JPH0773582B2 - 心臓同期パルスレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、心臓同期パルスレーザ
装置に関し、更に詳しく言えば心電図（ＥＣＧ）信号の
Ｒ波とＴ波の間で鼓動中心臓に作用する種類の装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本願は、共通の発明者と譲受人を有し、
本願と同一日付で出願された以下の特許願に関係してい
る。

【０００３】ロバート・アイ・ラドコ（Robert I.Rudk
o) の「長パルス、高速流レーザ装置と方法」 ロバート・アイ・ラドコの「経心筋脈管再生心臓同期パ
ルスレーザ装置用ハンドピース」 ロバート・アイ・ラドコの「心臓同期真空援用パルスレ
ーザ装置と方法」 心筋はそれの血液供給を冠動脈から受け、冠動脈は心筋
の外側に完全に給血する。しばらく前に、爬虫類の心臓
は心筋に動脈給血していないことが認められた。むし
ろ、爬虫類の心臓の血液供給は、心臓の内壁を通して直
接に心筋に送られている。これは、通常は、患者に２回
しか適用できない心臓バイパス技術、すなわち、２回の
バイパス手術の後には、危険が利益を上回り、患者は一
般にさらにやり直しを希望しない技術に代わるものにな
り得るという考えが生じた。爬虫類の条件を模擬する試
みで、哺乳類の心臓に小さな穴が熱線または針で開けら
れたが、これによる成功はわずかであった。穴が外側か
ら癒合し、ある程度の内部血液の送出のあることを見込
んだが、穴は、完全にすぐ癒着し血液の供給をたった。
次にレーザを用いて穴を作る技術が開発され、これは、
ずっと大きな成功をおさめた。この技術は、経心筋脈管
再生（ＴＭＲ）として知られている。

【０００４】しかし、レーザ技術は、多数の新しい問題
をもたらした。心臓は、それのサイクルの間の若干の時
点でレーザパルスに極めて敏感である。たとえば、心電
図波のＴ時点で心臓に当たるレーザパルスが心臓を細動
させて心臓の故障をもたらす可能性がある。心臓がこの
処置の間止められると、この問題を避けることができ
る。心臓を止めることは、心臓を冷却して患者を人口心
肺に接続することを必要とし、回復時間を延ばすことを
含めて、これがもたらすすべての付随する危険を大きく
する。一方、鼓動中心臓にこの技術を施すことは、心臓
が膨張収縮するとき表面がレーザビームに垂直のままで
いない可能性があり、心臓の壁がビームの焦点からの距
離を変え、レーザハンドピースの位置決め及び必要なビ
ームのパワーが変動して予測できなくなるように壁の厚
さが変化するので、困難である。これは心臓にレーザビ
ームを正確に位置決めするのを困難にするので、穴が適
切に配置されないばかりでなく、レーザビームが当たっ
てはならない心臓の他の領域によく当たることがある。
さらに、この技術が心臓を止めることを必要とすると
き、胸骨を切断することを含めて胸を切開しなければな
らず、これは胸骨が赤血球の主な源であるから特に危険
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、経心筋脈管再生を鼓動中心臓に行うレーザ装置
を提供することである。

【０００６】本発明のそのほかの目的は、精度が高めら
れ危険が低減される心臓の鼓動サイクル内の特定の時点
で動作するように同期を取られる上記レーザ装置を提供
することである。

【０００７】本発明のそのほかの目的は、心臓の機能を
妨げる度合いが少なく、従来よりきれいな穴を作るより
短いパルスを与える上記レーザ装置を提供することであ
る。本発明のそのほかの目的は、心臓の表面が比較的安
定なときにレーザパルスのタイミングを合せてレーザの
照準と焦点合わせの精度を高め、心臓の望ましくない部
分に当たる危険を最小限にするレーザ装置を提供するこ
とである。

【０００８】本発明のそのほかの目的は、心臓の壁が心
臓の働きを妨げるのに電気的に最も敏感でないサイクル
内の時点に心臓の壁がある時生ずるようにレーザパルス
のタイミングを合せるレーザ装置を提供することであ
る。

