(57)【要約】【課題】心室細動の発生を防止すること。【解決手段】左心室３８の心外膜面に矩形の基材１０が縫着されている。基材１０の中央部には、冷却用の４つのペルチェ素子１２が設けられ、それらの周辺の一部には、温度を検出するサーミスタ１８が設けられている。基材１０の面上には、心臓の表面電位を検出するための円形平板状の複数の電位センサ／通電用電極１４が、ほぼ等間隔で格子状に配列されている。この電位センサ／通電用電極１４は、心臓にパルス電圧・電流を印加するための通電用電極でもある。心室頻拍が検出された場合には、これらのペルチェ素子１２に通電され、心臓が冷却された後、心室頻拍が停止しない場合には、複数の電位センサ／通電用電極１４を介してパルス電圧・電流を印加して、心室頻拍を低電圧で消滅させて、細動の発生を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓の細動の発生を防止するための植込型の細動防止装置であって、
心臓の電位から成る心電信号を検出する心電信号検出装置と、
心臓を冷却する冷却装置と、
前記心電信号検出装置により検出された前記心電信号に基づいて、心室細動に至る可能性がある前駆現象が検出された時には、前記冷却装置を駆動して心臓を冷却する制御装置と
を備える細動防止装置。
【請求項２】
前記前駆現象は、心室頻拍であることを特徴とする請求項１に記載の細動防止装置。
【請求項３】
前駆現象は、スパイラルリエントリー波の発生に基づく現象を含むことを特徴とする請求項１に記載の細動防止装置。
【請求項４】
前記心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、前記制御装置は前記冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、前記通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置。
【請求項５】
前記心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、前記制御装置は前記冷却装置を駆動した後に、スパイラルリエントリー波が心臓の冷却箇所に拘束されたことを検出し、その検出に基づき、前記通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置。
【請求項６】
前記心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、前記制御装置は前記冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、前記前駆現象が消失していない場合に、前記通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置。
【請求項７】
前記心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、前記制御装置は前記冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、前記心室頻拍が消失していない場合に、前記通電装置を駆動することを特徴とする請求項２に記載の細動防止装置。
【請求項８】
前記パルス電圧・電流は、前記冷却装置によって冷却されている箇所に印加されることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか１項に記載の細動防止装置。
【請求項９】
前記パルス電圧・電流は、心室、心房に対して印加されることを特徴とする請求項４乃至請求項８の何れか１項に記載の細動防止装置。
【請求項１０】
前記冷却装置は前記制御装置により通電されるペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の細動防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に医療用電子装置に関し、より具体的には、心室細動の発生を防止する細動防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１〜６に開示されているように、心臓の心室頻拍や心室細動が検出された場合には、コンデンサに電荷を充電して、これを放電することにより、心臓に電気的ショックを与えることで、頻拍や細動を停止させる除細動装置が知られている。これらの装置は、人体に植え込まれる植込型の除細動装置として知られている。
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０９３８５
【特許文献２】特表２００２−５２４２１８
【特許文献３】特表平８−５０６２６３
【特許文献４】特表平９−５０２６２９
【特許文献５】特許２６０１７６２
【特許文献６】特許３１２４７６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、これらの除細動装置は、心室細動が検出されてから数秒後に強いパルス電流を心臓全体に加えることで、心室細動を停止させて、正常な心筋興奮を取り戻すようにした装置である。このため、以下の欠点があった。第１に、心室細動に伴う失神を防ぐことができず、このような心臓疾患のある人は自動車の運転が不可能であった。第２に、植込型除細動装置が作動する時のパルス電圧・電流の通電時の不快感や不安感が大きく患者の生活の質（ＱＯＬ）が損なわれていた。第３に、強い電流の通電により、心筋傷害が発生し、心臓のポンプ機能が低下したり、新たな不整脈が誘発されるなどの問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、心室細動の発生を防止することである。また、他の目的は、心室頻拍の原因となる渦巻き型の旋回興奮（スパイラル・リエントリー）（以下、心臓の電位分布であるこの波を「スパイラルリエントリー波」という、請求項において同じ）を、比較的弱い電流を与えて消去する構成を採用することで、できるだけ心臓に損傷を与えることを防止し、人間に強い不安感や不快感を与えないようにすることである。望ましくは、人間に装置の通電動作を感知させないようにすることである。さらに、他の目的は、仮に、心室細動が発生したときに、本装置を作動させる場合においても、通電電力を抑制できる構成とすることにより、できるだけ心臓に損傷を与えることを防止し、人間に強い不安感や不快感を与えないようにすることである。
