JP4163855B2 - 二重ショックによって心房細動を除去するシステム - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、少なくとも２つの心房細動除去パルスを連続的に送給する心房細動除去方法およびその方法に用いる装置に関する。さらに詳細には、本発明の１つの方法によれば、連続的なパルスは異なった電流経路に沿って送給され、本発明の他の方法によれば、連続的なパルスは同一の電流経路に沿って送給される。
【０００２】
（発明の背景）
心房細動（心房における筋線維の不規則な収縮）は、最も一般的な心臓不整脈の１つである。心房細動によって、心拍出量の減少、心室リズムの不規則化、心房付属枝における凝結塊の形成、および卒中発生率の増大などがもたらされる。心房細動の治療として薬剤が用いられるが、それらは治療効果を減少させる多くの副作用をもたらすおそれがある。
【０００３】
心室細動を患っている患者と違って、心房細動を患っている患者は痛みを感じやすい。細動除去ショックの適用に伴う苦痛は過酷であり、患者に苦痛を与えずに心房細動の除去を行う必要がある。
【０００４】
アール・メハラの米国特許第５，１６５，４０３号は、患者の心臓における心房細動を除去するのに（すなわち、電気ショックによって患者の心臓を正常な鼓動に戻すのに）有用な移植可能なリード・システムを開示している。この開示されたシステムは、１つの電極が心臓の大静脈または冠状静脈洞のいずれかに配置され、もう１つの電極が右心房または上大静脈のいずれかに配置される、ように構成されている。しかし、この特許には、細動除去に伴う苦痛を低減させる構成は開示されていない。
【０００５】
ギリの米国特許第５，２０９，２２９号は、移植可能な多重電極を用いる移植可能な心房細動除去装置を開示している。心房細動が検出されると、第１電極構成が選択され、この第１電極構成によって細動除去ショックが与えられる。もしこのショックの後においても心房細動が止まないと、第２電極構成が選択され、この第２電極構成によって第２細動除去ショックが与えられる。このような多重の細動除去パルスの送給は最初の細動除去パルスが有効でなかったときのみ行われ、心房細動に伴う苦痛を低減させる手段として構成されてはいない。
【０００６】
上記の事情を鑑みて本発明はなされたもので、その目的は、心房細動除去をそれに伴う苦痛を低減させるように行うことができる方法と装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、心房細動除去を速やかに行うことができる方法と装置を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の目的は、必要とされる細動除去電極の移植における外科的処置を最小限にとどめ、また必要とされる細動除去電極の移植の複雑さを最小限にとどめて、心房細動を除去することができる方法と装置を提供することにある。
【０００９】
（発明の要約）
本発明による患者の心臓における心房細動を除去する移植可能なシステムは、心臓内の第１電流経路に沿って第１心房細動除去パルスを送給する第１心房細動除去電極対と、この第１心房細動除去電極対と関連して作動され、第１心房細動除去パルスを送給するパルス発生器とによって構成されることを特徴とする。本システムはさらに、心臓内の上記第１電流経路と異なる第２電流経路に沿って第２心房細動除去パルスを送給する第２の心房細動除去電極対と、この第２の心房細動除去電極対と関連して作動され、第１心房細動除去パルスに続いて第２心房細動除去パルスを送給するパルス発生器を備えることができる。
【００１０】
本発明によるシステムは、第１および第２心房細動除去パルスを同一の電極対を介して同一の電流経路に沿って送給するように、構成されてもよい。
【００１１】
本発明によるシステムの上記の構成において、好ましくは、第１細動除去パルスが送給された後、そのパルスの効能を監視する工程を介入させずに、第２細動除去パルスが続いて送給される。すなわち、本発明は、心房細動を患っている患者の心房に２つの心房細動除去パルスを連続的に送給することによって心房細動を除去する点に特徴がある。このような本発明の方法によれば、パルスの電圧およびそれに伴う苦痛を従来の方法と比較して低減させることができる。
【００１２】
当業者にとって明らかなように、必要に応じて、上記の第１および第２パルスに続いてさらに付加的なパルスを送給してもよい。追加されるパルスは、同一の電流経路または異なった経路、あるいは上記の第１または第２電流経路に沿って送給されるとよい。本発明による装置は、公知の技術によって上記の追加パルスを送給する場合にも適用される。
【００１３】
なお、多重の細動除去パルスを送給する方法は、心室細動の治療に用いられている（本明細書に引用文献として収録されているイデケルおよびグセの米国特許第５，２２４，４７６号を参照）。しかし、心室細動除去の治療を受ける患者は、通常、痛みを感じることがない極限の生命に関わる状態にあり、このような心室細動の治療において、苦痛を低減させることは重要な課題ではない。
【００１４】
（好適な実施例の詳細な説明）
心臓は、解剖学的な見地から、線維性骨組み、弁、大動脈幹、肺静脈、および心臓室（例えば、左右心房および左右心室）の筋肉塊を備えている。図１ないし図５に概略的に示されている心臓３０は、右心室（ＲＶ）３２、左心室（ＬＶ）３４、右心房（ＲＡ）３６、左心房（ＬＡ）３８、上大静脈４８、冠状静脈洞（ＣＳ）４２、大心静脈４４、および冠状静脈洞口４０を備えている。
【００１５】
心臓内における血液の推進力は心筋の自動的な収縮によって生じる。この収縮は電気的な信号として検出することができる。収縮は、ＳＡ結節の細胞とその周囲の心房の心筋線維から始まり、心房内に伝達されてからＡＶ結節を通過し、わずかに遅れて心室内に到達する波の伝播パターンに基づいて、伝達される。
【００１６】
