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Die
Erfindung betrifft generell implantierbare Vorrichtungen zur Herztherapie
und betrifft insbesondere das Vorhersagen des bevorstehenden Einsetzens
bzw. Ausbruches einer Herz-Arrhythmie.
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Der
plötzliche
Herztod („sudden
cardiac death",
SCD) stellt für
das öffentliche
Gesundheitswesen eine Herausforderung dar, dahingehend, dass die
einzige Anzeige dafür,
dass ein Patient einem Risiko unterliegt, dann auftritt, wenn der
Patient ohne Warnung einem Vorfall („episode") erliegt. Dies ist teilweise deswegen
der Fall, weil eine Hauptform von SCD eine Herz-Arrhythmie ist,
typischerweise entweder eine ventrikuläre Tachycardie, die in eine
ventrikuläre
Fibrillation degeneriert, oder in einigen Fällen eine spontane Fibrillation
als solche. Da die zugrunde liegenden physiologischen Ursachen von
Herz-Arrhythmien
nicht vollständig
verstanden werden, können
sie nicht genau vorhergesagt werden.
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Bemerkenswerterweise überleben
viele Opfer Vorfälle
von SCD, entweder deswegen, weil ihre Arrhythmien spontan enden,
oder weil eine externe Defibrillation schnell implementiert bzw.
angewandt wird. Diese Patienten bilden die Hauptmasse der Kandidaten
für implantierbare
Cardioverter-Defibrillatoren (ICDs). Historisch gesehen war die
kennzeichnende Indikation für
die Implantierung eines ICD das vorherige Überleben des Patienten von
einem bestätigten
Vorfall einer nicht anhaltenden Tachycardie oder Fibrillation (für den Fall von
ventrikulär basiertem
SCD), zusammen mit der Eliminierung anderer möglicher Ursachen der Arrhythmien. In
jüngster
Zeit hat die Größe der Zielpopulation
auch aufgrund einer prophylaktischen Verwendung von ICDs für die Behandlung
von SCD zugenommen, und zwar basiert auf anderen Risikoindikatoren.
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In
jedem Fall beruht die aktuelle ICD-Technologie jedoch auf der Identifikation
und Bestätigung
einer anhaltenden Arrhythmie, primär basierend auf der erfassten
Herzfrequenz, und zwar im Gegensatz zu der Vorhersage des Einsetzens
einer Arrhythmie auf der Grundlage von nicht-arrhythmischen Bedingungen,
d.h. Herzfrequenzen unterhalb einer Tachycardie-Schwelle. Bisherige
Forschung auf dem Gebiet der Voraussage von Arrhythmien ist umfänglich,
jedoch generell gerichtet auf eine Risikoschichtung bzw. Risikostratifizierung, d.h.
eine statistische Voraussage des Risikos über eine lange Zeit in einem
großen
Segment der Population, im Gegensatz zu einer Kurzzeitvoraussage
auf der Grundlage der Echtzeitsymptome eines bestimmten individuellen
Patienten.
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In
dem US-Patent 5,042,497 (Shapland) ist ein System zum Voraussagen
von Arrhythmien auf der Grundlage einer Erfassung einer neuralen
Aktivität
eines Patienten offenbart. Dieses Patent scheint jedoch lediglich
ein erhöhtes
Arrhythmierisiko aufgrund von Veränderungen im neuralen Tonus
(„tone") zu prüfen und stellt
nur begrenzte Einsicht darin bereit, wie ein solches System implementiert
werden würde.
Es wäre
wünschenswert,
ein Voraussageverfahren anzugeben, das unter Verwendung existierender
ICD-Technologie implementiert und auf Morphologie-Änderungen
beliebigen Ursprungs basiert werden könnte.
