AT396429B - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

AT396429B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere auf einen elektrischen Herzstimulator, der rieh auch dazu eignet, einen nicht regelmäßigen Herzschlag, d. h. einen nicht regelmäßigen Herzzyklus, zu erkennen und durch geeignete Stimulation entsprechend der Art und Natur der vorliegenden anhythmischen Störung einzugreifen.

Es sind zahlreiche Herzschrittmacher bekannt, die unregelmäßigen Herzschlagrhythmen entgegenwirken können. Diese bekannten Vorrichtungen umfassen einfache asynchrone Herzschrittmacher sowie verschiedene Typen von komplizierten Demand-Herzschrittmachem, also sogenannte bedarfsgeregelte Schrittmacher. Asynchrone Herzschrittmacher erzeugen nur frequenzstabile oder festfrequente Impulse und sind im allgemeinen nicht mit der eigenen Herzschlagzahl synchronisiert. Die sogenannten bedarfsgesteuerten Herzschrittmacher bleiben inaktiv, solange die Herzaktivität normal ist Sie umfassen aber eine Sensoreinrichtung zur Feststellung, ob noch ein normaler Herzschlag vorhanden ist und erzeugen künstliche stimulierende Schlagimpulse zu einem geeigneten Zeitpunkt des Herzschlagzyklus, um dadurch einen beinahe normalen Rhythmus zu erhalten. Derartige Demand-Schrittmacher sind aber sehr komplex und kompliziert, vor allem im Hinblick auf die integrierte Mikroelektronik, welche hoch-komplexe Schaltkreise mit geringer physikalischer Größe und niedrigem Energieverbrauch verwendet Die Herzaktivität kann sowohl im Atrium (Vorhof) als auch im Ventrikel (Herzkammer) gemessen werden, um eine Stimulation im Bedarfsfälle zu ermöglichen, und zwar entweder im Atrium oder im Ventrikel oder in beiden. Diese Stimulation wird zu einem geeigneten Zeitpunkt duichgefiihrt, um den normalen Herzrhythmus nachzuahmen. Solche Herzschrittmacher werden im allgemeinen bei der Behandlung verschiedener Typen des Herzblocks und der Bradycardie verordnet

Ein weitem* bekannter, aber weniger gebräuchlicher Stimulator ist so konzipiert, daß er zwischen einer normalen hohen Herzschlagzahl entsprechend einer physikalischen oder emotionalen Aktivität (physiologische Tachycardie; Herzjagen) und einer abnorm hohen Herzschlagzahl unterscheiden kann, die nicht auf einer physiologischen Bedarfslage basiert (pathologische Tachycardie). Pathologische Tachycardien resultieren aus einer unzureichenden Herzpumpleistung und können oft zu einer tödlichen Herz-Fibriliation, d. h. einem tödlichen Heizflimmem führen.

Herzschrittmacher gegen Herzjagen oder Tachycardie werden mit einigem Erfolg zur Behandlung supraventrikulärer Tachy-Rhythmusstörungen eingesetzt, die nicht auf Medikamente ansprechen. Ventrikuläre Tachycardien (Herzjagen) und Herzflimmem (Heizrhythmusstörungen; Fibrillation) sind sehr viel schwieriger durch einen Schrittmacher-Algorithmus zu diagnostizieren, wobei selbstverständlich ein Fehler in der Diagnose für den Patienten fatal sein kann. Dies gilt insbesondere für eine Situation, bei der eine falsche Diagnose bei einem Patienten gestellt wird, der einen implantierten automatischen Herzschrittmacher zur Bekämpfung der Tachycardie oder einer Fibrillation, also zur Bekämpfung einer Herzrhythmusstörung trägt. Dies kann dazu führen, daß eine Folge von hochenergetischen Schrittmacherimpulsen für eine Defibrillation an einen Patienten in völlig ungeeigneter Weise abgegeben wird. Wenn aber ein Defibrillations-hnpuls oder eine Impulsfolge zu einem Zeitpunkt abgegeben wird, zu dem kein entbrechender Bedarf beim Patienten besteht, so ist dies für den Patienten in hohem Maße beunruhigend, abgesehen vom unnützen hohen Batterieverbrauch. Wenn ein Impuls oder eine Impulsfolge oder ein Impulsmuster zur Bekämpfung der Tachycardie abgegeben wird und in eine "anfällige" Periode fällt (Refiaktärperiode), so kann dies sogar eine ventrikuläre Tachycardie oder Fibrillation auslösen.

