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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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A. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen implantierbaren Schrittmacher
und insbesondere einen Schrittmacher, der dafür aufgebaut und eingerichtet ist,
das drohende Einsetzen einer Vorhoffibrillation zu erkennen und
automatisch Maßnahmen
zu ergreifen, die zu deren Verhinderung notwendig sind.
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B. STAND DER TECHNIK
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Da
eine Herzkammertachyarrhythmie ernste und möglicherweise tödliche Folgen
haben kann, ist bis vor kurzem die Detektion und Reversion dieses unerwünschten
Zustands das vordringlichste Anliegen der Kliniker gewesen. Obwohl
viele Schrittmacher auch eine Vorhoffibrillation detektieren konnten, hielt
man diesen letztgenannten Zustand für relativ gutartig, wenn auch
unangenehm für
den Patienten. Folglich wurde die Vorhoffibrillation entweder ignoriert
oder durch Schmerzlinderung behandelt.
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Da
jedoch heutige Schrittmacher die Herzkammertachyarrhythmie ziemlich
gut behandeln können,
wird der Detektion und Behandlung der Vorhoffibrillation (AF) jetzt
viel Beachtung geschenkt. Es gibt mehrere Gründe dafür, weshalb es für wichtig
gehalten wird, die Vorhoffibrillation unter Kontrolle zu halten.
Erstens wird die Vorhoffibrillation mit dem Verlust des AV-Synchronismus
in Zusammenhang gesehen und kann somit zu unregelmäßiger Herzschlagfrequenz
und einer hämodynamisch
ineffizienten Herztätigkeit
führen.
Die Vorhoffibrillation ist bisher auch schon mit anderen Problemen
in Zusammenhang gesehen worden, wie etwa Kurzatmigkeit, Müdigkeit,
Schwindelgefühl,
Angina Pectoris und Herzklopfen. Diese Zustände führen dazu, daß ein Patient seine
Fähigkeit,
das Leben zu genießen
und sich normal zu verhalten, verliert, und können seine Fähigkeit,
einer Arbeit nachzugehen und seinen Lebensunterhalt zu verdienen,
begrenzen. Eine besonders unheilvolle Konsequenz einer Vorhoffibrillation
ist ein Schlaganfall, der durch eine Embolie verursacht wird, die
durch Blutzusammenballung und -gerinnung im linken Vorhof entsteht.
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Neuere
Untersuchungen haben tatsächlich gezeigt,
daß bei
0,3 bis 0,4 % der Gesamtbevölkerung
eine Vorhoffibrillation auftritt. Darüber hinaus nimmt die Häufigkeit
einer Vorhoffibrillation mit dem Alter zu, so daß sie 2 bis 4 % im Alter von
60, und 8 bis 11 % im Alter ab 75 Jahren erreichen kann. Bisher bestand
jedoch die einzige Möglichkeit,
mit Schrittmachern eine Vorhoffibrillation, wenn überhaupt,
zu behandeln, darin, den Modus von Zweikammer- auf Herzkammerstimulation
umzuschalten, nachdem die Vorhoffibrillation detektiert worden ist.
Allerdings macht diese Methode erforderlich, daß zuerst einmal eine Vorhoffibrillation
auftritt. Wenn die Vorhoffibrillation einsetzt, werden ihre unerwünschten
Auswirkungen vom Patienten verspürt
und verursachen eine unnötige
Belastung für
das Herz, zumindest solange, bis sie rückgängig gemacht wird. Wenn eine
Vorhoffibrillation einsetzt, muß sie
außerdem
relativ schnell revertiert werden, bevor sie die Bildung von Emboli oder
andere Komplikationen bewirken kann. Es hat sich außerdem folgendes
gezeigt: Je länger
eine Person im Zustand der Vorhoffibrillation bleibt, umso wahrscheinlicher
ist es, daß die
Vorhoffibrillation bestehen bleibt und wiederkehrende Episoden auftreten.
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Die
internationale Patentanmeldung WO 97140886 offenbart die Vermeidung
von Fibrillation durch Verabreichung eines Pulsbursts mit geringer Energie
an mehreren Stellen bei der Detektion eines einzigen vorzeitigen
Vorhofschlags.
