JP2012055518A

JP2012055518A - 神経刺激装置

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Publication number: JP2012055518A
Application number: JP2010202180A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yorimoto; 竜一頼本; Hiroki Hibino; 浩樹日比野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: US20120065707A1; JP5669487B2

Abstract

【課題】心臓の活動状態を正確に判定し、適切なタイミングで迷走神経を刺激する。
【解決手段】心電信号を検出する検出部と、迷走神経を刺激する電気パルスを発生する神経刺激部と、前記検出部により検出された心電信号に基づいて心臓の活動状態を判定し、判定結果に応じて前記神経刺激部を制御する制御部とを備え、該制御部が、心臓の活動状態を判定する判定期間と、心臓の活動状態を判定しない非判定期間とを有し、電気パルスの発生期間を前記非判定期間内に制限して前記神経刺激部から電気パルスを発生させる神経刺激装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、神経刺激装置に関するものである。

従来、頻脈性の不整脈を防止し、心拍数を制御する心臓治療装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。一般に、交感神経の信号活動が高まると心活動が向上し、迷走神経の信号活動が高まると心活動が低下する。特許文献１に記載の心臓治療装置は、心拍数が所定のレートよりも少ないときは電気パルスにより心臓を刺激し、一方、心拍数が所定のレートよりも多いときは心臓を刺激せずに電気パルスにより迷走神経を刺激する。このようにすることで、心拍数を低値に制御することとしている。

特開２００４−１７３７９０号公報

しかしながら、心拍の時間情報に基づいて心臓の電気的活動あるいは機械的活動を判定し、判定結果に応じて迷走神経に電気パルス刺激を与える場合、電気パルスが生体を介して心拍検出回路に回り込み、心拍を精度よく検出できないことがある。この場合、心臓活動の判定に誤検出が生じ、正しく診断することができなくなる不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、心臓の活動状態を正確に判定し、適切なタイミングで迷走神経を刺激することができる神経刺激装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、心電信号を検出する検出部と、迷走神経を刺激する電気パルスを発生する神経刺激部と、前記検出部により検出された心電信号に基づいて心臓の活動状態を判定し、判定結果に応じて前記神経刺激部を制御する制御部とを備え、該制御部が、心臓の活動状態を判定する判定期間と、心臓の活動状態を判定しない非判定期間とを有し、電気パルスの発生期間を前記非判定期間内に制限して前記神経刺激部から電気パルスを発生させる神経刺激装置を提供する。

本発明によれば、制御部の作動により、心電信号に基づいて判定された心臓の活動状態に応じて、神経刺激部から電気パルスが発生され迷走神経が刺激される。この場合において、電気パルスの発生期間を非判定期間内に制限することにより、判定期間中は電気パルスの発生が停止され、検出部に電気パルスが生体を介して回り込むことを防止することができる。これにより、判定期間中に検出部により検出される心電信号に電気パルスが混入するのを回避することができる。

したがって、制御部において、検出部によって電気パルスの影響を受けずに検出された正確な心電信号に基づいて心臓の活動状態を正確に判定することができ、適切なタイミングで迷走神経を刺激することができる。

上記発明においては、前記非判定期間が、前記検出部によりＲ波を含む心電信号が検出されてからＴ波を含む心電信号が検出されるまでの期間であることとしてもよい。
Ｒ波は心室が収縮したときに現れ、Ｔ波は収縮した心臓が元に戻るときに現れる。したがって、検出部によりＲ波を含む心電信号が検出されてからＴ波を含む心電信号が検出されるまでの期間を非判定期間とすることで、制御部において、ペーシングあるいは自発による心臓活動等に伴う電位変化を不必要に判定するのを回避することができる。

また、上記発明においては、前記制御部が、心臓の活動状態の判定結果に応じて、前記非判定期間を延長することとしてもよい。
このように構成することで、制御部による心臓の活動状態の判定の結果、予め設定された非判定期間を超えて電気パルスを発生させる必要が生じた場合に、非判定期間を延長して電気パルスの発生期間を延長後の非判定期間内に収めることができる。これにより、必要な電気パルスの発生期間を短縮しなくても、電気パルスの回り込みによる影響を防ぎつつ、迷走神経を正確かつ十分に刺激することができる。

