JP2011005008A - Heart treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心臓治療装置に関するものである。 The present invention relates to a heart treatment device.
従来、心臓の細動時または頻脈時に迷走神経を電気的に刺激することにより除細動する心臓治療装置が知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照。)。
2. Description of the Related Art Conventionally, heart treatment apparatuses that perform defibrillation by electrically stimulating the vagus nerve during cardiac fibrillation or tachycardia are known (see, for example,
しかしながら、特許文献1で迷走神経刺激に用いられている、パルス幅が0.1〜数msecの電気パルスでは、迷走神経に副作用を与える恐れがあり、さらにエネルギの低い電気パルスの使用が望まれる。また、特許文献1および2では、迷走神経へ供給された電気パルスが心拍検出回路へ回り込み、迷走神経の刺激中に心拍を正確に検出できなくなるという問題がある。この問題を解決するために、特許文献3では、迷走神経へ電気パルスを出力する迷走神経刺激ユニットと心拍検出ユニットとを電気的に絶縁することにより、電気パルスの心拍検出ユニットへの回り込みを防止している。しかしながら、互いに絶縁された領域にそれぞれ電力の供給源が設けられており、心臓治療装置の寸法および消費電力が大きくなるという不都合ある。
However, the electric pulse having a pulse width of 0.1 to several msec, which is used for vagus nerve stimulation in
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、刺激による迷走神経への副作用を防ぎ、また、心拍を正確に検出しながら小型化および消費電力の低減を図ることができる心臓治療装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and prevents cardiac side effects caused by stimulation, and can reduce the size and power consumption while accurately detecting the heartbeat. The object is to provide a device.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、心臓に配置された電極により心拍を検出する心拍検出部と、1次巻線側に前記心拍検出部が配置され、2次巻線が迷走神経に接続されたパルストランスと、前記心拍検出部によって検出された心拍に基づいて、前記パルストランスのET積を超えないパルス幅を有する電気パルスを前記パルストランスの1次巻線に供給するパルス発生部とを備える心臓治療装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a heartbeat detection unit that detects a heartbeat by means of an electrode disposed on a heart, a pulse transformer in which the heartbeat detection unit is disposed on a primary winding side, and a secondary winding is connected to a vagus nerve, Provided is a heart treatment device comprising: a pulse generation unit that supplies an electric pulse having a pulse width not exceeding an ET product of the pulse transformer to a primary winding of the pulse transformer based on the heartbeat detected by the heartbeat detection unit To do.
本発明によれば、心拍数が上昇して心拍検出部によって検出される心拍の時間間隔が短くなると、パルス発生部からパルストランスを介して迷走神経へ電気パルスが供給されて迷走神経が刺激されることにより、心拍数を低下させて安定させることができる。
この場合に、パルストランスのET積により制限される、十分に短いパルス幅の電気パルスが迷走神経に供給されるので、刺激による迷走神経への副作用を防ぐことができる。
According to the present invention, when the heart rate rises and the time interval of the heartbeat detected by the heartbeat detection unit is shortened, an electric pulse is supplied from the pulse generation unit to the vagus nerve via the pulse transformer to stimulate the vagus nerve. Thus, the heart rate can be lowered and stabilized.
In this case, since an electric pulse having a sufficiently short pulse width, which is limited by the ET product of the pulse transformer, is supplied to the vagus nerve, side effects on the vagus nerve due to stimulation can be prevented.
また、パルストランスによって心拍検出部と迷走神経とが電気的に絶縁されているので、迷走神経に供給された電気パルスの心拍検出部への回り込みが防止され、迷走神経の刺激中であっても正確に心拍を検出することができる。また、パルストランスの1次巻線側から2次巻線側へ電力を供給することにより、電力の供給源をパルストランスの1次巻線側にのみ設ければよい。これにより、心臓治療装置の小型化および消費電力の低減を図ることができる。 In addition, since the heartbeat detection unit and the vagus nerve are electrically insulated by the pulse transformer, the wraparound of the electric pulse supplied to the vagus nerve to the heartbeat detection unit is prevented, and even during stimulation of the vagus nerve Heartbeat can be detected accurately. Further, by supplying power from the primary winding side of the pulse transformer to the secondary winding side, a power supply source may be provided only on the primary winding side of the pulse transformer. Thereby, size reduction of a heart treatment apparatus and reduction of power consumption can be aimed at.