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AUFGABEN UND
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts
dieser Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen implantierbaren Schrittmacher bereitzustellen, der Ereignisse
detektieren kann, die auf eine drohende Vorhoffibrillationsepisode
hinweisen, bevor die AF auftritt.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, einen Schrittmacher bereitzustellen,
der automatisch vorbeugende Maßnahmen
ergreifen kann, um sicherzustellen, daß keine Vorhoffibrillation
auftritt.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, einen Schrittmacher bereitzustellen,
der eine Vorhoffibrillation für
eine vorbestimmte Zeitdauer nachhaltig verhindert, sobald sie begonnen
hat, um sicherzustellen, daß die
Vorhoffibrillation nicht erneut auftritt.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung hervor.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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Das
heißt,
ein erfindungsgemäß aufgebauter Schrittmacher
weist auf: einen Sensor zur Wahrnehmung eigenständiger Vorhofaktivität, einen
Stimulationsgenerator zur Erzeugung von Stimulationsimpulsen sowohl
für den
Vorhof als auch für
die Herzkammer entsprechend den Stimulationsbefehlen und eine Steuereinrichtung
zur Erzeugung der Befehle, die so ausgewählt sind, daß sichergestellt
wird, daß das
Herz des Patienten optimal arbeitet. Wichtig ist, daß der Schrittmacher
ferner mit einem Detektor zur Detektion von Ereignissen, die auf
eine drohende Vorhoffibrillation hinweisen, versehen ist. Der Detektor
kann beispielsweise wieder einsetzende Vorhofereignisse detektieren,
die entweder durch ihren Zeitablauf in bezug auf eine gesamte Vorhofrefraktärperiode
oder auf der Grundlage ihrer Morphologie als ektopische Ereignisse
klassifiziert werden können.
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Wenn
eine drohende Vorhoffibrillation vorausgesagt wird, schaltet der
Schrittmacher automatisch in einen Modus, in dem entweder eines
von beiden oder beides, nämlich
der Vorhof und/oder die Herzkammer geringfügig überstimuliert werden, wobei
verhindert wird, daß die
Vorhoffibrillationsepisode auftritt.
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Nach
einer vorbestimmten Zeitdauer kehrt der Schrittmacher in den Normalbetrieb
zurück.
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Die
Erfindung kann auch in andere Kardioversionsvorrichtungen einbezogen
werden, wie etwa in einen Defibrillator.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Schrittmachers;
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung
für den
Schrittmacher in 1;
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Mikroprozessors für den Schrittmacher in 1;
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4 zeigt
Einzelheiten der Steuereinrichtung für den Mikroprozessor in 3;
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5 zeigt
Einzelheiten des Vorhoffrequenzmonitors in 4;
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6 zeigt
ein Flußdiagramm
für den
Betrieb des Vorhoffrequenzmonitors in 5;
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7 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines AF-Präkursor-Detektors;
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8 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines AF-Präkursor-Detektors;
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9 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines AF Präkursor-Detektors;
und
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10 zeigt
eine vierte Ausführungsform
eines AF-Präkursor-Detektors.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
erfindungsgemäß aufgebauter
Schrittmacher ist in 1 bis 4 dargestellt. 1 zeigt ein
Blockschaltbild des Schrittmachers. Der Schrittmacher 10 ist
so ausgeführt,
daß er
in einen Patienten implantiert werden kann, und ist durch die Leitungen 12 und 13 mit
dem Herzen 11 eines Patienten zur Wahrnehmung und Stimulation
des Herzens 11 verbunden, wie beispielsweise beschrieben
im US-Patent 5 441 523 von Tibor A Nappholz et al., mit dem Titel:
FORCED ATRIOVENTRICULAR SYNCHRONY DUAL CHAMBER PACEMAKER (Zweikammer-Schrittmacher
mit erzwungenem atroventrikulären
Synchronismus). Das heißt,
die Herzvorhofleitung 12 erstreckt sich in den Herzvorhof 11,
und die Herzkammerleitung 13 erstreckt sich in die Herzkammer
des Herzens 11. Die Leitungen 12 und 13 werden
sowohl für
die Wahrnehmung elektrischer Aktivitäten im Herzen als auch für die Zuführung von
Stimulationsimpulsen zum Herzen verwendet. Der Schrittmacher 10 weist
auf: eine Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 zur
Detektion von Analogsignalen über
die Leitungen 12 und 13 und zur Abgabe von Stimulationsimpulsen
an das Herz; einen Mikroprozessor 19, der als Antwort auf
zahlreiche Eingangssignale, die von der Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 empfangen
werden, Operationen zur Erzeugung verschiedener Steuer- und Datenausgangssignale
für die
Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 ausführt; und
eine Stromversorgungseinrichtung 18, die eine Spannungsversorgung
für die
Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 und den Mikroprozessor 19 über elektrische
Leitungen (nicht dargestellt) durchführt. Der Mikroprozessor 19 ist über einen
Adreß-
und Datenbus 122 mit einer Direktzugriffsspeicher/Nur-Lese-Speichereinheit 121 verbunden.
