DE3689816T2

DE3689816T2 - Gerät zum Erkennen und Beheben von ventrikulären Tachykardien und Fibrillationen.

Info

Publication number: DE3689816T2
Application number: DE3689816T
Authority: DE
Inventors: David Wyn Davies
Original assignee: Individual
Current assignee: Pacesetter AB
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2006-10-22
Also published as: EP0220916A3; AU6436186A; US4790317A; EP0220916B1; EP0220916A2; DE3689816D1; AU596612B2; JPH0822276B2; JPS62112530A; GB8526417D0

Description

Diese Erfindung betrifft ein System zum Erkennen von ventrikulären Tachykardien und ventrikulären Fibrillationen aus epikardialen Elektrogrammzeitverhältnissen und zum Beenden derselben.
Ventrikuläre Fibrillation ist als ein Zustand definiert, der durch fibrillatorische elektrische Aktivität des ventrikulären Muskels charakterisiert ist, wobei die elektrischen Impulse den Ventrikel so schnell passieren, daß keine koordinierte Kontraktion auftreten kann. Das muß von ventrikulärer Tachykardie unterschieden werden, die als schneller (größer als 110 Schläge pro Minute) Herzrhythmus, der seinen Ursprung im Ventrikel hat, definiert sein kann. Wenn aufrechterhalten, ist sie üblicherweise im Sinne genereller ventrikulärer Kontraktionen synchronisiert. Beide sollten von normalen Situationen des Sinusrhythmus unterschieden werden, bei dem der Herzrhythmus durch Depolarisationen kontrolliert wird, die vom Sinusknoten ausgehen und die sich sequenziell durch das Atrium, den AV Knoten, das His-Purkinjesystem und das ventrikuläre Myokardium ausbreiten.
Ein Gerät zum Detektieren jedes dieser Phänomene ist bekannt und in der Tat beschreibt die WO 82/00415 ein Gerät zum Detektieren beider dieser Phänomene, das zwei Elektroden, die mit der Vena Cava Superior beziehungsweise mit dem apikalen Teil des Herzens verbunden sind, und EKG Daten ausnutzt. Wahrscheinlichkeitsdatenkriterien zusammen mit Herzschlagschwellwertergebnissen werden verwendet, um eine Funktionsstörung der Herzrate zu bestimmen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches System anzugeben, das in der Lage ist, sowohl ventrikuläre Tachykardien als auch ventrikuläre Fibrillationen zu erkennen, welche von beiden auch immer auftreten mag, und das zusammen mit Mitteln zum Reagieren auf beide diese Konditionen verwendet wird, um den normalen Sinusrhythmus des Herzens wieder herzustellen.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum automatischen Erkennen von ventrikulären Tachykardien und ventrikulären Fibrillationen eines Herzens und zum Beenden derselben vorgesehen mit:
mindestens einem ersten Sensor zum Anbringen an der epikardialen Oberfläche eines Ventrikels des Herzens und mindestens einem zweiten Sensor zum Anbringen an der epikardialen Oberfläche des anderen Ventrikels des Herzens;
ersten Mitteln zum Detektieren von Aktivitätssequenzen, die von den Signalen des ersten und zweiten Sensors abgeleitet sind, wobei diese ersten Mittel zusätzlich so ausgebildet sind, daß sie die Zeitdauer zwischen der ersten und letzten detektierten Aktivität in einer Aktivitätssequenz bestimmen, und daß sie bestimmen, ob die Aktivitätssequenz und die Zeitdauer mit normalen Sinusrhythmen kompatibel sind;
zweiten Mitteln zum Behandeln einer ventrikulären Tachykardie;
dritten Mitteln zum Behandeln einer ventrikulären Fibrillation; und
vierten Mitteln, die mit den ersten Mitteln zur Identifizierung und Unterscheidung zwischen ventrikulärer Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation durch Detektieren einer Änderung der Dauer und der Aktivitätssequenz verglichen mit denen für normale Sinusrhythmen verbunden sind, wobei eine Veränderung zu einer anderen als normalen, aber festen, d. h. synchronisierten Aktivität, Aktivitätssequenz und einem Ansteigen der Zeitdauer verglichen mit der Zeitdauer normaler Sinusrhythmen eine ventrikuläre Tachykardie und der Verlust des Synchronismus der Aktivitäten ventrikuläre Fibrillation anzeigt, und zum Aktivieren der zweiten oder dritten Mittel je nachdem, ob eine ventrikuläre Tachykardie oder eine ventrikuläre Fibrillation angezeigt wird.
Eine bevorzugte Form des Gerätes, das die Erfindung beinhaltet, ist eine, die zusätzlich dritte und vierte Sensoren zum Anbringen an einer jeweiligen dritten und vierten epikardialen Stelle des Herzens aufweist, bei dem die Mittel zum Detektieren dritte respektive vierte Impulsfrequenzen erzeugen, wobei die ersten Mittel so angepaßt sind, daß sie eine Veränderung in der Aktivitätssequenz vom ersten zum vierten Sensor detektieren.
