JPH05277137A - 人工心臓弁の駆動方法 - Google Patents
人工心臓弁の駆動方法Info
- Publication number
- JPH05277137A JPH05277137A JP7724792A JP7724792A JPH05277137A JP H05277137 A JPH05277137 A JP H05277137A JP 7724792 A JP7724792 A JP 7724792A JP 7724792 A JP7724792 A JP 7724792A JP H05277137 A JPH05277137 A JP H05277137A
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- JP
- Japan
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- valve
- heart
- artificial
- artificial valve
- wave
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- Pending
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- Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 重症な症例においては、弁の受動的な開閉も
微弱であるため、人工弁を装着した症例について、弁の
動作を助力し、心臓の負荷を軽減することを目的とす
る。 【構成】 心筋１に装着した電極２によって検出される
心電位より、生体心臓特有の波形として現れるＱＲＳ波
の所定ピーク点を検出し、このピーク点の検出タイミン
グに基づいて前記生体心臓に取りつけた人工弁９を開閉
する。心臓の収縮に同期して人工弁を駆動するので、重
症な症例に有利となる。
微弱であるため、人工弁を装着した症例について、弁の
動作を助力し、心臓の負荷を軽減することを目的とす
る。 【構成】 心筋１に装着した電極２によって検出される
心電位より、生体心臓特有の波形として現れるＱＲＳ波
の所定ピーク点を検出し、このピーク点の検出タイミン
グに基づいて前記生体心臓に取りつけた人工弁９を開閉
する。心臓の収縮に同期して人工弁を駆動するので、重
症な症例に有利となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工心臓弁に駆動部分
を持たせ、能動人工弁として用いる場合に好適な人工心
臓弁の駆動方法に関する。
を持たせ、能動人工弁として用いる場合に好適な人工心
臓弁の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９６０年に報告されたＨａｒｋｅｎら
による臨床応用以来、人工弁置換術は、心臓弁膜症にお
いて損傷された弁膜を、弁形成術等の外科的手法で修復
可能な場合の治療法として、独立した手段となってい
る。現在臨床に使用されている人工弁は、機械弁と生体
弁の二種類である。機械弁はセラミックス（熱分解炭
素、ｐｙｒｏｌｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ）と金属（チタン
やコバルト合金）でできている弁であり、生体弁は、材
料の一部を他の生体から得ているものである。
による臨床応用以来、人工弁置換術は、心臓弁膜症にお
いて損傷された弁膜を、弁形成術等の外科的手法で修復
可能な場合の治療法として、独立した手段となってい
る。現在臨床に使用されている人工弁は、機械弁と生体
弁の二種類である。機械弁はセラミックス（熱分解炭
素、ｐｙｒｏｌｉｔｅ ｃａｒｂｏｎ）と金属（チタン
やコバルト合金）でできている弁であり、生体弁は、材
料の一部を他の生体から得ているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の人工弁は、自然
弁と同様に血流により開閉される受動的な弁であるが、
自然弁に比べて慣性が大きく、また機構上ならびに構造
上の相違により弁の開閉抵抗が大きく、そのため心筋の
収束力が低下している心臓に対する弁置換術では心臓に
大きな負担をかける。特に、手術直後では、一時的に心
機能が低下することがあり、そのようなときには、弁の
開閉が不十分になるおそれがある。
弁と同様に血流により開閉される受動的な弁であるが、
自然弁に比べて慣性が大きく、また機構上ならびに構造
上の相違により弁の開閉抵抗が大きく、そのため心筋の
収束力が低下している心臓に対する弁置換術では心臓に
大きな負担をかける。特に、手術直後では、一時的に心
機能が低下することがあり、そのようなときには、弁の
開閉が不十分になるおそれがある。
