(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
迷走神経に対して刺激信号を出力する刺激信号発生部と、
心拍数を検出する心拍数検出部と、
前記刺激信号発生部からの迷走神経に対する刺激信号の出力に対して、前記心拍数検出部により検出された心拍数の低下が検出されない場合に、前記刺激信号発生部から出力された刺激信号に対する神経の応答信号を検出する神経刺激応答検出部と、
該神経刺激応答検出部により神経の応答信号が検出されない場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を増大させるように調節する刺激強度調節部とを備える神経刺激装置。
【請求項２】
前記刺激強度調節部は、前記刺激信号発生部からの迷走神経に対する刺激信号の出力に対して、前記心拍数検出部により検出された心拍数が所定の閾値を超えて低下している場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を低下させるように調節する請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
前記刺激強度調節部は、前記神経刺激応答検出部により神経の応答信号が検出されている場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を維持するように調節する請求項１または請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の神経刺激装置を備える埋込型心臓治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、神経刺激装置および埋込型心臓治療装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、迷走神経を刺激することにより心不全を治療することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
また、迷走神経活動を常時検出しつつ迷走神経刺激を行う神経刺激装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Meihua  Li，et  al．，“Vagal  Nerve  Stimulation  Markedly  Improves  Long-Term  Survival  After  Chronic  Heart  Failure  in  Rats”，Circulation．2004，p．109，120-124
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７０２４２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、心不全治療において迷走神経活動を常時検出する場合には、消費電力が大きくなり、体内埋込式の装置によって長時間にわたる治療を行うことが困難であるという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、消費電力を抑えて、長時間にわたり心不全の治療を行うことができる神経刺激装置および埋込型心臓治療装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、迷走神経に対して刺激信号を出力する刺激信号発生部と、心拍数を検出する心拍数検出部と、前記刺激信号発生部からの迷走神経に対する刺激信号の出力に対して、前記心拍数検出部により検出された心拍数の低下が検出されない場合に、前記刺激信号発生部から出力された刺激信号に対する神経の応答信号を検出する神経刺激応答検出部と、該神経刺激応答検出部により神経の応答信号が検出されない場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を増大させるように調節する刺激強度調節部とを備える神経刺激装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、刺激信号発生部の作動により迷走神経に対して刺激信号が出力されると、迷走神経の興奮により迷走神経末端からアセチルコリンが放出され、心拍低下が起こる。心拍低下による酸素消費の低下に加え、抗炎症作用、血管増生、細胞死現象などによって心不全治療効果が得られる。
【０００８】
この場合において、心拍数検出部により心拍数が検出され、刺激信号の出力にも拘わらず心拍数の低下が検出されない場合には、神経刺激応答検出部による神経の応答信号の検出が行われる。そして、神経刺激応答検出部により神経の応答信号が検出されない場合には、刺激強度調節部により、刺激信号発生部から出力される刺激信号の強度が増大するように調節される。
【０００９】
すなわち、心拍数の検出は、微弱な神経の応答信号の検出と比較して、大きな増幅を伴わないために低消費電力で行うことができる。したがって、バッテリの消耗を少なくして長時間にわたって装置を作動させることができる。
