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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf medizinische Stimulatoren
und Ableitungen und genauer auf implantierbare Schrittmacher, Kardioverter
und Defibrilatoren.
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Im
Kontext von implantierbaren Schrittmachern oder anderen Stimulatoren,
welche elektrische Aktivität
in mehreren Kammern des Herzens stimulieren und erfassen, war es üblich, eine
Austastperiode für
den einer Kammer des Herzens zugeordneten Verstärker bereitzustellen während dem
Liefern eines Schrittgebungspulses an eine andere Kammer des Herzens.
Ein früheres
Beispiel dieses Merkmals kann gefunden werden in U.S. Patent Nr.
4,312,355, erteilt an Funke. Es ist auch üblich, eine Austastperiode
für den
Erfassungsverstärker
bereitzustellen, der an die anzuregende Kammer angekoppelt ist,
während
dem Liefern eines Schrittgebungspulses, und atriale refraktäre und/oder
Austastperioden bereitzustellen, die erfassten ventrikulären Depolarisationen zugeordnet
sind, wie in U.S. Patent Nr. 5,027,815, erteilt an Funke und U.S.
Patent Nr. 5,123,412, erteilt an Betzold.
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Insbesondere
im Kontext von Vorrichtungen, welche Herzrhythmusstörungen detektieren,
sind Verstärker
entwickelt worden, die automatisch die effektive Erfassungsschwelle
einstellen, um das Erfassen relativ niederer Amplitudendepolarisationswellenformen
zu erleichtern, die Herzrhythmusstörungen zugeordnet werden können, ohne
Repolarisationswellenformen zu erfassen, die während einem normalen Sinusrhythmus
auftretenden Depolarisationen zugeordnet sind. Die Einstellung der
effektiven Erfassungsschwelle kann erreicht werden durch Einstellen
der Verstärkung
des Verstärkers
und Vergleich des verstärkten
Signals mit einer feststehenden Schwelle und/oder durch Einstellen
des Schwellenwerts des Detektors, der dem Verstärker zugeordnet ist, wobei
derartige Einstellungen als äquivalente Alternativen
im Kontext der vorliegenden Erfindung verstanden werden sollten.
Ein derartiger selbsteinstellender Verstärker ist offenbart in U.S.
Patent Nr. 5,117,824, erteilt an Keimel et al. Eine alter native
Implementierung eines Selbsteinstellungsverstärkers ist offenbart in U.S.
Patent Nr. 5,269,300, erteilt an Kelly et al. In diesen Literaturverweisen
wird im Anschluß an
eine detektierte Depolarisation der Verstärker automatisch eingestellt,
so daß die
effektive Erfassungsschwelle gesetzt wird, um zu einem vorbestimmten
Anteil der Amplitude der erfaßten
Depolarisation gleich zu sein, und die effektive Erfassungsschwelle
nimmt danach ab bis zu einer geringeren oder Basiserfassungsschwelle.
Anschließend
an das Liefern eines Schrittgebungspulses wird in dem System, welches
in dem Patent von Keimel et al. offenbart ist, keine Einstellung
an der Erfassungsschwelle gemacht, während in dem Patent von Kelly
et al. Im Anschluß an
das Liefern eines Schrittgebungspulses die effektive Erfassungsschwelle
gesetzt wird auf einen voreingestellten Wert und diesen Wert beibehält für eine definierte
Zeitspanne, nach welcher die Schwelle bis auf den niedrigeren oder
Basiswert abnimmt.
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Im
Kontext einer Vorrichtung, welche in mehreren Kammern des Herzens
Schrittgebung und Erfassung durchführt, stellt die Verwendung
von Austast- und refraktären
Perioden wie oben beschrieben, allein oder in Verbindung mit selbsteinstellenden
Verstärkern
wie oben beschrieben, eine brauchbare und praktikable Vorrichtung
bereit. Dieser Ansatz wendet sich jedoch nicht den Schwierigkeiten
zu, welche entstehen, wenn das Signal, das einer Depolarisation
im Ventrikel zugeordnet ist, von ausreichender Amplitude ist, um
erfaßt
zu werden vom atrialen Erfassungsverstärker, was üblicherweise als R-Welle-Fernfelderfassung
bezeichnet wird. Dieses Problem wird in gewissem Maße aufgegriffen
durch Bereitstellung von atrialen Austast- oder refraktären Perioden
im Anschluß an
die Erfassung im Ventrikel, aber zu Lasten der Fähigkeit, akkurat auf atriale
Depolarisationen zu antworten, die innerhalb dieser Perioden auftreten.
Zusätzlich
kann die Fernfeld-R-Welle manchmal im Atrium erfaßt werden,
bevor die R-Welle vom ventrikulären
Erfassungsverstärker
erfaßt
wird, vor der Initiierung von Austast- oder refraktären Perioden,
die der R-Welle zugeordnet sind.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung einen implantierbaren Herzschrittmacher
bereit mit Mitteln zum Erfassen elektrischer Signale im Herzvorhof
eines Patienten und Mitteln zum Erfassen von Depolarisationen der
Herzkammer des Patienten, wobei die Mittel zum Erfassen elektrischer
Signale im Herzvorhof des Patienten umfassen:
Mittel zum Definieren
eines Herzvorhoferfassungsschwellenwerts;
Mittel zum Messen
von Amplituden elektrischer Signale, die im Herzvorhof des Patienten
erfaßt
werden, und zum Vergleichen der Amplitude mit dem Herzvorhoferfassungsschwellenwert,
um festzustellen, ob oder ob nicht elektrische Signale zu detektieren
sind;
Mittel, ansprechend auf das Erfassen einer Depolarisation
der Herzkammer des Patienten nach einem detektieren Signal, das
im Herzvorhof des Patienten erfaßt wurde, um den Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
von einem Basisherzvorhof-Erfassungsschwellenwert
auf einen ersten erhöhten
Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
für eine
erste Zeitperiode danach zu erhöhen,
wobei der erste erhöhte Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
größer ist
als der Basisherzvorhof-Erfassungsschwellenwert
und auf der gemessenen Amplitude eines vorherigen elektrischen Signals
basiert, das im Herzvorhof des Patienten erfaßt wurde.
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Die
Erfindung stellt auch die Vorrichtung in Form von ausführbaren
Anweisungen auf einem Computer-lesbaren Medium bereit.
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Die
vorliegende Erfindung behandelt somit das Problem der Fernfeld-R-Wellenerfassung
durch Definieren eines Zeitfensters, das einem ventrikulären Ereignis
zugeordnet ist (erfaßte
oder schrittgegebene R-Welle), während
dem eine Fernfeld-R-Wellenerfassung wahrscheinlich auftreten wird
(im Folgenden als das „Fern-R-Fenster" bezeichnet), und durch
automatisches Erhöhen
des Herzvorhoferfassungsschwellenwertes nach einem ventrikulären Ereignis,
bis zum Ende des Fern-R-Fensters. Der Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
wird eingestellt, ausgehend von einem programmierten Basiserfassungsschwellenwert,
auf eine Stufe, welche angemessene Erfassung von P-Wellen im Herzvorhof
gestattet, während
nichtangebrachtes Erfassen von Fernfeld-R-Wellen verhindert wird.
Der Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
kann eingestellt werden als eine Funktion der Amplitude von einer
oder mehreren vorausgehenden P-Wellen, wie sie vom Herzvorhof-Erfassungsverstärker erfaßt wurden.
Nur erfaßte
Herzvorhofereignisse, welche diesen erhöhten Erfassungsschwellenwert überschreiten,
werden als P-Wellen klassifiziert.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Einstellung des Erfassungsschwellenwertes
in einer Hardwareimplementierung erreicht, in der der Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert
nach einem ventrikulären
Ereignis, dem eine erfaßte
P-Welle vorausgegangen ist, auf eine Stufe eingestellt wird, ausgewählt als
eine Funktion der Amplitude der vorausgehenden erfaßten P-Welle.
In dieser Ausführungsform
wird der Herzvorhof-Erfassungsschwellenwert nach einem ventrikulären Ereignis,
dem ein gelieferter Herzvorhofschrittgebungspuls vorausgeht, auf
eine Stufe eingestellt, ausgewählt
als eine Funktion des programmierten Basiserfassungs-Schwellenwertes.
In einer zweiten, Software-gestützten
Ausführungsform
definiert die Vorrichtung eine Minimumamplitude, welche ein erfaßtes Herzvorhofereignis überschreiten
muß, um
als P-Welle klassifiziert zu werden, oder noch bevorzugter, einen
Bereich von Amplituden in den ein erfaßtes Herzvorhofereignis fallen
muß, um
als eine P-Welle klassifiziert zu werden. Die Minimumamplitude oder der
Bereich von Amplituden wird eingestellt als eine Funktion der Amplituden
von zuvor erfaßten
P-Wellen. In beiden Ausführungsformen
verwendet die Vorrichtung vorzugsweise nur die Amplituden von erfaßten Herzvorhofereignissen,
die als P-Wellen klassifiziert sind für Zwecke des Definierens des
Erfassungsschwellenwertes oder Bereichs von Amplituden, der für eine erfaßte P-Welle
indikativ ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann verwendet werden im Kontext eines implantierbaren
Schrittmachers, der sowohl im Herzvorhof als auch in der Herzkammer
erfaßt
und/oder schrittgebend wirkt, einschließlich von Schrittmachern, die
fähig sind
zur Schrittgebung in DDD-, DDDR-, VDD-, VDDR-, DDI-, DDIR- und VAT-Moden.