【０００４】そこで、人工弁に駆動部分を持たせ、心筋
の動きに同期させた能動型人工弁を開発することは、ヒ
トの自然弁に近い理想的な人工弁を開発することと同様
に重要なことである。本発明の目的は、人工弁を心臓の
収縮に同期させて開閉させる方法を提供することにあ
る。
の動きに同期させた能動型人工弁を開発することは、ヒ
トの自然弁に近い理想的な人工弁を開発することと同様
に重要なことである。本発明の目的は、人工弁を心臓の
収縮に同期させて開閉させる方法を提供することにあ
る。
【０００５】更に他の目的は、自然弁と同等に心臓に負
担をかけない人工弁を症例に適用することにある。
担をかけない人工弁を症例に適用することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、心筋に装着し
た電極から心臓の活動に伴って発生する心電位を検出
し、この検出した前記心電位中に現れる心筋特有のＱＲ
Ｓ波におけるピーク点を検出し、この検出タイミングに
基づいて前記心臓に取りつけた人工弁を開閉するように
したものである。
た電極から心臓の活動に伴って発生する心電位を検出
し、この検出した前記心電位中に現れる心筋特有のＱＲ
Ｓ波におけるピーク点を検出し、この検出タイミングに
基づいて前記心臓に取りつけた人工弁を開閉するように
したものである。
【０００７】
【作用】心臓は、その活動に伴い、心電位と呼ばれる活
動電位が心筋に生じており、この活動電位中には心臓特
有のＱＲＳ波が生じている。本発明によれば、上記活動
電位を心筋に取りつけた電極によって検出し、その活動
電位中に出現する上記ＱＲＳ波のピーク点を検出してい
るので、このピーク点のタイミング信号を用いれば、人
工弁を心臓の収縮と同期して開閉させることができる。
動電位が心筋に生じており、この活動電位中には心臓特
有のＱＲＳ波が生じている。本発明によれば、上記活動
電位を心筋に取りつけた電極によって検出し、その活動
電位中に出現する上記ＱＲＳ波のピーク点を検出してい
るので、このピーク点のタイミング信号を用いれば、人
工弁を心臓の収縮と同期して開閉させることができる。
【０００８】
【実施例】以下、図に基づいて本発明の実施例を具体的
に説明する。図１は本発明の第１実施例に係る人工心臓
弁の駆動方法の説明図であり、図２は僧帽弁を例にした
人工弁の断面図である。図１に示すように、本発明の第
１実施例は、心筋１に電極２を装着して、心臓の活動に
よって心筋１に発生する心電位をピックアップしてい
る。ピックアップされた心電位は、体外に装着された増
幅器３を介してピーク検出回路４に導出される。
に説明する。図１は本発明の第１実施例に係る人工心臓
弁の駆動方法の説明図であり、図２は僧帽弁を例にした
人工弁の断面図である。図１に示すように、本発明の第
１実施例は、心筋１に電極２を装着して、心臓の活動に
よって心筋１に発生する心電位をピックアップしてい
る。ピックアップされた心電位は、体外に装着された増
幅器３を介してピーク検出回路４に導出される。
【０００９】ピーク検出回路４は、例えば微分回路とゼ
ロクロス検出回路にて構成され、心臓の活動によって上
記心電位中に特有の波形として現れるＱＲＳ波のピーク
点（Ｒ波ピーク）を検出している。ピーク検出回路４か
らは、ＱＲＳ波におけるピーク点の時間を示すタイミン
グ信号４ａが出力され、該タイミング信号４ａは、遅延
回路５を介して駆動信号発生回路６に導出される。
ロクロス検出回路にて構成され、心臓の活動によって上
記心電位中に特有の波形として現れるＱＲＳ波のピーク
点（Ｒ波ピーク）を検出している。ピーク検出回路４か
らは、ＱＲＳ波におけるピーク点の時間を示すタイミン
グ信号４ａが出力され、該タイミング信号４ａは、遅延
回路５を介して駆動信号発生回路６に導出される。
【００１０】上記遅延回路５は、タイミング信号４ａを
所定時間遅延するものであるが、これは、上記ＱＲＳ波
が心臓の収縮に先立って出現するものであるため、ＱＲ
Ｓ波のピーク点検出時のタイミング信号４ａを、３０ｍ
ｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃ時間だけ遅らせることで、人工弁
９の開閉時期を心臓の収縮に合わせるようにしたもので
ある。
所定時間遅延するものであるが、これは、上記ＱＲＳ波
が心臓の収縮に先立って出現するものであるため、ＱＲ
Ｓ波のピーク点検出時のタイミング信号４ａを、３０ｍ
ｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃ時間だけ遅らせることで、人工弁
９の開閉時期を心臓の収縮に合わせるようにしたもので
ある。
【００１１】駆動信号発生回路６は、上記遅延回路５か
らの信号５ａに基づいて人工弁９を開閉する駆動信号６
