(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓ペースメーカ回路を含み、該心臓ペースメーカ回路で心臓を電気的にペーシングしながら人工心臓ポンプにより血液循環を補助する補助人工心臓であって、
前記人工心臓ポンプへの血液の流入口にあって心臓から血液を吸い出すための脱血カニューラの吸い付きを検出する検出手段と、
前記検出手段が前記脱血カニューラの吸い付きを検出した場合に前記心臓ペースメーカ回路によるペーシングレートを上げるよう制御する制御手段とを有することを特徴とする補助人工心臓。
【請求項２】
前記人工心臓ポンプが連続流型ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の補助人工心臓。
【請求項３】
心臓ペースメーカ回路を含み、該心臓ペースメーカ回路で心臓を電気的にペーシングしながら人工心臓ポンプにより血液循環を補助する補助人工心臓を制御する制御回路の制御方法であって、
前記人工心臓ポンプへの血液の流入口にあって心臓から血液を吸い出すための脱血カニューラの吸い付きを検出するステップと、
前記脱血カニューラの吸い付きを検出した場合に前記心臓ペースメーカ回路によるペーシングレートを上げるよう制御するステップとを有することを特徴とする補助人工心臓を制御する制御回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は補助人工心臓及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
補助人工心臓システムにおいて血液循環を行う場合、人工心臓ポンプにより、左房または左室より脱血し、下行大動脈へ送血することによって、心臓自体の循環の補助を行うのが一般的である。この際に、心臓ペースメーカのセンシング機能及びデマンド機能を利用して拍動型人工心臓ポンプの制御を行う技術が、実公平３−０４９７１０、特公平６−１４９６１等により提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に生体組織ではその機能が不要になる条件で機能的、形態的な調整力の低下（down regulation）が起こり、筋組織では萎縮が発生する。そのため、補助人工心臓で補助循環を長期にわたって行った場合に、心臓自体の拍動が徐脈になる傾向にあることが知られている。
【０００４】
このように補助循環を行うことにより心拍が徐脈になることは、心機能回復後に人工心臓ポンプを離脱させようとする際に、治療以前には無かった徐脈という新たな問題を生み出してしまう。また、人工心臓装着中にも、徐脈になることによって心臓内の血流量が低くなり、心臓内に血栓を生じやすくなる。そのため、体内埋込型の補助人工心臓ポンプシステムの装着時にも、ある一定周期以上の心拍が得られることが望ましい。さらに、左室の圧力低下により発生する左室心尖部に挿入した脱血カニューラの吸い付き現象を防止するために、左室拡張末期圧の過度の低下を防ぐことも望まれる。
【０００５】
本発明の目的は、体内埋込型の補助人工心臓において、心臓ペーシング機能を利用して実際に心室をペーシングすることにより、補助人工心臓の装着時にもある一定数以上の自己心の心拍数を維持して、心臓内に血栓や徐脈の発生を防ぎ、左室心尖部に挿入した脱血カニューラの吸い付き現象を防止する補助人工心臓及びその制御方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の補助人工心臓は、心臓ペースメーカ回路を含み、該心臓ペースメーカ回路で心臓を電気的にペーシングしながら人工心臓ポンプにより血液循環を補助する補助人工心臓であって、前記人工心臓ポンプへの血液の流入口にあって心臓から血液を吸い出すための脱血カニューラの吸い付きを検出する検出手段と、前記検出手段が前記脱血カニューラの吸い付きを検出した場合に前記心臓ペースメーカ回路によるペーシングレートを上げるよう制御する制御手段とを有することを特徴とする。また、前記人工心臓ポンプが連続流型ポンプである。
【０００７】
