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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Herzstimulationssysteme mit
der Fähigkeit
zur Kardioversion, und speziell auf solche Kardiosysteme, die die
weitere Fähigkeit
haben, bei einem Patienten Ventrikel-Tachykardie oder Kammerflimmern
auszulösen,
so dass Kardioversionsparameter getestet und eingestellt werden
können.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Behandlung von abnormal und physiologisch gefährlich hohen Herzfrequenzzuständen, d.h. Tachykardie
und Fibrillation, ist sehr wichtig geworden, und es wurden bedeutende
Entwicklungen auf diesem Gebiet gemacht. Z.B. können moderne implantierbare
Herzschrittmacher mit einer Anti-Tachykardie-Funktion ausgestattet
sein, bei der die implantierbare Einrichtung das Auftreten einer
Tachykardie erfasst und auf diese reagiert, indem sie einen oder mehrere
Reize in einem für
das Eliminieren der gefährlich
hohen Frequenz gestalteten Muster abgibt. Auf ähnliche Weise sind implantierbare
Defibrillatoren gestaltet, um Flimmererscheinungen zu erkennen und
mit einem oder mehreren Defibrillationsimpulsen automatisch auf
diese Erscheinung zu reagieren. In dieser Beschreibung ist mit Bezugnahme
auf abnormal hohe Frequenzen oder Hochfrequenz-Zustände die
Bandbreite abnormaler Zustände
gemeint, die sämtliche
Tachykardiefrequenzen bis einschließlich des Flimmerns einschließt. Somit
wird der Ausdruck Tachykardie hier als den Bereich abnormal hoher
Frequenzen bis einschließlich
des Flimmerns umfassend gebraucht. Die Behandlung solcher Zustände, d.h.
die Anti-Tachykardiebehandlung oder Defibrillation, wird insgesamt
als Kardioversion bezeichnet. Die Vorrichtungen, mit denen eine
solche Kardioversionsbehandlung vorgenommen werden kann, können speziell
für eine
bestimmte Behandlung gemacht sein, wie Defibrillatoren, oder sie
können
Vorrichtungen sein, bei denen Schrittmachfunktionen und eine oder
mehrere Arten der Kardioversionsbehandlung kombiniert sind.
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Beim
Implantieren einer solchen implantierbaren für die Kardioversion geeigneten
Vorrichtung ist es notwendig, die Vorrichtung im Betrieb zu testen, und
die Stimulationsparameter so einzustellen, dass eine zuverlässige Behandlung
gewährleistet
ist. Ein Schrittmacher mit der Fähigkeit
des Beendens einer Ventrikel-Tachykardie (VT) muss also zum Zeitpunkt des
Implantierens daraufhin getestet werden, ob das vorgegebene Muster
von Anti-Tachykardie- Reizimpulsen
mit den Parametern abgegeben wird, die optimal sind, um bei dem
Patienten, bei dem die Vorrichtung implantiert wird, die VT zu kontrollieren
und zu beenden. Um einen solchen Test durchzuführen ist es notwendig, zunächst die
VT (oder einen anderen Hochfrequenz-Zustand) auszulösen, und
dann die Anti-Tachykardie-Stimulationsparameter einzustellen, z.B.
die Anzahl der Impulse, die Taktung und die Energie, um die VT optimal
zu beenden. Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, die Vorrichtung
für Testzwecke
mit einer verbesserten und zuverlässigeren Fähigkeit des Auslösens eines
solchen abnormalen Hochfrequenz-Zustandes auszustatten.
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Es
ist bekannt, dass Tachykardie oder Flimmern angehalten oder beendet
werden können,
indem Reizimpulse abgegeben werden, die in den Wiedereintrittsschleifen-Mechanismus
störend
eingreifen. Zum Beenden eines solchen nicht-physiologischen Zustandes
wird also kurz nach der Refraktionsphase des Herzens und vor dem
nächsten
zu erwartenden spontanen Schlag ein Reizimpuls abgegeben. Im US-Patent
4,390,021 ist die Standard-Technik des Abgebens eines Impulspaares
offenbart, wobei jeder Impuls in Bezug auf die vorangegangene QRS-Gruppe
getaktet ist, so dass er in einen "Anfälligkeitsbereich" fällt, um
die Tachykardie aufzubrechen. Das hier offenbarte System stützt sich auf
das Ermitteln der im Aufbrechen einer Tachykardie resultierenden
Taktung, d.h. auf das Auffinden des "Anfälligkeitsbereichs". Es wird erwähnt, dass eine ähnliche
Technik für
das Auslösen
von Tachykardie angewandt werden kann, es werden jedoch keine genauen
Angaben bezüglich
der erforderlichen Taktung gemacht. Es sei angemerkt, dass die für das Auslösen von
Tachykardie erforderliche Taktung nicht notwendigerweise die gleiche
ist – in
Bezug auf die QRS-Gruppe – wie
für das
Aufbrechen von Tachykardie.
