-
Die
Erfindung betrifft ein Implantat mit einer Impedanzerfassungseinheit
zum Bestimmen eines transthorakalen Impedanzverlaufs und einer Impedanzauswertungseinheit,
die mit der Impedanzerfassungseinheit verbunden ist und den Impedanzverlauf auswertet,
sowie ein System und ein Verfahren zum Auswerten des Impedanzverlaufs.
Das Auswerten des Impedanzverlaufs erfolgt jeweils mit dem Ziel, eine
Dekompensation möglichst früh und genau zu erkennen.
-
Bei
Patienten, die unter Herzinsuffizienz leiden, kann es in unregelmäßigen
Abständen zu einer akuten Verschlechterung ihres Zustandes
kommen, verbunden mit einem völligen Zusammenbruch der Leistungsfähigkeit,
Atemnot und Erstickungsangst. In diesem Fall muss eine sofortige
Hospitalisierung mit Notfallbehandlung erfolgen.
-
Diese
Ereignisse werden durch eine so genannte „Dekompensation"
hervorgerufen, bei der das Herz nicht mehr in der Lage ist, eine
ausreichende Pumpleistung zur Verfügung zu stellen. Dieses
Ereignis kündigt sich einige Wochen vorher durch einen (sich
selbst verstärkenden) Anstieg des Druckes im Lungenkreislauf
an, und damit verbunden einer zunehmenden Einlagerung von Wasser
in das Lungengewebe, was jedoch vom Patienten in der Regel nicht rechtzeitig
wahrgenommen wird.
-
Das
Zustandekommen einer Dekompensation, verbunden mit einer großen
Belastung des Patienten und des Herz-Kreislaufsystems selbst, verschlechtert
das Krankheitsbild der Herzinsuffizienz beträchtlich. Die
Lebenserwartung des Patienten kann durch rechtzeitiges Erkennen
von sich anbahnenden Dekompensationen wesentlich erhöht
werden. Durch die mögliche Vermeidung der durch einen kritischen
Zustand des Patienten erforderlichen Hospitalisierung können
die Kosten der medizinische Versorgung reduziert werden.
-
Notwendig
hierfür ist ein Gerät, das bei Anbahnung einer
Dekompensation rechtzeitig vor der akuten Phase eine Warnung erzeugt.
Daraufhin können frühzeitig entsprechende Therapiemaßnahmen eingeleitet
und eine Hospitalisierung verhindert werden.
-
Patienten,
die unter Herzversagen leiden, werden zunehmend mit einem implantierten
Defibrillator (ICD) versorgt, da Teile dieser Patientengruppe auch
ein erhöhtes Risiko für lebensbedrohliche Tachyarrhythmien
tragen.
-
Die
verwendeten ICD sind dabei als Einkammer- oder Zweikammersysteme
ausgeführt. Etwa 2/3 aller Patienten mit Herzversagen leiden
unter systolischem Herzversagen, bei dem die Effizienz des Blutauswurfs
stark verschlechtert ist (z. B. hervorgerufen durch einen Linksschenkel-Block).
Solche Patienten werden heute zunehmend mit einem Implantat therapiert,
das durch synchrone Stimulation des rechten und linken Herzens die
Synchronität der Kontraktion des linken und rechten Herzens
wiederherstellt. Sie erhalten eine so genannte kardiale Resynchronisations-Therapie
(CRT), bei der ein Schrittmacher oder ICD separate Elektroden zum
rechten und zum linken Ventrikel (über den Coronar-Sinus)
erhält.
-
Ein
physikalischer Parameter, mit dem die zunehmende Ansammlung von
Flüssigkeit im Thorax ermittelt werden kann ist die transthorakale
elektrische Impedanz. Nimmt der Flüssigkeitsgehalt im Lungengewebe
zu sinkt die gemessene Impedanz. Mit Hilfe eines Implantats und
der implantierten Elektroden kann diese transthorakale Impedanz
auf einfache Weise gemessen werden. Dadurch kann eine Dekompensation
frühzeitig vor der akuten Phase erkannt und damit Patient
oder Arzt gewarnt werden, um daraufhin therapeutische Maßnahmen
einzuleiten.
-
Bekannt
sind Vorrichtungen, die die transthorakale Impedanz zwischen dem
Implantatsgehäuse und/oder einer oder mehreren kardialen
Elektroden messen, um eine Flüssigkeitsansammlung in der Lunge
zu detektieren (
US 5,957,861 ,
US 6,076,015 ,
US 6,454,719 ,
US 2006/0041280 ,
US 2006/0258952 ,
US 2006/0264776 ). Allgemein werden
die Impedanzwerte über einen längeren Zeitraum
(z. B. über 24 Stunden) gemittelt, um die durch Herz- und
Atemzyklus und zirkadiane Schwankungen verursachten Impedanzvariationen
auszugleichen. Diese gemittelten Werte dienen als Basis für die
Früherkennung von sich anbahnenden Lungenödemen;
siehe
Yu CM, Wang L, Chau E, Chan RH, Kong SL, Tang MO,
Christensen J, Stadler RW, Lau CP. „Intrathoracic impedance monitoring
in patients with heart failure: correlation with fluid status and
feasibility of early warning preceding hospitalization." Circulation
2005; 112(6): 841–8.
-
Sekundäre
Effekte, die nicht durch die Entstehung eines Lungenödems
bedingt sind, können die transthorakale Impedanz ebenfalls
stark beeinflussen und eine Flüssigkeitsansammlung vortäuschen
oder sie verdecken. Diese Störungen müssen in
ihrem Einfluss auf die Detektion eines entstehenden Lungenödems
kompensiert werden.
