JP2622125B2

JP2622125B2 - ペースメーカ

Info

Publication number: JP2622125B2
Application number: JP25144087A
Authority: JP
Inventors: セルギユー、シルビアン
Original assignee: ペースセッターアクチボラゲット
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1987-10-05
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: JPH01101980A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、心臓の少なくとも１つの室においてペーシ
ングおよびセンシング能力を持つ植え込み可能なペース
メーカに関する。更に詳しく言えば、本発明は、接地形
態およびペースメーカ内で使用される基準電位を含み、
ペースメーカの基本形態が例えば単極性または両極性に
変化できるプログラマブル二重室ペースメーカに関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、“ペースメーカ”または“ペーサ”として良
く知られた心臓刺激器は、ペーサに接続された一端と心
臓に密接して置かれた電極に接続された他端とを持つ１
つまたは２つの可撓性リード線を使用する。また、これ
らのリード線は心臓から電気信号を取り出すことにより
心臓の活動を検出するのに使用される。

正しいペーシング（整調作用）およびセンシング（検
出）のために、ペーサは心臓に刺激パルスを供給し、心
臓から電気信号を検出できなければならず、これは電気
的帰路を要求する。与えられた心臓室内で単一導体を持
つ単極性リード線が使用される場合には、帰路は導電性
の生体組織および体液である。帰路は、典型的にはペー
サケースと称せられるペーサの金属製カバーにペーサを
電気的に共通に又はアースに接続することによってペー
サに接続されている。代りに、ケースが生体組織および
／または体液と接触する。

与えられた心臓室において単極性リード線を用いる代
わりの解決策は心臓室において二重のリード線／電極を
用いることであり、これは両極性リード線として公知で
ある。両極性リード線では、第２の導体が螺線状に覆う
ように巻かれ、リード線の長さ方向に沿って第１の導体
から絶縁されている。リード線の末端では導体の一方が
チップ電極と呼ばれる第１の電極に接続されていて、第
２の導体はリング電極と呼ばれる第２の電極に接続され
ている。リング電極は一般にチップ電極から10〜20mm隔
てて位置させられている。チップ電極は典型的には心臓
組織と接触して置かれるのに対して、リング電極は血液
に電気的に接触している。生体組織および体液の両方と
も導電性であるので、両極性リード線のリング電極は、
体液と接触して、ペーシングおよびセンシングの両方の
ための帰路として役立つ。

前述のとおり、ペーサのケースまたはカバーを電気的
帰路の一部として使用するペーシングまたはセンシング
は単極性ペーシングまたは単極性センシングとして知ら
れている。リード・リング電極を使用し、リード線を電
気的帰路として組み込んだペーシングまたはセンシング
は両極性ペーシングまたはセンシングとして知られてい
る。

単極性または両極性のペーシングおよび／またはセン
シングのどちらを使用すべきかを決定するときに考慮す
べき多くのファクタが存在する。更に、両極性のセンシ
ングは単極性のセンシングよりも混信性が少ない（混信
はこの使用の意味について一つの心臓室における心臓活
動を他の室が歩調をとった直後において誤って検出する
ペーサを含むものとする）。両極性センシングは、向か
い側の室における単極性または両極性のペーシングから
の結果として起こる混信を低減する。

単極性ペーシングおよびセンシングは、一般にペース
メーカ内における簡単な回路および小さな直径のリード
線の利点をもたらす。更に、医師のなかには他の植え込
みの機能および心臓状態として両極性のペーシングおよ
び／またはセンシングを超えて単極性のペーシングおよ
び／またはセンシングを好むものがいる。普通には、ペ
ーサは工場セット形態を持っているが、しかし最近の５
年においていくらかプログラマブルな形態も出現した。

在来の単極性および両極性のセンシング形態に加え
て、新しいセンシング形態は混信の気配を更に低減した
電位を有する。この新しい形態は単極性ペーシングを両
チャネルで使用し、リング電極とケースとの間で検出を
行う。1984年10月19日出願の米国特許出願S/N662,723号
を参照されたい。この新しい形態によれば混信が小さく
なるだけでなく、ペーシング直後におけるキャプチャを
容易に決定することができる（キャプチャはペーサの刺
激供給結果としての心臓収縮と定義されている）。

形態オプション数およびそれらの組合せは、特に二重
室ペーサに関しては増大するので（これらのペーサは心
臓の両室でペーシングおよび／またはセンシングを行う
よう設計されている）、ペーシングおよびセンシングの
プログラマブル性が非常に重要であることが明らかであ
る。しかし、ペーサは低電圧低電力消費装置であるの
で、異なるペーシングおよびセンシング形態を実現する
のに必要なスイッチング回路の実施が非常に難しい。例
えば、非常に低電力消費の装置を持つために、ペーサは
CMOSディジタル回路とMOSのアナログスイッチおよび増
幅器とを有する集積回路を使用する。更に、低い電圧，
電力および極性の要求はＰ型CMOSプロセスの使用を指定
する（ペーサは、典型的には負のペーシングパルスが発
生されなけれならないために正側接地系である）。この
CMOSプロセスおよびその結果として生じるCMOS電流の困
難さは、入力，出力、または内部トランジスタのドレイ
ンまたはソースがV_DDを上回れず、あるいはV_SSを下回れ
ないことにある。ただし、V_DDは正の供給電圧であり、V
_SSは負の供給電圧である（単一のバッテリ形態の場合に
はV_DDは普通は正のバッテリ端子から得られ、V_SSは負の
バッテリ端子から得られる）。ペースメーカのバッテリ
は、典型的には電圧がそれの寿命にわたって2.0V位まで
低下する単一の2.8Vリチウム電池であるため、この制限
がすべての出力（ペーシング）およびセンシング形態に
おいて正しく働くようにペースメーカ回路を設計するこ
とを難しくする。

