JP2012135457A

JP2012135457A - 心臓刺激装置

Info

Publication number: JP2012135457A
Application number: JP2010290152A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mori; 健森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】除細動効果を向上させるとともに、心臓の治療を早期に開始することができる心臓刺激装置を提供する。
【解決手段】第１波形パルスを発生させるための電力を蓄えるコンデンサ２１と、第１波形パルスよりも高電圧の第２波形パルスを発生させるための電力を蓄えるコンデンサ２２と、コンデンサ２１，２２と出力端子４１，４２との間の回路に設けられたＳＷ３１〜３６と、ＳＷ３１〜３６を制御する制御部３０とを備え、制御部３０が、第２波形パルスの出力に先立って、第１波形パルスを時間間隔をあけて複数回出力させるとともに、コンデンサ２１の放電期間とコンデンサ２２の充電期間とが重複するようにＳＷ３１〜３６を制御する心臓刺激装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、心臓刺激装置に関するものである。

従来、心臓の細動除去または電気的除細動のための心臓刺激装置（システム）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この心臓刺激装置は、複数の主電極と、電源と、制御回路とを備えており、除細動のための複数種類のパルス（補助パルスおよび主パルス）を発生させるようになっている。

特表２００１−５１４５６７号公報

特許文献１には、補助パルスを出力した後に主パルスを出力することで、除細動効果が高められることが記載されている。しかしながら、特許文献１に開示されている心臓刺激装置では、補助パルスとして、主パルスと略同等の大きさのパルスを出力するため、補助パルスのための充電時間がかかり、十分に充電してからでなければ補助パルスを出力することができない。すなわち、特許文献１に開示されている心臓刺激装置は、心臓の治療を早期に開始することができないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、除細動効果を向上させるとともに、心臓の治療を早期に開始することができる心臓刺激装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、心臓を刺激するパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段により第１のパルスを発生させるための電力を蓄える第１のコンデンサと、前記パルス発生手段により前記第１のパルスよりも高電圧の第２のパルスを発生させるための電力を蓄える第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのそれぞれに電圧を印加する少なくとも１つの電圧印加手段と、前記パルス発生手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記第２のパルスの出力に先立って、前記第１のパルスを時間間隔をあけて複数回出力させるとともに、前記第１のコンデンサの放電期間と前記第２のコンデンサの充電期間とが重複するように前記パルス発生手段を制御する心臓刺激装置を採用する。

本発明によれば、パルス発生手段により発生されたパルスにより心臓を刺激して、心臓の細動を除去することができる。この場合において、制御手段により、第２のパルスの出力に先立って、第２のパルスよりも低電圧の第１のパルスを時間間隔をあけて複数回出力させるとともに、第１のコンデンサの放電期間（第１のパルスを出力する期間）と第２のコンデンサの充電期間（第２のパルスを発生させるための電力を充電する期間）とが重複するようにパルス発生手段が制御される。

このように第１のパルスを複数回出力することで、第１のパルスの電圧を下げても除細動効果を得ることができ、第１のパルスを出力するための第１のコンデンサの充電期間を短くすることができる。これにより、第２のパルスを出力するための第２のコンデンサの充電期間中に、第１のパルスを出力することができ、心臓の治療を早期に開始することができる。また、第２のパルスの出力に先立って第１のパルスを出力することで、除細動に必要な電圧（第２のパルスの電圧）を低下させることができ、効果的に心臓の細動を除去することができる。

上記発明において、前記制御手段が、前記第１のパルスを心臓の不応期よりも短い時間間隔で出力するように前記パルス発生手段を制御することとしてもよい。
心臓の不応期とは、心室の興奮直後であって、いかなる刺激にも心臓が反応しない期間をいう。したがって、第１のパルスを心臓の不応期よりも短い時間間隔で出力することで、心臓に対して常時電圧を印加しているのと同様の効果を得ることができるとともに、第１のパルスの出力に伴う消費電力を低減させることができる。

上記発明において、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサに電圧を印加する前記電圧印加手段が共通化されていることとしてもよい。
このようにすることで、共通化された１つの電圧印加手段により、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに電圧を印加して、第１のパルスおよび第２のパルスを発生させることができ、装置の小型化を図ることができる。

上記発明において、前記第１のコンデンサを複数有し、前記制御手段が、複数の前記第１のコンデンサの放電期間を異ならせるように前記パルス発生手段を制御することとしてもよい。
このようにすることで、複数のコンデンサのそれぞれについて、充電する時間を長く設定できるため、確実に必要なパルス電圧を発生させることができる。

