JP2022542759A - 矩形衝撃波形の植込型パルス発生器 - Google Patents

矩形衝撃波形の植込型パルス発生器 Download PDF

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Abstract

本発明は、電気回路を備える移植可能なパルス発生器に関するものであり、前記電気回路は、以下の構成を有する。一次エネルギー蓄積手段と、少なくとも一つの二次エネルギー蓄積手段と、制御ユニットとを備え、制御ユニットは、パルス送出の第１段階の第１間隔において、一次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して放電されるように、電気回路の電気スイッチを作動させ、以下のように電気回路の電気スイッチを作動させるように構成される。前記一次エネルギー源と少なくとも一つの二次エネルギー源が直列に固定接続されており、前記植込型パルス発生器が大概矩形のパルス波形を有する衝撃を与えるように設計されていることを特徴とする。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、植込型パルス発生器に関するものである。
現在、植込型除細動器（ＩＣＤ：ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ Ｃａｒｄｉｏｖｅｒｔｅｒ ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒｓ）の除細動には必ずコンデンサ放電が使われており、除細動の間、一定の静電容量から衝撃エネルギー全体を取り出している。指数関数的に低下する電圧波形はその特徴である。
衝撃電圧の最小化に対応した衝撃波形は、すでに体外式除細動器に採用されている。
指数関数的な衝撃波形の欠点は、効果的な除細動を行うために必要なピーク電圧が高いことである。特に、非経静脈的な除細動器（Ｓ－ＩＣＤ（商標）などの皮下ＩＣＤＳ）の場合、ピーク電圧が１３００Ｖを超えるため、適切な高電圧部品が必要となり、設計ルールに準拠しなければならない。
そこで、本発明の目的は、より低い衝撃電圧で治療効果の高い衝撃を与えることができる植込型パルス発生器を提供することである。
この目的は、請求項１の特徴を有する移植可能なパルス発生器と、請求項１１の特徴を有する方法とによって達成される。適切な実施形態は、従属請求項および以下の説明に記載されている。
請求項１によれば、電気回路を備えた植込型パルス発生器が提供される。電気回路は、
一次エネルギー蓄積手段と、
少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段と、
制御ユニットとを備え、
制御ユニットは、
パルス送出の第１段階の第１間隔において、治療用電流経路を介して一次エネルギー蓄積手段が放電されるように、電気回路内の電気スイッチを作動させ、
パルス送出の第１段階の第２間隔において、少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して放電されるように、電気回路内の電気スイッチを作動させるように構成され、
一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段が直列に固定的に接続されている、または接続可能であり、
植込型パルス発生器は、大概矩形のパルス波形を有する衝撃を与えるように構成されており、
植込型パルス発生器は、複数の二次エネルギー蓄積手段を備えており、
制御ユニットは、第２間隔において、
一次エネルギー蓄積手段および前記二次エネルギー蓄積手段のすべてが治療用電流経路を介して順番に放電されるように、または、
一次エネルギー蓄積手段と、複数の二次エネルギー蓄積手段のいずれかが治療用電流経路を介して放電されるように、
電気回路内の電気スイッチを作動させるようにさらに構成されている。
特に、治療用電流経路は、治療用電気パルスをターゲット組織、好ましくは患者の心臓組織に送出するために、好ましくは心臓組織の除細動のために治療用電気衝撃を送出するために使用される。
さらに、特に１次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの２次エネルギー蓄積手段は、パルス送出の第１段階の第２間隔において、治療用電流経路を介して放電される。
有利には、本発明によるパルス発生器によって、大概矩形のパルス波形を有する衝撃伝達が達成され、特に、パルス伝達中の実質的に矩形の電圧または電流波形が達成される。このようにして、必要な最大衝撃電圧を低減しつつ、治療上有効な（除細動）パルスを定義された時間にわたって送出することが可能である。本発明によるアプローチは、有利にも、特に最大必要衝撃電圧を低減することによって、植込型除細動器のためのよりコスト効率の高い設計、および既存の高電圧コンポーネントおよびプラットフォームの使用を可能にする。
したがって、本発明による植込型パルス発生器は、特に、除細動器として使用するのに適しており、本発明による電気回路によって、上述の矩形パルス波形を有する１２００Ｖまでの治療電圧を実現することが可能である。このようにして、本発明によるパルス発生器を一方の電極極として配置し、パルス発生器に接続された電極リードの端部を他方の電極極として、患者の胸郭（皮下ＩＣＤ）の外側に配置することができる。よりコンパクトな設計が可能であるため、皮下ＩＣＤとして構成されたパルス発生器は、有利には７０ｃｍ３以下の容積を有する