上記発明においては、前記パルストランスの1次巻線側に配置され、前記パルス発生部に電力を供給する電力供給部を備え、前記パルストランスは、前記1次巻線に対する前記2次巻線の巻線比が、前記電力供給部により供給される電力の電圧に対する前記電気パルスの電圧の比より大きいこととしてもよい。 In the above invention, the power supply unit is disposed on the primary winding side of the pulse transformer and supplies power to the pulse generation unit, and the pulse transformer includes the secondary winding with respect to the primary winding. The winding ratio may be larger than the ratio of the voltage of the electric pulse to the voltage of power supplied by the power supply unit.
このようにすることで、パルス発生部から出力された電気パルスは、パルストランスによって電力供給部の電圧から昇圧されて迷走神経に供給される。これにより、昇圧回路等の電気パルスの電圧を昇圧させる構成を不要にして、心臓治療装置の小型化および消費電力の低減をさらに図ることができる。 In this way, the electric pulse output from the pulse generator is boosted from the voltage of the power supply unit by the pulse transformer and supplied to the vagus nerve. As a result, the configuration for boosting the voltage of the electric pulse such as a booster circuit is not required, and the heart treatment device can be further downsized and the power consumption can be further reduced.
また、上記発明においては、前記パルストランスが、複数備えられ、前記パルス発生部が、前記電気パルスを連続して発生させ、前記各パルストランスと前記迷走神経との間に配置され、前記迷走神経から前記各パルストランスへ向かう電流を制限する整流回路と、連続する前記電気パルスが異なるパルストランスに供給されるように、前記パルス発生部から前記電気パルスが供給されるパルストランスを選択するトランス選択手段とを備えることとしてもよい。 Further, in the above invention, a plurality of the pulse transformers are provided, and the pulse generation unit continuously generates the electric pulse, and is disposed between each pulse transformer and the vagus nerve, and the vagus nerve A rectifier circuit that limits a current from the pulse generator to each of the pulse transformers, and a transformer selection that selects a pulse transformer to which the electric pulses are supplied from the pulse generator so that successive electric pulses are supplied to different pulse transformers It is good also as providing a means.
このようにすることで、個々の電気パルスのパルス幅が短く迷走神経の刺激に不十分であっても、複数のパルストランスから迷走神経へ電気パルスを連続して供給することにより、迷走神経に供給される電気パルス全体として十分に長いパルス幅を得ることができる。また、整流回路によって、意図しないパルストランスが負荷となることを防ぐことができる。また、一のパルストランスから迷走神経へ供給された電気パルスが、迷走神経を介して他のパルストランスに流れ込むことを防いで、電気パルスの心拍検出回路への回り込みをより確実に防止することができる。 In this way, even if the pulse width of each electric pulse is short and insufficient for stimulation of the vagus nerve, the electric pulse is continuously supplied to the vagus nerve from a plurality of pulse transformers to the vagus nerve. A sufficiently long pulse width can be obtained as the whole supplied electric pulse. The rectifier circuit can prevent an unintended pulse transformer from being a load. In addition, the electrical pulse supplied from one pulse transformer to the vagus nerve can be prevented from flowing into other pulse transformers via the vagus nerve, and the electrical pulse can be more reliably prevented from entering the heartbeat detection circuit. it can.
また、上記発明においては、前記パルス発生部が、電圧の異なる電気パルスを発生させることとしてもよい。
このようにすることで、電圧の異なる電気パルスを組み合わせて、迷走神経に供給される電気パルスの全体の形状を、迷走神経の刺激により適した形状に形成することにより、治療効果を向上することができる。
Moreover, in the said invention, the said pulse generation part is good also as generating the electric pulse from which a voltage differs.
