JPH06500710A - 経皮心臓ペーシングの方法及び装置 - Google Patents
経皮心臓ペーシングの方法及び装置Info
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- JPH06500710A JPH06500710A JP3512086A JP51208691A JPH06500710A JP H06500710 A JPH06500710 A JP H06500710A JP 3512086 A JP3512086 A JP 3512086A JP 51208691 A JP51208691 A JP 51208691A JP H06500710 A JPH06500710 A JP H06500710A
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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。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
経皮心臓ベーシングの方法及び装置
〔発明の背景〕
本発明は、心臓の電気的経皮ベーシングに関する。
患者の心臓を経皮的に、即ち外部から、電気的にベーシング(歩調取り)する間
、電気的刺激Iよ、ベーシング装置の電極から患者の皮膚及び骨格の真郭石を経
て心臓を刺激する。骨格筋は、刺激の大きさと、特別の患者の骨格筋の特性とに
依存して、骨格筋を通る電気的刺激に応答して収縮する。同様に、電気的ベーシ
ングの刺激が患者の皮膚を通過すると、皮膚の神経と、皮膚の近傍の筋肉とが刺
激されることがある。この神経の刺激と骨格筋の収縮とは、患者にとって不快な
ことが多く、また時には、長時間の経皮心臓ベーシングに耐えられなくなる程患
者にとって苦痛に感じられることがある。
電気的なベーシングIlj′lILの持続時間を5ミリ秒より長くすることによ
って、従来の経皮心lIl刺激に付随する骨格筋の収縮及び皮膚神経の刺激が低
減されうろことは、(米国特許第4349030号によって)示されている。
[発明の概要]
一般に、本発明は、ベーシングの間の不快を低減させるためにベーシング刺激の
間の期間に背景刺激を与えることを特徴とする。好ましい実施例によれば、背景
刺激は、ベーシング刺激の間の期間のみにおいて生ずる。背景刺激は、パルスか
ら成り、背景パルスの平均振幅は、ベーシング刺激の平均振幅よりも小さい。
背景パルスの平均振幅は、20mACより好ましくは、tomA)よりも小さく
、背景パルスのデユーティサイクルは、80%(より好ましくは、50%)より
も低い。
本発明の他の特徴は、好ましい実施例についての以下の説明及びクレームによっ
て明らかとされよう。
〔好適な実施例の説明]
図1は、本発明の一実施例〈よるベーシング刺激信号発生器のブロック線図であ
る。
口2は、図1の信号発生器によって発生する電気的刺激の代表例を示す。
図3A、3Bは、図1の信号発生器によって発生した電気的ベーシング刺激の代
表例を示す。
図4は、刺激パルスの強度をパルスの持続時間に関連させる特性曲線を示し、一
方の曲線は心筋についての特性を、他の曲線は、骨格筋及び皮膚神経についての
特性を示す。
@5は、@2の電気的刺激を患者に適用するための電極の構成を示す。
5!1には、J!者の心臓に経皮的に連層されるべき電気的ベーシング刺激65
を発生させるための信号発生W10が図示されている。信号発生器のタイミング
−制御回路20は、患者からの心臓フィードバック信号12を受信し電気的ベー
シング刺激を開始させたり、またこのようなフィードバックなしに作動すること
ができる(非同期ベーシング)、タイミング−制御回路は、Wk迷するように、
ベーシング刺激のタイミング特性を設定する。タイミング−制御回路20は、刺
激発生回路30に信号を送ることによって、ベーシング刺激を開始することがで
きる。この回路30は、発信−駆動回路40と、分離回路50と、波形整形回路
60とを備えている0発振−駆動回路40は、分離回路50によって処理される