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Im
US-Patent 4,593,695 ist eine erfolgreiche Technik für das Beenden
einer VT offenbart, die das Übersteuern
des Ventrikels mit einem frühen
Reizimpuls, das Erfassen des Auftretens der durch die T-Welle manifestierten
Repolarisation, und das anschließende Abgeben eines Reizimpulses,
der die Tachykardie aufbrechen soll, beinhaltet. Da die T-Welle
durch Herzzellen-Repolarisation erzeugt wird und somit das Ende
der Refraktionsphase grob anzeigt, ist es notwendig, die T-Wellen-Erfassung
abzuwarten, um einen Impuls abzugeben, der effektiv sein kann. Es
können
so viele solcher aufeinanderfolgender früher Impulse abgegeben werden,
wie es notwendig ist, um den Tachykardie-Zustand zu beenden. Diese
Quelle zeigt jedoch keine Richtlinie bezüglich des Auslösens von
Tachykardie auf.
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Das
US-Patent 5,129,392 ist speziell auf eine Technik zum Auslösen von
Flimmern durch Abgabe eines Impulses mit hoher Spannung, der auf
die Refraktionsphase der Herzkammer folgt, ausgerichtet. Es ist
offenbart, dass die Refraktionsphase durch Bestimmung eines Mittelwerts
des Stimulations-T-Intervalls und durch Abgabe des Impulses mit
hoher Spannung zu einem auf diesem Mittelwert basierenden und auf
einen vorangegangenen Schrittmachimpuls oder eine spontane QRS-Gruppe
bezogenen Zeitpunkt ermittelt wird. Die Erfolgsrate dieser Technik
liegt jedoch lediglich bei ca. 60%, was bedeutet, dass die Abgabe
eines Impulses mit hoher Energie oft wiederholt werden muss. Dies
hat eine wesentliche Beeinträchtigung
des Wohlbefindens des Patienten zur Folge, und durch die damit einhergehende Batterieentladung
wird die Nutzungsdauer der Vorrichtung verkürzt. Wir haben zudem beobachtet, dass
die auf die T-Welle bezogene Taktung kritisch ist, und es deshalb
wünschenswert
ist, mehr zu tun, als einfach nach einem vorherbestimmten, auf die QRS-Gruppe
oder die T-Welle folgenden Intervall einen Auslöseimpuls abzugeben.
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Im
Europäischen
Patent Nr. 0 597 431 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Defibrillator-Schwellenwerts für einen
implantierbaren Kardiodefibrillator offenbart, das auf dem Bestimmen
der 50prozentigen Wahrscheinlichkeit des Erreichens der Empfindlichkeits-Obergrenze
basiert. Die 50prozentige Wahrscheinlichkeit des Erreichens der Empfindlichkeits-Obergrenze in der
Mitte der Aufwärtsflanke
der T-Welle wird als nahe an die 50prozentige Wahrscheinlichkeit
einer erfolgreichen Defibrillation, die für das Einstellen des Impulsstärkenniveaus
des Defibrillators angewandt wird, herankommend erachtet. Es wird
jedoch nicht nahegelegt oder offenbart, die Repolarisations-Wellenform
tatsächlich
zu überwachen
und den Auslöseimpuls
auf der beobachteten Repolarisations-Wellenform basierend zu takten.
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Bei
einer implantierbaren Vorrichtung mit Anti-Tachykardiefunktion ist
es wünschenswert,
zum Auslösen
von Tachykardie die Schrittmachimpulse mit der niedrigstmöglichen
Energie verwenden zu können.
Dies trifft sowohl dann zu, wenn die Vorrichtung ein Schrittmacher
ist, als auch dann, wenn die Vorrichtung eine Kardioverter-Funktion
beinhaltet, wie es bei einem kombinierten Schrittmacher-Kardioverter-Defibrillator
(pacemaker-cardioverter-defibrillator, "PCD")
der Fall ist. In jedem Falle ist es äußerst wünschenswert, das Auslösen von
Tachykardie durch Verwendung von Impulsen mit lediglich Schrittmachimpulsniveau
zu ermöglichen,
um das Wohlbefinden des Patienten zu optimieren, und um Energie zu
sparen. Dies bedeutet, dass tachykardieauslösende Impulse als eine Reihe
von Impulsen mit niedrigerer Energie abgegeben werden. Da das QT-Intervall mit
der Frequenz variiert, wirkt sich die Ab gabe des ersten Auslöseimpulses
wahrscheinlich auf das nachfolgende QT-Intervall aus. Die Abgabe
einer Reihe von Impulsen hat den Effekt, dass in jedem Zyklus das
Refraktionsintervall leicht verändert
sein kann, so dass es bei Verwendung eines fixen Intervalls nach
der Schrittmachstimulation oder der erfassten QRS-Gruppe relativ
unwahrscheinlich ist, dass das Auffinden der zum Auslösen von
VT richtigen Taktung effizient erfolgt. Somit ist es also wichtig, die
beste Zeit für
das Abgeben des Auslöseimpulses (oder
Impulspaares) von Zyklus zu Zyklus bestimmen zu können. Die
Lösung
der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf das Auftreten einer
T-Welle zu achten, die auf eine vorzugsweise durch einen Schrittmachimpuls
hervorgerufene QRS-Gruppe folgt, die T-Welle durch Nahfelderfassung
an dem Ort, an dem die Schrittmachimpulse abgegeben werden, zu bestimmen,
und einen oder mehrere Auslöseimpulse
in naher zeitlicher Beziehung zu einem bestimmten Abschnitt der
erfassten T-Welle
abzugeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein primäres
Ziel der vorliegenden Erfindung in einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung,
die eine Funktion zum Aufbrechen einer erfassten Tachykardie und
eine Funktion zum Auslösen einer
solchen Tachykardie beinhaltet, Schrittmachimpulse mit niedriger
Energie in einem zeitlichen Verhältnis
zum T-Wellen-Abschnitt von Ventrikel-Signalen, die durch vorangegangene
Schrittmachimpulse hervorgerufen wurden, bereitzustellen, und den T-Wellen-Abschnitt
mit Nahfelderfassung der Repolarisation an dem Ort, an dem Schrittmachimpulse
an die Herzwand abgegeben werden, genau zu erfassen.