Die Erfindung ist insbesondere wünschenswert
im Kontext einer Vorrichtung wie einem Schrittmacher/Kardioverter/Defibrilator, welcher
atriale und/oder ventrikuläre
Herzrhytmusstörungen
detektiert und/oder behandelt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden nun lediglich als Beispiel beschrieben werden mit Bezug auf
die Zeichnungen.
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1 stellt
eine erste Ausführungsform
eines implantierbaren Defibrilators und einer Ableitung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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2 ist
ein Funktionsschemadiagramm eines implantierbaren Schrittmachers/Kardioverters/Defibrilators,
in dem die Erfindung nützlich
betrieben werden kann.
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3 ist
ein Funktionsschemadiagramm eines Herzvorhof-Erfassungsverstärkers gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Funktionsschemadiagramm der automatischen Erfassungssschwellenwerteinstellungsschaltung
des Verstärkers
aus 3.
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5 ist
ein Zeitdiagram, das den Betrieb der Schaltung der 3 und 4 darstellt.
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6, 7 und 8 sind
Funktionsablaufschaubilder, die den Betrieb eines Schrittmachers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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1 stellt
einen Schrittmacher-/Kardioverter-/Defibrilator- und ein Ableitungs-Set
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Die ventrikuläre
Ableitung schließt
einen länglichen,
isolierenden Ableitungskörper 16 ein,
drei gegenseitig isolierte Leiter führend. Benachbart zum distalen
Ende der Ableitung angeordnet sind eine Ringelektrode 24,
eine erweiterbare Schraubenelektrode 26, in einen isolierenden
Elektrodenkopf 28 rückziehbar
montiert, und eine längliche
Spulenelektrode 20. Jede der Elektroden ist gekoppelt an
einen der Leiter innerhalb des Ableitungskörpers 16. Elektroden 24 und 26 werden verwendet
für Herzschrittgebung
und für
Erfassung ventrikulärer
Depolarisationen. Am proximalen Ende der Ableitung ist eine gegabelte
Verbindungsanordnung 14, die drei elektrische Verbinder
trägt,
jeder gekoppelt an einen der Leiter. Die Defibrilationselektrode 20 kann
hergestellt sein aus Platin, Platinlegierung oder anderen Materialien,
die bekannt sind, verwendbar zu sein in implantierbaren Defibrilationselektroden,
und können
ungefähr
5 cm in der Länge sein.
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Die
atriale/SVC-Ableitung schließt
einen länglichen
isolierenden Ableitungskörper 15 ein,
drei gegeneinander isolierten Leiter führend, die allgemein der Struktur
der ventrikulären
Ableitung entsprechen. Benachbart angeordnet zum J-geformten distalen
Ende der Ableitung sind eine Ringelektrode 21 und eine
erweiterbare Schraubenelektrode 17, in einem isolierenden
Elektrodenkopf 19 zurückziehbar montiert.
Jede der Elektroden ist gekoppelt an einen der Leiter innerhalb
des Ableitungskörpers 15.
Elektroden 17 und 21 werden verwendet für atriale Schrittgebung
und für
die Erfassung atrialer Depolarisationen. Eine längliche Spulenelektrode 23 ist
vorgesehen, proximal zu Elektrode 21 und gekoppelt an den
dritten Leiter innerhalb des Ableitungskörpers 15. Elektrode 23 ist
vorzugsweise 5–10
cm in der Länge
oder größer und
ist konfiguriert, um sich vom SVC hin zur Trikuspikdalklappe zu
erstrecken. In einer bevorzugten, von den Erfindern getesteten Ausführungsform
waren ungefähr
5 cm der rechten Atriums-/SVC-Elektrode im rechten Vorhof angeordnet, wobei
die verbleibenden 5 cm im SVC angeordnet waren. Am proximalen Ende
der Ableitung ist eine gegabelte Verbindungsanordnung 13,
welche drei elektrische Verbinder trägt, jeder gekoppelt an einen der
gewickelten Leiter.
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Die
Koronarsinus-Ableitung schließt
einen länglichen
isolierenden Ableitungskörper 6 ein,
einen Leiter führend,
gekoppelt an eine längliche
gewickelte Defibrilationselektrode 8. Elektrode 8,
dargestellt als gestrichelter Umriss, ist innerhalb des Koronarsinus
und der großen
Vene des Herzens angeordnet. Am proximalen Ende der Ableitung ist
eine Verbindungsanordnung 4, welche einen elektrischen
Verbinder trägt,
gekoppelt an den Leiter in Ableitungskörper 6. Die Koronarsinus-/Große-Venen-Elektrode 8 kann
ungefähr
5 cm in der Länge
sein.
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Ein
implantierbarer Schrittmacher/Kardioverter/Defibrilator 10 wird
gezeigt in Verbindung mit den Ableitungen, wobei die Ableitungsverbindungsanordnungen 4, 13 und 14 in
den Verbinderblock 12 eingesetzt sind. Optional kann eine
Isolierung des nach außen
weisenden Abschnitts des Gehäuses 11 des Schrittmachers/Kardioverters/Defibrilators 10 bereitgestellt
sein unter Benutzung einer Kunststoffbeschichtung, zum Beispiel
Parylen oder Silikonkautschuk, wie es gegenwärtig verwendet wird in einigen unipolaren
Herzschrittmachern. Der nach außen
weisende Abschnitt kann jedoch unisoliert gelassen werden, oder
eine andere Trennung zwischen isolierten und unisolierten Abschnitten
kann verwendet werden. Die unisolierten Abschnitte des Gehäuses 11 dienen
optional als eine subkutane Defibrilationselektrode, um entweder
die Herzvorhöfe
oder Ventrikel zu defibrilieren.
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2 ist
ein Funktionsschemadiagramm eines implantierbaren Schrittmachers/Kardioverters/Defibrilators,
in den die vorliegende Erfindung nützlich ausgeführt sein
kann. Dieses Diagramm sollte beispielhaft als ein Vorrichtungstyp
verstanden werden, in dem die Erfindung ausgeführt sein kann, und nicht als
einschränkend,
da angenommen wird, daß die
Erfindung in einer weiten Vielzahl von Vorrichtungsimplementierungen
nützlich
ausgeführt
werden kann, einschließlich
Herzschrittmacher, die keine Hochspannungkardioversion und Defibrilationstherapien
bereitstellen.
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Die
Vorrichtung, wie sie dargestellt ist, ist ausgestattet mit einem
Elektrodensystem einschließlich
Elektroden wie dargestellt in 1. Die Entsprechung
zu den dargestellten Elektroden ist wie folgt. Optionale Elektrode 310 entspricht
dem unisoliertem Abschnitt des Gehäuses 11 des implantierbaren Schrittmachers/Kardioverters/Defibrilators.
Elektrode 320 entspricht der Elektrode 20 und
ist eine Defibrilationselektrode, die in der rechten Herzkammer
angeordnet ist. Elektrode 311 entspricht der Elektrode 23 und
ist angeordnet im rechten Vorhof und/oder SVC. Elektrode 318 entspricht
Elektrode 8 und ist eine Defibrilationselektrode, angeordnet
im Koronarsinus und der großen
Vene. Elektroden 324 und 326 entsprechen den Elektroden 24 und 26 und
werden benutzt zur Erfassung und Schrittgebung in der Herzkammer.
Elektroden 317 und 321 entsprechen Elektroden 17 und 19 und
werden verwendet zur Schrittgebung und Erfassung im Vorhof.
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Elektroden 310, 311, 318 und 320 sind
gekoppelt an Hochspannungsausgangsschaltung 234. Hochspannungsausgangsschaltung 234 schließen Hochspannungsschalter
ein, gesteuert durch KV/Defib-Steuerungslogik 230 (CV/Defib-Steuerungslogik) mittels
Steuerbus 238. Die Schalter innerhalb der Schaltung 234 steuern,
welche Elektroden verwendet werden, und welche an die positiven
und negativen Anschlüsse
der Kondensatorbank einschließlich Kondensatoren 246 und 248 angekoppelt
werden, während
Lieferung der Defibrilationspulse.
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Elektroden 324 und 326 sind
angeordnet an oder in der Herzkammer und gekoppelt an den R-Wellenverstärker 200,
welcher vorzugsweise die Form eines automatisch eingestellten Verstärkers annimmt
gemäß der oben
genannten Anmeldung durch Borgerding et al., und dem Betrieb des
Erfassungsverstärkers
in den implantierbaren Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrilatoren
Medtronic Model 7250 und Model 7271. Der R-Wellenverstärker 200 stellt einen
einstellbaren Erfassungsschwellenwert als eine Funktion der gemessenen
R-Wellenamplitude bereit und stellt einen erhöhten Erfassungsschwellenwert
folgend auf Schrittgebungsimpulse bereit, die an den Herzvorhof
geliefert werden. Betrieb von Verstärker 200 wird gesteuert
durch Schrittgebungsschaltung 212 mittels Steuerleitungen 201. Ein
Signal wird auf R-Out-Leitung 202 erzeugt, immer dann,
wenn das zwischen den Elektroden 324 und 326 erfaßte Signal
den gegenwärtigen
Erfassungsschwellenwert überschreitet.
