CH678698A5 - - Google Patents

Description

1

CH 678 698 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine das Hetz elektrisch stimulierende Vorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zur Ermittlung einer unregelmässigen Herzschlagtätigkeit und zur Intervention mit geeigneter Anregung zur Anpassung an die Art der jeweilig auftretenden Arrhythmia.

Es sind bereits zahlreiche Arten von Herzschrittmachern zur Behandlung unregelmässiger Herzschlagtätigkeit bekannt. Unter diesen gibt es relativ einfache asynchrone Schrittmacher als auch verschiedene Arten von entsprechend gut entwickelten Demand-Schrittmachern. Der asynchrone Schrittmacher erzeugt lediglich Impulse mit einer fixierten Grösse bzw. Frequenz und ist im allgemeinen nicht mit der herzeigenen Grösse bzw. Frequenz synchronisiert. Im Demand-Schrittma-cher bleibt die Einrichtung in Untätigkeit, wenn die Herzaktivität normal ist Er enthält jedoch einen Fühler, der bei Abwesenheit eines normalen Herzschlages einen künstlichen Anregungsimpuls an dem geeigneten Punkt in den Herzzyklus einführt und dadurch den nahezu normalen Rhythmus aufrechterhält. Derartige Demand-Schrittmacher haben eine hohe Entwicklung mit den Fortschritten in der Mikroelektronik erreicht, bei welcher hochkomplizierte Schaltkreise von kleinen physikalischen Abmessungen und geringem Kraftverbrauch kombiniert sind. Die Herztätigkeit kann sowohl im Atrium als auch in den Ventrikeln wahrgenommen werden, was die vorgesehene Anregung auf einer Demand-Grundlage für das Atrium und/oder Ventrikel erlaubt und in geeigneter Zeitrelation den normalen Herzzyklus nachahmt. Derartige Schrittmacher sind im allgemeinen zur Behandlung verschiedener Arten des Aussetzens des Herzschlages und der Bradykardie vorgesehen. Bei einer Form eines Sti-mulators, welche etwas weniger Aufmerksamkeit gefunden hat, wird zwischen normaler hoher Herzschlagtätigkeit bzw. -frequenz infolge physikalischer oder emotionaler Aktivität (physiologische Tachykardie) und abnormaler hoher Herzschlagtätigkeit bzw. -frequenz, welche nicht auf physiologischem Demand beruht (pathologische Tachykardie), unterschieden. Pathologische Tachykardie ergibt ein ineffizientes Pumpen von Blut durch das Herz und kann oft auf lethale Episoden der Herzfibrille zurückführen.

Antitachykardie-Schrittmacher wurden mit einigem Erfolg zur Behandlung von supraventrikulärer Tachyarrythmia verwendet, welche, wie festgestellt wurde, nicht auf Medikamente anspricht. Ventrikuläre oder Kammer-Tachykardie und Fibrillation sind weitaus schwieriger durch einen Schrittmacher-Al-gorithmus zu diagnostizieren und ein auftretender Fehler kann für den Patienten gefährlich sein. Dieses ist insbesondere in Situationen der Fall, in welchen eine fehlerhafte Diagnose an einem Patienten gestellt wird, bei dem ein automatischer Antitachy-kardie-Schrittmacher oder ein Defibrillator eingesetzt wird. Eine defibrillierende, hochenergetische Abgabe oder ein plötzlicher Aussfoss von Schrittimpulsen, d.h. eine plötzlich einsetzende interne De-fibrillation, könnte an einem Patienten ungeeignet sein. Wenn ein defibrillierender nicht notwendiger Impuls angewendet wird, ist das eine Verschwendung der Batteriekraft und für den Patienten höchst beunruhigend. Wenn ein Antitachykardieim-puls oder ein Impulsausstoss angewendet wird und derselbe in einen gefährdeten oder ungeeigneten Zeitabschnitt fällt, kann dieser sich in ventrikulärer Tachykardie oder Fibrillation niederschlagen.

Bei den bekannten Systemen wurden die in dem Algorithmus verwendeten Faktoren zur Diagnose von Tachyarrythmia alle auf das elektrische Signal des Herzens bezogen. Dieses können natürlich die R-Wellenrepitationsrate, das Zeitintervall, über welches der Anstieg der Rate erfolgt, und QRS Dauer einschliessen. Jeder dieser Faktoren kann durch Myopotentiale, elektromagnetische Interferenz, supraventrikuläre Tachyarrythmia und schen-kelblockartige (bündle branch block) oder sogar physiologische Sinus-Tachykardie mit oder ohne A-V Leitung (A-V conduction) simuliert werden. Daher besteht ein Bedarf an einem Antitachyarryth-mia-Schrittmacher, welcher genauer zwischen physiologischer und pathologischer Tachykardie unterscheiden kann.

