JPH08266647A - 移植可能な能動デバイスのための外部起源の電磁摂動に対する防護 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】外的電磁摂動に対する効果的な防護回路を備え
た特に心臓ペース・メーカーまたは細動除去装置等の移
植型医療機器を提供する。 【解決手段】この移植型医療機器では、防護回路５８，
６０，９４，９８の全ての能動要素がモノリシックに集
積されたマイクロチップ１６内に集積され、このマイク
ロチップ１６は制御信号と外部電極によって検出された
信号を選択的にプロセッシング・デバイスへ転流させ
る，静止スイッチ群から成る回路を備える。制御信号は
バッテリー電源電圧より大きい制御電圧ＶＳＵＢ，ＶＣ
Ｃからなり装置から発信される制御論理信号ＶＤＤ，Ｖ
ＳＳはバッテリー電圧よりも小さくなる。防護回路は電
圧変換回路５８と備え、これが論理制御信号を上昇させ
絶対値において静止スイッチ制御レベルに相当させ、さ
らに静止スイッチ接続部上に発生しがちな電磁摂動によ
って生じる寄生電圧の公称レベルより大きくなるよう動
作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】この発明は能動型移植機器の防護に関す
るものであり、特にペース・メーカーならびに心臓病用
細動除去器等の防護に関する。以下の説明は主にペース
・メーカーに関連して記述するが、この発明は１９９０
年６月２０日付のＥＣ審議会による指令９０／３８５／
ＥＥＣ号によって定義されている機器を含むすべての
“能動型移植医療機器”に適用可能であることはもちろ
んである。

【０００２】

【発明の背景】能動型移植機器の防護においては、特に
外部発生源からの電磁波障害の存在下において、外部の
環境条件に左右されずに移植機器の正常な動作を維持す
ることが重要である。移植機器に接続されている各種の
電極は、多様な外部発振源から発散された全ての種類の
放射電磁波を検知（結合）する可能性がある。これらの
外部発振源は、エンジン、テレビ、誘導板、携帯電話、
無線タグ“キー”を使用するドア・ロック、盗難防止装
置等の機器を含む。また、電磁波手術器具、交流電流を
使用する麻酔装置、外部細動除去装置等の外科治療の間
に使用される多数の医療機器が電磁放射波を発生させ
る。

【０００３】この種の外部の発生源からの電磁放射は能
動型移植医療機器内に寄生信号を誘起または生成し、こ
れが機器の動作を摂動し、この摂動は通常の信号とは本
質的に全く異なったものであり、これらは延長されたま
たは短期的な超過電圧（すなわち過大な振幅）、誘導電
流、広範囲な周波数特性（特に１ないし数ＭＨｚに広が
っている周波数帯を有する）をもった無線および高周波
信号等である。これらの本質的に異なった摂動が完全か
つ効果的に全ての電磁摂動環境からペース・メーカーを
防護することを困難にする。

【０００４】能動型移植医療機器内に発生する外部要因
による寄生信号は一般的に“ＥＭＩ”（電磁障害）と呼
ばれるが、以降は“電磁摂動”あるいは単に“摂動”と
呼び、この摂動の第一の影響として、強心信号に摂動を
載せることがある。この結果ペース・メーカーの機能を
妨害する危険性が生じ、この際ペース・メーカーは摂動
に応答してこれを許容可能な適性状況の範囲内の状態と
して処理してしまうが、これは実際の状態を反映したも
のではない（例えば、摂動を通常の（検出された）すな
わち鼓動（刺激）された強心動作として処理する）。し
たがって、ペース・メーカーは摂動を検知する必要があ
り、ペース・メーカーに設置あるいは内蔵された防護回
路によってペース・メーカーに結合される摂動を抑制し
ているにもかかわらず摂動が設定された限界を超過した
際には、ペース・メーカーは“摂動”制御モードにスイ
ッチし、これは独立した手法により結合された摂動が設
定限界以下になるまで作動する。

【０００５】ペース・メーカーによって検出される摂動
のもう一方の悪影響は、ペース・メーカー回路内に誘導
される電圧あるいは過大電流によっておこる破壊または
破損であり、したがって機器の入力側の強心プローブ内
の電圧および電流を制限することが絶対的に不可欠であ
る。

【０００６】この点から、産業上において非常に厳格な
規格が定義されている。例えば、ＣＥＮＥＬＥＣ ＥＮ
５００６１ 改定１“移植心臓ペース・メーカーの保
護”と称する規格においては、最低限要求される保護の
レベルが定義され、数多くの検査方式によりペース・メ
ーカーがこの規格に準拠することが判定される。

