JP2016209011A - 心臓の電気生理学的検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】房室伝導曲線を容易かつ正確に作成できる電気生理学的検査装置を提供する。【解決手段】最後の基本刺激（Ｓ１）とそれに続く早期刺激（Ｓ２）とを検出し、最後の基本刺激（Ｓ１）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第１の心房興奮（Ａ１）及び第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）として検出するとともに、早期刺激（Ｓ２）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第２の心房興奮（Ａ２）及び第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）として検出する波形認識部２０１と、第１の心房興奮（Ａ１）と第２の心房興奮（Ａ２）との間隔を算出するとともに、第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）と第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）との間隔を算出する間隔算出部２０２と、各間隔をグラフ上にプロットすることで房室伝導曲線を得る伝導曲線算出部２０３と、を設けた。【選択図】図５

Description

本発明は、心臓の不応期を測定できる電気生理学的検査装置に関する。

心臓の電気生理学的検査においては、有効不応期（ERP: effective refractory period）及び機能的不応期（FRP: functional refractory period）などの不応期が、心室期外収縮（ＶＰＣ）などの頻脈性不整脈を診断する際の指標として用いられることが多い。不応期とは、心筋があるインパルスで興奮した後に、次のインパルスが来てもそれに反応しない一定の期間をいう。

不応期については、例えば非特許文献１で以下のように詳しく説明されている。

一度興奮した心筋細胞は再分極相に至るまで再度興奮できない状態となり、これが不応期にあたる。この不応期の測定は心房や心室に対する電気的生理検査でしばしば行われる。不応期は通常基本刺激の間隔（Ｓ１−Ｓ１）に依存するため、図１に示すように、一定の間隔の基本刺激Ｓ１を例えば８発行い、最後に早期刺激Ｓ２を加える方法が用いられる。刺激Ｓ１、Ｓ２による心房興奮はＡ１、Ａ２として現れ、心室興奮はＶ１、Ｖ２として現れる。早期刺激Ｓ２で心房や心室を興奮させることができない最大の刺激間隔（Ｓ１−Ｓ２）は刺激部位の有効不応期（ＥＲＰ：effective refractory period）と呼ばれる。心房から心室への伝導路（主に房室結節）の有効不応期の測定も頻繁に行われる。この場合には機能的不応期（ＦＲＰ：functional refractory period）も測定される。機能的不応期（ＦＲＰ）は最小のＨ１−Ｈ２間隔（ＨＶ伝導時間が一定の場合にはＶ１−Ｖ２間隔で代用される）である。ＥＲＰとＦＲＰの測定は、図２に示したような、房室伝導曲線を描くと理解し易い。横軸はＡ１−Ａ２間隔を、縦軸はＨ１−Ｈ２間隔を表わす。最初はＡ１−Ａ２間隔の短縮と一致してＨ１−Ｈ２間隔が短縮するが、次第にＨ１−Ｈ２間隔の短縮の程度が減少し、ＥＲＰの直前のＡ１−Ａ２間隔では逆にそれまでより延長する。これは心房興奮Ａ２の早期性が増すにしたがってＡ２Ｈ２時間がより延長する性質（減衰伝導）を示すことによる。

不整脈の診断と治療機序が判明していない頻拍発作に対しては誘発試験を行う。通常は期外刺激法を用いて不応期に至るまで刺激間隔を短縮して行く。頻拍が誘発された場合には、頻拍周期よりわずかに短い周期で連続刺激を加えエントレインメントを試みる。リエントリ機序を診断すると同時に頻拍回路の同定に有用である。

