JPH0229271A - 心臓信号検出装置および心臓刺激器 - 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、全体としてペースメーカーのような埋込み可
能な心臓刺激器に関するものであり、更に詳しくいえば
、単一室ペースメーカーまたは二重室ペースメーカーに
使用するのに適当な自動利得制御器に関するものである
。

心臓ペースメーカーの埋込みは徐脈患者の治療のための
選択の典型的な例である。ペースメーカーのパルス発生
器は患者の腰の皮膚の下側の袋の中に埋込まれ、患者の
心臓に位置させられている電極へ、１本または複数本の
カテーテルリードを介して電気的インパルスを供給して
心臓を刺激し、正常な静脈洞範囲内の希望の速さで搏動
させる。

（発明の概要） 本発明に従って、心臓刺激器の検出増幅器に自動利得制
御器（ＡＧＣ）が設けられ、検出した信号（検出した事
象）を帯域Ｐ波し、検出した信号の振幅を、心臓事象を
検出する装置および方法によって、選択された目標レベ
ルと比較する。利得とベーシングの間の相互作用が、心
臓事象を検出および処理するために採用されている従来
の技術で見出されていないやり方で利用される。

ＡＧＣ増幅器は、予め定められた１組の条件を維持する
ために必要なだけしばしば変更できる利得を持つ増幅器
部と、処理したアナログ情報を、増幅器の利得の検出活
動を変更するための必要性を判断するマイクロプロセッ
サにより使用するデジタル情報へ変換する２組の比較器
とを含む。

（実　施　例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図のブロック図は単一室ベースメーカーの回路を示
す。本発明のＡＧＣを用いる二重室ペースメーカーを構
成するためには、ベーシング部と、アナログレート制限
器と、検出増幅器とを含む第２のチャネルを設ける必要
があるだけである。

刺激器のパルス発生器（第１図）は患者の心臓活動の予
め選択された態様を検出し、それに応じてベーシング治
療の供給の発生および管理を行なう。パルス発生器は単
にパルスを発生すること以上のものを行うものであり、
心臓の活動を検出する回路を含む。その他の事柄のうち
、パルス発生器は完備した電源を有し、身体の組織およ
び体液に耐える金属ケースの内部に組み立てられ、納め
られる。心臓の活動の検出と、ベーシングインパルスを
患者の心臓へ供給するために用いられるリード／電極組
立体をパルス発生器へ接続できる。

それとともに、パルス発生器とリード／電極組立体は心
臓ペースメーカーを構成する。

パルス発生器はソフトウェア命令の格納および実行と、
装置の全てのデジタル機能に対するデータの格納および
処理手段のためのデジタル制御部を含む（それらの機能
は、記憶容量を保持するために、外部プログラマ装置へ
容易に供給される機能とは別である）。この装置のデジ
タル機能は、レート出力パルスの幅または振幅と、種々
のタイミングと、処理手段と、スイッチングと、制御お
よび本発明の理解には重要でないからここでは説明する
その他の機能のプログラミングを行うような、医師がプ
ログラムできる面を含むことができる。

パルス発生器は、患者の各心臓サイクルにわたってＥＣ
Ｇ情報を監視し、信号Ｐ波および自動利得制御によって
ノイズおよびその他の妨害を減少させながら、その他の
信号の情報を強めることを含めて、本発明の機能を含む
機能のためのアナログ装置部分も備えている。パルス発
生器の他のアナログ機能は、ベーシングのために供給す
るそれぞれのインパルス波形を発生すること、プログラ
マおよび電話を介する監視装置のような外部装置と本発
明の関連する装置の間でデータを送ることおよび過負荷
保護のような機能も備えている。また、電池と、電圧調
整器と、ペースメーカー全体の他の部分へ電力を供給す
る機能も備えている。

第１図に示すように、パルス発生器の中央マイクロプロ
セッサと、関連するメモリ部１ｏは、レート、パルス幅
、振幅レフラクトリイ　（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ）期間
およびその他の特徴のためのデータを処理し、格納する
。マイクロプロセッサ／メモリ部ＩＯへ、外部プログラ
マと、受信装置と、監視装置との少くとも１つへデータ
をアンテナを介して送るためのプログラミングおよびデ
ータ送信部１４が双方向に結合される水晶発振器２０が
マイクロプロセッサ／メモリ部１０へ接続されて、装置
の動作用の正確なタイミング信号を供給する。リードス
イッチ２２により、そのスイッチを作動させるために外
部磁石（図示せず）をそのスイッチの近くに置くことに
よって限定された外部制御を行う。