心拍周期（ある心拍の始まりから次の心拍の始まりまでの期間）は、通常は小さな正の波であるＰ波から始まる。このＰ波は、心房の脱分極（細胞膜電位が細胞外側の電子である陽極になろうとする現象）をもたらす。Ｐ波の後に、約１２０ミリ秒（ｍｓ）の時定数を有する実質的に一定である心拍周期部が続く。
【００１７】
一定心拍周期部の後に、「ＱＲＳ混成」と呼ばれる心拍周期部が生じる。ＱＲＳ混成は、急峻な正または負の偏りを示すＲ波によって特徴づけられる。一般的に、Ｒ波は心拍周期を構成する他のいかなる波よりも大きい振幅を有し、かつ、比較的短い持続時間中に急峻な立ち上がりと、最大振幅と、急峻な下り勾配を示す鋭く尖った波形を有する。Ｒ波は心室の脱分極をもたらすので、本明細書において、「心室の活動化」という用語は心拍周期のＲ波を意味する。ＱＲＳ混成の最後の波は、概して小さな偏りで心臓の波信号を基線に戻すＳ波である。このＳ波の後、約２５０ｍｓを経過してＴ波が生じる。Ｔ波は、その持続時間が比較的長い（例えば、約１５０ｍｓ）。Ｓ波とＴ波間の心拍周期部は、通常、「ＳＴ区域」と呼ばれる。Ｔ波は敏感な心拍周期部であり、心室の細動（場合によっては、致命的な心室の細動）を誘発する可能性を少なくするために、この敏感なＴ波が進行している最中に心房細動除去ショックを送給するのは避けるべきである。次の心拍周期は、次のＰ波から始まる。このような心拍周期の代表的な持続時間は、約８００ｍｓである。
【００１８】
以下、本発明の概要について述べる。患者の心臓における心房細動を除去する移植可能なシステムは、（ａ）心臓内の第１電流経路に沿って第１心房細動除去パルスを送給する第１心房細動除去電極対と、（ｂ）第１心房細動除去電極対と関連して作動され、第１心房細動除去パルスを送給するパルス発生器と、（ｃ）心臓内の第１電流経路と異なる第２電流経路に沿って第２心房細動除去パルスを送給する第２心房細動除去電極対と、（ｄ）第２心房細動除去電極対と関連して作動され、第１心房細動除去パルスの送給に続いて第２心房細動除去パルスを送給するパルス発生器を備えている。電極対は、第１および第２パルスが送給される異なった電流経路が形成される限り、どのような場所に配置されてもよい。また、単一の電極が２対以上の電極に加えられてもよい。例えば、３つの細動除去電極を介して２つの電流経路が形成されるように構成されてもよい。追加電極を、必要に応じて、１対の電極の片側に束ねて単一極としてもよい。また、追加電極によって、第１および第２ショックに続く付加的なショックを送給するにように構成されてもよい。
【００１９】
本発明の１実施例において、第１心房細動除去電極対は、心臓の右心房または上大静脈に配置される細動除去電極と、心臓の冠状静脈洞の遠位部または大心静脈に配置される細動除去電極からなる。これらの電極自身は上記の位置に配置されるように構成されるとよい。第２電流経路を形成する第２心房細動除去電極対は、種々の変更例が可能である。例えば、第２心房細動除去電極対は、以下に示す心房細動除去電極の組み合わせから構成されるとよい。
【００２０】
（Ａ）心臓の冠状静脈洞の近位部に配置される心房細動除去電極と、心臓の左心房の前方（例えば、左肺静脈、または患者の左胸に皮下移植された装置の外面）に配置される心房細動除去電極。
【００２１】
（Ｂ）心臓の左肺静脈に配置される心房細動除去電極と、心臓の右心室に配置される心房細動除去電極。
【００２２】
（Ｃ）心臓の冠状静脈洞の遠位部に配置される心房細動除去電極と、心臓の右心室に配置される心房細動除去電極。
【００２３】
（Ｄ）心臓の左肺静脈に配置される心房細動除去電極と、心臓の右心房に配置される心房細動除去電極。
【００２４】
（Ｅ）心臓の左肺静脈に配置される心房細動除去電極と、心臓の冠状静脈洞の遠位部に配置される心房細動除去電極（冠状静脈洞の遠位部に配置される心房細動除去電極は右心房に配置される電極と束ねられて１つの極とされてもよい）。
【００２５】
（Ｆ）心臓の冠状静脈洞の近位部に配置される心房細動除去電極と、心臓の右心房に配置される心房細動除去電極。
【００２６】
（Ｇ）心臓の冠状静脈洞の近位部に配置される心房細動除去電極と、心臓の冠状静脈洞の遠位部に配置される心房細動除去電極（冠状静脈洞の遠位部に配置される心房細動除去電極は右心房に配置される電極と束ねられて１つの極とされてもよい）。
【００２７】
これらの電極自身も上記の位置に配置されるように構成されるとよい。また、これらの電極に関して種々の変形例が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、第１細動除去パルスを第２電極対によって送給し、第２細動除去パルスを第１電極対によって送給してもよい（この場合、第２電極対は第１電極対としての役割を果たし、第１電極対は第２電極対としての役割を果たす）。なお、多重の電極を移植して、３対、４対、５対、またはそれ以上の対の電極とそれらに関連する電流経路を設けてもよい。この場合、これらの電極が移植されてから、パルス発生器と電極の接続を切り換えて、特定の患者の電極配置構成を最適化するように構成されるとよい。
【００２８】
図１は、本発明の心房細動除去システムの第１実施例を示す図である。図１において、心房細動除去器１０は、密封された電子回路を内蔵する移植可能なハウジング１３を備えている。また、心房細動除去器１０は、第１カテーテル２０、第２カテーテル２４および第３カテーテル２８を備えている。これらのカテーテル２０、２４および２８は、外科手術による切開を行わずに心臓３０に挿入させることができる。なお、ここで用いられる「カテーテル」という用語は「スタイレット（小針）」の意味を含み、また「リード線」としての意味でも用いられる。カテーテル２０、２４および２８は、それぞれ、少なくとも１つの電極をハウジング内の電子回路１５と接続するために、電極リード線２０ａ、２０ｂ、２４ａ、２４ｂ、および２８ａを含んでいる。
【００２９】
