DE60031640T2

DE60031640T2 - Vorrichtung zur Erkennung einer natürlichen elektrischen Kohärenz im Herz und zur Verabreichung einer darauf basierenden Therapie

Info

Publication number: DE60031640T2
Application number: DE60031640T
Authority: DE
Inventors: Gene A. Simi Valley Bornzin; Peter Valencia Boileau; Joseph J. La Canada Florio; John W. South Pasadena Poore; Kelly H. Simi Valley McClure
Original assignee: Pacesetter Inc
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2020-12-29
Also published as: EP1112757A2; DE60031640D1; US6766195B1; EP1112757A3; EP1112757B1

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Methoden zur Analyse der elektrischen Aktivität des Herzens und zum Applizieren elektrischer Therapie am Herzen.
Vorhofflimmern (AF) ist eine Herzrhythmusstörung, wobei die Vorhöfe des Herzens regellos schlagen, wodurch sie im Allgemeinen eine schlechte Leitung von Blut in die Herzkammern bereitstellen und dadurch den Blutfluss durch den Körper reduzieren. AF an sich ist normalerweise nicht tödlich. Jedoch hat sich erwiesen, dass AF zu langfristigen Gesundheitsproblemen führen kann, wie zum Beispiel einem erhöhten Risiko eines Schlaganfalls durch Thrombosebildung. AF kann außerdem eine verringerte Herzeffizienz, unregelmäßigen Herzkammerrhythmus und unangenehme Symptome, wie zum Beispiel Herzklopfen und Kurzatmigkeit verursachen.
Daher ist es sehr wünschenswert, AF zu beenden. Eine Methode zum Beenden von AF ist das Applizieren eines elektrischen Cardioversionspulses am Vorhof des Herzens. Der Cardioversionspuls beendet, falls er erfolgreich ist, das regellose Pulsieren des Vorhofes und veranlasst den Vorhof, wieder ein normales Schlagmuster aufzunehmen. In dem Bestreben, den Erfolg zu sichern, wird die Menge an elektrischer Energie in dem Cardioversionspuls auf eine Menge eingestellt, die größer ist als eine Vorhof-Defibrillationsschwelle („DFT"), welche die Mindestmenge an Energie darstellt, die normalerweise am Herzen angewandt werden muss, um AF zu beenden. Die Vorhof-DFT kann von Patient zu Patient unterschiedlich sein. Um die Vorhof-DFT für einen bestimmten Patienten zu bestimmen, wird normalerweise AF in dem Patienten induziert, wonach Cardioversionspulse verschiedener Stärken angewandt werden, um eine Menge an Energie zu bestimmen, welche zuverlässig den Vorhof des bestimmten Patienten defibrillieren kann.
Patienten, die zu AF neigen, können einen implantierbaren Cardioverter-Defibrillator („ICD") implantiert haben, der dazu fähig ist, AF zu detektieren und automatisch einen oder mehrere Cardioversionspulse zu applizieren, um das AF zu beenden. Die Vorhof-DFT für den Patienten wird in den ICD programmiert, so dass eine Steuerung des ICDs die geeignete Menge an elektrischer Energie bestimmen kann, die bei jedem Cardioversionspuls appliziert werden soll. Normalerweise werden ungefähr zwei Joule Energie innerhalb jedes Pulses appliziert. Ein normaler ICD kann auch eine große Anzahl anderer Herzrhythmusstörungen detektieren, wie zum Beispiel Herzkammerflimmern (VF), und eine geeignete Therapie anwenden. Bei VF appliziert der ICD einen stärkeren Defibrillationspuls, ausreichend, um eine Herzkammer-DFT zu überwinden, in einem Größenbereich von zehn oder zwölf Joule elektrischer Energie, direkt an die Herzkammern.
Obwohl sich herausgestellt hat, dass Cardioversionspulse wirksam bei dem Beenden von AF und anderen Vorhof-Tachyarhythmien in vielen Patienten sind, können die Cardioversionspulse für den Patienten sehr schmerzhaft sein. Ein Grund dafür, dass die Cardioversionspulse schmerzhaft sind, ist, dass der Patient normalerweise bei Bewusstsein und wach ist, wenn der Puls appliziert wird. Im Gegensatz dazu wird der viel stärkere Defibrillationspuls zum Beenden von VF normalerweise nicht appliziert, bevor der Patient bewusstlos geworden ist, und daher kann der Patient lediglich verbleibende Brustschmerzen nach seiner Erholung empfinden. Da AF normalerweise nicht direkt lebensbedrohlich ist, können schmerzhafte Schocks bei dessen Behandlung genauso schlimm wie die Krankheit selbst empfunden werden und daher nicht ausgehalten werden. Die Niederschrift US.A.5107850 offenbart eine Vorrichtung zur Klärung und Behandlung von Herzrhythmusstörungen basierend auf Vorhof- und Herzkammeraktivität.
Somit ist es sehr wünschenswert, eine Methode zur Reduzierung der Stärke des elektrischen Cardioversionsschocks bereitzustellen, um dadurch die Menge an Schmerz, die in den Patienten induziert wird, zu reduzieren, während immer noch eine ausreichende Menge an elektrischer Energie bereitgestellt wird, um die Vorhöfe des Herzens zuverlässig zu defibrillieren. Ein weiterer bedeutender Vorteil der Reduzierung der elektrischen Energie pro Cardioversionspuls ist, dass die Lebensdauer der Stromversorgung des ICDs dadurch bedeutend erhöht wird.
Es hat sich herausgestellt, dass gewisse Schockelektroden-Stellen und Cardioversions-Wellenformen zu verminderten Vorhof-DFTs führen. Um zu verhindern, dass der Cardioversionspuls versehentlich eine VF auslöst, wird der Cardioversionspuls zeitlich so geregelt, dass er während einer Herzkammer-Refraktärperiode geschieht, welche unmittelbar nach einer Kontraktion innerhalb der Herzkammern auftritt. Zu diesem Zweck untersucht der ICD auch das IEGM, um R-Wellen zu detektieren, die Kontraktionen innerhalb der Herzkammern darstellen, und regelt den Zeitpunkt der Applizierung des Cardioversionspulses so, dass er während der Herzkammer-Refraktärperiode geschieht.
Ein anderes Verfahren von Cardioversion setzt eine Abfolge aufeinander folgender einzelner Pulse ein, wobei jeder ein beträchtlich niedrigeres Energieniveau als ein einziger Cardioversionspuls aufweist. Obwohl diese verschiedenen Methoden hilfreich bei der Reduzierung der elektrischen Energie pro Cardioversionspuls sind, bleibt noch beträchtlicher Raum für Verbesserungen.
Viele der Probleme, die bezüglich der Applizierung von Cardioversionspulsen, um AF zu beenden, auftreten, gelten auch für die Applizierung von Cardioversionspulsen, um Herzkammer-Tachyarrhythmien zu beenden. Deswegen sind die meisten Methoden, die das Bestreben haben, die Energie pro Cardioversionspuls zu reduzieren, darauf ausgerichtet, eine optimale Stelle für die Elektroden zu wählen, die für das Applizieren des Pulses eingesetzt werden. Andere Techniken wurden darauf ausgerichtet, optimale Cardioversions-Wellenformen zu wählen.
Zumindest auf Grund der vorangehenden Gründe ist es äußerst wünschenswert, Methoden zur Reduzierung der Stärke von Vorhof- und Herzkammer-Cardioversionspulsen, vor allem von Defibrillationspulsen, bereitzustellen, während immer noch eine hohe Erfolgsquote erzielt wird, und die Aspekte der Erfindung sind auf diese Ziele ausgerichtet.
Was andere Formen elektrischer Herztherapien anbelangt, wie zum Beispiel ein Schrittmacher bei verlangsamtem Herzschlag, so ist eine Reduzierung in der Stärke der elektrischen Therapie, während immer noch eine hohe Erfolgsquote erzielt wird, auch vorteilhaft. Demgemäß sind Aspekte der Erfindung auch darauf ausgerichtet, eine Reduzierung in der Stärke anderer Formen von elektrischer Herztherapie neben der Cardioversionstherapie zu erlauben.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Analyse der elektrischen Aktivität eines Herzens unter Nutzung einer implantierbaren mit dem Herz verbundenen medizinischen Einrichtung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Mittel zur Detektion elektrischer Signale an einer Vielzahl verschiedener Orte im Herzen umfasst, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleich der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen den Signalen zu detektieren.
