧力に打ち勝ち、僧帽弁および３尖弁を共に締め切る（これら一方向弁の上流側にかかる圧力が下流側にかかる圧力より大きいので）。右心室の圧力が左心房を収縮させる圧力に打ち勝つと、肺動脈弁が開き、血液が、肺動脈、毛細管床、肺静脈、および左心房から成る流体経路内に汲み上げられる。これに続いて、左心室の圧力が大動脈の圧力に打ち勝つと、大動脈弁が開き、血液が大動脈内に押し込まれる。心室がその内容物の大部分を放出してしまうと、心室は緩和し始め、収縮し続ける左心房に近いため、肺動脈弁が一般に最初に閉じて、肺動脈弁および大動脈弁が共に閉じる。

緩和する心室の圧力が収縮し続ける心房の圧力より低下すると、房室弁（３尖弁および僧帽弁）が開き、心房は心室に血液を押し込む。心房がこの任務を完了すると、心房は緩和し、心臓は待ち状態に入り、その後前述のプロセス全体が次の洞房パルスにより再開する。

上に述べたように、活動電位は心臓を通じて整然とした波として進むので、心臓筋肉は血液を肺を介して心臓から外へ大動脈および身体の残りの部分を通して絞り出す。すなわち、非常に速いプルキニエ繊維さえ信号を最初に刺激されたものから最後に刺激されたものまで伝えるが、これにより正しい「押し」の方向が確保される。我々の練り歯磨きの相似性のたとえに戻ると、波の整然とした伝達により管が正しい端から確実に絞り出されることになる。

次に、美しく同期した活動電位が崩壊した場合に発生する事柄を想像しよう。事実、プルキニエ繊維を通る波が非同期になって、更に上流にある他の領域に時間的に続いて減極しようとした繊維の領域が、最初に減極しているはずの領域の前、または同時に自発的に減極するようになる場合に発生する事柄を特に想像しよう。この自発的減極の効果は、領域が同時に減極すれば、血液は前方（上流）におよび後方（下流）に同時に押され、どこにも進まないし、更に、領域が続いて減極されるが順序が良くなければ、血液は最初に後方に押され、次に前方に押されて結果的に血液がどこにも進まないことになるという点で、心臓をそれ自身に対して働かせることになることに注目のこと。この現象が大規模に発生するとき、結果を「繊維性攣縮」と言う。

原繊維は溝のある筋肉を長手方向に分割して形成することができる細い糸の一つである。「繊維性攣縮」は1800年代中期から後期に作り出された用語で、心臓の各筋肉繊維がランダムに且つ他の繊維と無関係に収縮していると見えるような点に対する上述の非同期化を指す。自発的活動電位が発生する筋肉繊維は収縮するので、およびこの収縮は如何にしても他の活動電位と同期しないので、結果は混沌とし、心臓筋肉の別の部分が同期して動作しないので血液が心臓から汲み上げられないという結果になる。事実、繊維性攣縮状態にある心臓は、筋肉の別々の帯または繊維の非同期的収縮がくねり曲がる芋虫が詰められている袋の表面に似ているので、芋虫の詰まった震える袋に似ているとしばしば記述される。

「細動除去」は、電圧および電流を加えることにより自発的に発生する活動電位から生ずる心室心筋の混沌とした無調整の収縮を停止させることを目的としている。細動除去は供給される電気エネルギが心臓筋肉の大部分を減極するのに十分大きくて究極的に心臓筋肉全体が同時に減極されるとき達成される。これが行われると、心臓筋肉のすべての部分が究極的に同時に再分極し、心臓がその休止状態となる。細動除去を考える相似的方法は心臓をその待ち状態にリセットすることである。次に、洞房神経が点火されると、細動除去は心臓のすべての部分を同期状態に戻すので、心臓筋肉は活動電位を正しく同期して伝える。

実際問題として、所要の一様な減極が生ずるように心臓を電気的に刺激するのは困難なときがあり、更に、刺激信号は、繊維性攣縮が一旦終了したらそれ自身、繊維性攣縮を再導入する可能性を避ける形式のものでなければならない。この目的で、生理学者は種々の色々な数の刺激用細動除去電極に関連して種々の色々な刺激波形を使用しようとしてきた。

実験によれば、種々の色々な数の細動除去電極とともに使用すべき最適の電気波形が存在することがわかっている。すなわち、２個の細動除去電極、３個の細動除去電極、４個の細動除去電極などとともに使用すべき最適波形が存在する。

残念ながら、種々な数の細動除去電極とともに使用するのに最適な波形の必要性が知られているが、従来技術はこの知識を完全に活用してこなかった。すなわち、現在の外部細動除去装置は、２、３、または４個の細動除去電極を使用していることに関係なく同じ波形を使用している。したがって、使用中の細動除去電極の数に基づき最適波形を選択する外部細動除去装置の必要性が存在することは明らかである。

この必要性は従来技術では取り上げられてこなかった。近年での細動除去の分野での活動の大部分は埋め込み可能細動除去装置の領域においてであった。後に示すように、従来技術では、細動除去の間の生物学的インピーダンスを検出し、このような検出に基づいて使用すべき最適波形を選択する装置が存在しているが、これらの装置は実際に細動除去装置接続された細動除去電極の数に基づいて波形を選択していない。