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Ferner
offenbart das US-Patent 5,447,519 ein implantierbares Cardioverter/Defibrillator-System,
das mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Unterscheidung
zwischen monomorphen Arrhythmien, z.B. ventrikulärer Tachycardie, gegenüber polymorphen
Arrhythmien, z.B. ventrikulärer
Fibrillation, bereitstellt. Ein Bezugspunkt („fiducial point") von jedem aufeinander
folgenden QRS-Komplex wird erfasst, was die Speicherung von zusammengesetzten
und digitalisierten Wellenformdaten innerhalb eines Zeitfensters
auslöst,
das den Zeitpunkt der Bezugspunkterfassung überbrückt. Gespeicherte Sätze solcher
abgetasteten Wellenformdaten werden Datenpunkt für Datenpunkt verglichen, was
zu einem abgetasteten Morphologieindexwert für jeden verglichenen Satz führt. Die
Größe des abgetasteten
Morphologieindexwertes oder eine Reihe solcher Indexwerte werden
analysiert, um das Vorhandensein einer einzelnen oder einer Abfolge
von Schlag- auf Schlag-Wellenformänderungen zu bestimmen, die
einen polymorphen einzelnen Übergang
(„transition") oder eine Abfolge
von QRS-Komplexen von monomorphen in polymorphe Wellenformen anzeigen,
was eine Arrhythmie anzeigt, die mit aggressiven Cardioversions/Defibrillations-Therapien
behandelt werden sollte.
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Es
ist im Hinblick auf das oben Gesagte eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes System zum Voraussagen des Einsetzens
einer Arrhythmie bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein System zum Voraussagen des Einsetzens bzw.
Ausbruches einer Arrhythmie bereitgestellt, mit:
- a.
ersten Mitteln zum Erlangen einer Vor-Arrhythmie-Vorlage, die die Morphologie eines Elektrogrammkomplexes
vor einer Arrhythmie darstellt;
- b. zweiten Mitteln zum Erlangen eines Elektrogramms, das eine
Vielzahl von nicht-arrhythmischen Komplexen beinhaltet;
- c. Mitteln zum Vergleichen der Morphologie der nicht-arrhythmischen Komplexe
mit der Vorlage; und
- d. Mitteln zum Ableiten einer Anzeige einer drohenden Arrhythmie
als eine Funktion des Vergleiches zwischen der Vielzahl von nicht-arrhythmischen
Komplexen und der Vorlage.
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Die
Erfindung betrifft generell eine Vorrichtung zum Vorhersagen des
bevorstehenden Einsetzens einer Arrhythmie auf der Grundlage einer
Analyse von intakten (d.h. nicht zerlegten) Echtzeit-Intracardial-Elektrogrammen.
Echtzeitveränderungen
des erfassten Intracardial-Elektrogramms wie Veränderungen der Morphologie,
bei denen es sich um Vorboten einer Arrhythmie handelt, werden in
nicht-arrhythmischen Komplexen des Intracardial-Elektrogramms identifiziert.
Die Voraussageanalyse kann auf einer kontinuierlichen oder einer periodischen
Basis durchgeführt
werden. Andere Parameter wie die Herzfrequenz können als Gewichtungsfaktoren
bei der Analyse verwendet werden. Eine Ausführungsform der Erfindung beruht
auf einer Zunahme des Korrelationsgrades über der Zeit zwischen einer
vor-arrhythmischen
Wellenform-Morphologie und der Wellenform-Morphologie von Komplexen in einem sich
bewegenden Fenster des nicht-arrhythmischen Intracardial-Elektrogramms,
um zu bestimmen, ob eine bevorstehende Arrhythmie vorhergesagt wird.
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1 ist
ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 ist
ein schematisches Diagramm eines Intracardial-Elektrogramms in Echtzeit, und zwar
im Kontext der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Implementierung von einer der
verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung, die ein Verfahren zum
Voraussagen oder Vorhersagen einer Arrhythmie durchführt, und
zwar auf der Grundlage von Morphologieänderungen über der Zeit, die in intakten
Intracardial-Elektrogrammen in Echtzeit beobachtet werden, und zwar
als Vorboten einer Arrhythmie. Eine Veränderung der Morphologie eines
QRS-Komplexes wie
Veränderungen
der relativen Fläche
oder Folge von Spitzenwerten in dem Komplex kann für eine bevorstehende
Arrhythmie voraussagend sein.