【０００９】本発明のそのほかの目的は、細動を誘導す
る機会を著しく減らすレーザ装置を提供することであ
る。

【００１０】本発明のそのほかの目的は、安全で、患者
を人工心肺に取りつける必要、心臓を冷却する必要、及
び胸骨の切開の必要のないレーザ装置を提供することで
ある。 本発明のそのほかの目的は、患者の肋骨の間を
簡単に切断するたけでなく、外傷を少なくし、回復を早
め、血液の損失を少なくするレーザ装置を提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】心臓に対する妨害を最小
にし、患者に対する危険を最小にするようにして、鼓動
中心臓に作用するパルスレーザ装置がレーザパルスを心
臓が心電図のＲ波とＴ波との間の期間中心臓が最も静か
で電気的に最も敏感でない瞬間の間だけ心臓に当てるこ
とができるようにレーザのパルス化を心臓の心電図に同
期させることによって達成できる。

【００１２】本発明は、レーザ装置を含む心臓同期パル
スレーザ装置を特徴とする。レーザと同期させられる予
定の鼓動中心臓の膨張収縮を検知する手段がある。前記
検知手段に応動して心電図信号に応じたトリガパルスを
発生する手段を心臓の膨張収縮のサイクルの間にトリガ
パルスの前縁を位置決めする手段とトリガパルスの幅を
鼓動サイクル中に起こるように定める手段と共に備えて
いる。トリガパルスに応動し、トリガパルスの位置によ
って指示された選択された時点にトリガパルスの幅によ
って指示された期間の間鼓動中心臓に当たるようにレー
ザを始動させる手段がある。

【００１３】好ましい実施例において、鼓動中心臓の心
電図信号を検知する手段を備えている。間節式ビーム送
出アーム又はファイバオプテイック要素を備えていても
よいレーザ送出装置がある。鼓動中心臓の心電図信号を
検知する手段は、心電図装置であってもよく、トリガパ
ルスを発生する手段は、心電図のＲ波に応じてトリガパ
ルスを発生してもよい。前記位置決め手段において、ト
リガパルスの前縁は、心電図のＲ波とＴ波の間にトリガ
パルスを位置決めしてもよい。トリガパルスのパルス幅
を定める手段は、心電図のＲ波とＴ波の間の期間に起こ
るパルス幅を定めてもよい。

【００１４】トリガパルスを発生する手段は、心電図の
心搏サイクル内の特定の時刻を発生し、その時刻を表す
マーカパルスを与えるマーカパルス回路を備えていても
よい。トリガパルスを発生する手段は、さらに、マーカ
パルス回路に応動してマーカパルスによって表されたサ
イクル内の特定の時刻の関数である心搏サイクル内の位
置をもつトリガパルスを与えるトリガパルス回路を備え
ていてもよい。トリガパルス回路は、トリガパルスを心
搏サイクル内の最初の位置に対して選択された位置に置
くようにマーカパルスを遅らせる手段と選択された位置
と巾のトリガパルスを作るようにマーカパルスの持続時
間を選択された時間に調節する手段を備えていてもよ
い。

【００１５】レーザを作動させる手段は、トリガパルス
の送出を抑止する手段を備えていてもよいし、さらにそ
のゲート手段がトリガパルスをレーザに送出できるよう
にするスイッチ手段を備えていてもよい。トリガパルス
のレーザへの送出をさらに抑止するアーミング回路及び
アーミング回路がトリガパルスをレーザに送出できるよ
うにするアーミングスイッチ手段を備えていてもよい