Ｗeiss（米国特許第5,184,616号）は細動除去装置で種々の波形を発生し、患者の必要性およびペースメーカ/細動除去装置のプログラムに基づいて細動除去電極に分配するエネルギ波形を変える手段を備えた装置を開示している。１６欄４５行、および１７欄２８行で、この特許は患者の「インピーダンス」変化に基づき波形を選択することを記述しているように見える。この装置は使用中の細動除去電極の数により波形を選択しているのではない。

Ｍehra（米国特許第5,014,696号）は細動除去電極システムに使用するよう最適化された多様な細動除去パルス体制の使用を含む心臓内細動除去電極システムを開示している。
この装置は使用中の細動除去電極の数により波形を選択することを開示または暗示していない。

Ｃudahy等（米国特許第5,184,620号）は多数電極パッド組立対を使用する方法を開示しているが、この方法は適切な刺激を電極に加えて電極側と接続電極との間の電圧差を細動除去および戻り経路の双方について測定することを備えている。この装置は使用中の細動除去電極の数により波形を選択することを開示または暗示していない。

前述の事実に鑑み、使用中の細動除去電極の数を検知し、検知した細動除去電極の数とともに使用するのに最適な波形を選択する、外部細動除去装置に使用するための改良された装置の必要性が存在することが明らかである。

したがって改良された細動除去のための装置を提供するのが本発明の一つの目的である。

本発明の他の目的は自動波形選択を行う改良された細動除去のための装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は使用中の電極の数を検出することにより自動波形選択を行う改良された細動除去のための装置を提供することである。

前述の目的は次に説明するようにして達成される。
外部細動除去装置に使用され、２個以上の細動除去電極に利用することができる、効率的な細動除去のための装置は、前記外部細動除去装置に取付けられた細動除去電極の電極数を検出する検出手段と、検出された前記電極数に応じて、前記検出電極数に対して最適化された波形が使用されるように、複数の波形の中から一波形を選択する選択手段と、を備える。
前記外部細動除去装置は複数の電極端子を備えており、前記検出手段は更に、各電極端子をチェックして開回路状態または閉回路状態のいずれであるかを検出する手段と、前記チェックした電極端子で閉回路状態が検出されれば、前記チェックした電極端子に対応する各細動除去電極が使用中であることを表す信号を出力し、または前記チェックした電極端子で開回路状態が検出されれば、前記チェックした各電極端子に対応する細動除去電極が不使用中であることを表す信号を出力する手段とを備えると良い。
さらに、前記選択手段は更に、細動除去電極の前記検出数に対して使用が最適化された一連の波形について蓄積記憶装置を調べる手段と、前記検出数の細動除去電極を前記最適化波形で活性化する手段とを備えると良い。

本発明の上述の他、別の目的、特徴、および長所は下記詳細に記した説明により明らかになるであろう。

本発明の特性であると信ぜられる新規な特徴を付記した特許請求の範囲に述べてある。
しかし、本発明自身ばかりでなく、好適な使用態様、更に他の目的、およびその長所も、例示実施例の下記詳細説明を付図と関連して参照することにより最も良く理解されるであろう。

本発明によれば、２以上の細動除去電極を用いて利用できる、外部細動除去装置に利用される、効率良い細動除去を行うための装置が提供される。この装置は、細動除去装置が使用中の細動除去電極の数に対して最適化された波形で患者を刺激することにより、効率良い細動除去を達成する。

次に図を参照し、特に図１を参照すると、本発明を実施するためのシステムの高レベル概略図が示されている。図１は多数の細動除去電極１２が取付けられている人物１０を示す。実際には、細動除去電極は通常一人以上の人間の操作員により所定位置に保持されるが、図１では、人間の操作員を図示してない。電極は導電ケーブル２６によりコネクタ１４に接続されている。コネクタ１４は細動除去電極１２を導電ケーブル２６により、電極端子１６と接続することにより、細動除去装置２４に接続している。検知回路１８はコネクタ１４が電極端子１６に設置されているか否かを検知する。検知回路１８はこの情報を波形選択回路２０に伝える。波形選択回路２０は使用中の細動除去電極１２の数に関する検知回路１８からの情報を受け取り（電極端子１６にあるコネクタ１４は関連する細動除去電極１２が使用中であることを示す）、その記憶装置を調べて、検知回路１８により使用中であると検知された細動除去電極１２の数と共に使用すべき最適波形を見いだす。波形選択回路２０はこの情報を細動除去駆動回路２２に伝え、細動除去駆動回路２２はこの情報を使用して細動除去電極１２を該当する最適化された波形で駆動する。