上記発明において、前記制御手段が、複数出力される前記第１のパルス間の停止期間の少なくとも一部の期間に充電するよう前記電圧印加手段を制御してもよい。
このようにすることで、パルスの停止期間中に効率的な充電を行うことができる。

上記発明において、前記第１のパルスを出力する第１の出力端子と、前記第２のパルスを出力する第２の出力端子とを備えることとしてもよい。
このようにすることで、第２の出力端子から高電圧の第２のパルスを出力するとともに、第１の出力端子から低電圧の第１のパルスを出力することができる。このように第１のパルスと第２のパルスの出力端子を分けることで、各出力端子に接続される電極を生体内の異なる位置に配置して、各パルスにより異なる位置を刺激することができる。これにより、生体内の適正な位置に対して、第１のパルスおよび第２のパルスによる刺激をそれぞれ行うことができ、効果的に除細動を行うことができる。

本発明によれば、除細動効果を向上させるとともに、心臓の治療を早期に開始することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る心臓刺激装置の全体構成図である。図１の心臓刺激装置の各コンデンサへの充電タイミングとパルス出力タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。図１の心臓刺激装置のスイッチの動作を示すタイミングチャートである。図１の心臓刺激装置の制御部により実行される処理を示すフローチャートである。図１の心臓刺激装置において第１波形パルスの出力タイミングを説明する図である。第１の変形例に係る心臓刺激装置の全体構成図である。第２の変形例に係る心臓刺激装置の全体構成図である。第３の変形例に係る心臓刺激装置の全体構成図である。図８の心臓刺激装置の各コンデンサへの充電タイミングとパルス出力タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。

本発明の一実施形態に係る心臓刺激装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る心臓刺激装置１は、図１に示されるように、電圧を印加する電源１０と、電源１０により印加される電圧を変換するトランス１１，１２と、トランス１１からの電圧が印加されることで充電されるコンデンサ（第１のコンデンサ）２１と、トランス１２からの電圧が印加されることで充電されるコンデンサ（第２のコンデンサ）２２と、外部（電極）に接続される出力端子４１，４２と、コンデンサ２１，２２と出力端子４１，４２との間の回路に設けられたスイッチ（パルス生成手段）３１〜３６と、これらを制御する制御部（制御手段）３０とを備えている。

出力端子４１，４２にはリード線（図示略）が接続され、該リード線の他端は心臓に配置された電極（図示略）に接続される。これにより、心臓刺激装置１から発生されるパルスが、心臓に配置された電極に伝達され、該パルスにより心臓を刺激して、心臓の細動を除去するようになっている。

コンデンサ２１は、トランス１１に接続され、トランス１１により印加された電圧によって、低電圧の第１波形パルス（第１のパルス）を発生させるための電力を充電するようになっている。また、コンデンサ２１は、後述するようにスイッチ（以降では「ＳＷ」という。）３１〜３６のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、コンデンサ２１に充電された電力を放電させ、出力端子４１，４２から低電圧の第１波形パルスを出力するようになっている。

コンデンサ２２は、トランス１２に接続され、トランス１２により印加された電圧によって、高電圧の第２波形パルス（第２のパルス）を発生させるための電力を充電するようになっている。また、コンデンサ２２は、後述するようにＳＷ３１〜３６のＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、コンデンサ２２に充電された電力を放電させ、出力端子４１，４２から高電圧の第２波形パルスを出力するようになっている。
ここで、コンデンサ２１の容量は、コンデンサ２２の容量よりも大きく設定し、複数回のパルス出力による電圧降下を小さくすることとしてもよい。

ＳＷ３１〜３６は、コンデンサ２１，２２と出力端子４１，４２との間の回路に設けられたスイッチであり、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、各回路のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、出力端子４１，４２から心臓を刺激するパルスを出力するようになっている。

ＳＷ３１，３２は、コンデンサ２２に接続されるとともに、それぞれＳＷ３５，３６に接続されている。
ＳＷ３３，３４は、コンデンサ２１に接続されるとともに、それぞれＳＷ３５，３６に接続されている。
ＳＷ３５，３６は、それぞれ接地されている。

ＳＷ３１とＳＷ３５との間およびＳＷ３３とＳＷ３５との間には配線４３が接続され、配線４３の他端は出力端子４１に接続されている。
ＳＷ３２とＳＷ３６との間およびＳＷ３４とＳＷ３６との間には配線４４が接続され、配線４４の他端は出力端子４２に接続されている。