-
Eine
dieser Störungen kann durch Schwankungen der Blutleitfähigkeit,
verursacht beispielsweise durch einen sich verändernden
Hämatokrit oder den variierenden Elektrolytgehalt im Blut,
entstehen.
-
Um
den Einfluss der Blutleitfähigkeit zu verringern werden
Systeme beschrieben, die die Blutleitfähigkeit bestimmen
und zur Korrektur der transthorakalen Impedanz verwenden (
US 2006/0041280 ,
US 2006/0258952 ,
US 2006/0264776 ).
-
Die
Impedanzen von Lungengewebe und von Blut weisen eine unterschiedliche
Frequenzcharakteristik auf. Es wurde ein System beschrieben, das
aus diesem Grunde die Impedanzmessung bei verschiedenen Frequenzen
durchführt, um den Einfluss der Blutleitfähigkeit
zu minimieren (
EP 1 665 983 ).
-
Auch Änderungen
der Körperlage (z. B. Aufstehen oder Hinlegen) führen
zu einer Flüssigkeitsumverteilung im Körper und
damit zu einer temporären Veränderung des Flüssigkeitsgehalts
in der Lunge. Diese Änderungen im Flüssigkeitsgehalt
werden von der transthorakalen Impedanz prinzipbedingt wiedergegeben
und möglicherweise als entstehendes Lungenödem
bewertet. Aus diesem Grunde wurden Systeme beschrieben, die die
Körperlage oder deren Änderung erfassen und in
die Bewertung der transthorakalen Impedanz einbeziehen (
US 2006/0041280 ,
US 2006/0258952 ,
US 2006/0264776 ). Weitere
Störungen können durch Flüssigkeitsansammlungen
in der Implantattasche oder Migration des Implantats entstehen.
-
Alle
diese Lösungen haben den Nachteil, dass zusätzliche
Sensoren oder zusätzliche Messungen notwendig sind. Die
dafür notwendige Energie kann besonders bei Langzeitimplantaten
zu einer merklichen Verringerung der Lebensdauer führen.
-
Beschrieben
wurden auch Systeme, die die Atmungstätigkeit selbst überwachen,
um aus der ermittelten Atemfrequenz oder dem Atemrhythmus (z. B.
Kurzatmigkeit, Cheyne-Stokes-Atmung, Schlafapnoe) auf eine Verschlechterung
des Krankheitszustandes zu schließen (
US 5,876,353 ,
US 5,957,861 ,
US 6,076,015 ,
US 6,449,509 ,
US 6,454,719 ,
US 2006/0258952 ).
-
Die
Atemtätigkeit wird allerdings erst in einem relativ späten
Stadium des Lungenödems merklich beeinflusst; siehe
Zipes,
D.P. et al. [ed.]: Braunwald's Heart Disease; Elsevier, 2005.
Darüber hinaus wird die Atmung aber auch von vielen anderen
Faktoren beeinflusst, wie z. B. körperliche Belastung, Sprechen
und allgemeiner Gesundheitszustand (NYHA). Dadurch ist die eindeutige
Früherkennung eines Lungenödems rein aus der Atmung
sehr fehleranfällig. So wird beispielsweise die Abhängigkeit
der Impedanz von der Atmung auch ausgenutzt, um das Atemminutenvolumen
zu bestimmen, was zur Abschätzung der metabolischen Belastung
dient und zur Ansteuerung eines frequenzadaptiven Schrittmachers
Verwendung findet (
US 6,076,015 ,
US 6,449,509 ).
-
Weiterhin
wurden Verfahren beschrieben, die über eine intrakardial
gemessene Impedanz hämodynamische Größen
bestimmen und aus deren Veränderung eine Veränderung
des Krankheitszustandes ableiten. Dabei wird die Dynamik des Herzschlages
selbst bestimmt und Schwankungen, die durch die Atmung und durch
andere Einflüsse hervorgerufen werden, beispielsweise durch
Mittelung beseitigt (
Zima, E., et al. "Determination of
left ventricular volume changes by intracardiac conductance using
a biventricular electrode configuration." Europace 8.7 (2006): 537–44;
Stahl,
C., et al. "Intracardiac Impedance Monitors Hemodynamic Deterioration
in a Chronic Heart Failure Pig Model." J.Cardiovasc.Electrophysiol.
18 (2007): 985–90;
EP
1 510 173 ).
-
Bekannt
sind auch Systeme, die mehrere verschiedene Parameter kombinieren,
um den Krankheitsverlauf besser beurteilen und die Unsicherheiten
eines einzelnen Parameters kompensieren zu können (
US 5,876,353 ,
US 5,957,861 ,
US 2006/0258952 ,
US 2006/0264776 ).
-
Die
bekannten Lösungen haben verschiedene Nachteile.
-
Ein
entscheidender Nachteil der bekannten Lösungen liegt darin
begründet, dass die transthorakale elektrische Impedanz
nicht nur durch die zunehmende Flüssigkeitsan sammlung in
der Lunge sondern auch von vielen anderen Faktoren beeinflusst wird.
Durch die Einflüsse dieser sekundären Faktoren
reduziert sich die Sensitivität und die Spezifität bei
der Lungenwasserdetektion. Deshalb müssen die sekundären
Einflussfaktoren durch zusätzliche Parameter oder zusätzliche
Messgrößen teilweise auch anderer Sensoren (z.
