JP6118272B2 - 電極ベースの監視システムに対する電流保護 - Google Patents

Description

本発明は、心電図（ＥＣＧ）装置のような電極ベースの監視システムに接続された患者を、例えば電気焼灼応用により引き起こされうる、過剰電流から保護する装置に関する。

ＥＣＧ信号の監視中に、外科医は、しばしば、電気焼灼装置を使用する。電気焼灼は、不所望な組織を除去する、血管を密封する、又は外科的切開を作成するために身体の特定の領域に高周波電流を導入することを含む外科的技術である。電気焼灼を実行するのに使用される器具は、電気焼灼器としても知られている。電気焼灼は、患者の神経及び筋肉が刺激されないことを保証するように、通常は１００ｋＨｚまでの、高周波を使用する。より低い周波数は、深刻な問題である短収縮及び痙攣を引き起こす可能性がある。使用される電圧に依存して、電気焼灼は、前記患者の身体に対する変化する影響を持つことができる。したがって、非常に高レベルの無線周波数エネルギが、前記患者に、及び結果的に前記モニタの入力部に結合される。

ＲＦエネルギの量を低減させる多くの実施は、例えば結合されたインダクタンスがキャパシタと一緒に使用されるＵＳ４０３８９９０において、又は様々なＬＣフィルタ代替物が提示されるＵＳ５２１７０１０において提案されている。

しかしながら、これらの既知の実施は、別のシールドにより運ばれるＲＦ電流の問題を考慮していない。特に、電気焼灼ＲＦエネルギにさらされるシールドされたリードセットを用いるＥＣＧ応用において、電流経路がケーブルキャパシタンス（シールドに対する内部導体）を通って提供されるという問題が生じる。したがって、全てのシールドが一緒に接続される場合、高い電流が、これらのケーブル容量の直列接続を通って流れることができ、したがって、前記患者における電極サイトにおいて皮膚燃焼を引き起こす。

これらの燃焼のリスクを低減するために、前記リードセットのグラバ（grabber）にインピーダンス（Ｒ及び/又はＬ）の形式の直列保護素子を適用することによりリードワイヤに流れ込む電流を低減することが提案されている。しかしながら、大きな不利点は、前記患者に対する低インピーダンス経路を意味する呼吸信号の監視に対して、内蔵式保護素子を持つＥＣＧリードセットが、保護素子なしのものと交換されなくてはならないことである。これは、時間がかかり、仰々しく、したがって、この手順を避けることが高度に望ましい。

ＵＳ６２４６９０２において、保護素子は、もはやリードケーブルに設けられず、リードケーブルセットのシールドは、分離される。前記保護素子を別々のブロックに入れることは、手術室及び集中治療室の両方に対する一様なシールドされていないリードセットの使用を可能にする。シールド導体は、分離された形で前記ブロックを通してフィードされることもできる。更に、前記シールド導体において、インダクタンスは、電流がケーブルキャパシタンスの直列接続を通って流れることを防ぎ、加えて明らかにこの実施のゴールであった低周波数に対する良好な導電性を維持しながら前記シールド内のＲＦブロッキングを得るように挿入されることができる。

しかしながら、シールドを分離及びフィルタリングするのにインダクタを使用する方法は、前記インダクタが大きく、高価であり、共振周波数の上でキャパシタンスのように振る舞うという不利点を持つ。したがって、より高い周波数において、これらは、再び、良好な導体である。電気焼灼周波数が数百ｋＨｚから４ＭＨｚの範囲内であるという事実は、共振周波数が依然として十分に低いままで前記ＲＦ信号を抑制するのに十分なインダクタンスを持つ適切なインダクタを見つけることを難しくする。更に、（寄生）キャパシタンスと一緒に、共振が生じることができ、これは、ＲＦ抑制性能を劣化させる。特に前記インダクタとのケーブルキャパシタンスの直列共振が存在する場合に、電流は、燃焼が再び生じうる量まで増加することができる。したがって、特に異なる長さのリードケーブル、又はシールドされていないリードケーブルを使用する場合、共振がいかなる条件でも生じないことを保証することは、非常に難しい。

ＵＳ２００９／１４９９２０Ａ１において、ＭＲＩ手順中にＲＦエネルギピックアップを防ぐためにペースメーカのリードを覆う抵抗シールドを使用する方法が提供される。高価であり複雑な抵抗シールドの実装は、エネルギピックアップがリードの長さ全体にわたり避けられるべきである場合にのみ適切である。

