DE3883651T2 - Herzschlagabhängiger Schrittmacher. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Parameter in einem funktionalen Zusammenhang zwischen der Stimulationsfrequenz einer implantierbaren physiologischen Stimulierungsvorrichtung, insbesondere einen Herzschrittmacher, und einem Sensorsignal, das die physische Belastung eines Patienten anzeigt.
• Kürzlich wurden Herzschrittmacher beschrieben, die ein Kontrollsystem aufweisen, das die Stimulationsfrequenz des Herzschrittmachers den variierenden Arbeitsbelastungsbedingungen eines Patienten anpaßt, generell als frequenzabhängige Herzschrittmacher bezeichnet. Typischerweise verlassen sich frequenzabhängige Herzschrittmacher auf das Abfühlen einer Variablen, die von der Arbeitsbelastung eines Patienten abhängt und für diese bezeichnent ist. Solche Variablen sind z. B. die Blutsauerstoffsättigung, der Blut pH Wert, Bewegung und Kraft. Der funktionale Zusammenhang zwischen der abgefühlen Variablen und der Stimulationsfrequenz kann linear oder nicht-linear sein, abhängig beispielsweise von der abgefühlen Variablen, dem Typ des Sensors und der Verarbeitung des Sensorsignals.
• Um unabhängig vom Typ der funktionalen Beziehung, linear oder nicht-linear wie immer es der Fall sein mag, die Parameter der Funktion müssen auf Werte eingestellt werden, die optimal für den individuellen Herzschrittmacherpatienten sind, da die Ausgangssignale des Sensors von Patient zu Patient abhängig von der allgemeinen Fitneß, der Körperverfassung, der Position des Herzschrittmachers usw. abhängen.
• Beim Stand der Technik sind diese technischen Parameter direkt eingestellt, wie in einem Beispiel eines bekannten Herzschrittmachers, wie er in der US-A-4,428,378 illustriert ist, angegeben wird. Dieser bekannte Herzschrittmacher hat einen Sensor des Krafttyps (piezoelektrisch) und variiert die Stimulationsfrequenz in Abhängigkeit von der abgefühlten Aktivität als eine lineare Funktion mit der Steigung als programmierbarem Parameter. Der Wert des Steigungsparameters wird durch den Arzt eingestellt und mittels Telemetrie auf den Herzschrittmacher übertragen, um die Wechselwirkung des Herzschrittmachers mit dem Patienten zu steuern.
• Dieses direkte Einstellen der Parameterwerte stellt jedoch ein Problem für den Arzt dar, da der technische Charakter dieser Parameter, wie verdeutlicht an der Steigung weiter oben, jede direkte Verbindung der Werte zu der korrespondierenden Herzfrequenz, daß heißt der dem Arzt geläufigen Größe vermissen läßt. Weiterhin ist die direkte Einstellung der Parameterwerte unbequem für den Patienten, da ein unerfahrener Arzt durch praktische Versuche die optimale Einstellung herausfinden muß.
• Als Konsequenz davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Methode anzugeben, mit der die Parameterwerte in Erwiderung auf gewünschte Stimulationsfrequenzeinstellungen gefunden werden und die daher eine schnellere, sichere und bequeme Parametereinstellung schafft.
• Allgemein gesprochen ist es mathematisch wohl bekannt, daß jede Funktion zwischen zwei Variablen bestimmt werden kann, wenn eine genügende Anzahl von Variabelwerten bekannt ist. Daher kann eine Funktion, die das Sensorsignal oder die gemessene Variable m zu der Stimulationsfrequenz fstim in Verbindung setzt, im Hinblick auf seine Parameter von einer Anzahl beobachteter Werte fstim 1 bis fstim n und m&sub1; bis mn bestimmt werden, wobei n mindestens der Anzahl der Parameter entspricht, die eingestellt werden sollen. Daher ist es prinzipiell möglich, durch Erfassen von fstim und in für eine genügende Anzahl verschiedener Arbeitsbelastungen die Parameter zu berechnen, obwohl das für eine komplexe Funktion zeitaufwendig sein kann.
