JP3114187B2 - 直列型左心室補助装置 - Google Patents

直列型左心室補助装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は一般に心室の補助装置、特に心臓疾患を持
つ患者を助けるための、直列型左心室補助装置に関する
ものである。
（従来の技術） 圧縮空気による直列型左心室補助装置は、その使用期
間により２つに分けられる。１つは一時的、つまり２、
３時間から２、３週間の間だけ使われるもので、もう一
つは永久的、つまり患者の残りの人生の間ずっと使われ
続けるものである。
前者は一般にポンプ作用をなす袋体云い換えれば袋状
ポンプ（IABP）として知られており、1967年頃から広く
使用されてきた。後者は大規模に実験されてはいるが、
実際は限られた医療にだけ利用されている。これは機械
的な補助心室（MAV）または動力による動脈パッチのど
ちらかに関するものである。
どちらの装置も患者の下行大動脈にポンプとなる袋状
ポンプを置く必要がある。ポンプとして働く為に、この
袋状ポンプは自然な心臓の鼓動と同期して膨らむ。大動
脈弁が閉じるとすぐにこれに合わせて例えばヘリウムガ
スのようなシャトルガスが袋状ポンプに送り込まれ、袋
状ポンプが膨らむ。袋状ポンプがその体積分だけ血液と
置き換えられるため、拡張期血圧が上昇し、その結果、
冠状動脈の血液流量を増加させる。この血液量の増加
は、心筋への酸素の供給を増加させる。大動脈弁が開く
直前に、袋状ポンプからシャトルガスが抜ける。このた
め収縮期血圧（最大血圧）が下がり、振動が必要とする
酸素量を減少させ、汲み出される血液の量を増やす。こ
のように直列型左心室補助装置は、血圧の上昇と心臓か
ら拍出される血液量の増加を促し、また心臓の酸素の需
要と供給の比を改善する。
患者がどの程度助けられるかというのは、大動脈弁の
開閉に合わせて、いかに袋状ポンプが正確にタイミング
よく膨張、収縮を繰り返すかということによる。まず初
めに、解剖学上、袋状ポンプが拡張する体積には制限が
ある。２番目に、従来のIABPシステムは次のような方法
でタイミングが合わせられている。すなわち患者の心電
図はQRS波を検出するために監視され、QRS波発生後一定
間隔で大動脈弁が開くと仮定される。大動脈弁が閉じる
のは、QRS波が発生してからややしばらくして、一定の
間隔で起こると仮定される。袋状ポンプの膨張、収縮を
コントロールするために、医者は大動脈弁が開閉する時
間の間隔を判断しなければならないが、この時間の間隔
は血圧と心電図が検知するQRS波から判断される。
最新のIABPシステムは前述したようなシステムに関す
る小さな改善が施されている。これらのシステムでは、
QRS波と大動脈弁の開閉とのずれは心拍数の作用による
と仮定されている。心拍数とQRS波が発生してから大動
脈弁が開閉するまでの時間の関係を示す関数曲線群は、
沢山の数の患者から集められた統計によって決められ
る。しかしこれら最新の装置では、医者は患者の心拍数
から、QRS波と動脈の開閉との時間の間隔を見積る必要
がある。この医者が見積る時間の間隔の記録に基づい
て、装置は特定の関数曲線を選択するのである。
しかし、そのような統計に基づいた情報では、統計の
平均値と同じような大動脈弁の開閉のリズムをもつ患者
の場合には正しいと言えるが、他の特別な患者に対して
は常に間違ったものとなってしまう。さらに一人の患者
の一拍の心拍についてみても、患者のその時々のコンデ
ィションによって、心拍と心拍の間の時間は変化するも
のである。IABPを心臓に持つ患者であればなおさらであ
る。このように、袋状ポンプの膨張と収縮のタイミング
の調整は、患者の心臓がつねに同じ状態で働いていても
必要なのである。
従って、IABPやMAVなどのシステムでは、拡張と収縮
のタイミングを自動的に調節することができないため、
それを最適なものに合わせるのは医者の責任でもあっ
た。不整脈、すなわち素早い心拍数の様々な変化のため
に、袋状ポンプを拡張、収縮させるタイミングを正確に
合わせるのは、よく訓練された医者がいた場合でも大変
難しいものとなっていた。なぜなら、いくら医者でも早
くなったり遅くなったりする心臓の働きに、素早く反応
して機械をセットすることはできないからである。その
ため、この補助装置は充分に効果が活かされていなかっ
た。
（発明が解決しようとする課題） よって本発明の技術的課題は、どんな心臓のリズムに
も、どんな患者に対してでも医者の手を煩わせずに、袋
状ポンプの拡張と収縮の最適のタイミングを各心拍毎に
合わせて装置が自動的に調整し、また、心臓に欠陥を持
つ患者の日々の生活において、医者の管理下にいなくて
も安全に効果をあげるような、実用的かつ長期間利用で
きる直列型左心室補助装置を提供することである。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために講じた基本的な技術的解決
手段は、患者の大動脈に配設されるポンプ作用をなす袋
体即ち袋状ポンプと、各心拍と関係する心電図と動脈血
圧を含む生理学的な現象を検知する手段とを有する装置
を提供することにある。より好ましくは、本発明による
技術的手段は、検知された生理学的な現象と予め入力さ
れている設定値を記憶する手段と、該手段に記憶された
情報に基づいて袋状ポンプを拡張、収縮させるガス制御
手段と、袋状ポンプの作動時における生理学的な現象か
ら、設定値を後に続く心拍のために更新する手段を有す
る直列型左心室補助装置を提供する。記憶手段は、前心
拍で検知された生理学的な現象と設定値を少くとも一拍
分記憶する手段、或いは前心拍で検知された生理学的現
象と修正された設定値とを少くとも一拍分記憶する手段
を有する。
（作 用） 上記技術的課題は次のように作用する。すなわち、患
者の心臓の状態を最も的確に表す心電図と動脈血圧等の