制御部３０は、ＳＷ３１〜３６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するとともに、トランス１１，１２によるコンデンサ２１，２２への充電を制御するようになっている。具体的には、図２に示すように、制御部３０は、コンデンサ２２からの第２波形パルスの出力に先立って、コンデンサ２１からの第１波形パルスを、時間間隔をあけて複数回出力させるようになっている。また、制御部３０は、コンデンサ２１の充電期間とコンデンサ２２の放電期間とが重複するように、ＳＷ３１〜３６およびトランス１１，１２を制御するようになっている。

すなわち、制御部３０は、図２に示すように、コンデンサ２２の充電期間中に、コンデンサ２１からの第１波形パルスを出力端子４１，４２に出力し、除細動治療を開始するようになっている。ここで、コンデンサ２１に印加する電圧（充電電圧）は、例えば１０〜９０Ｖであり、コンデンサ２２に印加する電圧（充電電圧）は、例えば７０〜５００Ｖである。これら充電電圧が、パルス出力の振幅となる。コンデンサ２１への充電は、第１波形パルスの出力を停止している期間に行われ、放電した電荷分を充電するようになっている。図２では、第１波形パルスの出力を停止している期間の全ての期間で充電を行っているが、目的の印加電圧をコンデンサ２１へ充電できれば良く、最初の充電期間及び、パルス間の停止期間における一部の期間のみの充電でも良い。

ここで、除細動パルスを生成する場合のＳＷ３１〜３６の具体的な制御について、図３を用いて説明する。
図３は、ＳＷ３１〜ＳＷ３６の具体的なＯＮ／ＯＦＦ動作を示すタイミングチャートである。
図３に示すように、コンデンサ２１からの第１波形パルスは、ＳＷ３３〜３６を制御して生成する。具体的には、ＳＷ３３およびＳＷ３６をＯＮにして正極パルスを生成し、ＳＷ３４およびＳＷ３５をＯＮにして負極パルスを生成する。
また、コンデンサ２２からの第２波形パルスは、ＳＷ３１〜３２およびＳＷ３５〜３６を制御して生成する。具体的には、ＳＷ３１およびＳＷ３６をＯＮにして正極パルスを生成し、ＳＷ３２およびＳＷ３５をＯＮにして負極パルスを生成する。

上記制御を行う本実施形態に係る心臓刺激装置１の作用について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、細動を検出して、除細動パルス生成処理に移行すると、コンデンサ２１およびコンデンサ２２の充電を開始する（ステップＳ１）。
次に、コンデンサ２１が設定の電圧に達しているかを確認する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、予め設定された電圧に達している場合には、コンデンサ２２の電圧を確認する（ステップＳ４）。
一方、ステップＳ２において、コンデンサ２１が所定時間内に設定電圧に達しない場合には（ステップＳ３）、何らかの異常が発生していると判断してエラー警告を行い（ステップＳ１２）、除細動パルス生成処理を終了する。

ステップＳ４において、コンデンサ２２が予め設定された電圧に達している場合には、第１波形パルスを出力する（ステップＳ６）。
一方、ステップＳ４において、コンデンサ２２が所定時間内に設定電圧に達しない場合には（ステップＳ５）、何らかの異常が発生していると判断してエラー警告を行い（ステップＳ１２）、除細動パルス生成処理を終了する。

次に、第１波形パルスを出力後、第２波形パルスの出力タイミングになることを確認する（ステップＳ７）。
ステップＳ７において、第２波形パルスの出力タイミングになった場合には、コンデンサ２２の充電を終了し（ステップＳ８）、第１波形パルスの出力を停止して（ステップＳ９）、第２波形パルスの出力を開始する（ステップＳ１０）。
そして、第２波形パルスの出力を停止し（ステップＳ１１）、除細動パルス生成処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る心臓刺激装置１によれば、制御部３０により、第２波形パルスの出力に先立って、第２波形パルスよりも低電圧の第１波形パルスを時間間隔をあけて複数回出力させるとともに、コンデンサ２１の放電期間（第１波形パルスを出力する期間）とコンデンサ２２の充電期間（第２波形パルスを発生させるための電力を充電する期間）とが重複するようにＳＷ３１〜３６が制御される。

