DE3686713T3

DE3686713T3 - System zur taktabhängigen Herzstimulierung.

Info

Publication number: DE3686713T3
Application number: DE3686713T
Authority: DE
Inventors: Frank J Callaghan
Original assignee: Telectronics NV
Current assignee: Telectronics NV
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2006-12-19
Also published as: EP0232528B1; EP0232528B2; DE3686713D1; US4766901A; DE3686713T2; EP0232528A2; US4766900A; EP0232528A3

Description

Hintergrund der Erfindung:

Ein implantierbarer Herzschrittmacher kann verschiedene Schrittmacher-Modi haben sowie verschiedene Ausgangsparameter wie z.B. Geschwindigkeit, Ausgangspegel (Strom, Spannung, Pulsdauer), Empfindlichkeit, Refraktärperiode, usw. aufweisen. In einigen Herzschrittmachern sind beide Modi, d.h. R-Wellen hemmende VVI, sowie die verschiedenen Ausgangsparameter während der Herstellung vorgegeben bzw. voreingestellt, wohingegen in anderen Herzschrittmachern entweder die Modi oder die Ausgangsparameter oder beide durch externe Steuerung oder Programmierung verändert werden. Solche Ausgangsparameter und/oder solche Veränderungen der Schrittmacher-Modi werden gewöhnlich durch den behandelnden Arzt, gewöhnlich während eines Arztbesuches, vollständig ausgeführt. Diese Herzschrittmacher können deshalb nicht auf die physiologischen Anforderungen des Patienten ansprechen bzw. reagieren. Diese Anforderungen fluktuieren mehrmals während einer 24-Stunden-Periode, mit Sicherheit sicherlich öfters als das Intervall zwischen den Arztbesuchen. Der Patient muß deshalb unter den weniger optimierten Herzschrittmachern leiden.
Zunehmende Anstrengungen werden auf die Verwendung von physiologischen Parametern gestellt, um die Ausgangsparameter, insbesondere die Stimulationsrate, der implantierbaren Herzschrittmacher zu steuern. Diese physiologischen Parameter können die Aktivitäten des Patienten (US-A-4 140 132), gemessene ionische Veränderungen (US-A-4 202 339), die Reizschwelle des Patienten, d.h., der Pegel eines Reizbzw. Stimuluspulses, der erforderlich ist um einen resultierenden Herzschlag hervorzurufen, wenn der Puls an das Herz des Patienten geschickt wird (US-A-4 305 396), und den Stimulus zur Repolarisation des T-Wellen-Intervalls (US-A-4 228 803) beinhalten. Der Nachweis dieser Veränderungen wird verwendet, um die Stimulationsrate entweder zu vergrößern oder zu verringern.
Messungen der physikalischen Aktivität oder des Ionengehalts in dem Blut treten nicht auf bzw. sind nicht ersichtlich, um die Wirksamkeit des Pulses zu messen, der von dem Herzschrittmacher, der die myokardiale Kontraktion initiiert, ausgesandt worden ist. Obwohl das Stimulusrepolarisationsintervall an der T-Welle Informationen wie z. B. Belastungen auf das Herz liefern kann, ist die T-Welle manchmal schwierig zu erfassen. Dies wird in dem Artikel von Fananapazir, mit der Überschrift Reliability of the Evoked Response in Determining the Paced Ventricular Rate and Performance of the QT of Rate Responsive (TX) Pacemaker, "Pace", Band 8, Seiten 701 bis 714 (September bis Oktober, 1985), veranschaulicht. In diesem Artikel wird aufgeführt, daß Probleme bei den Versuchen auftreten, um die T-Wellen- Messung in Langzeitstudien mit Patienten zu liefern, wobei das System dazu verwendet wurde die Herzschrittmacherraten bzw. Herzschrittmachergeschwindigkeiten zu steuern.
Ebenso tendiert die Amplitude, die von der Basislinie aus gemessen wird, des Repolarisationspotentials oder der T- Welle klein. zu sein, das deshalb Probleme an die Erfassung stellt. Zusätzlich müssen innerhalb der Mittel bzw. des Verfahrens zum Erfassen des hervorgerufenen T-Wellen-Potentials, eine Zeitperiode oder "-fenster" zum Messen der T- Welle entweder beim Herstellen oder nach der Implantation festgelegt und programmiert werden. Falls eine unsaubere bzw. ungenaue Einstellung des, Meßfensters vorliegt, kann die T-Welle nicht gemessen werden. Ebenso kann bei bestimmten Patienten die T-Welle bimodal sein; das bedeutet, es können zwei Peaks bzw. Spitzen anstelle eines bzw. einer vorliegen. Es ist möglich, daß die Amplitude des ersten Peaks nicht ausreicht, um erfaßt zu werden, und daß der zweite Peak außerhalb des Meßfensters liegen kann. Alternativ kann keiner der Peaks der bimodalen T-Welle eine ausreichende Amplitude haben, um erfaßt zu werden.