【０００７】従来より外的発生源による摂動に対する防
護はツェナー・ダイオードによって実用化されており、
これはペース・メーカーの入力コネクタ側のマイクロ・
チップ（すなわち集積回路）上に独立要素の形式で構成
され、ここには各種のプローブ（リード）が接続されて
いる。このツェナー・ダイオードはペース・メーカーの
入力側に発生しやすい超過電圧を限界を維持する（限界
電圧はツェナー・ダイオードの電圧に相当する）。この
ダイオードは対称的な防護を維持し特に高周波摂動の復
調効果を防止するために装備される。

【０００８】ペース・メーカーのリード側に配置された
にツェナー・ダイオードによる既存の防護法の問題点
は、比較的多数の追加的な独立要素（ペース・メーカー
の各入／出力接続部につき一つのダイオード、各リード
につき少なくとも二つのダイオードを必要とする）を装
備する必要があるため、ペース・メーカー回路の密集度
を増加させることである。このことは移植医療機器の小
形化という一般的な研究目的に逆向し、特にマルチプル
・チャンバ・ペース・メーカー、すなわち埋込み・セン
サに接続されたペース・メーカー（すなわち、ペーシン
グ速度に対応する速度を送出する強心出力の要求を示す
生理パラメータを監視する速度応答ペース・メーカ
ー）、細動除去装置等の複雑な機器において問題とな
る。

【０００９】ツェナー・ダイオードを使用した防護回路
を効果的に接続することにより、例えば細動制止衝撃に
ともなった高電圧に対して十分に防護することができ
る。しかしながら、一方では電磁障害に際してより低振
幅の摂動電圧が検出または復調され、これがペース・メ
ーカーの低電圧回路において問題となり得る。従来型の
ツェナー・ダイオード防護回路はこのような摂動に対し
ては十分に効果的ではない。したがって、この領域にお
ける防護を継続して改良する必要がある。

【００１０】特に、ペース・メーカーの回路が例えばＭ
ＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート電圧等のよ
うな比較的低い公称制御電圧で作動する集積型能動要素
からなる場合の防護の改良が必要である。従来は、外的
摂動による機能障害の危険性が高いことから、前述した
ような低い制御電圧を使用する要素を移植機器内に常時
使用することはなかった。この結果、最新の半導体技術
の利点、特にその高密度集積および低消費電力という利
点を除外してしまうが、これらの特性は独立型移植機器
においても特に必要とされるものである。

【００１１】

【発明の目的および概要】したがって、本発明の目的の
一つは、非常に多様な電気および周波数特性を有する電
磁摂動に対する防護性をもった防護回路を備えた特に心
臓ペース・メーカーまたは細動除去装置等の移植型医療
機器を提供することである。また、本発明の別の目的
は、最も厳しいものを含むすべての状況における工業規
格によって要求される防護を提供することである。

【００１２】さらに、本発明の別の目的は、この種の機
器を低い数値の公称制御電圧を利用する技術を使用して
実用化し、これと同時に工業規格に厳密に準拠する防護
の達成を可能にすることである。

【００１３】さらに、本発明の別の目的は、防護回路に
付加される独立要素の数を最小化することにより機器の
小形化に寄与することである。

【００１４】さらに、本発明の別の目的は、多様な半導
体集積技術（例えば、半バイポーラ技術、半ＣＭＯＳ技
術、またはモノリシックＢｉＣＭＯＳ技術等）に適用お
よび適応可能な防護回路を提供することである。

【００１５】この目的のため、本発明は、広義的には、
少なくとも外部発生源からの電磁摂動に対する防護のた
めの回路手段の能動要素がマイクロ・チップ（集積回
路）と共にモノリシック手法により集積された構成要素
であり、信号入力回路および電極の転換のためのスイッ
チ回路を含む構成に関する。本発明の第一の特徴によれ
ば、スイッチ回路は機器の電源（すなわち電池）電圧に
比べて十分に大きな制御電圧を用いる静止スイッチであ
り、機器はスイッチ制御電圧よりも低い大きさの電圧を
有する論理制御信号を発信し、防護回路手段は論理制御
信号レベルを絶対値において上昇させるための電圧を静
止スイッチ制御電圧に互換する数値に変換する手段を備
え、この制御電圧は静止スイッチの入力に発生しやすい
電磁摂動に起因する寄生電圧の公称レベルに比べて大き
いかまたはこれと等しいものなる。論理制御信号が寄生
電圧の公称レベルよりも低いレベルである場合は、電圧
変換手段は対称性となり寄生電圧の公称レベルより相当
に大きいかこれと等しい制御電圧を送信し、この結果高
周波（例えば、無線周波数）摂動における信号の復調現
象を本質的に防止することが可能である。

