(57)【要約】　　　（修正有）【課題】正圧の人工呼吸法よりも生理学的にいっそう自然な効果が得られる装置を提供する。【解決手段】信号取得のために生体の食道に挿入された食道電極１８に入力側２０が接続されており、この入力側は食道電極から測定信号を受け取り、測定信号から横隔膜の筋電気信号をフィルタリング除去するように構成された信号アナライザ２２が設けられており、筋電気信号に依存してパルスジェネレータ１２を制御するように構成された制御ユニット１４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　刺激パルスを発生するパルスジェネレータ（１２；３６）と、パルスジェネレータ（１２；３６）から刺激パルスを出力する出力側（１０）と、出力側（１０）に接続され生体（４；３０）に配置されて横隔神経を刺激する電極装置（６；３８）とを備えている神経刺激装置（２；２８）において、
　信号取得のために生体（４；３０）の食道に挿入された食道電極（１８；３４）に入力側（２０）が接続されており、該入力側は食道電極から測定信号を受け取り、
　測定信号から横隔膜の筋電気信号をフィルタリングで取り出すように構成された信号アナライザ（２２、２４；３２）が設けられており、
　筋電気信号に依存してパルスジェネレータ（１２；３６）を制御するように構成された制御ユニット（１４；４０）が設けられている
ことを特徴とする神経刺激装置。
【請求項２】
　生体（３０）の呼吸を監視するためのモニタリングユニット（４２）が設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
　モニタリングユニット（４２）は１つまたは複数の外部ベンチレータ、肺活量計、インピーダンス測定器、周径測定器およびガスアナライザに接続される信号入力側を有している、請求項２記載の装置。
【請求項４】
　さらに信号アナライザ（２２，２６）により心電図信号がフィルタリングで取り出され、制御ユニット（１４）により心電図信号に依存してパルスジェネレータ（１２）が制御される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
　前記制御ユニットには心臓関連情報を取得する外部機器から心臓に関する信号を受け取る心臓信号入力側が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
　前記出力側（１０）は複数のチャネルを有しており、各チャネルは電極装置（６）の相応の電極リード（８Ａ；８Ｂ）に接続されており、前記制御ユニット（１４）は刺激パルスを１つまたは複数のチャネルへ供給するようにパルスジェネレータ（１２）を制御する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は神経刺激装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　呼吸困難の処置法には種々の手法が存在するが、おそらくベンチレータまたはレスピレータを用いた正圧の人工呼吸法がこんにち最も広汎に行われているものであろう。この手法はいまや負圧の人工呼吸法（例えば鉄の肺を用いた人工呼吸法）に完全に置き換わっている。呼吸筋および呼吸に関連する神経（特に横隔神経）を刺激することも既知であるが、実際にはあまり普及していない。
【０００３】
　本発明は前述の処置法のうち神経刺激法を発展させることに関連している。こうした神経刺激システムとしては、例えば国際公開第９７／３８７５１号公報および米国特許第６３６０７４０号明細書などに種々のものが説明されている。これらは基本的には電気刺激を与えるタイプのものであるが、磁気刺激を与えて神経を刺激するタイプのものも知られている。本発明はこれら全ての神経刺激システムを含む。
【０００４】
　神経刺激法には機能的に最大限の安全性と信頼性とが強く要求される。例えば横隔神経は迷走神経の近傍に位置している。迷走神経を刺激してしまうと、心臓の活性を低下させるおそれがある（除脈）。したがって経皮刺激では電極を配置する際に横隔神経のみが刺激されるように細心の注意が必要である。横隔神経への皮下刺激法ではこのような問題はもちろん生じないが、その代わりに、外科的処置が必須である。外科手術において横隔神経に触れずに済ますことはやはり簡単なことではない。全ての外科的処置において周囲の組織または神経がダメージや影響を受けるおそれはある。