B. Körperlage, intrakardiale Drucksensoren) kompensiert
werden. Zusätzliche Messungen erhöhen den Aufwand
und den Energieverbrauch. Durch den erhöhten Energieverbrauch verringert
sich, vor allem bei Langzeitimplantaten, die Lebensdauer des Systems.
Auch die bekannten Atmungsparameter sind von vielen anderen Faktoren abhängig
und allein genommen wenig spezifisch. So ist auch hierbei die Verwendung
zusätzlicher Parameter notwendig.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik weitestgehend
vermeiden, leicht zu realisieren sind und insbesondere eine möglichst
hohe Sensitivität und Spezifität bieten.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Implantat mit einer Impedanzerfassungseinheit zum
Bestimmen eines transthorakalen Impedanzverlaufs und einer Impedanzauswertungseinheit,
die mit der Impedanzerfassungseinheit verbunden ist, wobei die Impedanzauswertungseinheit
ausgebildet ist, für einen jeweiligen, von der Impedanzerfassungseinheit erfassten
Impedanzverlauf dessen Modulationsgrad zu bestimmen.
-
Grundsätzlich
basiert die vorliegende Erfindung auf der Messung der normalen transthorakalen elektrischen
Impedanz. Für die Detektion der zunehmenden Flüssigkeitsansammlung
in der Lunge bzw. zur Bewertung des Grades einer vorliegenden Herzinsuffizienz
werden allerdings im Gegensatz zu den bekannten Methoden keine absoluten
Impedanzwerte verwendet. Es wird die direkte Modulation der Impedanz
durch den Atemzyklus und/oder der zirkadiane Zyklus der Impedanz
zur Detektion des Entstehens eines Lungenödems ausgenutzt.
Durch die Auswertung der Modulationsparameter werden die Einflüsse
sekundärer Faktoren auf die absolute transthorakale Impedanz
kompensiert oder eliminiert. Die Modulationsparameter reagieren
ebenfalls empfindlich auf Flüssigkeitsansammlungen in der
Lunge, so dass eine frühzeitige Detektion eines entstehenden
Lungenödems auch ohne zusätzliche Messungen oder
Sensoren möglich ist.
-
Das
erfindungsgemäße Implantat misst eine elektrische
Impedanz im Körper in der Art, dass die Lunge ganz oder
teilweise von dem zur Impedanzmessung erzeugten elektri schen Feld
erfasst wird (transthorakale Impedanz). Das Implantat kann ein Herzschrittmacher
oder ein implantierbarer Cardioverter/Defibrillator (ICD) sein oder
auch als reines Monitoring-Implantat mit Messfunktion ausgeführt sein
und enthält vorzugsweise eine Einrichtung zur Telemetriekommunikation
mit einem externen Patientengerät. Die Messung der transthorakalen
Impedanz erfolgt bevorzugt in bekannter Weise beispielsweise zwischen
einer kardialen Elektrode und dem Implantatgehäuse. Prinzipiell
ist jede Elektrodenanordnung verwendbar, deren elektrisches Feld
die Lunge ganz oder teilweise erfasst. Auch können Elektroden
mit mehreren Kontakten eingesetzt werden. Hierbei kann über
einen Kontakt (bzw. Kontaktpaar) der Messstrom eingespeist werden
während über den anderen Kontakt (bzw. Kontaktpaar)
die abfallende Spannung gemessen wird. Obwohl diese mehrpolige Messanordnung
viele Vorteile aufweist ist sie für die beschriebene Erfindung
nicht Bedingung.
-
Für
die erfindungsgemäße Impedanzauswertungseinheit
ergeben sich verschiedene geeignete und bevorzugte Varianten, wie
der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung der Erfindung zu
entnehmen ist.
-
Die
Impedanzauswertungseinheit kann Bestandteil des Implantats selbst
sein oder auch Bestandteil eines externen Gerätes, wie
beispielsweise eines Patientengerätes oder eines Service-Centers, die
mit dem impedanzmessenden Implantat z. B. telemetrisch direkt oder
indirekt zu verbinden sind und so die vom Implantat erfassten Impedanzwerte
empfangen können.
-
Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit
Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
Diese zeigen in:
-
1 ein
erfindungsgemäßes Implantat in der Außendarstellung
-
2:
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Implantats;
-
3 eine
Blockschaltbild einer beispielhaften Ausgestaltung eines Impedanzauswerteeinheit des
erfindungsgemäßen Implantats;
-
4 ein
Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Implantats;
-
5 eine
beispielhafte Darstellung eines zeitlichen Impedanzverlaufs mit
zugehörigem Mittelwert und dem Atmungssignal;
-
6 Verringerung
des Effektivwertes des Atmungssignals während der Herausbildung
eines Lungenödems;
-
7 den
Verlauf des Trends der mittleren Impedanz; und
-
8 ein
erfindungsgemäßes Implantat in Verbindung mit
einem Patientengerät und einem Service-Center.
-
1 zeigt
ein Implantat 10 in Form eines biventrikulären
Dreikammer-Herzschrittmachers und Cardioverters/Defibrillators (ICD).
An diesen sind drei Elektrodenleitungen angeschlossen, nämlich
eine rechtsatriale Elektrodenleitung 14, eine rechtsventrikuläre
Elektrodenleitung 16 und eine linksventrikuläre
Elektrodenleitung 30. Im implantierten Zustand endet die
rechtsatriale Elektrodenleitung 14 im rechten Atrium 26 eines
Herzens 12. Die rechtsventrikuläre Elektrodenleitung 16 endet
im rechten Ventrikel 28 des Herzens 12 und die
linksventrikuläre Elektrodenleitung 30 reicht über
den Coronarsinus des Herzens 12 bis zum linken Ventrikel
des Herzens.