【００１６】変換手段によって発信される制御電圧レベ
ルは電圧を上昇させるための集積されたモノリシック電
源回路によって極めて有効に生成され、この回路は少な
くとも一つのチャージ・ポンプ回路および／または電圧
ダブラ回路および／または電圧クランプ回路を含む。静
止スイッチのバルク・サブストレートは制御電圧レベル
および電圧を上昇させるための電源回路によって発信さ
れる信号と同じ極性に符合する電位に極性化することが
できる。または、静止スイッチのバルク・サブストレー
トをそのソースに短絡結合することも可能である。

【００１７】本発明の別の特徴によれば、防護回路手段
は追加的に“オーバーパワリング”手段を設けることが
でき、この“オーバーパワリング”手段の要素は一方で
入力信号用の入力端子に接続され、他方では電圧変換回
路手段によって生成される制御電圧レベルに相当する電
位を伝送する電力線に接続される。この要素は、該当す
る回路の入力電圧が絶対値において前記電力線上の電圧
を超過した際に、電力線上の電圧を絶対値において常に
（高レベルの摂動に際しても）回路内の最高値に保持す
ることにより導通状態に転入することができる。

【００１８】本発明の別の特徴によれば、防護回路手段
は集積されたモノリシック電圧制限回路を備え、これは
一方で入力信号用入力端子に接続され、他方で機器の設
置電位に接続される。電圧制限回路はその電圧で導通電
流をトリガする“トップ・ツー・ボトム”（後述するよ
うな）形式の増幅回路から好適に構成することができ
る。

【００１９】本発明の好適な実施例によれば、防護回路
手段は電圧制限回路を備え、各電圧制限回路は集積およ
びモノリシック化された形式の対称的な“トップ・ツー
・ボトム”回路構造からなるダイポールを備え、このダ
イポールの各片側が直列に接続された第一および第二の
バイポーラ・トランジスタを備え、第一のトランジスタ
のエミッタが電圧制限回路の一方の極に接続され、第一
のトランジスタのコレクタは第二のトランジスタのエミ
ッタに接続され、第二のトランジスタのコレクタは電圧
制限回路のもう一方の極に接続され、第一のトランジス
タのベースおよびエミッタ間にレジスタが接続され、さ
らに少なくとも二つのツェナー・ダイオードが第一のト
ランジスタのベースと第二のトランジスタのコレクタと
の間に逆向きに接続される。

【００２０】本発明の他の特徴および利点は、添付図面
を参照しつつ以下の好適な実施例についての詳細な説明
から明らかとなるであろう。なお、ここで、同一の参照
符号は同一の要素を示すものである。

【００２１】

【発明についての詳細説明】以下に記述する構成はデュ
アル・チャンバ・ペース・メーカーの構成に対応してい
るが、本発明はこの実施例に限定されることはなく、本
発明をシングルおよびマルチ・チャンバ・ペース・メー
カー、すなわち埋込まれたペース・メーカーまたはそう
でないもの（したがって一つまたは複数の生理パラメー
タ測定用電極を備えるもの）、細動除去装置の検知／刺
激用回路および前述した心臓用検出／制御機器以外の能
動型移植医療機器に適用することができる。

【００２２】図１において、参照符号１０は心臓を示し
ており、これには様々な電極が接続されており、その構
成はデュアル・チャンバ・ペース・メーカーに相当し、
すなわち遠心房電極１２および近心房電極１４、遠心室
電極１２′および近心室電極１４′とからなる。記述さ
れる実施例においては心室の検知または刺激に関する回
路および要素は心房の検知または刺激に使用されたもの
と同一の符号に“プライム”符号を付加して示す。各回
路は同一の方式で作動するので一回の説明を記述する。

【００２３】多様な心臓電極がペース・メーカーの第一
のマイクロチップ１６に接続される。ペース・メーカー
のケース（図示されていない）は、特に単極検出および
刺激の場合に入力１８に相当する回路の接地位置に周期
的に接続される。

【００２４】心臓電極およびケースは検出または刺激を
含む幾つかの電気的状態を有し、また単極および二極モ
ードを有する。このことは周期的なスイッチングの実行
が特殊なシーケンスにしたがって制御されることを意味
する。より正確には、心房電極１２は刺激（スティミュ
レーション）キャパシタ２２を介して入力２０に接続さ
れ、この入力２０はスイッチ２４によって外部キャパシ
タ２６に転換することが可能であり、その他方の入力は
接地電位（回路図上ではＶＤＤで示されており、バッテ
リーの正入力に相当する）されるか、または別のスイッ
チ２８によってＶＤＤに直接接続される。心房電極１２
および１４はさらにコネクタ３０および３２に接続され
ており、これらは心臓活動の二極検出（差分電圧の測定
よる）これらの接続はそれぞれ外部キャパシタ３４およ
び３６によって分離され、高周波（１Ｍｈｚ以上）摂動
のフィルタリングが保持される。スイッチ３８および４
０は抵抗４２を回路外（刺激中）または回路外（刺激中
以外）にスイッチし、刺激を心臓電極インタフェースに
伝送した後に存在する残留電荷をアースに放出させる。
スイッチ４４は二極検出に場合には導通状態（パッシン
グ）となり、単極検出の場合には非導通状態（ブロッキ
ング）となり、スイッチ４６は逆の機能を有する。検出
された信号は導線４８を介して差動増幅器（図示されて
いない）に伝送される。

