JPH04263836A - 生体の身体活動に相当する測定信号を心臓内で検出するための測定装置 - Google Patents
生体の身体活動に相当する測定信号を心臓内で検出するための測定装置Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、生体の身体活動に相当
する測定信号を心臓内で検出するための測定装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】この種の測定装置は、例えば、心臓ペー
スメーカーを装着した患者の心臓を必要な場合に刺激す
る刺激周波数を患者の身体活動に整合させ得るようにす
るために、心臓ペースメーカー技術において必要である
。この種の測定装置は例えばヨーロッパ特許出願公開第
０２４９８２２号公報に記載されている。公知の測定装
置は、生体の血液内へ光を放射するための光送信器と血
液で反射された光を受信するための光受信器とを備えた
血液酸素含有量に相当する信号量を形成するための装置
と、血液温度に相当する信号量を形成するための温度セ
ンサと、給電回路とを含んでいる。血液酸素含有量は所
定の強さの身体活動の際には飽和状態になるので、血液
酸素含有量に相当する信号量は比較的小さな強さの時だ
け身体活動を充分正確に表す。他方、大きい強さの身体
活動の際には身体温度つまり血液温度は身体活動の強さ
に対する可成り正確な指標を表す。公知の測定装置の場
合には従って血液酸素含有量に相当する信号量と血液温
度に相当する信号量とは大きい強さの身体活動の際にも
良好に評価可能な測定信号が得られるように重畳される
。それによって、公知の測定装置は、確かに、血液酸素
含有量だけまたは血液温度だけに相当する信号を提供す
る公知の測定装置によって所定の条件の下に選択するこ
とのできる特性を有するが、しかしながら血液酸素含有
量だけに依存してもしくは血液温度だけに依存して動作
する測定装置の特性も同様に長所を持っている。公知の
測定装置においてはさらに光送信器、光受信器および温
度センサだけを患者の心臓内に導入されるカテーテルも
しくは心臓ペースメーカーの電極内へ集積したり、また
は、さらに駆動回路もカテーテルもしくは電極内へ集積
したりすることが可能である。第１番目のケースにおい
ては、構成空間の問題は生じない。というのは、光送信
器も光受信器および温度センサも非常に小さい部品であ
るからである。しかしながら、カテーテルは少なくとも
４端子網ラインを含まなければならないかもしくは少な
くとも４本の導線を備えた電極を使用しなければならな
い。第２番目のケースにおいては、カテーテルが２端子
網ラインを含むかもしくは２本の導線を備えた電極が使
用される場合には充分である。しかしながら、構成空間
の問題が生じる。というのは、付加的に駆動回路がカテ
ーテルもしくは電極内に集積されねばならないからであ
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、測
定装置の特性がその都度の現在の身体活動のその都度の
必要性および強さに出来る限り広範囲に亘って整合可能
であるように、冒頭で述べた種類の測定装置を形成する
ことを課題とする。 【０００４】さらに、本発明は、一方の光送信器、光受
信器および温度センサと他方の駆動回路との間に出来る
限り僅かな本数の電気的接続線しか必要とされないよう
に、冒頭で述べた種類の測定装置を形成することを課題
とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、生体の血液内に光を放射するため
の光送信器と血液で反射された光を受信するための光受
信器とを備えた血液酸素含有量に相当する信号量を形成
するための装置と、血液温度に相当する信号量を形成す
るための温度センサと、一定の測定電流または一定の測
定電圧を発信する駆動回路とを有し、光送信器と光受信
器と温度センサとは測定電流が流れるかまたは測定電圧
が降下する２端子網を構成し、測定信号は駆動回路での
電圧降下または駆動回路に取出された電流から得ること
を特徴とする。 【０００６】 【発明の効果】駆動回路が発信する電流もしくは電圧に
応じて、一方では光送信器から放出された光の強度が変
えられ、他方では血液酸素含有量に相当する信号量を形
成するための装置の構成要素の温度に依存する部品特性
によってこの装置を流れる電流もしくはこの装置に降下
する電圧が温度に依存するので、測定装置の種々異なっ
た特性を実現することができる。その際、その都度選択
された測定電流もしくはその都度選択された測定電圧に
応じて、血液酸素含有量に相当する信号量または血液温
度に相当する信号量の制御が行われ、または測定信号の
両信号量を平等に考慮する特性が呈される。光送信器と
、光受信器と、温度センサとが２端子網を構成すること
により、この２端子網と駆動回路との間の接続は２本の
接続導線で充分である。このことは従って有利である。 何故ならば、２端子網ラインはカテーテル内に容易に集
積され得るか、もしくは２本の導線を備えた電極の使用
は問題がないからである。本発明による測定装置の場合
には、駆動回路をカテーテルもしくは電極内に集積する
ことは必要なく、それゆえこれに関連する構成空間の問
題は回避される。 【０００７】運転中に測定装置の特性を必要性の変化に
整合させ得るようにするために、本発明の実施態様によ
れば、測定電流または測定電圧を調整するための手段が