【０００６】
本発明のこれらの目的の各々は、いずれかの発明が達成するものであって、各発明が、全ての複数の目的を同時に達成すべきものと解するべきでなく、一つの目的のみを達成するものでも良い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
後述するように、我々は、次の事実を発見した。
（１）心臓の一部を局所的に冷却することにより心室頻拍を停止させて、正規の心筋収縮を回復させることができること。
（２）心臓の一部を局所的に冷却することで、心臓の電位分布であるスパイラルリエントリー波の旋回中心（コア領域）を高率に心臓の冷却箇所に拘束させることができること。
（３）心臓の一部を冷却することにより、スパイラルリエントリー波が自然消滅することがあること。
（４）心臓の冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、パルス電圧・電流をこの拘束箇所に印加すると、スパイラルリエントリー波を消滅させることができること。
（５）冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、その波を消滅させることができるパルス電圧・電流は、従来の心臓を冷却せずに、発生した心室細動を停止させるパルス電圧・電流よりもかなり低くできること。
（６）仮想心臓を用いたコンピュータシミュレーションにおいて、冷却箇所にスパイラルリエントリー波を拘束して、その波を消滅させることができる印加のタイミングは、同じパルス電圧・電流を用いても、従来の心臓を冷却
せずに、発生した心室細動を停止させる印加のタイミングよりもかなり広くできること。
【０００８】
本発明は、以上の発見に基づいて完成されたものであり、極めて独創性を有するものである。
上記の課題を解決するための第１の発明は、心臓の細動の発生を防止する細動防止装置であって、心臓の電位から成る心電信号を検出する心電信号検出装置と、心臓を冷却する冷却装置と、心電信号検出装置により検出された心電信号に基づいて、心室細動に至る可能性がある前駆現象が検出された時には、冷却装置を駆動して心臓を冷却する制御装置とを備える細動防止装置である。
【０００９】
本発明の装置は、心室細動に至る可能性のある前駆現象が検出された時には、まずは、心臓を冷却するように動作する装置である。冷却すれば、前駆現象、例えば、心室頻拍が消滅することもあり、心室細動に至ることが防止される。冷却温度は、限定されないが、心臓の組織を死滅させることがない可逆的冷却を可能とする温度範囲である。例えば、体温に対して３〜１０℃低い温度で効果がある。
【００１０】
第２の発明は、前駆現象は、心室頻拍であることを特徴とする請求項１に記載の細動防止装置である。
心臓の冷却を開始するタイミングとしては、心室頻拍が検出されたときとするのが一般的である。心室頻拍は心室細動に至る可能性が最も高い。心臓の冷却により、心室頻拍が消滅する場合もあり、心室細動に至ることが防止される。心室頻拍が消滅すれば、心臓に損傷を与える恐れのあるパルス電圧・電流を印加する必要がなくなる。
【００１１】
第３の発明は、前駆現象は、スパイラルリエントリー波の発生に基づく現象を含むことを特徴とする請求項１に記載の細動防止装置である。
心室頻拍や心室細動とスパイラルリエントリー波との間には因果関係がある。スパイラルリエントリー波が発生すると、通常、心室頻拍が発生する。スパイラルリエントリー波がさまよい運動(meandering)を起こしたり、分裂することで不規則性が増加すると、心室細動に発展する。したがって、本発明は、スパイラルリエントリー波の初期的な発生を検出した時に、心臓を冷却する冷却装置を駆動するようにしたことが特徴である。
【００１２】
心臓を局所的に冷却することにより、スパイラルリエントリー波を心臓の冷却箇所に拘束することができる。冷却箇所に拘束することで、スパイラルリエントリー波の不規則化を抑制することができ、場合によっては、スパイラルリエントリー波を消滅させることも可能である。これにより心室細動に至ることを防止することができる。
【００１３】
第４の発明は、心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、制御装置は冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置である。
冷却装置を駆動した後に、心臓が冷却されて所定時間が経過した後には、冷却箇所にスパイラルリエントリー波が拘束されることが多い。所定時間は、実験的に求められるスパイラルリエントリー波が拘束されるのに要する時間に設定すれば良い。通電箇所はスパイラルリエントリー波の拘束箇所が望ましい。本装置発明は、心臓の冷却を開始した後、所定時間が経過した時には、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されているとすると、印加するパルス電圧・電流が小さくても、容易に、スパイラルリエントリー波を消滅させることができるという我々の発見に基づくものである。通電箇所はスパイラルリエントリー波の拘束箇所、すなわち、冷却箇所を含む領域であることが望ましい。この時に、低電圧・低電流でもスパイラルリエントリー波を消滅させることができる。通電装置の駆動により、心室細動に至ることを確実に防止することができる。