Eine Kleinleistungssignalleitung 124 dient dazu, an den
Mikroprozessor 19 ein Logiksignal zu liefern, das einen
niedrigen Energiepegel der Stromversorgungseinrichtung 18 anzeigt.
Der Mikroprozessor 19 und die Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 sind über eine Anzahl
von Daten- und Steuerleitungen miteinander verbunden, nämlich einen
Kommunikationsbus 42, eine Vorhofwahrnehmungsleitung 45,
eine Vorhofstimulationssteuerleitung 46, einen Vorhofempfindlichkeitssteuerbus 43,
einen Vorhofstimulationsenergiesteuerbus 44, eine Herzkammerwahrnehmungsleitung 49,
eine Herzkammerstimulationssteuerleitung 50, einen Herzkammerwahrnehmungssteuerbus 47 und
einen Herzkammerstimulationsenergiesteuerbus 48.
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2 zeigt
Einzelheiten der Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17.
Die Schaltung 17 weist auf einen Vorhofstimulationsimpulsgenerator 24,
einen Herzkammerstimulationsimpulsgenerator 34, einen Vorhof-Herzschlagsensor 25,
einen Herzkammer-Herzschlagsensor 35 und eine Telemetrieschaltung 30.
Die bevorzugte Ausführungsform der
Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 weist auch eine
Impedanzmeßschaltung 14 zur
Messung eines physiologischen Parameters auf, der den Stoffwechselbedarf
des Patienten anzeigt. Die Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 weist
auch einen Steuerblock 39 auf, der eine Schnittstelle zum Mikroprozessor 19 aufweist.
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Während des
Betriebs detektieren die Vorhof- und Herzkammer-Herzschlagsensorschaltungen 25 und 35 Vorhof-
bzw. Herzkammeranalogsignale 23 und 33 vom Herzen 11 und
wandeln die detektierten Analogsignale in Digitalsignale um. Außerdem empfangen
die Herzschlagsensorschaltungen 25 und 35 ein
Vorhofwahrnehmungssteuereingangssignal über einen Steuerbus 27 bzw.
ein Herzkammerwahrnehmungssteuereingangssignal über einen Steuerbus 37 vom
Steuerblock 39. Diese Steuersignale werden verwendet, um
die Empfindlichkeit der jeweiligen Sensoren einzustellen.
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Die
Vorhofstimulationsimpulsgeneratorschaltung 24 empfängt vom
Steuerblock 39 über
einen Vorhofstimulationssteuerbus 28 ein Vorhofstimulationssteuersignal
und ein Vorhofstimulationsenergiesteuersignal, um zu entsprechenden
Zeiten einen Vorhofstimulationsimpuls 22 zu erzeugen. Ebenso empfängt die
Herzkammerstimulationsimpulsgeneratorschaltung 34 vom Steuerblock 39 über einen
Herzkammerstimulationssteuerbus 38 ein Herzkammerstimulationssteuersignal
und ein Herzkammerstimulationsenergiesteuersignal, um einen Herzkammerstimulationsimpuls 32 zu
erzeugen. Das Vorhof- und das Herzkammerstimulationssteuersignal
bestimmen den entsprechenden Zeitablauf der Vorhof- und Herzkammerstimulation,
die stattfindet, während
die Vorhof- und Herzkammerstimulationsenergiesteuerungs-Eingangssignale
die jeweilige Größe der Impulsenergien
bestimmen.
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Der
Schrittmacher 10 führt
eine Impedanzmessung durch, wenn der Mikroprozessor 19 über den
Impedanzsteuerbus 21 ein Signal sendet, um die Impedanzmeßschaltung 14 zu
aktivieren. Die Impedanzmeßschaltung 14 speist
dann über
die Leitung 20 einen Strom in die Herzkammerleitung 13 ein
und mißt
eine Spannung, die sich aus dem eingespeisten Strom ergibt. Diese
Strom- und Spannungssignale definieren eine Impedanzcharakteristik
des Stoffwechselbedarfs des Patienten und insbesondere des momentanen
Minutenvolumens. Dieses momentane Minutenvolumen wird dann gefiltert
und durch Subtrahieren eines Langzeit-Durchschnittswerts weiter modifiziert.