【００２５】マイクロチップ１６はさらに回路内に心房
の接地（刺激の際）を設けるためのスイッチ５０を備
え、転流を行わない場合には、対応する電極（入力３
２）が約１０メガオーム（ＭΩ）のレジスタ５２を介し
てアースに接続され、これによって入力３２のゼロ静電
位が保持される。

【００２６】心室の刺激回路は前述したものと同様であ
り、要素２０ないし５２に相当する要素２０′ないし５
２′を備える。

【００２７】この回路はさらに回路内の配置を行いケー
ス（入力１８）を選択的にアースに接続するスイッチ５
４を備える。これらの各種のスイッチは単極および両極
モードを含む全ての刺激および検出機構の動作を可能に
するよう形成される。これらのスイッチはＭＯＳトラン
ジスタまたは同等の構造によるトランジスタで構成する
ことが好適である。

【００２８】埋込まれたペース・メーカー（すなわち速
度応答式ペース・メーカー）の場合においても、一つま
たは複数の独立スイッチを設けることができる。例え
ば、呼吸活動器官に埋込まれたペース・メーカーの場合
には、胸郭を通じたインピーダンス変化を測定するため
に一般的に使用される注入流のキャパシタンスの電荷放
出を保持するための追加的なスイッチが設けられ、この
インピーダンス変化の測定から呼吸速度および／または
毎分容量が得られる。例えば細動除去装置の場合等にお
いて、他のスイッチング回路使用も考えられる。

【００２９】これらの各種の転流機構（スイッチング機
能）の役割および動作モードは、一般的に知られてお
り、したがってこれについては詳細には説明しない。

【００３０】図１に示されたマイクロチップ１６の要素
はモノリシック手法により集積されており、このマイク
ロチップ１６は第二のマイクロチップ（図示されていな
い）に連結され（すなわち機能的に接続され）、この第
二のマイクロチップもやはりモノリシック手法により集
積されている。したがってマイクロチップは第二のマイ
クロチップとの通信のために一般的な入出力ポートを備
えている。第二のマイクロチップは、特に論理制御回路
を備えており、例えばマイクロプロセッサまたは適宜な
論理制御（ソリッド・ステート・マシンまたはハイブリ
ッド・デジタルおよびアナログ制御）回路からなり、こ
れら自体は一般に知られておりまた本発明の特徴部分で
はない。この論理制御回路は特にマイクロチップ１６内
の各スイッチを制御するための論理制御信号５６および
マイクロチップ１６内で使用されるクロック信号６８を
発信する。本発明の好適な一実施例によれば、非対称低
レベル論理信号（このレベルはバッテリーの電圧レベル
より大きくはならないといえる）を使用し、また導通状
態“ＯＮ”およびブロッキング状態“ＯＦＦ”に相当す
る制御電圧間の“ギャップ”を示すゲート電圧を生成す
ることにより、一つの回路が複数の異なったスイッチを
制御する。“電圧エクスカーション”という用語は以下
（１）絶対値において論理制御信号よりはるかに大き
く、（２）アース（０）電位に関して実質的に対称であ
ると定義し、このアース（ゼロ）電位はペース・メーカ
ーのすべての入力および出力の静止電位であるといえる
（電位ＶＤＤ＝０Ｖ）。この静止電圧に重なる可能性の
ある障害に対し、大きな電圧エクスカーションが非適時
的な転換の危険性を防止することを可能にし、また静止
電位に関して対称な電圧レンジを有することが高周波摂
動が発生した場合の復調信号に関連するすべての危険性
を防止することを可能にする。