後で詳しく説明する本発明の検出増幅器部２５はマイク
ロプロセッサ／メモリ部１０へ結合されて電気描図信号
情報を供給し、マイクロプロセッサから制御信号を受け
る。検出増幅器は、外部監視装置への遠隔測定のために
電気描図信号情報をデータ伝送部１４への直接供給も行
う。検出増幅器２５内のカッド比較器が、患者の心臓に
取付けられている検出電極（図示せず）からの電気描図
、検出信号情報が、マイクロプロセッサが使用するデジ
タル情報へ変換される。マイクロプロセッサｌＯは自動
利得制御のために検出増幅器２５の帰還ループ内に設け
られる。

検出増幅器２５は電気描図信号を増幅する。検出増幅器
２５の利得範囲は少くとも８対１であることが好ましい
。後で詳しく説明するように、帯域Ｐ波機能を有するＡ
ＧＣを用いて、対象とする周波数帯の外側の信号の振幅
を小さくする機能を提供する。

パルス発生器内のベーシング部３１が電圧増倍器および
出力部（これらはいずれも図示していないが、ともに通
常のものである）。その電圧増倍器は電源部２８からの
調整された電源電圧を２分の１倍、１倍、１．５倍、２
倍および３倍に増倍する。

出力部はその増倍された電圧から出力スイッチングを行
って、マイクロプロセッサ／メモリ部ＩＯの制御の下に
、ベーシング刺激をベーシング電極（図示せず）を介し
て患者の心臓へ供給する。アナログレート制限回路３５
がベーシングレートを制御可能に制限して、水晶発振器
回路２０が故障した時にペースメーカーの暴走を阻止す
る。高いレートのベーシングパルスを供給することを要
求された時には、マイクロプロセッサ／メモリ部１０は
し−ト制限回路３５の動作を常に不能にする。

検出増幅器２５、およびマイクロプロセッサ／メモリ部
ＩＯに対するそれの関係が第２図に詳しく示されている
。検出電極（図示せず）により検出されたＥＣＧ波形は
入力回路Ｂ３を介してＡＧＣ増幅器６０へ供給される。

この増幅器６０の利得は、マイクロプロセッサ／メモリ
部１０（第１図）の部分６８を含んでいる帰還ループ６
５により自動的に制御される。ＡＧＣ増幅器ＢＯにより
処理される電気描図信号は主高利得帯域増幅器７３を持
つフィルタ部７０によっても増幅されて、その帯域内の
信号を増幅する。高利得帯域増幅器７３の出力は分割さ
れてから別々の増幅器７５．７６へ供給される。増幅器
７５はマイクロプロセッサ部８８によりデジタル的に制
御される。ＡＧＣ増幅器６０およびフィルタ部７０の出
力はカッド比較器８０（第３図を参照して後で詳しく説
明する）へ供給される。そのカッド比較器は１組の検出
目標比較器８２と、１組のピーク目標比較器８３．８５
を含む。それらは３つの入力を帰還ループ内のマイクロ
プロセッサへ供給する。

第２図に示されている装置は二重信号路を構成する。増
幅器７５を通って比較器８２へ達する信号路は検出点を
決定し、増幅器７６を通って比較器８３へ達する信号路
は、マイクロプロセッサ６８とを含む帰還ループの一部
である。それはＡＧＣ増幅器６０の利得を決定する。検
出マージンは比較器８０の入力端子におけるピーク信号
の大きさとその比較器の検出しきい値との比として定義
される。信号の振幅の低下の結果として検出ができなく
なることを避けるために、１より高い比を選択せねばな
らない。たとえば、２対１のマージンを使用することは
、検出を行えなくするために信号の振幅を半分にしなけ
ればならないことを意味する。ＡＧＣ増幅器の目標は予
め設定されている検出マージンを維持することである。

検出比較器における与えられたしきい値レベルに対して
は、検出比較器が見るピーク電圧が多少とも一定である
ように、これはＡＧＣ増幅器の利得を調節することによ
り行うことができる。マイクロプロセッサ８８はピーク
目標比較器８３の出力をサイクルごとに標本化する。

要するに、波形のピークがＡＧＣ検出器のしきい値をこ
えると、マイクロプロセッサ６８は利得を少し下げる。

波形のピークがＡＧＣ検出器のしきい値をこえないとす
ると、それは利得を少し高くする（利得を高（するのと
／低くすることの判定過程については後で詳しく説明す
る）。