【００１０】
また、刺激信号の出力によって心拍数が低下しない場合であっても、迷走神経の興奮状態が得られている場合があり、心拍数が低下しない場合に即座に刺激信号の強度を増大させるのではなく、心拍数が低下しない場合でかつ神経の応答信号が検出されない場合に刺激信号の強度を増大させることにより、無駄な電力の消費を回避することができる。
そして、神経の応答信号が検出されない場合に刺激信号の強度を増大させることにより、神経刺激の効果を高めて、効果的な心不全治療を行うことができる。
【００１１】
上記発明においては、前記刺激強度調節部は、前記刺激信号発生部からの迷走神経に対する刺激信号の出力に対して、前記心拍数検出部により検出された心拍数が所定の閾値を超えて低下している場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を低下させるように調節してもよい。
【００１２】
このようにすることで、迷走神経に対する刺激信号の出力によって心拍数が所定の閾値を越えて低下している場合には、迷走神経の興奮状態が高すぎる場合があり、刺激強度調節部により刺激信号の強度を低下させるよう調節することにより、徐脈や副作用が促進されてしまうことを防止することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記刺激強度調節部は、前記神経刺激応答検出部により神経の応答信号が検出されている場合に、前記刺激信号発生部により出力される刺激信号の強度を維持するように調節してもよい。
このようにすることで、心拍数の低下しない場合であっても神経の応答信号が検出されている場合には、迷走神経が興奮状態であり、刺激信号の強度を維持することにより、心不全の治療を継続することができる。
また、本発明は、上記いずれかの神経刺激装置を備える埋込型心臓治療装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、消費電力を抑えて、長時間にわたり心不全の治療を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る埋込型心臓治療装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の埋込型心臓治療装置に備えられる、本発明の一実施形態に係る神経刺激装置を示す全体構成図である。
【図３】図２の神経刺激装置に備えられる神経刺激用の電極、神経応答検出用の電極およびこれらの距離を一定に保持する電極ホルダの一例を示す斜視図である。
【図４】図２の神経刺激装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図２の神経刺激装置による迷走神経刺激と心拍数の変化の関係を示すグラフである。
【図６】図２の神経刺激装置による迷走神経刺激および迷走神経の応答を示すグラフである。
【図７】図４の動作の変形例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る神経刺激装置１および埋込型心臓治療装置２について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る埋込型心臓治療装置２は、図１に示されるように、患者の体内に埋め込まれる装置本体３と、該装置本体３に接続され、患者の心臓Ｈおよび迷走神経Ｍに接続される複数本のリード４〜９とを備えている。
リード４〜９には、神経刺激用リード４、神経応答検出用リード５、右心房リード６、右心室リード７、冠状静脈リード８および右室除細動リード９がある。
【００１７】
本実施形態に係る神経刺激装置１は、装置本体３と、神経刺激用リード４、神経応答検出用リード５、右心房リード６、右心室リード７、冠状静脈リード８および右室除細動リード９とを備えている。
装置本体３は、図２に示されるように、マイクロプロセッサ１０、入出力アンプ１１ａ〜１４ｂ、ワイヤレス送受信部１６、メモリ１７、クロック発振部１８、マグネットセンサ１９および図示しないバッテリと、これらを収容するカン電極を構成するケース２０とを備えている。
【００１８】
入出力アンプ１１ａ〜１４ｂは、マイクロプロセッサ１０からの出力信号を増幅して各リード４〜９に出力する一方、リード４〜８を介してケース２０内に入力されてくる神経信号または心拍信号を増幅してマイクロプロセッサ１０に入力するようになっている。
【００１９】
ワイヤレス送受信部１６は、外部のプログラマとの間で無線信号の送受信を行い、信号検出および信号出力のプログラムをプログラマから受信する一方、検出した神経信号または心拍信号をプログラマに送信するようになっている。
メモリ１７は、受信したプログラムや、検出した神経信号または心拍信号を記憶するようになっている。
【００２０】
クロック発振部１８は、マイクロプロセッサ１０に対してクロック信号を出力するようになっている。
マグネットセンサ１９は、体外から近接させられる磁石の磁力を検出することによりマイクロプロセッサ１０を起動するためのセンサである。
【００２１】
