DE3852607T2

DE3852607T2 - Frequenzabhängiger Schrittmacher mit variabler Hysteresefrequenz.

Info

Publication number: DE3852607T2
Application number: DE3852607T
Authority: DE
Inventors: Joseph J Florio; Brian M Mann; Jason A Sholder
Original assignee: Pacesetter AB
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2008-10-05
Also published as: EP0313881A3; EP0596540A1; DE3856322D1; JPH01212571A; AU599553B2; DE3852607T3; US4856523A; DE3852607D1; AU2355588A; DE3856322T2; EP0313881B1; EP0313881A2; EP0313881B2; EP0596540B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher, und insbesondere auf einen implantierbaren, programmierbaren, frequenzabhängigen Herzschrittmacher, der in der Lage ist, die Hysteresefrequenz des Schrittmachers automatisch in Antwort auf detektierte Patientenbedingungen zu verändern.
Die Technologie von Herzschrittmachern hat sich auf ein hohes Verfeinerungsniveau der Systemeigenschaft entwickelt. Die gegenwärtige Generation von Herzschrittmachern umfaßt Mikroprozessoren und darauf bezogene Schaltungen, um die Herzaktivität unter einer Vielzahl von physiologischen Bedingungen zu detektieren und stimulieren. Diese Herzschrittmacher können programmiert werden, um das Herz bezüglich der Korrektur oder Kompensation von verschiedenen Herzabnormalitäten, die in einzelnen Patienten auftreten können, zu steuern. Eine ausführliche Beschreibung der modernen Herzschrittmachertechnologie ist in der internationalen Anmeldung Nr. PCT/U585/02010, WO-A-86/0598 mit dem Titel "STIMULATED HEART INTERVAL MEASURENENT, ADAPTIVE PACER AND METHOD OF OPERATION" gegeben.
Es wurde immer angenommen, daß zur effizienten Durchführung seiner Funktion als Puinpe, das Merz eine natürliche AV-Synchronisation beibehalten muß. Der Ausdruck "AV-Synchronisation bezieht sich auf die sequentielle Zeitbeziehung, die zwischen den Kontraktionen des Atrium und der Ventrikel existiert. In einem gegebenen Herzzyklus oder Schlag, werden diese Kontraktionen typischerweise manifestiert oder gemessen durch die Detektion von elektrischen Signalen oder Wellen, die mit der Depolarisation des Herzgewebes einhergehen, wobei die Depolarisation unmittelbar vorangeht (und für die meisten Zwecke als gleichzeitig angesehen werden kann mit) der Kontraktion des Herzgewebes. Diese Signale oder Wellen können auf einem Elektrokardiogramm betrachtet werden und umfassen eine P-Welle, welche die Depolarisation des Atrium wiedergeben; die QRS-Welle (manchmal als R-Welle bezeichnet, die hervorherrschende Welle der Gruppe), welche die Depolarisation der Ventrikel wiedergibt; und die T-Welle, welche die Repolarisation der Ventrikel darstellt. (Es ist zu beachten, daß der Atrium ebenfalls repolarisiert wird, doch diese Atrium- Repolarisation tritt ungefähr gleichzeitig mit der Depolarisation der Ventrikel auf; und jedes elektrische Signal, das von der Atrium-Repolarisation erzeugt wird, wird im allgemeinen überlagert und ausgelöscht durch die viel größ ere QRS- Welle auf dem Elektrokardiogram).
Daher ist es der P-QRS-T-Zyklus von Wellen, der die natürliche AV-Synchronisation des Herzens wiedergibt. Diese Wellen, einschließlich der dazwischen existierenden Zeitbeziehungen, werden sorgfältig studiert und überwacht mittels konventioneller EKG-Verfahren, immer wenn der Betrieb des Herzens untersucht wird.
Der Anfang des Herzzyklus beginnt normalerweise mit der Depolarisation des Sinusatrialknoten (SA). Diese spezielle Struktur ist im oberen Teil der rechten Atriumwand angeordnet. Für erwachsenere Personen depolarisiert der SA-Knoten spontan mit einer intrinsischen Frequenz von etwas mehr als einmal pro Sekunde (typischerweise 65-70 Schläge pro Minute). Die Depolarisationsfrequenz und folglich die Herzfrequenz werden von verschiedenen physikalischen Faktoren beeinflußt, die Tachykardie oder Bradykardie in Abhängigkeit von der besonderen Patientenbedingung erzeugen.
Optimalerweise kontrahiert in einem normalen Herzzyklus und in Antwort auf den Beginn der SA-Depolarisation der Atrium und zwingt das Blut, das sich darin aufgestaut hat, in der Ventrikel. Eine kurze Zeit später (eine ausreichende Zeit, um den Hauptteil des Blutes in dem Atrium durch das Einwegventil in die Ventrikel zu führen) kontrahiert die Ventrikel, wodurch das Blut aus der Ventrikel in das Körpergewebe gezwungen wird. Eine typische Zeitspanne zwischen der Kontraktion des Atrium und der Kontraktion der Ventrikel ist 60 ms; ein typisches Zeitintervall zwischen der Kontraktion der Ventrikel und der nächsten Kontraktion des Atrium kann 800 ms betragen. Folglich ist es eine atriale Kontraktion (A), gefolgt mit einer relativ kurzen Zeit durch eine Ventrikelkontraktion (A), gefolgt von einer relativ langen Zeit danach durch eine Ventrikelkontraktion (V), gefolgt von einer relativ lange Zeit danach durch die nächste Atriumkontraktion, die die gewünschte AV-Synchronisation erzeugt. Wo es eine AV-Synchronisation gibt, arbeitet das Herz sehr effizient als Pumpe zur Zuführung des lebenswichtigen Blutes zu dem Körpergewebe; wo die AV-Synchronisation fehlt, arbeitet das Herz als eine ineffiziente Pumpe (größtenteils, weil die Ventrikel kontrahiert, wenn sie nicht mit Blut gefüllt ist).
Multimode-Anforderungstyp-Herzschrittmacher wurden entworfen, insofern es möglich ist, eine AV-Synchronisation für beschädigte oder kranke Herzen, die nicht in der Lage sind, dies selbst zu tun, beizubehalten. Ein Anforderungstyp-Herzschrittmacher ist einer, der Stimulationspulse nur liefert, wenn das Herz nicht selbst in der Lage ist, eine natürliche Depolarisation innerhalb eines vorgegebenen Gangintervalls zu erzeugen. In einem Zweikammer-Herzschrittmacher wird dies ausgeführt durch Anordnung der Elektroden sowohl in dem rechten Atrium wie auch der rechten Ventrikel des Herzens. Diese Elektroden werden durch intravenöse und/oder epikardiale Leitungen gekoppelt, um Verstärker zu detektieren, die in einem inplantierten Herzschrittmacher angeordnet sind. Eine elektrische Aktivität, die in diesen Kammern auftritt, kann dadurch bestimmt werden. Wenn eine elektrische Aktivität detektiert wird, nimmt der Herzschrittmacher an, daß eine Depolarisation oder Kontraktion der angezeigten Kammer aufgetreten ist. Wenn keine elektrische Aktivität detektiert wird, innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls, das typischerweise als atrielles oder ventrikulares Gangintervall bezeichnet wird, dann erzeugt ein Pulsgenerator, welcher ebenfalls in dem Schrittmachergehäuse untergebracht ist, einen Stimulationspuls, der an die angezeigte Kammer ausgegeben wird, üblicherweise über die gleiche Leitung oder Elektrode, die zu der Detektierung verwendet wird. Dieser Stimulationspuls verursacht oder erzwingt die gewünschte Depolarisation und Kontraktion der angezeigten Kammer. Folglich kann erstens durch Detektieren, ob eine natürliche Depolariation in jeder Kammer aufgetreten ist, und zweitens, Stimulieren von jeder Kammer mit einem externen Stimulationspuls in kontrollierten Zeitabständen bei Abwesenheit einer natürlichen Polarisation, die AV- Synchronisation des Herzens beibehalten werden. Folglich wird mit einem Anforderungsschrittmacher das Herz entweder selbst schlagen (ohne Stimulation von dem Schrittmacher mit einer Geschwindigkeit, die mindestens etwas schneller ist als die Stimulationsfrequenz, die durch das Gangintervall definiert wird) oder das Herz wird stimuliert durch den Schrittmacher mit einer Frequenz, die durch das Gangintervall gesteuert wird. Die Stimulationsfrequenz, die von dem Schrittmacher geliefert wird, wird typischerweise als "programmierte Frequenz" bezeichnet.
Unglücklicherweise gibt es viele Betriebseinschränkungen und Bedingungen des Herzens, die den Betrieb eines Anforderungstyp-Schrittmachers verkomplizieren. Beispielsweise gibt es bestimmte Zeitperioden, die einer Depolarisation des Herzgewebes folgen (vor der Repolarisation), wenn die Verstärkung eines externen elektrischen Iinpulses unwirksam ist - d.h., sie dient keinem nützlichen Zweck und stellt daher eine unnötige Ausgabe der beschränkten Herzschrittmacherenergie dar. Daher sollte die Anwendung von Stimulationspulsen während dieser Zeitspannen vermieden werden.
Frequenzempfindliche Herzschrittmacher verwenden den gleichen Typ von physiologischem Sensor zum Detektieren von Änderungen in dem metabolischen Bedarf eines Patienten. Diese detektierte Änderung wird ihrerseits verwendet, um die Frequenz einzustellen, mit welcher Stimulationspulse an das Herz des Patienten durch den Schrittmacher ausgegeben werden. Wenn folglich der metabolische Bedarf des Patienten ansteigt - Hinweis auf einen Bedarf des Herzens, schneller zu schlagen - wird die Frequenz, mit welcher der Schrittmacher das Herz stimuliert, erhöht in Abhängigkeit von diesem detektierten erhöhten inetabolischen Bedarf. Wenn der metabolische Bedarf des Patienten abnimmt - Hinweis auf einen Bedarf des Herzens, langsamer zu schlagen - dann wird die Frequenz, mit welcher der Schrittmacher das Herz stimuliert, entsprechend verringert.