Der resultierende Parameter ist der Minutenvolumen-Parameter.
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Die
Telemetrieschaltung 30 stellt eine bidirektionale Verbindung
zwischen dem Steuerblock 39 der Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17 und
einer externen Vorrichtung, wie etwa einem Programmiergerät, her.
Dadurch können
Daten, wie etwa die Betriebsparameter, aus dem implantierten Schrittmacher
gelesen oder in diesem verändert
werden. Ein exemplarisches Programmiergerät ist der Network Programmer
9600, der von Telectronics Pacing Systems, Inc. in Englewood, Colorado,
U.S.A. hergestellt wird.
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3 zeigt
den Mikroprozessor 19 mit einer Zeitgeberschaltung 51 zur
Erzeugung verschiedener Zeitablaufsignale, einer Steuereinrichtung 53,
einer Vektorinterruptschaltung 54, einem ROM 55,
einem RAM 56, einem externen Speicher 57 und einem Schnittstellenanschluß 41.
Die Signale zwischen diesen Elementen werden über einen internen Kommunikationsbus 40 ausgetauscht.
Der RAM 56 wirkt als ein Arbeitspuffer und aktiver Speicher
während
der Ausführung
der im ROM 55 gespeicherten und vom Mikroprozessor 19 verwendeten
Programme. Der ROM 55 wird verwendet, um Programme zu speichern,
einschließlich
Systemüberwachungsprogramme,
Detektionsalgorithmen zur Detektion und Bestätigung von Arrhythmien und
zur Programmierung zur Bestimmung der Frequenz des Schrittmachers
sowie Speicherprogramme zur Speicherung von Daten in bezug auf das
Funktionieren des Impulsgenerators 10 und des von den Herzleitungen 12 und 13 bereitgestellten
Elektrogramms im externen Speicher 57. Die Zeitgeberschaltung 51 und
deren zugeordnete Steuersoftware führen bestimmte Zeitablaufsfunktionen
aus, die der Mikroprozessor 19 benötigt, ohne gänzlich auf
die Software zurückzugreifen,
wodurch die Rechenbelastungen und die Verlustleistung der Steuereinrichtung 53 reduziert
werden.
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Die
von der Telemetrieschaltung 30 empfangenen Signale ermöglichen
einem externen Programmiergerät
(nicht dargestellt), die Betriebsparameter der Stimulations- und
Wahrnehmungsschaltung 17 durch Lieferung entsprechender
Signale an den Steuerblock 39 zu ändern. Der Kommunikationsbus 42 dient
zur Bereitstellung von Signalen, die eine solche Steuerung des Mikroprozessors 19 anzeigen.
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Der
Mikroprozessor 19 empfängt über seinen
Anschluß 41 Status-
und/oder Steuereingangssignale von der Stimulations- und Wahrnehmungsschaltung 17,
einschließlich
der Erfassungssignale über
die vorher beschriebenen Wahrnehmungsleitungen 45 und 49.
Bei Verwendung der Steuereinrichtung 53 führt diese
verschiedene Vorgänge
aus, einschließlich
Arrhythmiewahrnehmung, und erzeugt Ausgangssignale, wie etwa die
Vorhofstimulationssteuerung auf der Leitung 46 und die
Herzkammerstimulationssteuerung auf der Leitung 50, die
die Art der Stimulation, die stattfinden soll, bestimmen. Andere
Steuerausgangssignale, die vom Mikroprozessor 19 erzeugt
werden, sind u.a. Vorhof- und Herzkammerstimulationsenergiesteuerungen
auf den Bussen 44 bzw. 48, die die Größe der Impulsenergie
bestimmen, und die Vorhof- und Herzkammer-Empfindlichkeitssteuerungen
auf den Bussen 43 bzw. 47, die die Empfindlichkeiten
der Wahrnehmungsschaltungen einstellen. Die Frequenz der Vorhof-
und/oder Herzkammerstimulation wird von der Steuereinrichtung 53 eingestellt,
wie unten beschrieben.