【００３１】図示された実施例において、スイッチはＮ
形のＭＯＳトランジスタからなり、そのゲートは前述し
た顕著な電圧エクスカーションを示す電圧によって制御
され、またそのサブストレートは十分に負性である電源
電圧に接続される。トランジスタ・ゲートをこれらの電
圧レンジ内において制御するため、各スイッチは電圧変
換回路５８（“レベル・シフタ”とも称する）に結合さ
れ、この変換回路は５６内に生じる非対称かつ低レベル
の制御信号と該当するスイッチのゲートとの間に挿入さ
れる。電圧変換については以下に詳細に説明するが、電
源ブロック６０によって供給される多様な電源電圧ＶＤ
Ｄ，ＶＳＳ，ＶＣＣおよびＶＥＥを入力しており、その
構成は図３に詳細に示されている。

【００３２】電源ブロック６０は好適にはモノリシック
形式で完全に集積されており（マイクロチップ１６上の
他の全ての要素と同様に）、さらにバッテリー６２の負
電極に接続されている。正のバッテリー電極は基準電位
ゼロ（ＶＤＤ）を含み、すなわちアースに帰還する。集
積ブロック６０には外部要素キャパシタ６４および分離
キャパシタ６５および６７が接続され、その機能につい
ては以下に説明する。マイクロチップ１６にはさらにい
くつかの外部キャパシタが接続される。

【００３３】本発明に係る典型的なペース・メーカーお
よび特に以下に記述される回路によって使用される多様
な電位は、以下（図２を参照としており、これはそれら
の異なった電位の比較大およびその対称または非対称特
性を示す説明図である）のようになる。

【００３４】ＶＤＤ：バッテリー６２の正電極であり、
基準電位ゼロに相当する。

【００３５】ＶＰＩＬＥ：バッテリー６２の負電極であ
り、特にバッテリーの使用開始時には−２．８Ｖであり
バッテリー寿命の終了時には−２．１Ｖとなる。

【００３６】ＶＳＳ：−１．５Ｖ±５０ｍＶの負の調整
電圧であり、特に論理制御信号に使用される。

【００３７】ＶＥＥ：特に−５．５Ｖ（使用開始時）な
いし−４．１Ｖ（終了時）の間の負電圧であり、ブロッ
ク６０のＶＤＤおよびＶＰＩＬＥ（分離キャパシタ６５
を用いて）から生成される。

【００３８】ＶＣＣ：特に＋５．３Ｖ（使用開始時）な
いし＋３．９Ｖ（終了時）の間の正電圧であり、ブロッ
ク６０のＶＤＤおよびＶＥＥから生成される（電圧ＶＣ
Ｃはブロック６０によって生成される負電圧ＶＥＥの近
似的な対称値を示している。

【００３９】ＶＳＵＢ：サブストレートの成極に接続さ
れる負電源であり（この電圧はＶＥＥ（分離キャパシタ
６７を用いて）から直列リミッティング・レジスタ（図
１上の要素６６であり、特に３００ｋΩ集積レジスタン
スである）を介して供給される電圧である）；したがっ
てＶＳＵＢは特に−５．５Ｖないし−４．１Ｖの値とな
る。さらに特徴的には、レジスタ６６は一方で故障の際
にプローブ内の電流を制限する目的と、他方では外的摂
動（例えば、電圧限界の周期中に発生し得る低レベル電
流）によってサブストレート電流が誘導された場合にＶ
ＥＥを防護する目的を有する。

【００４０】図３を参照すると、十分に対称な電圧ＶＣ
ＣおよびＶＥＥ／ＶＳＵＢが以下の方法によって形成さ
れる。ブロック６０はペース・メーカーの論理回路（例
えば第二のマイクロチップ、図示されていない）からの
クロック信号を入力６８で受信する。ブロック６０は二
つの副回路、すなわちＶＰＩＬＥからの負電圧ＶＥＥ
（またしたがってＶＥＥから直接供給されるＶＳＵＢ）
を形成する副回路７０と、この副回路７０によって形成
された電圧ＶＥＥから正電圧ＶＣＣを形成する副回路７
２を備えている。

【００４１】副回路７０は実質的に電圧ダブラ回路７４
からなり、その構造は一般的に知られておりまた図３に
示されている（したがってここではそれ以上詳細には説
明しない）。“ダブリング回路”は論理信号６８によっ
て作用する複数の変換シーケンス、結合されたスイッ
チ、および外部キャパシタ６４により実現される。これ
は−２．８Ｖないし−２．１Ｖからなる電圧バッテリー
ＶＰＩＬＥを−５．５Ｖないし−４．１Ｖからなる電圧
バッテリーＶＥＥ（したがって電圧ＶＳＵＢ）に変換す
るよう動作する。得られた電圧はダイオード７８を介し
て低しきい電圧に加えられ、外部ソース（図示されてい
ない）からの電流によって極性化され、したがって最大
電圧を降下させこの要素のレベルに制限する。