Im bekannten System stehen die in den Algorithmen herangezogenen und benötigten Faktoren zur Diagnose der Tachy-Rhythmusstörungen in Beziehung zu dem elektrischen Signal des Herzens. Typischerweise umfaßten sie die R-WeUen-Frequenz, das Zeitintervall, in dem der Anstieg der Frequenz stattfindet und die QRS-Dauer. Jeder dieser Faktoren kann durch innere oder äußere Einflüsse gestört werden, z. B. durch ein Myopotential, elektromagnetische Interferenzen usw. Somit besteht ein Bedarf an einem Herzschrittmacher gegen Tachy-Rhythmusstörungen, der genauer zwischen einer physiologischen und einer pathologischen Tachycardie unterscheiden kann.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher die zuverlässige Ermittlung des Beginns einer pathologischen Tachycardie und der Start eines Herzschrittmacher-Generators möglich ist, sobald eine dem tatsächlichen Zustand des Patienten nicht entsprechende hohe Herzschlagzahl festgestellt wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erwähnten Merkmalskombinationen. Hiebei wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Impulsmuster oder eine Impulsfolge zur Beruhigung des Heizens erzeugt, um die Herzschlagzahl des Patienten in einen sicheren Bereich zurückzuführen, der den Stoffwechselbedingungen des Patienten zur jeweils vorliegenden Zeit entspricht

Die Erfindung geht hiebei von der Erkenntnis aus. daß die physiologische Zunahme der Herzschlagzahl immer mit einer entsprechenden Verkürzung der pre-ejection-period einhergeht (welche im folgenden mit "PEP" bezeichnet wird), und daß daher immer sicher ermittelt werden kann, daß - wenn immer eine schnelle Pulsfrequenz mit relativ langer PEP-Dauer vorhanden ist - die Schlagzahl durch eine nicht-physiologische Tachycardie sondern durch eine paroxysmale ventrikuläre oder supraventrikuläre Tachycardie entsprechend dem "Re-entry-Mechanismus" hervorgerufen wurde. Die gleichzeitige Messung der Herzschlagzahl und der PEP-Dauer erlaubt deshalb die Unterscheidung zwischen einer abnormen supraventrikulären Tachycardie und einer physiologischen Sinustachycardie, die während physikalischer Belastung oder einer anderen Situation auftritt, in der Catecholamine in den Blutstrom abgegeben werden. -2-

AT 396 429 B

Darüber hinaus gibt das gemeinsame Vorhandensein einer schnellen mechanischen Pulsfrequenz zusammen mit einer schnellen QRS-Rate eine Information, wodurch die automatische Diagnose der Tachy-Rhythmus-störung entscheidend verbessert werden kann. Wenn zum Beispiel zu dem Zeitpunkt, zu dem eine schnelle elektrische Aktivität auftritt, kein Puls besteht, so ist dies ein Indikator für das Vorhandensein von ventrikulärer S Fibrillation. Falls der mechanische Puls hoch ist und die QRS-Rate ebenso hoch ist, bedeutet dies eine geringere Wahrscheinlichkeit dafür, daß elektrische Störungen involviert sind.

Wie in der US-PS 4 719 921 beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfange Bezug genommen wird, ist es bekannt, daß die PEP ein guter Indikator für die sympathische Aktivität des Herzens ist. Die direkte Aktion der Sympathikus-Nerven auf das Heiz verursacht eine Beschleunigung der Schlagzahl ebenso 10 wie eine gleichzeitige Zunahme der Kontraktionskraft. Das gleiche gilt für die Wirkung der Catecholamine, die auf Grund des zunehmenden Sympathikus-Tonus der Nebennieren freigegeben werden. Es ist bekannt, daß es eine enge Parallelität zwischen der normalen Vorhof-Antwort auf Catecholamine und dem Sympathikus-Tonus und der Dauer des PEP gibt. Es wurde gezeigt, daß sowohl dynamische als auch isometrische Belastungen zu einer Verkürzung der PEP-Dauer führen. Wenn die Herzschlagzahl auf Grund anderer als einer physikalischen 15 Anstrengung zunimmt und nicht durch eine Sympathikus-Aktion oder eine Freigabe von Catecholaminen vermittelt wird, so tritt keine entsprechende Verkürzung der PEP-Dauer auf. Dies kann dadurch gezeigt werden, daß ein Patient Vorhof- oder Herzkammer-Schrittmacherimpulsen ausgesetzt wird, wenn er sich in Ruhe befindet, so daß eine künstliche Zunahme der Herzschlagzahl bei einer PEP-Dauer festzustellen ist, die im wesentlichen in ihr»- Länge konstant bleibt. 20 Somit kann durch die Beobachtung der Pulsschlagzahl und der PEP-Dauer eine pathologische und physiologische Tachycardie leicht unterschieden werden. Wenn zum Beispiel festgestellt wird, daß die schnell ansteigende Pulsfrequenz von einer sich verkürzenden PEP-Dauer begleitet wird, so kann eine physiologische Tachycardie angenommen werden. Wenn jedoch ein Anstieg der Pulsfrequenz über ein vorbestimmtes Referenzniveau hinaus ansteigt und von einer konstanten PEP-Dauer begleitet wird, so weist dies auf eine 25 pathologische Tachycardie hin. Eine nicht ordnungsgemäße hohe R-Wellenrate mit nicht meßbarem mechanischem Puls zeigt eine ventrikuläre Fibrillation an.