Die Aufgabe wird für die eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäss durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst

Besondere Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung können mit den Massnahmen der abhängigen Ansprüche erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung verschafft somit eine Vorrichtung zur zuverlässigen Ermittlung des Einsetzens bzw. Beginns von pathologischer Tachykardie und zum Start der Tätigkeit eines Herzver-sion-lmpulserzeugers, wenn eine ungeeignet hohe Herzfrequenz festgestellt wird. Der Herz- oder Kardioversion-Impulsgenerator erzeugt dann einen Ausstoss von Impulsen zum Einfangen des Herzens und um die Herzfrequenz in einen sicheren Bereich zu bringen, welcher für die metabolische Kondition der Person zu dieser Zeit geeignet ist.

Weil das physiologische Ansteigen der Herzfrequenz stets von einer entsprechenden Kürzung der Pre-ejectionsdauer- bzw. -periode (PEP) begleitet ist, kann für die vorliegende Erfindung angenommen werden, dass bei Auftreten einer schnellen Pulsfrequenz mit relativ langer PEP, diese Frequenz auf eine nicht-physiologische Tachykardie zurückzuführen ist, wie z.B. auf eine paroxysmale ventrikuläre oder supraventrikuläre Tachykardie infolge eines wiedereintretenden Mechanismus. Die gleichzeitige Messung der Herzschlagfrequenz und der PEP erlaubt daher die Unterscheidung zwischen abnormaler supraventrikulärer Tachykardie und physiologischer Sinus-Tachykardie, wie sie z.B. während Körperübungen oder in irgendwelchen anderen Situationen auftritt, bei welchen Katechöl-amine in den Blutkreislauf freigegeben werden.

Insbesondere liefert die Koexistenz einer rapiden mechanischen Impulsfrequenz zusammen mit einer rapiden QRS-Rate eine Information, welche die Wirksamkeit einer automatischen Diagnose von Tachyarrythmia verbessert. Wenn z.B. kein Pulsschlag zu der Zeit vorliegt, in welcher rapide elektrische Aktivität auftritt, so ist dies eine deutliche An5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

CH 678 698 A5

4

zeige für eine ventrikuläre Fibrillation. Wenn der mechanische Puls schnell ist und auch die QRS-Ra-te hoch ist, dann besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass elektrische Tönung oder Myo-potentiale einbezogen sind.

Gemäss dem US-Patent Nr. 4 719 921 ist die Pre-ejectionsdauer (PEP) bekanntlich ein zuverlässiger Indikator der sympathischen Tätigkeit auf dem Herzen. Die unmittelbare Aktivität des Sympathikus veranlasst sowohl eine Beschleunigung der Frequenz als auch einen gleichzeitigen Anstieg in der Kontraktionsfähigkeit. Das Gleiche gilt für die Wirkungen der Katecholamine, welche durch die Adrenaline (adrenals) infolge angestiegender syma-thischer Tönung freigegeben werden. Bekannt ist auch ein enger Parallelismus zwischen der normalen atrialen Reaktion auf die Katecholamine und der sympathischen Tönung und der Dauer der PEP. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl dynamische als auch isometrische Übungen in einer Kürzung der PEP resultieren. Wenn ein Anstieg in der Herzfrequenz aus anderen Gründen als physikalischen Anstrengungen oder Belastungen auftritt und nicht infolge sympathischer Tätigkeit oder Freigabe von Katecholaminen auftritt, so ergibt sich keine entsprechende Kürzung der PEP. Dieses kann dadurch gezeigt werden, dass ein Patient in seiner Ruhestellung derart einem atrialen oder ventrikulären Schritt oder Durchlauf unterworfen wird, dass dann eine künstliche Zunahme in der Herzfrequenz auftritt, wobei die PEP im wesentlichen konstant in der Länge verbleibt. .

Somit kann durch Überwachung der Pulsfrequenz und der PEP pathologische und physiologische Tachykardie ohne weiteres unterschieden werden. So wurde z.B. gefunden, dass ein schneller Anstieg in der Pulsfrequenz durch eine Kürzung der PEP begleitet ist und somit physiologische Tachykardie angenommen werden kann. Wenn jedoch ein Anstieg der Pulsfrequenz über eine vorbestimmte Vergleichshöhe hinaus durch eine stabile PEP begleitet ist, so zeigt dieses pathologische Tachykardie an. Eine unregelmässig hohe R-Wellen-rate mit keinem messbaren mechanischen Puls zeigt ventrikuläre Fibrìllation an.

Die Zuverlässigkeit der Diagnose von pathologischer Tachykardie kann gesteigert werden, wenn das Mass des Anstieges in der Herzfrequenz als Faktor in den Ermittlungsalgorithmus eingebracht wird. Bei normalem Sinusrhythmus, stabiler atrialer Fibrillation oder durch Übungen veranlasstem fortschreitendem Anstieg der Herzfrequenz ist bei Vergleich von zwei nur wenige Sekunden auseinanderliegenden verschiedenen Augenblicken nicht zu erwarten, dass sich wesentliche Unterschiede ergeben. Die Summe von 10 R-R Zykluslängen sollte z.B. ähnlich einer anderen Summe von 10 R-R Zykluslängen sein, wenn sie nur wenige Sekunden voneinander zeitlich auseinanderliegen. Wenn der Unterschied grösser ist als ein vorbestimmter Prozentsatz, bedeutet das, dass eine plötzliche Änderung stattgefunden hat. Wenn eine solche plötzliche Änderung nicht in gleicher Weise durch eine entsprechende Reduktion in der Länge der Pre-ejectionperiode begleitet ist, wird ein plötzliches Einsetzen einer pathologischen Tachykardie diagnostiziert und ein plötzlicher Ausstoss einer Kardiover-sion kann eingeleitet werden. Die Synchronisation der Pulsschlagausbrüche mit den R-Wellen wird in einer der üblichen bekannten Weisen durchgeführt.

