JP2015134300A - 心臓の心房の心房細動を終結させる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患者が容易に使用できる、心臓の心房の心房細動を終結させる装置を提供することである。
【解決手段】
心臓の心房の心房細動を終結させる装置であって、前記心房の現在の電気状態を表す電気信号を提供する少なくとも１つのセンサ、心房細動であるかを判定する判定ユニット、抗細動ペーシングパルスを発生させるための電気パルス発生器、前記電気パルス発生器に接続された少なくとも１つの電極、前記心臓の心室の心室活動電位を表す他の電気信号を提供するように構成された少なくとも１つの他のセンサ、電気ペーシングパルスを発生させるように構成された他の電気パルス発生器、電気ペーシングパルスを前記心室に印加するように構成された少なくとも１つの他の電極、低エネルギー抗細動ペーシングパルスを前記電気ペーシングパルスと同期させるように構成された同期ユニットを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、一般に生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる装置および方法に
関する。一般に、組織はどんな生物学的組織であってもよい。より詳細には、組織は、筋
肉または神経の組織である。詳細には、生物学的組織は、心臓または脳の組織である。さ
らにより詳細には、組織はヒトであってよい、生きている動物の心臓または脳である。

正常な心臓では、細胞膜の電気的脱分極の規則波が伝播して、機械的収縮をトリガする
。生命を脅かす心臓の不整脈は、典型的には、高周波で回転する電場の波またはらせんと
関連づけられる。しばしば除細動と呼ばれる不整脈を終結させる１つの標準的方法が、心
臓に高強度の電気ショックを印加することである。しかしながら、数千ボルトまでの高圧
およびその結果生じる数アンペアの電流が、心臓および隣接する組織に重大な損傷を引き
起こす場合がある。さらに、除細動は、埋込除細動器の受け入れが制限される患者にとっ
て苦痛である。それにもかかわらず、今まで、このような除細動器を埋め込むことは、生
命を脅かす不整脈について危険な状態にある患者にとって最適な方法である。

心不整脈の他の確立された療法が、抗頻拍ペーシング（ａｎｔｉ−ｔａｃｈｙｃａｒｄ
ｉａ ｐａｃｉｎｇ、ＡＴＰ）である。ＡＰＴでは、心室性頻拍の場合、心臓はその固有
速度より速くペースを調節される。しかしながら、ＡＴＰは、高周波不整脈および完全に
発達した心室細動を終結させることができない。

米国特許出願公開第２００６／０１００６７０（Ａ１）号明細書が、複数パルス除細動
を提供する心臓刺激方法および心臓刺激システムを提案している。これらの方法およびシ
ステムは、細動事象を検知するステップ、細動事象に関連する細動サイクル長を判定する
ステップ、および細動事象を処置するために複数の除細動パルスを送達するステップとを
伴う。除細動パルスは、皮下電極および非胸腔内電極の組合せを使用して送達される。最
初の除細動波形に続く各除細動波形の送達は、細動サイクル長に関連する遅延により時間
的に分離される。詳細には、除細動波形送達間の遅延は、細動サイクル長のパーセンテー
ジに関連づけられる。米国特許出願公開第２００６／０１００６７０（Ａ１）号明細書の
実施形態で送達される除細動パルスの実際の数は２または３、詳細には２である。個々の
パルス間の実際の遅延は、平均サイクル長の約５０％〜約１２５％までの間であり、典型
的には、平均サイクル長の約７５％〜約１００％までの間であり、複数の分離されたパル
スに対する心臓の応答は、単一のパルスに対する心臓の応答に類似する。分離されたパル
スに対する分離された応答に対する心臓の応答について強め合う干渉の領域に類似すると
考えられるこの領域は、除細動の効力改善および／または除細動システムのエネルギー要
件低減の好機を提供すると述べられている。

Ｐｕｍｉｒ ｅｔ ａｌ．：「Ｗａｖｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｈｅｔｅｒｏ
ｇｅｎｅｉｔｉｅｓ Ｏｐｅｎｓ ａ Ｗａｙ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｈａ
ｏｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｅａｒｔ（不均一性からの波放出が心臓におけるカオスを制御す
る道を開く）」（ＰＲＬ９９、２０８１０１（２００７年））が、心臓における波のカオ
ス制御の方法として、電場の周期パルスにより誘発される不均一性からの波放出（ｗａｖ
ｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｉｅｓ、ＷＥＨ）を使用す
ることを提案している。この方法は、ＡＴＰより効果的であり、かつ除細動ショックより
はるかに少ないエネルギーを必要とすると述べられている。詳細には、単一のパルスは、
回転する波を終結させないような低い電場からなるが、ＷＥＨで印加されるパルス列は回
転する波を終結させることができる。

米国特許出願公開第２００６／０１００６７０（Ａ１）号明細書

Ｐｕｍｉｒ ｅｔ ａｌ．：「Ｗａｖｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒ ｏｍ Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｉｅｓ Ｏｐｅｎｓ ａ Ｗａｙ ｔｏ Ｃｏｎｔ ｒｏｌｌｉｎｇ Ｃｈａｏｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｈｅａｒｔ」（ＰＲＬ９９、２０８１ ０１（２００７年））