In this way, by combining electrical pulses with different voltages, the overall shape of the electrical pulse supplied to the vagus nerve is formed into a shape more suitable for stimulation of the vagus nerve, thereby improving the therapeutic effect. Can do.
本発明によれば、刺激による迷走神経への副作用を防ぎ、また、心拍を正確に検出しながら小型化および消費電力の低減を図ることができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the side effect to the vagus nerve by a stimulus is prevented, and there exists an effect that size reduction and reduction of power consumption can be aimed at, detecting a heartbeat correctly.
本発明の一実施形態に係る心臓治療装置1について、図1〜図7を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る心臓治療装置1は、図1に示されるように、心拍を検出する心拍検出回路(心拍検出部)2と、心臓Aに除細動パルスおよびペーシングパルスをそれぞれ供給する除細動パルス発生部3およびペーシングパルス発生部4と、迷走神経Bに接続されたパルストランス5を備える迷走神経刺激部6と、除細動パルス発生部3、ペーシングパルス発生部4および迷走神経刺激部6を制御する制御部7とを備えている。
心拍検出回路2は、心臓Aに配置された電極の電位変化から得られる心電信号の波形に基づいて、心拍を検出する。
A
As shown in FIG. 1, the
The heartbeat detection circuit 2 detects a heartbeat based on a waveform of an electrocardiogram signal obtained from a potential change of an electrode arranged in the heart A.
除細動パルス発生部3およびペーシングパルス発生部4は、従来の心臓治療装置の構成と同様に、充電されたコンデンサ(図示略)から心臓Aへ電荷を瞬時に放出することにより、除細動パルスまたはペーシングパルスを発生させるようになっている。除細動パルス発生部3は、心臓Aに細動が生じたときに、心臓Aに接続された除細動用電極(図示略)を介して、除細動のための比較的エネルギの大きい除細動パルスを心臓Aに供給する。ペーシングパルス発生部4は、心臓Aに徐脈が生じたときに、除細動パルスよりエネルギが小さく、正常時における心拍数より時間間隔の短い連続したペーシングパルスを、心拍検出回路2と共通の電極を介して心臓Aに供給する。
The
迷走神経刺激部6は、制御部7からディジタル信号が入力されるDA変換器(パルス発生部)8と、1次巻線5aがDA変換器8に接続され、2次巻線5bが迷走神経Bに接続されたパルストランス5とを備えている。ディジタル信号が制御部7からDA変換器8に入力されると、DA変換器8によって方形波のアナログ信号、すなわち、刺激パルス(電気パルス)に変換されてパルストランス5の1次巻線5aに入力される。これにより、パルストランス5の2次巻線5bに接続された迷走神経Bに刺激パルスを供給して迷走神経Bを刺激することができる。このときに、DA変換器8は、心臓治療装置1が備える電池9の電圧と略同一の大きさの電圧の刺激パルスを出力する。
The vagus
パルストランス5は、一般に、そのET積が大きいものほど寸法が大きくなり、生体内に埋め込むのに適した外径寸法のものが選択される。また、パルストランス5は、迷走神経Bに供給すべき刺激パルスの電圧に応じて、その1次巻線5aと2次巻線5bとの巻線比が適したものが選択される。
In general, the
例えば、一般に埋め込み型の心臓治療装置に用いられている電圧が3Vの電池9と、ET積が3V・μsのパルストランス5を用いるとする。この場合、パルストランス5の1次巻線5aに供給される刺激パルスの電圧を3Vとすれば、そのときのパルス幅の上限は、約1μsとなる。また、パルストランス5は、1次巻線5aと2次巻線5bとの巻線比が1:3のものを用いるとする。これにより、図1のb点における刺激パルスの電圧は、図2(a),(b)に実線で示されるように、図1のa点における刺激パルスの電圧の3倍、すなわち、9Vに昇圧されるようになっている。
For example, it is assumed that a battery 9 having a voltage of 3V and a
