JP2011050627A

JP2011050627A - 心臓治療装置

Info

Publication number: JP2011050627A
Application number: JP2009203556A
Authority: JP
Inventors: Takeo Usui; 健夫碓井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: JP5379613B2

Abstract

【課題】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りつつ、適切な強さの刺激を迷走神経に与える。
【解決手段】心臓Ａに配置される電極２ａを備え心拍を検出する心拍検出部２と、迷走神経Ｂに接続される神経接続部５と、心拍検出部２が１次巻線６ａ側に接続され、神経接続部５が２次巻線６ｂ側に接続されたパルストランス６と、心拍検出部２によって検出された心拍に応じて、パルストランス６のＥＴ積を超えないパルス幅を有し時間間隔をあけて連続する電気パルスをパルストランス６の１次巻線６ａに供給するパルス発生部１０と、該パルス発生部１０によりパルストランス６の１次巻線６ａに供給される連続する電気パルスの数を制御する制御部９と、パルストランス６の２次巻線６ｂと神経接続部５との間に接続され、２次巻線６ｂから伝達された電気パルスの電圧を平滑化する平滑手段７とを備える心臓治療装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、心臓治療装置に関するものである。

従来、心臓に細動や頻脈が発生したときに、迷走神経を電気的に刺激することにより心拍数を低下させる心臓治療装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）

特開平８−３８６２５号公報特開２００９−２８３９７号公報

しかしながら、特許文献１で用いられている、パルス幅が０．１〜数ｍｓｅｃの電気パルスは、治療効果以外の影響を迷走神経に与える可能性があるため、より小さいエネルギの電気パルスの使用が望まれる。また、特許文献１では、迷走神経に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。

特許文献２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がある。また、電気パルスに対する迷走神経の感度には個体差があり、電気パルスのエネルギの大きさは患者毎に設定されることが望ましい。しかしながら、特許文献１および特許文献２の装置はそのための構成を備えておらず、電気パルスの仕様を患者毎に最適に設定できないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化および消費電力の低減を図りながら心拍を正確に検出しつつ、適切な強さの刺激を迷走神経に与え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。

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、心臓に配置される電極を備え心拍を検出する心拍検出部と、迷走神経に接続される神経接続部と、前記心拍検出部が１次巻線側に接続され、前記神経接続部が２次巻線側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応じて、前記パルストランスのＥＴ積を超えないパルス幅を有し時間間隔をあけて連続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、該パルス発生部により前記パルストランスの１次巻線に供給される前記連続する電気パルスの数を制御する制御部と、前記パルストランスの２次巻線と前記神経接続部との間に接続され、前記２次巻線から伝達された前記連続する電気パルスの電圧を平滑化する平滑手段とを備える心臓治療装置を提供する。

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ることにより、迷走神経を刺激して心拍数を低下させることができる。
この場合に、パルス発生部から出力された個々の電気パルスは、パルストランスのＥＴ積によって制限される十分に小さいエネルギを有しつつ、それらは平滑手段によって平滑化されることにより一体化して迷走神経に供給される。

すなわち、制御部によりパルストランスに供給される電気パルスの数を増減させるだけで、迷走神経に供給される電気パルス全体のエネルギの大きさが簡便に調節され、治療に必要とされる適切な強度の刺激を迷走神経に与えることができる。また、パルストランスのＥＴ積は小さくてもよいので、より寸法の小さなパルストランスを用いて心臓治療装置の小型化を図ることができる。

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、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２次巻線側に電力の供給源は不要であるので、心臓治療装置の消費電力の低減と小型化を図ることができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記連続する電気パルスを前記パルストランスの１次巻線に供給した後に、前記心拍検出部により検出された心拍の変化に応じて前記連続する電気パルスの数を制御することとしてもよい。
このようにすることで、治療効果の有無に応じて刺激が強くまたは弱く調節されながら迷走神経に与えられる。これにより、迷走神経への負荷の低減と治療効果の向上とをさらに図ることができる。

本発明によれば、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りつつ、適切な強さの刺激を迷走神経に与えることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る心臓治療装置の全体構成図である。図１の心臓治療装置が１つの刺激パルスを発生させたときの、（ａ）ａ点、（ｂ）ｂ点および（ｃ）ｃ点における刺激パルスの形状を示す図である。図１の心臓治療装置が連続する刺激パルスを発生させたときの、（ａ）ａ点、（ｂ）ｂ点および（ｃ）ｃ点における刺激パルスの形状を示す図である。図１の心臓治療装置の迷走神経刺激時の動作を説明するフローチャートである。

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４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に配置された神経電極（神経接続部）５と、パルストランス６および平滑回路（平滑手段）７を有し神経電極５に刺激パルスを供給する迷走神経刺激部８と、各パルスの供給を制御する制御部９とを備えている。