一連のパルスを発生させる0分離回路50は、信号発生器の内gt圧を恵肴かも
分離することによって、患者がベーシング刺激65にさらされている間悪名に電
気的な危険に対する保護を提供する。
波形整形回路60は、分m回路50のパルスストリーム出力を受け、該パルスス
トリームの信号特性、例えばパルス波形、極性及び振幅を変更し、ユーザー特異
の信号パラメーターを有するベーシング刺激65を発生させる。ベーシング刺激
65は6倍号発生器の出力部におし)て、渣部IE衡フO及び前方電[172に
供給される。電@70.72は、共同して、患者の心臓の経皮的ベーシングを与
えるように、患者に電気的刺激を外部的に提供する。
図2を参照して、信号発生器の電気的ベーシング刺激出力65はベーシング刺激
80と、背景パルス列90とから成っている。−例として、ベーシングパルス列
を含むベーシング刺激80は、患者の心臓を刺激するために患者に供給される。
背景パルス列90は、心臓に刺激が与えられない時仁、ベーシングパルス列の間
の期間に患者に供給される。これらのパルス列刺激は、共同して、患者には多く
の苦痛を与えることなく、心臓の有効な経皮刺激を提供する。
図3Aを参照して、ベーシングパルス列80は、各々一連のパルスから成グ、各
々のパルスは、該一連のパルス中の他のパルスの持続時間とは異ならせ得る持続
時間即ち暢Wpを有している。
図4も参照して、心筋と骨格筋とを刺激するための、パルスの現在の振幅又は強
度1とパルスの持続時間tとの関係を示すパルス刺激の特性曲線が図示されてい
る。各々のベーシングパルス列80の持続時間Ti(図3)は、これらの!!1
度−持続時間曲線を考慮することによって選定される。各々の曲線は、成る電流
機#iを有する電気的パルス刺激が筋肉を刺激するのに必要な最小の持続時間t
を描く、換言すると、筋肉は、成る与えられたパルス振幅1について、パルス持
続時間tが対応する曲線の上又はその右側にない限りは、刺激されない、筋肉に
対する強度−持続時間曲線上にある2つの興った刺激点、例えば、心臓筋肉曲線
上の点A、Eも、その筋肉を同様は有効に刺激する。
過小パルス振幅即ち基電流(心筋の場合Ric、骨格筋の場合R15)は、筋肉
を刺激する最小のパルス振幅を規定する。基電流よりも小さい電流振幅を有する
刺激は、利用時間と呼ばれる基電流の持続時間(心易の場合Rtc、骨格筋の場
合Rt、)よりもパルス持続時間を長くしても、筋肉を刺激しない0図4の強度
−持続時間曲線を比較してみると、約40ミリ秒よりも長い心筋の利用時間Rt
oは、40ミリ秒よりも相当に小さな骨格筋の利用時間Rt、よりも長い。
これらの与えられた心筋及び骨格筋の利用時間において、ベーシングパルス列の
持続時間Ttの好ましい範囲は、次のような考慮によって選定される。心筋の強
度−持続時間曲線上のどの刺激点も有効な心II刺激を生ずるが、より低いt流
振幅を有する刺激点は、より高い1i流Ii幅を有する刺激点よりも、成る与え
られた刺激持続時間について、より低い骨格筋刺激を生ずる傾向をもっている。
そのため、(心臓利用時間RLcに近い)点Aの特性を有するパルス刺激は、点
Bの特性を有するパルス刺激よりも少なく骨格筋を刺激するが、同様に蕾効に心
臓を刺激する。従って、心臓利用時間と同じ持続時間の近傍にパルス列の持続時
間を選定することによって、そのパルス列はよって、持続時間がJ:r)!<パ
ルス電流振幅が対応して高い別のパルス列によって生ずるよりも少ない骨格筋刺
激を生じながらも、心臓を適切に刺激することができる。
従って、各々のベーシングパルス列の全持続時間Tjは、好ましくは、少なくて
も5ミリ秒、より好ましくは20ミリ秒であるが、心臓を刺激するに足るもので
あれば、どんな持続時間でも良い、好ましい最大のベーシングパルス列持続時間
は、心臓の細動を誘起するための安全上の配慮のため、約150ミリ秒に制限さ
れる。
また、ベーシングパルス列の各々のパルスのパルス輻Wp及びパルス周期TPは
、心筋及び骨格筋の強度−持続時間の関係の比較に基づいて選定される(図4)
0図4に示すように、クロナキシーと呼ばれる最小のパルス持続時間(心筋の場