循環器病の診断と治療に関するガイドライン（２０１１年改訂版）、６頁

ところで、実際の電気生理学的検査装置においても、図２のような房室伝導曲線が作成され、有効不応期（ＥＲＰ）及び機能的不応期（ＦＲＰ）が特定される。

従来の電気生理学的検査においては、有効不応期及び機能的不応期の時間を特定するために、刺激装置から心臓に刺激を出力し、それに応答して現れる心房興奮、Ｈｉｓ束波電位、心室興奮を、医療従事者が心内心電波形から見つけ出し、その位置に手動にてキャリパーを設定することでＡ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔を計測し、図２の房室伝導曲線が描かれる。

よって、ユーザーは、どの刺激が早期刺激かを判断し、それに対応する心房興奮、Ｈｉｓ束電位、心室興奮を見つけ出してキャリパーを設定する必要がある。そのため、従来の電気生理学的検査においては、房室伝導曲線が作成されるまでに時間や煩雑な手間がかかるとともに、ヒューマンエラーによる計測ミスが発生するおそれがある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、房室伝導曲線を容易かつ正確に作成できる電気生理学的検査装置を提供する。

本発明の心臓の電気生理学的検査装置の一つの態様は、
心臓に与えられる等間隔の基本刺激の最後の基本刺激（Ｓ１）と、それに続く早期刺激（Ｓ２）とを検出し、心内心電図において前記最後の基本刺激（Ｓ１）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第１の心房興奮（Ａ１）及び第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）として検出するとともに、心内心電図において前記早期刺激（Ｓ２）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第２の心房興奮（Ａ２）及び第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）として検出する、波形認識部と、
前記第１の心房興奮（Ａ１）と前記第２の心房興奮（Ａ２）との間隔を算出するとともに、前記第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）と前記第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）との間隔を算出する、間隔算出部と、
前記各間隔をグラフ上にプロットすることで房室伝導曲線を得る、伝導曲線算出部と、
を具備する心臓の電気生理学的検査装置。

本発明によれば、房室伝導曲線を容易かつ正確に作成できる電気生理学的検査装置を実現できる。

刺激、心房興奮、Ｈｉｓ束電位、心室興奮の関係を示す図 房室伝導曲線を示す図 実施の形態に係るポリグラフの全体構成を示す概略図 電極カテーテル先端の一例を示す図 実施の形態による房室伝導曲線を作成するための構成を示すブロック図 房室伝導曲線作成手順を示すフローチャート 波形認識部による最後の基本刺激Ｓ１と早期刺激パルスＳ２の認識の説明に供する図 波形認識部によるＡ波及びＨ波の認識の説明に供する図 心内心電波形と、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間との関係を示した図 伝導曲線作成部によってプロットされた最初の点を示す図 繰り返し回数が２回目における、心内心電波形と、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間との関係を示した図 伝導曲線作成部によって作成された最終的な房室伝導曲線を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜ポリグラフの全体構成＞
図３は、本実施の形態によるポリグラフ１００の全体構成を示す外観図である。ポリグラフ１００は、体表面心電図及び心内心電図を計測及び解析する機能を有する。ポリグラフ１００は、電気生理学的検査装置と呼ぶこともできる。

ポリグラフ１００は、本体ユニット２００と、インターフェースユニット３００と、ＥＰＳ（Electrophysiological Study：電気生理学的検査）ユニット４００と、を有する。本体ユニット２００とインターフェースユニット３００はケーブルＬ１によって接続されており、インターフェースユニット３００とＥＰＳユニット４００はケーブルＬ２によって接続されている。なお、図では、インターフェースユニット３００を介して本体ユニット２００とＥＰＳユニット４００を接続した例を示しているが、本体ユニット２００とＥＰＳユニット４００をケーブルＬ２によって直接接続してもよい。