制御部7は、心拍検出回路2によって逐次検出される心拍の時間間隔Tを監視する。そして、制御部7は、心拍の時間間隔Tが、第1の所定の下限T1より小さい場合に頻脈を、第1の所定の下限よりさらに小さい第2の所定の下限T2より小さい場合に細動を、また、所定の上限T3より大きい場合に徐脈を判定する。制御部7は、上記の異常を判定すると、その判定に基づいて、除細動パルス発生部3またはペーシングパルス発生部4により除細動パルスまたはペーシングパルスを出力させ、あるいは、DA変換器8にディジタル信号を出力する。
The
このように構成された心臓治療装置1の動作および作用について、図3を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る心臓治療装置1は、心拍の検出を開始すると(ステップS1)、心拍の時間間隔Tを常時監視する(ステップS2)。心臓Aが細動を起こして心拍の時間間隔Tが第2の所定の下限T2を下回ると(ステップS3)、心臓Aに除細動パルスが供給されて(ステップS4)除細動が行われる。
The operation and action of the thus configured
When the
また、心臓Aが頻脈を起こして心拍の時間間隔Tが第1の所定の下限T1を下回ると(ステップS5)、迷走神経Bに刺激パルスが出力されて(ステップS6)心拍数が正常範囲まで低下させられる。また、心臓Aが徐脈を起こして心拍の時間間隔Tが所定の上限T3を超えると(ステップS7)、心臓Aにペーシングパルスが出力されて(ステップS8)心拍が正常範囲まで上昇させられる。 When the heart A has a tachycardia and the heartbeat time interval T falls below the first predetermined lower limit T1 (step S5), a stimulation pulse is output to the vagus nerve B (step S6), and the heart rate is in the normal range. Can be lowered. When the heart A causes bradycardia and the heartbeat time interval T exceeds a predetermined upper limit T3 (step S7), a pacing pulse is output to the heart A (step S8), and the heartbeat is raised to the normal range.
この場合に、本実施形態によれば、心拍検出回路2と迷走神経Bとが、パルストランス5の異なる巻線5a,5b側に配置されて互いに電気的に絶縁されつつ、パルストランス5の1次巻線5a側で生成された刺激パルスが迷走神経Bまで伝達される。これにより、刺激パルスの心拍検出回路2への回り込みが防止され、迷走神経Bを刺激している最中であっても、心拍を正確に検出することができるという利点がある。また、電力の供給源が1つで済むので、心臓治療装置1の消費電力の削減と小型化を図ることができるという利点がある。
In this case, according to the present embodiment, the heartbeat detection circuit 2 and the vagus nerve B are arranged on the
また、パルストランス5の1次巻線5a側で生成された刺激パルスは、電池9の電圧から迷走神経Bの刺激に適した電圧までパルストランス5によって昇圧されるので、DA変換器8により生成された刺激パルスを昇圧するための昇圧回路等の構成が不要になる。これにより、心臓治療装置1の低消費電力化および小型化をさらに図ることができるという利点がある。また、従来迷走神経Bの刺激に用いられる電気パルスのパルス幅に比べて、パルス幅が十分に短い刺激パルスを用いることにより、迷走神経Bへの副作用を防ぐことができるという利点がある。
In addition, the stimulation pulse generated on the primary winding 5a side of the
上記実施形態においては、刺激パルスをバースト状に迷走神経Bに供給することとしてもよい。
例えば、図2(a),(b)の鎖線で示されるように、個々の刺激パルスのパルス幅と同程度の時間間隔を空けて刺激パルスを複数回出力する。これにより、迷走神経Bをより強く刺激して頻脈をより効果的に停止させることができる。
In the above embodiment, the stimulation pulse may be supplied to the vagus nerve B in a burst shape.
For example, as indicated by the chain line in FIGS. 2A and 2B, the stimulation pulse is output a plurality of times with a time interval similar to the pulse width of each stimulation pulse. Thereby, the vagus nerve B can be stimulated more strongly and tachycardia can be stopped more effectively.