できるだけ少ない組織の損傷および苦痛を引き起こす低い電場パルスで、生物学的組織
の高周波不整脈電気状態を終結させる、容易に使用可能な方式が依存として必要である。

本発明は、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる装置であって：生物学的
組織の現在の電気状態を表す電気信号を提供するための少なくとも１つのセンサ；電気信
号から、生物学的組織の現在の電気状態の少なくとも１つの優勢な周波数を判定し、かつ
少なくとも１つの優勢な周波数から、生物学的組織の現在の電気状態が高周波不整脈電気
状態であるかどうかを判定する判定ユニット；少なくとも１つの優勢な周波数に応じた間
隔で少なくとも１つの一連の電気パルスを発生させるための電気パルス発生器；および生
物学的組織に電気パルスを印加するために、パルス発生器に接続された少なくとも１つの
電極を備える装置に関する。判定された、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結さ
せるために、判定ユニットは、電気信号から、少なくとも１つの優勢な周波数が高周波不
整脈電気状態でどれだけ優勢であるかを示す優勢レベルを判定し；電気パルス発生器をト
リガして、判定された優勢レベルが所定のしきい値を超える時点に開始される少なくとも
１つの一連の電気パルスを発生させる。

他の態様では、本発明は、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる方法であ
って：生物学的組織の現在の電気状態を表す電気信号を得るステップ；電気信号から、生
物学的組織の現在の電気状態の少なくとも１つの優勢な周波数を判定するステップ；少な
くとも１つの優勢な周波数から、生物学的組織の現在の電気状態が高周波不整脈電気状態
であるかどうかを判定するステップ；電気信号から、少なくとも１つの優勢な周波数が高
周波不整脈電気状態でどれだけ優勢であるかを示す優性レベルを判定するステップ；少な
くとも１つの優勢な周波数に応じた間隔で少なくとも１つの一連の電気パルスを発生させ
るステップ；および判定された高周波不整脈電気状態にある生物学的組織に対する所定の
しきい値を優勢レベルが超える時点に開始される電気パルスを生物学的組織に印加するス
テップを備える方法に関する。

他の態様では、本発明は、心臓の心房の心房細動を終結させる装置であって：心房の現
在の電気状態を表す電気信号を提供するように構成された少なくとも１つのセンサ；電気
信号から、生物学的組織の現在の電気状態が心房細動であるかどうかを判定するように構
成された判定ユニット；電気信号に応じた間隔で少なくとも１つの一連の電気的に低エネ
ルギーの抗細動ペーシングパルスを発生させるための電気パルス発生器；低エネルギー抗
細動ペーシングパルスを心房に印加するように構成されたパルス発生器に接続された少な
くとも１つの電極；心臓の心室の心室活動電位を表す他の電気信号を提供するように構成
された少なくとも１つの他のセンサ；電気ペーシングパルスを発生させるように構成され
た他の電気パルス発生器；他のパルス発生器に接続され、かつ心室に電気ペーシングパル スを印加するように構成された少なくとも１つの他の電極；および少なくとも１つの一連
の低エネルギー抗細動ペーシングパルスに属する低エネルギー抗細動ペーシングパルスが
、ショックに誘発された心室細動を心室が受けやすい脆弱な窓に印加されないように、少
なくとも１つの一連の低エネルギー抗細動ペーシングパルスを電気ペーシングパルスと同
期させるように構成された同期ユニットを備える装置に関する。

さらに他の態様では、本発明は、心臓の心房の心房細動を終結させる方法であって：心
房の現在の電気状態を表す電気信号を得るステップ；電気信号から、生物学的組織の現在
の電気状態が心房細動であるかどうかを判定するステップ；電気信号に応じた間隔で少な
くとも１つの一連の電気的に低エネルギーの抗細動ペーシングパルスを発生させるステッ
プ；心臓の心室の心室活動電位を表す他の電気信号を得るステップ；電気ペーシングパル
スを発生させるステップ；心室に電気ペーシングパルスを印加するステップ；電気信号に
応じた間隔で少なくとも１つの一連の電気的に低エネルギーの抗細動ペーシングパルスを
発生させるステップ；低エネルギー抗細動ペーシングパルスを心房に印加するステップ；
および少なくとも１つの一連の低エネルギー抗細動ペーシングパルスに属する低エネルギ
ー抗細動ペーシングパルスが、ショックに誘発された心室細動を心室が受けやすい脆弱な
窓に印加されないように、少なくとも１つの一連の低エネルギー抗細動ペーシングパルス
を電気ペーシングパルスと同期させるステップを備える方法に関する。

本発明の他の特徴および利点が、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者に
は明確になるであろう。このような追加の特徴および利点がすべて、本明細書において、
特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。

本発明は、以下の図面を参照して、よりよく理解することができる。図面中の構成要素
は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を明確に示すことに重きが置かれ
ている。図面では、同様の参照番号は、いくつかの図全体にわたって対応する部分を指す
。

生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる装置の基本的な構成を示 す。 図１による装置を使用して、電気パルスを生物学的組織に印加して、生物学 的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる方法の構成図である。 図２による方法で、電気パルスを生物学的組織に印加するための最適な開始 点を判定する概念を示す。 図２による方法で印加される電気パルスの適切な最低電圧を判定する概念を 示す。 図２による方法で不整脈電気状態の優勢な周波数の位相空間をラスタスキャ ンする概念を示す。 図２による方法で不整脈電気状態の優勢な周波数の位相空間をラスタスキャ ンする他の概念を示す。 心室細動（ｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ、ＶＦ）の ショック誘発なしに心房細動（ａｔｒｉａｌ ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ、ＡＦ）を 抑制する概念を示す。 図２による方法で電気パルスを生物学的組織に印加するための最適な開始点 を判定する、より詳細な概念を示す。