【００１６】

【実施例】本発明は、レーザ及びレーザビーム送出装置
を備えた心臓同期パルスレーザ装置において達成でき
る。レーザは、普通はパルス形５０ジュール炭酸ガスレ
ーザである。レーザビーム送出装置は、心臓に穴を開け
るためにレーザビームを送出する適当なハンドピース又
は端末オプテイックスを末端に備えた関節式光学アーム
又はファイバオプテイック要素であってもよい。レーザ
と同期させられるべき鼓動中心臓の心電図信号を検知す
る何らかの手段がある。これは、ヒューレット・パッカ
ー社から入手できるような標準の心電図装置であっても
よい。心電図信号に応じてトリガパルスを発生する何ら
かの手段を用いる。普通には、トリガパルスは、従来の
心電図装置によって発生された心搏サイクルのＲ波の関
数である。心搏サイクルは、四つの別個の波形、Ｑ、
Ｒ、Ｓ及びＴを持っている。トリガパルスがＲ波に対し
て正しい時間関係に発生し、鼓動動中心臓の電気特性と
の干渉を避けるためにＴ波の前に終わるようにトリガパ
ルスの始点を設定を設定する手段がある。パルス位置決
め回路は、トリガパルスの前縁を位置決めし、パルス巾
回路が巾を決め、パルスが心搏サイクルの必要で安全な
持続時間だけにわたって伸びるようにする。トリガパル
スは、レーザ始動装置に通され、この始動装置は、次
に、レーザを作動し、心臓が最も静かで、精度が最も確
かな好ましくは心搏サイクルのＲ波とＴ波の間に時間の
間、外科医が精密に鼓動中心臓に照準する送出装置へ送
るパルスレーザビームを作る。

【００１７】トリガ発生回路は、心電図信号の心搏サイ
クル内の特定の時刻を検出し、その時刻を表すマーパル
スを与えるマーカパルス回路を備えていてもよい。この
時刻は、Ｒ波が特定のしきい値を横切る時又はその時刻
に関係するある時刻であってもよい。マーカパルス回路
は、ヒューレット・パッカード社から入手できるＨＰ７
８３５２Ａ型のような容易に入手できる心電図装置の一
部分として内蔵されてもよい。トリガパルス回路は、ト
リガパルスを発生する手段であると共に、マーカパルス
によって表されたサイクル内の特定の時刻の関数である
心搏サイクル内の位置にあるトリガパルスを与えるよう
にマーカパルスに応じる。トリガパルス回路は、普通
は、トリガパルスを心搏サイクル内の最初の位置に対し
て選択された位置に置くようにマーカパルスを遅らせる
手段を備えると共に、選択された位置と巾のトリガパル
スを作るようにマーカパルスの持続時間を選択された時
間に調節する手段を含んでいる。トリガパルスの位置と
巾は、パルス位置決め回路及びパルス巾回路によって調
節できる。レーザ始動回路は、外科医が心臓に穴を開け
る用意ができて足ぶみスイッチを使用可能にしなけれ
ば、トリガパルスのレーザへの送出を抑止するゲート備
えている。外科医が足ぶみスイッチを踏んでも、アーミ
ング（ａｒｍｉｎｇ）スイッチを作動させていなければ
トリガパルスのレーザへの送出をさらに抑止するアーミ
ング回路もある。アーミングスイッチを作動させて足ぶ
みスイッチを押し下げると、次のトリガパルスはレーザ
を始動させパルスレーザビームを与えるように指示され
る。こゝでアーミングとは装置を作動準備状態にするこ
とをいう。

【００１８】手術を受ける予定の心臓１４に心電図装置
１２が接続されている心臓同期パルスレーザ装置が図１
に示されている。心電図信号は、トリガ発生器１８に送
られ、トリガ発生器はトリガパルス２０をレーザ始動回
路２２に与え、次にレーザ始動回路はレーザ電源及びレ
ーザを含むレーザ装置２４を付勢して、心臓１４に穴３
０を開けるための関節式光学アーム２６を通して光学ハ
ンドピース２８に入るパルスレーザビームを作る。心電
図信号１６の心搏サイクル内のトリガパルスの位置は、
パルス位置決め回路３２によって決められる。トリガパ
ルス２０の巾と心搏サイクル中のパルス持続時間は、パ
ルス巾回路３４によって決められる。トリガ発生器１８
は、パルス位置決め回路３２及びパルス巾回路３４と共
にＰＣ又はマイクロプロセッサ３６の中の追加ボードと
して設けられてもよく、この場合に心臓同期パルスレー
ザ装置を計算機キーボード及び適当なソフトウエアによ
って制御できる。ＰＣ３６及び心電図装置１２は、別々
のモニタを持っていてもよいし、又は心電図とトリガパ
ルスについての情報の両方を表示する単一のモニタ３８
を備えていてもよい。トリガ発生器１８は、マーカパル
ス５２を与えるマーカパルス回路５０及びトリガパルス
２０を作るようにマーカパルス５２に応動するトリガパ
ルス回路５４を備えていてもよい。代わりに、マーカパ
ルス回路５０は、場合によっては心電図装置自身に含ま
れていることもある。

