DE60118791T2

DE60118791T2 - System und Computerprogramm zum Ableiten eines virtuellen EKG- oder EGM-Signals

Info

Publication number: DE60118791T2
Application number: DE60118791T
Authority: DE
Inventors: B. Brian Golden Valley LEE; J. Eric Edina PANKEN; D. James Maple Grove REINKE
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: CA2427953A1; WO2002041772A1; DE60118791D1; JP2004524873A; EP1357833A1; EP1357833B1; US6505067B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Elektrophysiologie und insbesondere ein System und ein Computerprogramm zum Verwenden zweier oder mehrerer physiologischer Spannungspotentialsignale, um das Spannungspotential zu bestimmen, das zwischen einem an einer vorgegebenen Stelle an einem Körper oder innerhalb von diesem angeordneten Paar virtueller Elektroden gemessen werden würde.
Hintergrund der Erfindung
Zu jedem gegebenen Zeitpunkt kann ein ausgewählter Punkt innerhalb eines lebenden Körpers auf einem anderen Spannungspotential liegen als ein anderer ausgewählter Punkt in dem Körper. Weiterhin ist es wahrscheinlich, dass sich das Spannungspotential an einem gegebenen Punkt zeitlich ändert. An zwei verschiedenen Punkten angeordnete Elektroden messen daher ein Potentialdifferenzsignal zwischen diesen beiden Punkten, das sich zeitlich ändert.
Ein übliches Beispiel eines Systems zum Messen von Potentialdifferenzen innerhalb des menschlichen Körpers ist durch das Elektrokardiogramm (EKG) gegeben, das sich auf eine Auftragung der sich ändernden Potentialdifferenzen, die zwischen verschiedenen Standardelektrodenpaaren existieren, welche auf der Oberfläche des Körpers angeordnet sind, über die Zeit bezieht. Eine herkömmliche EKG-Messung beinhaltet zwölf Signalmessungen, welche auch als "Ableitungen" bezeichnet werden, welche unter Verwendung eines Satzes von Standardelektrodenpaaren vorgenommen werden.
1 zeigt die zehn Standardelektrodenpositionen, die verwendet werden, um eine EKG-Messung mit zwölf Ableitungen zu erhalten. Die Elektroden RA, LA und LL sind am rechten Arm, am linken Arm bzw. am linken Bein eines Patienten angeordnet, und eine Erdung ist im Allgemeinen am rechten Bein (RL) angeordnet. Andere Elektroden V1 bis V6 sind am Brustkorb des Patienten angeordnet. Verschiedene Elektrodenpaare werden verwendet, um den Standardsatz von zwölf Ableitungen, die in einer EKG-Messung enthalten sind, zu erhalten.
Drei der gemessenen Signale werden gemeinhin als Ableitung I, Ableitung II und Ableitung III bezeichnet. Diese bezeichnen Messungen zwischen RA und LA, zwischen RA und LL bzw. zwischen LA und LL. Diese drei Signalmessungen umfassen das in 2 dargestellte so genannte Einthovensche Dreieck. Dieses Dreieck wird gemeinhin verwendet, um die Beziehung zwischen den gemessenen elektrischen Signalen und den Ableitungspositionen darzustellen. Dies kann in Gleichungsform folgendermaßen ausgedrückt werden: Ableitung II = Ableitung I + Ableitung III.
Dieses Konzept beruht auf dem Kirchoffschen Spannungsgesetz, nach dem die zwischen dem rechten und dem linken Arm, zwischen dem linken Arm und dem linken Bein und zwischen dem linken Bein und dem rechten Arm gemessenen Spannungssignale addiert werden können, um eine Summe von Null zu erhalten, falls der erste Punkt in jedem Paar als der Spannungsbezugspunkt angesehen wird. Wie anhand der vorstehenden Gleichung offensichtlich ist, kann jedes der Signale des Einthovenschen Dreiecks genähert werden, falls die anderen beiden Signale bekannt sind. Durch Erweitern dieses Konzepts können alle in dem Standard-EKG mit 12 Ableitungen enthaltenen Signale genähert werden, falls nur zwei der Signale bekannt sind.