設けられる。本発明の特に優れた実施態様によれば、血
液酸素含有量に相当する信号量を形成するための装置は
温度センサの温度係数とは逆の温度係数を持つ部品を有
し、測定電流または測定電圧は測定信号が血液温度に依
存しない値に調整可能である。本発明の他の優れた実施
態様によれば、測定電流または測定電圧は、測定信号が
血液酸素含有量に依存しないように血液酸素含有量に相
当する信号量を形成するための装置の光学的機能を低減
させる値に調整可能である。特性が血液酸素含有量だけ
に依存して動作するかまたは血液温度だけに依存して動
作する測定装置の特性に一致するように、測定装置を運
転することは有利である。 【０００８】本発明の実施態様によれば、光送信器およ
び／または光受信器として光半導体が設けられ、温度セ
ンサとして温度依存性抵抗値を有する構成要素が設けら
れる。この種の部品は非常に良好に小形化可能であり、
そのような理由からその都度診察すべき生体の心臓内に
導入可能であるカテーテルまたは心臓内電極内へ容易に
集積可能である。さらに、この構成要素は長い寿命を有
し、この寿命期間中は充分に一定な部品特性を有する。 【０００９】本発明の特に優れた実施態様によれば、光
送信器として発光ダイオードが設けられ、温度センサと
して発光ダイオードに直列接続されたＰＴＣ抵抗が設け
られ、光受信器としてＰＴＣ抵抗に並列接続されたホト
トランジスタが設けられ、駆動回路は一定の測定電流を
提供する。発光ダイオードの順方向電圧は本質的に電流
に依存しないが、しかしながら負の温度係数を持つ温度
依存性を有するので、発光ダイオードとＰＴＣ抵抗との
逆の温度変化を相殺しそれにより測定装置が温度に依存
する測定信号を提供するような測定電流の値を非常に容
易に見出すことが出来る。さらに、測定電流は、発光ダ
イオードが光を送出しないかまたは送出しても測定信号
が血液酸素含有量に依存しないような小さい強度の光を
送出する低い値に低減され得る。 【００１０】本発明による実施態様によれば、駆動回路
は測定電流または測定電圧をパルス状に発信する。これ
によって、測定装置を通る電流に起因する、測定信号を
悪化させる測定装置の加熱は生じ得ない。 【００１１】本発明による測定装置は刺激周波数が測定
信号に依存して制御される心臓ペースメーカーにおいて
特に使用される。 【００１２】 【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。 【００１３】図１に示された心臓ペースメーカーは公知
のように電気的刺激パルスを発生するための刺激パルス
発生器１を含んでいる。電気的刺激パルスは２本の導線
を有する心臓内電極の一方の導線３を介して概略的に示
された刺激すべき心臓２に供給される。電極は全体を４
で示されている。この電極はその自由端が静脈系を通っ
て近づくことのできる心臓２の右心室内に植設されてい
る。 【００１４】さらに同様に公知のように自然心拍動を検
出するための検出器装置５が設けられ、その入力端は同
様に電極４の導線３に接続されている。 【００１５】さらに、心臓ペースメーカーを装着した患
者の身体活動に相当する測定信号を形成するための測定
装置が設けられている。この測定装置は電極３の心臓２
内に植設された端部に配置されたセンサ６と、このセン
サ６の駆動回路７とを有している。 【００１６】刺激パルス発生器１と、検出器装置５と、
駆動回路７とは制御ロジック８に接続され、この制御ロ
ジック８にはさらに心臓ペースメーカーを運転するため
に必要なクロックおよびタイミング信号を発生するため
に水晶９が接続されている。制御ロジック８にはさらに
公知のように送信・受信コイル１１に接続された遠隔測
定回路１０が接続されている。心臓ペースメーカーの電
気・電子的構成要素は植込み可能なハーメチック気密容
器１２内に収容されている。この心臓ペースメーカーは
、心臓ペースメーカーの制御ロジック８内に格納された
データの交換および変更を行うために、図１に図示され
ていない外部機器つまり所謂プログラマーと交信するこ
とができる。この交信は、プログラマーの送信・受信コ
イルと心臓ペースメーカーの受信・送信コイルとが誘導
結合するように、プログラマーの送信・受信コイルが心
臓ペースメーカーの送信・受信コイルに対して相対的に
配置されることによって行われる。 【００１７】刺激パルス発生器１と検出器装置５とは電
極４の一方の導線３だけを介して刺激すべき心臓２に接
続されるので、基準電位は心臓ペースメーカーの導電製
容器１２を介して患者の身体に印加される。このことは
容器１２と刺激パルス発生器１および検出器装置５の各
端子とがアースに接続されていることから明らかである
。 【００１８】インターバル期間がセンサ６と駆動回路７
とによって検出された患者の身体活動に依存する所定の
タイムインターバルが開始される前に、検出器装置５に
よって自然心拍動が検出されない場合に、刺激パルス発
生器１が刺激パルスを発信するように、制御ロジック８
は駆動回路７を含めて刺激パルス発生器１と検出器装置
５とセンサ６との協働を制御する。その際、制御ロジッ
ク８は規定のタイムインターバルの期間が身体活動の増
大に応じて少なくなるようにこの規定のタイムインター
バル期間を変える。必要な場合には連続的な刺激パルス
にて発信される刺激周波数は身体活動の増大に応じて高
まる。それゆえ、刺激すべき心臓２の心拍動周波数は健
