(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓を支配する神経に電気刺激を供給する神経刺激部と、
前記心臓の活動に同期して周期的に変化する生理信号であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間の心室インピーダンスを検出する生理信号検出部と、
該生理信号検出部によって検出された心室インピーダンスの１周期内における位相θを数１から算出する位相算出部と、
該位相算出部によって算出された位相θが所定の位相のときに前記電気刺激を供給するよう前記神経刺激部を制御する制御部とを備える神経刺激装置。
【数１】
0005695480.tif 000006
ただし、
Φｔは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、
Φｔ−Δｔは、Φｔが検出される所定の時間Δｔ前に検出された心室インピーダンス、
Φｍｅａｎは、直前の１心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、
前記位相θは、Φｔ−ΔｔがΦｍｅａｎと等しく、かつ、ΦｔがΦｍｅａｎよりも大きいときに０である。
【請求項２】
前記所定の位相θが、π／２または／および３π／２である請求項１に記載の神経刺激装置。
【請求項３】
心拍の時間間隔に基づいて前記心臓の状態を判定する不整脈判定部と、
前記心臓に高圧パルスを供給する除細動部と、
前記心臓にペーシングパルスを供給するペーシング部とを備え、
前記制御部が、前記不整脈判定部による判定に基づいて、前記神経刺激部、前記除細動部または前記ペーシング部を制御する請求項１または請求項２に記載の神経刺激装置。
【請求項４】
神経刺激装置の作動方法であって、
右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間において取得された、心臓の活動に同期して周期的に変化する心室インピーダンスから該心室インピーダンスの１周期内における位相θを数２から算出する位相算出手段が作動し、
算出された位相θが所定の位相のときに電気刺激を発生させる神経刺激手段が作動する神経刺激装置の作動方法。
【数２】
0005695480.tif 000007
ただし、
Φｔは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、
Φｔ−Δｔは、Φｔが検出される所定の時間Δｔ前に検出された心室インピーダンス、
Φｍｅａｎは、直前の１心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、
前記位相θは、Φｔ−ΔｔがΦｍｅａｎと等しく、かつ、ΦｔがΦｍｅａｎよりも大きいときに０である。
【請求項５】
心拍毎に細動、頻脈および除脈の発生の有無を判定する不整脈判定手段が作動し、
細動であると判定された場合には、高圧パルスを発生させる除細動手段が作動し、頻脈であると判定された場合には、前記神経刺激手段が作動し、除脈であると判定された場合には、ペーシングパルスを発生させるペーシング手段が作動する請求項４に記載の神経刺激装置の作動方法。
【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神経刺激装置の作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、迷走神経は、刺激によって興奮したときにときに、心拍数を低下させたり、房室伝導を遅延させたりすることが知られている。この迷走神経の作用を利用して、心電信号に同期して、Ｒ波またはＰ波が検出されてから一定時間後に迷走神経を刺激することにより、不整脈や心不全を治療する神経刺激装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５３４２１８号公報
【特許文献２】特表２００９−５３１１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、心拍数が変化したときには、心臓の周期的な状態変化の仕方も変化する。例えば、Ｒ波が出現してから同じ時間経過した後でも、心拍数が速いときと遅いときとでは、心筋細胞の活動電位や血流量などの状態が異なる。すなわち、特許文献１および２の神経刺激装置の場合、心拍数が変化したときには異なる心臓の状態に対して神経刺激が行われることとなり、心臓に対して常に適切なタイミングで神経刺激が行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激を行うことができる神経刺激装置および神経刺激装置の作動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、心臓を支配する神経に電気刺激を供給する神経刺激部と、前記心臓の活動に同期して周期的に変化する生理信号であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間の心室インピーダンスを検出する生理信号検出部と、該生理信号検出部によって検出された心室インピーダンスの１周期内における位相θを数１から算出する位相算出部と、該位相算出部によって算出された位相θが所定の位相のときに前記電気刺激を供給するよう前記神経刺激部を制御する制御部とを備える神経刺激装置を提供する。