Es wurden Systeme entwickelt, um einzelne der 12-Signal-EKG-Messungen zur Ableitung anderer Messungen zu verwenden. Beispielsweise ist in US-A-5 231 990 von Gauglitz ein Schaltkreis beschrieben, der verschiedene Standard-EKG-Signale addiert, um andere Standard-EKG-Signale zu erzeugen. Ein ähnliches System ist in US-A-5 711 304 von Dower beschrieben, worin die Verwendung einzelner der EKG-Signale mit 12 Ableitungen zum Berechnen der Signale, die an vorgegebenen Nicht-Standard-EKG-Positionen an einem Körper existieren, offenbart ist. In US-A-4 023 565 von Ohlsson ist eine Schaltungsanordnung zum Aufzeichnen von EKG-Signalen anhand mehrerer Ableitungseingaben beschrieben. Ähnlich sind in US-A-4 263 919 von Levin, in US-A-4 170 227 von Feldman u.a. und in US-A-4 593 702 von Kepski u.a. Mehrelektrodensysteme beschrieben, welche Oberflächen-EKG-Signale zur Artefaktunterdrückung kombinieren.
In US-A-6 038 469 von Karlsson u.a. ist ein Herzüberwachungssystem offenbart, das kontinuierlich drei senkrechte Ableitungen X, Y und Z speichert und anhand dieser in Echtzeit ein Standard-12-Signal-EKG-Signal ableitet. Ein anderes ähnliches System ist in US-A-4 850 370 von Dower beschrieben, worin die Verwendung von vier Elektrodenpositionen am Brustkorb eines Patienten zum Ableiten kardiographischer xyz-Vektorsignale oder des Standard-12-Ableitungs-EKG-Signalsatzes offenbart ist. In US-A-5 366 687 von Evan u.a. ist die Verwendung einer Standard-10-Elektroden-EKG-Konfiguration zum Ableiten einer räumlichen Verteilung von Signalen, die repräsentativ für das sind, was von einem System mit 192 Elektroden gesammelt werden würde, offenbart.
Zahlreiche Körperoberflächen-EKG-Überwachungselektrodensysteme wurden in der Vergangenheit beim Erfassen des EKGs und beim Ausführen vektorkardiographischer Untersuchungen eingesetzt. Beispielsweise ist in US-A-4 082 086 von Page u.a. eine orthogonale Vierelektrodenanordnung offenbart, die sowohl aus Bequemlichkeitsgründen als auch zum Gewährleisten der präzisen Orientierung einer Elektrode zur anderen auf die Haut des Patienten aufgebracht werden kann. In US-A-3 983 867 von Case ist ein Vektorkardiographiesystem beschrieben, bei dem EKG-Elektroden, die an normalen Stellen am Patienten angeordnet sind, und eine orthogonale Anzeige mit einem sechsachsigen Bezugssystem zum Anzeigen von EKG-Signalen der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit, die an herausgegriffenen bipolaren Elektrodenpaaren erzeugt werden, verwendet werden.