【００１４】
第５の発明は、心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、制御装置は冷却装置を駆動した後に、スパイラルリエントリー波が心臓の冷却箇所に拘束されたことを検出し、その検出に基づき、通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置である。
本発明の特徴は、冷却装置と、通電装置を設けて、冷却装置を駆動して、スパイラルリエントリー波が心臓の冷却箇所に拘束されたことが検出されたタイミングで、通電装置を駆動して心臓にパルス電圧・電流を印加するようにしたことである。
すなわち、本装置発明は、スパイラルリエントリー波を冷却箇所に拘束した状態では、印加するパルス電圧・電流が低くても、容易に、スパイラルリエントリー波を消滅させることができるという我々の発見に基づくものである。通電箇所はスパイラルリエントリー波の拘束箇所、すなわち、冷却箇所を含む領域であることが望ましい。この時に、低電圧・低電流の印加でもスパイラルリエントリー波を消滅させることができる。通電装置の駆動により、心室細動に至ることを確実に防止することができる。
【００１５】
第６の発明は、心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、制御装置は冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、前駆現象が消失していない場合に、通電装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の細動防止装置である。
本発明は、冷却装置を駆動した後に、心室細動に至る可能性のある前駆現象が消滅した場合には、心臓にパルス電圧・電流を印加する必要がないので、通電装置を駆動しないようにしたことが特徴である。
【００１６】
第７の発明は、心臓にパルス電圧・電流を与える通電装置を有し、制御装置は冷却装置を駆動した後の所定時間の経過後に、心室頻拍が消失していない場合に、通電装置を駆動することを特徴とする請求項２に記載の細動防止装置である。
パルス電圧・電流を印加するタイミングで、心室頻拍が消失しているのであれば、心臓にパルス電圧・電流を与える必要がないので、心室頻拍が検出される時に、パルス電圧・電流を印加するようにしている。これにより、心臓を無用に損傷したり、人間にショックを無用に与えることがない。
【００１７】
第８の発明は、パルス電圧・電流は、冷却装置によって冷却されている箇所に印加されることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか１項に記載の細動防止装置である。
心臓が局所的に冷却されると、冷却箇所には、スパイラルリエントリー波が拘束されることが多い。この箇所に、通電電極を設けてパルス電圧・電流を印加すると、低電圧・低電流でも、効果的に心室頻拍を停止させることができる。
【００１８】
第９の発明は、パルス電圧・電流は、心室、心房に対して印加されることを特徴とする請求項４乃至請求項８の何れか１項に記載の細動防止装置である。
本請求項の発明では、パルス電圧・電流は、従来のＩＣＤが有する心室や心房に対するリード間、又は、それらのリードと皮下に植込まれたＩＣＤ本体間に印加される。また、これに加えて、冷却箇所において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。
【００１９】
第１０の発明は、冷却装置は制御装置により通電されるペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の細動防止装置である。
冷却装置はペルチェ素子に限定されないが、通電により熱変換を行うペルチェ素子を用いるのが簡便である。特に、本装置を植込型とする場合には、コンパクトにでき利点が多い。
【発明の効果】
【００２０】
第１、２、３の発明は、心臓を冷却する冷却装置を設けたことが特徴であり、この冷却装置の駆動により、心室細動に至る前駆現象を消滅させることができる。例えば、心室頻拍やスパイラルリエントリー波を消滅させることができる。したがって、心室細動に至ることが防止される。また、心臓を冷却するだけであるので、患者に対する負担は小さい。本装置の作動は、患者に感知できない程に構成できるので、本装置を植込型にして患者のＱＯＬを向上させることができる。
【００２１】
第４、５、６、７、８、９の発明は、心臓の一部を冷却した状態で通電しているので、低電圧で確実に、心室細動に至る前駆現象、例えば、心室頻拍、スパイラルリエントリー波を消滅させることができ、心室細動に至ることを防止することができる。
【００２２】
心臓を冷却した状態とすると、スパイラルリエントリー波の持続を妨げたり、旋回中心を固定したりすることができる。この状態で、スパイラルリエントリー波の消滅や、心室頻拍の停止に要するエネルギーやパルス電圧・電流は低くても良い。したがって、低いパルス電圧・電流を心臓に印加するので、心臓に与える損傷がないか、小さく、また、患者に対する負担は小さい。
【００２３】