【００１９】これは、心電図信号が波形Ｑ、Ｒ、Ｓ及び
Ｔをおのおのが含む心搏サイクル５６ａ、５６ｂ、５６
ｃからなっていると見ることのできる図３を参照してさ
らによく理解できる。波形Ｒがあらかじめ定めたしきい
値５８を横切るところでマーカパルス５２ａ、５２ｂ、
５２ｃが作られる。次にトリガパルス２０ａ、２０ｂ、
２０ｃがトリガパルス回路５４によって作られる、前縁
６０の位置と各トリガパルス２０の全体の巾６２は、そ
れぞれパルス位置決め回路３２とパルス巾回路３４によ
って決められる。トリガパルス２０に応じて、図３に６
４ａ、６４ｂ、及び６４ｃとして表された始動パルス６
４がレーザを付勢するために作られる。

【００２０】図２において、レーザ始動回路２２は通常
はトリガパルスのレーザ装置２４にあるレーザ電源７２
への送出を抑止するゲート７０を備えているように示さ
れている。ゲート７０の抑止効果は、外科医が足ぶみス
イッチを踏むことなくことができる。トリガパルス２０
はアーミングスイッチ７８の作動によって打ち消される
抑止効果を持っているアーミング回路によってなお抑止
される。このトリガパルス２０のレーザ電源への送出に
ついての二重ロックは、レーザの始動が真に望ましく偶
発的でないことを確実にする。したがって、外科医はま
ずアーミング回路７６を使用可能にするようにアーミン
グスイッチ２０を作動することによって心臓同期パルス
レーザ装置を作動可能状態にしなければならない。次
に、そしてその時だけ外科医は足ぶみスイッチ７４を作
動することによって次に発生するトリガパルス２０をゲ
ート７０を通してレーザ電源７２へ通すことができる。
また、レーザ装置２４には標準の炭酸ガスレーザ８０が
ある。レーザ８０の出力は、ファイバオプテイック要素
２６ａを通してハンドルピース２８へ送られてもよい。

【００２１】図４のモニタ３８は、心電図信号１６及び
図２のパルス位置決め回路３２によって導入された遅延
８４の表示の両方を表示してもよく、この遅延は、図４
に１ミリ秒として示されている。モニタ３８は、また図
２のパルス巾回路３４によって選択された５０ミリ秒と
して示されているパルス巾８６を含んでいてもよい。モ
ニタ３８はまた、押したときスクリーン上の上げ矢印９
０又は下げ矢印９２に触れるだけで遅延時間を増減でき
るようにする遅延選択スイッチを備えていてもよい。パ
ルス巾持続時間を調節するためにパルス巾接触スイッチ
９４を同じようにして用いてもよい。

【００２２】図５のトリガパルス巾回路５４は、始動シ
ーケンスがすでに進行しているとき、心臓同期パルスレ
ーザ装置の偽りの始動又は二番目の始動を防止するアン
チフォールス・トリガパルス回路１００を備えていても
よい。また、トリガパルス回路５４には遅延タイマ１０
２及びパルス巾タイマ１０４がある。線１０６の上のマ
ーカパルス５２がアンチフォールス・トリガパルス回路
１００を通過できるようになると、マーカパルスは、線
１０８を通って遅延タイマ１０２に入力される。マーカ
パルスを１０ｋＨｚクロック１１２からの線１１０上の
入力と結合することによって遅延タイマ１０２がトリガ
パルスの前縁の位置を設定する。線１０８上のマーカパ
ルスの出現はまた、パルス巾タイマ１０４をプリセット
するために線１１４の上を使用可能信号として送られ
る。トリガパルスの前縁位置が遅延タイマ１０２によっ
て設定されてしまうと、シロック１１２からの信号と結
合してトリガパルスをパルス巾タイマ１０４の中のあら
かじめ定めた巾まで広げさせる信号が線１１６を通って
ＡＮＤゲート１１８に与えられる。トリガパルスの前縁
の遅延タイマ１０２による特定の位置決めは、普通はデ
ータバス１２０を介して計算機の制御を受ける時間遅延
データラッチであるパルス位置決め回路３２によって制
御される。同様に、パルス巾タイマ１０４によって加え
られるパルスの持続時間は、普通は、バス１２２を介し
てマイクロプロセッサ又はＰＣの制御を受けるパルス巾
時間データラッチであるパルス巾回路３４によって制御
される。次に、トリガパルスは、線１２４を通して端に
ＡＮＤゲート１２６を備えているゲート７０に送られ
る。