In einem Anforderungsschrittmacher stellt der physiologische Sensor (welcher einer von verschiedenen Typen sein kann) die Schrittmacherfrequenz durch Einstellen des Gangintervalls des Schrittmachers ein. Das Gangintervall wird folglich in Abhängigkeit von dem detektierten physiologischen Bedarf eingestellt, wobei die Frequenz, mit welcher die Stimulationspulse dem Herzen zugeführt werden, und folglich die Herzfrequenz, entsprechend in Abhängigkeit von dem physiologischen Bedarf verändert wird.
Frequenzempfindliche Anforderungsschrittmacher können entweder Einkammerschrittmacher sein, die in der Ventrikel detektieren und stimulieren (z.B. eine VVI-Betriebsart) mit einer Frequenz, die durch den besonderen verwendeten physiologischen Sensor bestimmt wird, oder Zweikammerschrittmacher, die sowohl in dem Atrium wie auch in der Ventrikel detektieren und stimulieren, z.B. eine DDD-Betriebsart mit einer Frequenz, die durch den physiologischen Sensor bestimmt wird. Patienten, die Kandidaten für frequenzabhängige Einkammer- Schrittmacher sind, umfassen gewöhnlich Patienten, die eine teilweise oder vollständige Herzblockade aufweisen. Wenn es eine Herzblockade gibt, dann folgt die Ventrikel nicht stetig dem Atrium und die erforderliche und gewünschte AV-Synchronisation geht verloren. Patienten, die Kanditaten für frequenzabhängige Zweikammer-Schrittmacher sind, umfassen diese gleiche Gruppe von Patienten (die Kandidaten für Einkammer- Schrittmacher sind) plus Patienten, deren atrielle Kontraktionen irregular oder diskontinuierlich sind.
Herzblockade für die Zwecke dieser Offenbarung meint, daß der Stimulus von dem SA-Knoten - der natürliche Schrittmacher des Herzens - nicht in der Lage ist, mit der Ventrikel mitzugehen, um die Ventrikel zur geeigneten Zeit zu stimulieren, d. h., der anteograde Leitungsweg des Herzens ist mindestens für eine gewisse Zeit irgendwie gestört.
Ein frequenzabhängiger Zweikammer-Schrittmacher erlaubt vorteilhaft sowohl die Stimulation des Atrium und/oder der Ventrikel mit einer Frequenz, die in Übereinklang mit dem detektierten physiologischen Bedarf trotz eines irregulären, aussetzenden oder nicht funktionierenden SA-Knotens ist.
Nachteilig ist, daß der Betrieb eines Zweikammer-Schrittmachers, wenn er Stimulationspulse sowohl für den Atrium wie auch für die Ventrikel liefert, beträchtlich mehr Energie verbraucht, als ein Einkammer-Schrittmacher, wodurch die nutzbare Lebensdauer der Schrittmacherbatterien verkürzt wird.
Ein frequenzabhängiger Einkammer-Schrittmacher (oder ein Zweikammer-Schrittmacher, der in einem Einkammermodus arbeitet) erlaubt vorteilhaft die Stimulation der Ventrikel mit einer Frequenz in Übereinklang mit dem detektierten physiologischen Bedarf trotz eines vollständigen, aussetzenden oder teilweise blockierten anteograden Leitungsweges.
Es wurde kürzlich entdeckt, daß viele Patienten, die eine teilweise, aussetzende oder vollständige Herzblockade mit normalen Herzgeschwindigkeiten z.B. 70 Schläge pro Min (bpm) zeigen, eine normale anteograde Leitung bei höheren Frequenzen z.B. 110-120 bpm zeigt. Wenn daher diese Patienten mit einem konventionellen VVI Schrittmacher ausgestattet werden oder ein Zweikammer-Schrittmacher programmiert ist, um in einem VVI-Modus zu laufen, liefern diese Schrittmacher eine ventrikulare Stimulation, wie es bei normalen Herzfrequenzen, wie sie durch die programmierte Frequenz der Schrittmacher definiert ist, erforderlich ist. Nachteilig geht jedoch die natürliche AV-Synchronisation verloren, weil immer der Schrittmacher einen Stimulationspuls an die Ventrikel liefert. Wenn dieser Patient (mit einem konventionellen VVI- Schrittmacher und mit einer teilweisen, vollständigen oder aussetzenden Herzblockade nur bei den unteren normalen Herzfrequenzen) Übungen macht und unter der Annahme, daß der SA- Knoten des Patienten normal funktioniert, dann versucht der SA-Knoten den Herzschlag schneller zu machen, da der physiologische Bedarf aufgrund der Übungen steigt. Solange die Herzblockade andauert, sind solche Versuche nicht effektiv und der Schrittmacher wird fortfahren, ventrikulare Stimulationspulse mit der programmierten Frequenz zu liefern. An einem bestimmten Punkt (der von Patient zu Patient sich ändert), wenn der Patient weiterhin Übungen macht, wird der natürliche Leitungsweg wieder hergestellt und die Ventrikel wird von dem SA-Knoten stimuliert (d.h. die Herzblockade ist nicht mehr da) und die natürliche AV-Synchronisation ist vorteilhaft wieder hergestellt. Das Ergebnis ist, daß der Patient mit seiner oder ihrer wiederhergestellten AV-Synchronisation sich großartig fühlt.
Nach der Übung, wenn die Herzschlagfrequenz auf ihren normalen Pegel zurückgeht, kehrt die Herzblockade zurück und der VVI-Schrittmacher übernimmt erneut die Stimulation der Ventrikel mit der Programmierten Geschwindigkeit. Die natürliche AV-Synchronisation geht verloren. Der Patient fühlt sich typischerweise in Ordnung, doch nicht mehr so gut, wie wenn die natürliche AV-Synchronisation vorhanden ist.
Wenn ein frequenzabhängier VVI-Schrittmacher verwendet wird, oder wenn ein frequenzabhängiger Zweikammer-Schrittmacher programmiert bzw. anderweitig geschaltet ist, dann detektiert der darin verwendeten physiologischen Sensor die Erhöhung des physiologischen Bedarfs, der durch die Übungen des Patienten entsteht. Dies führt dazu, daß das Schrittmacherintervall (im folgenden als Gangintervall bezeichnet) des frequenzabhängigen Schrittmachers entsprechend eingestellt wird. Solange die Herzblockade anhält, stellt dies kein Problem daß (und tatsächlich fährt der frequenzabhängige Schrittmacher fort, die beabsichtigte Funktion zu erfüllen). Sollte jedoch die Herzblockade aufhören, dann wird die Ventrikel von dem SA- Knoten durch den natürlichen anteograden Leitungsweg stimuliert und die AV-Synchronisation sollte theoretisch zurückkehren. Da jedoch unglücklicherweise der Grundschritt oder Gangintervall des frequenzabhängigen Schrittmachers (das in Übereinstimmung mit dem detektierten physiologischen Bedarf eingestellt ist) sich ebenfalls ändert, ist es möglich und ziemlich wahrscheinlich, daß eine Konkurrenz zwischen dem SA- Knoten und dem frequenzabhängigen Schrittmacher auftritt. Eine solche Konkurrenz kann sich ergeben, wenn die programmierte Änderungsfrequenz des VVI-Schrittmachers nicht mit der Änderungsfrequenz des SA-Knotens des Herzens übereinstimmt. Daher könnte eine R-Welle nicht detektiert werden, weil sie nicht innerhalb eines verkürzten Gangintervalls des frequenzabhängigen Schrittmachers fällt. Umgekehrt könnte eine R-Welle nicht detektiert werden, weil sie vor der Beendigung der Schrittmacher definierten Brechungsperiode auftritt. In jedem Falle kann die AV-Synchronisation verloren gehen.
Was daher erforderlich ist, ist ein frequenzabhängiger Schrittmacher, der eine Konkurrenz zwischen dem frequenzabhängigen Schrittmacher und dem SA-Knoten des Herzens verhindert (falls der anteograde Leitungsweg wieder hergestellt ist). Ein solcher frequenzabhängiger Schrittmacher ist gemäß der Lehre dieser Erfindung durch Vorsehen einer Hysterese verwirklicht. Ein programmierbarer Herzschrittmacher mit Hysterese ist offenbart in US-Patent 4,263,915 (McDonald et al.). Wie in diesem Patent gezeigt ist, ist das Konzept der Hysterese als ein Verfahren für Herzschrittmacher im Stand der Technik gut bekannt. Gemäß der Offenbarung des Patents ist das Hysterese-Konzept in einem Schrittmacher eingeführt, welcher künstliche Stimulationspulse mit einer konstanten Frequenz liefert. Jedoch erstreckt sich die Offenbarung dieses Patents nicht auf die Vorsehung in der vorliegenden Erfindung der Verwendung des Hysterese-Konzeptes in einem Schrittmacher des frequenzabhängigen Typs.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und bezieht sich auf die Einbeziehung der Hysterese in frequenzabhängiges Schrittmachen. Dieses Merkmal erlaubt, daß der physiologische Sensor des frequenzabhängigen Schrittmachers das Schrittmacherintervall in Abhängigkeit von einem detektierten physiologischen Bedarf ändert und erlaubt ebenfalls, daß der SA- Knoten des Herzens übernimmt, wenn eine Herzblockade-Bedienung aufhört. Als eine Abänderung des Merkmals ergibt die Erfindung die Änderung der Hysterese-Frequenz in Abhängigkeit von der Sensor-Frequenz.
Bevor mit einer ausführlicheren Erklärung der Erfindung fortgefahren wird, ist es hilfreich, die folgenden Definitionen zu verstehen.