また、本装置は、心室細動を起こす前に、その前駆現象を効果的に、且つ、低電圧で消滅させることができるので、患者は、装置の駆動をほとんど感知しないので、ＱＯＬを向上させることができる。
また、仮に、心室細動を起こしていた場合であっても、心臓を冷却しているので、低いパルス電圧・電流で、心室細動を停止させることが可能である。よって、心臓に対する損傷をなくするか最小限にとどめることができる。
【００２４】
通電のタイミングは、冷却の後、所定時間（例えば、数秒）が経過し、スパイラルリエントリー波が拘束された時などである。
【００２５】
第６、７の発明は、通電装置の駆動タイミングで、心室細動に至る可能性のある前駆現象が消滅している場合（例えば、心室頻拍が停止した場合（請求項７）、すなわち、冷却装置の駆動だけで、前駆現象（例えば、心室頻拍（請求項７）やスパイラルリエントリー波）が消滅した場合には、通電装置を駆動させないようにしている。よって、患者に対する負担がなく、ＱＯＬを向上させることができる。
【００２６】
本細動防止装置は人体に植込まれることによって、最も効果を発揮するものである。人間の活動を阻害することがなく、ＱＯＬを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００２８】
心臓突然死の主要な原因は心室細動であり、その大部分は心室頻拍を契機として発生する。近年、心臓の複雑な興奮を蛍光シグナル画像として観察する光学マッピング実験の技術が進み、心室頻拍や心室細動の成立にスパイラルリエリントリー波が重要な役割を果たすことが明らかにされた。
【００２９】
我々は、心室の一部に軽度の冷却（３〜１０℃）を加えることで、その部位にスパイラルリエントリー波の中心部分（コア領域）を定在化させ、興奮旋回経路中で最も心筋を興奮させやすいコア領域近傍に弱い電気刺激を効率的に与えることでスパイラルリエントリー波を消滅させることを着想した。
【００３０】
心臓の一部を冷却することにより、心室細動を停止させるために加える従来のパルス電圧・電流よりも遥かに低電圧・低電流のパルス電圧・電流の印加によって、スパイラルリエントリー波を消滅できることを、我々は、動物実験により確認した。  なお、動物実験結果については、仮想心臓を用いたコンピュータシミュレーション実験によっても理論的に心臓局所冷却と電気的除細動の低電圧・低電流化の因果関係を証明できた。
【００３１】
以下のようにして、動物実験を行った。
ウサギ心臓を摘出し、動脈灌流を行った。左心室心内膜側の心筋組織を凍結凝固して、心外膜下の心筋層（厚さ約1mm）だけを残存させた心室筋二次元灌流標本を作製した。このような標本では、スパイラルリエントリー波が常に心表面に存在するため、その動態の詳細を解析することが可能である。
【００３２】
一部の実験では、ウサギ冠動脈内にマイクロビーズを注入して心内膜下心筋梗塞を作製し、その手術から２週間経過したウサギを用いた。この心筋梗塞モデルを用いた実験では心室筋の凍結凝固は行わなかった。心臓を膜電位感受性色素（Di-4-ANEPPS）で染色し、左心室前面の心筋膜電位蛍光シグナル画像を、高速度ビデオカメラを用いて撮影した。ステンレス製の冷却プローブ（直径8-10 mm）あるいは透明アクリル板に組み込んだ冷水灌流装置（直径10 mm）を用いて、左心室前面の一部の心筋温度を3-5℃低下させた。
【００３３】
心臓の心尖部から2.5 Hz（400ms間隔)の電気刺激（基本刺激）を加えて、心室筋の活動電位持続時間（APD）と興奮伝導速度を計測した。基本刺激活動電位の受攻期に、左右両心室を挟むように設置した電極から、心臓に電気刺激を与えて、スパイラルリエントリー波による心室頻拍を誘発した。さらに、心臓の冷却部位近傍に設置した単極あるいは双極電極から二相性の直流通電を加え、スパイラルリエントリー波の停止を試みた。
【００３４】
図１２に示す直径10mmのステンレス製の冷却プローブ８０をウサギの心臓８１に当てた予備実験（正常なウサギの左心室心内膜側を凍結凝固させた二次元灌流心臓を使用）を行った。その実験では、左心室前面に円形の局所的冷却領域（温度を３-５℃低下）をつくると、図１３に示すように、冷却領域の活動電位持続時間（APD）が30-40%延長し、その変化は可逆的であった。興奮伝導速度には有意な変化は認めなかった。
【００３５】
正常ウサギの二次元灌流心臓に電気刺激を加えて心室頻拍を誘発すると、21例中8例で、左心室前面の観察領域にスパイラルリエントリー波が観察された（残りの13例では一方向に伝播する興奮波が観察され、スパイラルリエントリー波の中心が、観察領域の外に存在すると考えられた）。スパイラルリエントリー波は旋回中心が線状のさまよい運動を起こすものが多くその位置は不定であった。このようなスパイラルリエントリー波が単一で存在する場合は、心室頻拍が生じ、複数に分裂したり、大きなさまよい運動(meandering)を起こすと、心室細動へ移行し易くなる(前駆現象)。
【００３６】
一方、ステンレス製の冷却プローブ８０を用いて左心室前面に局所的冷却を加えた後に誘発したスパイラルリエントリー波は、図１４に示すように、旋回中心が常に冷却領域の辺縁部８２に定在化するようになり、20例中17例で、図１５に示すように、スパイラルリエントリー波が停止した。これは、心臓の一部に局所冷却を加えることでスパイラルリエントリー波を冷却箇所に拘束させることが可能であり、その消滅を促す効果もあることを意味している。
【００３７】
さらに、スパイラルリエントリー波を誘発した後に局所冷却を加えることによって、11例中4例が停止し、停止しなかった7例においても、図１６に示すように、冷却部位８５の近傍のａ、ｂ点に比較的低電圧の直流通電を加えることにより、7例中の4例のスパイラルリエントリー波を停止させることができた。これは、局所冷却が通電によるスパイラルリエントリー波の停止を促すことを意味しており、我々が世界で初めて発見した。