また、上記発明においては、前記制御部が、前記電気パルスの発生条件に応じて前記非判定期間を変更することとしてもよい。
電気パルスの発生条件は心疾患患者の治療に応じて様々であり、検出部への電気パルスの回り込みによる影響も治療状況よって異なる。したがって、制御部が、電気パルスの発生条件に応じて非判定期間を変更することで、治療状況に合わせた適切な神経刺激を行うことができる。電気パルスの発生条件としては、刺激する迷走神経の位置や電気パルスの発生タイミング等が挙げられる。

本発明によれば、心臓の活動状態を正確に判定し、適切なタイミングで迷走神経を刺激す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神経刺激装置の概略構成図である。図１の装置本体のブロック図である。非判定期間よりも短い発生期間で電気パルスを発生する様子を示す図である。非判定期間とほぼ同じ発生期間で電気パルスを発生する様子を示す図である。本発明の一実施形態に係る神経刺激装置により迷走神経を刺激するフローチャートである。参考例としての非判定期間よりも長い発生期間で電気パルスを発生する様子を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る神経刺激装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置１００は、図１に示すように、装置本体１０と、装置本体１０から延び、装置本体１０と心臓Ｈとを電気的に接続する３本の心臓リード２０および装置本体１０と迷走神経Ｖとを電気的に接続する神経刺激リード３０とを備えている。

各心臓リード２０は、ＲＡ（右心房）、ＲＶ（右心室）およびＬＶ（左心室）にそれぞれ取り付けられた導電性の材料からなる電極２１に電気的に接続されている。また、神経刺激リード３０は、迷走神経Ｖに取り付けられた導電性の材料からなる電極３１に電気的に接続されている。

装置本体１０は、図２に示すように、心電信号を検出する検出部１１と、迷走神経Ｖを刺激する電気パルスを発生する神経刺激部１３と、検出部１１により検出された心電信号に基づいて神経刺激部１３を制御する制御部１５とを備えている。

検出部１１には、３本の心臓リード２０が電気的に接続されている。検出部１１は、各電極２１からそれぞれの心臓リード２０を介して送られてくる心電信号を継続して検出し、心電信号から検出される心臓Ｈの拍動の時間情報を制御部１５に出力するようになっている。

神経刺激部１３には、神経刺激リード３０が電気的に接続されている。神経刺激部１３は、制御部１５からの指令により、予め設定されている電圧値およびパルス幅の電気パルスを神経刺激リード３０を介して電極３１に供給するようになっている。

制御部１５は、検出部１１から入力される心臓Ｈの拍動の時間情報に基づいて心臓Ｈの活動状態を判定する判定部１７と、神経刺激部１３による電気パルスの発生を管理する刺激管理部１９とを備えている。

判定部１７は、心臓Ｈの活動状態を判定する判定期間と、心臓Ｈの活動状態を判定しない非判定期間とを設定するようになっている。判定期間および非判定期間は、例えば、心電信号に現れるＲ波やＴ波を考慮し、ペーシングあるいは自発による心臓活動等に伴う電位変化が不必要に判定されないように設定することが好ましい。

また、判定部１７は、判定期間内に検出部１１により検出された心電信号から、心臓Ｈが正常な状態であるか、あるいは、頻脈状態であるかを判定するようになっている。具体的には、判定部１７には、心疾患患者ごとに所定の心拍数を定める基準レートが設定されている。判定部１７は、検出部１１から送られてくる心臓Ｈの拍動の時間情報から、心拍レートが基準レートより高いか否かを判断する。判定部１７は、例えば、心拍レートが基準レートより高いと、心臓Ｈが頻脈状態であると判定する。

刺激管理部１９は、判定部１７により心臓Ｈが頻脈状態であると判定されると、その判定結果、すなわち、心臓Ｈの活動状態に応じて、神経刺激部１３に対して電気パルスの発生信号を出力し、非判定期間内に電気パルスを発生させるようになっている。

また、刺激管理部１９は、電気パルスの発生期間が判定部１７における非判定期間内に含まれ、判定期間内に含まれないように制限するようになっている。例えば、刺激管理部１９は、図３に示すように、電気パルスの発生期間を非判定期間よりも短い期間に設定するか、あるいは、図４に示すように、非判定期間とほぼ同じ期間に設定する。

このように構成された神経刺激装置１００の作用について、図５のフローチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置１００によれば、検出部１１の作動により、心臓Ｈに取り付けられた各電極２１からそれぞれの心臓リード２０を介して心電信号が継続的に検出される（ステップＳＡ１)。検出部１１は、心電信号から心臓Ｈの拍動の時間情報を検出して制御部１５に出力する。