【００２３】図６のアーミング回路７６は、フリップフ
ロップ１２８、インバータ１３０及びＯＲゲート１３２
を備えている。アーミングスイッチ７８ガ作動される
と、インバータへの信号は、フリップフロップ１２８を
リセットし、アーミングスイッチ７８から線１３６を通
ってＯＲゲート１３２に入る適当な入力と共に線１３４
を通ってフリップフロップ１２８からＯＲゲート１３２
に入る適当な出力ができるようにする。したがって、次
にトリガパルスが線１２４の上に達すると、医師が足ぶ
みスイッチを操作すればＡＮＤゲート１２６及びＯＲゲ
ート１３２を通過してトリガパルスを線１４０を通って
レーザ電源７２へ通す。ＯＲゲート１３２を通過するト
リガパルスが終わると、フリップフロップ１２８へのク
ロック入力がもはや使用可能でなくなり、線１３４にあ
る出力は、ＯＲゲート１３２がもはや次のトリガパルス
を線１４０とレーザ電源７３へ通すことがてきなくなる
ように停止する。

【００２４】アンチフォールス・トリガパルス回路１０
０は、フリップフロップ１５０、二つのインバータ１５
２と１５４及び二つのＯＲゲート１５６と１５８を用い
る。トリガパルスが線１２４の上にパルス巾タイマ１０
４によって与えられると、それはまた同時にインバータ
１５４及びＯＲゲート１５６に接続されている線１６０
の上に置かれる。トリガパルスの終わりに、適当なレベ
ルは、線１６０に現れ、ＯＲゲート１５６を使用可能に
しインバータ１５４及びＯＲゲート１５８を通してフリ
ップフロップ１５０をリセットする。フリップフロップ
１５０がリセットされると、それは線１６２にＯＲゲー
ト１５６への第二の使用可能入力を与える。したがっ
て、次にマーカパルス５２が線１０６に送られ、インバ
ータ１５２によってＯＲゲート１５６へ通されると、そ
れは線１０８へしたがって遅延タイマ１０２に通され
る。線１０８に現れているマーカパルス５２はまた、適
当な信号がもはや線１６２になく、ＡＮＤゲート１５６
が使用不能にされるようにフリップフロップにクロック
を与える。リセットが線１６６を通してソフトウエアか
ら生ずるまで又はシリガパルスレベルの終わりが線１６
０に生ずるまで、これ以上のマーカパルスを通さない。

【００２５】本発明の特定の特徴をいくつかの図面に示
し、他の特徴を示さなかったが、これは、便宜上のもの
で、各特徴を本発明に従って他の特徴のどれかと又はす
べてと結合できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による心臓同期パルスレーザ装置の略
ブロック図である。

【図２】 図１の装置のさらに詳細な図である。

【図３】 図１及び２に示された心臓同期パルスレーザ
装置に発生する心電図信号、マーカパルス、トリガパル
ス、及び始動パルスの波形を示す。

【図４】 図１及び２の装置と連結して使用できる接触
感応モニタの図解である。

【図５】 図２のトリガパルス回路、パルス位置決め回
路及びパルス巾回路のさらに詳細な略図である。

【図６】 図２のレーザ始動回路のさらに詳細な略図で
ある。

【符号の説明】

１２ 心電図装置 １４ 心臓 １８ トリガ発生器 ２２ レーザ始動回路 ２４ レーザ装置 ２６ 関節式光学アーム ２８ ハンドピース ３２ パルス位置決め回路 ３４ パルス巾回路 ３６ マイクロプロセッサ／ＰＣ ３８ モニタ ５０ マーカパルス回路 ５４ トリガパルス回路 ７０ ゲート ７２ レーザ電源 ７４ 足ぶみスイッチ ７６ アーミング回路 ７８ アーミングスイッチ ８０ レーザ電源

