DE60019710T2

DE60019710T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Schnellgangsreizung eines Herzgewebe unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationseinrichtung

Info

Publication number: DE60019710T2
Application number: DE60019710T
Authority: DE
Inventors: Joseph J. Florio; Gene A. Bornzin; John W. Poore; Douglas T. Kurschinski
Original assignee: Pacesetter Inc
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: EP1110580A2; DE60019710D1; US6804556B1; EP1110580B1; EP1110580A3; US6519493B1; US6990374B1; US7043302B1

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf implantierbare Herzstimulationsvorrichtungen, beispielsweise Schrittmacher, und insbesondere auf Techniken zur Schnellgangreizung eines Herzgewebes, um Dysrhythmie zu verhindern oder zu beenden.
Eine Dysrhythmie ist ein unnormales Herzschlagmuster. Ein Beispiel einer Dysrhythmie ist eine Bradykardie, bei der das Herz mit einer unnormal langsamen Rate schlägt oder bei der signifikante Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Schlägen auftreten. Andere Beispiele von Dysrhythmien umfassen Tachyarrhythmien, bei denen das Herz mit einer unnormal schnellen Rate schlägt. Bei einer atrialen Tachykardie schlagen die Atrien des Herzens unnormal schnell. Bei einer ventrikulären Tachykardie schlagen die Ventrikel des Herzens unnormal schnell. Obwohl sie oft für den Patienten unangenehm ist, ist eine Tachykardie typischerweise nicht tödlich. Einige Tachykardien, insbesondere ventrikuläre Tachykardien, können jedoch eine ventrikuläre Fibrillation auslösen, bei der das Herz chaotisch schlägt, so dass sich nur ein kleiner oder kein Nettoblutfluss von dem Herzen zu dem Gehirn und anderen Organen ergibt. Die ventrikuläre Tachykardie ist tödlich, wenn sie nicht beendet wird. Folglich ist es in hohem Maße erwünscht, Dysrhythmien zu verhindern oder zu beenden, insbesondere ventrikuläre Tachykardien.
Eine Technik, um Dysrhythmien zu verhindern oder zu beenden besteht darin, eine Schnellgangreizung des Herzens durchzuführen, bei der eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung, beispielsweise ein Schrittmacher oder ein implantierbarer Kardioverter/Defibrillator (ICD), elektrische Stimulationspulse auf das Herz mit einer Rate anwendet, die etwas schneller ist als die intrinsische Herzrate des Patienten. Für Bradykardien kann die Herzstimulationsvorrichtung programmiert werden, um das Herz mit einer Rate von 60 bis 80 Pulsen pro Minute (ppm) künstlich zu reizen, um dadurch zu verhindern, dass das Herz zu langsam schlägt und um jegliche langen Pausen zwischen Herzschlägen zu eliminieren. Um zu verhindern, dass Tachyarrhythmien auftreten, reizt die Herzstimulationsvorrichtung künstlich das Herz mit einer Rate von wenigstens 5 bis 10 Pulsen pro Minute schneller als die intrinsische Tachyarrhythmie/Herzrate des Patienten. Mit anderen Worten wird eine geringfügige, künstliche Tachykardie induziert und beibehalten, um zu verhindern, dass eine tatsächliche Tachykardie sich entwickelt. Wenn eine tatsächliche Tachykardie auftritt, beispielsweise eine supraventrikuläre Tachykardie (SVT), bei der das Herz plötzlich mit 150 Schlägen pro Minute oder mehr zu schlagen beginnen kann, erfasst die Herzstimulationsvorrichtung die Tachykardie und beginnt sofort damit, mit einer Rate von wenigstens fünf bis zehn Pulsen pro Minute (ppm) schneller als die Tachykardie Schritt zu machen, und sie vermindert dann langsam die Schrittmacherrate, um die Herzrate langsam auf die normale hohe Rate zurück zu reduzieren, um dadurch die Tachykardie zu beenden.
Es besteht die Auffassung, dass die Schnellgangreizung für wenigstens einige Patienten effektiv ist, um das Auftreten einer tatsächlichen Tachykardie zu verhindern oder zu beenden aus folgenden Grün den. Ein normales, gesundes Herz schlägt nur in Antwort auf elektrische Pulse, die von einem Teil des Herzens erzeugt werden, das als Sinusnoden bezeichnet wird. Die Sinusnodenpulse werden an die verschiedenen Atrien und Ventrikel des Herzens über gewisse, normale Leitungswege geleitet. Bei einigen Patienten erzeugen jedoch zusätzliche Teile des Herzens elektrische Pulse, die als "ektopische" Pulse bezeichnet werden. Jeder Puls, ob es sich es um einen Sinusnodenpuls oder einen ektopischen Puls handelt, hat danach eine Refraktärperiode, wobei während dieser Zeit das Herzgewebe nicht auf jegliche elektrischen Pulse anspricht. Eine Kombination von Sinuspulsen und ektopischen Pulsen kann dazu führen, dass die Refraktärperioden unscharf werden, was seinerseits eine Tachykardie auslösen kann. Durch Schnellgangreizung des Herzens mit einer gleichförmigen Rate wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von ektopischen Pulsen reduziert, und die Refraktärperioden in dem Herzgewebe werden gleichmäßig unperiodisch gemacht. Auf diese Weise wird die Unschärfe der Refraktärperioden reduziert, und Tachykardien, die dadurch rausgelöst werden, werden im wesentlichen vermieden. Wenn trotzdem eine Tachykardie auftritt, hilft eine Schnellgangreizung mit einer Rate, die schneller als die Tachykardie ist, dabei, die ektopischen Pulse zu eliminieren, und sie reduziert die Refraktärperiodendispersion und hilft damit, die Tachykardie zu verändern.
Es ist daher bei Patienten, die zu Tachykardien neigen, erwünscht, sicherzustellen, dass die meisten Schläge des Herzens stimulierte Schläge sind, da jegliche nicht-stimulierte Schläge ektopische Schläge sein können. Ein hoher Prozentsatz an stimulierten Schlägen kann einfach dadurch erreicht werden, dass eine hohe Schnellgangreizungsrate verwirklicht wird. Eine hohe Schnellgangreizungsrate hat jedoch ebenfalls Nachteile. Beispielsweise kann eine hohe Schnellgangreizungsrate für den Patienten unangenehm sein, insbesondere dann, wenn die künstlich induzierte Herzrate relativ hoch ist im Vergleich zu der Herzrate, die sonst normalerweise auftreten würde. Eine hohe Herzrate kann auch eine mögliche Beschädigung des Herzens verursachen oder kann noch schlimmere Dysrhythmien triggern, beispielsweise eine ventrikuläre Fibrillation.
Eine hohe Schnellgangreizungsrate kann besonders problematisch bei Patienten sein, die unter Herzversagen leiden, insbesondere dann, wenn das Herzversagen auf einer beeinträchtigten diastolischen Funktion beruht. Eine hohe Schnellgangreizungsrate kann tatsächlich das Herzversagen bei diesen Patienten verschlimmern. Eine hohe Schnellgangreizungsrate kann auch ein Problem bei Patienten mit einer Erkrankung der Koronararterie sein, weil eine Erhöhung der Herzrate die diastolische Zeit verkürzt und die Perfusion verkürzt und damit die Ischämie intensiviert.
Die Notwendigkeit, Schnellgangreizungspulse anzulegen, bewirkt auch, dass die Stromversorgung der implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung erschöpft wird, was möglicherweise einen häufigen, chirurgischen Ersatz der Stromversorgung erforderlich macht. Typischerweise liegt die Stromversorgung in der implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung und dies erfordert daher einen chirurgischen Austausch der Herzstimulationsvorrichtung.
Probleme, die mit Schnellgangreizung verbunden sind, sind besonders schwerwiegend bei gewissen aggressiven Schnellgangreizungstechniken, die eine Erhöhung in der Schrittmacherrate auf der Basis einer Detektion eines einzigen, intrinsischen Herzschlages auslösen. Bei solchen Techniken wird eine signifikante Erhöhung der Schrittmacherrate durch die Detektion eines einzigen, intrinsischen Herzschlages ausgelöst, um sofort auf das Auftreten einer Tachykardie mit hoher Rate zu antworten, beispielsweise eine SVT. Als Resultat kann selbst in solchen Umständen, wo eine Tachykardie mit hoher Rate nicht aufgetreten ist, die Detektion eines einzigen, intrinsischen Herzschlages eine signifikante Erhöhung in der Schnellgangreizungsrate bewirken, die nur graduell reduziert werden kann. Wenn ein zweiter intrinsischer Herzschlag detektiert wird, bevor die Schnellgangreizungsrate allmählich auf eine Standard-Schnellgangreizungsrate reduziert worden ist, tritt noch eine weitere Erhöhung in der Reizungsrate auf. Wie festgestellt werden kann, kann Vorstehendes bewirken, dass die Schnellgangreizungsrate sich signifikant, möglicherweise auf 150 ppm oder mehr, erhöht, obwohl eine Tachykardie mit hoher Rate nicht aufgetreten ist.
Folglich wäre es erwünscht, Techniken für die Schnellgangreizung zur Verfügung zu stellen, die die mittlere Schnellgangreizungsrate reduzieren, jedoch dennoch eine genügend hohe Rate erreichen, um die Wahrscheinlichkeit einer Dysrhythmie in dem Patienten zu reduzieren oder eine Dysrhythmie zu beenden, wenn eine solche trotzdem auftritt. Insbesondere wäre es in hohem Maße erwünscht, Schnellgangsreizungstechniken bereitzustellen, die es ermöglichen, eine gewisse Prozentzahl von stimulierten Schlägen (beispielsweise 90 % oder 95 %) durch die Herzstimulationsvorrichtung aufrechtzuerhalten, so dass die Schnellgangreizungsrate auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, während dennoch sichergestellt ist, dass die meisten Schläge des Herzens stimulierte Schläge sind. Auf diesem Zweck sind die Aspekte der vorliegenden Erfindung hauptsächlich gerichtet.
Die Erfindung ist eine Vorrichtung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die indungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden mit einem Verfahren zur Schnellgangreizung eines Herzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung, wobei eine Erhöhung in der Schnellgangreizungsrate nur in Antwort auf das Erfassen von wenigstens zwei intrinsischen Herzschlägen in einer vorgegebenen Untersuchungsperiode durchgeführt wird. Anfänglich wird eine Schnellgangreizungsrate bestimmt, und das Herz wird bei der Schnellgangreizungsrate gereizt. Intrinsische Herzschläge, die während der Schnellgangreizung auftreten, werden detektiert. Wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge in einer vorgegebenen Unersuchungsperiode detektiert werden, wird die Schnellgangreizungsrate um ein vorgegebenes Rateninkrement erhöht. Wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge in einer zweiten, vorgegebenen Untersuchungsperiode nicht detektiert werden, wird die Schnellgangreizungsrate mit einer vorgegebenen Rate von Dekrementen herabgesetzt. Indem die Schnellgangreizungsrate nur in Antwort auf die Detektion von wenigstens zwei intrinsischen Herzschlägen in der ersten, vorgegebenen Untersuchungsperiode erhöht wird, wird eine zunehmend höhere Herzrate vermieden, wie sie sonst auftreten könnte, wenn eine Erhöhung der Schnellgangreizungsrate auf der Erfassung von nur einem einzigen, intrinsischen Herzschlag beruhen würden.