生物学的組織の高周波不整脈電気状態を判定するためには、生物学的組織の電気状態が
、少なくとも高周波不整脈電気状態の優勢な周波数に関して獲得されなければならばない
。この獲得は、典型的には、生物学的組織の電気状態を表す電気信号を提供する、生物学
的組織の電気状態を検知するセンサを使用して、および電気信号から優勢な周波数を判定
する判定ユニットを使用して達成される。

次いで、現在の電気状態の、判定された優勢な周波数から、判定ユニットは、現在の電
気状態が生物学的組織の高周波不整脈電気状態であるかどうかを判定することができる。
高周波不整脈電気状態が判定された場合、少なくとも１つの一連の電気パルスが生物学的
組織に印加される。少なくとも１つの優勢な周波数に応じた間隔で少なくとも１つの一連
の電気パルスを発生させるために、電気パルス発生器が提供され；電気パルスを生物学的
組織に印加するために、電気パルス発生器に接続された少なくとも１つの電極が提供され
る。

本発明者らは、同じ生物学的組織の、類似する不整脈電気状態が、同じ一連の電気パル
スにより、完全に終結させられることもあり、まったく終結させられないこともあること
に注目した。さらに、本発明者らは、不整脈電気状態を終結させることに成功することが
、単に確率の問題であるということではなく、生物学的組織の不整脈電気状態を支配する
電気的カオスが、時間が経つにつれ一様なレベルの無秩序を示さないこと、および生物学
的組織の、異なる領域間の電場協調の態様が連続して入れ替わることが分かった。この協
調の総合が大きな最大値を伴う変動を示す。一連の電気パルスが、このような最大協調に
到達した時点に生物学的組織に印加された場合、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を
終結させる確率はかなり高いが、これらの最大値の２つの間の最小値で生物学的組織に一
連の電気パルスが印加された場合、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させる確
率はかなり低い。本発明の制限とみなされるべきではないが、本発明者らの解釈によれば
、最大値の一方だけで開始される一連の電気パルスは、高周波不整脈電気状態を終結させ
るために、いくぶんより多くの、生物学的組織内の電場協調を提供しさえすればよいが、
最小値で印加される場合、一連の電気パルスは、生物学的組織を電気的に協調させる際に
ゼロから開始されなければならない。

本発明者らはまた、優勢な周波数が高周波不整脈電気状態でどれだけ優勢であるかが判
定されるという点で、高周波不整脈電気状態にある生物学的組織内部の現在の総合的電場
協調が評価されることができ、優勢な周波数の強い優勢が生物学的組織内部での高い総合
的電場協調を示すということが分かった。詳細には、判定ユニットは、生物学的組織の現
在の電気状態を示す電気信号から、少なくとも１つの優勢な周波数が高周波不整脈電気状
態でどれだけ優勢であるかを示す優勢レベルを判定し、電気パルス発生器をトリガして、
優勢レベルが所定のしきい値を超える時点に開始される少なくとも１つの一連の電気パル
スを発生させてもよい。

このようにして、一連の電気パルスは、高周波不整脈電気状態を終結させる確率に関し
て最適な時点に生物学的組織に印加される。これはまた、高周波不整脈電気状態を終結さ
せる同じ確率が達成される場合でさえ、この最適な時点に印加される電気パルスの電圧お
よびエネルギーが、任意の他の時点に印加される一連の電気パルスの電圧およびエネルギ
ーより低くてもよいことを意味する。したがって、本発明の方法は、低エネルギー抗細動
ペーシング（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｎｔｉｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ Ｐａｃｉｎｇ
、ＬＥＡＰ）と命名される。

一連の電気パルスを生物学的組織に印加するための最適な時点を規定するために使用さ
れる所定のしきい値は、典型的には、特定の生物学的組織の高周波不整脈電気状態のいず
れかの中にある特定の生物学的組織の内部で発生する電気的協調の最大値に調節されても
よい。

詳細には、しきい値は、優勢レベルの、すでに記録された最大値のパーセンテージであ
ってもよい。このようにして、しきい値は、現在の高周波不整脈電気状態で現在発生して
いる最大優勢レベルに自動的に調節される。優勢レベルの、すでに記録された最大値のパ
ーセンテージは、８０％〜９５％までの典型的な範囲内の適切な値に、たとえばおよそ９
０％に調節されてもよい。

優勢レベルを判定する際、判定ユニットは、優勢な周波数の少なくとも片側に広がる周
波数範囲内の周波数成分について電気信号をフィルタリングしてもよい。好ましくは、判
定ユニットがフィルタリングする周波数範囲は、優勢な周波数の両側に広がる。詳細には
、この周波数範囲は、優勢な周波数の約半分から優勢な周波数の２倍に及んでもよい。こ
の周波数範囲内の電気信号の強度が優勢な周波数に集中することが、高周波不整脈電気状
態にある生物学的組織の電気的協調を評価するための非常に適切な判定基準である。