もちろん、本発明によるパルス発生器で、より低い治療電圧、例えば６００Ｖを実現することも可能であり、これにより、電極リードの端部が胸郭内に配置され、パルス発生器が胸郭外に配置された従来のＩＣＤとしての使用が可能となる。前述の低い治療電圧は、より小さなエネルギー蓄積手段で実現することができる。よりコンパクトな設計が可能なため、従来のＩＣＤとして構成されたパルス発生器は、３５ｃｍ３以下の容積を持つことができる。
本発明によるパルス発生器は、電極リードの端部とパルス発生器の両方が胸郭内に配置されているＩＣＤにも使用することができる。この場合、好ましくは約５５０Ｖの治療電圧が使用されるが、これはより小さなエネルギー蓄積手段からなる本発明によるパルス発生器で実施されるため、特に３５ｃｍ２以下の装置容積を達成することができる。
本発明による植込型パルス発生器の一実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段とが直列に、特に固定的にまたは不変的に直列に接続されていること、すなわち、前述のエネルギー蓄積手段がスイッチによって切断されていないことが提供される。この固定された直列接続の結果、本発明による電気回路は、有利なことに、故障が発生しにくくなる。
本発明の移植可能なパルス発生器の代替実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段を直列に接続することができることが提供される。
本発明による植込型パルス発生器の一実施形態によれば、少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段の放電のための起動が、時間制御または信号制御された方法で行われることが提供される。
この制御信号は、エネルギー蓄積手段や送出されたパルス、例えば治療用の電流経路で直接測定された、１つ以上の測定電圧または電流の分析からプロセス内で得ることができる。
したがって、本発明による植込型パルス発生器の一実施形態によれば、電圧監視のための装置が含まれており、この装置は、特に、本発明による植込型パルス発生器のエネルギー蓄積手段のそれぞれの電圧を、好ましくは連続的にまたは予め定義された間隔で決定するように構成されている。
電圧監視のための装置は、好ましくは、本発明による植込型パルス発生器のエネルギー蓄積手段の１つの電圧が予め定義された閾値を下回ったときに、第１信号を制御ユニットに送信するようにさらに構成される。第１信号は、有利には、治療用電流経路を介してさらなるエネルギー蓄積手段の放電をトリガすることができる。
電圧監視のための装置は、好ましくは、本発明による植込型パルス発生器のエネルギー蓄積手段の１つの電圧が、所定の時間内に所定の閾値を下回らない場合に、第２信号を制御ユニットに送信するようにも構成される。第２信号は、有利には、治療用電流経路を介したさらなるエネルギー蓄積手段の放電を抑制することができる。この設計では、電圧監視のための装置および制御ユニットは、特に本発明による電気回路のために、過電圧保護システムを実施することができる。治療用電流経路に負荷が存在する（電圧降下あり）か、負荷が存在しない（電圧降下なし）かは、電圧測定によって確立される。負荷がないことが検出された場合には、治療用電流経路を介してエネルギー蓄積がさらに放電されることはないので、例えば治療用電流経路において電圧がさらに上昇することはない。
さらなる実施形態によれば、本発明による植込型パルス発生器は、周囲の組織（体組織）のインピーダンスを測定するための装置を備える。インピーダンス測定用の装置は、好ましくは、一次エネルギー蓄積手段および／または少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段の放電開始後に確認された電圧から、（電圧降下によって観察される）放電を引き起こす抵抗を決定するように構成される。電圧は、治療電圧、個々のエネルギー蓄積手段の電圧、または本発明による電気回路内の任意の電圧とすることができる。電圧は、電圧監視のための前述の装置によってプロセス中に確認することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、第１段階の第２間隔の開始のための時点が、第一次エネルギー蓄積手段および／または少なくとも１つの第二次エネルギー蓄積手段の放電挙動から決定されることが提供される。前述の時点は、特定のエネルギー蓄積手段の電圧が、予め定められた閾値、例えば出力電圧の８０％を下回らないように選択される。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、電気回路が複数の二次エネルギー蓄積手段を備え、制御ユニットが、パルス送出の第１段階の第２間隔において、二次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して順次または順番に放電されるように、電気回路の１つまたは複数の電気スイッチを作動させるように構成されていることが提供される。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段と複数の二次エネルギー蓄積手段とが直列に、特に固定的または不変的に、つまり、特にエネルギー蓄積手段間の切断可能なスイッチなしに接続されていることが提供される。
