JP2000502271A - 心房捕獲確認用心臓励起装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 心房励起パルスにより心臓の心房が捕獲されたかどうかを確認可能な心臓ペースメーカー。心房の信号は、励起パルスの伝搬前から励起パルスの伝搬後までの時間において心房内に配置された電極を通じて検知される。検知された信号は、励起パルスを不応期間内に伝搬するようＰ波が心臓励起パルスの伝搬前に発生したかどうかを検出することにより分析される。もしＰ波が発生しなかったならば、励起パルス伝搬時間後の所定の時間から始まる所定の期間内に検知された波形信号の傾斜が決定される。もしＰ波が検出されれば非捕獲状態を示すような捕獲状態信号が発生し、もしＰ波が検出されず検知された波形信号の決定された傾斜が捕獲状態と非捕獲状態との境界である所定の傾斜閾値を超えた場合には、捕獲状態を示すような捕獲状態信号が発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 心房捕獲確認用心臓励起装置 技術分野 本発明は、体内埋込型心臓励起装置を使用した心臓脈拍整調に関し、特に心臓 励起装置による電気励起パルスの適用後の心臓捕獲の確認に関するものである。 発明の背景 体内埋込型心臓刺激装置、特にペースメーカーは、心臓組織が励起する心臓周 期の合間に所定の心室の心筋層に電極を通じて電気パルスを送出することにより 心臓を「捕獲」する。心筋層に送り込まれる脈拍整調パルスのエネルギーが閾値 を超えると、その電気バルスにより、心臓細胞を復極し、その結果心室を萎縮す る。 心筋層に送り込まれるパルスエネルギーが確実に心室を捕獲する最も低いレベ ルにあるように心臓励起装置は調整されることが望ましい。そのようなレベルに おいて、体内に埋め込まれたバッテリーの寿命は最大になり、かつ治療学的な効 力が確実なものとなる。捕獲の閾値はその投入ごとに異なり、また終始変わりえ るものなので、心臓励起装置により心筋層に送り込まれるパルスエネルギーは、 その各投入時ごとに調整可能であることも望ましい。外部プログラマーが埋め込 まれたペースメーカーと通信することにより、時に手動で調整することは効果的 である。しかしながら、心臓励起装置自身が自動的に、捕獲閾値の変化に対応し てパルスエネルギーをダイナミックに調整することはさらに望ましい。 捕獲閾値の変化は、所定のエネルギーレベルでの励起パルスの効力をモニター することにより検知できる。以前には捕獲するのに十分な特定の励起エネルギー レベルにおいて捕獲ができなかったのであれば、捕獲閾値は上昇し励起エネルギ ーレベルが上昇したことが推測できる。また一方で、比較的多数の連続した励起 周期にわたり特定の励起レベルで一貫して捕獲ができたならば、励起閾値が減少 して脈拍整調エネルギーが必要以上に高いエネルギーレベルで送出されていたこ とが予見できる。このことは、励起エネルギーを低下させて新しいエネルギーレ ベルにおける捕獲の損失をモニターすることにより確認できる。 励起エネルギーレベルを自動的にかつ動的に調整するためには、体内埋込型心 臓励起装置が捕獲できたことが確認可能であることが必要とされる。心室内の捕 獲確認は、励起パルスにより誘発される特徴的のある心臓の電位を検知すること により行われてきた。もし捕獲が生じなかったら、その特徴的な誘発電位は検知 されない。励起パルスが心室へ送り込まれる度に、適当な期間において心臓をモ ニターでき、その後誘発電位の存在を検知し、それゆえ捕獲が確認される。しか しながら実際には、心室の誘発電位を確実に検知することは簡単ではない。これ は、励起パルスにより結果として生じる電極の残留分極電荷と比較して誘発電位 が小さな振幅であるためである。残留電荷は指数関数的に減衰するが、数百ミリ 秒の間は誘発電位を支配するようになる。心室の誘発電位は極めて小さく、ノイ ズや他の心臓信号や電極上の残留分極電荷とから区別することが難しいため、心 室の誘発電位の検出をはさらに困難なものとなっている。 