制御部１５においては、判定部１７により、例えば、検出部１１においてＲ波を含む心電信号が検出されてからＴ波を含む心電信号が検出されるまでの期間を非判定期間として設定され、Ｔ波を含む心電信号が検出された直後から次に現れるＲ波を含む検出信号が検出される直前までの期間を判定期間として設定される（ステップＳＡ２)。このようにすることで、ペーシングあるいは自発による心臓活動等に伴う電位変化が不必要に判定されるのを防ぐことができる。

また、判定部１７は、現在が判定期間であるか否を判断し（ステップＳＡ３)、非判定期間の場合は判定期間になるまで待機する（ステップＳＡ３「ＮＯ」)。判定期間の場合は（ステップＳＡ３「ＹＥＳ」)、判定部１７により、判定期間中に検出部１１により検出されて送られてくる心臓Ｈの拍動の時間情報に基づいて心臓Ｈの活動状態が判定される（ステップＳＡ４）。

判定部１７により、心臓Ｈの活動状態が正常であると判定されると、迷走神経Ｖの刺激は行われない（ステップＳＡ４「ＮＯ」）。一方、判定部１７により、心臓Ｈの活動状態が頻脈状態であると判定されると、迷走神経Ｖの刺激が行われる（ステップＳＡ４「ＹＥＳ」）。
迷走神経Ｖを刺激する場合は、まず、刺激管理部１９により、判定部１７によって判定された心臓Ｈの活動状態に応じて、電気パルスの発生期間が設定される（ステップＳＡ５）。

この場合において、刺激管理部１９は、電気パルスの発生期間が非判定期間内に含まれるように制限する。例えば、図３に示されるように、電気パルスの発生期間が非判定期間より短い期間に設定される。これにより、非判定期間が終了して判定期間になると電気パルスの発生が停止されるので、判定期間中における検出部１１の検出回路に電気パルスが生体を介して回り込むのを防止することができる。

続いて、刺激管理部１９は、現在が非判定期間であるか否かを判断し（ステップＳＡ６)。判定期間の場合は非判定期間になるまで待機する（ステップＳＡ６「ＮＯ」)。非判定期間の場合は（ステップＳＡ６「ＹＥＳ」)、刺激管理部１９により、神経刺激部１３に対して発生期間が制限された電気パルスの発生信号が入力される。

神経刺激部１３は、刺激管理部１９からの指令により電気パルスを発生し、設定された発生期間中、神経刺激リード３０を介して電極３１に電気パルスを供給する（ステップＳＡ７)。これにより、電極３１が取り付けられた迷走神経Ｖが電気的に刺激され、心臓Ｈの心拍数が低値に制御される。

例えば、参考例として、図６に示すように、判定部１７による心臓Ｈの活動状態の判定中期間中も電気パルスを発生すると、判定期間中における検出部１１の検出回路に電気パルスが生体を介して回り込む。この場合、検出部１１により検出される心電信号に電気パルス混入し、判定部１７により心臓Ｈの活動変化として判定されてしまう。

本実施形態に係る神経刺激装置１００によれば、刺激管理部１９により、電気パルスの発生期間を非判定期間内に制限し、判定期間中における検出部１１の検出回路に電気パルスが生体を介して回り込むのを防止することで、判定期間中に検出部１１により検出される心電信号に電気パルスが混入するのを回避することができる。したがって、判定部１７により、検出部１１によって電気パルスの影響を受けずに検出された正確な心電信号に基づいて心臓Ｈの活動状態を正確に判定することができる。これにより、適切なタイミングで迷走神経Ｖを刺激することができる。

本実施形態においては、刺激管理部１９が、電気パルスの発生期間を非判定期間内に制限すれば、非判定期間と電気パルスの発生期間とがほぼ同じ長さになるように設定してもよいとしたが、電気パルスの発生期間は刺激する迷走神経Ｖの位置も考慮して設定することが望ましい。

すなわち、刺激する迷走神経Ｖの位置によっては、電気パルスを発生してから生体を介して検出部１１の検出回路に回り込むまでに一定の時間がかかる。そのため、図４に示すように非判定期間と電気パルスの発生期間とをほぼ同じ長さに設定した場合、刺激する迷走神経Ｖの位置が検出部１１から離れていると、非判定期間中に発生された電気パルスがその後の判定期間中に検出部１１の検出回路に回り込むことがある。