Die Zuverlässigkeit der Diagnose der pathologischen Tachycardie kann dadurch verbessert werden, daß der Anstieg der Herzfrequenz in dem Detektions-Algorithmus mit berücksichtigt wird. Im normalen Sinus-Rhythmus würde man nicht erwarten, daß sich eine stabile Vorhof-Fibrillation oder ein allgemeiner Anstieg der 30 Herzfrequenz, wie sie unter Belastung stattfindet, bei einem Vergleich an zwei nur um wenige Sekunden versetzt zueinander liegenden Zeitpunkten wesentlich unterscheiden. Zum Beispiel sollte die Summe von 10 R-R Zykluslängen ähnlich zu einer anderen Summe von 10 R-R Zykluslängen sein, wenn diese nur wenige Sekunden später gemessen worden sind. Wenn die Differenz größer ist als ein vorbestimmter Prozentsatz, so impliziert dies, daß ein plötzlicher Wechsel aufgetreten ist. Falls ein solcher plötzlicher Wechsel nicht durch eine ähnliche 35 entsprechende Verkürzung der Länge der PEP begleitet wird, so kann der plötzliche Beginn einer pathologischen

Tachycardie diagnostiziert werden und eine herzunterstützende Schlaganregung kann begonnen werden. Die Synchronisation der Schlagimpulse mit den R-Wellen wird in konventioneller bekannter Weise ausgefiihrt

Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß zur einsetzenden Herzschlagunterstützung die folgenden Bedingungen erfüllt sein müssen: 40 1. plötzlich beginnende Tachycardie; 2. ein gleichmäßiger schneller mechanischer Puls muß vorhanden sein; 3. ctie Tachycardie darf nicht von einer proportionalen Verkürzung des PEP-Intervalls begleitet sein.

Wenn anderseits die plötzlich einsetzende Tachycardie und ebenso der Rückgang bzw. der Verlust des vorher existierenden mechanischen Pulsschlages festgestellt weiden, so wird dadurch die ventrikuläre Fibrillation 45 angezeigt, wobei durch den implantierten Stimulator ein Defibrillations-Schock abgegeben wird.

Erfindungsgemäß ist der künstliche elektronische Heiz-Stimulator so ausgeführt, daß er Tachy-Rhythmus-störungs-Phasen erkennen und zwischen physiologischer Tachycardie, pathologischer Tachycardie und ventrikulärer Fibrillation unterscheiden kann, wobei er die geeignete Stimulation zur Durchführung einer Cardio-version oder - wenn notwendig - einer Defibrillation durchführen kann. 50 Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Hiebei zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles und Fig. 2 ein Blockdiagramm einer alternativ»! Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in ein Heiz (10) eine Multi-Elektrode mit einem eine Meßleitung 55 eines integrierten Schrittmachers bildenden Kabel (12) eingeführt. Das Kabel (12) führt durch die obere Hohlvene (vena cava superior) und durch den rechten Herzvorhof (rechtes Atrium) in die rechte Herzkammer (rechten Ventrikel) und hat am distalen Ende eine Spitzenelektrode (14), die im rechten Apex angeordnet ist Eine proximal gelegene indifferente Elektrode (15) ist außerhalb des Herzens angeordnet. Das mehradrige Kabel (12) umfaßt ferner zwei zwischen den Elektroden (14), (15) liegende Ringelektroden (16), (18), die in in 60 Längsrichtung des Kabels gemessenem Abstand voneinander so angeordnet sind, daß jede von ihnen in der rechten

Heizkamm»' zu liegen kommt. -3-

AT396429B

Die Gesamtheit der im Kabel (12) verlaufenden Leiter ist mit (20) bezeichnet. Diese Leiter schaffen eine Verbindung zwischen den Elektroden und einem mit strichlierten Linien dargestellten implantierbaren Stimulator (22).

Der Stimulator (22) kann Rhythmusstörungen erkennen und umfaßt einen ersten Meß- oder Sensorverstärker (24), dessen Eingang mittels einer Leitung (26) mit der Spitzenelektrode (14) des Kabels (12) verbunden ist Der Meß· oder Sensorverstärker (24) kann somit den vom Herzschlag herrührenden QRS-Komplex erkennen und verstärken. Der Ausgang dieses Verstärkers (24) ist mit einem PuLsfrequenzdetektor (25) verbunden, der das R-R-Intervall in einen Frequenzwert (Rj) überträgt. Diese gemessene Herzfrequenz wird dann mit einer vorbestimmten Referenzfrequenz (R2) mittels eines Komparators (28) verglichen, in welchem der Wert (R2) willkürlich als Indikator vor das Vorhandensein einer Tachycardie herangezogen wird. Wird festgestellt, daß die gemessene Frequenz (Rj) größer ist als die Referenzfrequenz (R2), dann wird ein Signal zur teilweisen Aktivierung eines UND-Gliedes (30) erzeugt. Dieses Freigabesignal ist nur bei einer übermäßig hohen ventrikulären Frequenz aktiv, die entweder physiologische oder pathologische Ursachen haben kann. Deshalb muß eine Einrichtung vorgesehen sein, um festzustellen, ob die hohe Herzschlagfrequenz pathologische Ursache hat oder nicht Im ersteren Fall wird die Zuschaltung des Stimulators erforderlich, um die Herzfrequenz auf einen sicheren Wert zurückzuführen.