検出比較器に対する信号路の帯域通過は、２５Ｈｚより
低い周波数が減衰されるように構成される。

そうすると、ＱＲＳコンプレックス（ｅｏｓｐｌｅｘ　
）に対するより低い周波数のＴ波を減衰させるという望
ましい効果がもたらされる。

検出増幅器２５のカッド比較器８０が第３図に示されて
いる。その検出増幅器への入力信号と論理出力の例が第
４図に示されている。そのカッド比較器は、検出目標比
較器１５０とＡＧＣ目標比較器１５１との二対の比較器
対を有する。検出目標比較器の論理出力し１とＬｚ　　
（それぞれ上側および下側）が有効な検出入力信号とし
てマイクロプロセッサにより使用される。ＡＧＣ目標比
較器の論理「オア」が、ＡＧＣ増幅器の利得を高くした
り、または低くする必要があるかを確かめるためにマイ
クロプロセッサにより使用される。検出目標は検出しき
い値を表し、ＡＧＣ目標は検出された信号のピーク振幅
目標を表す。

動作の例として、検出増幅器により検出目標とＡＧＣ目
標が監視されているＱＲＳコンプレックスの存在の下に
、マイクロプロセッサ６８は、ＱＲＳコンプレックス中
の信号のピークが、第５図に示すように、ＡＧＣ目標を
ほぼ交差するように利得を維持する。その利得維持は次
のようにして行われる。検出目標を交差する任意の信号
は検出事象と考えられる。心臓サイクル中に検出事象が
生じたとすると、それが検出されてからしばらく後で（
その検出はたとえばレフラクトリイ（ｒｅｔｒａｃｔｏ
ｒｙ）期間中に行われるが、正確な時刻は重要ではない
）　、ＡＧＣ目標がその検出事象により交差されたか否
かを示すフラッグが調べられる。ＡＧＣ目標が交差され
たとすると、利得は高すぎるから利得を低くしなければ
ならないことを示す。それが繰返えし行われたとすると
、マイクロブロセッサは利得を低くする。ここで説明し
ている実施例においては、利得はある１００分比だけ低
くされる。

しかし、利得は一定値だけ低くすることもできる。

マイクロプロセッサは、検出事象が起きたが、外側目標
の交差が存在しなかったサイクルもカウントする。もし
それが優勢に起きたとすると、利得が低すぎるからその
利得を高くしなければならないことをマイクロプロセッ
サは認める。また、その利得を高くすることは一定の１
００分比だけ、または一定値だけ行うことができる。

上記のことを記憶しておいて、下記のＡＧＣアルゴリズ
ムが本発明の詳細な説明している実施例においては、に
おいて実現される（二重室ペースメーカーの各室ごとに
独立して実現される）。

１、比較器の目標交差を累積するためにマイクロプロセ
ッサはカウンタを用いる。

２、そのカウンタはそれの中間値１２８へ初期化される
。特定の任意の検出された心臓事象に対して、カウンタ
のカウントは２だけ増大される。

検出比較器の目標だけが交差されたとすると、カウンタ
は１だけ減少される。検出された事象はカウンタに格納
されているから、カウンタがあふれたとすると、ＡＧＣ
利得は１ステツプだけ低くされ、カウンタはそれの中間
値ヘリセットされる。それらの値は代表的なものである
が、重要な事実は、増加が減少よりも大きく重みづけら
れて利得減少へ向ってバイアスし、Ｔ波による二重検出
を阻止する。