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Der
Schrittmacher 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung funktioniert bei Verwendung eines beliebigen Stoffwechselratenanzeigesystems
richtig, solange dieses System den wahrgenommenen Parameter zuverlässig mit
einer entsprechenden Übereinstimmung
zwischen Stoffwechselbedarf und Stimuliationsfrequenz in Verbindung
bringen kann. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet die
in 2 gezeigte Impedanzmeßschaltung 14, die die
transthorakale Impedanz mißt,
um das Atemminutenvolumen zu bestimmen, wie im US-Patent 4901725
von T. A Nappholz, et al. erteilt am 20. Februar 1990 für "Minute Volume-Responsive
Pacemaker" (Auf
Minutenvolumen ansprechender Schrittmacher) beschrieben.
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4 zeigt
das Blockschaltbild der Steuereinrichtung 53 in 3.
Die Steuereinrichtung 53 weist eine Ablaufsteuereinheit 53C,
einen Minutenvolumenprozessor 53A und einen Vorhoffrequenzmonitor 53B auf.
Der Minutenvolumenprozessor 53A verwendet die über den
internen Bus 40 vom Impedanzmeßblock 14 zugeführten Daten,
um das von der Impedanzmessung angezeigte Minutenvolumen mit der
angezeigten Stoffwechselrate (MIR) in Verbindung zu bringen. Diese
Rate wird dann von der Ablaufsteuereinheit 53C verwendet,
um die Länge
jedes Intervalls im Zeitzyklus zu bestimmen. Obwohl der Schrittmacher 10 vorzugsweise
in einem DDDR-Modus betrieben wird, versteht es sich, daß er ebenso
in anderen Modi betrieben werden kann. Der Vorhoffrequenzmonitor 53B erzeugt
ein automatisches Moduswechsel(AMS-)Signal bei der Detektion einer
nichtphysiologischen Vorhoffrequenz und/oder eines nichtphysiologischen
Vorhofrhythmus. Dieses AMS-Signal schaltet den Schrittmacher 10 automatisch
in einen nichtvorhofbeteiligten Mitnahmemodus, wie etwa VVIR oder
DDIR. Wenn eine physiologische Vorhoffrequenz wieder aufgenommen
wird, ist das AMS-signal deaktiviert und der Schrittmacher kehrt zu
einem Vorhof-Mitnahmemodus zurück.
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Die
Steuereinrichtung 53 kann auch verwendet werden, um Befehle
für eine
andere Kardioversionstherapie zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 53 in
einem implantierbaren Defibrillator Defibrillationsbefehle erzeugen,
wie nachstehend ausführlicher
beschrieben ist.
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Wichtig
ist, daß der
Vorhoffrequenzmonitor 53B weiterhin mindestens einen Vorhoffibrillationspräkursor detektiert,
wie etwa ektopische Vorhofschläge.
Wenn ein mögliches
drohendes Vorhoffibrillationsereignis durch die Präkursoren
angezeigt wird, sendet der Monitor auch ein Overdrive-Stimulationssignal
an die Ablaufsteuereinheit 53C.
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Mit
Bezug auf 5 weist der Vorhofmonitor einen
AMS-Detektor 100, einen AF-Präkursor-Detektor 102, einen OAR-(Overdrive-Vorhoffrequenz-)Generator 104 und
einen Vorhoffusionsdetektor 106 auf. Der AMS-Detektor verwendet
eines der mehreren bekannten Systeme zur Detektion einer Vorhoftachyarrhythmie.
Zum Beispiel kann der AMS-Detektor 100 so ausgeführt sein,
daß er
ein Vorhofereignis in einer PVARP (postventrikuläre atriale Refraktärzeit) wahrnehmen
kann.
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Als
Alternative kann ein Aufwärts-/Abwärts-Zähler verwendet
werden, um die Anzahl der Vorhof-Vorhof-Intervalle
unterhalb/oberhalb eines vorgewählten
Schwellwerts zu zählen.
Vorhoftachyarrhythmien werden angezeigt, wenn der Zähler eine
vorgewählte
ganze Zahl erreicht.
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Weiter
entwickelte Prinzipien zur Detektion von Vorhoftachyarrhythmien,
die eine morphologische Analyse des wahrgenommenen Vorhofsignals erforderlich
machen, sind auch bekannt.
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Wenn
eine Vorhoftachyarrhythmie detektiert worden ist, unabhängig davon,
welches System verwendet wird, erzeugt der AMS-Detektor 100 ein AMS-Signal
für die
Ablaufsteuereinheit, was bewirkt, daß diese in einen Betriebsmodus
wechselt, in dem die Herzkammer unabhängig und asynchron von den Vorhofereignissen
stimuliert wird. Nachdem die Vorhoffibrillation beendet worden ist,
wird das AMS-Signal deaktiviert,
und die Ablaufsteuereinheit kehrt zu ihrem früheren Stimulationsmodus, wie
etwa DDDR, zurück.
