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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.
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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/US85/02010, W0-A-86/0598 mit dem
Titel "STIMULATED HEART INTERVAL MEASUREMENT, ADAPTIVE PACER AND
METHOD OF OPERATION" gegeben.
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Es wurde immer angenommen, daß zur effizienten
Durchführung
seiner Funktion als Pumpe, das Herz 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 größere QRS-Welle auf dem Elektrokardiogram).
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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.
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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.
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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
gezwun gen 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).
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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.
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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 Impulses 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.
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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
metabolischen 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 ei nem 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.
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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.
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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 dar (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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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. Die vorliegende Erfindung
sieht die Änderung
der Hysterese-Frequenz in Abhängigkeit
von der Sensor-Frequenz vor.
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Bevor mit einer ausführlicheren
Erklärung der
Erfindung fortgefahren wird, ist es hilfreich, die folgenden Definitionen
zu verstehen.
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Intrinsischer
Rhythmus
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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.
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Sensorfrequenz:
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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.
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Hysterese:
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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.
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Hysteresefrequenz:
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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 Sensorfre quenz 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.
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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 Schlüsselelement
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.
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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 der Erfindung
eine Variation des Gangintervalls durch verschiedene Beträge innerhalb
eines Bereiches zwischen einer minimalen und maxi malen Hysterese,
was einen Bezug auf den Bereich der Variationen der Sensorfrequenz
hat.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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:
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Fig. 1A ein
schematisches Diagramm eines programmierbaren Zweikammer-Systems,
das herkömmlicherweise
in einem Patienten implantiert wird und einen physiologischen Sensor
in Verbindung damit aufweist;
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1B ein
schematisches Blockdiagramm ist, das eine besondere Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt;
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1C ein
Flugdiagramm ist, das die Hauptprogrammschritte darstellt, die in
dem programmierbaren Schrittmacher von Fig.
1A und 1B aufgenommen sind;
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2 ein
schematisches Diagramm eines Einkammer-Schrittmachersystems ist,
das herkömmlicherweise
in einem Patienten implantiert ist und einen damit verbundenen physiologischen
Sensor aufweist;
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3A eine
graphische Darstellung ist, die die Variation der Schrittmacherfrequenz
mit Änderungen
im Ausgang des physiologischen Sensors in dem System von 2 zeigt;
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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;
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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;
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5 ein
schematisches Blockdiagram ist, das eine besondere Anordnung gemäß der Erfindung zur
Entwicklung des Betriebes zeigt, der in den 3 und 4 gezeigt ist; und
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6 ein
schematisches Blockdiagram ähnlich
zu 5 ist, doch weiterhin
Elemente zum Entwickeln eines Zweikammerbetriebes der Erfindung umfaßt.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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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.
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Soweit Bezug genommen wird auf die
Zeichnungen, bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile
oder Elemente.
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Mit Bezug auf A ist
ein schematisches Diagramm eines programmierbaren Zweikammer-Schrittmachers 70 gezeigt,
der herkömmlicherweise
in einen Patienten implantiert wird. 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 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.
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Mit Bezug zu 2 ist als nächstes eine vereinfachte Darstellung
eines Weges gezeigt, mit welchem ein Einkammerschrittmacher 10 elektrischen Kontakt
mit dem Herzen aufnehmen kann. Wie in 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 2 gezeigt
ist, ist es selbstverständlich,
daß auch
ein Einphasenleiter 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.
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Der Grad von 3A zeigt
die klassische Übertragungskurve
oder Charakteristik eines typischen frequenzabhängigen Schrittmachers, wie
beispielsweise dem Schrittmacher 10 von 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 3A gezeigt ist, führt ein
Sensorausgang P1 zu einer Schrittmacherfrequenz von 110 bpm.
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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 muß sie
nicht immer die gleiche sein, insbesondere, wenn die Hysterese verwendet
wird.
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In 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.
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Mit Bezug auf 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 3A diskutiert wurde. Diese Kurve ist jedoch
in Übereinstimmung
mit der Lehre der Erfindung modifiziert durch Einbeziehung einer
Hysterese-Kurve B.
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Von 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.
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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 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.
