JPH0554976B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、心拍数の加速／減速検出システムに
関する。このシステムは、生命を脅かすような不
整脈の検出に応答して高エネルギの電気パルスを
直線心臓に供給する植え込み式の自動除細動器
（即ち、カルジオバータ）の一部分として特に利
用されるものである。

従来の技術 近年、心臓の種々の不調や不整脈を効果的に除
細動するための技術の開発が益々盛んになつてき
ている。これまでの努力によつて植え込み式の電
子スタンバイ除細動器が開発されており、この除
細動器は、心臓の異常な律動の検出に応答して、
心臓に接続された電極を経て充分なエネルギを放
出し、心臓を消極すると共に、正常な律動に復帰
させる。

又、除細動即ちカルジオバージヨンが必要であ
るかどうかを判断するために心臓の活動を確実に
監視する技術の開発にも研究努力が払われてい
る。このような技術は、心拍数を監視したり、確
率密度関数（PDF）に基づいて細動の存在を判
断したりすることを含む。PDF技術を用いたシ
ステムは、心臓波形がゼロ電位軸から費やす時間
を統計学的に評価する。この波形が確率密度関数
で測定して危険なほど不規則になつた時には、除
細動即ちカルジオバージヨンを必要とする異常な
心臓機能が示唆される。このPDF技術は、ラン
ジヤ（Langer）氏等の米国特許第4184493号及び
第4202340号に開示されている。

心臓の活動を監視する別のシステムは、心臓の
異常律動の存在を判断するPDF技術を利用して
いると共に、このPDF技術にあいまつて心室細
動及び高心拍数の頻脈（所定の最小限界より高い
心拍数によつて指示される）を指示するための心
拍数感知回路も利用している。高心拍数の頻脈が
検出されると、即ち、心拍数感知回路の出力が所
定の限界を越えると、不整脈の状態であるとさ
れ、除細動パルス即ちカルジオバージヨンパルス
が発せられる。典型的な心拍数検出回路がイムラ
ン（Imran）氏等の米国特許第4393877号に開示
されている。自動利得制御（AGC）フイードバ
ツク回路を用いた別の心拍数検出回路が、1983年
３月23日に出願されたイムラン氏等の米国特許出
願第478038号（1982年４月21日に出願された米国
特許出願第370191号の継続出願）（米国特許第
4614192号に対応）に開示されている。

米国特許第4393877号に開示されたように、
PDF回路及び心拍数平均化回路の両方の出力に
応答するか又は心拍数平均化回路のみに応答して
除細動パルスが発生される。即ち、或る状態にお
いては、所定の限界を越える平均心拍数に応答し
て不整脈のみを処理することを所望される。

然し乍ら、或る患者の場合には、所定の限界値
より高い平均心拍数が存在するだけでは、除細動
パルス即ちカルジオバージヨンパルスが供給され
ない。例えば、或る患者は、除細動器の植え込み
を必要とするにも拘らず、通常不整脈を指示する
限界レベルを越えるような心拍数を生じさせる比
較的激しい運動を行なうことができる。このよう
な患者の場合には、植え込まれた装置がこのよう
な高い心拍数に応答して不必要で且つ不所望な高
エネルギパルスを発生しないように保護すること
が重要である。

発明が解決しようとする問題点 従つて、矯正的な除細動シヨツク即ちカルジオ
バージヨンシヨツクを必要とする高心拍数の頻脈
と、激しい運動等によつて生じる処置を必要とし
ない高心拍数の正常の洞律動とを区別できる植え
込み式の除細動器即ちカルジオバータが要望され
ていることが明らかである。

問題点を解決するための手段 本発明では、激しい運動等によつて生じる高心
拍数の検出された状態は典型的に徐々にこれに到
達するが、矯正処理を必要とする頻脈における心
拍数は比較的急速に上昇することが認識される。
即ち、心拍数がゆつくりと加速する場合には、こ
のような状態が通常の運転によつて生じたものと
考えられ、除細動シヨツク即ちカルジオバージヨ
ンシヨツクは必要とされない。

従つて、本発明の目的は、心拍数が比較的急速
に加速したかどうかを判断するために心拍数の加
速の大きさを検出し、ひいては、処置可能な不整
脈状態を指示するシステムを提供することであ
る。このような急激な加速が指示されると共に、
心拍数平均化回路から高い心拍数が指示される
と、生命を脅かす不整脈状態があるとされ、除細
動シヨツクが与えられる。