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Jedes
AMS-Signal wird auch einem AMS-Speicher zugeführt, der die Frequenz und die Zeitdauer
dieser AMS-Episoden protokolliert.
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Der
Betrieb der Schaltung in 5 soll nun in Verbindung mit
dem Flußdiagramm
in 6 beschrieben werden. Im Schritt 200 detektiert
der AMS-Detektor 100 Vorhoftachyarrhythmien, wie vorstehend
beschrieben. Wenn eine Vorhoftachyarrhythmie detektiert ist, dann
wird im Schritt 202 das AMS-ein-Signal aktiviert und im
Speicher 108 aufgezeichnet, und das System wartet dann
auf das nächste
Vorhofwahrnehmungs-(As- oder Ap-)Ereignis (Schritt 204).
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Wenn
im Schritt 200 keine Vorhoftachyarrhythmie detektiert wird,
dann wird im Schritt 206 der Vorhoffibrillationspräkursor-(AFP-)Detektor
verwendet, um einen Vorhoffibrillationspräkursor zu detektieren. Einzelheiten
einiger Ausführungsformen
dieses Detektors werden nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung
von 7 bis 10 erläutert.
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Wenn
im Schritt 206 kein AF-Präkursor detektiert wird, dann
wartet das System im Schritt 204 auf das nächste Vorhofwahrnehmungssignal
(As) oder Vorhofstimulationsignal (Ap).
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Wenn
ein AF-Präkursor
detektiert wird, dann wird ein AF-Verhinderungssystem ausgelöst, wie nachfolgend
beschrieben ist. Zunächst
wird im Schritt 208 der Vorhof nochmals geprüft, um zu
bestätigen,
daß keine
Vorhoftachyarrhythmie detektiert worden ist. Wenn ja, dann kehrt
das System zum Schritt 202 zurück.
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Wenn
keine Vorhoftachyarrhythmie detektiert wird, dann wird im Schritt 212 ein
Befehl erzeugt, um den Vorhof mit einer OAR-Frequenz zu überstimulieren.
Diese Frequenz wird durch den OAR- Generator 104 erzeugt, indem
der kleinere Wert, nämlich
eine vorprogrammierte OAR-Höchstgrenze (OAR_max)
oder die letzte normale Vorhofstimulationsfrequenz (d. h. vor dem
Schritt 206) um einen Betrag D1 erhöht gewählt wird. D1 kann zum Beispiel
5 bis 10 Impulse/min betragen.
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In
den Schritten 214 und 216 werden Prüfungen durchgeführt, um
zu ermitteln, ob die OAR-Frequenz
zu niedrig ist. Im Schritt 214 wird eine Prüfung durchgeführt, um
zu ermitteln, ob mindestens die letzten X aus Y (zum Beispiel 7
aus 8) Vorhofereignissen stimuliert wurden. Wenn ja, dann erfolgt
im Schritt 216 eine Prüfung,
um zu ermitteln, ob der Vorhof vollständig eingefangen ist. Die Einfangdetektion kann
beispielsweise durch Detektierung des stimulierten oder Fusionsherzschlags
durch die Schaltung 106 erreicht werden. Stimulierte und
Fusionsherzschläge
können
zum Beispiel unter Verwendung eines PDI (Integral der stimulierten
Depolarisation) detektiert werden, wie im US-Patent 4 766 901 beschrieben.
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Wenn
eine von beiden Prüfungen
(214 oder 216) negativ ist, dann wird im Schritt 218 eine
Prüfung
durchgeführt,
um zu bestimmen, ob die aktuelle Frequenz eine Obergrenze OAR_max
erreicht hat. OAR_max kann etwa 100 Impulse/min betragen. Wenn diese
Frequenz erreicht worden ist, dann wird die Overdrive-Stimulation
fortgesetzt, indem eine Rückkehr
zum Schritt 208 erfolgt. Wenn nicht, dann wird im, Schritt 219 die
Stimulationsfrequenz um einen zusätzlichen Betrag D2 erhöht, der
5 bis 10 Impulse/min betragen kann.
