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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen frequenzadaptiven Schrittmacher,
enthaltend eine Vorrichtung zum Bestimmen des Bedarfs des Organismus
des Patienten, eine Stimulationsfrequenzsteuervorrichtung zum Steuern
der Stimulationsfrequenz in Reaktion auf den Bedarf des Patienten
und eine Stimulationsfrequenzbegrenzungsvorrichtung zum Verhindern,
dass die Stimulationsfrequenz zu niedrig wird.
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Stand der
Technik
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Die
Stimulationsfrequenz eines frequenzadaptiven Schrittmachers kann
aufgrund des physischen Bedarfs des Organismus und des Herzens des Patienten
zu niedrig werden. Dies kann zu einem Mangel an Sauerstoffzufuhr
zum Myokard führen. Unter
bestimmten Bedingungen kann das Herz nicht in der Lage sein, den
physiologischen Bedarf des Organismus und des Herzens des Patienten
zu erfüllen, falls
die Stimulationsfrequenz nicht begrenzt wird.
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Es
ist bekannt für
die Stimulationsfrequenz eine untere Grenze einzustellen. Dieser
Grenzwert wird normalerweise aus der Diagnose des Patienten bestimmt,
und es kann eine konstante oder eine extern programmierbare Grenze
eingestellt werden. So beschreibt die US-A-4,535,774 einen durch
das Schlagvolumen gesteuerten Schrittmacher mit den Merkmalen des
Oberbegriffes vom Anspruch 1, bei dem es der Herzfrequenz erlaubt
wird, zwischen einem minimalen und einem maximalen Herzfrequenzwert
zu liegen. Ferner ist in der US-A-5,861,011 ein Schrittmacher mit
einem System beschrieben, zum Bestimmen des Tagesrhythmus durch
Prüfen
der Änderungen
im QT-Intervall und zum Justieren der Nachtzeit-Einstellung einer
unteren Frequenzgrenze des Schrittmachers auf einen niedrigeren
Wert als die Tageszeit-Einstellung der unteren Frequenzgrenze des
Schrittmachers. In der US-A-5,183,040 ist ein Antitachykardie-Stimulator
beschrieben, der die Information über das Herzzeitvolumen zur
Beurteilung des hämodynamischen
Zustandes und zur Bestimmung einer adäquaten Blutzufuhr analysiert.
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Somit
kann eine zu niedrige Stimulationsfrequenz einen zu geringen Zufluss
von mit Sauerstoff angereichertem Blut verursachen. Eine vorgeschriebene,
geeignete, untere Stimulationsfrequenzgrenze vermeidet den zu geringen
Zufluss von frischem Blut. Gleichzeitig sollte dieser untere Grenzwert
niedrig genug sein, um nicht einen friedlichen Schlaf zu stören. In
diesem Fall kann sich der Patient bei den verschiedenen täglichen
Lebensbedingungen einschließlich
eines friedlichen Schlafens gesünder
fühlen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen frequenzadaptiven
Schrittmacher verfügbar
zu machen, bei dem auf eine neue Weise verhindert wird, dass die
Stimulationsfrequenz zu niedrig wird, so dass die oben diskutierten
Unannehmlichkeiten für
den Patienten vermieden werden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Dieses
Ziel wird durch einen frequenzadaptiven Schrittmacher gemäß Anspruch
1 erreicht.