Um die Diagnose einer pathologischen Tachycardie zu bestätigen, umfaßt der Stimulator (22) einen Schaltkreis (32) zur Erkennung und Messung der pre-ejection-period (PEP) des Herzens. Es sind verschiedene Ausführungsformen eines solchen einen PEP-Detektor bildenden Schaltkreises (32) möglich. Die Ausfiihrungs-form nach Fig. 1 basiert auf der Verwendung eines im Herzen angeordneten Impeidanz-Meßinstrumentes, welches ein Hochfrequenzsignal über die Leiter (26), (38) zur Spitzenelektrode (14) und der proximalen Ringelektrode (16) des Kabels (22) leitet Hiedurch fließt ein Strom durch das in der rechten Herzkammer befindliche Blut Die beim Ein- und Ausfließen des Blutes auftretenden Spannungsänderungen zwischen den Elektroden (16), (18) werden gemessen und über die Leiter (36), (38) dem PEP-Detektor-Schaltkreis (32) zugeführt. Aus der US-PS 4 773 401 gehen Vorrichtungen hervor, mit welchen die PEP-Zeitdauer oder ein vorbestimmter Bruchteil davon mit Hilfe der Impedanz genau gemessen werden kann.

Aus Experimenten an vielen Patienten im Belastungszustand ist bekannt daß eine direkte Korrelation zwischen der PEP-Periode und der R-R-Zykluslänge besteht und daß mit zunehmender Herzfrequenz eine entsprechende Verkürzung der PEP-Dauer eintritt Die Formel PEP=(cl+84) x 0,2 drückt ziemlich genau diese Beziehung aus. Aus dieser Formel kann auch ersehen werden, daß bei einer Verkürzung der PEP-Dauer um 1 ms eine ungefähre Verkürzung der R-R-Zykluslänge um 5 ms eintritt

Weiterhin ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 ersichtlich, daß einem Schaltkreis (40) als Eingangssignal eine ventrikuläre Frequenz (Rj) vom Pulsfrequenzdetektor (25) zugeführt wird, um die PEP-Dauer basierend auf der gemessenen Zykluslänge unter Verwendung der oben erwähnten Formel zu berechnen und so einen korrigierten PEP-Wert für diese Frequenz zu erhalten. Dieser Wert wird in einem Komparator (42) mit dem im Schaltkreis (32) gemessenen aktuellen PEP-Wert verglichen. Der Komparator (42) gibt ein Ausgangssignal an eine Leitung (44) ab, wenn die gemessene PEP die erwartete PEP übersteigt Dadurch zeigt der Komparator (42), ob der gemessene PEP-Wert für die laufend gemessene Herzfrequenz angemessen ist Ist dies nicht der Fall, so wird an das UND-Glied (30) ein zweites Eingangssignal angelegt Somit wird das UND-Glied (30) aktiviert, wenn festgestellt wird, daß die gemessene Herzfrequenz einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt und zugleich die PEP länger ist als die korrigierte PEP für diese Frequenz. Sind beide diese Bedingungen erfüllt so wird ein Signal an einen Impulsgenerator (46) abgegeben, der Stimulierungsimpulse erzeugt, die über die Spitzenelektrode (14) der Herzkammer zugeführt werden und dadurch die Herzschlagfolge beeinflussen. Dadurch wird versucht das Heiz zu beruhigen und die Herzfrequenz wieder auf jene Frequenz zurückzuführen, die dem Grad der physiologischen Aktivität des Patienten entspricht Solche Schrittmacher sind an sich bekannt so daß es nicht erforderlich ist den elektronischen Aufbau eines solchen Schrittmachers im Detail zu erläutern.

Da die physiologische Zunahme da Herzfrequenz immer von einer entsprechenden Abnahme da PEP-Dauer begleitet wird, kann daraus genauestem abgeleitet waden, daß - wenn eine hohe Hozfrequenz von einer relativ langen PEP-Dauer begleitet wird - die hohe Frequenz auf eine nicht-physiologische Tachycardie zurückzuführen ist, z. B. eine ventrikuläre Tachycardie aufgrund eines "re-entry-mechanism" (re-entry-Tachycardie).

Die Impedanzmessung im Herzen zur Bestimmung da PEP-Dauer ist nur ein Weg zur Messung da Länge da PEP. Alternative Wege sind eboiso möglich. Beispielsweise kann die im Gewebe durch den arteriellen Blutfluß erzeugte phasenweise Trübung durch einen Photoplethysmographen so gemessen waden, wie dies im Artikel von Raul Chirife: "Densitography: A New Method for Evaluation of Cardiac Performance At Rest and Düring Exercise”, veröffentlicht in der Zeitschrift "American Heart Journal", Band 83, Seite 493,1972 beschrieben ist Solch ein Sensor kann irgendwo in der Gegend oder Nachbarschaft des Impulsgenerators für so lange Zeit angeordnet werden, als lebensfähiges Gewebe zwischen der Lichtquelle, z. B. einer Infrarotlicht-imitierenden Diode, und einem Photodetektor vorhanden ist Um die Batterie zu schonen und elektrische Enagie zu sparen, kann vorzugsweise eine Fenstertechnik der Pulsdetektion angewandt werden, z. B. durch Betrieb der LED-Diode mit niedriger Frequenz.

