DE60023108T2

DE60023108T2 - Wiederaufladeschaltungsanordnung zur Mehrstellenstimulation von Körpergewebe

Info

Publication number: DE60023108T2
Application number: DE60023108T
Authority: DE
Inventors: A. Brian BLOW; E. Jean HUDSON; B. Michael TERRY
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: US6324425B1; WO2001036045A1; EP1140286B1; EP1140286A1; DE60023108D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bereitstellen mehrerer zeitlich dicht beabstandeter elektrischer Stimulationsimpulse an lebendes Gewebe durch mehrere reaktive Stimulationswege zum Wiederaufladen der Stimulationswege, um Polarisations-Nachpotentiale vor der Abgabe anschließender Stimulationsimpulse an dieselben Stimulationswege zu vermindern, und insbesondere Herzstimulationssysteme zum Bereitstellen zeitlich dicht beabstandeter Stimulationsimpulse an die rechte und die linke Herzkammer in ausgelösten Stimulationsmodi, während ein Wiederaufladen der Stimulationswege in einer so kurz wie möglichen Zeit bereitgestellt wird.
Bei kranken Herzen mit Leitungsfehlern und bei einer kongestiven Herzinsuffizienz (CHF) werden Herzdepolarisationen, die in einer oberen oder unteren Herzkammer natürlich auftreten, nicht zeitgerecht entweder innerhalb der Herzkammer oder zur anderen oberen oder unteren Herzkammer geleitet. In solchen Fällen kontrahieren die rechte und die linke Herzkammer nicht in optimaler Synchronität miteinander, und die Herzleistung leidet infolge der Leitungsfehler. Zusätzlich treten spontane Depolarisationen des linken Atriums oder des linken Ventrikels an ektopischen Foki in diesen linken Herzkammern auf, und die natürliche Aktivierungssequenz wird grob gestört. In solchen Fällen verschlechtert sich die Herzleistung, weil die Kontraktionen der rechten und der linken Herzkammer nicht ausreichend synchronisiert sind, um Blut aus ihnen auszustoßen. Überdies können erhebliche Leitungsstörungen zwischen dem rechten und dem linken Atrium zu einem Flattern oder einer Fibrillation im linken Atrium führen.
Es wurde vorgeschlagen, dass verschiedene Leitungsstörungen, die sowohl eine Bradykardie als auch eine Tachykardie einer Herzkammer einschließen, von Stimulationsimpulsen profitieren könnten, die an mehreren Elektrodenstellen in oder um eine einzige Herzkammer oder in der rechten und der linken Herzkammer synchron mit einer Depolarisation angewendet werden, die an zumindest einer der Elektrodenstellen erfasst wurde. Es wird angenommen, dass die Herzleistung des Atriums und des linken Ventrikels, insbesondere bei Patienten, die an einer dilatierten Kardiomyopathie und einer CHF leiden, erheblich verbessert werden kann, wenn die Synchronität der linken und der rechten Kammer wiederhergestellt wird.
Es wurde eine Anzahl von Vorschlägen gemacht, um Stimulationstherapien zum Lindern dieser Zustände und zum Wiederherstellen einer synchronen Depolarisation und Kontraktion einer einzigen Herzkammer oder einer rechten und linken, oberen und unteren Herzkammer bereitzustellen, wie in Einzelheiten in den auf die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patenten 5 403 356, 5 797 970 und 5 902 324 und in 5 720 768 und 5 792 203 beschrieben ist. Die Vorschläge, die in den US-Patenten 3 937 226, 4 088 140, 4 548 203, 4 458 677, 4 332 259 auftreten, sind in den US-Patenten 4 928 688 und 5 674 259 zusammengefasst. Die Vor teile des Bereitstellens einer Erfassung an Stimulations-/Erfassungselektroden, die sich sowohl in der rechten als auch in der linken Herzkammer befinden, sind in den Patenten mit den Endnummern 688 und 259 sowie in den US-Patenten 4 354 497, 5 174 289, 5 267 560, 5 514 161 und 5 584 867 adressiert.
Die medizinische Literatur offenbart auch eine Anzahl von Verfahren zum Bereitstellen einer biatrialen und/oder biventrikulären Stimulation, wie dargelegt ist in Daubert u.a., "Permanent Dual Atrium Pacing in Major Intra-atrial Conduction Blocks: A Four Years Experience", PACE (Band 16, Teil II, NASPE Abstract 141, S. 885, April 1993), Daubert u.a., "Permanent Left Ventricular Pacing With Transvenous Leads Inserted Into The Coronary Veins", PACE (Band 21, Teil II, S. 239–245, Januar 1998), Cazeau u.a., "Four Chamber Pacing in Dilated Cardiomyopathy", PACE (Band 17, Teil II, S. 1974–1979, November 1994) und Daubert u.a., "Renewal of Permanent Left Atrial Pacing via the Coronary Sinus", PACE (Band 15, Teil II, NASPE Abstract 255, S. 572, April 1992).
Probleme tauchen bei der Implementation der Mehrstellenstimulation in einer einzigen Herzkammer oder bei der Stimulation der rechten und der linken Herzkammer in Zusammenhang mit herkömmlichen Zeitgeber- und Steuersystemen zum Feststellen von Erfassungsereignissignalen, die von Messverstärkern erzeugt werden, welche mit beabstandeten Stimulations-/Erfassungselektroden gekoppelt sind, auf. Das Anwenden zeitlich dicht beabstandeter Stimulationsimpulse auf die rechte und die linke Herzkammer oder an beabstandeten Stellen in derselben Herzkammer und die Erfassung geleite ter Depolarisationen werden durch andere Aktionen kompliziert, die nach der Abgabe von Stimulationsimpulsen vorgenommen werden müssen, um zu ermöglichen, dass Messverstärker in möglichst kurzer Zeit wieder mit den Erfassungs-/Stimulationselektroden verbunden werden.
Typischerweise wird ein ins Negative gehender oder kathodaler Spannungsstimulationsimpuls auf eine aktive Stimulations-/Erfassungselektrode mit einer kleinen Oberfläche angewendet, die typischerweise die Spitzenelektrode einer endokardialen Leitung ist, die am Herzgewebe verankert ist. Der Stimulationsimpuls wird durch die exponentielle Entladung eines Ausgangskondensators durch die Impedanzlast im Stimulationsweg, der einen Kopplungskondensator, die Stimulationselektroden und das Herzgewebe des Patienten zwischen den Stimulationselektroden einschließt, erzeugt.
Unmittelbar nach der Abgabe eines Stimulationsimpulses an Herzgewebe verbleibt ein restliches Nachstimulations-Polarisationssignal (oder "Nachpotential") infolge der restlichen Energie in der Impedanzlast, in die der Ausgangskondensator entladen wird, um den Stimulationsimpuls abzugeben, im Stimulationsweg. Die Impedanzlast an den Anschlüssen des Ausgangsverstärkers umfasst die Impedanz des Kopplungskondensators, des Leitungskabels bzw. der Leitungskabel, die Impedanzen des Gewebe-Elektrode-Übergangs und die Impedanz des Körpergewebes zwischen den aktiven Elektroden und den Blindelektroden. Die Impedanzen des Körpergewebes und des Leitungskabels bzw. der Leitungskabel können als ein einfacher Reihen-Volumenwiderstand modelliert werden, wobei die Gewebe-Elektrode-Übergänge und jegliche Kopplungskondensatoren als die reaktiven Energie ab sorbierenden bzw. abgebenden Elemente der Gesamtlast verbleiben. Es gibt typischerweise zwei Gewebe-Elektrode-Übergänge in einem Stimulationsweg, nämlich einen an der aktiven Spitzenelektrode und einen an der Blind-Ringelektrode (oder am IPG-Gehäuse oder an der IPG-"Dose"). Die an diesen Grenzflächen und jeglichen Kopplungskondensatoren gespeicherte Energie dissipiert nach dem Stimulationsimpuls durch die Stimulationsweg-Impedanzlast, wodurch das Nachpotential erzeugt wird, das an jeder Elektrode erfasst werden kann, und die Fähigkeit der Messverstärker zum Erfassen natürlicher oder stimulierter Herzereignisse beeinflusst wird. Die Spitzenelektrode ist, verglichen mit den Gehäuse- und Ringelektroden, das primäre Nachpotential-Speicherelement. Eine Blind-Ringelektrode speichert typischerweise infolge der unterschiedlichen Elektrodenflächen mehr Energie als eine Dosenelektrode.
Bei herkömmlichen Stimulationssystemen werden die Messverstärker während der Abgabe des Stimulationsimpulses und für einen programmierten Austastzeitraum danach "ausgetastet", d.h. von den Stimulations-/Erfassungselektroden entkoppelt, bis die Operation der Repolarisation der Gewebe-Elektrode-Übergänge stattfindet. Die meisten gegenwärtigen Schrittmacher-Ausgangsverstärkerschaltungen beinhalten eine "Schnelle Wiederauflade"-Schaltungsanordnung zum Kurzschließen des Stimulationswegs und zum aktiven Dissipieren oder Entgegenwirken von Nachpotentialen während des Austastens der Eingangsanschlüsse des Messverstärkers, um die Zeit zu verkürzen, die andernfalls erforderlich wäre, um Nachpotentiale zu dissipieren. Eine schnelle Wiederauflade-Schaltungsanordnung und -Operationen sind in den auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patenten 4 406 286, 5 782 880 und in der deutschen Offenlegungsschrift 196 15 159 beschrieben. Die Hauptzwecke des Bereitstellens eines Wiederaufladevorgangs bestehen darin zu gewährleisten, dass der Kopplungskondensator bzw. die Kopplungskondensatoren vor der Abgabe des nächsten Stimulationsimpulses durch ihn bzw. durch sie auf einen insignifikanten Spannungspegel oder ein Gleichgewicht wiederaufgeladen wird bzw. werden, und darin zu ermöglichen, dass sich der Netto-Gleichstrom im Stimulationsweg bei null einschwingt, um die Erfassung im selben Stimulationsweg oder die Verwendung von einer der Stimulations-/Erfassungselektroden dieses Stimulationswegs zu erleichtern.
Im Fall der Doppelkammerstimulation des im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 324 beschriebenen Typs ist es beispielsweise erwünscht, erste und zweite Stimulationsimpulse durch unabhängige Ausgangsverstärkerschaltungen mit geringen Abständen, welche nach Vorschlag lediglich 0 ms bis 80 ms betragen, abgeben zu können. Wir haben entdeckt, dass die Stimulationsentlade- und Wiederaufladeschaltungen für jeden solchen Stimulationsimpuls einander überlappen können und unter bestimmten Umständen eine gekoppelte Stimulation stören können. Diese Interferenz kann die Abgabe gleichzeitiger Stimulationsimpulse verhindern und die minimale Verzögerung zwischen der Abgabe der Stimulationsimpulse an die rechte und die linke Kammer auf die Wiederaufladezeit für den ersten abgegebenen Stimulationsimpuls begrenzen.