Intrinsischer Rhythmus

Der intrinsische Rhythmus oder "intrinsische Frequenz" des Herzens ist die Frequenz, bei welcher das Herz natürlicherweise von selbst schlägt, ohne durch Stimulus des Schrittmachers stimuliert zu werden.

Sensorfrequenz:

Wie hier verwendet wird, bezieht sich "Sensorfrequenz" auf die Frequenz, bei welcher der physiologische Sensor, was auch immer dieser Sensor sein mag, anzeigt, daß das Herz schlägt. Die Sensorfrequenz kann als Äquivalent zu der Programmierten Frequenz für einen nicht-frequenzabhängigen Herzschrittmacher angesehen werden. Beispielsweise kann die Sensorfrequenz 70 bpm betragen, wenn der Patient in Ruhe ist. Wenn eine erhöhte physiologische Aktivität detektiert wird durch den Sensor, wird die Sensorfrequenz entsprechend erhöht.

Hysterese:

Wie hier verwendet wird, bedeutet Hysterese "Ausdehnung" des Frequenzbereiches, bei welcher die Schrittmacherpulse an einem Auftreten unterhalb der Sensorfrequenz gehindert werden durch einen Betrag, der äquivalent dem Basisschrittmacherintervall (wie es durch die Sensorfrequenz definiert wird) plus dem Betrag des Hystereseintervalls ist. Wenn beispielsweise die Basissensorfrequenz = 70 bpm ist (Schrittmacherintervall von 857 ms) und ein Hystereseintervall von 300 ms zuaddiert ist, dann ist das gesamte Schrittmacherintervall erhöht auf 1157 ms, was äquivalent einer Frequenz von 52 bpm ist. Wenn er auf diese Weise eingestellt ist, dann wird der Schrittmacher, wenn er einmal durch intrinsischen Rhythmus über eine Frequenz vom 70 bpm gehindert wird, gehindert bleiben, bis der intrinsische Rhythmus unter 52 bpm fällt. Wenn dies auftritt, beginnt das Schrittmachen bei 70 bpm. Folglich liefert die Hysterese ein längeres Gangintervall, wodurch dem Herz mehr Gelegenheit gegeben wird, selbst zu schlagen, bevor der Schrittmacher "Eintritt" und Stimulationspulse liefert.

Hysteresefrequenz:

Wie im folgenden verwendet wird, ist die "Hysteresefrequenz" diejenige Frequenz unterhalb der "Sensorfrequenz", unter welche der intrinsische Rhythmus fallen muß, bevor der Schrittmacher einen Schrittmacherpuls liefert. Wenn beispielsweise die Sensorfrequenz 90 bpm ist und die Hysteresefrequenz 20 bpm, würde die intrinsische Herzfrequenz unterhalb von 70 bpm fallen müssen, bevor der Schrittmacher anfangen würde, Stimulationspulse zu liefern (wobei diese Pulse bei der Sensorfrequenz geliefert werden würden). Es ist zu beachten, daß, obwohl die Hysteresefrequenz in "Schläge pro Minute" ausgedrückt ist, die Hysterese ausgeführt wird durch Änderung des Schrittmacherintervalls des Schrittmachers, wie oben erklärt ist.
Anordnungen in Übereinstimmung mit der Erfindung umfassen eine Hysterese in einem frequenzabhängigen Schrittmacher durch Variation des Gangintervalls des Systems auf einen vorbestimmten Pegel beim Detektieren einer natürlichen Herzkontraktion während des Gangintervalls. Die klassische Frequenzabhängigkeitstheorie lehrt weggerichtet von der Verwendung einer Hysterese. Diese Theorie lehrt, daß der physiologische Sensor beibehalten werden muß als das frequenzbestimmende Schlüsseleleinent des frequenzabhängigen Schrittmachers. Ansonsten hört der Schrittmacher auf, frequenzabhängig zu sein. Im Gegenteil, erlaubt die Verwendung der Hysterese in einem frequenzabhängigen Schrittmacher gemäß der Erfindung zur Beseitigung der Kontrolle von dem physiologischen Sensor für längere Zeit dauern.
Als ein vorteilhaftes Ergebnis dieses Merkmals genießt der Patient die verbesserte physiologische Bedingung, die mit der Wiederherstellung der natürlichen AV-Synchroniation verbunden ist. Da weiterhin die Stimulationspulse unter diesen Bedingungen unterbunden sind, ist der Energieverbrauch von der Schrittmacherenergiequelle vermindert und eine längere Lebensdauer der Energiequelle wird ermöglicht. Das Konzept der Vorsehung einer Hysterese wie es in dem oben erwähnten '915 McDonald Patent offenbart ist, ist vollständig fremd zu der Erfindung. Da das hauptsächliche Merkmal der Erfindung auf einen frequenzabhängigen Schrittmacher anwendbar ist, in welchem die Sensorfrequenz in Abhängigkeit vom Bedarf sich ändert, der durch den physiologischen Sensor bestimmt wird, liefern Anordnungen gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Variation des Gangintervalls durch verschiedene Beträge innerhalb eines Bereiches zwischen einer minimalen und maximalen Hysterese, was einen Bezug auf den Bereich der Variationen der Sensorfrequenz hat.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das obige und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher werden aus der folgenden spezielleren Beschreibung derselben in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig.1A ein schematisches Diagramm eines programmierbaren Zweikammer-Systems, das herkömmlicherweise in einem Patienten implantiert wird und einen physiologischen Sensor in Verbindung damit aufweist;
Fig.1B ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine besondere Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
Fig.1C ein Flußdiagramm ist, das die Hauptprogrammschritte darstellt, die in dem programmierbaren Schrittmacher von Fig.1A und Fig.1B aufgenommen sind;
Fig.2 ein schematisches Diagramm eines Einkammer-Schrittmachersystems ist, das herkömmlicherweise in einem Patienten implantiert ist und einen damit verbundenen physiologischen Sensor aufweist;
Fig.3A eine graphische Darstellung ist, die die Variation der Schrittmacherfrequenz mit Änderungen im Ausgang des physiologischen Sensors in dem System von Fig. 2 zeigt;
Fig.3B eine graphische Darstellung ist, die die Zufügung einer Hysterese zur Schrittmachergeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Ausgang des physiologischen Sensors in Übereinstimmung mit einem besonderen Aspekt der Erfindung zeigt;
Fig.4 eine graphische Darstellung ist, die die Zufügung einer Hysterese zu der Schrittmachergeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Ausgang des physiologischen Sensors gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung zeigt;
Fig.5 ein schematisches Blockdiagram ist, das eine besondere Anordnung gemäß der Erfindung zur Entwicklung des Betriebes zeigt, der in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist; und
Fig.6 ein schematisches Blockdiagram ähnlich zu Fig. 5 ist, doch weiterhin Elemente zum Entwickeln eines Zweikammerbetriebes der Erfindung umfaßt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die folgende Beschreibung ist die zur Zeit beste betrachtete Art der Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung ist nicht als Beschränkung zu verstehen, doch ist zum Zweck der Beschreibung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gegeben. Der Rahmen der Erfindung wird bestimmt in Bezug auf die begleitenden Ansprüche.
Soweit Bezug genommen wird auf die Zeichnungen, bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile oder Elemente.
Mit Bezug auf Fig.A ist ein scheinatisches Diagramm eines programmierbaren Zweikammer-Schrittmachers 70 gezeigt, der herkömmlicherweise in einen Patienten implantiert wird. Fig. 1A umfaßt das Herz des Patienten 16, mit einem rechten Atrium 19 und einer rechten Ventrikel 14. Eine atriale Schrittmacherleitung 72 geht in den rechten Atrium 19, wo eine Elektrodenspitze 74 Kontakt mit dem Herzgewebe aufnimmt. Ähnlich geht eine ventrikulare Leitung 76 durch den rechten Atrium 19 in die rechte Ventrikel 14, wo eine Elektrodenspitze 78 in Kontakt mit dem Apex der rechten Ventrikel 14 steht. Wie in Fig. 1A gezeigt ist, sind die Leitungen 72 und 76 einphasige Leitungen, jedoch ist es selbstverständlich, daß auch zweiphasige Leitungen verwendet werden können. Zusätzlich ist ein physiologischer Sensor 24 jeglichen geeigneten Typs, der in dem Stand der Technik bekannt ist, gezeigt, mit einem angezeigten Ausgang, der elektrisch mit dem Zweikammerschrittmacher 70 verbunden ist. Die Weise, in welcher die Leitungen 72 und 76 in das Herz eingeführt sind, sowie die Weise, in welcher der Schrittmacher 70 und der physiologische Sensor 24 in den Patienten implantiert werden, sind im Stand der Technik bekannt.