本発明の移植可能なパルス発生器の代替的な実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段と複数の二次エネルギー蓄積手段のそれぞれを直列に接続することができ、特に二次エネルギー蓄積手段をそれぞれ並列に接続することができることが提供される。
特に、複数の二次エネルギー蓄積手段は、本質的に同一の容量（すなわち、２０％以下の公差内）および／または公称電圧（すなわち、１０％以下の公差内）を有するか、または異なる容量および／または公称電圧を有することができる。複数の二次エネルギー蓄積手段がある場合、それぞれのケースで、これらは同じまたは同一のタイプであることが好ましい。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、それぞれの場合において、二次エネルギー蓄積手段の１つが、治療用電流経路を介して、それぞれの時点で（交互にまたはすべて順番に）第２間隔で放電されることが提供される。ここでも、それぞれの時点は、特定のエネルギー蓄積手段の電圧が所定のしきい値、例えば出力電圧の８０％を下回らないように選択されることが好ましい。同様に、治療電圧が最大電圧または出力電圧の２０％以上低下しないように、それぞれの時点を選択してもよい。
治療用電流経路における二次エネルギー蓄積手段の放電は、望ましい理想的な矩形パルス波形からの実際のパルス波形（治療用電圧／電流のピーク）の変動が５０％以下、好ましくは２０％以下になるように行われるのが好ましい。このような変動は、リップルとも呼ばれる。これは、電圧波形のスパイクとして明らかになる。
前述のように、変動（リップル）は、電圧監視によって前述の境界内に維持することができ、ここでは特定のエネルギー蓄積手段の指数関数的な部分放電の降下電圧が観察される。電圧があらかじめ定義されたしきい値を下回ると、別のエネルギー蓄積手段の充電が呼び出され、治療電圧が所望の最大電圧まで上昇し、別のエネルギー蓄積手段の放電とともに再び低下する。これは、電圧波形のさらなるスパイクすなわちリップルによっても明らかになる。
また、変動（リップル）、またはバリエーションは、上述のように時間制御された方法で制御することができる。電荷が呼び出された最後の二次エネルギー蓄積手段は、好ましくは、二相性衝撃で極性反転まで放電される（療法電圧の最後のスパイクは、衝撃の極性反転まで「減衰」する）。
次のエネルギー蓄積手段に切り替える時点は、例えば、エネルギー蓄積手段の放電の指数法則から把握することができ、時定数は既知で、既知の静電容量Ｃを有し、活性化されたエネルギー蓄積手段の電荷が第１極性（＋／－２０％）と等しくなるように、上述のように決定された抵抗Ｒを有している。
理想的なパルス波形からの変動（リップル）は、次の蓄電装置に切り替わるたびに、治療電圧が基本的に（±２０％）同じ電圧になるように、つまりリップルのピークが同じレベル（±２０％）になるように制御することができる。
別の方法として、理想的なパルス波形からの変動を監視して、次のエネルギー蓄積手段に切り替わるたびに治療電圧が低下するようにすることもできる（例えば、毎回最大２０％）。
前述の変動の制御は、上述のように時間制御または電圧制御が可能である。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、制御ユニットが、治療用電流経路における電流の方向が逆になるように、パルス送出の第２段階において、電気回路の少なくとも１つの電気スイッチ、好ましくはブリッジ回路（Ｈブリッジ）の複数のスイッチを作動させるようにさらに構成されていることが提供される。このようにして、第１段階の終了時にパルスの急峻な電圧降下を有利に実現し、二相性の治療用パルスを生成することができる。さらに、第１段階では十分に刺激されなかった標的組織の領域を、第２段階では有利に刺激することができる。同時に、標的組織、好ましくは心臓組織において、電荷の均等化を有利に達成することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、制御ユニットが、パルス送出の第２段階において、さらに、
一次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して放電されるように、電気回路内の電気スイッチを作動させること、または
一次エネルギー蓄積手段と二次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して放電されるように、電気回路内の電気スイッチを作動させること
を構成されるように提供される。
本発明による移植可能なパルス発生器の代替的な実施形態によれば、制御ユニットが、パルス送出の第１段階の終わりに、一次エネルギー蓄積手段および／または二次エネルギー蓄積手段、あるいは複数の二次エネルギー蓄積手段が治療電流経路から切り離され、および／またはそれに接続された１つまたは複数のブリーダ抵抗器で放電されるように、１つまたは複数の電気スイッチを作動させるようにさらに構成されていることが提供される。有利なことに、第１段階の終わりにおけるパルスの急峻な電圧降下も、この実施形態では達成することができ、その過程で単相パルスを生成することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段が、それぞれ直列または並列に接続された複数の個別エネルギー蓄積手段で構成されていることが提供される。個々のエネルギー蓄積手段の数は、好ましくは、必要なまたは所望の充電容量に適合される。一次エネルギー蓄積手段は、好ましくは、少なくとも２つの個別エネルギー蓄積手段から構成され、３つの個別エネルギー蓄積手段が好ましい。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段の個々のエネルギー蓄積手段が直列に固定的に接続されていることが提供される。