典型的な設計においては、ペーサのコモン，すなわち
アース基準はバッテリの正端子に接続されている。この
アース基準がCMOS−ICの基板に接続されている。典型的
設計は−2.8Vであるバッテリの負端子はペースメーカ回
路にV_SSの供給電圧を供給する。2.8V以上の大きさのペ
ーシングがしばしば要求されるので、より大きい電圧を
供給するためにペースメーカの各チャネルのための蓄積
コンデンサにつないで電荷ポンプが使用される。同様に
かゝる電荷ポンプまたは同等のものは、−2.8Vより大き
さの大きいノード電圧を持つ回路に要求される地の高い
大きさの電圧を供給するのに使用することができる。

しかし電荷ポンプがたとえバッテリから得られるより
も大きな要求電圧を供給するのに使用できても、V_DDま
たはアースを上回る電圧を持つノードにとってなおも大
きな問題が存在する。どのようにしてかゝる電圧が起こ
るかを例示しよう。ペーサは電極チップをスイッチング
可能に接続することにより結合コンデンサを介して刺激
電流パルスを蓄積コンデンサの負端子に接続し、このコ
ンデンサの正端子はアースされている。この蓄積コンデ
ンサに蓄積された電圧は前もって電荷ポンプ回路により
所望の大きさにポンプアップされている。結合コンデン
サはチップ電極−生体の界面を介して流れるDC電流を防
ぐために要求される。ペーシングパルスのための帰路
は、単極性ペーシングの場合にはケースを、両極性ペー
シングの場合にはリング電極をアースすることによって
与えられる。パルス供給後、結合コンデンサはそれのチ
ップ電極側（末端側）に正の電荷に充電されて残る。結
合コンデンサのペーサ側（本体側）は、同様にそこに残
留電荷を持つが、この電荷はそれを放電抵抗（またはス
イッチ）を介してアースへ接続することにより除去され
る。ペーシング後にチップとリングとの間で両極性にて
検出を行うことが望まれるならば、差動増幅器の２つの
入力をチップ電極およびリング電極へ接続するためにス
イッチ手段が使用されなければならない。しかしチップ
電位はアースよりも上にとどまり、チップに接近して位
置しているリング電位はアース電位とチップ電位との間
のどこかの、しかし明確にアースの上にある電位を持
つ。前述のとおり、ペーサ回路に用いられる型の固体ス
イッチ（例えばCMOSスイッチ）はアースを上回ることは
できない。それだから、チップ電極およびリング電極の
正の（アースを上回る）電位をどのようにして検出増幅
器にスイッチング接続するかという問題が存在する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この問題に対する一つの可能な解決法は結合コンデン
サの本体側（負側）へ検出増幅器を接続することであ
り、結合コンデンサの本体側は放電抵抗または放電スイ
ッチを介する放電電流のためにアースを下回る電位を持
つであろう。しかし、このアプローチは検出増幅器への
コンデンサの放電電圧傾斜の印加の問題を持つ。更にリ
ング電極はV_DD（アース）を上回る電位の電圧を除去す
るために付加的な結合コンデンサを介して接続されるべ
きであった。コンデンサの如き付加的なディスクリート
な要素の要求は非常に望ましくない。

かゝるスイッチングの問題に対する別の解決法は、V
_DDから異なる例えばV_DDとV_SSとの間の中間のシステムア
ースを持つことである。しかし、そのようにすることは
ペーシングの高い電流需要に耐えるための低出力インピ
ーダンスのバッファによって緩和された中間アース電位
を供給する中間電圧源を要求する。代りに、システムア
ースは−2.8V,すなわち負のバッテリ電位に接続でき
る。しかし、そうすることはペーシングのために要求さ
れる負の電圧を供給するのに電荷ポンプに少なくとも１
つ以上の段を要求する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は、単極性，双極性のいずれの構成でも
ペーシングおよびセンシングが可能なペースメーカを提
供することである。単極性のセンシング構成の付加的な
特徴は、ペースメーカに、従来の単極性のペースメーカ
と同様にチップ電極からケースへも、またリング電極か
らケースへも、いずれでも感知することを許す。かかる
センシングは、都合よく、リング電極センシング回路に
おけるどんな付加的な結合コンデンサの必要なしに実現
される。

本発明の他の特徴は、チップ電極またはリング電極に
現れる正の電位にもかかわらず電極性または両極性の動
作モードでペーシングおよび／またはセンシングが可能
である単一のバッテリーを持つペースメーカを提供す
る。更に、かかるペーシングおよび／またはセンシング
の心臓の一つまたは複室において行うことができる。

ペーシングパルスをチップ電極に引き渡す結合コンデ
ンサの本体側を急速放電させるために第１の放電回路が
用いられる。この第１の放電回路は切換可能に結合コン
デンサの本体側をケース端子（単極性の場合）またはリ
ング端子（双極性の場合）に接続する。