Mit Bezug zu Fig.2 ist als nächstes eine vereinfachte Darstellung eines Weges gezeigt, mit welchem ein Einkammerschrittmacher 10 elektrischen Kontakt mit dem Herzen aufnehmen kann. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Schrittmacher 10 typischerweise ein frequenzabhängiger Schrittmacher mit einer Zweiphasen-Leitung 12, die sich durch den rechten Atrium 19 in die rechte Ventrikel 14 eines Herzens 16 erstreckt. Der SA-Knoten 17 ist in dem Atrium 19 gezeigt. Die Zweiphasen- Leitung 12 umfaßt zwei elektrisch isolierte Leiter 18, 20. Der erste innere Leiter 18 ist elektrisch mit einem fernen Ende 21 der Leitung verbunden. Das ferne Ende ist typischerweise in der Apex der rechten Ventrikel 14 angeordnet. In einem bekannten Abstand vom fernen Ende 21 ist ein Elektrodenring 22 elektrisch mit dem anderen Leiter 20 der Zweiphasen- Leiter 14 verbunden (obwohl ein Zweiphasenleiter in Fig. 2 gezeigt ist, ist es selbstverständlich, daß auch ein Emphasenleiter ähnlich verwendet werden kann). Zusätzlich ist ein physiologischer Sensor 24 gezeigt, der von jeglichem geeigneten Typ sein kann, wie er im Stand der Technik bekannt ist, mit einem angezeigten Ausgang zu dem Schrittmacher 10. Die Weise, in welcher der Zweiphasenleiter 12 in das Herz eingeführt wird, wie auch die Weise, in welcher der Schrittmacher 10 und der physiologische Sensor 24 in den Körper eines Patienten implantiert werden, ist im Stand der Technik wohlbekannt.
Der Grad von Fig.3A zeigt die klassische Übertragungskurve oder Charakteristik eines typischen frequenzabhängigen Schrittmachers, wie beispielsweise dem Schrittmacher 10 von Fig.2. Der Ausgang des physiologischen Sensors ist auf der horizontalen Achse, wobei die Schrittmacherfrequenz auf der vertikalen Achse ist. Wenn der Ausgang des physiologischen Sensors eine physiologische Aktivität auf niedrigem Pegel unterhalb einem Pegel P0 zeigt, wird die Schrittmacherfrequenz auf eine Minimumfrequenz gehalten (welches für das gezeigte Beispiel 70 bpm ist). Wenn in ähnlicher Weise der Ausgang des physiologischen Sensors eine physiologische Aktivität auf hohem Pegel über einen Pegel P2 ist, dann wird die Schrittmacherfrequenz bei einer Maximalfrequenz gehalten (z.B. 150 bpm). Wenn jedoch der Ausgang des physiologischen Sensors eine mittelmäßige physiologische Aktivität zwischen den Punkten P0 und P2 anzeigt, dann ändert sich die Schrittmacherfrequenz als Funktion des Sensorausgangspunktes. Beispielsweise für die Beziehung die in Fig. 3A gezeigt ist, führt ein Sensorausgang P1 zu einer Schrittmacherfrequenz von 110 bpm.
Die "Schrittmacherfrequenz" ist die Frequenz, bei welcher die Stimulationspulse dem Herzen von dem Schrittmacher zugeführt werden. Dies ist typischerweise die gleiche wie die "Sensorfrequenz", doch inuß sie nicht immer die gleiche sein, insbesondere, wenn die Hysterese verwendet wird.
In Fig.3A ist angezeigt, daß die Beziehung zwischen dem Sensorausgang und der Schrittmacherfrequenz als linear gezeigt ist. Diese Beziehung kann natürlich auch anders als linear sein, wenn dies erforderlich ist.
Mit Bezug auf Fig.3B ist eine Übertragungskurve für einen frequenzabhängigen Schrittmacher gezeigt, der eine Hysterese einschließt in Übereinstimmung mit der Erfindung. Kurve A zeigt die gleiche klassische Frequenzabhängigkeitsbeziehung zwischen Sensorausgang und Schrittmacherfrequenz, wie oben in Fig.3A diskutiert wurde. Diese Kurve ist jedoch in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung modifiziert durch Einbeziehung einer Hysterese-Kurve B.
Von Fig. 3B ist zu sehen, daß ein niedrigpegeliger physiologischer Aktivitätsbereich, d.h. wo der Sensorausgang unterhalb P0 ist, die Hysterese-Frequenz auf einen Minimumwerte von 10 pbm liegt (was bedeutet, wie oben in der Definition erklärt wurde, daß die intrinsische Frequenz auf 60 pbm fallen muß) - 10 pbm unterhalb der minimalen Schrittmacherfrequenz von 70 pbm - bevor der Schrittmacher beginnt, einen Stimulationspuls zu liefern. Das entsprechende Gangintervall ist 500 ms.
In dem mittleren physiologischen Aktivitätsbereich, wo der Sensorausgang zwischen P0 und P2 liegt, befindet sich die Hysteresefrequenz bei einem Wert, der zwischen der Minimum und der Maximumshysteresefrequenz variiert, wie durch Kurve B von Fig.3B definiert ist. Beispielsweise bei einem Sensorausgang von P1, ist eine mittlere Hysteresefrequenz von 20 bpm gezeigt. Das bedeutet, daß bei einem physiologischen Aktivitätspegel, der einen Sensorausgang von P1 erzeugt, die intrinsische Frequenz unter 90 bpm fallen muß (Gangintervall 667 ms) 20 bpm unterhalb der sensordefinierten Schrittmacherfrequenz von 110 bpm - bevor der Schrittmacher einschreiten kann und Simulationspulse liefert.
Die Beziehung zwischen der Hysteresefrequenz und dem Sensorausgang innerhalb des mittleren Bereichs der Sensorausgänge, d.h. zwischen den Punkten P0 und P2 von Fig. 3 ist als linear gezeigt. Jedoch ist dies nur beispielhaft und es ist selbstverständlich, daß jede gewünschte Beziehung vorgesehen werden kann.
Natürlich ist es selbstverständlich, daß Fig.3B nur eine einzige Wiedergabe einer fast unbeschränkten Anzahl von möglichen Anordnungen ist, die verwendet werden können, um eine Hysterese mit einem frequenzabhängigen Schrittmacher zu kombinieren. Für dieses Beispiel könnte die minimale Hysteresefrequenz eingestellt (programmiert) werden auf 0 bei 70 bpm (Gangintervall 500 ms) und die maximale Hysteresefrequenz könnte eingestellt werden auf 40 bpm bei 150 bpm (Gangintervall = 500 ms), in welchem Fall Fig 4 die Beziehung zwischen den verschiedenen Parametern wiedergeben würde.
Bedeutender als die Implantation der Hysteresefrequenz mit dem frequenzabhängigen Schrittmacher ist jedoch das Ergebnis, das diese Implantation mit sich bringt. Für den Patienten mit aussetzender Herzblockade, dessen natürliche Leitung bei höheren intrinsischen Frequenzen wiederkehrt, wie hier beschrieben wurde, erlaubt der SA-Knoten, die Steuerung des Herzens bei höheren intrinsischen Frequenzen zu übernehmen, ohne mögliche Konkurrenz von dem frequenzabhängigen Schrittmacher. Die erhöhte Hysteresefrequenz, die durch Zuaddieren der Hysterese entsteht, wie oben beschrieben wurde, verhindert Schrittmacherpulse für einen längeren Teil des Schrittmacherintervalls und gibt daher dem SA-Knoten einen längeren Teil des normalen Herzzyklus bei erhöhten Herzfrequenzen innerhalb derer das Schlagen des Herzens gesteuert wird. Weiterhin erlaubt dieses relativ lange Intervall eine Abweichung, die zwischen der Schrittmacherfrequenz (wie sie durch den physiologischen Sensor definiert ist) und der intrinsischen Frequenz (wie sie durch den SA-Knoten definiert ist) liegt, wodurch die Möglichkeit einer Konkurrenz zwischen den Frequenzen beträchtlich vermindert wird. Durch Variation der Hysteresefrequenz in Abhängigkeit vom Ausgang des physiologischen Sensors, wie oben beschrieben wurde, kann außerdem ein Extrateil des Betriebsbereiches des SA-Knotens bei den höheren Herzfrequenzen erhalten werden.