図１に示される実施例において、移植可能な細動除去システムは、右心房（ＲＡ）３６または上大静脈４８に配置される第１細動除去電極５０を備えている。図１において、右心室（ＲＶ）３２の内部の断面が、左心房（ＬＡ）３８の外部と左心室（ＬＶ）３４の外部と共に示されている。また、細動除去システムは、冠状静脈洞４２の遠位部（ＤＣＳ）または大心静脈４４に配置される第２細動除去電極５２を備えている。移植可能なハウジング１３に密閉された電子回路１５の一部であるパルス発生器は、リード線２４および２０を介して第１電極対５１を構成する電極５０および５２と接続されている。このようにして、第１心房細動除去パルスを電極対間に送給する第１電流経路５３が第１電極対５１によって形成される。
【００３０】
また、第２電極対を配置することによって、第１電流経路５３と異なる第２電流経路５５が形成される。図１に示されるように、第２電極対は第３電極５８と第４電極６０からなる。図示されるように、第３電極５８は冠状静脈洞４２の近位部（ＰＣＳ）に配置され、第４電極６０は左肺静脈（ＬＰＡ）４５に配置される。第２パルスはパルス発生器によって生成され、リード線２０および２４を介して電気的に結合された電極対であるＰＣＳ電極５８とＬＰＡ電極６０間に送給される。
【００３１】
図１に示されるように、本実施例における第１リード線２０は電極５２および５８を備え、第２リード線２４と協同して上記の第１、第２電極対を電気的に連通させてそれらの電極対に心臓内経静脈電気ショックを送給する細長いリード線である。このリード線２０は柔軟性を有し、例えば、カテーテル内に封入され、上大静脈４８を貫通して右心房３６内に入り、次いで冠状静脈洞口４０から冠状静脈洞４２に達する。このリード線２０によって、ＤＣＳ電極５２が冠状静脈洞の遠位部（ＤＣＳ）に、さらに詳細には、左心室（ＬＶ）３４に隣接してその左心室（ＬＶ）３４の下方の冠状静脈洞内または左心室（ＬＶ）３４に隣接する大心静脈４４内に配置され、ＰＣＳ電極５８（前述の第３電極）がＤＣＳ電極５２と離間されて冠状静脈洞の近位部（ＰＣＳ）に配置される。
【００３２】
図１に示される第２リード線２４は電極５０および６０を備え、第１リード線２０と協同して上記の第１、第２電極対を電気的に連通させてそれらの電極対に心臓内経静脈電気ショックを送給するリード線である。このリード線２４は柔軟性を有し、例えば、カテーテル内に封入され、上大静脈４８を貫通して、肺静脈４５に至る。第４電極、すなわちＬＰＡ（左肺静脈）電極６０は、左心房（ＬＡ）３８に隣接する肺静脈内に挿入されるように、リード線２４の先端または先端部に設けられるのが好ましい。第１電極、すなわちＲＡ（右心房）電極５０は、ＬＰＡ（左肺静脈）電極６０と離間してリード線に取りつけられ、ＲＡ（右心房）３６または上第静脈４８内に配置される。
【００３３】
さらに、図１に示されるように、第５電極６５が右心室（ＲＶ）３２の頂部に配置される。この電極６５は、通常、選択された心臓波、すなわち、Ｐ波、Ｒ波、またはＴ波の信号を、関連するリード線２８を介して電子回路１５内の同期モニター７２と制御装置７４に送給する監視電極である。制御装置７４は、検出された心臓、（さらに具体的には心室）の波信号に応答して、その信号と同期させて心房刺激パルスを送給し、誘発される心室の細動の可能性を最小限に抑制する。
【００３４】
図２ないし図４は、リード線および電極の配置の変更例を示す、図１と類似の図である。これらの図において、刺激を与えるショックパルスを送給する電極対の作用およびそれらの電極の相対的な配置は図１に示されたものと同様であり、図１の構成要素と同一の構成要素は同一の参照番号によって示されている。なお、当業者にとって明らかなように、電極が設けられるリード線がその電極と対になる電極との電気的な結合に悪影響を及ぼすことはない。電極間の電気的な結合は制御装置によってなされ、以下に詳しく述べるように、電子回路によってオン・オフが切り替えられる。各実施例において、ＰＣＳ電極とＤＣＳ電極は、挿入の容易さを考慮して、同一のリード線、ここでは第１リード線またはカテーテル２０に設けるのが（必要不可欠ではないが）好ましい。
【００３５】
図２は、第２リード線またはカテーテル２４' がその遠位部、好ましくは、先端にＬＰＡ電極６０を備える１実施例を示している。第３リード線またはカテーテル２８' は、近位部と遠位部に、それぞれ、ＲＡ電極５０とＲＶ電極６５を備えている。
【００３６】
図３は、第２リードまたはカテーテル２４'' と第３リード線またはカテーテル２８”の他の実施例を示している。第２カテーテル２４'' は、近位部と遠位部に、それぞれ、ＲＶ電極６５とＬＰＡ電極６０を備え、第３カテーテル２８'' はその遠位部にＲＡまたはＳＶＣ（上第静脈）電極５０を備えている。
【００３７】
図４は、２つのリード線またはカテーテル２０および２４''' のみを用いる１実施例を示している。第２リード線２４''' は、３つの電極、遠位ＬＰＡ電極６０、中間ＲＶ電極６５、および近位ＲＡ（またはＳＶＣ）電極５０を備えている。
【００３８】
図５は、リード線またはカテーテル構成、特にＬＰＡ電極６０の配置の変更例を示す、図１と類似の図である。前述のＬＰＡ電極６０は、好ましくは左心房に移植されるハウジング１３の能動的外部６０からなる電極６０と置きかえられる（または前述のＬＰＡ電極６０が除去され、能動的外部６０からなる電極６０が新たに設けられる）。本実施例において、ハウジング電極６０は、例えば、ＰＣＳ電極５８と対になって、制御装置および電子回路によって刺激パルスが送給されるように作動される。
【００３９】
図６は、感知された心臓の信号を増幅する１つ以上の増幅器（図示せず）を備える電子回路１５を内蔵する移植可能なハウジング１３の一例を示している。増幅された信号は、心房細動が存在するかどうかを決定するための心房細動検出器７０によって解析される。心房細動検出器７０として、当業者にとって公知の心房細動検出器の１つを用いることができる。本実施例においては、すでに例示したように、検出信号はＲＶ電極６５によって得られる。しかし、当業者にとって明らかなように、検出電極は複数の信号、例えば、双極の信号が得られる複数の検出電極であってもよいし、当業者にとっては公知の他の心臓領域、たとえば、冠状静脈洞（ＣＳ）に配置される電極であってもよい。この場合、心房細動検出器に接続される入力リード線は、検出信号のみに用いられるのであれば、検出器に最終的には単一の入力を与える複数のリード線であってもよい。