Die EP-A-0 017 848 offenbart einen Schrittmacher, der Mittel zum Bestimmen zumindest eines vorbestimmten Parameters des ventrikulären Herzsignals des Patienten und Mittel zum Steuern der Schrittmacherrate bzw. Schrittmacher-geschwindigkeit als vorbestimmte Funktion dieser Parameter aufweist.
Die US-A-4 313 442 offenbart einen auf die Vorhofrate ansprechenden Herzschrittmacher. Die durch solch einen Schrittmacher verursachte Ventrikel schrittmacherrate wird als Funktion der nachgewiesenen Veränderungen der P-Wellenrate als ausgewählter Parameter gesteuert.
Weiterhin offenbart die EP-A-0 007 189 einen physiologisch angepassten Herzschrittmacher, der Mittel zum Messen eines T-Wellen-Abschnitts einer hervorgerufenen Herzreaktion, Mittel zum Bestimmen einer zeitlichen Beziehung einer T- Welle relativ zu dem ausgesandten Stimulussignal und modifizierende Mittel zum Abändern des Escape-Intervalls als Funktion dieser Zeitbeziehung aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zuverlässigere Technik zum Nachweis der Änderungen der Belastungshöhe, insbesondere in einem mit Schrittmacher gesteuertem Herz, zu schaffen, wobei es wünschenswert ist, Rückkopplungsmittel vorzusehen, so daß die Schrittmacherrate des Herzens in einer der Herzbelastung reagierenden Weise variiert werden kann. Die Verbesserungen dieser Langzeit- Zuverlässigkeit und Erleichterungen der Funktionsweise werden ebenso durch diese Erfindung geschaffen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Herzschrittmachervorrichtung mit: Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Stimuluspulses an das Herz; Mittel zum Steuern der Rate des elektrischen Stimuluspulses als Antwort auf einen Vergleich mit einem ausgewählten Parameter, Mitteln zum Bestimmen eines Potentials eines Herzereignisses; gekennzeichnet durch weiteres Umfassen von: Mitteln zum Integrieren des bestimmten Potentials über die Zeit während eines Herzzyklus, um den ausgewählten Parameter zu erhalten; Mitteln zum Vergleichen des ausgewählten Parameters mit einem Zielwert.
In dieser Erfindung wird ein System zum Anlegen elektrischer Stimuluspulse an das Herz in einer Weise geschaffen, die zumindest teilweise durch die Veränderungen der Belastungshöhe kontrolliert werden. Zu diesem Zweck werden die Veränderungen der Belastungshöhe bestimmt, indem in mindestens einem Herzzyklus die Veränderungen der Spannung des Herzventrikels während der Depolarisation erfaßt wird. Mit diesen Daten vergleicht das System mindestens ein Parameter der veränderten Spannung mit einem korrespondierenden Parameter eines früheren Herzschlages. Hieraus können Veränderungen der Belastungshöhe des Herzschlages bestimmt werden.
Elektrische Stimuluspulse werden verwendet, um das Herz mit einer bestimmten Rate Schritt zu machen, der zumindest teilweise in Abhängigkeit von den Veränderungen der Belastungshöhe, die so bestimmt werden, um ein Herzschrittmachersystem zu schaffen, welches im Sinne von Verursachen einer geänderten Herzschlagrate in Erwiderung auf Veränderungen der Belastungshöhe des Herzens reagiert. Dies wiederum verschafft einen größeren Komfort des Patienten und mehr Möglichkeiten für den Patienten ein normales Leben zu führen und sich in einem größeren Bereich von Aktivitäten, die unterschiedliche Pulsraten hervorrufen zu engagieren.
Mehrere Parameter der QRS-Phase des Zykluses können verwendet werden, um die Belastungshöhe des Herzschlages zu jeder gegebenen Zeit zu bestimmen, so daß Veränderungen der Belastungshöhe bestimmt werden können und, falls erwünscht, die Herzschrittmacherrate in einer dazu erwidernden Weise angepaßt wird.
Einige dieser Parameter können aus der elektrokardiographischen Größe, die als "Ventricular Gradient (Ventrikelgradient)" bekannt ist, erhalten werden. Der Ventrikelgradient wird durch Integration, über einen Herzzyklus, der Spannung erhalten, die in einer Leitung auftritt, die Spannungsveränderungen von den Ventrikel abgreift bzw. aufnimmt. Die sich ergebende Kurve, die die Spannung und ihre Veränderungen gegenüber der Zeit darstellt, kann dann in einer standardmathematischen Weise integriert werden, um die Fläche unter der Kurve innerhalb angemessener Grenzen entlang der Kurve, typischerweise in Übereinstimmung mit dieser Erfindung von dem Q-Punkt bis zum dem S-Punkt, zu erhalten. Der Wert dieses Integrals liefert ein Maß des Grades der sympathischen Tonus des Herzen und seiner Belastung.
