JP2014200314A - 除細動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心臓が除細動状態にあるときに適正な除細動パルスを出力して心臓を適正に除細動して心臓組織の同期的な収縮を回復させる。
【解決手段】心臓に配置される一対の電極２ａ，２ｂと、該電極２ａ，２ｂ間に出力する除細動パルスを発生させる除細動パルス発生部６と、該除細動パルス発生部６を制御する制御部７とを備え、除細動パルス発生部６が、電荷を蓄積するコンデンサＣ２と、該コンデンサＣ２に充電する充電部ＳＷ２と、コンデンサＣ２から放電する放電部ＳＷ７と、コンデンサＣ２の端子電圧を検出する電圧検出部１１とを備え、制御部７が、電圧検出部１１により検出された端子電圧と電極２ａ，２ｂ間のインピーダンスとに基づいて、コンデンサＣ２から所望のエネルギが出力されるように充電部ＳＷ２および放電部ＳＷ７の少なくとも一方を制御する除細動装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、除細動装置に関するものである。

従来、心臓が細動状態にあるときに、高エネルギの除細動刺激を心臓に加えて、個々の組織区域の無秩序な収縮を鎮め、心筋において細胞管に組織的に広がる活動電位を再構築し、心臓組織の同期的な収縮を回復させる除細動装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この除細動装置では、単一相の補助パルスを含む電気的除細動パルスの連続を送出し、次いで、２相除細動パルスを送出している。

特表２００１−５１４５６７号公報

しかしながら、心臓のインピーダンスは心臓の状態によって変化するので、異なる状態の心臓に対して同一の電圧の除細動パルスを出力しても、心臓に与える影響は大きく相違し、必ずしも適正な除細動刺激を与えることが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、心臓が除細動状態にあるときに適正な除細動パルスを出力して心臓を適正に除細動して心臓組織の同期的な収縮を回復させることができる除細動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。
本発明の一態様は、心臓に配置される一対の電極と、該電極間に出力する除細動パルスを発生させる除細動パルス発生部と、該除細動パルス発生部を制御する制御部とを備え、前記除細動パルス発生部が、電荷を蓄積するコンデンサと、該コンデンサに充電する充電部と、前記コンデンサから放電する放電部と、前記コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出部とを備え、前記制御部が、前記電圧検出部により検出された端子電圧と前記電極間のインピーダンスとに基づいて、前記コンデンサから所望のエネルギが出力されるように前記充電部および前記放電部の少なくとも一方を制御する除細動装置を提供する。

本態様によれば、除細動パルス発生部が、充電部によりコンデンサに充電して、除細動パルスを出力する場合に、電圧検出部により検出された端子電圧が所望のエネルギを出力可能な端子電圧となっていない場合には、制御部が充電部および放電部の少なくとも一方を制御してコンデンサの端子電圧を所定の値に調節でき、所望のエネルギを有する除細動パルスを一対の電極間に供給して、適正な除細動を行うことができる。

上記態様においては、前記除細動パルス発生部からの除細動パルスの出力に先立って、前記電極間にパルス状の定電流を出力する定電流パルス発生部を備えていてもよい。
このようにすることで、最初に除細動パルスを出力する場合と比較して、一対の電極間に印加する電圧値を十分に低減することができ、心臓にかかる負担を軽減することができる。また、除細動パルスに先立つ定電流パルスの値を正確に設定することで、より効率的に除細動を行うことができる。

また、上記態様においては、一対の前記電極間の電位差を検出する電位差検出部を備え、前記制御部が、前記定電流パルス発生部により前記電極間にパルス状の定電流が供給されているときに前記電位差検出部により検出された電位差と定電流の値とに基づいて、前記電極間のインピーダンスを算出してもよい。

このようにすることで、心臓に配置された一対の電極間に、供給切替部の作動によりパルス状の定電流が供給されると、電位差検出部により一対の電極間の電位差が検出される。これにより、その時点での状態における心臓のインピーダンスが検出されるので、所望のエネルギの除細動パルスを出力するために必要とされるコンデンサの端子電圧を精度よく算出することができる。したがって、制御部が充電部および放電部を制御してコンデンサの端子電圧を調節することにより、所望のエネルギの除細動パルスを一対の電極間に印加することができ、効率的に心臓を刺激することができる。