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So
gewährleistet
durch die Erfüllung
zweier vorbestimmter Beziehungen der erfindungsgemäße Schrittmacher
eine ausreichende minimale Energiezufuhr zum Organismus oder Körper des
Patienten und gleichzeitig wird der Maximalwert des Schlagvolumens
begrenzt und diese Bedingungen werden kontinuierlich automatisch überprüft, wobei
die erste vorbestimmte Beziehung lautet, CO > COrest (1)und
die genannte zweite vorbestimmte Beziehung lautet, (SV)/(SVrest) < L
(2),und wobei L eine vorbestimmte Konstante gleich einem Wert
zwischen 1,2 und 1,5 ist. Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass das aktuelle Herz-Zeit-Volumen nicht niedriger als das Herz-Zeit-Volumen COrest im Ruhezustand wird, und dass das aktuelle Herz-Zeit-Volumen
niedriger als ein maximal zulässiger
Wert ist, der gleich L x SVrest ist, wobei L abhängig von der Gesundheit des
Myokards des Patienten typischerweise einen Wert zwischen 1,2 und
1,5 aufweist. Durch gleichzeitiges Erfüllen dieser beiden Bedingungen
wird ein physiologisch gut fundiertes Herzarbeitsmanagement bei
niedrigen Arbeitsbelastungen gewährleistet.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß enthält die Stimulationsfrequenzbegrenzungsvorrichtung
eine Untergrenzen-Einstellvorrichtung
zum Einstellen eines unteren Grenzwertes für die Stimulationsfrequenz
und eine Untergrenzen-Bestimmungsvorrichtung, zum Bestimmen der
Beziehung zwischen dem aktuellen Herz-Zeit-Volumen (CO) und dem
Herz-Zeit-Volumen (COrest) im Ruhezustand
des Patienten, sowie der Beziehung zwischen dem aktuellen Schlagvolumen
(SV) und dem Ruheschlagvolumen (SVrest),
sowie zum Berechnen eines unteren Stimulationsfrequenzgrenzwertes
aus den genannten Beziehungen für
die Zufuhr zu der genannten Grenzen-Einstellvorrichtung, und wobei
die genannte Untergrenzen-Bestimmungsvorrichtung eine Schlagvolumenmessvorrichtung
zum Messen des aktuellen Schlagvolumens SV und eine Vergleichsvorrichtung
zum Vergleichen des gemessenen aktuellen Schlagvolumens SV mit einem
Schlagvolumen SVres t für den Ruhezustand des
Patienten enthält,
um zu gewährleisten,
dass die Ungleichung SV/SVrest < L (3)erfüllt ist,
und das die genannte Untergrenzen-Bestimmungsvorrichtung ausgelegt
ist, einen unteren Stimulationsfrequenzgrenzwert aus der Gleichung untere Stimulationsfrequenzgrenze = HRrest · (SVrest/SV) (4),wobei HRrest die
Herzfrequenz für
den Patienten im Ruhezustand bedeutet, vorausgesetzt, dass die genannte
Ungleichung erfüllt
ist. Auf diese Weise wird die untere Stimulationsfrequenzgrenze
kontinuierlich automatisch berechnet und es kann auch vorkommen,
dass die untere Stimulationsfrequenzgrenze niedriger als die typische
Herzfrequenz HRres t für den Ruhezustand
des Patienten wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Schrittmachers
ist eine Bioimpedanz-Messeinheit vorgesehen, um die kardiale Bioimpedanz
als Funktion der Zeit zu messen, um das aktuelle Herz-Zeit-Volumen
CO und das aktuelle Schlagvolumen aus der gemessenen kardialen Bioimpedanz
zu bestimmen. Auf diese Weise werden aus der Zeitveränderung
der Bioimpedanz, die zwischen der intrakardialen Standardelektrode
und dem Gehäuse
des Schrittmachers gemessen wird, wenn sich ein Erregerstrom von
der Elektrodenspitze aus ausbreitet, einfach und zuverlässig diese
Parameter erhalten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun mehr im Detail anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen
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1 ein
Blockdiagramm einer als ein Beispiel des erfindungsgemäßen Schrittmachers
gewählten
Ausführungsform
ist, und
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2 das
Prinzip von Bioimpedanzmessungen zwischen der Spitze einer intrakardialen
Elektrode und dem Metallgehäuse
des Schrittmachers darstellt.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Um
zu verhindern, dass das aktuelle Herz-Zeit-Volumen CO CO
= SV × HR
(5)niedriger als das Herz-Zeit-Volumen COrest im
Ruhezustand wird, muss die Stimulationsfrequenz oberhalb einer unteren
Stimulationsfrequenzgrenze liegen, die gegeben ist durch untere Stimulationsfrequenzgrenze = (COrest)/(SV) (6) und
da COrest = HRrest × SVrest (7)ist, ist die untere
Stimulationsfrequenzgrenze = (HRrest)/(SVres t/SV) (8).