優勢レベルを判定するために、判定ユニットは、優勢な周波数での電気信号の強度を、
少なくとも１つの隣接する周波数での電気信号の強度と比較してもよい。これらの強度の
比が優勢レベルとみなされてもよい。詳細には、優勢な周波数を含む周波数窓内部の電気
信号の強度の積分、および隣接する周波数を含む周波数窓内部の電気信号の強度が比較さ
れるという点で、優勢な周波数での電気信号の強度は、少なくとも１つの隣接する周波数
での電気信号の強度と比較されてもよい。このような周波数窓を使用することはまた、判
定される優勢レベルが影響を受ける場合があるノイズが低減されるという点で、優勢レベ
ルに平滑化効果を及ぼす。２つの異なる周波数での電気信号の強度間をこのように比較す
ることは、リアルタイムに、またはほぼリアルタイムに、容易に実現される。

本発明者らはまた、同じ種類の、異なる生物学的組織でさえ、一連の電気パルスを印加
することにより生物学的組織の高周波不整脈状態を終結させることに関連して、まったく
違った電気伝播特性を示すことに注目した。詳細には、これらの異なる電気伝播特性は、
１つの一連の電気パルスを使って高周波不整脈電気状態を終結させる一定の確率を達成す
るために、異なる電圧またはエネルギーの電気パルスを必要とする。したがって、低い電
圧およびエネルギーのパルスを使って高周波不整脈電気状態を終結させる、適切な確率に
到達するには、生物学的組織の実際の電気特性を評価する必要がある。しかしながら、高
周波不整脈電気状態の中にすでに自発的に移行した生物学的組織に、異なる電圧および電
気エネルギーの電気パルスが印加される単純な試行錯誤手順によりこの評価を行うことは
適切ではない。本発明者らは、生物学的組織の電気伝播特性が、生物学的組織の非電気的
に興奮した基底状態から開始して、適切に評価されてもよいことが分かった。たとえば、
拍動している心臓では、このような非電気的に興奮した基底状態は、個々の心拍動間に存
在する。生物学的組織のこの電気的基底状態で、同じ継続期間ではあるが異なる電圧の個
々の電気パルスが生物学的組織に印加された場合、およびそれぞれの個々の電気パルス後
に、すなわち、個々の電気パルスに応答して、生物学的組織で検知された電気信号が評価
される場合、生物学的組織の将来の高周波不整脈電気状態をうまく終結させるために電気
パルス発生器により発生させられる少なくとも１つの一連の電気パルスに属する電気パル
スの適切な最小電圧を調節するために、生物学的組織の電気特性を推定することができる
。印加される電気パルスの電圧または電場への、応答の依存性が、詳細には、個々の電気
パルスに対する生物学的組織の応答時間の依存性が、冪乗則として評価されてもよい。こ
の冪乗則は、一連の電気パルスに属する電気パルスにより波の放出が誘発される場合があ
る、生物学的組織内の不均一性の分布結果を考慮する。

生物学的組織の電気特性のこの評価は、電気パルス発生器が、生物学的組織の将来の高
周波不整脈電気状態を終結させるために、同じ継続期間で、および電気パルス発生器によ
り発生させられる一連の電気パルスに属する電気パルスに適している場合がある同じ範囲
および電圧から得られる異なる電圧で、個々の電気パルスを発生させる、生物学的組織の 高周波不整脈電気状態を判定する、装置の設定モードで実施されてもよい。

高周波不整脈電気状態の優勢な周波数はまた、生物学的組織内のこの優勢な周波数の電
気的波のすべての可能な位相合わせを行う位相空間を規定する。優勢な周波数により規定
される位相空間は、優勢な周波数の逆数値に等しい、または優勢な周波数の周期に等しい
、通常の時空間内の継続期間に対応する。生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結さ
せるまで、優勢な周波数により規定される全位相空間を一度ラスタスキャンする一連の電
気パルスが、生物学的組織に印加される。全位相空間をラスタスキャンすることも、全位
相空間を一度だけスキャンすることも、本発明の装置および方法のいくつかの実施形態の
関連する態様であることに留意されたい。全位相空間を一度だけスキャンすることは、全
位相空間の位相合わせの脆弱な窓の中で生物学的組織の高周波不整脈電気状態に寄与して
いるそれぞれの回転する波に当たることを保証する。全位相空間を多くて一度スキャンす
ることにより、電気パルスが印加された生物学的組織内に二次高周波不整脈電気状態を生
成することが避けられる。位相空間をラスタスキャンすることは、終結させられるあらゆ
る円形の波が位相空間の脆弱な窓の中で電気パルスを受けることを意味するので、脆弱な
窓内部で必要な効力を失うことなく各電気パルスの電気エネルギーを低く保つことができ
る。単一の電気パルスのこの低い電気エネルギーはまた、電気エネルギーが生物学的組織
に対して単に低くなる場合があるので、生物学的組織の不要な二次的電気状態を生成する
危険性を低減する。

それぞれの一連の電気パルスが、優勢な周波数により規定される全位相空間を一度だけ
ラスタスキャンするが、高周波不整脈電気状態を終結させるために、１つの一連の電気パ
ルスが互いに従う間隔よりはるかに長い間隔で、２つ以上の一連の電気パルスが生物学的
組織に印加されてもよい。好ましくは、一連の間隔は、それぞれの単一の一連の電気パル
スの継続期間よりさらに長い。