Vorzugsweise umfasst die implantierbare medizinische Einrichtung eine Herz stimulierende Einrichtung und zusätzlich Mittel zum wahlweisen Applizieren einer Therapie am Herzen, wobei die Herz stimulierende Einrichtung mit der applizierten Therapie zu einer definierten Zeit angewendet wird, wobei die Zeit auf die Periode der natürlichen elektrischen Kohärenz basiert. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung Mittel zum Applizieren zumindest eines Defibrillationspulses oder eines Cardioversionspulses an den Vorhöfen. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung Mittel zum Detektieren, ob ein vorheriger Puls appliziert wurde, und vorzugsweise umfasst das Mittel zum wahlweisen Applizieren einer elektrischen Therapie Mittel zum Verzögern der elektrischen Therapie, falls eine Kohärenz während einer allgemeinen auf den vorherigen Puls folgenden Refraktärperiode detektiert wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht ein Verfahren zum Applizieren eines elektrischen Pulses an einem Herzen unter Nutzung einer implantierbaren mit dem Herz verbundenen herzstimulierenden Einrichtung, um Vorhofflimmern in dem Herzen zu beenden, wobei der Puls basierend auf der Detektion einer Periode natürlicher elektrischer Kohärenz in den Vorhöfen appliziert wird.
Vorzugsweise wird Vorhofflimmern im Herzen detektiert. Dann wird eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz unter einer Vielzahl verschiedener Orte innerhalb der Vorhöfe des Herzens detektiert. Danach kann ein elektrischer Puls zum Applizieren am Herzen erzeugt werden, zu einer Zeit, die basierend auf die Periode natürlicher elektrischer Kohärenz, gewählt wird. Einige der Vielzahl an Orten können zum Beispiel innerhalb des linken Vorhofes sein, während andere sich innerhalb des rechten Vorhofs befinden. Als ein weiteres Beispiel könnte sich die Vielzahl der Orte insgesamt im linken Vorhof befinden, jedoch voneinander getrennt. Der Puls kann zum Beispiel während der Periode elektrischer Kohärenz appliziert werden, unmittelbar nach der Periode oder erst, nachdem einige darauf folgende Kohärenzperioden detektiert wurden. In jedem Fall glaubt man, dass die Stärke des Cardioversionspulses im Vergleich zu Pulsen, die ohne Rücksicht auf die natürliche elektrische Kohärenz appliziert werden, reduziert werden kann, während immer noch dieselbe Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Cardioversion erzielt wird.
Die Verfahrensschritte könne durchgeführt werden, während sich das Herz in einem Zustand von Rhythmusstörung in der Form von Vorhofflimmern befindet, und der Schritt der Detektion elektrischer Signale an einer Vielzahl von Orten innerhalb des Herzens umfasst den Schritt der Detektion elektrischer Signale an mindestens einer Stelle im linken Vorhof und mindestens einer Stelle im rechten Vorhof, oder an mindestens zwei Stellen entweder im rechten oder linken Vorhof.
Alternativ dazu werden die Schritte durchgeführt, während sich das Herz in einem Zustand von Rhythmusstörung in der Form von Herzkammerflimmern befindet, und der Schritt der Detektion elektrischer Signale an einer Vielzahl von Stellen innerhalb des Herzens umfasst den Schritt der Detektion elektrischer Signale an mindestens einer Stelle in der linken Herzkammer und mindestens einer Stelle in der rechten Herzkammer, oder an mindestens zwei Stellen entweder in der rechten oder linken Herzkammer.
Der Schritt der Detektion elektrischer Signale an der Vielzahl von Stellen innerhalb des Herzens umfasst vorzugsweise den Schritt der Detektion von IEGM-Signalen. Der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zu detektieren, umfasst vorzugsweise folgende Schritte: Das Identifizieren von Abschnitten der elektrischen Signale von der Vielzahl von Stellen innerhalb des Herzens, die einander entsprechen; das Bestimmen einer Zeitspanne, die zwischen den sich entsprechenden Abschnitten elektrischer Signale auftritt; das Vergleichen der Zeitspanne mit einer vorher festgelegten Kohärenz-Detektions-Zeitperiode; und das Schlussfolgern, dass sich das Herz in einem Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz befindet, falls die Zeitspanne kürzer als die vorher festgelegte Kohärenz-Detektions-Zeitperiode ist.
Der Schritt der Detektion elektrischer Signale an einer Vielzahl von Orten innerhalb des Herzens kann den Schritt der Detektion von F_A-Wellen innerhalb des Vorhofs des Herzens umfassen; und der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode elektrischer Kohärenz zu detektieren, kann den Schritt des Identifizierens entsprechender PF_A-Wellen umfassen: Alternativ dazu umfasst der Schritt der Detektion elektrischer Signale an einer Vielzahl von Stellen innerhalb des Herzens den Schritt der Detektion von F_V-Wellen innerhalb der Herzkammern, und der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Kohärenz-Periode zu detektieren, umfasst den Schritt des Identifizierens entsprechender F_V-Wellen.
Der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zu detektieren kann folgende Schritte umfassen: Das Identifizieren von Merkmalen der elektrischen Signale innerhalb eines gemeinsamen Zeitintervalls; das Vergleichen der Merkmale von der Vielzahl an Orten miteinander; und das Schlussfolgern, dass das Herz sich in einem Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz befindet, falls die Merkmale im Wesentlichen ähnlich sind. Die Merkmale können aus einer Gruppe gewählt werden, die den Frequenzinhalt, die Punkt-für-Punkt Amplitude und den durchschnittlichen Anstieg beinhalten.
Der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zu detektieren kann folgende Schritte umfassen: das Identifizieren von Merkmalen der elektrischen Signale innerhalb eines gemeinsamen Zeitintervalls; das Vergleichen der Merk male der Vielzahl an Orten mit einer vorher festgelegten Vorlage, die die Merkmale repräsentiert, von welchen man erwartet, dass sie während einer Periode natürlicher Kohärenz auftreten; und das Schlussfolgern, dass das Herz sich in einem Zustand elektrischer Kohärenz befindet, falls die Merkmale der Vielzahl an Orten im Wesentlichen mit den Merkmalen der Vorlage übereinstimmen.
Der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zu detektieren, kann folgende Schritte umfassen: das Bestimmen des ersten Differenzialquotienten jedes Signals in Bezug auf die Zeit der Amplitudensignale; das Vergleichen des ersten Differenzialquotienten jedes Signals mit einem Schwellenwert; das Bestimmen der Zeitspanne zwischen Schwellenwertkreuzungen des ersten Differenzialquotienten jedes Signals; das Vergleichen der Zeitspanne mit einer vorher festgelegten Kohärenz-Detektions-Zeitperiode; und das Bestimmen, dass sich das Herz in einem Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz befindet, falls die Zeitspanne geringer ist als die vorher festgelegte Kohärenz-Detektions-Periode.
Alternativ dazu kann der Schritt des Vergleichens der elektrischen Signale, um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zu detektieren, folgende Schritte umfassen: das Berechnen der Kreuz-Korrelation zwischen den Signalen mit ein wenig Zeitverschiebung (welche gleich Null sein kann) zwischen den Signalen; das Vergleichen der Ausgabe der Kreuz-Korrelation mit einem Schwellenwert; das Bestimmen der Zeitspanne, um die die Kreuz-Korrelation den Schwellenwert übersteigt; und das Bestimmen, dass sich das Herz in einem Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz befindet, falls die Ausgabe der Kreuz-Korrelation den Schwellenwert um eine vorher festgelegte Zeitspanne übersteigt.
Es kann außerdem ein Verfahren durchgeführt werden, um die elektrische Aktivität des Herzens unter Nutzung einer mit dem Herzen verbundenen, implantierbaren medizinischen Einrichtung zu analysieren. Elektrische Signale werden an einer Vielzahl von Orten innerhalb des Herzens detektiert. Die elektrischen Signale werden verglichen, um eine oder mehr Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz unter den Signalen zu identifizieren. Einige der Vielzahl an Stellen können sich zum Beispiel im linken Vorhof des Herzens befinden, während andere sich im rechten Vorhof des Herzens befinden.