康な心臓の場合と同じように身体的負担の増大に応じて
高まり、身体的負担の減少に応じて下がることが保証さ
れる。刺激周波数が負担に応じて制御される心臓ペース
メーカーの詳細については、スエーデン、ソルナのシー
メンス−エルマ社のペースメーカー・ディビジョンから
発行された医師マニュアル“センサコントロール形パル
ス発生器センソログ７０３（Ｓｅｎｓｏｒｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓ
ＥＮＳＯＬＯＧ７０３）”に記載されている。 【００１９】センサ６は、センサが外部において導線３
と電極４の第２導線１５とによって接続される駆動回路
７と協働して、駆動回路７から制御ロジック８に供給さ
れる測定信号を発生するセンサである。この測定信号は
血液酸素含有量に相当する信号量および（または）血液
温度に相当する信号量を含み得る。制御ロジック８は、
制御ロジック８から駆動回路７へ導かれる制御ライン１
３を介して、駆動回路７を、血液酸素含有量と血液温度
とに依存する測定信号、血液酸素含有量だけに依存する
測定信号または血液温度だけに依存する測定信号を自由
に使えるように駆動回路７がセンサと選択的に協働する
ように制御し得る。即ち、３個の基本的に異なる特性が
調整可能となり、その特性に基づいて、心臓ペースメー
カーを装着した患者の身体活動を再生する測定信号が形
成され得る。特性の切換えはプログラマーによって遠隔
測定方法にて行われる。さらに、制御ロジック８はその
都度の現在の身体活動の強さに応じて適宜の特性を調整
するように形成されている。同様に遠隔測定方法にて調
整可能であるこの運転様式では、制御ロジック８は心拍
動周波数または刺激周波数を監視し、そして、低い身体
活動に対しては血液酸素含有量だけに依存する特性を調
整し、非常に高い身体活動に対しては血液温度だけに依
存する特性を調整する。中間的身体活動の移行領域にお
いては制御ロジック８は血液酸素含有量および血液温度
に依存する特性を調整する。 【００２０】制御ライン１４を介して制御ロジック８は
、自然心拍動の検出もしくは刺激パルスの付与後、測定
信号を形成するために必要な時間の間それぞれ駆動回路
７を運転する。このようにして測定装置の省電流運転が
得られる。というのは、この測定装置は間歇的に運転さ
れるからである。測定装置が動作している時間の間、刺
激パルス発生器１と検出器装置５とは導線３から図示さ
れていない方法で切離される。測定装置は特に刺激も検
出も行われない絶対不応時間（これに関しては上記医師
マニュアル参照）の間動作する。 【００２１】図２には、電極４によって駆動回路７に接
続されたセンサ６を備えた本発明による測定装置が図示
されている。なお、概要を理解し易くするために、導線
３と刺激パルス発生器１および検出器装置５との接続、
ならびに、電極４が植込まれた際に刺激すべき心臓筋肉
組織に接触する導線３の端部は図示されていない。セン
サ６は心臓ペースメーカーを装着した生体の血液酸素含
有量を形成するための装置を含み、光送信器として赤色
ＬＥＤ１６を有しかつ光受信器としてｎｐｎトランジス
タ１７を有している。発光ダイオード１６とホトトラン
ジスタ１７とは図示されていない方法で電極内に集積さ
れて、発光ダイオード１６が光を患者の静脈血内へ放射
しそしてホトトランジスタ１７が静脈血で反射された放
射光部分を受信するようになされている。反射光の強度
は静脈血の血液酸素含有量に対する尺度を表す。詳細に
ついてはドイツ連邦共和国特許第３，１５２，９６３号
明細書を参照されたい。 【００２２】さらに、センサ６は、静脈血の血液温度に
相当する信号量を形成するために使われるＰＴＣ抵抗１
８を含み、そして、血液とＰＴＣ抵抗１８との間の熱伝
導が良好に行われるように図示されていない方法で電極
内に集積されている。 【００２３】センサ６の上記構成要素は、発光ダイオー
ド１６とＰＴＣ抵抗１８とが直列接続されかつホトトラ
ンジスタ１７がＰＴＣ抵抗１８に並列接続されて、２端
子網を構成している。 【００２４】上記２端子網は電極４の導線３および導線
１５を介して駆動回路７に接続され、この駆動回路７は
上記導線に接続された定電流源１９を含んでいる。定電
流源１９から提供される測定電流は図２に概略的に図示
されているように制御ライン１３を介して調整可能であ
る。定電流源１９から提供された測定電流によってセン
サ６に降下する電圧は図２に概略的に図示されて入力端
に導線３および導線１５が接続された演算増幅器２０に
よって増幅され、測定信号として図２に図示されていな
い制御ロジック８に供給される。センサ６を通る電流の
流れを測定装置が動作しているタイムインターバルの間
だけに制限するために、駆動回路７は導線３を定電流源
１９から切離し得る電子スイッチ２１を含んでいる。電
子切換スイッチ２１は上述した方法で制御ライン１４を
介して制御ロジック８によって操作される。 【００２５】定電流源１９から提供された測定電流（以
下においてはｉで示す。）が高々０．２ｍＡの値に制限
されると、発光ダイオード１６は血液酸素含有量に相当
する信号量が形成されるような充分な光をもはや放射し
ない。従って、センサ６が高々０．２ｍＡの測定電流ｉ
で運転される場合、血液温度に依存する信号量だけが形
成され、その結果、測定装置の血液温度だけに依存する
特性が呈される。 【００２６】発光ダイオード１６は順方向電圧ＶＬＥＤ