心拍検出回路２は、心臓Ａに配置されたセンシングペーシング電極（電極）２ａ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。
除細動パルス発生部３は、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発生させ、心臓Ａに配置された除細動電極３ａを介して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、除細動パルスよりエネルギが小さく、洞調律時の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発生させ、心拍検出回路２と共通のセンシングペーシング電極２ａを介してペーシングパルスを心臓Ａに供給する。

迷走神経刺激部８は、制御部９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）１０を備え、該ＤＡ変換器１０はパルストランス６の１次巻線６ａに接続されている。パルストランス６の２次巻線６ｂは、平滑回路７を介して神経電極５に接続されている。平滑回路７は、例えば、ダイオードなどの整流素子７ａとコンデンサ７ｂとを備えたものが用いられる。

ＤＡ変換器１０は、制御部９から入力されたディジタル信号を、図２（ａ）に示されるように、矩形波のアナログ信号、すなわち、刺激パルス（電気パルス）に変換して出力する。出力された刺激パルスは、パルストランス６の１次巻線６ａから２次巻線６ｂへ伝達されると、図２（ｂ）に示されるように、波形が歪み、さらに平滑回路７を通過すると、図２（ｃ）に示されるように、電圧が平滑化されて波形の立ち上がりと立ち下がりが緩やかになる。そして、平滑化された刺激パルスが、神経電極５を介して迷走神経Ｂに供給される。

ここで、制御部９からＤＡ変換器１０に、十分に短い時間間隔をあけて連続してディジタル信号が入力されると、図３（ａ）に示されるように、連続する刺激パルスが生成され、パルストランス６によって波形が歪められると、図３（ｂ）に示されるように、刺激パルスの立ち下がり部分とその直後の刺激パルスの立ち上がり部分が重なり合う。これにより、連続する刺激パルスは、１つのパルスに形成されてパルス幅が拡張され、図３（ｃ）に示されるように、電圧が略均一に形成されて迷走神経Ｂに供給される。このときに、連続した刺激パルスの電圧が十分に平滑化されるように、平滑回路７は、コンデンサ７ｂの容量などの仕様が適切なものが用いられる。

パルストランス６は、その１次巻線６ａ側に設けられた電池１１の電圧および迷走神経Ｂに供給すべき刺激パルスの電圧に基づいて、１次巻線６ａと２次巻線６ｂとの巻線比が選択される。また、パルストランス６は、一般にそのＥＴ積が大きいほど寸法が大きくなるが、体内に埋め込むのに適した十分に外径寸法が小さいもの、すなわち、比較的ＥＴ積が小さいものが用いられる。

制御部９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から心拍数を算出する。そして、制御部９は、心拍数が、第１の所定の上限Ｔ１を超えた場合に頻脈、第１の所定の上限Ｔ１より大きな第２の所定の上限を超えた場合に細動、また、所定の下限を下回った場合に徐脈であると判定する。制御部９は、細動であると判定すると除細動パルス発生部３より除細動パルスを出力させ、徐脈であると判定するとペーシングパルス発生部４によりペーシングパルスを出力させる。

また、制御部９は、頻脈であると判定すると、ディジタル信号を十分に短い時間間隔をあけて連続してＤＡ変換器１０に出力する。このときに生成される連続する刺激パルスは、例えば、ＤＡ変換器１０から出力される刺激パルスの電圧が１０Ｖであり、パルストランス６のＥＴ積が３０μｓ・Ｖであるとすると、個々の刺激パルスのパルス幅は２μｓ、刺激パルスの時間間隔は０．５μｓに設定される。この場合の１つに形成された刺激パルス全体のパルス幅は、制御部９が連続して出力するディジタル信号の数を１つ増加するごとに２．５μｓだけ拡張される。

制御部９が連続して出力するディジタル信号の数は、迷走神経Ｂに供給すべきエネルギの大きさに基づいて設定される。例えば、心臓治療装置１を患者の体内に埋め込んだ際に、ディジタル信号の数を徐々に増加させながら刺激パルスを迷走神経Ｂに供給し、迷走神経Ｂの応答の可否を観察する。これにより、迷走神経Ｂが応答を示す最少のディジタル信号の数、すなわち、迷走神経Ｂの捕捉閾値を調べ、そのときのディジタル信号の数をその患者の迷走神経Ｂに与える連続する刺激パルスの数の最小値として設定する。そして、最小値以上であり、迷走神経Ｂに過度な負荷を与えない範囲で、ディジタル信号の数を設定する。

