DE3428975A1

DE3428975A1 - Atmungsgesteuerter herzschrittmacher

Info

Publication number: DE3428975A1
Application number: DE19843428975
Authority: DE
Inventors: Michael S. 8113 Kochel Lampadius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1986-02-13
Also published as: US4721110A

Description

Atmungsgesteuerter Herz schrittmacher

Die Erfindung betrifft einen atmungsgesteuerten Herzschrittmacher gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift 89 014 ist ein Herzschrittmacher bekannt, dessen Stimulationsimpuls-Grundfrequenz bzw. -rate atmungsabhängig gesteuert wird, um so die Stimulationsrate besser dem physiologischen Bedarf des Patienten anpassen zu können. Ein Rheographieimpulsgenerator des Schrittmachers erzeugt mit konstanter Frequenz aufeinanderfolgende Konstantstromimpulse, die zwischen zwei in den Brustkorb des Patienten mit Abstand voneinander implantierte Elektroden fließen. Die Spannung zwischen den beiden Elektroden ist proportional zur Brustkorbimpedanz und ändert sich atmungsabhängig mit der Dehnung des Brustkorbs. Ein auf die Spannungsamplitude der Rheographieimpulse ansprechender Atmungsdetektor ermittelt, beispielsweise durch zeitliche Integration der Impuls-Spannungsamplituden ein der SpannungsSchwankung und damit der Atemrate entsprechendes Atmungssignal. Eine Steuerung steuert die Stimulationsgrundfrequenz des Herzschrittmachers abhängig von dem Atmungssignal entsprechend

einer vorbestimmten Atmungssignal-Stimulationsgrundfrequenz-Charakteristik/ insbesondere in der Weise, daß mit wachsender Atmungsrate die Stimulationsgrundfrequenz erhöht wird.

Bei dem bekannten Herzschrittmacher ist die Frequenz der Rheographieimpulse beträchtlich größer als die Stimulationsgrundfrequenz. Dies kann zu Stimulationsstörungen führen/ da der Herzschrittmacher unter Um- ständen durch seine eigenen Rheographieimpulse inhibitiert wird. Weiterhin werden EKG-Messungen erschwert, da die Rheographieimpulse in dem EKG-Bild auftauchen und die Kontrolle der Herzschrittmacherfunktion am Patienten erschweren. Weiterhin kann unter Hyperventilationsbedxngungen, die mit einer plötzlichen Steigerung der Atemfrequenz verbunden sind, die in einem solchen Fall unerwünschte Steigerung der Stimulationsgrundfrequenz nicht verhindert werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen atmungsgesteuerten Herzschrittmacher der vorstehend erläuterten Art so zu verbessern, daß Störungen des EKG-Bilds durch Rheographieimpulse in vernachlässigbaren Grenzen gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rheographieimpulsgenerator die Rheographieimpulse jeweils zeitlich abhängig von den Stimulationsimpulsen und/oder von Inhibitionsimpulsen, welche den Stimulations· impulsgenerator für die Abgabe von Stimulationsimpulsen sperren, erzeugt. Die Rheographieimpulse haben damit eine feste zeitliche Zuordnung zu den von dem EKG-Schreiber aufgezeichneten Herzaktionspotentialen und lassen sich eindeutig sowohl von den Eigenrhythmuspotentialen des Patienten als auch den Stimulationspotentialen trennen. Ein derartiger Rheographieimpulsgenerator kann

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bei Herzschrittmachern jedes Typs eingesetzt werden, soweit die Stimulationsgrundfrequenz des Stimulationsimpulsgenerators atimingsabhängig steuerbar ist. Herzschrittmacher vom Demand-Typ werden allerdings bevorzugt.

Unter Stimulationsgrundfrequenz soll hier und im folgenden die Rate verstanden werden, mit der die Stimulationsimpulse aufeinanderfolgen oder aufeinanderfolgen würden, wenn sie nicht durch Inhibitionsimpulse unterdrückt wären.

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Den Stimulationsimpulsen und/oder Inhibitionsimpulsen ist üblicherweise jeweils ein- Refraktärzeitintervall zugeordnet, in welchem der Herzschrittmacher "blind" ist und weder auf intracardiale Signale des Patienten oder auf dessen Stimulationsantwort ansprechen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Rheographieimpulsgenerator die Rheographieimpulse innerhalb dieser Refraktärzeiten. Auf diese Weise kann jede Störung des Herzschrittmacherbetriebs und jede Fehlstimulation des Patienten durch die Rheographieimpulse sicher verhindert .werden.

Die Refraktärzeit der Stimulationsimpulse beginnt bevorzugt bereits kurz vor dem Stimulationsimpuls. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Rheographieimpulsgenerator die Rheographieimpulse innerhalb des den einzelnen Stimulationsimpulsen jeweils unmittelbar vorangehenden Refraktärzeitintervalls erzeugt. Damit wird erreicht, daß der Stimulationsimpuls bzw. Polarisationserscheinungen aufgrund dieses Impulses die Rheographie- messung nicht stören können.