Vorzugsweise beinhaltet die implantierbare medizinische Einrichtung eine herzstimulierende Vorrichtung, wobei dann wahlweise eine Therapie am Herzen basierend auf der Detektion der Periode natürlicher elektrischer Kohärenz appliziert wird. Die elektrische Therapie kann zum Beispiel Vorhof- oder Herzkammer-Cardioversionstherapie oder Schrittmachertherapie sein. Man nimmt an, dass durch das Applizieren der Therapie basierend auf der Detektion von natürlicher elektrischer Kohärenz die Therapie wirksamer ist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise in die Praxis umgesetzt werden und es werden nun einige Ausführungsformen beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erklärt, wobei:
1 einen mit einem Herzen gekoppelten ICD darstellt;
2 eine Abfolge von Schritten darstellt, die durch den ICD aus 1 zum Applizieren elektrischer Therapie am Herzen durchgeführt wird, wobei die Therapie basierend auf die Detektion von Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz appliziert wird;
3 F_A-Wellen in linken und rechten IEGM-Signalen und dazwischen liegende Kohärenzperioden darstellt;
3B linke und rechte IEGM-Signale darstellt, welche während des Vorhofflimmerns und dazwischen liegenden Kohärenzperioden detektiert werden;
3C linke und rechte IEGM-Signale zusammen mit einer Vorhoffrequenzvorlage darstellt, welche die Vorhof-IEGM-Frequenzkomponenten, die während einer Kohärenzperiode auftreten, repräsentiert.
4 eine Abfolge von Schritten darstellt, die durch den ICD aus 1 zur Defibrillation der Vorhöfe des Herzens durchgeführt werden.
5 eine Abfolge von Schritten darstellt, die durch den ICD aus 1 zur Defibrillation der Herzkammern durchgeführt werden; und
6 ein System zur Nutzung in einem ICD oder Schrittmacher zum Applizieren einer Therapie basierend auf der Detektion einer Periode natürlicher elektrischer Kohärenz gemäß der Erfindung darstellt.
Kurz gesagt betrifft die Erfindung Methoden zur Detektion von Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz innerhalb des Herzens und/oder zum Applizieren einer Therapie am Herzen zu Zeitperioden basierend auf der Detektion von Kohärenz, um eine wirksamere Therapie zu ermöglichen. Die Erfindung wird hauptsächlich mit Bezug auf die Defibrillation des Herzens durch einen ICD während eines Vorfalls von AF oder VF beschrieben werden. Jedoch können Prinzipien der Erfindung auf andere Umstände angewandt werden, bei denen die Detektion natürlicher elektrischer Kohärenz des Herzens ausgenutzt werden kann, zum Beispiel zur Nutzung beim Applizieren anderer Arten von elektrischer Therapie, um andere Rhythmusstörungen zu beheben, wie zum Beispiel Herzkammertachykardie oder Vorhofflattern. Prinzipien der Erfindung können auch durch andere implantierbare medizinische Einrichtungen ausgenutzt werden, wie zum Beispiel Schrittmacher und ähnliche.
1 stellt eine implantierbare Mehrfachkammer-Stimulationseinrichtung 10 dar, welche sowohl schnelle als auch langsame Herzrhythmusstörungen durch Stimulationstherapie, einschließlich Cardioversion, Defibrillation und Schrittmacher-Stimulation behandeln kann. Während zwar eine Mehrfachkammer-Einrichtung gezeigt ist, so dient dies lediglich zum Zweck der Darstellung, und der Fachmann könnte leicht den geeigneten Schaltkreis ausschalten oder deaktivieren, um eine Einkammer- oder Doppelkammer-Stimulationseinrichtung bereitzustellen, die eine oder zwei Kammern mit Cardioversion, Defibrillation und Schrittmacherstimulation behandeln kann.
Um eine Schrittmacher-Stimulation und Abtastung der rechten Vorhofkammer bereitzustellen, ist die Stimulationseinrichtung 10 in elektrischer Kommunikation mit dem Herzen 12 eines Patienten durch eine implantierbare Vorhof-Leitung 16, welche eine Vorhof-Spitzenelektrode 22 und (wahlweise) eine Vorhof-Ringelektrode (nicht gezeigt) aufweist, welche normalerweise im Vorhof-Ansatz des Patienten implantiert wird, gezeigt.
Die Stimulationseinrichtung 10 ist auch in elektrischer Kommunikation mit dem Herzen 12 des Patienten durch eine implantierbare Herzkammer-Leitung 14 gezeigt, welche, in dieser Ausführungsform, eine Herzkammer-Spitzenelektrode 24 _; eine Herzkammer-Ringelektrode 25, eine rechte Herzkammer(RV)-Spulenelektrode 18 und eine SVC-Spulenelektrode 20 aufweist. Normalerweise wird die Herzkammer-Leitung 14 transvenös in das Herz 12 eingeführt, um die RV-Spulenelektrode 18 in der rechten Herzkammerspitze, und die SVC-Spulenelektrode 20 in der oberen Hohlvene zu platzieren. Demgemäß kann die Herzkammer-Leitung 14 Herzsignale empfangen und Stimulation in Form von Schrittmacher- und Schocktherapie an die rechte Herzkammer liefern.
Um Herzsignale von linkem Vorhof und Herzkammer abzutasten und eine Schrittmachertherapie an die linke Kammer bereitzustellen, wird die Stimulationseinrichtung 10 mit der „Koronarsinus"-Leitung 17 gekoppelt, die für eine Platzierung in der „Koronarsinus"-Region über den Os des Koronarsinus entworfen ist, um eine distale Elektrode neben der linken Herzkammer und/oder (eine) zusätzliche Elektrode(n) neben dem linken Vorhof zu positionieren. Der Begriff „Koronarsinus-Region" betrifft im Gebrauch hier das Gefäßsystem der linken Herzkammer, einschließlich jeden Abschnitts des Koronarsinus, der großen Herzvene, der linken Marginalvene, der linken hinteren Herzkammervene, der mittleren Herzvene und/oder der kleinen Herzvene oder irgendeiner anderen Herzvene, die durch den Koronarsinus erreicht werden kann. Eine komplette Beschreibung einer Koronarsinusleitung findet sich in US Patentanmeldung Nr. 09/457,277, „A Self-Anchoring, Steerable Coronary Sinus Lead" (Pianca et al.), und US Patent Nr. 5,466,254, „Coronary Sinus Lead with Atrial Sensing Capability" (Helland).
Die Schrittmacher/Abtast/Defibrillations-Leitungen detektieren IEGM-Signale an verschiedenen Stellen im Herzen für die Übertragung an den ICD zur Analyse darin. Wie gezeigt sind die Abtast/Schrittmacher-Stellen der rechte Vorhof (hohe Septumwand), der linke Vorhof (distaler Koronarsinus), die rechte Herzkammer-Spitze und die linke Herzkammer (über eine Herzvene). Neben anderen Funktionen analysiert der ICD IEGM-Signale von diesen Abtast-Stellen, um zu bestimmen, ob eine Vorhof- oder Herzkammer-Tachyarrhythmie auftritt und ob eine Cardioversions/Defibrillationstherapie notwendig ist. Eine Therapie mit niedriger Energie (z.B. Anti-Tachykardie-Schrittmachen) kann dann über die Abtast/Schrittmach-Leitungen an die geeigneten Orte geliefert werden. Hochenergie-Cardioversions/Defibrillationspulse können über die Vorhof-Schock-Elektroden 19 und 20 an die Vorhöfe oder über die Herzkammer-Schock-Elektrode 18 an die Herzkammern geliefert werden, wobei mehrere Schock-Vektoren möglich sind, unter der Nutzung der Schock-Elektroden und des ICD-Gehäuses in verschiedenen Konfigurati onen.
Nun wird mit Bezug auf 2 ein Überblick über die Methode zum Applizieren der Therapie basierend auf der Detektion natürlicher elektrischer Kohärenz, wie dies durch einen ICD durchgeführt wird, beschrieben. Anfänglich, bei Schritt 100, empfängt der ICD kontinuierlich IEGM-Signale von einer Reihe von Abtast-Orten im Herzen. In einem Beispiel befindet sich die Reihe von Orten insgesamt im linken Vorhof des Herzens. In einem anderen Beispiel sind die Orte zwischen der linken und rechten Herzkammer aufgeteilt. Bei Schritt 101 bestimmt der ICD, ob Vorhofflimmern (AFIB) oder Vorhofflattern (AFL) in den abgetasteten Orten besteht. Wenn ja, so vergleicht bei Schritt 102 der ICD die IEGM-Signale von den Abtast-Orten, um zu bestimmen, ob eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz aufgetreten ist.