Ähnliche Probleme ergeben sich bei der Abgabe dicht benachbarter Stimulationsimpulse an mehrere Stellen in derselben Herzkammer und beim Wiederaufladen der mehreren Stimulationswege. Des weiteren ergeben sich diese Probleme beim Bereitstellen mehrerer zeitlich dicht benachbarter elektrischer Stimulationsimpulse an lebendes Gewebe durch mehrere reaktive Stimulationswege, wobei das Wiederaufladen der Stimulationswege erforderlich ist, um Polarisations-Nachpotentiale vor der Abgabe nachfolgender Stimulationsimpulse an dieselben Stimulationswege zu vermindern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum wiederholten Abgeben erster und zweiter dicht benachbarter elektrischer Stimulationsimpulse an lebendes Gewebe durch einen ersten und einen zweiten reaktiven Stimulationsweg und zum Wiederaufladen der Stimulationswege zum Vermindern von Polarisations-Nachpotentialen vor der Abgabe anschließender Stimulationsimpulse an dieselben Stimulationswege bereit, mit:
Mitteln zum Anwenden bzw. Anlegen des ersten Stimulationsimpulses auf einen ersten Stimulationsweg,
Mitteln zum zeitlichen Bestimmen einer Auslöseverzögerung von dem ersten Stimulationsimpuls,
Mitteln zum Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf einen zweiten Stimulationsweg beim Ablaufen der Auslöseverzögerung und
Mitteln zum Wiederaufladen des ersten und des zweiten Stimulationswegs für vorgegebene Wiederaufladezeiträume nach dem Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf den zweiten Stimulationsweg.
In Zusammenhang mit den voranstehend beschriebenen Problemen bei der Abgabe dicht benachbarter Stimulationsimpulse bezieht sich die vorliegende Erfindung gemäß einer spezifischen Ausführungsform auf das Bereitstellen von Stimulationssystemen an mehreren Stellen und in der rechten und der linken Herzkammer, welche eine breite Auswahl von Stimulations- und Erfassungswegen oder -vektoren mit getrennten oder gemeinsam verwendeten Blindelektroden ermöglichen und das Wiederaufladen der Stimulationswege in möglichst kurzer Zeit ermöglichen.
Die Wiederaufladevorgänge gemäß der vorliegenden Erfindung kommen bei einer bevorzugten Ausführungsform ins Spiel, wenn eine Doppelkammerstimulation aufgerufen wird, um Stimulationsimpulse an die rechte und die linke Herzkammer abzugeben, welche durch eine ausgelöste Stimulationsverzögerung, die den Wiederaufladezeitraum überlappt, d.h. kürzer ist als dieser, getrennt sind. In einem abgeschnittenen Wiederauflademodus wird der erste Stimulationsimpuls durch den ersten Stimulationsweg abgegeben und wird das Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs für die Dauer der ausgelösten Stimulationsverzögerung begonnen. Anschließend wird der zweite Stimulationsimpuls abgegeben, und der zweite Stimulationsweg wird für eine zweite Wiederaufladeperiode wiederaufgeladen. Das Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs wird gleichzeitig mit dem Abschluss der zweiten Wiederaufladeperiode oder nach dieser ausgeführt. In einem aufgeschobenen und sequenziellen Modus wird das Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs bis nach der Abgabe des zweiten Stimulationsimpulses und dem Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs aufgeschoben. In ei nem gleichzeitigen Stimulationsmodus findet das Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs nach der Abgabe des zweiten Stimulationsimpulses und gleichzeitig mit dem Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs statt.
Die vorliegende Erfindung sieht Wiederaufladesequenzen vor, die auf eine große Vielfalt anderer Stimulationssysteme oder anderer Stimulatoren für menschliches Gewebe angewendet werden können, welche dicht benachbarte Stimulations- oder andere stimulierende Impulse in Stimulationswegen oder stimulierenden Wegen bereitstellen, welche ein Wiederaufladen vor der Abgabe eines nachfolgenden Stimulationsimpulses oder stimulierenden Impulses erfordern.
Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die nur als Beispiel dienen, in Zusammenhang mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten identische Strukturen angeben, besser verständlich werden.
1 zeigt eine Darstellung der idealisierten Wellenform eines typischen an das Herz des Patienten abgegebenen Stimulationsimpulses und des Nachpotentials, das nach Beendigung des Stimulationsimpulses bestehen bleibt.
2 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein atriales und biventrikuläres Dreikanal-Stimulationssystem dargestellt ist, in dem die vorliegende Erfindung bevorzugt implementiert wird.
3 zeigt ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm ei ner Ausführungsform einer IPG-Schaltungsanordnung und zugeordneter Leitungen, die in dem System aus 2 verwendet werden, um drei Stimulationskanäle bereitzustellen, die zur selektiven Stimulation und zum selektiven Erfassen von Depolarisationen des rechten und des linken Ventrikels synchron mit der Stimulation und der Erfassung von Depolarisationen der Atria selektiv programmiert werden.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm von Komponenten der IPG-Schaltungsanordnung aus 3 zum Abgeben eines Stimulationsimpulses durch einen Stimulationsweg und zum Wiederaufladen einer Kopplungskapazität des Stimulationswegs nach der Abgabe des Stimulationsimpulses.
5 ist ein umfassendes Flussdiagramm, in dem die Betriebsmodi der IPG-Schaltungsanordnung aus 3 dargestellt sind.
Die 6A–6B zeigen ein Flussdiagramm, in dem die Schritte zum Abgeben ventrikulärer Stimulationsimpulse nach Ablauf einer AV-Verzögerung in 4 dargestellt sind.
Die 7A–7C zeigen ein Flussdiagramm, in dem die Schritte zum Abgeben ventrikulärer Stimulationsimpulse nach einem ventrikulären Erfassungsereignis während des Ablaufens einer AV-Verzögerung oder des V-A-Escapeintervalls in 4 dargestellt sind.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, in dem Fehlerbedingungen dargestellt sind, die während der Abgabe dicht benachbarter Stimulationsimpulse und während des Wiederaufladens entsprechend 1 auftreten.
Die 9–12 zeigen Wiederauflademodi gemäß der vorliegenden Erfindung zum Vermeiden der Fehlerbedingungen der 8.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf als Beispiel dienende Ausführungsformen zum Verwirklichen der Erfindung Bezug genommen. Es sei bemerkt, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit einem Mehrkanal-Stimulationssystem offenbart, das im bedarfsweise arbeitenden Stimulationsmodus, im Stimulationsmodus mit atrialer Verfolgung und im ausgelösten Stimulationsmodus arbeitet, um die Synchronität von Depolarisationen und Kontraktionen der linken und der rechten Herzkammer wiederherzustellen und dadurch eine Bradykardie in diesen Kammern zu behandeln. Die Erfindung wird nachstehend in Zusammenhang mit einem Dreikanal-Stimulationssystem beschrieben, das einen AV-synchronen Betriebsmodus aufweist, um die Synchronisation der oberen und der unteren Herzkammer und die Depolarisationssynchronität der rechten und der linken Ventrikelkammer wiederherzustellen. Die Erfindung kann jedoch auch in einem Zweikanal- oder Vierkanal-Stimulationssystem des im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 324 offenbarten Typs verwirklicht werden. Überdies kann die Erfindung in einem Schrittmacher verwirklicht werden, der eine Stimulation und Erfassung an mehreren beabstandeten Stimulations-/Erfassungselektrodenstellen in einer einzigen Herzkammer bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet Komplikationen, die sich aus dem Wiederaufladen der Kopplungskapazitäten und dem Dissipieren von Gewebeimpedanzladungen, die nach der Abgabe eines Stimulationsimpulses verbleiben, ergeben, um die Stimulations-/Erfassungselektroden zur Erfassung und Stimulation unter Verwendung von Regeln zur Abgabe von Stimulationsimpulsen und zum Wiederaufladen des Stimulationswegs, abhängig von der Auswahl der Stimulations- und Erfassungselektrodenpaare und der ausgelösten V-V-Stimulationsverzögerung zwischen abgegebenen Doppelkammer-Stimulationsimpulsen, vorzubereiten.
Es sei auch bemerkt, dass das Wiederaufladesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in ein Antitachyarrhythmiesystem aufgenommen werden kann, das spezifische Hochfrequenzstimulations- und Kardioversionsschocktherapien zur Bereitstellung stufenweiser Therapien zur Behandlung einer diagnostizierten Arrhythmie aufweist. Des weiteren kann das Wiederaufladesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in andere Gewebestimulatoren implementiert werden, die wiederholt erste und zweite dicht beabstandete elektrische Stimulationsimpulse an lebendes Gewebe durch erste und zweite reaktive Stimulationswege, die eine Wiederaufladung benötigen, abgeben.
1 zeigt einen ins Negative gehenden oder kathodalen Spannungsstimulationsimpuls (PP), der an eine aktive Stimulations-/Erfassungselektrode mit einer kleinen Oberfläche angelegt wird, welche typischerweise die Spitzenelektrode einer am Herzgewebe verankerten Endokardleitung ist, wie beispielsweise in 2 dargestellt ist. Der Stimulationsimpuls PP wird durch die exponentielle Entladung eines Ausgangskondensators durch die Impedanzlast in dem einen Kopplungskondensator, die Stimulationselektroden und das Herzgewebe des Patienten zwischen den Stimulationselektroden einschließenden Stimulationsweg erzeugt. Die Spitzen- (d.h. die am stärksten negative) Stimulationsimpuls-Spannungsamplitude an der ansteigenden Flanke ist in 1 als V_pk bezeichnet. Die Amplitude V_pk an der ansteigenden Flanke fällt ab, wenn der Kondensator über die Impulsbreite t_pw aufgeladen wird. Die Stimulationsimpulsbreite von PP ist mit t_pw bezeichnet, und sie entspricht dem Zeitintervall, während dessen der Ausgangskondensator mit den aktiven Elektroden und Blindelektroden durch den Stimulationsweg gekoppelt ist. Die an einem Punkt 250 μs hinter dem Anfang von PP gemessene Stimulationsimpulsamplitude ist in 1 als V_p bezeichnet.
Nach einer Verzögerung t_dpt wird der Stimulationsweg während des Wiederaufladezeitraums t_r kurzgeschlossen, um das Dissipieren der Polarisations-Nachpotentiale zu ermöglichen. Die abfallende Wiederaufladespannungswelle RP mit einer geregelten Spitzenspannung V_r kann während des Wiederaufladezeitraums t_r über den Stimulationsweg beobachtet werden. Der mit der aktiven Elektrode gekoppelte Messverstärker und andere Messverstärker im Stimulationssystem sind während einer Austastperiode t_b, die etwas länger ist als der Wiederaufladezeitraum t_r, ausgetastet. Der Wiederaufladezeitraum t_r muss möglicherweise 10–30 ms fortgesetzt werden, um den Stimulationsweg wiederaufzuladen, d.h. um die restlichen Nachpotentiale zu dissipieren.