Bei einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die erste, vorgegebene Untersuchungsperiode während einer Anzahl X von Herzzyklen nach der Erfassung eines ersten, intrinsischen Herzschlages, wobei X im Bereich von acht bis vierzig Zyklen liegt. Die zweite, vorgegebene Untersuchungsperiode Z liegt ebenfalls im Bereich von acht bis vierzig Herzzyklen. Wenn nach der Erfassung eines ersten, intrinsischen Herzschlages ein zweiter Herzschlag innerhalb von X-Herzzyklen detektiert wird, wird die Schnellgangreizungsrate um Y ppm erhöht, wobei Y gleich fünf, zehn, fünfzehn, zwanzig oder fünfundzwanzig ist. Wenn Z-Herzzyklen ohne Erhöhung der Rate auftreten, wird die Rate um einen Betrag von W ppm pro Herzzyklus herabgesetzt, wobei W gleich eins, zwei, drei, vier oder fünf ist.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel beträgt die erste, vorgegebene Untersuchungsperiode N aufeinanderfolgende Herzzyklen, wobei N beispielsweise gleich zehn ist. Wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge innerhalb eines Satzes von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen auftreten, wird somit die Schnellgangreizungsrate erhöht. Andernfalls wird die Schnellgangreizungsrate herabgesetzt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es leicht, einen minimalen Prozentsatz von stimulierten Schlägen zu programmieren. Beispielsweise wird, um wenigstens ein Minimum von 90 % stimulierten Schlägen zu erreichen, N auf zehn eingestellt. Wenn weniger als 90 % der Schläge stimulierte Schläge sind (d.h., dass wenigstens zwei Schläge aus zehn Schlägen intrinsische Schläge sind), wird die Schnellgangreizungsrate erhöht; andernfalls wird sie herabgesetzt. Dies liefert eine Rückkopplungsschleife, die die Reizungswarte bei einer Rate hält, die ausreicht, um im Mittel etwa 90 % stimulierte Schläge zu liefern.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Herzstimulationsvorrichtung die Schnellgangreizung periodisch aussetzen, um die Erfassung von drei aufeinanderfolgenden, intrinsischen Herzschlägen zu ermöglichen. Die intrinsische Herzrate wird auf der Basis dieser drei Herzschläge berechnet, und die Schnellgangreizung wird bei einer Rate wieder aufgenommen, die der intrinsischen Herzrate entspricht. In einem anderen Ausführungsbeispiel bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung periodisch die intrinsischen, atrialen Raten und vergleicht die atriale Rate mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate. Wenn die Differenz zwischen der atrialen Rate und der Schnellgangreizungsrate einen vorgegeben Schwellenwert übersteigt, stellt die Herzstimulationsvorrichtung die Schnellgangreizungsrate so ein, dass sie gleich der atrialen Rate ist. Ansonsten fährt die Herzstimulationsvorrichtung fort, mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate zu stimulieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden mit einem Verfahren zum adaptiven Verändern der Schnellgangreizungscharakteristiken, um ein vorgegebenes Maß an Schrittmachersteuerung zu erreichen. Schnellgangreizungspulse werden an das Herz entsprechend programmierten Werten angelegt, die die Schnellgangreizungscharakteristiken definieren. Ein tatsächliches Maß an Stimulation, das aus den Schnellgangreizungspulsen resultiert, wird festgestellt. Die programmierten Werte werden dann auf der Basis des Maßes der Reizung variiert, die sich aus den Schnellgangreizungspulsen ergibt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schnellgangreizung dadurch durchgeführt, dass periodisch eine intrinsische, atriale Rate bestimmt wird, und dass dann das Herz mit einer Rate stimuliert wird, die gleich der intrinsischen Rate plus einen zusätzlichen Schnellgangreizungsbetrag ist. Der Schnellgangreizungsbetrag wird danach wahlweise erhöht oder herabgesetzt, um das tatsächliche Maß an Stimulation bei etwa 95 % stimulierten Schlägen zu halten. Zu diesem Zweck kann der Schnellgangreizungsbetrag, der anfänglich auf fünf Schläge pro Minute oberhalb der intrinsischen Herzrate eingestellt sein kann, inkrementell erhöht oder erniedrigt werden, um die Prozentzahl der stimulierten Schläge bei einer Zielrate von etwa 95 % zu halten.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Schnellgangreizung entsprechend einer dynamischen, atrialen Schnellgangtechnik durchgeführt, die so arbeitet, dass eine Stimulationszykluslänge periodisch erhöht wird (d.h. dass die Schrittmacherrate herabgesetzt wird, um die Erfassung von intrinsischen, stimulierten Pulsen zu gestatten. Die Stimulationszykluslänge wird automatisch bei jeweils N_MAX-Herzzyklen um einen vorgegebenen Betrag ausgedehnt. Anfänglich kann N_MAX beispielsweise zehn Zyklen lang sein. Gemäß der Erfindung wird der Wert für N_MAX periodisch erhöht oder herabgesetzt entsprechend dem tatsächlichen Maß an Stimulation, um das tatsächliche Maß der Stimulation bei etwa 95 % stimulierten Schlägen zu halten. Folglich werden mögliche Nachteile, die mit einer Erhöhung der Schnellgangreizungsrate in Antwort auf die Erfassung von nur einem einzigen, intrinsischen Schlag verbunden sind, im wesentlichen vermieden, und die mittlere Schnellgangreizungsrate wird vernünftig niedrig gehalten. Andere programmierbare Werte, die den dynamischen, atrialen Schnellgangalgorithmus definieren, können ebenfalls adaptiv entsprechend dem tatsächlichen Maß an Reizung variiert werden.
Folglich werden in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schnellgangreizungscharakteristiken adaptiv variiert, um die mittlere Schnellgangreizungsrate zu reduzieren während gleichzeitig der Zielprozentsatz der stimulierten Schläge im Mittel beibehalten wird. Das Maß des Risikos oder der Unbequemlichkeit für den Patienten, das aus der Schnellgangreizung resultiert, wird dadurch auf ein Minimum herabgesetzt, und die Lebensdauer der Stromversorgung der implantierbaren, medizinischen Vorrichtung wird erhöht, während gleichzeitig eine genügend hohe Prozentzahl an stimulierten Schlägen erzielt wird, um das Risiko zu reduzieren, dass eine natürliche auftretende Tachyarrhythmie in dem Patienten vorkommt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden in einem Verfahren zur Steuerung der Schnellgangreizung eines Patientenherzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung, die mit dem Herzen verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bestimmung einer Schnellgangreizungsrate;
Schnellgangreizung des Herzens bei der Schnellgangreizungsrate;
Detektion intrinsischer Herzschläge, die während der der Schnellgangreizung auftreten; und,
wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge in einer ersten, vorgegebenen Messperiode festgestellt werden, Erhöhen der Schnellgangreizungsrate um ein vorgegebenes Rateninkrement; und, wenn wenigstens-zwei intrinsische Herzschläge nicht innerhalb einer zweiten vorgegebenen Messperiode festgestellt werden, Vermindern der Schnellgangreizungsrate um ein vorgegebenes Ratendekrement.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden mit einem Verfahren zur Steuerung der Schnellgangreizung eines Patientenherzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung, die mit dem Herzen verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmung einer Schnellgangreizungsrate;
Schnellgangreizung des Herzens bei der Schnellgangreizungsrate;
Detektion von intrinsischen Herzschlägen, die während der Schnellgangreizung auftreten; und, wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge in der ersten vorgegebenen Messperiode erfasst werden, Erhöhen der Schnellgangreizungsrate um ein vorgegebenes Rateninkrement; und,
wenn keine intrinsischen Herzschläge in einer zweiten, vorgegeben Messperiode erfasst werden, Herabsetzen der Schnellgangratenreizung um ein vorgegebenes Ratendekrement.
Vorzugsweise erstreckt sich die erste, vorgegebene Messperiode über eine erste, vorgegebene Anzahl von Schnellgangreizungszyklen, und vorzugsweise beginnt die erste vorgegebene Messperiode mit einem ersten, detektierten, intrinsischen Schlag, und vorzugsweise liegt die erste, vorgegebene Messperiode zwischen 8 und 40 Zyklen, inklusive und/oder die erste vorgegebene Messperiode beginnt mit einem ersten stimulierten Schlag, und vorzugsweise beträgt die erste, vorgegebene Messperiode 10 Zyklen.
Vorzugsweise beginnt die zweite vorgegebene Messperiode nach einer Erhöhung der Schnellgangreizungsrate, und vorzugsweise liegt die zweite vorgegebene Messperiode zwischen 8 und 40 Zyklen inklusive.
Vorzugsweise wird das vorgegebene Rateninkrement ausgewählt aus der Gruppe umfassend 5, 10, 15, 20 und 25 ppm und/oder das vorgegebene Ratendekrement wird ausgewählt aus der Gruppe umfassend 1, 2, 3, 4 und 5 ppm.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Bestimmung der Schnellgangreizungsrate die folgenden Schritte:
Bestimmung einer Sinusrate; und
Einstellung der Schnellgangreizungsrate auf der Art, dass sie gleich der Sinusrate ist, und
vorzugsweise der Schritt der Bestimmung der Sinusrate die Schritte aufweist;
Detektion von wenigstens drei aufeinanderfolgenden Sinus-P-Wellen;
Bestimmen eines gemittelten Intervalls zwischen den P-Wellen; und
Errechnung der Sinusrate basierend auf dem mittleren Intervall und/oder ferner umfassend den Schritt, die Schnellgangreizungsrate periodisch erneut zu bestimmen durch:
Aussetzen der Schnellgangreizung;
Erfassen von wenigstens drei aufeinanderfolgenden P-Wellen, während die. Schnellgangreizung aufgehoben ist;
Erfassen einer auf den neuesten Stand gebrachten Sinusrate basierend auf den wenigstens drei aufeinanderfolgenden P-Wellen; und
Einstellen der Schnellgangreizungsrate basierend auf der auf den neuesten Stand gebrachten Sinusrate.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Bestimmung der Schnellgangreizungsrate die folgenden Schritte:
Bestimmen einer atrialen Rate; und
Einstellen der Schnellgangreizungsrate derart, dass er gleich der atrialen Rate ist, und vorzugsweise umfassend weiterhin die Schritte:
periodisches Bestimmen einer auf den neuesten Stand gebrachten atrialen Rate;
Vergleichen der auf den neuesten Stand gebrachten atrialen Rate mit einer gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate; und,