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Der
Begriff „intakt", wie er auf ein
Intracardial-Elektrogramm
angewendet wird, bedeutet, dass das Elektrocardiogrammsignal nicht
in Komponentensignale zerlegt worden ist. Ein Beispiel einer solchen
Zerlegung ist eine Fourier- oder
eine Karhunen-Loeve-Transformation.
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Die
erfinderischen Prinzipien ergeben nur wenige Beschränkungen
hinsichtlich der Vorrichtung, mit der das Verfahren ausgeführt wird.
Daher präsentiert
die vorliegende Beschreibung primär die Verfahrensaspekte der
Erfindung, jede beliebige Vorrichtung und/oder System, das die Prinzipien
implementiert, soll sich jedoch vollständig innerhalb des Schutzbereiches
der Erfindung befinden. Da Herzüberwachungsausrüstung typischerweise
elektrische oder elektronische „Schaltkreise" beinhaltet, soll
dieser Begriff demgemäss
analoge oder digitale Elektronik in jeder beliebigen Kombination
beinhalten. Derartige Schaltkreise werden „programmiert" oder „konfiguriert", indem diskrete
Komponenten oder multifunktionale Komponenten in Übereinstimmung
mit bekannten Prinzipien aufgenommen und angeordnet werden. Das „Programmieren" oder „Konfigurieren" von Elektronik kann
unter Verwendung programmierbarer logischer Arrays, von Mikroprozessoren,
von digitalen Signalprozessoren oder anderen äquivalenten Bauteilen erzielt
werden, wiederum unter Nachvollziehung allgemein bekannter Prinzipien.
Die einzigen Beschränkungen
für die
Vorrichtungs- oder Systemaspekte der Erfindung sind jene, die in
den Ansprüchen
genau aufgeführt
sind.
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1 ist
ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform, die nicht zu der
Erfindung gehört, wobei
ein Verfahren zum Vorhersagen einer spontanen Herz-Arrhythmie dargestellt
ist. Eine Vorlage eines anfänglichen
normalen Sinusrhythmus wird auf eine Art und Weise gewonnen, wie
es in dem US-Patent 5,779,645 (Olson et al.) offenbart ist. Diese
Vorlage kann beispielsweise einen einzelnen Sinuskomplex oder einen
Mittelwert einiger Komplexe verwenden. Als nächstes wird auf bekannte Art
und Weise ein intaktes Intracardial-Elektrogramm gewonnen, entweder
kontinuierlich oder periodisch, und zwar beispielswei se für eine Zeitspanne
von etwa 2 bis 10 Minuten pro Stunde. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird jeder Komplex eines laufenden Fensters von nominal, jedoch
nicht begrenzt auf 10 bis 90, insbesondere 40 nicht-arrhythmischen
Komplexen verglichen mit der normalen Sinus-Vorlage. Eine Abnahme
der Korrelation zwischen der Morphologie der normalen Sinuswellenform
und der Morphologie der Wellenform, die in den neu gewonnenen nicht-arrhythmischen
Komplexen in dem laufenden bzw. sich bewegenden Fenster gezeigt
ist, stellt einen Voraussageparameter für eine Arrhythmie dar.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorlage, mit der die neu gewonnenen Komplexe
verglichen werden, eine Vorlage mit einer vor-arrhythmischen Wellenformmorphologie.
Diese vor-arrhythmische Vorlage kann von dem Gerät aus vorhergehenden Vorfällen bei
dem Patienten gewonnen oder „erlernt" werden. Bei dieser
Ausführungsform
bildet eine Zunahme der Korrelation zwischen der Wellenformmorphologie der
Vorlage und der Wellenformmorphologie des erfassten Elektrogramms
einen Voraussageparameter für eine
Arrhythmie.
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Unabhängig davon,
wann oder wie die Vorlage gewonnen wird, beinhaltet das in 1 dargestellte Verfahren
ferner eine Vorhersage, ob ein drohendes Einsetzen einer Arrhythmie
auftreten kann. Bei dieser und sämtlichen
anderen Ausführungsformen
der Erfindung ist die spezifische Natur oder der Ausdruck der Vorhersage
nicht auf irgendein einzelnes Format beschränkt, wie ein simples „ja oder
nein", sondern beinhaltet
stattdessen solche Formen wie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens
innerhalb einer Zeitspanne (z.B. „60% Wahrscheinlichkeit innerhalb
einer Stunde"),
oder eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens, die in Bezug auf den
Zeitbetrag vor dem vorhergesagten Auftreten variiert (z.B. „30% Wahrscheinlichkeit
innerhalb einer halben Stunde, 60% Wahrscheinlichkeit innerhalb
einer Stunde und 90% Wahrscheinlichkeit innerhalb von zwei Stunden"), etc.