それぞれの一連の電気パルスに属する単一の電気パルスが発生させられる時間間隔は、
少なくとも１つの優勢な周波数により規定される位相空間が、位相空間の脆弱な窓の中の
あらゆる回転する波に当たるほど十分に小さな位相間隔であるが、できるだけ少ない総数
の電気パルスでラスタスキャンされるように選択されなければならない。

典型的には、位相空間は、π／１６〜２π／５までの範囲内の位相間隔でラスタスキャ
ンされるべきであり、２πは位相空間の無次元サイズである。好ましくは、位相空間は、
π／５〜２π／７までの範囲内の位相間隔でスキャンされ、これは、全位相空間を一度ラ
スタスキャンするのに、等間隔に約７〜１０の個々のパルスが必要であることを意味する
。一般に、個々のパルスの間隔は、同一である必要はない。個々のパルスの間隔は、生物
学的組織のどんな周期的電気状態の興奮も避ける目的で、同一でさえなくてもよい。しか
しながら、個々のパルスの間隔は、位相空間を一様にラスタスキャンするために同一であ
っても、少なくともほぼ同一であってもよい。

実際には、電気パルスは、優勢な周波数の逆数値から、優勢な周波数の逆数値の１／３
２〜１／５までの、好ましくは１／１０〜１／７までの範囲内の時間偏差だけずれる時間
間隔で発生させられてもよい。

一般に、電気パルスは、優勢な周波数の逆数値より小さな間隔で発生させられてもよい
。しかしながら、好ましくは、電気パルスの間隔は、上記で説明した時間偏差だけ逆数値
を超える。

上記で説明した電気パルスの時間間隔および位相間隔は、一連の電気パルスに属する電
気パルスのパルス継続期間を含む。このパルス継続期間は、印加される電場強度で終結さ
せられるべき回転する波の脆弱な窓内部に十分な電気エネルギーを印加するように選択さ
れるべきである。一方、この電気エネルギー、したがって、パルス継続期間は、低く保た
れるべきである。実際には、パルスあたりの継続期間は、２ｍｓ〜２５ｍｓまでの典型的
な範囲内である。好ましくは、パルスあたりの継続期間は、５ｍｓ〜１５ｍｓの範囲内で
ある。

回転する波の脆弱な窓の中の回転する波を終結させるために必要な、それぞれの個々の
パルスの形で生物学的組織にわたり印加される電場は、０．０５ボルト／ｃｍほどの低さ
であってもよい。３ボルト／ｃｍは、生物学的組織の高周波不整脈状態を終結させるため
に、適切に印加される電場強度の上限とみなされてもよい。電場強度の好ましい範囲は、
０．１ボルト／ｃｍ〜１ボルト／ｃｍである。

標準的な心臓除細動のエネルギーと比較して、一連の電気パルスに属する電気パルスは
、最大でほんの１／４００〜１／２までの典型的な範囲内であってもよい。好ましくは、
パルスあたりの電気エネルギーは、標準的な心除細動エネルギーの１／２００〜１／５ま
での範囲内であり、さらにより好ましくは、標準的な心臓除細動エネルギーの１／１００
〜１／１０までの範囲内である。１つの一連のパルス全体にわたり生物学的組織に印加さ
れる総電気エネルギーが、当業者に公知の標準的な心臓除細動エネルギーと等しい場合で
さえ、生物学的組織への潜在的損傷は、エネルギーがより長い期間にわたり分散させられ
たとき、したがって、生物学的組織を通って流れる最大電流がはるかに小さいとき、はる
かに低くなる。

複数の一連の電気パルスが発生させられる場合、および単一の一連の電気パルスが異な
る電極に印加されて異なる空間方向に生物学的組織にわたり電場を連続的に生成する場合
でさえ、パルスあたりの電気エネルギーはさらにいっそう低減されてもよい。この態様は
、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を構成する回転する波が、この波の位相合わせが
異なるだけでなく、この波の空間的向きも異なるという事実を考慮する。したがって、回
転する波は、位相空間内だけでなく３次元空間内にも脆弱な窓を実際に有する。３次元空
間内および位相空間内のこの脆弱な窓を同時に満たすことができる場合、特に低い電気エ
ネルギーが、それぞれの回転する波を終結させるのに十分である。

必要に応じて少ない数の電気パルスを生物学的組織に印加するためだけに、生物学的組
織の電気的状態を表す電気信号から、生物学的組織が、それぞれの一連の電気パルスが印
加された後に、依然として不整脈電気状態にあるかどうかが判定されてもよい。生物学的
組織が依存として不整脈電気状態にある場合だけ、他の一連の電気パルスが生物学的組織
に印加されてもよい。

本発明によれば、生物学的組織の高周波不整脈電気状態を終結させるために印加される
一連の電気パルスに属する電気パルスの電圧およびエネルギーが、できるだけ低く保たれ
る。それにもかかわらず、本明細書で説明する手段によって、パルスの電圧およびエネル
ギーは、単一の一連の電気パルスを使って高い確率で所望の終結を達成するのに適してい
る。それにもかかわらず、多数のこのような一連の電気パルスを印加し、同じ電圧および
エネルギーの電気パルスで留まるのはほとんど無駄である。代わりに、生物学的組織の高
周波不整脈電気状態を迅速に終結させる確率を増大させるために、少なくとも１つの他の
一連の電気パルスが、先行する一連の電気パルスより高い電圧で発生させられてもよい。
生物学的組織への損傷、および生物学的組織を有する患者への苦痛が、電気パルスの電圧
増大と共に増大する場合がある。しかしながら、低電圧で不整脈電気状態を終結させるこ
とができない場合、こうすることへの正当な根拠は十分にある。