体内埋込型心臓励起装置を使用するための心臓信号分析方法を提供することは 望ましいことであり、これにより先行する励起パルスによる残留電荷や他の信号 が存在しても心室の捕獲確認が可能となる。本発明によりこの目的や他の望むべ く目的が達成できる。 発明の開示 本発明の一つの特徴によれば、心臓励起装置による心房への励起パルスの伝搬 の後に、心房内で検知される捕獲状態のエレクトログラム信号形態と非捕獲状態 のエレクトログラム信号形態とを弁別する方法を提供する。この方法は、固有Ｐ 波が心房励起パルスの伝搬時間の前に発生したかどうかを検出し、心房励起パル スの伝搬後の所定の時間間隔内に検知した心房エレクトログラムの傾斜を決定す る。心房励起パルスの前にＰ波が検出されず、検知したエレクトログラムにおい て時間間隔をおいた二カ所でサンプリングした振幅により測定し検知したエレク トログラムの傾斜が所定の傾斜閾値を超えた場合には、心房の捕獲が発生したと みなされる。さもなくば、非捕獲状態が仮定される。 本発明の目的は、心房への心臓励起パルスの伝搬後に、心臓内部の心房電極に より検知された非捕獲状態と捕獲状態との波形形態を弁別する方法を提供するこ とである。 本発明の他の目的および利点は、図を参照して好ましい具体的実施の形態の記 述により明らかになる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の方法を実施するための心臓励起装置の好ましい具体的実施 の形態のブロック図である。 第２図は、捕獲検知信号処理ユニットをより特定して示した、図１の捕獲検知 ブロックのブロック図である。 第３図は、固有心房復極が先行し、単極性脈拍整調により伝搬された心房励起 パルスを示し、心房内で検知された固有心室復極を表す心臓内部心房エレクトロ グラムのグラフ図である。 第４図は、心室内で検知された、図３の心房励起パルスを示し、固有心室復極 を表した心臓内部心室エレクトログラムのグラフ図である。 第５図は、固有心房復極が先行する非捕獲状態の心房励起パルスを示す心臓内 部心房エレクトログラムのグラフ図である。 第６図は、固有心房復極が先行する非捕獲状態の心房励起パルスを示す他の心 臓内部心房エレクトログラムのグラフ図である。 第７図は、固有心房復極が先行しないが固有心房復極の後に生じる非捕獲状態 の心房励起パルスを示す他の心臓内部心房エレクトログラムのグラフ図である。 第８図は、固有心房復極が先行しない捕獲状態の心房励起パルスを示す他の心 臓内部心房エレクトログラムのグラフ図である。 第９図は、いくつかは捕獲状態の形態を示し、いくつかは非捕獲状態の形態を 示した、心房励起パルスの伝搬後の期間中の心臓内部心房エレクトログラムを重 ねて示したグラフ図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、心臓励起装置またはペースメーカー１０のブロック図であり、本発 明の方法を用いている。マイクロプロセッサおよび制御回路２０は、ペースメー カーを制御しデジタル信号を処理する手段を提供することが望ましい。マイクロ プロセッサ２０は、従来の方法により双方向バス２２を通じてメモリ２４へと接 続された入出力端子を有する。メモリ２４はＲＯＭとＲＡＭの両方を有し、ペー スメーカーの動作ルーチンや様々なプログラマブルなパラメータおよび変数を蓄 積することが望ましい。 マイクロプロセッサ２０はまた、ライン２８により遠隔測定インタフェイス２ ６に接続された入出力端子を有することが望ましい。所望ならば、ペースメーカ ーはパルス投入時に整脈制御のパラメータおよび変数を外部プログラマの送信機 より受信し、外部プログラマの受信機へとデータを送信することができる。遠隔 測定通信は、通信されるデータに従って変調された放射電磁波をアンテナ３０を 通じて送信および受信することによりなされることが望ましい。 