Die vorstehend beschriebenen Systeme verwenden Standard-EKG-Messungen zum Ableiten anderer Standardmessungen. Ähnliche Techniken können unter Verwendung subkutaner Elektrodenanordnungen ("Subcutaneous Electrode Arrays" – SEA), die sich unter der Haut eines Patienten befinden, verwirklicht werden. In US-A-5 331 966 von Bennett sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer verbesserten Fähigkeit zum Erfassen und Sammeln elektrischer Herzsignale über eine Anordnung verhältnismäßig dicht beabstandeter subkutaner Elektroden, die sich an der Oberfläche einer implantierten Vorrichtung befinden, offenbart. Später wurden in der am 26. Oktober 2000 (Aktenzeichen P-9033) eingereichten US-Patentanmeldung 09/697 438 mit dem Titel "Surround Shroud Connector and Electrode Housings for a Subcutaneous Electrode Array and Leadless ECGs" von Ceballos u.a. ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zum Erfassen elektrischer Herzsignale über eine Anordnung subkutaner Elektroden, die sich auf einer Abschirmung befinden, die um den Umkreis eines implantierten Schrittmachers herum angeordnet ist, offenbart. In einem am 31. Oktober 2000 eingereichten zugeordneten US-Patent US-A-6 512 940 mit dem Titel "Subcutaneous Electrode for Sensing Electrical Signals of the Heart" von Brabec u.a. (Anwalts-Aktenzeichen P-9041) ist die Verwendung einer Spiralelektrode in Zusammenhang mit der in der Anmeldung mit der Endnummer 438 beschriebenen Abschirmung offenbart. Zusätzlich ist in dem am 25. Oktober 2000 eingereichten US-Patent US-A-6 631 290 (Anwalts-Aktenzeichen P-8786) mit dem Titel "Multilayer Ceramic Electrodes for Sensing Cardiac Depolarization Signals" von Guck u.a. die Verwendung mehrschichtiger Keramikelektroden, die in Vertiefungen angeordnet sind, welche entlang dem Außenrand des implantierbaren Schrittmachers und in diesen hinein aufgenommen sind, offenbart.
In US-A-5 331 966 ist eine implantierte medizinische Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches einen sich dynamisch ändernden lokalen Fernfeldvektor eines elektrischen Felds angibt, der zwischen einer Elektrode im Mittelpunkt orthogonaler Paare von Fernfeldelektroden und einem Punkt, der in einem Abstand von dieser Elektrode liegt, unter Verwendung ausgewählter Elektrodenpaare gemessen werden würde, offenbart.
Wie vorstehend erörtert wurde, können sowohl EKG-Leitungen bzw. -Ableitungen als auch SEA-Anordnungen verwendet werden, um Standardmessungen abzuleiten. Standardmessungen liefern jedoch möglicherweise nicht immer die gewünschten diagnostischen Informationen. In manchen Situationen liefern nicht standardmäßige Signale relevantere Informationen als sie durch einen Standardsignalsatz bereitgestellt werden. Beispielsweise ist es in Situationen, in denen der optimale Anordnungswinkel für eine implantierbare Vorrichtung zu bestimmen ist, wünschenswert, Spannungsdifferenzen an allen möglichen Implantationswinkeln unter Verwendung eines Elektrodenabstands, der den Abstand von Elektrodenpaaren annähert, wie sie nach der Implantation existieren, zu berechnen. Es sind daher ein System und ein Verfahren erforderlich, welche die Konzepte aus dem Stand der Technik erweitern, um ein System bereitzustellen, welches nicht standardmäßige Messungen unter Einschluss von implantierten Elektroden abgeleiteter Messungen verwendet, um automatisch eine unbegrenzte Anzahl anderer nicht standardmäßiger Messungen zu erzeugen.
Demgemäß sieht die Erfindung ein System und ein Computerprogramm gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm, in dem die zehn Standardelektrodenpositionen dargestellt sind, welche zum Erhalten einer EKG-Messung mit zwölf Ableitungen verwendet werden.
2 ist ein Blockdiagramm, in dem die drei im Einthovenschen Dreieck enthaltenen Signalmessungen dargestellt sind.
3 ist ein Vektordiagramm, das drei Elektroden zeigt, die in jeder beliebigen Orientierung zueinander angeordnet werden können.
4 ist ein Vektordiagramm, das eine innerhalb des erfindungsgemäßen Systems verwendete Vierelektrodenkonfiguration zeigt.
5 ist ein Systemblockdiagramm eines als Beispiel dienenden Systems, das den vorstehend erwähnten Prozess ausführen kann.