Kohärenz wird zum Beispiel durch das Vergleichen der relativen zeitlichen Regelung von Vorgängen, die an den verschiedenen Abtastorten abgetastet wurden, miteinander detektiert. Falls die Vorgänge miteinander synchronisiert sind, ist Kohärenz aufgetreten. In einem anderen Beispiel wird Kohärenz durch das Identifizieren einer minimalen Anzahl synchronisierter Vorgänge, welche in einer vorher festgelegten Zeitperiode auftreten, detektiert.
In einem Beispiel kann Kohärenz auf Spannungs-Schwellenwert-Kreuzungen basieren (wie unten genauer in Verbindung mit 3B beschrieben). Kurz gesagt wird ein elektrisch detektierbarer Vorgang, der während Flattern oder Flimmern in den Vorhöfen erzeugt wird, als eine F_A-Welle bezeichnet. Ein elektrisch detektierbarer Vorgang, der während Flattern oder Flimmern in den Herzkammern erzeugt wird, wird als eine F_V-Welle bezeichnet.
In wiederum einem anderen Beispiel (wie genauer in Verbindung mit
3C beschrieben werden wird) wird Kohärenz dadurch detektiert, dass die IEGM-Signale von den verschiedenen Abtast-Orten über ein gemeinsames Zeitintervall ausgewertet werden, um ein gemeinsames Merkmal zu detektieren. Die Auswertung besteht in der Messung eines bestimmten Merkmals oder einer Kombination von Merkmalen der zeitlich begrenzten Signale von den mehreren Stellen, wie zum Beispiel Punkt-für-Punkt-Amplitude, Frequenzinhalt oder durchschnittliche Steigung. Die Messungen werden miteinander und/oder mit einem Referenz-Parameter oder einer Referenz-Vorlage verglichen. Wenn eine minimale Anzahl von Vergleichen in einem bestimmten Zeitintervall zeigen, dass die Messungen miteinander innerhalb akzeptierbarer Grenzen übereinstimmen (und/oder mit der Referenz übereinstimmen), so nimmt man an, dass Kohärenz aufgetreten ist.
Sobald Kohärenz bestimmt wurde, reguliert oder appliziert der ICD dann Therapie, bei Schritt 104, basierend auf der Kohärenz. Falls zum Beispiel das Herz Vorhofflimmern unterliegt, appliziert der ICD einen Cardioversions-Schock an die Vorhöfe zu einer auf die Kohärenz bezogenen Zeit. In dieser Hinsicht kann der Puls während des Kohärenzzustands oder vielleicht kurz danach oder vielleicht erst, nachdem eine gewisse Anzahl von Kohärenzzuständen detektiert wurde, appliziert werden. Die optimale zeitliche Regelung des Cardioversions-Schocks in Bezug auf die natürliche elektrische Kohärenz wird basierend auf Routine-Experimentierung bestimmt und kann von anderen Faktoren, wie zum Beispiel dem gegenwärtigen Zustand der Herzkammern abhängen. Andere Umstände, wobei es angemessen wäre, Therapie basierend auf der Detektion von Kohärenz zu applizieren oder zu regulieren, beinhalten das Applizieren von Defibrillations-Schocks an die Herzkammern, um Herzkammerflimmern zu beenden, oder die Regulierung der zeitlichen Regelung von Schrittmacher-Pulsen am Herzen, wie zum Beispiel Anti-Tachykardie-Schrittmacher-Pulsen.
3A stellt eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen dem linken und rechten Vorhof dar, wie durch IEGM-Signale repräsentiert, welche vom linken und rechten Vorhof während einer Zeitperiode, in der F_A-Wellen ausmachbar sind, detektiert werden. Genauer stellt 3A ein IEGM-Signal 110 des linken Vorhofs und ein IEGM-Signal 112 des rechten Vorhofs dar, wobei jedes jeweils die Spannungen als eine Funktion der Zeit repräsentieren. (Die IEGM-Signale, die in 3A dargestellt sind, sind stilisierte Signale, wobei jede F_A-Welle durch eine separate Zacke dargestellt wird. Die stilisierten Zacken aus 3A werden bereitgestellt, um das Konzept der Kohärenz darzustellen. In der Praxis erscheinen IEGM-Signale nicht als einheitliche Zacken). Jedes IEGM-Signal beinhaltet eine im Allgemeinen chaotische Sequenz von natürlich vorkommenden F_A-Wellen, welche Muskelkontraktionen in den Vorhöfen repräsentieren. Während einer Zeitperiode 114 sind die IEGM-Signale des linken und rechten Vorhofs mehr oder weniger aneinander angeglichen, d.h. F_A-Wellen des linken Vorhofs sind im Allgemeinen an die F_A-Wellen des rechten Vorhofs angeglichen. Diese Periode der Angleichung repräsentiert eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen dem linken und rechten Vorhof. Andere Abschnitte der Vorhof-IEGM-Signale, bei 116 aufgezeigt, repräsentieren Zeitperioden, in denen die Vorhöfe nicht natürlich elektrisch kohärent sind. Wie zu sehen ist, sind die F_A-Wellen innerhalb von Perioden der Nicht-Kohärenz im Allgemeinen nicht aneinander angeglichen. Man nimmt an, dass während Perioden der Nicht-Kohärenz 116 eine im Allgemeinen höhere Vorhof-DFT auftritt.
3B stellt Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen zwei Orten in den Vorhöfen während einer Periode des Flimmerns dar. Genauer stellt 3B IEGM-Signale 120 und 122 dar, die jeweils an den Stellen A1 und A2, innerhalb der Vorhöfe, detektiert wurden. Die beispielhaften IEGM-Signale aus 3B repräsentieren eine Periode von Vorhofflimmern/-flattern. Zeitperioden 126, durch gestrichelte Ovale identifiziert, repräsentieren Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen den Orten A1 und A2. Genauer wird in dieser Figur Kohärenz durch gleichlaufende IEGM-Spannungsschwellen-Kreuzungen an den zwei Stellen definiert. Daher ist eine Spannungsschwellen-Kreuzung eine F_A-Welle. In der Figur sind auch Graphen bereitgestellt, welche die Detektion von Spannungsschwellen-Kreuzungen zeigen. Andere Abschnitte der Vorhof-IEGM-Signale, bei 128 aufgezeigt, repräsentieren Zeitperioden, in denen die zwei Orte nicht natürlich elektrisch kohärent sind.
3C stellt Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen zwei Orten in den Vorhöfen dar, wie bestimmt, basierend auf dem Frequenzinhalt eines Abschnitts der Signale. Genauer stellt 3C IEGM-Signale 130 und 132 dar, welche jeweils an den Orten A1 und A2 in den Vorhöfen detektiert wurden. Die Zeitperiode 126 repräsentiert ein gemeinsames Zeitintervall, in dem der Frequenzinhalt der Signale zum Vergleich mit einer vorher festgelegten Vorlage 128, welche den erwarteten Frequenzinhalt von Vorhof-IEGM-Signalen während einer Periode natürlicher elektrischer Kohärenz repräsentiert, extrahiert wird. Kurz gesagt werden die elektrischen Signale, welche innerhalb des Zeitintervalls 126 aufgefangen werden, verarbeitet, um die darin enthaltenen Frequenz-Komponenten zu extrahieren, unter Verwendung von, zum Beispiel, einem herkömmlichen Frequenz-Extrahierungs-Verfahren, wie zum Beispiel die schnelle Fourier-Transformation (FFT). Die während des Zeitintervalls extrahierten Frequenzkomponenten werden dann mit den in der Vorlage gespeicherten Frequenzkomponenten, welche, wie bemerkt, die erwarteten Frequenzkomponenten während einer Kohärenzperiode repräsentieren, verglichen. Falls die Frequenzkomponenten des gemeinsamen Zeitintervalls im Wesentlichen denen der Vorlage gleichen, wird die Schlussfolgerung gezogen, dass Kohärenz aufgetreten ist. Andernfalls wird die Schlussfolgerung gezogen, dass die Vorhöfe nicht elektrisch kohärent sind.