２番目の発明によれば、上記第１の放電時間に、結合
コンデンサの本体側がケース端子（単極性の場合）また
はリング端子（双極性の場合）に放電抵抗を介して接続
されている低速放電期間が続く。この第１の放電位相の
次に低速放電位相が続く。この低速放電位相の間、結合
コンデンサの本体側は切換可能にケース端子（単極性）
かリング端子（双極性）かのいずれかに抵抗を介して接
続される。

３番目の発明によれば、ペーシング中（電流需要が高
いとき）にはペーサケース、すなわちアースの正のバッ
テリ電位V_DDへ接続し、センシング中（電流需要が低い
とき）にはペーサケース、すなわちアースを例えば−0.
5Vに接続することができる、単極性または双極性の動作
モードでペーシングおよび／またはセンシングが可能で
あるペースメーカが提供される。これにより上述した従
来技術の問題点を解決することができる。

４番目の発明によれば、ページングパルスの発射直後
の規定時間の間に結合コンデンサの本体側は更に負のバ
ッテリー電位に接続される。この第１の放電期間に、ペ
ーサケースは正のバッテリー電位から切り離されてい
る。

いずれの発明においても、使用されるスイッチングお
よびその結果の接続のすべては、適当な状態およびタイ
ミング信号によって制御されるCMOS装置の如き低電力半
導体スイッチング装置を用いて実現することが好まし
い。これらの状態およびタイミング信号は、大部分につ
いて、在来のプログラマブルペースメーカにおいて発生
されて使用される同じ信号である。かかる信号はディス
ク信号であり、それとしてペースメーカの記憶回路に容
易に記憶されることができ、あるいはかかる記憶回路に
記憶された制御信号から容易に発生させられ、必要なと
き再呼び出しまたは発生させられる。更に、かかる信号
は、ペーサの構成を所望の構成にセットさせることを可
能にするために、公知の遠隔測定技術およびプログラミ
ング技術を用いて容易に変更または変化させることがで
きる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明を実施例について
更に詳細に説明する。

以下の説明は最も現在熟慮された本発明の実施モード
である。この説明は限定的にとらえるべきでなく、本発
明の一般的原理を説明する目的でなされている。本発明
の範囲は特許請求の範囲を参照して定められるべきであ
る。

この説明を通して、図示された本発明の要素または部
分を参照するとき、同じ部分には同じ参照符号を用いる
ことにする。

先ず第１図には、心臓の一室と共に使用される本発明
のペーシングおよびセンシング回路が概略図で示されて
いる。この図は本発明の動作原理を理解するのに用い
る。本発明の回路の詳細図は第３図および第４図に示
す。

第１図において、基本ペーシング回路は電荷ポンプ回
路12および蓄積コンデンサC1を持つ。電荷ポンプ回路12
は、バッテリー14からバッテリー電位V_SSを取り出し、
それを公知のやり方にて所望レベルまで引き上げる。こ
のプロセスの間、電荷ポンプ12の一方とコンデンサC1の
正側はアース電位V_DDに接続されている。それから所望
の大きさの刺激パルスがスイッチP7のオンによりチップ
電極端子16へ伝達される。一方、チップ電極端子16は、
図示されていないが、公知のペーシングリード線のチッ
プ電極に接続されていて、したがってペーシングパルス
を心臓に与えることを可能にする。刺激パルスの帰路
は、単極性のペーシングの場合にはケース端子18を通し
て、また両極性のペーシングの場合にはリング電極端子
20を通して与えられる。単極性のペーシングが選択され
た場合にはスイッチP1がオンされる。両極性のペーシン
グが選択された場合にはスイッチP2がオンされる。

単極性のペーシングか両極性のペーシングかのいずれ
が選択されているかにかまわず、ペーシングパルスは結
合コンデンサC2を介してチップ電極に伝達されなければ
ならない。コンデンサC2は、蓄積コンデンサC1からチッ
プ電極端子16へ、そして生体組織を通して流れるDC電流
を阻止するために必要である。注目すべきことは、第１
図に示されているように、スイッチP7とP1またはP2との
オンにより発生されるパルスは、ペースメーカのアース
電位V_DDに対して負のパルスであることである。この方
法または等価な方法にて負の刺激パルスを発生させるこ
とは、ペースメーカを使用する患者の身体および心臓の
生理学的によって指定される要求である。したがって、
ペースメーカは、ペーシング動作モード中、単一のバッ
テリー14を用いて負の刺激パルスが効果的に発生されら
れるべきであるならば、ほとんど正接地系として動作し
なければならない。更に、負の刺激またはペーシングパ
ルスが発生させるためと、コンデンサC2の末端側22にお
ける生体組織はほとんど零電位にあるために、コンデン
サC2は末端側22がペーシングパルス通過後には正の電荷
を持つように充電されている。

次のペーシングパルスの送出の前にコンデンサC2の本
体側24からどんな残留電荷も除去し、したがってどんな
かゝる電荷も送出されるペーシングパルスの大きさに不
利な影響を及ぼすことがないように防止するために、ス
イッチP3（単極性動作）またはスイッチP4（両極性動
作）が、コンデンサC2の本体側24からケース端子18（単
極性動作）またはリング電極端子20（両極性動作）のい
ずれかへの放電路を、第１の放電期間と称する短い時間
の間作り出す。この第１の放電期間はチップ電極へのペ
ーシングパルスの伝達の直後に続く。この第１の放電期
間の間、更にスイッチP8がコンデンサC2の本体側24を負
のバッテリー電位V_SSにつなぐ。この第１の放電期間後
に、ほとんどすべて電荷がコンデンサC2の本体側24から
除くために、低速の放電路が抵抗R1とスイッチP5（単極
性動作）またはスイッチP6（両極性動作）とを通して与
えられる。したがって、次のペーシングパルスが発せら
れなければならない時までには、電荷のほとんどすべて
がコンデンサC2から取り除かれ、したがって既知の大き
さのペーシングパルスがチップ電極端子16へ伝達される
のを許す。