wenn die auf den neuesten Stand gebrachte, atriale Rate die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate um einen vorgegebenen Betrag übersteigt, erneutes Einstellen der Schnellgangreizungsrate so, dass sie gleich der auf dem neuesten Stand gebrachten atrialen Rate ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist verwendbar mit einem Verfahren zur Steuerung der Schnellgangreizung eines Herzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung, die mit dem Herzen verbunden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Programmierung von Steuerwerten, die die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren; Anwendung von Schnellgangreizungspulsen auf das Herz entsprechend den Steuerwerten;
Bestimmung eines gegenwärtigen Maßes an Reizung, die aus den Schnellgangreizungspulsen resultiert; und
Variieren der Steuerwerte basierend auf dem Maße der Reizung, die aus den Schnellgangreizungspulsen resultiert.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Programmierung der Steuerwerte, die die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren, den Schritt der Auswahl eines Parameters aus der Gruppe umfassend: eine Schnellgangreizungsrate, eine Schnellgangreizungszykluslänge, eine Anzahl von Stimulationspulsen, die vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge angewendet werden sollen, eine Zeitspanne vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge, eine Anzahl von nichtbildlich stimulierten Schlägen, die vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge detektiert werden, eine Größe des Rateninkrements, eine Größe des Ratendekrements, eine Messfensterdauer, eine Schrittmacher-Basisrate und eine vom Sensor modulierte Basisrate.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Bestimmung des tatsächlichen Maßes an Reizung, die aus den Schnellreizungspulsen resultiert, folgende Schritte auf:
Bestimmung einer Anzahl von stimulierten Pulsen, die während einer Periode der Schnellgangreizung auftreten;
Bestimmung einer Anzahl von nicht-stimulierten Schlägen, die während der Dauer der Schnellgangreizung auftreten; und
Berechnen des tatsächlichen Maßes der Reizung basierend auf einem Vergleich der Anzahl der stimulierten Schläge und der Anzahl der nicht-stimulierten Schläge, die während einer Periode der Schnellgangreizung auftreten, und vorzugsweise den Schritt der Berechnung des tatsächlichen Maßes an Reizung basierend auf dem Vergleich der Anzahl der stimulierten Schläge und der Anzahl der nichtstimulierten Schläge den Schritt der Bestimmung eines Prozentsatzes von stimulierten Schlägen aus der Gesamtzahl der stimulierten Schläge und der nicht-stimulierten Schläge.
Vorzugsweise weist der Schritt des Variierens der Steuerwerte basierend auf dem tatsächlichen Maße der Reizung die folgenden Schritte auf:
Eingeben eines Zielwertes, der ein Zielmaß an Reizung darstellt;
Vergleichen des tatsächlichen Maßes an Reizung mit dem Zielmaß der Reizung; und
Einstellen der Schnellgangreizungswerte, um ggf. eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Maß
der Reizung und dem Zielmaß der Reizung zu reduzieren, und vorzugsweise umfassen die Steuerwerte, die die Schnellgangreizungcharakteristiken repräsentieren, eine Stimulationszykluslänge und eine Anzahl von Stimulationspulsen, die vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge angewendet werden; und wobei
der Schritt der Anwendung der Schnellgangreizungspulse an das Herz entsprechend der Steuerwerte die folgenden Schritte erfasst:
Zählen einer Anzahl von Stimulationspulsen; und
Erhöhen der Stimulationszykluslänge, wenn ein Zählerstand der Anzahl der Stimulationspulse einen Parameter übersteigt, der für die Anzahl der Stimulationspulse repräsentativ ist, die vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge angewendet werden, und vorzugsweise umfasst der Schritt der Variierung der Steuerwerte folgende Schritte:
Erhöhen der Anzahl der Stimulationsgröße, die vor einer Verlängerung einer Stimulationspulslänge angewendet werden, wenn das tatsächliche Maß an Reizung geringer ist als das Zielmaß der Reizung, und
Herabsetzen der Anzahl der Stimulationspulse, die vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge angewendet werden, wenn das tatsächliche Maß der Reizung größer ist als das Zielmaß der Reizung.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist des Weiteren ein System zum Steuern der Schnellgangreizung eines Herzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung vorgesehen, die mit dem Herzen verbunden ist, wobei das System umfasst:
einen Empfänger zum Empfangen programmierter Werte, die die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren;
einen Pulsgenerator, der Schnellgangreizungspulse zur Anwendung auf das Herz in Übereinstimmung mit den Werten erzeugt;
eine Bestimmungseinheit, die ein tatsächliches Maß der Reizung bestimmt, die aus den Schnellgangreizungspulsen resultieren; und
eine Einstelleinheit, die die Werte variiert, die die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren, auf der Basis des Maßes der Reizung, die aus den Schnellgangreizungspulsen resultiert. Vorrichtungs-Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun geliefert. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm ist, das einen Schrittmacher zeigt, der intern gemäß der Erfindung konfiguriert ist und der mit einem Patientenherzen verbunden ist;
2 ein Zeitdiagramm ist, das stimulierte Schläge und nicht-stimulierte Schläge in dem Herz von 1 zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Schnellgangreizungsverfahren zeigt, in dem eine Schnellgangreizungsrate nur dann erhöht wird, wenn wenigstens zwei intrinsische Ereignisse innerhalb von X-Herzzyklen voneinander entfernt erfasst werden;
4 ein Flussdiagramm ist, das ein Schnellgangreizungsverfahren zeigt, bei dem eine Schnellgangreizungsrate nur dann erhöht wird, wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge innerhalb eines Blocks von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen erfasst werden;
5 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zeigt, um programmierbare Werfe, die Schnellgangreizungscharakteristiken definieren, adaptiv zu ändern, um einen Zielwert der Reizung beizubehalten;
6 ein Flussdiagramm des Verfahrens von 5 ist, das konfiguriert ist, um eine Schnellgangreizungsrate adaptiv zu ändern; und
7 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zeigt, um die automatischen Stimulationszykluslängen adaptiv zu ändern, um einen Zielwert der Reizung beizubehalten.
Kurz gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Techniken zur Steuerung der Schnellgangreizung, um einen Zielwert der Reizung zu erreichen und beizubehalten. Diese Techniken werden als erstes unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben, in denen eine Schnellgangreizungsrate nur in Antwort auf die Erfassung von wenigstens zwei intrinsischen Herzschlägen innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Herzzyklen erhöht wird. Dann werden Techniken der Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben, bei denen programmierbare Werte, die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren, adaptiv geändert werden, um eine Zielprozentzahl von stimulierten Schlägen beizubehalten.
1 zeigt eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung 10 (beispielsweise einen Schrittmacher), die mit einem Patientenherzen 12 über eine ventrikuläre Leitung 14 und eine atriale Leitung 16 gekoppelt ist. Die ventrikuläre Leitung 14 umfasst eine Elektrode 18, die in dem rechten Ventrikel 20 des Herzens 12 positioniert ist, und eine atriale Leitung 16 umfasst eine Elektrode 22, die in dem rechten Atrium 24 des Herzens 12 (vorzugsweise unter Verwendung einer einschraubbaren, aktiven Fixierungsleitung) positioniert ist. Verschiedene interne Komponenten des Schrittmachers arbeiten, um die elektrische Aktivität des Herzens 12, beispielsweise die Anwesenheit von P-Wellen und R-Wellen, unter Verwendung von Elektroden 18 und 22 abzutasten und um das Herz wahlweise in Antwort auf Ereignisse, die in dem Herzen 12 abgetastet werden, durch Zufuhr von elektrischen Stimulationspulsen an das Herz 12 unter Verwendung der Elektroden 18 und 22 zu stimulieren. Neben anderen Funktionen arbeitet der Schrittmacher, um das Herz entsprechend den Techniken, die unten beschrieben werden, einer Schnellgangreizung zu unterziehen, um das Auftreten von Tachykardien zu verhindern oder um, wenn Tachykardien trotzdem auftreten, die Tachykardien zu beenden.
2 zeigt eine Sequenz von Stimulationspulsen 102, die durch die Herzstimulationsvorrichtung 10 von 1 angewendet werden. Jeder elektrische Stimulationspuls triggert eine dadurch hervorgerufene Antwort 104, die einen künstlich hervorgerufenen Herzschlag darstellt. Die Pulse 102 werden mit einer konstanten Stimulationsrate angewendet und sind daher durch eine konstante Stimulationszykluslänge voneinander getrennt. 2 zeigt auch einen einzigen, nicht-stimulierten Schlag 106, dem kein Stimulationspuls 102 vorangeht. Der nicht-stimulierte Schlag 106 kann beispielsweise ein ektopischer Schlag sein, der durch ein natürlich auftretendes, elektrisches Signal verursacht wird, das in dem Herzen von einer Stelle außerhalb des Sinusnoden erzeugt wurde, von dem normale Sinusrhythmus-Herzschläge natürlich erzeugt werden. Wie oben diskutiert wurde, hat es sich herausgestellt, dass ektopische Schläge gelegentlich Tachyarrhythmien triggern, und folglich ist es verwünscht, die Anzahl der ektopischen Schläge zu minimieren. Entsprechend führt die Herzstimulationsvorrichtung 10 von 1 einen Schnellgangreizungsalgorithmus durch, der dazu vorgesehen ist, Schnellgangreizungspulse 102 mit einer genügend hohen Rate zu erzeugen, um die Anzahl der nicht-stimulierten Schläge 106 ohne die Auslösung einer unnötig hohen Herzrate auf ein Minimum herabzusetzen. Zu diesem Zweck bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung 10 das tatsächliche Maß an Reizung, das aus Schnellgangreizungspulsen resultiert, und modifiziert adaptiv die Schnellgangreizungsrate, um das tatsächliche Maß der Reizung in etwa bei dem Zielmaß der Reizung zu halten, bei dem etwa 95 % der gesamten Schläge stimulierte Schläge sind.
3 zeigt eine Technik zur Schnellgangreizung eines Herzens, bei der die Schnellgangreizungsrate nur in Antwort auf die Detektion von wenigstens zwei intrinsischen P-Wellen erhöht wird, die innerhalb von X-Herzzyklen nacheinander auftreten, wobei X typischerweise zwischen acht und vierzig Herzzyklen liegt. Kurz gesagt, wird die Technik wie folgt zusammengefasst:

1. Identifiziere eine P-Welle.
2. Wenn eine andere P-Welle innerhalb von X-Herzzyklen auftritt, erhöhe die Stimulationsrate um Y bpm. a) X ist vorzugsweise von etwa 8 bis 40 Herzzyklen programmierbar. b) Y ist die programmierbare Ratenerhöhung und ist vorzugsweise auf 5, 10, 15, 20 oder 25 ppm programmierbar.
3. Wenn Z-Herzzyklen ohne eine Erhöhung der Stimulationsrate auftreten, dann erniedrige die Stimulationsrate um W ppm. a) Z ist die Verweilzeit, bevor die Stimulationsrate herabgesetzt wird, und sie ist vorzugsweise programmierbar von 8 bis 40 Herzzyklen. b) W ist vorzugsweise auf 1, 2, 3, 4 oder 5 ppm/Herzzyklen programmierbar.

Zusätzlich setzt die Herzstimulationsvorrichtung 10 periodisch die Stimulation aus, um die Detektion von drei aufeinanderfolgenden P-Wellen zu gestatten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sinusrate auf der Basis der detektierten P-Wellen berechnet, und die Schnellgangratenreizung wird zurückgesetzt, so dass sie gleich der Sinusrate ist.
Diese Technik wird nun vollständiger unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Anfänglich wird bei dem Schritt 200 die intrinsische Sinusrate durch die Detektion von drei aufeinanderfolgenden P-Wellen detektiert. An dem Schritt 204 wird die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate so eingestellt, dass sie gleich der detektierten Sinusrate ist. An dem Schritt 206 beginnt die Herzstimulationsvorrichtung 10, die Zahl der stimulierten Zyklen (I_Rest), seitdem die Schnellgangreizungsrate basierend auf der intrinsischen Sinusrate eingestellt wurde. Dieser Zählerstand der stimulierten Zyklen wird dann mit einem Raten-Neukalibrierungswert in dem Schritt 218, der unten beschrieben wird) verglichen, und, wenn er den Neukalibrierungswert übersteigt, wird der Schritt 200 wiederholt, um eine neue intrinsische Sinusrate zu detektieren, um die Schnellgangreizungsrate erneut einzustellen.
An dem Schritt 208 werden die Atrien des Herzens mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate stimuliert. An dem Schritt 210 wird die Zahl der Zyklen (I_CYCLES) seit dem Beginn der Stimulation mit der gegenwärtigen Rate gezählt. Es ist zu beachten, dass I_RESET und I_CYCLES anfänglich einander gleich sind, Wie noch beschrieben wird, divergieren jedoch die Werte typischerweise voneinander mit der weiteren Ausführung der Verfahrensschritte. I_CYCLES wird sodann in dem Schritt 214 (der unten beschrieben wird) mit einem Ratenrückholungswert Z verglichen, und, wenn I_CYCLES Z übersteigt, wird die Schnellgangreizungsrate herabgesetzt.
An dem Schritt 212 detektiert die Herzstimulationsvorrichtung 10 jeglicher intrinsischer P-Wellen. Wenn eine P-Welle nicht detektiert wird, geht die Verarbeitung zu dem Schritt 214 weiter, indem der Zäh lerstand der stimulierten Zyklen seit dem Beginn der Stimulation mit der gegenwärtigen Rate (I_CYCLES) mit dem Ratenrückholungswert (Z) verglichen. Wenn I_CYCLES Z übersteigt, wird der Schritt 216 ausgeführt, bei dem die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate um den Stimulationsdekrementbetrag W herabgesetzt wird, der vorzugsweise auf 1, 2, 3, 4 oder 5 ppm voreingestellt ist. Die Verarbeitung kehrt dann zu dem Schritt 206 zurück, um die Stimulation mit der neu reduzierten Schnellgangreizungsrate fortzusetzen. Wenn wenigstens I_CYCLES von Stimulation vor der Detektion einer einzigen, intrinsischen P-Welle auftreten, wird daher die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate reduziert, um eine Rate für die Erholung bereitzustellen. Wenn eine dem Schritt 214 I_CYCLES Z nicht übersteigt, wird dann der Schritt 218 ausgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 bestimmt, ob der Zählerstand der stimulierten Zyklen, seit die gegenwärtige Rate ursprünglich eingestellt wurde (I_RESET), einen Ratenneukalibrierungswert (N_{RECALIBRATION}) übersteigt. Wenn I_RESET N_{RECALIBRATION} übersteigt, wird der Schritt 200 erneut ausgeführt, bei dem eine neue Sinusrate detektiert und die Schnellgangreizungsrate auf die neue Sinusrate erneut eingestellt wird. Dies stellt sicher, dass die Schnellgangreizungsrate nicht signifikant unterschiedlich von der Sinusrate während einer längeren Zeitperiode bleibt. Wenn an dem Schritt 218 I_RESET N_{RECALIBRATION} nicht übersteigt, kehrt die Verarbeitung zu dem Schritt 206 zum Zwecke zusätzlicher Stimulation mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate zurück.
Was soweit beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf 3 sind Umstände, bei denen keine intrinsischen P-Wellen detektiert werden. Schritte, die in Antwort auf die Detektion von P-Wellen durchgeführt werden, werden nun beschrieben. Insbesondere wird, wenn an dem Schritt 212 eine intrinsische P-Welle detektiert wird, der Schritt 220 ausgeführt, bei dem festgestellt wird, ob bereits mit dem Zählen der Anzahl der Schnellgangreizungszyklen seit der Detektion der letzten, detektierten P-Welle begonnen wurde. Während der ersten Ausführung des Schrittes 220 nach der Detektion der ersten P-Welle hat die Zählung noch nicht begonnen, und folglich wird die Verarbeitung zu dem Schritt 222 weiter, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 beginnt, die Anzahl der Schnellgangreizungszyklen seit der letzten, detektierten P-Welle (I_P-WAVE) zu zählen. Die Verarbeitung geht dann zu dem Schritt 206 zum Zwecke der weiteren Stimulation mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate zurück, während I_P-WAVE (zusammen mit I_RESET und I_CYCLES) mit jedem zusätzlichen Stimulationszyklus inkrementartig erhöht wird.
Wenn eine weitere P-Welle an dem Schritt 212 detektiert wird, geht die Ausführung durch den Schritt 220 zu dem Schritt 224 weiter, bei dem I_P-WAVE mit einem Stimulationszyklus-Inkrementwert (X) verglichen wird. Wenn I_P-WAVE kleiner als X ist, was anzeigt, dass wenigstens zwei detektierte, intrinsische P-Wellen nacheinander innerhalb der X- Herzzyklen liegen, wird dann der Schritt 226 ausgeführt, bei dem die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate um einen vorgegebenen Stimulationsinkrementwert (Y) erhöht wird, der auf beispielsweise 5, 10, 15, 20 oder 25 ppm eingestellt ist. Wenn jedoch an dem Schritt 224 gefunden wurde, dass I_P-WAVE größer ist als X, was bedeutet, dass wenigstens zwei detektierte, intrinsische P-Wellen um mehr als X-Zyklen auseinander lagen, wird die Schnellgangreizungsrate nicht sofort erhöht.
Stattdessen geht die Verarbeitung zu dem Schritt 222 weiter, bei dem I_P-WAVE zurückgesetzt wird, so dass eine neue Zählung der Anzahl der Schnellgangreizungszyklen seit der zuletzt detektierten P-Welle begonnen wird.
Folglich ist 3 ein Flussdiagramm, das eine Technik zum Umsetzen eines Schnellgangreizungsalgorithmus zeigt, der u.a. Merkmalen (1) eine Schnellgangreizungsrate erhöht, wenn zwei P-Wellen innerhalb von X-Herzzyklen nacheinander detektiert werden, (2) die Schnellgangreizungsrate herabsetzt, wenn eine Erhöhung der Rate innerhalb von wenigstens Z-Herzzyklen nicht auftritt, und (3) die Schnellgangreizungsrate erneut so einstellt, dass sie gleich einer detektierten Sinusrate ist, und zwar nach jeweils einer Zahl N_{RECALIBRATION} von Herzzyklen unabhängig von dem Maß, in dem die Schnellgangreizungsrate in der Zwischenzeit modifiziert worden ist.
4 zeigt ein Verfahren zur Steuerung der Schnellgangreizung, bei dem eine Schnellgangreizungsrate nur dann erhöht wird, wenn wenigstens zwei intrinsische, atriale Schläge innerhalb eins Blocks von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen detektiert werden. Die Technik von 4 wird wie folgt zusammengefasst:

1. Bei Abschluss eines Blocks von N-Herzzyklen bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung, ob es mehr als eine P-Welle in dem Block der Herzzyklen gibt. Wenn es mehr als eine P-Welle gibt, wird die Stimulationsrate um Y ppm erhöht.
a) Y ist ein programmierbares Rateninkrement, und es ist vorzugsweise auf 5, 10, 15, 20 oder 25 ppm programmierbar.
2. Wenn Z-Herzzyklen auftreten, ohne dass die Stimulationsrate erhöht wird, dann wird die Stimulationsrate um W ppm herabgesetzt.
a) Z ist die Verweilzeit, bevor die Stimulationsrate herabgesetzt wird und sie ist vorzugsweise programmierbar von 8 bis 40 Herzzyklen.
b) W ist vorzugsweise auf 1, 2, 3, 4 oder 5 ppm programmierbar.