Bei einer Form des Gerätes, die diese Erfindung enthält, ist ein Herzschlagdetektor enthalten, so daß die Herzschlagfrequenz zu jeder Zeit überwacht wird und die Aktivitätssequenz und -dauer jedesmal bestimmt wird, wenn eine hohe Herzschlagfrequenz detektiert wird. Ein derartiges Gerät weist zusätzlich einen Herzschlagdetektor zum Bestimmen der Zeitdauer zwischen ersten Aktivitäten von sequenziellen Aktivitäten in einer Folge von Aktivitäten und zum Bestimmen der Aktivitätssequenz auf, wenn detektiert wird, daß diese Zeitdauer anormal lang ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird nun nur als Beispiel Bezug genommen auf die begleitenden Figuren, wobei:
Fig. 1 schematisch eine Anordnung von vier ventrikulären Aktivitätsorten zeigt;
Fig. 2 das von den vier Orten erhaltene Elektrogramm während normalen Sinusrhythmus zeigt;
Fig. 3A, B und C Elektrogramme zeigen, die während simulierter ventrikulärer Tachykardie erhalten wurden;
Fig. 4 die Elektrogramme, die an den vier Orten beim Zustand ventrikulärer Fibrillation erhalten wurden, zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines kardiellen Implantats ist, das diese Erfindung enthält; und
Fig. 6 ein Flußdiagramm ist, das die charakteristische Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung angibt.
Die Durchführbarkeit des automatischen Erkennens der ventrikulären Tachykardie und ventrikulären Fibrillation wurde bei einer Anzahl von Patienten untersucht, bei denen die koronare Arterie operiert wurde. Bipolare epikardiale Elektrogramme von vier diskreten Punkten auf der Oberfläche des Herzens wurden während der Operation aufgezeichnet. Die Punkte sind an den Ventrikeln des Herzens angezeigt. Es wurde beobachtet, daß während normaler Rhythmen die aufgezeichneten Punkte in einer bestimmten Sequenz aktiviert wurden, die zumindest beständig ist, obwohl nicht immer spezifisch für diesen Rhythmus. Daher sind unter Bezug auf die begleitende Fig. 1 die Orte der vier diskreten, als A, B, C und D numerierten Punkte am linken Ventrikel (LV) und am rechten Ventrikel (RV) gezeigt, wobei zwei der Punkte (A und D) am Apex des linken und rechten Ventrikels und die Punkte B und C an der paraseptalen Position des linken Ventrikels und des rechten Ventrikels angeordnet sind. Ein Stimulationsort ist am rechten Ventrikel in der Nähe des dritten Punktes angeordnet. Während normaler Rhythmen erfolgte die Aktivierung in diesem speziellen Fall mit der Sequenz C, D, B, A (siehe Fig. 2). Weiterhin war die Zeitdauer von der ersten detektierten Auslenkung bis zur letzten der vier immer dieselbe während normaler Rhythmen und in diesem Beispiel wegen des normalen Rhythmus ist die Zeitdauer kurz, in der Größenordnung von 25 msek.
Bei anormalen Rhythmen ist die Zeitdauer generell verlängert und die Aktivitätssequenz geändert.
Diese Beobachtung wurde bestätigt durch die Simulation anormaler Rhythmen durch Stimulation am rechten Ventrikel. Es wurde beobachtet, daß 8 aus einer Gruppe von 10 Patienten, die an dieser bestimmten Stelle stimuliert wurden, eine Änderung der Aktivitätssequenz verglichen mit der während normalen Sinusrhythmus zeigten. Die Aufzeichnung der erhaltenen Sequenzen zeigte, daß die Aktivitäten sich von C, D, B, A zu C, B, D, A änderten. Eine andere Anormalität, die induziert wurde, bestand darin, daß auf Grund dessen, daß ein normales Leitungssystem nicht ausgenutzt wurde, die Ausbreitung der Aktivität über das Herz länger dauerte, so daß die Zeitdauer vom Beginn der Depolarisation, detektiert zunächst am Ort C und zuletzt am Ort A 85 msek betrug im Gegensatz zu den 25 msek. Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen, daß diese Dauer und Sequenz der Aktivitäten nicht von der Frequenz der anormalen Rhythmen beeinflußt wird, vorausgesetzt, daß deren Ursprungsort konstant bleibt.