【００４０】
細動除去電極は、心拍周期を検出する電極を兼ねてもよいし、また、それらの電極に隣接して小形の検出器が付加的に設けられてもよい。このような構成によれば、制御装置によって、所定の心臓領域に所定の刺激ショックを与えると共に心臓の信号を電子システムに取り込むことができる。
【００４１】
また、電子回路１５は、同期情報を制御装置７４に供給する心拍周期モニター（または同期モニター）７２を備えている。以下に詳しく述べるように、同期電極は代表的には右心室（ＲＶ）に配置されて、右心室の心臓活動度を検出する。しかし、心室細動を誘発する可能性を減少させるために、敏感な心拍周期部の最中に（すなわち、Ｔ波が進行している最中に）心房刺激ショックパルスが送給されるのを確実に避けるために、他の検出電極を細動除去電極と組み合わせて用いるか、または細動除去電極とは別々に用いてもよい。
【００４２】
心房細動検出器７０から信号を受け取ると、制御装置７４はコンデンサ充電回路７６に信号を供給して、コンデンサ７８に、例えばバッテリ源（図示せず）から所定の電圧を充電させる。コンデンサの放電は、制御装置７４および/または放電回路８０によって制御される。同期モニター７２からの情報に基づいて、制御装置７４は、例えば、予め選択されたショックパルスを、さらに信号の波形を整形したり、パルスの間隔を調整する処理などを行う放電回路８０かまたは直接スイッチ８２に供給する。制御装置７４は、所定の細動除去電極対を選択し、スイッチ８２を介してその所定の電極対を作動させて、ショックパルスが伝達される所定の電気的ショックパルス経路を生成する。心房細動検出器の１変更例として、医者が患者を適当な期間監視して、その医者の指示による外部信号によって細動除去パルスが送給されてもよい。
【００４３】
すでに述べたように、本発明によれば、前述の電極対配置によって決定される２つの別々の電流経路に２つの別々のショックパルスが送給される。従って、当業者にとっては自明のことであるが、コンデンサ７８は、心臓に配置された所定の電極に少なくとも２つの別々のショックパルスを送給することができるだけの充電容量と寸法を有する単一のコンデンサまたは一連の並列コンデンサであればよい。なお、コンデンサ７８は、制御装置７４および/または放電回路８０によって制御される２つの別々のかつ連続したショックパルスを送給する別々のラインに設けられた２つ以上の別々に充電されるコンデンサ（または一連の並列コンデンサ）として構成することもできる。しかし、コンデンサ７８は十分な充電と十分な放電時の減衰期間（すなわち、長い時定数と小さい傾斜）を確保して十分なエネルギーを２つのショックパルスに送給する比較的大きな単一のコンデンサとして構成されるのが好ましい。例えば、２００〜１０００μＦ以上の容量と、３０ｍｓの時定数を有するコンデンサを、約１００〜２００ボルトに充電して、約５０〜１００ボルトの立ち上がり区間を有する第１波形のパルスを生成するだけのピーク電圧を供給するように構成されるとよい。もし、２つのショックパルスに加えてさらにショックパルスを送給する場合、さらに大きなコンデンサを用いるとよい。電子システムが波形をさらに整形する回路を備える場合、コンデンサはさらに高い電圧（例えば、２００ボルト前後）に充電されるとよい。
【００４４】
本発明の１実施例において、パルス発生器は単一のコンデンサ７８を備え、制御装置７４はそのコンデンサ７８と関連して作動可能なスイッチ８２（例えば、交差スイッチ）を備えている。このスイッチ８２は、２相パルス（すなわち、所定の極性を有する第１相目のパルスとそれに続く逆の極性を有する第２相目のパルス）を第１心房細動除去パルスとして送給し、次いで、同様の２相パルスを第２心房細動除去パルスとして送給するように構成されている。
【００４５】
制御装置７４は、好ましくはプログラム制御が可能なスイッチ８２を介して、予め選択された電気的パルスを所定の電極対に送給する。コンデンサ充電器７６、コンデンサ７８、制御装置７４、放電回路８０、およびスイッチ８２は、１つの電気パルス発生器を形成する。このようなパルス発生器において、制御装置７４は心房細動検出器７０からの入力に対応してパルス発生器の全体を制御して、同期モニター７２および本システムにおいて採用されている所定の電極構成の検出電極から得られる心拍周期に関する情報と同期させて、間隔の調整されたパルスを所定の電極対に送給する。さらに、２相波形のパルスを細動除去ショックパルスとして送給する場合は、当業者にとっては自明のことであるが、パルス発生器は、電極対の極性を切り換えて第１相波形パルスに続いて（逆または負の）第２相波形パルスを送給する交差スイッチを備えている。また、電子システムは、内部制御装置７４を外部制御装置に接続するために、内部制御装置７４に連結される送受信機を備えているのが好ましい。このような構成によれば、外部制御装置から制御装置７４に入力される信号によってパルスの処方、例えば、波形、電圧、電極の接続などを変更することができる。また、外部の制御装置によって、メモリーに記憶された監視データを心房細動の繰り返し現れる症状およびショックレベルの効力に関して検索することができる。
【００４６】
本発明の１実施例において、スイッチ８２を、（例えば、無線信号などを使って遠隔制御することによって）、パルス発生器と心房細動除去電極の接続を変更するようにプラグラム制御することが可能である。このような特徴は、多重電極を移植して第１および第２心房細動除去パルスを送給する電極対を特定の患者の治療を各手順において最適化するように変更するときに利点を発揮する。
【００４７】