Zusätzlich setzt die Herzstimulationsvorrichtung 10 periodisch die Stimulation aus, um die intrinsische, atriale Rate zu detektieren und um die intrinsische, atriale Rate mit einer gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate zu vergleichen. Wenn die Differenz zwischen der atrialen Rate und der Schnellgangreizungsrate einen vorgegebenen Schwellenwert (N_THRESHOLD) übersteigt, wird die Schnellgangreizungsrate auf die detektierfe, atriale Rate erneut neu eingestellt. Andernfalls wird die Schnellgangreizung mit der gegenwärtigen Stimulationsrate fortgesetzt.
Die Technik wird nun in größerem Detail unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Gewisse Schritte von 4 sind ähnlich wie die in 3, und sie werden folglich nicht erneut im Detail beschrieben. Bei den Schritten 300 und 302 detektiert die Herzstimulationsvorrichtung 10 anfänglich die gegenwärtige, intrinsische, atriale Rate und stellt eine gegenwärtige Schnellgangreizungsrate basierend auf der detektierten atrialen Rate ein. Anfänglich wird die Schnellgangrate so eingestellt, dass sie gleich der detektierten atrialen Rate ist. Während der nachfolgenden Wiederholungen der Schritte 300 und 302 wird die Schnellgangreizungsrate nur dann auf die atriale Rate eingestellt, wenn die atriale Rate minus der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate N_THRESHOLD übersteigt.
An dem Schritt 304 beginnt die Herzstimulationsvorrichtung alle stimulierten Zyklen (I_RESET) zu zählen, seit die Schnellgangreizungsrate an dem Schritt 302 eingestellt worden ist. An dem Schritt 305 stimuliert die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Atrien mit der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate, während sie jegliche intrinsischen P-Wellen detektiert. An dem Schritt 306 werden alle stimulierten Zyklen detektiert und gezählt (I_CYCLES) seit die Stimulation mit der gegenwärtigen Rate begonnen wurde. An dem Schritt 308 zählt die Herzstimulationsvorrichtung 10 auch jede Gruppe von N-aufeinanderfolgenden, stimulierten Zyklen (I_N), wobei N beispielsweise gleich 10 ist. Anfänglich sind die Zählerstände, die bei den Schritten 302, 306 und 308 ausgelöst wurden, gleich groß. Wie jedoch ersichtlich ist, können diese Zählerstände mit weiterer Durchführung der Verfahrensschritte voneinander abweichen.
An dem Schritt 310 bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung 10 durch Überprüfung von I_N, ob N-Stimulationszyklen abgelaufen sind. Wenn I_N gleich N ist, wird der Schritt 312 ausgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 feststellt, ob wenigstens zwei intrinsische P-Wellen in der Gruppe von N-stimulierten Zyklen detektiert worden ist. Wenn dies zutrifft, wird die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate an dem Schritt 314 um einen Betrag Y erhöht, wobei Y beispielsweise gleich 5, 10, 15, 20 oder 25 ppm ist. Danach kehrt die Verarbeitung zu dem Schritt 304 zwecks zusätzlicher atrialer Stimulation bei der neuen Stellgangreizungsrate zurück. Wenn bei dem Schritt 312 wenigstens zwei intrinsische P-Wellen in der Gruppe der N-Stimulationszyklen nicht detektiert worden sind, dann wird der Schritt 316 durchgeführt, bei dem der Zählerstand von N-Stimulationszyklen (I_N) so neu eingestellt wird, dass der nächste Satz von N-aufeinanderfolgenden stimulierten Zyklen gezählt werden kann. Auf diese Weise wird die Schnellgangreizungsrate erhöht, wenn und nur wenn wenigstens zwei P-Wellen in einer Gruppe von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen detektiert werden.
Wenn an dem Schritt 310 N-stimulierte Zyklen noch nicht abgelaufen sind (d.h., dass der Zählerstand I_N kleiner als N ist), wird der Schritt 318 durchgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 feststellt, ob der Zählerstand der stimulierten Zyklen, seit die Stimulation mit der gegenwärtigen Rate (I_PACED) begonnen hat, einen Erholungswert (Z) übersteigt. Wenn dies zutrifft, wird an dem Schritt 320 die Schnellgangreizungsrate um einen Stimulationsdekrementbetrag W herabgesetzt, wobei W beispielsweise auf 1, 2, 3, 4 oder 5 ppm voreingestellt ist. Wenn die Schnellgangreizungsrate nicht als Ergebnis der Detektion von wenigstens zwei P-Wellen in einem Block von N-Zyklen erhöht worden ist, wird folglich die Schnellgangreizungsrate herabgesetzt, um eine Erholung der Rate zu liefern.
Wenn an dem Schritt 318 I_CYCLES nicht größer als Z ist, dann wird der Schritt 322 ausgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 feststellt, ob der Zählerstand der stimulierten Zyklen, seit die gegenwärtige Rate ursprünglich eingestellt worden ist (I_RESET), in dem Schritt 302 eingestellt worden ist, einen Ratenkalibrierungswert N_{RECALIBRATION} übersteigt. Wenn dies zutrifft, werden die Schritte 300 und 302 wiederholt, bei denen die Schnellgangreizung ausgesetzt wird, um die Detektion der intrinsischen, atrialen Rate zu gestatten, und bei denen die Schnellgangreizungsrate dann basierend auf der intrinsischen, atrialen Rate eingestellt wird. Wie oben festgestellt wurde, wird in dem Schritt 302 eine Bestimmung durchgeführt, ob die Differenz zwischen der intrinsischen atrialen Rate und der Schnellgangreizungsrate einen Schwellenwert N_THRESHOLD übersteigt, und wenn dies zutrifft, wird die Schnellgangreizungsrate nicht erneut eingestellt, so dass sie gleich der atrialen Rate ist. Wenn eine dem Schritt 322 I_RESET nicht größer ist als N_{RECALIBRATION,} kehrt die Verarbeitung lediglich zu dem Schritt 304 zum Zwecke zusätzlicher Stimulation bei der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate zurück.
4 zeigt somit eine Schnellgangreizungstechnik, bei der u.a. Merkmalen (1) eine Schnellgangreizungsrate nur dann erhöht wird, wenn wenigstens zwei P-Wellen in einem Block von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen detektiert werden, (2) die Schnellgangreizungsrate herabgesetzt wird, wenn die Schnellgangreizungsrate innerhalb von Z-aufeinanderfolgenden Herzzyklen nicht erhöht worden ist, und (3) die Schnellgangreizungsrate periodisch auf eine intrinsische, atriale Rate neu eingestellt wird, wenn die Differenz zwischen der atrialen Rate und der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Indem die Schnellgangreizungsrate nur in Antwort auf die Detektion von wenigstens zwei P-Wellen innerhalb eines Blocks von N-aufeinanderfolgenden Herzzyklen erhöht wird, können exzessiv aggressive Erhöhung der Schnellgangreizungsrate vermieden werden. Durch geeignete Wahl von N kann zusätzlich im Mittel ein minimaler Prozentsatz von stimulierten Zyklen erreicht werden. Indem N gleich zehn eingestellt wird, kann beispielsweise ein mittlerer Prozentsatz von stimulierten Zyklen bei etwa 90 % gehalten werden. Wenn mehr als 10 % der Herzzyklen intrinsische Zyklen sind, dann wird die Schnellgangreizungsrate erhöht. Andernfalls wird die Schnellgangreizungsrate periodisch herabgesetzt. Folglich wird ein Mittel von 90 % aufrechterhalten.
Unter Bezugnahme auf 5 werden Techniken zum adaptiven Ändern von Schnellgangreizungscharakteristiken zusammengefasst. Anfänglich wird eine am Schritt 400 eine bestimmte Schnellgangreizungstechnik oder ein bestimmter Algorithmus durch die Herzstimulationsvorrichtung ausgewählt. Dann werden an dem Schritt 401 programmierbare Werfe, beispielsweise Steuerwerte, zur Kontrolle des Betriebs des Algorithmus von einem Speicher 402 eingegeben. (Wenn die implantierbare Herzstimulationsvorrichtung 10 in der Lage ist, nur eine einzige Schnellgangreizungstechnik durchzuführen, ist Schritt 400 nicht notwendig.) Je nach der Schnellgangreizungstechnik können die programmierbaren Werfe repräsentativ sein für: eine Schnellgangreizungsrate, einen Schnellgangreizungsspielraum, eine Stimulationszykluslänge, eine Anzahl von Stimulationspulsen vor der Verlängerung (Z) der Stimulationszykluslänge, eine Zeitdauer vor der Verlängerung der Stimulationszykluslänge, eine Anzahl von nicht-stimulierten Schlägen vor der Verlängerung der Stimulationszykluslänge, ein Rateninkrementwert (Y), ein Ratendekrementwert (W), eine Messfensterdauer (X), eine Schrittmacher-Basisrate und eine durch Sensor-modulierte Basisrate.
An dem Schritt 403 legt die Herzstimulationsvorrichtung 10 Schnellgangreizungspulse an das Herz entsprechend den jeweiligen, programmierten Werten an. Während die Schnellgangreizung durchgeführt wird, führt die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schritte 404–412 aus, um die programmierbaren Werte so einzustellen, dass jegliche Differenz zwischen einem tatsächlichen Maß an Stimulation und einem Zielmaß an Stimulation reduziert wird. Insbesondere bestimmt an dem Schritt 402 die Herzstimulationsvorrichtung 10 das tatsächliche Maß an Stimulation, das sich aus den Stimulationspulsen ergibt. Das tatsächliche Maß der Stimulation kann durch einen Prozentsatz stimulierter Schläge (bestimmt als eine Funktion der Zeit oder als eine Funktion der Herzzyklen) oder durch einen beliebigen anderen, geeigneten Faktor dargestellt werden. An dem Schritt 406 wird das Zielmaß der Stimulation von einem Speicher 408 eingegeben, und an dem Schritt 410 vergleicht die Herzstimulationsvorrichtung 10 das aktuelle Maß an Stimulation mit dem Zielmaß der Stimulation. An dem Schritt 412 stellt die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Werte, die von dem Speicher 402 genutzt werden, so ein, dass jegliche Differenz zwischen dem tatsächlichen Maß an Stimulation und dem Zielmaß der Stimulation reduziert wird. Die spezielle Einstellung hängt von dem speziellen, programmierbaren Wert ab, der eingestellt wird. In einigen Fällen kann es sein, dass ein Wert erhöht werden muss, um eine Herabsetzung des Maßes an Stimulation zu bewirken. In anderen Fällen kann es vorkommen, dass ein Wert herabgesetzt werden muss, um eine Herabsetzung in dem Maß der Stimulation zu bewirken. Die Richtung der Einstellung und die Größe der Einstellung werden so vorgenommen, dass eine negative Rückkopplungsschleife erreicht wird, die das tatsächliche Maß an Stimulation an das Zielmaß der Stimulation konvergent hinführt. Zu diesem Zweck werden Routineexperimente durchgeführt, um die optimalen Werte zu bestimmen, um die verschiedenen Parameter so einzustellen, dass die gewünschte Rückkopplungsschleife erreicht und Einstellungswerte ggf. eliminiert werden, die zu einer positiven Rückkopplungsschleife führen können, die bewirkt, dass das tatsächliche Maß an Stimulation von dem Zielmaß der Stimulation abweicht, statt konvergent auf das Zielmaß der Stimulation zuzulaufen. Die resultierende Einstellung der Werte kann linear oder nicht-linear sein, je nach den speziellen, programmierbaren Werten und je nach der ggf, vorhandenen Größe der Differenz zwischen dem tatsächlichen Maß an Stimulation und dem Zielmaß an Stimulation. Wie zu erkennen ist, kann ein großer Bereich möglicher Einstellungen in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden, ja nach den Charakteristiken der Schnellgangreizungstechnik, die implementiert wird. In vielen Fällen werden zwei oder mehrere, programmierbare Werte gleichzeitig eingestellt. Beispielsweise können sowohl der Schnellgangreizungsspielraum als auch die Zahl der Stimulationspulse vor einer Verlängerung der Stimulationszykluslänge adaptiv eingestellt werden.