更に、本発明では、早期心室収縮（PVC）の
存在中即ち矯正シヨツク処置を通常必要としない
状態の存在中にも比較的高い加速心拍数（鼓動−
鼓動をベースとする）が生じることが認識され
る。このPVCの存在は、典型的に、鼓動から鼓
動までの心拍数が急激に加速した直後に鼓動から
鼓動までの心拍数が急激に減速することを特徴と
するする。即ち、早期の鼓動がその前の鼓動に接
近して続き（急速な加速）、その後の鼓動は、そ
の正常な鼓動位置をとる。この加速及びその後の
減速が所定の値を越えた場合には、PVC状態で
あるとされ、不整脈検出論理は受動的なまゝとさ
れる。

本発明の更に別の目的は、過剰な加速状態が検
出される直前の過剰な減速状態の存在を検出し、
このような状態が生じた際に除細動パルス即ちカ
ルジオバージヨンパルスを阻止することである。
このような状態は、典型的に、心拍数検出器から
自動利得制御（AGC）が脱落することによつて
生じる。即ち、本発明の心拍数検出器は、前記米
国特許第4614192号明細書に開示されたように、
AGCフイードバツク路を備えているのが好まし
い。このAGC回路により、心拍数の「減速」を
後で生じるような鼓動即ちＲ波を検出することが
できる。AGCが制御を再開すると、正常な心拍
数があたかも加速状態のようにみえる。従つて、
減速の直後の加速事象が回路によつて無視され、
従つて、パルス発生器の不所望な作動が阻止され
る。

本発明のこれら及び他の目的は、以下の詳細な
説明及び添付図面から明確に理解されよう。

実施例 以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実
施例を詳細に説明する。

本発明の不整脈検出システム１が第１図に概略
的に示されている。この不整脈検出システム１
は、患者の心臓７に接続された電極３及び５に接
続するようにされる。これらの電極は、心室の収
縮をECG感知するために右心室に配置されるバ
イポーラ感知電極３と、高電圧の除細動／カルジ
オバージヨンパルスを供給するために上大静脈
（SVC）に配置される心臓内感知／高電圧供給電
極５である。心臓７の心筋層にはパツチ電極６が
接続されるが、更に別の電極面を電極３及び５の
付近に配置することもできる。バイポーラ電極３
は、心拍数検出回路９にECG入力信号を供給す
る。SVC電極５は、パツチ電極６と共に作用し
て、PDF回路１１へ入力を供給する。

心拍数検出回路９は、前記米国特許第4614192
号又は米国特許第4393877号に開示されたものと
同様である。基本的には、心拍数検出回路９は、
Ｒ波を検出し、入つてくるECG信号のＲ波に比
例する均一なパルスを発生する。Ｒ波とＲ波との
間の時間は、Ｒ波の率、即ち、心拍数に反比例す
る。

PDF回路１１は、米国特許第4184493号及び第
4202340号に開示されている。

心拍数検出回路９は、その出力が心拍数平均化
回路１３に接続されており、該回路１３は、心拍
数検出器９からの出力パルスを受け取り、平均心
拍数を計算しそしてこの平均心拍数が所定の値を
越えた時に出力を発生する。この心拍数平均化回
路は、米国特許第4393877号又は米国特許第
4614192号に開示されたものである。心拍数平均
化回路１３及びPDF回路１１の出力は、不整脈
検出論理回路１５へ入力として供給される。この
論理回路１５は、アンドゲートを含んでおり、そ
の入力は、心拍数平均化回路１３及びPDF回路
１１の出力を受け取り、良く知られたように、
PDF回路１１及び心拍数平均化回路１３から出
力信号が生じた際にパルス発生器（図示せず）に
出力を発生する。或いは又、検出論理回路１５
は、回路１３からの高い平均心拍数のみに基づい
て不整脈を検出することが所望される時にPDF
回路１１の出力を不能とするための手段を備えて
いるのが好ましい。PDF回路１１を作動不能に
し、心拍数平均化回路１３のみに基づいて不整脈
を検出するための論理が米国特許第4393877号に
開示されている。