【０００５】
　神経刺激についてのさらなる問題として、充分な応答を得るのに必要な刺激エネルギを呼吸系の筋系においてどのように選択するかということが挙げられる（横隔神経の刺激には基本的に横隔膜が関わっている）。
【０００６】
　したがって、正圧の人工呼吸法よりも生理学的にいっそう自然な効果が得られ、患者への副次的な悪影響の少ない神経刺激法が開発されることが望ましい。
【特許文献１】国際公開第９７／３８７５１号公報
【特許文献２】米国特許第６３６０７４０号明細書
【特許文献３】米国特許第６０１５３８９号明細書
【特許文献４】米国特許第５９３７８５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の神経刺激装置において、少なくとも部分的に前述の問題点を回避でき、正圧の人工呼吸法よりも生理学的にいっそう自然な効果が得られる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　この課題は、信号取得のために生体の食道に挿入された食道電極に入力側が接続されており、この入力側は食道電極から測定信号を受け取り、測定信号から横隔膜の筋電気信号をフィルタリング除去するように構成された信号アナライザが設けられており、筋電気信号に依存してパルスジェネレータを制御するように構成された制御ユニットが設けられている構成により解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　有利な実施形態および実施態様は請求項１に従属する従属請求項に記載されている。
【００１０】
　横隔膜は呼吸の基本となる駆動力を形成する。横隔膜が運動すると筋電気信号ＥＭＧがこの運動の効果に比例して発生する。したがってＥＭＧ測定により横隔神経の刺激の効果を測定することができる。横隔膜のＥＭＧ活性は、例えば米国特許大５６７１７５２号明細書に記載されている手段を用いて測定可能である。この手段は基本的に電極装置を食道（消化道）を通して引き入れ、電極の一部を横隔膜の中央に通すようにして行われる。こうして横隔膜のＥＭＧ活性は、特殊なフィルタリングおよび横隔膜の中央の両側の電極からの信号の結合により、定性的かつ定量的に測定される。
【００１１】
　本発明の神経刺激装置では、ＥＭＧが刺激信号を制御するフィードバック信号として用いられる。これにより刺激信号の最適な形状が定められる。神経刺激用の複数の電極を備えた電極装置を使用する（または既存の電極を移動させる）ことにより、刺激に最適な位置が定められる。
【００１２】
　心臓への影響を回避するために、神経刺激装置は心臓信号ＥＣＧが食道電極に記録される測定信号からフィルタリングされるように設計されている。これにより刺激パルスの整形および電極の配置が心臓への影響に関しても最適化される。
【００１３】
　これに代えて、心臓活性に関する信号をこの種の情報を取得する適切な装置（表面ＥＣＧ、パルスメータなど）から伝送してもよい。
【００１４】
　刺激の効果の付加的なモニタリングは、患者の実際の呼吸をモニタリングすることによって達成される。これは神経刺激装置を介して１つまたは複数の他のユニットからの信号を記録することにより行われる。例として、患者に空気／呼吸気を供給するベンチレータや一定の正圧を維持するベンチレータＣＲＡＰがある。ベンチレータは通常、流量、圧力などをモニタリングするモニタリングユニットを有しており、これは神経刺激装置によって呼吸の監視のために用いられる。
【００１５】
　患者の呼吸を表示できる他のユニットとして、肺活量計、胸部インピーダンスの測定装置（例えばインピーダンストモグラフィＥＩＴ）、胸囲測定装置（例えば胸囲に光ファイバを配置した装置）、呼吸気中のＣＯ２量の測定装置（例えばガスアナライザ）、血中のＣＯ２量の測定装置（静脈血の経皮測定）などが挙げられる。これらのうち幾つかを組み合わせて用いてもよい。
【実施例１】
【００１６】
　以下に本発明の第１の実施例を図に則して詳細に説明する。
【００１７】
　神経刺激装置２は患者４に結合され、電極装置６を介して患者の横隔神経が刺激される。この実施例では電極装置６は第１の電極８Ａおよび第２の電極８Ｂを有しており、これらは患者４の頚部の両脇に配置される。電極の結合は経皮的または皮下的に行われる。電極装置６は神経刺激装置２の出力側１０に接続される。
【００１８】