【数１】
0005695480.tif 000002
ただし、Φｔは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、Φｔ−Δｔは、Φｔが検出される所定の時間Δｔ前に検出された心室インピーダンス、Φｍｅａｎは、直前の１心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、前記位相θは、Φｔ−ΔｔがΦｍｅａｎと等しく、かつ、ΦｔがΦｍｅａｎよりも大きいときに０である。
【０００７】
本発明によれば、神経刺激部から神経に電気刺激が供給されることにより、心拍数を正常範囲まで変化させて、または、房室伝導を遅延させて、不整脈や心不全を治療することができる。
この場合に、生理信号検出部によって検出された生理信号が、その１周期内において所定の位相となったときに、電気刺激が神経に供給される。すなわち、心拍数の変化に応じて電気刺激が供給されるタイミングも変化し、各心周期において心臓が略同一の状態にあるときに電気刺激が供給される。これにより、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激を行うことができる。
また、前記生理信号検出部が、前記生理信号として心室インピーダンスを検出することとで、生理信号として、心周期とより正確に一致した信号を取得することができる。
【０００８】
上記発明の参考例においては、前記生理信号検出部が、前記生理信号として、心筋細胞の活動電位、心電信号または血圧を検出することとしてもよい。
このようにすることで、生理信号として、心周期とより正確に一致した信号を取得することができる。
【０００９】
また、上記発明においては、前記所定の位相が、π／２または／および３π／２であることが好ましい。
このようにすることで、一心拍のうち、心臓が刺激に対してより敏感に応答しやすいタイミングで神経が刺激され、神経の刺激による治療効果を向上することができる。
【００１０】
また、上記発明においては、心拍の時間間隔に基づいて前記心臓の状態を判定する不整脈判定部と、前記心臓に高圧パルスを供給する除細動部と、前記心臓にペーシングパルスを供給するペーシング部とを備え、前記制御部が、前記不整脈判定部による判定に基づいて、前記神経刺激部、前記除細動部または前記ペーシング部を制御することとしてもよい。
このようにすることで、各種の不整脈を治療することができる。
【００１１】
また、本発明は、神経刺激装置の作動方法であって、右心室に接続された右心室電極と左心室に接続された左心室電極との間において取得された、心臓の活動に同期して周期的に変化する心室インピーダンスから該心室インピーダンスの１周期内における位相θを数２から算出する位相算出手段が作動し、算出された位相θが所定の位相のときに電気刺激を発生させる神経刺激手段が作動する神経刺激装置の作動方法を提供する。
【数２】
0005695480.tif 000003
ただし、Φｔは、前記生理信号検出部によって検出された最新の心室インピーダンス、Φｔ−Δｔは、Φｔが検出される所定の時間Δｔ前に検出された心室インピーダンス、Φｍｅａｎは、直前の１心拍内において算出された心室インピーダンスの平均値であり、前記位相θは、Φｔ−ΔｔがΦｍｅａｎと等しく、かつ、ΦｔがΦｍｅａｎよりも大きいときに０である。
【００１２】
上記発明においては、心拍毎に細動、頻脈および除脈の発生の有無を判定する不整脈判定手段が作動し、細動であると判定された場合には、高圧パルスを発生させる除細動手段が作動し、頻脈であると判定された場合には、前記神経刺激手段が作動し、除脈であると判定された場合には、ペーシングパルスを発生させるペーシング手段が作動することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、心臓の状態に合わせて常に適切なタイミングで神経刺激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】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る神経刺激装置の全体構成図である。
