JPS5835221Y2 - 心臓ペ−スメ−カ用焼灼保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電子的心臓ベーシング装置、そしてさらに詳し
く言えば該装置に関連する焼灼保護回路に関するもので
ある。

米国特許第３０５７３５６号に記載されているような心
臓ペーサは、１分間に７２博動程度の希望の速度で心臓
を収縮させる電気的刺激を発生させることが知られてい
る。

このような心臓のペースメーカは身体中に埋込み、この
ような周囲条件で長期に亙って動作することが可能であ
る。

このようなペースメーカは外科的処理によって患者の胸
部あるいは腹部に埋込み、この場合、上記の部分を切開
し、ペースメーカをその内蔵電源とともに患者の体内に
挿入する。

第１図に、先行技術による電子的心臓ペースメーカの出
力部分を示す。

この出力回路はトランジスタＱ′１２を具え、そのトラ
ンジスタは、患者の心臓を刺激すべく速度、すなわち、
１分間７２博動の速度で周期的に、そして患者の心臓を
刺激するのに十分に長い期間、ターンオン、ターンオフ
する。

ペース電極とコレクタ電極はそれぞれ適当なバイアス抵
抗Ｒ′１９、およびキャパシタＣ’８と充電抵抗Ｒ’２
０に接続され、その出力は、トランジスタＱ′１２のコ
レクタからキャパシタＣ’８によって結合される。

ツェナー・ダイオードＣＲ１０は、回路の出力間に接続
され、細動防止の保護作用を行なっている。

心臓が正常な機能を行なっているときは、心臓の筋肉組
織間に電荷が生じ、すなわち分極をし、続いて放電すな
わち減極を行なう。

細動においては、成極の発生源が多数ありこれ等の相互
作用をしその結果心臓はでたらめの運動を行ない、患者
の動脈系には血液は僅かしか循環しなくなる。

心臓の正規の活動を再開始させるには、細動停止用の比
較的振幅の大きいパルスを患者の心臓に与える。

普通は、一対の羽根（電極）を患者の胸部の各側におき
、除細動通電用パルスを患者の心臓に与えて患者の心臓
の正常なリズムの動作を再開させるようにしである。

細動除去パルスは、心臓ペースメーカ回路の出力部で見
ると、１５００■程度である。

このような高電圧においては、上記回路の回路素子が何
らかの保護を受けていなければ、破壊されないとしても
容易に損傷を受けることとなろう。

これを防止するために、出力の間にツェナー・ダイオー
ドＣＲ１Ｏを挿入して、ペースメーカ回路に印加される
電圧を安全レベル例えば８■に制限する。

患者の体内に心臓ペースメーカを埋込みあるいは除去す
るための外科的処置は、ペースメーカの小空洞（ポケッ
ト）をつくる電気焼灼による切開と、この小空洞（ポケ
ット）の周囲の小血管を止血することを含む。

第２図には心臓ペースメーカ１０を埋込んだ患者と、ペ
ースメーカ用に焼灼切開するための焼灼電極１２の使用
状態を示す。

普通は、ボヴイー電気外科装置（商品名）のような焼灼
装置は第３図に示すような電気信号を電極１２に印加す
る。

この高周波信号は減衰波形を有する。この減衰と言う語
は、電流が最大の振幅から始まり振幅が対数的に減少す
るパルスの形であることを意味する。

これ等のパルスの群は屡々ウェーブ・トレーン（ｗａｖ
ｅ ｔｒａｉｎ）と呼ばれ、１秒当りに生起することウ
ェーブ・トレーンの数をウェーブ・トレーン周波数と呼
ぶ。

各ウェーブ・トレーン中に生起するパルスの速度（秒当
りの数）をユニットの周波数、例えば１秒５００から８
００キロサイクルと言う。

次に示す第１表において、２種の基本電流の数個の特性
に対する値を示す。

この値は近似値であるがまた同時に実際の電流の代表値
でもある。

第２図に示すように、焼灼電極あるいは鉗子１２と、患
者の臀部に配置された焼灼用接地板１６との間に電界１
８が形成される。

第２図に示すように、人工的の心臓パルス発生器１０お
よびその電極１４は電界１８のパルス中に配置され、心
臓ペースメーカ回路の出力部分に容易に信号が誘起され
る。

上記に参照したジョセフ・ニー・パリスによる出願（米
国特許３９６８８０２号、実開昭５１−９６２８９号）
において、心臓ペースメーカに使用される焼灼保護回路
が説明されており、それにより焼灼処置より定められる
電界により心臓ペースメーカの出力回路内に誘起される
信号の影響は最少になされる。