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Wenn
die Prüfungen 214, 216 positiv
sind, dann werden in den Schritten 220 und 222 Prüfungen durchgeführt. Die
erste Prüfung
(Schritt 220) besteht darin, zu bestimmen, ob der Vorhof
sehr häufig
stimuliert wird, zum Beispiel 99 % oder mehr der Zeit einer vorbestimmten
Zeitdauer von etwa 30 Minuten. Wenn ja, dann erfolgt im Schritt 222 eine
zweite Prüfung,
um zu bestimmen, ob die OAR-Frequenz die programmierte minimale
Stimuliationsfrequenz überschreitet.
Wenn ja, wird im Schritt 224 die OAR-Frequenz um einen zusätzlichen
Betrag D3 verringert. Wobei D3 etwa 5 Impulse/min betragen kann.
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Wenn
die Prüfung
im Schritt 220 negativ ist, dann wird schließlich im
Schritt 226 die Gesamtzeit (mit dem Zeitgeber 110 in 5 gemessen)
für die Overdrive-Stimulation
geprüft.
Die Stimulation des Vorhofs mit der OAR-Frequenz sollte vorzugsweise auf
eine bestimmte Zeit T begrenzt sein. Zum Beispiel kann die Overdrive-Stimulation
auf 24 Stunden begrenzt sein. Jedoch kann diese Zeit T neu gestartet
werden, wenn während
der Overdrive-Stimulation ein neuer AF-Präkursor wahrgenommen wird. Deshalb
erfolgt im Schritt 228 eine Prüfung, um einen neuen AF-Präkursor wahrzunehmen.
Beim Vorhandensein eines solchen neuen Präkursors, wird der Zeitgeber 110 im
Schritt 230 zurückgesetzt.
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7 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines AF-Präkursordetektors 102A.
In dieser Ausführungsform
besteht der Detektor 102A aus einem ersten Zähler 110 einem
zweiten Zähler 112 und
einem X'-aus-Y'-Detektor 114.
Der erste Zähler 110 wird
nur während
der gesamten Vorhofrefraktärperiode (TARP)
freigegeben und hat die Aufgabe, die Anzahl der Vorhofwahrnehmungssignale,
die während
dieser kritischen Periode auftreten, zu zählen. Im wesentlichen wird
in dieser Ausführungsform
jedes eigenständige
Vorhofereignis, das während
dieser TARP-Periode wahrgenommen wird, als ein ektopischer Herzschlag
betrachtet.
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Der
Zähler 112 wird
zur Zählung
einer vorgewählten
Anzahl Y von Herzereignissen verwendet. Zum Beispiel kann der Zähler 112 verwendet
werden, um AA-Intervalle zu zählen.
Als Alternative können alle
anderen Ereignisse aus dem Hauptzeitablauf verwendet werden. Wenn
die Zahl Y erreicht ist, erzeugt der Zähler 112 ein Signal
an seinem Ausgang zum X-aus-Y-Detektor-114. Dieser letzte Detektor 114 empfängt außerdem eine
Eingangssignal X vom Zähler 110.
Der Detektor 114 ist so ausgeführt, daß er immer dann ein Ausgangssignal
erzeugt, wenn die Zahl vom Zähler 110 während Y
Herzzyklen einen vorgewählten
Schwellwert X überschreitet.
Das heißt,
der Detektor 114 erzeugt immer dann ein Ausgangssignal,
wenn mehr als X ektopische Herzschläge während Y Herzzyklen detektiert
werden. Dieses Ereignis wird durch den Detektor 114 als
ein AFP-Signal angezeigt, wobei angezeigt wird, daß ein Vorhoffibrillationspräkursor detektiert
worden ist. X aus Y kann zum Beispiel 3 aus 8 sein.
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In
der Ausführungsform
gemäß 8 weist der
Detektor 102B einen Merkmalextraktor 116, einen
Präkursorspeicher 118 und
einen Komparator 120 auf. In dieser Ausführungsform
analysiert der Merkmalextraktor 116 jedes Vorhofwahrnehmungssignal
und extrahiert bestimmte morphologische Merkmale, wie etwa Bereich,
Minimum- und Maximum-Werte, Zeitdauer und so weiter. Der Speicher 118 ist
ein Präkursorspeicher,
der zum Speichern von Merkmalen von Vorhofsignalen verwendet wird,
die bekannte Präkursoren
einer Vorhoffibrillation sind. Diese Information kann der Kliniker
vom Patienten abgeleitet haben oder kann auf der Grundlage statistischer
Ergebnisse beruhen. Die beiden Gruppen von Merkmalen vom Extraktor 116 und
vom Speicher 118 werden mit dem Komparator 120 verglichen.