を有するので、発光ダイオード１６とＰＴＣ抵抗１８
との温度変化を直ちに相殺するような測定電流ｉの値が
見出される。このことは次の数１が当てはまる場合であ
る。 なお、順方向電圧ＶＬＥＤ は発光ダイオード１６を通
って流れる測定電流に本質的に依存しないが、しかしな
がら−２．５×１０−３Ｖ／℃の温度係数ＴＣＬＥＤ
を有し、従ってこの温度係数は例えば０．８×１０−２
ｌ／℃の温度係数ＴＣＰＴＣ とは符号が逆である。 【００２７】 【数１】ΔＶＰＴＣ ＋ΔＶＬＥＤ ＝０【００２８】
但し、ΔＶＰＴＣ とΔＶＬＥＤ とは所定の温度変化
ΔＴによってその都度生ぜしめられるＰＴＣ抵抗１８と
発光ダイオード１６との電圧降下の変化分である。 【００２９】さらに数２および数３が適用される。 【００３０】 【数２】ΔＶＰＴＣ ＝ｉ・（ΔＴ・ＴＣＰＴＣ ・Ｒ
ＰＴＣ ）【００３１】 【数３】ΔＶＬＥＤ ＝ΔＴ・ＴＣＬＥＤ 【００３２
】但し、ＲＰＴＣ はＰＴＣ抵抗１８の定格抵抗、例え
ば１０３ オームを表す。 【００３３】数１に数２および数３を代入することによ
って数４が得られる。 【００３４】 【数４】 ｉ・（ΔＴ・ＴＣＰＴＣ ・ＲＰＴＣ ）＋ΔＴ・ＴＣ
ＬＥＤ ＝０【００３５】ΔＴを消去後、ｉについて解
き、上記数値を代入すると、数５が得られる。 【００３６】 【数５】 ｉ＝（２．５×１０−３）／（０．８×１０−２×
１０３ ）＝０．３１２５ｍＡ【００３７】即ち、制御
ロジック８が定電流源１９を約０．３ｍＡの測定電流ｉ
に調整する場合、上述した測定装置は実際上温度に依存
しない、つまり血液酸素含有量だけに依存する特性を有
することが明らかである。 【００３８】測定装置は、制御ロジック８によって調整
された測定電流ｉが０．２ｍＡよりも大きくそして０．
３ｍＡとは異なっている際には、血液酸素含有量ならび
に血液温度に依存した測定信号を提供する。 【００３９】図３に図示された測定装置は、駆動回路７
が定電圧源２２を含み、この定電圧源２２から電極４の
導線３および導線１５を介してセンサ６に一定の測定電
圧が供給され、この一定の測定電圧は制御ライン１３を
介して調整可能であるという点で、上述した測定装置と
は相違している。導線１５には分路抵抗２３が接続され
ている。この分路抵抗２３に降下する電圧はセンサ６を
通って流れる電流に相当しており、この電圧は概略的に
図示された演算増幅器２４によって増幅されそして制御
ロジック８に供給される。さらに、駆動回路７は定電圧
源２２と導線３との間に位置する電子スイッチ２５を有
する。電子スイッチ２５は、測定信号が実際に形成され
るべき場合にのみ定電圧源２２と導線３との導電結合が
生じるように、制御ライン１４を介して制御ロジック８
によって制御される。このようにして、実際に測定信号
が形成されるべき場合にのみセンサ６を通って電流が流
れる。 【００４０】センサ６の部品が図２の場合にも図３の場
合にも共に２端子網を構成することにより、センサ６と
心臓ペースメーカー内に含まれた駆動回路７との間には
２本の導線３、１５しか必要ないという利点が生じる。 ２本の導線の内、１本の導線は刺激すべき心臓に刺激パ
ルスを伝送するために、もしくは、検出器装置５に心臓
２の電気的活動に相当する信号を供給するために使われ
る。 【００４１】本発明による測定装置を心臓ペースメーカ
ーの構成要素としてだけについて説明したが、本発明に
よる測定装置は他の任意の用途に対しても適用可能であ
る。この場合、発光ダイオード１６、ホトトランジスタ
１７およびＰＴＣ抵抗１８は上記構成要素と駆動回路７
とを接続する２端子網ラインを含むカテーテルの端部内
に集積される。
する測定信号を心臓内で検出するための測定装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】この種の測定装置は、例えば、心臓ペー
スメーカーを装着した患者の心臓を必要な場合に刺激す
る刺激周波数を患者の身体活動に整合させ得るようにす
るために、心臓ペースメーカー技術において必要である
。この種の測定装置は例えばヨーロッパ特許出願公開第
０２４９８２２号公報に記載されている。公知の測定装
置は、生体の血液内へ光を放射するための光送信器と血
液で反射された光を受信するための光受信器とを備えた
血液酸素含有量に相当する信号量を形成するための装置
と、血液温度に相当する信号量を形成するための温度セ
ンサと、給電回路とを含んでいる。血液酸素含有量は所
定の強さの身体活動の際には飽和状態になるので、血液
酸素含有量に相当する信号量は比較的小さな強さの時だ
け身体活動を充分正確に表す。他方、大きい強さの身体
活動の際には身体温度つまり血液温度は身体活動の強さ
に対する可成り正確な指標を表す。公知の測定装置の場
合には従って血液酸素含有量に相当する信号量と血液温
度に相当する信号量とは大きい強さの身体活動の際にも
良好に評価可能な測定信号が得られるように重畳される
。それによって、公知の測定装置は、確かに、血液酸素
含有量だけまたは血液温度だけに相当する信号を提供す
る公知の測定装置によって所定の条件の下に選択するこ
とのできる特性を有するが、しかしながら血液酸素含有
量だけに依存してもしくは血液温度だけに依存して動作
する測定装置の特性も同様に長所を持っている。公知の
測定装置においてはさらに光送信器、光受信器および温
度センサだけを患者の心臓内に導入されるカテーテルも
しくは心臓ペースメーカーの電極内へ集積したり、また