合Cto、を襦1iの場合Cts)は、筋肉の基電流の2倍に等しい刺激パルス
振幅に対応するパルス持続時間である。パルス刺激がクロナキシーよりも短い持
続時間をもつ場合、対応の筋肉を刺激することは一層困舞となる。
図4の強度−持続時間11考えた場合、心筋のりロナキシー〇toは約2ミリ秒
、骨格筋のクロナキシ−Ct、は約0.5ミリ秒である。従って、例えば点Cに
おいてのパルスの持続時間を有する、骨格筋クロナキシーCtsよりも短い持続
時間のパルス刺激は、心筋も骨格筋も刺激する傾向をもたないであろう、しかし
、適切にIIIHされた振幅と、心筋のクロナキシーCtcよりも長いパルス持
続時間Tt9例えば点Aの刺激持続時間と、を有する、これらのパルスのパルス
列は、恰もパルス列が例えば骨格筋によって濾波されたかのように、心臓を刺激
し、連続したベーシングパルスを発生させる。
再びrM3を参照して、この考察に基づいて、各々のベーシングパルスのパルス
幅WPは、骨格筋のクロナキシ−(0,5ミリ秒)よりも短い値に、好ましくは
、これよりも相当に短い値に選定する。このパルス幅のパルスによれば、骨格筋
は、ベーシングパルスが1つの連続パルスであったとした場合に比べて少い刺激
を受ける傾向を示すが、心臓は、1つの連続パルスと同様に有効に刺激される。
この条件を満たすためのベーシングパルス幅Wpは、好ましくは、100マイク
ロ秒よりも短く、より好ましくは、15マイクロ秒よりも短い、約7マイクロ秒
よりも短いパルス幅は、組織の損傷を来たすに足る高ベーシングパルス屑波数を
生じうるので、さけることが時に必要とされる。ある選定されたパルス幅W ・
において、ベーシングパルス周期Tpは、心臓の適切なベーシング刺激又は引込
みを保証するように選定する。好ましいベーシングパルスのデユーティサイクル
は、66%であるが、心臓の引込みに適切であれば、これよりも低いデユーティ
サイクル例えば20%又は可変デユーティサイクルを使用しても良い、一般に、
デユーティサイクルが高いほど、心筋に影響する連続パルスの実効濾波振幅がそ
れだけ高くなる。
ベーシング刺激の形状の変形は、[3Bに示される。
各々のベーシングパルス列中の第1パルスの振幅11は、サプスレッシールド振
幅を有する。mち、振幅は、与えられたパルス列のパルス振幅がパルス列の持続
時間の間一定になっていれば、刺激に必要な最小パルス振幅よりも低い、最初の
パルスに続く各々のパルスは、先行するパルスの振幅よりも大きな振幅を有し、
ある数の後続パルスは全て最大電流振幅1Mを有する。この最大電流II Il
l i Mの値は、他のパルス列特性、例えばパルス列の持続時間と共に、心臓
の引込みを確実にするように選定される。−例として、最大電流振幅IMを有す
るある数のパルスをもったパルス列は、’Mよりも大きな最大電流振幅を有する
、より少ないパルス数のパルス列よりも、心臓を引込むためにより短い持続時間
を必要とするかも知れない。
先行するパルスの振幅よりも大きな振幅を各々有する一連のパルスが後続する、
最初のサブスレッシミルドパルスの使用は、ベーシングパルス列刺激への骨格筋
の順応を誘起させるように11図されている。H肉の順応は、刺激振幅にB肉を
急激にでなく徐々に1呈することによって誘起させうる生理学的な現象である。
これによって筋肉の刺激スレッシミルドを印加刺激の大きさ以上に増大させる。
順応された筋肉又は神経は、有効に刺激されるためには、通常よりも高い刺激値
を必要としており、時には、いかなる量の刺激の増大に対しても刺激を拒絶する
ことさえありうる。
ベーシングパルス列甲のパルスの振幅は、心筋と骨格筋との間の成る与えられた
差違に対して、骨格筋の順応は生じさせるが心筋の順応は生じさせなし)ように
選定する。これらの条件を同時に達成することによって、ベーシングパルス列は
、有効に心臓を刺激する力τ、経皮的な心S刺激に通!@び付いている骨格筋の
刺激を減少させる傾向をもっている・
再び図2を参照して、背景パルス列90は・ロージング刺激の間の期間中に提供
される。各々の背景パルス列は、一連のパルス列を含み、パルスの振幅は・正の