Für den stattfindenden Kardioversion-Ausbruch müssen die nachfolgenden Bedingungen zutreffen:

1. plötzlich einsetzende Tachykardie;

2. ein gleichartiges schnelles herzmechanisches (Puls) Ansprechen muss auftreten und

3. die Tachykardie wird nicht begleitet durch ein proportionales Verkürzen der PEP.

Wenn andererseits sowohl das plötzliche Einsetzen von Tachykardie als auch der Ausfall eines bisher existierenden mechanischen Pulsschlages festgestellt wird, dann wird ventrikuläre Fibrillation angezeigt, wobei ein defibrillierender Schock durch den implantierten Stimulator geliefert werden kann.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein künstlicher elektronischer Herzstimulator derart angepasst, dass tachyarrhythmische Episoden wahrgenommen und zwischen physiologischer Tachykardie, pathologischer Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation unterschieden wird, wobei eine geeignete Stimulation zur Durchführung von Kar-dioversion oder, wenn notwendig, Defibriilation entwickeltwerden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig.- 2 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform für einen Antitachyarrythmia-Herzstimu-lator.

Nach Fig. 1 liegt ein Herz 10 vor, in welches ein Fühlerkabel 12 eines Multielektroden-Schrittma-chers eingesetzt ist. Das Kabel 12 erstreckt sich durch die obere Vena cava (Vena cava superior) und durch das rechte Atrium in den rechten Ventrikel mit einer vorderen Punktelektrode 14, die im rechten Apex angeordnet ist und einer ausserhalb des Herzens angeordneten körpernahen indifferenten Elektrode 15. Die Leitung 12 besitzt zwei mittlere Ringelektroden 16 und 18, welche an derselben entlang, wie gezeigt, im rechten Ventrikel vorliegen. Durch den Kern der Leitung 12 hindurch sind mehrere Leiter 20 geführt, wodurch die Elektroden 14, 15, 16 und 18 an eine implantierbare Stimulatorvorrich-tung 22 angeschlossen ist, die gestrichelt dargestellt ist.

Die Stimulatorvorrichtung 22 zur Wahrnehmung von Arrythmia und zur Stimulation enthält einen Lese-Verstärker 24, dessen Eingang durch eine Leitung 26 an die Punktelektrode 14 des Kabels 12 angeschlossen ist. Der Lese-Verstärker 24 kann somit den QRS-Komplex wahrnehmen und verstärken, welcher aus der Schlagtätigkeit des Herzens 10 resultiert. Der Ausgang des Lese-Verstärkers 24 ist an einen Pulsfrequenzdetektor 25 geführt, welcher auf Grund seiner Bezeichnung das R-R Intervall zu

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH678 698 A5

6

einem Frequenzwert Rt umwandelt. Dieser gemessene Herzfrequenzwert wird dann mit einem vorbestimmten Vergleichswert R2 in einem Vergleicher 28 verglichen, in welchem der Wert Rg willkürlich als Anzeige für das Einsetzen von Tachykardie eingeführt wird. Wenn der Vergleich ergibt, dass der gemessene Frequenzwert Rt grösser ist als der Vergleichswert Ra, wird ein Signal zur teilweisen Freigabe eines AND-Tors 30 (AND gate) produziert. Dieses Signal zur teilweisen Freigabe ist lediglich für eine ausserordentlich hohe ventrikuläre Rate Indikativ, könnte aber an dieser Stelle entweder wegen physiologischer oder pathologischer Veranlassungen vorliegen. Daher muss ein Mittel zur Bestimmung vorgesehen werden, ob tatsächlich die hohe Rate infolge pathologischen Ursprungs hervorgerufen ist und den Stimulator zum Eingreifen erfordert, um die Herzfrequenz wieder zurück auf ein ungefährliches Mass zu bringen.

Um die Diagnose einer pathologischen Tachykardie zu bestätigen, enthält der Stimulator 22 einen Schaltkreis 32 zur Wahrnehmung der Pre-ejectionsperiode des Herzens. Während verschiedene andere Ausführungsformen für einen Betrieb des PEP-Detektorschaltkreises 32 möglich sind, ist die in Fig, 1 gezeigte Ausführungsform auf der Grundlage der Venwendung einer intra-herzstär-kenden Impedanzmessung (intracardiac impedance measurement) ausgelegt, in welcher ein Hochfre-quenzsignal via Leitung 26 und Einrichtungsteil 28 an die Punktelektrode 14 und die körpernahe Elektrode 16 des Kabels 12 angelegt wird. Dieses veranlasst einen Stromfluss durch das im rechten Ventrikel enthaltene Blut und die sich ergebenden Spannungsänderungen, welche durch Ein- und Ausfliessen von Blut auftreten, werden zwischen den Elektroden 16 und 18 abgetastet und über Leitungen 36 und 38 an den PEP-Detektor 32 angelegt. Wie in der US Patentanmeldung Nr. 87 869, angemeldet am 21. August 1987 und betitelt «Physiologie Control of Pacemaker Rate Using Pre-ejection In-terval as the Controlling Parameter» beschrieben ist, werden Mittel zur genauen Messung der PEP oder einer bestimmten Fraktion derselben von der Impedanzwellenform vorgesehen.