In dieser Erfindung wird ein System geschaffen, um in einem Herzzyklus die veränderten Spannungen der Herzventrikel während der QRS-Phase des Zyklus zu erfassen; gefolgt durch Integration über die Zeit der veränderten Spannung von im wesentlichen dem Q-Punkt zu dem S-Punkt, um den Depolarisationsgradienten zu erhalten. Das System vergleicht dann die Depolarisationsgradientendauer eines Herzzyklus (z.B. Herzschlag) mit der Depolarisationsgradientendauer zumindest eines vorangehenden Herzzyklus. Eine Veränderung in dem Wert der Depolarisationsgradientendauer ist ein Hinweis auf eine Veränderung in der Herzschlagbelastungshöhe. Die Veränderungen sind umgekehrt abhängig von der Belastung des Herzens: ein Anstieg der Depolarisationsgradientendauer weist auf eine Abnahme der Herzbelastung hin, wohingegen eine Verminderung der Depolarisationsgradientendauer auf eine Zunahme der Herzbelastung hinweist. Falls diesbezüglich die Depolarisationsgradientendauer gemessen wird, um in einem Schrittmachersystem abzunehmen, sind Mittel vorgesehen, um die Schrittmacherrate zu erhöhen, um den Herzschlag und den Herzausstoß zu erhöhen. Im Gegensatz hierzu, falls die Depolarisationsgradientendauer zunimmt, ist dies ein Hinweis auf eine geringere Belastung und das Schrittmachersystem verlangsamt den Herzschlag daraufhin.
Das System kann zusätzlich Parameter des QRS-Komplexes vergleichen, der die Herzbelastung gegenüber einem Zielwert, der aus der Krankheitsgeschichte des Patienten bestimmt wird, angibt. Zum Beispiel kann das System die Depolarisationsgradientendauer eines Herzschlages bestimmen und dann mit dem durch solch einen Zielwert erhaltenen Wert der Depolarisationsgradientendauer vergleichen. Falls die Depolarisationsgradientendauer kleiner als der Zielwert ist, kann das System die durch den Herzschrittmacher ausgesendete Rate der elektrischen Stimull erhöhen. Falls die Depolarisationsgradientendauer größer als der Zielwert ist, kann das System die Rate solcher elektrischer Stimuli veringern.
Ein Ergebnis davon ist, daß ein Patient, der ein mit Schrittmacher gesteuertes Herz aufweist, nicht länger auf eine einfache elektrische Stimulusrate von Arztbesuch zu Arztbesuch beschränkt ist, um diese Rate anzupassen. Falls er auf einen Berg steigt oder Treppen steigt, wird seine Schrittmacherstimulusrate zunehmen. Wenn er zu Bett geht, wird seine Stimulusrate abnehmen. Patienten, die mit einem erfindungsgemäß kontrollierten Schrittmacher ausgestattet sind, können einen Lebensstil haben, der viel näher an dem Normalen liegt, als mit vorhergehenden Schrittmacher-systemen.
Ein signifikanter Vorteil des Ventrikeigradienten ist, daß sein Wert unabhängig von der Ursache der Herzstimulation ist. Deshalb können natürlich geleitete Schläge, mit Schrittmachern gesteuerte Schläge und ektopische Schläge alle Herzbelastungsinformationen durch Vergleich des Ventrikelgradientens eines vorliegenden Herzschlages mit einem früherem Herzschlag in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ergeben.
Es sollte hervorgehoben werden, daß das Messen der veränderten Spannung eines Herzventrikels aussagekräftigere Daten als das Messen von Spannungsveränderungen anderer Abschnitte des Herzens liefert, obwohl das System erfindungsgemäß ebenso am Atrium messen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Aufrißansicht eines Herzschrittmachersystems mit einer bipolaren Leitung, die sowohl als unipolares als auch bipolares System bei verschiedenen Schritten des einwirkenden Zyklus arbeitet;
Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm der Beziehungen der elektronischen Ereignisse, die während eines einzigen Herzzyklus stattfinden;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Einkammer-Herzschrittmachers mit hervorgerufenen Potential, das überwacht wird, und eines integrierenden Schaltkreises;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines hierin verwendeten Ladungsdämpfungsschaltkreises;
Fig. 5 ist ein Diagramm des hervorgerufenen Potentials gegenüber der Zeit das durch einen Schrittmacher und der Leitung von Fig. 1, welches in einem Herzventrikel angebracht ist, aufgenommen bzw. gemessen wurde;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das den integrierten Wert des hervorgerufenen Potentials der Fig. 5 in horizontaler Zeitgleichheit mit Fig. 5 zeigt;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Schrittmachersystems, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurde; und