【００３８】
心内膜下梗塞を作製したウサギ心臓を用いた実験では、電気刺激(DC shock)を加えると、心室細動が誘発された。心室細動中の膜電位蛍光シグナル二次元位相図では、図１８の冷却前の測定図に示すように、位相特異点（スパイラルリエントリー波の旋回中心に相当する）が常に複数個存在し、その数や位置は絶えず変化していた。これは、心室細動が発生している時にはスパイラルリエントリー波が分裂を繰り返し不安定な状態にあることを意味している。
【００３９】
冷水灌流装置で左心室の一部に局所的冷却（直径10mm）を加えると、8例中8例で、位相特異点が冷却領域８４の辺縁部に定在化するようになり、心室細動の停止を2例で認めた。さらに、冷却領域近傍に比較的低電圧の直流通電を加えると、6例中3例で、図１８の局所冷却に示すように、心室細動が停止した。細動停止をもたらす直流通電の電圧(除細動閾値)は、局所冷却後に約50%に低下した。これは、局所冷却を加えることで、心室細動を停止させる電気刺激(パルス)の強さ(電圧×電流)を低下させることができることを意味している。
【００４０】
以上の動物実験により、心臓を冷却することで、スパイラルリエントリー波は冷却箇所に旋回中心が拘束され、この状態で電圧・電流を印加すると低い電圧・電流でスパイラルリエントリー波が消滅し、心室頻拍や心室細動が停止し、正規の心臓の興奮運動が回復することを確認した。心臓の局所冷却だけで、スパイラルリエントリー波が消滅し、心室頻拍、心室細動が停止する場合があることも確認した。
本発明は、この実証に基づいて、案出された新規且つ独創的な細動防止装置である。
【実施例１】
【００４１】
図１に、本実施例に係る細動防止装置が心臓３０に取り付けられた様子を示す。
上大静脈３３の中を通って右心房３１に至る心房リード３２が設けられている。その心房リード３２の先端には電極３２１が設けられており、右心房３１の心電位が検出される。また、同じく、上大静脈３３の中を通って右心室３７に至る心室リード３４が設けられている。その心室リード３４の先端には電極３４１が設けられており、右心室３７の心電位が検出される。心臓におけるこれらのリード電極の配置位置は任意である。心臓の電位の検出位置は、得るべき心臓の状態情報の種類や、制御方法に応じて、適正に選択すれば良い。たとえば、左心房や左心室などに、電極が配置されるようにリードが設けられていても良い。
【００４２】
また、左心室３８の心外膜面に、本件発明の特徴部にかかる柔軟性のある矩形の基材１０が縫着されている。図２に示すように、基材１０の中央部には、冷却用の４つのペルチェ素子１２(冷却装置)が設けられている。また、それぞれのペルチェ素子１２の周辺の一部には、温度を検出するサーミスタ１８(温度検出器)が、それぞれ、設けられている。基材１０の面上には、心臓の表面電位を検出するための円形平板状の複数の電位センサ／通電用電極１４が、ほぼ等間隔で格子状に配列されている。この電位センサ／通電用電極１４は、心臓にパルス電圧・電流を印加するための通電用電極でもある。これらのペルチェ素子１２、サーミスタ１８、複数の電位センサ／通電用電極１４は、心臓の左心室の心外膜面に密着するように固定される。
【００４３】
また、基材１０上に設置された複数の電位センサ／通電用電極１４からの信号と、心房リード３２や心室リード３４からの心電信号を入力し、それらの電極及びリードを介してパルス電圧・電流を出力する制御を行うための制御装置を含む本体２０が、人体の胸部の皮下に植込まれている。
【００４４】
本実施例の細動防止装置の電気的な構成が図３に示されている。制御装置は、主として、心電信号を検出し、その検出信号を処理し、通電を制御するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）５０と、Ａ／Ｄ変換器５２、５４とから成る。複数の電位センサ／通電用電極１４からの心電信号は、スイッチ５６を介して、Ａ／Ｄ変換器５４に入力し、ディジタル信号に変換されて、ＭＰＵ５０によって読み取られて処理される。
【００４５】
通電装置６０は、主として、バッテリー６２と、そのバッテリー６２の電圧をＭＰＵ５０からの指令により昇圧する昇圧回路６４と、昇圧回路６４により昇圧された電圧により電荷を蓄電する蓄電器６６と、入出力端子の導通を制御したり、入出力端子を切り替えるスイッチ６８と、ＭＰＵ５０からの指令によりペルチェ素子１２への通電電流を制御する電流制御装置７０とから成る。図１に示す本体２０には、上記の制御装置と通電装置とが組み込まれている。
【００４６】
スイッチ６８は、次の回路の伝達系統を切り替える制御をする。スイッチ６８は、ＭＰＵ５０の指令を受信して、心房リード３２の先端の電極３２１からの心電信号と、心室リード３４の先端の電極３４１からの心電信号とを、Ａ／Ｄ変換器５２に出力するように切り替えられる。また、スイッチ６８は、ＭＰＵ５０からの指令により、蓄電器６６からの電圧をそれらの電極３２１、３４１に出力するように切り替えられる。
【００４７】
また、スイッチ５６は、ＭＰＵ５０からの指令により、蓄電器６６からの電圧を基材１０に設けられた複数の電位センサ／通電用電極１４へ出力するように切り替えられる。
【００４８】
サーミスタ１８の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器５２を介してＭＰＵ５０により読み取られる。ＭＰＵ５０の制御により動作する電流制御装置７０により、ペルチェ素子１２に通電されてペルチェ素子１２の冷却能力が変化し、サーミスタ１８による検出温度が目標温度に等しくなるように、心臓の温度が制御されている。
