JPH02200274A - 捕捉確認機構を有する心蔵ペースメーカー、それに用いる感知増幅器および捕捉確認方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は心臓ペースメーカーに関し、さらに詳細には、
ペースメーカーから発せられた整調パルスが患者の心臓
にとって望ましい刺激を生じさせていることを確かめる
手段を有した植込型心臓ペースメーカーに関する。

（従来技術） 正常な人間の心臓において、通常、上大静脈と右心房の
接合部付近に位置する洞房（Ｓ−Ａ）結節は、律動的な
電気興奮を生じさせる第１の天然ペースメーカーを構成
する。Ｓ−Ａ結節から生じた心臓インパルスは、心臓の
右側および左側にある２つの心房の部屋または心房に伝
達される。この興奮に反応して心房が収縮し、それによ
って血液が前記２つの心房の部屋からそれぞれの心室の
部屋または心室に送られる。インパルスは、遅れを生じ
させる房室（Ａ　−Ｖ）結節または接合部を通り、そし
てヒス束または共通束、右および左の末技（ｂｕｎｄｌ
ｅ　ｂｒａｎｃｈｅｓ　）　、およびブルキニエ繊維を
含む伝達系を系内して心室に伝達される。その結果、心
室が収縮し、右心室が肺動脈を通して非酸素含有面を肺
に送り、左心室が大動脈および小動脈を通して酸素含有
血（動脈血）を全身に送る。

右心房は、上大静脈を通して身体の上部（頭、首および
胸）から静脈血（非酸素含有面）を受けとり、上大静脈
を通して身体の下部（腹および脚）から静脈血（非酸素
含有面）を受けとる。肺によって酸素が取り込まれた血
液は肺静脈を通って左心房に運ばれる。

この動作は、心房および心室の部屋が交互に収縮し、血
液を送り出し、次に弛緩し、血液をとり込む律動的な心
臓サイクルでくり返される。心臓の右側と左側にある心
房の部屋および心室の部屋の間の静脈に沿った一方向弁
（それぞれ三光弁、および僧帽弁）と、右心室および左
心室の出口にある静脈に沿った一方向弁（それぞれ肺動
脈弁および大動脈弁）は、血液が心臓および循環系を通
って移動する際の血液の逆流を防止する。

Ｓ−Ａ結節は自発的に律動的であり、前記第１の天然ペ
ースメーカーから生じる心律動は“洞調律”と呼ばれる
。この自発的心臓インパルスを発生させる力は“律動性
゛または“自励性°と呼ばれる。他のいくつかの心臓組
織もこの電気生理学的特性を有しており、第２の天然ペ
ースメーカーを構成する。しかしながら、Ｓ−Ａ結節は
、最も速い自発レートを有しているため、第１のペース
メーカーである。第２のペースメーカーは、洞房結節が
インパルスを発生するところのより急激なレート（ｒａ
ｔｅ）によって抑制される傾向がある。

天然ペースメーキングおよび伝達系の崩壊は老化または
疾病の結果として起り、通常、人工約６ベーシングによ
って治療される。植え込まれたペースメーカーの律動的
電気放電が所望のレートに設定され、刺激を生じさせる
のに必要なものとして心臓に施される。その最も簡単な
形態において、ペースメーカーは組み込まれたバッテリ
ーバックにより作動するパルス発生器と、そのパルス発
生器に電気的に結合された少くとも１つの刺激電極を含
むリードとから成る。このリードは、典型的には、患者
の心臓の右側にある適切な部屋内の興奮性心筋組織に電
気的インパルスを送るために、刺激電極を位置させるた
めの静脈内挿入用カテーテル型から成る。通常、パルス
発生器は患者の胸の皮下パウチに外科的に植え込まれる
。作動中、電気的刺激は、刺激電極および基準（下関）
電極と、体組織および体液とを含む電気回路を通って興
奮性心臓組織に運ばれる。

ペースメーカーは、３つの異った反応モードのうちの１
つのモードで作動する。それら３つの反応モードとは、
非同期（固定レート）モード、抑制モード（指定された
心臓の活動の不在下で発せられる刺激）、そして誘起モ
ード（指定された心臓の活動に応じて運ばれる刺激）で
ある。需要のある時のみ作動するのでそう呼ばれる応需
型心室ペースメーカーは最も広く使用されている型であ
る。この応需型ペースメーカーは、患者の自発的な心拍
数を感知し、その心拍数が予め設定した整調レートを下
まわる間のみ刺激を加える。

