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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine derartige Stimulationsvorrichtung,
enthaltend ein Gehäuse,
eine in dem Gehäuse
eingeschlossene Steuerschaltung, wobei die genannte Steuerschaltung
ausgelegt ist, mit einer ersten Elektrode verbunden zu werden, die für die Stimulation
eines ersten Ventrikels des Herzens zu positionieren ist. Die Steuerschaltung
ist auch ausgelegt, mit einer zweiten Elektrode verbunden zu werden,
die für
die Stimulation des zweiten Ventrikels des Herzens zu positionieren
ist. Die Steuerschaltung enthält
auch eine Vorrichtung zur Ausgabe von Stimulationsimpulsen zu der
ersten und der zweiten Elektrode. Darüber hinaus enthält die Vorrichtung
eine Vorrichtung, zum Abfühlen
wenigstens eines Parameters einer evozierten Reaktion auf die Stimulation
des ersten und des zweiten Ventrikels.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
meisten Schrittmacher sind ausgebildet, den rechten Ventrikel des
Herzens zu stimulieren, es ist aber auch bekannt, den linken Ventrikel
zu stimulieren. Insbesondere zur Behandlung einer Perfusionsstörung des
Herzens oder anderer ernsthafter Herzfehler ist es bekannt, den
linken Ventrikel oder beide Ventrikel zu stimulieren, um die hämodynamische
Leistung des Herzens zu optimieren.
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Die
US-A-5 728 140 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Stimulieren des linken Ventrikels des Herzens. Die Stimulationselektrode
ist innerhalb des interventrikulären
Septums nahe der linken Ventrikelwand des selben positioniert.
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Die
US-A-5 720 768 beschreibt verschiedene mögliche Elektrodenpositionen,
um die verschiedenen Kammern des Herzens zu stimulieren oder abzufühlen.
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Auch
der Artikel "A Method
for Permanent Transvenous Left Ventricular Pacing" von Blanc et al, PACE,
Band 21. 1998, Seiten 2021 bis 2024, beschreibt ein Verfahren zum
Positionieren von Leitungen für
linksventrikuläres
Stimulieren.
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Die
US-A-4 928 688 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Behandeln von Patienten durch Stimulieren beider Ventrikel, die
an einer Perfusionsstörung
des Herzens leiden.
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Das
Dokument diskutiert das damit verbundene Problem, wenn der linke
und der rechte Ventrikel asynchron kontrahieren. Um eine im Wesentlichen
gleichzeitige Kontraktion beider Ventrikel zu bewirken, schlägt das Dokument
eine Vorrichtung zum getrennten Verarbeiten abgefühlter Herzsignale
aus jeweils dem rechten und dem linken Ventrikel vor. Falls in beiden
Ventrikeln innerhalb einer Koinzidenzzeitdauer, die durch eine Zeitverzögerung definiert ist,
ventrikuläre
Kontraktionen nicht abgefühlt
werden, wird der Stimulationsimpuls am Ende dieser Zeitverzögerung ausgegeben,
aber nur zu dem Ventrikel, für
den ein QRS-Komplex nicht abgefühlt
worden ist. Die Zeitverzögerung
wird vorgeschlagen in der Größenordnung
von 5 bis 10 ms zu sein.
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Eine
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist aus der US-A-5 902 324 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Zweck des Stimulierens des linken und des rechten Ventrikels mit
getrennten Leitungen ist es, die Synchronisation der mechanischen
Kontraktion der beiden Ventrikel zu verbessern. Die Synchronisation
der Ventrikel ist für
Patienten mit einem schwerwiegenden kongestiven Herzfehler sehr
wichtig. Diese Patienten warten oft auf eine Herztransplantation
und optimale hämodynamische
Bedingungen während
der Zeit vor der Transplantation sind für das Ergebnis wesentlich.
Ein Problem in diesem Zusammenhang ist, dass ein synchrones Stimulieren nicht
notwendigerweise die bestmögliche
Synchronisation der tatsächlichen
Kontraktion der Ventrikel liefert. Die vorliegenden Erfinder haben
festgestellt, dass die Synchronisation der Ventrikel, verglichen
zu vorbekannten Vorrichtungen, verbessert werden kann, falls die
Herzstimulationvorrichtung spezielle Mittel zum Einstellen des Zeitablaufs
der stimulierenden Impulse enthält,
um die Synchronisation bei der Kontraktion der Ventrikel zu optimieren.
Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine implantierbare
Herzstimulationsvorrichtung verfügbar
zu machen, mittels der die Synchronisation der Ventrikel verbessert
wird.