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Die
Morphologie von jedem Komplex des Fensters von nicht-arrhythmischen Komplexen
wird mit der Vorlage verglichen. Auf der Grundlage dieses Vergleiches
wird jedem Komplex in dem Fenster von nicht-arrhythmischen Komplexen
ein morphologiebestimmter Parameterwert (eine „Punktzahl") zugewiesen. Als Nächstes bestimmt das Verfahren,
ob jeder Komplex, auf der Grundlage seiner bestimmten Punktzahl,
eine „gültige bzw.
vorübergehende
Punktzahl" („passing
score") zeigt. Dies
erfolgt durch die Verwendung von einem oder mehreren Schwellenwerten.
Die zweite Schwelle kann angewendet werden, um von dem Vergleich
gewisse Komplexe auszuschließen,
wie solche, die als verfrühte
ventrikuläre
Kontraktionen („premature
ventricular contractions",
PVCs) bestimmt werden. Der Satz von Komplexen wird nunmehr als eine
Serie von gültigen/nicht-gültigen Vorfällen beschrieben,
wobei möglicherweise
einige Komplexe aus der Betrachtung ausgeschlossen sind. Eine Verbundpunktzahl
bzw. zusammengesetzte Punktzahl für jedes Fenster wird berechnet, und
zwar wenn jeder neue Komplex erfasst wird, um eine Messung des sich
mit der Zeit variierenden Korrelationsgrades bereitzustellen. Diese
mit der Zeit variierende Korrelation wird dann ausgewertet und ein
drohendes Einsetzen einer spontanen Arrhythmie wird vorhergesagt,
wenn die mit der Zeit variierende Korrelationsberechnung unter einen
gewissen Wert fällt,
für den
Fall, dass die Vorlage eine erwartete normale Sinusvorlage ist,
oder einen gewissen Wert erreicht, für den Fall, dass die Vorlage
eine erwartete vor-arrhythmische Vorlage ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann ein Gewichtungsschema verwendet werden, bei dem
die Grenzziehung zwischen gültig/nicht-gültig ersetzt
werden kann durch eine Messung des Herzfrequenzintervalls, und zwar
direkt vor jedem Komplex. Als ein Beispiel, jedoch nicht beschränkt hierauf, wird
für den
Fall, bei dem ein Komplex, der gültig
ist bzw. vorübergeht
und eine gute Übereinstimmung
mit der Vorlage zeigt, dessen Punktzahl von „1" mit dem vorhergehenden Intervall multipliziert.
Alternativ könnte
die Punktzahl von „1" mit der Inversen
des vorhergehenden Intervalls oder mit der Beschleunigung des vorhergehenden
Intervalls relativ zu dem Schlag davor multipliziert werden. Es
gibt eine Vielzahl alternativer Antwortstrategien, die zur Verwendung
mit einer beliebigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung geeignet sind. Die Alternativen beinhalten das Ausgeben
einer Vor-Arrhythmie-Warnung; das Vorbereiten zur Behandlung einer
Arrhythmie (z.B. Laden eines Kondensators; Speichern von Daten);
und das Verhindern einer Arrhythmie (z.B. durch eine Schrittmacherfunktion
oder durch Stimulieren eines Abschnittes des autonomen nervösen Systems
wie des Vagusnerv). Jede dieser Alternativen kann auf eine beliebige
bekannte Art und Weise durchgeführt
werden, und die Details hiervon beschränken den Schutzbereich der
Erfindung nicht. In ähnlicher
Weise kann ohne Beschränkung
des Schutzbereiches der Erfindung jede dieser Alternativen mit einer
oder mehreren der anderen Alternativen in einer beliebigen geeigneten
Folge oder Kombination kombiniert werden.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann der Morphologievergleich unter Verwendung von Phasenraum-Plots
(„phase
space plots") der
Wellenformen durchgeführt
werden, wie es in dem US-Patent 5,645,070 (Turcott) beschrieben
ist. Zusätzlich
hierzu kann der Morphologievergleich an anderen Merkmalen des Welienformkomplexes
als dem QRS-Komplexes durchgeführt
werden, wie der T-Welle oder dem ST-Segment.
