JP5856876B2 - 心臓治療装置とその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、心臓治療装置とその作動方法に関するものである。

従来、心室細動時に迷走神経を刺激することで、通常より低いエネルギで除細動する心臓治療装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この心臓治療装置は、心電信号を検出することによって心臓の状態を診断し、その診断結果に応じて出力される迷走神経を刺激する電気パルスが心電信号検出回路に回り込んでしまうのを防止するために、電気パルスを迷走神経に出力する間、心電信号検出回路と迷走神経刺激回路とを電気的に分離するスイッチを備えている。

特開２００９−２８３９７号公報

しかしながら、特許文献１の心臓治療装置は、心電信号検出回路への刺激用の電気パルスの回り込みをスイッチの開閉によって行っているため、迷走神経への刺激が行われている場合においても、心電信号の正確な検出を行うことはできるが、スイッチを含む絶縁回路は大型となり、小型化を図ることは困難であるという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、迷走神経の刺激中においても心電信号を正確に計測することができるとともに、小型化を図ることができる心臓治療装置とその作動方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、心臓内部または心臓外部に配置され心電信号を検出する心電信号検出部と、該心電信号検出部により検出された前記心電信号を、時間間隔を空けてサンプリングしてディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、該ＡＤ変換器によりディジタル信号に変換された前記心電信号に基づいて、迷走神経を電気的に刺激する電気パルスを出力する迷走神経刺激部と、前記ＡＤ変換器におけるサンプリングとサンプリングとの間の期間に前記電気パルスを出力するよう前記迷走神経刺激部による前記電気パルスの出力タイミングを制御する制御部とを備え、該制御部は、前記信号信号に基づいて前記心臓が心室頻拍状態であるか否かを判定し、心室頻拍状態であると判定した場合に前記迷走神経刺激部に前記電気パルスを出力させる心臓治療装置を提供する。

本態様によれば、心電信号検出部により検出された心電信号がＡＤ変換器によりディジタル信号に変換され、迷走神経刺激部によって心電信号に応じた電気パルスが迷走神経に対して出力されることにより、迷走神経が刺激される。心電信号によって心拍数が高くなったと判断できる場合に、迷走神経を刺激することにより、心拍数を低下させて安定させることができる。

この場合において、制御部は、迷走神経刺激部を制御してＡＤ変換器におけるサンプリング間隔において電気パルスを出力させるので、サンプリング時には電気パルスは出力されておらず、ＡＤ変換器によりディジタル変換された心電信号には、電気パルスの成分は含まれていない。その結果、心電信号検出部は、心臓の状態を精度よく表す正確な心電信号を検出することができ、適正な治療を行うことが可能となる。そして、従来のような心電信号検出回路と迷走神経刺激回路とを電気的に分離するスイッチを用いずに済むので、回路の大型化を防止して、小型化を図ることができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記サンプリングとサンプリングとの間の期間の前半に前記電気パルスを出力するよう制御してもよい。
このようにすることで、迷走神経刺激部からの電気パルスの出力による迷走神経の刺激により、刺激に基づくノイズが電気パルス後の期間に遅延して、心電信号検出部により検出されてしまっても、ＡＤ変換器によるサンプリング時までには十分に低減することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記サンプリングの直後に前記電気パルスを出力するよう制御してもよい。
このようにすることで、刺激に基づくノイズが電気パルス後の期間に遅延して、心電信号検出部により検出されてしまっても、ＡＤ変換器によるサンプリング時までにはさらに効果的に低減することができる。