この場合、判定期間中に検出部１１により検出される心電信号に電気パルスが混入し、判定部１７により心臓Ｈの活動変化として判定されてしまうことになる。そこで、刺激する迷走神経の位置を考慮し、非判定期間よりも短くなるように電気パルスの発生期間を設定することで、電気パルスの回り込みに遅れが生じる場合であっても、心臓Ｈの活動状態を正確に判定することができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、刺激管理部１９が、判定部１７によりあらかじめ設定された非判定期間内に含まれるように電気パルスの発生期間を制限することとしたが、例えば、第１の変形例としては、刺激管理部１９により心臓Ｈの活動状態の判定結果に応じて必要とされる電気パルスの発生期間に合わせて、判定部１７が一旦設定した非判定期間を延長することができるようにしてもよい。

この場合、刺激管理部１９は、必要な電気パルスの発生期間を設定して判定部１７に出力することとすればよい。また、判定部１７は、刺激管理部１９から送られた電気パルスの発生期間が予め設定した非判定期間を超える場合に、電気パルスの発生期間を含むように非判定期間を延長することとすればよい。

このようにすることで、判定部１７により判定された心臓Ｈの活動状態の結果、刺激管理部１９において、予め設定された非判定期間を超えて電気パルスを発生させる必要が生じた場合に、非判定期間を延長して電気パルスの発生期間を延長後の非判定期間内に収めることができる。これにより、必要な電気パルスの発生期間を短縮しなくても、電気パルスの回り込みによる影響を防ぎつつ、迷走神経を正確かつ十分に刺激することができる。

また、第２の変形例としては、例えば、電気パルスの発生条件に応じて、判定部１７が非判定期間を変更することとしてもよい。電気パルスの発生条件としては、例えば、刺激する迷走神経Ｖの位置や電気パルスの発生タイミング等が挙げられる。

これらの電気パルスの発生条件は心疾患患者の治療に応じて様々であり、検出部１１の検出回路への電気パルスの回り込みによる影響も治療状況よって異なる。したがって、判定部１７が、電気パルスの発生条件に応じて非判定期間を変更することで、治療状況に合わせた適切な神経刺激を行うことができる。また、刺激する迷走神経Ｖの位置等を変更して電気パルスの回り込みに遅れが生じるような場合であっても、電気パルスの発生期間よりも非判定期間が十分に長くなるように変更すれば、電気パルスの回り込みの影響を防いで心臓Ｈの活動状態を正確に判定することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記一実施形態においては、３本の心臓リード２０を例示して説明したが、心臓リード２０の数は１本あるいは２本でもよく、心臓Ｈの所望の位置に電気的に接続することとすればよい。

また、上記一実施形態においては、判定部１７が判定期間および非判定期間を設定することとしたが、これに代えて、刺激管理部１９が判定期間及び非判定期間を設定することとしてもよい。この場合、刺激管理部１９が、設定した判定期間および非判定期間を判定部１７に入力し、判定部１７がその判定期間および非判定期間に従って心臓Ｈの活動状態を判定することとしてもよい。あるいは、刺激管理部１９が、設定した判定期間および非判定期間に基づいて、判定部１７による心臓Ｈの活動状態の判定タイミングを制御することとしてもよい。

１１検出部
１３神経刺激部
１５制御部
１００神経刺激装置
Ｈ心臓
Ｖ迷走神経

Claims

心電信号を検出する検出部と、
迷走神経を刺激する電気パルスを発生する神経刺激部と、
前記検出部により検出された心電信号に基づいて心臓の活動状態を判定し、判定結果に応じて前記神経刺激部を制御する制御部とを備え、
該制御部が、心臓の活動状態を判定する判定期間と、心臓の活動状態を判定しない非判定期間とを有し、電気パルスの発生期間を前記非判定期間内に制限して前記神経刺激部から電気パルスを発生させる神経刺激装置。
前記非判定期間が、前記検出部によりＲ波を含む心電信号が検出されてからＴ波を含む心電信号が検出されるまでの期間である請求項１に記載の神経刺激装置。
前記制御部が、心臓の活動状態の判定結果に応じて、前記非判定期間を延長する請求項１または請求項２に記載の神経刺激装置。
前記制御部が、前記電気パルスの発生条件に応じて前記非判定期間を変更する請求項１から請求項３のいずれかに記載の神経刺激装置。