本発明の目的は、過剰シールド電流を防ぐようにシールドを分離する、より効果的な方法を提供することである。

この目的は、請求項１において請求される装置により達成される。

これに基づいて、抵抗器が、リードシールド、第１のシールド及び（共通の）第２のシールドにより生成される導体経路を通って流れる電流を減衰させるように、第１のシールドに直列に、すなわち、第１のシールドと第２のシールドとの間に又は第１のシールドとリードシールドとの間に接続される。これにより、電流保護に対する効果的な解決法は、インダクタの代わりにシールド導体内の（前記）抵抗器を使用することにより提供される。これは、５０／６０Ｈｚソース又は静電放電ソースのような低周波数干渉ソースに対する結合容量のＡＣインピーダンスが、ここで不所望な電流の効果的な低減に対して使用されることができる抵抗より非常に大幅に高いという事実により可能である。したがって、ＥＣＧ信号品質に対するこれらの干渉の影響は、無視することができ、リードケーブルにおける正電荷のソースインピーダンスは、ＡＣ結合インピーダンスより大幅に高いので、静電放電保護の目的で、追加の抵抗器は、性能を劣化させない。

提案された解決法は、抵抗器が、安価であり、小さく、既存の監視システム内に容易に一体化されることができるという利点を提供する。更に、ＲＦエネルギは、単純に熱に変化され、共振が生じることができない。更に、（寄生又は意図された）インダクタンス（Ｌ）及びキャパシタンス（Ｃ）による存在する共振は、減衰されることができる。これは、患者モニタにおける干渉の更なる低減をもたらすことができる。したがって、全てのリードケーブル長さ（すなわち、リードケーブルキャパシタンス）において、電極サイトにおける患者燃焼は、直列共振が存在しないので、防がれることができる。

第１の態様によると、前記装置は、複数の第１の信号導体を有することができ、前記複数の第１の信号導体の各々は、複数のリードワイヤのそれぞれ１つに結合する入力端部を持ち、前記複数のリードワイヤの各々は、複数の生理学的信号センサのそれぞれ１つに接続され、前記複数の第１の信号導体の各々は、複数の第２の信号導体のそれぞれ１つに結合する出力端部を持ち、前記装置は、前記第１の信号導体をシールドするように配置された複数の第１のシールドを有し、前記装置は、複数の抵抗器を有し、前記複数の抵抗器の各々は、前記複数の第１のシールドのそれぞれ１つと前記複数のリードワイヤをシールドするように配置された複数の第２のシールドのそれぞれ１つとの間又は前記複数の第１のシールドのそれぞれ１つと前記複数の第２の信号導体の全てをシールドするように配置された共通のシールドとして構成される第２のシールドとの間に、前記複数のリードシールド、前記複数の第１のシールド及び前記第２のシールドにより生成された導体経路を通って流れる電流を減衰させるように、接続される。したがって、複数のセンサ及びシールドされたセンサワイヤを持つ構成は、前記ワイヤがバンドルされ、共通のシールドを備える集中場所（centralized location）において保護されることができる。

第１の態様と組み合わせられることができる第２の態様によると、（複数の）干渉フィルタ回路は、前記第１の信号導体のそれぞれ１つと、前記複数の第２の信号導体のそれぞれ１つとの間に接続されることができる。これにより、追加の干渉保護が提供されることができる。

第１又は第２の態様と組み合わせられることができる第３の態様によると、前記装置は、前記複数のリードワイヤ及び前記複数の第２の信号導体を接続する入力接続部を持ち、前記複数の第２の信号導体及び前記第２のシールドからなる出力接続部を持つトランクブロックとして構成されることができる。前記第３の態様は、従来の監視システムを強化するように相互接続されることができる有利なモジュラ構成を提供する。前記第３の態様は、前記共通のシールド及び前記複数の第２の信号導体を含む追加の単一の出力ケーブルを提供することにより修正されることができ、前記単一のケーブルは、第１の端部が前記トランクブロックに接続され、反対側の第２の端部が患者モニタのソケット又はジャックを接続する前記出力接続部を含むマルチピンコネクタに接続されている。

本発明の好適な実施例が、それぞれの独立請求項との従属請求項のいかなる組み合わせでもありうると理解されるべきである。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。

好適な実施例による監視システムの概略的ブロック図を示す。 好適な実施例による保護回路の概略的ブロック図を示す。

以下の実施例において、ＥＣＧ装置のような患者監視装置に対する過剰シールド電流に対する強化された保護が説明される。

実施例によると、シールドケーブル電流は、リードケーブルのシールドが少なくとも１つの直列抵抗をシールド導体に又は内に接続することにより分離される場合に、劇的に低減されることができる。これらの抵抗器は、例えば、全ての応用に対して一様なリードケーブルの使用を可能にするようにＥＣＧトランクケーブル内に設けられることができる。