Alternativ dazu können die Frequenzkomponenten, die während den gemeinsamen Zeitintervallen im linken und rechten Vorhof extrahiert wurden, miteinander, anstatt mit einer Vorlage, verglichen werden. In dieser Ausführungsform wird Kohärenz identifiziert, falls die Frequenzkomponenten des linken Vorhofs im Wesentlichen denen des rechten Vorhofs gleichen. Wie oben bemerkt, können zahlreiche andere Merkmale, welche in gemeinsamen Zeitintervallen detektierbar sind, analysiert werden, um zu bestimmen, ob die Vorhöfe kohärent sind. Für jede Art von Merkmal kann Routine-Experimentation durchgeführt werden, um zu bestimmen, welche Merkmale Perioden natürlicher elektrischer Kohärenz repräsentieren, so dass der ICD demgemäß programmiert werden kann. Zwei oder mehr verschiedene Merkmale können analysiert werden, um Kohärenz zu detektieren. Zum Beispiel kann der ICD sowohl Frequenzkomponenten als auch Amplitudenkomponenten der IEGM-Signale analysieren und Perioden von Kohärenz nur dann identifizieren, wenn beide einzelnen Merkmale einen hohen Grad an Kohärenz anzeigen. Wie zu verstehen ist, kann ein großes Spektrum an Kombinationen dieser Methoden eingesetzt werden, in Übereinstimmung mit den allgemeinen Prinzipien der Erfindung.
Nun werden mit Bezug auf 4 Details einer bestimmten Technik zur Ausnutzung natürlicher elektrischer Kohärenz beschrieben. Die bestimmte Methode aus 4 betrifft das Applizieren von Cardioversionspulsen an die Vorhöfe, um Vorhofflimmern zu beenden. Anfänglich, bei Schritt 200, empfängt der ICD kontinuierlich IEGM-Signale von den linken und rechten Vorhöfen und von der linken Herzkammer und analysiert, bei Schritt 202, die IEGM-Signale, um einen Beginn von AF zu detektieren. Wird AF detektiert, so analysiert, bei Schritt 204, der ICD die IEGM-Signale, um das kontinuierliche Vorhandensein von AF und F_A-Wellen im linken und rechten Vorhof zu detektieren. Ist AF nicht länger vorhanden, Schritt 205, so kehrt die Ausführung zu Schritt 200 zurück. Als einen Teil des F_A-Wellen-Detektions-Prozesses verfolgt der ICD auch R-Wellen. (Es ist zu bemerken, dass, wenn das Herz Vorhofflimmern, und nicht Herzkammerflimmern erfährt, R-Wellen in den Herzkammern detektierbar sind, und Methoden, die sich auf die Detektion anderer Arten von F_V-Wellen gründen, nicht erforderlich sind.) Die R-Wellen werden in jedem Fall verfolgt, um zu ermöglichen, dass die Cardioversionspulse zu definierten Zeiten appliziert werden, um eine Herzkammer-Arrhythmogenese zu verhindern. Die Detektion von R-Wellen ermöglicht dem ICD auch, zu verifizieren, dass die F_A-Wellen „richtige" F_A-Wellen sind, welche elektrische Aktivität, die in den Vorhöfen ihren Ursprung hat, repräsentieren, und nicht lediglich ein Ergebnis einer Fernfeld-R-Welle. Eine Methode zur Unterscheidung elektrischer Aktivität, die in den Vorhöfen ihren Ursprung hat, von Fernfeld-R-Wellen ist in US-Patentanmeldung, angemeldet am 15.9.2000, mit dem Titel „System and Method for Distinguishing Electrical Events Originating in the Atria from Far-Field Electrical Events Originating in the Ventricles as Detected by an Implantable Medical Device" beschrieben.
Im Folgenden wird angenommen, dass Fernfeld-R-Wellen vom ICD ausgefiltert wurden, und dass alle F_A-Wellen richtige F_A-Wellen sind.
Bei Schritt 206 vergleicht der ICD die zeitliche Angleichung der F_A-Wellen, um zu bestimmen, ob sich der linke und rechte Vorhof in einem Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz befinden. In dieser Hinsicht verfolgt der ICD eine Zeitverzögerung, falls es diese gibt, welche zwischen der Detektion von F_A-Wellen in den IEGM-Signalen des linken und rechten Vorhofs auftritt. Falls die Zeitverzögerung zwischen den F_A-Wellen der IEGM-Signale des linken und rechten Vorhofs geringer als ein vorher festgelegter Schwellenwert ist, so schlussfolgert der ICD, dass sich die Vorhöfe in einem Zustand elektrischer Kohärenz befinden. Falls die Zeitverzögerung zwischen den F_A-Wellen der IEGM-Signale des linken und rechten Vorhofs größer als ein vorher festgelegter Schwellenwert ist, so schlussfolgert der ICD stattdessen, dass die Vorhöfe nicht elektrisch kohärent sind. Was die Detektion von F_A-Wellen betrifft, so wird ein IEGM-Signal, wie das in 3B gezeigte, unter Nutzung der vorher erwähnten Methoden analysiert.
Alternativ dazu können Methoden, welche nicht die Detektion von F_A-Wellen durch Spannungsschwellen-Kreuzungen erfordern, eingesetzt werden, um Vorhof-Kohärenz zu detektieren, wie zum Beispiel die vorher erwähnte Methode, welche die Auswertung von IEGM-Signalen innerhalb gemeinsamer Zeitintervalle einbezieht, um eine Punkt-für-Punkt-Amplitude, Frequenz-Inhalt oder durchschnittliche Steigung zu detektieren.
Falls keine Kohärenz detektiert wird, Schritt 207, so kehrt die Ausführung zu Schritt 204 zurück, um mit der Suche nach Kohärenz fortzufahren. Falls Kohärenz detektiert wird, Schritt 208, so geht die Ausführung zu Schritt 218 weiter, wobei der ICD dann bestimmt, ob ein Vorhof-Cardioversionspuls appliziert werden kann, während eine Herzkammer-Arrhythmogenese verhindert wird, d.h. während das Auslösen von Herzflimmern oder anderen Rhythmusstörungen der Herzkammern verhindert wird. Falls eine Herzkammer-Arrhythmogenese verhindert werden kann, wird der Puls bei Schritt 220 appliziert. Die tatsächliche zeitliche Regelung des Pulses in Bezug auf den Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz kann vom gegenwärtigen Zustand der Herzkammern und von anderen Faktoren, wie zum Beispiel die Art und Weise, auf die die Kohärenz detektiert wurde, abhängen. In manchen Fällen kann es optimal sein, den Puls so früh wie möglich während der Kohärenzperiode zu applizieren; in anderen Fällen kann es optimal sein zu warten, bis die Kohärenz gerade aufgehört hat. Es wird Routine-Experimentation eingesetzt, um den optimalen Zeitpunkt für das Applizieren des Pulses basierend auf den Umständen zu bestimmen. Der ICD wird so programmiert, dass er die Pulse zum optimalen Zeitpunkt appliziert.
Nachdem ein Puls appliziert wurde, fängt der ICD an, eine allgemeine Refraktärperiode bei Schritt 222 zu verfolgen. Die Ausführung kehrt nicht zu Schritt 200 zurück, bis die allgemeine Refraktärperiode vollendet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass der ICD weitere Cardioversionspulse appliziert, bis die allgemeine Refraktärperiode vollendet ist. Falls nach einer Rückkehr zu Schritt 200 bei Schritt 202 wieder ein AF detektiert wird, was anzeigt, dass AF durch den Cardioversionspuls nicht vollständig beendet wurde, so werden die verschiedenen Schritte aus 4 wiederholt, um möglicherweise zusätzliche Cardioversionspulse zu applizieren. Vorzugsweise wird das Energieniveau jedes darauf folgenden Cardioversionspulses erhöht, um dabei zu helfen sicherzustellen, dass eine vollständige Defibrillation der Vorhöfe stattfindet. Obwohl dies nicht besonders in 4 gezeigt ist, setzt der ICD eine Zeitschaltuhr ein, die so konfiguriert ist, dass, wenn in einer vorher festgelegten Zeitperiode keine Kohärenz detektiert wurde, der ICD den Cardioversionspuls ohne Hinsicht auf elektrische Kohärenz appliziert (obwohl der ICD immer noch dafür sorgt, dass der Cardioversionspuls so appliziert wird, dass eine Herzkammer-Arrhythmogenese verhindert wird). Dies verhindert jegliche unangemessene Verzögerung bei der Applizierung des Cardioversionspulses.