また、上記実施形態においては、1つのパルストランス5を用いて刺激パルスを迷走神経Bへ供給することとしたが、これに代えて、複数のパルストランス5を用いて刺激パルスを連続的に迷走神経Bへ供給することとしてもよい。
小型のパルストランス5を用いる場合、そのET積が比較的低くなるため、1つのパルストランス5に一度に供給できる刺激パルスのパルス幅は比較的短く制限される。したがって、上記に例示したように、従来の心臓治療装置の構成に基づいた設計によれば、本実施形態の心臓治療装置1において実際に用いられるパルス幅は1μs程度になる。
In the above embodiment, the stimulation pulse is supplied to the vagus nerve B using one
When the
例えば、図4に示されるように、2つのDA変換器8およびパルストランス5を用いた場合、制御部(トランス選択手段)7から連続して出力されるディジタル信号を各DA変換器8に交互に入力する。これにより、図5(a),(b)に示されるように、図4のa点およびb点において刺激パルスが交互に生成される。これらの刺激パルスは、図5(c)に示されるように、図3のc点において、パルス幅が拡張された1つの刺激パルスとして見なすことができる。すなわち、パルス幅が拡張されてエネルギが増大された刺激パルスが迷走神経Bに供給される。
For example, as shown in FIG. 4, when two
なお、この場合、意図しないパルストランス5が、DA変換器8から出力された刺激パルスの負荷となることを防ぐため、各パルストランス5の後段にダイオード等の整流回路10が設けられる。また、これにより、一方のパルストランス5から迷走神経Bに供給された刺激パルスが、迷走神経Bを介して他方のパルストラス5へ逆方向に流れ込むことが防止される。
In this case, a
このように構成された迷走神経刺激部6の動作を、図6を参照して以下に説明する。なお、パルス幅Xは、個々の刺激パルスのパルス幅を示し、パルス幅Yは、迷走神経Bに供給すべき複数の刺激パルス全体のパルス幅を示している。
迷走神経刺激部6は、制御部7により頻脈が判定されると、制御部7により決定された刺激パルスの仕様(ステップS11)に合わせて、DA変換器8の出力電圧を設定し(ステップS12)、また、該出力電圧とパルストランス5のET積とにより制限される刺激パルスのパルス幅Xを決定する(ステップS13)。そして、迷走神経Bに供給された刺激パルスのパルス幅の総和に対する変数Zをパルス幅Yに設定し(ステップS14)、一方のDA変換器8を選択する(ステップS15)。
The operation of the vagus
When tachycardia is determined by the
変数Zが、パルス幅Xより大きければ(ステップS16)、パルス幅Xの刺激パルスを出力して(ステップS17)、出力したパルス幅Xを変数Zから減算し(ステップS18)、また、DA変換器8を他方に切り替えながら(ステップSS19)パルス幅Xの刺激パルスの出力を繰り返す。そして、変数Zが、パルス幅Xより小さくなったら(ステップS16)、パルス幅Zの刺激パルスを出力する(ステップS20)。これにより、全体としてパルス幅Yの刺激パルスが迷走神経Bに供給される。
If the variable Z is larger than the pulse width X (step S16), the stimulation pulse having the pulse width X is output (step S17), the output pulse width X is subtracted from the variable Z (step S18), and DA conversion is performed. The output of the stimulation pulse having the pulse width X is repeated while switching the
このようにして、所定の時間周期で(ステップS21)、カウンタをインクリメントしながら(ステップS22)、パルス幅Yの刺激パルスの迷走神経Bへの供給を所定の回数繰り返す(ステップS23)。設定された持続時間にわたる刺激が完了したら、一定期間、例えば、60秒から持続時間を減算した時間、制御部7が心拍を監視することにより(ステップS24)、頻脈が停止したか否かが判定される。
In this manner, the supply of the stimulation pulse having the pulse width Y to the vagus nerve B is repeated a predetermined number of times (step S23) while incrementing the counter (step S22) at a predetermined time period (step S21). When the stimulation over the set duration is completed, whether or not the tachycardia is stopped by the
このようにすることで、パルストランス5から出力される個々の刺激パルスのエネルギでは迷走神経Bの刺激に不十分であっても、刺激パルスのエネルギを適切に増大させることができる。
なお、この場合に、1つのDA変換器8から、スイッチ等により経路を交互に切り替えながら、各パルストランス5に刺激パルスを供給することとしてもよい。このようにすることで、心臓治療装置1の構成をより簡易にしてさらに小型化を図ることができる。
By doing in this way, even if the energy of each stimulation pulse output from the
In this case, a stimulation pulse may be supplied from each