2 ist eine schematische Darstellung eines implantierten Dreikanal-Herzschrittmachers der vorstehend erwähnten Typen zum Wiederherstellen von AV-synchronen Kontraktionen der atrialen und ventrikulären Kammern und einer gleichzeitigen oder sequenziellen Stimulation des rechten und des linken Ventrikels. Der Schrittmacher-IPG 14 ist zwischen der Haut und den Rippen subkutan in den Körper eines Patienten implantiert. Drei endokardiale Leitungen 16, 32 und 52 verbinden den IPG 14 mit dem RA, dem RV bzw. dem LV. Jede Leitung weist mindestens einen elektrischen Leiter und eine Stimulations-/Erfassungselektrode auf, und eine ferne bzw. entfernte Blindelektrode 20 ist als Teil der Außenfläche des Gehäuses des IPGs 14 ausgebildet. Wie nachstehend beschrieben wird, können die Stimulations-/Erfassungselektroden und die ferne Blindelektrode 20 (IND_CAN-Elektrode) selektiv verwendet werden, um eine Anzahl unipolarer und bipolarer Stimulations-/Erfassungselektrodenkombinationen für Stimulations- und Erfassungsfunktionen bereitzustellen. Die dargestellten Positionen in der rechten und der linken Herzkammer und um diese herum dienen lediglich als Beispiel. Des weiteren können andere Leitungen und Stimulations-/Erfassungselektroden an Stelle der dargestellten Leitungen und Stimulations-/Erfassungselektroden verwendet werden, die dafür eingerichtet sind, an Elektrodenstellen am RA, am LA, am RV und am LV oder in Bezug auf diese angeordnet zu werden.
Die dargestellte bipolare endokardiale RA-Leitung 16 ist durch eine Vene in die RA-Kammer des Herzens 10 geführt, und das distale Ende der RA-Leitung 16 ist durch einen Befestigungsmechanismus 17 an der RA-Wand befestigt. Die bipolare endokardiale RA-Leitung 16 ist mit einem In-Line-Verbinder 13 versehen, der in eine bipolare Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 passt, welcher mit einem Paar elek trisch isolierter Leiter innerhalb des Leitungskörpers 15 gekoppelt ist und mit der distalen Spitzen-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 19 und der proximalen Ring-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 21 verbunden ist. Die Abgabe atrialer Stimulationsimpulse und die Messung atrialer Erfassungsereignisse wird zwischen der distalen Spitzen-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 19 und der proximalen Ring-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 21 ausgeführt, wobei die proximale Ring-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 21 als eine Blindelektrode (IND_RA) wirkt. Alternativ könnte eine unipolare endokardiale RA-Leitung die dargestellte bipolare endokardiale RA-Leitung 16 ersetzen und mit der IND_CAN-Elektrode 20 verwendet werden. Andernfalls kann eine von der distalen Spitzen-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 19 und der proximalen Ring-RA-Stimulations-/Erfassungselektrode 21 mit der IND_CAN-Elektrode 20 zur unipolaren Stimulation und/oder Erfassung verwendet werden.
Die bipolare endokardiale RV-Leitung 32 wird durch die Vene und die RA-Kammer des Herzens 10 und in den RV geführt, wo ihre distale Ringelektrode 38 und ihre Spitzen-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 40 im Apex durch einen herkömmlichen distalen Befestigungsmechanismus 41 befestigt werden. Die RV-Leitung 32 ist mit einem In-Line-Verbinder 34 versehen, der in eine bipolare Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 gepasst ist, welcher mit einem Paar elektrisch isolierter Leiter innerhalb des Leitungskörpers 36 gekoppelt ist und mit der distalen Spitzen-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 40 und der proximalen Ring-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 38 verbunden ist, wobei die proximale Ring-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 38 als eine Blindelektrode (IND_RV) wirkt. Alternativ könnte eine unipolare endokardiale RV-Leitung die dargestellte bipolare endokardiale RV-Leitung 32 ersetzen und mit der IND_CAN-Elektrode 20 verwendet werden. Andernfalls kann eine von der distalen Spitzen-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 40 und der proximalen Ring-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 38 mit der IND_CAN-Elektrode 20 zur unipolaren Stimulation und/oder zur unipolaren Erfassung verwendet werden.
Bei dieser dargestellten Ausführungsform wird eine unipolare endokardiale LV CS-Leitung 52 durch eine Vene und die RA-Kammer des Herzens 10 in den CS und dann inferior in ein Zweiggefäß der großen Vene 48 geführt, um die distale LV CS-Stimulations-/Erfassungselektrode 50 entlang der LV-Kammer zu erstrecken. Die LV CS-Leitung 52 ist mit einem Einzelleitungskörper 56 mit einem kleinen Durchmesser versehen, der mit dem Verbinder 54 am proximalen Ende gekoppelt ist, welcher in eine Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 passt. Ein Unipolarleitungskörper 56 mit einem kleinen Durchmesser ist ausgewählt, um die distale LV CS-Stimulations-/Erfassungselektrode 50 tief in einer Vene zu verankern, die inferior von der großen Vene 48 abzweigt.
Die distale LV CS-Stimulations-/Erfassungselektrode 50 kann mit der proximalen Ring-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 38 oder der IND_CAN-Elektrode 20 zur unipolaren Stimulation und/oder Erfassung gepaart werden. Alternativ kann die distale LV CS-Stimulations-/Erfassungselektrode 50 mit der distalen Spitzen-RV-Stimulations-/Erfassungselektrode 40 zur Erfassung am RV und am LV gepaart werden, wie nachstehend beschrieben wird. Zusätzlich kann die LV CS-Leitung 52 eine bipolare endokardiale Leitung mit einer LV-Ringelektrode 58 aufweisen, die proximal zur distalen Spitzenelektrode 50 angeordnet ist, wie in 3 dargestellt ist und nachstehend weiter beschrieben wird, um eine maximale Flexibilität bei der Auswahl von Stimulations- und Erfassungselektrodenpaaren für die LV-Stimulation und Erfassung zu ermöglichen.
Überdies könnte bei einer Vierkammerausführungsform die LV CS-Leitung 52 eine proximale LA CS-Stimulations-/Erfassungselektrode oder ein Paar von LA CS-Stimulations-/Erfassungselektroden tragen, die entlang dem Leitungskörper positioniert sind, so dass sie im Koronarsinus CS mit größerem Durchmesser neben dem LA liegen. In diesem Fall würde der Leitungskörper 56 zwei oder drei elektrisch isolierte Leiter aufweisen, die von der proximaleren LA CS-Stimulations-/Erfassungselektrode ausgehen und in einem bipolaren oder tripolaren Leiter 54 enden.
Diese beschriebenen RA- und LA- und RV- und LV-Stimulations-/Erfassungsleitungen und Elektrodenorte dienen lediglich als Beispiele für mögliche Leitungen und Elektrodenorte, die bei der Verwirklichung dieser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Es sei bemerkt, dass ein oder mehrere der anderen Typen von endokardialen und epikardialen Leitungen und Stimulations-/Erfassungselektroden, die sich in der rechten und der linken Kammer des Herzens oder um diese herum befinden, jene ersetzen können, die in 2 dargestellt sind und vorstehend beschrieben wurden.
Typischerweise werden bei Stimulationssystemen des in 2 dargestellten Typs die vorstehend als "Stimulations-/Erfassungselektroden" bezeichneten Elektroden sowohl für Stimulations- als auch für Erfassungsfunktionen verwendet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können diese "Stimulations-/Erfassungselektroden" ausgewählt werden, um ausschließlich als Stimulations- oder Erfassungselektroden verwendet zu werden oder um gemeinsam als Stimulations-/Erfassungselektroden in programmierten Kombinationen zum Erfassen von Herzsignalen und zum Abgeben von Stimulationsimpulsen entlang Stimulations- und Erfassungsvektoren verwendet zu werden. Getrennte oder gemeinsam verwendete Blindelektroden zur Stimulation und Erfassung können auch bei Stimulations- und Erfassungsfunktionen festgelegt werden. Zur Vereinfachung sind in der folgenden Beschreibung getrennt Stimulations- und Erfassungselektrodenpaare festgelegt.
3 zeigt atriale und ventrikuläre Leitungen 16, 32 und 52, die mit einer IPG-Schaltung 300 mit programmierbaren Modi und Parametern und einem Telemetrietransceiver eines auf dem Schrittmachergebiet bekannten DDDR-Typs gekoppelt sind. Die IPG-Schaltung 300 ist in einem Funktionsblockdiagramm dargestellt, das allgemein in eine Mikrocomputerschaltung 302 und eine Stimulationsschaltung 320 unterteilt ist. Die Stimulationsschaltung 320 weist die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330, die Ausgangsverstärkerschaltung 340 und die Messverstärkerschaltung 360 sowie eine Anzahl anderer Schaltungen und Komponenten, die nachstehend beschrieben werden, auf.
Eine Kristalloszillatorschaltung 338 führt der Stimulationsschaltung 320 den Grundzeittakt zu, während die Batterie 318 Leistung zuführt. Eine Einschalt-Rücksetzschaltung 336 reagiert auf die anfängliche Verbindung der Schaltung mit der Batterie, um einen anfänglichen Betriebszustand zu definieren, und sie setzt in ähnlicher Weise den Betriebszustand der Vorrichtung in Reaktion auf die Erfassung eines Batterieschwächezustands zurück. Eine Referenzmodusschaltung 326 erzeugt eine stabile Spannungsreferenz und Ströme für die Analogschaltungen innerhalb der Stimulationsschaltung 320, während die Analog-Digital-Wandler-ADC-und-Multiplexerschaltung 328 analoge Signale und Spannungen digitalisiert, um eine Echtzeittelemetrie von Herzsignalen von Messverstärkern 360 zur Aufwärtsübertragung über eine RF-Sender- und Empfängerschaltung 332 bereitzustellen. Die Spannungsreferenz- und Vorspannungsschaltung 326, die ADC-und-Multiplexerschaltung 328, die Einschalt-Rücksetzschaltung 336 und die Kristalloszillatorschaltung 338 können beliebigen von jenen entsprechen, die gegenwärtig in heute vertriebenen implantierbaren Herzschrittmachern verwendet werden.
Falls der IPG auf einen frequenzadaptierenden Modus programmiert ist, werden die von einem oder mehreren physiologischen Sensoren ausgegebenen Signale als ein Frequenzsteuerparameter (RCP) zum Ableiten eines physiologischen Escapeintervalls verwendet. Beispielsweise wird das Escapeintervall proportional zu dem in der Patientenaktivitätssensor-(PAS)-Schaltung 322 in der dargestellten als Beispiel dienenden IPG-Schaltung 300 entwickelten Aktivitätsniveau des Patienten eingestellt. Der Patientenaktivitätssensor 316 ist mit dem Gehäuse 118 des implantierbaren Impulsgenerators gekoppelt und kann die Form eines piezoelektrischen Kristallwandlers annehmen, wie auf dem Fach gebiet wohlbekannt ist, und sein Ausgangssignal wird verarbeitet und als der RCP verwendet. Ein zeitlich festgelegtes Unterbrechungssignal, das beispielsweise alle zwei Sekunden auftritt, kann bereitgestellt werden, um zu ermöglichen, dass der Mikroprozessor 304 die Ausgabe der Aktivitätsschaltung PAS 322 analysiert und das im Stimulationszyklus verwendete grundlegende V-A-(oder A-A oder V-V)-Escapeintervall aktualisiert.