さらに、電圧増大を伴ういくつかの一連の電気パルスの後でさえ、生物学的組織が、依
然として不整脈電気状態にあることを認めなければならない場合、標準的な心臓除細動エ
ネルギーの単一の電気パルスが発生させられ、生物学的組織に印加されてもよい。これは
、損傷および苦痛をほんのわずかしか、またはまったく引き起こさない低い電圧およびエ
ネルギーの一連の電気パルスにより不整脈電気状態を終結させることができない場合、さ
もなければ、生物学的組織、および生物学的組織を含む器官全体に致命的でありうる不整
脈電気状態を最終的に終結させるために、標準的な除細動技法が使用されてもよいことを
意味する。

高周波不整脈電気状態にある生体物質の判定基準が、生物学的組織の電気的状態を表す
電気信号の優勢な周波数である。高周波不整脈電気状態は、約５ヘルツ〜約２０ヘルツま
での範囲内の周波数により特徴づけられる。

生物学的組織の電気的状態を表す電気信号中に２つ以上の優勢な周波数が存在する場合
、電気信号の最も高い優勢な周波数が、電気パルスによりスキャンされる位相空間を規定
する優勢な周波数とみなされてもよい。

電気パルスは、少なくとも１つの電極、および対極を形成する電気パルス発生器のハウ
ジングの間に印加されてもよい。このハウジングはまた、生物学的組織の高周波不整脈電
気状態を終結させるための装置の他の部分を含んでもよい。

一方、パルス発生器に接続された電極は、心臓の電極であってもよい。詳細には、パル
ス発生器に接続された電極は、胸腔内の電極であってもよい。他の変形形態では、パルス
発生器に接続された電極は、脳の電極、詳細には脳内以外の電極であってもよい。

他の一変形形態では、パルス発生器に接続された電極は、骨格筋の電極、詳細には皮下
以外の電極であってもよい。

一実施形態では、本明細書で開示する抗細動の方法は、低エネルギー抗細動ペーシング
（ＬＥＡＰ）パルスを、細動している心房に送達することにより心房細動（ＡＦ）を抑制
するために適用される。ＡＦを抑制するために考案された他の電気治療と同様に、ＬＥＡ
Ｐショックは、遠距離場ＬＥＡＰパルスによる心室細動（ＶＦ）の、ショックに誘発され
た誘発を避けるために、心室の「脆弱な窓」の外側に印加されなければならない、すなわ
ち、起こり得るＶＦの誘発を防止するために、心室の脆弱な期間中に、遠距離場パルスが
心房に印加されるのを防止しなければならない。心室の脆弱な窓は、回転する波の脆弱な
窓ではないことに留意されたい。回転する波の脆弱な窓中に印加される適切なパルスは、
回転する波を終結させるが、心室の脆弱な窓中に印加されるパルスは、ＶＦを引き起こす
場合がある。

ＡＦ中の心室興奮は、典型的には不規則であるので、心室の活動、およびたとえば５つ
の遠距離場パルスの同期の検知は、問題がある可能性がある。この障害を克服するために
、本発明は、ＬＥＡＰの送達前だけでなくＬＥＡＰ中に一定サイクル長で心室のペースを
調節して、規定された心室リズムを獲得し、規則正しくすることを教示する。ペーシング
刺激は、右心室の尖部内に置かれた、留置されたペーシング／検知カテーテルを使用して
送達されてもよく、カテーテルから、単極記録が得られてもよい。心室の脆弱な窓中にＬ
ＥＡＰパルスが送達されないように、ＬＥＡＰ前の右心室単極電位図から計測されるよう
な活性化回復間隔（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎｔｅｒｖａｌ、ＡＲ
Ｉ）が、ＬＥＡＰの送達を同期させるコントローラにより使用される。コントローラは、
ＬＥＡＰアルゴリズムを収容する同じＩＣＤに似たデバイス内に埋め込まれてもよい。

ＬＥＡＰの他の実施形態では、心室相対不応期（すなわち、脆弱な窓）中に心室興奮し きい値以下のエネルギーで効果的なＬＥＡＰプロトコルが適用される。その結果、この場
合、心室のペーシング／検知カテーテルは必要ない。

次に、図面をより詳細に参照すると、図１は、生物学的組織２の高周波不整脈電気状態
を終結させる装置１の基本設計を示す。破線で示すハウジング３内に、装置１は、判定ユ
ニット４および電気パルス発生器５を備える。判定ユニット４も電気パルス発生器５も、
ハウジング３の一部を形成する対極６に接続される。対極６は、生物学的組織２の電気状
態を表す電気信号を提供するセンサの役割を果たす判定ユニット４の電極７に対する対極
の役割を果たす。判定ユニット４は、生物学的組織２の電気状態のどんな優勢な周波数も
判定し、最も高い優勢な周波数を選択する。この最も高い優勢な周波数が、生物学的組織
２の高周波不整脈電気状態を示す場合、判定ユニットは、電気パルス発生器５を活動化し
て、判定された優勢な周波数に応じて、少なくとも１つの一連の電気パルスを発生させる
。これらの電気パルスは、生物学的組織２の高周波不整脈電気状態を終結させるために、
対極６および電極８の間の生物学的組織２に印加される。