本体ユニット２００には、専用キーボード１１、キーボード１２、マウス１３等の入力装置１０と、複数のディスプレイ２０（２１、２２、２３）と、サーマルレコーダ３０等の記録装置と、が接続されている。また、本体ユニット２００には、インターフェースユニット３００が接続されている。本体ユニット２００は、ポリグラフ１００の中央処理ユニットとしての機能を有する。本体ユニット２００は、インターフェースユニット３００を介して入力した各生体情報に対してプログラムに従った演算処理や解析処理を施すことにより、各生体情報を所望の表示形態でディスプレイ２０に表示する。また、本体ユニット２００は、入力装置１０から入力された操作信号に基づいて、各生体情報の表示形態や、インターフェースユニット３００及びＥＰＳユニット４００、並びにそれらに接続される各装置の動作を制御するようになっている。

インターフェースユニット３００は、ＥＣＧ（心電図）用入力端子、非観血血圧用入力端子、ＳｐＯ_２用入力端子及び体温用入力端子などからなる生体情報入力端子群３１０を有する。また、インターフェースユニット３００は、ＥＣＧ用出力端子３１１及び観血血圧用出力端子３１２を有する。また、インターフェースユニット３００は、専用キーボードを接続するための入力端子３１３等を有する。

インターフェースユニット３００には、アンプが内蔵されており、生体情報入力端子群３１０から入力された所定の信号はアンプによって増幅された後に本体ユニット２００に出力される。

ＥＰＳユニット４００は、刺激用のケーブルが接続される端子４１１、アブレーター用のケーブルが接続される端子４１２を有し、ＥＰＳユニット４００は、これらの端子４１１、４１２を介して刺激装置（図示せず）及びアブレーター装置（図示せず）と接続される。また、ＥＰＳユニット４００は、体表面心電図用入力端子４１３を有し、この端子４１３には被検者の体表に装着された電極が接続される。これにより、刺激装置によって心臓の所定部位に刺激を与えたときの体表面心電図を得ることができる。本実施の形態の場合には、体表面心電図用入力端子４１３には１２誘導心電図を得るための電極が接続される。

さらに、ＥＰＳユニット４００は、中継ボックス５００、５１０が接続される端子４１４、４１５を有する。各中継ボックス５００、５１０には、電極カテーテルに設けられた各電極に対応する端子を接続するための多数の端子６００が設けられている。

本実施の形態の場合には、１つの中継ボックス５００（５１０、５２０、５３０）に双極で４０チャネル（つまり８０個の端子６００）が設けられている。ＥＰＳユニット４００は２つの中継ボックス５００、５１０を接続できるようになっており、従ってＥＰＳユニット４００は８０（＝２×４０）チャネル分の心内心電図を入力可能とされている。

さらに、ＥＰＳユニット４００には、拡張用のＥＰＳユニット４１０が接続可能とされている。拡張用ＥＰＳユニット４１０も２つの中継ボックス５２０、５３０を接続できるようになっており、従ってＥＰＳユニット４００は拡張用ＥＰＳユニット４１０を接続すれば、１６０（＝４×４０）チャネル分の心内心電図の信号を入力することができる。

ＥＰＳユニット４００及び拡張用のＥＰＳユニット４１０には、アンプが内蔵されており、中継ボックス５００、５１０、５２０、５３０から入力された心内心電図はアンプによって増幅された後、インターフェースユニット３００を介して本体ユニット２００に送出される。また、刺激用のケーブルが接続される端子４１１から入力された刺激装置（図示せず）からの刺激信号は中継ボックス５００（５１０、５２０、５３０）を介して電極カテーテル（図示せず）に出力される。さらに、電極カテーテルから心臓へと実際に与えられた刺激信号に基づく刺激波形は、心内心電図と共にＥＰＳユニット４００及び拡張用のＥＰＳユニット４１０のアンプによって増幅された後、インターフェースユニット３００を介して本体ユニット２００に送出される。また、ＥＰＳユニット４００は、ＥＣＧ用出力端子４１６、スピーカ４１７を有する。