なおも第１図を参照するに、センシングは従来の検出
増幅器26の２つの入力をチップ電極端子16,リング電極
端子20またはケース電極端子18の所望の組み合わせ対に
選択的に接続することによって実現される。もし従来の
単極性のセンシングが望まれる場合には、チップ電極16
はスイッチ22のオンにて検出増幅器26の正端子に接続さ
れ、検出増幅器26の負端子はスイッチP25のオンによっ
てケース端子18に接続される。両極性のセンシングが望
まれる場合には検出増幅器26の正端子は単極性のペーシ
ングの場合と同様にスイッチP22を介してチップ電極16
に接続されるが、しかし検出増幅器26の負端子はスイッ
チP24を介してリング電極に接続される。新規なセンシ
ングモードが望まれる場合には検出増幅器26の正端子は
スイッチP23のオンによってリング電極20に接続され、
ケース電極18はスイッチP25を通して検出増幅器26の負
端子に接続される。注意する点は、特別にオンされない
かぎり残りのすべてのスイッチはオフされ、それにより
２つの信号が同時に同じ検出増幅器端子に印加されるの
が防止されていることである。また、検出増幅器コンデ
ンサC5がスイッチP22に直列に挿入されていることに注
目すべきである。この結合コンデンサC5は、チップ電極
16に現れるどんな正の電圧のDC電圧成分も、スイッチP2
2あるいは使用されている他のCMOS回路および装置の動
作に不利な影響を及ぼさないように防止をする。

最も重要なことは、第１図に示されたセンシング回路
がV_DD以外の異なる基準電位をセンシング動作中ケース
またはアース端子18に接続するスイッチP21を含んでい
ることである。好ましい実施例では、この異なる基準電
位は−0.5Vであり、電圧基準発生回路28によって発生さ
れる。センシング動作モードの間要求される電流は僅か
であるため、電圧基準発生回路28は抵抗とダイオードか
らなる分圧回路の如き非常に簡単なものでよい。この付
加的な基準電圧をこの方法におけるセンシング中でのア
ース基準として使用することによって、チップ電極また
はリング電極に現れ得る僅かに正の電圧が使用半導体ス
イッチの基板に印加される電位V_DDを超過しないことが
保証される。

第２図は第１図の回路の動作を説明する簡略化したタ
イムチャートである。第２図は単極性動作モードが選択
され、図の左に示された点で開始したものと仮定してい
る。また、第２図は供給されるべきパルスの選択された
大きさ利用できるバッテリー電圧の約３倍、すなわちV
_SSであると仮定している。第２図に示された論理信号P
1′,P5′,P7′,P8′はそれぞれ第１図のＰ−MOSスイッ
チP1,P5,P7,P8の制御に使用される。低レベル信号はス
イッチオンさせ、これ対して高レベル信号はスイッチオ
フさせる。

第２図から分かるように、スイッチP7,P1のオンはコ
ンデンサC1に現れて端子16,18間に印加される電圧V1を
生じさせる。次に、これは、チップ電極16およびケース
電極18が導電性の生体組織（または何らかの他の負荷）
に接触していれば、ペーシングパルス電流を流す。第２
図の波形“A"は、第１図のコンデンサC2の本体側24の点
Ａに現れる電圧波形に相当する。この波形“A"は始めに
スイッチP7がオンされたときに電圧V1に降下する。P1,P
7がオフされ、スイッチP3,P8がオンされるや否や第１の
放電時間が開始される。この第１の放電時間中スイッチ
P1もオフされ、それによりケース電極18はV_DDから切り
離される。この結果この放電時間中コンデンサC2の本体
側24に残っている電荷の殆どがスイッチP3を介して放電
される。したがって第２図に示すように、ペーシングパ
ルスの終結時（P7,P1がオフ、P3,P8がオンされたとき）
に第１の放電時間が始まり、電圧波形“A"がV_SSに上昇
する。第１の放電時間の完了後低速の放電時間が開始さ
れ、ペースメーカはチップ電極および／またはリング電
極に現れる信号の検出の準備をすべきである。そこでス
イッチP21がオンされ、それによりケース電極18に−0.5
Vが接続され、そしてスイッチP5もオンされ、それによ
り抵抗R1およびスイッチP5を介する低速放電路が与えら
れる。この付加的な低速放電時間は、次のペーシングパ
ルスが発せられる前にコンデンサC2における残留電荷の
殆どすべてを除去するのを保証する。したがって波形
“A"は低速放電時間中に−0.5Vにゆっくりと上昇する。
次のペーシングパルスが発せられる前にコンデンサC2は
殆ど放電させられる。