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Obgleich
es bevorzugt ist, wenn das Verfahren der Erfindung auf einer kontinuierlichen
Basis implementiert wird, kann es aus Gründen des Leistungsverbrauches
wünschenswert
sein, das Verfahren nur periodisch zu betreiben, wie beispielsweise
einmal pro Stunde, oder so, dass es durch eine schnelle Herzfrequenz ausgelöst wird,
die unterhalb einer Tachycardie-Schwelle ist, oder das Auftreten
von einer oder mehreren PVCs.
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines Intracardial-Elektrogramms in Echtzeit, und zwar
im Kontext der vorliegenden Erfindung. Eine herkömmlicherweise verwendete Kennzeichnung
in der Form RRx, wobei x den x-ten Komplex
anzeigt, wobei ein erster nicht-arrhythmischer Komplex als ein Referenzpunkt
herangezogen wird, identifiziert jeden der QRS-Komplexe. Es ist
jedoch zu betonen, dass das erfinderische Verfahren nicht notwendigerweise
auf Messungen der Dauer solcher „R-R-Intervalle" basiert, wie sie
allgemein bekannt sind.
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Jeder
der Komplexe wird mit der Vorlage verglichen und erhält eine
Morphologie-Punktzahl, die durch M angegeben ist. Beispielsweise
ist der M-Wert des ersten Komplexes neunzig, jener des zweiten Komplexes ist
neunzig und jener des dritten Komplexes ist achtzehn, und zwar in
einem System, bei dem einem Komplex mit einer Morphologie, die überhaupt
nicht mit einer normalen Sinusvorlage korreliert, eine Punktzahl
von null gege ben wird, und bei dem einem Komplex, der perfekt korreliert,
eine Punktzahl von einhundert gegeben wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
setzt ein gleitendes Fenster von Komplexen zusammen, und zwar mit
einer Zahl N, wie es in 2 gezeigt ist, und betrachtet
im Folgenden jeden Komplex. Die Morphologie-Punktzahl M wird dazu
verwendet, die Anzahl von Komplexen innerhalb des Fensters, die
als stark korreliert mit der Vorlage betrachtet werden, zu bestimmen.
Komplexe mit einer Punktzahl, die geringer ist als ein unterer Schwellenwert,
können
vollständig
aus der Analyse entfernt werden, wobei es sich hierbei um cardiale Vorfälle handelt,
die für
nicht-arrhythmische Komplexe einen atypischen Ursprung besitzen
(z.B. PVCs). Diese Komplexe tragen nicht einmal als Mitglieder der
N-Komplexe bei, die erforderlich zur Bildung eines Fensters sind.
Von den verbleibenden Komplexen, die das Fenster bilden, tragen
nur Komplexe mit einer Punktzahl oberhalb eines oberen Schwellenwertes
zu dem Zählstand
von korrelierten Komplexen bei. Der Beitrag von jedem Komplex, bei
dem es sich um eine gute Übereinstimmung
für diesen
Zählwert
handelt, ist der für
jeden Komplex gezeigte S-Wert.
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Im
Falle der in 2 gezeigten Komplexe ist der
obere Schwellenwert für
den Morphologiewert M auf achtzig eingestellt und der untere Schwellenwert
(für die
PVC-Zurückweisung)
ist auf dreißig
eingestellt. Demzufolge besitzt der erste Komplex eine gültige Punktzahl
(M = 90 > 80) und
trägt einen
Zählstand
von S = 1 bei. Der zweite Komplex besitzt ebenfalls eine gültige Punktzahl
(M = 90 > 80) und
trägt einen
weiteren Zählstand
von S = 1 bei. Der dritte Komplex ist typisch für eine verfrühte ventrikuläre Kontraktion
(PVC), die mit einer normalen Sinusvorlage nicht gut korreliert,
so dass er lediglich eine Punktzahl von achtzehn besitzt, und daher
nicht einmal als ein Mitglied der N-Komplexe in dem gleitenden Fenster
aufgenommen ist.