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Elektroden 317 und 321 sind
angeordnet an oder im Herzvorhof und gekoppelt an den P-Wellenverstärker 204,
welcher in der Hardware-gestützten Implementierung
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auch die Form eines automatisch
eingestellten Verstärkers
annimmt, der einen einstellbaren Erfassungsschwellenwert folgend
auf R-Wellen, die von Verstärker 200 erfaßt werden
als eine Funktion einer zuvor gemessenen P-Wellenamplitude bereitstellt,
und auch einen erhöhten
Erfassungsschwellenwert bereitstellt, folgend auf Schrittgebungspulse, die
an die Herzkammer geliefert werden. Betrieb von Verstärker 204 wird
gesteuert durch Schrittgebungsschaltung 212 mittels Steuerungsleitungen 205.
Ein Signal wird erzeugt auf der P-out-Leitung 206, immer dann,
wenn das zwischen den Elektroden 317 und 321 erfaßte Signal
den gegenwärtigen
Erfassungsschwellenwert überschreitet.
Der Betrieb von Verstärker 204 wird
im Anschluß detaillierter
in Verbindung mit 3, 4 und 5 diskutiert.
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Schaltmatrix 208 wird
benutzt, um zu wählen,
welche der verfügbaren
Elektroden an Breitbandverstärker 210 (0,25–100 Hz)
gekoppelt werden zur Verwendung in digitaler Signalanalyse. Elektrodenauswahl
wird gesteuert durch den Mikroprozessor 224 mittels Daten-/Adressbus 218,
dessen Selektionen variiert werden können wie gewünscht. Signale
von den Elektroden, die zur Kopplung an Bandpaßverstärker 210 ausgewählt sind,
werden dem Multiplexer 220 zur Verfügung gestellt und danach in
multi-bit Digitalsignale konvertiert durch A/D-Wandler 222 zur
Speicherung im Direkt-Zugriffsspeicher 226 unter der Steuerung
von Direkt-Zugriffsspeicherschaltung 228. Mikroprozessor 224 kann
digitale Signalanalysetechniken verwenden, um die m Direkt-Zugriffsspeicher
gespeicherten digitalisierten Signale zu charakterisieren, um den
Herzrhythmus des Patienten zu erkennen und zu klassifizieren durch Verwendung
einer der zahlreichen, in dem Gebiet bekannten Signalverarbeitungsmethoden.
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Der
verbleibende Teil der Schaltung ist der Bereitstellung von Herzschrittgebungs-,
Kardioversions- und Defibrilationstherapien gewidmet und kann für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung einer Schaltung entsprechen, die im Stand
der Technik bekannt ist. Eine beispielhafte Vorrichtung ist offenbart als
Schrittgebungs-Kardioversions- und Defibrilationsfunktionen bewerkstelligend
und folgt. Die Schrittgebungszeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 schließt programmierbare
digitale Zähler
ein, die die grundlegenden Zeitintervalle steuern, die den DDD, VVI,
DVI, VDD, AAI, DDI und anderen in der Technik gut bekannten Modi
von Einzel- und Dualkammerschrittgebungen zugeordnet sind. Schaltung 212 steuert
auch Austastintervalle bzw. Escape-Intervalle, die Anti-Herzrhythmusstörung-Schrittgebung
in sowohl dem Herzvorhof als auch der Herzkammer zugeordnet sind,
unter Verwendung einer beliebigen, in der Technik bekannten Anti-Herzrhythmus-Schrittgebungstherapie.
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Von
der Schrittgebungsschaltung 212 definierte Intervalle schließen atriale
und ventrikuläre Schrittgebungsaustastintervalle
ein, die refraktäre Perioden,
während
denen erfaßte
P-Wellen und R-Wellen unwirksam sind, um Zeitgebung der Austastintervalle
und der Pulsweiten der Schrittgebungspulse und aller Intervalle,
die der automatischen Einstellung von effektiven Erfassungsschwellenwerten zugeordnet
sind, die detaillierter im Folgenden diskutiert werden, neu zu starten.
Die Dauer dieser Intervalle wird bestimmt durch Mikroprozessor 224 in
Erwiderung auf gespeicherte Daten im Speicher 226 und werden
an die Schrittgebungszeitablauf/Steuerungsschaltung 212 mittels
Adress-/Datenbus 218 kommuniziert. Schaltung 212 bestimmt
auch die Amplituden der Herzschrittgebungspulse unter Steuerung
von Mikroprozessor 224.
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Während Schrittgebung
werden die Austastintervallzähler
innerhalb der Schrittgebungszeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 zurückgesetzt
bei Erfassen von R-Wellen und P-Wellen, wie angezeigt durch Signale
auf Leitungen 202 und 206, und in Übereinstimmung
mit dem ausgewählten
Modus der Schrittgebung bei der Timeout-Trigger-Erzeugung von Schrittgebungspulsen
durch Schrittgebungsausgangsschaltkreise 214 und 216,
welche an Elektroden 317, 321, 324 und 326 gekoppelt
sind. Die Austastintervallzähler
werden auch zurückgesetzt
bei Erzeugung von Schrittgebungspulsen und steuern damit den grundlegenden
Zeitablauf von Herzschrittgebungsfunktionen, einschließlich Antiherzrhythmusstörungs-Schrittgebung.
Die Dauer der Intervalle, die von dem Austastintervall Timern definiert
werden, werden bestimmt durch Mikroprozessor 224 mittels Daten-/Adressbus 218.
Der Wert der Zählung,
der in den Austastintervallzählern
vorliegt, wenn er zurückgesetzt
wird durch erfaßte
R-Wellen und P-Wellen kann
benutzt werden, um die Dauer von R-R-Intervallen, P-P-Intervallen,
P-R-Intervallen
und R-P-Intervallen zu messen, wobei diese Messungen im Speicher 226 gespeichert
werden und benutzt werden, um die Anwesenheit von Herzrhythmusstörungen zu detektieren.
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Mikroprozessor 224 arbeitet
als eine interruptgesteuerte Einrichtung unter der Steuerung eines gespeicherten
Programms in seinem Lesespeicher und spricht an auf Interrupts von
der Schrittgebungszeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 entsprechend dem
Auftreten von erfaßten
P-Wellen und R-Wellen und entsprechend der Erzeugung von Herzschrittgebungspulsen.
Diese Interrupts werden bereitgestellt mittels Daten-/Adressbus 218.
Jegliche notwendigen mathematischen Berechnungen, die von Mikroprozessor 224 auszuführen sind,
und jegliche Aktualisierung der Werte oder Intervalle, die von der
Schrittgebungszeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 gesteuert
werden, finden nachfolgend auf derartige Interrupts statt.
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Zum
Beispiel können
in Erwiderung auf eine erfaßte
oder schrittgegebene ventrikuläre
Depolarisation oder R-Welle die Intervalle, die diese R-Welle von
der unmittelbar vorausgehenden R-Welle trennen, schrittgegeben oder
erfaßt
(R-R-Intervall), und das Intervall, das die schrittgegebene oder
erfaßte R-Welle
von der vorausgehenden atrialen Depolarisation trennt, schrittgegeben
oder erfaßt
(P-R-Intervall), gespeichert werden. Ähnlich kann in Erwiderung auf
das Auftreten einer erfaßten
oder schrittgegebenen atrialen Depolarisation (P-Welle) die Intervalle,
die die erfaßte
P-Welle von der unmittelbar vorausgehenden schrittgegebenen oder
erfaßten
atrialen Kontraktion (P-P-Intervall) trennen, und das Intervall,
das die erfaßte
P-Welle von der
unmittelbar vorangegangenen erfaßten oder schrittgegebenen
ventrikulären
Depolarisation (R-P-Intervall) trennt, gespeichert werden. Vorzugsweise
ist ein Abschnitt des Speichers 226 (4)
konfiguriert als eine Vielzahl von rezirkulierenden Puffern, fähig zum
Halten einer vorausgehenden Serie von gemessenen Intervallen, welche
in Erwiderung auf das Auftreten eines Schrittgebungs- oder Erfassungsinterrupts
analysiert werden können,
um festzustellen, ob das Herz des Patienten gegenwärtig atriale
oder ventrikuläre
Herzrhythmusstörungen
zeigt.
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Die
Detektion von atrialen oder ventrikulären Herzrhythmusstörungen,
wie verwendet in der vorliegenden Erfindung, kann in der Technik
bekannten Herzrhythmusstörungsdetektionalgorithmen
entsprechen. Zum Beispiel kann Anwesenheit von atrialer oder ventrikulärer Herzrhythmusstörung bestätigt werden
mittels Detektion einer anhaltenden Serie von kurzen R-R- oder P-P-Intervallen
mit einer Durchschnittsrate, die für Herzrhythmusstörung Indikativ
ist, oder einer ununterbrochenen Serie von kurzen R-R- oder P-P-Intervallen.
Die Plötzlichkeit
des Einsetzens der detektierten hohen Raten, die Stabilität der hohen
Raten oder eine Anzahl von anderen Faktoren, die in der Technik
bekannt sind, können
zu diesem Zeitpunkt auch gemessen werden. Geeignete Detektionsmethoden
für ventrikuläre Herzrhythmusstörungen,
die derartige Faktoren messen, sind beschrieben in U.S. Patent Nr.