Bevorzugt erzeugt der Rheographieimpulsgenerator für jeden Stimulationsimpuls und/oder Inhibitionsimpuls einen einzigen Rheographieimpuls. Durch diese einfache Bemessung:= ■ regel wird das eingangs angesprochene Problem einer unerwünschten Steigerung der Stimulationsgrundfrequenz bei

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plötzlicher Hyperventilation überwunden. Die durch die Folgerate der Rheographieimpulse bestimmte Abtastfrequenz, mit der Impedanzänderungen und damit Atemschwankungen erfaßt werden, ist so klein, daß der Atmungsdetektor raschen, großen Atemrateschwankungen, wie sie bei einer Hyperventilation auftreten, nicht folgen kann.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: ·

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines atmungsgesteuerten Schrittmachers vom Demand-Typ;

Fig. 2a bis d Zeitdiagramme mit Herzaktionspotentialen, Inhibitionsimpulsen, Stimulationsimpulsen

und Rheographieimpulsen;

Fig. 3a und b einander zugeordnete Zeitdiagramme der

Atemfrequenz und der Stimulationsgrundfrequenz bei langsamer Änderung der Atem

frequenz und

Fig. 4a und b einander zugeordnete Zeitdiagramme der Ätemfrequenz und der Stimulationsfrequenz bei rascher Änderung der Atemfrequenz.

Der implantierbare Herzschrittmacher gemäß Fig. 1 enthält in einem zugleich eine neutrale Elektrode bildenden Gehäuse 1 einen Stimulationsimpulsgenerator 3, der über eine in das Herz des Patienten zu implantierende Stimulationselektrode 5 Stimuiationsimpulse mit steuerbarer Stimulationsgrundfrequenz abgibt. Ein über einen Verstärker 7 ebenfalls an die Stimulationselektrode 5 angeschlossener Detektor 9 spricht auf die körpereigenen Herzaktionspotentiale des Patienten, beispielsweise die R- oder P-Welle, an und erzeugt bei Auftreten dieser Herzaktionspotentiale an seinem Ausgang jeweils einen Inhibitionsimpuls, der über eine

Steuerung 11 den Stimulationsimpulsgenerator 3 für die Abgabe eines Stimulationsimpulses sperrt. Die Steuerung 11 bestimmt die Stimulationsgrundfrequenz des Stimulationsimpulsgenerators 3. Um die Stimulationsgrundfrequenz den physiologischen Bedürfnissen des Patienten anpassen zu können, kann die Stimulationsgrundfrequenz abhängig von der Atmungsfrequenz und/oder abhängig von der Atmungstiefe entsprechend einer durch einen Speicher i 3 oder einen Funktionsgenerator oder dergleichen vorgegebenen Atmungs-Stimulationsfrequenz-Charakteristik gesteuert werden. Die Atmungsfrequenz wird durch Impedanzmessung der Brustkorbimpedanz des Patienten ermittelt. Hierzu ist im Abstand von der neutralen Elektrode 1 eine Rheographieelektrode 15 in den Brustkorb subkutan implantiert, der aus einem Rheographieimpulsgenerator 17 Konstantstromimpulse mit konstanter Amplitude zugeführt werden. Ein über einen Verstärker 19 an die Rheographieelektrode 15 angeschlossener Atmungsdetektor 21 erzeugt, abhängig von den während der Rheographieimpulse zwischen den Elektroden 1, 15 anliegenden Impulsspannungswerten ein Signal, welches der Frequenz der SpannungsSchwankung und damit der Atmungsfrequenz entspricht. Dieses Atmungssignal wird der Steuerung 11 zugeführt, die abhängig von dem Atmungssignal die Stimulationsgrundfrequenz entsprechend der vorgegebenen Atmungs-Stimulationsgrundfrequenz-Charakteristik steuert.

Der Atmungsdetektor kann herkömmlich ausgebildet sein und die Schwankungsfrequenz, mit der die Spannungsamplituden der Rheographieimpulse abhängig von der Atmung schwanken, durch Integration oder mittels eines Digitalrechners ermitteln.