Es ist aus Versuchen an mehreren Patienten während Körperübungen bekannt, dass eine direkte Korrelation zwischen der PEP und der R-R Zykluslänge vorliegt und dass bei Ansteigen der Herzfrequenz eine entsprechende Verkürzung der PEP erfolgt. Insbesondere kann durch die Formel PEP = (cl + 84) x 0.2 die Beziehung genau ausgedrückt werden, nach welcher für eine 1 ms-Kürzung der PEP eine angenäherte 5 ms-Kürzung der R-R Zykluslänge erfolgt.

Wie Fig. 1 weiterhin zeigt, empfängt ein Einrichtungsteil 40 als Eingang einen ventrikulären Raten-wert Rt vom Pulsfrequenzdetektor 25 und arbeitet zur Berechnung der PEP, welche auf der gemessenen Zykluslänge unter Verwendung der obigen Formel basiert, um einen für die Rate korrigierten PEP-Wert zu produzieren. Dieser Wert wird im Vergleichsschaltkreis 42 mit dem tatsächlichen PEP-Wert verglichen, der im PEP-Detektorschaltkreis 32 gemessen wird, wobei ein Vergleichsschaltkreis

42 in einer Leitung 44 ein Ausgangssignal hervorruft, wenn die gemessene Pre-ejectionsdauer die erwartete Pre-ejectionsdauer übersteigt. Der Vergleichsschaltkreis 42 gibt daher effektiv an, ob die gemessene PEP für den abgetasteten Strom der laufenden, erfassten Heizfrequenz geeignet ist und, wenn nicht, ein zweites Eingangssignal an das AND-Tor 30 gelegt wird.

Das AND-Tor 30 wird natürlich voll In Tätigkeit gesetzt, wenn die gemessene Herzfrequenz einen vorbestimmten Vergleichswert übersteigt und die Pre-ejectionsdauer länger ist als die korrigierte Vorausstossdauer für diese Frequenz. Wenn die AND-Bedingung erfüllt ist, wird ein dafür ausgelöstes Signal an einen Kardioversion-Pulsgeneratur geliefert, welcher dann aktiv wird und auf Grund eines plötzlichen Ausbruches bzw. einer plötzlichen bedeutenden Abweichung stimulierende Impulse an den Ventrikel via Punktelektrode 14 liefert, um zu versuchen, das Herz wieder einzufangen und dasselbe in der Geschwindigkeit bzw. Frequenz soweit zurückzubringen, welche der Höhe der physiologischen Aktivität der Person angemessen ist. Kardio-version-Pulsgeneratoren sind an sich im Stand der Technik bekannt, weshalb eine eingehende Beschreibung der elektronischen Ausrüstung derselben hier nicht gegeben wird.

Da physiologische Steigerungen der Herzfrequenz stets durch einen entsprechenden Abfall der PEP begleitet sind, kann gefolgert werden, dass bei Auftreten einer schnellen Tätigkeit bzw. Frequenz, begleitet durch eine relativ lange PEP, die hohe Tätigkeit durch eine nicht-physiologische Tachykardie ausgelöst ist, z.B. eine paroxysmale ventrikuläre Tachykardie infolge eines- wiedereintretenden Mechanismus.

Die Verwendung von intrakardialen Impedanzmessungen zur Ableitung der PEP ist lediglich ein Weg zum Abtasten der Länge der Pre-ejectionsdauer. Andere Wege sind natürlich ebenfalls anwendbar. Z.B. kann die im Gewebe durch arteriellen Blut-fluss erzeugte phasenbedingte Durchlässigkeitsänderung (phasic opacification) durch einen Photoplethysmograph in der Weise ermittelt werden, wie es in «Densitography: A New Method for Evaluation of Cardia Performance at Rest and du-ring Exercise», American Heart Journal, Vol. 83, Seiten 493, 1972, beschrieben ist. Ein derartiger Fühler kann irgendwo in der Nähe des Impulsgenerators so lange eingesetzt werden, als lebensfähiges Gewebe zwischen der Lichtquelle^ z.B. einer Licht-emittierenden Diode vom Infrarot-Typ, und dem Photodetektor vorliegt. Um die Batteriekraft aufrechtzuerhalten, wird eine Fenstermethode zur Impulswahrnehmung bevorzugt, wie es der Betrieb der LED mit einem Impuls von niedrigem Arbeitszyklus darstellt. Es ist z.B. auch ein an geeigneter Stelle angeordneter Festkörper oder transistorbestückter Druckmesswertwandler denkbar, der als ein Anzeigegerät für das Einsetzen des mechanischen arteriellen Pulses mit der PEP dient, welches das Intervall zwischen dem Auftreten des elektrischen R-Wellenimpulses und dem Einsetzen des mechanischen arteriellen Pulses ist. Anstelle eines Druckmesswertwandlers kann auch ein Durchfluss-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