特に、一次エネルギー蓄積手段の個々のエネルギー蓄積手段は、本質的に同一の容量（すなわち、２０％以下の公差内）および／または公称電圧（すなわち、１０％以下の公差内）を有するか、または異なる容量および／または公称電圧を有することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、電気回路のスイッチは、電子スイッチまたは半導体スイッチであり、特に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、陽極ゲートサイリスタ（ＡＧＴ：Ａｎｏｄｅ Ｇａｔｅｄ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、または前述の電子スイッチの組み合わせから選択される。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、上述したスイッチの少なくとも１つがダイオードと電気的に接続されており、ダイオードがエネルギー蓄積手段の１つとスイッチの間に配置されていることが提供される。ダイオードは、好ましくは、エネルギー蓄積手段の方向への電流を遮断するように構成される。ダイオードは、最後の二次エネルギー源が治療用電流経路を介して放電されるスイッチを除き、各スイッチと関連するエネルギー源との間に配置されることが好ましい。ここでも、各ダイオードは、特定のエネルギー蓄積手段の方向への電流を遮断するように構成されているのが好ましい。このようにして、スイッチは極性の反転に対して有利に保護される。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、複数の二次エネルギー蓄積手段は、２つから４つの二次エネルギー蓄積手段、好ましくは３つの二次エネルギー蓄積手段で構成されることが提供される。
本発明による植込型パルス発生器の一実施形態によれば、エネルギー蓄積手段がコンデンサまたはコイルであることが提供される。複数のエネルギー蓄積手段、例えば複数の二次エネルギー蓄積手段は、その過程におけるコンデンサによって形成することができ、このコンデンサは、例えば複数の陽極によって形成される複数の容量を含み、この複数の容量はそれぞれ別々に放電することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、それに応じて、複数の二次エネルギー蓄積手段は、第１極性を有する少なくとも１つの第１電極と、第２極性を有する少なくとも２つの第２電極とを含むコンデンサによって形成され、第１電極および少なくとも２つの第２電極は、コンデンサの外側からそれぞれ別々に電気的に接触することができることが提供される。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、第一次エネルギー蓄積手段および／または第二次エネルギー蓄積手段、またはエネルギー蓄積手段が、少なくとも１つの陰極と少なくとも２つの陽極、好ましくは３つの陽極を含むコンデンサであり、陰極および少なくとも２つの陽極が、コンデンサの外側からそれぞれ別々に電気的に接触できることが提供される。コンデンサは、好ましくは、陰極と陽極が配置された導電性のハウジングを備え、ハウジングは陰極と電気的に接続され、陽極は、コンデンサの外部またはコンデンサのハウジングから少なくとも１つの電気的フィードスルーを介して、ハウジングとそれぞれ電気的に接触することができる。陰極は好ましくは電解質によって形成され、陽極は好ましくは弁金属、好ましくはアルミニウム、タンタルまたはニオブによって形成される。特に、陽極の各々は、陰極（電解質）との間で専用の容量を形成することができ、この容量は、好ましくは２００μＦ～３００μＦの範囲であり、特に約２４１μＦである。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、電気回路が、多電極からなる前項に記載のコンデンサのうちの３つからなる一次エネルギー蓄積手段と、前項に記載のコンデンサによって形成される二次エネルギー蓄積手段とを備えることが提供される。特に、二次エネルギー蓄積手段として構成されたコンデンサは、コンデンサの外側からそれぞれ別々に電気的に接触することができる少なくとも２つ、好ましくは３つの陽極を備えており、これに対応して、それぞれ別々に放電することができる少なくとも２つ、好ましくは３つの容量を形成することができる。
本発明による植込型パルス発生器のさらなる実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段、個別エネルギー蓄積手段、または前述の二次エネルギー蓄積手段の１つを形成するコンデンサ、またはコンデンサが、電解コンデンサまたはセラミックコンデンサまたはフィルムコンデンサであり、好ましくはアルミニウムまたはタンタルの電解コンデンサであり、好ましくは少なくとも５Ｊ＊ｃｍ３のエネルギー密度を有することが提供される。
本発明によるエネルギー蓄積手段の一実施形態によれば、以下のものが提供される。
一次エネルギー蓄積手段は、１５０μＦから３００μＦの範囲の静電容量および／または２５０Ｖから３００Ｖの範囲の公称電圧を有しており、および／または、