本発明の新規な心拍数加速／減速検出システム
１７が第１図に概略的に示されている。この加
速／減速検出論理回路１７は、心拍数を表わす電
気パルスを受け取るように心拍数検出器９に接続
される。前記したように、これらのパルスは、
ECG波パケツトから検出されたＲ波に比例する
ものであり、ECG波パケツトでは、良く知られ
たように、検出されたＲ波間の時間インターバル
を測定することにより瞬時心拍数を計数すること
ができる。上記の時間インターバルは、瞬時心拍
数に反比例する。或いは又、心拍数検出器９それ
自体が、検出Ｒ波を心拍数の瞬時の読みに変換す
る回路を含んでいて、このような心拍数情報をデ
ジタルの形態で加速／減速検出システム１７に供
給してもよい。

加速／減速検出システム１７は、Ｒ波パルスを
受け取り、鼓動ごとのベースで心拍数を決定す
る。システム１７は、心拍数が過剰に加速してい
るかどうかを決定し、以下に述べるように他の論
理機能を実行する。除細動／カルジオバージヨン
パルスを必要とするような形式の加速があると判
断された場合には、加速／減速検出システム１７
は、不整脈検出論理回路１５への出力信号を発生
する。心拍数平均化回路１３及び加速／減速検出
回路１７から出力が生じた際には、不整脈検出論
理回路がパルス発生器に出力を与える。このよう
な論理回路は、簡単なアンドゲートである。同様
に、不整脈を判断するためにPDF回路１１も監
視すべきである場合には、検出論理回路１５がパ
ルス発生器をトリガするために、PDF回路１１、
心拍数平均化回路１３及び加速／減速検出システ
ム１７からの出力信号が必要とされる。これら信
号の各々は、アンドゲート又は他の論理回路への
入力を構成する。

加速／減速検出動作の機能的なフローチヤート
が第２図に示されている。当業者に明らかなよう
に、このフローチヤートの機能は、ハードウエア
である論理回路で実行されてもよいし、このフロ
ーチヤートに示された論理機能を実行するマイク
ロプロセツサを用いてソフトウエア的に実行され
てもよい。フローチヤート論理の実際の構成は、
ハードウエアにしろマイクロプロセツサをベース
とするフアームウエアにしろ当業者にとつて比較
的簡単なものである。

例えば、加速／減速検出システム１７は、ラン
ダムアクセスメモリ（RAM）及びリードオンリ
メモリ（ROM）並びに必要なデータ及びアドレ
スラインが組み合わされた一般のマイクロプロセ
ツサを備えている。このマイクロプロセツサシス
テムは、心拍数検出器９からのＲ波を表わす電気
信号を入力として受け取り、不整脈検出論理回路
１５へ出力信号を発生するが、これ自身が不整脈
論理機能を実行してもよい。

心拍数検出器９からの一連の心臓鼓動、即ち、
Ｒ波信号は、マイクロプロセツサによつて読み取
られ、１グループの一連のＲ波に対して心拍数が
決定され、メモリに記憶される（判断ブロツク１
９）。心拍数は、各次々のＲ波を受け取る際に、
１グループの２つの連続するＲ波信号に対して計
算されるのが好ましい。（或いは又、心拍数は、
多数のＲ波信号に対して計算されてもよく、例え
ば、３つの心臓鼓動ごとに、新たな心拍数が計算
される。）瞬時心拍数は、各次々のＲ波が検出さ
れるたびにマイクロプロセツサによつて決定さ
れ、次々の心拍数がメモリに記憶される。最初
は、少なくとも４つの別々の心拍数が計算され
（少なくとも５つのＲ波を必要とする）そしてメ
モリに記憶される。

瞬時心拍数が判断ブロツク１９によつて決定さ
れるたびに、各々の鼓動−鼓動の心拍数（Rn）
がその手前の鼓動−鼓動の心拍数（Rn−１）と
比較され、判断ブロツク２１で示すように所定値
Ａを越えたかどうか判断される。鼓動−鼓動の心
拍数（Rn）がＡより大きな値だけその手前の鼓
動−鼓動の心拍数（Rn−１）より大きい場合に
は、システムは、以下で述べるように判断ブロツ
ク２３へと続く。例えば、値Ａは、15であつて、
15鼓動／分（bpm）を表わしているものとする。
心拍数（Rn）が15bpmだけその手前の心拍数
（Rn−１）より大きい場合には、加速であると判
断され、システムは、以下で述べる判断ブロツク
２３へと続く。心拍数の増加が15bpm未満である
場合には、否定（ノー）の判断がなされ、システ
ムは復帰して、心拍数が所定値Ａだけ手前の心拍
数よりも増加するまでチエツクを続ける。