Eboiso kann ein geeignet angeordneter Druckmeßwandler in Festbauweise als Indikator für das Einsetzen des -4-

AT396429B arteriellen Pulsschlages dienen, mit jener PEP-Dauer, die das Intervall zwischen dem Auftreten des elektrischen R-Wellen-Impulses und des Beginnes des mechanischen arteriellen Pulsschlages darstellt. Besser noch als ein Druckmeßwandler kann ein Durchflußmesser des Doppler-Typs über einer Arterie angebracht werden, z. B. über der Unterschlüsselbeinschlagader (arteria subclavicularis), wobei der Beginn des arteriellen Blutflusses dem Start der linken Ventrikel-Austreibung entspricht

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel da Erfindung kann noch dadurch verbessert werden, daß die Diagnose einer Arrhythmie noch spezifischer durchgeführt wird, indem die Schlagfrequenz mit berücksichtigt wird, bei da die Herzfrequenz ansteigt und dadurch, daß dieser Faktor in den Erfassungs- und Bestimmungsalgorithmus mit eingebaut wird. Ferner kann eine Fibrillations-Erfassungslogik zur Iniziierung eines Herzschlages mit großer Amplitude zur Rückführung der Hoztätigkeit hin zu einem Sinusrhythmus eingebaut sein. Solch eine Anordnung ist in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 2 dargestellt und hat einen Sensorkreis (50) für das Atrium (Vorhof; P-Welle) oder altonativ für den Ventrikel (Kammer; QRS-Welle), sowie einen damit verbunden»! Detektorkreis (52), der feststellen kann, ob eine P-Welle bzw. R-Welle vorhanden ist oder nicht. Ist eine solche Welle nicht vorhanden, dann kann der Stimulator zu jenem Schrittbetrieb (Schaltkreis (53)) zurückkehren, da entweda aus der AAI, VVI oder anderen Zwei-Kammer-Schrittmacher betriebsweise bestehen kann.

Wenn eine P-Welle bzw. R-Welle durch den Detektorkreis (52) festgestellt wird, dann wird die P-zu-P (R-zu-R)-Zyklusl9nge des Schaltkreises (54) gemessen und eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgoiden Intervallen, z. B. 6 Intervalle, aufaddiert und die gesamte Länge als Wert in einem A-Register (56) gespeichert

Nach einer vorbestimmten, durch ein Zeitglied (58) verursachten Verzögoung (z. B via bis acht Zykluslängen) wird eine andere vorbestimmte Anzahl von P-zu-P oder R-zu-R-Zykluslängen aufsummiert und in einem B-Register (60) gespeichert Die Zeit der in dem B-Register gespeicherten Zykluslängen ist beabsichtigterweise größer als die in dem A-Register gespeicherte Anzahl. In Fig. 2 ist gezeigt, daß - wenn sechs Zykluslängen in dem A-Register gespeichert sind - acht Zykluslängen in dem B-Register gespeichert waden, und zwar auf die durch das Zeitglied (58) bestimmte Zeitverzögerung folgend. Nachfolgend werden die Inhalte des A-Registers (56) und des B-Registers (60) mittels eines Komparators (62) miteinanda verglichen. Wird festgestellt, daß der im A-Register gespeicherte Wert größer ist als jena im B-Register oder diesem Wat gleich ist, dann wird ein UND-Glied (64) teilweise freigegeben. Ist die Differenz zwischen den in den Registern (56), (60) gespeichoten Werten größa als 25 %, dann bedeutet dies, daß ein plötzlicha Wechsel aufgetreten ist Dies wird als abnorm am Ausgang des Komparators (62) diagnostiziert.

Zur selben Zeit wird die Herzfrequenz in einem Komparator (66) mit einem voreingestellten Referenz-Grenzwert verglichen. Wird dieser Grenzwert überschritten, so wird eine Tachycardie diagnostiziert. Das UND-Glied (64) wird dann voll freigegeben, um den plötzlichen Beginn einer Tachycardie anzuzeigen.

Simultan zur P-Wellen-Erfassung bzw. zur R-Wellen-Erfassung durch den Sensorkreis (50) wird mittels eines Pulsdetektors (67) da mechanische Pulsschlag erfaßt, da durch die Herztätigkeit hervorgerufen wird. In analoger Weise zur Behandlung des elektrischen P-P- bzw. R-R-Intervalles wird eine mechanische Puls-zu-Puls-Zykluslänge oder ein Puls-zu-Puls-Intervall mittels eines Schaltkreises (68) gemessen und eine vorbestimmte Zahl von Zykluslängen (cl) werden summiert und in einem C-Register (70) gespeichert. In einem Schaltkreis (73) wird überprüft, ob ein mechanischer Puls- oder Herzschlag an einem geeignet angeordneten Druckwertsensor auftritt. Ist dies der Fall, dann wird durch ein Zeitglied (72) eine vorbestimmte Verzögerung von einer gleichen Anzahl von Herzschlagzyklen durchgeführt, wie im Falle des Zeitgliedes (58). Sodann wird eine zweite vorbestimmte Anzahl von Pulsschlagintervallen aufsummiert und in einem D-Register (74) abgespeichert