二次エネルギー蓄積手段は、それぞれ別々に、１８０μＦ～３６μＦの静電容量および／または２５０Ｖ～２５５Ｖの公称電圧を有している。
一次エネルギー蓄積手段が複数の個別のエネルギー蓄積手段、例えば２つまたは３つで形成されている場合、一次エネルギー蓄積手段は、好ましくは１５０μＦから３００μＦの範囲の全体的なキャパシタンスを有する。
請求項１１によれば、実質的に矩形のパルス波形を有する電気パルスを送出する方法が提供される。この方法は、
充電された一次エネルギー蓄積手段を、パルス送出の第１段階の第１間隔で放電電流経路に接続するステップと、
前記パルス送出の第１段階の第２間隔において、少なくとも１つの充電された二次エネルギー蓄積手段を前記放電電流経路に接続するステップと、
一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段が直列に固定的に接続されている、または接続可能であるステップと、
を含み、
第２間隔で、一次エネルギー蓄積手段と、順番にすべての二次エネルギー蓄積手段が治療用電流経路を介して放電される、または
一次エネルギー蓄積手段と、複数の二次エネルギー蓄積手段のいずれかが治療用電流経路を介して放電される。
本発明による方法は、有利には、請求項１に記載の本発明による植込型パルス発生器または上述の実施形態の１つを用いて実施することができる。
本発明による方法の一実施形態によれば、充電された一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの充電された二次エネルギー蓄積手段とが直列に固定的に接続されている、すなわち、特にスイッチによって切断されていないことが提供される。
本発明による方法の代替的な実施形態によれば、充電された一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの充電された二次エネルギー蓄積手段とを直列に接続することができることが提供される。
本発明による方法の一実施形態によれば、少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段の放電電流経路への接続が、信号制御または時間制御されることが提供される。
本発明による方法の一実施形態によれば、パルス送出の第１段階の第２間隔において、複数の充電された二次エネルギー蓄積手段が、放電電流経路に順次または順番に接続されることが提供される。
本発明による方法の一実施形態によれば、充電された一次エネルギー蓄積手段と複数の充電された二次エネルギー蓄積手段とが直列に固定的に接続されている、すなわち、特にスイッチによって切断されていないことが提供される。
本発明による方法の代替実施形態によれば、充電された一次エネルギー蓄積手段と複数の充電された二次エネルギー蓄積手段を直列に接続することができることが提供される。
本発明による方法の一実施形態によれば、一度に１つの充電された二次エネルギー蓄積手段のみが放電電流経路に接続され、特に、複数の充電された二次エネルギー蓄積手段がそれぞれの場合に順番に放電電流経路に接続されることが提供される。これは、特に、二次エネルギー蓄積手段がそれぞれ並列に接続される電気回路によって達成することができる。このようにして、一度に１つの二次エネルギー蓄積手段と一次エネルギー蓄積手段のみが放電電流経路に接続される。
本発明による方法の一実施形態によれば、複数の充電された二次エネルギー蓄積手段が放電電流経路に順次接続され、特にすべての二次エネルギー蓄積手段が放電電流経路に順番に接続されることが提供される。これは、特に、一次エネルギー蓄積手段と二次エネルギー蓄積手段とがそれぞれ直列に接続された電気回路によって実現することができる。このようにして、一次エネルギー蓄積手段、第１二次エネルギー蓄積手段、およびすべてのさらなる二次エネルギー蓄積手段は、放電電流経路と直列に順番に接続される。
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、一次エネルギー蓄積手段と少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段、または複数の二次エネルギー蓄積手段の接続は、それぞれの場合において、特に電子スイッチによって行われることが提供される。
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、パルス送出の第２段階において、電流経路における電流の方向が反転されることが提供される。このような電流の方向の反転は、有利には、ブリッジ回路を用いて実施することができる。
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、パルス送出の第２段階において、以下のことが提供される。
一次エネルギー蓄積手段のみが放電電流経路に接続されている、または、
一次エネルギー蓄積手段と二次エネルギー蓄積手段は、放電電流経路に接続されている。
以下、本発明のさらなる特徴および利点を、例示的な実施形態の図の説明に基づいて説明する。
図１は、植込型除細動器の様々な衝撃波形と、心筋細胞の膜間電圧への影響を示したものである。 図２Ａは、直列に接続可能な一次および二次エネルギー蓄積手段からなる本発明による回路の一実施形態を示している。 図２Ｂは、治療電圧とエネルギー蓄積量の関連する電圧波形（上）と、心筋細胞の膜貫通電圧への影響（下）を示している。 図２Ｃは、図２Ａに示した実施形態の詳細な表現を示す。 図３Ａは、直列に接続可能な一次エネルギー蓄積手段と並列に接続可能な二次エネルギー蓄積手段からなる、本発明による回路の代替実施形態を示す図である。 図３Ｂは、治療電圧とエネルギー蓄積量の関連する電圧波形（上）と、心筋細胞の膜貫通電圧への影響（下）を示している。 図４は、本発明による回路の別の実施形態を示すもので、外部から接触可能な複数の陽極からなるコンデンサを使用している。