生理学的な現象から、予め入力されている設定値が各心
拍毎に更新される。このため、設定値に基づいて制御さ
れる袋状ポンプの拡張と収縮の働きは患者自身の心臓の
状態に最も適したものとなるよう、自動的に調節され
る。
（実施例） 添付図面に基づいてこの発明の実施例を詳しく説明す
る。
第１図はIABP10を含む直列型左心室補助装置を示す。
IABP10は患者16の動脈14に配置される袋状ポンプ12を持
っている。
この発明は、患者の心拍に関係する生理学的な現象を
検出する手段を提供する。検出する手段は、患者の心電
図と動脈血圧を感知する手段と、感知した動脈の血圧と
心電図に従って信号を発生する手段を含む。具体的に言
えば、患者の心電図をとるために電極18が袋状ポンプ12
の両サイドに、また患者の動脈圧を測定するために圧力
センサー20が患者の心臓に近い袋状ポンプの端に配置さ
れる。さらに電極18とプレアンプ24とを結ぶ導線22と、
圧力センサー20とプレアンプ24とを結ぶ導線23が配置さ
れる。導線22と23は、従来のIABPと同じように、袋状ポ
ンプ12から伸びるカテーテル26内に組み込まれている。
電極18と圧力センサ20によって生じる信号は、導線2
2、23を通ってプレアンプ24へ渡り、プレアンプ24から
変換器28に送られる。変換器28は電極18と圧力センサー
20から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換す
る。このデジタル化された信号は心電図と血圧に相当す
るもので、次にプロセッサー（処理装置）30に送られ
る。プロセッサー30の機能については後に詳しく述べる
ことにする。できればプレアンプ24と変換器28とプロセ
ッサー30は、第１図の32でかこまれた図のように、枕元
のコンソールに一つにしておくのが望ましい。
さらにこの発明の直列型左心室補助装置は、袋状ポン
プを拡張、収縮させるガスを取り扱う必要がある。この
ガスは生理学的な理由により、制御装置に予め決められ
ているものである。詳しく言うと、ガスの制御は図中34
に示すように、コンソールにひとつにまとめられたガス
制御装置によって行われる。導線69に概略的に示される
ように、プロセッサー30とガス制御装置34との間で信号
が交換される。第２図に示すように、ガス制御装置34は
具体的には、独立したアイソレーションチャンバー36か
らなり、このアイソレーションチャンバー36は移動可能
な膜38によってエアー側アイソレーションチャンバー35
とシャトルガス（袋状ポンプの中を行き来するガス）側
アイソレーションチャンバー37に分割されている。シャ
トルガス側アイソレーションチャンバー３にあるシャト
ルガスは循環路40に使って循環し、エアー側アイソレー
ションチャンバー35にあるエアーは循環路42に使って循
環する。
ガス制御装置34は循環路内のシャトルガスの気圧を上
げたり下げたりする手段を含む。シャトルガスの気圧調
節は、陽圧源44、陰圧源46、調節弁48と調節弁50を含
み、調節弁48と陽圧源44は導管52によって接続され、ま
た調節弁50と陰圧源46は導管54によって接続され、導管
52、54はアイソレーションチャンバー36のエアー側アイ
ソレーションチャンバー35につながっている。シャトル
ガスの循環路40は導管56を含み、この導管56は袋状ポン
プ12につながるカテーテル26と接続されている。袋状ポ
ンプ12は、シャトルガスの循環路40を通るシャトルガス
の圧力が増えたり減ったりすることで、周期的に膨張、
収縮を繰り返す。この実施例では、シャトルガスの圧力
は、アイソレーションチャンバー36内の移動可能な膜38
によって調節される。調節弁48が開くと押し出されたエ
アーが導管52を通ってエアー側アイソレーションチャン
バー35に入り、このエアーに押されて膜38は第２図にお
いて左に移動する。そして、陰圧源46とつながっている
調節弁50が開くと、エアー側アイソレーションチャンバ
ー35が減圧され、膜38が第２図の右に移動する。こうし
てシャトルガスはシャトルガス側アイソレーションチャ
ンバー37に戻る。調節弁48と50は、従来の調節弁のよう
に、プロセッサー30によって生じた信号から開閉するソ
レノイドの弁からなることが望ましい。
引き続き第２図に基づいて説明する。シャトルガスは
ヘリウムを使用する。ヘリウムは細い管の中を空気より
も早く流れるからである。シャトルガスの循環路40は、
導管56の袋状ポンプ12とシャトルガス側アイソレーショ
ンチャンバー37の間に配置される共通弁58を持つ。
共通弁58が開閉すると、袋状ポンプ12とシャトルガス
側アイソレーションチャンバー37とはつながれたり遮蔽
されたりするが、共通弁58は特に、袋状ポンプ12にガス
を短時間で効率よく充填するために設置されたものであ
る。すなわち、袋状ポンプ12から全てのガスが抜け出た
後に共通弁58が閉じられると、袋状ポンプ12が空になっ
ている間の分離されたアイソレーションチャンバー36内
の気圧は段々上昇してくる。こうして再び共通弁58が開
けられると、アイソレーションチャンバーの中に蓄えら
れたガスが一気に袋状ポンプ12の方へ流れ込むというわ
けである。
同様に共通弁58は、袋状ポンプ12からガスを短時間で
効率よく抜くためにも働く。すなわち袋状ポンプ12にガ
スが充填された後に共通弁58が閉じられると、袋状ポン
プ12が充填されている間の分離されたアイソレーション
チャンバー36内の気圧は段々下がってくる。こうして再
び共通弁58が開けられると、袋状ポンプ12の中のガスは
アイソレーションチャンバーの中は気圧が低いために一
気に引っ張られて、アイソレーションチャンバーの方へ
流れ込むというわけである。このような機能はこの発明
に限られたことではないが、少なくともこの実施例にお