CH 678 698 A5

8

messer vom Doppier-Typ über eine grössere Arterie, z.B. die Subclavian-Arterie, mit dem Beginn des arteriellen Blutflusses entsprechend dem Einsetzen des linken ventrikulären Ausstosses geeignet angeordnet werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 kann dadurch verbessert werden, dass die Arrythmia-Diagnose derart spezifiziert wird, dass die Frequenz, bei weicher die Herzfrequenz oder Herzschlaggeschwindigkeit ansteigt (Beschleunigung) berücksichtigt wird und jener Faktor in den Ermittlungsalgorithmus eingebracht wird. Es wird daher in der Ausführungsform gemäss Fig. 2 eine Fibrillations-Detek-torlogik eingeführt, um einen grösseren Amplitudenimpuls in Gang zu setzen, damit das Herz durch Schock in den Sinusrhythmus zurückgeführt wird, in der Einrichtung nach Figur 2 ist eine atriale (P-Welle) oder, alternierend, ein ventrikulärer (QRS-Welle) Fühlerschaltkreis 50 vorgesehen. Ein an den letzteren angeschlossener Detektorschaltkreis 52 dient zur Bestimmung, ob eine P-Welle (R-Welle) vorliegt oder nicht. Bei Abwesenheit der vorgenannten Weile kann der Stimulator zum Zurückkehren in seinen Schrittmachermodus eingerichtet sein, wie es durch den Schrittmacherteil 53 wiedergegeben wird, welcher entweder AAI, Wl oder irgendein anderer Dualkammer-Gangartmodus sein kann.

Wenn eine P-Welle (R-Welle) durch den Detektorschaltkreis 52 erfasst wird, wird die P-zu-P (R-zu-R) Zykluslänge in einer Messeinrichtung 54 gemessen, und eine willkürliche Zahl von aufeinanderfolgenden Intervallen, z.B. sechs, werden addiert und die Längenzusammensetzung als ein Wert in einem A-Register 56 gespeichert.

Auf eine vorbestimmte Verzögerung durch eine Verzögerungseinrichtung 58 hin, z.B. 4 bis 8 Zykluslängen, wird, wie es der Fall sein kann, eine andere vorbestimmte Zahl von P-zu-P oder R-zu-R Zykluslängen summiert und in einem B-Register 60 gespeichert. Die Zahl der gespeicherten Zykluslängen im B-Register wird absichtlich grösser gemacht als die im A-Register gespeicherte Anzahl. Gemäss Fig. 2 sind bei Speicherung von 6 Zykluslängen im A-Register 56 nach der Zeitverzögerung in der Zeitverzögerungseinrichtung 58 8 Zykluslängen im B-Register gespeichert. Nachfolgend werden der jeweilige Inhalt des A-Registers 56 und des B-Regi-sters 58 durch einen Vergleicher 62 miteinander verglichen. Wenn ermittelt wird, dass der Wert im A-Register 56 grösser ist als oder gleich demjenigen im B-Register 60, so wird ein AND-Schaltkreis 64 teilweise in Tätigkeit gesetzt, was eine unerwartete bzw. plötzlich auftretende Frequenz bzw. Rate anzeigt.

Dieses erfolgt, wenn die Differenz zwischen den gespeicherten Werten in den Registern 56 und 60 grösser als 25% ist und somit bedeutet, dass ein plötzlicher Wechsel eingetreten ist und als Abnor-malität durch den Ausgang am Vergleicher 62 diagnostiziert wird.

Zu gleicher Zeit wird die Herzfrequenz durch eine Entscheidungseinrichtung 66 mit einem vorgegebenen Vergleichsgrenzwert verglichen und bei Übersteigen dieses Grenzwertes wird dann eine

Tachykardie diagnostiziert. Der AND-Schaltkreis 64 kann dann voll in Tätigkeit gesetzt werden, um den plötzlichen Beginn einer Tachykardie zu reflektieren.