Die Datenübertragung zur externen Programmiereinrichtung und von dieser wird durch die Telemetrieantenne 334 und einen zugeordneten RF-Sender und Empfänger 332, der sowohl dazu dient, empfangene Abwärtstelemetrie zu demodulieren und Aufwärtstelemetrie zu senden, erreicht. Die Aufwärtstelemetriefähigkeiten umfassen typischerweise die Fähigkeit zum Übertragen gespeicherter digitaler Informationen, beispielsweise Betriebsmodi und Parameter, EGM-Histogramme und andere Ereignisse sowie Echtzeit-EGMs der atrialen und/oder ventrikulären elektrischen Aktivität und Markerkanalimpulse, die das Auftreten erfasster und stimulierter Depolarisationen im Atrium und im Ventrikel angeben, wie auf dem Gebiet der Schrittmacher wohlbekannt ist.
Der Mikrocomputer 302 enthält einen Mikroprozessor 304 und einen zugeordneten Systemtaktgeber 308 und einen an dem Prozessor vorhandenen RAM-Chip 310 sowie einen an dem Prozessor vorhandenen ROM-Chip 312. Zusätzlich weist die Mikrocomputerschaltung 302 einen getrennten RAM/ROM-Chip 314 auf, um zusätzliche Speicherkapazität bereitzustellen. Der Mikroprozessor 304 arbeitet normalerweise in einem Modus mit einem verringerten Leistungsverbrauch und ist unterbrechungsgetrieben. Der Mikroprozessor 304 wird in Reaktion auf definierte Unterbrechungsereignisse geweckt, welche unter anderem von Zeitgebern in der digitalen Zeitgeber-/Steuerschaltung 330 erzeugte A-TRIG-, RV-TRIG- und LV-TRIG-Signale sowie durch von der Messverstärkerschaltung 360 erzeugte A-EVENT-, RV-EVENT- und LV-EVENT-Signale einschließen können. Die spezifischen Werte der von der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 zeitlich ausgemessenen Intervalle und Verzögerungen werden von der Mikrocomputerschaltung 302 durch einen Daten- und Steuerbus 306 anhand einprogrammierter Parameterwerte und Betriebsmodi gesteuert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor 304 ein kundenspezifischer Mikroprozessor, der dafür eingerichtet ist, in der RAM/ROM-Einheit 314 gespeicherte Befehle in herkömmlicher Weise abzurufen und auszuführen. Es wird jedoch erwogen, dass auch andere Implementationen zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung geeignet sein können. Beispielsweise kann ein ab Lager erhältlicher, kommerziell verfügbarer Mikroprozessor oder eine ab Lager erhältliche, kommerziell verfügbare Mikrosteuereinrichtung oder eine festverdrahtete Logikschaltung für spezifische Anwendungen eines Kunden oder eine Schaltung vom Zustandsmaschinentyp die Funktionen des Mikroprozessors 304 ausführen.
Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 arbeitet unter der allgemeinen Steuerung des Mikrocomputers 302 zur Steuerung von Zeitfunktionen und anderen Funktionen innerhalb der Stimulationsschaltung 320, und sie weist einen Satz von Zeitsteuerungsschaltungen und zugeordneten Logikschaltungen auf, von denen bestimmte, die sich auf die vorliegende Er findung beziehen, dargestellt sind. Die dargestellten Zeitsteuerschaltungen umfassen Entlade-/Wiederaufladezeitgeber 364, V-V-Verzögerungszeitgeber 366, einen Zeitgeber 368 für natürliche Intervalle für das zeitliche Festlegen verstrichener V-EVENT-zu-V-EVENT-Intervalle oder V-EVENT-zu-A-EVENT-Intervalle, Escapeintervall-Zeitgeber 370 zum zeitlichen Festlegen von A-A-, V-A- und/oder V-V-Stimulations-Escapeintervallen, einen AV-Verzögerungsintervall-Zeitgeber 372 zum zeitlichen Festlegen von AV-Verzögerungen von einem vorhergehenden A-EVENT (SAV) oder A-TRIG (PAV), einen postventrikulären Zeitgeber 374 zum zeitlichen Festlegen postventrikulärer Zeiträume und einen Zeitgeber 376 für das obere Frequenzintervall (URI).
Der Mikrocomputer 302 steuert die Betriebsfunktionen der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 über den Daten- und Steuerbus 306, wobei er spezifiziert, welche Zeitintervalle verwendet werden, und zumindest die einprogrammierten Grundzeitintervalle festlegt. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 leitet diese Intervalle und Verzögerungen ein und misst diese zeitlich aus, um den Betrieb der atrialen und ventrikulären Messverstärker in der Messverstärkerschaltung 360 und der atrialen und ventrikulären Stimulationsimpulsgeneratoren in der Ausgangsverstärkerschaltung 340 zu steuern.
Die Nachereignis-Zeitgeber 374 messen die postventrikulären Zeiträume, die einem RV-EVENT oder LV-EVENT oder einem RV-TRIG oder LV-TRIG folgen, und die postatrialen Zeiträume, die einem A-EVENT oder A-TRIG folgen, zeitlich aus. Die Dauern der Nachereignis-Zeiträume können auch als im Mikrocomputer 302 gespeicherte programmierbare Parameter aus gewählt werden. Die postventrikulären Zeiträume umfassen die PVARP, eine postatriale ventrikuläre Austastperiode (PAVBP), eine ventrikuläre Austastperiode (VBP), eine ventrikuläre Refraktärperiode (VRP) und eine bedingte ventrikuläre Refraktärperiode (CVRP). Die postatrialen Zeiträume umfassen eine atriale Refraktärperiode (ARP), während derer ein A-EVENT ignoriert wird, um die AV-Verzögerung zurückzusetzen, und eine atriale Austastperiode (ABP), während derer die atriale Erfassung deaktiviert ist. Diese postatrialen Zeiträume laufen gleichzeitig mit dem Ablaufen der von einem A-EVENT oder einem A-TRIG eingeleiteten SAV- oder PAV-Verzögerung ab.
Es sei bemerkt, dass mit dem Einleiten der postatrialen Zeiträume und der AV-Verzögerungen im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einleiten oder dem Ende von A-EVENT oder A-TRIG oder im letztgenannten Fall mit dem Einleiten des Endes von A-PACE, das A-TRIG folgen kann, begonnen werden kann. Ähnlich kann mit dem Einleiten der postventrikulären Zeiträume und des V-A-Escapeintervalls im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einleiten oder dem Ende von V-EVENT oder V-TRIG oder im letztgenannten Fall mit dem Einleiten des Endes von V-PACE, das V-TRIG folgen kann, begonnen werden.
Der Mikroprozessor 304 berechnet wahlweise auch AV-Verzögerungen, postventrikuläre Zeiträume und postatriale Zeiträume, welche sich mit dem in Reaktion auf die RCP festgelegten sensorbasierten Escapeintervall und/oder mit der natürlichen atrialen Frequenz ändern. Die veränderlichen AV-Verzögerungen werden gewöhnlich als ein Bruchteil einer für die untere Stimulationsfrequenz fest gelegten maximalen AV-Verzögerung (d.h. das längste Escapeintervall) abgeleitet.
Die Ausgangsverstärkerschaltung 340 enthält einen RA-Stimulationsimpulsgenerator, einen RV-Stimulationsimpulsgenerator und einen LV-Stimulationsimpulsgenerator entsprechend beliebigen von jenen, die gegenwärtig in kommerziell vertriebenen Herzschrittmachern eingesetzt werden, welche eine atriale und ventrikuläre Stimulation bereitstellen. Zum Auslösen der Erzeugung eines RV-PACE- oder LV-PACE-Impulses erzeugt die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 ein RV-TRIG- oder LV-TRIG-Signal am Ende einer vom AV-Verzögerungsintervall-Zeitgeber 372 bereitgestellten AV-Verzögerung. Ähnlich erzeugt die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 zum Auslösen eines atrialen Stimulationsimpulses oder eines A-PACE-Impulses ein A-TRIG-Signal am Ende des von den Escapeintervall-Zeitgebern 370 zeitlich festgelegten V-A-Escapeintervalls. Die Ausgangsverstärkerschaltung 340 weist auch Schaltnetze zum Koppeln ausgewählter Stimulationsausgangspaare von den Leitungskabeln und der IND_CAN-Elektrode 20 mit dem RA-Stimulationsimpulsgenerator, dem RV-Stimulationsimpulsgenerator und dem LV-Stimulationsimpulsgenerator auf. Die Stimulations-/Erfassungselektrodenpaar-Auswahl- und Steuerschaltung 350 wählt Leitungskabel und zugeordnete Stimulationselektrodenpaare aus, die mit den atrialen und ventrikulären Ausgangsverstärkern innerhalb der Ausgangsverstärkerschaltung 340 zu koppeln sind, um eine RA-, RV- und LV-Stimulation zu erreichen, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Messverstärkerschaltung 360 enthält Messverstärker, die beliebigen derjenigen Messverstärker entsprechen, die ge genwärtig in kommerziell vertriebenen Herzschrittmachern zur atrialen und ventrikulären Stimulation und Erfassung verwendet werden. Wie im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 324 erwähnt ist, war es im Stand der Technik üblich, P-Zacken- und R-Zacken-Messverstärker sehr hoher Impedanz zu verwenden, um das Spannungsdifferenzsignal zu verstärken, das beim Durchgang einer Herzdepolarisation an den Messelektrodenpaaren erzeugt wird. Die Messverstärker hoher Impedanz verwenden eine hohe Verstärkung zum Verstärken der Signale niedriger Amplitude und beruhen auf Bandpassfiltern, einer Zeitbereichsfilterung und einem Amplitudenschwellenvergleich zum Unterscheiden einer P-Zacke oder einer R-Zacke von elektrischem Hintergrundrauschen. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 steuert die Empfindlichkeitseinstellungen der atrialen und ventrikulären Messverstärker 360.
Die Messverstärker werden vor, während und nach der Abgabe eines Stimulationsimpulses an beliebige der Stimulationselektroden des Stimulationssystems von den Erfassungselektroden entkoppelt, um eine Sättigung der Messverstärker zu vermeiden. Die Messverstärkerschaltung 360 weist Austastschaltungen zum Entkoppeln der ausgewählten Paare der Leitungskabel und der IND_CAN-Elektrode 20 von den Eingängen des RA-Messverstärkers, des RV-Messverstärkers und des LV-Messverstärkers während ABP, PVABP und VBP auf. Die Messverstärkerschaltung 360 weist auch Schaltnetze zum Koppeln ausgewählter Messelektroden-Leitungskabel und der IND_CAN-Elektrode 20 mit dem RA-Messverstärker, dem RV-Messverstärker und dem LV-Messverstärker auf. Wiederum wählt die Erfassungselektroden-Auswahl- und Steuerschaltung 350 Leiter und zugeordnete Erfassungselektrodenpaare aus, die mit den atrialen und ventrikulären Messverstärkern innerhalb der Ausgangsverstärkerschaltung 340 und der Messverstärkerschaltung 360 zu koppeln sind, um eine RA-, RV- und LV-Erfassung entlang gewünschten unipolaren und bipolaren Erfassungsvektoren zu erreichen.