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Das
Ziel der Bereitstellung einer tachykardieauslösenden Funktion wird erreicht,
indem ein vorherbestimmter Abschnitt oder ein Merkmal der T-Welle
genau erfasst wird, und indem direkt nach dem Erfassen des T-Wellen-Abschnitts
ein auslösender
Reizimpuls an den Ventrikel des Patienten abgegeben wird. Vorzugsweise
wird eine Reihe von Schrittmachimpulsen mit einer Übersteuerungsfrequenz
abgegeben, wobei nach jeder T-Welle, die als auf eine hervorgerufene
QRS folgend erfasst wird, ein tachykardieauslösender Impuls abgegeben wird. Wird
vor der Abgabe eines nächsten
anstehenden Übersteuerungs-Schrittmachimpulses
eine frühzeitige
QRS erfasst, so hält
die Auslöseroutine
an und prüft,
ob eine Bestätigung
für eine
Tachykardie vorliegt; ist die gesamte Reihe von Impulspaaren aus Reizimpulsen
mit Schrittmachimpulspegel und Auslöseimpulsen abgegeben, dann
prüft die
Vorrichtung, ob eine Tachykardie vorliegt; wird keine Tachykardie bestätigt, dann
kann das Auslöseprotokoll
wiederholt werden.
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Bei
der Anwendung dieser Erfindung ist es wünschenswert, jeden Auslöseimpuls
abzugeben, während
das Repolarisationssignal, z.B. die T-Welle, noch in ihrer negativen
Flanke oder Abwärtsflanke ist,
was in dem Bereich des Herzgewebes gemessen wird, in dem die Impulse
abgegeben werden. Daraus folgend beinhaltet das erfindungsgemäße System vorzugsweise
eine Erfassungselektroden-Konfiguration und/oder eine Erfassungsschaltung
zum Optimieren der Nahfelderfassung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Erfassung der Atrio-Repolarisation oder die Nahfeld-T-Wellen-Erfassung
durch eine Felddichtenklemmschaltung (FDC) ausgeführt. Bei
einer anderen Ausführungsform
ist eine Leitung mit nahe zueinander beabstandeten bipolaren Elektroden,
z.B. mit einer Entfernung zwischen den Elektroden von weniger als
1 mm, vorgesehen, um die Nahfelderfassung vorzunehmen. Zur weiteren
Verstärkung
des erfassten T-Wellen-Signals
wird die digitale Signalverarbeitung angewandt, wodurch eine Basis
für eine
genaue Taktung des Auslöseimpulses
in Bezug auf die Repolarisation geschaffen wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein logisches Blockschaltbild einer implantierbaren Vorrichtung,
die die Vorrichtungen repräsentiert,
in denen die vorliegende Erfindung verwirklicht ist; 1B zeigt
eine Leitung mit Elektroden, die für das unipolare oder bipolare
Schrittmachen und Erfassen, und auch für das Abgeben von kardiovertierenden
Impulsen adaptiert sind;
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2A ist
ein Zeitablaufdiagramm, das die Sequenz von Übersteuerungs-Schrittmachimpulsen und
die Taktung von Auslöseimpulsen
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2B ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den bevorzugten Bereich der T-Welle
darstellt, der erfasst wird, um die Taktung eines tachykardieauslösenden Impulses
gemäß der vorliegenden
Erfindung am besten zu bestimmen;
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2C ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Einsatz eines Erfassungsfensters
für das
Erfassen des T-Wellen-Signals gemäß der vorliegenden Erfindung
illustriert;
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3 ist
ein Ablaufplan, der die primären Schritte
zum erfindungsgemäßen Auslösen von
Tachykardie darstellt;
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4(a) ist ein Blockschaltbild, das den
Einsatz einer Felddichtenklemmschaltung mit einer unipolaren Leitung
zum Erfassen der T-Welle darstellt; 4(b) ist
ein Blockschaltbild, das den Einsatz der DSP-Erfassung eines bipolaren
Signals für
den Erhalt der T-Welle darstellt; 4(c) ist
die grafische Darstellung einer Leitung mit einer bipolaren Elektrodenanordnung,
die speziell für
eine gute Nahfelderfassung adaptiert ist; und 4(d) zeigt
ein Oberflächen-EKG
sowie ein entsprechendes mit der in 4(c) gezeigten
Leitung gewonnenes intrakardiales Ventrikel-Signal.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
ein logisches Blockschaltbild eines implantierbaren Schrittmachers
von der Art, in der die vorliegende Erfindung angewandt werden kann.