いて、前述した共通弁58の機能は、調節弁48と50の適切
な巧妙な連係プレーによって実行され、こうして袋状ポ
ンプ12の拡張と収縮の期間は調節される。さらに後に詳
しく述べるように、調節弁48と50はシャトルガスを昇
圧、降圧するために往復運動をするピストンタイプの装
置に置き換えることができる。
シャトルガスの循環路40は、ヘリウム吸入弁60と、ヘ
リウム排出弁62と、シャトルガス循環路の端末に位置す
るヘリウム源64を持つ。ヘリウム吸入弁60とヘリウム排
出弁62はヘリウム源64と連係して作用し、シャトルガス
循環路40内のシャトルガスの量を一定に維持する。
この発明の一実施例として、シャトルガス循環路40内
のシャトルガスの量を一定に維持する手段として、袋状
ポンプ１の拡張時の気圧と患者の動脈血圧との違いを測
定するという手段がある。
例えば、この違いを見る方法には、袋状ポンプ12に近
いカテーテル26の中に圧力センサー27を配設する方法が
ある。圧力センサー27は導管56のなかに配設することも
できる。圧力センサー27は導線25でプロセッサー30と接
続され、袋状ポンプ12または導管56内のシャトルガスの
気圧に相当する信号をプロセッサー30に送る。プロセッ
サー30はこのシャトルガスの気圧と、圧力センサー20で
測定された患者の動脈血圧とを比較し、この二つの圧力
差を測定する。この圧力差が予め決められた値よりも高
い、あるいは低い場合は、プロセッサー30は信号を出し
てヘリウム吸入弁60かヘリウム排出弁62のどちらかを操
作し、シャトルガス循環路40の中にシャトルガスを吸入
あるいは排出させる。このプロセッサー30に前もってイ
ンプットされる圧力差の値は、袋状ポンプ12が膨張しす
ぎることなく最も適切に膨らむように決められたもので
あることが望ましい。
プロセッサー30は、ヘリウム吸入弁60、排出弁62を操
作する代わりに次のようにして圧力差を調節することも
できる。すなわち、シャトルガス循環路40内のシャトル
ガスが一定の量を維持している間は、共通弁58が開き続
けている期間をコントロールすることによって、袋状ポ
ンプ12に送られるシャトルガスの量を増やす、あるいは
減らすという方法である。
さらにシャトルガス循環路40は安全弁66を持ち、この
安全弁６は電源が切れた時、またはプロセッサー30が何
らかの異常を探知したときに、袋状ポンプ12からシャト
ルガスを抜くためにある。
この発明のガス制御装置34は、アイソレーションチャ
ンバー36内の膜38の位置を探知する働きを持つ。具体的
に説明すると、膜38の位置を探知するために、膜38の反
対側にあるアイソレーションチャンバー36の壁の部分に
配設される、一対の膜センサー68、70を使う。膜センサ
ー68、70は、膜38がアイソレーションチャンバー36のど
ちらの壁に接しているかを探知し、それによって膜38が
適した位置にあるように指示する。膜38と接して膜セン
サーが生じる信号は、導線71を伝わってプロセッサー30
に送信される。また、膜センサー68、70は、アイソレー
ションチャンバー36の中にあって膜38の位置を感知する
連続的な位置センサーによって置き換えることもでき
る。
次に第４図に基づいて、ガス制御装置34の第２実施例
を説明する。第二実施例では、第一実施例のガス制御装
置におけるアイソレーションチャンバー36、陽圧源44、
調節弁48、50の代わりにシリンダー82の中で往復運動す
るピストン80が使われる。ピストン80は、例えばソレノ
イドやモーターなどの従来の方法で動かされ、プロセッ
サー30と接続される。出口86は、シリンダー82内の空間
85がピストン80で押されたときにシャトルガスが出ると
ころであり、ピストン80が往復運動するとシャトルガス
が圧力を増したり減らしたりするように、出口86は導管
56と接続されている。
さらに第二実施例のガス制御装置34のピストン80の制
御、あるいは第２図に示される第一実施例のガス制御装
置34の調節弁48、50の制御をうまくこなすことによって
は、ガス制御装置34の機能が果たされるため、共通弁58
をなくすこともできる。
この発明の直列型左心室補助装置によれば、袋状ポン
プが拡張、収縮することによる効果と、患者の個々の心
拍に相当する補助を評価することができる。そのため患
者のもつ袋状ポンプ12の補助効果によって、それぞれの
心拍の補助装置の初期設定値を変えることができる。補
助装置の初期設定値とは、例えば、袋状ポンプを拡張す
る時間、袋状ポンプを拡張し続ける期間、袋状ポンプの
収縮し続ける期間、袋状ポンプを拡張させるために供給
されるシャトルガスの量等である。詳しくいうと第１図
のようにはプロセッサー30がコントロールしており、プ
ロセッサー30がもっているマイクロプロセッサーかミニ
コンピューターは、変換器28から出力される信号を受け
て、袋状ポンプ12の拡張、縮小の持続期間をコントロー
ルする。前述した実施例で、プロセッサー30は調節弁48
と50、共通弁58、ヘリウム吸入弁60、ヘリウム排出弁6
2、そして安全弁66と、第１図の導線69で表される適当
な数のケーブルによって接続されている。どの弁も、プ
ロセッサー30から生じる信号に従って開閉自在である。
これらの弁が開閉する回数および持続期間は、患者の袋
状ポンプの補助効果を最適なものとするために、プロセ
ッサー30によって連続的に調整された補助装置に基づい
て決定される。ガス制御装置の様々な状態は第３図に示
してあるため、参照されたい。第３図は上記した調節弁
の開閉のサイクルを示したものである。
「袋状ポンプ内のガスの排出と充満の周期」 この発明の左心室補助装置が始動する時、袋状ポンプ
12の拡張を開始させる前に、袋状ポンプ内のガスを排出
し次に袋状ポンプ内をシャトルガスで充満させるため
に、プロセッサー30はそれぞれの弁に袋状ポンプ内のガ
スの排出と充満の周期を持たせる。初めに、安全弁66を