Falls, bei Schritt 218, eine Herzkammer-Arrhythmogenese nicht mit begründeter Sicherheit verhindert werden kann, wird kein Cardioversionspuls appliziert und die Ausführung kehrt zu Schritt 204 zurück, um nach einer darauf folgenden Kohärenzperiode zu suchen, in der der Puls sicher appliziert werden kann. Was das Verhindern einer Herzkammer-Arrhythmogenese betrifft, so kann eine Vielfalt von Methoden zur zeitlichen Regelung von Cardioversionspulsen, um eine Herzkammer-Arrhythmogenese zu verhindern, ausgenutzt werden. Eine Methode besteht darin, eine inhärente R-Welle zu detektieren und dann den Cardioversionspuls während einer darauf folgenden Herzkammer-Refraktärperiode zu applizieren. Eine andere Methode bezieht das Auslösen einer R-Welle bei Detektion von Kohärenz ein, um sicherzustellen, dass eine Refraktärperiode zur Verfügung steht.
In Bezug auf 5 werden nun die Details einer Methode zum Applizieren von Defibrillationstherapie an die Herzkammern, durchgeführt durch den ICD, zusammengefasst. Viele der in 5 aufgezeigten Schritte sind den bereits mit Bezug auf 4 beschriebenen Schritten ähnlich, und daher werden die Schritte nicht sehr detailliert beschrieben.
Kurz gesagt empfängt der ICD bei den Schritten 250 und 252 kontinuierlich IEGM-Signale von der linken und rechten Herzkammer und analysiert die Signale, um den Beginn von VF zu detektieren. Falls bestimmt wird, dass VF bei Schritt 253 nicht mehr auftritt, so geht die Ausführung zu Schritt 250 zurück.
Falls VF detektiert wird (bei Schritt 253), so analysiert der ICD (bei Schritt 254) die IEGMs bezüglich des fortfahrenden Auftretens von VF, sucht nach F_V-Wellen in der linken und rechten Herzkammer und vergleicht die relative zeitliche Regelung der F_V-Wellen, um zu bestimmen, ob die linke und rechte Herzkammer elektrisch kohärent sind. Falls die F_V-Wellen nicht aneinander angeglichen sind, so bestimmt der ICD, dass keine Kohärenz besteht, Schritt 256. Falls andererseits herausgefunden wird, dass die F_V-Wellen aneinander angeglichen sind, so bestimmt der ICD, dass die Herzkammern kohärent sind, Schritt 258.
Unter der Annahme, dass die Herzkammern kohärent sind geht die Ausführung zu Schritt 260 weiter, um die Herzkammer-Refraktärperiode zu bestimmen, und dann appliziert der ICD bei Schritt 262 einen Herzkammer-Defibrillationspuls. Wie oben bei der Vorhof-Cardioversion beschrieben kann die tatsächliche zeitliche Regelung des Herzkammer-Defibrillationspulses in Bezug auf den Zustand natürlicher elektrischer Kohärenz von verschiedenen Faktoren abhängen, wie zum Beispiel der Art und Weise, auf die die Kohärenz detektiert wurde. Es wird Routine-Experimentation durchgeführt, um den optimalen Zeitpunkt für das Applizieren des Pulses basierend auf den Umständen zu bestimmen. Der ICD wird so programmiert, dass er den Puls zum optimalen Zeitpunkt appliziert.
Nachdem der Herzkammer-Defibrillationspuls appliziert wurde, wartet der ICD dann eine allgemeine Refraktärperiode ab, Schritt 264, bevor er zu Schritt 250 zurückkehrt, um weitere IEGM-Signale zu analysieren, um zu bestimmen, ob die Herzkammern immer noch flimmern. Falls der erste Puls das Flimmern nicht beendet hat, wird die Abfolge von Schritten wiederholt und zusätzliche Pulse werden mit all der verfügbaren übrigen elektrischen Energie in dem ICD appliziert, mit dem Ziel, das Flimmern zu beenden.
Somit zeigt 5 ein Verfahren auf, wobei ein ICD einen Defibrillationspuls basierend auf der Detektion von natürlicher elektrischer Kohärenz in den Herzkammern zeitlich regelt. Obwohl dies in 5 nicht besonders gezeigt ist, setzt der ICD vorzugsweise eine Timeout-Periode ein, so dass, falls in einer vorher festgelegten Zeitperiode keine Kohärenz detektiert wird, der ICD den Defibrillationspuls ohne Hinsicht auf elektrische Kohärenz appliziert. Dies verhindert jegliche unangemessene Verzögerung beim Applizieren des Defibrillationspulses.
Die Methoden der Erfindung wurden so weit hauptsächlich mit Bezug auf beispielhafte Verfahrensausführungen beschrieben. Jeder Verfahrensschritt, der hierin beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt ist, repräsentiert auch ein Vorrichtungselement zur Durchführung der Verfahrensschritte. Die Vorrichtungselemente können hierin als eine Einheit oder ein Mittel zur Durchführung des Verfahrensschrittes bezeichnet werden.
6 stellt die Innenkomponenten eines ICD dar, der konfiguriert ist, um das oben beschriebene Verfahren in Verbindung mit 1, 2, 4 und 5 durchzuführen.
Der Behälter 340 für die Stimulationseinrichtung 10, welche schematisch in 6 gezeigt ist, wird oft als „Dose", „Gehäuse" oder „Gehäuse-Elektrode" bezeichnet und kann programmierbar ausgewählt werden, um als Return-Elektrode für alle „einpoligen" Modes zu agieren. Der Behälter 340 kann ferner als eine Return-Elektrode alleine, oder in Kombination mit einer oder mehreren der Spulen-Elektroden 18, 19 oder 20 für Schock-Zwecke benutzt werden. Der Behälter 340 beinhaltet des Weiteren ein Anschlussstück (nicht gezeigt), das eine Vielzahl von Terminals 342, 344, 346, 348, 352, 354, 356 und 358 aufweist (schematisch gezeigt, und zweckmäßig sind die Namen der Elektroden, mit denen sie verbunden sind, neben den Terminals gezeigt). Als solches beinhaltet das Anschlussstück, um ein Abtasten und Schrittmachen des rechten Vorhofs zu erreichen, mindestens ein Spitzen-Terminal (A_R-SPITZE) 342, welches für einen Anschluss an der Vorhof-Spitzen-Elektrode 22 angepasst ist.
Um ein Abtasten, Schrittmachen und Schock geben der linken Kammer zu erreichen, beinhaltet das Anschlussstück mindestens ein Spitzen-Terminal der linken Herzkammer (V_L-SPITZE) 344, ein Ring-Terminal des linken Vorhofs (A_L-RING) 46 und ein Schock-Terminal des linken Vorhofs (A_L-SPULE) 348, welche jeweils für einen Anschluss an der Ring-Elektrode 25 der linken Herzkammer, der Elektrode 26 des linken Vorhofs und der Spulen-Elektrode 19 des linken Vorhofs angepasst sind.
Um das Abtasten, Schrittmachen und Schock geben der rechten Kammer zu unterstützen beinhaltet das Anschlussstück ferner ein Spitzen-Terminal der rechten Herzkammer (V_R-SPITZE) 352, ein Ring-Terminal der rechten Herzkammer (V_R-RING) 354, ein Schock-Terminal der rechten Herzkammer (V_R-SPULE) 356 und ein SVC-Schock-Terminal (SVC SPULE) 358, welche jeweils für einen Anschluss an der Spitzen-Elektrode 24 der rechten Herzkammer, der Ring-Elektrode 25 der rechten Herzkammer, der RV-Spulen-Elektrode 18 und der SVC-Spulen-Elektrode 20 angepasst sind.