振幅iBと負の振幅−iBとの間を2相状に交番するΦ図2は、同一の擾蝙値を
有する各々の背景ノ(パルスを示しているが、各々のパルスは、異なった振幅を
有し得る。交番振幅の大きさ+ is:は、パルス幅W3を有するパルスが骨格
筋を刺激するのに必要とするべき最大電流振幅よりも好ましくは小さくする。
各々の背景パルスの間の期間において、背景パルス列は、骨格筋を刺激するのに
必要な電流振幅よりも小さい振幅、例えば−零豪幅を有する。ある特別の選定さ
れたパルス間の振幅が与えられたとして、背景パルスのパルス幅WB及びパルス
期間TBは、2つの基準を満たすように選定される。これらの基準とは、(i)
背景パルスのデユーティサイクル(100X 2W B / T B )を、平
均電流を低くするように、好ましくは80%より小さく 、より好ましくは50
%より小さくすることと、(11)ある与えられたIB。
TB及びWBの組合せについて、骨格筋が最小に刺激されることとである。平均
電流(1B × デユーティサイクル)は、好ましくは、20mAよりも低く、
より好ましくは、10mAよりも低くする。
背景パルス列90からのサブスレヅシツルド刺激は、おそらくは、骨r!!!筋
の順応を通じて、ベーシングパルス列によるこれらの筋肉の刺激を減少させる傾
向をもっている0部ち、背景パルス列を加えることによって、心臓ベーシングの
間の骨格筋の刺激による不快感は、背景パルスがない場合(ベーシング刺激がス
レッシ理ルドにある場合)よりも低くなる。
従って、心筋と骨格筋との間の生理的な差違が与えられた場合において、背景パ
ルス特性は、心筋パルスの順応を妨げながら骨格筋の順応を高めるように選定さ
れる。好ましくは、背景パルス特性は、最大のベーシングパルス列刺激振幅より
も高い値に心筋刺激スレッシ目ルドを増大させる骨格筋の順応のレベルを誘起す
るように選定する。これによって、背景パルス列90は、ベーシングパルス列8
0と共は、骨m筋のIPi激の減少を生起させると共に、心臓の有効な刺激を実
現する傾向を示す。
また、背景パルス列とベーシングパルス列とは、経皮的な心臓ベーシングに関係
した皮膚の神経の刺激を減少させる。骨格筋と皮膚神経とは、同様のクロナキシ
ー(図4)をもつため、皮膚の神経は、骨格筋と同様に、ベーシングパルスが単
一の連続したパルスであったときよりも、ベーシングパルス列中のパルスによっ
て少く刺激される傾向を示す、更に、骨格筋の順応を生ずるように選定された背
景パルス列の特性は、皮膚の神経の順応をそれに従って生じさせる。
再び図1を参照すると、信号発生器の波形整形回路60は、発振回路40によっ
て発生したパルス列を変更し、ベーシング刺激65中にベーシングパルス列と背
景パルス列を発生させてこれらを識別する。この変更には、後部するように、信
号発生器と共に使用される特別の電極について振幅又は極性の調節が必要となり
うる。タイミング−制御回路20は、更に、ベーシングパルス列特性例えばパル
ス形状の微II4節も提供する。波形整形回路60とタイミング−m御回112
0とは、前述した電気信号特性のいずれかを含む又は省くようにプログラミング
することができる。
ベーシング刺激及び背景刺激によって達成される骨格筋及び皮膚神経の刺激の減
少に留意して、刺激の減少への電極の形状の寄与はより重要でなくなることがあ
りうる。従って、米国特許第4349030号に開示され、又は、R−2社(M
orton Grove、 l1ltnois) 。
Phys 1o−Contro1社(Redaond、 washington
)又は 2M1社(1loburn、 Massachusetts)の各社
によって市販されている従来の非金属の皮膚接触部材を備えた非侵入性のベーシ
ング電極は、ベーシングパルス列を供与する上に適切である。別の方法として、
金属製の皮膚接触性部材は、ベーシング刺激を供与するようにできる。
別の適切な電極形態は、図5に示されている。前方tli72と擾部電1i70
とは、信号発生器10からベーシング刺激65を患者に供与するようになってい
る。
この機能を達成するために、種々の電極構造を適切に使用することができる。こ