また、制御部９は、刺激パルスを供給させた後の心拍数が第１の所定の上限Ｔ１を下回らずに再び刺激パルスを供給させる場合には、直前の刺激パルスの供給前後の心拍数を比較する。そして、制御部９は、刺激パルス供給後の心拍数の方が供給前の心拍数より低い場合には、次に出力するディジタル信号の数を減少させ、刺激パルス供給後の心拍数が供給前と同じまたはそれより高い場合には、次に出力するディジタル信号の数を増加させるようになっている。

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４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、心拍数を常時監視する。心臓治療装置１は、心臓Ａに細動が発生して心拍数が第２の所定の上限を超えると、心臓Ａに除細動パルスを供給して除細動を行う。また、心臓治療装置１は、心臓Ａに徐脈が発生して心拍数が所定の下限を下回ると、心臓Ａにペーシングパルスを供給して心拍数を正常範囲まで上昇させる。

また、心臓治療装置１は、心臓Ａに頻脈が発生して心拍数が第１の所定の上限Ｔ１を超えると、迷走神経Ｂに刺激パルスを出力し（ステップＳ１）、その後に計測された心拍数（ステップＳ２）が正常値まで低下したか否かを判断する（ステップＳ３）。そして、心拍数が正常値まで低下していれば、心臓治療装置１は再び心拍数の監視を続ける。

一方、刺激パルスを供給しても心拍数が正常値まで戻らない場合、心臓治療装置１は、刺激パルスの供給前後で心拍数が低下したか否かを判断する（ステップＳ４）。そして、心拍数が刺激前後で低下している場合には刺激パルスの数を減少させて（ステップＳ５）迷走神経Ｂを再び刺激し（ステップＳ１）、心拍数が刺激前後で低下していない場合には刺激パルスの数を増加させて（ステップＳ６）迷走神経Ｂを再び刺激する（ステップＳ１）。以下、迷走神経Ｂ刺激後の心拍数が正常値まで下がるまで同様の動作を繰り返す。

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６の異なる巻線６ａ，６ｂ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６の１次巻線６ａ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、電力の供給源がパルストランス６の１次巻線６ａ側に配置された１つの電池１１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。

また、パルストランス６によりエネルギが小さく制限された複数の刺激パルスから１つのパルスを形成して迷走神経Ｂに供給することにより、迷走神経Ｂに供給される刺激パルス全体のエネルギの大きさが、十分に小さな幅で適切にかつ簡便に調節される。これにより、迷走神経Ｂに過度な負荷を与えることを防ぎつつ、個々の患者の治療に合った適切な強度の刺激を迷走神経Ｂに与えることができるという利点がある。

また、個々の刺激パルスのエネルギをより小さくすることが可能となるので、パルストランス６のＥＴ積を小さくしてその寸法を縮小し、さらに心臓治療装置１の小型化を図ることができる。また、個々の刺激パルスのエネルギをより小さくすることにより、迷走神経Ｂに供給される刺激パルス全体のエネルギをより細かいパルス幅で調節して、より最適な強度で迷走神経Ｂを刺激することができる。

また、迷走神経Ｂを刺激する際に、刺激パルスの効果が表れているか否かに応じてそのエネルギの大きさが調節される。これにより、刺激の効果が表れているときには、刺激が弱められながら迷走神経Ｂに与えられ、迷走神経Ｂへの負担をより軽減することができる。また、刺激の効果が表れていないときには、効果の有無を判断しながら刺激が徐々に強められ、迷走神経Ｂに過度な刺激を与えることを防ぐことができる。

１心臓治療装置
２心拍検出回路（心拍検出部）
２ａセンシングペーング電極（電極）
３除細動パルス発生部
３ａ除細動電極
４ペーシングパルス発生部
５神経電極（神経接続部）
６パルストランス
６ａ１次巻線
６ｂ２次巻線
７平滑回路（平滑手段）
７ａ整流素子
７ｂコンデンサ
８迷走神経刺激部
９制御部
１０ＤＡ変換器（パルス発生部）
１１電池
Ａ心臓
Ｂ迷走神経

Claims

心臓に配置される電極を備え心拍を検出する心拍検出部と、
迷走神経に接続される神経接続部と、
前記心拍検出部が１次巻線側に接続され、前記神経接続部が２次巻線側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応じて、前記パルストランスのＥＴ積を超えないパルス幅を有し時間間隔をあけて連続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、
該パルス発生部により前記パルストランスの１次巻線に供給される前記連続する電気パルスの数を制御する制御部と、
前記パルストランスの２次巻線と前記神経接続部との間に接続され、前記２次巻線から伝達された前記連続する電気パルスの電圧を平滑化する平滑手段とを備える心臓治療装置。
前記制御部が、前記連続する電気パルスを前記パルストランスの１次巻線に供給した後に、前記心拍検出部により検出された心拍の変化に応じて前記連続する電気パルスの数を制御する請求項１に記載の心臓治療装置。