Atriale Depolarisationen oder P-Zacken im A-SENSE-Signal, die von einem atrialen Messverstärker erfasst werden, führen zu einem A-EVENT-Signal, das zur digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 übermittelt wird. Ventrikuläre Depolarisationen oder R-Zacken im RV-SENSE-Signal, die von einem ventrikulären Messverstärker erfasst werden, führen zu einem RV-EVENT-Signal, das zur digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 übermittelt wird. In ähnlicher Weise führen von einem ventrikulären Messverstärker erfasste ventrikuläre Depolarisationen oder R-Zacken im LV-SENSE-Signal zu einem LV-EVENT-Signal, das zur digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 übermittelt wird. Die RV-EVENT-, LV-EVENT- und RA-EVENT-Signale können refraktär oder nichtrefraktär sein, und sie können unbeabsichtigt durch elektrische Rauschsignale oder fälschlicherweise geleitete Depolarisationswellen statt wahrer R- oder P-Zacken ausgelöst werden.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, in dem bestimmte Komponenten von jedem der Stimulationsausgangsverstärker dargestellt sind, die innerhalb der Ausgangsverstärkerschaltung 340 und des Stimulationswegs 100 enthalten sind, welche die Abgabe von A-PACE, RV-PACE und LV-PACE und das anschließende Wiederaufladen der Stimulationsweg-Lastimpedanz ausführen. Ein Ausgangskondensator 102 ist in jedem dieser Stimulationsausgangsverstärker enthalten und wird durch eine Ladeschaltung 104 in einer Weise, die detailliert in dem auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patent US-A-5 387 228 beschrieben ist, auf eine geregelte oder ungeregelte Spannung geladen. Der Ausgangskondensator 102 wird durch den Stimulationsweg 100 entladen, wenn ein TRIG-Signal und ein Blind-Schaltsteuersignal durch die Entlade-/Wiederauflade-Zeitsteuerschaltungen 364 während der Stimulationsimpulsbreite t_pw aus 1 zugeführt werden. Der Stimulationsweg 100 wird wiederaufgeladen, wenn das RECHARGE-Signal und ein Blind-Schaltsteuersignal während des Wiederaufladezeitraums t_r aus 1 erzeugt werden. Die Stimulations-/Erfassungselektroden-Auswahl- und Steuerschaltung 350 leitet das Blind-Schaltsteuersignal zum Schließen eines FET-Schalters für eine bestimmte Blindelektrode weiter, welches vom Arzt für das Stimulationselektrodenpaar in jedem Stimulationsweg 100 programmiert wird.
Der Stimulationsweg 100 weist den Kopplungskondensator 108, die aktive Spitzenelektrode 110 (welche durch die Spitzenelektrode 19, 40 oder 50 aus den 2 und 3 gegeben sein kann), die Blindelektrode 112 (welche eine beliebige von der Blind-Gehäuseelektrode 20 oder den Ringelektroden 21, 38 und 58 sein kann) und das Körpergewebe 114 zwischen der aktiven Elektrode 110 und der Blindelektrode 112 auf. Die Impedanzlast an den Anschlüssen 116 und 118 des Ausgangsverstärkers umfasst die Impedanz des Leitungskabels bzw. der Leitungskabel, die Impedanz des Gewebe-Elektrode-Übergangs und die Impedanz des Körpergewebes 114 zwischen der aktiven Elektrode 110 und der Blindelektrode 112.
Jeder Ausgangsverstärker umfasst einen Ausgangskondensator 102, einen Entlade-FET 120 und eine aktive Elektrode 110, die durch den Kopplungskondensator 108 und den Ausgangsanschluss 116 mit dem Entlade-FET 120 gekoppelt ist. Der Stimulationsweg 100 wird durch die programmierte Auswahl der Blindelektrode 112 vervollständigt.
Wenn der Ausgangskondensator 102 über den Stimulationsweg zu entladen ist, um einen Stimulationsimpuls auf den Stimulationsweg 100 zu geben, werden das TRIG-Signal (das ein A-TRIG-, RV-TRIG- oder LV-TRIG-Signal aus 3 sein kann) und Blind-Schaltsteuersignale für die Zeit t_pw der Stimulationsimpulsbreite erzeugt. Der Blindelektrodenschalter 122 wird durch die Stimulations-/Erfassungselektroden-Auswahl- und Steuerschaltung 350 geschlossen, und das TRIG-Signal schließt den Entlade-FET 120. Die Spannung am Ausgangskondensator wird über den Stimulationsweg 100 entladen, was zum Laden des Kopplungskondensators 108 und der Polarisation der anderen reaktiven Impedanzen des Stimulationswegs 100, die in Reihe geschaltet sind, führt.
Das RECHARGE-Signal wird nach der Verzögerung t_dpt aus 1 erzeugt und an den RECHARGE-FET 124 angelegt, um ihn während der Entladezeit t_r zu schließen. Die Polarisations-Nachpotentiale dissipieren über den Wiederaufladeweg, der den Stimulationsweg 100, den RECHARGE-FET 124 und die Widerstände 126 und 128 enthält. Das RECHARGE-Signal wird moduliert, um die Leitfähigkeit des FETs 124 so zu regeln, dass die Wiederaufladespannung V_r innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird.
Typischerweise liegt der Wiederaufladezeitraum t_r in der Größenordnung von 10–30 ms. Die Wiederaufladevorgänge gemäß der vorliegenden Erfindung kommen ins Spiel, wenn eine Doppelkammerstimulation aufgerufen wird, um Stimulationsimpulse der rechten und der linken Herzkammer abzugeben, die durch eine ausgelöste Stimulationsverzögerung getrennt sind, welche den Wiederaufladezeitraum überlappt. Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Nutzen bei dem in den 2 und 3 dargestellten biventrikulären Stimulationssystem, wie nachstehend näher beschrieben wird. Sie kann jedoch auch bei anderen Stimulationssystemen oder irgendeinem Stimulator für menschliches Gewebe, der Paare oder Züge von Stimulationsimpulsen abgibt, die eng miteinander gekoppelt sind, und bei welchen ein Wiederaufladen des Entladungswegs erforderlich ist, von Nutzen sein.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuerst der in dem Flussdiagramm aus 5 dargestellte allgemeine Betrieb der IPG-Schaltung 300 beschrieben. Die AV-Verzögerung wird in Schritt S100 eingeleitet, wenn in Schritt S134 eine P-Zacke außerhalb der Refraktärperiode an den ausgewählten RA-Erfassungselektroden (oder LA-Erfassungselektroden, falls vorhanden) während des V-A-Escapeintervalls (ein A-EVENT) erfasst wird oder in Schritt S118 ein A-PACE-Impuls an das ausgewählte atriale Stimulationselektrodenpaar abgegeben wird. Die AV-Verzögerung kann eine PAV- oder eine SAV-Verzögerung sein, was davon abhängt, ob sie bei einem A-PACE oder einem A-EVENT eingeleitet wird, und sie wird durch den SAV/PAV-Verzögerungszeitgeber 372 zeitlich festgelegt. Die SAV- oder PAV-Verzögerung wird bei einem von einem ventrikulären Messverstärker vor ihrem Ablauf ausgegebenen nicht refraktären RV-EVENT oder LV-EVENT beendet.
Die Nachereignis-Zeitgeber 374 werden ausgelöst, um die postventrikulären Zeiträume und das TRIG_PACE-Fenster zeitlich auszumessen, und der V-A-Escapeintervall-Zeitgeber 370 wird in Schritt S104 ausgelöst, um das V-A-Escapeintervall zeitlich auszumessen, falls die SAV- oder PAV-Verzögerungszeit in Schritt S102 ohne die Erfassung eines nichtrefraktären RV-EVENT oder LV-EVENT abläuft. Das TRIG_PACE-Fenster verhindert, dass ausgelöste Stimulationsmodi in Reaktion auf ein Erfassungsereignis zu früh in dem Escapeintervall auftreten.
Entweder ein programmiertes oder beide von dem RV-PACE- und dem LV-PACE-Impuls werden in Schritt S106 an ausgewählte RV- und LV-Stimulationselektrodenpaare abgegeben (wie in 5 dargestellt ist), und der V-A-Escapeintervall-Zeitgeber wird in Schritt S116 zeitlich beendet. Wenn sowohl der RV-PACE- als auch der LV-PACE-Impuls abgegeben werden, wird der erste als V-PACE1 bezeichnet und der zweite als V-PACE2 bezeichnet, und sie sind durch eine VP-VP-Verzögerung getrennt. Wie nachstehend mit Bezug auf die 6A–6B in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, kann, falls ein biventrikulärer Stimulationsmodus in Schritt S106 programmiert wird, er selektiv in einer Links-Rechts- oder einer Rechts-Links-Ventrikelstimulationssequenz programmiert werden, wobei der erste und der zweite abgegebene ventrikuläre Stimulationsimpuls durch getrennt programmierte VP-VP-Verzögerungen getrennt sind. Die VP-VP-Verzögerungen sind vorzugsweise zwischen nahezu 4 ms und etwa 80 ms programmierbar.
Zu Schritt S102 zurückkehrend sei bemerkt, dass die AV-Verzögerung beendet wird, falls ein RV-EVENT oder LV-EVENT (gemeinsam ein V-EVENT) durch den RV-Messverstärker oder den LV-Messverstärker in Schritt S108 erzeugt wird. Das zeitliche Bestimmen des V-A-Escapeintervalls und der postventrikulären Zeiträume werden in Schritt S110 in Reaktion auf das V-EVENT eingeleitet. In Schritt S112 wird festgestellt, ob ein ventrikulärer ausgelöster Stimulationsmodus als während der AV-Verzögerung wirksam programmiert ist. Falls einer auf Ein programmiert ist, wird er ausgeführt und in Schritt S114 beendet (7A–7B). Falls in Schritt S112 festgestellt wird, dass die biventrikuläre Stimulation nicht auf Ein programmiert ist, wird durch ein erfasstes nichtrefraktäres V-EVENT, das die AV-Verzögerung beendet, keine ventrikuläre Stimulation ausgelöst. Das zeitliche Ausmessen bzw. Bestimmen des TRIG_PACE-Fensters wird in Schritt S113 gleichzeitig mit dem zeitlichen Ausmessen des V-A-Escapeintervalls und der Nachereignis-Zeiträume in Schritt S110 begonnen.
Falls das atriale V-A-Escapeintervall durch den Zeitgeber 370 in Schritt S116 zeitlich beendet wird, ohne dass an dem ausgewählten Paar atrialer Erfassungselektroden ein nichtrefraktäres A-EVENT erfasst wird, wird der A-PACE-Impuls in Schritt S118 an dem ausgewählten RA-Stimulationselektrodenpaar ausgegeben. Die AV-Verzögerung wird in Schritt S120 auf PAV gesetzt, und die AV-Verzögerung wird durch den AV-Verzögerungszeitgeber 372 eingeleitet.