は、さらに駆動回路もカテーテルもしくは電極内へ集積
したりすることが可能である。第１番目のケースにおい
ては、構成空間の問題は生じない。というのは、光送信
器も光受信器および温度センサも非常に小さい部品であ
るからである。しかしながら、カテーテルは少なくとも
４端子網ラインを含まなければならないかもしくは少な
くとも４本の導線を備えた電極を使用しなければならな
い。第２番目のケースにおいては、カテーテルが２端子
網ラインを含むかもしくは２本の導線を備えた電極が使
用される場合には充分である。しかしながら、構成空間
の問題が生じる。というのは、付加的に駆動回路がカテ
ーテルもしくは電極内に集積されねばならないからであ
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、測
定装置の特性がその都度の現在の身体活動のその都度の
必要性および強さに出来る限り広範囲に亘って整合可能
であるように、冒頭で述べた種類の測定装置を形成する
ことを課題とする。 【０００４】さらに、本発明は、一方の光送信器、光受
信器および温度センサと他方の駆動回路との間に出来る
限り僅かな本数の電気的接続線しか必要とされないよう
に、冒頭で述べた種類の測定装置を形成することを課題
とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、生体の血液内に光を放射するため
の光送信器と血液で反射された光を受信するための光受
信器とを備えた血液酸素含有量に相当する信号量を形成
するための装置と、血液温度に相当する信号量を形成す
るための温度センサと、一定の測定電流または一定の測
定電圧を発信する駆動回路とを有し、光送信器と光受信
器と温度センサとは測定電流が流れるかまたは測定電圧
が降下する２端子網を構成し、測定信号は駆動回路での
電圧降下または駆動回路に取出された電流から得ること
を特徴とする。 【０００６】 【発明の効果】駆動回路が発信する電流もしくは電圧に
応じて、一方では光送信器から放出された光の強度が変
えられ、他方では血液酸素含有量に相当する信号量を形
成するための装置の構成要素の温度に依存する部品特性
によってこの装置を流れる電流もしくはこの装置に降下
する電圧が温度に依存するので、測定装置の種々異なっ
た特性を実現することができる。その際、その都度選択
された測定電流もしくはその都度選択された測定電圧に
応じて、血液酸素含有量に相当する信号量または血液温
度に相当する信号量の制御が行われ、または測定信号の
両信号量を平等に考慮する特性が呈される。光送信器と
、光受信器と、温度センサとが２端子網を構成すること
により、この２端子網と駆動回路との間の接続は２本の
接続導線で充分である。このことは従って有利である。 何故ならば、２端子網ラインはカテーテル内に容易に集
積され得るか、もしくは２本の導線を備えた電極の使用
は問題がないからである。本発明による測定装置の場合
には、駆動回路をカテーテルもしくは電極内に集積する
ことは必要なく、それゆえこれに関連する構成空間の問
題は回避される。 【０００７】運転中に測定装置の特性を必要性の変化に
整合させ得るようにするために、本発明の実施態様によ
れば、測定電流または測定電圧を調整するための手段が
設けられる。本発明の特に優れた実施態様によれば、血
液酸素含有量に相当する信号量を形成するための装置は
温度センサの温度係数とは逆の温度係数を持つ部品を有
し、測定電流または測定電圧は測定信号が血液温度に依
存しない値に調整可能である。本発明の他の優れた実施
態様によれば、測定電流または測定電圧は、測定信号が
血液酸素含有量に依存しないように血液酸素含有量に相
当する信号量を形成するための装置の光学的機能を低減
させる値に調整可能である。特性が血液酸素含有量だけ
に依存して動作するかまたは血液温度だけに依存して動
作する測定装置の特性に一致するように、測定装置を運
転することは有利である。 【０００８】本発明の実施態様によれば、光送信器およ
び／または光受信器として光半導体が設けられ、温度セ
ンサとして温度依存性抵抗値を有する構成要素が設けら
れる。この種の部品は非常に良好に小形化可能であり、
そのような理由からその都度診察すべき生体の心臓内に
導入可能であるカテーテルまたは心臓内電極内へ容易に
集積可能である。さらに、この構成要素は長い寿命を有
し、この寿命期間中は充分に一定な部品特性を有する。 【０００９】本発明の特に優れた実施態様によれば、光
送信器として発光ダイオードが設けられ、温度センサと
して発光ダイオードに直列接続されたＰＴＣ抵抗が設け
られ、光受信器としてＰＴＣ抵抗に並列接続されたホト
トランジスタが設けられ、駆動回路は一定の測定電流を
提供する。発光ダイオードの順方向電圧は本質的に電流
に依存しないが、しかしながら負の温度係数を持つ温度
依存性を有するので、発光ダイオードとＰＴＣ抵抗との
逆の温度変化を相殺しそれにより測定装置が温度に依存
する測定信号を提供するような測定電流の値を非常に容
易に見出すことが出来る。さらに、測定電流は、発光ダ
イオードが光を送出しないかまたは送出しても測定信号
が血液酸素含有量に依存しないような小さい強度の光を
送出する低い値に低減され得る。 【００１０】本発明による実施態様によれば、駆動回路
は測定電流または測定電圧をパルス状に発信する。これ
によって、測定装置を通る電流に起因する、測定信号を