【００４９】
本実施例では、心電信号検出装置は、主として、心房リード３２とこのリード先端の電極３２１、心室リード３４とこのリード先端の電極３４１、複数の電位センサ／通電用電極１４で構成されている。また、制御装置は、主として、ＭＰＵ５０、Ａ／Ｄ変換器５２、５４、サーミスタ１８で構成されている。冷却装置は、ペルチェ素子１２で構成されている。通電装置は、主として、バッテリー６２、昇圧回路６４、蓄電器６６、スイッチ６８、５６、電位センサ／通電用電極１４、電流制御装置７０で構成されている。
【００５０】
次に、本実施例の細動防止装置の作用をＭＰＵ５０の処理手順として示した図４を参照して説明する。
まず、ステップ１００において、スイッチ６８が心房リード３２、心室リード３４からの信号を入力する側に切り替えられる。これにより、右心房３１と右心室３７の心筋の電位が検出される。また、スイッチ５６が電位信号を複数の電位センサ／通電用電極１４から入力する側に切り替えられ、それらの電位信号が入力されて左心室の外膜面の電位分布が検出される。これらの信号は心筋興奮を示す心電信号である。次に、ステップ１０２において、これらの心電信号が解析されて、心室頻拍又は心室細動が発生しているか否かが判定される。心室頻拍か否かは、基本的には、興奮周期（レート）とその持続時間（拍数）により決定される。この場合に、洞性頻脈や心房細動などの上室性不整脈を心室頻拍と誤認しないことが重要となる。
【００５１】
心室頻拍は心室細動に至る可能性が高い前駆現象として検出される。ここでは、右心室リード３４の先端電極３４１と複数の電位センサ／通電用電極１４とから得られる心電信号の周期とその持続時間とから、心室頻拍の有無が判定される。電位センサ／通電用電極１4から得られる心電信号の時間・空間分布からスパイラルリエントリー波を検出することが可能である。また、右心房リード３２の先端電極３２１から得られる心電信号から、洞性頻脈、心房細動、粗動などの上室性不整脈の有無が判断される。このような上室性不整脈の場合は、本装置を駆動しない。なお、心室細動が検出されている場合にも、本装置は駆動される。心室頻拍や心室細動の検出には、公知のＩＣＤで採用されている不整脈検出のアルゴリズムを用いることができる。
【００５２】
心室頻拍や心室細動が検出されない場合には、本装置を駆動しないので、ステップ１０４へ移行して、所定時間だけ待機した後、ステップ１００へ戻り、ステップ１００−１０２−１０４のループにより、心臓の心電信号の監視が継続される。
【００５３】
ステップ１０２で心室頻拍や心室細動が検出された場合には、昇圧回路６４に制御信号が出力されて、蓄電池６６は、所定値の電圧に充電される。すなわち、パルス電圧・電流を心臓に印加するための準備が予め行われる。この電圧・電流は従来のＩＣＤに比べて、低電圧・低電流である。
【００５４】
次に、ステップ１０８に移行して、冷却装置であるペルチェ素子１２に通電して、左心室３８の心外膜面の局所部分の温度を体温に対して−５℃程冷却するための制御信号が電流制御装置７０に出力される。この場合、サーミスタ１８からの温度検出信号が入力されて、その検出温度が目標温度になるように、電流制御装置７０による供給電流がフィードバック制御される。これにより、左心室３８の心外膜面の局所部分の温度は指令された目標温度になる。
【００５５】
次に、ステップ１１０において、心外膜面の温度が目標の設定温度に達するまでの間、待機され、電圧上昇変数ｎが１に初期設定された後、ステップ１１２に移行して、ステップ１００と全く同様に、それぞれのセンサから心電位が検出される。次に、ステップ１１４に移行して、心室頻拍、心室細動が消失しているか否かが判定され、消失している場合には、ステップ１１６に移行して、冷却装置であるペルチェ素子１２への通電を遮断する。このようにして、ＭＰＵ５０の処理は、ステップ１００に戻り、上記した心臓の監視ループ１００−１０２−１０４が実行される。
【００５６】
次に、ステップ１１４において、心室頻拍、又は、心室細動が消失していないと判断されると、ステップ１１８に移行して、電位センサ／通電用電極１４を通電装置６０に接続して、パルス電圧・電流を印加できるように、スイッチ５６が切り替えられる。そして、通電装置６０を作動させて、電位センサ／通電用電極１４にパルス電圧・電流が印加される。パルス電圧・電流の電圧は、図５に示すような二相性の電圧波形を用いる。この場合に、電圧Ｖ１とパルス幅Ｔ１とを、電圧上昇変数ｎに比例して変化させている。電圧・電流は、冷却箇所を挟むように２群に分けられた複数の電位センサ／通電用電極１４の間において、印加される。
【００５７】
このようにして、ステップ１１８において、複数の電位センサ／通電用電極１４間にパルス電圧・電流が印加されて、左心室の冷却されている冷却箇所にパルス電流が流れる。次に、ステップ１２０において、制御の繰り返し変数ｎが最大値ａ以下である場合には、ステップ１２１において、繰り返し変数ｎが１だけ加算されて、ステップ１１２に戻り、心電位が検出されて、心室頻拍、心室細動が消失したか否かが判定されるループが繰り返される。
【００５８】
心室頻拍や心室細動が消滅しない場合には、ステップ１１８で、パルス電圧・電流の電圧値が所定量だけ上昇し、パルス幅が広くされて、通電電力が向上されて、通電が実行される。これを、心室頻拍や心室細動が消滅するまで実行されるか、繰り返し回数ｎが最大繰り返し回数ａを越えるまで実行される。最大繰り返し回数ａを越えても、心室頻拍や心室細動が消滅しない場合には、ステップ１２２において、冷却装置であるペルチェ素子１２への通電が遮断される。そして、ステップ１２４において、再度、各センサ１４、心房リード３２、心室リード３４により心電位が検出される。