-
Die
rechtsatriale Elektrodenleitung 14 trägt an ihrem
distalen Ende eine rechtsatriale Spitzenelektrode 22 und
in geringem Abstand davon eine rechtsatriale Ringelektrode 24.
In ähnlicher Weise trägt die rechtsventrikuläre
Elektrodenleitung 16 an ihrem distalen Ende eine rechtsventrikuläre
Spitzenelektrode 18 und wenig entfernt davon eine rechtsventrikuläre
Ringelektrode 20. Auch am distalen Ende der linksventrikulären
Elektrodenleitung 30 ist eine linksventrikuläre
Spitzenelektrode 34 und wenig entfernt davon eine linksventrikuläre
Ringelektrode 32 angebracht. Diese Elektroden dienen der
Aufnahme elektrischer Potenziale in der jeweiligen Herzkammer sowie
der Abgabe von Stimulationsimpulsen an die jeweilige Herzkammer
im normalen Schrittmacherbetrieb. Diese braucht an dieser Stelle
nicht mehr erläutert zu werden.
-
Die
rechtsventrikuläre Elektrodenleitung 16 trägt
außerdem noch eine im implantierten Zustand im rechten
Ventrikel angeordnete rechtsventrikuläre Schockwendel 38 sowie
eine im implantierten Zustand in der Vena cava superior befindliche
zweite Schockwendel 40. Auch an der linksventrikulären Elektrodenleitung 30 ist
eine linksventrikuläre Schockwendel 36 angebracht.
Die Schockwendeln dienen im Bedarfsfall als Defibrillations-Elektroden zur
Abgabe von Defibrillationsschocks. Auch dies braucht an dieser Stelle
nicht näher erläutert zu werden.
-
Für
die vorliegende Erfindung ist hingegen von Bedeutung, dass das Implantat 10 ausgebildet ist, über
sein metallisch leitendes Gehäuse 42 und beispielsweise
die rechtsventrikuläre Schockwendel 38 einen schwachen
unterschwelligen, also nicht zu Gewebekontraktionen führenden
Wechselstrom abzugeben und über die rechtsventrikuläre
Spitzenelektrode 18 und einem von dem elektrisch leitenden Hohlgehäuse 42 gebildeten
Gegenpol die infolge des eingespeisten Wechselstroms abfallende
Spannung zu messen. Dies erlaubt es in an sich bekannter Weise,
eine transthorakale Impedanz zu bestimmen.
-
2 zeigt
in einem schematischen Blockschaltbild das Implantat 10 mit
den üblichen Bestandteilen eines Herzschrittmachers/Cardioverters/Defibrillators,
nämlich Anschlüssen für die in 1 dargestellten
Elektrodenleitungen sowie mit diesen verbundenen, in dem Hohlgehäuse 42 untergebrachten elektrischen
Komponenten, wie einem rechtsventrikulären Defibrillationsschockgenerator 62,
einem linksventrikulären Defibrillationsschockgenerator 64, einer
rechtsventrikuläre Sensing- und Stimulationseinheit 50 (die
der Einfachheit halber in dieser Darstellung zu einer Einheit zusammengefasst
sind) sowie einer entsprechenden linksventrikulären Stimulations-
und Sensingeinheit 52. Diese Komponenten sind mit einer
zentralen Steuereinheit 54 verbunden, die außerdem
auch mit einem Aktivitätssensor 60 verbunden ist.
-
Ein
Speicher 56 dient dem Speicher mit Programmdaten zum Steuern
der Steuereinheit 54 sowie zum Speichern von durch das
Implantat 10 gewonnenen Messwerten und Betriebsparametern.
Die Steuereinheit 54 und der Speicher 56 sind
außerdem mit einer Telemetrieeinheit 58 verbunden,
die es erlaubt, drahtlos Daten aus dem Implantat 10 an
ein externes Patientengerät zu übertragen oder
umgekehrt von diesem Daten, beispielsweise neue Steuerparameter,
zu empfangen.
-
Für
die Erfindung von Bedeutung ist eine Wechselstromquelle 72,
die in an sich bekannter Weise biphasische Stromimpulse generiert
und über den Anschluss RV-Coil und die rechtsventrikulärer Schockwendel 38 sowie über
das Gehäuse 42 an im implantierten Zustand dazwischen
liegendes Körpergewebe abgibt. Eine Spannungsmesseinheit 74 misst
die aus den abgegebenen Wechselstromimpulsen resultierende Spannung.
Die Stärke der abgegebenen Stromimpulse und die daraus
resultierende Spannung wird durch eine Impedanzerfassungseinheit 76 in
regelmäßigen Zeitabständen ausgewertet, so
dass sich eine Zeitfolge von die jeweilige Impedanz repräsentierenden
Werten, im Folgenden Impedanzwerte genannt, ergibt, die den zeitlichen
Verlauf der Impedanz zwischen Gehäuse 42 des Implantats und
dem rechten Ventrikel widerspiegeln. Diese Impedanz ist die transthorakale
Impedanz. Zur Auswertung dieses Impedanzverlaufs ist eine Auswerteeinheit 78 vorgesehen,
die die Impedanz wie folgt auswertet (siehe 3):
Die
von der Impedanzerfassungseinheit 76 stammende Folge von
Impedanzwerten wird zunächst einer Digitalfilterung unterzogen,
um durch digitale Filterung mit verschiedenen Zeitkonstanten den
Mittelwert M des Impedanzverlaufs und ein Atmungssignal R zu bestimmen.