悪化させる測定装置の加熱は生じ得ない。 【００１１】本発明による測定装置は刺激周波数が測定
信号に依存して制御される心臓ペースメーカーにおいて
特に使用される。 【００１２】 【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。 【００１３】図１に示された心臓ペースメーカーは公知
のように電気的刺激パルスを発生するための刺激パルス
発生器１を含んでいる。電気的刺激パルスは２本の導線
を有する心臓内電極の一方の導線３を介して概略的に示
された刺激すべき心臓２に供給される。電極は全体を４
で示されている。この電極はその自由端が静脈系を通っ
て近づくことのできる心臓２の右心室内に植設されてい
る。 【００１４】さらに同様に公知のように自然心拍動を検
出するための検出器装置５が設けられ、その入力端は同
様に電極４の導線３に接続されている。 【００１５】さらに、心臓ペースメーカーを装着した患
者の身体活動に相当する測定信号を形成するための測定
装置が設けられている。この測定装置は電極３の心臓２
内に植設された端部に配置されたセンサ６と、このセン
サ６の駆動回路７とを有している。 【００１６】刺激パルス発生器１と、検出器装置５と、
駆動回路７とは制御ロジック８に接続され、この制御ロ
ジック８にはさらに心臓ペースメーカーを運転するため
に必要なクロックおよびタイミング信号を発生するため
に水晶９が接続されている。制御ロジック８にはさらに
公知のように送信・受信コイル１１に接続された遠隔測
定回路１０が接続されている。心臓ペースメーカーの電
気・電子的構成要素は植込み可能なハーメチック気密容
器１２内に収容されている。この心臓ペースメーカーは
、心臓ペースメーカーの制御ロジック８内に格納された
データの交換および変更を行うために、図１に図示され
ていない外部機器つまり所謂プログラマーと交信するこ
とができる。この交信は、プログラマーの送信・受信コ
イルと心臓ペースメーカーの受信・送信コイルとが誘導
結合するように、プログラマーの送信・受信コイルが心
臓ペースメーカーの送信・受信コイルに対して相対的に
配置されることによって行われる。 【００１７】刺激パルス発生器１と検出器装置５とは電
極４の一方の導線３だけを介して刺激すべき心臓２に接
続されるので、基準電位は心臓ペースメーカーの導電製
容器１２を介して患者の身体に印加される。このことは
容器１２と刺激パルス発生器１および検出器装置５の各
端子とがアースに接続されていることから明らかである
。 【００１８】インターバル期間がセンサ６と駆動回路７
とによって検出された患者の身体活動に依存する所定の
タイムインターバルが開始される前に、検出器装置５に
よって自然心拍動が検出されない場合に、刺激パルス発
生器１が刺激パルスを発信するように、制御ロジック８
は駆動回路７を含めて刺激パルス発生器１と検出器装置
５とセンサ６との協働を制御する。その際、制御ロジッ
ク８は規定のタイムインターバルの期間が身体活動の増
大に応じて少なくなるようにこの規定のタイムインター
バル期間を変える。必要な場合には連続的な刺激パルス
にて発信される刺激周波数は身体活動の増大に応じて高
まる。それゆえ、刺激すべき心臓２の心拍動周波数は健
康な心臓の場合と同じように身体的負担の増大に応じて
高まり、身体的負担の減少に応じて下がることが保証さ
れる。刺激周波数が負担に応じて制御される心臓ペース
メーカーの詳細については、スエーデン、ソルナのシー
メンス−エルマ社のペースメーカー・ディビジョンから
発行された医師マニュアル“センサコントロール形パル
ス発生器センソログ７０３（Ｓｅｎｓｏｒｃｏｎｔｒｏ
ｌｌｅｄ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｓ
ＥＮＳＯＬＯＧ７０３）”に記載されている。 【００１９】センサ６は、センサが外部において導線３
と電極４の第２導線１５とによって接続される駆動回路
７と協働して、駆動回路７から制御ロジック８に供給さ
れる測定信号を発生するセンサである。この測定信号は
血液酸素含有量に相当する信号量および（または）血液
温度に相当する信号量を含み得る。制御ロジック８は、
制御ロジック８から駆動回路７へ導かれる制御ライン１
３を介して、駆動回路７を、血液酸素含有量と血液温度
とに依存する測定信号、血液酸素含有量だけに依存する
測定信号または血液温度だけに依存する測定信号を自由
に使えるように駆動回路７がセンサと選択的に協働する
ように制御し得る。即ち、３個の基本的に異なる特性が
調整可能となり、その特性に基づいて、心臓ペースメー
カーを装着した患者の身体活動を再生する測定信号が形
成され得る。特性の切換えはプログラマーによって遠隔
測定方法にて行われる。さらに、制御ロジック８はその
都度の現在の身体活動の強さに応じて適宜の特性を調整
するように形成されている。同様に遠隔測定方法にて調
整可能であるこの運転様式では、制御ロジック８は心拍
動周波数または刺激周波数を監視し、そして、低い身体
活動に対しては血液酸素含有量だけに依存する特性を調
整し、非常に高い身体活動に対しては血液温度だけに依
存する特性を調整する。中間的身体活動の移行領域にお
いては制御ロジック８は血液酸素含有量および血液温度
に依存する特性を調整する。 【００２０】制御ライン１４を介して制御ロジック８は
、自然心拍動の検出もしくは刺激パルスの付与後、測定
信号を形成するために必要な時間の間それぞれ駆動回路