Die offenbarte Ausführungsform
ist eine mikroprozessorgesteuerte Vorrichtung. Es wird jedoch angenommen,
dass die Erfindung auch in anderen Arten von Vorrichtungen nutzvoll
angewandt werden kann, einschließlich solcher Vorrichtungen,
die zugeordnete digitale Schaltkreise beinhalten, und wohl selbst
in Vorrichtungen, die primär
aus analogen Taktungs- und Steuerschaltungen bestehen. 1 ist
als Beispiel und nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung
begrenzend zu verstehen. Zwar ist die Erfindung als in einem Schrittmacher
verwirklicht offenbart, sie ist jedoch gleichermaßen in einem
Kardioverter anwendbar, oder in einem kombinierten Kardioverter-Schrittmacher, oder
sogar in einem Kardioverter-Defibrillator-Schrittmacher. Zwar wird
bei der nachfolgenden Erläuterung
von 1 ein Einkammer-Ventrikel-Schrittmachsystem angenommen,
es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch auf Zweikammer-Systeme anwendbar
ist.
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Die
primären
Elemente der in 1 gezeigten Vorrichtung sind
ein Mikroprozessor 100, ein ROM 102, ein RAM 104,
eine digitale Steuerschaltung 106, Eingangs- und Ausgangsverstärker 110 bzw. 108,
und eine Fernübertragungs-/Programmiereinheit 120.
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Im
ROM 102 ist die Basisprogrammierung für die Vorrichtung gespeichert,
einschließlich
des Satzes von primären
Anweisungen, der die Berechnungen definiert, die zum Ableiten der
verschiedenen von der Vorrichtung verwendeten Taktungsintervalle durchgeführt werden.
Der RAM 104 dient zum Speichern der Werte von variablen
Steuerungsparametern, wie z.B. der programmierten Schrittmachfrequenz,
der programmierten Kardioversions- und Defibrillations-Intervalle,
der Impulsbreiten, der Impulsamplituden, u.s.w., die vom Arzt in
die Vorrichtung einprogrammiert werden. Im RAM sind auch abgeleitete
Werte gespeichert, wie z.B. das Intervall, das das Zeitfenster für das Erfassen
von T-Wellen definiert, wie noch unter Bezugnahme auf 2C beschrieben
werden wird. Das Lesen aus dem RAM 104 und dem ROM 102 wird
von der RD-Leitung 146 gesteuert. Das Schreiben in den
RAM 104 wird von der WR-Leitung 148 gesteuert.
In Reaktion auf ein Signal auf der RD-Leitung 146 wird
der durch die aktuell vorliegende Information auf dem Adressbus 124 markierte
Inhalt des RAM 104 oder des ROM 102 auf dem Datenbus 122 platziert.
Auf ähnliche
Weise wird in Reaktion auf ein Signal auf der WR-Leitung 148 auf
dem Datenbus 122 vorhandene Information mit der durch die
Information auf dem Adressbus 124 spezifizierten Adresse
in den RAM 104 geschrieben.
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Die
Steuerung 106 führt
alle grundlegenden Taktungs- und Steuerungsfunktionen der Vorrichtung aus.
Die Steuerung 106 beinhaltet mindestens einen programmierbaren
Taktzähler,
der durch Ventrikelkontraktionen – getaktete oder erfasste – initiiert
wird, um auf diese folgend Intervalle auszulösen. Dieser Taktzähler wird
verwendet, um die Escape-Intervalle für das Übersteuerungs-Schrittmachen,
sowie das Verzögerungs-Intervall
(wenn ein solches verwendet wird) für die Taktung des Triggerns
eines auf eine erfasste T-Welle folgenden Auslöseimpulses zu definieren. Es
wird auch angenommen, dass die Steuerung 106 auch die grundlegenden
Taktungsfunktionen für
das Schrittmachen sowie die von der Vorrichtung ausgeführten Tachykardieerkennungs-Routinen übernehmen
würde,
in Übereinstimmung
mit bekannten Techniken. Die Steuerung 106 triggert auch
Ausgangsimpulse der Ausgangsstufe 108, wie im weiteren
Text noch beschrieben wird, und sie erzeugt Interrupts auf dem Steuerbus 132 für das zyklische Wecken
des Mikroprozessors 100 aus seinem Schlafzustand, so dass
dieser die nötigen
Funktionen ausführen
kann. Die Ausgangsschaltung 108 ist mit den Elektroden 138 und 140 verbunden,
die sowohl für
das Abgeben von Schrittmachimpulsen, als auch für das Erfassen von Herzsignalen
verwendet werden. Die Elektrode 138 befindet sich typischerweise
am distalen Punktende einer endokardialen Leitung und ist typischerweise
im Apex des rechten Ventrikels platziert; für das Schrittmachen im Atrio-Modus
ist sie natür lich
im Atrium des Patienten platziert. Die Elektrode 140 ist
vorzugsweise eine Ringelektrode, die zur Nahfelderfassung höchstens ein
paar mm von der Punktelektrode entfernt platziert ist. Die Elektrode 142 repräsentiert
das Schrittmachergehäuse,
das als die neutrale Elektrode für
ausgewählte
unipolare Schrittmach- und/oder Erfassungsfunktionen, die im weiteren
Text noch beschrieben werden, verwendet werden kann. Die Ausgangsschaltung 108 wird über den
Bus 126 von der Steuerung 106 gesteuert, um Zeit,
Amplitude und Impulsbreite des abzugebenden Impulses zu bestimmen, und
um zu bestimmen, welches Elektrodenpaar für die Abgabe des Impulses herangezogen
wird. Die Ausgangsstufe 108 wird auch für die Abgabe der tachykardieauslösenden Impulsen über die
Elektroden 138, 140 verwendet. Bei einer PCD-artigen Vorrichtung
kann sie auch für
die Abgabe von kardiovertierenden Impulsen zwischen den Elektroden 134 und dem
Gehäuse 142 verwendet
werden. Die Elektroden 134, 138 und 140 können geeigneterweise
von einer Leitung wie der in 1B gezeigten
gestellt werden, wie es bei dem von Medtronic hergestellten Leitungsmodell 6932 (passive
Fixierung) oder dem Modell 6936 (aktive Fixierung) der Fall ist.