本発明によれば、心臓が除細動状態にあるときに適正な除細動パルスを出力して心臓を適正に除細動して心臓組織の同期的な収縮を回復させることができる。

本発明の一実施形態に係る除細動装置を示すブロック図である。 図１の除細動装置の制御部による動作を説明するフローチャートである。 図２のフローチャートにおけるステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。 図１の除細動装置の制御部による第１，第２のコンデンサの端子電圧の時間変化および電極間に出力されるパルス波形の一例を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係る除細動装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る除細動装置１は、図１に示されるように、心臓に配置される一対の電極２ａ，２ｂと、電圧を供給する電源３と、該電源３から供給される電圧を昇圧するトランス４と、該トランス４と電極２ａ，２ｂとの間に配置され、定電流パルスを発生させる定電流パルス発生部５および除細動パルスを発生させる除細動パルス発生部６と、これらを制御する制御部７とを備えている。

定電流パルス発生部５は、電荷を蓄積する第１のコンデンサＣ１と、該第１のコンデンサＣ１に蓄積された電荷を設定された値の定電流に変換して一方の電極２ａに出力する定電流回路８と、第１のコンデンサＣ１への電圧の供給をオンオフするスイッチＳＷ１と、定電流回路８の出力を接地するか否かを切り替えるスイッチ（供給切替部）ＳＷ５と、電極２ａ，２ｂ間の電位差を検出する電位差検出部９と、第１のコンデンサＣ１の端子電圧を検出する電圧検出部１０とを備えている。

また、除細動パルス発生部６は、電荷を蓄積する第２のコンデンサＣ２と、該第２のコンデンサＣ２への電圧の供給をオンオフするスイッチＳＷ２と、第２のコンデンサＣ２の端子の一対の電極２ａ，２ｂとの接続を切り替えるスイッチＳＷ３，ＳＷ４と、第２のコンデンサＣ２の端子電圧を検出する電圧検出部１１と、第２のコンデンサＣ２の電荷を放電するためのスイッチ（放電部）ＳＷ７とを備えている。
制御部７は、電位差検出部９により検出された電極２ａ，２ｂ間の電位差と、定電流回路８から出力した電流値とに基づいて電極２ａ，２ｂ間のインピーダンスを測定し、所望の電位差が電極２ａ，２ｂ間に印加されるように、定電流回路８を調節するようになっている。

また、制御部７は、図示しない心電信号検出部により検出された心電信号に基づいて心臓が細動状態になったか否かを判定し、細動状態であると判定された場合にはトランス４を駆動して電源３の電圧を昇圧するとともに、スイッチＳＷ１を閉じて第１のコンデンサＣ１への電荷の蓄積を開始させるようになっている。
また、制御部７は、第１のコンデンサＣ１の充電が完了した時点でスイッチＳＷ２を閉じて第２のコンデンサＣ２への電荷の蓄積を開始させるようになっている。

制御部７は、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２が所定の電圧値に達した後のタイミングで、定電流回路８を作動させ、設定された値の定電流を出力させるようになっている。そして、制御部７は、定電流が出力された直後に電位差検出部９により検出された電極２ａ，２ｂ間の電位差と、出力された定電流の値とに基づいて心臓のインピーダンスを算出し、電極２ａ，２ｂ間に所定の電圧が印加されるように定電流の値を補正すべく、定電流回路８を調節するようになっている。

定電流の値が調節された後の制御部７は、調節された定電流の値で、所定の時間にわたってパルス状の定電流を出力させるように、スイッチＳＷ６を制御するようになっている。
また、制御部７は、算出されたインピーダンスと、電圧検出部１１により検出された第２のコンデンサＣ２の端子電圧に基づいて算出されるエネルギが、所望のエネルギに満たないときには，スイッチＳＷ２（充電部）を閉じて第２のコンデンサＣ２を充電し、所望の電圧値を超えているときには、スイッチＳＷ７を閉じて第２のコンデンサＣ２を放電するようになっている。