７を運転する。このようにして測定装置の省電流運転が
得られる。というのは、この測定装置は間歇的に運転さ
れるからである。測定装置が動作している時間の間、刺
激パルス発生器１と検出器装置５とは導線３から図示さ
れていない方法で切離される。測定装置は特に刺激も検
出も行われない絶対不応時間（これに関しては上記医師
マニュアル参照）の間動作する。 【００２１】図２には、電極４によって駆動回路７に接
続されたセンサ６を備えた本発明による測定装置が図示
されている。なお、概要を理解し易くするために、導線
３と刺激パルス発生器１および検出器装置５との接続、
ならびに、電極４が植込まれた際に刺激すべき心臓筋肉
組織に接触する導線３の端部は図示されていない。セン
サ６は心臓ペースメーカーを装着した生体の血液酸素含
有量を形成するための装置を含み、光送信器として赤色
ＬＥＤ１６を有しかつ光受信器としてｎｐｎトランジス
タ１７を有している。発光ダイオード１６とホトトラン
ジスタ１７とは図示されていない方法で電極内に集積さ
れて、発光ダイオード１６が光を患者の静脈血内へ放射
しそしてホトトランジスタ１７が静脈血で反射された放
射光部分を受信するようになされている。反射光の強度
は静脈血の血液酸素含有量に対する尺度を表す。詳細に
ついてはドイツ連邦共和国特許第３，１５２，９６３号
明細書を参照されたい。 【００２２】さらに、センサ６は、静脈血の血液温度に
相当する信号量を形成するために使われるＰＴＣ抵抗１
８を含み、そして、血液とＰＴＣ抵抗１８との間の熱伝
導が良好に行われるように図示されていない方法で電極
内に集積されている。 【００２３】センサ６の上記構成要素は、発光ダイオー
ド１６とＰＴＣ抵抗１８とが直列接続されかつホトトラ
ンジスタ１７がＰＴＣ抵抗１８に並列接続されて、２端
子網を構成している。 【００２４】上記２端子網は電極４の導線３および導線
１５を介して駆動回路７に接続され、この駆動回路７は
上記導線に接続された定電流源１９を含んでいる。定電
流源１９から提供される測定電流は図２に概略的に図示
されているように制御ライン１３を介して調整可能であ
る。定電流源１９から提供された測定電流によってセン
サ６に降下する電圧は図２に概略的に図示されて入力端
に導線３および導線１５が接続された演算増幅器２０に
よって増幅され、測定信号として図２に図示されていな
い制御ロジック８に供給される。センサ６を通る電流の
流れを測定装置が動作しているタイムインターバルの間
だけに制限するために、駆動回路７は導線３を定電流源
１９から切離し得る電子スイッチ２１を含んでいる。電
子切換スイッチ２１は上述した方法で制御ライン１４を
介して制御ロジック８によって操作される。 【００２５】定電流源１９から提供された測定電流（以
下においてはｉで示す。）が高々０．２ｍＡの値に制限
されると、発光ダイオード１６は血液酸素含有量に相当
する信号量が形成されるような充分な光をもはや放射し
ない。従って、センサ６が高々０．２ｍＡの測定電流ｉ
で運転される場合、血液温度に依存する信号量だけが形
成され、その結果、測定装置の血液温度だけに依存する
特性が呈される。 【００２６】発光ダイオード１６は順方向電圧ＶＬＥＤ
を有するので、発光ダイオード１６とＰＴＣ抵抗１８
との温度変化を直ちに相殺するような測定電流ｉの値が
見出される。このことは次の数１が当てはまる場合であ
る。 なお、順方向電圧ＶＬＥＤ は発光ダイオード１６を通
って流れる測定電流に本質的に依存しないが、しかしな
がら−２．５×１０−３Ｖ／℃の温度係数ＴＣＬＥＤ
を有し、従ってこの温度係数は例えば０．８×１０−２
ｌ／℃の温度係数ＴＣＰＴＣ とは符号が逆である。 【００２７】 【数１】ΔＶＰＴＣ ＋ΔＶＬＥＤ ＝０【００２８】
但し、ΔＶＰＴＣ とΔＶＬＥＤ とは所定の温度変化
ΔＴによってその都度生ぜしめられるＰＴＣ抵抗１８と
発光ダイオード１６との電圧降下の変化分である。 【００２９】さらに数２および数３が適用される。 【００３０】 【数２】ΔＶＰＴＣ ＝ｉ・（ΔＴ・ＴＣＰＴＣ ・Ｒ
ＰＴＣ ）【００３１】 【数３】ΔＶＬＥＤ ＝ΔＴ・ＴＣＬＥＤ 【００３２
】但し、ＲＰＴＣ はＰＴＣ抵抗１８の定格抵抗、例え
ば１０３ オームを表す。 【００３３】数１に数２および数３を代入することによ
って数４が得られる。 【００３４】 【数４】 ｉ・（ΔＴ・ＴＣＰＴＣ ・ＲＰＴＣ ）＋ΔＴ・ＴＣ
ＬＥＤ ＝０【００３５】ΔＴを消去後、ｉについて解
き、上記数値を代入すると、数５が得られる。 【００３６】 【数５】 ｉ＝（２．５×１０−３）／（０．８×１０−２×
１０３ ）＝０．３１２５ｍＡ【００３７】即ち、制御
ロジック８が定電流源１９を約０．３ｍＡの測定電流ｉ
に調整する場合、上述した測定装置は実際上温度に依存
しない、つまり血液酸素含有量だけに依存する特性を有
することが明らかである。 【００３８】測定装置は、制御ロジック８によって調整
された測定電流ｉが０．２ｍＡよりも大きくそして０．
３ｍＡとは異なっている際には、血液酸素含有量ならび
に血液温度に依存した測定信号を提供する。 【００３９】図３に図示された測定装置は、駆動回路７
が定電圧源２２を含み、この定電圧源２２から電極４の
導線３および導線１５を介してセンサ６に一定の測定電
圧が供給され、この一定の測定電圧は制御ライン１３を
介して調整可能であるという点で、上述した測定装置と