【００５９】
ステップ１２６において、心室頻拍が検出された場合には、ステップ１２８に移行して、従来のＩＣＤで行われている心室頻拍の除去のためのパルス電圧・電流が印加される。ここでは、心室リード３４と心房リード３１とを介して、電極３４１と電極３２１に、パルス電圧・電流が印加される。すなわち、冷却箇所にパルス電圧・電流を印加する方法では、心室頻拍が消滅できない場合には、従来のＩＣＤで行われている心室及び心房と、ＩＣＤ本体との間に電圧・電流が印加される。その後は、ステップ１３４において、従来のＩＣＤによる処理が実行されて、従来のＩＣＤの制御終了条件が成立した時に、本装置の制御が終了する。そして、再度、ステップ１００から、処理が実行される。
【００６０】
また、ステップ１３０において、心室細動が消滅できないと判断された場合には、ステップ１３２へ移行して、従来のＩＣＤで行われているように、心室リード３４と心房リード３１とを介して、電極３４１と電極３２１により、心室及び心房と、ＩＣＤ本体との間に電圧・電流が印加される。この場合には、高電圧・高電流で実施される。その後は、ステップ１３６において、従来のＩＣＤによる処理が実行されて、従来のＩＣＤの制御終了条件が成立した時に、本装置の制御が終了する。そして、再度、ステップ１００から、処理が実行される。
【００６１】
上記の実施例では、ステップ１１８では、２分された電位センサ／通電用電極１４間において、パルス電圧・電流を印加していたが、心室リード３４の先端の電極３４１と、多数の電位センサ／通電用電極１４間において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。または、これらの組合せ、すなわち、２分された電位センサ／通電用電極１４間及びそれらの一方の群の電位センサ／通電用電極１４と心室リード３４間に、パルス電圧・電流を印加しても良い。さらに、複数の電位センサ／通電用電極１４と本体２０間にパルス電圧・電流を印加するようにしても良い。
【００６２】
また、上記実施例では、心室細動に至る可能性の高い前駆現象を心室頻拍とし、心臓の冷却開始条件を心室頻拍が検出された場合としているが、心室細動に至る前駆現象が他にあれば、その現象が検出された時を、冷却開始時としても良い。また、仮に、心臓全体の電位分布を測定して、スパイラルリエントリー波を検出するプログラムが可能であれば、スパイラルリエントリー波が検出された時に、心臓を冷却するようにしても良い。また、心臓にパルス電圧・電流を印加する時期を、心臓の冷却後、所定時間経過した時としているが、スパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されることを、複数の電位センサ／通電用電極１４により検出して、スパイラルリエントリー波が拘束された時に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。
【００６３】
パルス電圧・電流の電圧値やパルス幅を、繰り返し変数である電圧上昇変数ｎに応じて変化させているが、パルス電圧・電流の印加は、１回で終了するようにしても良い。また、心室頻拍が検出された場合には、電圧上昇変数ｎに応じてパルス電圧・電流の電圧値とパルス幅を徐々に増大するようにし、心室細動が検出された場合には、所定の高電圧値のパルス電圧・電流を１回だけ印加するようにしても良い。上記実施例では、本体２０を人体の胸部の皮下に植込む植込み式の細動防止装置としているが、植込まずに人体の外部から制御する装置としても良い。
【００６４】
また、図６に示すように、電位センサ１４と通電用電極１６とを分離しても良い。この場合には、装置の回路構成は、図７のようになる。通電用電極１６は、スイッチ６８で制御され、電位センサ１４は直接、Ａ／Ｄ変換器５４に入力する。パルス電圧・電流の印加は、２つの通電用電極１６間に印加する。
この場合も、心室リード３４の先端の電極３４１と２つの通電用電極１６間において、パルス電圧・電流を印加するようにしても良いし、２つの通電用電極１６間及び一方の通電用電極１６と心室リード３４の先端の電極３４１間に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良いし、２つの通電用電極１６と本体２０との間に、パルス電圧・電流を印加するようにしても良い。
【００６５】
また、図８に示すように、心電信号の検出は、心房リード３２と心室リード３４で行い、基材１０上の電位センサ１４をなくして、通電用電極１６だけ設けるようにしても良い。この場合には、パルス電圧・電流の印加方法は、図６に示す実施例で説明した方法が適用可能である。
【００６６】
さらに、図９に示すように、従来のＩＣＤに心臓を局所的に冷却する装置だけを付けるようにしても良い。基材１０には、図９に示すように、ペルチェ素子１２とサーミスタ１８とだけが配設される。この場合には、心房リード３２、心室リード３４により心電信号が検出されると共に、それを介して心臓に、心室頻拍や心室細動を停止するためのパルス電圧・電流が印加される。
【００６７】
上記のように、本実施例では、心室細動や心室頻拍が検出されると、冷却装置が駆動されて、心室が冷却され、冷却箇所に、パルス電圧・電流が印加されて、効率良くスパイラルリエントリー波を消滅させて、心室頻拍を停止させることができる。これにより、心室細動を引き起こすことが防止される。この装置では、心臓を冷却して、パルス電圧・電流を印加するために、印加電圧が低くて良いので、その通電に伴う装着者の不安感や不快感が少ない。したがって、患者のＱＯＬを向上させることができる。また、心臓が冷却された後に、冷却箇所にパルス電圧・電流が印加される場合には、この電圧・電流は低くても良いので、心臓に対する傷害を最小限とすることができる。