第１心房細動除去パルスのエネルギーは８ジュール以下が好ましく、６ジュール以下がより好ましく、４ジュール以下がさらに好ましく、２ジュール以下が最も好ましい。第２心房細動除去パルスのエネルギーは、代表的には、第１心房細動除去パルスのエネルギー以下であり（ただし、これは二重コンデンサが採用された場合に適用される）、そして、８ジュール以下が好ましく、６ジュール以下がより好ましく、４ジュール以下がさらに好ましく、２ジュール以下が最も好ましい。また、第２心房細動除去パルスは第１心房細動除去パルスの後、好ましくは０〜５００ミリ秒、さらに好ましくは０〜２００ミリ秒だけ遅れて送給される。変更例として、第２心房細動除去パルスは第１心房細動除去パルスに、全ショック持続時間（一続きの第１および第２ショックパルスの持続時間）の１/４から３/４だけ重なり合っても良い。各ショックパルスの持続時間は３〜２０ミリ秒、全ショックパルス持続時間は４.５〜４０ミリ秒に設定されるとよい。
【００４８】
図７Ａないし図７Ｄは、本発明において用いられる代表的なパルス波形を示している。各図において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。細動除去パルスの波形は特に限定されず、いかなる波形であってもよい。図７Ａに示されるコンデンサから送給される代表的な電圧波形は、指数関数的減衰波形（第１パルス波形）５４および指数関数的減衰波形（第２パルス波形）５６からなり、第２パルス波形５６の立ち上がり区間電圧Ｖ_L2は第１パルス波形５４の立下り区間電圧Ｖ_t1よりも小さいかまたは等しい。図示されるように、第１パルス波形５４は、長い第１相（例えば、持続時間は５〜１５ミリ秒）と短い第２相（例えば、持続時間は２〜１０ミリ秒）からなる２相の非対称波形である。２相波形は約３ｍｓ/ｌｍｓのパルス波形であるのがさらに好ましい。
【００４９】
また、略均等の第１、第２相パルス（持続時間はそれぞれ３ｍｓ）を有する対称波形、１相波形または規則的逆２相非対称波形、またはそれらの波形の組み合わせも好適に用いられる。さらに、図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、第２波形５６および５６' も、それぞれ、非対称の２相波形であり、その各相の持続時間の関係は第１波形５４の各相の持続時間の関係と同じである。図７Ｂに示される波形５４' および５６' は、それぞれ、階段状に形成されている。図７Ｃに示される波形５４' ' および５６' ' は、それぞれ、異形に形成されている。また、第１および第２パルス波形のいずれか一つ（図７Ｃを参照）または両方とも１相波形として構成してもよい。２相波形を構成する第１、第２相は０〜２００ｍｓだけ時間的に離れていてもよい。さらに、波形は図７Ｄに示されるように交互配置して形成してもよい。具体的には、図７Ｄの例において、第１波形の第１相５４ａを右心房（ＲＡ）に配置された電極と冠状静脈洞の遠位部（ＤＣＳ）に配置された電極からなる第１電極対に送給し、第２波形の第１相５６ａを冠状静脈洞の近位部（ＰＣＳ）に配置された電極と左肺静脈（ＬＰＡ）に配置された電極からなる第２電極対に送給し、次いで、第１波形の第２相５４ｂを上記の第一電極対に送給し、第２波形の第２相５６ｂを上記の第２電極対に送給する。当業者にとっては自明のことであるが、ショックパルスの送給手順はどのようにも変更可能であり、どのように変更された手順であってもここに述べられた方法と等価値の効果が得られる。
【００５０】
以下、第１および第２の心房細動除去電極対によって患者の心臓の細動を除去する本発明によるシステムに用いられる移植可能な心房細動除去器について概略的に説明する。本心房細動除去器は、移植可能なハウジングと、ハウジングに内蔵される心房細動検出器と、ハウジングに内蔵されて心房細動検出器と関連して作動されるパルス発生器からなる。ハウジングは、当業者にとって公知の生体適合性のある材料から製造されるとよい。パルス発生器と関連して作動されるバッテリのような電源が通常ハウジングに内臓されている。パルス発生器は、心房細動が検出されると、第１心房細動除去電極対間に第１心房細動除去パルスを送給するように構成されている。また、パルス発生器は、第１心房細動除去パルスに続いて、第２心房細動除去電極対間に第２心房細動除去パルスを送給するように構成されている。好適な１実施例において、皮下電極は、ジー・バルディの米国特許第５，２９２，３３８号（開示内容はすべて引用文献として収録されている）に記載されているように、移植可能な心房細動除去器のハウジングの外面に配置される。この細動除去器は患者の左胸領域（例えば、左胸筋内）に、ジー・バルディの米国特許第５，２９２，３３８号に記載されているような公知の技法によって移植される。移植可能な細動除去器は、公知のリード線または本実施例に記載されているリード線と組み合わせて、本実施例に記載されているシステムを構成する。
【００５１】
本発明の心房細動除去器と組み合わせて用いられる患者の心臓に挿入される１つのリード線は、柔軟性を有する細長いカテーテルを含み、心臓の上大静脈を下方に挿入されて右心房に入り、冠状静脈洞の開口を経て、冠状静脈洞の近位部から冠状静脈洞の遠位部または大心静脈に至り、その状態で作動可能に配置される。このカテーテルに第１および第２心房細動除去電極が接続されている。第１および第２心房細動除去電極はカテーテルの互いに離間された位置に設けられ、カテーテルが作動可能な位置に配置されると、第１心房細動除去電極は心臓の冠状静脈洞の遠位部または大心静脈荷に配置され、第２心房細動除去電極は心臓の冠状静脈洞の近位部に配置される。
【００５２】
本発明の心房細動除去器と組み合わせて用いられる患者の心臓に挿入される他のリード線は、柔軟性を有する細長いカテーテルからなり、心臓の上大静脈を下方に挿入されて右心房に入り、右心室を経て、肺静脈に至り、その状態で作動可能に配置される。このカテーテルに第１および第２心房細動除去電極が接続されている。第１および第２心房細動除去電極はカテーテルの互いに離間された位置に設けられ、カテーテルが作動可能な位置に配置されると、第１心房細動除去電極は心臓の心臓の右心房に位置され、第２心房細動除去電極は肺静脈に配置される。このリード線はカテーテルに接続された第３電極を備えることもできる。第３電極は、第１および第２心房細動除去電から離間され、カテーテルが作動可能な位置に配置されると、心臓の左心室に配置される。この第３電極は監視電極として機能される。