第２図には結合コンデンサC2の末梢側22に現れる電圧
波形も示されている。これは“B"で区別されている。こ
の電圧は最初に、センシング中にケースに印加される基
準電圧である−0.5Vにある。ペーシングパルス中、この
電圧はC2の本体側24に印加される負の電圧のように負で
経過する。ペーシングパルス後、この電圧は正に向かお
うとするが、しかしこのコンデンサC2の本体側24をV_SS
に接続することにより、この電圧はV_DDの上に行かず、
波形“B"の最も正側となる点29は都合よくV_DDの下にと
どまる。第１の放電時間の残り部分の間、波形“B"はコ
ンデンサC2の他側（本体側）へ印加されている電圧レベ
ルであるV_SSに近づく。第１の放電時間の終端で検出期
間が始まり、この期間中ケースはP21により−0.5Vに接
続され、またこの期間中C2の本体側は抵抗R1およびスイ
ッチP5を介してケースに接続されている。したがって、
C2の末端側もこの同じ電圧レベル（−0.5V）に近づく。

更に、第２図にはケース電圧が示されている。図およ
び前述から分かるように、このケース電圧は、スイッチ
P1のオンによってペーシングパルスが送出されている時
間中、V_DD（0V）に接続されている。第１の放電時間
中、スイッチP1はオフされ、スイッチP3およびP8がオン
されていて、ケースはV_DDから離されてV_SSに接続され
る。しかしながら、スイッチP3およびP8にともなう内部
抵抗のために、ケース電圧は即座にはV_SSにならず、徐
々にV_SSに近づく。第１の放電時間後に、低速放電期間
または検出期間が始まり、この期間中ケースはスイッチ
P21を介して−0.5Vに接続されている。

第１の放電時間中におけるペースメーカおよびリード
線の等価回路を第2A図に示す。第2A図において、抵抗R
_P3はスイッチP3のオン時抵抗（ほゞ100オーム）、容量C
_eはチップ等価容量、抵抗R_e1はチップ等価抵抗、抵抗R
_e2はケース・生体帰路の等価抵抗である。典型的には、
正しく位置させたチップ電極の場合、R_e1＋R_e2はほゞ50
0オームに等しい。第１の放電時間中、ケース端子18は
どんなペーサ電圧源にも直接に接続されない。したがっ
て、ケース18は、コンデンサC2の末梢側22における電圧
と、R_P3とR_e1とR_e2とからなる分圧回路（単極性動作）
またはR_P4とR_e1とR_e2とからなる分圧回路（両極性動
作）とによって決まる電圧を受け入れる（但し、R_P4は
スイッチP4の抵抗）。数式的にはこのケース電圧は、のように表すことができる。但し、V_C2はコンデンサC2
の電圧である。

第１の放電期間の終端では、ケース電圧はV_SSに接近
する。なぜならば、V_C2が零に近づくからである。

次に、本発明のペーシング部分の詳細図が示されてい
る第３図を参照する。第３図に示された要素および部分
の多くは第１図に示されたものに相当する。したがっ
て、同じ要素には同じ参照符号を付してある。

本発明によるペースメーカは遠隔測定受発信回路30を
含む。かゝる回路は従来の設計であってよい。一旦患者
に植え込まれたならば、ペースメーカと２ウェイ通信を
行うのが一般である。かゝる２ウェイ通信はペースメー
カパラメータがペースメーカ植込後にプログラムされる
のを許すだけでなく、植え込まれたペースメーカによっ
て検出された信号またはペースメーカの動作状態を植え
込まれたペースメーカから外部の受信器へ通報すること
を許す。

更に、ペースメーカには何らかの種類の記憶装置ない
し要素32が含まれている。メモリ32はペースメーカの必
要なパラメータを要求されたときに与えることができる
ように、ペースメーカの制御パラメータを格納しておく
ことを許す。更にメモリ32はペースメーカの形態ないし
動作モードの何らかの変更ないし再プログラミングを実
現するために好都合な手段を与える。プログラミング変
化をさせるのに必要なことはすべて、メモリ32における
適当なアドレスに新しい制御データを伝送されるべきで
ある。

本発明の目的でペースメーカの動作回路はタイミング
制御ロジック34と形態制御ロジック36を含む。ペースメ
ーカのタイミング制御ロジック34は、パルスが心房およ
び心室に与えられるべきとき、そして第１の放電時間が
心房および心室のために現れるべきときを制御する信号
を発生する。これらの信号はパルス心房（PA），パルス
心室（PV），第１放電心房（FDA），第１放電心室（FD
V）と区別されている。制御ロジック36はペースメーカ
が両極性か単極性かのいずれのモードで動作すべきかを
制御する信号を発生する。これらの信号は単極性心房
（UA），単極性心室（UV），両極性心房（BA），両極性
心室（BV）と区別されている。更に、形態制御信号はセ
ンシング中の単極性動作がチップからケースか、リング
からケースか、あるいは両極性であるかを制御する。こ
れらの信号は一般にチップ／リング／ケース（T/R/C）
として見分けられる。

第３図のペーシング回路は、心房ペーシング用と心室
ペーシング用の２つのチャネルを持っている。ケースは
両チャネルに共通であるので、１つのみのケース電極18
が示されている。次の説明は、心房チャネルに向けられ
ているが、しかし、両チャネルのための回路は本発明の
目的のために同じ作用をするので、心室チャネルにもよ
く同じく当てはまる。

第３図に示されたスイッチはMOSスイッチで実現さ
れ、それらのゲート端子は論理ゲートにより制御され
る。例えば、第３図のスイッチP1は論理ゲートG1の出力
に低レベル信号が現れないかぎり通常はオフとなるスイ
ッチである。ゲートG1はUA信号に接続される入力とPA信
号に接続される入力とを持つ２入力ANDゲートであるの
で、スイッチP1はUAとPAとの両信号の存在時にのみオン
することが分かる。同様に、ゲートG2はBAとPAとの両信
号の存在時にのみオンするようになっている。

