JPH05504076A - 筋内の温度変化測定による筋肉出力モニター - 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】 発明の背景 １、発明の分野 本発明は心臓援助システムに関し、特に骨格筋によって動力を供給される心臓援 助システムのモニタリングに関する。

２、先行技術の説明 心臓援助システムは人間の心臓に代わるものではなく、単に心臓の動作を補うだ けである。心臓援助システムに関しては、様々な機械的動力源を用いる多くの技 術が提案されている。これらは皮下に十分なエネルギーを蓄えることが困難なた めに経皮的なエネルギー移動にいくつかの形態を要求する。そのようなシステム は厄介なもので、患者にとっては不都合なことに、経皮的なエネルギー移動通路 に沿って病気が伝染しやす（なる。

非常に有望な技術は、外科的に修正された骨格筋から心臓援助システムに勧カを 供給するというものである。これによって心臓援助システムは、正常な生化学的 なプロセスによって動力を供給される。カラファラ（Ｋｈａｌａｆａｌ　ｌａ） 氏に対する米国特許第４，８１３，９５２号は、骨格筋動力を供給される心臓援 助システムのいろいろな構成例を開示している。

骨格筋肉動力を供給される心臓援助システムに特有な問題は、心筋に要求される 連続的収縮／弛緩の定常負荷条件に骨格筋を対応させなければならないという点 にある。米国特許第４，４１１，２６８号は、コックス（Ｃｏｘ）氏に対して発 行されているが、骨格筋を条件付けるための技術を開示する。コックス氏の装置 は、この条件付けを成し遂げるために有効であるが、条件付はプロセスに続く長 期的な骨格筋の安定性モニターに関していかなる手段も備えていない。実際問題 、熟練した医療担当者自身が精巧な器具を使用して骨格筋の作用をモニターし、 パルス発生器プログラミング手段を用いて刺激処方をコントロールしていかなけ ればならない。さらに米国特許第４，８１３，９５２号及び同第４，４１１．２ ６８号は、骨格筋への十分な導管補助を長期的に寅証するためのリアルタイムモ ニターのメカニズムを開示していない。

発明の開示 本発明の好ましい態様は、長期的に皮下埋設可能な温度センサーを心臓援助シス テムの骨格筋肉内に使用することである。センサーには好ましくは、心臓援助シ ステムの皮下埋設可能なパルス発生器に連結する温度に敏感な抵抗体、例えばサ ーミスタを使用する。

皮下埋設可能なパルス発生器の中の回路が、骨格筋内の温度変化に相当するサー ミスタの抵抗変化を感知する。そのため皮下埋設可能なパルス発生器は、骨格筋 による仕事の出力の効率をモニターすることができる。

皮下埋設可能なパルス発生器の範囲内の回路が、筋肉活動を最適化するために、 自己調律による心臓収縮及びベーシングされた心臓収縮のタイミングと特徴とを 変える。これは渦電流熱の生産を最小限にすることによって心臓援助システムの 効率を改善する。また心筋が骨格筋の収縮から最大の援助を得ることも保証する 。

図面の簡単な説明 本発明の他の目的及び多くの効果は、以下の発明の詳細と添付図面を考慮するこ とによって容易に正しく理解されよう。

図１は、本発明の第１の実施例を示し、骨格筋は心筋を囲んでいる。

図２は、本発明の他の実施例を示し、骨格筋は置火動脈を囲んでいる。

図３は、本発明の他の実施例を示し、骨格筋は置火動脈に心拍と逆のパルスを与 えるようになっている。

図４は、温度センサーを備えた感知リードの平面図である。

図５は、皮下埋設可能なパルス発生器のブロック図である。

図６は、皮下埋設可能なパルス発生器によるパルスと心臓の収縮の間のタイミン グ関係を示すグラフである。

図７は、条件付けした骨格筋による力及び条件付けしていない骨格筋による力を 示すグラフである。

図８は、条件付けしていない骨格筋収縮で感知される温度、条件付けしたが不適 当に調節された骨格筋収縮で感知される温度、及び条件付けられかつ適正に調節 された骨格筋収縮で感知される温度を示すグラフである。