Ebenso wird eine Prüfung für die plötzliche Veränderung in einem Komparator (76) durchgeführt, um zu entscheiden, ob die Gesamtlänge der sechs Puls-zu-Puls-Zyklen, die im C-Register (70) gespeichot sind, größer ist als die Gesamtlänge der acht im D-Register (74) gespeichaten Zyklen. Ist dies der Fall, so ist dies ein Anzeichen für eine schnelle Frequenzzunahme der Hoztätigkeit und dient zur Bekräftigung der diagnostizierten Tachycardie. Elektrische Störeinflüsse wie Myopotentiale od. dgl. sind hiebei ausgeschaltet

Im Falle der VVI-Betriebsweise, wenn ein A-V-Block während der supraventrikulären Tachycardie besteht d. h. wenn die ventrikuläre Schlagfrequenz beträchtlich niedriger ist als jene in der Vorkammer, wird über den Herzstimulator keine Cardioversion bewirkt sofern keine anders gehende Programmierung vorgenommen wurde. Anderseits wird durch einen plötzlichen Anstieg der P-Wellen-Frequenz zusammen mit einer ähnlichen Zunahme der mechanischen Pulsfrequenz teilweise ein UND-Glied (78) freigegeben, an dessen Ausgang das Auftreten des plötzlichen Beginnes einer Tachycardie signalisiert wird, was durch ein Signal mechanischen Ursprungs, nämlich die gemessene Pulsfrequenz bestätigt wird.

Um zu entscheiden, ob der ermittelte und gemessene Rhythmus den physiologischen Anforderungen entspricht oder pathologischer Natur ist, ist in der Schaltung gemäß Fig. 2 auch eine Schaltungseinrichtung (80) zur Messung der pre-ejection-period (PEP) vorgesehen. Eine vorbestimmte Anzahl, im vorliegenden Fall sechs, von PEP-Zeitintervallen wird aufaddiert und in einem E-Regista (82) gespeichert. Das Verhältnis des PEP-Wertes zur Summe der sechs Zykluslängen wird durch Teilung des Inhaltes des E-Registers (82) durch den Inhalt des A-Registers (56) »halten, welches Ergebnis in einem F-Register (84) gespeichert wird, in welchem somit das Grundvahältnis PEP/CL gespeichert ist. -5-

AT396429B

Nach der Messung der Summe der Vielzahl von PEPs und der Speicherung dieses Wertes in dem E-Register (82) und nach dem Ablaufen bzw. Überschreiten der Verzögerungsperiode (72) wird eine vorbestimmte größere Anzahl PEPS (z. B. acht) zur Ermittlung der Schlagfirequenz im Block (85) korrigiert, aufsummieit und in einem G-Register (86) gespeichert

Sodann wird der Inhalt des G-Registers (86) durch den Inhalt des B-Registers (60) geteilt um wieder ein Grundverhältnis PEP zu Zykluslänge zu erhalten, welcher Quotient in einem H-Register (88) gespeichert wird. Dieser Wert wird durch den Komparator (89) mit dem Wert des F-Registers (84) verglichen und eine Entscheidung wird getroffen, ob eine signifikante Verkürzung der PEP-Dauer über eine relativ kurze Zeitdauer aufgetreten ist oder nicht Wenn festgestellt wird, daß der Inhalt des H-Registers größer ist als der Inhalt des F-Registers, dann weiß man, daß die Änderung der PEP-Dauer unter 25 % liegt so daß ein Signal auf der Leitung (90) erscheint die mit dem ersten Eingang eines UND-Gliedes (92) verbunden ist Der zweite Eingang des UND-Gliedes (92) ist mit dem Ausgang des UND-Gliedes (78) verbunden. Wie bereits erwähnt wird das UND-Glied (78) völlig freigegeben, wenn ein plötzlicher Beginn einer hohen Pulsfrequenz aufgetreten ist und festgestellt wird, daß die Herzfrequenz über eine vorbestimmte Grenzfrequenz hinaus ansteigt die ein Indikator für eine Tachycardie ist Somit wird, wenn jene Vorfälle auch von einem geringen Anstieg oder einer geringen Verkürzung der PEP-Dauer begleitet werden, was im Komparator (89) festgestellt wird, ein Impulsgenerator (94) aktiviert, welcher als Cardiovert-Generator wirkt und eine schnelle Folge von Impulsen (burst) zur Beruhigung des Herzens und zur Senkung der Pulsfrequenz auf einen dem physiologischen Zustand des Patienten zum betreffenden Zeitpunkt angemessenen Wert erzeugt

Der Ausgangswert des Pulsdetektors (67) wird ferner in einem Speicher (96) gespeichert, wobei der Ausgang dieses Speichers (96) mit einem ersten Eingang eines EX-ODER-Gliedes (98) verbunden ist Der Ausgang des EX-ODER-Gliedes (98) ist mit dem ersten Eingang eines UND-Gliedes (100) verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Schaltkreises (73) verbunden ist Falls im Schaltkreis (73) kein Impuls festgestellt wird, wird das UND-Glied (100) völlig aktiviert und gibt ein Signal an den einen Eingang eines weiteren UND-Gliedes (102) ab, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des UND-Gliedes (64) verbunden ist Wie bereits erwähnt, wird das letztere UND-Glied (64) aktiviert, wenn eine plötzliche Zunahme der Schlagfrequenz des Herzens festgestellt wird und die resultierende Schlagfrequenz über einer Referenzfrequenz liegt die im Komparator (66) erzeugt wird.