【００４２】副回路７２は＋５．３Ｖないし＋３．９Ｖ
からなる正電圧ＶＣＣから電圧ＶＥＥを形成し、これは
例えば、クロック信号６８および集積キャパシタ８０に
よりシーケンスされる複数のスイッチからなるチャージ
・ポンプ・タイプの回路によって実施され、その概要は
一般的に知られており、したがってここでは詳細な記述
はしない。

【００４３】チャージ・ポンプ回路はＢｉＣＭＯＳ技術
によって完全に集積した形で実現できるため好適なもの
であるが、この他にも例えば単純ＣＭＯＳ技術および電
圧クランプ回路による実施も可能である。後者において
は、数多くのスイッチング回路を装備することが必要で
あり、したがってさらにサイクルの継続中に導通状態が
保持されるスイッチのための更新信号を提供することが
必要となる。これらの多様な電圧の形成についての観点
から、ＶＤＤとＶＳＳの間（０Ｖないし−１．５Ｖ）に
おさまる論理制御信号５６（図１）を適用しながらスイ
ッチのゲート上に制御電圧を形成することが可能であ
り、その電圧はＶＥＥとＶＣＣの間におさまり特に電池
の使用開始時においては−５．５Ｖないし＋５．３Ｖ、
電池の寿命終了時においては−４．１Ｖないし＋３．９
Ｖの間となり、したがって、絶対値および対称値の双方
において約３倍の大きな電圧が得られ、したがって外的
な摂動に対してより高い防護性が確立され、さもなけれ
ばこの摂動はスイッチの制御に影響を与え易いものであ
る。

【００４４】電圧変換回路５８（図１）は、それぞれＶ
ＣＣ，ＶＤＤ，ＶＳＳ，ＶＥＥに接続された複数の周知
の回路を含み、これらは制御電圧ＶＤＤ／ＶＳＳ対ＶＣ
Ｃ／ＶＥＥの増幅性および対称性を維持し、したがって
動的スイッチ制御の増幅性および対称性を維持するため
に制御信号の伝送線上に挿入される。これらの電圧変換
回路はマイクロチップ１６内にモノリシック形式で完全
に集積することができ、したがって超高密度の集積性を
可能にし、その結果より高度な超小形化が可能となる。

【００４５】この回路構成によれば、回路１６の各スイ
ッチの制御は電磁摂動から確実に防護され、そうでなけ
れば状況によっては予測不可能かつ不適正なスイッチ転
換によってスイッチが操作されてしまう可能性がある。

【００４６】これに加えて、発生し得る全ての摂動にか
かわらず恒常的に回路内で最も大きな負の電圧であるＶ
ＳＵＢを維持するため、回路に動的電源を設けることが
好適であり、これによれば相当な負の摂動によっても電
圧変換によって形成され多様なスイッチに適用される多
様な電圧レベルの間の比較ギャップが障害を受けること
はなく、したがって回路機能への悪影響を防止すること
ができる。

【００４７】この目的のため、コネクタ２０，２０′，
３２，３２′および１８がそれぞれ一方でダイオード９
４のカソードに接続され、このダイオードのアノードは
ＶＳＵＢに接続される（ダイオード９４も図４内に示さ
れている）。心房および心室の基準極性に関しては、コ
ネクタ３２および３２′をケース（入力１８）に接続す
るレジスタ５２および５２′が全ての漏電流の防止を可
能にする。寄生の発生によりコネクタ２０，２０′，３
２，３２′および１８のいずれかがＶＳＵＢよりも大き
な負電位を有する場合、ダイオードが導通状態になる。
このことがＶＳＵＢに接続された位置からのアセンブリ
の“オーバーパワリング”を可能にし、摂動の発生によ
る非適時的な転換の危険性を防止する。大きな過電圧に
対する防護に関しては、既存のペース・メーカーにおい
ては防護は各入力端子とアースとの間にツェナー・ダイ
オードを逆向きに接続することにより実施されている。
このダイオードは、ツェナー電圧より高い対称電圧の制
限を保持し、特に絶対値において±７Ｖ以上の電圧を制
限する（図２の上下斜線部分を参照）。