Ein erstes Digitalfilter 100 dient dabei der Bestimmung
des Mittelwertes M und ein zweites Digitalfilter 102 dient
der Bestimmung des Atmungssignals R. Dem Digitalfilter 102 nachgeschaltet
ist eine Effektivwert-Bestimmungseinheit 104 zur Bestimmung
des Effektivwerts des Atmungssignals R. Dem nachgeschaltet ist wiederum
eine Verhältnisbestimmungseinheit 106, die mit
einem ersten Eingang mit der Effektivwertbestimmungseinheit 104 und
mit einem zweiten Eingang mit dem ersten Digitalfilter 100 verbunden
ist und dazu ausgebildet ist, das Verhältnis vom Effektivwert
des Atmungssignals R zur mittleren Impedanz M zu bilden. Dieses
Verhältnis stellt einen von der Impedanzauswertungseinheit 78 bestimmten
Modulationsparameter dar, dessen Parameterwert in einem nachgeschalteten
ersten Komparator 108 mit einem Schwellwert als Vergleichswert
verglichen wird.
-
Die
Verhältnisbestimmungseinheit 106 ist ausgangsseitig
außerdem mit einer Trendbestimmungseinheit 110 verbunden,
die jeweils die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Modulationsparametern
bildet und diese Differenz mit einer vorangegangenen Differenz vergleicht.
Dieser Vergleich kann ebenfalls durch Differenzbildung erfolgen.
Das so gewonnene Ausgangssignal wird einem zweiten Komparator 112 zugeführt,
mit dem dieses Ausgangssignal mit einem zweiten Schwellwert als Vergleichswert
verglichen wird.
-
Die
Ausgangswerte des ersten Komparators 108 und des zweiten
Komparators 112 werden einer Bewertungseinheit 114 zugeführt,
die in Abhängigkeit der beiden Vergleichsergebnisse ein
Dekompensationswarnsignal generiert oder nicht.
-
4 zeigt
eine alternative Ausführungsvariante des Implantats 10,
bei der der an das Gewebe abzugebende Wechselstrom einerseits über
das Gehäuse 42 des Implantats und andererseits
sowohl über die rechtsventrikuläre Ringelektrode 20 als
auch die Iinksventrikuläre Ringelektrode 32 abgegeben wird.
Die Spannungsmessung erfolgt einerseits über das Gehäuse 42 des
Implantats 10 und andererseits über die rechtsventrikuläre
Spitzenelektrode 18 und die Iinksventrikuläre
Spitzenelektrode 34. Weitere Elektrodenkonfigurationen
für die Messung der transthorakalen Impedanz sind grundsätzlich
bekannt und möglich.
-
Die
nachfolgenden Erläuterungen dienen dem tieferen Verständnis
der Erfindung und beschreiben weitere mögliche Ausgestaltungen
der Impedanzauswerteeinheit 78, die hier bildlich nicht
näher dargestellt sind.
-
Die
transthorakale Impedanz schwankt zeitlich um einen Mittelwert M,
d. h. die Impedanz wird durch die Herzbewegungen und die Atmung
zyklisch moduliert. Der Zeitverlauf der Impedanz Z(t) ist geprägt
durch die relativ hochfrequente Herzbewegung, der der langsamere
Atemzyklus R überlagert ist.
-
So
zeigt 5 beispielhaft einen Zeitverlauf der intrathorakalen
Impedanz Z(t) mit dem zugehörigen Mittelwert (M) und dem
Atmungssignal (R)
-
Mit
zunehmender Flüssigkeitsansammlung in der Lunge verringert
sich bekanntermaßen der mittlere Impedanzwert, was von
den bekannten Verfahren zur Lungenödemdetektion genutzt
wird. Es wurde aber festgestellt, dass sich dabei ebenfalls die durch
die Atmung hervorgerufene Modulation der transthorakalen Impedanz
(Atmungssignal; R) deutlich verringert, selbst wenn Atemtiefe und
Atemfrequenz unverändert bleiben; siehe 6.
-
Die
in der Lunge angestaute Flüssigkeit schließt das
Lungengewebe zunehmend elektrisch kurz. Dadurch verringert sich
der Einfluss des wechselnden Luftgehalts in der Lunge auf die Impedanz während
eines Atemzyklus. Die Impedanzmodulation ist direkt an die Atmung
gekoppelt. Andere Faktoren, wie beispielsweise Änderungen
in der Blutleitfähig keit, können dadurch in ihren
Einflüssen getrennt werden, anders als bei der mittleren
Impedanz. Veränderungen an der Atmungsmodulation der transthorakalen
Impedanz durch den Flüssigkeitsstau in der Lunge sind bereits
detektierbar weit bevor die Atmung symptomatisch beeinträchtigt
wird.
-
Um
aussagekräftige Parameter der Atmungsmodulation bestimmen
zu können muss die durch die Atmung verursachte Komponente
(R) vom Gleichanteil der transthorakalen Impedanz (M) und von der
durch den Herzzyklus hervorgerufenen Komponente (Herzsignal) getrennt
werden. Dies geschieht durch die Impedanzauswertungseinheit. Diese
kann hierfür allgemein bekannte Verfahren verwenden, wie
beispielsweise verschiedene Filterverfahren oder die herzzyklussynchrone
Messung der Impedanz. Diese Verfahren lösen das Atmungssignal R
aus dem Zeitverlauf der transthorakalen Impedanz Z(t) heraus. Aus
dem herausgelösten Atmungssignal werden geeignete Parameter
abgeleitet, die den Grad der Modulation beschreiben und zur Abschätzung
der Flüssigkeitsansammlung in der Lunge dienen können.