除く全ての弁は閉じた状態とする。これは装置がまだ作
動していないときには、患者の血液の循環が邪魔されな
いように袋状ポンプがしぼんだ状態にして、安全性を確
実なものにするためである。第２図の状態は１は、前述
の状態を示したものである。
次に第３図の状態２は、調節弁48とヘリウム排出弁62
が開いた状態を示す。こうして、エアー側アイソレーシ
ョンチャンバー35には陽圧源44から空気が送り込まれて
いき、膜38はシャトルガス側アイソレーションチャンバ
ー37の方に押しやられる。そして、このシャトル側アイ
ソレーションチャンバー37の体積分だけ、ガスがヘリウ
ム排出弁62から排出される。
次に状態３では、安全弁66は閉じられ、この状態は補
助装置が停止するが、異常が発見されるまで続く。同時
に共通弁58とヘリウム吸入弁60と調節弁50が開かれ、ヘ
リウム排出弁62と調節弁48が閉じられ、シャトルガス側
アイソレーションチャンバー37に純粋なシャトルガスが
入る。この状態は、導管56内のシャトルガスの圧力が、
例えば圧力センサー27で計って5mmHgを越えるまで続
く。
状態４は、シャトルガス循環路40内のエアーとヘリウ
ムの混ざったガスが排出される間、夫々の弁がどのよう
な状態にあるかを図示したものである。次に、弁を第３
図の状態５に示す状態になる。こうしてヘリウムガスで
シャトルガス循環路40が満たされ、導管56内の圧力が予
めセットされた負の圧力を越えるまで、例えば−40mmHg
を越えるまでこの状態は続く。状態６では、エアー側ア
イソレーションチャンバー35は共通弁58が開き袋状ポン
プ12を拡張させるための信号が出るまで、陽圧源44から
送られるエアーで圧力が高められる。
状態１から５に示すように、それぞれ開いたり閉じた
りする弁は、“袋状ポンプ内のガスの排出と充満”のた
めの周期を完成させる。この周期は装置が再始動するた
びに繰り返される。できれば装置が働いている間は、こ
の“袋状ポンプ内のガスの排出と充満”の周期は、袋状
ポンプの中の湿気を追い出すために繰り返されるのが望
ましい。
第３図と第12図に示される残りの状態６から９は、以
下に詳しく述べるように、この発明の装置が動いている
間の袋状ポンプ12の周期的な作業状態を示す。
前述したように、患者の心電図を表す電極18からの信
号と、患者の動脈血圧を探知する圧力センサー20からの
信号はプレアンプ24と変換器28を通ってプロセッサー30
に送られる。
以下にプロセッサー30の働きを述べる。プロセッサー
30で、患者の大動脈弁が開いた時の動脈血圧や閉じた時
の動脈血圧を、圧力センサー20から生じる信号によって
計ることができる。電極18や圧力センサー20からの信号
を利用して、プロセッサー30は各心拍で次に述べるａ）
からｆ）を測定する。
ａ）QRS波の検出から大動脈弁が開くまでの期間 ｂ）大動脈弁が開く時の動脈血圧 ｃ）QRS波の検出から大動脈弁が閉じるまでの期間 ｄ）大動脈弁が閉じる時の動脈血圧 ｅ）QRS波が検出されてから、袋状ポンプが拡張するこ
とによって起こる動脈血圧の最初の効果がでるまでの期
間 ｆ）QRS波が検出されてから、袋状ポンプが拡張し終わ
るまで、そして収縮し終わるまでの期間 プロセッサー30を使って、QRS波を検出したあと、あ
る一定の期間をおいて袋状ポンプ12の拡張が始められ
る。この袋状ポンプの拡張を始めるまでの期間は、プロ
セッサー30の指令によるが、プロセッサー30は大動脈弁
が閉じてから、袋状ポンプが拡張して動脈血圧に影響が
でるまでの期間を選ばれた前の心拍より計算して、この
指令を出すのである。プロセッサー30は、袋状ポンプに
入るシャトルガスの量を袋状ポンプを拡張させるのに充
分な量とするために、心拍毎に袋状ポンプ12が拡張して
いる期間もまた調整する。そして、一方で袋状ポンプの
膜の内外の圧差は、予定された量より少ない圧力、例え
ば10mmHgより少ない圧力で維持される。
同様に、プロセッサー30を使って、QRS波を検出した
あと、ある一定の期間をおいて袋状ポンプ12の収縮が始
められる。これもQRS波が起こってからある決められた
期間をおいて始められるが、プロセッサー30によって選
ばれたデータ、すなわち、 ａ）大動脈弁が開いてから閉じるまでの期間 ｂ）大動脈弁が開く時と閉じる時の動脈血圧 によって指示されるのである。プロセッサー30は心拍毎
に袋状ポンプ12が収縮している期間も同様に調整する。
そのため袋状ポンプから抜かれるシャトルガスの量は、
袋状ポンプを空にするのに充分な量であり、袋状ポンプ
内の圧力を10mmHgに保つ。
上記したように、プロセッサー30を持つ調節方法は、
各心拍から次のものを調節する方法もまた含んでいる。
それは、袋状ポンプの収縮開始、袋状ポンプが収縮して
いる期間、袋状ポンプの拡張開始、また袋状ポンプが拡
張している期間である。患者の袋状ポンプの拡張、収縮
の周期の補助効果を最適なものとするために、拡張と収
縮の開始と持続期間は、前の心拍という確実なデータで
基づいて調整される。調整のために使われる前の心拍と
いうのは、現在の心拍のすぐ前の心拍である。調整に使
われる前の心拍は、現在の心拍に関連する様々な生理学
的な現象を最も的確に表しているものと言えるかもしれ
ない。この装置によれば、上記した機能を成し遂げるた
めに、生理学的な現象を検知する方法、および決められ
た数の前の心拍からのデータを初期設定値とする補助装
置が備えられている。そして、参照される心拍から袋状
ポンプの拡張と収縮の持続期間は、患者の袋状ポンプ袋
状ポンプの拡張と収縮の補助を、現在の心拍にあう最適
なものにするよう予め決められた法則に従って調節され
る。つまり、プロセッサー30は、検知される生理学的な
現象と補助装置の初期設定値をデータとして蓄え、この
既に検知された生理学的な現象と補助装置の初期設定値