上記特許に説明したように、焼灼処置は、特に、単極型
心臓ペースメーカの出力回路に非対称信号を誘起する傾
向にある。

そして、かような非対称信号は、患者の心臓に細動を刺
激する。

第４図において、ジョセフ・ニー・パリスの前記出願に
説明した焼灼処置、即ち出力回路が′示されており、そ
こには、出力トランジスタＱ１２及び゛その出力トラン
ジスタＱ１２間に配置されるダイオードＣＲ１４が具え
られている。

そして、出力トランジスタＱ１２が非対称に動作される
のを防止し、焼灼により誘起される信号のペースメーカ
の導電度を対称にするようになし、かくして患者の心臓
に細動を刺激する危険性を減少している。

更に、Ｃ８は、トランジスタＱ１２の出力間に接続され
、焼灼によりもたらされる電界により出力回路に誘起さ
れる周波数に対して低インピーダンスパスを与える値に
なるように選択されている。

更に、ツェナー・ダイオードＣＲ１０及びＣＲ１２は、
直列にかつ逆方向に接続され、それによって心臓ペース
メーカ回路は、比較的大きな細動除去パルスに関して保
護される。

キャパシタＣ１２は、ダイオードＣＲ１４，ＣＲ１０及
びＣＲ１２の接合容量及び出力回路と患者の心臓に対し
て導かれるリード線との間に直列に配置されるインダク
タンスＬ１により形成される共振回路を同調させないよ
うにトランジスタＱ１２の出力間に並列に接続される。

インダクタンスＬ１は、限流装置として使用され、焼灼
処置により誘起される高周波成分の電流を減少する。

代表的には、第４図に示されるようなインダクタＬ□は
、約１０４７程度の比較的高い直流抵抗を有する軸方向
リードで、エポキシでモールドされた型のインダクタで
ある。

若し、心臓に対するリード線及び結合インピーダンスが
、５００Ω程度であれば、かようなインピーダンス負荷
は、重要な要素ではない。

然し、若し低い閾値のリード線が使用され、従って、イ
ンピーダンスがリード線により与えられ、心臓が１００
、！Ｑ程度であれば、エポキシ・モールドインダクタ
Ｌ１により与えられる抵抗は、心臓ペースメーカ回路に
対して重大な付加的負荷を与え、その出力パルスを極度
に減衰し、電池の不当な電力消費をもたらす。

更に、かようなインダクタは、典型的には通常非常に急
速な立上り時間（１μｓｅｃ程度）を有するペースメー
カ刺激信号は不所望の形状の影響を与える。

それにより、そのパルス立上り時間は、約８−１０のフ
ァクタで増大する。

更に、インダクタンスＬ１は、また、ペースメーカパル
スの引き出し端に信号を課する傾向にある。

この不所望のペースメーカパルスの歪みは、共通に利用
する通信機の使用に対して心臓ペースメーカの連続的監
視を妨げるのである。

これに関して、患者の体に接近して配置されたトランジ
スタ化通信機を使用して埋込まれたペースメーカの動作
を監視し、無線機が通常聞かないダイヤルにスポットを
同調せしめることは、患者は勿論、医者にとっても普通
のプラクテスである。

かように配置された通信機は、ペースメーカパルスをピ
ックアップし、各ペースメーカパルスの発生についてス
ピーカからクリック音を与える。

■分間内のパルス数は、電池寿命及びペースメーカ動作
の表示を与えるように計数される。

このように、若し、ペースメーカ出力が、大きな歪みを
与えるならば、埋込まれたペースメーカの動作を監視す
る簡単な手段は、もはや利用されないであろう。

従って、本考案の目的は、焼灼処置によって誘起される
電流を極度に制限できる心臓ペースメーカ用焼灼保護回
路を提供することである。

本考案の他の目的は、ペースメーカの心臓刺激出力に対
して極めて小さいインピーダンス特にインダクタンスを
配置し、それによりペースメーカの電池寿命が延長され
、刺激パルスの形状が歪まないようにした心臓ペースメ
ーカ用焼灼保護回路を提供することである。