• Jedoch haben die Erfinder beobachtet, daß die typische Relation zwischen dem Sensorsignal m und der Stimulationsfrequenz fstim eine Funktion des linearen oder exponentiellen (logarithmischen) Typs ist oder als solche dargestellt werden und nämlich als fstim = k&sub1; · m + k&sub2; oder fstim = k&sub1; · exp (k&sub2; · m) (fstim = k&sub1; · log (k&sub2; · m)) ausgedrückt werden kann, wobei k&sub1; und k&sub2; die zu bestimmenden Parameter sind.
• In der Praxis müssen daher normalerweise nur zwei Parameter bestimmt werden und als Konsequenz davon müssen lediglich die Werte der Variablen für zwei Arbeitsbelastungen des Patienten observiert werden. Eine weitere Reduktion der Zahl der Arbeitsbelastungen, denen ein Patient ausgesetzt werden muß, tritt auf, wenn eine Abhängigkeit des Typs m&sub2; = m&sub1; + C&sub1; (C&sub1; = konstant) zwischen verschiedenen Sensorsignalen existiert. In diesem Fall erfordert eine lineare oder exponentielle (logarithmische) Funktion nur eine Arbeitsbelastung, der sich der Patient aussetzen muß. Daher sind in der normalen klinischen Arbeit lediglich eine oder zwei Arbeitsbelastungen (gewünschte Herzfrequenzeinstellungen) notwendig, denen sich ein Patient aussetzen muß, und die beschriebene Methode präsentiert einen vorteilhaften Weg der Einstellung der Parameter.
• Es sollte jedoch beachtet werden, daß, obwohl speziell vorteilhaft für lineare oder exponentielle (logarithmische) Beziehungen, die Methode vollständig für komplexere Funktionen funktioniert.
• Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert und bevorzugte Ausführungsformen davon sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• Damit die Erfindung leichter verstanden wird, wird im folgenden auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen.
• Fig. 1 stellt ein funktionales Blockdiagramin eines frequenzabhängigen Herzschrittmachers dar.
• Fig. 2 ist ein Graph, der die lineare Beziehung zwischen dem Sensorsignal und der Stimulationsfrequenz illustriert.
• In Fig. 1 ist der Herzschrittmacher allgemein mit 10 bezeichnet. Ein Kraftsensor 11 ist in dem Herzschrittmachergehäuse enthalten. Es sei angemerkt, daß auch andere Sensortypen und auch andere Plazierungen des Sensors verwendet werden können. Das Sensorsignal ist in einem A/D Wandlerblock 12 in ein Signal in mit einer Impulsdauer umgewandelt worden, die der Amplitude des ursprünglichen Sensorsignals proportional ist. Danach werden die frequenzabhängigen Parameter, die die Konstanten der Funktion definieren, die das Sensorsignal in Relation zu der Stimulationsfrequenz fstim setzt, in einen Parameterblock 13 eingegeben. Der Block 13 wird von einem Logik-und Zeitgeberblock 15 kontrolliert, der auch andere Funktionen des Herzschrittmachers (z. B. den Ausgangsblock 18) der, mit Ausnahme des frequenzabhängigen Teils ein konventioneller Bedarfsherzschrittmacher ist, kontrolliert.
• Der Schalter 14 ermöglicht eine passive Mode der frequenzabhängigen Funktion, daß heißt der Herzschrittmacher arbeitet bei der programmierten Mindestfrequenz, während die Frequenz, die bei geschlossenem Schalter 14 vorliegen würde, weiterhin von dem Sensor 11 angezeigt wird. Der Programmspeicher 16 ermöglicht es, daß Programmiersignal und die berechneten Parameterwerte zu speichern. Das Signal enthält z. B. die gewünschte Stimulationsfrequenz und wird vom Programmiergerät 30 über die Telemetrieschaltung 17 erhalten. Die die Parameter berechnende Einheit kann entweder in dem Block 15 oder dem Programmiergerät 30 enthalten sein.
• Das Einstellen der frequenzabhängenden Parameter wird nun in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 ist eine lineare Funktion (fstim = k&sub1; · m + k&sub2;, wobei k&sub1; und k&sub2; Steigung beziehungsweise Schwellwert repräsentieren) zwischen dem Sensorsignal in und der Stimulationsfrequenz dargestellt.