Vorzugsweise ist die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet, einen
oder mehreren der nachfolgenden Modulationsparameter zu bestimmen:
- – Effektivwert oder mittlere Amplitude
des Atmungssignals,
- – Verhältnis von Effektivwert oder mittlerer
Amplitude zur mittleren Impedanz M,
- – Relation des Effektivwertes zur Atemfrequenz,
- – Interquartilsabstand,
wobei diese Aufzählung
nur beispielhaften Charakter hat und weder vollständig
noch einschränkend ist. Der Wert eines oder mehrerer dieser
Modulationsparameter wird dann von der Impedanzauswertungseinheit
mit einem Kriterium, beispielsweise einem Schwellwert, verglichen
und über die Detektion einer Dekompensation entschieden
(z. B. bei Überschreitung des Schwellwerts). Das Kriterium
kann dabei eine fest vorgegebene Größe haben oder
patientenindividuell einstellbar sein.
-
Darüber
hinaus kann die Impedanzauswertungseinheit auch ausgebildet sein,
die Trends eines oder mehrerer Modulationsparameter über
eine geeignete Zeitdauer aufzuzeichnen und auszuwerten. Aus diesen
Trends kann die bevorzugte Impedanzauswertungseinheit wiederum geeignete
Trendparameter bestimmen, insbesondere einen oder mehrere der nachfolgend
aufgeführten Trendparamter:
- – die
Differenz zum vorhergehenden Parameterwert oder die Änderung
dieser Differenz gegenüber der vorhergehenden,
- – zirkadiane Schwankungen des oder der Parameter,
- – Änderungen der zirkadianen Schwankung des Parameters,
- – Änderung der Relation zwischen Atmungsamplitude
und Atemfrequenz.
-
Auch
diese Trendparameter werden durch die Impedanzauswertungseinheit
wieder mit einem Kriterium verglichen und damit eine Dekompensation detektiert.
Weiterhin kann die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet sein,
den Parametertrend mit dem Schwellwert zu verknüpfen. So
kann die Impedanzauswertungseinheit beispielsweise aus der Dauer
und dem Grad der Unterschreitung des Schwellwertes eine Aussage über
eine entstandene Dekompensation ableiten.
-
Betrachtet
man den Trend der mittleren Impedanz M findet man ebenfalls zeitliche
Schwankungen, die auf einen deutlichen zirkadianen (tageszeitabhängigen)
Rhythmus der Impedanz hinweisen; siehe 7.
-
Es
ist zu vermuten, dass das zirkadiane Muster der Impedanz auf Flüssigkeitsverlagerungen
im Körper zurückzuführen ist, die mit
anderen tageszeitabhängigen rhythmologischen (z. B. Herzrate) und/oder
hämodynamischen Größen (z. B. Blutdruck)
verknüpft sind. Aber auch weitere, z. B. hormonale, Einflussfaktoren
können dabei eine Rolle spielen. Daher wird das zirkadiane
Muster unter Umständen wesentlich vom Krankheitszustand
des Patienten bestimmt, da z. B. Erholungsphasen in der Nacht beim
kranken Patienten weniger ausgeprägt sind als im gesunden
bzw. weniger kranken Patienten. Daher wird das zirkadiane Signal
der Impedanz bzw. daraus abgeleitete Parameter ebenso zur Detektion
eines Lungenödems bzw. zur Bewertung der bestehenden bzw.
fortschreitenden Herzinsuffizienz herangezogen.
-
Die
Impedanzauswertungseinheit ist vorzugsweise ausgebildet, durch geeignete
Methoden, z. B. durch stündliche Mittelung der zyklisch
gemessenen Impedanzwerte, das zirkadiane Signal aus der mittleren
Impedanz M zu ermitteln. Aus diesem zirkadianen Signal bestimmt
die Impedanzauswertungseinheit in ihrer bevorzugten Ausführungsform
wiederum Parameter (zirkadiane Parameter), die dieses Signal charakterisieren.
Vorzugsweise ist die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet, einen
oder mehrere der nachfolgend genannten zirkadianen Parameter zu
bestimmen:
- – maximale Tagesschwankung
der Impedanz als Differenz zwischen maximalem und minimalem Wert,
- – das Verhältnis der Dauer der beiden Halbperioden
(oberhalb und unterhalb des Tagesmittelwertes) zueinander,
- – Phasenlage der zirkadianen Schwankung, z. B. Uhrzeit
des Maximums und/oder Minimums
- – Differenz der Impedanzwerte von zwei konstanten Zeitpunkten
oder auch die Tag-Nacht-Differenz.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet,
diese zirkadianen Parameter ebenfalls wieder mit einem Kriterium
zu vergleichen. Daraus kann eine Aussage über eine entstandene
oder drohende Dekompensation abgeleitet bzw. die Entwicklung der
zugrunde liegenden Herzinsuffizienz bewertet werden. Auch hier kann
die Impedanzauswertungseinheit weiter ausgebildet sein, den Trend
eines oder mehrerer zirkadianer Parameter über eine geeignete
Zeitdauer zu ermitteln und zirkadiane Trendparameter abzuleiten,
die ebenfalls mit einem Kriterium verglichen werden können.