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザと、 前記ーザと同期させられる予定の鼓動中心臓の膨張収縮
   を検知する検知手段と、 前記検知手段に応動しトリガ
   パルスを発生する手段と、 鼓動中心臓の膨張収縮サイクルの間に前記トリガパルス
   の前縁を位置決めする手段と、 心搏サイクルの間に発生すべきトリガパルスの巾を定め
   る手段と、 前記トリガパルスに応動し、トリガパルスの位置によっ
   て指示される時刻にトリガパルスの巾によって指示され
   る期間の間レーザビームが鼓動中心臓に当たるように前
   記レーザを始動する手段とを具備する心臓同期パルスレ
   ーザ装置。
2. 【請求項２】 前記レーザがレーザビーム送出装置を備
   える請求項１に記載の心臓同期パルスレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記レーザビーム送出装置が関節式ビー
   ム送出アームを備える請求項２に記載の心臓同期パルス
   レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記レーザ送出装置がファイバオプテイ
   ック要素を備える請求項２に記載の心臓同期パルスレー
   ザ装置。
5. 【請求項５】 前記検知手段が鼓動中心臓の心電図信号
   を検知する手段を備える請求項１に記載の心臓同期パル
   スレーザ装置。
6. 【請求項６】 前記鼓動中心臓の心電図信号を検知する
   手段が心電図装置である請求項５に記載の心臓同期パル
   スレーザ装置。
7. 【請求項７】 前記トリガパルスを発生する手段が心電
   図のＲ波に応動してトリガパルスを発生する請求項５に
   記載の心臓同期パルスレーザ装置。
8. 【請求項８】 前記トリガパルスの前縁を位置決めする
   手段が心電図のＲ波とＴ波の間の期間に前記トリガパル
   スの前縁を設定する請求項５に記載の心臓同期パルスレ
   ーザ装置。
9. 【請求項９】 前記パルス巾を定める手段が心電図のＲ
   波とＴ波の間の期間内に前記トリガパルスのパルス巾を
   定める請求項５に記載の心臓同期パルスレーザ装置。
10. 【請求項１０】 前記トリガパルスを発生する手段が心
    電図信号の心搏内の特定の時刻を検出し、その時刻を表
    すマーカパルスを与えるマーカパルス回路を備えた請求
    項５に記載の心臓同期パルスレーザ装置。
11. 【請求項１１】 前記トリガパルスを発生する手段がさ
    らに、前記マーカパルスに応動し、前記マーカパルスに
    よって表されたサイクル内の前記特定の時刻の関数であ
    る心搏サイクル内の位置にあるトリガパルスを与えるト
    リガパルス回路を備える請求項１０に記載の心臓同期パ
    ルスレーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記トリガパルス回路が前記マーカパ
    ルスを心搏サイクル内の最初の位置に対して選択された
    位置に置くように前記マーカパルスを遅延させる手段を
    備えている請求項１１に記載の心臓同期パルスレーザ装
    置。
13. 【請求項１３】 前記レーザを始動する手段が前記トリ
    ガパルスの前記レーザヘの送出を抑止するゲート手段を
    備える請求項１に記載の心臓同期パルスレーザ装置。
14. 【請求項１４】 前記レーザを始動する手段が前記ゲー
    ト手段に前記トリガパルスを前記レーザに送出できるよ
    うにするスイッチを備える請求項１３に記載の心臓同期
    パルスレーザ装置。
15. 【請求項１５】 前記レーザを始動する手段が前記トリ
    ガパルスの前記レーザへの送出をさらに抑止するアーミ
    ング回路を備える請求項１３に記載の心臓同期パルスレ
    ーザ装置。
16. 【請求項１６】 前記レーザを始動する手段が前記アー
    ミング回路に前記トリガパルスを前記レーザへ送出でき
    るようにするアーミングスイッチ手段を備える請求項１
    ５に記載の心臓同期パルスレーザ装置。