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Das
Ziel der Erfindung wird durch eine Vorrichtung erreicht, wie sie
in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die
Zeitlücke
zwischen einem Stimulationsimpuls und dem zugehörigen Parameter einer evozierten
Reaktion überwacht
werden kann, um Herzprobleme, wie eine Dissynchronisation, detektieren
zu können.
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Normalerweise
wird, wenn die Stimulationsfrequenz zunimmt, die Zeitlücke zwischen
einem Stimulationsimpuls und dem zugehörigen Parameter einer evozierten
Reaktion kürzer.
Bei einer bestimmten Stimulationsfrequenz kann die genannte Zeitlücke jedoch
aufhören
abzunehmen, obwohl die Stimulationsfrequenz zunimmt. Die vorliegenden
Erfinder haben festgestellt, dass eine derartige Situation eine Anzeige
von Herzproblemen, wie eine Dissynchronisation zwischen den Ventrikeln,
darstellt. Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung
verfügbar
gemacht, die so ausgebildet ist, dass der die Vorrichtung tragende
Patient einem geringeren Risiko ausgesetzt ist, da die maximale
Stimulationsfrequenz erniedrigt wird, falls die erwähnte Zeitlücke nicht
mit zunehmender Stimulationsfrequenz abnimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen, mit
einem Herzen verbundenen Vorrichtung;
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 ist
eine schematische Darstellung eines elektrokardiografischen Reaktionssignals
auf einen Stimulationsimpuls;
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4 ist
eine schematische grafische Darstellung der Beziehung zwischen einer
Zeitlücke
und der Stimulationsfrequenz;
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5a, b, c sind
schematische Darstellungen eines typischen elektrokardiografischen
Reaktionssignals auf die Stimulation des linken und des rechten
Ventrikels.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung 10, im
Folgenden auch Schrittmacher genannt, gemäß dieser Erfindung. Der Schrittmacher 10 enthält ein Gehäuse 12.
Eine Steuerschaltung 14 (siehe 2) ist in
dem Gehäuse 12 enthalten.
Die Steuerschaltung 14, und damit der Schrittmacher 10,
ist ausgelegt, mit einer ersten Elektrode 16 verbunden
zu werden. 1 zeigt eine solche Elektrode 16,
die mit dem Schrittmacher 10 über eine Leitung 13 verbunden
ist. Die erste Elektrode 16 ist ausgelegt, so positioniert
zu werden, dass sie einen ersten Ventrikel 18 des Herzens 19 stimulieren kann.
Der erste Ventrikel 18 ist in diesem Fall der rechte Ventrikel.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Schrittmacher 18 auch ausgelegt, mit
einer zweiten Elektrode 36 verbunden zu werden. 1 zeigt
eine derartige zweite Elektrode 36, die mit dem Gehäuse 12 über eine
Leitung 15 verbunden ist. Die zweite Elektrode 36 ist
so positioniert, dass sie einen zweiten Ventrikel 38 des
Herzens 19 stimulieren kann. Der zweite Ventrikel 38 ist
in diesem Fall der linke Ventrikel. Die Elektroden 16, 36 können mehr
als einen elektrischen Leiter umfassen, um ein bipolares Stimulieren
und Abfühlen
zu ermöglichen.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms einer Steuerschaltung 14,
die in dem Gehäuse 12 des
Schrittmachers 10 enthalten ist. Die Steuerschaltung 14 enthält Vorrichtungen 20, 40 zum
Liefern von Stimulationsimpulsen 21 an die erste Elektrode 16 und
die zweite Elektrode 36. Die Steuerschaltung 14 enthält eine
Vorrichtung 24, die ausgebildet ist zum Abfühlen wenigstens
eines Parameters einer evozierten Reaktion des genannten ersten
Ventrikels 18 auf die, über
die genannte erste Elektrode 16 gelieferten Stimulationsimpulse.
Der Schrittmacher 10 enthält auch eine Vorrichtung 44, die
ausgebildet ist, zum Abfühlen
wenigstens eines Parameters einer evozierten Reaktion auf die Stimulation
des zweiten Ventrikels 38. Der evozierte Reaktionsparameter
kann entweder ein Parameter sein, der eine mechanische Kontraktion
des Ventrikels 18 anzeigt oder ein Parameter, der eine
elektrische Reaktion anzeigt. Die mechanische Kontraktion kann zum
Beispiels durch einen Beschleunigungsmesser, einen Drucksensor oder
einen Impedanzsensor abgefühlt
werden. Die Impedanz kann zum Beispiel durch eine Elektrode 16, 36 abgefühlt werden,
die mit dem Schrittmacher 10 in Verbindung steht. Der evozierte
Reaktionsparameter kann auch ein elektrischer Parameter einer evozierten
Reaktion sein, der beispielsweise durch die Elektrode 16, 36 abgefühlt wird,
die im Ventrikel positioniert ist. Ein derartiger elektrischer Parameter
einer evozierten Reaktion kann zum Beispiel die T-Welle oder die
R-Welle in der elektrischen evozierten Reaktion sein.