又、本発明の補助人工心臓を制御する制御回路の制御方法は、心臓ペースメーカ回路を含み、該心臓ペースメーカ回路で心臓を電気的にペーシングしながら人工心臓ポンプにより血液循環を補助する補助人工心臓を制御する制御回路の制御方法であって、前記人工心臓ポンプへの血液の流入口にあって心臓から血液を吸い出すための脱血カニューラの吸い付きを検出するステップと、前記脱血カニューラの吸い付きを検出した場合に前記心臓ペースメーカ回路によるペーシングレートを上げるよう制御するステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、心拍数をある一定数以上に維持した状態で補助人工心臓を装着することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓の模式図、図２に概略のブロック図を示す。
【００１０】
図１で、１は心臓、特に左室、８は下行大動脈であり、これらは人体の一部である。その他の要素から成る構成が、本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓である。
【００１１】
本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓は、次のように動作する。左室１から脱血カニューラ２により吸い出された血液は、ポンプインレット３を通って人工心臓ポンプ４に入り、本例では連続流型ポンプである人工心臓ポンプ４はポンプコントローラ６の制御に従って血液を送血カニューラ５へ送り出す。送り出された血液は下行大動脈８に送り込まれ、心臓１のみによる下行大動脈８への血液の送出不足を補う。この時に、本実施の形態では、ポンプコントローラ６内にペーシング回路６１を有し、平常時は所定の周期、例えば６０〜７０ｂｐｍ程度の患者に合わせた周期でペーシングリード７からの刺激を発生して、心臓の心拍数を一定数以上に維持する。しかし、ポンプコントローラ６が左室内の圧力低下による脱血カニューラ２の吸い付きを検出すると、ペーシング回路６１による刺激の周期を上げて、脱血カニューラの吸い付き現象を防止する。
【００１２】
図２で、ポンプコントローラ６の構成例を示す。尚、図１と同じ機能部分は同じ参照番号が付与されている。
【００１３】
ポンプコントローラ６は、指示された周期等でペーシングリード７による刺激を行うペーシング回路６１と、指示された流量等で人工心臓ポンプ４のモータ駆動を行うモータ駆動回路６４と、モータ電流等の状態をセンシングし、信号処理（波形部分、ＦＦＴ等）を行う信号処理回路６２と、信号処理回路６２からの検出情報に従って、ペーシング回路６１及びモータ駆動回路６４を制御する制御回路６３とを有する。
【００１４】
ポンプコントローラ６の上記制御回路６３は、例えば汎用のコンピュータ等からなるモニタ９７を含む外部装置９と接続されて、外部への報知あるいは外部からのオペレータによる制御を可能とする。尚、モニタ９７を含む外部装置９は、単に情報を報知する表示部のみであってもよい。又、ポンプコントローラ６には、ポンプコントローラ６及びポンプ４を動作させるための電源回路１０が接続される。この電源回路１０は、本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓と共に、人体に埋めこまれてもよい。
【００１５】
図３に、制御回路６３とモニタコントローラ９の更に詳細な構成例を示す。
【００１６】
図３で、制御回路６３は１チップのマイクロコンピュータで作成でき、制御用のＣＰＵ６３１、プログラム及びパラメータ格納用のＲＯＭ６３２、補助記憶用のＲＡＭ６３３、ペーシング回路６１やモータ駆動回路６４や信号処理回路６２とのインタフェースである入出力インタフェース６３４、モニタコントローラ９とのインタフェースである入出力インタフェース６３５を有する。
【００１７】
ＲＡＭ６３３は、ペーシング回路６１のペーシングレートの目標値を格納する領域６３３１と、モータ駆動回路６４のポンプ流量の目標値を格納する領域６３３２と、信号処理回路６２から得たモータ電流等の検出データを格納する領域６３３３とを含む。尚、前述のように、モニタコントローラ９からのペーシングレートやポンプ流量の設定をしない場合は、ペーシングレートやポンプ流量はＲＯＭ６３２に格納すればよく、この場合はＲＡＭは必要なく検出データの格納やモニタへの出力データの格納は、ＣＰＵ６３１のレジスタで代用できる。心臓ペーシング機能付き補助人工心臓の埋めこみのためには、出来るだけ軽量・小型化が望まれる。