Im Kern der Stimulationsvorrichtung 10 befindet sich ein programmierbarer Mikrocontroller 360, welcher die verschiedenen Modes der Stimulationstherapie steuert und in Kombination mit anderen Einheiten des ICD die Verfahren durchführt, die oben in Verbindung mit 2-5 beschrieben sind. Wie auf dem Stand der Technik wohlbekannt ist, beinhaltet der Mikrocontroller 360 einen Mikroprozessor oder eine äquivalente Steuerschaltung, welcher speziell für das Steuern der Lieferung der Stimulationstherapie entworfen ist, und kann ferner einen RAM oder ROM-Speicher, eine Logik- und Timing-Schaltung, eine Zustands-Maschinen-Schaltung und I/O-Schaltung beinhalten. Normalerweise beinhaltet der Mikrocontroller 360 die Fähigkeit, Input-Signale (Daten), wie sie von einem Programmcode, gespeichert in einem zugewiesenen Speicherblock, gesteuert werden, zu verarbeiten oder zu überwachen. Die Details des Designs und des Betriebs des Mikrocontrollers 360 sind für die vorliegende Erfindung nicht ausschlaggebend. Vielmehr kann jeglicher geeignete Mikrocontroller 360 benutzt werden, welcher die hierin beschriebenen Funktionen ausführt. Die Nutzung von auf Mikroprozessoren gegründeten Steuerschaltungen zum Durchführen der Timing- und Datenanalysefunktionen ist auf dem Stand der Technik wohlbekannt. Wie in 6 gezeigt, erzeugen ein Vorhof-Puls-Generator 370 und ein Herzkammer-Puls-Generator 372 Schrittmacher-Stimulationspulse jeweils zur Lieferung über die Vorhof-Leitung 16 und die Herzkammer-Leitung 14 über eine Schaltbank 374. Die Puls-Generatoren, 370 und 372, werden vom Mikrocontroller 360 jeweils über geeignete Steuersignale, 376 und 378, gesteuert, um die Stimulationspulse entweder auszulösen oder zu unterdrücken. Der Mikrocontroller 360 beinhaltet ferner eine Timing-Schaltung, welche den Betrieb des Stimulationsvorrichtungs-Timings solcher Stimulationspulse steuert, welche auf dem Stand der Technik wohlbekannt ist.
Die Schaltbank 374 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltern, um die gewünschten Elektroden über Schalter an die geeigneten I/O-Schaltungen anzuschließen, wodurch sie eine vollständige Programmierbarkeit durch Elektroden bereitstellen. Demgemäß bestimmt die Schaltbank 374 in Reaktion auf ein Steuersignal 380 vom Mikrocontroller 360 die Polarität der Stimulationspulse (z.B. einpolig oder zweipolig), indem sie wahlweise die geeignete Kombination von Schaltern (nicht gezeigt) schließt, wie auf dem Stand der Technik bekannt ist.
Ein Vorhof-Leseverstärker 382 und ein Herzkammer-Leseverstärker 384 sind außerdem jeweils mit den Vorhof- und Herzkammer-Leitungen, 16 und 14, über die Schaltbank 374 gekoppelt, um das Vorhandensein von Herzaktivität zu detektieren. Die Schaltbank 374 bestimmt die „Abtast-Polarität" des Herzsignals durch wahlweises Schließen der geeigneten Schalter, wie auf dem Stand der Technik ebenso bekannt ist. Auf diese Weise kann der Krankenhausarzt die Abtastpolarität unabhängig von der Stimulationspolarität programmieren.
Jeder Leseverstärker, 382 und 384, setzt vorzugsweise einen Schwachstrom-Präzisions-Verstärker mit programmierbarer Verstärkungsregelung und/oder automatischer Verstärkungsregelung, Bandpass-Filter und einer Schwellenwert-Detektions-Schaltung, die auf dem Stand der Technik bekannt sind, ein, um wahlweise das Herzsignal von Interesse zu lesen. Die automatische Verstärkungsregelung ermöglicht, dass die Einrichtung 10 wirksam mit dem schwierigen Problem, Signalcharakteristiken mit niedriger Frequenz und niedriger Amplitude von Herzkammer-Flimmern zu lesen, umgeht. Die Ausgänge der Vorhof- und Herzkammer-Leseverstärker, 382 und 384, sind an den Mikrocontroller 360 ange schlossen, der wiederum die Vorhof- und Herzkammer-Puls-Generatoren, 370 und 372 jeweils bedarfsorientiert unterdrückt, wann immer Herzaktivität in den jeweiligen Kammern gelesen wird.
Die Detektion von Rhythmusstörungen wird normalerweise durch den Mikrocontroller 360, in Verbindung mit den Vorhof- und Herzkammer-Leseverstärkern, 382 und 384, durchgeführt, um Herzsignale zu lesen, um zu bestimmen, ob ein Rhythmus physiologisch oder pathologisch ist. Wie hierin benutzt ist „lesen" für das Bemerken einer elektrischen Depolarisierung belegt, und „Detektion" ist die Verarbeitung dieser gelesenen Depolarisierungssignale und das Bemerken des Vorhandenseins einer Rhythmusstörung. Die Zeitintervalle zwischen gelesenen Vorgängen (z.B. die P-P und R-R Intervalle) werden dann durch den Mikrocontroller 360 klassifiziert, indem sie mit einer vorher definierten Frequenzbereichsgrenze (d.h. verlangsamter Herzschlag, normal, Niedrig-Frequenz-VT, Hoch-Frequenz-VT, und Flimmer-Frequenz-Bereich) und verschiedenen anderen Charakteristiken (z.B. plötzlicher Beginn, Stabilität, physiologische Sensoren und Morphologie etc.) verglichen werden, um die Art von Abhilfe-Therapie, die benötigt wird, zu bestimmen (z.B. Schrittmachen bei verlangsamtem Herzschlag, Anti-Tachykardie-Schrittmachen, Cardioversions-Schocks oder Defibrillations-Schocks, auch bekannt als „abgestufte Therapie").
Herzsignale werden auch an den Eingängen eines digitalen (A/D) Datenerfassungssystems 390 appliziert. Das Datenerfassungssystem 390 ist so konfiguriert, dass es intrakardiale Elektrogramm-Signale erfasst, die rohen Analog-Daten in ein digitales Signal umwandelt und die digitalen Signale für ein spätere Verarbeitung und/oder telemetrische Übertragung an eine externe Einrichtung 402 speichert. Das Datenerfassungssystem 390 ist an die Vorhof- und Herzkammer-Leitungen, 16 und 14, über die Schaltbank 374 gekoppelt, um Herzsignale über jedes beliebige Paar von gewünschten Elektroden abzufragen.
Der Mikrocontroller 360 ist ferner an einen Speicher 394 durch einen geeigneten Daten/Adressen-Bus 396 gekoppelt, in dem die programmierbaren Betriebsparameter, die vom Mikrocontroller 360 benutzt werden, gespeichert und nach Bedarf verändert werden, um den Betrieb der Stimulationseinrichtung 10 zu individualisieren, um den Bedürfnissen eines bestimmten Patienten gerecht zu werden. Solche Betriebsparameter definieren zum Beispiel, Schrittmacher-Puls-Amplituden, Pulsdauer, Elektrodenpolarität, Frequenz, Empfindlichkeit, automatische Merkmale, Detektionskriterien für Rhythmusstörungen und die Amplitude, Wellenform und Vektor jedes Schock-Pulses, der an das Herz 328 des Patienten innerhalb jeder jeweiligen Stufe der Therapie geliefert werden soll. Vorteilhafterweise können die Betriebsparameter der implantierbaren Einrichtung 10 nicht-invasiv in den Speicher 394 über eine Telemetrie-Schaltung 400, welche in telemetrischer Kommunikation mit einer externen Einrichtung 402, wie zum Beispiel einem Programmiergerät, einem transtelefonischen Transceiver, oder einem diagnostischen System-Analysator steht, programmiert werden. Die Telemetrie-Schaltung 400 wird durch den Mikrocontroller über ein Steuersignal 406 aktiviert. Die Telemetrie-Schaltung 400 ermöglicht vorteilhafterweise, dass intrakardiale Elektrogramme und Zustandsinformationen bezüglich des Betriebs der Einrichtung 10 (wie im Mikrocontroller 360 oder Speicher 394 enthalten) über die eingerichtete Kommunikationsverbindung 404 an die externe Einrichtung 402 gesandt werden. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Stimulationseinrichtung 10 ferner einen physiologischen Sensor 410. Solche Sensoren werden allgemein „frequenzreagierende" Sensoren genannt. Der physiologische Sensor 410 wird verwendet, um den Bewegungszustand des Patienten zu detektieren, auf den der Mikrocontroller 360 reagiert, indem er die Frequenz und die AV-Verzögerung, bei der die Vorhof- und Herzkammer-Puls-Generatoren, 370 und 372, Stimulationspulse erzeugen, reguliert. Die Art des benutzten Sensors ist für die vorliegende Erfindung nicht ausschlaggebend und ist nur der Vollständigkeit halber gezeigt.