図２は、図１による装置１を使用するときに実行される方法について示す簡易構成図で
ある。第１のステップでは、電気信号を提供するセンサを使って、生物学的組織の電気的
状態が検知される。次いで、電気的状態を表す電気信号は、電気的状態の少なくとも１つ
の優勢な周波数に関して解析される。この優勢な周波数が、５ヘルツ〜２０ヘルツまでの
特性範囲である場合、優勢な周波数の優勢レベルが同じく判定される。優勢な周波数がし
きい値ＴＳを超える時点から開始して、優勢な周波数に応じて、電気パルスが発生させら
れる。次いで、これらの電気パルスは、生物学的組織に印加される。その後、優勢な周波
数が特性範囲内に存在しない場合、すでに行われたように、生物学的組織の電気状態が再
度検知される。

図３（ａ）は、生物学的組織が高周波不整脈電気状態にある場合に、電気信号の周波数
にわたりプロットした、生物学的組織の現在の電気状態を表す電気信号の典型的な強度分
布を示す。強度Ｉは、優勢な周波数ｆ_ｄで最も高いが、同じく、かなりの強度の他の周波
数も存在する。優勢な周波数ｆ_ｄへの強度Ｉの集中は、時間が経つにつれ変動する。優勢
な周波数ｆ_ｄの優勢レベルＬ_ｄは、優勢な周波数ｆ_ｄを含む周波数窓にわたる強度Ｉの積
分が、優勢な周波数ｆ_ｄに近接する、隣接する周波数ｆ_ｎを含む周波数窓にわたる強度Ｉ
の積分と比較されるという点で、計測されてもよい。図３（ｂ）は、時間ｔにわたる、不
整脈電気状態にある生物学的組織のさまざまな領域の電場協調Ｃ_ｅのプロットである。優
勢レベルＬ_ｄは、不整脈電気状態でのこの電気的協調Ｃ_ｅの尺度である。図３（ｂ）は、
時間が経つにつれ優勢レベルＬ_ｄが変動し、秒のオーダの時間的距離で最大値を示すこと
を示す。同じ垂直の長さの矢印が、生物学的組織に印加された一連の電気パルスにより引
き起こされた、生物学的組織の電気的協調の起こり得る増大を示す。この一連の電気パル
スが、優勢レベルが低いときだけに印加された場合、その結果得られる全体の電気的協調
は、生物学的組織の電場協調が非常に高いために不整脈電気状態が終結させられる判定レ
ベルＤＬを超えない。しかしながら、一連の電気パルスが、優勢レベルＬ_ｄがすでにしき
い値ＴＶを超えた時点に印加された場合、その結果得られる全体の電場協調は、判定レベ
ルＤＬより高くなる。したがって、優勢レベルＬ_ｄを判定し、優勢レベルＬ_ｄがしきい値
ＴＶを超えるときに一連の電気パルスをトリガすることにより、一定の電圧およびエネル
ギーの単一の一連の電気パルスを使って、生物学的組織の不整脈電気状態を終結させる可
能性が大きく高められる。

図８Ａは低エネルギー抗細動ペーシング（ＬＥＡＰ）パルス（Ｎ＝５パルス、ペーシン
グ周波数６．５Ｈｚ）を使用して、ｔ＝０にインビボで心室細動をうまく終結したことを
示す心電図（ＥＣＧ）の時系列を示す。図８Ｂは、ＬＥＡＰパルスに先行する、Ａに示す
時系列の間隔を表す。黒いバーが、図８Ｃに示すスペクトルを得るために使用した時間間隔ΔＴを示す。図８Ｃは、信号のスペクトル内容の時間変動を示す、図８Ｂで示す時系列
のスペクトル写真である。各スペクトルは、高速フーリエ変換、および長さΔＴの時間窓
を使用して計算した。図８Ｄは、スペクトル写真から得られたスペクトルエントロピを示
し、図８Ｃで観察されたスペクトルの複雑さの、対応する変動を表示する。図８Ｅは、破
線の垂直線で図８Ｂ〜図８Ｄに示すように、時間（１）（図８Ｄに実線でプロットする）
および時間（２）（図８Ｄに破線でプロットする）に得られた２つの代表的スペクトルを
示す。

図８Ｄに示すスペクトルエントロピは、以下のように規定される：

ここで、Ｎはスペクトルビンの総数であり、ｐ_ｉはｉ番目のスペクトルビンでの正規化
パワースペクトル密度である。

図４は、図１に示す装置の設定手順の簡易構成図である。この設定手順は、生物学的組
織が電気的興奮状態にないときだけ実施される。しかしながら、生物学的組織のこのよう
な興奮していない電気状態はまた、たとえば拍動する心臓の個々の心拍動間にも存在する
。