5 Gleichzeitig mit der P-Wellen- (R-Wellen-) Ermittlung durch den Fühlerschaltkreis 50 wird ein Pulsdetektor 67 zum Abtasten eines mechanischen Pulses verwendet, der durch die Herzschlagtätigkeit ausgelöst wird. In gleicher Weise wie das P-P (R-R) 10 elektrische Intervall behandelt wird, wird eine mechanische Puls-zu-Puls Zykluslänge oder Intervall mit einer Messeinrichtung 68 gemessen und eine vorbestimmte Anzahl von Zykluslängen (eis) werden aufsummiert und in einem C-Register 70 gespei-15 chert. In einer Entscheidungseinrichtung 73 wird ein Test zur Bestimmung durchgeführt, ob ein mechanischer Puls an einem geeignet angeordneten Messwertumwandler vorliegt. Bejahendenfalls wird nach einer vorbestimmten Verzögerung einer glei-20 chen Anzahl von Herzzyklen, was durch die Verzögerungseinrichtung 58 in einem Verzögerungsschaltkreis 72 erfolgt, eine zweite vorbestimmte Anzahl von Pulsintervallen summiert und in einem D-Register 74 gespeichert. Wiederum wird ein Test 25 auf «Plötzlichkeit» durchgeführt in einem Entscheidungsblock 76, um zu bestimmen, ob die gesamte Länge der sechs im Register 70 gespeicherten Puls-zu-Puls Zyklen grösser ist als die gesamte Länge von acht derartigen im Register 74 gespeicherten 30 Zyklen. Bejahendenfalls ist dieses eine Anzeige für ein rapides Ansteigen der Rate bzw. Frequenz und dient zur Bestätigung der Tachykardie, wie sie durch die zuvor beschriebenen elektrischen Wel-ienfühleroperationen ermittelt wurde und nicht infoi-35 ge elektrischer Interferenz, Myopotentialen oder anderen unechten künstlichen Fakten.

Wenn bei Anwendung der atrial gehandhabten Weise ein A-V-Block während der supraventrikulären Tachykardie vorliegt, d.h. wenn die ventrikulä-40 re Geschwindigkeit bedeutend langsamer ist als die atriale Geschwindigkeit, kann der Herzstimuiator nicht weiter arbeiten, um eine Kardioversion zu bewirken, wenn er nicht in einer anderen Art programmiert ist. Andererseits betätigt eine plötzliche Zu-45 nähme der P-Wellen-Geschwindigkeit oder Frequenz zusammen mit einer ähnlichen Zunahme der mechanischen Pulsgeschwindigkeit bzw. Frequenz ein AND-Tor 78, welches vollständig betätigt wird, wenn die AND-Bedingung des Tors 64 erfüllt ist. 50 Der Ausgang am Tor 78 signalisiert somit das Auftreten eines plötzlichen Einsetzens von Tachykardie, was durch ein Signal von mechanischem Ursprung, d.h. die gemessene Pulsfrequenz, bestätigt wird.

55 Zur Bestimmung, ob der wahrgenommene Rhythmus dem physiologischen Demand entspricht oder pathologischer Natur ist, enthält die Ausführungsform nach Fig. 2 Mittel 80 zur Messung der Pre-ejectiondauer. Eine vorbestimmte Anzahl, z.B. 60 sechs, solcher Zeitintervalle werden addiert und in einem E-Register 82 gespeichert, und das Verhältnis der PEP zur Summe der sechs Zykluslängen wird durch Teilung des Inhalts des E-Registers 82 durch den Inhalt des A-Registers 56 erhalten, wo-65 bei das Ergebnis in einem F-Register 84 verbleibt.

5

9

CH678 698A5

10

Das F-Register 84 enthält somit die Basis des PEP/GL-Verhältnisses.

Nach der Messung der Summe von mehreren PEPs und nach Einbringen jenes Wertes in das E-Register 82 und nach Auslauf der Verzögerungsdauer im Verzögerungsschaltkreis 72, wird eine vorbestimmte grössere Anzahl von PEPs (z.B. acht) in einem Korrekturblock 85 korrigiert, aufsummiert und in einem G-Register 86 festgehalten.

An diesem Punkt wird der Inhalt des G-Registers 86 durch die Inhalte des B-Registers 60 dividiert, um wiederum ein Verhältnis von Basis-PEP zur Zykluslänge zu erhalten; der resultierende Quotient wird in einem H-Register 88 gespeichert. Dieser Wert wird mit dem Inhalt des F-Registers 84 verglichen, und zwar in einem Vergleicher 89. Es wird dann eine Bestimmung durchgeführt, ob eine bedeutende Kürzung der PEP über eine relativ kurze Zeitdauer aufgetreten ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass die Inhalte des H-Registers 88 grösser sind als die Inhalte des F-Registers 84, so ist bekanntlich der Wechsel im PEP unter 25% gewesen, und ein Signal in einer Leitung 90 erscheint, welche als erster Eingang an einem AND-Tor 92 angeschlossen ist.

Der zweite Eingang am AND-Tor 92 kommt von dem Ausgang des AND-Tors 78. Es wird daran erinnert, dass das Tor 78 voll in Tätigkeit ist, wenn ein schnelles Einsetzen einer hohen Pulsfrequenz aufgetreten ist und die Herzfrequenz eine vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit übersteigt, welche Tachykardie anzeigt. Wenn solche Fälle auch durch ein unerwünschtes Ansteigen oder Kürzen in der PEP begleitet sind, was im Vergleicher 89 ermittelt wird, wird ein Kardioversion-lmpulsgenerator 94 aktiviert, wodurch eine Entladung von zeitlich regulierten Pulsen zum Einfangen des Herzens und zur Herabsetzung der Frequenz auf einen Wert erzeugt wird, welcher für den physiologischen Zustand des Patienten an diesem Zeitpunkt geeignet ist.