このように第１波形パルスを複数回出力することで、第１波形パルスの電圧を下げても除細動効果を得ることができ、第１波形パルスを出力するためのコンデンサ２１の充電期間を短くすることができる。これにより、第２波形パルスを出力するためのコンデンサ２２の充電期間中に、第１波形パルスを出力することができ、心臓の治療を早期に開始することができる。また、第２波形パルスの出力に先立って第１波形パルスを出力することで、除細動に必要な電圧（第２波形パルスの電圧）を低下させることができ、効果的に除細動を行うことができる。

なお、本実施形態に係る心臓刺激装置１において、図５に示すように、低電圧の第１波形パルスを心臓の不応期よりも短い間隔を空けて、連続して出力することとしてもよい。ここで、心臓の不応期とは、心室の興奮直後であって、いかなる刺激にも心臓が反応しない期間をいう。したがって、第１のパルスを心臓の不応期よりも短い間隔を空けて連続して出力することで、心臓に対して常時電圧を印加しているのと同様の効果を得ることができる。

具体的には、図５に示すように、例えば、第１波形パルスを１０Ｖ〜９０Ｖ程度で１ｍｓの期間出力し（Ｈレベル）、心臓の不応期より短い期間に設定された期間、パルスの出力を停止する（Ｌレベル）。これにより、心臓に対して常時電圧を印加しているのと同様の効果を得ることができるとともに、第１のパルスの出力に伴う消費電力を停止期間中の分だけ、低減させることができる。なお、第１波形パルスの出力期間は、１ｍｓに限定されるものではなく、心臓が応答する期間より長く設定すればよい。

[第１の変形例]
本実施形態に係る心臓刺激装置１の第１の変形例として、図６に示すように、コンデンサ２１，２２に電圧を印加するトランスを共通化することとしてもよい。
本変形例に係る心臓刺激装置２は、図６に示すように、低電圧の第１波形パルスを発生させるためのコンデンサ２１および高電圧の第２波形パルスを発生させるためのコンデンサ２２の１次側にトランス１３が接続されている。このトランス１３により、コンデンサ２１，２２のそれぞれに電圧が印加されるようになっている。

また、制御部３０は、トランス１３に対して、コンデンサ２１への充電制御とコンデンサ２２への充電制御とを行うようになっている。
本変形例に係る心臓刺激装置２によれば、前述の心臓刺激装置１と同様の効果に加えて、コンデンサ２１，２２のトランスを共通化することができるため、装置の小型化を図ることができる。

[第２の変形例]
本実施形態に係る心臓刺激装置１の第２の変形例として、図７に示すように、外部（電極）に接続される出力端子を２対備えることとしてもよい。
本変形例に係る心臓刺激装置３は、図７に示すように、前述の心臓刺激装置１と同様の構成（図１参照）に加えて、外部（電極）に接続される出力端子４５，４６と、コンデンサ２１，２２と出力端子４５，４６との間の回路に設けられたＳＷ３７，３８とを備えている。

本変形例に係る心臓刺激装置３において、出力端子４５，４６には、出力端子４１，４２と同様にリード線（図示略）が接続され、該リード線の他端は心臓に配置された電極（図示略）に接続される。これにより、心臓刺激装置３から発生されるパルスが、心臓に配置された電極に伝達され、該パルスにより心臓を刺激して、心臓の細動を除去するようになっている。

ＳＷ３１〜３８は、コンデンサ２１，２２と出力端子４１，４２および出力端子４５，４６との間の回路に設けられたスイッチであり、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、各回路のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、出力端子４１，４２および出力端子４５，４６から心臓を刺激するパルスを出力するようになっている。

ＳＷ３１，３２は、コンデンサ２２に接続されるとともに、それぞれＳＷ３５，３６に接続されている。
ＳＷ３３，３４は、コンデンサ２１に接続されるとともに、それぞれＳＷ３７，３８に接続されている。
ＳＷ３５，３６，３７，３８は、それぞれ接地されている。

ＳＷ３１とＳＷ３５との間には配線４３が接続され、配線４３の他端は出力端子４１に接続されている。
ＳＷ３２とＳＷ３６との間には配線４４が接続され、配線４４の他端は出力端子４２に接続されている。

ＳＷ３３とＳＷ３７との間には配線４７が接続され、配線４７の他端は出力端子４５に接続されている。
ＳＷ３４とＳＷ３８との間には配線４８が接続され、配線４８の他端は出力端子４６に接続されている。
制御部３０は、上記のように接続されたＳＷ３１〜３８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するとともに、トランス１１，１２によるコンデンサ２１，２２への充電を制御するようになっている。