通常、５０／６０Ｈｚソースに対する前記リードケーブルの結合キャパシタンスは、数ピコファラッド（ｐＦ）の範囲内である。極端な環境下で、これは、約１００ｐＦまで増加することができる。

これは、数千ＭΩの範囲である結合インピーダンスという結果になり、極端な環境下で、これは、約３０ＭΩまで減少することができる。これらの値と比較して、例えば１０ｋΩの抵抗は、絶対的な最悪の場合である１００Ｖ及び３０ＭΩソースインピーダンスのコモンモード信号を、たった０．０３Ｖまで減少し、通常の条件下で０．００１Ｖまで減少する。

典型的には、従来のシステムは、９０ｄＢより大きいコモンモード阻止を提供する。したがって、０．０３Ｖ二乗平均平方根（ＲＭＳ）信号は、ＥＣＧの通常のノイズより大幅に低い３μＶｐｐ（ピーク・トゥ・ピーク電圧）に減少される（医療器具開発協会（ＡＡＭＩ）は３０μＶｐｐを要求する）。０．００１Ｖの信号は、通常の環境下で生じるので、更に０．１μＶｐｐまで減少される。患者自身が、通常、前記リードケーブルより密な干渉ソースに対する結合を持つという事実は、前記患者がケーブルより大幅に大きいノイズを前記システムに導入するので、前記リードの非常に低いインピーダンスシールディングが必要ではないという事実をサポートする。

静電放電保護の目的で、追加の抵抗器は、前記リードケーブルにおける静電荷のソースインピーダンスが上述のＡＣ結合インピーダンスより大幅に高いので、性能を劣化しない。

実装は、全てのシールドが前記抵抗器の後ろで組み立てられる新しいＥＣＧトランクケーブル及び/又はトランクブロックを設計することにより行われる。したがって、これは、挿入可能なフィルタが失われることがなく、前記トランクケーブルが単純に常に特定のモニタにとどまるという利点を持つ。

図１は、好適な実施例による監視システムの概略的ブロック図を示す。複数のＥＣＧ電極２又は他のタイプの生理学的信号センサが、患者１から生理学的信号を取得するように患者１の身体に取り付けられる。リードワイヤ３をシールドするように配置されたそれぞれの電磁シールド４を持つ複数のリードワイヤ３が、一方の端部において電極２のそれぞれ１つに接続され、他方の端部においてリードコネクタ５に接続される。リードコネクタ５は、保護回路８（図１には示されていない）を持つトランクブロック８のソケット又はジャック７に差し込まれることができる接続端部６を持つ。トランクブロック８から、共通のシールドリードを持つ単一のトランクケーブル９は、患者モニタ１３の生理学的信号処理回路（図示されない）に接続されたソケット又はジャック１２に差し込まれることができるマルチピン接続端部１１を持つトランクコネクタ１０につながる。これにより、トランクブロック８又はリードコネクタ５が過剰シールド電流に対する強化された保護を提供するように修正されることができるモジュラシステムが提供されることができる。

図２は、トランクブロック８内の保護回路の概略的ブロック図を示す。前記保護回路は、いかなる種類のＲＬＣフィルタ（又はそのサブセット）であることもできる干渉フィルタ１６を含む。加えて、ＥＣＧ信号導体１４をシールドするように配置された電磁シールド１５は、それぞれの保護抵抗器１７の後ろで結合される。トランクブロック８内の信号導体１４及び電磁シールド１５は、図１のリードコネクタ５を介して外部リードワイヤ３及び外部電磁シールド４にそれぞれ接続される。前記フィルタの後ろのＥＣＧ信号導体１８は、共通のシールド１９を持ち、図１のトランクケーブル９のように構成されることができる。

前記実施例による前記保護回路の典型的な実装によると、干渉フィルタ１６は、抵抗器（例えば１０ｋΩ）及びインダクタ（例えば６．８ｍＨ）の直列接続であることができる。保護抵抗器１７は、例えば、２２ｋΩの値で実装されることができる。もちろん、他の値が、所望の応用に依存して選択されることができる。

代替例として、保護抵抗器１７は、リードコネクタ５の接続端部に又はトランクブロック８の接続ジャック７に一体化されることができる。

要約すると、シールドされたＥＣＧリードを患者に使用する場合、電気焼灼のような強力なＲＦ信号の存在時に、高い電流が、前記ケーブルキャパシタンスを通って前記シールドまで、並びにそこから他のケーブルキャパシタンス及び電極を介して前記患者に戻って流れることができ、したがって皮膚燃焼を引き起こす。このような高い電流は、前記リードケーブルの前記シールドが直列抵抗を前記シールド導体内に接続する手段により分離される場合に、劇的に低減されることができる。これらの抵抗器をＥＣＧトランクケーブル内に実装することは、全ての応用に対して一様なリードケーブルの使用を可能にする。