Auch kann die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet sein, den Trend mit
dem Kriterium zu verknüpfen, um eine Aussage über
den Grad der Dekompensation zu treffen.
-
Darüber
hinaus kann die Impedanzauswertungseinheit auch ausgebildet sein,
einen zirkadianen Parameter oder dessen Trend mit dem Trend eines
Modulationsparameters des Atmungssignals oder dem Modulationsparameter
selbst zu verknüpfen, beispielsweise
- – Phasenverschiebung
zwischen zirkadianem Signal und zirkadianem Trend eines Atmungssignalparameters,
- – Vergleich der Atmungssignalparameter nur in einem
bestimmten Teil des zirkadianen Rhythmus (z. B. immer nur zu bestimmten
Uhrzeiten oder zu Zeiten eines Minimums im zirkadianen Signal).
-
Ebenfalls
kann die Impedanzauswertungseinheit ausgebildet sein, die Korrelation
zwischen einem oder mehreren Parametern des zirkadianen Signals
und Parametern des Atmungssignals zu bewerten und daraus den Grad
der Dekompensation abzuleiten.
-
Die
Bestimmung der Parameter und Trends und das Prüfen gegen
das entsprechende Kriterium können einerseits vollständig
im Implantat erfolgen, wenn die Impedanzauswertungseinheit vollständig
in das Implantat integriert ist. Wenn die Impedanzauswertungseinheit
durch die Prüfung gegen das Kriterium eine Dekompensation
detektiert, kann das Implantat einen Alarm generieren (z. B. akustisch
oder durch Vibrieren oder eine Alarmmeldung über eine Telemetrieverbindung
an ein externes Patientengerät senden) oder selbständig
Maßnahmen zur Therapieanpassung durchführen, wie
beispielsweise die Freigabe von Medikamenten oder die Anpassung
ihrer Dosierung oder die Anpassung der Stimulationsparameter bei
Schrittmachern oder ICD.
-
Andererseits
kann das Implantat nur die entsprechenden Parameter bestimmen und
diese über eine Telemetrieverbindung an ein externes Patientengerät
senden. Im Patientengerät kann dann die eventuelle Ermittlung
der Trends und die Prüfung gegen das Kriterium erfolgen.
In diesem Fall ist die Impedanzauswertungseinheit wenigstens teilweise
Teil des Pateientengerätes. Bei Detektion einer Dekompensation
kann das Patientengerät einen Alarm generieren (wiederum
z. B. akustisch oder auch über eine Datenverbindung den
Arzt oder ein Service-Center benachrichtigen) oder selbständig
therapeutische Maßnahmen einleiten. Das Patientengerät kann
auch die Parameter in geeigneten Zeitintervallen über eine
Datenverbindung an ein Service-Center weiterleiten, wo die Trends
ermittelt werden können und wo die Prüfung gegen
das Kriterium erfolgen kann. In diesem Fall ist wenigstes ein Teil
der Impedanzauswertungseinheit Teil des Service-Centers. Eine Aufteilung
der Impedanzauswertungseinheit auf das Patientengerät für
die Vorauswertung und auf das Service-Center für die Trendauswertung
und die daran anknüpfende weitere Auswertung ist ebenfalls möglich
und sinnvoll. Das Service-Center kann bei festgestellter Dekompensation
den behandelnden Arzt in geeigneter Weise alarmieren oder ihm die
Daten zur eigenen Beurteilung in geeigneter Weise zur Verfügung
stellen. Das Implantat kann auch nur die Impedanzwerte speichern
und diese in geeigneten Zeitintervallen an das Patientengerät
senden.
-
Die
Bestimmung sowohl der Parameter und Trends als auch deren Prüfung
gegen das Kriterium kann dann wiederum im Patientengerät
oder im Service-Center erfolgen.
-
Eine
mögliche Ausführungsvariante (Variante A) besteht
in einen ICD 10 mit einer Defibrillations-Elektrode 38 im
rechten Ventrikel. Hierbei erfolgt die transthorakale Impedanzmessung
mittels der Stromeinspeisung über die Schockwendel 38 und das
ICD-Gehäuse 42 und der Spannungsmessung über
die rechtsventrikuläre Spitzen-Elektrode 18 und das
ICD-Gehäuse 42 (siehe auch 1 und 2). Damit
wird ein ausreichend großer Teil der Lunge vom Messpfad
erfasst.
-
Um
Energie zu sparen wird die Impedanz einmal jede Stunde für
ca. 30 Sekunden mit einer hohen Abtastrate von beispielsweise 32
Messungen je Sekunde gemessen. Aus diesen Messwerten bestimmt das
Implantat die mittlere Impedanz M durch Mittelung über
alle Werte. Weiterhin wird über ein entsprechendes Digitalfilter
das Atmungssignal aus den Messwerten herausgelöst und dessen
Effektivwert bestimmt. Aus dem Effektivwert und der mittleren Impedanz
wird der relative Effektivwert der Atmungsmodulation berechnet und
im internen Trendspeicher abgelegt. Einmal täglich zu einer
geeigneten, festen Zeit wird aus dem Trendspeicher der Tagesmittelwert
des relativen Effektivwertes berechnet und in einem Langzeitspeicher
abgelegt. Wenn dieser Tagesmittelwert länger als eine festgelegte
Zeit stärker als ein festgelegtes Maß fällt,
wird das als Indikator für eine Dekompensation bewertet.