神経刺激用リード４は出力アンプ１１ａに接続されている。これにより、マイクロプロセッサ１０から出力された刺激信号が出力アンプ１１ａによって増幅された後に、神経刺激用リード４に出力されるようになっている。
【００２２】
また、神経応答検出用リード５は、入力アンプ１１ｂに接続され、迷走神経Ｍから検出した神経の応答信号が入力アンプ１１ｂによって増幅された後に、マイクロプロセッサ１０に入力されるようになっている。
神経刺激用リード４および神経応答検出用リード５の先端には、図３に示す電極２１，２２が取り付けられている。
【００２３】
神経刺激用リード４の先端には、相互に間隔をあけた２個一対の電極２１が接続され、両電極２１間に、電圧を印加することにより迷走神経Ｍに刺激を与えることができるようになっている。
神経応答検出用リード５の先端にも、２個一対の電極２２が接続され、両電極２２間に現れる電位差を検出することにより、迷走神経Ｍの応答信号を検出することができるようになっている。
【００２４】
これらの神経刺激用リード４の電極２１と神経応答検出用リード５の電極２２とは、一定の電極間距離をあけて配置されるようになっている。図３に示す例では、電極２１，２２は、電極ホルダ２３に固定され、これによって、迷走神経Ｍに取り付けられた状態で、迷走神経Ｍの長手方向に沿って一定の電極間距離をあけるようになっている。電極ホルダ２３および電極２１，２２は、周方向に２分割可能な環状に構成され、開いた状態で間に迷走神経Ｍを挿入して閉じることにより、迷走神経Ｍの全周を取り囲むように電極２１，２２を配置することができるようになっている。
【００２５】
この電極間距離は、例えば、４ｃｍ以上であることが好ましい。
４ｃｍより短くなると刺激信号と応答信号とが時間的に近接してしまい、応答信号を刺激信号から分離して検出することが困難になる。また、電極間距離は、あまり長くなると、装置が大型化するため、例えば、６ｃｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
また、右心房リード６、右心室リード７および冠状静脈リード８の先端にも相互に間隔をあけた２個一対の電極（図示略）が接続されている。これら、右心房リード６、右心室リード７および冠状静脈リード８は、心拍の検出と、心拍への刺激信号の出力の両方の信号伝達を兼ねており、入力アンプ１２ｂ，１３ｂ，１４ｂおよび出力アンプ１２ａ，１３ａ，１４ａにそれぞれ接続されている。
【００２７】
また、右室除細動リード９は、除細動刺激信号を出力する除細動刺激出力部１５に接続されている。
ケース２０は、導電性材料により構成されるとともに、除細動刺激出力部１５に電気的に接続されている。これにより、除細動刺激出力部１５から除細動刺激信号を出力すると、右室除細動リード９の先端の電極と、ケース２０により構成されたカン電極との間に、除細動電圧が印加されるようになっている。
【００２８】
また、マイクロプロセッサ１０は、神経刺激が開始されると、図４に示されるように、まず、例えば、右心房リード６、右心室リード７あるいは冠状静脈リード８の先端の電極により検出される電位である心電信号に基づいて心拍を検出する。具体的には、電極の電位の大きさまたは変化率が所定の閾値を超えたときに心臓Ｈに脱分極が発生したとして心拍を検出するようになっている。
【００２９】
なお、所定の閾値はＲ波以外の成分である、Ｐ波やＴ波、筋電図のようなノイズを除いてＲ波を検知するための数値で、例えば検査によって得られた数値を元に植込み時に医師が設定するパラメータとなっている。この閾値は、例えば、不図示の記憶部に設定した閾値を記憶させておき、心拍検出時に閾値を呼び出すようにして判断を行うこととしてもよい。
【００３０】
そして、マイクロプロセッサ１０は、図４に示されるように、心拍をカウントして心拍数（ＨＲ）を検出し（ステップＳ１）、図５に示されるように、神経刺激がオフ状態の心拍数と神経刺激がオン状態の心拍数との間に心拍数変化ΔＨＲが存在するか否か（オン状態の方が心拍数が小さいか否か）を判断するようになっている（ステップＳ２）。
【００３１】
ステップＳ２において、心拍数変化ΔＨＲが存在する場合には、神経刺激の効果が得られているとして、心拍数の検出が継続される。一方、心拍数変化ΔＨＲ＝０である場合には、神経刺激の応答信号の検出が行われる（ステップＳ３）。
【００３２】
神経応答検出用リード５の先端に備えられた電極２２の電位は、図６に示されるように変化する。図６には、神経刺激信号の出力タイミングに発生する刺激アーチファクトと、神経刺激に対応して迷走神経Ｍから発せられる応答信号とが示されている。
【００３３】
この場合に、本実施形態に係る神経刺激装置１によれば、神経刺激用の電極２１と、神経応答検出用の電極２２とが、所定の電極間距離をあけて配置されているので、神経刺激に対応して迷走神経Ｍから発せられる応答信号は、神経刺激信号の出力タイミングに対して時間的に離れた位置に発生しており、刺激アーチファクトとは分離して検出することができる。
【００３４】