die Figuren 8A und 8B stellen, falls sie miteinander verbunden werden, ein Flußdiagramm dar, welche die Operationen des Diagramms von Fig.7 bildlich wiedergeben.
Detaillierte Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, zeigt Fig. 1 ein Einkammer-Herzschrittmachersystem 10, das einen Puisgenerator 12 beinhaltet, der im allgemeinen mit herkömmlicher Elektronik aufgebaut sein kann, außer es wird anderweitig hierin beschrieben. Pervenöse bipolare Leitungen 14 sind ebenso vorgesehen und können aus herkömmlichen bipolaren pervenösen oder epikardialen Design sein.
Die erste Elektrode 16 kann eine poröse, Palladium-Iridium, hemisphärisch gestaltete Elektrode auf dem distalen Ende der Leitung 14 sein, die mit einem metallischen Leiter innerhalb der Leitung kommuniziert. Die Ringelektrode 18 dient als eine zweite Elektrode mit der Möglichkeit einer elektrischen Isolation gegenüber den Mitteln der Schaltungsanordnung und gegenüber dem Pulsgenerator 12 der ersten Elektrode 16, und wird typischerweise mit mindestens 0,5 cm von der ersten Elektrode 16 entfernt angebracht. Die zweite, ringförmige Elektrode 18 kann ebenso aus der gleichen Legierung gefertigt sein und kann mit ihren eigenen Schaltdrähten innerhalb den Leitungen 14 kommunizieren und kann oder kann nicht mit Poren bedeckt sein.
Die Schaltungsanordnung des Pulsgenerators 12 kann in einem hermetischen Behälter verschlossen sein, z.B. in einem, wie gezeigten Titangehäuse 20. Wenn das Schrittmachergehäuse 20 wie eine unabhängige Elektrode behandelt wird, enthält das Einkammer-Herzschrittmachersystem 10 drei Elektroden: Gehäuse 20, erste Elektrode 16 und zweite Elektrode 18. Die Funktionsweise des beschriebenen Schrittmachersystems läßt sich sowohl auf die atrialen als auch auf die ventrikulären Leitungen eines Zwei-Kammer-Herzschrittmachers oder eines Atrium-Standby-Schrittmachers anwenden. Zum Zweck der Einfachheit der Offenbarung werden die Details der Funktionsweise nur für den Ventrikelschrittmacher offenbart werden. Für eine zusätzliche Offenbarung, die das Erfassen eines hervorgerufenen Herzpotentials betrifft, soll auf Herscovici U.S. Patent Nr.4 543 956 verwiesen werden.
Ein Herzschrittmachersystem 10 kann sich außerhalb befinden oder operativ in den Patienten eingebracht werden, und kann folgendermaßen funktionieren, um das Herz des Patienten in Gang zu halten: ein Schrittmacherzyklus beginnt, wenn ein elektrischer Stimulus von der ersten Elektrode 16 ausgesandt wird, um eine Muskelkontraktion zumindest eines Abschnittes des Herzens zu stimulieren. Der Stimulus ist von einer Größe und einer Dauer, die nicht schädlich für das Herz und die für den Fachmann gut bekannt ist, um eine Kontraktionsantwort von dem Herzmuskel hervorzurufen. Der Puls des elektrischen Stimulus 30 ist in Fig. 2 am Kanal A dargestellt und weist eine typische Dauer von 0,1 bis 2 ms auf.
Bezug nehmend auf die Schaltung von Fig. 3 ist das Schrittmachergehäuse 20 dargestellt, das als Referenz-elektrode für die von dem Herz getragenen Elektroden 16, 18 dient, was in schematischer Weise dargestellt ist. Der Stimulus 30 wird über die Leitung 22 übertragen, der von der Spitzenelektrode 16 ausgesandt wird. Die natürlich vorliegende elektrische Herzaktivität wird durch den Verstärker 44 verstärkt und über die Verbindung 31 zu einen Spontan-Ereignis-Detektor 46 übertragen, um mit dem Timing zu beginnen. Das Signal läuft über die Leitung 26 in ein Timing- und Steuerschaltungsanordnungsmodul 50, das Rückkopplungs und Steuerdrähte 28, 29 aufweist, die mit dem Detektor 56 verbunden und mit dem ausgelösten Reaktionsdetektor 54 verbunden werden. Entsprechend ist der Ausgang der Timing- und Steuerschaltung 50 über die Verbindung 35 mit dem Ausgang und dem Ladungsdämpfungsschaltkreis 48 verbunden.
Sofort der Aussendung des Pulses 30 von Elektrode 16 folgend, wird der Ladungsdämpfungsschaltkreis 48 aktiviert, wobei der Ladungsdämpfungspuls 34 mit Kanal B in der Figur 2 veranschaulicht ist, wobei die Dauer der Ladungsdämpfung ungefähr 5 bis 15 ms beträgt. Die Ladungsdämpfung kann so beschaffen sein, daß ein herkömmlicher Ladungsdämpfungsschaltkreis 48, wie in Figur 4 veranschaulicht, verwendet werden kann. Während der Ladungsdämpfungsperiode wird die elektrische Ladung an den mit Kondensator 60 (Figur 4) gekoppelten Ausgang und die erste Elektrode 16 über das Herz 21 entladen. Somit wird das Post-Stimulus-Polarisationspotential der Elektrode 16 sofort vermindert.