　神経刺激装置２は刺激パルスを発生してこれを出力側１０へ送出するパルスジェネレータ１２を有している。このパルスジェネレータ１２は制御ユニット１４によって制御される。
【００１９】
　ユーザインタフェース１６はユーザが機能を選択したり、作業モードをプログラミングしたり、刺激に関する情報を取得したりできるように構成されている。ユーザインタフェース１６は画面、キーボードなどを含む。ユーザインタフェース１６は必ずしも神経刺激装置に組み込まれる部分でなくてもよい。例えばこれはコンピュータ（例えばＰＣ）または他のフリースタンディング機器であることもできる。また、図示してはいないが、ユーザインタフェース１６が神経刺激装置２上の簡単なユーザインタフェースであってもよいし、いっそう発展した所望のインタフェースであってもよい。したがってユーザインタフェース１６は必ずしも既知のユーザインタフェースと異なる設計となっていなくてもよい。つまりユーザインタフェース１６は当該技術分野の専門知識を有する者にとっては明らかであるので、これ以上は説明しない。
【００２０】
　神経刺激装置２の機能を最適化するために、横隔膜の筋電気信号が検出される。食道電極１８がこのために神経刺激装置２の入力側２０に接続されている。この入力側２０は複数のチャネルを有しており、そのうちの１つが食道電極１８に通じているということに留意されたい。
【００２１】
　信号アナライザ２２は神経刺激装置２内に設けられており、筋電気信号を原信号からフィルタリングするように構成されている。より正確に言えば、信号アナライザ２２はこのために第１の分析部２４を有している。信号アナライザ２２はさらに横隔膜からの信号を記録し、そこから筋電気信号ＥＭＧを抽出するための第２の分析部２６を有している。このような手法は米国特許第６３６０７４０号明細書に記載されている。このことは本発明と直接の関連はないので、これ以上は立ち入らない。
【００２２】
　得られたＥＭＧ応答は横隔膜の収縮を形成する１つまたは複数の刺激パルスの効果の尺度である。この収縮により患者４は息を吸っていることになる。得られたＥＭＧ応答は制御ユニット１４へ供給され、ここで刺激パルスが最適化される。
【００２３】
　刺激パルスのエネルギ量を変化させることにより、所望の呼吸効果が（ＥＭＧ応答として）得られる。このエネルギ量はパルス幅や振幅などを変更することにより変更される。１つまたは複数のパルスを適切な変数として用いてもよい。
【００２４】
　多数の患者から収集されたデータにより信号のデータベースが構築され、そこから適切な刺激エネルギのレベル、ＥＭＧ応答などが導出される。
【００２５】
　他の適切なパラメータは患者４における電極８Ａ、８Ｂの配置である。刺激は１つまたは複数の電極８Ａ、８Ｂを介して同時またはシーケンシャルに与えられる。こうした変数を用いたテストから最適な刺激効果が導出される。複数の電極を横隔神経に沿って配置して最良の位置を決定することができることも明らかである。
【００２６】
　迷走神経は横隔神経の近傍に位置しているので、刺激によって迷走神経に影響を与えるおそれがどうしても生じる。迷走神経が悪影響を受けると心臓活性が低下してしまう（除脈）。これを回避するために第２の分析部２６は入力側２０の原信号から心臓に関連する信号をフィルタリングする。基本的に心電図ＥＣＧ全体が原信号から周知の手法で取り除かれるが、多くの適用例では心臓の周波数を監視し、ＥＣＧのＲ成分をフィルタリングするだけで充分である。Ｒ成分とはＥＣＧの主たる成分である。
【００２７】
　フィルタリングされた心臓信号は制御ユニット１４へ伝送され、ここで付加的なパラメータとして刺激の最適化に用いられる。心臓活性に対して許容可能な効果はケースごとに個別に定められるか、または前もって患者の通常の心臓周波数に対する所定のパーセンテージ（例えばインターバル０〜２０％内その他）として定められる。基本的にここでは刺激の部位と刺激のエネルギとが可変のパラメータとして最適化の条件となり、ＥＭＧの応答を最大としかつ心臓への影響を最小とする所定の範囲内で選択が行われる。周知の最適化のアルゴリズムおよび手法は当該の技術分野の専門技術者にとっては簡単に適用可能である。
【００２８】
　心臓信号を食道電極の測定信号からフィルタリングする代わりに、ＥＣＧ装置または他の設備の情報を制御ユニット１４へ伝送しても同じ作用が得られる。通常の表面ＥＣＧを利用することもできる。単純なパルスメータであってもパラメータとして利用可能な心臓活性の変化に関する情報を得ることができる。