6 zeigt ein System einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung (IMD), das für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Programmiereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltungsanordnung, die den Schrittmacher gemäß der vorliegenden Erfindung bildet.
9 ist eine Schnittansicht eines implantierten Schrittmachers, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann.
10 zeigt die verschiedenen möglichen Elektrodenstellen, die sich entlang dem Umkreis des implantierten Schrittmachers innerhalb der biegsamen Abschirmung befinden können, wenn eine subkutane Elektrodenanordnung zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
11A ist eine Seitenansicht einer subkutanen Elektrodenanordnung mit vier Elektroden, die an der Außenfläche einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung bereitgestellt sind.
11B zeigt ein Elektrodenpflaster des Typs, der unter Verwendung eines leitenden Gels auf eine Außenfläche eines Körpers aufgebracht werden kann, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
12 ist ein Flussdiagramm, welches das von dem Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Verfahren zeigt.
13A ist eine Graphik einer Messung eines physiologischen Signals in Bezug auf die Zeit, wobei das Signal unter Verwendung eines Elektrodenpaars gemessen wird, das so positioniert ist, dass es einen Winkel q von 15 Grad in Bezug auf ein erstes gemessenes Signal aufweist.
13B zeigt das vergleichbare virtuelle Signal S, das so abgeleitet ist, dass es das in 13A dargestellte gemessene Signal annähert.
Die 14A bis 20B zeigen Graphiken, in denen gemessene physiologische Signalwerte mit jeweiligen interpolierten Werten für verschiedene Werte des Winkels q verglichen sind.
21 ist ein Flussdiagramm, in dem die Ableitung der Wellenform S unter Verwendung gespeicherter Werte von S1 und S2 über einen Wertebereich für den Winkel q dargestellt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht ein System zum Erhalten eines virtuellen physiologischen Spannungssignals zwischen einem ersten vorgegebenen Punkt und irgendeinem anderen wählbaren Punkt vor. Dieses virtuelle Signal ist eine Näherung eines tatsächlichen Signals, das zwischen den zwei Punkten gemessen werden würde.
Die vorliegende Erfindung verwendet mindestens drei Elektroden zum Messen von zwei Spannungssignalen S1 und S2. Gemäß einer Ausführungsform wird das Signal S1 zwischen einer ersten Elektrode und einer gemeinsamen Elektrode gemessen und das Signal S2 zwischen einer zweiten Elektrode und der gemeinsamen Elektrode gemessen. Das Signal S1 kann als einen Richtungsvektor U1 aufweisend beschrieben werden, und das Signal S2 kann als einen Richtungsvektor U2 aufweisend definiert werden. Als nächstes wird ein anderer Punkt ausgewählt, um ein Paar virtueller Elektroden zu definieren, die zwischen diesem ausgewählten Punkt und der gemeinsamen Elektrode existieren. Eine Näherung des Signals S, wie es zwischen diesem Paar virtueller Elektroden gemessen werden würde, kann als eine Funktion von S1, S2 und q abgeleitet werden, wobei q der Winkel zwischen dem Richtungsvektor U1 und dem Richtungsvektor U für das Signal S ist. Beim erfindungsgemäßen System hängt der Signalwert für S auch von den Abständen zwischen den Elektrodenpaaren, dem Winkel b zwischen den Richtungsvektoren U1 und U2 und vom Abstand zwischen den virtuellen Elektroden ab. Untersuchungen der Anmelder haben darauf hingewiesen, dass die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Ableitung des Signals S das Signal gut annähert, das tatsächlich zwischen dem Paar virtueller Elektroden gemessen werden würde.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung können vier Elektroden verwendet werden, um die Messungen S1 und S2 zu erhalten, wobei ein jeweiliges Paar der vier Elektroden verwendet wird, um jede der Messungen zu erhalten. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Elektroden so positioniert, dass das zwischen einem ersten Elektrodenpaar definierte lineare Segment das zwischen einem zweiten Elektrodenpaar definierte lineare Segment an einem Punkt schneidet, der als die virtuelle gemeinsame Elektrode bezeichnet werden kann. Ähnlich wie vorstehend erörtert kann das Signal S zwischen der virtuellen gemeinsamen Elektrode und irgendeinem anderen Punkt als Funktion von b, q, S1, S2 und den Abständen zwischen den verschiedenen Elektroden abgeleitet werden. Dieses Signal S nähert das Signal gut an, das zwischen dem Paar virtueller Elektroden gemessen werden könnte.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der zeitlich veränderliche Signalwert S erzeugt und in Echtzeit angezeigt werden, wenn die Messungen für S1 und S2 erhalten werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Signal S unter Verwendung zuvor gespeicherter Signalwerte für S1 und S2 abgeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung kann mit Elektroden verwendet werden, die außen an der Oberfläche eines Körpers angeordnet oder in diesen implantiert sind. Für innen angeordnete Elektroden können die Elektroden an dem äußeren Gehäuse einer IMD angeordnet werden. Für außen positionierte Elektroden können die Elektroden von einem Elektrodenpflaster getragen werden oder von Ableitungen des Typs getragen werden, der typischerweise verwendet wird, um EKG-Messungen zu erhalten. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Benutzerschnittstelle verwendet werden, um die Werte von b und die Abstände zwischen den Elektroden einzugeben. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Werte für b und die Abstände zwischen den Elektroden fest sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können ein oder mehrere dieser Parameterwerte durch Jumper- oder Schaltereinstellungen an einer die Elektroden tragenden Vorrichtung lesbar sein. Beispielsweise kann ein Elektrodenpflaster entweder vom Benutzer wählbare oder festcodierte Jumper aufweisen, die von einem Prozessor lesbar sein können, um die verschiedenen Parameterwerte zu bestimmen, die zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines Verarbeitungsschaltkreises zum Ableiten des Werts für S implementiert werden. Dieser Verarbeitungsschaltkreis kann vollständig softwaregesteuert arbeiten, um die zum Bestimmen des Signalwerts S erforderlichen Schritte auszuführen. Alternativ können einige oder alle der zum Erhalten des genäherten Signalwerts S ausgeführten Schritte hardwaregesteuert durchgeführt werden, was beispielsweise unter Verwendung eines arithmetischen Coprozessorschaltkreises erreicht werden kann. Weiterhin kann, wenn implantierte Elektroden verwendet werden, um die Signalwerte S1 und S2 zu erhalten, ein erster Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises in eine IMD aufgenommen werden und ein zweiter Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises in einer Überwachungsvorrichtung angeordnet werden, die sich außerhalb der implantierbaren medizinischen Vorrichtung befindet. Einige oder alle der zum Verwirklichen der Erfindung erforderlichen Schritte können in dem internen Verarbeitungsschaltkreis implementiert werden. Teilweise oder vollständig verarbeitete Signaldaten können dann über einen Kommunikationsschaltkreis in der Art einer Telemetrievorrichtung zur externen Vorrichtung übertragen werden, um zusätzliche Verarbeitungen auszuführen, falls dies erwünscht ist. Alternativ kann die externe Vorrichtung die gesamte Signalverarbeitung ausführen.
Einige oder alle Schritte, die mit der Erfindung verbunden sind, können in Echtzeit ausgeführt werden, wenn die Werte für S1 und S2 gemessen werden. Alternativ kann die Verarbeitung an zuvor gespeicherten Wellenformmessungen für S1 und S2 vorgenommen werden. Demgemäß reicht das Speichern der Werte S1 und S2 aus, um alle Informationen zu erhalten, die erforderlich sind, um es einem Benutzer zu ermöglichen, später ein Signal mit irgendeinem anderen Richtungsvektor zu rekonstruieren. Hierdurch wird Flexibilität bereitgestellt, die zum Speichern gemessener Signalwerte erforderliche Speichermenge verringert und können Verarbeitungsanforderungen weiter verringert werden.