判断ブロツク２１において加速が決定されそし
てシステムが判断ブロツク２３へ続く場合には、
心拍数（Rn）がその次の心拍数（Rn＋１）と比
較され、所定値Ｂより大きな値だけ次の心拍数よ
り大きいかどうか判断される。このような判断が
肯定（イエス）である場合には、減速であると判
断され、システムは、判断ブロツク２１の始めに
戻る。即ち、心拍数の加速の直後に大きな減速
（値Ｂより大きな減速）が続く場合には、不整脈
状態ではないとされ、システムは、入つてくる心
拍数を監視し続ける。（このような判断は、以下
で述べるPVCを示す。）このような過剰な減速が
あると決定されなかつた（ノーの）場合には、シ
ステムは判断ブロツク２５へと続く。

判断ブロツク２５を参照すれば、システムは加
速の直前に大きな減速があつたかどうか判断す
る。即ち、直前の心拍数（Rn−１）がその直前
の心拍数（Rn−２）と比較される。心拍数（Rn
−２）が所定値Ｂより大きな値だけ心拍数（Rn
−１）より大きい場合には、大きな減速があつた
とされる。このような事象の発生が判断ブロツク
２５の「イエス」出力によつて指示されると、
AGCの欠落があるとされ、システムは、次の心
拍数に基づいて作動を続けるようにされる。即
ち、大きな加速の前に大きな減速が検出される
と、加速検出器１７からは出力が発生されない。
大きな減速があると判断されない場合には（ブロ
ツク２５の出力「ノー」）、システムがブロツク２
７へ続く。

大きな加速が検出され（判断ブロツク２１か
ら）そしてこの大きな加速の後にも（判断ブロツ
ク２３）その前にも、（判断ブロツク２５）大き
な減速が見つからないとすれば、システムは、判
断ブロツク２７で示されるように不整脈検出器１
５に出力を発生する。この出力信号は、ブロツク
２１，２３及び２５の条件が満足された後の所定
の時間中維持されるのが好ましい。即ち、心拍数
の大きな加速が検出されてその前にその後にも大
きな減速が検出されない場合には、出力信号即ち
「真」の信号が不整脈検出器１５へ供給され、所
定の時間中維持される。或いは又、所定数の上記
不整脈条件が所与の時間内に満足されるか所定数
の心臓鼓動にわたつて満足された後にのみ、検出
器１５に出力を供給するのも効果的である。即
ち、例えば、所与の時間内もしくは所定数の鼓動
にわたつて５個の加速／０個の減速という状態が
生じた場合にのみ、判断ブロツク２７から出力信
号が発生される。

第３図は、心拍数検出器９の出力を表わす３つ
の別々の一連の心臓鼓動を示すグラフであつて、
加速／減速検出システム１７がいかに作動するか
を説明するためのものである。第３ａ図を参照す
れば、最初の２つのＲ波から心拍数70bpmが決定
され、次のＲ波が70bpmで検出され、その次のＲ
波が105bpmで検出され、その次が140bpmとな
る。70bpmから105bpmへの心拍数変化が検出さ
れると、加速信号が決定される（判断ブロツク２
１）。次いで、システムは、このような加速の後
に大きな減速があるかどうかをチエツクする（判
断ブロツク２３）。心拍数は105bpmから140bpm
へ増加するので、大きな減速は検出されない。
（従つて、判断ブロツク２３の出力は、ノーであ
る。）次いで、システムは、加速の前に大きな減
速があつたかどうかをチエツクする（判断ブロツ
ク２５）。第３ａ図の例では、２つの手前の心拍
数が70bpmで一定であり、従つて、判断ブロツク
２５の出力は「ノー」であり、即ち、大きな減速
は存在しない。従つて、不整脈検出論理回路１５
に出力が与えられる。

第３ｂ図を説明すれば、この波形は、心拍数が
70bpmから140bpmへ増加し、次いで、70bpmに
なることを示している。従つて、大きな加速の直
後に大きな減速が存在する。これは、早期の心室
収縮（PVC）を表わしており、不整脈検出論理
回路１５には出力が与えられない。