マイクロプロセッサ２０はまた、制御ライン３６および３８によりそれぞれ心 房励起パルス発生器３２および心室励起パルス発生器３４の入力に接続された出 力端子を有する。マイクロプロセッサ２０は、振幅や幅といったパルスパラメー タのデータや許可／不許可信号やパルス初期コードを各制御ライン３６および３ ８によりパルス発生器３２および３４へと送信する。 マイクロプロセッサ２０はまた、ライン４２および４４によりそれぞれ、心房 検知増幅器４０および心室検知増幅器４２の出力に接続された入力端子を有する 。心室検知増幅器４０および心室検知増幅器４２は、Ｐ波およびＲ波をそれそれ 検出する。心房検知増幅器４０の入力および心房励起パルス発生器３２の出力は 第１の導線４８に接続され、第１の導線４８は、心臓５２の右心房内に取り付け られることが望ましい整脈／検知電極５０に従来の心房リード線を通じて接続さ れる。 心室検知増幅器４２の入力および心室励起パルス発生器３４の出力は第２の導 線５４に接続され、第２の導線５４は、心臓５２の右心室内に取り付けられるこ とが望ましい整脈／検知電極５６に従来の心房リード線を通じて接続される。 導線４８および５４は、心房励起パルス発生器３２および心室励起パルス発生 器３４により発生した励起パルスをそれそれ整脈／検知電極５０および５６へと 導く。整脈／検知電極５０および５６と、それぞれこれらに対応する導線４８お よび５４はまた、右心房および右心室内で検知された心臓電気信号をそれぞれ心 房検知増幅器４０および心室検知増幅器４２へと導く。 心房捕獲検知信号プロセッサ５８は、導線４８に接続された入力とライン６０ を通じてマイクロプロセッサ２０の入力端子に接続された出力とを有する。電極 ５０により心房内で検知された信号は、導線４８を通じて捕獲検知信号プロセッ サ５８へと導かれ、そこで検知された信号は以下の詳細に述べる方法により処理 される。捕獲検知信号プロセッサ５８から伝搬される処理された信号は、ライン ６０を通じてマイクロプロセッサへと導かれ、そこでこの信号は以下に述べる方 法に従ってさらに処理され分析される。 本発明は、心房内に伝搬された励起パルスによる効果を表す波形信号を、心臓 内に配置された電極を通じて検知することにより、心房捕獲の確認を試みるもの である。本発明の主な利点は、励起パルスを伝搬する際に使用するものと同じ電 極を捕獲確認にも使用できる点にある。これにより、捕獲確認用に別個のリング 電極を必要とせずに、リードチップとペースメーカーのハウジングとの間の単極 性の脈拍整調が可能になる。または、単極性脈拍整調を使用するとともに、リー ドチップとリング電極との間の双極性の脈拍整調が使用できる。これにより、フ ァーフィールドのＲ波の検知を最小限にする利点を有する。さらに、双極性脈拍 整調が双極性検知とともに使用できる。この方法は、単体のチャンバ脈拍整調／ 検知に適しているが、双チャンバ装置にも使用できる。後者の場合の利点は、心 室内のＲ波の検出が、心房内で検知されたファーフィールドのＲ波を認識する際 に使用できる点にある。 第２図は、第１図の捕獲検知信号プロセッサ５８をより詳細に図示したブロッ ク図である。好ましい具体的実施の形態においては、信号プロセッサ５８は、心 房から検知された電気的活動信号を印加する入力をもつ前段増幅器６２を有する 。前段増幅器６２の入力は、心臓内の導電線４８を通じて心臓の右心房内に配置 されたチップ電極５０へと電気的に接続される。チップ電極５０からの信号は、 第２の電極に対して、好ましくは単極性脈拍整調／検知形態における心臓励起ハ ウジングの外部導電面に対して、相対的に検知される。それにもかかわらず、前 段増幅器６２への入力はリング電極にも接続可能であることがわかる。もしくは 、単極性または双極性脈拍整調とともに双極性検知形態におけるリング電極と相 対的に検知される信号を有するチップ電極に、前段増幅器６２への入力を接続す る ことができる。 