そして、制御部７は、予め定められた定電流パルスの出力期間が経過した後には、定電流回路８を停止させるとともに、第２のコンデンサＣ２の端子電圧が一対の電極２ａ，２ｂのいずれかに交互に印加されるように、スイッチＳＷ３〜ＳＷ６のオンオフを切り替える制御を行うようになっている。

このように構成された本実施形態に係る除細動装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る除細動装置１により心臓に除細動刺激を与えるには、心電信号に応じて心臓が細動状態にあると判定された場合には、制御部７が、図２に示されるように、予め設定されている電極２ａ，２ｂ間のインピーダンス（心臓の任意の状態で測定されたもの、あるいは、前回の細動状態で測定されたもの）を参照し（ステップＳ１）、電極２ａ，２ｂ間に所望の電圧が印加されるように、定電流回路８を調節する（ステップＳ２）。

次いで、制御部７はトランス４に指令して電源３の電圧を昇圧させるとともに、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２の充電を行う（ステップＳ３）。具体的には、図３に示されるように、まず、スイッチＳＷ１を閉じて第１のコンデンサＣ１に電荷を蓄積させる（ステップＳ３１）。

そして、電圧検出部１０により第１のコンデンサＣ１の端子電圧を検出し（ステップＳ３２）、検出された端子電圧が設定電圧であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。端子電圧が設定電圧となるまでステップＳ３２、Ｓ３３の工程が繰り返され、設定電圧となった後に、第２のコンデンサＣ２の充電が開始される（ステップＳ３４）。

同様にして、電圧検出部１１により第２のコンデンサＣ２の端子電圧を検出し（ステップＳ３５）、検出された端子電圧が設定電圧であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。端子電圧が設定電圧となるまでステップＳ３５、Ｓ３６の工程が繰り返され、設定電圧となった後に、ステップＳ４の工程に復帰する。

そして、フラグＮを初期化した後（ステップＳ４）、制御部７は、定電流回路８を作動させ、ステップＳ２において調節された定電流の値でパルス状の定電流の供給と停止とを所定の周期で複数回繰り返すようスイッチＳＷ５のオンオフを制御する（ステップＳ５）。

この場合において、制御部７は、図４に示されるように、定電流の最初の供給のための出力期間のうちの初期、例えば、出力期間が１００ｍｓｅｃの場合、最初の数ｍｓｅｃの期間（図３に定電流パルス電圧補正期間として表記。）であるか否かを判定し（ステップＳ６）、定電流パルス電圧補正期間である場合には、電位差検出部９により検出された一対の電極２ａ，２ｂ間の電位差を受け取り（ステップＳ７）、受け取った電位差の値が所定の閾値範囲であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

そして、制御部７は、検出された電位差が閾値範囲外である場合に、受け取った電位差の値を供給した定電流の値によって除算することによるインピーダンスを算出し（ステップＳ９）、算出されたインピーダンスにより所望の電圧を除算することによる定電流の値を算出し（ステップＳ１０）、算出された定電流の値を出力するよう定電流回路８を調節する（ステップＳ１１）とともに，フラグＮを書き換える（ステップＳ１２）。

本実施形態においては、定電流パルスの出力期間中に、電圧検出部１１により第２のコンデンサＣ２の端子電圧が検出される（ステップＳ１３）。制御部７は、端子電圧が高すぎる場合（ステップＳ１４，Ｓ１５）には、スイッチ（放電部）ＳＷ７を閉じて第２のコンデンサＣ２から放電し（ステップＳ１６）、電圧が低すぎる場合にはトランス４を作動させスイッチ（充電部）ＳＷ２を閉じて第２のコンデンサＣ２に充電する（ステップＳ１７）。

この後に、制御部７は除細動パルスの出力タイミングであるか否かを判定し（ステップＳ１８）、出力タイミングではない場合には、ステップＳ５からの工程を繰り返す。出力タイミングである場合には、定電流パルスの出力を停止し（ステップＳ１９）、除細動パルスを出力する（ステップＳ２０）。

定電流パルスの出力停止（ステップＳ１９）は、スイッチＳＷ６を開くことにより行われる。除細動パルスの出力（ステップＳ２０）は、スイッチＳＷ３，ＳＷ６を閉じて、スイッチＳＷ４，ＳＷ５を開くことにより行われる。すなわち、これらの工程は、まず、スイッチＳＷ４，ＳＷ５を開いてスイッチＳＷ３，ＳＷ６を閉じることにより、第２のコンデンサＣ２の出力端子をプラス電極２ａに接続し、マイナス電極２ｂを接地することにより行われる。