Der ausgelöste Reaktionsdetektor 54 wird durch den Timing- und Steuerschaltkreis 50 über den Leiter 29 aktiviert. Ein Zeitfenster 36 wird, wie mit Kanal C in Figur 2 veranschaulicht, geöffnet, wobei seine Dauer typischerweise 10 bis 50 ms beträgt. Nur während dieser Zeit wird der ausgelöste Reaktionsdetektor 54 aktiviert, um die hervorgerufene elektrische Reaktion von dem Herzen zu detektieren und um eine kontraktile Reaktion auf den physiologischen Puls des elektrischen Potentials 30 nachzuweisen.
Wie man sehen kann, kann der Stimulus von der Elektrode 16 in unipolaren Modus vorliegen. Entsprechend geschieht die Erfassung der evozierten Antwort unipolar, die durch Elektrode 18 erfaßt wird, wobei diese über Leitung 72 mit Verstärker 52 kommuniziert, der das verstärkte Signal an Detektor 54 sendet. Der Detektor 54 überträgt das evozierte Signal über Linie 55 zu dem Jntegrationsschaltkreis 57. Das integrierte Signal, das unten im Detail diskutiert wird, wird auf den Timing- und Steuerschaltkreis 50 über Linie 59 übertragen.
Es wird hervorgehoben, daß das Zeitfenster 36 des Kanals C der Figur 2 in einem Zeitblock 32 (Kanal D der Figur 2) positioniert ist, der im allgemeinen eine refraktäre Periode darstellt, in der die erste Elektrode 16 nicht verwendet wird, um eine elektrische Aktivität zu messen. Die hervorgerufene Reaktion kann indes während einer refraktären Periode 32 erfaßt werden.
Der Kanal E in Figur 2 zeigt die elektrisch hervorgerufene Herzaktivität 38 innerhalb einer hervorgerufenen Reaktionsnachweisperiode 36, die mit der zweiten Elektrode 18 erfaßt wird. Die hervorgerufene Herzschlagreaktion 38 wird durch die zweite Elektrode 18 in dem unipolaren Modus erfaßt. Die erfaßte, hervorgerufene Reaktion, die über die Linie 55 dem Integrationsschaltkreis 57 und über Linie 59 dem Timingund Steuerschaltkreis 50 zugeführt wird, kann dazu dienen, um den Zeitmesser auf Null zu setzen, damit der nächste physiologische Puls, der von der ersten Elektrode 16 ausgesandt wird, getimet wird.
Es existiert deshalb ein Bedarf zu bestimmen, daß der natürliche Herzschlag nicht zu unerwarteten Zeiten auftritt, um die Ereignisse zu vermeiden, wo das Schrittmachersystem unterbricht oder mit dem natürlichen Herzschlag interferiert. Bis zu diesem Ende, das im wesentlichen am Ende der refraktären Periode 32, während derer der Spontan-Ereignis-Detektor 46 zum Messen elektrischer Pulse außer Stand gesetzt ist, beginnt, ist eine Überwachungsperiode 40 (Kanal F; Figur 2) vorgesehen, um eine natürlich auftretende elektrische Herzaktivität bis zu solchen Zeiten, wenn der nächste Puls 30 durch die erste Elektrode 16 ausgesen det wird, zu überwachen. Die Überwachungsschaltungsanordnung 46 kann durch den Timing- und Steuerschaltkreis 50 über Verbindung 28 aktiviert und unterbrochen werden. Falls die Überwachungsphase 40 in Betrieb ist, arbeiten beide Elektroden 16 und 18 in einem bipolaren Modus zusammen, wobei beide Elektroden mit dem Verstärker 44 kommunizieren, der hintereinander mit dem spontanen Ereignisdetektor 46 verbunden ist.
In dem Ereignis eines spontanen Herzschlages kann ein Signal von dem Spontan-Ereignis-Detektor 46 über Linie 26 zu dem Timing- und Steuerschaltkreis 50 geschickt werden, um die Elektronik zu veranlassen zu jedem Zeitpunkt in dem Zyklus an den Anfang des Zyklus ohne Erzeugung eines elektrischen Pulses 30 von der ersten Elektrode 16 zurückzukehren. Jedesmal falls eine natürlich elektrische Herzaktivität während einer Überwachungsperiode 40 vorliegt, wird kein elektrischer Puls 30 erzeugt.
In dem Ereignis indes, in dem der Detektor 46 natürliche elektrische Herzaktivität während einer Überwachungsperiode nicht nachweist, wird der Timing- und Steuerschaltkreis 50 andere elektrische Pulse hervorbringen, die über Elektrode 16 erzeugt werden.
Bezug nehmend auf Figur 5 wird beinahe über einen einzelnen Herzzyklus in bezug auf eine Referenzgrundlinie einer vorbestimmten Spannung, typischerweise Null Volt, eine typische kardiographische Aufzeichnung des sich ändernden Potentials in dem Ventrikel eines Herzens gezeigt. Für die Zwecke dieser Erfindung stellt der Q-Punkt den Anfang der R-Welle 152 dar, wobei der Spannungslinienzug die Grundlinie 154 kreuzt oder sehr nahe ist, bevor die R-Welle 152 gebildet wird. Der R-Punkt ist die Spitze der R-Welle 152, unabhängig davon ob der Linienzug in seiner Form der Figur oder in seiner invertierten Form, die mit anderen Aufnahmesystemen möglich ist, gezeigt ist. Der S-Punkt liegt dort, wo der Linienzug die Grundlinie 154 kreuzt.