Mit Bezug auf Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagram gezeigt, das eine besondere Anordnung in Übereinstimmung mit dem variablen Hysteresemerkmal der Erfindung zur Ausführung des Betriebs, der in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wiedergibt. Insbesondere, ist Fig. 5 ein Blockdiagramm für eine frequenzabhängigen Einkammer-Schrittmacher, der ein variables Hysteresemerkmal umfaßt. In Fig. 5 ist ein Pulsverstärker 40 gezeigt, der ein Stimulationspuls an die Ventrikel des Herzens über die Leitung 12 zuführt. Mit der Leitung 12 ist ein Tastverstärker 50 verbunden. Der Ausgang des Tastverstärkers 50 ist mit einem Pulsgenerator 52 verbunden. Der Pulsverstärker 40, der Tastverstärker 50 und der Pulsgenerator 52 sind von konventioneller Art.
Der Pulsgenerator 52 erzeugt Ausgangspulse bei einer Frequenz, die durch ein Frequenzsteuersignal gesteuert wird, das auf der Signalleitung 54 auftritt. Dieses Frequenzsteuersignal besteht durch die Frequenz/Hystersis-Steuerlogik 56. In der Praxis und in Übereinstimmung mit dem konventionellen Ahforderungsschrittmacherbetrieb ist zu verstehen, daß das Frequenzsteuersignal 54 im wesentlichen ein Gangintervall oder Zeitspanne ist, welches ablaufen muß, bevor der Pulsgenerator 52 einen Puls erzeugen darf, der durch den Verstärker 40 zur Ausgabe eines Herz verstärkt wird. Jedoch ändert sich das Gangintervall, das von der Frequenz/Hysterese-Steuer-Logik 56 erzeugt wird, in Abhängigkeit von zwei Eingängen. Ein erster Eingang wird von der Sensorlogik 58 empfangen. Es ist die Aufgabe der Sensorlogik 58, die Übertragungsfunktion von der Charakteristik des Typs erzeugen, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Das bedeutet, die Sensorlogik 58 entwickelt ein Ausgangssignal (vertikale Achse von Fig3A), als Fuktion des Sensoreingangssignals (horizontale Achse von Fig. 3A), das von dem physiologischen Sensor 24 empfangen wird.
Der andere Eingang zu dem Frequenz/Hysterese-Steuer-Logik 56 ist ein logisches Signal, das von einem Flip-Flop 60 oder einer einer äquivalenten Einrichtung abgeleitet ist, die anzeigt, ob das reguläre oder das hystereseche Gangintervall verwendet werden soll. Wenn ein Stimulationspuls durch den Pulsgenerator 52 erzeugt wurde (als Anzeige, daß das vorangegange Gangintervall abgelaufen ist), dann wird der Flip-Flop 60 zurückgesetzt, wodurch die Steuerlogik 56 angezeigt wird, dar das Standard oder reguläre Gangintervall verwendet werden soll. Wenn jedoch die intrinsische Aktivität des Herzens durch den Tastverstärker 50 detektiert wird, dann zeigt der Flip-Flop 60 an, daß das das Hysterese-Gangintervall zuaddiert werden soll zu dem regulären Gangintervall, wodurch das gesamte Gangintervall auf den gewünschten Betrag ausgedehnt wird. Weiterhin führt das Detektieren der intrinsischen Aktivität durch den Tastverstärker 50 dazu, daß die Frequenz/Hysterese-Steuerlogik 56 das Gangintervall beläßt.
Die Sensorlogik 58 wird ausgeführt unter Verwendung von konventionellen logischen Schaltkreisen und/oder Software, um die gewünschte Übertragungsfunktion zwischen dem Sensor 24 und der gewünschten Schrittmacherfrequenz zu erhalten, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorlogik 58 einfach eine Nachschlagtabelle, worin die gewünschte Übertragungsbeziehung (Fig. 3 oder 4) in geeignete Speicherplätze vorprogrammiert ist und das Auftreten eines Wertes als Sensoreingang führt dazu, daß das gewünschte Frequenzausgangssignal auf der Grundlage von konventionellen Nachschlagetabellen-Verfahren erzeugt wird.
Die Frequenz/Hysteresesteuerlogik 56 ist ebenfalls von konventioneller Art. Eine geeignete Nachschlagetabelle und/oder Algorythmus erlaubt, daß das geeignete Gangintervall leicht als eine Funktion der zwei oben beschriebenen Eingänge erzeugt wird.
Der Fachmann wird leicht erkennen, daß Fig. 5 ein vereinfachtes Diagramm eines programmierbaren Schrittmachers ist. Viele andere Einzelheiten, wie beispielsweise Erzeugung von Brechungsperioden, Löschintervallen und ähnliches müssen in die Ausführung eines konventionellen Schrittmachers eingeschlossen werden. Jedoch sind diese Einzelheiten im Stand der Technik bekannt und für die Erfindung nicht relevant und werden daher hier nicht wiederholt. Es kann für diese Einzelheiten Bezug genommen werden auf die die zuvorgenannten Anmeldungen oder Patente, wie auch auf US-Patent 4,590944, das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Mit Bezug auf Fig. 6 ist das Blockdiagram eines Zweikammerschrittmachers gezeigt, der ein variables Hysteresemerkmal gemäß der Erfindung umfaßt. Der Pulsverstärker 40, der Tastverstärker 50, der Pulsgenerator 52, die Frequenz/Hysterese- Steuerlogik 56, die Sensorlogik 58, der Flip-Flop 60, und der Sensor 24 funktionieren wie oben in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurde. Zu diesen Elementen ist ein zusätzlicher Pulsverstärker 42 einem Pulsgenerator 52 zur Erzeugung und Ausgabe von geeigneten Stimulationsimpulsen an die Atrium des Herzens über eine atriale Leitung 72 angeschlossen. In ähnlicher Weise liefert der Pulsverstärker 40 Stimulationspulse oder detektiert Aktivität von oder zu der Ventrikel des Herzens über die Ventrikularleitung 76. In Fig. 6 ist der Ausgang des Pulsgenerators 52 ebenfalls mit einem A-V-Verzögerungsschaltkreis 62 verbunden. Es ist die Funktion des A-V- Verzögerungsschaltkreis 62, einen Eingangspuls für den ventrikularen Pulsverstärker 40 unmittelbar nach dem Ablauf eines vorgegebenen atrial-ventricular (A-V) Verzögerungsintervalls zu liefern, wobei dieses Intervalls mit dem Ende des Gangintervalls 54 beginnt. Falls, während des A-V-Intervalls eine ventrikulare Aktivität detektiert wird durch den Tastverstärker 50, wird der A-V Verzögerungsschaltkreis zurückgesetzt durch den Ausgang des Tastverstärkers 50 in konventioneller Weise.
In Bezug auf Fig. 5 wird der Fachmann erkennen, daß Fig. 6 ein vereinfachtes Diagramm eines Zweikammerschrittmachers ist. Es sind viele Elemente in Fig. 6 nicht gezeigt, wie beispielsweise ein atrialer Tastverstärker, ein Löschungsschaltkreis, u.ä., die wichtige Teile für einen Zweikammerschrittmacher bilden. Jedoch sind diese Merkmale und Elemente im Stand der Technik bekannt, siehe die vorgenannten Patente und Anmeldungen, und sie sind für das Verständnis der Erfindung nicht für notwendig gehalten worden.
Der Zweikammerschrittmacher, der das Merkmal der variablen Hysterese gemäß der Erfindung umfaßt, schließt weiterhin eine automatische Betriebsart-Schaltungsmöglichkeit zwischen Zweikammer- und Einkammerschrittmacher ein.