図１は、植込型除細動器（経静脈型ＩＣＤと皮下型ＩＣＤの両方に適用可能）の衝撃波形の現状（上のグラフ、青）を示している。治療電圧は、実質的に１個のコンデンサの放電に起因するため、指数関数的に低下する。このため、心臓に同じ効果をもたらすためには、かなり高い開始電圧からプロセスを開始しなければならないという欠点がある。比較のために、長方形の第１位相を持つ理想的な衝撃波形（赤）と、長方形の波形に近似した本発明によるアプローチの衝撃波形を示している。
図２Ａは、本発明による回路の好ましい実施形態を示しており、エネルギー蓄積手段Ｃ１～Ｃ６は、直列に接続された、または接続可能なコンデンサである。本発明による一次エネルギー蓄積手段を形成するコンデンサＣ１～Ｃ３は、静電容量Ｃ０としても実装可能である。すべてのコンデンサＣ１～Ｃ６は、基本的に充電回路によって同時に充電することができる。療法を行うために、スイッチＳ１～Ｓ４を昇順に順番に切り替える。スイッチｉ＋１が閉じられる前に、スイッチｉはこのプロセスで再び開かれる。この回路はさらに、第２段階の生成のためにＨ－ブリッジに供給される（図示せず）。第２段階では、スイッチの１つ（好ましくはＳ４）が閉じられる。スイッチＳ４の代わりに、方向Ｃ０／Ｃ４の電流を遮断するダイオードを配置することも可能である。図２Ｂは、この電気回路で実現できる治療電圧（青）の電圧波形と、上の図ではコンデンサＣ０（赤）、Ｃ４（黄）、Ｃ５（紫）、Ｃ６（緑）で、下の図では心筋細胞の膜貫通電圧への対応効果を示している。３つの個別のエネルギー蓄積手段Ｃ１～Ｃ３で形成される一次エネルギー蓄積手段Ｃ０は、好ましくは、１５０μＦ～３００μＦの範囲の全体的なキャパシタンスを有し、二次エネルギー蓄積手段Ｃ４～Ｃ６の各々は、好ましくは、１８０μＦ～３６０μＦの範囲のキャパシタンスを有する。
図２Ｃは、本発明によるパルス発生器のエネルギー蓄積手段Ｃ６１～Ｃとして、電子スイッチと最大６個のコンデンサからなる図２Ａに示す実施形態を示している。これらのうち、３つのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、十分に高い始動電圧を確保し、残りの３つのコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６は、所望の大概矩形のパルス波形（鋸歯状の曲線）を生成するが、本実施例では、最大４つのスパイクを有することができる。衝撃を二相性にするために、従来は電子スイッチ（ＩＧＢＴ）Ｑ０５～Ｑ０８で構成されるＨ回路を使用していました。この回路は、電子スイッチ（ＩＧＢＴ）Ｑ０１～Ｑ０４を介して供給され、コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６を作動させる。なお、ＩＧＢＴＱ０２～Ｑ０４は、ダイオードＤ７～Ｄ９で極性反転を防止することが望ましい。衝撃は、端子ＨＶ１～ＨＶ２を介して体内に伝えられる。コンデンサーは、ＨＶｉｎとグランドに接続された高電圧源を介して充電される。
図３Ａは、エネルギー蓄積手段としてのコンデンサＣ１～Ｃ６を備える本発明による電気回路のさらに好ましい実施形態を示しており、活性化された、または活性化可能なエネルギー蓄積手段Ｃ４～Ｃ６は、それぞれ並列に接続されている、または接続可能である。キャパシタＣ１～Ｃ３は、ここでは容量Ｃ０としても実装可能である。すべてのキャパシタは、基本的に充電回路によって同時に充電される。スイッチＳ１～Ｓ４は、治療を行うために昇順に順番に切り替えられる。スイッチｉ＋１が閉じられる前に、その過程でスイッチｉが再び開かれる。この回路はさらに、第２段階を生成するためにＨブリッジに供給される。第２段階では、スイッチの１つ（好ましくはＳ１）が閉じられる。図３Ｂは、上の図では、電気回路、およびコンデンサＣ０（赤）、Ｃ４（黄）、Ｃ５（紫）、Ｃ６（緑）で達成可能な治療電圧（青）の電圧波形を示し、下の図では、心筋細胞の膜貫通電圧に対する対応する効果を示している。
図４は、一次エネルギー蓄積手段Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と複数の二次エネルギー蓄積手段Ｃ４～Ｃ６からなるコンデンサを使用した、並列アプローチからなる本発明による電気回路の好ましい実施形態を示している。特に、プロセスでは、それぞれが陰極Ｋと、例えば３つの陽極Ａ１、Ａ２、Ａ３とからなるコンデンサが使用され、陰極Ｋは、有利には、導電性のハウジングによって外部から接触することができ、陽極は、それぞれ別々に外部から接触することができ、それぞれ、また、例えばフィードスルーＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介してハウジングＧから電気的に絶縁されている。本発明による複数の二次エネルギー蓄積手段は、このようにしてコンデンサとして実装され、３つの別々に接触可能な陽極Ａ１、Ａ２、Ａ３を用いてそれぞれ別々に放電することができる３つのキャパシタンスを提供する。