【図２】図１の神経刺激装置の本体内部に設けられた構成を示すブロック図である。
【図３】心室インピーダンスの１周期内における位相を説明する図である。
【図４】図１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４のフローチャートの神経刺激ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態に係る神経刺激装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置１は、心臓Ａに高圧パルスを供給することにより細動を治療する構成と、心臓Ａにペーシングパルスを供給することにより除脈を治療する構成とともに心臓治療装置を構成している。
【００１６】
本実施形態に係る神経刺激装置１は、図１に示されるように、体内に埋め込まれる本体２と、該本体２から延びる４本のリード３１〜３４とを備えている。４本のリード３１〜３４の先端にはそれぞれ、神経電極３１ａ、ＲＡ（右心房）電極３２ａ、ＲＶ（右心室）電極３３ａまたはＬＶ（左心室）電極３４ａが設けられている。神経電極３１ａは、心臓Ａ近傍に存在する迷走神経（神経）Ｂに接続されている。ＲＡ電極３１ａは右心房に、ＲＶ電極３２ａは右心室に、ＬＶ電極３３ａは左心室にそれぞれ接続されている。また、本体２を外装する金属製の筐体もＣＡＮ電極２ａとして機能するようになっている。
【００１７】
本体２は、図２に示されるように、心拍を検出する心拍検出部４と、心臓Ａのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部（生理信号検出部）５と、迷走神経Ｂに刺激パルス（電気刺激）を供給する神経刺激部６と、心臓Ａにペーシングパルスを供給するペーシング部７と、心臓Ａに高圧パルスを供給する除細動部８と、心拍検出部４およびインピーダンス検出部５からの信号を処理して神経刺激部６、ペーシング部７および除細動部８に作動を指令する信号を出力するＣＰＵ（中央演算処理装置）９と、記憶部１０と、通信部１１とを備えている。
【００１８】
心拍検出部４は、心臓Ａに接続された３つの電極３２ａ，３３ａ，３４ａのうちいずれかの電極（図示する例ではＲＡ電極３２ａ）によって心電信号を検出し、検出した心電信号の波形変化に基づいて、例えば、心電信号の電位が所定の閾値を越えたときに心電信号にＲ波が出現したとして心拍を検出する。心拍検出部４は、心拍を検出したときに心拍検出信号をＣＰＵ９内の不整脈判定部９１（後述）および記憶部１０に出力する。
【００１９】
インピーダンス検出部５は、ＲＶ電極３３ａとＬＶ電極３４ａとの間に電圧を印加し、印加された電圧の降下量を測定することにより、２つの電極３３ａ，３４ａ間に挟まれた心室領域の心室インピーダンスΦを検出する。心室インピーダンスΦは、心室の容積および血流量を表す数値である。すなわち、心室インピーダンスΦは、心臓Ａの収縮および拡張に同期して変化し、心周期と同一の周期を有する。
【００２０】
インピーダンス検出部５は、検出した心室インピーダンスΦの情報を記憶部１０に出力する。記憶部１０は、入力された心室インピーダンスΦを時系列で記憶する。このときに、十分に短い時間間隔で連続して検出される心室インピーダンスΦと心拍の検出のタイミングとが対応付けられるように、例えば、心拍検出信号が出力されたときに検出された心室インピーダンスΦにフラグが付されるなどして記憶部１０に記憶されるようになっている。
【００２１】
神経刺激部６は、刺激パルス（電気刺激）を生成し、生成した刺激パルスを神経電極３１ａに出力する。該神経電極３１ａを介して刺激パルスが迷走神経Ｂに供給されることにより、迷走神経Ｂが刺激されて心拍が抑制され、頻脈が治療される。
【００２２】
ペーシング部７は、ペーシングパルスを生成し、生成したペーシングパルスを心臓Ａに配置された電極３２ａ，３３ａ，電極３４ａのうち、患者の病態などに基づいて予め選択された電極に出力する。電極を介してパーシングパルスが心臓Ａに局所的に供給されることにより、供給された部位において心電信号がペーシングパルスに同期させられて除脈が治療される。
【００２３】
除細動部８は、ペーシングパルスよりも大きな電圧を有する高圧パルスを生成し、生成した高圧パルスをＣＡＮ電極２ａおよび心臓Ａに接続された３つの電極３２ａ，３３ａ，３４ａのうちから選択された２つの電極（図示する例では、ＲＶ電極３２ａとＣＡＮ電極２ａ）間に出力する。これらの２つの電極を介して高圧パルスが心臓Ａに供給されることにより、心臓Ａ全体において心電信号が同期させられて細動が治療される。
【００２４】