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Das
Erfassen von QRS- und T-Wellen wird von der Eingangsverstärkerschaltung 110 durchgeführt, die
erfasste Signale von den Elektroden 138, 140 und/oder 142 empfängt. Signale,
die das Auftreten von natürlichen
Ventrikel-Kontraktionen sowie getakteten Ventrikel-Kontraktionen und
T-Wellen anzeigen, werden über
den Bus 128 der Steuerung 106 zugeleitet. Die
Steuerung 106 leitet Daten, die das Auftreten solcher Ventrikel-Signale
anzeigen, über den
Steuerbus 132 an den Mikroprozessor 100, der alle
notwenigen Berechnungen durchführt,
und der insbesondere die Abgabe von tachykardieauslösenden Impulsen
auf die im weiteren Text beschriebene Weise taktet.
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Die
externe Steuerung der implantierten Vorrichtung erfolgt über den
Fernsteuerungsblock 120, der eine Kommunikation zwischen
der implantierten Vorrichtung und einer externen Programmiereinrichtung
(nicht gezeigt) ermöglicht.
Die Fernkommunikation erfolgt typischerweise über die Antenne 144.
Entsprechende Fernübertragungs-/Programmiersysteme
sind im US-Patent Nr. 4,401,120, Hartlaub et al., im US-Patent Nr.
4,556,063, Thompson et al., und im US-Patent Nr. 4,550,370, Baker,
offenbart. Es wird jedoch angenommen, dass jede herkömmliche
Fernübertragungs-/Programmierschaltung
im Kontext der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. Information, die
dem Schrittmacher von der Programmiereinrichtung eingegeben wird,
wird über
den Bus 130 an die Steuerung 106 geleitet. Auf ähnliche
Weise wird vom Schrittmacher kommende Information über den
Bus 130 and den Fernübertragungsblock 120 geleitet,
um an die externe Programmiereinrichtung übertragen zu werden.
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In 2A ist
ein Zeitablaufdiagramm dargestellt, das illustriert, wie Auslöseimpulse
zum Auslösen
von Tachykardie gemäß der vorliegenden
Erfindung abgegeben werden. Das Zeitablaufdiagramm zeigt die Abgabe
von Impulsen an den Ventrikel, um eine VT auszulösen, es sei jedoch darauf hingewiesen,
dass diese Erfindung auch für
das Auslösen
von Atrio-Tachykardie
verwendbar ist.
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Beginnend
auf der linken Seite des Zeitablaufdiagramms von 2A ist
ein im Patienten vorhandener natürlicher
Sinusschlag gezeigt, der ein V-V_int liefert, das vom Schrittmacher
oder einer anderen implantierbaren Vorrichtung gemessen wird. Nach
der Messung von V-V_int
wird eine Reihe von n Reizimpulsen mit einer Frequenz abgegeben,
die höher
ist als die natürliche
Frequenz, d.h. das Escape-Intervall ist kürzer als das Intervall V-V-int.
Nach der Abgabe von n solchen Impulsen, wobei n lediglich 1 oder
2 oder eine größere Zahl
sein kann, wird ein nächster
Schrittmachimpuls mit dem gleichen Escape-Intervall abgegeben; dann
wird ein Auslöseimpuls
(genannt IP, inducing pulse) abgegeben, vorzugsweise während der
abfallenden Flanke der T-Welle. Wie in 2B zu
sehen, ist die abfallende Flanke der T-Welle als die auf den Maximalwert
(Spitzenwert) der T-Welle folgende Abwärtsflanke definiert. Der Auslöseimpuls
kann sofort nach Erfassung der negativgehenden abfallenden Flanke
abgegeben werden, oder er kann nach dem Ablauf einer auf den Spitzenwert
folgenden kurzen zeitlichen Verzögerung
(t) abgegeben werden, wobei die Verzögerung so berechnet ist, dass
sie während
der abfallenden Flanke der T-Welle ausgelöst wird. In 2A ist
gezeigt, dass zwei solche Auslöseimpulse
abgegeben werden, woraufhin die Tachykardie eintritt.