本考案の教示に従えば、第１、第２インダクタは、焼灼
により誘起される磁界の存在により発生される信号が、
ペースメーカ回路に印加されるのを防止するように心臓
ペースメーカ回路の出力回路に接続される。

特に、インダクタは比較的高い結合係数を有し、従って
、焼灼により誘起される電流は、各インダクタに対して
インダクタ中に同方向に磁界が発生するように印加され
、かくしてインダクタを所謂共通モード（ｃｏｍｍｏｎ
ｍｏｄｅ）で動作せしめ、そのインダクタンスは実効
的にそれ等の等価インダクタンスの相乗積となり、ペー
スメーカ回路に加わる電流を制限する。

さらに、第１および第２のインダクタはペースメーカよ
りの刺激パルスを印加するときは所謂差動モード （ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅ）で動作し、こ
の際は第１および第２のインダクタ間の相互の結合は逆
方向となり、この際のインダクタンスは、実質的に０で
ないとしても、極めて低い。

本考案のこの具体例において、第１および第２のインダ
クタの結合係数は１程度であって、またこのインダクタ
は１０ ＭＨｚ程度の広い周波数幅を有する。

特に、第１および第２のインダクタは、トロイダル・フ
ェライト磁心に導体を巻いた形をとることができ、この
とき磁心は約１２０の透磁率を有し、このトロイダル・
インダクタは５−１０ ＭＨｚの範囲の共振周波数をも
つ。

このようなトロイダル・インダクタは、心臓ペースメー
カ回路の刺激パルスに対しては実質的に歪効果を与える
ことはなく、焼灼時に誘起される信号から与えられる電
流を実質的に制限することとなろう。

第５図に示す具体例を参照すれば、第５図には、本考案
によるペースメーカ回路の出力部分１０が示されている
。

特に、刺激パルスを発生するための電池およびタイミン
グ制御回路を含むパルス発生器は、ブロック１２で示さ
れている。

かような回路の詳細をより充分に開示するために、前記
ジョセフ・ニー・パリスの出願（実開昭５１−９６２８
９号）が引用される。

前述したとおり、制御されたパルスが出力トランジスタ
Ｑ１１２のベースに印加され、これを導通し、そしてそ
のエミッタとベース部分の間に出力パルスが発生する。

普通５−２０μＦ程度の値を有する出力キャパシタＣｌ
Ｏ３が抵抗Ｒ１２０を通じて、普通５．４Ｖ程度の値の
電池電圧に充電されている。

トランジスタＱ１１２のベースに印加される制御パルス
は、０．５−１．０ ミＩＪ秒程度のパルス幅を有する
矩形波であり、そして出力キャパシタＣｌＯ３の結合さ
れた側がアースに接続され、負端子１４に、対応するパ
ルス幅と振幅を有する負パルスを送出する。

この回路の残りの部分は、電気的焼灼、細動防止および
電磁的の保護作用を行なう。

特に、極性が逆に接続されたツェナー・ダイオードＣＲ
１１０およびＣＲ１１２は細動除去機能の保護を行なう
ものであって、細動除去処理中に誘起される数百Ｖ程度
の信号は、効果的に８Ｖ程度の値にクランプさせ、これ
によってさらに、キャパシタＣｌＯ３およびＣ１１２の
ような回路キャパシタの保護および破壊防止を行なう。

さらに、キャパシタＣ１１４およびＣ１１６は互に直列
接続され、そしてトランジスタＱ１１２の出力に対して
並列に接続され、電磁的妨害に対する保護を行なう。

普通は、上述のキャパシタは１０００−５０００ ｐＦ
程度の値を有し、３ＭＨｚから２．５ ＧＨｚ程度の普
通の電磁的妨害を実質的に抑圧する。

さらに、普通１００００ ｐＦ程度の値をもつ別のキャ
パシタＣ１１２をトランジスタＱ１１２の出力に並列に
配置し、回路出力に誘導される高周波のＲＦ信号を減衰
させ、上記のダイオードの有するキャパシタンスと第１
および第２のインダクタＬ１′およびＬ２’によるイン
ダクタンスとから構成される共振回路が同調しないよう
にする。