4,726,380, ausgegeben an Vollmann, U.S. Patent Nr. 4,880,005, erteilt
an Pless et al. und U.S. Patent Nr. 4,830,006, erteilt an Haluska
et al. Ein zusätzlicher
Satz von Herzrhythmusstörungserkennungsmethoden
ist offenbart in dem Artikel „Onset
and Stability for Ventricular Tachyarrhythmia Detection in an Implantible
Pacer-Cardioverter-Defibrillator" von
Olson et al., veröffentlicht im
Computers in Cardiology, 7–10
Oktober 1986, IEEE Computer Society Press, Seiten 167–170, ebenfalls
hier eingebunden in seiner Gesamtheit. Detektionsmethoden für Atriales
Fibrilieren sind insbesondere offenbart in der veröffentlichten
PCT Anmeldungs Seriennummer U.S. 92/02829, Veröffentlichungsnummer WO 92/18198,
von Adams et al., und in dem Artikel „Automatic Tachycardia Recognition", von Arzbaecher
et al., veröffentlicht
in PACE, Mai–Juni
1984, Seiten 541–547.
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Besonders
geeignete hierarchische regelbasierte Herzrhythmusstörungsdetektions-
und -klassifikationsmethoden
zur Benutzung in Verbindung mit einer Vorrichtung wie dargestellt
in 2, werden dargelegt in U.S. Patent Nr. 5,545,186
von Olson et al. und in U.S. Patent Nr. 5,755,736 von Gillberg et
al. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist jedoch, daß sie als
praktikabel angenommen wird in Verbindung mit den meisten Herzrhythmusstörungsdetektionsalgorithmen
des Standes der Technik.
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Da
akkurate Detektion von Herzrhythmusstörungen unter Benutzung von
gemessenen Intervallen zwischen R-Wellen und P-Wellen abhängt von akkurater
Erfassung der Vorkommen dieser Depolarisationssignale, ist die automatische
Einstellung des in Kraft befindlichen Erfassungs-Schwellenwerts,
die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, besonders
wertvoll im Kontext von Anti-Herzschlagbeschleunigungsvorrichtungen.
Die verbesserte Erfassungsexaktheit ist jedoch auch wertvoll im
Kontext von Anti-Herzschlagsverlangsamungs-Schrittmachern, insbesondere im Kontext
von Betriebsart-Umschaltmerkmalen, die dazu gedacht sind, derartige Schrittmacher
davor zu bewahren, das Herz bei unangebracht hohen Raten schrittgebend
anzuregen.
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In
dem Ereignis, daß eine
atriale oder ventrikuläre
Herzschlagbeschleunigung detektiert wird, und eine Anti-Herzschlagbeschleunigungsschrittgebungstherapie
erwünscht
ist, werden geeignete Zeitsteuerungsintervalle zur Steuerung der
Erzeugung von Anti- Herzschlagbeschleunigungsschrittgebungstherapien
vom Mikroprozessor 224 in die Schrittmacherzeitablauf-
und -steuerungsschaltung 212 geladen, um den Betrieb der
Austastintervallzählern
darin zu steuern und refraktäre
Perioden zu definieren, während
denen die Detektion von R-Wellen und P-Wellen unwirksam ist für den Neustart
der Austastintervallzähler
neu.
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Alternativ
kann eine Schaltung zum Steuern des Zeitablaufs und der Erzeugung
von Antiherzschlagbeschleunigungsschrittgebungspulsen benutzt werden,
wie beschrieben in U.S. Patent Nr. 4,577,633, erteilt an Berkovits
et al. am 25. März 1986,
U.S. Patent Nr. 4,880,005, erteilt an Pless et al. am 14. November
1989, U.S. Patent Nr. 4,726,380, erteilt an Vollmann et al. am 23.
Februar 1988 und U.S. Patent Nr. 4,587,970, erteilt an Holley et
al. am 13. Mai 1986.
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In
dem Fall, in dem Erzeugung eines Kardioversions- oder Defibrilationspulses
erforderlich ist, verwendet Mikroprozessor 224 einen Austastintervallzähler, um
den Zeitablauf derartiger Kardioversions- und Defibrilationspulse,
sowie zugehöriger
refraktärer
Perioden zu steuern. In Erwiderung auf die Detektion von atrialem
oder ventrikulärem
Flimmern oder Herzschlagbeschleunigung, was einen Kardioversionspuls
erfordert, aktiviert Mikroprozessor 224 die Kardioversions-/Defibrilationssteuerungsschaltung 230,
welche das Laden der Hochspannungskondensatoren 246 und 248 mittels
Ladeschaltung 236 initiiert, unter der Steuerung der Hochspannungsladesteuerungsleitungen 240 und 242.
Die Spannung an den Hochspannungskondensatoren wird mittel VCAP-Leitung 244 überwacht,
welche durch Multiplexer 220 geführt ist, und in Erwiderung auf
das Erreichen eines vorbestimmten Wertes, gesetzt von Mikroprozessor 224,
in der Erzeugung eines Logiksignals auf der Cap-Full(CF)-Leitung 254 resultiert,
das Aufladen beendend. Danach wird der Zeitablauf der Lieferung
des Defibrilations- oder Kardioversionspulses durch Schrittmacherzeitablauf-/-steuerungsschaltung 212 gesteuert.
Nach der Lieferung der Flimmer- oder Herzschlagbeschleunigungstherapie
gibt der Mikroprozessor dann die Vorrichtung an die Herzschrittgebung
zurück
und erwartet den nächsten
darauffolgenden Interrupt aufgrund von Schrittgebung oder dem Auftreten
einer erfaßten atrialen
oder ventrikulären
Depolarisation.
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Eine
Ausführungsform
eines geeigneten Systems zur Lieferung und Synchronisation von ventrikulären Kardioversions-
und Defibrilationspulsen und zur Steuerung der Zeitablaufsfunktionen,
die mit ihnen in Beziehung stehen, sind detaillierter in dem allgemein zugeteilten
U.S. Patent Nr. 5,188,105 von Keimel, erteilt am 23. Februar 1993
offenbart. Ausführungsformen
von geeigneten Systemen zur Lieferung und Synchronisierung von atrialen
Kardioversions- und Defibrilationspulsen und zur Steuerung der Zeitablauffunktionen,
die mit ihnen in Beziehung stehen, sind detaillierter in U.S. Patent
Nr. 5,269, 298 von Adams et al., erteilt am 14. Dezember 1993, und in
U.S. Patent Nr. 4,316,472 von Mirowski et al., erteilt am 23. Februar
1982 offenbart.
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Es
wird jedoch angenommen, daß jegliche bekannte
Kardioversions- oder Defibrilationspulssteuerungsschaltung in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Zum Beispiel eine Schaltung,
die den Zeitablauf und die Erzeugung von Kardioversions- und Defibrilationspulsen
steuert, wie offenbart in U.S. Patent Nr. 4,384,585, erteilt an
Zipes am 24. Mai 1983, in U.S. Patent Nr. 4,949,719, erteilt an
Pless et al., im Vorangegangenen zitiert, und in U.S. Patent Nr.
4,375,817, erteilt an Engle et al.
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In
der dargestellten Vorrichtung wird die Lieferung von Kardioversions-
oder Defibrilationspulsen erreicht durch Ausgabeschaltung 234 unter
der Steuerung von Steuerschaltung 230 mittels Steuerbus 238.
Ausgabeschaltung 234 bestimmt, ob ein monophasischer oder
biphasischer Puls geliefert wird, die Polarität der Elektroden, und welche
Elektroden beim Liefern des Pulses beteiligt sind. Ausgabeschaltung 234 schließt auch
Hochspannungsschalter ein, welche steuern, ob Elektroden zusammengekoppelt werden
während
dem Liefern des Pulses. Alternativ können Elektroden, die dafür gedacht
sind, zusammengekoppelt zu werden während des Pulses, einfach permanent
einander gekoppelt werden, entweder außerhalb oder innerhalb des
Vorrichtungsgehäuses,
und die Polarität
kann gleichermaßen
voreingestellt sein, wie in gegenwärtigen implantierbaren Defibrilatoren.
Ein Beispiel einer Ausgabeschaltung zum Liefern von biphasischen
Pulstherapien an mehrere Elektrodensysteme kann in dem zuvor zitierten
Patent erteilt an Mehra und in U.S. Patent Nr. 4,727,877 gefunden
werden.
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Ein
Beispiel einer Schaltung, welche benutzt werden kann, um die Lieferung
von monophasischen Pulsen zu steuern, ist dargelegt in dem allgemein
zugeteilten U.S. Patent Nr. 5,163,427 von Keimel, erteilt am 17.
November 1992. Ausgabesteuerungsschaltung wie offenbart in U.S.
Patent Nr. 4,953,551, erteilt an Mehra et al. am 4. September 1990,
oder U.S.Patent Nr. 4,800,883, erteilt an Winstrom am 31. Januar 1989,
können
jedoch auch in Verbindung mit einer Vorrichtung benutzt werden,
die die vorliegende Erfindung zum Liefern von biphasischen Pulsen
verkörpert.