図４は、電極カテーテル先端の一例を示す図である。図４に示す電極カテーテル４０には、心内心電図を計測するための複数の電極Ｔ１〜Ｔ８が所定の位置に設けられている。電極カテーテル４０の各電極Ｔ１〜Ｔ８が心臓内壁に接触することで、心臓内の心電位が計測される。なお、図４の例では、８個の電極Ｔ１〜Ｔ８が設けられているが、その数や位置はこれに限らない。

＜本実施の形態による房室伝導曲線の作成＞
本実施の形態のポリグラフ１００は、ユーザーによるキャリパーの設定などが行われなくても、房室伝導曲線を作成できる機能及びアルゴリズムを有する。この房室伝導曲線の作成は、本体ユニット２００にて行われる。

図５に、本体ユニット２００に設けられた、房室伝導曲線を作成するための構成を示す。波形認識部２０１には、ＥＰＳユニット４００、４１０からの、刺激波形及び心内心電図が入力される。波形認識部２０１は、入力された刺激波形及び心内心電図から波形の特異点を認識することで、基本刺激Ｓ１、早期刺激Ｓ２、心房興奮Ａ１、Ａ２、Ｈｉｓ束電位Ｈ１、Ｈ２を検出する。Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔算出部２０２は、波形認識部２０１によって検出された心房興奮Ａ１、Ａ２、Ｈｉｓ束電位Ｈ１、Ｈ２に基づいて、Ａ１−Ａ２間隔及びＨ１−Ｈ２間隔を算出する。伝導曲線作成部２０３は、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔算出部２０２によって算出されたＡ１−Ａ２間隔の値を横軸に、Ｈ１−Ｈ２間隔の値を縦軸にプロットしていくことで、房室伝導曲線を作成する。伝導曲線作成部２０３によって作成された房室伝導曲線は、モニター２０に表示される。

図６は、図５の構成によって実行される房室伝導曲線作成手順を示すフローチャートである。

ステップＳＴ０で房室伝導曲線作成処理が開始されると、ステップＳＴ１において、波形認識部２０１が最後の刺激パルスを認識する。具体的には、図７に示すように、波形認識部２０１は、刺激パルスＳ１、Ｓ２の間隔に基づき、等間隔の刺激パルスを基本刺激パルスＳ１と判断し、短い間隔の刺激パルスＳ１、Ｓ２をそれぞれ、最後の基本刺激Ｓ１と早期刺激パルスＳ２であると判断する。つまり、図１において上述したように、不応期の測定においては、例えば８発の基本刺激パルスＳ１の後に早期刺激パルスＳ２が与えられる。波形認識部２０１は、入力された刺激パルスの間隔から最後の基本刺激パルスＳ１と早期刺激パルスＳ２とを検出する。

次に、ステップＳＴ２において、波形認識部２０１がＡ波、Ｈ波を認識する。具体的には、図８に示すように、波形認識部２０１は、入力した心内心電図（ＨＲＡ）からＡ波（心房興奮）を認識し、入力した心内心電図（ＨＢＥ）からＨ波（Ｈｉｓ束電位）を認識する。このとき、波形認識部２０１は、最後の基本刺激（Ｓ１）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位をそれぞれ第１の心房興奮（Ａ１）及び第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）として検出するとともに、心内心電図において早期刺激（Ｓ２）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第２の心房興奮（Ａ２）及び第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）として検出する。

次に、ステップＳＴ３において、ステップＳＴ２で検出したＡ１波、Ａ２波及びＨ１波、Ｈ２波に基づいて、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔算出部２０２がＡ１−Ａ２間隔及びＨ１−Ｈ２間隔を算出する。図９に、心内心電波形と、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔との関係を示した。

次に、ステップＳＴ４において、伝導曲線作成部２０３が、ステップＳＴ３で算出されたＡ１−Ａ２間隔及びＨ１−Ｈ２間隔を伝導曲線グラフ上にプロットする。図１０は、伝導曲線作成部２０３によってプロットされた最初の点を示す。