Das hervorgerufene Potential wird im Betrieb, wie in Figur 3 veranschaulicht, von der Ringelektrode 18 nachgewiesen. Das Signal wird über den Herzverstärker 52 und Detektor 54 zu dem Integrationsschaltkreis 57 über Linie 55 übertragen. Das integrierte Signal 140 ist als Ventrikelgradient bekannt und ist in Figur 6 dargestellt. Bezug nehmend auf Figur 6 sind dort zwei Hauptzeitperioden von Interesse. Die erste ergibt sich aus der Stimuluszeit 30 bis zu der Spitze 148 des Ventrikelgradienten 140. Diese Zeit kann im folgenden als Depolarisationsgradientendauer 150 bezeichnet werden. Die zweite ist die Zeit von dem Stimulus 30 der Elektrode 16 zu der Spitze 144 der integrierten Repolarisationswelle. Diese Zeitperiode kann nun als Repolarisationsgradientendauer 146 bezeichnet werden.
Während Perioden der Herzbelastung verkürzt sich die R- Welle 152 in der Dauer. Gleichzeitig wird deshalb die Depolarisationsgradientendauer 150 in der Dauer abnehmen. Die Depolarisationsdauer 150 eignet ("lends") sich ebenso zur Erfassung und zur Analyse. Das Auftreten einer zweigipfligen R-Welle wird nicht negativ den Wert der Depolarisationsgradientendauer 150 als ein belastungsmessendes Hilfsmittel beeinflussen.
Die Depolarisationsgradientendauer 150 wird berechnet und mit der Depolarisationsgradientendauer einer vor dieser erfaßten Antwort verglichen. Die mittlere Zeit dieser drei (oder einer vorbestimmten Anzahl von) Depolarisationsgradientendauern können verwendet werden. In diesem Fall sollte jede Reaktion in der gleichen Richtung geändert werden. Falls die Depolarisationsgradientendauer 150 gleich dem vorhergehenden Wert ist, wird keine Veränderung in der Stimulusrate des Herzschrittmachers vorgenommen. Das Escape- Intervall bleibt das gleiche. Falls die Depolarisationsgradientendauer 150 kürzer als der vorhergehende Wert ist, oder es hat eine Veränderung in der gleichen Richtung der drei (oder einer anderen vorbestimmten Anzahl) Depolarisationsgradientendauern gegeben, wird eine Bestimmung durchgeführt, inwieweit die Stimulusrate an ihrer programmierten Maximumsrate liegt. Falls die Maximumsrate erreicht ist, wird die Depolarisationsgradientendauer gespeichert und die Stimulusrate wird nicht erhöht. Falls die Stimulusrate indes niedriger als die programmierte Maximumrate ist, nimmt die Rate um einige vorbestimmte Werte zu, und die Depolarisationsgradientendauer wird als Referenz zu der nächsten späteren integrierten, hervorgerufenen Herzreaktion gespeichert. Sollte die Depolarisationsgradientendauer zunehmen, das eine Verminderung der Belastung bedeutet, wird die Bestimmung durchgeführt, inwieweit die Stimmulationsrate an ihrer minimum-programmierten Rate liegt. Falls sie an der programmierten Minimumsrate liegt, wird die Depolarisationsgradientendauer ohne Abnahme der Rate gespeichert. Falls sie nicht an ihrer programmierten Minimumsrate liegt, wird die Stimulationsrate um einige vorbestimmte Werte vermindert, und die Depolarisationsgradientendauer wird als zukünftige Referenz gespeichert.
Zusätzlich werden spontane elektrische Ereignisse wie z. B. diese, die von dem Atrium zu den Ventrikel über die Herzleitungsbahnen geleitet werden, oder diese, die innerhalb des Ventrikels selbst auftreten, wobei vorzeitige Ventrikelkontraktionen bipolar über den Ring und der Spitze erfaßt werden. Diese Signale werden durch den Verstärker 44 verstärkt und in dem Spontan-Ereignis-Detektor 46 nachgewiesen. Der Timing- und Steuerschaltkreis 50 reagiert auf diese Ereignisse, um das Escape-Intervall zurückzusetzen. Ferner können diese spontanen elektrischen Ereignisse, falls erwünscht, integriert werden, und die Dauer 150 des Depolarisationsgradienten kann bestimmt werden. Ratenveränderungen oder Veränderungen des Escape-Intervalls können basierend auf der Depolarisationsgradientendauer der spontanen elektrischen Ereignisse in der gleichen Weise ergänzt werden, wie sie basierend auf der Depolarisationsgradientendauer des hervorgerufenen Potentials ergänzt werden. Zu diesem Zweck ist der Integrationsschaltkreis 57 der Figur 3 zum Aufnehmen des Signals von dem Spontan-Ereignis-Detektor 46 über Linie 160 gezeigt.