【００５３】
上記の移植可能な心房細動除去システムは、従来の外科的な技法、またはここに開示された内容に照らして熟練の外科医にとって自明の技法によって患者に移植される。
【００５４】
本発明の機能および効果に影響を与えることなく、本発明に他の特徴をさらに追加することが可能である。このような付加的な特徴として、例えば、必ずしも必要ではないが、雑音抑制または多重波形（Ｒ波およびＴ波）監視装置、擬似信号を低減するための照合装置、細動除去の予告装置、プログラム制御による遅延介入装置、コンデンサを緩慢に充電させるのに必要な充電電圧を低減させるように構成された双極の検出電極およびその関連回路、エネルギーの流出を低減させる間欠的に作動する細動検出器、パルス発生器からのリード線を最小にする切換装置などの安全性に関する特徴が挙げられる。
【００５５】
上記の実施例において、心房細動除去器は移植可能な細動除去器として説明されたが、当業者にとっては明らかなように、本発明はカテーテルを用いて患者の心臓内に短時間電極を配置する外部心房細動除去器にも適用できる。外部細動除去器は電気的刺激による一度だけの心房細動除去に用いられ、また、心房細動の手術を受けた後の患者に対しても随時用いられる。
【００５６】
二重ショックパルスを単一電流経路を経て送給することによって心房細動を除去する方法とシステムおよび装置は、第２ショックパルスを第１ショックパルスと同じ電極対間に送給するように変更する点を除けば、これまでに述べた手法と同様の手法で実施することができる。
【００５７】
二重ショックを単一の電流経路を経て送給する治療と二重ショックを二重電流経路を経て送給する治療を組み合わせて実施可能なシステムを、スイッチとそのスイッチと関連して作動する制御回路を細動除去器内に付加的に設けて、これらの２種類の治療の間でシステムを切り換えることによって、実現することができる。この場合、スイッチは外部から制御可能であるように構成されるとよい。また、システムは治療の最適モードを選択するための内部プログラムを内蔵するように構成されるとよい。
【００５８】
以下、本発明を具体例に基づいてさらに詳細に説明する。なお、これらの例は単なる例示に過ぎず、本発明を制限するものではない。
【００５９】
例１
二重ショック / 二重電流経路による成羊の心房細動除去
本例においては、図８のＨで例示されるように、成羊の心房細動（ＡＦ）を除去するために、ＲＡ電極とＤＣＳ電極からなる第一電極対とＣＳＯ（またはＰＣＳ）電極とＬＰＡ電極からなる第２電極対によって形成される二重電流経路を経て二重ショックパルスを送給し、その結果、ショックパルスを送給するのに必要なエネルギーを著しく低減させることができた。
【００６０】
五匹の成羊（心臓の重量：３４２±２１グラム）において、心拍数を早めて心房細動（ＡＦ）を誘発させた。次いで、経静脈細動除去電極を、右心房付属枝（ＲＡａｐ）、冠状静脈洞の遠位部（ＤＣＳ）、冠状静脈洞の近位部（ＣＳｏｓ）、左肺静脈（ＬＰＡ）、および右心室頂部（ＲＶ）に配置した。このような電流経路によって、７種類の単一電流経路と二重電流経路を互いに比較した。第１相（持続時間：３ｍｓ）と第２相（持続時間：１ｍｓ）の２相波形のパルスを単一コンデンサによって各電流経路に送給した。先行する第１相の立下り区間電圧と次の第２相の立ち上がり区間電圧を互いに等しくなるように設定した。心房細動除去閾値（ＡＤＦＴ）は電圧を段階的に増大する手法を用いて決定され、到達確率曲線は各波形ごとにＡＤＦＴから２０ボルトずつ上下させて１０回のショックパルスを送給することによって決定された。グラフは、電極構成と全送給エネルギーを示している。二重電流経路による試料「Ｈ」における全送給エネルギー（０.２６±０.１８ジュール）は、標準的な単一電流経路による試料「Ａ」における全送給エネルギー（１.１３±０.２３ジュール）よりも４倍低い。また、二重経路による試料「Ｈ」の全送給エネルギーは、他の全ての単一および二重電極構成による試料のいずれの全送給エネルギーよりも著しく低い。二重電流経路の各試料の心房細動除去閾値は、第１移植可能心房細動器による単一電流経路の試料「Ａ」の心房細動除去閾値と比較して、著しく低減される。
【００６１】
例２
二重ショック / 単一電流経路による成羊の心房細動除去
この例は、細動除去のために同じ電極対を介して２つのショックパルスを連続的に送給する場合の立ち上がり区間の電圧は、同一条件下で単一のショックパルスを送給する場合の立ち上がり区間の電圧よりも少なくて済む、ことを示している。
【００６２】
六匹の羊に対して、心房細動を誘発し、次いで、冠状静脈洞と右心房に配置された前述の電極と同様の電極を介して、ショックパルスが送給された。各ショックパルスは、第１相（持続時間：３ｍｓ）と第２相（持続時間：１ｍｓ）からなる２相波形パルスとした。これらのショックパルスは、１５０μＦの容量を有するコンデンサを備える細動除去器によって送給された。単一の２相ショックパルスは、１６２ボルトの平均細動除去電圧と１.３ジュール（１.３１±０.３６）の送給エネルギーを必要とした。一方、２つの２相ショックパルスを０.２ｍｓだけずらして連続的に同じコンデンサ列から同じ電極対を介して送給した場合、細動除去に必要な平均立ち上がり区間電圧は１１５±１９ボルトで、送給エネルギーは０.９３±０.４２ジュールであった。
【００６３】
例３
二重ショック / 二重電流経路による成人の心房細動除去
この例は、心房細動を患っている成人患者の細動除去のために同じ電極対を介して２つのショックパルスを連続的に送給する場合の立ち上がり区間の電圧は、同一条件下で単一のショックパルスを送給する場合の立ち上がり区間の電圧よりも少なくて済む、ことを示している。