第３図における各チャネルの１つのスイッチはＰ形と
Ｎ形の２つのMOSスイッチの並列回路を用いて実現され
ている。このスイッチは伝送ゲートをなし、P7/N1スイ
ッチとして示されている（第１図のスイッチP7に相当す
る）。P7側に印加される低レベル論理信号はP7スイッチ
をオンさせ、これに対してN1側に印加される高レベル論
理信号はN1スイッチをオンさせる。インバータゲートI1
は相補形の信号がいつもこのスイッチの両側に印加さ
れ、それによりスイッチの一方が完全にオンに、他方が
完全にオフになることが保証される。二重スイッチは、
モードにおける電圧VAが異なる値にプログラム可能であ
るために、この一つの位置で用いられる。例えば、もし
VAのプログラムされた値が−0.5Vであるならば、Ｐ−MO
Sトランジスタスイッチは適切に働くであろう。しかし
ながら、VAが−V_SSに接近していれば、Ｎ−MOSトランジ
スタスイッチが要求される（Ｎ−MOSトランジスタは正
のゲート電圧によってターンオンされ、負のゲート電圧
はむしろＰ−MOSトランジスタをターンオンするのに用
いられる）。したがって、P7/N1スイッチ構成はこのス
イッチがVAのプログラムされた値に関係なくオンするの
を保証する。

第３図のペーシング回路の動作は、第２図のタイムチ
ャートを用いた説明のように、第１図の回路の既述の動
作に類似する。注目すべきことは、第１の放電期間中コ
ンデンサC2が負のバッテリー電位V_SSに接続されている
ことである。第１の放電期間後、（単極性ペーシングが
両極性ペーシングかに応じて選択されている）P5または
P6を介して接続された抵抗R1が低速でコンデンサC2を放
電させ続ける。

第３図における下半分の回路からなる心室チャネルは
上記心房チャネルと同様に動作する。当業者により、制
御信号UA,PA,FDA,UV,PVおよびFDVが適当なレベルシフト
回路を通して発生させられ、インバータゲートI1がI6を
通して、論理ゲートG1がG8を通して、V_DDに接続された
正の供給端子および送出パルスの負のピーク以下の適当
な供給電圧に接続された負の供給端子を持つことが理解
される。この負の電圧は蓄積コンデンサC1またはC3より
ペーシングパルスのための電圧V1を発生させるのに用い
られるのと同じ電荷ポンプ回路から、あるいは他の何ら
かの負の電圧源から得られる。特殊なゲートのためのこ
の分離した供給電圧は、該当ドレイン端子またはソース
端子が負のバッテリー電圧V_SSを下回っている間スイッ
チをオンに維持するのに要求される。Ｐスイッチのすべ
てに印加される（絶対値において）大きいゲート電圧
は、好都合なことに、同じオン抵抗を維持している間に
装置の全体の物理的な寸法の低減を許す。

次に第４図には、２つのチャネルの検出増幅器ないし
回路26,38が示されている。増幅器26は各心臓収縮中に
心房において生じるmVレベルの信号を検出・増幅する。
同様に、増幅器38は心室において生じるmVレベルの信号
を検出・増幅する。８個のPMOSトランジスタP22〜P29は
第５図に示されているような検出形態の記憶データによ
って制御される。第４図および第５図に示されているよ
うに、各チャネルは、チップおよびケースを用いる単極
性検出，リングおよびケースを用いる単極性検出または
チップおよびリングを用いる両極性検出にプログラムす
ることができる。どれかのチャネルのペーシングパルス
送出中または第１の放電期間中、スイッチP22〜P29は検
出回路26,38の飽和を避けるためにスイッチオフ（開放
または非常に高インピーダンス）である。パルスが送出
されていて、第１の放電が起きていないときには、ゲー
トG9はスイッチP21をオン状態（閉成または低インピー
ダンス）に制御し、このスイッチがセンシング中ケース
を−0.5Vに接続する。この動作は、V_DDを上回るスイッ
チP23,P24,P27またはP28なしのリング電極における＋0.
5Vと同じ高さの同じ極性を許す。−0.5Vがセンシング中
のケースまたはアースを接続するための好ましい電圧で
あるとはいえ、そのように使用できる電圧範囲の１つの
ほんの代表であることに注目すべきである。例えば、−
0.2〜−2.0Vの範囲内にある電圧ならこの同じ目的に用
いることができる。

更に第４図を参照するに、注目すべきことは、２つの
結合コンデンサC5およびC6が、第１の放電後にスイッチ
P22〜P29にコンデンサC2およびC4に残る電圧が印加され
るのを防ぐ。第２図に波形“A"で示したように、コンデ
ンサC2またはC4に、この時点で（第１の放電後）いくら
か電圧が残ることがあり、この電圧が検出回路26および
38によって心臓活動として誤判断されることがある。し
たがって、コンデンサC5およびC6はその現象からの誤判
断を防止するために使用される。更に、コンデンサC5お
よびC6のどんな電荷も取り除くために、ほゞ100μｓの
短い独自のゼロパルスが、第１の放電期間の終了直後に
それぞれスイッチP30およびP31を介するコンデンサC5お
よびC6を放電させるのに使用される。第４図から分かる
ように、スイッチP30およびP31がコンデンサC5およびC6
の本体側を、順次スイッチP21を介して−0.5Vに接続さ
れるケースないしアースに接続する。この検出形態はど
のスイッチ電圧もV_DDを上回ることを防止する。センシ
ング中、スイッチ電圧の殆どが約−0.5Vにとどまる。