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Die
Steuerschaltung 14 enthält
auch eine Vorrichtung 46, die ausgebildet ist, die Lieferung
der Stimulationsimpulse zu der ersten 16 und der zweiten 36 Elektrode
innerhalb des selben Zyklus des Herzens so freizugeben, dass zwischen
ihnen ein Zeitintervall dT bestehen kann (siehe 5c).
Ferner ist die Steuerschaltung 14 so ausgebildet, dass
das genannte Zeitintervall dT variabel ist. Die Steuerschaltung 14 enthält eine
Vorrichtung 48, die ausgebildet ist, das zeitliche Auftreten
des Parameters der abgefühlten
evozierten Reaktion auf die Stimulation des ersten Ventrikels 18 mit
dem Parameter der abgefühlten
evozierten Reaktion auf die Stimulation des zweiten Ventrikels 38 zu
vergleichen. Die Steuerschaltung 14 enthält auch
eine Vorrichtung 50, die ausgebildet ist, die Lieferung
der Stimulationsimpulse zu der ersten 16 und der zweiten 36 Elektrode
so zu steuern, dass die Differenz im zeitlichen Auftreten ΔT zwischen
dem Parameter der abgefühlten
evozierten Reaktion auf die Stimulation des ersten Ventrikels 18 und
dem genannten Parameter der abgefühlten evozierten Reaktion auf
die Stimulation des zweiten Ventrikels 38 minimiert wird.
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Die
Erfindung ist ferner in den 5a, 5b und 5c dargestellt.
Der Parameter der evozierten Reaktion kann ein mechanischer oder
ein elektrischer Parameter einer abgefühlten evozierten Reaktion sein,
wie oben erläutert. 5a, 5b, 5c zeigen
typische elektrische evozierte Reaktionen. Der elektrische Parameter
einer evozierten Reaktion kann sich entweder auf die R-Welle (QRS-Komplex)
oder auf die T-Welle beziehen. Darüber hinaus gibt es verschiedene
Alternativen zum Detektieren der evozierten Reaktion. Der Parameter der
evozierten Reaktion kann zum Beispiel eine Spitze oder ein Maximum 52 oder
eine bestimmte vorgegebene Flanke bzw. Neigung 54, 55 der
Welle sein, die detektiert wird. Es können auch andere mögliche Punkte
auf der Kurve in der elektrischen evozierten Reaktion detektiert
werden, beispielsweise ein Nulldurchgang. Statt direkt das zeitliche
Auftreten einer Neigung oder Spitze oder eines anderen Punktes auf der
betreffenden Welle zu vergleichen, ist es möglich, ein Integral der Differenz
zwischen der fraglichen Welle in der evozierten Reaktion auf die
Stimulation des ersten Ventrikels 18 und der Welle in der
evozierten Reaktion auf die Stimulation des zweiten Ventrikels 38 zu
messen. Das Zeitintervall dT wird hierbei so eingestellt, dass das
genannte Integral minimiert wird. Das Integral wird vorzugsweise über eine
vorbestimmte Zeitperiode nach einem Stimulationsimpuls gemessen.
Zum Beispiel kann zur Erfassung der R-Welle die Zeitperiode 10 ms
nach der Ausgabe des letzten Stimulationsimpulses beginnen und 40
ms später
enden. Das Abfühlen
der evozierten Reaktion kann entweder mit einer unipolaren oder
mit einer bipolaren Anordnung erfolgen. Wenn die R-Welle abgefühlt wird,
kann es vorteilhaft sein, eine unipolare Abfühlung zu verwenden. Wenn die
T-Welle abgefühlt
wird, kann es vorteilhaft sein, eine bipolare Abfühlung zu
verwenden.
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In 5b ist
ein Beispiel gezeigt, wo die Spitze der R-Welle erfasst wird. Die
Kurve 56 stellt die elektrische, evozierte Reaktion auf
einen Stimulationsimpuls 21 für den ersten Ventrikel 18 dar.