Die Steuerung 11 triggert den Rheographieimpulsgenerator 17 so, daß dieser für jeden Inhibitionsimpuls und jeden Stimulationsimpuls einen einzigen Rheographieimpuls in enger zeitlicher Nachbarschaft abgibt. Auf diese Weise können Stimulationsstörungen vermieden werden. In Fig. 2a sind die Herzaktionspotentiale des Patienten dargestellt. Mit 23 ist der autonome QRS-Komplex bezeichnet. Mit 25 sind Herzaktionspotentiale bezeichnet, die als Folge eines Stimulationsimpülses des Herzschrittmachers entstehen. Fig. 2b zeigt bei 27 die vom Detektor 9 beim Auftreten des autonomen QRS-Konplexes 23 erzeugten Inhibitions impulse. An jeden der Inhibitionsimpulse 27 schließt sich ein Refraktärzeitintervall 29 an, in welchem der Herzschrittmacher für weitere an seiner Stimulationselektrode 5 auftretende Impulse "blind" ist. Die Inhibitionsimpulse 27 sperren, wie Fig. 2c zeigt, den Stimulationsimpulsgenerator 3 und verhindern die Abgabe von Stimulationsimpulsen. Treten innerhalb eines durch die Stimulationsgrundfrequenz bestimmten Zeitintervalls keine autonomen Herzaktionspotentiale und damit keine Inhibitionsimpulse auf, so gibt der Stimulationsimpulsgenerator 3 Stimulations impulse 31 ab. Jedem der Stimulationsimpulse 31 geht eine Refraktärzeit 33 unmittelbar voraus und folgt eine Refraktärzeit 35 unmittelbar nach. Innerhalb dieser Refraktärzeiten ist der Herzschrittmacher ebenfalls "blind" und kann durch Impulse an seiner Stimulationselektrode 5 nicht inhibitiert. Fig. 2d zeigt die von der Steuerung getriggerten Rheographieimpulse 37. Beim Auftreten der inhibitionsimpulse 27 werden die Rheographieimpulse 37 während des Inhibitionsimpulses 27 oder während der nachfolgenden Refraktärzeit 29 ausgelöst. Bei fehlenden Inhibitionsimpulsen werden die Rheographieimpulse 37 während der jedem Stimulationsimpuls 31 vorangehenden Refraktärzeit 33 erzeugt. Auf diese Weise wird sicherge-

stellt, daß die Rheographiemessung nicht durch Stimulationsimpulse oder durch diese Impulse ausgelöste Polarisationserscheinungen gestört wird.

Fig. 3 zeigt in einander zugeordneten Zeitdiagrammen die Atemfrequenz f, und die Stimulationsgrundfrequenz f„ jeweils abhängig von der Zeit t. Die Atemfrequenz f, ändert sich nur langsam und dementsprechend ändert sich ebenfalls langsam die Stimulationsgrundfrequenz f„.

Fig. 4 zeigt, in"einander zugehörigen Zeitdiagrammen die Atemfrequenz f und die Stimulationsgrundfrequenz f für eine rasche Atemfrequenzänderung, wie sie beispielsweise bei einer Hyperventilation auftritt. Bei dieser vielfach nur kurzzeitig und nicht aufgrund körperlicher Belastung o.dgl. verursachten raschen Zunahme der Atemfrequenz soll sich die Stimulationsgrundfrequenz nicht oder nur unwesentlich ändern, wie dies in Fig. 4b dargestellt ist. Die Charakteristik der Fig. 4b wird bei dem Schrittmacher der Fig. 1 dadurch erreicht, daß lediglich ein einziger Rheographieimpuls in jeder Periode der Stimulationsgrundfrequenz erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß für die Auswertung der Spannungsschwankungen der Rheographieimpulse nur mit relativ niedriger Abtastfrequenz aufeinanderfolgende Spannungswerte zur Verfügung stehen. Rasche SpannungsSchwankungen, wie sie im Fall der Fig. 4a auftreten würden, führen deshalb nicht zu einer Änderung des Ausgangssignals des Atemdetektors 21, womit auch die Stimulationsgrundfrequenz nicht geändert wird.

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Claims

Patentansprüche

Atmungsgesteuerter Herz schrittmacher, mit einem Stimulationsimpulse mit steuerbarer Stimulationsgrundfrequenz erzeugenden Stimulationsimpulsgenerator (3) ,

einem Rheographieimpulse konstanter Amplitude erzeugenden Rheographieimpulsgenerator (17), einem abhängig von der Impedanzinformation der Rheographieimpulse ein die Atmungsfrequenz und/oder die Atmungstiefe repräsentierendes Atmungssignal erzeugen-

10 den Atmungsdetektor (21),

und einer die Stimulationsgrundfrequenz des Stimulationsimpulsgenerators (3) entsprechend einer vorbestimmten Atmungssignal-Stimulationsgrundfrequenz-Charakteristik abhängig von dem Atmungssignal steuernden

15 Steuerung (11, 13),

dadurch gekennzeichnet, daß der Rheographieimpulsgenerator (17) die Rheographieimpulse jeweils zeitlich abhängig von den Stimulationsimpulsen und/oder von Inhibitionsimpulsen, welche den Stimulationsimpulsgenerator (3) für die Abgabe von

Stimulationsimpulsen sperren,erzeugt.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rheographieimpulsgenerator (17) die Rheographieimpulse innerhalb der den einzelnen Inhibitionsimpulsen und/oder Stimulationsimpulsen jeweils zugeordneten Refraktärzeitintervallen, in welchen die Auswertung und/oder Erzeugung von Impulsen durch den Stimulationsimpulsgenerator (3) gesperrt ist, erzeugt.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rheographieimpulsgenerator (17) die Rheographieimpulse innerhalb eines den einzelnen Stimulationsimpulsen jeweils unmittelbar vorangehenden Refraktärzeitintervalls erzeugt.
4. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rheographieimpulsgenerator (17) für jeden Stimulationsimpuls und/oder jeden Inhibitionsimpuls einen einzigen Rheographieimpuls erzeugt.