Wie ersichtlich, wird das UND-Glied (102) vollständig aktiviert wenn die Herzfrequenz abnorm hoch ist und ein einmal vorhandener Puls verschwindet Solch ein Zustand weist auf eine ventrikuläre Fibrillation hin, wobei der Ausgang des UND-Gliedes (102) benutzt wird, um einen Defibrillator-Kreis (104), also den einen zur Beseitigung der Heizrhythmusstörung zu triggern, um einen Gleichstrom-Defibrillations-Schock zu verursachen, der dem Herzen z. B. zwischen einer Tafel- oder Pflasterelektrode und einer indifferenten Elektrode zugeführt wird.

Wenn entweder der einen Cardioversionskreis bildende Impulsgenerator (94) oder der Defibrillator-Kreis (104) aktiviert wird, was durch die Schaltkreise (103) bzw. (105) bestimmt wird, dann wird ein ODER-Kreis (106) aktiviert um eine Wiederholung der Entladung zu ermöglichen, wenn die im Komparator (166) überprüfte und untersuchte elektrische (QRS) Schlagfrequenz hoch bleibt Die Zahl der nachfolgenden Defibrillator-Schocks oder Cardioversions-Salven (bursts) kann durch Programmierung eingestellt werden.

Aus Fig. 2 ist «sichtlich, daß die grundlegende Diagnose der pathologischen Tachycardie durch Überprüfung eines Anstieges der Schlagfrequenz über die zuvor zugrundegelegte Referenzfrequenz «zielt wird, wenn dies nicht mit einer gleichzeitigen Verkürzung eines PEP-Intervalls einhergeht. Dies wird durch gleichzeitige Üb«wachung der mechanischen Pulsfrequenz bestätigt Darüberhinaus wird der Grad der Schlagfrequenzänderung und des Grades der PEP-Änderung auch in dem Algorithmus mitberücksichtigt um die Zuverlässigkeit der Entscheidung zu verbessern, ob die Cardioversion iniziiert werden soll, weil die sensorisch ermittelte Tachycardie pathologisch ist oder ob auf die Anwendung einer Cardioversions-Salve verzichtet werd«i soll, weil eine physiologische Tachycardie erkannt wird.

Ferner ist auch vorteilhaft daß die Zahl der Zyklusläng«i, die gemessen und in den Regist«n (56) und (60) gespeichert w«den, ebenso wie die Pulszykluslängen, die in den Registern (70) und (74) gespeichert werden, programmiert werden können. Dies ermöglicht es, den Algorithmus auf die besondere Art der bei den verschiedenen Patienten festgestellt«! Rhythmusstörungen einzustellen und zu optimieren. Für einen Fachmann ist leicht ersichtlich, wie der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Algorithmus unter Verwendung integrierter Schaltkreise realisiert werden kann. Es ist daher nicht erforderlich, die geeignete Elektronik zur Durchführung der Intervall-Meßschritte, der Summation der Zykluslängen, des Vwgleiches der gespeicherten Werte od. dgl. im Detail zu beschreiben.

Selbstverständlich können die in den Ausführungsbeispielen dargestellten elektrischen Schaltkreise vielfach abgeändert und variiert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. -6-

Claims (4)