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Der
vierte und der fünfte
Komplex besitzen jeweils eine Punktzahl von nur fünfzig; da
dies oberhalb des unteren Schwellenwertes von dreißig ist,
jedoch den oberen Schwellenwert von achtzig nicht überschreitet,
sind sie als Mitglieder des Satzes von N-Komplexen aufgenommen,
tragen jedoch zu dem Zählstand
nur S = 0 bei. Dieser Prozess setzt sich fort bis zum N-ten Komplex,
der eine Punktzahl von neunzig besitzt und einen weiteren gültigen Zählstand
von S = 1 beiträgt.
Eine Summe der S-Werte für
das Fenster führt
zu einem Gesamtwert ST.
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Wenn
das gleitende Fenster fortschreitet, berücksichtigt es bei jeder Iteration
einen neuen Satz von N-Komplexen, wobei die zugrundeliegende Mitgliedschaft
jedes Mal um einen Komplex verändert
wird. Der Wert von ST wird jedes Mal, wenn
das Fenster fortschreitet, neu berechnet. Dieser mit der Zeit variierende
Wert ist ein Maß dafür, wie viele
der gesamten nicht-arrhythmischen
Komplexe als gute Übereinstimmungen
oder hochkorrelierte Komplexe betrachtet werden. Wenn dieser Wert
abnimmt, zeigt dies an, dass das intakte Elektrokardiogramm einen
abnehmenden Anteil von korrelierten Komplexen aufweist, selbst wenn
der Rhythmus nicht-arrhythmisch ist, und zwar auf der Grundlage
der gemessenen Herzfrequenz.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Herzfrequenz bzw. Herzrate dazu verwendet werden, um die
Punktzahl derart zu beeinflussen, dass beispielsweise Komplexe,
bei denen es sich um gute Übereinstimmungen
handelt und die einem langen RR-Intervall folgen, die laufende Punktzahl
um einen größeren Betrag
beeinflussen. Eine solche Berechnung könnte unter Verwendung der folgenden
Gleichung durchgeführt
werden:
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Alternativ
hierzu kann die Inverse des vorhergehenden RR-Intervalls dazu verwendet werden, eine maximale
Gewichtung auf Morphologieänderungen
bereitzustellen, die kurzen RR-Intervallen
folgen. Eine solche Kalkulation könnte unter Verwendung der folgenden
Gleichung durchgeführt
werden:
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3 ist
eine schematische Darstellung von einer Implementierung der verschiedenen
Versionen der Erfindung, und zwar mit einem Mikroprozessor 602,
einem Speicher 604 (bei dem es sich um jede beliebige geeignete
Kombination von Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM; Nur-Lesespeicher
oder ROM; Cache-Speicher
auf der Leiterplatte oder außerhalb
der Leiterplatte, zugeordnet dem Mikroprozessor 602, etc. handeln
kann), einem Bus 606, einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 608 und
einer Programmier/Kommunikations-Schnittstelle 610.
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Die
Erfindung ist durch Software implementiert, die in dem Speicher 604 gespeichert
und von dem Mikroprozessor 602 ausgeführt wird. Der Bus 606 ermöglicht eine
Kommunikation zwischen RAM 604, Mikroprozessor 602 und
der Eingabe/Ausgabe-Einheit 608. Die Eingabe/Ausgabe-Einheit 608 ist
ferner mit dem Herzen 612 eines Patienten gekoppelt, und
zwar auf an sich gut bekannte Art und Weise, um das Intracardial-Elektrogramm
aufzunehmen und (falls so konfiguriert) eine oder mehrere Anti-Arrhythmie-Therapien abzugeben, wie
Schrittmachen, Cardioversion, Defibrillation und dergleichen. (Das
Herz 612 stellt schematisch auch das autonome Nervensystem
dar, das stimuliert werden würde,
wenn eine solche Anti-Arrhythmie-Therapie alleine oder in Kombination
mit anderen therapeutischen Maßnahmen
verwendet würde).