図９は、条件付けした骨格筋収縮で感知される温度及び条件付けしていない骨格 筋収縮で感知される温度の経時的グラフである。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明は、骨格筋の条件付けとメンテナンス及び骨格筋刺激パルスのタイミング の適切さを長期的にモニターするために、骨格筋刺激による動力供給型の心臓援 助システムの骨格筋内に皮下埋設された温度センサーを使用する。本明細書中に 引用した米国特許第４，８１３，９５２号に記載されているように、心臓援助シ ステムは様々な形態で形成される得る。これらの構成のい（つかを図面を参照し て説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は本発明の実施例を示し、骨格筋２２は心臓１００を包んでいる。骨格筋２ ２は、本明細書中に引用した米国特許第４，４１１，２６８に述べられているよ うに連節とする。条件付けの適切さとこの状態の持続は以下に説明する方法でモ ニターする。皮下埋設可能なパルス発生器３６は、米国特許第４，４１１，２６ ８に述べられているように、デマンド型ペースメーカーを構成するようにベーシ ングリード３４に連結する。また皮下埋設可能なパルス発生器３６は、心臓１０ ０と同期して収縮するように骨格筋２２を刺激する。骨格筋２２の同時の収縮に よって心臓１００への援助が行なわれ、置火動脈１０２と他の循環系統中の心収 縮期圧力が増加する。

本発明によると温度センサー１０６は、心臓援助システムの動作をモニターする ために骨格筋肉２２内に皮下埋設される。温度センサー１０６によって測定され た温度が、リード１０４を経て皮下埋設可能なパルス発生器３６へ伝達される。

このデータは、正確に刺激と条件付けと持続パルスを計るために、皮下埋設可能 なパルス発生器３６によって使用される。

図２は、本発明の他の実施例を示す。この実施例では、骨格筋２２が置火動脈１ ｏ２と直列に挿入された人工心室２０を囲んでいる。本実施例は図１の実施例と 異なり、心臓１００の次期収縮を引き起こすために皮下埋設可能なパルス発生器 ３６が骨格筋２２を刺激する。これは後述するように、心臓１００のベーシング されるかまたは感知された脈拍と骨格筋２２の刺激の間に遅れを挿入することに よって実現できる。

図３が、さらに他の実施例を示し、人工心室２０は、置火動脈１０２外に連結す る。この構成では、骨格筋２２は、心臓１００の脈搏とは逆に刺激される。これ によって８拡張圧力が上がり、それによって心臓１００の局所潅流が増加する。

これは、感知されるかまたはベーシングされた心臓１００の収縮と骨格筋２２の 刺激の間に、皮下埋設可能なパルス発生器３６によって十分な遅れを挿入するこ とによって実現でき、所望の逆行脈動が引き起こされる。

図４は、センサー１０６に連結するリード１０４の平面図である。リード１゜４ の外カバーは、医療用シリコンゴムかポリウレタンのような長期的に皮下埋設可 能な生物学的適応性材料からなるアウターシース１５６である。リード１０４の 近位端は、皮下埋設可能なパルス発生器３６に差し込まれる隔離された二股のコ ネクター１５８を含んでいる。一対のシールリング１６０．１６２は体液の浸入 に対するシールを完璧に行なう。リード１０４は、皮下埋設可能なパルス発生器 ３６と温度センサー１０６のサーミスタを連結する電気的に隔離した二つの伝導 体を含む。これら二つの伝導体は、電気的にターミナルビン１６４．１６６に連 結する。

リード１０４の遠位端には、温度センサー１０６を有する。この温度センサー１ ０６はハウジング１５４内に収納した一般的な温度に敏感な抵抗体である。好ま しくはハウジング１５４は、医療用シリコンゴムで内外を絶縁したチタン製の円 筒体である。ハウジング１５４内のサーミスタの２つ端子は、リード１０４本体 内で２つ伝導体に連結する。サーミスタは、好ましくはチタンのような生物学的 適応性材料で構成し、温度センサー１０６の遠位チップ１５０に熱的に連結する 。遠位ティップ１５０は、温度センサー１０６のサーミスタに対する熱伝導を促 進するために絶縁されておらず、それゆえに生物学的適応性材料でなければなら ない。タイン１５２は、骨格筋２２内への温度センサー１０６の長期にわたる取 り付けを助ける。このタインは、ベーシングリードの長期にわたる取り付けに有 用なものとして知られている。他の取り付は装置も、骨格筋２２のために有用な ものがあるであろう。