Die Kurve 57 stellt die entsprechende evozierte Reaktion für den zweiten
Ventrikel 38 dar. Gemäß diesem
Beispiel werden die Stimulationsimpulse 21 zur ersten 16 und
zur zweiten 36 Elektrode gieichzeitig geliefert. In dem
dargestellten Beispiel tritt die Spitze der Kurve 56 vor
der Spitze der Kurve 57 auf. Der Unterschied im zeitlichen
Auftreten zwischen den Spitzen der Kurven 56 und 57 ist
durch ΔT
dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung enthält
somit die Steuerschaltung 14 eine Vorrichtung 50,
die die Stimulationsimpulse zur ersten 16 und zweiten 36 Elektrode
zu unterschiedlichen Zeiten so liefert, dass die Differenz im zeitlichen
Auftreten der Spitzen der Kurven 56 und 57 minimiert
wird.
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5c zeigt,
dass der Stimulationsimpuls zum zweiten Ventrikel 58 vor
dem Stimulationsimpuls zum ersten Ventrikel 18 geliefert
wird. Hierdurch treten die beiden Spitzen der Kurven 56 und 57 im
Wesentlichen gleichzeitig auf (ΔT
ist gleich Null). Um zu veranlassen, dass die Spitzen im Wesentlichen gleichzeitig
auftreten, ist es möglich,
entweder den Stimulationsimpuls zur Elektrode 36 (entsprechend der
Kurve 57) zeitlich früher
oder den Impuls zur Elektrode 16 (entsprechend der Kurve 56)
zeitlich später
zu liefern. Ein Arzt kann bestimmen, welche der beiden Möglichkeiten
am geeignetsten für
einen bestimmten Patienten ist.
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Der
Schrittmacher 10 kann von der Art sein, die eine Vorrichtung 22 zum
Variieren der Stimulationsfrequenz enthält. Das Zeitintervall dT kann
abhängig
von der Stimulationsfrequenz variieren. Die Steuerschaltung 14 kann
hierbei ausgebildet sein, die Stimulationsfrequenz zu berücksichtigen,
wenn ein geeignetes Zeitintervall dT bestimmt wird. Mit anderen
Worten, wenn die Stimulationsfrequenz zunimmt, kann die Steuerschaltung 14 so
eingestellt werden, dass sie das Zeitintervall dT so verändert, dass
es wahrscheinlich ist, dass die abgefühlten Parameter der evozierten
Reaktion gleichzeitig auftreten. Die evozierten Reaktionen können dann
kontinuierlich so überwacht
werden, dass das Zeitintervall dT derart modifiziert wird, dass
die Parameter der evozierten Reaktion kontinuierlich gleichzeitig
auftreten.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Steuerschaltung auch eine Vorrichtung 22 zum Variieren
der Frequenz der Stimulationsimpulse bis zu einer maximalen Stimulationsfrequenz
M. Die maximale Stimulationsfrequenz M kann die maximale Sensorfrequenz
und/oder die maximale Trackingfrequenz sein. Die Steuerschaltung 14 enthält auch
eine Vorrichtung 26, die ausgebildet ist, eine erste Zeitlücke G zwischen
einem Stimulationsimpuls und dem zugehörigen Parameter der evozierten
Reaktion zu messen, der durch die genannte Vorrichtung 24 zum
Abfühlen
abgefühlt
worden ist.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines typischen elektrischen Signals
einer abgefühlten
Reaktion. Ein Stimulationsimpuls wird durch das Bezugszeichen 21 repräsentiert.
In der elektrischen Reaktion auf einen solchen Stimulationsimpuls 21 kann
eine R-Welle (auch QRS-Komplex
genannt) und eine T-Welle detektiert werden. Bei dem Beispiel nach 3 ist
der Parameter einer abgefühlten
evozierten Reaktion die T-Welle. G repräsentiert die erwähnte Zeitlücke zwischen
dem Stimulationsimpuls 21 und dem zugehörigen Parameter der evozierten Reaktion,
die durch die Abfühlvorrichtung 24 abgefühlt worden
ist.