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In
dem Fall, daß,
wie in 1, sowohl atriale als auch ventrikuläre Defibrilation
verfügbar
ist, kann ventrikuläre
Defibrilation erreicht werden durch Benutzung höherer Pulsenergie-Levels, als erforderlich für atriale
Defibrilation, und kann den selben oder einen unterschiedlichen
Elektrodensatz verwenden. Zum Beispiel können Elektroden 310, 311, 318 und 320 oder
nur Elektroden 311, 318 und 320 für atriale Defibrilation
verwendet werden. Elektroden 311, 320 und 310 können für ventrikuläre Defibrilation
verwendet werden, wobei Elektrode 311 (rechter Vorhof/SVC)
an Elektrode 310 (Vorrichtungsgehäuse) gekoppelt ist. Alternativ
können
Elektroden 310, 318 und 320 verwendet
werden, wobei Elektrode 318 (Koronarsinus/große Vene)
an Elektrode 310 gekoppelt ist. Als weitere Alternative
könnten
Elektroden 311, 310, 318 und 323 alle
für ventrikuläre Defibrilation
verwendet werden, wobei Elektroden 310, 311 und 323 zusammengekoppelt
sind. Als noch eine weitere Alternative könnten nur Elektroden 310 und 320 für ventrikuläre Defibrilation
verwendet werden, als Zusatz zu oder Ersatz für eine der Elektroden 311 oder 318 zur
Behandlung von ventrikulären
Flimmern.
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Eine
insbesondere erstrebenswerte Ausführungsform der Erfindung verwendet
nur die rechte atriale/SVC-Elektrode 311, die Koronarsinus-/große Venen-Elektrode 318 und
die rechte ventrikuläre Elektrode 320.
Während
atrialer Defibrilation sind Elektroden 320 und 318 zusammengekoppelt
und der atriale Defibrilationspuls wird zwischen diesen Elektroden
und Elektrode 311 ausgeliefert. Während ventrikulärer Defibrilation
sind Elektroden 311 und 318 zusammengekoppelt
und der ventrikuläre
Defibrilationspuls wird zwischen diesen Elektroden und Elektrode 320 ausgeliefert.
Dieser bestimmte Satz von Elektroden stellt somit optimierte Defibrilationspulstherapien
für sowohl
atriale als auch ventrikuläre Defibrilation
bereit durch einfaches Umschalten der Verbindung der Koronarsinus-/große Vene-Elektrode.
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In
modernen implantierbaren Kardiovertern/Defibrilatoren sind die bestimmten
Therapien vorab durch einen Mediziner in die Vorrichtung hinein programmiert
und ein Menü von
Therapien ist typischerweise bereitgestellt. Zum Beispiel kann bei
initialer Detektion einer atrialen oder ventrikulären Herzschlagbeschleunigung
eine Anti-Herzschlagbeschleunigungs-Schrittgebungstherapie ausgewählt und
an die Kammer ausgeliefert werden, in der die Herzschlagbeschleunigung
diagnostiziert wird, oder auch an beide Kammern. Bei erneuter Detek tion
von Herzschlagbeschleunigung kann eine aggressivere Anti-Herzschlagbeschleunigungs-Schrittgebungstherapie
eingeplant werden. Wenn wiederholte Versuche von Anti-Herzschlagbeschleunigungs-Schrittgebungstherapien
fehlschlagen, kann ein Kardioversionspuls mit höherem Level danach ausgewählt werden.
Therapien zur Herzschlagsbeschleunigungsbeendigung können auch
mit der Rate der detektierten Herzschlagbeschleunigung variieren,
wobei die Therapien in ihrer Aggressivität ansteigen, so wie die Rate
der detektierten Herzschlagbeschleunigung ansteigt. Zum Beispiel
können
vor dem Ausliefern von Kardioversionspulsen weniger Versuche der Anti-Herzschlagbeschleunigungs-Schrittgebung
unternommen werden, falls die Rate der detektierten Herzschlagbeschleunigung
oberhalb einer voreingestellten Schwelle ist. Die oben zitierten
Verweise sind in Verbindung mit dem Beschreibungen der Herzschlagbeschleunigungsdetektions-
und -behandlungstherapien des Standes der Technik auch hier anwendbar.
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In
dem Fall, daß atriales
oder ventrikuläres Flimmern
identifiziert wird, wird die typische Therapie das Liefern eines
Defibrilationspulses mit hoher Amplitude sein, typischerweise oberhalb
von 10 Joule im Falle von ventrikulärem Flimmern und ungefähr 1 Joule
oder weniger im Fall von atrialer Defibrilation. Niedrigere Energielevel
werden für
Kardioversion verwendet werden. Wie in dem Fall von gegenwärtig verfügbaren implantierbaren
Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrilatoren, und wie in den oben
zitierten Verweisen diskutiert, ist es vorgesehen, daß die Amplitude
des Defibrilationspulses in Erwiderung auf das Fehlschlagen eines
initialen Pulses oder von Pulsen erhöht werden kann, um das Flimmern
zu beenden. Patente des Standes der Technik, die derartige voreingestellte
Therapiemenüs
von Anti-Herzschlagsbeschleunigungstherapien
darstellen, schließen
das oben genannte U.S. Patent Nr. 4,830,006, erteilt an Haluska
et al., U.S. Patent Nr. 4,726,380, erteilt an Vollmann et al. und
U.S. Patent Nr. 4,587,970, erteilt an Holley et al. ein.
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3 ist
ein funktionales Blockdiagramm von in 2 dargestelltem
Verstärker 204.
Dieses Diagramm stellt die grundlegenden funktionalen Komponenten
des Verstärkers
und deren Verbindung mit der Schrittmacher-Zeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 dar.
Signale der ventrikulären
Elektroden 317 und 321 durchlaufen zunächst Austastschalter 350,
welche betrieben werden, um den Verstärker von den Elektroden während des
Lieferns eines atrialen Schrittgebungspulses, während der Dauer eines ventrikulären Eingangs-Austastsignals
auf Leitung AINB, welches sich über
den ausgelieferten atrialen Schrittgebungspuls und während der
schnellen Wiederaufladungsperiode danach erstreckt, zu trennen. Depolarisationssignale,
die die Austastschalter 350 durchlaufen, werden vom Vorverstärker 352 verstärkt und
durchlaufen dann einen ersten Hochpassfilter 354. Das Hochpass
gefilterte Signal durchläuft
einen Verstärker
mit einstellbarer Verstärkung 356,
welcher das Signal um einen von acht verfügbaren Multiplikationsfaktoren
unter der Steuerung der digitalen Signale auf den Leitungen ASEN:0,
ASEN:1 und ASEN:2 verstärkt.
Der Grad der Verstärkung
bestimmt den programmierten Basiserfassungsschwellenwert, wie hiernach
diskutiert.
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Das
verstärkte
Signal wird durch einen ersten Tiefpassfilter 358, einen
zweiten Tiefpassfilter 360, einen zweiten Hochpassfilter 362 und
eine Absolutwertschaltung 364 geschickt, welche an ihrem Ausgang
den Absolutwert des zuvor gefilterten und verstärkten Signals produziert. In
Erwiderung auf ein Austastsignal auf Leitung AHP2BLK wird die Passage
von Signalen durch Hochpassfilter 362 für definierte Zeitspannen, folgend
auf die Lieferung von atrialen und ventrikulären Schrittgebungspulsen, unterbunden,
was eine zusätzliche
Austastfunktion bereitstellt. Die Dauer des Austastens in Verbindung
mit einem ausgelieferten atrialen Schrittgebungspuls ist vorzugsweise
die selbe, wie das Austastintervall, das vom Austastsignal auf Leitung
AINB folgend auf die Auslieferung eines atrialen Schrittgebungspulses, definiert
wird. In Verbindung mit der Lieferung eines atrialen Schrittgebungspulses
kann die Austastperiode größer sein
als beispielsweise 40 oder mehr Millisekunden.
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Die
Ausgabe der Absolutwertschaltung 364 wird der Detektorschaltung 366 zur
Verfügung
gestellt, welche sie vergleicht mit einem definierten Erfassungsschwellenwert,
um festzustellen, ob eine P-Welle zu detektieren ist oder nicht.
Falls das Signal den Schwellenwert überschreitet, stellt Detektorschaltung 366 eine
Ausgabe auf P-OUT Leitung 206 bereit, welche einer Schrittmacherzeitablauf-
und Steuerungsschaltung 212 (2) zur Verfügung gestellt
wird. Der Erfassungsschwellenwert, der von der Detektorschaltung 366 definiert
ist, ist variabel und wird eingestellt in Erwiderung auf erfaßte und
schrittgebende ventrikuläre
Ereignisse, ausgelieferte ventrikuläre Schrittgebungspulse und
ausgelieferte atriale Schrittgebungspulse. Der Detektor 366 definiert
in Verbindung mit dem programmierten Verstärkungsfaktor von Verstärker 356 den
programmierten Basiserfassungsschwellenwert, welcher normalerweise in
Kraft ist, und einen variablen Erfassungsschwellenwert, in Kraft
nach erfaßten
ventrikulären
Ereignissen und ausgelieferten atrialen und ventrikulären Schrittgebungspulsen.