Ein erstes spezifisches Beispiel der Technik von 5 wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In diesem spezifischen Beispiel arbeitet die Herzstimulationsvorrichtung 10, um die Schnellgangreizungsrate auf einer Rate gleich der intrinsischen Rate plus gleich der intrinsischen Rate plus einem programmierbaren Ratenspielraum zu halten. Der Ratenspielraum wird adaptiv geändert, um das Zielmaß der Stimulation beizubehalten. Anfänglich bei dem Schritt 500 gibt die Herzstimulationsvorrichtung 10 einen anfänglichen Schnellgangreizungsspielraum von einem Speicher 502 ein. Der Spielraum kann beispielsweise fünf Schläge pro Minute (bpm) sein, was anzeigt, dass das Herz mit einer Rate gleich der intrinsischen Herzrate plus fünf bpm stimuliert werden soll. An dem Schritt 504 bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung 10 periodisch die intrinsische Herzrate und liefert Schnellgangreizungspulse an das Herz mit einer Rate gleich der intrinsischen Rate plus der dem Schnellgangreizungsspielraum. Wenn beispielsweise die intrinsische Rate zu 60 bpm ermittelt wird, wendet die Herzstimulationsvorrichtung 10 eine Schnellgangreizung auf das Herz mit einer Rate von 65 ppm an. Wenn festgestellt wird, dass sich die intrinsische Rate auf 80 bpm erhöht, erhöht sich die Schnellgangreizungsrate automatisch auf 85 ppm. Auf diese Weise versucht die Herzstimulationsvorrichtung 10, die Schnellgangreizungsrate jederzeit auf einer Rate zu halten, die geringfügig höher ist als die intrinsische Rate.
Eine Bestimmung der intrinsischen Rate an dem Schritt 504 kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, dass die Schnellgangreizung periodisch deaktiviert wird, so dass die Detektion von intrinsischen Schlägen möglich ist, aus denen die intrinsische Herzrate bestimmt wird. In diesem Zusammenhang kann ein Schätzwert der intrinsischen Herzrate basierend auf der Zeitdauer zwischen den detektierten, intrinsischen Schlägen berechnet werden. Je größer die Zahl der intrinsischen Schläge ist, die erfasst werden, desto präziser ist die Bestimmung der intrinsischen Herzrate.
Der Schritt 506 wird periodisch ausgeführt, wobei die Herzstimulationsvorrichtung die Anzahl der stimulierten Schläge und die Anzahl der nicht-stimulierten Schläge zählt, bis eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise 60 Sekunden, abgelaufen ist. Alternativ zählt die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schläge solange, bis eine vorgegebene Anzahl von gesamten Schlägen, beispielsweise 100 Schläge, gezählt worden sind. Die Herzstimulationsvorrichtung 10 berechnet dann einen Prozentsatz der Anzahl der stimulierten Schläge aus einer Gesamtzahl der Schläge. Bei dem Beispiel von 2 mit neun stimulierten Schlägen und einem nicht-stimulierten Schlag ist der Prozentsatz der stimulierten Schläge etwa 90 %. An dem Schritt 508 gibt die Herzstimulationsvorrichtung 10 ein Zielmaß der Stimulation von einem Speicher 510 ein. Das Ziel der Stimulation kann beispielsweise 25 % stimulierte Schläge sein. An dem Schritt 512 bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung 10, ob der tatsächliche Prozentsatz der stimulierten Schläge, der an dem Schritt 506 festgestellt worden ist, größer ist als der Zielprozentsatz der stimulierten Schläge, der an dem Schritt 508 angegeben wurde. Wenn ja, wird der Schritt 514 ausgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 automatisch dem Schnellgangreizungsspielraum um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise 1 ppm, herabsetzt. Wenn nein, dann wird der Schritt 516 ausgeführt, bei dem die Herzstimulationsvorrichtung 10 automatisch den Schnellgangreizungsspielraum um den vorgegebenen Betrag herabsetzt.
Danach wird der Schritt 504 ausgeführt, wobei der eingestellte Schnellgangreizungsspielraum verwendet wird. Folglich kann nun die Schnellgangreizung mit einer Rate von sechs ppm oberhalb der intrinsi schen Rate oder möglicherweise nur mit einer Rate von vier ppm oberhalb der intrinsischen Rate stattfinden. Nach mehrfachen Wiederholungen der Schritte 504–516 wird dadurch das Maß der Schnellgangreizung periodisch, adaptiv eingestellt, so dass der tatsächliche Prozentsatz der stimulierten Schläge bei einem Betrag etwa gleich dem Zielmaß der Stimulation, beispielsweise bei etwa 95 %, gehalten wird. Wenn der anfängliche Einstellfaktor für die Schnellgangreizung zu hoch war, so dass im wesentlichen 100 % der Herzschläge stimulierte Schläge waren, wird folglich der Einstellfaktor der Schnellgangreizung etwas herabgesetzt, um eine gelegentliche Detektion eines nicht-stimulierten Schlages zu gestatten. Dies hilft dabei, sicher zu stellen, dass die Schnellgangreizungsrate nicht so hoch ist, dass sie möglicherweise die Gesundheit des Patienten nachteilig beeinflusst. Auch hilft die Vermeidung von einer unnötig hohen Schnellgangreizungsrate dabei, eine lange Batterielebensdauer zu bewahren. Bei Ausführungsbeispielen, in denen die Herzstimulationsvorrichtung auf die Detektion von gelegentlichen, intrinsischen Schlägen zurückgreift, um die intrinsische Herzrate zu bestimmen, hilft darüber hinaus eine Verminderung der Schnellgangreizungsrate dabei, sicherzustellen, dass die intrinsischen Schläge gelegentlich detektiert werden. Wenn sich das tatsächliche Maß der Schnellgangreizung als erheblich unterhalb von 95° herausstellt, wird andererseits die Schnellgangreizungsrate erhöht, um zu verhindern, dass zu viele intrinsische Herzschläge auftreten, die eine Tachyarrhythmie triggern können.
Obwohl dies nicht speziell in 6 gezeigt ist, kann, wenn sich an dem Schritt 512 herausstellt, dass der tatsächliche Prozentsatz an Stimulation genau gleich dem Zielmaß an Stimulation ist, dann die Herzstimulationsvorrichtung 10 so konfiguriert sein, dass sie den Schnellgangreizungs-Einstellfaktor weder nach oben noch nach unten nachstellt. Auch kann der vorgegebene Betrag, um den der Schnellgangreizungsspielraum erhöht wird, sich von dem unterscheidet, um den er herabgesetzt wird. Auch die vorgegebenen Beträge können je nach der gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate oder je nach dem gegenwärtigen Schnellgangreizungs-Stellfaktor variieren. Wenn der Schnellgangreizungsspielraum gegenwärtig auf 20 ppm eingestellt ist, kann der Faktor beispielsweise um einen größeren Betrag erhöht oder herabgesetzt werden, als wenn der Schnellgangreizungsspielraum gegenwärtig auf zwei oder drei ppm festgesetzt war. Wenn die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate (d.h. die Summe der gegenwärtigen, intrinsischen Herzrate und dem gegenwärtigen Schnellgangreizungsspielraum) besonders hoch ist, können die vorgegebenen Beträge entsprechend ebenfalls verhältnismäßig hoch eingestellt werden. Es ist auch zu beachten, dass der Schnellgangreizungsspielraum gelegentlich negativ sein kann. Wie zu erkennen ist, kann ein großer Bereich von Alternativen in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung vorgesehen sein.
Ein anderes, spezielles Beispiel der Technik von 5 wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In diesem speziellen Beispiel führt die Herzstimulationsvorrichtung 10 eine dynamische, atriale Schnellgangreizungstechnik durch, bei der die Detektion einer einzigen P-Welle eine sofortige, signifikante Erhöhung in der Schnellgangreizungsrate auslöst und bei der nach einer Erhöhung die Stimulationszykluslänge periodisch ausgedehnt wird, um die Schnellgangreizungsrate allmählich zu reduzieren. Mehr speziell arbeitet die dynamische, atriale Schnellgangtechnik wie folgt. Die Herzstimulationsvorrichtung 10 überwacht die Atrien des Herzens und detektiert P-Wellen und erhöht in Antwort auf die Detektion einer einzigen P-Welle die Schnellgangreizungsrate um einen programmierbaren Inkrementwert, der davon abhängt, ob die gegenwärtige Schnellgangreizungs-Basisrate sich befindet innerhalb: 1) eines Schnellgangregimes mit niedrigerer Rate (LRO) von zwischen 25 bis 59 ppm, 2) eines Schnellgangregimes mit mittlerer Rate (MRO) von zwischen 60 und 149 ppm oder 3) in einem Schnellgang mit oberer Rate (URO) von zwischen 150 und 185 ppm.
In dem LRO-Regime erhöht die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schnellgangreizungsrate mit jeder abgetasteten P-Welle um einen programmierbaren LRO-Inkrementwert, beispielsweise 5, 10, 15, 20 und 25 ppm. In dem URO-Regime erhöht die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schnellgangreizungsrate mit jeder abgetasteten P-Welle um einen programmierbaren URO-Inkrementwert, beispielsweise 5 oder 10 ppm. (Typischweise wird der LRO-Inkrementwert auf einen hohen Wert, beispielsweise 25 ppm programmiert, während das URO-Inkrement auf einen niedrigen Wert, beispielsweise 5 ppm, programmiert wird.) In dem MRO-Regime erhöht die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schnellgangreizungsrate mit jeder abgetasteten P-Welle um ein MRO-Inkrement, das ein Mischwert zwischen dem LRO-Inkrement und dem URO-Inkrement ist. Das MRO-Inkrement ist gleich dem LRO-Inkrement, wenn die Basisrate 60 ppm ist. Das MRO-Inkrement variiert graduell, wenn die Basisrate in dem Bereich von 60 ppm bis 150 ppm liegt, bis das Inkrement gleich dem URO-Inkrement ist, wenn die Basisrate gleich 150 ppm ist.
Die Herzstimulationsvorrichtung 10 setzt auch eine dynamische Ratenerholungstechnik ein, bei der die Schnellgangbasisrate herabgesetzt wird, wenn eine vorgegebene Anzahl von Stimulationszyklen auch ohne jegliche, detektierfe P-Wellen auftritt. Die vorgegebene Anzahl der Zyklen und der Betrag der Verminderung sind beide programmierbar. Der Betrag der Verminderung variiert je nachdem, ob die Basis-Schnellgangreizungsrate innerhalb von einem der beiden Regime liegt. Die spezielle Arbeitsweise der Herzstimulationsvorrichtung 10 in den verschiedenen Regimen wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.
Als Beispiel des Betriebs in dem LRO-Regime wird, wenn die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate 45 ppm ist, der LRO-Inkrementwert 5 ppm ist und eine P-Welle erfasst wird, die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate sofort auf 50 ppm erhöht. Wenn die P-Welle von einer intrinsischen, atrialen Aktivität auftritt, die mit einer Rate von 53 bpm auftritt, dann wird eine zweite P-Welle detektiert, bevor ein stimulierter Schlag erzeugt werden kann (weil die Schnellgangbasisrate immer noch unterhalb der intrinsischen Rate ist). Folglich wird eine weitere P-Welle detektiert, und die Schnellgangreizungsrate erhöht sich auf 55 ppm.
Als ein anderes Beispiel des Betriebs in dem LRO-Regime wird, wenn die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate 55 ppm ist, das LRO-Inkrement 25 ppm ist, das URO-Inkrement 5 ppm ist und der Patient einen SVT-Zustand bei 160 bpm erfährt, sodann die Schnellgangreizungsrate um 25 ppm bei jedem abgetasteten, atrialen Schlag erhöht, bis die Schnellgangreizungsrate 60 ppm übersteigt. Sodann beginnen jegliche weiteren Inkremente bei etwas weniger als dem LRO-Inkrement von 25 ppm, und sie werden graduell auf das URO-Inkrement von 5 ppm reduziert, wenn die Schnellgangreizungsrate 150 ppm übersteigt.
Um eine Ratenerholung zu erreichen, zählt die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Anzahl der stimulierten Pulse, die bei einer gegenwärtigen Schnellgangreizungsrate abgegeben werden, und, wenn die Zahl der Zyklen einen Schwellenwert N_MAX übersteigt, setzt die Herzstimulationsvorrichtung 10 die Schnellgangreizungsrate durch Erhöhen einer Stimulationszykluslänge (CL) gleich der Zeitdauer zwischen individuellen Stimulationspulsen herab. N_MAX ist vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 32 Zyklen programmierbar. Wenn somit N_MAX auf 10 Zyklen programmiert ist, und wenn die Schnellgangreizungsrate während 10 Zyklen konstant geblieben ist, wird die CL um einen programmierbaren Ratenerholungswert erhöht. Auf diese Weise nimmt die Schnellgangreizungsrate graduell ab, solange keine intrinsische Aktivität detektiert wird. Immer dann, wenn eine intrinsische, atriale Aktivität abgetastet wird, wird der N_MAX zugeordnete Rechner zurückgesetzt, und die Schnellgangreizungsrate wird in Übereinstimmung mit den bereits beschriebenen Techniken inkrementell erhöht. Beispielhafte, programmierbare CL-Inkrementwerte sind:
Millisekunden/Zyklus