前段増幅器６２の増幅された出力信号は、心室内に発生するＲ波特有の周波数 を弁別するように計算されたフィルタ特性を有する後段のフィルタ段６４の入力 へと印加される。Ｒ波を弁別するフィルタ技術は公知の技術のものである。フィ ルタ段６４でフィルタされた出力は、アナログ−デジタル変換器段６６の入力に 印加され、増幅されフィルタされた信号が下記する捕獲確認方法に従ってマイク ロプロセッサ２０によりさらに処理され分析するために、アナログ−デジタル変 換器段６６においてデジタル化される。 第３図には、心房内に埋め込まれた単極性導線上のチップ電極において検出さ れた、特に心房の単極性励起パルスを示した心房内の心臓エレクトログラム７０ を示す。波形形態７４は、心房励起パルス７２の前に生ずる固有のＰ波である。 波形形態７６は、ファーフィールドで検知された心室内に発生するＲ波である。 励起パルス７２は、固有のＰ波７４の後の不応期間に生ずるため、励起パルス７ ２は心房捕獲に影響しない。 第４図は、右心室に埋め込まれた単極性導線上のチップ電極で検出された、心 室内の心臓エレクトログラムに相当するものを図示したものである。波形形態８ ０は、心室電極により検知された第３図の心房励起パルスである。心室の励起は 現れない。波形形態８２は、第３図の波形形態７６に相当するニアフィールドで 検知された固有の心室Ｒ波である。波形形態８４はＲ波８２に続くＴ波である。 第３図および第４図より、固有の心室の復極は心房内で検知されることが明ら かである。この心室の復極は、心房の励起パルスの前、中、後のいずれにも生じ 、心室のＲ波として認識されない場合には、Ｐ波と間違えるかもしれない。この ように、心房捕獲確認のために心房で検知された波形を分析する方法の一部に、 ファーフィールドのＲ波を弁別することが望ましい。ファーフィールドのＲ波を 弁別する方法の一つとしては、Ｒ波に関連することが既知である排出周波数の特 性を有する心房捕獲検知フィルタを使用することが挙げられる。このフィルタ方 法は公知の技術である。他の方法としては、心室内のＲ波を検出して心房捕獲検 知増幅器内で心室内のＲ波が生ずる時間において消去する方法がある。この後者 の方法は、心室の電極が必要とされ、双チャンバのペースメーカーには最も埋め 込 みやすいものである。 本発明の方法によれば、心房捕獲できない不応期間中に心房の励起パルスが生 ずる時間内に、心房励起パルスに先行する固有心房復極を検出することが必要で ある。Ｐ波を検知する重要性について、第５図〜第７図とともに以下に示す。Ｐ 波を検知する技術は、心臓脈拍整調技術において盛んに開発されており、ここで は記述しない。 第５図は、Ｐ波９０が心房励起パルス８８に先行する心房エレクトログラム８ ６を示したものである。このように、心房は心房励起パルス８８の伝搬時の不応 期間にあり捕獲できない。エレクトログラム８６は、Ｔ１とＴ２の時間間隔にお いて負の傾斜を有する後励起形態を表している。 第６図は、Ｐ波９６が心房励起パルス９４に先行する心房エレクトログラム９ ２を示したものである。第５図のように、心房は捕獲されていない。しかしなが ら第５図とは異なり、第６図のエレクトログラム９２は、Ｔ１とＴ２との時間間 隔においては正の傾斜を有した後励起形態を表している。人間のエレクトログラ ムの分析においては、第５図および第６図に図示されたエレクトログラムは非常 に典型的なもので、検知されたエレクトログラムの形態はこれらの一般的な形状 に適合され、Ｔ１とＴ２における相対振幅のみが異なることが明らかになってい る。 第７図は、Ｐ波が心房励起パルス１００に先行せず、いまだ捕獲がなされず、 励起パルス１００の後に固有Ｐ波が存在する心房エレクトログラム９８が図示さ れている。エレクトログラム９８は、Ｔ１とＴ２との時間間隔において負の傾斜 を有する後励起形態を示している。 人間のエレクトログラムの分析において、第７図に図示された後励起形態は、 励起パルスが不応期問に存在しない場合には、実質的には常に非捕獲状態に関連 する。