【００４８】本発明は従来独立要素として回路上に設置
されていたツェナー・ダイオードに代えて、完全に集積
されたモノリシック防護回路を提案している。この本発
明に係る防護回路は、従来技術におけるツェナー・ダイ
オードの場合と同様に逆向きに接続されたダイポールか
らなる。このダイポールは従来のものに匹敵する電流レ
ベル（数百ｍＡ）で作動し，完全な集積化にもかかわら
ず結果としてはるかに低い回路密集度を実現する。これ
らの電圧制限回路９８はその数においてコネクタ２０，
２０′，３０，３０′，３２，３２′の数に相当し、そ
れぞれ各入力とケース１８の入力に相当するアースとの
間に接続される。これらの集積化を実現するために、回
路９８は、好適な実施例において、図５に示されている
“トップ・ツー・ボトム”構成を有し、これは片側半分
がそれぞれ直列接続された二つのバイポーラ・トランジ
スタ１００，１０２を有する対称構造からなり、トラン
ジスタ１００のエミッタは回路９８の電極１０４の一つ
に接続され、トランジスタ１００のコレクタはトランジ
スタ１０２のエミッタに接続され、トランジスタ１０２
のコレクタは回路９８の他方の電極１０４に接続され
る。トランジスタ１００のベースとエミッタ間にはレジ
スタ１０６が接続される。トランジスタ１００のベース
とトランジスタ１０２のコレクタ間には逆向きの二つ
（またはそれ以上）の集積ツェナー・ダイオード１０
８，１１０が接続され、制限電圧の設定を可能にする。
したがって、ダイポールは電極１０４間の電位差が絶対
値において７Ｖを超過した際には導通状態で動作する。
この結果、このダイポールは電圧差によって導通状態に
トリガされ電圧を制限する電流増幅器として機能し、電
極１０４間に３００ｍＡまでの電流を通すことができ
る。これはまた１０ｍｓのパルス幅を有する３Ａのピー
ク電流を減衰させることができる。したがって、非常に
高いエネルギーを持った摂動に際しても破損の危険性が
防止される。

【００４９】以上、限定ではなく、例示の目的で記述し
た実施例以外にも本発明を実施し得ることが当業者には
了解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】電源、スイッチングおよび防護回路を備えた本
発明の好適な実施例を示す心臓ペース・メーカー内のマ
イクロ・チップの概略図である。