ａを発生する。この実施例では、僧帽弁を対象としてい
るので、心臓の収縮の後、閉じていた人工弁９を開くよ
うに駆動信号６ａのレベルを転移している。駆動信号発
生回路６からの駆動信号６ａは、駆動回路７によって増
幅されて、小型モータにて構成した開閉アクチュエ−タ
８Ａ，８Ｂに共通に供給される。ここで、体内に装着す
る開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂを２つにしたのは、人
工弁９が２枚の弁体からなる傾斜開放型機械弁であるた
めである。
らの信号５ａに基づいて人工弁９を開閉する駆動信号６
ａを発生する。この実施例では、僧帽弁を対象としてい
るので、心臓の収縮の後、閉じていた人工弁９を開くよ
うに駆動信号６ａのレベルを転移している。駆動信号発
生回路６からの駆動信号６ａは、駆動回路７によって増
幅されて、小型モータにて構成した開閉アクチュエ−タ
８Ａ，８Ｂに共通に供給される。ここで、体内に装着す
る開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂを２つにしたのは、人
工弁９が２枚の弁体からなる傾斜開放型機械弁であるた
めである。
【００１２】すなわち、人工弁９は、図２及び図３に示
すように、例えばアルミニウムを半僧帽状に形成した２
枚の弁体９Ａ，９Ｂを、円環状のハウジング９Ｃに例え
ばヒンジ１０で開閉自在に取付けたものである。ヒンジ
１０は、弁体９Ａ，９Ｂの基端部中央に形成した筒部１
０ａと、該筒部１０ａに対応してハウジング９Ｃの内壁
に形成した筒部（図示せず）とを軸部材１１で係合し、
弁体９Ａ，９Ｂが軸部材１１を中心に回動するように構
成されている。そして、軸部材１１を開閉アクチュエ−
タ８Ａ，８Ｂに結合することにより、２つの弁体９Ａ，
９Ｂを図２の実線にて示す閉状態と、一点鎖線にて示す
状態に制御することができる。
すように、例えばアルミニウムを半僧帽状に形成した２
枚の弁体９Ａ，９Ｂを、円環状のハウジング９Ｃに例え
ばヒンジ１０で開閉自在に取付けたものである。ヒンジ
１０は、弁体９Ａ，９Ｂの基端部中央に形成した筒部１
０ａと、該筒部１０ａに対応してハウジング９Ｃの内壁
に形成した筒部（図示せず）とを軸部材１１で係合し、
弁体９Ａ，９Ｂが軸部材１１を中心に回動するように構
成されている。そして、軸部材１１を開閉アクチュエ−
タ８Ａ，８Ｂに結合することにより、２つの弁体９Ａ，
９Ｂを図２の実線にて示す閉状態と、一点鎖線にて示す
状態に制御することができる。
【００１３】以上の構成によれば、心臓の収縮に先立っ
て出現するＱＲＳ波に基づいて人工弁９を開閉し、心臓
の活動に同期した駆動が可能となる。図４は心電位波形
を詳細に示す波形図であり、図５は心電位波形から駆動
信号６ａの発生過程を示すタイムチャートである。図５
に示すように、心筋１に装着された電極２からピックア
ップされる心電位には、心臓の活動に伴って発生するＴ
波の前に、振幅の小さなＰ波に続いて、先鋭なＲ波を中
心とするＱＲＳ波が出現する。
て出現するＱＲＳ波に基づいて人工弁９を開閉し、心臓
の活動に同期した駆動が可能となる。図４は心電位波形
を詳細に示す波形図であり、図５は心電位波形から駆動
信号６ａの発生過程を示すタイムチャートである。図５
に示すように、心筋１に装着された電極２からピックア
ップされる心電位には、心臓の活動に伴って発生するＴ
波の前に、振幅の小さなＰ波に続いて、先鋭なＲ波を中
心とするＱＲＳ波が出現する。
【００１４】そこで、ピーク検出回路４は、図５に示す
ように、先ず、増幅器３から導かれる心電位出力３ａの
ＱＲＳ幅に対して微分時定数が調整された微分回路によ
って、ＱＲＳ波を微分する。この微分によって得られる
信号は、波形３0 に示すように、ＱＲＳ波の中心位置
（例えばＲ波のピーク点）でゼロ電位を通過する単一交
流波形となる。次に、ピーク検出回路４のゼロクロス検
出回路は、この波形３0がゼロ電位を通過する点Ｐ
0 （ピーク点）を検出し、タイミング信号４ａを生成す
る。このタイミング信号４ａは、本実施例では、所定時
間、例えば３０〜５０ｍｓｅｃの時間だけ、遅延回路５
によって遅延され、遅延信号５ａとなる。この３０〜５
０ｍｓｅｃは、心臓の収縮開始点Ｐ1 から計測したもの
で、この遅延信号５ａに基づいて駆動信号６ａを生成す
ることで、ほぼ心臓の収縮開始点Ｐ1 から人工弁９を閉
じることができる。心臓の収縮に必要な時間は、４２０
〜４３０ｍｓｅｃ（成人女性で４２０，男性で４３０ｍ
ｓｅｃ）であり、上記駆動信号６ａは、同時間のあいだ
人工弁９を閉状態とするレベルに維持される。なお、こ
の場合の駆動信号６ａは、僧帽弁や三尖弁（房室弁）を
駆動するものであり、心臓の収縮時に開状態から閉状態
に切り換えるものであるが、大動脈弁や肺動脈弁の場合