Die Programmier/Kommunikations-Schnittstelle 610 wird zum
Herunterladen von gespeicherten Daten an einen externen Programmierer
und zum Empfangen von Telemetrie von dem Programmierer verwendet,
um programmierbare Parameter zu modifizieren und/oder um die Betriebssoftware
des Gerätes
zu verändern.
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Das
Elektrogramm und die vorhergesagte Arrthythmie können entweder atrial oder ventrikulär sein, und
zwar in jeder beliebigen Kombination, d.h. ein atriales Elektrogramm
kann zum Vorhersagen entweder einer atrialen oder einer ventrikulären Arrhythmie
(oder beider) führen,
genauso wie ein ventrikuläres
Elektrogramm zu einer Vorhersage entweder einer atrialen oder einer
ventrikulären
Arrhythmie (oder beiden) führen kann.
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Der
Mikroprozessor 602 instruiert die Eingabe/Ausgabeeinheit 608,
ein Intracardial-Elektrogramm aufzunehmen, das dann über den
Bus 606 zu dem Mikroprozessor 602 übertragen
wird, und zwar zur sofortigen Verarbeitung, oder zu dem Spei cher 604,
und zwar zum Zwecke der Speicherung und darauffolgenden Verarbeitung,
je nach Erfordernis. Der Mikroprozessor 602, und zwar der
in dem Speicher 604 vorhandenen Programmierung folgend,
identifiziert nicht-arrhythmische Komplexe des Elektrokardiogramms
und bestimmt, ob ein Indikator einer drohenden Arrhythmie vorliegt.
Wenn ein Indikator eines drohenden Einsetzens einer Arrhythmie vorliegt,
instruiert der Mikroprozessor 602 das System, eine gewünschte Option
durchzuführen,
welche auch immer, und zwar durch Übertragen von therapeutischen
Befehlen über
den Bus 606 zu der Eingabe/Ausgabe-Einheit 608.
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BEISPIEL
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Aus
einer Bibliothek von Daten, die von vierzehn Patienten zusammengestellt
worden ist, in die ein implantierbarer Cardioverter/Defibrillator
(ICD) implantiert worden ist und die darauffolgend an insgesamt
zweiundfünfzig
Episoden bzw. Vorfällen
von vom Gerät
identifizierten Auftritten von (vermutetem oder tatsächlichem)
spontanem Einsetzen von ventrikulärer Arrhythmie gelitten hatten,
wurden intakte Kardialelektrogramme ausgewählt. Der ICD hatte die Echtzeitelektrogramme,
die jedem Auftritt vorangegangen waren, gespeichert und darauffolgend
heruntergeladen. Demzufolge waren die gespeicherten Elektrogramme
zur Analyse verfügbar,
so, als ob sie in Echtzeit verarbeitet worden wären, wie nachstehend beschrieben,
und zwar ohne jede Beschränkung
des Schutzbereiches der Erfindung.
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Eine
Elektrogrammvorlage, und zwar im Wesentlichen beschrieben wie in
dem US-Patent 5,779,645 (Olson et al.), wurde für jeden Patienten erzeugt.
Es wurde für
alle QRS-Komplexe, die zu dem Einsetzen einer spontanen ventrikulären Arrhythmie führen, ein
morphologiebestimmter Parameterwert (entsprechend einhundert minus
der Morphologie-„Punktzahl", wie in jenem Patent
definiert) bestimmt. Es wurden gleitende Fenster erzeugt, die hinsichtlich
der Größe von zehn
bis neunzig Komplexen variierten. Innerhalb jedes Fensters wurde der
zeitliche Prozentsatz verfolgt, für den die Morphologiepunktzahl
oberhalb eines ausgewählten
Wertes war (ausgewertet zu variierend zwischen siebzig und neunzig).
Wenn dieser zeitliche Prozentsatz unter einen Schwellenwert fiel,
wurde eine Warnung einer bevorstehenden Arrhythmie ausgegeben. Die
Daten wurden gegenüber
einem Schwellenwert evaluiert, der zwischen dreißig und achtzig variierte.