本例における実験は以下のようにして行われた。もし患者に心房細動が現れている場合は、細動除去の実験が行われるが、もし患者に心房細動以外の律動が現れている場合は、診断および/または治療の手順が取られ、次いで細動除去の実験が行われる。具体的には、心房細動が５分間継続された場合、細動除去の実験が開始された。患者は、実験の間、外部細動除去器に留められて十分に鎮静された状態に維持された。
【００６４】
各患者は少なくとも２つの静脈鞘を装備され、以下の手順に従って、カテーテルが配置された。
【００６５】
（Ｉ）フレンチ目盛７.５の大きさを有する内頚静脈鞘を介して、フレンチ目盛６の大きさを有する１０極「ＥＬＥＣＡＴＨ」細動除去/ペーシング/記録カテーテルが挿入され、その先端が冠状静脈の可能な限り遠位部に配置された。このカテーテルの先端の電極は、冠状静脈洞遠位部（ＤＣＳ）電極と呼ばれる。
【００６６】
（ＩＩ）フレンチ目盛６.５の大きさを有する大腿骨または第２内頚静脈鞘を介して、フレンチ目盛６の大きさを有する１０極「ＥＬＥＣＡＴＨ」細動除去/ペーシング/記録カテーテルが、電極の本体を右心房に横方向に沿わせて、その先端を右心房の付属枝の先端に配置された。この電極は右心房付属枝（ＲＡａｐ）ショック電極と呼ばれる。
【００６７】
（ＩＩＩ）フレンチ目盛６.５の大きさを有する大腿骨鞘を介して、フレンチ目盛６の大きさを有する４極カテーテルが心臓信号の検出とペーシングの目的で右心室の頂部に配置された。
【００６８】
全ての細動除去電極は「ＰＲＵＣＫＡ」増幅器に対してアナログ信号を送給する特別仕様のペーシング/細動除去/記録ボックスに接続された。心臓信号の検出とペーシングを行うＲＶ頂部のカテーテルは、「ＰＲＵＣＫＡ」増幅器に接続された。
【００６９】
図９は、細動除去器の設置を概略的に示している。この細動除去器は２つのＨＶＳ−０２細動除去器１０１および１０２と、心臓信号の検出とショックパルスの同期を行うブルーム電気刺激装置１０３を備えている。この細動除去器に二重細動除去電流経路用の特別仕様のペーシング/細動除去器/記録ボックス（図示せず）が接続される。第１ＨＶＳ−０２細動除去器１０１は単一ショックパルス用の外部トリガーチャンネル１に設定され、第２ＨＶＳ−０２細動除去器１０２は二重ショックパルス用の外部トリガーチャンネル２に設定される。ブルーム刺激装置１０３の出力１（１０４）は第１ＨＶＳ−０２細動除去器１０１のトリガー１０５（ブルーム刺激装置とＨＶＳ−０２を接続するＢおよびＣコネクター）に接続され、ブルーム刺激装置１０３の出力２（１０６）は第２ＨＶＳ−０２細動除去器１０２のトリガー１０７（ブルーム刺激装置とＨＶＳ−０２を接続するＢおよびＣコネクター）に接続される。ブルーム刺激装置１０３はＲ波を検出するように設定され、チャンネル１から第１ＨＶＳ−０２細動除去器１０１に信号Ｓ１を出力し、およびチャンネル２から第２ＨＶＳ−０２細動除去器１０２に信号Ｓ２を出力する。Ｒ波の検出に対する信号Ｓ１の遅れは０〜１ｍｓであり、また、信号Ｓ１に対するＳ２の遅れは第１の２相波形の持続時間（１０ｍｓ）に相当する。実験を始める前に、負荷が両方のＨＶＳ−０２細動除去器の出力に接続され、患者からの信号を検出しながら、システムのタイミングとインピーダンスが調整される。波形アナライザーを電圧分割器と共に用いて、波形を計算ではなく実際に記録することができる。
【００７０】
試験された２つの波形が図１０に概略的に示されている。単一のＨＶＳ−０２を用いて、単一のコンデンサによる単一の２相波形（第１、第２相の持続時間：７.５ｍｓ、２.５ｍｓ）を第１ショックパルスとして単一電流経路（ＲＡａａ→ＤＣＳ）を介して送給され、２つのＨＶＳ−０２を用いて、単一のコンデンサによる連続２相波形（第１、第２波形の各々における第１、第２相の持続時間：７.５ｍｓ、２.５ｍｓ）を第１、第２ショックパルスとして単一電流経路（ＲＡａａ→ＤＣＳ）を介して送給された。２つの２相波形間の遅れは０.２ｍｓ未満である。
【００７１】
各波形は、各患者に対してデータを採取しながらランダムに試験された。心房細動除去閾値を求める試験は、単一コンデンサによる波形の最初の立ち上がり区間電圧を１００ボルトに設定して、心房細動除去が達成されるまで５０ボルトずつ上下して電圧を送給することによって行われた。ショックパルスの可変データは波形アナライザーを用いて求められた。立ち上がり区間電圧と電流はＨＶＳ−０２の出力から記録され、各ショックパルスごとに送給エネルギーおよび平均インピーダンスが計算された。データは、患者の臨床データベース内の患者の番号と一致するファイル名に保存される。心房細動除去閾値（ＡＤＦＴ）は、各患者と各波形ごとに、分散分析（ＡＶＯＮＡ）を用いて検討された。
【００７２】
上記の実験プログラムに従って得られた５人の成人患者のデータが表１に示されている。この表から、五人の患者の全てに対して、二重ショック治療の場合の第１立ち上がり区間電圧は、単一ショック治療の場合の第１立ち上がり区間電圧よりも低い、ことがわかる。表１のデータから、第１ショック立ち上がり電圧は４００ボルト以下が好ましく、３５０ボルト以下がさらに好ましく、３００ボルト以下が最も好ましい、ことが臨床的に明らかである。
【００７３】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ定義されるものであり、請求の範囲の内容と等価物が請求の範囲に含まれるとみなされるべきである。
【００７４】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による移植可能な細動除去システムの第１実施例を説明する図であり、第１カテーテルによって細動除去電極が冠状静脈洞の近位部と遠位部に配置され、第２カテーテルによって細動除去電極が右心房と肺静脈に配置され、第３カテーテルによって監視電極が右心室に配置されている状態を示している。
【図２】 本発明による移植可能な細動除去システムの第２実施例を説明する図であり、第１カテーテルによって細動除去電極が冠状静脈洞の近位部と遠位部に配置され、第２カテーテルによって細動除去電極が肺静脈に配置され、第３カテーテルによって監視電極と細動除去電極がそれぞれ右心室と右心房に配置されている状態を示している。