この興奮していない生物学的組織に、同じ継続期間であるが異なる電圧の個々の電気パ
ルスが印加され、個々のパルスに対する電気的応答、詳細には、個々の電気パルスが印加
される電極までの地点の距離で一定の電位に到達する応答時間が検知される。次いで、個
々の電気パルスの電圧に対するこれらの応答時間の依存性が、生物学的組織の電場伝播特
性に関する結論を引き出すために、および高周波不整脈電気状態の将来の事象で生物学的
組織に印加される一連の電気パルスに属する適切な電気パルスに対して最小電圧を設定す
るために使用される。心臓除細動装置に関しては、図４による手順は、除細動装置を移植
し、設定するときだけ、医学的監視の下で実施されてもよい。しかしながら、低電圧の個
々のパルスに関しては、図４による手順はまた、一連の電気パルスに属する電気パルスに
対する最小電圧を更新して、生物学的組織の電気伝播特性のどんな変化も補償するように
、一定の時間間隔で実施されてもよい。

図５は、優勢な周波数ｆの逆数値１／ｆに応じて一連の電気パルスＡ〜Ｈがどのように
発生させられるかを示す。個々のパルスＡ〜Ｈの間隔Ｔｐは、逆数値１／ｆの１／８であ
る偏差Δだけ逆数値１／ｆを超える。図５（ａ）は時空間内のパルスを示し、図５（ｂ）
は位相空間内のパルスＡ〜Ｈを示し、位相空間では、パルスＡ〜Ｈは、π／４の間隔Ｉ_ｐ
で正確に一度優勢な周波数で全位相空間２πをラスタスキャンする。優勢な周波数ｆのど
んな回転する波も、図５（ｂ）に従ってパルスＡ〜Ｈのうちの１つが当たる、位相空間内
の脆弱な窓を有する。

図６は、優勢な周波数ｆの逆数値１／ｆに応じて他の一連の電気パルスＡ〜Ｈがどのよ
うに発生させられるかを示す。この場合、個々のパルスＡ〜Ｈの間隔Ｔｐは、逆数値１／
ｆの１／８である偏差Δだけ逆数値１／ｆに達しない。図６（ａ）は時空間内のパルスを
示し、図６（ｂ）は位相空間内のパルスＡ〜Ｈを示し、位相空間では、パルスＡ〜Ｈはま
た、π／４の間隔Ｉ_ｐで正確に一度ではあるが、図５（ｂ）によるパルスＡ〜Ｈと逆方向
に、優勢な周波数で全位相空間２πをラスタスキャンする。

図７は、遠距離場抗細動ペーシング（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ ａｎｔｉ−ｆｉｂｒｉｌｌ
ａｔｉｏｎ ｐａｃｉｎｇ、ＦＦ−ＡＦＰ）を、心室活動電位により表される心室活動と
同期させるために使用される手順を概略的に示す。一定サイクル長（Ｓ１Ｓ１＝４００ｍ
ｓ）で１０の拍動に対する心室ペーシング中に計測されたＡＲＩ（“ｘ”）を使用して、
脆弱な窓（ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ ｗｉｎｄｏｗ、ＶＷ）が規定され、この場合、ＶＷｍ
ｉｎ＝ＡＲＩ−２０ｍｓであり、ＶＷｍａｘ＝ＡＲＩ＋２０ｍｓである。５つのＦＦ−Ａ
ＦＰパルス（Ｐ１〜Ｐ５）のタイミングは、Ｐ２がＶＷｍｉｎの１０ｍｓ前に送達され、
Ｐ３がＶＷｍａｘの少なくとも１０ｍｓ後に送達されるように、一定のＰ−Ｐ間隔（たと
えば９０ｍｓ）に対して計算される。Ｐ３は次のＳ１（Ｓ１^＊）に取って代わり、次の２
つのパルス（Ｐ４およびＰ５）は、心室の絶対不応期の範囲内に入る。

本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に
多くの変更および修正が行われてもよい。このような修正および変更はすべて、本明細書
において、特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図
される。

Claims (2)

1. 心臓の心房の心房細動を終結させる装置であって：
   −前記心房の現在の電気状態を表す電気信号を提供するように構成された少なくとも１つのセンサ；
   −前記電気信号から、前記生物学的組織の前記現在の状態が心房細動であるかどうかを判定するように構成された判定ユニット；
   −前記電気信号に応じた間隔で、少なくとも１つの一連の電気的に低エネルギーの抗細動ペーシングパルスを発生させるための電気パルス発生器；
   −前記低エネルギー抗細動ペーシングパルスを前記心房に印加するように構成された、前記電気パルス発生器に接続された少なくとも１つの電極；
   −前記心臓の心室の心室活動電位を表す他の電気信号を提供するように構成された少なくとも１つの他のセンサ；
   −電気ペーシングパルスを発生させるように構成された他の電気パルス発生器；
   −前記他のパルス発生器に接続され、かつ前記電気ペーシングパルスを前記心室に印加するように構成された少なくとも１つの他の電極；および
   −前記少なくとも１つの一連の低エネルギー抗細動ペーシングパルスに属する低エネルギー抗細動ペーシングパルスが、ショックに誘発された心室細動を前記心室が受けやすい脆弱な窓に印加されないように、前記少なくとも１つの一連の低エネルギー抗細動ペーシングパルスを前記電気ペーシングパルスと同期させるように構成された同期ユニット
   を備える装置。
2. 前記少なくとも１つの他の電極および前記少なくとも１つの他のセンサは、前記心室内に置かれるように構成された１つの留置されたペーシング／検知カテーテルの中に組み合わせられる、請求項１に記載の装置。