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Die
meisten Warnungen treten innerhalb von zwei oder drei Minuten vor
dem Einsetzen der Arrhythmie auf. Da die Daten aus Aufzeichnungen
abgeleitet waren, die nur eine Dauer von dreieinhalb Minuten hatten, ist
aus diesen Daten die exakte Zeit nicht bekannt, bei der jede Warnung
in einem kontinuierlich überwachten Echtzeit-Elektrokardiogramm
unendlicher vorheriger Zeitdauer zuerst erschienen wäre. Dies
ist lediglich eine Beschränkung
der Daten, die bei diesem Beispiel tatsächlich verwendet wurden, und
keine Beschränkung
des Schutzbereiches der Erfindung, insbesondere deswegen, da die
Erfindung bei einer künftigen
Ausführungsform
implementiert werden würde,
die speziell zur Ausnutzung der Vorteile der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist.
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Um
die Ausprägung
bzw. Genauigkeit dieses Datensatzes zu evaluieren, wurde er mit
Steueraufzeichnungen verglichen, die von jedem Patienten genommen
wurden, und zwar während
darauffolgender Untersuchungen des Patienten. Die Ergebnisse sind unten
gezeigt. In den nicht arrhythmischen Komplexen, die in dem gleitenden
Fenster enthalten sind, waren PVCs enthalten. Es wurde kein Gewichtungsschema
verwendet. Die unten stehende Tabelle zeigt die Ausprägung bzw.
Genauigkeit und Empfindlichkeit als eine Funktion der prozentualen
zeitlichen Gültigkeit
bzw. Vorübergehens
(„Percent
Time Passing").
- Maximale
Empfindlichkeit = 51/52 Vorfälle
= 98%
- Minimale Falsche Positivrate („False Positive Rate" (FPR)) = 0/22 Steuerungen
- Maximale Ausprägung
(1 – FPR)
= 22/22 Steuerungen = 100
- Leistungsoptimierung definiert zu (Empfindlichkeit – Fal-sche Positivrate)max, die aufgetreten ist, wenn der Wert der
prozentualem zeitlichen Gültigkeit
= 60%, Fenstergröße (N) =
90 und Morphologie-Punktzahl, die für Gültigkeit erforderlich ist =
70,
- sich daraus ergebende Empfindlichkeit = 73% und Ausprägung/Genauigkeit
= 77%
-
Durch
die obigen Daten werden zwei sofortige Rückschlüsse unterstützt. Zunächst gibt es eine klare Korrelation
zwischen dem Ausgeben einer Warnung vor dem vom Gerät angezeigten
Einsetzen einer Arrhythmie und dem darauffolgend bestätigten tatsächlichen
Auftreten der Arrhythmie. Demzufolge identifizierte das verwendete
Verfahren zum Auslösen
der Warnung, wie oben beschrieben, auf erfolgreiche Art und Weise
einen Echtzeit-Vorboten
einer Arrhythmie in einem nicht-arrhythmischen Komplex eines intakten
Intracardial-Elektrogramms. Dies zeigt, dass die vorliegende Erfindung
vielversprechend dazu verwendet werden kann, um spontane Herz-Arrhythmien
in individuellen Patienten genau vorherzusagen.
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Zum
zweiten zeigen niedrigere Werte der Nennschwelle („Prozentuale
Zeitliche Gültigkeit"-Parameter) an, dass
eine größere Variabilität im Morphologievergleich
zugelassen werden kann, bevor eine Warnung eines bevorstehenden
Einsetzens einer Arrhythmie gegeben wird, und ein höherer Wert
zeigt an, dass eine geringere Variabilität vorhanden sein müsste, bevor
eine Warnung herausgegeben wurde. Demzufolge wären höhere Schwellenwerte geeignet,
um relativ benignere Therapien zu initiieren, wie ein Antitachycardie-Schrittmachen
oder eine Stimulation des Vagusnerv. Niedrigere Schwellenwerte wären geeigneter,
um aggressivere Therapien zu initiieren, da die niedrigeren Schwellenwerte
ein größeres Maß an Ausprägung/Genauigkeit
besitzen.