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In 2C ist
ein Zeitablaufdiagramm gezeigt, das ein Zeitfenster W darstellt,
das für
die zeitliche Steuerung der Funktion eines T-Wellen-Leseverstärkers verwendet
wird, die auf eine solche Weise erfolgt, wie es im US-Patent Nr.
4, 593,695 offenbart ist. Das Zeitsteuerungsfenster W wird nach
jeder erfassten T-Welle so eingestellt, dass es der Zeit folgt,
zu der die auf einen abgegebenen Impuls folgende T-Welle erwartet
wird, wodurch der Leseverstärker
befähigt
wird, während
eines spezifischen begrenzten Intervalls in jedem Zyklus nach der
abfallenden Flanke der T-Welle zu suchen.
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In 3 ist
ein Ablaufplan gezeigt, der die beim Ausführen der erfindungsgemäßen Routine zum
Auslösen
einer hochfrequenten Tachykardie vorzunehmenden primären Schritte
darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die bevorzugte Ausführungsform
eine Softwareroutine beinhaltet, die vom Mikroprozessor 100 und
dem Speicher 102 oder 104, die in 1 gezeigt
sind, ausgeführt
wird. Diese Routine oder andere äquivalente
Routinen können jedoch
auch von anderen äquivalenten
Logikkomponenten ausgeführt
werden.
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Bei
Block 30 wird die Routine initialisiert; die Zahl n der
anfänglichen Übersteuerungs-Schrittmachimpulse
wird auf einen vorherbestimmten Wert gesetzt, und die Zahl NS von in Reihe abzugebenden Auslöseimpulsen
wird auf z.B. einen Wert innerhalb des Bereichs von 1 bis 5 gesetzt,
während
die Variable N auf 0 gesetzt wird. Bei 31 erfasst die Vorrichtung
spontane Herzschläge
und ermittelt das V-V-Intervall. Bei 32 wird das Escape-Intervall
einem Wert gleichgesetzt, der kleiner ist als das V-V-Intervall,
um die natürliche
Frequenz zu übersteuern.
Bei 33 werden über
n Zyklen mit dem Übersteuerungs-Escape-Intervall Übersteuerungs-Schrittmachimpulse
abgegeben. Daraufhin wird, wie bei 34 gezeigt, ein erster
Schrittmachimpuls abgegeben, wiederum mit dem vorher gesetzten Übersteuerungs-Escape-Intervall, und der
Zeitgeber für
das Escape-Intervall wird rückgesetzt.
Bei 35 wird der ausgewählte
T-Wellen-Abschnitt, vorzugsweise die abfallende Flanke, erfasst.
Bei 36 wird der Auslöseimpuls
zu einer vorherbestimmten, auf die T-Erfassung bezogenen Zeit abgegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird
der Auslöseimpuls
direkt nach der Erfassung der abfallenden Flanke der T-Welle abgegeben,
wobei die Erfindung auch so ausgeführt werden kann, dass zunächst eine
kurze Verzögerung, at, ausgetaktet wird. Daraufhin wird das
T-Erfassungs-Fenster
W wie bei 37 gezeigt eingestellt, d.h. es wird in Relation
zum Reizimpuls vorwärts/rückwärts verschoben,
um die T-Welle zu erfassen. Dann wartet die Vorrichtung, wie bei 38 gezeigt.
Wird das Warten durch eine Erfassung bei Block 39 beendet,
so zeigt dies das Auftreten einer spontanen R-Welle vor der Zeitauslösung des
nächsten
Escape-Intervalls an, was ein Indikator für eine ausgelöste Tachykardie
sein könnte.
Die Routine zweigt dann ab zu 45 und führt nach herkömmlichen
Techniken ein Verfahren aus, mit dem eine Tachykardie bestätigt wird.
Folgt auf das Warten bei 38 keine Erfassung bei 39,
sondern eine Zeitauslösung
des Escape-Intervalls, dann inkrementiert die Routine N um 1, wie
bei 40 gezeigt; wird bei 41 festgestellt, dass
N gleich NS ist, so zeigt dies an, dass die
Reihe vollständig
ausgeführt
ist, und die Routine zweigt ab zu 45. Ist N jedoch nicht
gleich NS, dann kehrt die Routine zurück zu 34 und
fährt damit
fort, den nächsten Übersteuerungs-Schrittmachimpuls und
auf diesen folgenden Auslöseimpuls
abzugeben. Somit steuert die Routine die Vorrichtung so, dass eine
Reihe von Auslöseimpulsen
abgegeben wird, von denen jeder in Relation zu der auf den letzten
abgegebenen Reizimpuls folgenden T-Welle getaktet ist. Ist eine
Tachykardie ausgelöst,
bevor die gesamte Impulsreihe abgegeben wurde, dann wird die Reihe abgebrochen;
ist nach der Impulsreihe noch keine Tachykardie ausgelöst, dann
kann durch einen entsprechenden Befehl von der externen Programmiereinrichtung
eine neue Reihe gestartet werden.
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Wie
oben erläutert
ist das Takten jedes Auslöseimpulses
in der Reihe von abgegebenen Auslöseimpulsen kritisch und muss
in Bezug auf jede T-Welle exakt bestimmt werden. So kann nach dem ersten
abgegebenen Auslöseimpuls
das QT-Intervall während
des nächsten
Zyklus aufgrund der Auswirkung des Auslöseimpulses verändert werden.