Um als P-Welle detektiert
zu werden, maß das
Signal von Absolutwertschaltung 364 den größeren des Basiserfassungsschwellenwert
und des variablen Schwellenwerts überschreiten, wie in größerem Detail
hiernach diskutiert. Die Dauer und Auswahl des erhöhten, in
Kraft befindlichen Erfassungsschwellenwert nach ausgelieferten atrialen
Schrittgebungspulsen wird gesteuert durch Schrittmacherzeitablauf-/Steuerungsschaltung
mittels der ABDET- und ASW-Leitungen.
Einstellung des in Kraft befindlichen bzw. effektiven Erfassungsschwellenwertes
nach einem ausgelieferten atrialen Schrittgebungspuls und nach einem
ventrikulären
Ereignis, dem ein ausgelieferter atrialer Schrittgebungspuls vorausgegangen
ist, wird erreicht mittels einer Referenzspannung, die am Eingang
des Detektors 366 der Leitung VREF anliegt, und durch die
Signallevel auf den Leitungen ASEN:0, ASEN:1 und ASEN:2. Einstellung
des Erfassungsschwellenwertes nach einer erfaßten P-Welle und nach einem
ventrikulären
Ereignis, dem eine erfaßte
P-Welle vorausgegangen ist, ist eine Funktion der Amplitude der
vorausgegangenen erfaßten
P-Welle, wie es durch die Ausgabe der Absolutwertschaltung 364 auf
der Leitung ABSVAL reflektiert wird.
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4 illustriert
Detektor 366 in größerem Detail
und illustriert die Weise, auf die der Detektor in Verbindung mit
Verstärker 356 funktioniert,
um die unterschiedlichen in Kraft befindlichen Erfassungsschwellenwerte
zu definieren, die von der Vorrichtung verwendet werden. Das verstärkte, gefilterte P-Wellensignal
auf der Leitung ABSVAL von Absolutwertschaltung 364 (3)
wird auf einen Komparator 414 angewendet, welcher in Verbindung
mit dem Rest der dargestellten Schaltung einen einstellbaren Erfassungschwellenwert
definiert. Wenn das Signal von der Absolutwertschaltung den gegenwärtig in Kraft
befindlichen Erfassungsschwellenwert übersteigt, wird ein Signal
auf P-OUT Leitung 206 erfolgt, welches wiederum der Zeitablauf
und Steuerungsschaltung 212 zur Verfügung gestellt wird. Der programmierte
Basiserfassungsschwellenwert „S" wird definiert durch
den Gleichspannungs-Offset
der Komparatorschaltung 414 in Verbindung mit der programmierten
Verstärkung
des Signals durch Verstärker 356.
Der in Kraft befindliche Erfassungsschwellenwert wird vom Basisschwellenwert
ausgehend erhöht
nach erfaßten
P-Wellen, ventrikulären
Ereignissen und ausgelieferten atrialen Pulsen, wie folgt.
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Wie
oben erwähnt,
liegt das Signal auf der Leitung ABSVAL an Komparator 414 an
und verursacht, wenn es den dann etablierten Erfassungsschwellenwert überschreitet,
die Erzeugung eines Signals auf P-OUT Leitung 206, die
Erfassung einer P-Welle anzeigend. Zusätzlich wird das Signal auf Leitung
ABSVAL auch verwendet, um den Erfassungsschwellenwert nach einer
erfaßten
P-Welle zu setzen. Das Signal auf Leitung ABSVAL wird angewendet
auf Verstärker 400,
konfiguriert als nicht-invertierender Spannungsfolger, mittels Schalter 402, welcher
normalerweise geschlossen ist. Die Ausgabe von Verstärker 400 wird
angewendet auf Kondensator C1, welcher mittels Widerstände R1 und
R2 den Erfassungsschwellenwert für
Komparator 414 definiert. Die Werte der Bauteile werden
derart gewählt,
daß sich
die in dem Kondensator C1 gespeicherte Spannung über eine Zeitkonstante T1 entlädt, welche
beispielsweise 100 ms sein kann. Widerstände R1 und R2 sind so dimensioniert,
daß der
von Kondensator C1 definierte Erfassungsschwellenwert in Verbindung
mit Widerständen
R1 und R2 ein erwünschter
Anteil ist, z.B. ungefähr
75% der Spitzenamplitude der erfaßten P-Welle. Zusätzlich wird das
Signal auf der Leitung ABSVAL auch angewendet auf einen rücksetzbaren
Spitzenfolger 410, welcher in Erwiderung auf ein Signal
auf Leitung P-OUT 206 die Spitzenamplitude des Signals
speichert. Somit wird in Erwiderung auf die Erfassung eines Signals,
welches als eine P-Welle identifiziert wird, seine Amplitude in
Spitzenfolger 410 gespeichert, welcher die gespeicherte
Amplitude bis zu einer nachfolgenden erfaßten P-Welle, behält. In Erwiderung
auf ein Signal auf Leitung P-OUT 206 setzt Schrittgebungszeitablauf- und Steuerungsschaltung 212 (2)
die Leitung ABDET auf High für
eine Zeitspanne, beispielsweise 100 Millisekunden, in Erwiderung
auf das Öffnen
des Schalters 402 und das Schließen des Schalters 406.
Falls nicht bereits auf Low, setzt Schrittgebungszeitablauf-/Steuerungsschaltung 212 auch
Leitung ASW auf Low, was wiederum Schalter 412 schließt. Die
im Spitzenfolger 410 gespeicherte Spannung wird durch Schalter 412 und
Schalter 406 auf Verstärker 400 angewendet
und dann auf Kondensator C1. Somit wird nach einer erfaßten P-Welle der
in Kraft befindliche Erfassungsschwellenwert gleich einem gewünschten
Anteil der Spitzenamplitude der P-Welle für eine Zeitspanne von ungefähr 100 Millisekunden
gesetzt. Bei Ablauf dieses Zeitintervalls geht die Leitung ABDET
auf Low, Schalter 406 öffnend
und dem Kondensator C1 erlaubend, sich zu entladen, wodurch der
in Kraft befindliche Erfassungsschwellenwert danach zurück auf den
programmierten Basiserfassungsschwellenwert S abklingt. Sollte ein
ventrikuläres
Ereignis nach einem vorausgehenden erfaßten atrialen Ereignis erfaßt werden,
setzt Schrittgebungszeitablauf- und Steuerschaltung 212 die
Leitung ABDET erneut auf High, beispielsweise für eine Periode von 120 Millisekunden,
wodurch ein erhöhter
Erfassungsschwellenwert danach proportional zur Amplitude der zuvor
erfaßten
P-Welle definiert wird.
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In
Erwiderung auf einen ausgelieferten atrialen Schrittgebungspuls
setzt Schrittgebungs-/Zeitablaufsteuerung 212 die Leitung
ASW auf High bis zu einer nachfolgenden P-Welle. Dies wiederum öffnet Schalter 412 und
schließt
Schalter 408. Die Schrittgebungs-/Zeitablaufsteuerung setzt auch die
Leitung ABDET auf High für
eine Periode von beispielsweise 100 Millisekunden, Schalter 406 schließend und Schalter 402 öffnend.
Anstatt die Spannung, die in Spitzenfolger 410 gespeichert
ist, anzuwenden, um einen erhöhten
Erfassungsschwellenwert nach einem ausgelieferten atrialen Schrittgebungspuls
zu definieren, agiert Multiplizierschaltung 404 unter der Steuerung
der Leitungen ASEN:0, ASEN:1 und ASEN:2, um ein Ausgangssignal zu
definieren, das ein vorbestimmtes Vielfaches der Spannung auf Leitung
VREF ist. Diese Spannung wird mittels Schalter 408 und
Schalter 406 an Verstärker 400 übergeben, wo
sie auf Kondensator C1 angewendet wird, um einen Erfassungsschwellenwert
zu definieren, der proportional zu der Ausgabe der Multiplizierschaltung 404 ist.
Der Wert des definierten Schwellenwertes steigt vorzugsweise als
eine Funktion des programmierten niedrigeren oder Basiserfassungsschwellenwerts
S. In einer bevorzugtesten Ausführungsform nimmt
der Wert des definierten erhöhten
Schwellenwertes um einen proportional größeren Betrag ab in Verbindung
mit niedrigerem programmierten Basiserfassungsschwellenwerten, und
nimmt um einen relativ geringeren Betrag zu bezüglich höherer programmierter Basiserfassungsschwellenwerte.
Zum Beispiel kann bei einem programmierten Basiserfassungsschwellenwert
von 0,1 Millivolt der definierte erhöhte Schwellenwert beispielsweise
0,9 Millivolt sein. Bei einem programmierten Erfassungsschwellenwert
von 0,6 Millivolt kann der definierte erhöhte Erfassungsschwellenwert
1,8 Millivolt sein. Bei einem programmierten Erfassungsschwellenwert
von 2,1 Millivolt kann der definierte Erfassungsschwellenwert ebenfalls
2,1 Millivolt sein. Dieser erhöhte Schwellenwert
besteht so lange, wie das Signal auf der Leitung ABDET auf High
ist und fällt
danach bei einer Zeitkonstante T1 in einer Weise ab, die analog ist
zum Verfall des Erfassungsschwellenwerts nach einem erfaßten atrialen
Ereignis. In dem Fall eines schrittgegebenen oder erfaßten ventrikulären Ereignisses
nach einem vorausgehenden atrialen Schrittgebungspuls wird der Empfindlichkeitsschwellenwert wieder
zeitweise erhöht
in Erwiderung auf das Setzen der Leitung ABDET auf High durch die
Zeitablauf-/Steuerungsschaltung 212, beispielsweise für eine Periode
von 120 Millisekunden oder mehr. Der erhöhte Erfassungsschwellenwert
besteht wiederum bis Leitung ABDET auf Low geht, wonach der Erfassungsschwellenwert
gemäß der Zeitkonstante
T1, definiert durch Kondensator C1 und Widerstände R1 und R2, abklingt.