【実施例２】
【００６８】
装置構成は、図６、図７に示す構成を用いた。ＭＰＵ５０の処理手順は、図１０に示す手順とした。本装置は、心室細動に至る前駆現象である心室頻拍が検出された時に、心室細動を防止することを目的とする植込型の心室細動防止装置である。実施例１が心室頻拍の他、心室細動が検出された場合にも、細動停止機能が動作するのに対して、本実施例では、心室頻拍の検出により心室頻拍を停止させるようにしている。ステップ２００〜２２６は、図４のステップ１００〜１２６に対応する。このように、心室頻拍が検出されると、まず、冷却装置が駆動されて、心室が冷却され、所定時間後に冷却箇所に、パルス電圧・電流が印加されて、効率良くスパイラルリエントリー波を消滅させて、心室頻拍を停止させることができる。これにより、心室細動を引き起こすことが、防止される。従来のＩＣＤ装置を装着した患者は、強いパルス電圧・電流による除細動時の不安感が大きく、患者のＱＯＬは著しく損なわれる。それに対して本装置の場合は、強いパルス電圧・電流が加わらないので、かかる不安感は少なく、患者のＱＯＬを向上させることができる。
【実施例３】
【００６９】
本装置において、心室細動が検出された場合には、図１１に示すような処理手順としても良い。すなわち、心室頻拍が検出された場合には、実施例２の図１０に示す処理手順とし、心室細動が検出された場合には、図１１に示す処理手順としても良い。ステップ３００〜３２６は、ステップ２００〜２２６に対応する。ただし、心室細動が検出された場合には、心室頻拍の場合の処理と異なり、心臓を冷却した後に、パルス電圧・電流の電圧値を徐々に増大させることはなく、冷却箇所に、所定の電圧とパルス幅のパルス電圧・電流を１回印加する構成を採用する。細動の場合には、一刻も速く細動を停止させる必要があるからである。そして、それでも、心室細動が停止しない場合には、ステップ３２８、３３４において、従来のＩＣＤと同じく、高電圧のパルス電圧・電流を心房リード３２、心室リード３４を介して、心臓に印加することになる。この時、基材１０に設けられている通電用電極１６を用いてパルス電圧・電流を印加するようにしても良い。
【００７０】
本発明は、心室細動の前駆現象（心室頻拍、スパイラルリエントリー波）が検出された場合に、心臓を冷却し、又は、冷却を開始して所定時間経過後或いはスパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束されていることを確認した後に、パルス電圧・電流を印加して、細動の発生を防ぐ治療方法としても有効である。
【００７１】
さらに、心室細動が発生した場合に、心臓を冷却して、あるいは、冷却後に比較的低いパルス電圧・電流を印加して細動を停止させる治療方法としても有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、心臓疾患のあり、心室細動を起こし得る可能性のある患者に対して、心室細動の発生を防止できるので、医療機器として、極めて有効である。また、心室細動を発生した場合にも、その細動を効果的に停止できる装置となるので、医療機器として用いるのに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る細動防止装置を人体の心臓に装備させた状態を示した説明図。
【図２】同実施例装置に係る細動防止装置の基材の構成を示した平面図。
【図３】同実施例装置に係る細動防止装置の電気的構成を示したブロック図。
【図４】同実施例に係る細動防止装置のＭＰＵの処理手順を示したフローチャート。
【図５】同実施例に係る細動防止装置のパルス電圧・電流の電圧波形を示した波形図。
【図６】同実施例の変形例に係る細動防止装置の基材の構成を示した平面図。
【図７】同変形例に係る細動防止装置の電気的構成を示したブロック図。
【図８】他の変形例に係る細動防止装置の基材の構成を示した平面図。
【図９】他の変形例に係る細動防止装置の基材の構成を示した平面図。
【図１０】実施例２に係る細動防止装置のＭＰＵの処理手順を示したフローチャート。
【図１１】実施例３に係る細動防止装置のＭＰＵの処理手順を示したフローチャート。
【図１２】動物実験の構成を示した写真。
【図１３】動物実験による冷却前後の心臓の電位分布と活動電位持続時間の変化を示した図。
【図１４】冷却後のスパイラルリエントリー波が冷却箇所に拘束される様子を示した測定図。
【図１５】心室細動が冷却により停止することを示した心電信号の波形図。
【図１６】心臓を冷却した時のスパイラルリエントリー波を示した測定図。
【図１７】冷却なしにパルス電圧・電流を印加した場合と、冷却してパルス電圧・電流を印加した場合の心電信号の変化の様子を示した測定図。
【図１８】冷却なしにパルス電圧・電流を印加した場合と、冷却してパルス電圧・電流を印加した場合のスパイラルリエントリー波を示した測定図。
【符号の説明】
【００７４】
１０…基材
１２…ペルチェ素子
１４…電位センサ／通電用電極
１６ａ，１６ｂ…通電用電極
３２…心房リード
３４…心室リード
【図１】
2006288838.tif 000003
【図２】
2006288838.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006288838.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
2006288838.tif 000018
【図１６】
2006288838.tif 000019
【図１８】
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