Falls in den Schritten S122 und S134 die Erzeugung eines nichtrefraktären A-EVENTs festgestellt wird, wird das V-A-Escapeintervall beendet. Die ABP und die ARP werden durch die Nachereignis-Zeitgeber 374 in Schritt S134 eingeleitet, die AV-Verzögerung wird in Schritt S138 auf SAV gesetzt, und die SAV-Verzögerung wird in Schritt S100 eingeleitet und durch den SAV/PAV-Verzögerungszeitgeber 372 zeitlich ausgemessen.
Unter der Annahme, dass angestrebt wird, die normale Aktivitätssequenz wiederherzustellen, werden eine programmierte SAV- und PAV-Verzögerung entsprechend einer normalen AV-Überleitungszeit vom AV-Knoten zum Hisschen Bündel verwendet, oder es werden eine berechnete SAV- und PAV-Verzögerung in Bezug auf die vorherrschende Sensorfrequenz oder erfasste natürliche Herzfrequenz berechnet und vom SAV/PAV-Verzögerungszeitgeber 372 verwendet.
Falls ein RV-EVENT oder ein LV-EVENT oder ein gemeinsames V-EVENT in Schritt S123 während des zeitlichen Bestimmens des V-A-Escapeintervalls an der RV-Spitzen-Erfassungselektrode und der LV-Erfassungselektrode (zur Vereinfachung als V-EVENT bezeichnet) erfasst wird, wird in Schritt S124 festgestellt, ob es sich um ein nichtrefraktäres V-EVENT oder ein refraktäres V-EVENT handelt. Falls das V-EVENT in Schritt S124 als ein refraktäres V-EVENT bestimmt wird, wird es im CVRP-Verarbeitungsschritt S126 verwendet, wie in WO01/08748 offenbart ist. Falls das V-EVENT in Schritt S124 als ein nichtrefraktäres V-EVENT bestimmt wird, werden das V-A-Escapeintervall und die postventrikulären Zeiträume in Schritt S128 neu eingeleitet.
In Schritt S130 wird festgestellt, ob ein ausgelöster Stimulationsmodus als während des V-A-Escapeintervalls wirksam programmiert ist. Falls einer auf Ein programmiert ist, wird er ausgeführt und in Schritt S132 beendet (6A–6B). Falls in Schritt S130 bestimmt wird, dass die ausgelöste Stimulation nicht auf Ein programmiert ist, wird während des V-A-Escapeintervalls keine ventrikuläre Stimulation durch das erfasste nichtrefraktäre V-EVENT ausgelöst. Das zeitliche Bestimmen des TRIG_PACE-Fensters wird in Schritt S131 gleichzeitig mit dem zeitlichen Bestimmen des V-A-Escapeintervalls und der Nachereignis-Zeiträume in Schritt S128 eingeleitet.
Die 6A–6B zeigen Schritt S106 in weiteren Einzelheiten, und die 7A–7B zeigen die Schritte S114 und S132 in weiteren Einzelheiten. Wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, kann, falls in Schritt S106 ein biventrikulärer VP-VP-Stimulationsmodus auf Ein programmiert wird, er selektiv in einer Links-Rechts- oder einer Rechts-Links-Ventrikelsequenz programmiert werden, wobei der erste und der zweite abgegebene ventrikuläre Stimulationsimpuls (V-PACE1 und V-PACE2) durch getrennt programmierte VP-VP-Verzögerungen getrennt sind. Falls in einem oder beiden der Schritte S114 und S132 ein biventrikulärer ausgelöster Stimulationsmodus auf Ein programmiert wird, kann er selektiv programmiert werden, um unmittelbar den Ventrikel zu stimulieren, von dem das V-EVENT erfasst wurde, oder auf einen festen oder programmierten Ventrikel programmiert werden, unabhängig davon, wo das V-EVENT mit einem V-PACE1 erfasst wird. Anschließend wird V-PACE2 erzeugt, um den anderen Ventrikel nach einer programmierten VS/VP-VP-Verzögerung synchron zu stimulieren. Andernfalls kann der ausgelöste Stimulationsmodus in einem oder beiden der Schritte S114 und S132 selektiv programmiert werden, um nur den anderen als den Ventrikel, von dem das V-EVENT er fasst wurde, nach getrennt programmierbaren VS-VP-Verzögerungen, abhängig von der Rechts-Links- oder der Links-Rechts-Sequenz, synchron mit V-PACE2 zu stimulieren. All diese VP-VP-, VS/VP-VP- und VS-VP-Verzögerungen sind vorzugsweise zwischen nahezu 0 ms und etwa 80 ms programmierbar.
Praktischerweise kann die minimale VS/VP-VP- und VP-VP-Verzögerung auf die Hälfte des Systemtaktzyklus gesetzt werden, um eine gleichzeitige Abgabe von RV-PACE- und LV-PACE-Impulsen zu vermeiden. Die Stimulationsimpulsbreite ist typischerweise zwischen etwa 0,5 ms und 2,0 ms programmierbar, und die Stimulationsimpulsamplitude ist typischerweise zwischen 0,5 und 7,5 Volt programmierbar. Der Systemtaktgeber stellt einen vollständigen Taktzyklus von etwa 8,0 ms bereit. Daher wird die minimale VP-VP-Verzögerung auf einen halben Taktzyklus oder etwa 4,0 ms gelegt.
Es ist erwünscht, RV-PACE- und LV-PACE-Impulse abgeben zu können, die sich in der Impulsbreite und der Amplitude unterscheiden, um sicherzustellen, dass die abgegebene Energie ausreicht, um die Herzkammer mitzunehmen, ohne dass übermäßig viel Energie verschwendet wird. Falls jedoch RV-PACE- und LV-PACE-Impulse mit unterschiedlicher Amplitude und Impulsbreite gleichzeitig an den rechten und den linken Ventrikel abgegeben werden, können sich Gleichstromwege zwischen den aktiven Elektroden entwickeln, welche fehlerhafte Leitungswege im Herzen hervorrufen können und zu einer Oxidation oder anderen Beeinträchtigung der Stimulations-/Erfassungselektroden führen können.
Zusätzlich nimmt der Arzt, wenn ein Stimulationssystem implantiert wird, eine Untersuchung des Patienten vor, um die Stimulationsenergie- und Erfassungsschwellen zu bestimmen, die ausreichen, um das Herz mitzunehmen, und um wahre P-Zacken und R-Zacken von Muskelartefakten und elektrischem Umgebungsrauschen zu unterscheiden. Falls LV-PACE- und RV-PACE-Impulse gleichzeitig abgegeben werden, kann es einen Strombeitrag von der aktiven Elektrode mit der höchsten Spannung, die den höchsten Spannungsimpuls abgibt, zur aktiven Elektrode mit der niedrigeren Spannung geben, die den niedrigeren Spannungsimpuls abgibt. Der Beitrag kann ausreichen, um die Stimulationsschwelle an der aktiven Elektrode mit der niedrigsten Spannung zu verringern. Dann kann der programmierte Modus zu einer späteren Zeit durch Beseitigen oder Verringern der Spannung des Stimulationsimpulses mit der höchsten Spannung geändert werden, und die Mitnahme kann an der aktiven Stimulationselektrode mit der niedrigsten Spannung verloren gehen.
Des weiteren ergeben sich unter bestimmten Kombinationen von Stimulationswegen und Stimulationsimpulsenergien andere Probleme, wenn das Wiederaufladen gleichzeitig nach V-PACE1 und V-PACE2 ausgeführt wird. Des weiteren können Probleme auftreten, falls V-PACE2 während des Wiederaufladens des Stimulationswegs abgegeben wird, an den V-PACE1 abgegeben wurde. 8 zeigt diese Fehlerbedingungen, die auftreten können, falls eine normale Wiederaufladesequenz von RECHARGE1 nach V-PACE1 und RECHARGE2 nach V-PACE2 gegeben ist. Folglich bietet die vorliegende Erfindung alternative Wiederaufladebereiche für die V-PACE1–V-PACE2-Szenarien unter bestimmten Bedingungen, wie in den Schritten aus 6 und 7A–7B dargelegt ist und wie in den 9–12 dargestellt ist.
Die 6A–6B sind ein Flussdiagramm, in dem Schritt S106 in größeren Einzelheiten dargestellt ist, welcher die Abgabe einzelner oder ausgelöster ventrikulärer Stimulationsimpulse nach Ablauf einer AV-Verzögerung in Schritt S102 ermöglicht. Die IPG-Schaltung 300 aus 3 kann programmiert werden, um entweder nur einen einzigen RV-PACE- oder LV-PACE-Impuls oder das Paar von RV-PACE- und LV-PACE-Impulsen, die durch die vom V-V-Verzögerungszeitgeber 366 zeitlich ausgemessene VP-VP-Verzögerung getrennt sind, abzugeben. Falls in Schritt S200 festgestellt wird, dass nur ein einziger RV-PACE- oder LV-PACE-Impuls programmiert ist, kann er in Schritt S202 abgegeben werden. Der Stimulationsimpuls wird typischerweise an der aktiven oder Kathoden-RV- oder LV-Spitzenelektrode 40 oder 50 und einer der verfügbaren Blindelektroden, die durch die Stimulationselektroden-Auswahl- und Steuerschaltung 350 programmiert und ausgewählt wird, abgegeben, wobei dies davon, welche im Stimulationssystem vorhanden sind, und vom gewünschten Stimulationsvektor abhängt. Die in 3 dargestellten Blindelektroden umfassen die IND_RV-Elektrode 38, die IND_CAN-Elektrode 20 und die IND_LV-Elektrode 58. Wenngleich eine von der RV-Spitzenelektrode 40 oder der LV-Spitzenelektrode 50 als die aktive Elektrode und die andere als die Blindelektrode programmiert werden könnte, ist es im allgemeinen nicht erwünscht, dies vorzunehmen, weil beide eine verhältnismäßig kleine Oberfläche aufweisen und es gewöhnlich wünschenswert ist, eine verhältnismäßig große Oberfläche der Blindelektrode bereitzustellen.
Falls in Schritt S202 nur ein einziger LV-PACE- oder RV-PACE-Impuls abgegeben wird, geschieht das Wiederaufladen des einzigen Stimulationswegs in Schritt S204 in normaler Weise.
Falls in Schritt S200 die VP-VP-Stimulation auf Ein programmiert wird, wird in Schritt S206 in der programmierten RV-LV- oder LV-RV-Sequenz V-PACE1 abgegeben. Wiederum wird der Stimulationsimpuls typischerweise an der aktiven oder Kathoden-RV- oder LV-Spitzenelektrode 40 oder 50 und einer der verfügbaren Blindelektroden, die durch die Stimulationselektroden-Auswahl- und Steuerschaltung 350 programmiert und ausgewählt wird, abgegeben, wobei dies davon, welche im Stimulationssystem vorhanden sind, und vom gewünschten Stimulationsvektor abhängt, wie vorstehend dargelegt wurde. V-PACE1 wird bei einer programmierten Impulsenergie abgegeben, die durch die programmierte Spannung und die programmierte Impulsbreite vorgeschrieben ist.