【実施例２】
【００２９】
　図２には本発明の神経刺激装置２８の第２の実施例が示されている。神経刺激装置２８は患者３０に接続される。
【００３０】
　第１の実施例と同様に、信号アナライザ３２は患者３０のＥＭＧ応答を食道電極３４の原信号からフィルタリングするように構成されている。このパルスジェネレータ３６も前述の場合と同様に刺激パルスを形成し、電極装置３８を介して患者３０へ送出する。ここで制御ユニット４０は信号アナライザ３２を介して得られたＥＭＧ応答に依存してパルスジェネレータ３６を制御する。
【００３１】
　第２の実施例においても、神経刺激装置２８にはモニタリングユニット４２が設けられている。モニタリングユニット４２の目的は患者３０に付加的な安全性と、ＥＭＧ応答にしたがった実際の呼吸能力とを保証することである。
【００３２】
　このためにモニタリングユニット４２は患者の呼吸を反映した信号を形成するように構成された装置４４から測定信号を受け取る。
【００３３】
　装置４４は一定の気道圧ＣＰＡＰを送出するベンチレータまたはレスピレータである。この種のベンチレータにはSiemens Elema AB, SwedenによるServoventilator300がある。こうしたベンチレータからは流量測定やバルブ制御のかたちの出力が得られ、患者３０の呼吸の尺度が提供される。
【００３４】
　これに代えて、装置４４は患者３０の呼吸を補助する簡単な肺活量計であってもよい。基本的に肺活量計は流量計を備えたチューブから成っている。このような肺活量計は当該分野の専門技術者には周知であるので、これ以上は説明しない。
【００３５】
　さらに選択的に、装置４４は患者３０の胸部（胸腔内）のインピーダンスを測定して呼吸を検出するように構成されたものであってもよい。こうした手段の１つが米国特許第６０１５３８９号明細書に記載されている。他の手段も周知であるが、本発明にとってその詳細はそれほど重要ではないので、これ以上は説明しない。
【００３６】
　また装置４４は患者３０の胸部の周径を検出して呼吸を識別するように構成されたものであってもよい。胸部の周径の（肺活量による）間接的な検出法は米国特許第５９３７８５４号明細書に記載されている。他の手段も当該分野の専門技術者には周知である。
【００３７】
　装置４４は呼気中の二酸化炭素レベルを検出するガスアナライザであってもよい。呼気中の二酸化炭素のレベルは肺呼吸能、ひいては患者３０の呼吸能の尺度となる。ガスアナライザは当該の分野の専門技術者には周知であり、広く用いられている。他のガス測定にも好適なものがあり、例えば呼気と吸気とのあいだの酸素濃度の差を測定し、肺のガス交換率の尺度として用いてもよい。トレーサーガスを注入してこれを測定したり、または検体が測定ガス成分を分泌するように薬剤を与え、肺からの呼気を測定したりすることもできる。
【００３８】
　他の選択的手段として、装置４４を血中の二酸化炭素レベルまたは酸素レベルを検出するように構成することができる。これは経皮測定（オキシメータ）または皮下測定（血中ガスアナライザを用いた侵襲測定）のどちらで実現してもよい。
【００３９】
　患者３０が呼吸しているか否かを検出する他の手段を用いることもできる。
【００４０】
　前述した２つの実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の機能を達成するために、個別に、または適切に組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の神経刺激装置の第１の実施例を示す図である。
【００４２】
【図２】本発明の神経刺激装置の第２の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
　２、２８　神経刺激装置
　４、３０　患者
　６、３８　電極装置
　１０　出力側
　８Ａ、８Ｂ　電極
　１２、３６　パルスジェネレータ
　１４、４０　制御ユニット
　１６　ユーザインタフェース
　１８、３４　食道電極
　２０　入力側
　２２、３２　信号アナライザ
　２４、２６　分析位置
　４２　モニタリングユニット
　４４　機器
【図１】
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【図２】
2004081869.tif 000004