Wenn der Komparator 120 feststellt, daß die Merkmale eines bestimmten
Vorhofereignisses (oder einer vorgewählten Anzahl von Vorhofereignissen)
mit den Merkmalen eines Vorhofpräkursors
innerhalb bestimmter Grenzen übereinstimmen,
dann erzeugt der Komparator 120 ein Signal AFP, das anzeigt,
daß ein Vorhoffibrillationspräkursor detektiert
worden ist.
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In
der Ausführungsform
gemäß 9 enthält der Detektor 102C auch
den Merkmalextraktor 116 und den Komparator 120,
aber zusätzlich
ist außerdem
ein Sinusspeicher 122. vorhanden In dieser Ausführungsform
wird der Speicher 122 zur Speicherung morphologischer Merkmale
von eigenständigen Sinusvorhofschlägen verwendet.
Diese Merkmale können
gesammelt und gespeichert werden, wenn keine Vorhoffibrillation
beobachtet wird. Der Komparator 120 vergleicht die Merkmale
von wahrgenommenen eigenständigen
Ereignissen, die durch den Extraktor 116 detektiert werden,
und die Merkmale der Sinusvorhofschläge vom Speicher 122.
Wenn mindestens ein Vorhofereignis Merkmale hat, die nicht mit den
Merkmalen der Sinusschläge übereinstimmen,
dann wird ein Vorhoffibrillationspräkursorsignal erzeugt. Das heißt, alle
eigenständigen
Signale, die innerhalb bestimmter Grenzen nicht mit Sinusvorhofschlägen übereinstimmen,
werden als ektopische Herzschläge
betrachtet.
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Ein
anderer Lösungsansatz
wird in der Ausführungsform
gemäß 10 verwendet.
In dieser Ausführungsform
wird ein Detektor für
paroxysmale Vorhoffibrillation verwendet, um kurze AF-Episoden, die
spontan wiederkehren, zu detektieren. Der Detektor 124 verwendet
Information vom Speicher 108, um diese paroxysmalen Episoden
zu detektieren. Diese Episoden werden von einem Zähler 126 über eine
vorbestimmte Zeitdauer gezählt,
die durch den Zeitgeber 128 definert wird. Der Zeitgeber 128 kann verwendet
werden, um beispielsweise eine 24-Stunden-Periode zu definieren.
Wenn während
dieser Zeit der Zähler 126 mindestens
eine vorbestimmte Anzahl solcher Episoden (zum Beispiel fünf) zählt, dann wird
für eine
vorbestimmte Zeitdauer ein AFP-Signal erzeugt, um zu bewirken, daß der Vorhof überstimuliert
wird. Auf diese Weise werden zukünftige
Vorhoffibrillationsepisoden verhindert, oder ihre Frequenz wird
verringert.
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Somit
wird, wie oben beschrieben, ein Schrittmacher bereitgestellt, der
bestimmte Ereignisse, die eine drohende Vorhoffibrillation anzeigen,
detektieren und diese Informationen dann verwenden kann, um das
Auftreten dieses unerwünschten
Ereignisses durch Overdrive-Stimulation des Vorhofs zu verhindern.
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Die
implantierbare Vorrichtung 10 in 1 bis 6 ist
in der bevorzugten Ausführungsform
als ein implantierbarer Schrittmacher beschrieben. Die Vorrichtung 10 ist
jedoch auch dafür
bestimmt, andere therapeutische Vorrichtungen zur Verabreichung einer
Herztherapie darzustellen, wie etwa eine generische implantierbare
Kardioversionsvorrichtung (ICD), die geeignet ist, Antitachy- und
Antibradykardie-Therapie durchzuführen. Für diese Ausführungsform
kann die Vorrichtung 10 einen Defibrillationsimpulsgenerator 300 enthalten,
der geeignet ist, Defibrillierungsimpulse über eine Defibrillierungselektrode 302 als
Antwort auf Befehle vom Mikroprozessor 19 abzugeben. Diese
Impulse können
verwendet werden, um Vorhofdefibrillations-, Herzkammerdefibrillationsimpulse
oder beides bereitzustellen.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf verschiedene bestimmte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, versteht es sich, daß diese Ausführungsformen
lediglich die Anwendung der Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
Demzufolge sollten die im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen als
exemplarisch und nicht als einschränkend in bezug auf die beigefügten Ansprüche erachtet
werden.