Das V-A-Escapeintervall und die postventrikulären Zeiträume werden in Schritt S208 in den Zeitgebern 370 und 374 zeitlich ausgemessen. In den V-V-Verzögerungszeitgeber 366 wird auch die programmierte VP-VP-Verzögerung geladen, und er beginnt in Schritt S208 mit dem zeitlichen Bestimmen. Falls der RV-PACE-Impuls V-PACE1 ist, wird eine programmierte VP-VP-Verzögerung im V-V-Verzögerungszeitgeber 366 zeitlich festgelegt. Der LV-PACE-Impuls wird als V-PACE2 typischerweise in Schritt S222 zwischen der aktiven LV-Stimulationselektrode 50 und der programmierten Blindelektrode abgegeben, nachdem die programmierte VP-VP-Verzögerung in Schritt S218 abgelaufen ist. Falls umgekehrt der LV-PACE-Impuls der erste ist, der als V-PACE1 abzugeben ist, wird eine programmierte VP-VP-Verzögerung im V-V-Verzögerungszeitgeber 366 zeitlich festgelegt. Der RV-PACE-Impuls wird dann typischerweise zwischen der aktiven RV-Stimulationselektrode 40 und der programmierten Blindelektrode in Schritt S222 aus 6A oder S236 aus 6B als V-PACE2 abgegeben, nachdem in Schritt S218 aus 6A oder Schritt S234 aus 6B der Ablauf der programmierten VP-VP-Verzögerung festgestellt wurde.
Zusätzlich werden andere Schritte ausgeführt, um die RECHARGE1- und RECHARGE2-Sequenzen zu steuern, wie in den 8–12 dargestellt ist. In Schritt S210 wird die VP-VP-Verzögerung mit der RECHARGE1-Periode verglichen. Typischerweise betragen die Perioden RECHARGE1 und RECHARGE2 etwa 20 ms, und die VP-VP-Verzögerungen sind zwischen 4 und 80 ms in Inkrementen von 4 ms programmierbar, wie in den 8–12 dargestellt ist. Falls demgemäß die VP-VP-Verzögerung 24 ms oder mehr beträgt, kann in den Schritten S212 und S234–S238 aus 6B der in 9 dargestellten normalen Wiederaufladesequenz gefolgt werden. In diesem Fall wird RECHARGE1 in Schritt S210 begonnen und abgeschlossen, die VP-VP-Verzögerung in Schritt S234 zeitlich ausgemessen, V-PACE2 in Schritt S236 abgegeben und RECHARGE2 in Schritt S238 begonnen und abgeschlossen. Nach Abschluss von RECHARGE2 springt das Programm in Schritt S238 zu Schritt S116 zurück, weil RECHARGE1 in Schritt S218 bereits abgeschlossen wurde. Demgemäß wird durch diese Schritte ein sequenzielles RECHARGE1 und RECHARGE2 bereitgestellt, falls die VP-VP-Verzögerung RECHARGE1 übersteigt.
Die 10–12 zeigen drei mögliche alternative Wiederauflade-Zeitmodi, die ausgeführt werden können, falls in Schritt S210 festgestellt wird, dass die VP-VP-Verzögerung kleiner als die RECHARGE1-Periode ist. Diese Wiederauflademodi umfassen einen abgeschnittenen Modus, einen aufgeschobenen und sequenziellen Modus und einen gleichzeitigen Modus. Es sei bemerkt, dass in einem einfacheren Algorithmus Schritt S210 und die Schritte aus 6B fortgelassen werden könnten, so dass einem der drei möglichen in den 10–12 dargestellten alternativen Wiederauflade-Zeitmodi, unabhängig von der Länge der VP-VP-Verzögerung, gefolgt werden könnte.
10 zeigt den abgeschnittenen Wiederauflademodus, wobei RECHARGE1 nach V-PACE1 begonnen wird, vor der Abgabe von V-PACE2 für die Dauer von RECHARGE2 aufgehoben wird und dann nach RECHARGE2 abgeschlossen wird. Der abgeschnittene Modus könnte bei jeder beliebigen programmierten VP-VP-Verzögerung verwendet werden, er kann jedoch am vorteilhaftesten sein, wenn die VP-VP-Verzögerung zwischen 8 und 20 ms, beispielsweise bei der dargestellten 8-ms-Verzögerung, liegt. Der abgeschnittene Modus kann stets auf Ein programmiert sein, oder er kann bei bestimmten programmierten VP-VP-Verzögerungen automatisch aufgerufen werden. RECHARGE1 wird in Schritt S216 begonnen, falls in Schritt S214 festgestellt wird, dass der abgeschnittene Modus eingeschaltet ist. RECHARGE1 wird in Schritt S220 aufgehoben, wenn in Schritt S218 und vor der Abgabe von V-PACE2 in Schritt S222 festgestellt wird, dass die VP-VP-Verzögerung auf Aus programmiert ist. Anschließend wird den Schritten S226–S230 gefolgt, um RECHARGE1 wiederaufzunehmen und abzuschließen, nachdem RECHARGE2 in Schritt S224 abgeschlossen wurde.
11 zeigt den aufgeschobenen und sequenziellen Wiederauflademodus, in dem RECHARGE1 nach V-PACE41 und durch die Abgabe von V-PACE2 für die Dauer von RECHARGE2 aufgeschoben wird und dann nach RECHARGE2 abgeschlossen wird. Der aufgeschobene und sequenzielle Wiederauflademodus könnte bei jeder programmierten VP-VP-Verzögerung zwischen 4 und 20 ms verwendet werden, er kann jedoch am vorteilhaftesten sein, wenn die VP-VP-Verzögerung recht kurz ist und beispielsweise wie dargestellt 4 ms beträgt. Der aufgeschobene und sequenzielle Modus ist ein Standardmodus der Sequenz der Schritte S210 und S214 aus 6A, wobei die VP-VP-Verzögerung kleiner als die RECHARGE1-Periode ist und der abgeschnittene und der gleichzeitige Wiederauflademodus ausgeschaltet sind. RECHARGE1 wird nicht vor Schritt S230 eingeleitet, nachdem in Schritt S228 festgestellt wurde, dass RECHARGE2 abgelaufen ist.
12 zeigt den gleichzeitigen Wiederauflademodus, in dem RECHARGE1 nach V-PACE1 und durch die Abgabe von V-PACE2 aufgeschoben wird und dann gleichzeitig mit RECHARGE2 abgeschlossen wird. Der gleichzeitige Wiederauflademodus könnte bei jeder beliebigen programmierten VP-VP-Verzögerung zwischen 4–20 ms verwendet werden, er kann jedoch auch nur unter bestimmten Bedingungen unter Verwendung gemeinsamer Blindelektroden und vergleichbarer V-PACE1- und V-PACE2-Impulsenergien verwendbar sein. Falls der gleichzeitige Modus in Schritt S226 auf Ein programmiert ist, wird RECHARGE1 begonnen und in Schritt S232 abgeschlossen, wobei dies gleichzeitig mit dem Beginn und Abschluss von RECHARGE2 in Schritt S224 erfolgt.
Sowohl der abgeschnittene Wiederauflademodus aus den Schritten S214, S216 und S220 als auch der gleichzeitige Wiederauflademodus aus den Schritten S226 und S232 könnten eingeschaltet sein, woraus sich ein teilweiser Abschluss von RECHARGE1 während der VP-VP-Verzögerung in Schritt S216 und ein vollständiger Abschluss in Schritt S232 ergeben.
Die 7A–7C sind ein Flussdiagramm, in dem die Schritte S114 und S132 aus 5 zum Abgeben durch ein ventrikuläres Erfassungsereignis in Schritt S108 während des Ablaufs einer AV-Verzögerung oder in Schritt S124 während des Ablaufs des V-A-Escapeintervalls ausgelöster ventrikulärer Stimulationsimpulse dargestellt sind. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Erfassung von R-Zacken sowohl im RV als auch im LV unter Verwendung mehrerer RV-SENSE- und LV-SENSE-Erfassungsachsen oder -Vektoren erreicht werden. Ein bipolarer RV-SENSE-Vektor (RV-Erfassungselektroden 38 und 40), ein unipolarer RV-SENSE-Vektor (RV-Spitzen-Erfassungselektrode 40 und IND_CAN-Elektrode 20) und ein unipolarer LV-SENSE-Vektor (LV-Erfassungselektrode 50 und IND_CAN-Elektrode 20), ein bipolarer LV-SENSE-Vektor (LV-Erfassungselektroden 50 und 58) sowie ein transventrikulärer, kombinierter RV-SENSE- und LV-SENSE-Vektor (RV-Spitzen-Erfassungselektrode 40 und LV-Erfassungselektrode 50) können programmiert werden. Die Auswahl der Erfassungsvektoren hängt vom Herzzustand und der Auswahl der Stimulationsimpulswege ab.
Die IPG-Schaltung 300 kann für jeden der Schritte S114 und S132 in einem von drei ausgelösten Stimulationsmodi, die als ausgelöste VS/VP-, VS/VP-VP- und VS-VP-Modi bezeichnet werden, getrennt programmiert werden. Im ausgelösten VS/VP- Stimulationsmodus wird ein V-PACE1 ohne Verzögerung bei einem RV-EVENT oder LV-EVENT an den RV- bzw. LV-Stimulationsweg abgegeben. Im ausgelösten VS/VP-VP-Stimulationsmodus wird V-PACE1 ohne Verzögerung bei einem RV-EVENT oder LV-EVENT an das ausgewählte RV- bzw. LV-Stimulationselektrodenpaar abgegeben, und V-PACE2 an das andere von dem ausgewählten LV- und RV-Stimulationselektrodenpaar abgegeben, nachdem die VS/VP-VP-Verzögerung abgelaufen ist. Im VS-VP-Stimulationsmodus leitet ein RV-EVENT oder das LV-EVENT das zeitliche Bestimmen einer VS-VP-Verzögerung ein, und ein einziger Stimulationsimpuls (als V-PACE2 bezeichnet) wird an das ausgewählte LV- bzw. RV-Stimulationselektrodenpaar abgegeben, wenn die VS-VP-Verzögerung abläuft.
Das durch ein vorhergehendes V-EVENT oder V-PACE eingeleitete TRIG_PACE-Zeitfenster muss in Schritt S300 abgelaufen sein, bevor irgendwelche ausgelösten ventrikulären Stimulationsimpulse abgegeben werden. Falls es nicht abgelaufen ist, kann keine ausgelöste Stimulation in Reaktion auf ein erfasstes V-EVENT abgegeben werden. Falls das TRIG_PACE-Fenster abgelaufen ist, wird es dann in Schritt S302 neu eingeleitet, und die programmierten ausgelösten Stimulationsmodi werden in den Schritten S304 und S334 geprüft.