は、信号６ａ′に示すように、僧帽弁の場合の信号６ａ
とは反転させ、閉状態から開状態に切り換えるものとす
る。
ように、先ず、増幅器３から導かれる心電位出力３ａの
ＱＲＳ幅に対して微分時定数が調整された微分回路によ
って、ＱＲＳ波を微分する。この微分によって得られる
信号は、波形３0 に示すように、ＱＲＳ波の中心位置
（例えばＲ波のピーク点）でゼロ電位を通過する単一交
流波形となる。次に、ピーク検出回路４のゼロクロス検
出回路は、この波形３0がゼロ電位を通過する点Ｐ
0 （ピーク点）を検出し、タイミング信号４ａを生成す
る。このタイミング信号４ａは、本実施例では、所定時
間、例えば３０〜５０ｍｓｅｃの時間だけ、遅延回路５
によって遅延され、遅延信号５ａとなる。この３０〜５
０ｍｓｅｃは、心臓の収縮開始点Ｐ1 から計測したもの
で、この遅延信号５ａに基づいて駆動信号６ａを生成す
ることで、ほぼ心臓の収縮開始点Ｐ1 から人工弁９を閉
じることができる。心臓の収縮に必要な時間は、４２０
〜４３０ｍｓｅｃ（成人女性で４２０，男性で４３０ｍ
ｓｅｃ）であり、上記駆動信号６ａは、同時間のあいだ
人工弁９を閉状態とするレベルに維持される。なお、こ
の場合の駆動信号６ａは、僧帽弁や三尖弁（房室弁）を
駆動するものであり、心臓の収縮時に開状態から閉状態
に切り換えるものであるが、大動脈弁や肺動脈弁の場合
は、信号６ａ′に示すように、僧帽弁の場合の信号６ａ
とは反転させ、閉状態から開状態に切り換えるものとす
る。
【００１５】なお、本実施例では、体内に装着する部品
は、２つの開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂであるが、こ
れら開閉アクチュエ−タは、ハウジング９Ｃを利用して
取付けることができる。具体的には、例えば電磁アクチ
ュエータを利用することができる。また、上記実施例
は、人工弁の回転軸を駆動したため、モータの回転を利
用しているが、別の開閉構造とすれば、開閉アクチュエ
−タ８Ａ，８Ｂは、小型モータ等の電磁アクチュエ−タ
以外に、セラミックの圧電特性を利用した圧電アクチュ
エ−タや、温度変化により変位する形状記憶合金を用い
ることができる。ただし、圧電アクチュエ−タの場合
は、変位量が小さいので、てこなどの方法を用いて変位
を拡大する必要がある。
は、２つの開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂであるが、こ
れら開閉アクチュエ−タは、ハウジング９Ｃを利用して
取付けることができる。具体的には、例えば電磁アクチ
ュエータを利用することができる。また、上記実施例
は、人工弁の回転軸を駆動したため、モータの回転を利
用しているが、別の開閉構造とすれば、開閉アクチュエ
−タ８Ａ，８Ｂは、小型モータ等の電磁アクチュエ−タ
以外に、セラミックの圧電特性を利用した圧電アクチュ
エ−タや、温度変化により変位する形状記憶合金を用い
ることができる。ただし、圧電アクチュエ−タの場合
は、変位量が小さいので、てこなどの方法を用いて変位
を拡大する必要がある。
【００１６】さらに、弁体９Ａ，９Ｂは、ヒンジ１０に
よって開閉自在としたが、他の構成は種々考える事がで
きる。例えばカメラの絞りまたはレンズ・シャッターの
機構を応用することができるものである。また、心電位
は、ＱＲＳ波以外にもＴ波等の種々のピーク波を持つの
で、これらのピーク波とＱＲＳ波のピークとを区別する
ため、ピーク検出回路４には、微分回路やレベル判別回
路を前置することで、正確なＱＲＳ波の検出が可能にな
る。
よって開閉自在としたが、他の構成は種々考える事がで
きる。例えばカメラの絞りまたはレンズ・シャッターの
機構を応用することができるものである。また、心電位
は、ＱＲＳ波以外にもＴ波等の種々のピーク波を持つの
で、これらのピーク波とＱＲＳ波のピークとを区別する
ため、ピーク検出回路４には、微分回路やレベル判別回
路を前置することで、正確なＱＲＳ波の検出が可能にな
る。
【００１７】次に本発明の第２実施例は、ペースメーカ
を体内あるいは体外に装着している症例の場合にも適用
することができる。すなわち、ペースメーカにピーク検
出回路４〜駆動回路７の構成を付加し、ペースメーカよ
り開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂの駆動信号６ａを発生
するようにしてもよい。この実施例の場合は、ペースメ
ーカの時計機能により、ピーク点Ｐ0 を検出後、３０〜
５０ｍｓｅｃを計測して信号６ａのレベルを転移すれば
よい。
を体内あるいは体外に装着している症例の場合にも適用
することができる。すなわち、ペースメーカにピーク検
出回路４〜駆動回路７の構成を付加し、ペースメーカよ
り開閉アクチュエ−タ８Ａ，８Ｂの駆動信号６ａを発生