をデータとして蓄え、この既に検知された生理学的な現
象と新たに検知される生理学的な現象との比較も行う。
設定値の更新についてもプロセッサー30で行う。更新
の時期は前心拍から各心拍に合う心拍が選出された後に
行うことができる。この方法については、以下の実施例
に詳しく述べる。
また設定値の更新は、前の心拍が終わった直後に更新
させることもできる。すなわち、前心拍が終わると、プ
ロセッサー30は袋状ポンプを拡張、収縮させるのに用い
られた設定値が生理学的な現象に与えた影響を検知し、
その心拍に最も適切な設定値を算出し更新する。こうし
て、次に各心拍で前心拍の生理学的現象とデータの比較
がなされ、前心拍の中から各心拍に合う心拍が選出され
た時には、選出された前心拍での設定値を用いることが
できる。
（主な過程のフローチャート） 第７図に示すフローチャートは、袋状ポンプの制御手
段の主な過程を示したものである。この図に示すよう
に、例えば、袋状ポンプを調節するために参照する心拍
は、直前の心拍の、QRS波の期間と心臓が収縮した時の
動脈血圧のピークを、前の心拍のそれぞれと比較して選
択される。もし、前の心拍のQRS波の間隔と心臓の収縮
期のピーク動脈血圧が、直前の心拍のときのそれらの1
2.5％以内であれば、組み合わせ相手が見つかるであろ
う。もし見つからないならば、パーセンテージを上げて
判定基準を甘くして、組み合わせ相手を見つけなければ
ならない。もしも予定された数の前心拍をもっても見つ
からない場合には、生理学的な現象や直前の心拍の制御
装置の初期設定値を、現在の心拍を調整するためのベー
スラインとして使わなければならない。
第７図において、 ステップ100は、装置が次に起こるQRS波を待っている
状態を示す。QRS波を検知したらステップ102へ進む。
ステップ102で、参照する心拍がいくつかの心拍から
選択される。一例として参照る心拍の数32とする。
ステップ104で、袋状ポンプの収縮開始時間が調節さ
れる。
ステップ106で、袋状ポンプが収縮し続ける期間が調
節される。
ステップ108で、袋状ポンプの収縮開始時間が調節さ
れる。
ステップ110で、袋状ポンプが拡張し続ける期間が調
節される。
それぞれのステップ104、106、108、110の調節方法は
後で詳しく述べる。
ガス制御装置34の調節は、プロセッサー30により患者
の大動脈弁の開閉に合わせて行われる。プロセッサー30
はこれを、心電図、動脈血圧、および導管56内を流れる
ヘリウムガスの気圧から探知される生理学的な現象に基
づいて、全て自動的に実行する。これらの現象の関係や
同期化するための法則を、第５図、第６図および第８図
乃至第11図のフローチャートに示す。特に第５図で使わ
れる省略記号の意味は次の通りである。
DN＝大動脈弁が閉じる時間 ED＝心臓の拡張の終わり（大動脈弁の開く時） IB＝袋状ポンプの拡張し始め PA＝袋状ポンプが拡張することにより現れる血圧上昇
のピーク PS＝心臓が収縮することにより現れる血圧上昇のピー
ク RW＝心電図から検出されたQRS波の起こり始め RW_INT＝QRS波の間隔 AP＝動脈血圧 DLY＝QRS波からの期間 DP＝導管56中の気圧 上記した記号は組み合わせて用いる。組み合わせた時
の記号の意味は次の通りである。
ED_AP＝大動脈弁が開く時の動脈血圧 PS_AP＝心臓が収縮することにより現れる血圧上昇の
ピーク時の動脈血圧 DN_AP＝大動脈弁が閉じる時の動脈血圧 PA_AP＝袋状ポンプが拡張することにより現れる血圧
上昇のピーク時の動脈血圧 ED_DLY＝QRS波から大動脈弁が開くまでの期間 PS_DLY＝QRS波から心臓が収縮して血圧がピークに達
するまでの期間 DN_DLY＝QRS波から大動脈弁が閉じるまでの期間 IB_DLY＝QRS波から袋状ポンプが拡張し始めるまでの
期間 PA_DP＝袋状ポンプが拡張することにより現れる血圧
上昇のピーク時の導管56内の気圧 DC＝収縮命令が出されるまでの期間（現在の心拍によ
るQRS波が探知されてから、袋状ポンプ12が収縮を開始
するまでの期間） DD＝収縮し続ける期間（ガス制御装置が袋状ポンプ12
からシャトルガスを抜いている期間） IC＝拡張命令が出されるまでの期間（現在の心拍によ
るQRS波が探知されてから、袋状ポンプ12が拡張を開始
するまでの期間） ID＝拡張し続ける期間（ガス制御装置が袋状ポンプ12
へシャトルガスを入れている期間） プロセッサー30は、上記したDC、DD、IC、IDの４つの
独立した期間も調整する。
ガス制御装置の48、50、58、60、62および66の弁の開
閉それぞれの状態は、プロセッサー30がDC、DD、IC、ID
のデータから指示し、調節する。この状態は第３図およ
び第６図の状態６から状態９に示される。
第６図に示すバルブの状態の６から７への変化は、袋
状ポンプ12の拡張を始めるところを示す。袋状ポンプが
拡張を始めるまでの期間は、ICの期間で表される。状態
７では、調整弁48が開かれて陽圧源44とエアー側アイソ
レーションチャンバー35がつながれ、膜38がヘリウム側
アイソレーションチャンバー37側に押される。共通弁58
が開かれるとヘリウム側アイソレーションチャンバー37
の圧縮されたヘリウムガスが袋状ポンプ12を拡張させ
る。
それぞれの心拍で、プロセッサー30は、探知される生
理学的な現象や予め装置に設定された法則により、拡張
させる命令がでるまで、心拍によるQRS波からの期間を
調整する。詳しくいうと、探知される生理学的な現象と
いうのは、電極18や圧力センサー20によって測定され
る、心電図および血圧から判断される。
第５図は心電図、動脈血圧、導管56内の気圧の典型的
なデータ結果を示す。これは心電図のQRS波の起こり始
めから表される心拍の一回分を表したものである。心電
図の結果を第５図の一番上に示す。ここにはQRS波の起