Wenn in Schritt S304 bestimmt wird, dass die IPG-Schaltung 300 im ausgelösten VS/VP-VP-Modus programmiert ist, löst das RV-EVENT oder das LV-EVENT in Schritt S308 die sofortige Abgabe eines RV-PACE oder eines LV-PACE an dem programmierten bipolaren oder unipolaren RV- bzw. LV-Stimulationselektrodenpaar aus. Anschließend wird eine VS/VP-VP-Verzögerung in Schritt S308 eingeleitet und in Schritt S318 von 7A oder Schritt S334 von 7B beendet. Die VS/VP-VP-Verzögerung wird als eine VP-VP-Verzögerung spezifiziert, wenn das RV-EVENT erfasst wird und RV-PACE V-PACE1 ist und LV-PACE V-PACE2 ist. Die VS/VP-VP-Verzögerung wird als eine VP-VP-Verzögerung spezifiziert, wenn das LV-EVENT erfasst wird und LV-PACE V-PACE1 ist und RV-PACE V-PACE2 ist. Der LV-PACE- oder der RV-PACE-Impuls wird bei der programmierten Amplitude und Impulsbreite in Schritt S322 an das programmierte LV- oder RV-Stimulationselektrodenpaar abgegeben.
Die VS/VP-VP-Operationssequenz gleicht im wesentlichen dem in den 6A und 6B dargestellten und vorstehend beschriebenen ausgelösten VP-VP-Stimulationsmodus. 7A zeigt auch die Schritte S314–S332 zum Ausführen des abgeschnittenen Wiederauflademodus aus 10, des aufgeschobenen und sequenziellen Modus aus 11 und des gleichzeitigen Wiederauflademodus aus 12 in der gleichen Weise, wie vorstehend mit Bezug auf die 6A–6B beschrieben wurde. 7B zeigt die Schritte S312 und S334–S338 zum Ausführen des normalen Wiederauflademodus aus 9, falls die VS/VP-VP-Verzögerung RECHARGE1 übersteigt, wie in Schritt S310 aus 7A bestimmt wurde.
Falls in Schritt S304 festgestellt wird, dass der ausgelöste VS/VP-VP-Stimulationsmodus nicht auf Ein programmiert ist, wird in den Schritten S334 und S336 aus 7C festgestellt, ob der ausgelöste VS-VP-Stimulationsmodus oder der ausgelöste VS/VP-Stimulationsmodus auf Ein programmiert ist. Wenn die IPG-Schaltung 300 auf einen ausgelösten VS/VP-Stimulationsmodus programmiert ist, löst das RV-EVENT oder das LV-EVENT in Schritt S338 die sofortige Abgabe eines RV-PACE oder eines LV-PACE an dem programmierten bipolaren oder unipolaren RV- bzw. LV-Stimulationselektrodenpaar aus.
Wenn die IPG-Schaltung 300 auf den ausgelösten VS-VP-Stimulationsmodus programmiert ist, lädt ein in Schritt S318 festgestelltes LV-EVENT in Schritt S320 die geeignete VS-VP-Verzögerung in den V-V-Verzögerungszeitgeber 366 und leitet in Schritt S322 das zeitliche Bestimmen der VS-VP-Verzögerung ein. RV-PACE wird nach dem Ablauf in Schritt S322 abgegeben (auch als V-PACE2 bezeichnet). Falls in Schritt S318 ein RV-EVENT festgestellt wird, wird die geeignete VS-VP-Verzögerung in Schritt S326 in den V-V-Verzögerungszeitgeber 366 geladen, und die VS-VP-Verzögerung wird in Schritt S328 zeitlich ausgemessen. LV-PACE (auch als V-PACE2 bezeichnet) wird in Schritt S330 beim Ablauf der VS-VP-Verzögerung abgegeben.
Das V-A-Escapeintervall wird in Schritt S116 nach Abschluss des ventrikulären Stimulationsmodus aus den 7A–7B für die Schritte S114 und S132 zeitlich ausgemessen. Falls das V-A-Escapeintervall abläuft, wird ein RA-Stimulationsimpuls typischerweise zuerst in Schritt S118 an den RA-Stimulationselektroden 17 und 19 abgegeben, und es wird dann in Schritt S100 der AV-Verzögerungszeitgeber wieder ausgelöst.
Es sei bemerkt, dass andere Operationen, die der typischen Operation eines AV-synchronen Schrittmachers oder eines in einem Einzelkammermodus arbeitenden Schrittmachers nebengeordnet sind, bei der Gesamtoperation eines Stimulations systems dieses Typs ausgeführt werden, welche für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. Beispielsweise ist zu verstehen, dass die CVRP-Operationen des in der vorstehend erwähnten Anmeldung WO01/08748 beschriebenen Typs nach der Abgabe der V-PACE1-Impulse ausgeführt werden können, dass sie jedoch keine Wirkung haben oder bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielen.
Wenngleich die Wiederauflademodi gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit der Abgabe von V-PACE1 und V-PACE2 in einer Vielzahl von Stimulationswegen und Rechts-Links- und Links-Rechts-Stimulationssequenzen am linken und am rechten Ventrikel bei einem AV-synchronen, atrial synchronen Schrittmacher beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass diese Wiederauflademodi auch bei einem biventrikulären Schrittmacher in einer gleichen Vielzahl von Stimulationswegen und Stimulationssequenzen verwendet werden können. Zusätzlich können sie zur Abgabe von A-PACE1 und A-PACE2 an das rechte und das linke Atrium in einer gleichen Vielzahl von Stimulationswegen und Stimulationssequenzen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise in vielen der vorstehend beschriebenen Doppelkammer-Stimulationssysteme, beispielsweise den Systemen, die im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 324 offenbart sind, implementiert werden.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in einem externen oder implantierbaren Impulsgenerator und Leitungssystem implementiert, wobei selektiv atriale und/oder ventrikuläre Leitungen in der rechten und der linken Herzkammer verwendet werden. Die bevorzugte Ausführungsform wird in einer Architektur implementiert, die eine breite Programmierflexibilität zum Betreiben in AV-synchronen Modi mit einer Stimulation des rechten und des linken Ventrikels oder in nur ventrikulären Modi zum Bereitstellen einer Stimulation nur des rechten und des linken Ventrikels ermöglicht. Sie kann in einem IPG oder einem externen Impulsgenerator und einem Leitungssystem implementiert werden, wodurch eine Stimulation sowohl des rechten als auch des linken Atriums oder lediglich eine Stimulation und Erfassung des rechten oder des linken Atriums bereitgestellt wird. Alternativ kann die Erfindung in IPGs oder externen Impulsgeneratoren und Leitungssystemen implementiert werden, die festverdrahtete Verbindungen und Betriebsmodi aufweisen, die nicht so gut programmierbar sind.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden in Bezug auf ein bevorzugtes AV-synchrones, biventrikuläres Stimulationssystem beschrieben, bei dem Stimulationsimpulse durch einen Stimulationsweg abgegeben werden, der einen Teil des menschlichen Herzens einschließt. Wenngleich sie in Zusammenhang mit einer Doppelkammerstimulation beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass die gleichen Prinzipien zum Steuern des Wiederaufladens, wie sie in den 9–12 dargestellt sind, auch auf eine Mehrstellenstimulation an Stimulationswegen, die innerhalb derselben Herzkammer liegen oder diese einschließen, angewendet werden können.
Zusätzlich können die Stimulationsimpulse an mehrere Stellen in derselben oder in verschiedenen Herzkammern abgegeben werden, um andere Herzzustände zu behandeln, beispielsweise indem Tachyarrhythmien durch dicht benachbarte Stimulationsimpulse behandelt werden, die durch mehrere etwas überlappende Stimulationswege abgegeben werden.
Es sei auch bemerkt, dass die Stimulationsenergie von einem Stimulationsimpuls verschieden sein kann und dass der Stimulationsweg aus anderem lebendem Körpergewebe bestehen kann, das an mehreren Stellen sequenziell stimuliert wird, wobei es sich beispielsweise um Nerven, die Blase, den Sphinkter, das Gehirn und andere Organe oder Muskelgruppen handelt. Die Probleme des Wiederaufladens irgendeines Stimulationswegs reaktiven lebenden Körpergewebes zum Ermöglichen einer dicht benachbarten Abgabe von Stimulationsimpulsenergie können in der vorstehend beschriebenen Weise adressiert werden.

Claims

Vorrichtung zum wiederholten Abgeben erster und zweiter dicht benachbarter elektrischer Stimulationsimpulse an lebendes Gewebe durch einen ersten und einen zweiten reaktiven Stimulationsweg und zum Wiederaufladen der Stimulationswege zum Vermindern von Polarisations-Nachpotentialen vor der Abgabe anschließender Stimulationsimpulse an dieselben Stimulationswege, mit: Mitteln (350) zum Anwenden bzw. Anlegen des ersten Stimulationsimpulses auf einen ersten Stimulationsweg, Mitteln (364) zum zeitlichen Bestimmen einer Auslöseverzögerung von dem ersten Stimulationsimpuls, Mitteln (350) zum Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf einen zweiten Stimulationsweg nach Ablaufen der Auslöseverzögerung und Mitteln (104) zum Wiederaufladen des ersten und des zweiten Stimulationswegs für vorgegebene Wiederaufladezeiträume nach dem Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf den zweiten Stimulationsweg.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wiederauflademittel (104) des weiteren folgendes aufweisen: Mittel zum sequenziellen Wiederaufladen des ersten und des zweiten Stimulationswegs während des ersten und des zweiten Wiederaufladezeitraums.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wiederauflademittel (104) des weiteren folgendes aufweisen: Mittel zum gleichzeitigen Wiederaufladen des ersten und des zweiten Stimulationswegs.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wiederaufladezeiträume die Auslöseverzögerung übersteigen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wiederauflademittel (104) des weiteren folgendes aufweisen: Mittel zum Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs für einen vorgegebenen Wiederaufladezeitraum nach dem Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf den zweiten Stimulationsweg und Mittel zum Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs für einen vorgegebenen Wiederaufladezeitraum nach dem Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die des weiteren folgendes aufweist: Mittel zum Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs für einen vorgegebenen abgeschnittenen Wiederaufladezeitraum, der kürzer ist als die Auslöseverzögerung, während des zeitlichen Bestimmens der Auslöseverzögerung von dem ersten Stimulationsimpuls.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Wiederauflademittel des weiteren folgendes aufweisen: Mittel zum Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs für einen einzigen Wiederaufladezeitraum nach dem Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses auf den zweiten Stimulationsweg und Mittel zum Wiederaufladen des ersten Stimulationswegs für einen weiteren Wiederaufladezeitraum nach dem Wiederaufladen des zweiten Stimulationswegs.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Stimulationsimpulse elektrische Stimulationsimpulse sind, die über den ersten und den zweiten reaktiven Stimulationsweg des Herzens abgegeben werden, wobei: die Mittel zum Anwenden bzw. Anlegen des ersten Stimulationsimpulses einen ersten Stimulationsimpuls auf einen ersten Stimulationsweg anwenden, und die Mittel zum Anwenden bzw. Anlegen des zweiten Stimulationsimpulses einen zweiten Stimulationsimpuls beim Ablaufen der Auslöseverzögerung auf einen zweiten Stimulationsweg anwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Stimulationsweg entweder über den rechten oder den linken Ventrikel verläuft und der zweite Stimulationsweg der verbleibende andere des rechten und des linken Ventrikels ist.