Es ist auch wichtig, den Auslöseimpuls
auf der Abwärtsflanke
oder abfallenden Flanke der T-Welle zu positionieren. Durch diese
Notwendigkeiten wird die konstruktionelle Umsetzung der Leistungskenndaten
der Leitungselektroden und des Erfassungsschaltkreises für das Erfassen
der T-Welle zusätzlich
erschwert. Um eine optimale Erfassung der T-Welle und eine optimale
Taktung der Abgabe des Auslöseimpulses
zu gewährleisten
ist die Nahfelderfassung wünschenswert.
Anders gesagt ist es wünschenswert,
die Repolarisation der Herzzellen an der Stelle der Punktelektrode,
an der der Auslöseimpuls
abgegeben wird, so exakt wie möglich
zu erfassen. Der Terminus umfasst somit jede beliebige bipolare
Leitung mit einem Punkt-zu-Ring-Abstand, der wesentlich kleiner
ist als der herkömmliche
bipolare Abstand, und der insbesondere weniger als ca. 5 mm beträgt; oder
er umfasst einen beliebigen Schaltkreis, z.B. einen FDC-Schaltkreis, der
so funktioniert, dass das Signal im Wesentlichen zum Zeitpunkt seines
Auftretens am die Schrittmachimpulse empfangenden Herzgewebe erfasst
wird.
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Die
erforderliche Nahfeld- oder lokalisierte Erfassung kann besonders
vorteilhaft durch die Verwendung einer der in den 4(a), 4(b) und 4(c) gezeigten
Konfigurationen erreicht werden. In 4(a) umfasst
die Eingangsschaltung 110 einen FDC oder Felddichtenklemmschaltkreis 52.
Der Felddichtenklemmschaltkreis ist in den US-Patenten 5,156,149 und
5,233,985 der Inhaberin auch der vorliegenden Erfindung offenbart.
Die Felddichtenklemmschaltung ist im Zusammenhang mit einer unipolaren
Leitung vorteilhaft, und sie ist so dargestellt, dass sie einen geerdeten
Eingang hat, wie bei 142 gezeigt, und der andere Eingang
mit der Punktelektrode 138 verbunden ist. Der FDC-Schaltkreis
funktioniert so, dass er im Prinzip die Spannung an der Punktelektrode 138 an
die an der neutralen Elektrode 142, z.B. dem Schrittmachergehäuse, klemmt,
wie es in den oben genannten Patenten erklärt ist. Durch diese Technik wird
vom FDC-Schaltkreis ein Signal ausgelöst, das ein hochgradig exaktes
Nahfeldsignal ist, das die Veränderungen
in der Nähe
der Elektrode 138 darstellt. Das resultierende Signal ist
ein engeres, schärferes
Signal, das eine verbesserte zeitliche Steuerung der Repolarisation
an der Punktelektrode ermöglicht.
Die Kombination aus einem FDC-Eingangsschaltkreis
und einer unipolaren Leitung liefert also ein erwünschtes
Nahfeld-T-Wellen-Signal
für die Verwendung
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Der FDC-Schaltkreis
kann auf ähnliche
Weise auch für
ein verbessertes Erfassen von Atrio-Repolarisationssignalen verwendet werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines FDC-Schaltkreises
als Teil dieser Erfindung das Leitungsmuster nicht darauf beschränkt, unipolar
zu sein. Es kann also auch eine bipolare Leitung verwendet werden,
z.B. eine Leitung, bei der die Elektroden 138 und 140 für das Ventrikel-Schrittmachen
und die R-Wellen-Erfassung verwendet werden, wobei ein separater
FDC-Erfassungskanal für das
Erfassen der T-Welle zwischen der Punktelektrode 138 und
der neutralen Elektrode (dem Schrittmachergehäuse) 142 verwendet
wird. Wie in 4(a) gezeigt sind der
FDC-Schaltkreis 52 und der R-Wellen-Erfassungsschaltkreis 54 separate
Schaltkreise innerhalb des Blocks 110 (1),
von denen jeder Filtereigenschaften und/oder Fensteraktivierungseigenschaften
hat, um die jeweiligen Signalabschnitte zu unterscheiden.
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In 4(b) ist eine alternative Anordnung gezeigt,
in der ein digitaler Signalprozessor-(DSP) Schaltkreis 53 mit
zugehöriger
Software Teil der Eingangsschaltung 110 ist, kombiniert
mit dem bipolaren Erfassen durch die Elektroden 138, 140.
Bei dieser Anordnung ist die Ringelektrode 140 geeigneterweise
nahe an der Punktelektrode 138, z.B. weniger als 10 mm
entfernt. Eine solche nahe Beabstandung der bipolaren Elektroden
bewirkt ein schärferes
Nahfeldsignal, das die Zellrepolarisation in der Nähe der Punktelektrode 118 repräsentiert.
Bei jeder der in den 4(a) und 4(b) gezeigten Konfigurationen wird die T-Welle
als ein sehr enges, lokalisiertes Signal erfasst, so dass es wünschenswert
ist, die Erzeugung des Auslöseimpulses
praktisch unmittelbar nach der Erfassung der T-Wellen-Abwärtsflanke
zu triggern, oder nach einem kleinen, auf das T-Wellen-Maximum folgenden at.