ペースメーカーは、感知機能を有さずに整調を行う簡単
な固定レート装置から、完全に自動的に２元的部屋整調
を行い、そして感知機能を備えた高度に複雑なモデルま
での範囲に及φで。後者のタイプのペースメーカーは、
生理的整調達成に向う進歩の中で最新のものであり、心
臓の機能を自然の整調にできるだけ復帰させようとする
整調のモードである。

患者の心臓を整調するのに使用するペースメーカーの型
にかかわりなく、植え込まれた電極アセンブリを通して
加えられる整調パルスが確実に心臓を刺激していること
を確かめることが必要である。すなわち、植え込まれた
カソード電極と共にパルスは、組織の復極およびいわゆ
る活動電位の拡散を起こさせるために、電極部位におけ
る興奮性心筋組織上の電流密度および十分な強さの電界
を発生させなければならない。その時、カソード電極が
植え込まれた部屋が、自然の生理的整調系の影響下での
健康な人の心臓と同じように収縮する。心臓ペースメー
カーによって発せられたパルスが選択された部屋の収縮
を起こさせるこの心臓の刺激は“捕捉（ｃａｐｔｕｒｅ
　）”と呼ばれる。ペースメーカーの刺激が心臓の捕捉
を達成していることを確かめる手段または方法は“捕捉
確認（ｃａｐｔｕｒｅ　ｖｅｒ１ｆ’１ｃａｔｉｏｎ）
　”と呼ばれる。

（発明の目的） 本発明の目的は、捕捉確認のための改良された手段およ
び方法を有するペースメーカーを提供することである。

一般的に捕捉確認技術は、心臓が捕捉された時に誘発さ
れる電位を検出することに基づいている。

もし捕捉が起こらなければ、誘発電位は生じない。

心臓が整調される都度に、適当な遅れの後に心臓の信号
をモニターして誘発電流の存在を検出し、それによって
捕捉を確認する。しかし、実際には多くの理由により、
信頼のおける捕捉確認はそれ程容易ではない。いくつか
のより重大な理由は、心房性信号の振幅が小さいこと、
電極の復極に帰因する信号マスキングが生じること（信
号−ノイズ間の問題）、および心房性信号と心室性信号
の周波数の間に相対差があることである。

従って、本発明のもう１つの目的は、捕捉の結果として
誘発される電位を感知する際の障害を打破する捕捉確認
の技術を提供することである。

（発明の構成） 本発明によれば、従来の型とは異ったペースメーカー感
知増幅器が誘発電位検出に使用される。

特に、感知増幅器は、増幅器の帯域周波数が意図的に切
り換えられ、それによって感知すべき心臓信号周波数が
選択的に変えられる切換えコンデンサー増幅器から成る
。その結果、この感知増幅器にはプログラム可能の周波
数応答性が付与される。

整調刺激を心臓に加える前に、感知増幅器の周波数応答
（帯域特性）を選択的に設定して、従来のペースメーカ
ーにとって通例の方法と同じ方法で、内因性ＱＲＳパタ
ーンの形で心臓の動きを検出する。しかし、刺激パルス
が心臓に運ばれる瞬間に、感知増幅器が低い周波数帯域
に切り換えられ、誘発電位（例えばＴ波）に対する応答
性が増す。刺激に対する誘発応答が検出されなければな
らない（そのような応答の有無は、それぞれ捕捉の有無
を示す）期間が過ぎると、増幅器は内因性応答を感知す
べく元の帯域特性に戻される。

本発明の感知増幅器によるこの作動モードは、他の問題
点と共に、電極復極に帰因する捕捉確認の際の問題点を
排除するように作用する。プログラム可能な調整できる
増幅器を使用することにより、その帯域周波数応答を内
因性信号検出に最適なものにする必要がある従来の感知
増幅器の限界がとり除かれる。また、増幅器の帯域特性
を、内因性および誘発応答を検出するのに最も適した周
波数範囲を選択的にモニターするために、前後に切り換
えるようにしてもよい。