さらに、ダイオードＣＲ１１４は、普通は、シリコン・
ダイオードの形をとり、トランジスタＱ１１２のエミッ
タとコレクタ間に並列に接続され、焼灼処置中に誘起さ
れる電流がパルス発生器１２に流入してパルス発生器１
２に損傷を与えたり、トランジスタＱ１１２が整流器と
して動作して非対称信号が出力リードを経て患者の心臓
に誘起され、細動をおこすようなことがないようにする
。

ここに説明した回路部分は今までは第４図に示したもの
と全く同様であり、前記ジョセフ・ニー・パリスの出願
に詳細に述べられている。

本考案の教示によれば、第５図に示すように、パルス発
生器１２に対する焼灼保護回路は、比較的高い結合係数
を以て相互に結合されている第１および第２のインダク
タＬｌ’およびＬ２′を含む。

第５図から判明するように、出力の刺激パルスは、トラ
ンジスタＱ１１２から導き出されると、インダクタＬｔ
’およびＬ２’を経て端子１４および１６に印加される
。

そして、低インピーダンスの２極のリードが端子１４お
よび１６に接続されている。

例えば、患者の心臓の心筋層に挿入する螺旋形電極及び
その周辺に配置される環状板電極を具える同軸導体の形
式をとり、それにより効果的な低インピーダンス接続が
心臓に対してなされる。

かようなリードは、アール・エイチ・ロックランド及び
テ゛−・エイチ・ゴベリによる米国出願６１００６３体
組織の２極電極に詳細に述べられている。

他の心内膜及び心筋層リードは、勿論、この特殊なリー
ドと置き換えることができる。

本具体例において、インダクタＬ１′およびＬ２’は、
ここに説明した仕様に適合するよう注文して作ったトロ
イダル・インダクタの形をとっている。

インダクタＬｌ’およびＬｚ’は１個のフェライト磁心
に２本巻き、分割巻きあるいは成層巻きとすることがで
きる。

患者の体内に埋込むため、形とかコンパクトさは第１の
関心事であるが、普通このような素子は全く小さく、た
やすくペースメーカ回路に組込むことができる。

さらに、このようなインダクタの巻き数は比較的少なく
、従ってこのようなトロイダル・インダクタを構成して
いるインダクタＬｌ’およびＬ２′で生ずる抵抗は少く
なる。

その結果、インダクタンスＬｌ’およびＬ２’の呈する
抵抗は、係数１０に減少され、ペースメーカのパルスに
対する減衰やペースメーカの電池の消耗を少くする。

さらに、１２０程度の透磁率を有する磁心の形において
、インダクタＬｌ’およびＬ２’間に能率のよい結合が
存在することが望まれる。

さらに、このようなトロイダル・インダクタは１０ Ｍ
Ｈｚ程度の極めて広い帯域幅と５−１０ ＭＨｚあるい
はそれ以上の高い共振周波数をもつものである。

比較的広い帯域幅と高い共振周波数特性をもつ結果とし
て、このインダクタを介して患者の心臓に付設されたリ
ードに印加される信号は成形されたり歪んだりはしない
。

第５図に示すように焼灼保護回路中にトロイダル・イン
ダクタを入れることの重要さは、この回路特にトロイダ
ル・インダクタの動作に関連してさらによく理解される
であろう。

さらに詳しく言えば、焼灼処置中しかも焼灼時に誘起さ
れる電界の存在下において、比較的高電圧あるいは強電
原信号が同時にリードを経て端子１４および１６に印加
されるであろう。

その結果、強電流が、実質的に同時にインダクタＬ１’
およびＬ２’の各々に同一方向に誘起される。

その結果、トロイダル・インダクタは共通（ｃｏｍｍｏ
ｎ）モードで動作し、この場合、上記各インダクタによ
って磁力線は同一方向に誘起され、両者の結合によって
、各インダクタＬｔ’およびＬ２′から生ずるインダク
タンスは増加すなわち効果的に相乗されるのである。

従って、誘起された信号の周波数が増すと、インダクタ
Ｌｔ’およびＬ２′のインダクタンスは増加し、焼灼保
護回路の他の部分やパルス発生器１２に流入する電流を
制限するようになる。