本変形例に係る心臓刺激装置３によれば、出力端子４１，４２から高電圧の第２波形パルスを出力するとともに、出力端子４５，４６から低電圧の第１波形パルスを出力することができる。このように第１波形パルスと第２波形パルスの出力端子を分けることで、各出力端子に接続される電極を異なる位置に配置して、各パルスにより異なる位置を刺激することができる。

具体的には、例えば、出力端子４１，４２をＲＶ（右心室）除細動電極に接続し、出力端子４５，４６をＣＳ（冠静脈）除細動電極やＳＶＣ（上大動脈）除細動電極に接続する。このように、本変形例に係る心臓刺激装置３によれば、生体内の適正な位置に第１波形パルスおよび第２波形パルスによる刺激を行うことができ、効果的に除細動を行うことができる。

[第３の変形例]
本実施形態に係る心臓刺激装置１の第３の変形例として、図８に示すように、第１波形パルスを生成するために複数のコンデンサを用意して、パルスの出力に対して交互に使用するコンデンサを切り換えることとしてもよい。

本変形例に係る心臓刺激装置４は、図８に示すように、前述の心臓刺激装置１と同様の構成（図１参照）に加えて、トランス１１およびコンデンサ２１に並列して接続されたトランス４９およびコンデンサ５０と、第１波形パルスを生成するために使用するコンデンサとしてコンデンサ２１とコンデンサ５０とを切り替えるＳＷ５１とを備えている。

本変形例に係る心臓刺激装置４において、トランス４９を介してコンデンサ５０に電荷を蓄積する。ＳＷ５１は、コンデンサ２１とコンデンサ５０との接続を切り換えてＳＷ３３、ＳＷ３４に電圧を供給する。
具体的には、図９に示すように、第１波形パルスを出力するにあたり、コンデンサ２１は１回目、３回目のパルスの電圧をチャージし、コンデンサ５０は２回目、４回目のパルスの電圧をチャージする。

そして、制御部３０は、コンデンサ２１とコンデンサ５０にチャージされた電荷が、異なる期間で出力されるようにＳＷ５１を制御する。これにより、ＳＷ５１は、第１波形パルスの１回目、３回目はコンデンサ２１にチャージされた電荷を第１波形パルスとして出力し、２回目、４回目はコンデンサ５０にチャージされた電荷を第１波形パルスとして出力する。
上記構成を有する本変形例に係る心臓刺激装置４によれば、コンデンサ２１とコンデンサ５０のそれぞれについて、充電する時間を長く設定できるため、確実に必要なパルス電圧を発生させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよい。

１，２，３，４心臓刺激装置
１０電源
１１，１２，１３，４９トランス（電圧印加手段）
２１，５０コンデンサ（第１のコンデンサ）
２２コンデンサ（第２のコンデンサ）
３０制御部（制御手段）
３１〜３８，５１スイッチ（パルス生成手段）
４１，４２出力端子（第２の出力端子）
４５，４６出力端子（第１の出力端子）

Claims

心臓を刺激するパルスを発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段により第１のパルスを発生させるための電力を蓄える第１のコンデンサと、
前記パルス発生手段により前記第１のパルスよりも高電圧の第２のパルスを発生させるための電力を蓄える第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのそれぞれに電圧を印加する少なくとも１つの電圧印加手段と、
前記パルス発生手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段が、前記第２のパルスの出力に先立って、前記第１のパルスを時間間隔をあけて複数回出力させるとともに、前記第１のコンデンサの放電期間と前記第２のコンデンサの充電期間とが重複するように前記パルス発生手段を制御する心臓刺激装置。
前記制御手段が、前記第１のパルスを心臓の不応期よりも短い時間間隔で出力するように前記パルス発生手段を制御する請求項１に記載の心臓刺激装置。
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサに電圧を印加する前記電圧印加手段が共通化されている請求項１または２に記載の心臓刺激装置。
前記第１のコンデンサを複数有し、
前記制御手段が、複数の前記第１のコンデンサの放電期間を異ならせるように前記パルス発生手段を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の心臓刺激装置。
前記制御手段が、複数出力される前記第１のパルス間の停止期間の少なくとも一部の期間に充電するよう前記電圧印化手段を制御する請求項１〜４のいずれかに記載の心臓刺激装置。
前記第１のパルスを出力する第１の出力端子と、
前記第２のパルスを出力する第２の出力端子とを備える請求項１〜５のいずれかに記載の心臓刺激装置。