Unter Beibehaltung der gleichen Orte erbrachten weitere Experimente zum Induzieren von ventrikulärer Fibrillation weitere interessante Ergebnisse. Ventrikuläre Fibrillation wurde induziert, indem Gleichstrom unter Kardiopulmonari Bypass (das ist ein Mittel, um einen Herzstillstand zu erhalten, wie er häufig während Operationen verwendet wird) an das Herz angelegt wurde. Es wurde beobachtet, daß während ventrikulärer Fibrillation die elektrische Aktivität an allen vier Orten extrem schnell war und sicher schneller als normalerweise beobachtet. Jedoch zeigte sich keine feste Sequenz der Aktivität. Die Aktivität kann daher als asynchron bezeichnet werden. Wegen der asynchronen Natur der Aktivität kann es keine feste Dauer der Aktivität geben. Damit ergeben sich Mittel, das Testen an verschiedenen Orten zu verwenden, um zwischen ventrikulären Tachykardien, bei denen es wahrscheinlich ist, daß die Sequenz der Depolarisationen gegenüber der bei normalem Rhythmus alterniert ist und die Dauer der Aktivität erhöht ist gegenüber der während normalen Sinusrhythmus, und ventrikulärer Fibrillation, bei der alle Synchronisation verloren ist und die elektrische Aktivität von verschiedenen Punkten des Herzens asynchron wird, zu unterscheiden.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung ist so programmiert, daß es auf ventrikuläre Tachykardien oder ventrikuläre Fibrillationen reagiert, wenn diese aus einer veränderten Sequenz und Dauer der ventrikulären Aktivität detektiert werden, wie sie aus den von den epikardialen Abfühlorten abgefühlten Impulsen detektiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist besonders wertvoll, da es bisher sehr schwierig war, den Rhythmus einer ventrikulären Fibrillation sicher automatisch zu detektieren. Weiterhin ist es wahrscheinlich, daß die Energie, die von einer implantierten Vorrichtung gefordert wird, um ventrikuläre Fibrillation zu behandeln, höher ist als die zur Behandlung ventrikulärer Tachykardie. Daher können bei Verwendung dieser Technik niedrigere Energien zum Beenden ventrikulärer Tachykardien gewählt werden, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird. Es ist damit erstmals eine zuverlässige Methode zum Erkennen von ventrikulären Fibrillationen gegeben. Der Mikrocomputer, der in der Schaltung verwendet wird, um die Aktivitätssequenz mit der während eines Sinusrhythmus zu vergleichen, kann dann einen Defibrillator steuern, der entladen wird, wenn Rhythmuscharakteristika für ventrikuläre Fibrillation oder ventrikuläre Tachykardie detektiert werden. Passende Software ist zur Kontrolle des Mikrocomputers vorgesehen.
Schließlich zeigen die Fig. 5 und 6 praktische Ausführungsformen der Erfindung und sollten in Verbindung miteinander betrachtet werden. Daher wird ein Implantat 1, das Sensoren ( nicht gezeigt) an Orten wie in der Fig. 1 gezeigt aufweist, die Herzschläge zu jeder Zeit mit Hilfe eines normalen Herzschlagdetektors 2 überwachen, der eine Zeitbasis- und Unterstützungsstimulationssteuerung 4 hat, deren Arbeitsweise durch einen Mikrocomputer 5 angegeben wird, der einen Speicher 6 aufweist. Sollte eine hohe Herzfrequenz detektiert werden, wird ein Detektor 3 eingeschaltet, der normalerweise in einem Unterstützungsmodus arbeitet, und gleichzeitig wird ein Mehrkanalabfühlen durchgeführt. Obwohl Fig. 1 zeigt, daß das Abfühlen an vier Orten vorgenommen wird und obwohl diese Anzahl generell adequat ist, besteht kein Grund, warum nicht mehr oder weniger als vier Orte zum Testen verwendet werdend könnten, obwohl es sich gezeigt hat, daß die Verwendung von vier Orten ein optimaler Kompromiß zwischen Kosten und Empfindlichkeit ist. Der Mikrocomputer 5, der mit dem Detektor verwendet wird und von diesem Signale empfängt, wird mit Hilfe des Speichers 6 überprüfen, ob die Aktivitätssequenz und -dauer mit denen des Sinusrhythmus kompatibel sind. Wenn das der Fall ist, ist keine Aktion notwendig. Wenn jedoch die Aktivitätssequenz und -dauer nicht mit denen des Sinusrhythmus kompatibel sind, dann wird unter der Voraussetzung einer synchronisierten Aktivitätssequenz, die eine ventrikuläre Tachykardie anzeigt, eine passende Antwort initiiert, um die ventrikuläre Tachykardie zu behandeln, z. B. ein Stimulationsimpuls wird von dem Impulsgenerator 7 abgegeben. In besonderen Fällen, die von dem Typ der Tachykardie abhängen, wird jedoch die Tachykardie mit einem Schock relativ niedriger Energie von einem angeschlossenen Defibrillator 8 behandelt. Wenn die Aktivitätssequenz nicht synchronisiert ist, was anzeigt, daß ventrikuläre Fibrillation vorliegt, dann wird der Defibrillator eingesetzt.