他方、ペースメーカ・パルスを発生するためトランジス
タＱ１１２がオンになると、この信号は、インダクタＬ
１′を経て負端子１４へ、また正端子１６よリインダク
タＬ２′へ印加され、この際は、上記インダクタ間の結
合部分に生ずる磁力線は互に打消し合う方向であって、
ペースメーカ・パルスに対するインダクタンスは著しく
減少する。

上述の差動モードによる動作の結果、実質的にＯではな
いとしてもペースメーカパルスに作用するインダクタン
スは極めて少く、従って、このようなインダクタンスに
よってこのペースメーカ・パルスが成形されたり歪むよ
うなことはない。

上記において、２極性ペースメーカと共に動作するに適
当な、新規でかつ改良された焼灼保護回路を説明した。

すなわちこれは、共倒モードあるいは阻止モードで動作
することができ、焼灼処理中に誘起されて出力端子から
パルス、発生器に流入する電流を実質的に減衰させるト
ロイダル・インダクタを含むものである。

他方、このトロイダル・インダクタはまた差動モードで
動作することができ、パルス発生器から送出される出力
はパルスの形でこのインダクタを通過し、この動作モー
ドではトロイダル・インダクタはパルス発生器の出力に
対しては小さいすなわち実質的には零インダクタンスを
呈するので、上記出力パルスに対しては極小の成形ある
いは最小の歪しか与えないのである。

この結果、ペースメーカパルスの形は、立上り時間が速
く、後縁においてリンギングを生じないものとすること
ができ、また極めて小さい抵抗を示す。

本考案の精神から逸脱することなく、上記装置において
多くの変形が可能であり、また異る具体例を作ることが
可能である。

従って、上記の説明および添付図面に含まれている総べ
ての事項は例証と判断され、限定的意味をもつものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるペースメーカ回路の出力部分の
概要図、第２図は患者に埋込まれたペースメーカのパル
ス発生器とリードと焼灼用電極との相対的関係位置を示
す説明図、第３図は、典型的な焼灼ユニットの出力波形
を示す。 第４図は、先行技術のペースメーカ発生器回路の出力回
路部分の概要図を示す。 第５図は、本考案の技術によるペースメーカパルス発生
器回路の出力回路部分の概要図を示す。 第５図において、１０はペースメーカ回路の出力部分、
１２はパルス発生器、Ｑ１１２はトランジスタ、Ｒ１２
０は抵抗、ＣＲ１１４はダイオード、ＣＲ１１０及びＣ
Ｒ１１２はツェナー・ダイオード、Ｃ１０８，Ｃ１１２
，Ｃ１１４、Ｃ１１６はキャパシタ、Ｌ１′、Ｌ２′は
インダクタ、１４．１６は端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 患者の心臓を刺激することが望ましいレートに従って所
   望レートの制御信号を発生するパルス発生器１２、制御
   信号に応答し、第１及び第２リードによって患者の心臓
   に印加されるべき心臓刺激出力パルスを与える出力スイ
   ッチ手段Ｑ１１２、第１及び第２インダクタＬ’１．Ｌ
   ’２を具え、その各々は、前記第１及び第２リード１４
   ．１５の対応する１つと直列に接続され、かつ高結合係
   数により互に結合され、焼灼により誘起される磁界の存
   在で第１のモード即ち、焼灼により誘起される磁界によ
   り前記第１及び第２インダクタに印加される信号は、前
   記結合を通して同方向に磁界を発生し、焼灼により誘起
   される信号を与えるインダクタンスは、対応して増加さ
   れるモードにて動作し、他方ペースメーカパルス信号の
   印加に応答して第２の差動モード即ち、前記第１及び第
   ２インダクタ間の結合を通して逆向きの磁界が発生され
   、前記第１及び第２インダクタにより与えられるインダ
   クタンスは、著しく減少されるモードにて動作するトロ
   イダルインダクタ、を具え、前記トロイダルインダクタ
   は、１２０程度の透磁率を有するトロイダル磁心、少な
   くとも１０ ＭＨｚの帯域幅、少なくとも５Ｍ氾の共振
   周波数を有し、それによって前記パルス発生器に与えら
   れるインピーダンスが減少され、心臓刺激パルスに印加
   される歪が減少されることを特徴とする２極心臓ペ一ス
   メーカ用焼灼保護回路。