（実　施　例） 本発明を、図面を参照しながら実施例に基づいてさらに
詳細に説明する。

第１図において、心臓ペースメーカー１０は、出力回路
１４、マイクロプロセッサ−制御器１２、および感知増
幅器１Ｂを含んでいる。一対の電極（図示せず）が、リ
ードアセンブリ１Ｂを系由して出力”回路１４と感知増
幅器１Ｂにつながっている。双極形状が示されているが
、本発明の精神および範囲を逸脱せずに単極形状も選択
できる。

リードアセンブリ１８の刺激カソード電極を通って選択
的にペースメーカーを使用する患者の心臓に送られ（ペ
ースメーカーの特定の種数、つまり前述した固定レート
型、抑制型、または誘起型によって）、体組織および体
液そして茶間アノード電極（図示せず）の帰路を系由す
る刺激パルスを発生させるどのような従来型の出力回路
１４でも使用できる。出力回路１４は、マイクロプロセ
ッサ−１２によって、各刺激パルスの振幅および幅、そ
してペースメーカーバッテリー（図示せず）から所望の
エネルギーレベルに充電された後の、または公知の電圧
倍率回路（図示せず）を通して充電された後の、出力回
路内に組み込まれたコンデンサー（図示せず）の放電の
タイミングに合わせて従来のように制御される。

本発明によれば、感知増幅器１Ｂは、マイクロプロセッ
サ−１２によってデータバス上を感知増幅器１Ｂに供給
される信号情報に基づいてマイクロプロセッサ−１２に
よって制御されるプログラム可能な周波数応答を有して
いる。整調（すなわち、刺激パルスを患者の心臓に送る
こと）を行う前に、マイクロプロセッサ−１２は感知増
幅器１６を最小利得の状態に切り替え、感知増幅器入力
回路をリードアセンブリ１８から切り、従って出力回路
１４から切る。これによって、感知増幅器信号のひずみ
および整調パルス（刺激）による感知増幅器の潜在的損
害が防止される。それと同時に、マイクロプロセッサ−
１２は、人為現象（リード復極および放電）の急激な減
衰を確実にするため、感知増幅器１６を第１の予め決め
られた高い周波数（すなわち高い帯域）設定に切り換え
る。この周波数範囲は、感知増幅器１ＢがＱＲ８群など
の内因性心臓応答を検出するために設定される周波数範
囲と同じである。

刺激パルスは、リードアセンブリ１８を系内して、植え
込まれた刺激カソード電極の付近の興奮性心筋組織に運
ばれる。ここで、作用を受けた部屋が収縮したかどうか
、そして刺激が心臓を捕捉したかどうかを調べることが
必要である。出力回路１４が発した電気的刺激の搬送に
つづく適当な遅れ期間内（例えば、１０−３１０−３Ｏ
）に、マイクロプロセッサ−１２は感知増幅器１６を第
２の予め決められた周波数特性帯域に切り換える。それ
は第１の周波数設定より低い周波数範囲（例えば元の中
央周波数の半分）に変位されたものである。それらを行
うタイミングは、異った出力振幅およびパルス幅で最良
の結果を得るため、マイクロプロセッサ−によって調整
されてもよい。利得を、マイクロプロセッサ−の制御下
において、Ｃ３２（第２図参照）と並列に配したスイッ
チコンデンサー（図示せず）によって変化させてもよい
。同様な低域ステージを同じスイッチ技術を用いて構成
してもよい。完全な感知増幅器は、刺激によって誘発さ
れる電位を感知するのに適し、より高い利得設定へ切り
換えることができると共に周波数プログラム可能な帯域
特性を有する高域および低域ステージの継続型である。

誘発電位が検出されると、捕捉が確認されたことになる
。誘発電位が生じなければ、次の時には刺激を増大させ
なければならない。

マイクロプロセッサ−１２にプログラムされた誘発電位
を検出するための感知時間が経過すると、マイクロプロ
セッサ−は、感知増幅器の帯域周波数特性を再び高い帯
域設定に切り換えるよう制御し、増幅器の利得を下げて
内因性心臓信号応答の検出にそなえる。