図５は、皮下埋設可能なパルス発生器３６の回路ブロック図である。図１で示さ れるように、ベーシングリード３４は、心臓１００に皮下埋設可能なパルス発生 器３６を電気的に連結する。自己調律ベーシングが正確な時間で起こらなかった ことを検出すると、ベーシング発生器２００は、人工のベーシングパルスを供給 する。そのような自己調律の感知が、ライン２１４を経てベーシングリード３４ に連結する感知アンプ２０２によって容易になされる。

増幅された信号は、ライン２１６によってベーシング発生器２ｏ○に送られる。

増幅された自己調律ベーシング信号も、ライン２１８によってオアゲート２０８ に送られる。オアゲート２ｏ８は、ライン２２０を経た人工のベーシングしてい る信号の指示をも受信する。どちらの事象でもライン２２４の上のオアゲート２ ｏ８の出力が、自然にあるいは人工的に心臓１００の刺激収縮時間を示す。

タイミング論理回路２０６は、骨格筋２２の収縮を刺激するパルスを作り出させ るための信号をライン２２６を経て刺激発生器２１２に供給する。この信号は、 心臓１００の収縮後にあらかじめ決められた遅れで生じる。この遅れの正確な量 は、２つ要因に基づく。これらの第１は、心ｍ援助システムの構成である。

上述のようにこの遅れは、心臓］００に関連して適当な時間で骨格筋２２の収縮 を供給するために必要である。この遅れは図１の構成にとっては非常に短くて、 そして図３の構成にとっては非常に重要である。、２番目の要因は、ライン２２ ２を経て信号プロセッサー２０４によって供給される調整である。この要因は、 以下に詳細に説明する。

条件発生器２１０は、米国特許第４，４１１，２６８号に述べられているように 連節である骨格筋２２を条件付けするために用いるパルスを供給する。これらの パルスは、刺激発生器２１２の刺激パルスと共にライン２２８とリード３２によ り骨格筋２２に伝送される。骨格筋２２が、充分に条件付けした後、米国特許第 ４，４１１，２６８号に述べられているように、条件付はパルスは、振幅が低く 低電力で済む条件付はパルスと異なる持続パルスと置き換久られる。持続パルス への変化が、下記の状態の下でライン２３０を経て信号処理装置２０４によって 誘発される。

信号処理装置２０４は、上述のようにリード１０４の２つ伝導体によって温度セ ンサー１０６に連結する。信号処理装置２０４は、温度センサー１０６のサーミ スタの抵抗、即ち骨格筋２２の温度を測定するために公知の回路を用いる。感知 された温度に基づいて、ライン２２２．２３０を経て送られ、信号は刺激パルス の遅れを変化させ、そしてそれぞれ持続パルスに変わる。

図６は、時間ｔ１で生じているベーシングパルス３０２と骨格の筋肉２２に伝送 する対応パルスを含む単一周期３００のグラフである。刺激パルス３０４は、骨 格筋２２の第１の収縮を引き起こすパルスである。それは遅れ３０８に続いてい る時間ｔ２で生じる。上述のように遅れ３０８は、部分的に心臓援助システムに よって決定され、また部分的に信号処理装置２０４によって決定される。刺激パ ルス３０４に続く条件付け／持続パルス３０６は時間ｔ３ａとｔ３ｂとｔ３ｃと ｔ３ｄで生成される。これらのパルスは、米国特許第４，４１１，２６８号の開 示内容に従って条件発生器２１０によって作られる。

図７は、条件付けられていないサイクル３１８と条件付けしたサイクル３１０の 骨格筋２２の収縮力を示すグラフである。条件づけられたサイクル３１０のため の力曲線は滑らかでかつ連続し、連節であることを示す。条件付けられていない サイクル３１８の力曲線は不連続で、そして速い筋肉の特徴を示す。曲線のピー ク３１２．３１４．３１６．３２０は時間ｔ３ａとｔ３ｂとｔ３ｃと１０ｔ３ｄ で生じて、それぞれ条件付はパルスに相当している２番目の収縮である。これら の特定の曲線は、理想的応答を示す。サーミスタを用いているこれらの特定の曲 線の実際の測定は、多分非常に難しいであろう。