【図３】 本発明による移植可能な細動除去システムの第３実施例を説明する図であり、第１カテーテルによって細動除去電極が冠状静脈洞の近位部と遠位部に配置され、第２カテーテルによって細動除去電極が右心房に配置され、第３カテーテルによって監視電極と細動除去電極がそれぞれ右心室と肺静脈に配置されている状態を示している。
【図４】 本発明による移植可能な細動除去システムの第４実施例を説明する図であり、第１カテーテルによって細動除去電極が冠状静脈洞の近位部と遠位部に配置され、第２カテーテルによって２本の細動除去電極と監視電極がそれぞれ右心房、肺静脈、および右心室に配置されている状態を示している。
【図５】 第２カテーテルによって肺静脈に配置される細動除去電極が省かれ、新たな細動除去電極が細動除去装置の表面に設けられる点を除いて、図１に示される第１実施例と同じ構成を有する本発明による第５実施例を説明する図である。
【図６】 本発明による移植可能な心房細動除去装置の電子回路を示す概略図である。
【図７Ａ】 本発明に用いられる指数関数形減衰波形を説明する図であり、縦軸は電圧、横軸は時間を示し、負の電圧は横軸の下方の波形によって示されている。
【図７Ｂ】 図７Ａと類似の図であり、段階的入力波形を示している。
【図７Ｃ】 図７Ａと類似の図であり、異形波形を示している。
【図７Ｄ】 図７Ａと類似の図であり、介在波形を示している。
【図８】 成羊の単一電流経路（試料Ａ〜試料Ｇ）および二重電流経路（試料Ｈ〜試料Ｎ）を経て心房細動除去を行うのに必要な全エネルギー（単位：ジュール、縦軸）を示す図であり、電流経路は各バーの上方に記載され、二重電流経路の２つの経路はカンマで区切られらた形で明示され、「ＲＡａｐ」は右心房付属枝、「ＤＣＳ」は冠状静脈洞の遠位部、「ＣＳｏｓ」は冠状静脈洞の近位部、「ＬＰＡ」は右肺静脈、「ＲＶ」は右心室頂部を示している。
【図９】 二重ショックを単一電流経路を経て成人患者に送給して心房細動を除去する装置を示す概略図である。
【図１０】 図９に示される装置に関連する２つのショックパルスの波形を示す図である。

Claims (13)

1. 患者の心臓内の第１電流経路に沿って第１心房細動除去パルスを送給する一対の心房細動除去電極と、
   前記一対の心房細動除去電極と関連して作動され、前記第１心房細動除去パルスを送給し、前記第１心房細動除去パルスに続いて第２心房細動除去パルスを送給するパルス発生器であって、前記第２心房細動除去パルスは、前記第１心房細動除去パルスの効能を監視する工程を介入させずに、一対の第２の心房細動除去電極を介して送給され、前記第１心房細動除去パルスが送給されてから０ミリ秒ないし５００ミリ秒後に送給される、パルス発生器と
   を含むことを特徴とする患者の心臓における心房細動を除去する移植可能なシステム。
2. 前記第１心房細動除去パルスのエネルギーは８ジュール以下であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２心房細動除去パルスのエネルギーは８ジュール以下であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記心臓における心室の電気的活性度を監視する監視電極と、
   前記監視電極と接続されて前記第１心房細動除去パルスの送給時間を制御する制御装置と
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記監視電極は前記心臓の右心室に配置されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記パルス発生器はコンデンサおよび前記コンデンサと関連して作動されるスイッチを含み、前記スイッチは２相パルスを前記第１心房細動除去パルスとして送給し、また２相パルスを前記第２心房細動除去パルスとして送給するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記一対の心房細動除去電極が、患者の心臓の右心房または上大静脈に配置される第１細動除去電極と、前記心臓の冠状静脈洞の遠位部または大心静脈荷に配置される第２細動除去電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記第１心房細動除去パルスのエネルギーは８ジュール以下であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記第２心房細動除去パルスのエネルギーは８ジュール以下であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
10. 前記心臓における心室の電気的活性度を監視する監視電極と、
    前記監視電極と接続されて前記第１心房細動除去パルスの送給時間を制御する制御装置と
    をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
11. 前記監視電極は前記心臓の右心室に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記パルス発生器はコンデンサおよび前記コンデンサと関連して作動されるスイッチを含み、前記スイッチは２相パルスを前記第１心房細動除去パルスとして送給し、また２相パルスを前記第２心房細動除去パルスとして送給するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
13. 移植可能なハウジングと、
    前記ハウジングに内蔵されて前記パルス発生器と関連して作動する心房細動検出器と
    を含む、前記パルス発生器を有し、前記１対の心房細動除去電極と関連して作動する移植可能な心房細動除去器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。

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