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb des Detektors 366 (3)
darstellt, um die oben beschriebenen verschiedenen variablen Erfassungsschwellenwerte
zu definieren. Der obere Bereich von 5 ist ein
Diagramm, das den variablen Erfassungsschwellenwert AS(t)
darstellt. Der in Kraft befindliche Erfassungsschwellenwert AS(t) ist als abklingend zum Basis- oder niedrigen
Erfassungsschwellenwert S bei 500 gezeigt.
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Bei 501 wird
ein Signal auf Leitung P-OUT erzeugt, 506, Indikativ für eine erfaßte P-Welle.
Dieses Signal veranlasst wie zuvor diskutiert, die Schrittmacherzeitablauf-/Steuerungsschaltung 212,
die Leitung ABDET auf High zu setzen bei 504 und Leitung ASW
auf Low zu setzen bei 506. Bei 502 wird der atriale
Erfassungsschwellenwert AS(t) gleich einem vorbestimmten
Prozentsatz der Amplitude der erfaßten P-Wellen gesetzt, welche
die Erzeugung des Signals auf Leitung P-OUT bei 501 verursacht
hat. Dieser erhöhte
Erfassungsschwellenwert besteht, wie zuvor diskutiert, bis die Leitung
ABDET 100 Millisekunden später
auf Low geht. Danach klingt der Erfassungsschwellenwert exponentiell
ab zurück
auf den niedrigen oder Basiserfassungsschwellenwert S. Ein ventrikuläres Ereignis 508 ist
dargestellt als auftretend bevor der Erfassungsschwellenwert AS(t) zum Basiserfassungsschwellenwert S zurückkehrt.
In Erwiderung auf das erfaßte
oder schrittgegebene ventrikuläre
Ereignis bei 508 setzt die Schrittgebungszeitablauf-Steuerungsschaltung
Leitung ABDET auf High bei 512, zum Beispiel für eine Periode
von 120 Millisekunden. Der Erfassungsschwellenwert AS(t) wird
bei 510 auf den selben Wert erhöht, wie nach der vorausgehenden
erfaßten
P-Welle bei 501, und verbleibt auf diesem Level, bis die
Schrittgebungszeitablauf- und Steuerungsschaltung 212 die
Leitung ABDET wieder auf Low setzt, wonach der Erfassungsschwellenwert
exponentiell zurück
auf den Basiserfassungsschwellenwert S abklingt.
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Bei 514 wird
ein atrialer Schrittgebungspuls ausgeliefert, welcher wiederum die
Schrittgebungszeitablauf- und Steuerungsschaltung 212 veranlaßt, die
Leitung ABDET auf High zu setzen bei 518 und Leitung ASW
auf High zu setzen bei 520. Leitung ASW wird auf High bleiben
bis zu einer nachfolgenden erfaßten
P-Welle. Wie zuvor diskutiert, wird, solange die Leitung ABDET auf
High ist, der Erfassungsschwellenwert in Kraft auf ein zuvor eingestelltes
Vielfaches des Basis- oder niedrigen Erfassungsschwellenwerts bei 516 gesetzt
und bleibt auf diesem erhöhten
Schwellenwertlevel, bis Leitung ABDET auf Low geht, beispielsweise
100 Millisekunden danach. Bei 522 tritt wiederum ein ventrikuläres Ereignis
auf, erfaßt
oder schrittgegeben, was den Erfassungsschwellenwert AS(t)
auf das gegenwärtige
Vielfache des Basiserfassungsschwellenwerts S anhebt und die Schrittgebungszeitablaufschaltung 212 veranlaßt, die
Leitung ABDET bei 524 auf High zu setzen. Der erhöhte Erfassungsschwellenwert
bleibt, bis Leitung ABDET auf Low geht, beispielsweise 120 Millisekunden
danach, wonach der Effekt des Erfassungsschwellenwertes bzw. der
in Kraft befindliche Erfassungsschwellenwert zurück auf den Basiserfassungsschwellenwert
S abklingt.
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Der
Betrieb des Verstärkers
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat mehrere Vorzüge. Durch Bereitstellung eines
erhöhten
atrialen Erfassungsschwellenwert nach einem ausgelieferten atrialen
Schrittgebungspuls im Gegensatz zu einer bloßen Austastung des atrialen
Verstärkers,
wird ungeeignete Erfassung des Schrittgebungspulses selbst und,
jegliche Polarisation nach der Schrittgebung der atrialen Elektroden
verhindert, während
Erfassung von P-Wellen, die dicht beabstandet zu dem ausgelieferten
atrialen Schrittgebungspuls sind, ermöglicht wird. Durch Bereitstellen eines
erhöhten
atrialen Erfassungsschwellenwert nach einem ventrikulären Ereignis,
im Gegensatz zur bloßen
Austastung des atrialen Verstärkers,
wird ungeeignete Erfassung von Fernfeld-R-Wellen vermieden, während die
Erfassung von P-Wellen ermöglicht beziehungsweise
vereinfacht wird. Durch Bereitstellen eines erhöhten Empfindlichkeitsschwellenwertlevels
nach einem ventrikulären
Ereignis, welcher als eine Funktion des vorausgehenden erfaßten atrialen Ereignisses
variiert, wird die Genauigkeit des Verstärkers beim Zurückweisen
von Fernfeld-R-Wellen erhöht.
Durch Bereitstellung eines exponentiellen Abklingens der erhöhten Schwellenwerte
wird ungeeignete atriale Übererfassung
vermieden, welche andernfalls einer abrupten Änderung des Erfassungsschwellenwertes
zugewiesen werden könnte.
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6 ist
ein funktionales Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer zweiten Ausführungsform
einer Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung umsetzt, implementiert
in einer Vorrichtung wie in 2, darstellt.
Anstatt den Fernfeld-R-Wellen Zurückweisungsmechanismus jedoch
Hardware-seitig zu implementieren, wird der Mechanismus dagegen
in der Form von Software, die in dem dem Mikroprozessor 224 (2)
zugeordneten Nur-Lesespeicher gespeichert ist, implementiert. In
dieser Implementierung der Erfindung kann der atriale Erfassungsverstärker 204 (2)
ein konventioneller Erfassungsverstärker sein mit einem programmierbaren
Erfassungsschwellenwert, der dem zuvor diskutierten programmierbaren
Basiserfassungsschwellenwert entspricht, und ausgestattet sein mit
einer Austastperiode nach der Lieferung eines atrialen oder ventrikulären Schrittgebungspulses.
Der atriale Erfassungsver stärker 204 kann
auch Erfassungsschwellenwerte nach erfaßten und schrittgeggebenen
atrialen Ereignissen anpassen in der gleichen Weise wie der Verstärker in der
zuvor diskutierten ersten Ausführungsform
der Erfindung. Einstellung des in Kraft befindlichen P-Wellen-Erfassungsschwellenwertes
in Verbindung mit Vorkommnissen von ventrikulären Ereignissen wird gesteuert
durch Mikroprozessor 224 (2). Der
Erfassungsschwellenwert in Kraft wird eingestellt gemäß dem in
dem Ablaufdiagrammn der 6–8 dargestellten
Mechanismus. In Verbindung mit diesen Ablaufdiagrammen sollte verstanden werden,
daß die
Vorrichtung als ein konventioneller DDD-Typ-Schrittmacher funktioniert,
welcher Schrittgebung und Erfassung in sowohl dem Atrium als auch
dem Ventrikel durchführt.
Details des Betriebs der Vorrichtung, die nicht in dem Flußdiagramm
dargestellt sind, sollten so verstanden werden, daß sie konform
zu konventionellen DDD Schrittmachern sind und hierin nicht im Detail
diskutiert werden.
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In
der in 6–8 dargestellten
Implementierung definiert die Vorrichtung ein Fern-R-Fenster, X Millisekunden
vor einem ventrikulären
Ereignis beginnend und sich über
eine Periode von Y Millisekunden danach erstreckend. Zum Beispiel
kann das Zeitintervall sich über
50 Millisekunden vor dem ventrikulären Ereignis erstrecken und sich
für 100–150 Millisekunden
danach erstrecken. Während
des Abschnittes des Fern-R Fensters, der auf das ventrikuläre Ereignis
folgt, definiert die Vorrichtung einen erhöhten P-Wellen Erfassungsschwellenwert
in Kraft in einer Bestrebung, Fernfeld-R-Wellensignale auszumustern,
wie zuvor in Verbindung mit der Hardwareimplementierung beschrieben.