また、上記態様においては、前記ＡＤ変換器の前段に、前記電気パルスの出力期間を含み該出力期間より長い、前記サンプリングとサンプリングとの間の期間内の期間にわたって前記ＡＤ変換器への心電信号の入力を遮断する入力切替部を備えていてもよい。
このようにすることで、電気パルスの出力期間より長いサンプリング間隔内の期間にわたってＡＤ変換器への心電信号の入力が遮断されるので、刺激に基づくノイズが電気パルス後の期間に遅延して、心電信号検出部により検出されてしまっても、そのノイズがＡＤ変換器によってサンプリングされてしまうことをより確実に防止することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記心電信号検出部により検出された心電信号に基づいて、前記ＡＤ変換器によるサンプリングとサンプリングとの間の期間を調節するとともに、該サンプリングとサンプリングとの間の期間が所定の値以下となった場合に、前記電気パルスの出力を制限するよう前記迷走神経刺激部を制御してもよい。
このようにすることで、サンプリング間隔を短くすることにより、心電信号をより高い分解能でサンプリングすることができるが、サンプリング間隔が短くなると、その間に出力される電気パルスに基づくノイズがサンプリングされやすくなるため、サンプリング間隔が所定の値以下となった場合には、電気パルスの出力を制限することとして、不正確な心電信号がＡＤ変換器によりサンプリングされてしまうことを未然に防止することができる。

また、本発明の他の態様によれば、心臓内部または心臓外部に配置された生体用電極を介して、心電信号検出部が心電信号を検出し、該心電信号検出部により検出された前記心電信号を、ＡＤ変換器が、時間間隔を空けてサンプリングしてディジタル信号に変換し、前記心電信号に基づいて前記心臓が心室頻拍状態であるか否かを制御部が判定し、前記心臓が心室頻拍状態であると判定された場合に、前記制御部が、迷走神経を電気的に刺激するために迷走神経刺激部から電気パルスを出力させ、かつ、前記迷走神経刺激部が出力する電気パルスの出力タイミングを、前記ＡＤ変換器におけるサンプリングとサンプリングとの間の期間に出力するよう前記迷走神経刺激部を制御する心臓治療装置の作動方法を提供する。

本発明によれば、迷走神経の刺激中においても心電信号を正確に計測することができるとともに、小型化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る心臓治療装置を示すブロック図である。 図１の心臓治療装置によるＡＤ変換器のサンプリングおよび電気パルスの出力タイミングを示すタイムチャートである。 図１の心臓治療装置の第１の変形例を示すブロック図である。 図３の心臓治療装置によるＡＤ変換器のサンプリングおよび電気パルスの出力タイミングを示すタイムチャートである。 図１の心臓治療装置の第２の変形例を示すブロック図である。 図５の心臓治療装置によるＡＤ変換器のサンプリングおよび電気パルスの出力タイミングを示すタイムチャートである。

本発明の一実施形態に係る心臓治療装置１について、図面を参照して、以下に説明する。
本実施形態に係る心臓治療装置１は、図１に示されるように、心電信号を検出するように、心臓Ａの内部または外部に配置された生体用電極（心電信号検出部）２と、該生体用電極２により検出された心電信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器３と、ディジタル信号に変換された心電信号からノイズを除去するフィルタ４と、フィルタ４によりノイズを除去された心電信号から心拍数を検出する心拍検出部５と、該心拍検出部５により検出された心拍数に基づいて迷走神経Ｂに電気パルスを出力する刺激回路６と、これらのタイミングを制御する制御部７とを備えている。図中符号８は、迷走神経Ｂに取り付けられ、電気パルスを伝達する電極である。

ＡＤ変換器３は、制御部７から出力されるタイミングに従って、所定の時間間隔（例えば、５ｍｓ）を空けて生体用電極２から送られてくる心電信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換するようになっている。
フィルタ４はディジタル回路により構成され、公知の任意の手法により、ディジタル信号に変換された心電信号からノイズを除去するようになっている。

心拍検出部５は、フィルタ４によりノイズを除去された心電信号から、心拍レートを算出するようになっている。
制御部７は、心拍検出部５により算出された心拍レートが、所定の値以下である場合には心臓Ａが徐脈状態であると判定する。また、制御部７は、過去の規定回数分の心拍レートの平均値を求め、平均値が心拍レートの上限値より小さくかつ所定の閾値以上である場合には心臓Ａが心室頻拍状態であると判定するようになっている。