• Zuerst wird der Patient einer niedrigen Arbeitsbelastung ausgesetzt, beispielsweise langsames Laufen. Diese Arbeitsbelastung steht in Verbindung mit einem Wertebereich von Stimulationsfrequenzen, z. B. 70 bis 90 Impulsen pro Minute.
• Der Arzt wählt aus diesem Wertebereich eine Frequenz f&sub1; aus, die für den individuellen Herzschrittmacherpatienten wünschenswert erscheint. Das gleiche Niveau der Arbeitsbelastung korrespondiert zu einem Sensorsignal mit dem Wert m&sub1;, der bezeichnend für diese Arbeitsbelastung ist und der von dem Herzschrittmachersensor erhalten wird.
• Als nächstes wird diese oben angegebene Bestimmung für eine andere Arbeitsbelastung wiederholt, beispielsweise für schnelles Laufen. Diese Arbeitsbelastung steht in Verbindung mit einem anderen Wertebereich der Stimulationsfrequenz, z. B. 130-150 und der Arzt wählt auch hier die gewünschte Frequenz f&sub2; aus. Das entsprechende Sensorsignal hat den Wert m&sub2;
• Die frequenzabhängigen Parameter k&sub1; und k&sub2; können nun entweder in der Herzschrittmacherschaltung oder in dem Programmiergerät berechnet werden, in dem die Werte m&sub1;, m&sub2; und f&sub1;, f&sub2; in die Funktion eingesetzt werden. Daher ist in Übereinstimmung mit der beschriebenen Methode die Steigung und der Schwellwert in einer Weise eingestellt, bei der der Arzt nur mit den gewünschten Stimulationsfrequenzen konfrontiert wird.
• Für den Fall der Abhängigkeit des Sensorsignals für verschiedene Arbeitsbelastungen des Typs wie vorab beschrieben, daß heißt m&sub2; = m&sub1; + C&sub1; (C&sub1; = konstant) muß nur eine Stimulationsfrequenz f&sub1; gewählt werden, da die Parameter dann aus f&sub1;, m&sub1; und der oben angegebenen Abhängigkeit berechnet werden können.
• In einer nicht-linearen Beziehung des exponentiellen oder logarithmischen Typs, bei der die Funktion auch zwei Parameter enthält, kann die gleiche Art und Weise der Einstellung der Parameter verwendet werden, daß heißt für verschiedene Arbeitsbelastungen werden die Werte m&sub1;, m&sub2; und f&sub1;, f&sub2; festgestellt und in die Funktion eingesetzt. Auch hier kann die Abhängigkeit m&sub2; = m&sub1; + Konstante auftreten und ebenso behandelt werden wie in dem linearen Fall, der gerade beschrieben wurde.
• Die Erfindung ist beispielhaft für einen Herzschrittmacher beschrieben worden und es sollte beachtet werden, daß sie für jede implantierbare Stimulierungsvorrichtung mit ähnlichen Beziehungen zwischen Sensorsignal und Stimulierungsfrequenz verwendbar ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Ermitteln der Parameter in einem funktionalen Zusammenhang zwischen der Stimulationsfrequenz einer implantierbaren physiologischen Stimulierungsvorrichtung, insbesondere einem Herzschrittmacher, und einem Sensorsignal, das die physische Belastung eines Patienten anzeigt, gek e n n zeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Auswählen einer ersten Stimulationsfrequenz, die im wesentlichen einer ersten Belastung zuordenbar ist

b) Bestimmen eines ersten Sensorsignals entsprechend der ersten Belastung

c) Wiederholen der Schritte a)-b) für eine der Anzahl der Parameter entsprechende Anzahl weiterer Belastungen, die in weiteren Stimulationsfrequenzen und Sensorsignalen resultieren, die jeweils den weiteren Belastungen zuordenbar sind

d) Berechnen der Parameter aus dem funktionalen Zusammenhang, den gewählten Frequenzen und bestimmten Sensorsignalen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Parameter zwei ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang linear ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der funktionale Zusammenhang exponentiell oder logarithmisch ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Abhängigkeit zwischen konsekutiven Sensorsignalen m&sub1;, m&sub2; eine Konstante ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gek e n n zeichnet durch den weiteren Schritt der Speicherung der berechneten Parameterwerte in einer Tabelle.