6;13
6;19
13;19
19;25

Erkennbar bewirkt ein Anstieg in der Stimulationszykluslänge eine entsprechende Verminderung in der Schnellgangreizungsrate. In dem Vorstehenden stellt der erste Wert die Erhöhung von CL in Millisekunden pro Zyklus dar, die verwendet werden soll, wenn die gegenwärtige Basisrate über 100 ppm ist. Der zweite Wert stellt die Erhöhung der CL in Millisekunden pro Zyklus dar, der verwendet werden soll, wenn die gegenwärtige Basisrate 100 ppm oder weniger ist. Somit werden zwei Basis-CL-Inkrementregime verwendet.
In einem speziellen Ratenerholungsbeispiel wird, wenn die gegenwärtige Schnellgangreizungsrate 102 ppm ist, die intrinsische, atriale Rate 90 ppm ist, und die dynamischen Ratenerholungswerte auf 6;19 Millisekunden/Zyklus programmiert sind, die Stimulationszykluslänge nach jeweils N_MAX wie folgt herabgesetzt:

(1) 595 Millisekunden (101 ppm)

(2) 601 Millisekunden (100 ppm)

(3) 620 Millisekunden (97 ppm)

(4) 639 Millisekunden (94 ppm)

(5) 658 Millisekunden (91 ppm)
Somit verwendet die Herzstimulationsvorrichtung 10 eine dynamische, atriale Schnellgangtechnik, die eine Schnellgang-Basisrate sehr unmittelbar in Antwort auf die Detektion einer intrinsischen, atrialen Aktivität (d.h. P-Wellen) erhöht und eine Ratenerholungstechnik liefert, um die Schnellgangreizungsrate zu reduzieren, wenn die Schnellgangreizung nicht mehr benötigt wird. Das Maß an Inkrement oder Dekrement für die Schnellgangreizungs-Basisrate hängt, wie oben beschrieben wurde, von dem gegenwärtigen Basisratenregime ab. Zusätzliche Änderungen an der Schnellgangreizungsrate können auf der Detektion von prä-atrialen Kontraktionen (PAC) oder anderen intrinsischen Ereignissen abhängen.
Bei der Technik von 7 wird N_MAX adaptiv verändert, um ein Zielmaß von Reizung aufrecht zu erhalten. Anfänglich gibt an den Schritt 600 die Herzstimulationsvorrichtung 10 sowohl eine anfängliche Stimulationszykluslänge (CL) als auch N_MAX von einem Speicher 602 ein. CL kann beispielsweise eine Sekunde (entsprechend einer Schnellgangreizungsrate von 60 ppm) sein, und N_MAX kann beispielsweise anfänglich auf zehn eingestellt sein.
An dem Schritt 604 liefert die Herzstimulationsvorrichtung 10 wiederholt Schnellgangreizungspulse an das Herz entsprechend dem dynamischen, atrialen Schnellgangalgorithmus ab, der oben beschrieben wurde und bei dem CL automatisch nach jeweils N_MAX-Pulsen verlängert wird, um gelegentlich die Detektion von intrinsischen Herzschlägen oder anderen intrinsischen Aktivitäten zu ermöglichen. Während der Schritt 604 durchgeführt wird, führt die Herzstimulationsvorrichtung 10 zusätzlich die Schritte 606–616 wie folgt durch. Die Herzstimulationsvorrichtung zählt die Anzahl der stimulierten Schläge und der nichtstimulierten Schläge entweder während einer vorgegebenen Zeitdauer oder während einer vorgegebenen Anzahl von Pulsen und berechnet dann den Prozentsatz von stimulierten Pulsen an den Schritt 606. Ein Zielmaß an Stimulation wird an den Schritt 608 von einem Speicher 610 eingegeben, und an dem Schritt 612 bestimmt die Herzstimulationsvorrichtung 10, ob der tatsächliche Prozentsatz der Stimulation größer ist als der Zielprozentsatz der Stimulation. Wenn ja, wird N_MAX um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise einem Zyklus, an dem Schritt 614 vermindert. Wenn nein, wird N_MAX um einen vorgegebenen Betrag, beispielsweise einen Zyklus, an dem Schritt 616 erhöht. Danach wird die Schnellgangreizung von der Herzstimulationsvorrichtung 10 während des Schritts 604 unter Verwendung des nachgestellten Wertes von N_MAX durchgeführt. Nach mehreren Wiederholungen der Schritte 604–616 wird das tatsächliche Maß der Stimulation im wesentlichen auf oder nahe bei dem Zielmaß der Stimulation gehalten, so dass eine übermäßige Schnellgangreizung verhindert wird, während die Anzahl der nicht-stimulierten Schläge auf ein Minimum herabgesetzt wird. In diesem Zusammenhang wird N_MAX herabgesetzt, wenn der tatsächliche Prozentsatz der Stimulation größer ist als der Zielprozentsatz der Stimulation, so dass eine mehr unmittelbare Detektion eines intrinsischen Pulses ermöglicht wird, von dem eine neue, intrinsische Herzrate bestimmt wird. Indem eine unmittelbarere Detektion eines nächsten, intrinsischen Schlages gestattet wird, kann die Schnellgangreizungsrate dadurch entsprechend dem dynamischen, atrialen Schnellgangalgorithmus so eingestellt werden, dass sie enger mit der intrinsischen Rate übereinstimmt. Durch Erhöhung von N_MAX, wenn der tatsächliche Prozentsatz der Stimulation sich als weniger als 95 % herausstellt, vergeht dagegen eine längere Zeitdauer, bevor ein nächster, intrinsischer Puls detektiert wird, so dass die erneute Nachstellung der Schnellgangreizungsrate verzögert wird. Dies kann im allgemeinen in einer höheren Schnellgangreizungsrate resultieren. Unabhängig davon, ob die Nachstellungen von N_MAX eine Erhöhung oder eine Verminderung der gesamten, mittleren Schnellgangreizungsrate zur Folge haben, arbeiten die Nachstellungen von N_MAX in jedem Fall typischerweise dahingehend, dass der Prozentsatz der stimulierten Schläge etwa bei dem Zielprozentsatz gehalten wird, und dass die oben erwähnten Vorteile erreicht werden.
In einem anderen speziellen Beispiel der Technik von 5 verwendet die implantierbare Herzstimulationsvorrichtung 10 eine Technik, um die Basisrate der Herzstimulationsvorrichtung 10 auf der Basis von zirkadischen Rhythmen des Patienten zu modulieren. Die Technik zum Modulieren der Basisrate ist in einem US-Patent Nr. 5 476 483 an Bomzin et al. beschrieben. Entsprechend der Technik des Bomzin et al. Patents wird kurz gesagt die Basisrate, die einer Transferfunktion eines ratenabhängigen Herzschrittmachers zugeordnet ist, moduliert. Messungen mit aktivem Sensor werden verwendet, um Messungen von Aktivitätsveränderungen abzuleiten, die ihrerseits verwendet werden, um die Basisstimulationsrate zu modulieren. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Histogramm verwendet, um die Messungen zu Aktivitätsänderungen zu speichern, die während einer Periode von etwa einer Woche gesammelt worden sind. Ein Histogramm wird verwendet, um einen Schwellenwert der Aktivitätsschwankungen abzuleiten, der mit aktuellen Messungen der Aktivitätsschwankungen verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Patient schläft. Wenn angenommen wird, dass der Patient schläft, wird die Stimulationsrate auf eine Rate eingestellt, die bequem den niedrigen, metabolischen Bedarf des Patienten während des Schlafs befriedigt. In alternativen Ausführungsbeispielen werden die Messungen der Aktivitätsschwankungen auf eine Steigung der Basisrate angewendet, um die Basisstimulationsrate zu modulieren.
Somit kann die Basisrate moduliert werden, und als solches kann der Prozentsatz der Zeit, in der unterlegte, intrinsische P-Wellen während einer Messperiode detektiert werden können, dadurch eingestellt werden, dass die Basisrate entsprechend den oben beschriebenen, adaptiven Techniken adaptiv eingestellt wird. Bei einer ordnungsgemäßen Auswahl von geeigneten, adaptiven Einstellungswerten (wenn die Herzstimulationsvorrichtung ein atriales Escapeintervall ausdehnt, um die Detektion einer unterlegten, intrinsischen P-Welle zu ermöglichen), begrenzt die eingestellte Basisrate die Ausdehnung des Escapeintervalls, so dass die Basisrate tatsächlich höher ist als die darunterliegende atriale Rate. Folglich gibt es wenige auftretende P-Wellen, wenn überhaupt. Insbesondere werden die Parameterschlafrate und BPR-Steigung in der Gleichung 9 des Bomzin et al. Patents adaptiv so eingestellt, dass ein Zielmaß der Stimu lation erreicht wird. Eine Erhöhung der Schlafrate und der BPR-Steigung hat die Wirkung, dass die Basisrate erhöht wird und dass damit der Prozentsatz der atrialen Stimulation erhöht wird.
Was beschrieben wurde, sind verschiedene Techniken zur Schnellgangreizung einschließlich Techniken zur adaptiven Einstellung von programmierbaren Schnellgangreizungswerten, um ein gewünschtes oder Zielmaß an Schnellgangreizung aufrecht zu erhalten oder, um jegliche andere, erwünschte Charakteristik der Schnellgangreizung beizubehalten. Die Schnellgangreizungstechniken wurden primär unter Bezugnahme auf Flussdiagramme beschrieben, die die Schritte zeigen, die durch die Komponenten einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung durchgeführt werden. Jeder Verfahrensschritt der Flussdiagramme stellt zusätzliche eine funktionale Komponente zur Durchführung des Verfahrensschritts dar. Die funktionale Komponente kann individuelle Hardware-Vorrichtungen oder Software-Komponenten umfassen. In einigen Fällen kann eine einzige funktionale Komponente zwei oder mehrere Verfahrensschritte ausführen. In anderen Fällen können zwei oder mehrere funktionale Komponenten in Kombination einen einzigen Verfahrensschritt ausführen. Im allgemeinen können die hier beschriebenen Techniken unter Verwendung von einer beliebigen, geeigneten Technologie, beispielsweise Hardware, Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.