Der P-Wellenerfassungsschwellenwert
ist definiert als eine Funktion der Amplitude vorausgehender P-Wellen,
erfaßt
außerhalb
von Fern-R Fenstern, und kann entweder eine einfache minimale Amplitude
sein, oberhalb welcher ein atriales erfaßtes Ereignis als eine P-Welle
angesehen wird, oder kann einen Bereich von akzeptierbaren Amplituden
sein, zwischen denen die Amplitude eines atrialen Ereignisses, das während des
definierten Fensters erfaßt
wird, fallen muß,
damit das Ereignis als eine P-Welle angesehen wird. Die Feststellung,
ob ein Ereignis, daß vom
atrialen Verstärker
erfaßt
wird, eine Fernfeld-R-Welle oder eine P-Welle ist, kann in Verbindung
mit den Herzrhythmusstörungsdetektionsalgorithmen
verwendet werden. Falls das Ereignis innerhalb des Fern-R-Zeitfensters
nach einem ventrikulären
Ereignis erfaßt
wird, wird das erfaßte
Ereignis nicht verwendet werden, um ein neues AV Intervall zu initiieren.
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Zwecks
Einfachheit der Beschreibung kann das Flußdiagramm zunächst bei 600 in
Betracht gezogen werden, gleichzeitig mit der Initiierung des VA-Austastintervalls.
Während
dieser Zeitperiode wartet die Vorrichtung entweder auf das Ablaufen
des VA-Intervalls bei 602, Erfassung eines ventrikulären Erreignisses
bei 606 oder Erfassung eines atrialen Ereignisses bei 610.
In dem Fall, daß das
VA-Intervall abläuft
ohne Erfassung im Atrium oder Ventrikel, wird ein atrialer Schrittgebungspuls
ausgeliefert bei 604 und das AV-Intervall wird initiiert
bei 614. In dem Fall, daß eine ventrikuläre Depolarisation
vom ventrikulären
Erfassungsverstärker
bei 606 erfaßt
wird, stellt die Vorrichtung bei 622 fest, ob es angebracht
ist, den P-Wellenerfassungsschwellenwert
in Kraft zu aktualisieren bei 608, und das VA-Intervall
wird bei 600 reinitialisiert. In dem Fall, daß ein atriales
Ereignis bei 610 erfaßt
wird, überprüft die Vorrichtung
bei 612, um festzustellen, ob das Signal für eine Fernfeld
R-Welle indikativ sein könnte.
Insbesondere stellt die Vorrichtung fest, ob das erfaßte atriale
Ereignis innerhalb des definierten Fern-R Fensters nach dem unmittelbar
vorausgehenden ventrikulären
Ereignis auftrat, und, falls ja, ob es die minimale Amplitude überschreitet
oder innerhalb des definierten Amplitudenbereichs fällt, der
für eine
P-Welle indikativ ist. Wenn das atriale Ereignis innerhalb des Fern-R
Fensters erfaßt
wird und geringer ist als die minimale Amplitude oder außerhalb
des definierten Bereichs, wird es als eine wahrscheinliche Fernfeld
R-Welle identifiziert und initiiert kein AV-Intervall. Die Vorrichtung fährt fort
den Ablauf des VA-Intervalls bei 602, ventrikuläre Erfassung
bei 606 und atriale Erfassung bei 610 abzuwarten.
Wenn das atriale Ereignis nach dem Fern-R Fenster erfaßt wird,
das dem vorausgehenden ventrikulären
Ereignis zugeordnet ist, oder innerhalb des Fensters erfaßt wird,
aber größer ist
als die minimale Amplitude oder innerhalb des definierten Bereichs
fällt,
wird es als eine wahrscheinliche P-Welle identifiziert und initiiert
ein AV-Intervall bei 614. Die Amplitude und Zeit des atrialen
Ereignisses wird gespeichert, der Wert kann benutzt werden, um den
P-Wellenerfassungsschwellenwertes
in Kraft zu aktualisieren, der während
der Fern-R Fenster verwendet wird, wie hiernach in Verbindung mit 7 diskutiert.
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Während des
AV-Intervalls wartet die Vorrichtung auf den Ablauf des AV-Intervalls
bei 616 oder ventrikuläre
Erfassung bei 620. In Erwiderung auf das Ablaufen des AV-Intervalls
bei 616 liefert die Vorrichtung einen ventrikulären Schrittgebungspuls bei 618 und
initiiert das VA-Intervall bei 600. In Erwiderung zu ventrikulärer Erfassung
bei 620 checkt die Vorrichtung, um festzustellen, ob eine
Aktualisierung des P-Erfassungsschwellenwertes in Kraft wäh rend des
Fernfeld R-Wellenfensters angebracht ist bei 622 und initiiert
das VA-Intervall bei 600.
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7 stellt
den Mechanismus detaillierter dar, durch den die Vorrichtung bei
Block 622 (6) feststellt, ob Aktualisierung
des P-Wellenerfassungsschwellenwertes in Kraft für das Fern-R Fenster angebracht ist. Nach der Erfassung
einer R-Welle oder Auslieferung eines ventrikulären Schrittgebungspulses, wird
seine Austrittszeit bei 624 gespeichert und die Vorrichtung
checkt bei 626, um festzustellen, ob das vorausgehend erfaßte atriale
Ereignis außerhalb des
Fern-R Fensters, das dem vorausgehenden ventrikulären Ereignis
zugeordnet ist, und nach dem erfaßten atrialen Ereignis ist.
Falls ja, wird der Wert der vorausgehend gespeicherten P-Welle verwendet,
um den atrialen Erfassungsschwellenwert in Kraft zu aktualisieren,
der während
dem Fernfeld R-Wellenfenster anwendbar ist. Zum Beispiel kann die
minimale Amplitude, die Indikativ ist für eine P-Welle während des
Fernfeld R-Wellenfensters, auf einen Prozentsatz, beispielsweise
75%, der Durchschnittsamplitude der vorausgehenden vier bis acht
erfaßten
atrialen Ereignisse, die außerhalb
des Fernfeld R-Wellenfensters erfaßt wurden, gesetzt werden,
oder ein Bereich, der sich von 75% der Durchschnittsamplitude bis
150% der Durchschnittsamplitude erstreckt, kann definiert werden.
Wie die zuvor beschriebene Hardware-gestützte Ausführungsform versucht die Vorrichtung,
die Verwendung von Amplituden von Fernfeld R-Wellen beim Setzen
atrialer Erfassungsschwellenwerte in Kraft zu vermeiden.
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8 stellt
den Betrieb der Vorrichtung dar bei der Feststellung, ob eine erfaßte P-Welle
wahrscheinlich eine Fernfeld R-Welle ist, die Funktionsweise von
Block 612 in 6 in größerem Detail darstellend. Bei 630 wird
die Zeit und Amplitude des erfaßten
Ereignisses aus der atrialen Ableitung gespeichert. Bei 632 checkt
die Vorrichtung um festzustellen, ob das atriale Ereignis innerhalb
eines Fern-R Fensters, das dem vorausgehenden ventrikulären Ereignis
zugeordnet ist, fiel. Wenn ja, checkt die Vorrichtung weiter bei 634,
um festzustellen, ob die Amplitude des erfaßten atrialen Ereignisses den
definierten P-Wellenschwellenwert in Kraft für das das Fernfeld R-Wellenfenster überschreitet,
oder in den definierten, akzeptablen Bereich von Amplituden fällt. Wenn
ja, behandelt die Vorrichtung das erfaßte Ereignis als eine P-Welle,
das AV-Intervall bei 614 initiierend.
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Obwohl
hierin nicht im Detail diskutiert, sollte auch verstanden werden,
daß die
Fähigkeit
einer Vorrichtung, die gemäß des Ablaufdiagramms
der 6 bis 8 arbeitet, zwischen P-Wellen und Fernfeld
R-Wellen zu unterscheiden, auch von besonderen Wert ist im Kontext
von Herzrhythmusstörungsdetektionsfunktionen.
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Obwohl
die Erfindung zuvor im Kontext einer Vorrichtung beschrieben wurde,
welche einen atrialen Erfassungsverstärker verwendet, welcher einen automatisch
eingestellten Erfassungsschwellenwert nach erfaßten atrialen Ereignissen und
nach atrialen Schrittgebungspulsen bereitstellt, kann die vorliegende
Erfindung auch nützlich
im Kontext von Vorrichtungen verwendet werden, die die in Kraft
befindlichen Erfassungsschwellenwerte nach entweder einem oder beiden
von derartigen Ereignissen nicht einstellen. Während die offenbarte Ausführungsform der
Erfindung weiterhin die Form einer Mikroprozessor-gesteuerten Vorrichtung
annimmt, ist die Erfindung natürlich
genauso nützlich
im Kontext einer Vorrichtung, in der die verschiedenen Zeitintervalle,
die zur Steuerung der Erfassungsschwellenwerte verwendet werden,
von der Hardware bestimmt werden, zum Beispiel durch einen digitalen
Schaltkreis, der dedizierte Logik verwendet oder durch analoge Timer.
Der spezifische Mechanismus, durch den die Zeitintervalle definiert
werden, die dem Betrieb der einstellbaren Schwellenwertfunktion
zugeordnet sind, ist für
die erfolgreiche Benutzung und den Genuss der vorliegenden Erfindung
nicht kritisch.