【図２】図１の回路内で生成される異なった電圧および
これらの電圧が変化するレベル間隔を示す説明図であ
る。

【図３】図１の電源回路の概略図である。

【図４】動的偏波および超過電圧に対する防護を示す、
図１の回路の一部を拡大した概略回路構成図である。

【図５】図１及び図４の回路の超過電圧に対する防護回
路の概略回路構成図である。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極入力ポートと出力ポートとを有する
   マイクロチップと；前記電極入力ポートから出力ポート
   へ選択的に転流させるための第一の状態と第二の状態を
   有し、第一の電圧を有する制御入力によりスイッチ状態
   を選択するスイッチと；少なくとも一つの能動要素を含
   む防護回路を備え、この能動要素は外的摂動に対応する
   状態を有し、この状態は前記摂動が存在しない際の通常
   動作状態と前記摂動が存在する際の防護動作状態とを含
   み、防護回路、スイッチおよびマイクロチップがモノリ
   シック集積回路からなることを特徴とする能動型移植医
   療機器。
2. 【請求項２】 正極と負極と電源電圧（ＶＰＩＬＥ）を
   有するバッテリーと；複数の論理制御電圧出力を有し、
   各論理制御信号が第一または第二の値（ＶＤＤ，ＶＳ
   Ｓ）の一方を有する制御回路からなり；マイクロチップ
   が前記論理制御回路からの複数の論理制御信号を受信す
   る論理制御入力ポートを備え；電極入力ポートがさらに
   複数の電極入力ポートからなり；スイッチがさらに複数
   の静止スイッチ（２４，２４′，２８，２８′，３８，
   ３８′，４０，４０′，４４，４４′，４６，４６′，
   ５０，５０′，５４）からなり、各静止スイッチはスイ
   ッチ状態を選択するためのスイッチ制御レベルを有し、
   さらに各スイッチが前記電極入力ポートの一つに接続さ
   れこの一つのポートを選択的に転換し；バッテリー電源
   電圧よりも大きい制御電圧（ＶＳＵＢ，ＶＣＣ）を有
   し；さらに防護回路が：電圧変換回路（５８）と複数の
   出力を有し、この複数の出力はそれぞれ選択された電圧
   出力レベルを有し、この電圧出力レベルが絶対値におい
   て論理制御信号の第一および第二の数値より大きくなる
   とともに静止スイッチ制御レベルに相当し、さらに前記
   摂動により前記電極入力ポートに生じる寄生電圧の公称
   レベルより大きいかあるいはこれと等しい電圧レベルを
   有することを特徴とする請求項１記載の機器。
3. 【請求項３】 論理制御信号が寄生電圧の公称レベルよ
   りも小さくなり、電圧変換回路は寄生電圧の公称レベル
   よりかなり大きいかあるいはこれと等しくさらに対称性
   である制御電圧を発信し、これによって高周波信号に相
   当する摂動の復調を最小化することを特徴とする請求項
   ２記載の機器。
4. 【請求項４】 さらに複数の基準電位出力レベルを有す
   る電源回路（６０）を備え、電圧変換回路の電圧出力レ
   ベルが電源回路によって形成され、電源回路と変換回路
   がモノリシック集積回路内に集積されることを特徴とす
   る請求項２記載の機器。
5. 【請求項５】 集積されたモノリシック電圧変換回路お
   よび電源回路がチャージ・ポンプ回路（７２）と電圧ダ
   ブリング回路（７０）と電圧クランプ回路のうちの少な
   くとも一つを備え、各回路が出力を有し、電圧変換回路
   が前記出力に応答して前記電圧出力レベルを形成するこ
   とを特徴とする請求項４記載の機器。
6. 【請求項６】 電圧変換回路の出力レベルが極性を備
   え、また各静止スイッチが電圧変換回路の出力レベルの
   極性に相当する電位に極性化されたバルク・サブストレ
   ートを備えることを特徴とする請求項４記載の機器。
7. 【請求項７】 静止スイッチがソースに短絡結合された
   バルク・サブストレートを備えることを特徴とする請求
   項４記載の機器。
8. 【請求項８】 防護回路手段がさらにオーバーパワリン
   グ手段（９４）を備え、このオーバーパワリング手段は
   電極入力ポートとあらかじめ設定された電圧振幅に相当
   する電位との間に接続され導通状態を提供する要素を備
   え、この要素は電極入力ポート上の電圧が絶対値におい
   て電位を超過した際に導通状態に転換することを特徴と
   する請求項１記載の機器。
9. 【請求項９】 防護回路は大きな摂動に対応して電位を
   絶対値において回路の最大電圧に相当する電圧に保持す
   るよう動作することを特徴とする請求項８記載の機器。
10. 【請求項１０】 防護回路の集積されたモノリシック回
    路がさらに電極入力ポートと基準電位に接続された電圧
    制限回路（９８）を備えることを特徴とする請求項１記
    載の機器。
11. 【請求項１１】 電圧制限回路がさらに電流増幅器を備
    えあらかじめ設定されたしきい値に相当する電圧に対応
    して電流を導通させることを特徴とする請求項１０記載
    の機器。
12. 【請求項１２】 電流増幅器はペアの電極間に挿入さ
    れ、さらに第一の半部分および第二の半部分からなる対
    称構造を有するダイポールを備え、各半部分が直列に接
    続された第一のバイポーラ・トランジスタ（１００）お
    よび第二のバイポーラ・トランジスタ（１０２）を備
    え、第一のトランジスタのエミッタが前記電極（１０
    ４）の一方に接続され、第一のトランジスタのコレクタ
    は第二のトランジスタのエミッタに接続され、第二のト
    ランジスタのコレクタはもう一方の電極（１０４）に接
    続され、第一のトランジスタのベースおよびエミッタ間
    にレジスタ（１０６）が接続され、さらに少なくとも二
    つのツェナー・ダイオード（１０８，１１０）が第一の
    トランジスタのベースと第二のトランジスタのコレクタ
    との間に逆向きに接続されることを特徴とする請求項１
    １記載の機器。
13. 【請求項１３】 モノリシックに集積された防護回路が
    さらに複数の電圧制限回路（９８）を備え、各電圧制限
    回路がペアの電極（１０４）間に挿入され、さらに第一
    の半部分および第二の半部分からなる対称構造を有する
    ダイポールを備え、各半部分が直列に接続された第一の
    バイポーラ・トランジスタ（１００）および第二のバイ
    ポーラ・トランジスタ（１０２）を備え、第一のトラン
    ジスタのエミッタが前記電極（１０４）の一方に接続さ
    れ、第一のトランジスタのコレクタは第二のトランジス
    タのエミッタに接続され、第二のトランジスタのコレク
    タはもう一方の電極（１０４）に接続され、第一のトラ
    ンジスタのベースおよびエミッタ間にレジスタ（１０
    ６）が接続され、さらに少なくとも二つのツェナー・ダ
    イオード（１０８，１１０）が第一のトランジスタのベ
    ースと第二のトランジスタのコレクタとの間に逆向きに
    接続されることを特徴とする請求項２記載の機器。
14. 【請求項１４】 マイクロチップ、スイッチおよび防護
    回路が単一のモノリシック集積回路からなることを特徴
    とする請求項１記載の機器。
15. 【請求項１５】 マイクロチップ、複数のスイッチおよ
    び防護回路が単一のモノリシック集積回路からなること
    を特徴とする請求項２記載の機器。
16. 【請求項１６】 マイクロチップ、複数のスイッチ、電
    源および防護回路が単一のモノリシック集積回路からな
    ることを特徴とする請求項５記載の機器。