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In 4(c) ist ein Diagramm gezeigt, das das
distale Ende einer Leitung mit einer Elektrodenkonfiguration, die
speziell für
die Nah- oder Nahfelderfassung von Signalen an dem Ort, an dem sie
an der Herzwand befestigt ist, darstellt. Die Elektrode kann Zinken 139 oder
beliebige andere standardgemäße passive
oder aktive Elemente für
die erforderliche Befestigung haben. Sie kann auch eine poröse Fläche sowie
die Fähigkeit
einer Steroidelution haben, wie im Stand der Technik bekannt. Für den Zweck
dieser tachykardieauslösenden
Ausführungsform
ist jedoch nur die Elektrodenkonfiguration gezeigt. Die Punktelektrode 138-S hat
Nominalgröße, z.B.
2 bis 6 mm2, und sie kann aus einer porösen Platinlegierung
gefertigt sein. Die Ringelektrode 140-S hat eine größere Fläche, z.B.
in der Größenordnung von
10 bis 36 mm2. Es ist wichtig, dass die
Entfernung 141 zwischen den Elektroden weniger als 1 mm,
und vorzugsweise weniger als ca. 0,5 bis 0,75 mm beträgt, und
dass diese Entfernung so weit in Richtung Null reduziert werden
kann, wie es bei der Herstellung der Leitung möglich ist. Das Äußere der Leitung
zwischen den beiden Elektroden ist ein typisches Gehäusematerial,
das biokompatibel ist und eine hohe elektrische Isolation bietet.
Jede Elektrode ist mit einem separaten Leiter verbunden, der hier nicht
gezeigt ist, der sich innerhalb des Gehäuses 146 entlang der
Länge der
Leitung erstreckt, um elektrische Verbindungen mit dem Schrittmacher
herzustellen. Dadurch, dass der Abstand zwischen den Elektroden
weniger als 1 mm beträgt,
bietet diese Elektrodenkonfiguration eine exzellente Nahfelderfassung
von Herzsignalen; sie kann im Atrium für das Erfassen von P-Wellen
und Atrio-Repolarisationen, und im Ventrikel für das Erfassen von R- und T-Wellen
eingesetzt werden. Bei der speziellen erfindungsgemäßen Anwendung
kann die T-Wellen-Abwärtsflanke
an der Stelle der Punktfixierung bestimmt werden, indem die in 4(d) als DS bezeichnete Signal-Abwärtsflanke
erfasst wird; 4(d) zeigt das erfasste
intrakardiale Nahfeld-Ventrikel-Signal im Vergleich mit dem Oberflächen-EKG.
Es ist zu sehen, dass diese Leitung ein charakteristisches Signal
liefert, das eine deutliche Verbesserung für die extreme Nahfeld-T-Wellen-Erfassung
darstellt, die z.B. für eine
Erhöhung
der Effektivität
bei der erfindungsgemäßen Tachykardieauslösung wichtig
ist. Das Ventrikel-Signal kann in die DSP-Schaltung eingegeben werden,
wie in 4(b) gezeigt, um das Signal
weiter zu verbessern. Die Elektrodenanordnung aus 4(c) kann
auf ähnliche
Weise im Atrium eingesetzt werden, und es hat sich herausgestellt,
dass sie P-Wellen und auch Atrio-Repolarisationssignale ohne jegliche
signifikante Fernfelderfassung von R-Wellen zuverlässig erfasst.
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Die
hier offenbarten Ausführungsformen
zur Nahfelderfassung sind speziell für das erfindungsgemäße System
geeignet, und für
die Verwendung beim Auslösen
von Tachykardie im Atrium oder im Ventrikel. Sie sind jedoch auch
insbesondere geeignet, um andere Herzsignalen zu erhalten, die normalerweise
schwer zu erfassen sind, wie z.B. Atrio-Repolarisationen, und für die Verwendung
beim Herstellen einer hochgenauen Taktung in Relation zu einem beliebigen
erfassten Herzsignal. Die Ausführungsformen
zur Nahfelderfassung sind somit für jegliche kardiologische Anwendung
nutzbringend, bei der die exakte Taktung eines nächsten Impulses in Relation
zu einer vorangegangenen Atrio- oder Ventrikel-Depolarisation oder
-Repolarisation erforderlich ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße System die Abgabe von regulären Schrittmachimpulsen
mit einschließt,
und dass somit die Notwendigkeit des Erzeugens von hochenergetischen
kardioversions- oder defibrillationsartigen Impulsen vermieden wird.
Die erfindungsgemäß abgegebenen
Auslöseimpulse
haben geeigneterweise ungefähr
den zweifachen Wert des Schrittmach-Schwellenwerts. Für jeden
abgegebenen Auslöseimpuls
der programmierten Impulsreihe gilt, dass die Auslöseimpulse
mit Standardpegel in sehr naher zeitlicher Beziehung zur Zellrepolarisation
in der Nähe
der Elektrode oder der Elektroden, die für die Impulsabgabe verwendet
wird werden, abgegeben werden.