Die künstliche Beibehaltung der AV-Synchronisation bei hohen Herzfrequenzen (z.B. größer als 90 Schläge pro Minute) durch Stimulieren sowohl der Atrium als auch der Ventrikel müssen nicht unbedingt ein effizienter Weg sein, um den Herzausgang beizubehalten. Kürzliche Studien, die von mindestens einem der Erfinder dieser Anmeldung durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß frequenzabhängiges Zweikammer-Schrittmachen bei hohen "Übungs"-Herzfrequenzen (z.B. Frequenzn größer als 90 bpm) nicht notwendig sein müssen. Das Stimulieren der Atrium bei diesen hohen Frequenzen kann daher eine unnötige Verschwendung der beschränkten Herzschrittmacherenergie darstellen. Es ist im Stand der Technik zwar bekannt, daß frequenzabhängiges Zweikammerschrittmachen eine optimale Betriebsart ist, doch führt eine solche Betriebsart zu einem hohen Batteriestromverbrauch bei schnellen Schrittmacherfrequenzen.
Eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Betriebsart-Umschaltmerkmal wird nun mit Bezug auf die Fig. 1B und 1C beschrieben.
Mit Bezug auf Fig.1B gibt ein Blockdiagramm eine besondere Anordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung wieder. Ein programmierbarer Schrittmacher umfaßt typischerweise einen programmierbaren Speicher 80, in welchem verschiedene Betriebssteuerworte programmierbar geladen sind. Solch ein Speicher ist beispielsweise in dem US-Patent 4,232,679 gezeigt, das den Titel hat "PROGRAMMABLE HUMAN TISSUE STIMULATOR" und hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Zwei dieser Steuerparameter sind von Bedeutung: eine Betriebsart- Steuermodus 82 und ein Frequenzschwellen-Steuerwort 84. Unter Verwendung konventioneller Verfahren und Schaltungen wie sie im Stand der Technik bekannt sind, werden das Betriebsartwort 82 und das Frequenzschwellenwort 84 anfänglich in den Speicher 80 des Schrittmachers 70 programmiert.
Mit Bezug auf Fig. 1B wird eine detektierte R-Welle (oder ein anderes Signal, das eine Kontraktion des Herzens anzeigt) zu dein Herzfrequenzdetektor 86 geführt. Der Herzfrequenzdetektor 86 ist von konventioneller Art und umfaßt einen gewünschten Glättungs- oder Mittelungsalgorithmus oder andere Prozeßschritte, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, auf der Signalleitung 88, das die Herzfrequenz über die letzten Herzzyklen wiedergibt. Beispielsweise verwendet ein gewöhnlicher Typ von Herzfrequenzndetektoren 86 einen beweglichen Mittelungsalgorithmus, welcher die mittlere Herzfrequenz über die letzten n Herzzyklen bestimmt, wobei n ein relativ kleine ganze Zahl ist, wie beispielsweise 5. Der Ausgang des Herzfrequenzdetektors 86, auch die Signalleitung 88 wird dann verglichen mit dem Frequenznschwellenwort 84, das zuvor in dem Speicher 80 programmiert wurde. Dieser Vergleich wird durch einen konventionellen Frequenzvergleichsschaltkreis oder Software 90 ausgeführt. Unter Verwendung von konventionellen Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, wird eine Entscheidung getroffen, durch den Frequenzvergleichsschaltkreis 90, ob die detektierte Herzfrequenz, die von dem Herzfrequenzndetektor 86 erhalten wurde, größer als das Frequenznschwellenwort 84 ist. Wenn das der Fall ist, wird die Steuerlogik 92 eingeschaltet und verursacht ein neues Betriebsartenwort 82', das in den programmierbaren Speicher 80 geschrieben wird. Dieses neue Betriebsartenwort 82' veranlaßt den Schrittmacher 70, in einer Einkammerbetriebsart zu laufen, im Gegensatz zur Zweikammerbetriebsart, die zuvor gelaugen ist. Falls die detektierte Herzfrequenz unterhalb des Frequenzschwellwortes 84 fallen sollte, veranlaßt die Betriebsartsteuerlogik 92, daß das frühere Betriebsartenwort 82 wieder in den Speicher 80 geschrieben wird. Dies führt dazu, dar der Schrittmacher zu der früheren Zweikammerbetriebsart zurückkehrt.
Typischerweise umfaßt der frequenzabhängige Schrittmacher einen Mikroprozessor oder eine äquivalente Schaltung, um seine gewünschten Funktionen auszuführen. Dazu ist die Impleinentierung der automatischen Betriebsartschaltung leicht ausgeführt durch Einschließen eines einfachen Unterprogramms in die Steuerprogramme des Schrittmachers, wie in dem Flußdiagramm von Fig. 1C zusammengefaßt ist. Mit Bezug auf Fig. 1C kann beispielsweise gesehen werden, daß wenn eine Zweikammerbetriebsart programmiert wurde, wie beispielsweise eine DDD-Betriebsart, Block 94, dann wird die Herzfrequenz in Block 96 bestimmt. Auf der Grundlage der bestimmten Herzfrequenz wird eine bewegliche Mittelung über die letzten n Herzzyklen berechnet, wie bei Block 98 angezeigt ist. Basierend auf dieser beweglichen Mittelung wird das Frequenzschwellwort 84, das in Speicher 80 gespeichert ist, verglichen mit der beweglichen Mittelung bei Block 100. Eine Bestimmung wird beim Entscheidungsblock 102 vorgenommen, ob die Frequenznschwelle die mittlere Herzfrequenz übersteigt. Wenn das der Fall ist, dann wird ein Einkammerbetriebsart-Steuerwort 82' in den Speicher 80 an der Stelle angeschrieben, wo das Zweikammerbetriebsart-Steuerwort 82 gespeichert war. Für das in Fig. 1C gezeigte Beispiel ist es die Einkammerbetriebsart als ein VVI-Modus gezeigt. Wenn die mittlere Herzfrequenz nicht größ er ist als die Schwelle wie in Entscheidungsblock 102 bestimmt wird, dann wird das Zweikammersteuerwort 82 in dem Speicher 80 an der bezeichneten Betriebsart-Steuerwortstelle beibehalten.
In der beschriebenen Weise kann der Schrittmacher folglich programmiert werden, um in einer Zweikammer-Betriebsart bei niedrigen Herzfrequenzen zu laufen, doch wird die Betriebsart automatisch umgeschaltet auf eine Einkaminer-Betriebsart bei höheren Schrittmacherfrequenzen. Typischerweise muß die Frequenzschwelle, die die Herzfrequenz erreichen muß bevor die Einkammerbetriebsart eingeschaltet wird in einer Größenordnung von 90 bpm aufweisen. Vorteilhaft kann dieser Frequenzschwellenwert ausgewählt und vorprogrammiert werden, wie es gewünscht wird unter Verwendung konventioneller Schrittmacherprogrammiertechniken.
Um zu bestätigen, daß das frequenzabhängige Zweikammer- Schrittmachen nicht notwendig ist bei höheren Herzfrequenzen, wurde eine Studie an acht Patienten im Alter zwischen 24 - 64 Jahren ausgeführt, die jeweils einen programmierbaren Zweikammerschrittmacher implantiert hatten und jeweils eine Herz blockade im Sinusrhythmus aufwiesen, wobei maximal drei Betriebsarten ausgeführt wurden: DDD WT/RR (frequenzabhängig) und DDD (niedrige Frequenz)/VVT-RR (Frequenz größer als 89 bpin). Die Übungsdauer, Arbeit, Blutdruck, Puls, Sauerstoffaufnahme, Anaerobic Schwelle (AT) und Sauerstoffpuls wurden gemessen. Es wurde kein Unterschied in irgendeiner Betriebsart in den Symptomen oder physiologischen Indikatoren festgestellt. Das bedeutet, die Ergebnisse zeigen an, daß das ventrikulare frequenzabhängige Schrittmachen bei hohen Frequenzen gleiche Vorteile mit sich bringt, wie das frequenzabhängige Zweikammer-DDD-Schrittmachen. Folglich zeigt die Studie, daß das frequenzabhängige Zweikammer-Schrittmachen bei höheren Herzfrequenzen nicht notwendig ist.