こり始め120、122が一定の期間124を持って表されてい
る。第５図の心電図の結果のすぐ下に、圧力センサー20
で測定された血圧をグラフ126で示す。グラフ126のポイ
ント128は大動脈弁の開く時、すなわち心臓の拡張の終
わりを示す。ポイント130は心臓が収縮することにより
現れる血圧上昇のピークを示す。ポイント132は大動脈
弁が閉じる時を示す。ポイント134は袋状ポンプが拡張
することにより現れる血圧上昇のピーク。
第５図でグラフ126のすぐ下には、124で示される間隔
で、ガス制御装置の導管56内のヘリウムガスの気圧をグ
ラフにして表したものである。グラフ140は、袋状ポン
プの拡張し始めの時の導管56内の気圧と、袋状ポンプが
拡張する時の導管56内の気圧を示したものである。
（拡張命令のサブルーチン） 第５図、第10図に基づいて引き続き説明する。これら
の図は、心拍に合わせて拡張命令を出すプロセッサー30
の働きを示すフローチャートである。（ ）内のRBは参
照する心拍のものであることを示し、CBは現在の心拍の
ものであることを示す。
はじめにプロセッサー30は、前にも述べた一定の判断
基準より参照する心拍を選択する。ステップ200で、選
択された参照する心拍よりとったデータから、現在の心
拍に合うように袋状ポンプの拡張命令を出す。ステップ
202では、参照する心拍において、大動脈弁で閉じてか
ら袋状ポンプの拡張が開始されるまでに4msec以上の時
間がかかるようであれば、すなわち第５図でDN−DLYか
らIB−DLYまでの期かが4msec以上かかるようであれば、
現在の心拍のQRS波から袋状ポンプの拡張を開始するま
での期間IC（CB）を、参照する心拍のQRS波から袋状ポ
ンプの拡張を開始するまでの期間IC（RB）より4msec短
くし、そうでなければ4msec長くする。
ステップ204では同様に、参照する心拍において、大
動脈弁が閉じてから袋状ポンプの拡張が開始されるまで
に32msec以上の時間がかかるようであれば、現在の心拍
のQRS波から袋状ポンプの拡張を開始するまでの期間IC
（CB）を、参照する心拍のQRS波から袋状ポンプの拡張
を開始するまでの期間IC（RB）より8msec短くする。
ステップ206では、上記した順序とは逆に、袋状ポン
プの拡張が開始されてから大動脈弁が閉じられ、この間
に時間が20msec以上かかるようであったら、現在の心拍
のQRS波から袋状ポンプの拡張を開始するまでの期間IC
（CB）を、参照する心拍のQRS波から袋状ポンプの拡張
を開始するまでの期間IC（RB）より8msec長くする。
ステップ208では、大動脈弁が閉じる時の血圧DN_AP
（RB）（第５図では132）が、心臓の収縮時の血圧PS_AP
（RB）（第５図の130）から5mmHgひいた圧力よりも高け
れば、現在の心拍のQRS波から袋状ポンプの拡張を開始
するまでの期間IC（CB）を、参照する心拍のQRS波から
袋状ポンプの拡張を開始するまでの期間IC（RB）より12
msec長くする。
ステップ210では、参照する心拍時のQRS波から袋状ポ
ンプの拡張が開始されるまでの期間IB_DLY（RB）が、求
まっているかどうかを判断する。もし何らかの理由で求
まっていなかったならば、現在の心拍のQRS波から袋状
ポンプの拡張を開始するまでの期間IC（CB）を、参照す
る心拍のQRS波から大動脈弁が閉じるまでの期間（DN_DL
Y（RB））に設定し直す。
ステップ212では、現在の心拍のQRS波から袋状ポンプ
の拡張を開始するまでの期間IC（CB）が100msecよりも
短いかどうか判断する。もし短ければ、100msecに訂正
する。
ステップ214では、現在の心拍のQRS波から袋状ポンプ
の拡張を開始するまでの期間IC（CB）が、500msecより
も長いかどうか判断する。もし長ければ、500msecに訂
正する。
第10図の200から214の過程に示すように、プロセッサ
ー30は個々の心拍のQRS波から、袋状ポンプの拡張時期
を調節する。上記した過程は、各心拍毎に繰り返され、
ステップ200から214に進む。
（拡張の持続期間のサブルーチン） 引き続き第５図と、関連する第11図に基づいて説明す
る。ここに示されるフローチャートは、袋状ポンプ12の
拡張の持続期間を決定し調節するプロセッサー30の働き
を、詳しく表したものである。
ステップ300で、初めに現在の心拍の袋状ポンプの拡
張の持続期間ID（CB）は、前の心拍の袋状ポンプの拡張
の持続期間ID（RB）と同じ期間に設定しておく。ステッ
プ302では、袋状ポンプが拡張することにより現れる血
圧上昇のピーク時の導管56内の気圧PA_DP（RB）が、同
じ時期の動脈血圧PA_AP（RB）に10mmHgたしたものより
も高いかどうかを判断する。もし高いようであれば、現
在の心拍の拡張の持続期間ID（CB）を、参照する心拍の
拡張の持続期間ID（RB）よりも4msec短くする。そうで
なければ、4msec長くする。
ステップ304では、参照する心拍時のQRS波から、袋状
ポンプが拡張することにより血圧の上昇がピークを迎え
るまでの期間PA_DLY（RB）が、求まっているかどうかを
判断する。もし何らかの理由で求まっていなかったなら
ば、現在の心拍のQRS波から袋状ポンプの拡張を開始す
るまでの期間IC（CB）を、参照する心拍の袋状ポンプ12
の拡張の持続期間ID（RB）よりもmsec短くする。
ステップ306では、現在の心拍の袋状ポンプ12の拡張
の持続期間ID（CB）が40msecよりも短かったら、この持
続期間を40msecに設定する。
ステップ308では、現在の心拍の袋状ポンプ12の拡張
の持続期間ID（CB）が200msecよりも長かったら、この
持続期間を40msecに設定する。
第11図に沿って上記した方法で、プロセッサー30はそ
れぞれ連続する心拍に対して、袋状ポンプ12の拡張の持