Das Ausgangssignal am Impulsdetektor 67 wird in einem Probenhalteschaltkreis 96 eingefangen, dessen Ausgang bzw. Ausgangssignal als ein erster Eingang an ein EX-OR-Tor 98 gelegt ist. Das an letzterem auftretende Ausgangssignal wird einem ersten Eingang eines AND-Tors 100 zugeführt, dessen zweites Eingangssignal vom Impulsdetektor 73 herkommt. Wenn kein Impuls am Impulsdetektor 73 festgestellt wird, so wird das AND-Tor 100 voll betätigt, wodurch ein logisches Signal an ein weiteres AND-Tor 102 geführt wird. Das zweite Eingangssignal am AND-Tor 102 kommt vom Ausgang des AND-Tors 64. Es wird daran erinnert, dass das Tor 64 betätigt wird, wenn ein plötzlicher Ge-schwindigkeits- oder Frequenzanstieg ermittelt wird und die resultierende Geschwindigkeit bzw. Frequenz über dem Schwellenwert liegt, der im Ent-scheidungsblock oder Schaltkreis 66 festgesetzt wird. Wie man erkennt, wird dann das Tor 102 voll betätigt, wenn die Herzfrequenz ungewöhnlich hoch wird und ein einmal auftretender Puls verschwindet. Eine solche Bedingung ist indikativ für eine ventrikuläre Fibrillation, und das Ausgangssignal am Tor 102 wird dazu benutzt, uro einen Defibrillator-Schalt-

kreis 104 zu triggern, wodurch ein DC-Defibrillati-onsschock zwischen z.B. einer Korrigierelektrode und einer neutralen oder indifferenten Elektrode ausgelöst und zum Herzen geliefert wird.

Je nach dem, ob der Kardioversion-Schaltkreis 94 oder der Defibrillator-Schaltkreis 104 durch die Entscheidungsblöcke 103 und 105 aktiviert werden, wird ein OR-Schaltkreis 106 aktiviert, wodurch eine Wiederholung der Entladung stattfinden kann, wo die im Entscheidungsblock 66 getestete elektrische (QRS) Rate hoch verbleibt. Die Anzahl aufeinanderfolgender Defibrillationsschocks oder Kardioversi-on-Entladungen kann ein programmierbares Merkmal bilden.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, wird die zu Grunde liegende Diagnose von pathologischer Tachykardie durch Beobachtung eines Geschwindigkeits- bzw. Frequenzanstieges über einen vorher festgesetzten Schwellenwert erreicht, welcher nicht durch ein konkurrierendes Kürzen der PEP begleitet ist.

Dieses wird durch gleichzeitige Beobachtung der Art und Weise bestätigt, in welcher die mechanische Pulsfrequenz sich ändert. Das Element des Masses des Frequenzwechsels und des Frequenzwechsels der PEP wird ebenso in den Algorithmus einbezogen, damit die Zuverlässigkeit der Entscheidung erhöht wird, ob die anfängliche Kardioversion wegen der abgetasteten Tachykardie pathologisch ist oder ob eine vorherige Anwendung einer Kardio-version-Entladung erfolgen soll, wo physiologische Tachykardie angezeigt ist. Es wird auch als vorteilhaft angesehen, die Anzahl der Zykluslängen zu programmieren, welche gemessen und in den Registern 56 und 60 gespeichert werden sollen, sowie die Pulszykluslängen, die in den Registern 70 und 74 gespeichert werden. Dies erlaubt, den Algorithmus an die besondere Art des bei den verschiedenen Patienten festgestellten Arrythmia anzupassen.

Es ist aus den Fig. 1 und 2 der Zeichnung leicht zu erkennen, wie der Algorithmus unter Venwendung von integrierter Schalttechnik ausgeführt werden kann. Es wird daher als nicht notwendig angesehen, die Elektronik zur Durchführung der Intervall-Messschritte, die Summierung der Zykluslängen, den Vergleich der gespeicherten Werte und dergleichen in ihren Einzelheiten zu beschreiben.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur mit den hier aufgezeigten besonderen Ausführungsformen durchgeführt werden, sondern auch in anderen Ausführungsformen, welche die Merkmale der Erfindung aufweisen.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Implantierbarer Herzschrittmacher zur Erzeugung von Kardioversions-Pulsmustern und Weiterleitung zum Herzen einer Person bei Feststellung von Tachykardie pathologischen Ursprungs, gekennzeichnet durch a) mit dem Herz (10) verbindbare Mittel (24, 25) zur Feststellung der Herzpulsfrequenz;

b) einen mit den Mitteln zur Pulsfrequenzfeststellung (25) verbundenen Komparator (28) zum Vergleich der Pulsfrequenz mit einem vorbestimmten Pulsfrequenzwert (R2) der Person unter Abgabe