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Die Beziehung zwischen der Hysteresefrequenz
und dem Sensorausgang innerhalb des mittleren Bereichs der Sensorausgänge, d.
h. zwischen den Punkten P0 und P2 von 3 ist
als linear gezeigt. Jedoch ist dies nur beispielhaft und es ist selbstverständlich,
daß jede
gewünschte
Beziehung vorgesehen werden kann.
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Natürlich ist es selbstverständlich,
daß 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 4 die
Beziehung zwischen den verschiedenen Parametern wiedergeben würde.
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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.
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Mit Bezug auf 5 ist ein schematisches Blockdiagram
gezeigt, das eine besondere Anordnung in Übereinstimmung mit dem variablen
Hysteresemerkmal der Erfindung zur Ausführung des Betriebs, der in 3 und 4 gezeigt
ist, wiedergibt. Insbesondere, ist 5 ein
Blockdiagramm für
eine frequenzabhängigen
Einkammer-Schrittmacher, der ein variables Hysteresemerkmal umfaßt. In 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 Pulsverstär ker 40,
der Tastverstärker 50 und
der Pulsgenerator 52 sind von konventioneller Art.
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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 Anforderungsschrittmacherbetrieb 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 3 und 4 gezeigt
ist. Das bedeutet, die Sensorlogik 58 entwickelt ein Ausgangssignal
(vertikale Achse von Fig. 3A), als
Fuktion des Sensoreingangssignals (horizontale Achse von 3A), das von dem physiologischen Sensor 24 empfangen
wird.
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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, daß 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.
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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 3 und 4 gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Sensorlogik 58 einfach eine Nachschlagtabelle,
worin die gewünschte Übertragungsbeziehung
(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.
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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.
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Der Fachmann wird leicht erkennen,
daß 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.
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Mit Bezug auf 6 ist das Blockdiagram eines Zweikammerschrittmachers
gezeigt, der ein variables Hysteresemerkmal gemäß der Erfindung umfaßt. Der
Pulsverstärker 40,
der Tast verstärker 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 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 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.
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In Bezug auf 5 wird der Fachmann erkennen, daß 6 ein vereinfachtes Diagramm
eines Zweikammerschrittmachers ist. Es sind viele Elemente in 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.
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Der Zweikammerschrittmacher, der
das Merkmal der variablen Hysterese gemäß der Erfindung umfaßt, schließt weiterhin
eine automatische Betriebsart-Schaltungsmöglichkeit zwischen Zweikammer-
und Einkammerschrittmacher ein.
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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.
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Eine Ausführungsform der Erfindung mit
einem Betriebsart-Umschaltmerkmal wird nun mit Bezug auf die 1B und 1C beschrieben.
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Mit Bezug auf 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.
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Mit Bezug auf 1B wird
eine detektierte R-Welle (oder ein anderes Signal, das eine Kontraktion
des Herzens anzeigt) zu dem 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 Herz frequenzdetektors 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' veranlagt 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, veranlagt die Betriebsartsteuerlogik 92, daß das frühere Betriebsartenwort 82 wieder
in den Speicher 80 geschrieben wird. Dies führt dazu,
daß der
Schrittmacher zu der früheren
Zweikammerbetriebsart zurückkehrt.
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Typischerweise umfaßt der frequenzabhängige Schrittmacher
einen Mikroprozessor oder eine äquivalente
Schaltung, um seine gewünschten
Funktionen auszuführen.
Dazu ist die Implementierung der automatischen Betriebsartschaltung
leicht ausgeführt
durch Einschließen
eines einfachen Unterprogramms in die Steuerprogramme des Schrittmachers,
wie in dem Flugdiagramm von 1C zusammengefaßt ist.
Mit Bezug auf 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 1C gezeigte Beispiel ist es
die Einkammerbetriebsart als ein VVI-Modus gezeigt. Wenn die mittlere
Herzfrequenz nicht größer 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.
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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 Einkammer-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.
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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 Herzblockade im Sinusrhythmus aufwiesen,
wobei maximal drei Betriebsarten ausgeführt wurden: DDD VVT/RR (frequenzabhängig) und
DDD (niedrige Frequenz)/VVT-RR (Frequenz größer als 89 bpm). 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.