第２図において、感知増幅器１Ｂの高域ステージは、増
幅器２０、および増幅器の人力ターミナルと出力ターミ
ナル間に結合されたコンデンサー２２を含んでいる。３
つのスイッチ２４．２８および２８がコンデンサー２２
を含む回路内にあり、これらのスイッチは、コンデンサ
ー２２を予め決められた周波数に切り換えるためにマイ
クロプロセッサ−１２がらの信号によって制御される。

コンデンサーの両側にあるスイッチ２４および２８がＯ
Ａパルス波形（後に説明する）によって入れられると、
コンデンサー２２が回路内に配され、コンデンサー２２
をまたぐように結合されたスイッチ２Ｂが入れられると
、コンデンサー２２は短絡される。通常、第３図に示さ
れるように、コンデンサー２２は抵抗３Ｂとして現われ
、ｌ／４　ｆ　Ｃ２２に等しい［ここで、ｆはコンデン
サーのクロック切換周波数（ｃｌｏｃｋ　ｓｖｌｔｃｈ
ｌｎｇ　ｔｒｅｑｕｅｎｃｙ　）　、Ｃは静電容量値を
表わす］。高域しゃ断層波数はｌ／２　ＲＣｐ　＝ｌ／
２　ｆ　（Ｃ２２／　Ｃｓ。）に等しく、フラットバン
ド利得はＣ３２／　Ｃ、。に等しい。スイッチ３４は信
号のフィードスルーを防止する。

このようにして、感知増幅器の帯域周波数がコンデンサ
ーの切換レートで変えられ、コンデンサーを回路につな
いだり切ったりすることによって利得が変えられる。そ
れらは、どちらもプロセッサーの制御下で行われる。増
幅器利得と帯域特性の変更は個別のものであり、この例
において増幅器は２つの変位された周波数応答設定を有
するのみである。さらなるコンデンサーとスイッチを用
いて２つ以上の設定を設けることもできるが、その場合
は、設定がクロック周波数の倍数に限られる。２つの異
った、周波数帯域特性は、本発明に係る捕捉確認を達成
するのに十分である。

正常なＥＣＧ　（内因性応答）および整調パルスの搬送
期間には呼称設定が用いられる。不応期へ入ろうとする
誘発応答を（もしあれば）検査するため、帯域は低い周
波数範囲に変更され、その後呼称設定を構成する最初の
帯域特性に戻される。

さらに、消去中、増幅器の入力を開いたまま信号を効果
的に消去するため、帯域特性をさらに高い周波数範囲に
変更することが望ましい。前記のざらに高い周波数範囲
に変更することは、コンデンサー２２に貯えられた電圧
値を整定（ｓｅｔｔｌｅ　ｏｕｔ）するためにも望まし
い。

コンデンサーおよびスイッチを有する増幅器回路は集積
回路の形で容易に作られる。便宜上、スイッチは機械的
スイッチとして示されているが、従来の性質を有する固
体素子スイッチ機構が好ましいことは理解されよう。