３、マイクロプロセッサがノイズを検出すると、カウン
タはそれの中間値ヘリセットされる。これによりノイズ
信号がＡＧＣ利得に影響を及ぼすことが阻止される。

４、固有の心臓活動がプログラムされたベーシングレー
トより小さいようなほぼ１００％のベーシングという特
別な場合には、カウンタはそれのの中間値へ向ってドリ
フトさせられる。別のカウンタはペースメーカー活動の
サイクルを累積する。２５６ベースメーカーサイクルご
とに、ＡＧＣアキュムレータカウンタが１２８より小さ
いとそれは１だけ減少させられる。それが１２８より小
さいとすると、それは１だけ増大させられる。これによ
り、利得を変化させる時から長期間にわたって検出され
たたまさかのスプリアス事象を阻止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＡＧＣを有する検出増幅器を利用する
埋込み可能な単一室心臓刺激器の治療発生器のブロック
図、第２図は第１図に示されているパルス発生器回路の
マイクロプロセッサおよび検出増幅器部の詳しいブロッ
ク図、第３図は検出増幅器のカッド比較器部のブロック
図、第４図および第５図は本発明の実施例の検出増幅器
の動作を設定するために有用な波形図である。 ６０・・・ＡＧＣ増幅器　　　６３・・・入力回路６５
・・・帰還ループ ６８・・・マイクロプロセッサ部 ７０・・・フィルタ部　　　　７３・・・帯域増幅器７
５、７８・・・増幅器　　　　８０・・・カッド比較器
８２・・・検出目標比較器 ８３、８５・・・ＡＧＣ目標比較器 １０・・・マイクロプロセッサ／メモリ部１４・・・プ
ログラミングおよびデータ変換部２０・・・水晶発振器
　　　　２２・・・リードスイッチ２５・・・検出増幅
器　　　　２８・・・電源部３１・・・ベーシング部 ３５・・・アナログレート制限回路 図面の浄書（内容に変更なし） ＼ ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 カッｐ゛比＋灸８モを 平成０１ 年０７ 月 日 平成０１ 年 特 許 願 第１４２．８６３ 号 ２゜ 発明の名称 心臓信号検出装置および心臓刺激器 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、心臓により発生された電気信号を受けるための二重
   信号路を形成する手段を備え、該信号路の一方は信号の
   検出点を決定する手段を構成し、他方の信号路は信号利
   得、およびそれにより検出マージンを決定する帰還ルー
   プ手段を構成することを特徴とする心臓により発生され
   た電気信号を解析することにより心臓信号を検出する装
   置。 ２、前記帰還ループ手段中にマイクロプロセッサを更に
   備えることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３、前記検出マージンを選択的に調節する手段を更に備
   えることを特徴とする請求項１記載の装置。 ４、前記検出マージンを少くとも２対１であるピーク信
   号の大きさ対検出しきい値を維持する手段を含むことを
   特徴とする請求項１記載の装置。 ５、前記検出手段をプログラミングする手段を更に含む
   ことを特徴とする請求項４記載の装置。 ６、患者の心臓の電気的活動を検出する電極手段と、検
   出した電気的活動に応答して心臓事象を検出する処理手
   段と、 を備え、その処理手段は、所定の検出した事象の振幅と
   比較するための少くとも１つの基準レベルを設定するタ
   ーゲット手段と、前記少くとも１つの基準レベルに対す
   る検出された事象の振幅に従って処理手段の感度を制御
   可能に変化する利得制御手段とを含むことを特徴とする
   心臓信号を検出する埋込み可能な装置。 ７、心臓の律動的収縮および非律動的収縮を示す心臓の
   電気的活動を表す電気信号を発生する検出手段と、 電気信号に応答して装置の感度のマージンをプログラム
   可能的に制御する信号処理手段と、を備えることを特徴
   とする心臓事象を検出し、処理する埋込み可能な刺激器
   。 ８、前記信号処理手段は、 前記増幅器手段のための帰還ループと、 予め選択されたアルゴリズムに従って前記増幅を変化さ
   せるための前記帰還ループ中のマイクロプロセッサと、 を更に備えることを特徴とする請求項７記載の埋込み可
   能な刺激器。 ９、１列中の２つの低い信号の検出により利得を高くさ
   せることを特徴とする請求項７記載の埋込み可能な刺激
   器。 １０、１つの高い信号の検出により利得を低くさせるこ
   とを特徴とする請求項７記載の埋込み可能な刺激器。 １１、心臓により発生された電気信号を検出する手段と
   、 前記検出された信号のための二重信号路を有し、前記検
   出した信号に応答する増幅器手段と、を備え、前記二重
   信号路の一方は帰還ループを有し、この帰還ループは増
   幅器手段の利得を自動的に調節する手段を有し、増幅器
   手段の利得を調節することにより前記二重信号路の間の
   利得としきい値関係を変更して可変検出マージンを発生
   することを特徴とする心臓により発生された電気信号を
   解析することにより心臓サイクルを検出する埋込み可能
   な心臓刺激器。 １２、利得を制御するアルゴリズムは、利得を高くする
   ために行中の２つの低を検出することを要することを特
   徴とする請求項１１記載の埋込み可能な心臓刺激器。 １３、利得を制御するアルゴリズムは、利得を低くする
   ために１つの高を検出することを必要とすることを特徴
   とする請求項１１記載の埋込み可能な心臓刺激器。 １４、利得を制御するアルゴリズムは、Ｔ波の検出を避
   けるために１対１より高い比を必要とすることを特徴と
   する請求項１１記載の埋込み可能な心臓刺激器。 １５、前記比は２対１であることを特徴とする請求項１
   ４記載の埋込み可能な刺激器。 １６、利得を制御するアルゴリズムは、ノイズに強くす
   るために、有効な信号が存在しない時は過大増幅を避け
   、かつ信号が戻ってきた時に適切に検出することを特徴
   とする請求項１４記載の埋込み可能な刺激器。