そして、マイクロプロセッサ１０は、検出された神経刺激応答が存在するか否か、すなわち、神経刺激応答の大きさ（図６のΔＶｎｅｒｖｅ）が、ΔＶｎｅｒｖｅ＞０か否かが判定される（ステップＳ４）。神経刺激応答が存在する場合には、ステップＳ１に戻って心拍数の検出が継続される。
【００３５】
一方、神経刺激応答が存在しない（ΔＶｎｅｒｖｅ＝０）場合には、マイクロプロセッサ１０は、神経刺激用リード４の先端の電極２１間に加える電圧を増大させるように調節する（ステップＳ５）。そして、増大させた神経刺激信号を神経刺激用リード４の電極２１間に加えて、迷走神経Ｍに対する刺激を強くした状態で、ステップＳ１に戻って心拍の検出を開始するようになっている。
【００３６】
このように構成された本実施形態に係る神経刺激装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置１を用いて迷走神経Ｍの刺激を行うには、神経刺激用リード４（および神経応答検出用リード５）、右心房リード６、右心室リード７、冠状静脈リード８の先端の電極をそれぞれ、迷走神経Ｍ、右心房、右心室、冠状静脈に配置し、装置本体３を患者の体内に埋め込んだ状態で、体外から磁石を装置本体３に近接させ、その磁力をセンサ１９が検出することにより神経刺激装置１を起動する。
【００３７】
起動されると、マイクロプロセッサ１０は、神経刺激用リード４の先端の電極２１間に、予め定められた電圧を加えて迷走神経Ｍに刺激を与えるとともに、電圧を加えない状態と、電圧を加えた状態とを断続させて、２つの状態での心拍数の変化ΔＨＲを算出する。
【００３８】
具体的には、電圧を加えない状態で、右心房リード６、右心室リード７または冠状静脈リード８から検出された心電信号に基づいて心拍を検出し、その心拍数を算出してメモリ１７に記憶しておく。次いで、電圧を加えた状態で、同様にして心拍数を算出し、メモリ１７に記憶されている神経刺激をしていない状態に対する心拍数の変化ΔＨＲを算出する。
【００３９】
そして、心拍数の変化ΔＨＲが存在する限り、迷走神経Ｍの刺激強度を維持して、迷走神経Ｍの刺激状態を継続し、心拍数の変化ΔＨＲが存在しなくなった時点で、初めて神経刺激応答用の電極２２に現れる電位を検出する。神経刺激応答用の電極２２に現れる電位に、迷走神経Ｍの刺激に対する応答信号ΔＶｎｅｒｖｅが存在する場合には、迷走神経Ｍの刺激強度を維持して、迷走神経Ｍの刺激状態を継続する。一方、応答信号ΔＶｎｅｒｖｅが存在しない場合には、迷走神経Ｍの刺激強度を増大させる。
【００４０】
このように、本実施形態に係る神経刺激装置１によれば、最初に心拍数を検出して心拍数の変化ΔＨＲが存在している限り、神経刺激応答用の電極２２間の電位を検出しないので、信号が微弱なために検出に大電力を要する神経刺激の応答信号の検出を極力抑えて、消費電力を低減することができるという利点がある。
【００４１】
また、心拍数の変化ΔＨＲが存在しなくなっても、神経刺激の応答信号が存在する場合には、迷走神経Ｍの興奮が得られていることが明らかである。このため、刺激信号の強度を維持することで、電力消費を低減しつつ、心臓Ｈの心不全治療効果を得ることができる。
【００４２】
すなわち、心拍数の変化ΔＨＲが見られなくなった場合に、即座に刺激信号の強度を増大させるのではなく、神経刺激の応答信号が存在しなくなるまで、刺激信号の強度を増大させないことで、電力消費をさらに抑えることができる。
その結果、本実施形態に係る神経刺激装置１および埋込型心臓治療装置２によれば、消費電力を抑えて、長時間にわたり心不全の治療を行うことができるという利点がある。
【００４３】
なお、本実施形態においては、心拍数については、その変化ΔＨＲが存在するか否かによって処理を切り替えることとしたが、これに加えて、図７に示されるように、神経刺激信号の出力時の心拍数ＨＲの大きさを判定し（ステップＳ６）、心拍数ＨＲが所定の心拍数（例えば、徐脈となる心拍数ＨＲａ）を下回っている場合に、神経刺激信号の強度を低下させる（ステップＳ７）ことにしてもよい。このようにすることで、徐脈や副作用の発生を低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、電極ホルダ２３によって、神経刺激用の電極２１と神経応答検出用の電極２２との電極間距離を規定することとしたが、これに代えて、電極ホルダ２３を用いることなく、一定の電極間距離が形成されるように電極２１，２２を迷走神経Ｍに固定することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｍ  迷走神経
１  神経刺激装置
２  埋込型心臓治療装置
４  神経刺激用リード（刺激信号発生部）
５  神経応答検出用リード（神経刺激応答検出部）
６  右心房リード（心拍数検出部）
７  右心室リード（心拍数検出部）
８  冠状静脈リード（心拍数検出部）
１０  マイクロプロセッサ（刺激強度調節部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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