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Zusätzlich muss
der maximale Wert des Schlagvolumens begrenzt werden, d.h. SV < L × SVrest (9).
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Somit
müssen
die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden,
um ein physiologisch gut fundiertes Herzarbeitsmanagement bei niedrigen
Arbeitsbelastungen zu gewährleisten. Stimulationsfrequenzgrenze > (HRrest) × (SVrest/SV) (10) SV/SVrest < L
(11),wobei L eine von der Gesundheit des Myokards des Patienten
abhängige
Konstante ist, die typischerweise gleich einem Wert von 1,2 bis
1,5 entspricht.
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Die
untere Stimulationsfrequenzgrenze wird somit kontinuierlich automatisch
berechnet aus dem gemessenen aktuellen Schlagvolumen SV und den bekannten
Werten von SVres t,
HRrest und der Konstanten L. Das aktuelle
Schlagvolumen kann aus beispielsweise Bioimpedanzmessungen bestimmt
werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schrittmachers, der
eine Bioimpedanzmesseinheit 2 zum Messen der Zeitvariation
der elektrischen intrakardialen Bioimpedanz Zc(t)
enthält.
Diese Art von Messungen ist bekannt, siehe beispielsweise "Design of Cardiac
Pacemakers", herausgegeben
von John G. Webster, IEEE Press, 1995, Seiten 380 bis 386 und US-A-5,154,171,
5,280,429, 5,282,840 und 5,807,272. Somit kann die Zeitvariation
der intrakardialen Bioimpedanz zwischen der Spitze 4 der
intrakardialen Elektrode 6 und dem Gehäuse 8 des Schrittmachers
gemessen werden, wenn aus der Elektrodenspitze 4 ein Erregerstrom
zugeführt
wird, wie dies schematisch in 2 dargestellt
ist. Somit kann eine Standardschrittmacherleitung für diese Messung
benutzt werden.
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Aus
den gemessenen Zeitvariationen ΔZc(t) wird in der Rechenvorrichtung 10,
siehe 1, das Schlagvolumen SV bestimmt, das zur Berechnung der
unteren Stimulationsfrequenzgrenze, gemäß obiger Gleichung (8)
oder zum Überprüfen der
Ungleichungen (10) oder (11) benötigt wird.
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Der
berechnete untere Grenzwert wird eine Untergrenzen-Einstellvorrichtung 12 eines
Stimulationsfrequenzbegrenzers 14 zugeführt.
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Es
ist auch ein Stimulationsfrequenzsteuergerät 16 vorgesehen, zum
Steuern der Stimulationsfrequenz des Schrittmachers oder Impulsgenerators 18,
abhängig
von den Bedürfnissen
des Patienten. In einer Begrenzungseinheit 20 des Begrenzers 14 wird die
verlangte Stimulationsfrequenz mit der eingestellten unteren Stimulationsfrequenzgrenze
verglichen und die aktuelle Sti mulationsfrequenz wird auf den eingestellten
unteren Grenzwert begrenzt, falls die verlangte Stimulationsfrequenz
diesen Grenzwert erreicht. Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Schrittmacher
kontinuierlich automatisch ein unterer Grenzwert für die Stimulationsfrequenz
bestimmt und es wird kontinuierlich und automatisch sichergestellt, dass
die aktuelle Stimulationsfrequenz nicht den gegenwärtigen unteren
Frequenzwert überschreitet.
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Alternativ
kann der Schrittmacher so abgeändert
werden, dass er kontinuierlich überwacht, dass
die obigen Ungleichungen (10) bzw. (11) erfüllt werden.
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Die
obigen Bioimpedanzmessungen sind beschrieben für die Bestimmung des Schlagvolumens SV.
Dieser Parameter kann jedoch auch durch andere Techniken, wie ECG-Messungen,
durch Ultraschall-Technik, durch radiometrische und optische Techniken
etc. bestimmt werden. Im Allgemeinen sind alle Distanz- und/oder
Kapazitätsmessmethoden
anwendbar.