1. AT 396 429 B PATENTANSPRÜCHE 1. Herzschrittmacher mit einer Vorrichtung zur Erkennung von Tachycardie zwecks Einleitung von Maßnahmen zur Cardioversion vor allem im Falle einer pathologischen und nicht physiologischen Tachycardie, gekenn· zeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: £0 eine Einrichtung zur Messung der Pulsfrequenz und zur Erzeugung eines ersten dazu proportionalen Steuersignals; b) eine Einrichtung zum Vergleich dieses ersten Steuersignals mit einer vorher festgelegten Refeienzfiequenz für den Patienten und zur Erzeugung eines zweiten Steuersignals für den Fall, daß das erste Steuersignal die vorher festgelegte Referenzfrequenz Übersteigt; c) eine Einrichtung zur Messung der pre-ejection-period (PEP) des Herzens und zur Erzeugung eines dritten dazu proportionalen Steuersignals; φ einen Komparator zum Vergleich des dritten Steuersignales mit einem vierten Steuersignal, das einem korrigierten Wert des PEP-Intervalls proportional ist, das auf der momentanen Herzfrequenz des Patienten basiert, und zur Erzeugung eines fünften Steuersignals, falls das dritte Steuersignal den Wert des vierten Steuersignales übersteigt; e) eine Einrichtung (z. B. ein UND-Glied) zum Feststellen der Koinzidenz des zweiten und fünften Steuersignals zwecks Einleitung einer Cardioversion.
2. 2. Herzschrittmacher zur Bekämpfung von Tachyrhythmusstörungen unter Erzeugung von Impulsfolgen zur Cardioversion für das Herz eines Patienten im Falle des Auftretens und Erkennens von pathologischer Tachycardie, mit einer mit dem Herz des Patienten verbundenen Einrichtung zum Messen der bestehenden Pulsfrequenz, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: a) eine an die Einrichtung zum Messen der Pulsfrequenz angeschlossene Einrichtung zum Vergleich dieser Pulsfrequenz mit einem für den Patienten zuvor festgelegten Referenzwert, wobei ein Komparator anzeigt, ob die gemessene Pulsfrequenz die zuvor festgelegte Referenzfrequenz übersteigt; b) eine Einrichtung zum Messen der pre-ejection-period (PEP) des Herzens; c) eine auf diese Einrichtung zum Messen der PEP ansprechende Anzeigeeinrichtung zur Anzeige, ob der gemessene Wert der PEP einen korrigierten PEP-Wert übersteigt, welcher der vorliegenden Pulsfrequenz des Patienten entspricht; und d) eine mit dem Komparator und der Anzeigeeinrichtung verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Impuls-mustern zur Cardioversion in Abhängigkeit davon, ob die gemessene Pulsfrequenz die vorher bestimmte Referenzfrequenz übersteigt und davon, ob die gemessene PEP den erwarteten Wert überschreitet.
3. 3. Herzschrittmacher zur Bekämpfung von Tachyrhythmusstörungen, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsmustem zur Cardioversion im Falle des Auftretens und Erkennens von pathologisch» Tachycardie, und mit einer mit dem Herz des Patienten verbundenen Einrichtung zur Messung der momentanen Pulsfrequenz, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: a) eine Einrichtung zur Erkennung der Pulsfrequenzänderung, welche mit ein» Meßeinrichtung zur Bestimmung des relativen Anstieges der Pulsfrequenz über ein vorbesümmtes-Zeitintervall in Verbindung steht; b) einen ersten Komparator, der mit einer Meßeinrichtung zum Vergleich der momentanen Pulsfrequenz mit einer vorher festgelegten Referenzfrequenz des Patienten verbunden ist, wobei dieser erste Komparator ein Signal erzeugt, wenn die gemessene Pulsfrequenz die vorher festgelegte Referenzfrequenz übersteigt; c) ein UND-Glied zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn der erste Komparator das Anzeigesignal »zeugt und die Meßeinrichtung zur Feststellung der Frequenzänderung eine Änderung mißt, die einen vorbestimmten Wertüb»steigt; d) eine Einrichtung zur Messung der pre-ejection-period (PEP) des Herzens; e) einen zweiten Komparator, der auf die Meßeinrichtung für die PEP anspricht und anzeigt, ob die gemessene PEP einen »warteten Wert für die Pulsfrequenz des Patienten übersteigt; f) eine mit dem UND-Glied und dem zweiten Komparator verbundene Einrichtung zur Erzeugung von Impulsmustem zur Cardioversion für den Fall, daß das UND-Glied ein entsprechendes Ausgangssignal »zeugt und die gemessene PEP den »warteten Wert übersteigt. -7- AT 396 429 B
4. 4. Herzschrittmacher zur Bekämpfung von Tachyrhythmusstörungen mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Impulsfolgen zur Cardioversion im Falle des Auftretens und Eikennens pathologischer Tachycardie, und mit einer Meßeinrichtung zum Feststellen eines Herz-Depolarisationssignals, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: 5 a) eine mit der Meßeinrichtung in Verbindung stehende erste Einrichtung zur Messung der gesamten Zykluslänge innerhalb einer ersten vorbestimmten Zahl aufeinanderfolgender Herz-Depolarisations-Signale; b) eine mit dieser Meßeinrichtung in Verbindung stehende zweite Meßeinrichtung für die Messung der gesamten Zykluslänge innerhalb einer zweiten vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Depolarisationssignale, 10 wobei die zweite Anzahl großer ist als die erwähnte erste Anzahl und wobei die zweite Messung gegenüber der ersten Messung um eine vorbestimmteZeit verzögert ist; c) ein erster Komparator zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn der Wert da* ersten Messung den Wert der zweiten Messung übersteigt; φ ein zweiter Komparator zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Frequenz, bei welcher die Herz-15 Depolarisationssignale gemessen wurden, eine voibestimmte Referenzfrequenz übersteigt; e) ein erstes UND-Glied, das die Ausgangssignale des ersten und zweiten Komparators empfängt und ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die jeweiligen Ausgänge des ersten und zweiten Komparators gleichzeitig aktiviert sind; f) eine Meßeinrichtung für die pre-ejection-period (PEP) zur Messung des Intervalles der PEP des Heizens; 20 g) eine mit der Einrichtung zur Messung der gesamten Zykluslänge und mit der Meßeinrichtung für die PEP verbundene Einrichtung zur Messung einer Änderung der Länge der PEP bei einer Änderung der Zykluslänge; h) eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulsfolgen zur Cardioversion mit einem vorbestimmten elektrischen Impulsmuster zur Stimulation des Herzens; i) ein weiteres UND-Glied zur Verbindung der Einrichtung zur Erzeugung des Impulsmusters mit dem Ausgang 25 des eisten UND-Gliedes und der Einrichtung zur Erkennung einer Längenänderung der PEP. 30 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -8-