更に第４図に示されているように、１極スイッチS1も
オプションでECG増幅器の入力をチップ電極およびリン
グ電極を介して検出される信号に接続するのに使用して
もよい。かゝる信号は、その際処理されて外部受信器に
伝送される。

以上本発明を特別の実施例および適用例によって説明
したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更な
いし変形が可能である。特許請求の範囲に記載する実施
態様項の展望にしたがって本発明はここに特別に開示し
た以外に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のペーシングおよびセンシング回路の概
略構成図、第２図は第１図の回路のペーシング部分の動
作説明図、第2A図は第１の放電時間の間における第１図
の回路の等価回路図、第３図は本発明のペーシング（出
力）部の回路図、第４図は本発明のセンシング部の回路
図、第５図は第４図の回路によって実現されるセンシン
グ形態を閉じられるスイッチの動作として定義する表を
示す図である。 C1,C3……蓄積コンデンサ、C2,C4〜C6……結合コンデン
サ、P1〜P14,P21〜P31……スイッチ、I1〜I4……インバ
ータ、G1〜G8……論理ゲート、12……電荷ポンプ、14…
…バッテリー、16……チップ電極端子、18……ケース端
子、20……リング電極端子、26……検出増幅器、28……
電圧基準発生回路、30……遠隔制御送受信器、32……メ
モリ、34……タイミング制御回路、36……形態制御回
路、38……検出増幅器、40……ECG増幅器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧源と、第１の電極（16）と、第２の電
極（20）と、ケース（18）とを有するペースメーカにお
いて、該ペースメーカの単極動作モードにおけるペーシングパ
ルスの供給期間に前記電圧源（12）の一方の側を前記第
１の電極（16）に接続しかつ前記電圧源（12）の他方の
側を前記ケース（18）に接続する、または双極動作モー
ドにおけるペーシングパルスの供給期間に前記電圧源
（12）の前記一方の側を前記第１の電極（16）に接続し
かつ前記電圧源（12）の前記他方の側を前記第２の電極
（20）に接続する第１のスイッチ手段（P1,P7;P2.P7）
と、前記第１の電極（16）に接続されている末端側（22）お
よび前記第１の電極（16）に関連して本体側（24）を有
する結合コンデンサ（C2）と、ペーシングパルスが前記第１の電極（16）に供給された
後の前記結合コンデンサ（C2）の放電のために、前記ペ
ースメーカの単極動作モードにおいて前記結合コンデン
サ（C2）の前記本体側を前記ケース（18）に接続する、
または双極動作モードにおいて前記結合コンデンサ（C
2）の前記末端側（24）を前記第２の電極（20）に接続
する第２のスイッチ手段（P3;P4）と、２つの入力側および１つの出力側を有するセンシング増
幅器（16）と、前記ペースメーカの単極動作モードにおける心活動を検
出するために、前記センシング増幅器（26）の１つの入
力側を前記第１の電極（16）に接続しかつ前記センシン
グ増幅器（26）の第２の入力側を前記ケース（18）に接
続する、または前記ペースメーカの双極動作モードにお
ける心活動を検出するために、前記センシング増幅器
（26）の前記１つの入力側を前記第１の電極（16）に接
続しかつ前記センシング増幅器（26）の前記第２の入力
側を前記第２の電極（20）に接続する第３のスイッチ手
段（P22,P25:P22,P24）と、前記第１、第２および第３のスイッチ手段の動作を制御
する制御データを発生する制御手段とを有していることを特徴とするペースメーカ。
【請求項２】電圧源と、第１の電極（16）と、第２の電
極（20）と、ケース（18）とを有するペースメーカにお
いて、該ペースメーカの単極動作モードにおけるペーシングパ
ルスの供給期間に前記電圧源（12）の一方の側を前記第
１の電極（16）に接続しかつ前記電圧源（12）の他方の
側を前記ケース（18）に接続する、または双極動作モー
ドにおけるペーシングパルスの供給期間に前記電圧源
（12）の前記一方の側を前記第１の電極（16）に接続し
かつ前記電圧源（12）の前記他方の側を前記第２の電極
（20）に接続する第１のスイッチ手段（P1,P7;P2.P7）
と、前記第１の電極（16）に接続されている末端側（22）お
よび前記第１の電極（16）に関連して本体側（24）を有
する結合コンデンサ（C2）と、ペーシングパルスが前記第１の電極（16）に供給された
後の前記結合コンデンサ（C2）の放電のために、前記ペ
ースメーカの単極動作モードにおいて前記結合コンデン
サ（C2）の前記本体側を前記ケース（18）に接続する、
または双極動作モードにおいて前記結合コンデンサ（C
2）の前記末端側（24）を前記第２の電極（20）に接続
する第２のスイッチ手段（P3;P4）と、２つの入力側および１つの出力側を有するセンシング増
幅器（16）と、前記ペースメーカの単極動作モードにおける心活動を検
出するために、前記センシング増幅器（26）の１つの入
力側を前記第１の電極（16）に接続しかつ前記センシン
グ増幅器（26）の第２の入力側を前記ケース（18）に接
続する、または前記ペースメーカの双極動作モードにお
ける心活動を検出するために、前記センシング増幅器