第３図の回路の時定数はｅ−ＲＣであり、ここでＲは前
述した切換コンデンサーが示す実効抵抗であり、Ｃは増
幅器をまたぐように結合された第２のコンデンサー３０
の静電容量である。前述したＲの値が時定数式中のＲを
代替する場合、回路の時定数は２つのコンデンサーとク
ロック周波数の比であることがわかる。クロック周波数
は水晶制御されており、静電容量値の比は大変正確に設
定されている（そして製造中に再現可能である）ため、
極めて精度の高い帯域周波数設定が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるマイクロプロセッサ−制御の感
知増幅器を示す、心臓ペースメーカーのパルス発生部ま
たは刺激発生部の簡略化プロ・ツク図、 第２図は、第１図の感知増幅器の簡略化回路図、そして 第３図は第２図の回路と一部同等な回路図である。 ＩＯ・・・心臓ペースメーカー １２・・・マイクロプロセッサ− ｔｅ・・・感知増幅器　　　　２４．２８，２１１・・
・スイッチ２２・・・コンデンサー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）患者の心臓を電気的に刺激し、その刺激に対する心
   臓の応答を感知するための心臓ペースメーカーであって
   、 当該心臓ペースメーカーは、 心臓に選択的に送られる電気的刺激を繰り返し発生させ
   る手段と、 心臓の電気的活動を感知する手段とを含んでおり、 前記感知手段は増幅器を備えており、さらに、前記刺激
   が送られる前に第１の予め決められた帯域周波数範囲に
   おいて心臓の電気的活動を検出すると共に、前記刺激が
   送られた後に、前記第１の周波数範囲から変位された第
   ２の予め決められた帯域周波数範囲において前記刺激に
   よる心臓の捕捉を確認するために、前記感知手段は前記
   増幅器の周波数帯域特性を選択的に変える手段を備えて
   いることを特徴とする心臓ペースメーカー。 ２）前記増幅器の利得を変える手段をさらに含んでいる
   ことを特徴とする請求項１記載の心臓ペースメーカー。 ３）前記増幅器のタイミングを変える手段をさらに含ん
   でいることを特徴とする請求項１記載の心臓ペースメー
   カー。 ４）前記刺激を心臓に送るタイミングに合わせて、前記
   第１の範囲から前記第２の範囲への前記周波数帯域特性
   の変更を制御する手段をさらに含んでいることを特徴と
   する請求項１記載の心臓ペースメーカー。 ５）前記増幅器の周波数帯域特性を選択的に変える手段
   が、 増幅器回路に静電容量を与えるための手段と、前記静電
   容量を前記増幅器回路とつないだり切ったりする切換を
   行うための手段とを含んでいることを特徴とする請求項
   １記載の心臓ペースメーカー。 ６）前記制御手段が相反する相の切換パルスを前記切換
   手段に送ることを特徴とする請求項５記載の心臓ペース
   メーカー。 ７）心臓ペースメーカーによって発せられた電気的刺激
   が、心臓の部屋の収縮を起こさせるために心臓ペースメ
   ーカーが植え込まれた患者の心臓を刺激したことを確認
   する方法であって、 前記電気的刺激を加える前に第１の予め決められた周波
   数範囲内における心臓の電気的活動を感知して心臓の内
   因性電気心臓挙動を検出し、そして 前記電気的刺激を加えた直後に、前記第１の周波数範囲
   から変位された第２の予め決められた周波数範囲内にお
   ける心臓の電気的活動を感知して、前記電気的刺激によ
   って前記第２の周波数範囲内に心臓信号が誘発されたか
   どうかを確かめる各工程を含むことを特徴とする方法。 ８）患者の心臓に選択的に送られる電気的刺激を繰り返
   し発する手段と前記刺激に対する心臓の応答を感知して
   心臓の捕捉を確実なものにする手段とを有する心臓ペー
   スメーカーに用いる、心臓の電気的活動を感知するため
   の改良された感知増幅器手段であつて、 前記感知増幅器はその周波数帯域特性を選択的に変える
   手段を有し、それによって、前記刺激が送られる前に心
   臓の電気的活動が第１の予め決められた帯域周波数範囲
   で検出され、さらに、前記刺激による心臓の捕捉を確認
   するために、前記刺激が送られた後に、前記第１の周波
   数範囲から変位された第２の予め決められた帯域周波数
   範囲で心臓の電気的活動が検出されることを特徴とする
   感知増幅器。 ９）前記刺激を心臓に送るタイミングに合わせて、前記
   第１の範囲から前記第２の範囲への前記周波数帯域特性
   の変更を制御する手段をさらに有していることを特徴と
   する請求項８記載の感知増幅器。 １０）前記帯域特性の利得を変える手段をさらに有して
   いることを特徴とする請求項８記載の感知増幅器。 １１）前記帯域特性のタイミングを変える手段をさらに
   有していることを特徴とする請求項８記載の感知増幅器
   。 １２）前記周波数帯域特性を選択的に変える手段が、増
   幅器のための静電容量と、 前記静電容量を前記増幅器とつないだり切ったりする切
   換を行うための手段とを含んでいることを特徴とする請
   求項８記載の心臓ペースメーカー。 １３）前記制御手段が相反する相の切換パルスを前記切
   換手段に送ることを特徴とする請求項１２記載の心臓ペ
   ースメーカー。