Dazu wird beispielsweise die Differenz zwischen dem aktuellen und
dem vorherigen Tagesmittelwert in einer Differenzensumme aufakkumuliert,
wenn der Tagesmittelwert fällt. Bleibt der Tagesmittelwert
konstant oder steigt er, wird die Differenzensumme schrittweise wieder
verringert. Wenn die Differenzensumme einen festgelegten Schwellwert überschreitet
wird das als Indiz für eine Dekompensation gewertet und
das Implantat löst einen Alarm aus. Möglich ist
es auch, dass das Implantat den Trendspeicher oder den Tagesmittelwert über
eine Telemetrieverbindung an ein externes Patientengerät
sendet. Das Patientengerät kann dann die Berechnung und
Bewertung der Parameter sowie das Auslösen eines Alarms
durchführen oder die Daten an ein Service-Center weiterleiten, das
dann die weitere Verarbeitung der Daten übernimmt.
-
Eine
weiter mögliche Ausführungsvariante (Variante
B) beinhaltet wiederum einen ICD 10 mit einer Defibrillations-Elektrode 38 im
rechten Ventrikel. Die transthorakale Impedanzmessung erfolgt stündlich
wie in Variante A. Aus den gemessenen Impedanzwerten bestimmt das
Implantat die mittlere Impedanz durch Mittelung über alle
Werte und über ein entsprechendes Digitalfilter das Atmungssignal
und berechnet dessen Effektivwert.
-
Beide
Werte werden in einem Trendspeicher 56 abgelegt. Der Trendspeicherinhalt
wird mittels der Telemetrieeinheit 58 einmal täglich über
eine Telemetrieverbindung zu einem externen Patientengerät 120 übertragen,
das die Daten über eine Internetverbindung an ein Service-Center 130 weiterleitet;
siehe 8. Im Service-Center 130 werden die zir kadianen
Zyklen für die mittlere Impedanz und den Effektivwert des
Atmungssignals bestimmt. Von diesen zirkadianen Zyklen werden im
Service-Center jeweils geeignete Parameter bestimmt, beispielsweise
die maximalen Tagesschwankungen und die Phasenlage beider Zyklen
zueinander als Zeitdifferenz zwischen den jeweiligen Maxima. Tagesschwankungen und
Phasenlage werden dann mit vorgegebenen Schwellwerten, die auch
patientenabhängig vorgegeben werden können, verglichen.
Bei Überschreitung eines oder einer geeigneten Kombination
von Schwellwerten, auch in Kombination mit anderen in der Datenbank
verfügbaren Patientendaten, wird der Patientenzustand als
"kritisch" eingestuft und entsprechend gekennzeichnet. Zusätzlich
kann der behandelnde Arzt auf geeignete Art benachrichtigt werden.
Der Arzt kann daraufhin den Gesundheitszustand des Patienten verifizieren
und gegebenenfalls therapeutische Maßnahmen einleiten.
-
Eine
weitere mögliche Ausführungsvariante (Variante
C) beinhaltet ebenfalls einen ICD 10 mit transthorakaler
Impedanzmessung wie in Variante A. Das Implantat 10 bestimmt
wiederum stündlich die mittlere Impedanz, speichert sie
in einem Trendspeicher 56 ab und überträgt
sie an ein externes Patientengerät 120, das die
Daten an ein Service-Center 130 weiterleitet. Im Service-Center
werden dann Tagesmittelwert der mittleren Impedanz und deren zirkadianer
Zyklus bestimmt. Aus dem zirkadianen Zyklus werden die Zeitdauern
für die Unterschreitung (untere Halbwelle) und Überschreitung
(obere Halbwelle) des Tagesmittelwerts ermittelt. Das Verhältnis der
beiden Zeitdauern wird mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen
und bei Überschreitung wird der Patientenzustand als "kritisch"
eingestuft und entsprechend gekennzeichnet. Zusätzlich
kann der behandelnde Arzt auf geeignete Art benachrichtigt werden.
Der Arzt kann daraufhin den Gesundheitszustand des Patienten verifizieren
und gegebenenfalls therapeutische Maßnahmen einleiten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5957861 [0009, 0016, 0019]
- - US 6076015 [0009, 0016, 0017]
- - US 6454719 [0009, 0016]
- - US 2006/0041280 [0009, 0012, 0014]
- - US 2006/0258952 [0009, 0012, 0014, 0016, 0019]
- - US 2006/0264776 [0009, 0012, 0014, 0019]
- - EP 1665983 [0013]
- - US 5876353 [0016, 0019]
- - US 6449509 [0016, 0017]
- - EP 1510173 [0018]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Yu CM, Wang
L, Chau E, Chan RH, Kong SL, Tang MO, Christensen J, Stadler RW,
Lau CP. „Intrathoracic impedance monitoring in patients
with heart failure: correlation with fluid status and feasibility
of early warning preceding hospitalization." Circulation 2005; 112(6):
841–8 [0009]
- - Zipes, D.P. et al. [ed.]: Braunwald's Heart Disease; Elsevier,
2005 [0017]
- - Zima, E., et al. "Determination of left ventricular volume
changes by intracardiac conductance using a biventricular electrode
configuration." Europace 8.7 (2006): 537–44 [0018]
- - Stahl, C., et al. "Intracardiac Impedance Monitors Hemodynamic
Deterioration in a Chronic Heart Failure Pig Model." J.Cardiovasc.Electrophysiol.
18 (2007): 985–90 [0018]