は相違している。導線１５には分路抵抗２３が接続され
ている。この分路抵抗２３に降下する電圧はセンサ６を
通って流れる電流に相当しており、この電圧は概略的に
図示された演算増幅器２４によって増幅されそして制御
ロジック８に供給される。さらに、駆動回路７は定電圧
源２２と導線３との間に位置する電子スイッチ２５を有
する。電子スイッチ２５は、測定信号が実際に形成され
るべき場合にのみ定電圧源２２と導線３との導電結合が
生じるように、制御ライン１４を介して制御ロジック８
によって制御される。このようにして、実際に測定信号
が形成されるべき場合にのみセンサ６を通って電流が流
れる。 【００４０】センサ６の部品が図２の場合にも図３の場
合にも共に２端子網を構成することにより、センサ６と
心臓ペースメーカー内に含まれた駆動回路７との間には
２本の導線３、１５しか必要ないという利点が生じる。 ２本の導線の内、１本の導線は刺激すべき心臓に刺激パ
ルスを伝送するために、もしくは、検出器装置５に心臓
２の電気的活動に相当する信号を供給するために使われ
る。 【００４１】本発明による測定装置を心臓ペースメーカ
ーの構成要素としてだけについて説明したが、本発明に
よる測定装置は他の任意の用途に対しても適用可能であ
る。この場合、発光ダイオード１６、ホトトランジスタ
１７およびＰＴＣ抵抗１８は上記構成要素と駆動回路７
とを接続する２端子網ラインを含むカテーテルの端部内
に集積される。
【図１】本発明による測定装置を含む心臓ペースメーカ
ーを示す概略図。
ーを示す概略図。
【図２】本発明による測定装置の原理回路図。
【図３】本発明による測定装置の他の原理回路図。
１ 刺激パルス発生器
２ 心臓
３ 導線
４ 電極
５ 検出器装置
６ センサ
７ 駆動回路
８ 制御ロジック
９ 水晶
１０ 遠隔測定回路
１１ 送信・受信コイル
１２ 容器
１３、１４ 制御ライン
１５ 導線
１６ 発光ダイオード
１７ ホトトランジスタ
１８ ＰＴＣ抵抗
１９ 定電流源
２０ 演算増幅器
２１ 電子スイッチ
２２ 定電圧源
２３ 分路抵抗
２４ 演算増幅器
２５ 電子スイッチ
Claims (10)
- 【請求項１】 生体の血液内に光を放射するための光
送信器（１６）と血液で反射された光を受信するための
光受信器（１７）とを備えた血液酸素含有量に相当する
信号量を形成するための装置と、血液温度に相当する信
号量を形成するための温度センサ（１８）と、一定の測
定電流または一定の測定電圧を発信する駆動回路（７）
とを有し、光送信器（１６）と光受信器（１７）と温度
センサ（１８）とは測定電流が流れるかまたは測定電圧
が降下する２端子網を構成し、測定信号は駆動回路（７
）での電圧降下または駆動回路（７）に取出された電流
から得ることを特徴とする生体の身体活動に相当する測
定信号を心臓内で検出するための測定装置。 - 【請求項２】 測定電流または測定電圧を調整するた
めの手段（８）が設けられることを特徴とする請求項１
記載の測定装置。 - 【請求項３】 血液酸素含有量に相当する信号量を形
成するための装置は温度センサ（１８）の温度係数とは
逆の温度係数を持つ部品（１６）を有し、測定電流また
は測定電圧は測定信号が血液温度に依存しない値に調整
可能であることを特徴とする請求項１または２記載の測
定装置。 - 【請求項４】 測定電流または測定電圧は、測定信号
が血液酸素含有量に依存しないように血液酸素含有量に
相当する信号量を形成するための装置の光学的機能を低
減させる値に調整可能であることを特徴とする請求項１
ないし３の１つに記載の測定装置。 - 【請求項５】 光送信器および／または光受信器とし
て光半導体が設けられることを特徴とする請求項１ない
し４の１つに記載の測定装置。 - 【請求項６】 温度センサ（１８）として温度依存性
抵抗値を有する部品が設けられることを特徴とする請求
項１ないし５の１つに記載の測定装置。 - 【請求項７】 光送信器として発光ダイオード（１６
）が設けられ、温度センサとして発光ダイオード（１６
）に直列接続されたＰＴＣ抵抗（１８）が設けられ、光
受信器としてＰＴＣ抵抗（１８）に並列接続されたホト
トランジスタ（１７）が設けられ、駆動回路（７）は一
定の測定電流を提供することを特徴とする請求項５また
は６記載の測定装置。 - 【請求項８】 駆動回路（７）は測定電流もしくは測
定電圧をパルス状に発信することを特徴とする請求項１
ないし７の１つに記載の測定装置。 - 【請求項９】 請求項１ないし８の１つに記載の測定
装置を含み、刺激周波数が測定装置の測定信号に応じて
制御されることを特徴とする心臓ペースメーカー。 - 【請求項１０】 測定電流または測定電圧をその都度
の現在の刺激周波数に応じて制御する手段（８）が設け
られることを特徴とする請求項９記載の心臓ペースメー
カー。
Applications Claiming Priority (2)
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| AT90118714.6 | 1990-09-28 | ||
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| JPH04263836A true JPH04263836A (ja) | 1992-09-18 |
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