続期間を調節する。
（収縮命令のサブルーチン） プロセッサー30は現在の新派のQRS波からある一定の
期間をおいて、袋状ポンプ12が収縮を始めるよう期間を
セットするために働く。この働きを第８図のフローチャ
ートに示す。
ステップ400では、現在の心拍のQRS波から袋状ポンプ
12が収縮を始めるまでの期間DC（CB）は、参照する心拍
のQRS波から袋状ポンプ12が収縮を始めるまでの期間DC
（RB）に合わせてセットされる。
ステップ402では、プロセッサー30は参照する心拍
で、袋状ポンプ12が収縮しはじめるまでの期間DC（RB）
にそのまま収縮し続ける期間DD（RB）をたしたものから
QRS波から動脈弁の開くまでの期間ED_DLY（RB）を引い
たものが、QRS波から大動脈弁が閉じるまでの期間DN_DL
Y（RB）から、QRS波から大動脈弁の開くまでの期間ED_D
LY（RB）を引いたものの50％よりも小さいかどうかを判
断する。もしそうであれば、現在の心拍の収縮命令を出
すまでの期間DC（CB）を8msec遅らす。
ステップ404では、参照する心拍で大動脈弁が開く時
の動脈血圧ED_AP（RB）が、大動脈弁が閉じる時の動脈
血圧DN_AP（RB）の75％よりも大きいかどうかを判断す
る。もしそうであれば、現在の心拍の収縮命令を出すま
での期間DC（CBを4msec早くする。
ステップ406では、参照する心拍で大動脈弁が開く時
の動脈血圧ED_AP（RB）が、大動脈弁が閉じる時の動脈
血圧DN_AP（RB）の88％よりも大きいかどうかを判断す
る。もしそうであれば、現在の心拍の収縮命令を出すま
での期間DC（CD）を8msec早くする。
ステップ408では、参照する心拍でQRS波から心臓が収
縮することにより現れる血圧上昇のピークが現れるまで
の期間PS_DLY（RB）が、QRS波から袋状ポンプ12が収縮
するまでの期間DC（RB）に袋状ポンプが収縮し続けてい
る期間DD（RB）をたしたものよりも短い期間であるかど
うか判断する。そうであれば、現在の心拍で収縮命令を
出すまでの期間DC（CB）を8msec縮める。
ステップ410では、現在の心拍の収縮命令を出すまで
の期間DC（CB）が、0msecよりも短いかどうかを判断す
る。もしそうであれば、この期間が0msecに等しくなる
ようにセットする。
ステップ412では、現在の心拍の収縮命令を出すまで
の期間DC（CB）が100msecよりも大きいかどうかを判断
する。もしそうであれば、この期間を0msecに等しくな
るようにセットする。
（収縮の持続期間のサブルーチン） 引き続き第５図と、関連する第９図に基づいて説明す
る。ここに示されるフローチャートは、袋状ポンプ12の
収縮の持続期間を決定し調節する流れの一例を、詳しく
表したものである。
初めに、ステップ500でプロセッサー30は、現在の心
拍における袋状ポンプの収縮の持続期間DD（CB）を、参
照する心拍の持続期間DD（RB）と同じ期間にセットす
る。
ステップ502では、参照する心拍の袋状ポンプ12の拡
張開始の時点でのガス制御装置の導管56内の気圧が、10
mmHgよりも大きいかどうかを判断する。もしそうであれ
ば、プロセッサー30は、現在の心拍の時の袋状ポンプ12
の収縮の持続期間DD（CB）を4msec長くする。もしそう
でなければ、4msec短くする。
ステップ504では、現在の心拍で袋状ポンプ12の収縮
持続期間DD（RB）が40msecより短く設定されているかど
うかを判断する。もしそうであれば、収縮持続期間DD
（RB）を40msecに設定する。
ステップ506では、現在の心拍が袋状ポンプ12の収縮
持続期間DD（RB）が200msecより長く設定されているか
どうかを判断する。もしそうであれば、収縮持続期間DD
（RB）を200msecに設定する。
前述したプロセッサー30が実行する４つのサブルーチ
ンの連続する過程を第６図および第７図に示す。この実
施例において、DC、DD、IC、およびIDで示されるそれぞ
れの期間は、検出されたQRS波からプロセッサー30によ
って決められ、連続して実行される。連続するQRS波120
と122の間で、収縮命令の期間は調節される。すなわち
袋状ポンプ12の収縮命令が出されるまでの期間DCは、最
初の矢印150で示されるように、QRS波の起こってからあ
る期間をおいて始められるのである。収縮持続期間DD
は、袋状ポンプ12が両側矢印152に示す間、収縮して調
節される。拡張命令がだされるまでの期間ICは、矢印15
4に示すように、QRS波が起こってからある期間の後に袋
状ポンプ12の拡張が始められて調節される。最後に、拡
張持続期間IDは、袋状ポンプ12が両側矢印156に示す
間、拡張して調節される。それぞれ４つの期間は、各心
拍毎に調節される。ガス制御装置の弁48、50、58、60、
62および66は、第３図に示される状態６、７、８、およ
び９のような状態を繰り返す。
状態６から９に示すようなガス制御装置の弁の状態
は、第12図にも示されている。第12図では様々な弁の状
態を、フローチャートで示したものである。このよう
に、弁の状態８は、状態8aと8bの２つに分けられる。状
態8aは、袋状ポンプ12の拡張の終わりから次のQRS波が
起きるまでの期間に相当し、状態8bはQRS波から袋状ポ
ンプ12の収縮の初め、すなわち収縮命令が出されるまで
の期間DCに相当する。
制御装置の初期設定値は、アルゴリズムと前述した補
助装置の初期設定値を使い、各心拍に合わせて調節され
る。参照される心拍RBから、生理学的な現象や利用され
る補助装置のためのデータを得る。このようにこの発明
では、完全に自動化された、患者の血液の循環を助ける
方法を提供するものである。この装置によれば医者が係
わる必要はなく、患者への補助効果を自動的に最適のも
のにすることができる。
〔発明の効果〕