そして、制御部７は、心臓Ａが心室頻拍状態であると判定した場合に、刺激回路６を介して迷走神経Ｂに電気パルス（パルス幅約１ｍｓ）を出力するようになっている。
この場合において、制御部７は、図２に示されるように、ＡＤ変換器３により心電信号をサンプリングするタイミングとはずれたタイミングで電気パルスを出力させるように刺激回路６を制御するようになっている。すなわち、刺激回路６から出力される電気パルスは、ＡＤ変換器３による心電信号の隣接するサンプリングの間に出力されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る心臓治療装置１の作動方法について以下に説明する。
本実施形態に係る心臓治療装置１によれば、心臓Ａに配置された生体用電極２により検出された心電信号は、ＡＤ変換器３に入力されることにより、制御部７からの指令信号に基づくタイミングで、時間間隔をあけてサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。

ディジタル信号に変換された心電信号は、フィルタ４を通過させられることによりノイズが除去された状態で心拍検出部５に入力され、心拍レートが算出される。心拍検出部５において算出された心拍レートは制御部７に送られ、制御部７において心臓Ａが心室頻拍状態であるか否かが判定される。

制御部７は、心臓Ａが心室頻拍状態であると判定した場合には、刺激回路６に電気パルスを出力するよう指令し、刺激回路６は、制御部７により指定されたタイミングで、迷走神経Ｂに対して電気パルスを出力する。電気パルスが出力されると、電気パルスが迷走神経Ｂを刺激することにより、心拍が低減して安定化させられる。

一方、迷走神経Ｂに対して出力された電気パルスの一部は、体組織を通って心臓Ａに回り込み、生体用電極２により検出される心電信号に含まれてしまうことがある。本実施形態においては、制御部７が、ＡＤ変換器３による心電信号のサンプリングのタイミングと重ならないタイミングで電気パルスを出力するように刺激回路６に指令するので、ＡＤ変換器３によりサンプリングされるタイミングにおける心電信号には、電気パルスの影響が含まれておらず、心臓Ａの状態を正確に表した心電信号のみをディジタル信号に変換することができる。

すなわち、本実施形態に係る心臓治療装置１とその作動方法によれば、従来のように心電信号を検出する検出回路と、迷走神経Ｂを刺激する刺激回路とを絶縁状態と導通状態とで切り替えるスイッチを設ける必要がないので、装置を小型化することができる。そして、スイッチによることなく、刺激用の電気パルスに基づくノイズが混入した心電信号が刺激の要否判定に使用されることを防止し、正確な心電信号により、心臓Ａに対して適正な治療を行うことができるという効果を奏する。

なお、本実施形態においては、刺激用の電気パルスを、単にＡＤ変換器３によるサンプリングの間隔内に出力することとして説明したが、電気パルスの出力タイミングは、ＡＤ変換器３によるサンプリング間隔の前半であることが好ましく、さらに好ましくは、サンプリングが行われた直後であることが好ましい。

すなわち、刺激用の電気パルスの出力により、該電気パルスに遅延してノイズが発生するが、サンプリング間隔の前半に電気パルスを出力することにすれば、サンプリング間隔の後半に発生したノイズをサンプリングまでに消滅させることができる。あるいは、サンプリング直後に電気パルスを出力すれば、次のサンプリングまでの間により確実にノイズを消滅させることができる。

また、図３に示されるように、生体用電極２とＡＤ変換器３との間にスイッチ９を設け、制御部７が、刺激回路６による電気パルスの出力のタイミングで、生体用電極２とＡＤ変換器３とを遮断するようにスイッチ９を切り替えることにしてもよい。スイッチ９による遮断の時間幅は、図４に示されるように、サンプリング間隔より短く、電気パルスのパルス幅より大きく設定し、スイッチ９による遮断期間内に電気パルスの出力期間が含まれるように設定すればよい。図中、スイッチ９の動作状態がハイレベルで示されている期間が、スイッチ９による遮断期間である。