次いで、所定期間経過後に、制御部７は、ＳＷ３，ＳＷ６を開いて、ＳＷ４，ＳＷ５を閉じることにより、第２のコンデンサＣ２の出力端子をマイナス電極２ｂに接続し、プラス電極２ａを接地する。これにより、定電流パルスより高い電圧の極性の異なる一往復の除細動パルスを一対の電極２ａ，２ｂ間に出力することができる。

このように、本実施形態に係る除細動装置１によれば、除細動パルスの電圧を調節して、所望の刺激エネルギをより確実に心臓に供給することができ、効率的に除細動を行うことができるという利点がある。

また、第１のコンデンサＣ１からの定電流パルスの出力期間中、充電されて待機状態となっている第２のコンデンサＣ２の端子電圧は低下していく。端子電圧の低下を見込んで予め十分な電荷を第２のコンデンサＣ２に供給しておくだけの場合、定電流パルスの出力期間後に端子電圧が所望の電圧より高過ぎたり低すぎたりする場合がある。本実施形態に係る除細動装置１によれば、電圧検出部１１によって第２のコンデンサＣ２の端子電圧を検出し、必要に応じて第２のコンデンサＣ２を充電または放電するので、そのような不都合がなく、所望の刺激エネルギをより確実に心臓に供給することができ、効率的に除細動を行うことができる。

また、定電流パルスの出力期間の初期に心臓のインピーダンスを測定し、所望の電圧が印加されるように定電流回路８を調節するので、心臓の状態に合わせて正確な定電流パルスを供給し、効果的に除細動を行うことができるという効果を奏する。
さらに、定電流パルスの出力後に除細動パルスを出力することで、除細動パルスの電圧を低く抑えつつ効率的に除細動を行うことができる。

なお、本実施形態においては、定電流パルスの出力時に、予め測定されているインピーダンスに基づいて定電流の値を決定したが、これに代えて、想定される最大のインピーダンスに合わせた定電流の値を採用してもよい。このようにすることで、インピーダンスを予め測定するステップが不要となり制御部７の処理を軽減することができる。
また、定電流パルスの出力期間の初期に心臓のインピーダンスを測定したが、これに代えて、予め設定されたインピーダンスを用いて、所望のエネルギを供給し得るように除細動パルスの電圧を調節することにしてもよい。

Ｃ２ コンデンサ（第２のコンデンサ）
ＳＷ２ スイッチ（充電部）
ＳＷ５ スイッチ（供給切替部）
ＳＷ７ スイッチ（放電部）
１ 除細動装置
２ａ，２ｂ 電極
４ トランス（充電部）
６ 除細動パルス発生部
７ 制御部
８ 定電流回路
９ 電位差検出部
１０，１１ 電圧検出部

Claims (3)

1. 心臓に配置される一対の電極と、
   該電極間に出力する除細動パルスを発生させる除細動パルス発生部と、
   該除細動パルス発生部を制御する制御部とを備え、
   前記除細動パルス発生部が、電荷を蓄積するコンデンサと、該コンデンサに充電する充電部と、前記コンデンサから放電する放電部と、前記コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出部とを備え、
   前記制御部が、前記電圧検出部により検出された端子電圧と前記電極間のインピーダンスとに基づいて、前記コンデンサから所望のエネルギが出力されるように前記充電部および前記放電部の少なくとも一方を制御する除細動装置。
2. 前記除細動パルス発生部からの除細動パルスの出力に先立って、前記電極間にパルス状の定電流を出力する定電流パルス発生部を備える請求項１に記載の除細動装置。
3. 一対の前記電極間の電位差を検出する電位差検出部を備え、
   前記制御部が、前記定電流パルス発生部により前記電極間にパルス状の定電流が供給されているときに前記電位差検出部により検出された電位差と定電流の値とに基づいて、前記電極間のインピーダンスを算出する請求項１または請求項２に記載の除細動装置。

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