しかし、本発明による一次エネルギー蓄積手段を形成するコンデンサＣ１～Ｃ３は、陽極Ａ１、Ａ２、Ａ３がハウジングＧの内部で電気的に接続され、例えばフィードスルーを介して外部に配線された共有の陽極線を介して外部から電気的に接触できるように設計されていることも考えられる。

Claims (14)

  1. 電気回路を備えた植込型パルス発生器であって、
    一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、
    少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）と、
    制御ユニットと、
    を備え、
    前記制御ユニットは、
    パルス送出の第１段階の第１間隔において、治療用電流経路を介して前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）が放電されるように、前記電気回路内の電気スイッチ（Ｓ１、Ｑ０４）を作動させ、
    前記パルス送出の前記第１段階の第２間隔において、前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と前記少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が前記治療用電流経路を介して放電されるように、前記電気回路内の電気スイッチ（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｑ０３、Ｑ０２、Ｑ０１）を作動させるように構成され、
    前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、前記少なくとも１つの二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）とは、直列に固定的に接続されている、または接続可能であり、
    前記植込型パルス発生器は、大概矩形のパルス波形を持つ衝撃を与えるように構成されており、
    前記植込型パルス発生器は、複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）を備えており、
    前記制御ユニットは、前記第２間隔において、
    前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）およびすべての前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が順番に前記治療用電流経路を介して放電されるように、または、
    前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）のうちのいずれかが、前記治療用電流経路を介して放電されるように、
    前記電気回路の電気スイッチ（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を作動させるようにさらに構成されている、植込型パルス発生器。
  2. 前記電気回路は、複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）からなり、前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）とは、直列に固定的に接続されているか、または接続可能であり、
    前記制御ユニットは、前記パルス送出の第１段階の第２間隔において、前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が前記治療用電流経路を介して順次または順番に放電されるように、前記電気回路の１つまたは複数の電気スイッチ（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を作動させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の植込型パルス発生器。
  3. 前記制御ユニットは、前記治療用電流経路の電流の方向が逆になるように、パルス送出の第２段階で、少なくとも１つの電気スイッチ、好ましくはブリッジ回路の複数のスイッチ（Ｑ０５、Ｑ０６、Ｑ０７、Ｑ０８）を作動させるようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の植込型パルス発生器。
  4. 前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０）は、直列に固定的に接続されるか、またはそれぞれ並列に接続されることを可能とする複数の個別エネルギー蓄積手段（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）で構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の植込型パルス発生器。
  5. 前記電気回路のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４、Ｑ０５、Ｑ０６、Ｑ０７、Ｑ０８）は、電子スイッチであり、特にＩＧＢＴ、ＡＧＴ、または両者の組み合わせの電子スイッチの組み合わせから選択された電子スイッチであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の植込型パルス発生器。