Eine relativ detaillierte schematische Abbildung der Schrittmacherelektronik ist als Figur 7 dargestellt. Bezug nehmend auf Figur 7 wird ersichtlich, daß die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten der Figur 3 verwendet wurden. Der Timing- und Steuerschaltkreis 50 weist einen Mikrocomputer 190 auf, der einen Speicher 192 über einen Adressbus 194 adressiert. Ein Datenbus 196 ist zwischen dem Mikrocomputer 190 und dem Speicher 192 eingekoppelt, und eine herkömmliche Steuerlogik 198 ist an den Datenbus 196 angekoppelt. Eine Kristallgesteuerte Uhr 200 wird zum Liefern geeigneter Uhrpulse für das System verwendet. Die Funktionen der Eingänge und Ausgänge der Steuerlogik werden festgelegt. Der Steuerlogikschaltkreis 198 liefert ein Gradientenmaß-Freigabesignal auf einen elektronischen Schalter 202 und auf einen Analog-zu-Digital-Konverter 204, der sich an dem Ausgang eines integrierenden Verstärkers 206 befindet. Es kann gezeigt werden, daß der Ausgang des am Ring 18 gemessenen verstärkten Potentials auf den negativen Eingang des integrierenden Verstärkers 206 gelegt wird, der, falls freigegeben, einen verstärkten Analogausgang liefert, der dann durch Mittel eines Analog-zu- Digital-Konverters 204 in digitale Daten konvertiert wird. Die digitalen Daten beinhalten Ventrikelgradienteninformation, die dem Steuerlogikschaltkreis 198 zugeführt wird, wobei eine passende Zeitmessung des Stimulationspulses in Reaktion hierzu erreicht wird..
Das Gradienten-Freigabesignal 210 ist in Kanal G der Figur 2 veranschaulicht. Es beginnt zur gleichen Zeit wie das Aufnahme-Nachweis-Fenster 36 beginnt und das Gradientmaß- Freigabesignal 210 setzt sich mehrere 100 ms fort.
Ein Flußdiagramm, das die Funktionsweise des Schaltkreises von Figur 7 veranschaulicht, ist in den Figuren 8A-8B dargestellt. Bezug nehmend auf die Figuren 8A-8B startet der Zyklus mit einem Stimulationspuls 30, der ausgesandt wird (220). Nach Ladungsdämpfung 34 (222), öffnet das Fenster 36 (222) für die hervorgerufene Antwort und der Verstärker und der Detektor für die hervorgerufene Antwort werden freigegeben (226). Das Gradientenmaß-Freigabesignale 210 beginnt ebenso und die hervorgerufene Reaktion wird integriert (228), wobei die maximale Spitze 148 des Integrals 140 bestimmt wird (230). Die Zeit von dem Stimulus 30 zur Spitze 148, die die Zeit der Depolarisationsgradientendauer 150 angibt, wird dann bestimmt (232). Die Depolarisationsgradientendauer 150 wird dann mit dem vorhergehenden Wert des Depolarisationsgradienten 150 verglichen (234). Falls sie gleich sind (236), wird die Schrittmacherrate, d.h. die Zykluslänge, nicht verändert (238) und die Dauer 150 wird gespeichert (240). Falls sie nicht gleich sind (242), wird eine Bestimmung durchgeführt (244), ob die aktuelle Dauer 150 größer als die vorhergehende Dauer 150 ist. Falls sie größer ist (246), wird eine Bestimmung (248) durchgeführt, ob die Schrittmacherrate ihr Minimum erreicht hat. Falls sie an ihrem Minimum ist, werden hier keine weiteren Veränderungen in der Schrittmacherrate (238) vollzogen und die Dauer 150 wird gespeichert (240). Ist sie nicht an ihrem Minimum (250), wird eine Bestimmung (251) in bezug auf eine Verminderung der vorliegenden Schrittmacherrate durchgeführt und die Dauer 150 wird gespeichert (252). Eine neue verminderte Schrittmacherrate (d.h. vergrößerte Zykluslänge) wird bestimmt (254) und,gespeichert (256).
Falls auf der anderen Seite bestimmt wird, daß die aktuelle Dauer 150 nicht gleich mit ihrem vorhergehenden Wert (242) und ebenso nicht größer als ihr vorhergehender Wert (258) ist, bedeutet dies, daß die aktuelle Dauer 150 kleiner als die vorhergehende Dauer 150 ist. Eine Bestimmung wird dann durchgeführt, ob die Schrittmacherrate bereits an ihrem Maximum angelangt ist (260) und falls sie an ihrem Maximum (262) angelangt ist, wird die Zykluslänge nicht verändert (238) und die Dauer 150 wird gespeichert (240). Falls die Schrittmacherrate nicht an ihrem Maximum (264) angelangt ist, wird eine Bestimmung (266) in bezug auf die Abnahme der Zykluslänge (d.h. die Zunahme der Schrittmacherrate) durchgeführt und die Dauer 150 wird gespeichert (252). Eine Bestimmung (254) wird dann in bezug auf die neue erhöhte Schrittmacherrate (d.h. verminderte Zykluslänge) durchge führt und diese Information wird gespeichert.
Falls der Raten-Timer abläuft (270) wird ein neuer Stimulationspuis 30 ausgegeben (220) und der Zyklus beginnt erneut.