ＣＰＵ９は、心拍検出部４によって検出された心拍に基づいて不整脈の有無および不整脈の種類を判定する不整脈判定部９１と、インピーダンス検出部５によって検出された心室インピーダンスΦの位相θを算出する位相算出部９２と、神経刺激部６、ペーシング部７および除細動部８の動作を制御する制御部９３とを備えている。
【００２５】
不整脈判定部９１は、心拍検出部４から心拍検出信号が入力される時間間隔に基づいて、すなわち、心拍の時間間隔に基づいて、不整脈の有無と、不整脈が有る場合にはその不整脈の種類とを判定する。具体的には、不整脈判定部９１は、小さい順に所定の第１の閾値、第２の閾値および第３の閾値を有している。そして、不整脈判定部９１は、心拍の時間間隔が、所定の第１の閾値以下のときは細動であると判定し、第１の閾値より大きく第２の閾値以下のときは頻脈であると判定し、第３の閾値以上のときは除脈であると判定する。不整脈判定部９１は、判定結果を示す不整脈判定信号を制御部９３に出力する。
【００２６】
位相算出部９２は、記憶部１０から、心拍検出部４によって心拍が検出されてから次に心拍が検出されるまでの間にインピーダンス検出部５によって検出された全ての心室インピーダンスΦを読み出し、これらのインピーダンスΦの平均値Φｍｅａｎ、つまり、１心拍内の心室インピーダンスΦの平均値を（１）式により算出する。位相算出部９２は、算出した平均値Φｍｅａｎの情報を記憶部１０に出力する。なお、（１）式におけるＮは、１心拍内において心室インピーダンスΦが検出された回数、つまり、心室インピーダンスΦのデータ数である。
【００２７】
【数３】
0005695480.tif 000004
【００２８】
また、位相算出部９２は、記憶部１０から、最新の心室インピーダンスΦｔと、該心室インピーダンスΦｔが検出されるΔｔ前に検出された心室インピーダンスΦｔ−Δｔと、１つ前の心拍について算出された平均値Φｍｅａｎとを記憶部１０から読み出す。そして、位相算出部９２は、読み出した心室インピーダンスΦｔ，Φｔ−Δｔおよび平均値Φｍｅａｎとから、（２）式により位相θを算出する。位相算出部９２は、算出した位相θの情報を制御部９３に出力する。
【００２９】
【数４】
0005695480.tif 000005
【００３０】
ここで、心室インピーダンスΦｔの値を横軸に、心室インピーダンスΦｔ−Δｔの値を縦軸にプロットしてマップを作成すると、図３に示されるように、１心拍につき１周する軌跡が描かれる。ここで、横軸方向および縦軸方向の振幅の中心が平均値Φｍｅａｎに相当する。そして、図３のマップにおいて座標（Φｍｅａｎ、Φｍｅａｎ）に相当する位置を中心Ｏとし、心室インピーダンスΦｔを示す点Ｐｔが中心Ｏとなす角度が、（２）式によって算出される位相θである。すなわち、位相θは、心室インピーダンスΦの１心周期内における位相を示している。
【００３１】
制御部９３は、不整脈判定部９１によって細動が判定された場合、高圧パルスを出力させる信号を除細動部８に出力する。また、制御部９３は、不整脈判定部９１によって除脈が判定された場合、ペーシングパルスを出力させる信号をペーシング部７に出力する。
【００３２】
また、制御部９３は、不整脈判定部９１によって頻脈が判定された場合、刺激パルスを出力させる信号を神経刺激部６に出力する。このときに、制御部９３は、位相算出部９２によって１心拍分の平均値Φｍｅａｎを算出させてから、次の心拍において逐次検出される心室インピーダンスΦの位相θを算出させる。そして、制御部９３は、位相算出部９２によって算出された位相が所定の位相θ１になったときに神経刺激部６から刺激パルスを出力させる。
【００３３】
ここで、所定の位相θ１は、患者や病態などによって決定される。例えば、神経刺激装置１を体内に埋め込むときに、心周期に対して異なる位相で迷走神経Ｂに刺激パルスを供給する。そして、最も心拍数の低下の効果が表れた位相が所定の位相θ１として決定される。所定の位相θ１としては、心房拡張期に相当するπ／２程度が好ましい。
【００３４】
記憶部１０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（読み出し専用メモリ）などからなる。
通信部１１は、無線通信によって体外に配置されたコンピュータとデータの送受信を行う。例えば、操作者は、コンピュータから、通信部１１を介してＣＰＵ９に各パルスの仕様を変更する信号などを送信することにより、神経刺激装置１の作動設定を変更することができる。
【００３５】