（26）の前記１つの入力側を前記第１の電極（16）に接
続しかつ前記センシング増幅器（26）の前記第２の入力
側を前記第２の電極（20）に接続する第３のスイッチ手
段（P22,P25:P22,P24）と、単極動作モードにおける前記結合コンデンサ（C2）の緩
慢な放電のために前記結合コンデンサ（C2）の前記本体
側（24）を前記ケース（18）に接続する、または双極動
作モードにおける前記結合コンデンサ（C2）の緩慢な放
電のために前記結合コンデンサ（C2）の前記本体側（2
4）を前記第２の電極（20）に接続する第４のスイッチ
手段（P5;P6）と、前記第１、第２、第３および第４のスイッチ手段の動作
を制御する制御データを発生する制御手段とを有していることを特徴とするペースメーカ。
【請求項３】電圧源と、第１の電極（16）と、第２の電
極（20）と、ケース（18）とを有するペースメーカにお
いて、該ペースメーカの単極動作モードにおけるペーシングパ
ルスの供給期間に前記電圧源（12）の一方の側を前記第
１の電極（16）に接続しかつ前記電圧源（12）の他方の
側を前記ケース（18）に接続する、または双極動作モー
ドにおけるペーシングパルスの供給期間に前記電圧源
（12）の前記一方の側を前記第１の電極（16）に接続し
かつ前記電圧源（12）の前記他方の側を前記第２の電極
（20）に接続する第１のスイッチ手段（P1,P7;P2.P7）
と、前記第１の電極（16）に接続されている末端側（22）お
よび前記第１の電極（16）に関連して本体側（24）を有
する結合コンデンサ（C2）と、ペーシングパルスが前記第１の電極（16）に供給された
後の前記結合コンデンサ（C2）の放電のために、前記ペ
ースメーカの単極動作モードにおいて前記結合コンデン
サ（C2）の前記本体側を前記ケース（18）に接続する、
または双極動作モードにおいて前記結合コンデンサ（C
2）の前記末端側（24）を前記第２の電極（20）に接続
する第２のスイッチ手段（P3;P4）と、２つの入力側および１つの出力側を有するセンシング増
幅器（16）と、前記ペースメーカの単極動作モードにおける心活動を検
出するために、前記センシング増幅器（26）の１つの入
力側を前記第１の電極（16）に接続しかつ前記センシン
グ増幅器（26）の第２の入力側を前記ケース（18）に接
続する、または前記ペースメーカの双極動作モードにお
ける心活動を検出するために、前記センシング増幅器
（26）の前記１つの入力側を前記第１の電極（16）に接
続しかつセンシング増幅器（26）の前記第２の入力側を
前記第２の電極（20）に接続する第３のスイッチ手段
（P22,P25:P22,P24）と、前記心活動の新規なセンシングモードの期間に前記セン
シング増幅器（26）の前記第１の入力側を前記第２の電
極に接続しかつ前記センシング増幅器（26）の前記他方
の入力側を前記ケース（18）に接続する第５のスイッチ
手段（P23;P25）と、前記心活動の新規なセンシングモードの期間に基準電圧
源（28）を前記ケース（18）に接続する第６のスイッチ
手段（P21）と、前記第１、第２、第３、第５および第６のスイッチ手段
の動作を制御する制御データを発生する制御手段とを有していることを特徴とするペースメーカ。
【請求項４】電圧源と、第１の電極（16）と、第２の電
極（20）と、ケース（18）とを有するペースメーカにお
いて、該ペースメーカの単極動作モードにおけるペーシングパ
ルスの供給期間に前記電圧源（12）の一方の側を前記第
１の電極（16）に接続しかつ前記電圧源（12）の他方の
側を前記ケース（18）に接続する、または双極動作モー
ドにおけるペーシングパルスの供給期間に前記電圧源
（12）の前記一方の側を前記第１の電極（16）に接続し
かつ前記電圧源（12）の前記他方の側を前記第２の電極
（20）に接続する第１のスイッチ手段（P1,P7;P2.P7）
と、前記第１の電極（16）に接続されている末端側（22）お
よび前記第１の電極（16）に関連して本体側（24）を有
する結合コンデンサ（C2）と、ペーシングパルスが前記第１の電極（16）に供給された
後の前記結合コンデンサ（C2）の放電のために、前記ペ
ースメーカの単極動作モードにおいて前記結合コンデン
サ（C2）の前記本体側を前記ケース（18）に接続する、
または双極動作モードにおいて前記結合コンデンサ（C
2）の前記末端側（24）を前記第２の電極（20）に接続
する第２のスイッチ手段（P3;P4）と、２つの入力側および１つの出力側を有するセンシング増
幅器（16）と、前記ペースメーカの単極動作モードにおける心活動を検
出するために、前記センシング増幅器（26）の１つの入
力側を前記第１の電極（16）に接続しかつ前記センシン
グ増幅器（26）の第２の入力側を前記ケース（18）に接
続する、または前記ペースメーカの双極動作モードにお
ける心活動を検出するために、前記センシング増幅器
（26）の前記１つの入力側を前記第１の電極（16）に接
続しかつ前記センシング増幅器（26）の前記第２の入力
側を前記第２の電極（20）に接続する第３のスイッチ手
段（P22,P25:P22,P24）と、前記結合コンデンサ（C2）の前記放電モードの期間に前
記結合コンデンサ（C2）の前記本体側（24）を基準電圧
VSSに接続する第７のスイッチ手段（P8）と、前記第１、第２、第３および第７のスイッチ手段の動作
を制御する制御データを発生する制御手段とを有していることを特徴とするペースメーカ。