  6. 前記電気回路が２～４個の２次エネルギー蓄積手段、好ましくは３個の２次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）から構成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の植込型パルス発生器。
  7. 前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）および／または１つまたは複数の前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が、それぞれ別々のコンデンサまたはコイルであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の植込型パルス発生器。
  8. 前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）は、第１極性を有する少なくとも１つの電極（Ｋ）と、第２極性を有する少なくとも２つの第２電極（Ａ１、Ａ２、Ａ３）からなるコンデンサによって形成されており、各電極（Ｋ、Ａ１、Ａ２、Ａ３）は、コンデンサの外側からそれぞれ別々に電気的に接触可能であることを特徴とする、請求項７に記載の植込型パルス発生器。
  9. 前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０）は、１５０μＦから３００μＦの範囲の静電容量および／または２５０Ｖから２５５Ｖの範囲の公称電圧を有しており、および／または、
    １つまたは複数の前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）は、それぞれ別々に、１８０μＦから３６０μＦの範囲の静電容量および／または２５０Ｖから２５５Ｖの範囲の公称電圧を有していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の植込型パルス発生器。
  10. 実質的に矩形の電圧波形（パルス波形）を有する電気パルスを送出する方法であって、
    充電された一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を、パルス送出の第１段階の第１間隔で放電電流経路に接続するステップと、
    複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）を、パルス送出の前記第１段階の第２間隔で前記放電電流経路に接続するステップと、
    を含み、
    前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と少なくとも１つの前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が直列に固定的に接続されているか、または接続可能であり、
    前記第２間隔で、前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、すべての前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が順番に治療用電流経路を介して放電されること、または
    前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）のうちのそれぞれ１つが、前記治療用電流経路を介して放電されることを特徴とする、方法。
  11. 前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）が、前記パルス送出の前記第１段階の前記第２間隔で前記放電電流経路に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 請求項１１に記載の方法であって、
    １つの二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）のみが前記放電電流経路に接続され、特に前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）のそれぞれが順番に前記放電電流経路に接続される、または
    前記複数の二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）は、前記放電電流経路に順番に接続され、特にすべての二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）は、放電電流経路に順番に接続されていることを特徴とする、方法。
  13. 前記一次エネルギー蓄積手段（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、少なくとも１つまたは複数の前記二次エネルギー蓄積手段（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６）の接続は、スイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｑ０１、Ｑ０２、Ｑ０３、Ｑ０４）、または特に電子スイッチによって行われることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法であって、前記治療用電流経路の電流の方向を、前記パルス送出の第２段階で反転させることを特徴とする方法。
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