また、複数のパルストランス5を用いる場合、各パルストランス5に入力される各刺激パルスの電圧を変化させることとしてもよい。
例えば、図7(a),(b)に示されるように、電圧を上昇および下降させながら刺激パルスを各パルストランス5に交互に入力すると、図7(c)に示されるように、刺激パルスが、全体として近似的に三角波に形成される。このようにすることで、迷走神経Bに供給される刺激パルスが、方形波だけではなく様々な形状に形成され、治療により適した形状の刺激パルスを用いることにより、心臓治療装置1による治療効果の向上を図ることができる。
When a plurality of
For example, as shown in FIGS. 7A and 7B, when a stimulation pulse is alternately input to each
1 心臓治療装置
2 心拍検出回路(心拍検出部)
3 除細動パルス発生部
4 ペーシングパルス発生部
5 パルストランス
5a 1次巻線
5b 2次巻線
6 迷走神経刺激部
7 制御部(トランス選択手段)
8 DA変換器(パルス発生部)
9 電池(電力供給部)
10 整流回路
A 心臓
B 迷走神経
1 heart treatment device 2 heart rate detection circuit (heart rate detection unit)
DESCRIPTION OF
8 DA converter (pulse generator)
9 Battery (Power supply unit)
10 Rectifier circuit A Heart B Vagus nerve
Claims (4)
1次巻線側に前記心拍検出部が配置され、2次巻線が迷走神経に接続されたパルストランスと、
前記心拍検出部によって検出された心拍に基づいて、前記パルストランスのET積を超えないパルス幅を有する電気パルスを前記パルストランスの1次巻線に供給するパルス発生部とを備える心臓治療装置。 A heart rate detection unit for detecting a heart rate by means of an electrode disposed on the heart;
A pulse transformer in which the heartbeat detection unit is arranged on the primary winding side, and the secondary winding is connected to the vagus nerve;
A heart treatment apparatus comprising: a pulse generation unit that supplies an electric pulse having a pulse width not exceeding an ET product of the pulse transformer to a primary winding of the pulse transformer based on the heartbeat detected by the heartbeat detection unit.
前記パルストランスは、前記1次巻線に対する前記2次巻線の巻線比が、前記電力供給部により供給される電力の電圧に対する前記電気パルスの電圧の比より大きい請求項1に記載の心臓治療装置。 A power supply unit disposed on the primary winding side of the pulse transformer, for supplying power to the pulse generation unit;
2. The heart according to claim 1, wherein the pulse transformer has a winding ratio of the secondary winding to the primary winding larger than a ratio of the voltage of the electric pulse to the voltage of power supplied by the power supply unit. Therapeutic device.
前記パルス発生部が、前記電気パルスを連続して発生させ、
前記各パルストランスと前記迷走神経との間に配置され、前記迷走神経から前記各パルストランスへ向かう電流を制限する整流回路と、
連続する前記電気パルスが異なるパルストランスに供給されるように、前記パルス発生部により前記電気パルスが供給されるパルストランスを選択するトランス選択手段とを備える請求項1に記載の心臓治療装置。 A plurality of the pulse transformers are provided,
The pulse generator continuously generates the electrical pulses;
A rectifier circuit that is arranged between each pulse transformer and the vagus nerve and limits a current from the vagus nerve to each pulse transformer;
The heart treatment device according to claim 1, further comprising: a transformer selection unit that selects a pulse transformer to which the electric pulse is supplied by the pulse generation unit so that the continuous electric pulse is supplied to different pulse transformers.
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