次に図２を参照すると、この図は図１に示す検知回路１８の第１実施例を示す概略図であり、コネクタ１４が電極端子１６に挿入されれば、コネクタ１４は結局電気接点３６に接続され、したがって電気接点３６の間に導電経路を与える。この導電経路が確定すると、電圧源４０からの電流が抵抗器３４を通って流れる。抵抗器３４の抵抗は非常に大きく、これら抵抗器は、人物１０により隔てられているどの二つの細動除去電極１２により形成される回路で生ずることのあるどんな抵抗より、その規模が多数桁高いことを意味している。この電流が流れ始めると、電流検知装置３０がその出力線３２に、閉回路状態が存在することを示す信号を出力する。閉回路状態は、電流検知装置３０が接続されている電極端子１６に対応する細動除去電極１２が使用中であることを示す。

次に、図３は図１に示す検知回路の第２実施例を示す概略図であり、電圧源４０が発光ダイオード４２を駆動している。電極端子１６には発光ダイオード４２により放出される光が通過できる通路５０がある。発光ダイオード４２により放出される光が通過できる通路５０を通して発光ダイオード４２に直接向き合っているのはフォトダイオード４４である。フォトダイオード４４が照らされているかぎり、電圧源４０からの電流は自由に流れ、電流検知装置４６は閉回路状態を検知する。しかし、コネクタ１４が電極端子１６に挿入されると、電極端子１６を通る通路が阻止され、フォトダイオード４４は、もはやどんな光をも受けず、遮断される。電流検知装置４６はもはや電流を検知せず、開回路状態が存在することを示す信号をその出力線４８に出力する。開回路状態は、電流検知装置４６が接続されている電極端子１６に対応する細動除去電極１２が使用中であることを示す。

図２において、電極端子１６にコネクタ１４が存在することは閉回路状態により示されている。図３において、電極端子１６にコネクタ１４が存在することは開回路状態により示されている。既に述べたように、これらの図は図１の検知回路１８の二つの別々の可能な実施例を表している。したがって、使用する実施例により、波形選択回路２０は開回路状態または閉回路状態に適切に応答するように構成されることになる。すなわち、波形選択回路２０が図２に示す実施例に使用されていれば、波形選択回路は閉回路状態を認識して、電極端子１６に対応する細動除去電極１２が使用中であることを示す。これに反して、波形選択回路が図３に示す実施例が使用されていれば、波形選択回路２０は開回路状態を認識して、電極端子１６に対応する細動除去電極１２が使用中であることを示す。

次に図４は使用中の電極の数に最適の波形を本発明のシステムに従って選択するプロセスを示す高レベルの論理流れ図である。ステップ５８はプロセスの始まりを示す。ステップ６０は各電極端子１６のチェックを示し、この場合、開回路状態または閉回路状態について、各細動除去電極１２に対応する各コネクタ１４が細動除去装置２４に接続されている。ステップ６２は、各電極端子１６で検出された、その各々が一定の細動除去電極１２に対応する開回路状態または閉回路状態が存在するか否かにより、細動除去電極１２を使用中であると指示することを示している。ステップ６４は、使用中であると検知された電極の数に対応する最適波形について波形選択回路２０が記憶装置を調べることを示している。ステップ６６は、波形選択回路２０がこの最適波形を記憶装置から選択することを示している。ステップ６８は使用中であると検知された細動除去電極１２を、これら使用中細動除去電極１２について最適化された波形で刺激することを示している。方法のステップ７０は最適波形を選択する方法の終了ステップを示している。

本発明を好適実施例を参照して特に図示し説明してきたが、当業者はこれに、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細目に種々の変更を行うことができることを理解するであろう。

本発明を実施するためのシステムの高レベル概略図を示す。図１に示す検知回路の第１実施例を示す概略図である。図１に示す検知回路の第２実施例を示す概略図である。使用中の電極の数に対して最適の波形を本発明のシステムに従って選択するプロセスを示す高レベル論理流れ図である。

符号の説明

１２細動除去電極
１４コネクタ
１６電極端子
１８検知回路（検知手段）
２０波形選択回路
２２細動除去駆動回路
２４外部細動除去装置
３０、４６電流検知装置
３２、４８出力線
４０電圧源

Claims

外部細動除去装置に使用され、２個以上の細動除去電極に利用することができる、効率的な細動除去のための装置であって、前記装置は、
前記外部細動除去装置に取付けられた細動除去電極の電極数を検出する検出手段と、
検出された前記電極数に応じて、前記検出電極数に対して最適化された波形が使用されるように、複数の波形の中から一波形を選択する選択手段と、を備えた細動除去のための装置。
前記外部細動除去装置は複数の電極端子を備えており、
前記検出手段は更に、
各電極端子をチェックして開回路状態または閉回路状態のいずれであるかを検出する手段と、
前記チェックした電極端子で閉回路状態が検出されれば、前記チェックした電極端子に対応する各細動除去電極が使用中であることを表す信号を出力し、または前記チェックした電極端子で開回路状態が検出されれば、前記チェックした各電極端子に対応する細動除去電極が不使用中であることを表す信号を出力する手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の細動除去のための装置。
前記選択手段は更に、
細動除去電極の前記検出数に対して使用が最適化された一連の波形について蓄積記憶装置を調べる手段と、
前記検出数の細動除去電極を前記最適化波形で活性化する手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の細動除去のための装置。