図８は、３つの異なる状況の下で温度センサー１０６によって測定された温度曲 線のグラフである。温度曲線３１９は、充分に条件づけられた骨格筋２２の正確 に計測された収縮の理想的状況に相当する。この曲線の２つのキーとなる特徴は 、ピーク３２２においてのその滑らかで、そして自然に連続する比較的低いピー ク温度である。

他方、滑らかで連続するものの温度曲線３２１は幾分遅れてよりいっそう高い温 度ピーク３２３に到る。このより高い温度ピークは、不適当に計測された刺激パ ルスとして容易に信号処理装置２０４によって感知される。このより高い温度は 、不適当に計測された収縮に関係する等測の活動のより大きい成分及び等張の活 動のより小さい成分から結果的に生じる。この高くなった温度ピーク３２３を感 知すると、信号処理装置２０４が、遅れ３０８を短くするために、ライン２２２ を経てタイミング論理２０６に通知する（図５、図６参照）。

温度曲線３２４は、条件付けられていない骨格筋２２の特徴である。この温度曲 線３２４は、複数の相対的温度ピーク３２６．３２８．３３０．３３２を有する 。これらの相対的温度ピークは、条件付はパルスに対する速いけいれん応答に相 当する。温度曲線３２４を示す骨格筋２２が条件付けによらないので、信号処理 装置２０４は、ライン２３０を経て条件発生器２１０に通知しなければならない 。

図９が、温度曲線３１９．３２４の微分曲線を示すグラフで、曲線３３４は、曲 線３１９に、曲線３３８は、曲線３２４に相当する。微分された温度曲線の使用 を通して信号処理装置２０４は、非常に容易に条件付けした骨格筋２２と条件付 けられていない骨格筋２２との相違を見分けることができる。曲線３３４が、充 分に条件づけられた骨格筋２２を代表するので、上述の滑らがで連続する温度曲 線を有し、対応する微分された曲線は点３３６でたった一つのゼロ交差を有する 。他方、微分曲線３３８は、点３４０．３４４．３４８．３５２でゼロ交差を有 する。デジタル式でも周波数分析でもいずれも公知の方法で、信号処理装置２０ ４によってこれが容易に検出される。

以上本発明の好ましい実施例を説明してきたが、当業者は請求項の範囲から外れ ることなしに本発明を他の実施例へ容易に適用することができる。

要約書 心臓援助システムに動力を供給する骨格筋の機能をモニターする装置と方法であ る。長期的に皮下埋設可能な温度センサーを骨格筋内に埋め込む。筋肉収縮と機 能は筋肉の温度測定によってモニターできる。温度測定結果は、条件付けと持続 と刺激パルスのタイミングを最適化することによる骨格筋の使用で効率を最大に するために、心臓援助システムの皮下埋設可能なパルス発生器によって使用され る。

補正書０写しく翻２文）提出書　（Ｈ７第１°“）平成４年６月２日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．以下の要件からなる装置： ａ．収縮によって心臓を援助するために機械的に上記心臓に連結した外科的に用 意される骨格筋； ｂ．上記外科的に用意された骨格筋を刺激して上記心臓を援助するために、上記 心臓と上記外科的に用意された骨格筋を反応可能に連結した手段；及びｃ．上記 骨格筋の収縮効率を測定するため該骨格筋に反応可能に連結した手段。
2. ２．上記刺激手段のタイミングを調整して上記骨格筋の効率を改善するために上 記測定手段と上記刺激手段に反応可能に連結した手段を含む請求項１の装置。
3. ３．上記測定手段が温度センサーを含む請求項２の装置。
4. ４．以下のステップからなる心臓の活動を援助する方法：ａ．外科的に用意され る骨格筋； ｂ．上記骨格筋の収縮が、心臓の活動を援助するように位置させる；ｃ．上記骨 格筋を刺激して収縮させ；そしてｄ．上記骨格筋の上記収縮の効率を測定する。
5. ５．上記測定しているステップの結果に応じて上記刺激ステップの少くとも１つ のパラメーターを自動的に変更し、上記刺激ステップと上記測定ステップをくり 返す請求項４の方法。
6. ６．上記測定ステップにおいて骨格筋の温度を測定する請求項５の方法。