次に、ステップＳＴ５において、ユーザーによって「保存」ボタンが操作されたか否かを判断する。ステップＳＴ５で「保存」ボタンが操作されたと判断されるまで、ステップＳＴ１−ステップＳＴ４の処理が繰り返される。なお、本実施の形態では、「保存」ボタンが操作されるまで繰り返し処理（つまり伝導曲線グラフ上へのプロット処理）を続ける場合について述べたが、繰り返し処理の終了判断はその他の操作に割り当ててもよく、予め設定された繰り返し回数行うようにしてもよい。

図１１に、繰り返し回数が２回目における、心内心電波形と、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間との関係を示した。図９と比較すると、Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔共に減少していることが分かる。図１２に、伝導曲線作成部２０３によってプロットされた最終的な房室伝導曲線を示す。

以上説明したように、本実施の形態によれば、最後の基本刺激（Ｓ１）とそれに続く早期刺激（Ｓ２）とを検出し、最後の基本刺激（Ｓ１）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第１の心房興奮（Ａ１）及び第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）として検出するとともに、早期刺激（Ｓ２）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第２の心房興奮（Ａ２）及び第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）として検出する波形認識部２０１と、第１の心房興奮（Ａ１）と第２の心房興奮（Ａ２）との間隔を算出するとともに、第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）と第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）との間隔を算出する間隔算出部２０２と、各間隔をグラフ上にプロットすることで房室伝導曲線を得る伝導曲線算出部２０３と、を設けたことにより、房室伝導曲線を容易かつ正確に作成できる電気生理学的検査装置を実現できる。

特に、多数のピークが現れる心内心電図から、最後の基本刺激（Ｓ１）及びそれに続く早期刺激（Ｓ２）に対応する、心房興奮及びＨｉｓ束波電位を人手によって見つけ出して特定しようとすると、振幅方向に加えて時間方向の前後関係も気にしながらの作業となり、非常に煩雑でありかつヒューマンエラーも生じ易い。さらに、房室伝導曲線を作成するためには、そのような作業を繰り返して行う必要があるので、より煩雑となり、よりエラーも生じ易くなる。本実施の形態の電気生理学的検査装置を用いれば、このような不都合を解消できる。

なお、上述の実施の形態では、本発明の電気生理学的検査装置を図３に示したポリグラフ１００に適用した場合について述べたが、ポリグラフ１００以外の電気生理学的検査装置にも広く適用可能である。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本発明は、房室伝導曲線を作成する電気生理学的検査に適用し得る。

１０ 入力装置
２０ ディスプレイ
４０ 電極カテーテル
１００ ポリグラフ
２００ 本体ユニット
２０１ 波形認識部
２０２ Ａ１−Ａ２間隔、Ｈ１−Ｈ２間隔算出部
２０３ 伝導曲線作成部
３００ インターフェースユニット
４００ ＥＰＳ（Electrophysiological Study：電気生理学的検査）ユニット
５００、５１０、５２０、５３０ 中継ボックス

Claims (1)

1. 心臓に与えられる等間隔の基本刺激の最後の基本刺激（Ｓ１）と、それに続く早期刺激（Ｓ２）とを検出し、心内心電図において前記最後の基本刺激（Ｓ１）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第１の心房興奮（Ａ１）及び第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）として検出するとともに、心内心電図において前記早期刺激（Ｓ２）に続いて現れる心房興奮及びＨｉｓ束波電位を第２の心房興奮（Ａ２）及び第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）として検出する、波形認識部と、
   前記第１の心房興奮（Ａ１）と前記第２の心房興奮（Ａ２）との間隔を算出するとともに、前記第１のＨｉｓ束波電位（Ｈ１）と前記第２のＨｉｓ束波電位（Ｈ２）との間隔を算出する、間隔算出部と、
   前記各間隔をグラフ上にプロットすることで房室伝導曲線を得る、伝導曲線算出部と、
   を具備する心臓の電気生理学的検査装置。

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