Claims

1. Gerät zum automatischen Erkennen von ventrikulären Tachykardien und ventrikulären Fibrillationen eines Herzens und zum Beenden derselben mit:

mindestens einem ersten Sensor (A, B) zum Anbringen an der epikardialen Oberfläche eines Ventrikels des Herzens und mindestens einem zweiten Sensor (C, D) zum Anbringen an der epikardialen Oberfläche des anderen Ventrikels des Herzens;

ersten Mitteln (2, 5, 6) zum Detektieren von Aktivitätssequenzen, die von den Signalen des ersten und zweiten Sensors abgeleitet sind, wobei diese ersten Mittel zusätzlich so ausgebildet sind, daß sie die Zeitdauer zwischen der ersten und letzten detektierten Aktivität in einer Aktivitätssequenz bestimmen, und daß sie bestimmen, ob die Aktivitätssequenz und die Zeitdauer mit normalen Sinusrhythmen kompatibel sind;

zweiten Mitteln (7, 8) zum Behandeln einer ventrikulären Tachykardie;

dritten Mitteln (8) zum Behandeln einer ventrikulären Fibrillation; und

vierten Mitteln (5, 6), die mit den ersten Mitteln (a) zur Identifizierung und Unterscheidung zwischen ventrikulärer Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation durch Detektieren einer Änderung der Dauer und der Aktivitätssequenz verglichen mit denen für normale Sinusrhythmen verbunden sind, wobei eine Veränderung zu einer anderen als normalen, aber festen, d. h. synchronisierten Aktivität, Aktivitätssequenz und einem Ansteigen der Zeitdauer verglichen mit der Zeitdauer normaler Sinusrhythmen eine ventrikuläre Tachykardie und der Verlust des Synchronismus der Aktivitäten ventrikuläre Fibrillation anzeigt, und (b) zum Aktivieren der zweiten oder dritten Mittel je nachdem, ob eine ventrikuläre Tachykardie oder eine ventrikuläre Fibrillation angezeigt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, das zusätzlich dritte und vierte Sensoren zum Anbringen an einer jeweiligen dritten und vierten epikardialen Stelle des Herzens aufweist, bei dem die Mittel zum Detektieren dritte respektive vierte Impulsfrequenzen erzeugen, wobei die ersten Mittel so angepaßt sind, daß sie eine Veränderung in der Aktivitätssequenz vom ersten zum vierten Sensor detektieren.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, das zusätzlich einen Herzschlagdetektor zum Bestimmen der Zeitdauer zwischen ersten Aktivitäten von sequenziellen Aktivitäten in einer Folge von Aktivitäten und zum Bestimmen der Aktivitätssequenz aufweist, wenn diese Zeitdauer anormal lang ist.