次に、このように構成された神経刺激装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る神経刺激装置１は、図４に示されるように、動作を開始すると、心拍を常時検出し（ステップＳ１）、心拍毎に不整脈の発生の有無の判定を続ける（ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６）。そして、神経刺激装置１は、細動が発生した場合には（ステップＳ２）心臓Ａに高圧パルスを供給し（ステップＳ３）、頻脈が発生した場合には（ステップＳ４）迷走神経Ｂに刺激パルスを供給し（ステップＳ５）、除脈が発生した場合には（ステップＳ６）心臓Ａにペーシングパルスを供給する（ステップＳ７）。神経刺激装置１は、心拍の時間間隔が正常の範囲内に戻るまで心臓Ａへのパルスの供給を繰り返す。
【００３６】
ここで、神経刺激装置１は、頻脈が発生したときに（ステップＳ５）、図５に示されるように、心室インピーダンスΦの検出を開始する（ステップＳ５０１）。神経刺激装置１は、頻脈が判定されてから最初の心拍については心室インピーダンスΦを記憶して（ステップＳ５０２）その平均値Φｍｅａｎを算出し（ステップＳ５０３）、算出した平均値Φｍｅａｎを記憶する（ステップＳ５０４）。そして、神経刺激装置１は、次の心拍については心室インピーダンスΦの位相θを逐次算出する（ステップＳ５０５，Ｓ５０６）。そして、神経刺激装置１は、心室インピーダンスΦの位相が所定の位相θ１のときに（ステップＳ５０７）、迷走神経Ｂに刺激パルスを供給し（ステップＳ５０８）、心室インピーダンスΦの検出を終了する（ステップＳ５０９）。
【００３７】
この場合に、本実施形態によれば、各心周期の同一の位相のときに刺激パルスが供給される。すなわち、心拍数が変化したときに、心拍数の変化に応じてＲ波の出現から刺激パルスの供給までの時間も変化し、心臓Ａが略同一の活動の状態にあるときに刺激パルスが供給される。これにより、心臓Ａの状態に合わせてより常に適切なタイミングで刺激パルスを供給して迷走神経Ｂの刺激による治療効果を向上することができるという利点がある。
【００３８】
なお、本実施形態においては、生体信号として心室インピーダンスを例に挙げて説明したが、生体信号はこれに限定されるものではなく、心臓Ａの電気活動に同期して周期的に変化するものであればよい。例えば、生体信号として、心筋細胞の活動電位、心電信号または血圧を用いることもできる。
【００３９】
生体信号として活動電位を用いる場合には、インピーダンス検出部５に代えて、例えば、活動電位光学プローブが備えられる。
生体信号として血圧を用いる場合には、インピーダンス検出部５に代えて、例えば、本体に接続された血圧センサが備えられる。
【００４０】
また、本実施形態においては、（１）式および（２）式に基づいて１心拍内における心室インピーダンスΦの位相θを逐次算出することにより、刺激パルスの供給のタイミングを制御することとした。これに代えて、例えば、頻脈が検出されてから最初の心拍において、心拍が検出された時刻から所定の位相θ１に相当する時刻までの時間を算出し、次の心拍において、心拍が検出された時刻から算出された時間が経過したときに刺激パルスを供給してもよい。このようにしても、心拍数が変化しても各心周期において同一の位相で刺激パルスを供給することができる。
【００４１】
また、本実施形態においては、刺激パルスを１心拍につき１回供給することとしたが、刺激パルスの出力の回数は適宜変更可能である。
例えば、迷走神経Ｂの刺激は、心房と心室の同期不全の治療にも有効である。よって、心室拡張期に相当する位相が３π／２程度のときにも刺激パルスを出力することにより、頻脈および心房と心室の同期不全についても治療することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、迷走神経Ｂを刺激して頻脈を治療する場合を例示したが、心臓Ａの活動を支配する他の神経を刺激して心臓Ａの他の病態を治療することもできる。例えば、神経として、心拍数を上昇させる交感神経を刺激することにより除脈を治療することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１  神経刺激装置
２  本体
２ａ  ＣＡＮ電極
４  心拍検出部
５  インピーダンス検出部（生理信号検出部）
６  神経刺激部（神経刺激手段）
７  ペーシング部（ペーシング手段）
８  除細動部（除細動手段）
９  ＣＰＵ
１０  記憶部
１１  通信部
３１〜３４  リード
３１ａ  神経電極
３２ａ  ＲＡ電極
３３ａ  ＲＶ電極
３４ａ  ＬＶ電極
９１  不整脈判定部（不整脈判定手段）
９２  位相算出部（位相算出手段）
９３  制御部
Ａ  心臓
Ｂ  迷走神経（神経）
【図１】
0005695480.tif 000008
【図２】
0005695480.tif 000009
【図３】
0005695480.tif 000010
【図４】
0005695480.tif 000011
【図５】
0005695480.tif 000012