れらの電極は、好ましくは、ベーシングパルス列が心臓に皮膚及び骨?!筋を経
て供給され、背景パルス列は、もし存在すれば、皮膚及び骨格筋に供給され、心
臓には供給されない、この電極形層は、11パルス列によっては心臓細動が誘起
されないようにすることを確実にする。
!115に示すように、この形態においては、電極70゜72は、分離された中
央部の領域70a、72aと、その周囲の環状の領域70b、72bとに区■さ
れる。
各々の中央部の領域は、対応する環状の領域から、これら2つの領域の間の電気
的な分離を与えるのに適切な距離例えば少くとも1/4インチによって分離され
ている。この分離距離内の側部域は、内部電極域と外部電極域との間の絶縁材料
として作用する接着剤によって満たすことができる。
ベーシングパルス列を供給する間、即ち「ベーシングパルス期」の間に、刺激は
、患者の胸舅を経て、後部電極の中央部のl[[)Oaから前方電極の中央部の
領域72aに導かれる。背景パルス列の供給の間、即ち「背景周期」の間に、ベ
ーシング刺激は、患者を通過せず、図5に示すように、各々の電極の中央部の領
域と環状の領域との閏を通過する。背景#J激が電極を経て患者に適用される方
向又は極性は、患者の心臓のベーシングのためのベーシング刺激の有効性を減少
させることなく、適宜変更できる。背景パルス列が存在しなければ、全刺激は、
患者の胸郭を経て、一方の中央部のigm(陽1i)から他方の中央部の領域(
#極)に導かれることができる。
本発明の他の実施例は、M″Jtの範囲に示される。−例として、背景パルスは
、通常の連続したベーシングパルスと共に使月でき、連続的に(ベーシング刺激
の間にも)適用される。背景パルスは単相としても良い。
個別の背景パルスは、矩形以外の形状、例えば、三角形、mt状又は丸味状の形
状としても良い、背景パルスの振幅、持続時間及びデユーティサイクルは、時間
と共に変化させ得る。背景パルス列中にはギャップを存在させても良い、実施例
の他の変形は、同日に出願された私の係属中の特許麿「経皮的な心臓の電気的ベ
ーシングの方法及び装置」(引例によって本明細書に合体される)に開示されて
いる。
ベーシング周期:
前方電極π 後部電極、7t)
FIG、5A
背景周期:
前方電極、72 後部電唖四
FIG、5B
FIG、6A
国際調査報告
Claims (32)
- 1.ペーシングレートで心臓を経皮的にーペシングするペーシング装置であって 、 電極的刺激を発生させるための刺激発生回路と、該電気的刺激を患者に供給する ために該刺激発生回路の出力に接続された電極と、を有し、発生され患者に供給 さる前記刺激は、 一般にペーシングレートにおいて発生して心臓の収縮を生じうる形状及び振幅を もつペーシンケ刺激と、該ペーシング刺激以外の時に発生して心筋の収縮を生じ えない形状及び振幅をもつ背景刺激を含むペーシンゲ装置。
- 2.前記背景刺激が前記ペーシングが刺激以外の時にのみ生ずる請求の範囲第1 項記載のペーシング装置。
- 3.各々の該背景刺激が一連の背景パルスを含む請求の範囲第1項記載のペーシ ング装置。
- 4.各々の該ペーシング刺激が一連のベーシングパルスを含む請求の範囲第3項 記載のペーシング装置。
- 5.前記背景パルスの平均振幅を前記ペーシング刺激の平均振幅より小とする請 求の範囲第4項記載のペーシング装置。
- 6.前記背景パルスのデューティサイクルを80%より小とする請求の範囲第5 項記載のペーシング装置。
- 7.前記デューティサイクルを50%より小とする請求の範囲第6項記載のペー シング装置。
- 8.前記一連の背景パルスの平均電流振幅を20mAより小とする請求の範囲第 5項記載のペーシング装置。
- 9.前記一連の背景パルスの平均電流振幅を10mAより小とする請求の範囲第 5項記載のペーシング装置。
- 10.各々の一連のパルスが1群としては心臓の収縮を生じえるが各々の個別の パルス単独では心臓の収縮を生じえないようにした請求の範囲第6項記載のペー シング装置。
- 11.個別のペーシングパルスの平均持続時間を0.5ミリ秒より小とする請求 の範囲第10項記載のペーシング装置。