Claims

System zur Schnellgangreizung eines Herzens unter Verwendung einer implantierbaren Herzstimulationsvorrichtung, die zum Anschluss an ein Patientenherz konfiguriert ist, wobei das System umfasst: Mittel zur Bestimmung einer Schnellgangrate; Mittel zur Schnellgangreizung des Herzens bei der Schnellgangrate; Mittel zum Detektieren intrinsischer Herzschläge, die während der Schnellgangreizung auftreten; Mittel, die auf die Detektion von wenigstens zwei intrinsischen Herzschlägen innerhalb einer ersten vorgegebenen Messperiode auftreten, um die Schnellgangrate durch ein vorgegebenes Rateninkrement zu erhöhen; und Mittel, die auf die Detektion von nicht mehr als einem Herzschlag in einer zweiten vorgegebenen Messperiode ansprechen, um die Schnellgangrate um ein vorgegebenes Ratendekrement zu verringern.
System nach Anspruch 1, worin die erste vorgegebene Messperiode sich über eine erste vorgegebene Zahl von Schnellgangzyklen erstreckt.
System nach Anspruch 2, worin die erste vorgegebene Messperiode mit einem ersten detektierten, intrinsischen Herzschlag beginnt, und worin die erste vorgegebene Messperiode zwischen acht und vierzig Zyklen inklusive beträgt.
System nach Anspruch 2, worin die erste vorgegebene Messperiode mit einem ersten stimulierten Herzschlag beginnt, und worin die erste vorgegebene Messperiode 10 Zyklen beträgt.
System nach Anspruch 1, worin die zweite vorgegebene Messperiode nach einer Erhöhung der Schnellgangrate beginnt und worin die zweite vorgegebne Messperiode vorzugsweise zwischen 8 und 40 Zyklen inklusive beträgt.
System nach Anspruch 1, worin das vorgegebene Rateninkrement ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend 5, 10, 15, 20 und 25 Pulse pro Minute (PpM) und/oder worin das vorgegebene Ratendekrement ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend 1, 2, 3, 4 und 5 PpM.
System nach Anspruch 1, worin die Mittel zur Bestimmung der Schnellgangrate umfassen: Mittel zur Bestimmung einer Sinusrate; und Mittel zur Einstellung der Schnellgangrate derart, dass sie gleich der Sinusrate ist.
System nach Anspruch 7, worin die Mittel zur Bestimmung der Sinusrate ausgebildet ist, um: wenigstens drei aufeinander folgende Sinus P-Wellen zu detektieren; ein gemitteltes Intervall zwischen den P-Wellen zu bestimmen; und die Sinusrate auf der Grundlage des gemittelten Intervalls zu berechnen.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt deren periodischen erneuten Bestimmung der Schnellgangrate durch: Aussetzen der Schnellgangreizung; Detektieren von wenigstens drei aufeinander folgenden P-Wellen, während die Schnellgangreizung aufgehoben ist; Bestimmung der auf den neuesten Stand gebrachten Sinusrate basierend auf wenigstens drei aufeinander folgenden P-Wellen; und Einstellen der Schnellgangrate basierend auf der auf den neusten Stand gebrachten Sinusrate.
System nach Anspruch 1, wenn die Mittel zur Bestimmung der Schnellgangrate umfassen: Mittel zur Bestimmung einer atrialen Rate und Mittel zur Einstellung der Schnellgangrate derart, dass sie gleich der atrialen Rate, wobei die Mittel zur Bestimmung einer atrialen Rate vorzugsweise ausgebildet sind, um: eine auf den neuesten Stand gebrachte, atriale Rate periodisch zu bestimmen; die auf den neusten Stand gebrachte, atriale Rate mit einer gegenwärtigen Schnellgangrate zu vergleichen; und die Schnellgangrate erneut so einzustellen, dass sie gleich der auf den neuesten Stand gebrachten atrialen Rate ist, wenn die auf den neuesten Stand gebrachte atriale Rate die gegenwärtige Schnellgangrate um einen vorgegebenen Betrag übersteigt.
System bei einem der vorhergehenden Ansprüche ferner umfassend: Mittel zum Empfangen von Programmiersteuerwerten, die Schnellgangreizungscharakteristiken spezifizieren; Mittel zur Erzeugung von Schnellgangpulsen zur Anwendung an das Patientenherz entsprechend den Steuerwerten; Mittel zur Bestimmung eines tatsächlichen Maßes der Schnittmachersteuerung, das aus den Schnellgangpulsen resultiert; und Mittel zum Variieren der Steuerwerte basierend auf dem Maß der Schrittmachersteuerung, die aus den Schnellgangpulsen resultiert.
System nach Anspruch 11, bei dem die Mittel zum Empfangen der Programmiersteuerwerte einen Parameter empfängt, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine Schnellgangrate, eine Zykluslänge der Schnellgangreizung, einer Anzahl von Schrittmacherpulsen, die vor einer Verlängerung der Schrittmacherzykluslänge anzuwenden sind, ein Betrag der Zeit vor einer Schrittmacherzykluslängenerhöhung, einer Anzahl von nicht stimulierten Schlägen, die vor einer Schrittmacherzykluslängenerhöhung detektiert werden, eine Größe des Rateninkrements, einer Größe des Ratendekrements, eine Dauer des Messfensters, eine Basisrate des Schrittmachers und eine sensormodulierte Basisrate umfasst.
System nach Anspruch 11, indem die Mittel zur Bestimmung eines aktuellen Maßes der Schrittmachersteuerung, die aus Schnellgangpulsen resultiert, umfassen: Mittel zur Bestimmung der Anzahl der Herzschläge, die während einer Periode der Schnellgangreizung auftreten; Mittel zur Bestimmung einer Anzahl von nicht stimulierten Herzschläge, die während der Periode der Schnellgangreizung auftreten, und; Mittel zur Berechnung des aktuellen Maßes der Schrittmachersteuerung basierend auf einem Vergleich der Anzahl der Herzschläge und der Anzahl der auf den neusten Stand gebrachten Herzschläge, die während einer Periode der Schnellgangreizung auftreten, und wobei die Mittel zur Berechnung vorzugsweise ausgebildet sind, um eine Prozentzahl der stimulierten Herzschläge aus der gesamten Anzahl der stimulierten Herzschläge und der nicht stimulierten Herzschläge zu bestimmen.
System nach Anspruch 11, bei dem die Mittel zum Verändern der Steuerwerte basierend auf dem gegenwärtigen Maß der Schrittmachersteuerung umfassen: Mittel zum Eingeben eines Zielwertes, der ein Zielmaß der Schrittmachersteuerung repräsentiert; Mittel zum Vergleichen des tatsächlichen Maßes der Schrittmachersteuerung mit dem Zielmaß der Schrittmachersteuerung; und Mittel zum Einstellen der Schnellgangreizungswerte, um eine Differenz, wenn überhaupt, zwischen dem tatsächlichen Maß der Schrittmachersteuerung und dem Zielmaß der Schrittmachersteuerung zu reduzieren und, worin vorzugsweise die Steuerwerte, die die Schnellgangreizungscharakteristiken repräsentieren, eine Schrittmacher-Zykluslänge und eine Anzahl von Schrittmacherpulsen umfasst, die vor einer Schrittmacher-Zykluslängenverlängerung angewendet werden; und worin die Mittel zur Erzeugung von Schnellgangpulsen umfassen: Mittel zum Zählen einer Anzahl von Schrittmacherpulsen; und Mittel zum Erhöhen der Schrittmacher-Zykluslänge, wenn ein Zählerstand der Anzahl der Schrittmacherpulse den Parameter übersteigt, der für die Anzahl der Schrittmacherpulse repräsentativ ist, die vor einer Schrittmacher-Zykluslängenverlängerung angewendet werden, und worin vorzugsweise die Mittel zum Variieren der Steuerwerte umfassen: Mittel zum Erhöhen der Anzahl der Schrittmacherpulse, die vor einer Schrittmacher-Zykluslängenverlängerung angewendet werden, wenn das tatsächliche Maß der Herzreizung geringer als der Zielwert der Herzreizung ist; und Mittel zum Vermindern der Anzahl der Schrittmacherpulse, die vor einer Schrittmacher-Zykluslängenverlängerung angewendet werden, wenn das tatsächliche Maß der Herzreizung mehr als das Zielmaß der Schrittmachersteuerung beträgt.
Implantierbare Herzstimulationsvorrichtung umfassend ein System, wie es in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, und in dem die Mittel zur Bestimmung einer Schnellgangrate ausgebildet sind, um die Schnellgangrate um ein vorgegebenes Ratendekrement zu vermindern, wenn wenigstens zwei intrinsische Herzschläge nicht detektiert werden oder wenn alternativ keine intrinsischen Herzschläge innerhalb einer zweiten vorgegebenen Messperiode von den Mitteln zum Erfassen der intrinsischen Herzschläge detektiert werden.