Ｔ１とＴ２における振幅は、図示したものとは異なることもある。 第８図は、心房励起パルス１０６が固有Ｐ波に先行せずに心房を捕獲する心房 エレクトログラム１０４を示したものである。エレクトログラム１０４は、Ｔ１ とＴ２との後励起時間間隔において正の傾斜を表している。 第８図に示された後励起形態は、励起パルスが不応期間に存在しない場合には 、 実質的に常に捕獲条件と関連する人間のエレクトログラムの分析を通じて観測さ れてきた。Ｔ１とＴ２における振幅は、ここに図示したものとは異なることもあ る。励起パルスのエネルギーレベルと励起パルスの後のエレクトログラムの傾斜 の急峻さとには、一般的に相関があることも観測されてきた。傾斜の極性、すな わち傾斜の正負は、固有Ｐ波が先行しない場合、すなわち励起パルスが不応期間 内に伝搬されない場合においては、捕獲状態と非捕獲状態との関係に相関がある ことがわかっている。 第６図と第８図を比較して、エレクトログラム９２と１０４は類似しており、 正の後励起傾斜を表していることが観測できる。しかし、第６図は非捕獲状態を 示しており、一方で第８図は捕獲状態を示している。これら二つのケースは、第 ６図に示されるように、非捕獲状態が励起パルスに先行する固有Ｐ波を有してい ることから区別ができる。励起パルスが不応期間に伝搬されるよう固有Ｐ波が励 起パルスに先行する場合には、後励起エレクトログラムの傾斜の極性と捕獲とに は信頼できる相関関係がないことが観測されてきた。このように、後励起エレク トログラムの傾斜は、捕獲確認には不十分であり、Ｐ波が先行しているかどうか に関して不確かである。しかしながら、先行したＰ波がない場合には、後励起エ レクトログラムの傾斜は捕獲とかなり相関がある。先行するＰ波が存在すると、 実質的に励起パルスが捕獲していないと確定されるので、不応期間に伝搬させる ことにより、先行するＰ波が生じたかどうかを検出し、後励起エレクトログラム の傾斜を検出することにより、捕獲状態を決定するために十分な情報が提供され る。 間違って理解されないために、上述した「傾斜」の定義を明らかにする。Ｔ１ とＴ２との時間間隔の傾斜を計算する好ましい方法は、Ｔ２における振幅からＴ １における振幅を減算し、Ｔ１とＴ２での振幅間で描いた直線の傾斜を表すもの である。 人間のエレクトログラムの試験により、Ｔ１の好ましい値が心房整調パルスの 立ち上がりから４０ｍＳの時間であることが明らかになっている。Ｔ２は、ほと んどのケースにおいては立ち上がりから７０ｍＳの値で十分であることがわかっ ているが、最も好ましい値は１００ｍＳである。患者間のばらつきを考慮するた め、本方法を埋め込んだ心臓励起装置にＴ１とＴ２の値をプログラムするように 供給させることが望ましい。 第９図は、様々な振幅と時間間隔を有する励起パルスから生じた、慢性患者に 埋め込まれた心房リードにおける人間心房エレクトログラムを重ねてプロットし たものである。心房励起パルスが伝搬される前の１０ｍＳから心房励起パルスが 伝搬された後の１１０ｍＳの間を示したものである。ＮＣＰで示された各エレク トログラムは、固有Ｐ波が先行した非捕獲状態を表している。ＮＣＰのエレクト ログラムの集合は、Ｔ１とＴ２との間において正または負の両方の傾斜を有する 後励起形態を有する。ＮＣで示された各エレクトログラムは、固有Ｐ波が先行し なかった非捕獲状態を表している。ＮＣのエレクトログラムの集合は、Ｔ１とＴ ２との間において負の傾斜のみの後励起形態を有する。Ｃで示された各エレクト ログラムは、固有Ｐ波が先行しなかった捕獲状態を表している。Ｃのエレクトロ グラムの集合は、Ｔ１とＴ２との間において正の傾斜のみの後励起形態を有する 。 誘発された反応においての傾斜を決定する好ましい方法が、Ｃで示された捕獲 エレクトログラムの一つにおいて第９図に示されている。ライン１０８は、、Ｔ １とＴ２における例のエレクトログラムの振幅が接続されている。Ｔ２における 振幅がＴ１における振幅よりも大きいので、傾斜は正であると思われる。 