Die Stimulationseinrichtung beinhaltet zusätzlich eine Batterie 414, die Betriebsstrom an alle in 6 gezeigten Schaltungen bereitstellt. Für die Stimulationseinrichtung 10, welche Schock-Therapie einsetzt, muss die Batterie dazu fähig sein, für lange Zeitperioden bei niedrigem Stromverbrauch zu funktionieren, und dann dazu fähig sein, Hochstrom-Pulse (für ein Aufladen des Kondensators) bereitzustellen, wenn der Patient einen Schock-Puls benötigt. Die Batterie 414 muss außerdem eine vorhersehbare Entladungscharakteristik aufweisen, so dass eine wahlweise Auswechselzeit detektiert werden kann. Demgemäß setzt die vorliegende Erfindung Lithium/Silber-Vanadiumoxid-Batterien ein, wie es für die meisten (wenn nicht alle) solchen Einrichtungen im Moment der Fall ist.
Wie weiterhin in 6 gezeigt, kann der ICD der Erfindung eine Impedanzmess-Schaltung 420 beinhalten, welche durch den Mikrocontroller 360 über ein Steuersignal 422 eingeschaltet wird. Die Impedanzmess-Schaltung 420 ist für die vorliegende Erfindung nicht ausschlaggebend und ist nur der Vollständigkeit halber gezeigt.
Der ICD detektiert das Auftreten einer Rhythmusstörung und appliziert automatisch eine geeignete elektrische Schocktherapie am Herzen, was auf das Beenden der detektierten Rhythmusstörung abzielt. Zu diesem Zweck steuert der Mikrocontroller 360 ferner eine Schock-Schaltung 430 über ein Steuersignal 432. Die Schock-Schaltung 430 erzeugt Schock-Pulse mit niedriger (bis zu 0,5 Joule), mäßiger (0,5–10 Joule) oder hoher Energie (11–40 Joule), wie es vom Mikrocontroller 360 gesteuert wird. Solche Schock-Pulse werden am Herzen des Patienten durch mindestens zwei Schock-Elektroden appliziert, und, wie in dieser Ausführungsform gezeigt, unter Nutzung von jeweils RV- und SVC-Spulenelektroden, 18 und 20. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Behälter 340 als eine aktive Elektrode in Kombination mit der RV-Elektrode 18 alleine, oder als ein Teil eines gespaltenen elektrischen Vektors unter Nutzung der SVC-Spulen-Elektrode 20 (d.h. unter Nutzung der RV-Elektrode wie bekannt) agieren.
Man nimmt im Allgemeinen an, dass Cardioversions-Schocks ein geringes bis mäßiges Energieniveau aufweisen (um den vom Patienten gefühlten Schmerz zu minimieren), und/oder mit einer R-Welle synchronisiert sind und/oder zur Behandlung von Tachykardie gehören. Defibrillations-Schocks weisen im Allgemeinen ein mäßiges bis hohes Energieniveau auf (d.h. entsprechend den Schwellenwerten in dem Bereich von 5–40 Joule), die asynchron geliefert werden (da R-Wellen unter Umständen zu desorganisiert sind), und dienen ausschließlich der Behandlung von Flimmern. Demgemäß ist der Mikrocontroller 360 dazu fähig, die synchrone oder asynchrone Lieferung der Schock-Pulse zu steuern.
Aspekte der Erfindung können innerhalb von Software ausgeführt sein, die innerhalb eines programmierbaren Prozessors innerhalb der Einrichtung abläuft oder können als festverdrahtete Logik innerhalb einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder ähnlichem implementiert sein.
Demgemäß, und wie es der Fachmann verstehen wird, kann die vorliegende Erfindung mit dem in 6 beschriebenen Mikrocontroller-System eingesetzt werden. Obwohl die Erfindung in Bezug auf Ausführungen beschrieben ist, in denen natürliche elektrische Kohärenz durch das Abtasten von IEGM-Signalen an nur einem Ort innerhalb jeder Kammer des Herzens detektiert wird, kann sie auch darauf angewandt werden, natürliche elektrische Kohärenz basierend auf zusätzliche Abtastorte zu detektieren. Zum Beispiel können IEGM-Signale innerhalb von N Orten innerhalb jeder Kammer des Herzens gelesen werden, wobei N zum Beispiel zwischen 2 und 10 liegt. Bei solchen Ausführungsformen werden die Cardioversionspulse nur appliziert, falls gegenseitige Kohä renz unter allen der IEGM-Signale von allen Abtastorten, oder vielleicht unter einer vorher festgelegten Untermenge davon, detektiert wird. Falls Kohärenz basierend auf mehreren Abtastorten bestimmt wird, können die oben beschriebenen Methoden nach Bedarf verändert werden, um der größeren Anzahl von Abtastorten gerecht zu werden. Wie zu verstehen ist, ist eine großes Spektrum spezieller Methoden, die mit den allgemeinen Prinzipien der Erfindung in Übereinstimmung sind, applizierbar, um natürliche elektrische Kohärenz zu definieren und zu detektieren, um das Applizieren von elektrischen Pulsen am Herzen während Kohärenzperioden zu ermöglichen.
Außerdem kann der ICD oder Schrittmacher zusätzlich so programmiert werden, dass er den Puls erst nach dem Auftreten von zwei oder mehr Perioden von elektrischer Kohärenz appliziert. Zu diesem Zweck zählt der ICD oder Schrittmacher jede individuelle Periode elektrischer Kohärenz nach dem Beginn von Flimmern und appliziert dann den elektrischen Puls lediglich, nachdem eine vorher festgelegte Anzahl von Auftreten von Kohärenz detektiert wurde. Die vorher festgelegte Anzahl kann zum Beispiel zwischen zwei und einschließlich zehn liegen. Normalerweise wird die vorher festgelegt Anzahl so programmiert, dass sie weniger für Herzkammer-Defibrillation als für Vorhof-Defibrillation beträgt. Außerdem wird, was ICDs betrifft, vorzugsweise der vorher erwähnte Timeout-Zähler eingesetzt, um eine unangemessene Verzögerung bei der Applizierung jeder Art von Cardioversionspuls zu verhindern, so dass, falls die vorher festgelegte Anzahl von Auftreten von Kohärenz nicht innerhalb der Timeout-Periode erweitert wurde, der ICD den geeigneten Puls ohne weitere Verzögerung appliziert.
Die Erfindung selbst kann in einem ICD, Schrittmacher oder einer anderen implantierbaren medizinischen Einrichtung unter Nutzung herkömmlicher Methoden implementiert werden. In dieser Hinsicht kann die Erfindung innerhalb von Software ausgeführt werden, die in einem programmierbaren Prozessor in der Einrichtung abläuft, oder kann als festverdrahtete Logik in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder ähnlichem implementiert werden.

Claims

Vorrichtung zur Analyse der elektrischen Aktivität eines Herzens (12) unter Nutzung einer implantierbaren mit dem Herz (12) verbundenen medizinischen Einrichtung (10), wobei die Vorrichtung Mittel zur Detektion elektrischer Signale (342–358) an einer Vielzahl verschiedener Orte im Herzen (12) umfasst, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleich der elektrischen Signale um eine Periode natürlicher elektrischer Kohärenz zwischen den Signalen zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die implantierbare medizinische Einrichtung (10) eine herzstimulierende Einrichtung und zusätzlich Mittel zum wahlweisen Applizieren einer Therapie am Herzen (12) umfasst, wobei die herzstimulierende Einrichtung mit der applizierten Therapie zu einer definierten Zeit angewendet wird, wobei die Zeit auf die Periode der natürlichen elektrischen Kohärenz basiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zum Applizieren zumindest eines Defibrillationspulses oder eines Cardioversionspulses am Vorhof (342, 346, 348, 370).
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel zum Detektieren ob ein vorheriger Puls appliziert wurde; wobei die Mittel zum wahlweisen Applizieren einer elektrischen Therapie Mittel zum Verzögern der elektrischen Therapie umfassen falls eine Kohärenz während einer allgemeinen auf den vorherigen Puls folgenden Refraktärperiode detektiert wird.