Claims

1. Herzschrittmacher mit:

Mitteln (10; 16; 18; 22) zum Anlegen eines elektrischen Stimuluspulses (30) an das Herz;

Mitteln (198; 190; 200) zum Steuern der Rate des elektrischen Stimuluspulses (30) als Antwort auf einen Vergleich mit einem ausgewählten Parameter;

Mitteln (26; 46) zum Bestimmen eines Potentials eines Herzereignisses;

gekennzeichnet durch

weiteres Umfassen von:

Mitteln (57) zum Integrieren des bestimmten Potentiales über die Zeit während eines Herzzyklus, um den ausgewählten Parameter zu erhalten;

Mitteln (46; 54) zum Vergleichen des ausgewählten Parameters mit einem Zielwert.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (192) zum Speichern des ausgewählten Parameters vorgesehen sind.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zielwert ein entsprechender ausgewählter Parameter wenigstens eines vorhergehenden Herzzyklus ist.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Parameter eine Depolarisationsgradientendauer umfaßt.

5. Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel eingeschlossen werden zum Messen des Auftretens des elektrischen Stimuluspulses (30) und dem Auftreten des Gipfels des integrierten evozierten Potentiales (148), um die Depolarisationsgradientendauer zu erhalten.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gipfel von einer Basislinie aus gemessen wird.

7. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (190; 198; 200) Mittel einschließen zum Konstanthalten der Schrittmacherrate, wenn die verglichenen Depolarisationsgradientendauern gleich sind, Mittel zum Erhöhen der Schrittmacherrate, wenn die Depolarisationsgradientdauer kleiner ist als der vorherige Wert und Mittel zum Erniedrigen der Schrittmacherrate, wenn die Depolarisationsgradientendauer größer ist als der vorherige Wert.

8. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herzereignispotential das Potential eines natürlichen ventrikulären Ereignisses umfaßt.

9. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel eingeschlossen werden zum Hemmen der Anlegung eines Stimuluspulses (30), wenn ein natürliches ventrikuläres Ereignis innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode gemessen wird.

10. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Mittel einschließen zum Konstanthalten der Schrittmacherrate, wenn die verglichenen Werte gleich sind, Mittel zum Variieren der Schrittmacherrate in eine Richtung, wenn der ausgewählte Parameter kleiner ist als der Zielwert und Mittel zum Variieren der Schrittmacherrate in die entgegengesetzte Richtung, wenn der ausgewählte Parameter größer ist als der Zielwert.

11. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß Mittel eingeschlossen werden zum Bestimmen, ob die Schrittmacherrate auf einem vorbestimmten Minimum ist, Mittel zum Bestimmen, ob die Schrittmacherrate auf einem vorbestimmten Maximum ist, wobei die Steuermittel so betreibbar sind, daß die Schrittmacherrate gehalten wird, wenn die Schrittmacherrate bei einem des vorbestimmten Maximums und Minimums liegt.