第３ｃ図を参照すれば、心拍数は、70bpmから
53bpmに減少した後に70bpmに増加する。53bpm
から70bpmへの増加が加速限界値Ａを越え、ひい
ては、判断ブロツク２１の出力が「イエス」にさ
れると仮定すれば、システムは、このような加速
の前に大きな減速があつたかどうかチエツクす
る。この場合には、70bpmから53bpmまでの減速
がある。その差が減速限界値Ｂより大きいと仮定
すれば、判断ブロツク２５の出力は「イエス」と
なり、従つて、不整脈検出器１５へは出力が送ら
れない。この波形は、心拍数検出回路９にAGC
の欠落がある典型である。

AGCの欠落に拘りがないようにAGCフイード
バツク路を使用していない心拍数検出回路９につ
いては、判断ブロツク２５を除去できることが明
らかであろう。即ち、大きな加速が検出された後
に大きな減速が存在しない場合には、大きな加速
の検出前に大きな減速があつたかどうかを無視し
て、不整脈検出器１５に信号が供給される。

上記のシステムは、PVC状態を検出するのに
も有用であることが理解されよう。第１図に示す
ように、PVC出力端子１８は、可視デイスプレ
イのような一般のインジケータに接続するように
設けられている。システム１７内の論理回路によ
りPVC状態であると判断されると（即ち、第２
図の判断ブロツク２３が「イエス」となつた時）
端子１８を経て信号が送られて、PVCが検出さ
れたことを指示する。

本発明の好ましい実施例を図示して説明した
が、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の
変更がなされ得ることが明らかであろう。本発明
の範囲は、特許請求の範囲のみによつて規定され
るものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、植え込み可能な自動除細動／カルジ
オバータの一部分として不整脈検出システムを示
したブロツク図、第２図は、第１図の加速／減速
検出論理回路の機能的なフローチヤート、そして
第３図は、一連のＲ波を示すグラフである。 １……不整脈検出システム、３……バイポーラ
感知電極、５……心臓内感知／高電圧供給電極、
６……パツチ電極、７……心臓、９…………心拍
数検出回路、１１……PDF回路、１５……不整
脈検出論理回路、１７……加速／減速検出論理回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 心拍数の加速／減速検出システムにおいて、 一連の３つの相続くグループの心臓鼓動に亘つ
   て瞬時心拍数を検出する心拍数検出手段と、 前記一連の心臓鼓動における第２のグループの
   心拍数が前記一連の心臓鼓動におけるその直前の
   グループの心拍数より少なくとも第１の所定値だ
   け大きいか、を判断し、その判断が肯定である場
   合に第１の信号を発生するための第１の判断手段
   と、 前記一連の心臓鼓動における前記第２のグルー
   プの心拍数が前記一連の心臓鼓動におけるその直
   後のグループの心拍数より少なくとも第２の所定
   値だけ大きいか、を判断し、その判断が否定であ
   る場合に第２の信号を発生するための第２の判断
   手段と、 前記第１の信号および前記第２の信号の存在に
   応答して出力信号を発生するための出力手段とを
   備えたことを特徴とするシステム。 ２ 前記心拍数検出手段は、前記３つの相続くグ
   ループのうちの第１のグループの直前の心臓鼓動
   の初期グループに亘る瞬時心拍数をも検出するよ
   うに構成されており、第３の判断手段が備えら
   れ、該第３の判断手段は、前記一連の心臓鼓動に
   おける前記直前のグループの心拍数が前記一連の
   心臓鼓動における前記初期グループの心拍数より
   少なくとも前記第２の所定値に等しい量だけ小さ
   いか、を判断し、その判断が否定である場合に第
   ３の信号を発生し、前記出力手段は、前記第１の
   信号、前記第２の信号および前記第３の信号の存
   在に応答して出力信号を発生する特許請求の範囲
   第１項記載の心拍数の加速／減速検出システム。 ３ 心臓の早期の心室収縮（PVC）を感知する
   システムにおいて、 一連のＲ波によつて特徴付けされたECG波形
   を受け取るECG入力手段と、 前記Ｒ波の存在を検出するＲ波検出手段と、 相続くＲ波の間の時間期間の加速および減速の
   割合を検出し、Ｒ波の第１のグループの間の時間
   期間の加速の割合が第１の所定値より大きく、且
   つＲ波のその直後のグループの間の時間期間の減
   速の割合が第２の所定値より大きくない時に、
   PVC出力信号を発生する加速／減速検出手段と
   を備えることを特徴とするシステム。