本発明の直列型左心室補助装置によれば、袋状ポンプ
の拡張と収縮のタイミングは、一般的な統計結果に基づ
いてではなく、患者自身の心臓の状態を表す心電図や動
脈血圧等の生理学的な現象から判断される。そのため、
各患者の心臓に合った袋状ポンプの動きを調節すること
ができ、患者の心臓の補助効果を最適なものとすること
ができる。また各心拍毎に、袋状ポンプの拡張と収縮の
タイミングを調節するため、患者の心臓が不整脈を起こ
した時にも対応することができ、またこの時にも自動的
に袋状ポンプの働きを調節するため、医者の手を煩わせ
ることがない。このため患者は医者の管理下にいなくて
も、家で過ごしたり、仕事をしたりという日常の生活を
送ることができる。
さらに、袋状ポンプを調節するために必要となるガス
制御装置の設定値は、調節しようとする心拍の、前の心
拍の生理学的な現象から設定することができる。このた
め、より袋状ポンプの動きは患者の心臓の動きに合った
ものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示し、直列型左心室補助装置
の全体図、第２図は第１図のガス制御装置の第１実施
例、第３図はガス制御装置の各弁の状態図、第４図は第
１図のガス制御装置の第２実施例、第５図は心電図と動
脈血圧と導管56内の気圧の相関図、第６図は心電図と、
QRS波の起こり始めRWから袋状ポンプの拡張、収縮が起
こるまでの期間、および拡張、収縮の持続期間と、第３
図に示す状態６から９の弁の状態との相関図を示す、第
７図は袋状ポンプの制御手段の主な過程のフローチャー
ト、第8a図乃至第8b図は収縮命令のサブルーチン、第９
図は収縮の持続期間を指示するザブルーチン、第10a図
乃至第10b図は拡張命令のサブルーチン、第11図は拡張
の持続期間を指示するサブルーチン、第12図はガス制御
装置の弁の状態を指示するフローチャートを示す。 符号の説明 12……袋状ポンプ、18……電極 20……圧力センサー、30……プロセッサー、 34……ガス制御装置。
フロントページの続き (72)発明者 エイドリアン カントロヴイツツ アメリカ合衆国、ミシガン 48055、ポ ンテイアツク、ギヤログリー ロード 70 (56)参考文献 特開 平１−297073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−213058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−33642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−139353（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210272（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−112563（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−77052（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61M 1/10 A61M 1/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】患者の胸部大動脈に配設されるポンプ作用
    をなす袋体と、各心拍と関係する生理学的な現象を検知
    する手段と、検知された前記生理学的な現象と予め入力
    されている補助用設定値とに基づいて前記袋体を拡張、
    収縮させるガス制御手段と、各心拍毎の患者への前記袋
    体の伸縮とそれによる補助効果とを評価し、且つ患者へ
    の袋体の効果に応じ後に続く心拍のために前記設定値を
    修正する手段を有する直列型左心室補助装置。
  2. 【請求項２】患者の大動脈に配設される袋状ポンプと、
    各心拍と関係する生理学的な現象を検知する手段と、検
    知された前記生理学的な現象と予め入力されている設定
    値に基づいて前記袋状ポンプを拡張、収縮させるガス制
    御手段と、前心拍で検知された前記生理学的な現象と前
    記設定値を少なくとも１拍分記憶する手段と、各心拍ご
    と検出した前記生理学的な現象を、前記記憶された前心
    拍の前記生理学的な現象と比較する手段と、前記記憶さ
    れた前心拍のうち少なくとも１つを参照心拍における前
    記袋状ポンプの拡張と収縮の結果と対応する患者への補
    助を評価し、前記選ばれた参照心拍における患者に対す
    る前記袋状ポンプの補助の効果に応じて、続いて起こる
    心拍に対する設定値に変更する手段を有する直列型左心
    室補助装置。
  3. 【請求項３】患者の大動脈に配設される袋状ポンプと、
    各心拍と関係する生理学的な現象を検知する手段と、検
    知された前記生理学的な現象と予め入力されている設定
    値に基づいて前記袋状ポンプを拡張、収縮させるガス制
    御手段と、患者に対する前記袋状ポンプの援助の効果に
    応じて前心拍毎の設定値を変更する手段と、前心拍で検
    知された前記生理学的な現象と前記変更された設定値を
    少なくとも１拍分記憶する手段と、 各心拍ごと検出した前記生理学的な現象を、前記記憶さ
    れた前心拍の前記生理学的な現象と比較する手段と、前
    記記憶された前心拍のうち少なくとも１つを参照心拍と
    して選ぶ手段を有し、 前記選ばれた参照心拍の前記変更された設定値を、続い
    て起こる心拍のための前記袋状ポンプを拡張、収縮させ
    る設定値とする手段を有する直列型左心室補助装置。
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