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

11

CH 678 698 A5

12

eines Signals, wenn die festgestellte Pulsfrequenz grösser als die vorbestimmte Pulsfrequenz ist;

c) Mittel (32) zur Messung der Pre-ejectionsperi-ode des Herzens der Person;

d) ein auf das genannte Messmittel (32) ansprechendes Mittel (42), das anzeigt, ob die gemessene Pre-ejectionsperiode einen für die Pulsfrequenz der Person korrigierten Wert übersteigt; und e) ein an den Komparator (28) und das Anzeigemittel (42) angeschlossenes Mittel (30) zur Erzeugung der Kardioversions-Pulsmuster, aber nur dann, wenn die festgestellte Pulsfrequenz die vorbestimmte Pulsfrequenz und die gemessene Pre-ejektionsperiode den erwarteten Wert übersteigen.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Mittel (24, 25) zur Messung der Pulsfrequenz eines schlagenden Herzens ein dazu proportionales erstes Steuersignal liefert;

(b) der Komparator (28) das genannte erste Steuersignal mit der vorbestimmten Herzfrequenz vergleicht und ein zweites Steuersignal liefert, wenn das erste Steuersignal grösser als der vorbestimmte Herzfrequenzwert ist;

(c) das Mittel (32) zur Messung der Pre-ejekti-onsperiode ein dazu proportionales drittes Steuersignal erzeugt;

(d) das Anzeigemittel (42) das dritte Steuersignal mit einem vierten Steuersignal (von (40)) vergleicht, das proportional zu der genannten frequenzkorrigierten Pre-ejektionsperiode ist, die auf der jeweiligen Herzfrequenz beruht, und ein fünftes Steuersignal erzeugt, wenn das dritte Steuersignal grösser als das vierte Steuersignal ist; und

(e) das Mittel (30) zur Erzeugung des Kardiover-sions-Pulsmusters die Koinzidenz des zweiten und fünften Steuersignals erfasst.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen elektronische Schaltung folgende Teile aufweist:

(a) an das Herz zur Erfassung der Pulsfrequenz anzuschliessende Mittel (50,52,54);

(b) einen Frequenzänderungsdetektor (56, 58, 60, 62), der an das Erfassungsmittel (54) angeschlossen ist und den Anstieg der Pulsfrequenz über ein bestimmtes Zeitintervall ermittelt;

(c) einen an ein Erfassungsmittel (60) angeschlossenen Komparator (66) zum Vergleich der gemessenen mit einer vorgegebenen Pulsfrequenz und zur Erzeugung eines Signals, wenn die gemessene Pulsfrequenz die vorgegebene übersteigt;

(d) ein Gate (64) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn der erste Komparator (66) ein Ausgangssignal erzeugt und der Frequenzänderungsdetektor (62) eine Frequenzänderung erfasst, die einen vorbestimmten Wert übersteigt;

(e) Mittel (80, 82, 84) zur Messung der Pre-ejektionsperiode;

(f) einen zweiten Komparator (89), der auf Messmittel (84) anspricht, um anzuzeigen, ob die gemessene Pre-ejektionsperiode einen unerwarteten Wert für die dann vorliegende Pulsfrequenz der Person übersteigt, und (g) an das Gate (64) und den zweiten Komparator 5 (89) gekoppelte Mittel (78, 92), um Kardioversions-Pulsmuster nur dann zu erzeugen, wenn das Gate das gegebene Ausgangssignal erzeugt und die gemessene Pre-ejektionsperiode den erwarteten Wert übersteigt. 10

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Mittel zur Erfassung der Pulsfrequenz ein Mittel (50) zur Feststellung von Herz-Depolari-sierungssignalen aufweisen;

15 (b) erste Messmittel (54, 56), an das Erfassungsmittel (50) angeschlossen sind, um die gesamte Zykluslänge zwischen einer zwischen einer ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Herz-Depolarisationssignalen zu mes-20 sen;

(c) ein zweites Messmittel (60) an das Erfassungsmittel (50) angeschlossen ist, um die gesamte Zykluslänge zwischen einer zweiten vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Depolari-25 sierungssignale zu messen, wobei die zweite Anzahl grösser ist als die erste Anzahl und die zweite Messung eine vorbestimmte Zeit gegenüber der ersten Messung verzögert wird (Mittel 58);

30 (d) ein Komparator (62) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die erste Messung die zweite Messung übersteigt, und ein weiterer Komparator (66) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Frequenz, bei der die Herz-Depolarisie-35 rungssignale erfasst werden, einen bestimmten Wert übersteigt;

(e) ein Mittel (89), das an das erste Messmittel und an das Pre-ejektions-Erfassungsmittel (80) angeschlossen Ist, um Änderungen der Länge

40 der Pre-ejektionsperiode und der Zykluslänge zu erfassen;

(f) ein Kardioversions-Pulserzeuger (94) zur Anlegung eines vorbestimmten Musters elektrischer Pulse an das Herz vorgesehen sind und

45 zusätzlich

(g) die Gates (78, 92) den Kardioversions-Pulserzeuger (94) mit dem Ausgang des ersten Gates (64) und dem Mittel zur Erfassung der Änderungen der Länge der Pre-ejektionsperiode (89) verso binden.

55

60

65

7