正の傾斜であることと捕獲状態であることの相関と負の傾斜であることと非捕 獲状態であることの相関とは、システムの相対的な極性に依存することは認識す べきことであり、その相関は異なってアレンジされた極性を有する脈拍整調およ び検知システムにおいては反対になることもあると考えられる。しかしながら、 どちらの極性を適用するにもかかわらず、後励起形態と捕獲状態との相関は未だ 首尾一貫したものであると考えられる。 この本発明の記述において、傾斜が０、すなわち水平であることは、捕獲状態 を示す傾斜と非捕獲状態を示す傾斜との境界として否定されることも認識すべき 点である。しかしながら、いかなる特定の脈拍整調および検知システムにおいて も、矛盾がなく正確に捕獲確認するためには測定した傾斜から傾斜オフセットを 減算する必要がある場合がある。言い換えれば、この方法は、測定した傾斜と捕 獲状態と非捕獲状態との境界である傾斜の閾値とを比較する方法である。このよ うに、測定した傾斜が所定の境界の傾斜を超えた場合には、境界の傾斜の値や極 性にかかわらず、捕獲が生じたと考えられ、その影響を受けた信号が発生したと 考えられる。 本発明は、装置の好ましい具体的実施の形態において実行される好ましい方法 の点において特定して述べてきた。本発明の範囲は、ここでの追加請求項により 規定される。本発明の原理を組み込んだここで述べた特定の具体的実施の形態は 、追加請求項の範囲内で変化可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．心房に伝搬する電気心臓励起パルスにより心臓の心房が捕獲されたかどうか が確認可能な心臓ペースメーカーにおいて、該装置が、 パルス発生器と、 該パルス発生器と接続されたリード線と、 該リード線に取り付けられ、前記パルス発生器に電気的に接続された少なく とも一つの電極と、 前記心臓励起パルスの伝搬時間の前から前記心臓励起パルスの伝搬時間の後 までの時間において、前記電極における波形信号を検知するよう適合された手 段からなり、 検知された前記波形信号が、前記励起パルスが前記心房の不応期間内に伝搬 されるように前記心臓励起パルスの伝搬時間の前の時間に生じるＰ波の要素を 有しているかどうかを検出し、 前記心臓励起パルスの伝搬時間の後の所定の時間に始まる所定の時間間隔内 に前記検知された波形信号の傾斜を決定することにより、前記検知された波形 信号を分析する手段と、 Ｐ波の要素が検出されず、前記検知された波形信号の決定された傾斜が捕獲 状態と非捕獲状態との境界をなす所定の傾斜閾値を超える場合または超えた場 合のみ、捕獲信号を発生し、 Ｐ波の要素が検出される場合、もしくはＰ波の要素が検出されず前記検知さ れた波形信号が捕獲状態と非捕獲状態との境界をなす所定の傾斜閾値を超えな い場合に、非捕獲信号を発生するように適合された手段とを特徴とする心臓ペ ースメーカー。 ２．前記心臓励起パルスが伝搬された時間後約４０ｍＳで始まり、前記検知され た波形信号の傾斜が決定される前記所定の時間間隔のタイミングをとる手段を さらに有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の心臓ペースメーカー。 ３．前記検知された波形信号の傾斜が決定される所定の時間間隔のタイミングを とる手段が、前記心臓励起パルスが伝搬された時間後に少なくとも約７０ｍＳ の前記時間間隔で終えるように適合することを特徴とする請求の範囲第２項記 載の心臓ペースメーカー。 ４．前記検知された波形信号の傾斜が決定される所定の時間間隔のタイミングを とる手段が、前記心臓励起パルスが伝搬された時間後に少なくとも約１００ｍ Ｓの前記時間間隔で終えるように適合することを特徴とする請求の範囲第２項 記載の心臓ペースメーカー。 ５．前記検知された波形信号のファーフィールドのＲ波の要素を弁別する手段を さらに有することを特徴とする請求の範囲第１項から第４項記載の心臓ペース メーカー。