Claims

1. Ein frequenzabhängiger Schrittmacher (70, 10) zum selektiven Stimulieren des Herzens eines Patienten umfassend:

- eine Pulsgeneratoreinrichtung (52) zur Erzeugung von Pulsen, um Kontraktionen einer Herzkammer zu stimulieren;

- eine Sensoreinrichtung (50) zum Detektieren von Herzsignalen;

- eine Einrichtung (72, 76; 12) zum Koppeln der Pulsgeneratoreinrichtung (52) und der Sensoreinrichtung (50) an einen ausgewählten Bereich des Herzens des Patienten;

- eine physiologische Sensoreinrichtung (24) zum Erfassen eines physiologischen Bedarfs zur Lieferung eines entsprechenden Signals, um die Stimulationspulsfrequenz zu steuern;

- eine Steuereinrichtung (58, 60), die auf den physiologischen Sensor anspricht, um die Stimulationspulsfrequenz in Übereinstimmung mit dem physiologischen Bedarf zu variieren;

und gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (56) zum wahlweisen Anlegen einer Hysterese an die Steuereinrichtung (58, 56), um das Stimulationspuls-Ganginterval auszudehnen, wenn ein Herzsignal von der Herzsignalsensoreinrichtung detektiert wird.

2. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 1, ferner umfassend eine Einrichtung (56, 60), die auf die Sensoreinrichtung (50) anspricht, um die Erzeugung eines Stimulationspulses zu sperren, wenn ausgewählte Herztätigkeitssignale detektiert werden.

3. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 2, worin die Sperreinrichtung (56, 60) eine Einrichtung umfaßt, um ein Gangintervall, das von der Steuereinrichtung (58, 56) erzeugt wird, zurückzusetzen.

4. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 3, ferner umfassend eine variable Gangintervall-Verzögerungsstufe in der Steuereinrichtung (56), um eine vorgegebene Verzögerung in das Gangintervall einzuführen, die der Schrittmacherfrequenz entspricht, die von dem physiologischen Sensor bestimmt wird.

5. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Einrichtung (56) zum Variieren der Gangintervall-Verzögerung in Übereinstimmung mit dem abgetasteten physiologischen Bedarf.

6. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 5, worin die Einrichtung (56) zum Variieren der Gangintervall-Verzögerung das normale Gangintervall um variierende Beträge zwischen minimalen und maximalen Beträgen über entsprechende minimale und maximale Stimulationspulsfrequenzen ausdehnt, wie sie durch den physiologischen Sensor (24) bestimmt werden.

7. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 6, worin die minimale Ausdehnung des Gangintervalls, ausgedrückt in effektiver Schrittmacherfrequenz, bei einer minimalen Stimulationspulsfrequenz eingestellt ist; die maximale Ausdehnung des Gangintervalls, ausgedrückt in effektiver Schrittmacherfrequenz, bei einer maximalen Stimulationspulsfrequenz eingestellt ist; und die Variation des Maßes der Ausdehnung des Gangintervalls, ausgedrückt in effektiver Schrittmacherfrequenz, zu der Stimulationspulsfrequenz, die durch den physiologischen Bedarf bestimmt wird, über einen Bereich zwischen den minimalen und maximalen Frequenzen proportional ist.

8. Der frequenzabhängige Schrittmacher von Anspruch 7, worin die Ausdehnung des Gangintervalls aufgrund der Beaufschlagung der Hysterese bei der minimalen Schrittmacherfrequenz, die durch den physiologischen Sensor bestimmt wird, gleich Null ist.

9. Der frequenzabhängige Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Schrittmacher in der Lage ist, entweder in einer Zweikammer- oder in einer Einkammer-Betriebsweise zu arbeiten, und worin ein Übergang zwischen den genannten Betriebsweisen auftritt, wenn die Herzfrequenz eine vorgegebene Herzfrequenzgrenze übersteigt.