- 12.個別のパルスのデユーテイサイクルを少くとも20%とする請求の範囲第 11項記載のペーシング装置。
- 13.前記一連のペーシングパルスの振幅が第1の振幅から第2の振幅に上昇す る請求の範囲第11項記載のペーシング装置。
- 14.外部の電流源に接続するための第1の電気的端子と、 外部の電流源に接続するための第2の電気的端子と、電極の前記第1の端子に電 気的に接続するための第1の皮膚接触域と、 該第1の皮膚接触域から電気的に絶縁され、該第1の皮膚接触域から側面方向に 隔だてられ、電極の前記第2の端子に電気的に接続された、第2の皮膚流源と、 を有する経皮的ペーシング用の電極。
- 15.前記第1の皮膚接触域が前記第2の皮膚接触域を囲む請求の範囲第14項 記載の電極。
- 16.前記第2の皮膚接触域が一般に円形であり、前記第1の皮膚接触域は一般 に環状である請求の範囲第15項記載の電極。
- 17.ペーシングレートで心臟を経皮的にペーシングする方法において、 電気的刺激を発生する工程と、 患者の胸部に適用された電極を経て患者に刺激を供給する工程とを含み、 発生されて患者に供給される刺激が、 一般にペーシングレートで発生し、心筋の収縮を生じうる形状及び振幅を有する ペーシング刺激と、該ペーシング刺激以外の時に発生し、心筋の収縮を生じえな い形状及び振幅を有する背景刺激とを含むペーシング方法。
- 18.前記背景刺激がペーシング刺激以外の時に発生する請求の範囲第17項記 載のペーシング方法。
- 19.前記背景刺激が一連の背景パルスを含む請求の範囲第17項記載のペーシ ング方法。
- 20.各々の前記ペーシング刺激が一連のペーシングパルスを含む請求の範囲第 19項記載のペーシング方法。
- 21.前記背景パルスの平均振幅を前記ペーシング刺激の平均振幅より小とする 請求の範囲第20項記載のペーシング方法。
- 22.前記背景パルスのデューティサイクルを80%よりも小とする請求の範囲 第21項記載のペーシング方法。
- 23.該デューティサイクルを50%よりも小とする請求の範囲第21項記載の ペーシング方法。
- 24.前記一連の背景パルスの平均電流振幅を20mAよりも小とする請求の範 囲第21項記載のペーシング方法。
- 25.前記一連の背景パルスの平均電流振幅を10mAよりも小とする請求の範 囲第24項記載のペーシング方法。
- 26.各々の一連のパルスが群としては心臓の収縮を生じうるが各々の個別のパ ルス単独では心臓の収縮を生じえないようにする請求の範囲第22項記載のペー シング方法。
- 27.個別のペーシングパルスの平均持続時間を0.5ミリ秒より小とする請求 の範囲第26項記載のペーシング方法。
- 28.各々の個別のパルスのデューティサイクルを少くとも20%とする請求の 範囲第27項記載のペーシング方法。
- 29.個別のペーシングパルスの各々の連鎖の振幅が第1振幅から第2振幅に上 昇する請求の範囲第27項記載のペーシング方法。
- 30.ペーシング刺激期間と背景刺激期間とについて、形態の異なる電極を経て 、ペーシング刺激及び背景刺激を供給することによって、背景刺激の多くは胸部 を経ては供給されず、ペーシング刺激は胸部を経て供給されるようにする請求の 範囲第17項記載のペーシング方法。
- 31.胸部の両側に1つずつの電極が連用され、各々の該電極は、 外部の電流源に接続するための第1の電気的端子と、外部の電流源に接続するた めの第2の電気的端子と、電極の該第1の端子に電気的に接続される第1の皮膚 接触域と、 該第1の皮膚接触域から、電気的に絶縁されると共に、側面方向に隔てられ、電 極の該第2の端子に電気的に接続されている、第2の皮膚接触域と、を有し、前 記背景刺激は、同一の電極の第1及び第2の皮膚接触域の間に導かれ、ペーシン グ刺激は一方の電極から他の電極に導かれるようにする請求の範囲第30項記載 のペーシング方法。
- 32.前記第1の皮膚接触域が第2の皮膚接触域の側面を囲む請求の範囲第31 項記載の電極。
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