するようにしてもよい。この実施例の場合は、ペースメ
ーカの時計機能により、ピーク点Ｐ0 を検出後、３０〜
５０ｍｓｅｃを計測して信号６ａのレベルを転移すれば
よい。
【００１８】また、第３実施例として、心電図計の波形
より、ＱＲＳ波を検出することも可能である。このよう
な実施例は、長期の入院患者あるいは術中の患者に適用
することができる。なお、上記開閉アクチュエ−タ８
Ａ，８Ｂ及びピーク検出回路４等の回路を駆動する電源
は、体外に携帯することは言うまでもない。
より、ＱＲＳ波を検出することも可能である。このよう
な実施例は、長期の入院患者あるいは術中の患者に適用
することができる。なお、上記開閉アクチュエ−タ８
Ａ，８Ｂ及びピーク検出回路４等の回路を駆動する電源
は、体外に携帯することは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、心
臓に人工弁が取付けられた症例において、心臓の収縮に
先立って心電位中に現れるＱＲＳ波を検出し、このＱＲ
Ｓ波のピーク位置のタイミングに同期して人工弁を駆動
しているので、心臓の収縮に同期した人工弁の駆動がで
き、心臓への負担が少なく、重症な症例に極めて有利と
なる。
臓に人工弁が取付けられた症例において、心臓の収縮に
先立って心電位中に現れるＱＲＳ波を検出し、このＱＲ
Ｓ波のピーク位置のタイミングに同期して人工弁を駆動
しているので、心臓の収縮に同期した人工弁の駆動がで
き、心臓への負担が少なく、重症な症例に極めて有利と
なる。
【図１】 本発明に係る人工心臓弁の駆動方法の一実施
例を示す説明図
例を示す説明図
【図２】 同上実施例に用いる人工弁の構成を示す断面
図
図
【図３】 同上人工弁の弁体の開閉構造を示す斜視図
【図４】 心電位中に現れるＱＲＳ波を説明する波形図
【図５】 本発明の動作を説明するタイムチャート
１…心筋、２…電極、３…増幅器、４…ピーク検出回
路、５…遅延回路、６…駆動信号発生回路、７…駆動回
路、８Ａ，８Ｂ…小型モータ、９…人工弁。
路、５…遅延回路、６…駆動信号発生回路、７…駆動回
路、８Ａ，８Ｂ…小型モータ、９…人工弁。
Claims (1)
- 【請求項１】 心筋に装着した電極から心臓の活動に伴
って発生する心電位を検出し、この検出した前記心電位
中に心筋特有の波形として現れるＱＲＳ波のピーク点を
検出し、このピーク点の検出タイミングに基づいて前記
心臓に取りつけた人工弁を開閉することを特徴とする人
工心臓弁の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7724792A JPH05277137A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 人工心臓弁の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7724792A JPH05277137A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 人工心臓弁の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277137A true JPH05277137A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=13628534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7724792A Pending JPH05277137A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 人工心臓弁の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05277137A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012505015A (ja) * | 2008-10-10 | 2012-03-01 | ミルックス・ホールディング・エスエイ | 改良型人工弁 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP7724792A patent/JPH05277137A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012505015A (ja) * | 2008-10-10 | 2012-03-01 | ミルックス・ホールディング・エスエイ | 改良型人工弁 |
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