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Die
Steuerschaltung 14 enthält
eine Vorrichtung 28 zum Überwachen der ersten Zeitlücke G bei variierenden
Stimulationsfrequenzen, mit denen die Stimulationsimpulse 21 ausgegeben
werden. Die Steuerschaltung 14 ist so ausgebildet, dass
die genannte maximale Stimulationsfrequenz M erniedrigt wird, falls
die genannte erste Zeitlücke
G mit zunehmender Stimulationsfrequenz nicht abnimmt.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Zeitlücke G und
der Stimulationsfrequenz. Der Schrittmacher 10 besitzt
normalerweise eine voreingestellte programmierbare maximale Stimulationsfrequenz
M. Die maximale Stimulationsfrequenz ist in 4 durch
M dargestellt. Die Zeitlücke
zwischen einem Stimulationsimpuls 21 und dem zugehörigen Parameter
der evozierten Reaktion nimmt normalerweise ab, wenn die Stimulationsfrequenz
zunimmt. Bei einigen Patienten, z.B. solchen mit einer fortschreitenden
Herzkrankheit, die die Compliancemuster in Folge einer geometrischen Umformung
des Myokards ändert,
kann die Herzkrankheit jedoch so sein, dass die voreingestellte
maximale Stimulationsfrequenz M für den Patienten tatsächlich zu
hoch ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die maximale Stimulationsfrequenz M erniedrigt, falls
die erwähnte
erste Zeitlücke
G mit zunehmender Stimulationsfrequenz nicht abnimmt. In 4 ist
der Punkt 29 auf der Kurve ein Punkt, wo die erwähnte Zeitlücke G mit
zunehmender Stimulationsfrequenz nicht mehr abnimmt. Wenn dieser
Punkt 29 erreicht wird, wird somit die maximale Stimulationsfrequenz
M gemäß der vorliegenden
Erfindung erniedrigt.
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Die
Steuerschaltung 14 kann auch eine Vorrichtung 34 zum Überwachen
der Änderung
in der Zeitlücke ΔG enthalten,
wenn die Stimulationsfrequenz zunimmt. Die Steuerschaltung 14 ist
hierbei so ausgebildet, dass die maximale Stimulationsfrequenz M
erniedrigt wird, falls die Änderung
in der Zeitlücke ΔG unterhalb
eines vorbestimmten Wertes liegt. In 4 sind zwei
Beispiele von ΔG
angegeben. ΔG1 ist relativ groß und ΔG2 kleiner.
Wenn ΔG unterhalb
eines vorbestimmten Wertes liegt, wird somit die maximale Stimulationsfrequenz
M erniedrigt. Hierdurch kann die maximale Stimulationsfrequenz M
erniedrigt werden, bevor der Punkt 29 erreicht wird. Dadurch
sind die Risiken, denen das Herz ausgesetzt ist, sogar noch weiter
reduziert.
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Zurückkehrend
zu 2, kann die Steuerschaltung 14 auch eine
Vorrichtung 30 enthalten zum Speichern der gemessenen ersten
Zeitlücke
G für eine
oder mehrere Stimulationsfrequenzen. Die Steuerschaltung 14 enthält ferner
eine Vorrichtung 32, die ausgebildet ist, die gegenwärtig gemessene erste
Zeitlücke
mit einer vorher gespeicherten ersten Zeitlücke für die entsprechende Stimulationsfrequenz
zu vergleichen. Die Steuerschaltung 14 ist so ausgebildet,
dass die maximale Stimulationsfrequenz M auch für den Fall erniedrigt wird,
dass die Differenz zwischen der gegenwärtig gemessenen ersten Zeitlücke und
der entsprechenden gespeicherten ersten Zeitlücke einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Hierdurch wird eine weitere Maßnahme
unternommen, um das Risiko für
den Patienten zu reduzieren.
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Wie
oben in Verbindung mit 1 erläutert, kann der Schrittmacher 10 ausgelegt
sein, mit einer zweiten Elektrode 36 verbunden zu werden.
Die Vorrichtung 26, die ausgebildet ist, die erste Zeitlücke G zu
messen ist somit auch ausgebildet, eine entsprechende zweite Zeitlücke zwischen
einem Stimulationsimpuls und dem zugehörigen Parameter der evozierten
Reaktion des zweiten Ventrikels 38 zu messen. Die Steuerschaltung 14 ist
hierbei so ausgebildet, dass die maximale Stimulationsfrequenz M
erniedrigt wird, falls wenigstens eine der genannte ersten und zweiten
Zeitlücken
mit zunehmender Stimulationsfrequenz nicht abnimmt.
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Die
Steuerschaltung 14 kann auch so ausgebildet sein, dass
die maximale Stimulationsfrequenz M auch erniedrigt wird, falls
die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Zeitlücke einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
Somit wird die maximale Stimulationsfrequenz M auch in diesem Fall
erniedrigt, um die Risiken, denen der Patient ausgesetzt ist, weiter
zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen
begrenzt. Es können
verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente benutzt werden. Deshalb
sollen die obigen Ausführungsformen
nicht als Begrenzung des Umfangs der Erfindung angesehen werden,
diese wird durch die beigefügten
Ansprüche
bestimmt.