開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討により、請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。

請求項において、単語"有する"は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"１つの"は、複数を除外しない。

単一のプロセッサ、感知ユニット又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を満たしてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

請求項内の参照符号は、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。

シールドされたＥＣＧリードを患者に使用する場合、電気焼灼のような強力なＲＦ信号の存在時に、高い電流が、前記ケーブルキャパシタンスを通って前記シールドまで、並びにそこから他のケーブルキャパシタンス及び電極を介して前記患者に戻って流れることができ、皮膚燃焼を引き起こす。このような高い電流は、前記リードケーブルのシールドが、直列抵抗を前記シールド導体に接続する手段により分離される場合に、劇的に低減されることができる。これらの抵抗器をＥＣＧトランクケーブル内に実装することは、全ての応用に対して一様なリードケーブルの使用を可能にする。

Claims (6)

1. 患者から取得された生理学的信号を患者モニタ内の生理学的信号処理回路に結合する装置において、
   ａ）生理学的信号を取得する生理学的信号センサに接続するリードワイヤに結合する入力端部を持ち、前記患者モニタに接続する第２の信号導体に結合する出力端部を持つ第１の信号導体と、
   ｂ）前記第１の信号導体をシールドするように配置された第１のシールドであって、前記第１の信号導体が前記第２の信号導体又は前記リードワイヤに結合される場合に、前記第２の信号導体をシールドするように配置された第２のシールドに又は前記リードワイヤをシールドするように配置されたリードシールドに接続される、当該第１のシールドと、
   ｃ）前記第１の信号導体が前記第２の信号導体及び前記リードワイヤに結合される場合に、前記第１のシールドと前記第２のシールドとの間に、又は前記第１のシールドと前記リードシールドとの間に、前記リードシールド、前記第１のシールド及び前記第２のシールドにより生成された導体経路を通って流れる電流を減衰するように接続される抵抗器と、
   を有する装置。
2. 前記第１の信号導体が前記第２の信号導体に結合される場合に、前記第１の信号導体と前記第２の信号導体との間に接続される干渉フィルタ回路を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置が、複数の前記第１の信号導体を有し、前記複数の第１の信号導体の各々が、複数の前記リードワイヤのそれぞれ１つに結合する入力端部を持ち、前記複数のリードワイヤの各々が、複数の前記生理学的信号センサのそれぞれ１つに接続し、前記複数の第１の信号導体の各々が、複数の前記第２の信号導体のそれぞれ１つに結合する出力端部を持ち、前記装置が、前記第１の信号導体をシールドするように配置された複数の前記第１のシールドを有し、前記複数の第１のシールドの各々は、前記複数の第１の信号導体が前記複数のリードワイヤ又は前記複数の第２の信号導体に結合される場合に、前記複数のリードワイヤのそれぞれ１つをシールドするように配置された複数の第２のシールドのそれぞれ１つに又は前記複数の第２の信号導体の全てをシールドするように配置された共通のシールドとして構成される第２のシールドに接続され、前記装置が、複数の前記抵抗器を有し、前記複数の抵抗器の各々が、前記複数の第１のシールドのそれぞれ１つと前記複数の第２のシールドのそれぞれ１つとの間に、又は前記複数の第１のシールドのそれぞれ１つと前記第２のシールドとの間に、前記複数のリードシールド、前記複数の第１のシールド及び前記第２のシールドにより生成された導体経路を通って流れる電流を減衰するように接続される、請求項１に記載の装置。
4. 前記装置が、複数の干渉フィルタ回路を有し、前記複数の干渉フィルタ回路の各々は、前記複数の第１の信号導体が前記複数の第２の信号導体に結合される場合に、前記第１の信号導体のそれぞれ１つと前記複数の第２の信号導体のそれぞれ１つとの間に接続される、請求項３に記載の装置。
5. 前記装置が、前記複数のリードワイヤ及び前記複数のリードシールドを接続する入力接続部を持ち、ソケット又はジャックに差し込まれることができる出力接続部を持つトランクブロックとして構成される、請求項３に記載の装置。
6. 前記装置が、前記共通のシールド及び前記複数の第２の信号導体を含む単一のケーブルを有し、前記単一のケーブルが、前記トランクブロックに接続された第１の端部と前記出力接続部を含むトランクコネクタに接続された反対側の第２の端部とを持つ、請求項５に記載の装置。

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