このようにすることで、刺激用の電気パルスの出力に伴って発生するノイズがＡＤ変換器３に入力されるのを防止して、刺激用の電気パルスに基づくノイズが混入した心電信号が刺激の要否判定に使用されることをより確実に防止することができる。

また、図５に示されるように、フィルタ４’が、ＡＤ変換器３から入力される心電信号に含まれる周波数成分を解析し、心電信号の周波数成分の割合が所定の閾値より高くなった場合に、制御部７が、ＡＤ変換器３によるサンプリングの間隔を短くするように制御してもよい。このようにすることで、心電信号をより高分解能に検出して、適正な治療を行うことができる。

そして、この場合に、サンプリング間隔が短いところで刺激用の電気パルスが出力されると、その影響を受けた心電信号がサンプリングされてしまうことが考えられるので、制御部７は、図６に示されるように、サンプリング間隔が所定の値よりも大きくなったことを条件として、電気パルスを出力するよう刺激回路を制御すればよい。
このようにすることで、サンプリング間隔を変更する場合においても、刺激用の電気パルスの出力によるノイズが混入した心電信号が刺激の要否判定に使用されることを防止して、心臓Ａの適正な治療を行うことができるという効果を奏する。

Ａ 心臓
１ 心臓治療装置
２ 生体用電極（心電信号検出部）
３ ＡＤ変換器
６ 刺激回路（迷走神経刺激部）
７ 制御部
９ スイッチ（入力切替部）

Claims (6)

1. 心臓内部または心臓外部に配置され心電信号を検出する心電信号検出部と、
   該心電信号検出部により検出された前記心電信号を、時間間隔を空けてサンプリングしてディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
   該ＡＤ変換器によりディジタル信号に変換された前記心電信号に基づいて、迷走神経を電気的に刺激する電気パルスを出力する迷走神経刺激部と、
   前記ＡＤ変換器におけるサンプリングとサンプリングとの間の期間に前記電気パルスを出力するよう前記迷走神経刺激部による前記電気パルスの出力タイミングを制御する制御部とを備え、
   該制御部は、前記心電信号に基づいて前記心臓が心室頻拍状態であるか否かを判定し、心室頻拍状態であると判定した場合に前記迷走神経刺激部に前記電気パルスを出力させる心臓治療装置。
2. 前記制御部が、前記サンプリングとサンプリングとの間の期間の前半に前記電気パルスを出力するよう制御する請求項１に記載の心臓治療装置。
3. 前記制御部が、前記サンプリングの直後に前記電気パルスを出力するよう制御する請求項２に記載の心臓治療装置。
4. 前記ＡＤ変換器の前段に、前記電気パルスの出力期間を含み該出力期間より長い、前記サンプリングとサンプリングとの間の期間内の期間にわたって前記ＡＤ変換器への心電信号の入力を遮断する入力切替部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の心臓治療装置。
5. 前記制御部が、前記心電信号検出部により検出された心電信号に基づいて、前記ＡＤ変換器によるサンプリングとサンプリングとの間の期間を調節するとともに、該サンプリングとサンプリングとの間の期間が所定の値以下となった場合に、前記電気パルスの出力を制限するよう前記迷走神経刺激部を制御する請求項１から請求項４のいずれかに記載の心臓治療装置。
6. 心臓内部または心臓外部に配置された生体用電極を介して、心電信号検出部が心電信号を検出し、
   該心電信号検出部により検出された前記心電信号を、ＡＤ変換器が、時間間隔を空けてサンプリングしてディジタル信号に変換し、
   前記心電信号に基づいて前記心臓が心室頻拍状態であるか否かを制御部が判定し、
   前記心臓が心室頻拍状態であると判定された場合に、前記制御部が、迷走神経を電気的に刺激するために迷走神経刺激部から電気パルスを出力させ、かつ、前記迷走神経刺激部が出力する電気パルスの出力タイミングを、前記ＡＤ変換器におけるサンプリングとサンプリングとの間の期間に出力するよう前記迷走神経刺激部を制御する心臓治療装置の作動方法。

Images