【００１８】
図３のモニタコントローラ９は、汎用のコンピュータ等からなるモニタ９７を含む外部装置９の場合の構成例であり、ＣＰＵ９１と、ＲＯＭ９２と、ＲＡＭ９３と、フロッピー等の外部記憶装置９４と、入力手段としてのキーボード９６等と出力手段としてのモニタ９７等が接続される入出力インタフェース９５と、制御回路６３とのインタフェースである入出力インタフェース９９とからなる。尚、モニタコントローラ９が単なるモニタ機能でよければ、入出力インタフェース９９とモニタ９７とがあればよい。
【００１９】
図４に、制御回路６３の制御手順例のフローチャートを示す。
【００２０】
まず、ステップＳ４１で、外部装置から基準となるペーシングレートやポンプ流量の変更指示があったか否かを判定する。あればステップＳ４２で外部からのデータを受信しＲＡＭ６３３のデータを更新する。初期には、ペーシングレートとして６０〜７０ｂｐｍ程度の周期が記憶されている。
【００２１】
外部装置からの指示がなければ、ステップＳ４４に進んで検出データから脱血カニューラ２の吸い付きが発生したか否かを判定し、吸い付きが発生していればステップＳ４５でペーシングレートを上限値まで上げるように制御する。一方、吸い付きが発生していなければステップＳ４６で基準値までペーシングレートをさげる。尚、ペーシングレートの変更は所定量だけ一気に上下してもよいが、ステップＳ４５及びＳ４６で徐々に上下するよう制御するのが望ましい。
【００２２】
ステップＳ４３では、設定されたペーシングレートやポンプ流量で、ペーシング回路６１やモータ駆動回路６４を制御する。以上の手順を繰り返す。尚、ペーシングレートやポンプ流量の変更をしない場合は、ステップＳ４１及びＳ４２は削除される。
【００２３】
図５は、モニタコントローラ９の制御手順例を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ステップＳ５１で制御回路６３から検出データを受信し、ステップＳ５２で検出データを表示する。ステップＳ５３でオペレータによるペーシングレートやポンプ流量の変更指示があったか否かが判定され、あればステップＳ５４で変更データを制御回路６３に送信する。尚、ペーシングレートやポンプ流量が固定であれば、ステップＳ５３及びＳ５４は削除される。
【００２５】
尚、本実施の形態では、制御回路６３をプログラム制御としたが、ハードウエア回路で実現することも考えられる。
【００２６】
以上説明したように、補助人工心臓のポンプ体、もしくはコントローラに心臓ペーシング回路を設置し、ペーシングリードを心房、もしくは心室に配置する。このペーシング回路を用いて心臓を電気的にペーシングすることによりペーシングリードを配置した心房、もしくは心室を拍動させる。これによって補助人工心臓ポンプシステムを使用した際にペーシングレート以下には心拍数が低下しないので徐脈を防止することができる。また、ことによって脱血カニューラの吸い付きが検知されたときはペーシングレートを上昇させることにより吸い付き状態からの回復をはかることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、体内埋込型の補助人工心臓において、心臓ペーシング機能を利用して実際に心室をペーシングすることにより、補助人工心臓の装着時にもある一定数以上の自己心の心拍数を維持して、心臓内に血栓や徐脈の発生を防ぎ、左室心尖部に挿入した脱血カニューラの吸い付き現象を防止することが可能となる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓の模式図である。
【図２】本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓の概略ブロック図である。
【図３】本実施の形態の心臓ペーシング機能付き補助人工心臓の制御回路の構成例を示す概略ブロック図である。
【図４】本実施の形態の制御回路の動作手順例を示すフローチャートである。
【図５】本実施の形態のモニタコントローラの動作手順例を示すフローチャートである。
【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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