Der Benutzer wählt den Wert für q unter Verwendung irgendeines Typs eines Benutzerschnittstellenmechanismus in der Art einer Wählscheibe, eines Knopfs oder einer Schaltereinstellung. Beispielsweise könnte eine Drehung einer Wählscheibe oder eines Knopfs in eine vorgegebene Richtung und bei einem vorgegebenen Ablenkwinkel verwendet werden, um q anzugeben. Weiterhin könnte q in einem definierten Inkrementwert wählbar sein. Beispielsweise könnte q in verhältnismäßig kleinen Inkrementen, wie 0,1 Grad, oder in größeren Inkrementen, wie 15 Grad, wählbar sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform könnte das System das Signal S für einen vorgegebenen Wertebereich für den Winkel q ableiten. Das System kann dann den Winkel von q auswählen, der zu dem Signal S führt, welches ein vom Benutzer spezifiziertes Wellenformkriterium am besten erfüllt. Beispielsweise kann das System auf der Grundlage eines vom Benutzer spezifizierten Kriteriums den Winkel q auswählen, der zu einem EKG-Signal S führt, welches den größten ins Positive gehenden QRS-Komplex aufweist. Der Bereich und die inkrementelle Änderung, die für q zu verwenden sind, könnten auch vom Benutzer spezifiziert werden.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung weist gegenüber herkömmlichen Systemen viele Vorteile auf. Es sind nur drei Elektroden erforderlich, um ein Signal mit einem wählbaren Richtungsvektor abzuleiten. Hierdurch wird das Ausmaß der zum Gewinnen der gewünschten Signalwerte erforderlichen Hardware reduziert und/oder die Notwendigkeit des Repositionierens von Elektroden beseitigt. Hierdurch wird Zeit gespart und werden auch Systemkosten reduziert.
Zusätzlich kann durch die Verringerung der Anzahl der an einer gegebenen Oberfläche angeordneten Elektroden die Störung der Potentialfelder minimiert werden, die gemessen werden, wodurch ein besserer Signalempfang bereitgestellt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung sieht ein System zum Messen von Spannungssignalen innerhalb des Körpers eines Patienten unter Verwendung mindestens dreier entweder außerhalb oder innerhalb des Patienten angeordneter Elektroden vor. Beispielsweise können diese Elektroden entweder auf einer äußeren Körperfläche oder alternativ unter der Haut angeordnet werden. Außen angeordnete Elektroden werden üblicherweise zum Beispiel verwendet, um die EKG-Signale des Herzens unter Verwendung einer äußeren Überwachungsvorrichtung in der Art einer EKG-Überwachungseinrichtung oder einer Holter-Überwachungseinrichtung, zu messen. Dieser letztgenannte Ansatz kann unter Verwendung einer subkutanen Elektrodenanordnung ("Subcutaneous Electrode Array" – SEA) von dem Typ, der in das Gehäuse einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung ("Implantable Medical Device" – IMD) aufgenommen ist, verwirklicht werden. Eine solche Vorrichtung ist in dem auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patent US-A-5 331 966 beschrieben und erörtert.
3 ist ein Vektordiagramm, das drei Elektroden 302, 304 und 306 darstellt, welche in einer beliebigen Orientierung zueinander angeordnet werden können. Für die Zwecke der Erörterung wird angenommen, dass die drei Elektroden am Brustkorb eines Patienten angeordnet sind, um EKG-Signale zu messen, es ist jedoch zu verstehen, dass diese Elektroden an einer beliebigen Stelle am Körper des Patienten angeordnet oder in diesen implantiert sein können. Vorzugsweise liegen die Elektroden, die in den Körper eines Patienten implantiert sind, an einer Außenfläche einer IMD. Von verhältnismäßig dicht beabstandeten Ableitungen getragene Elektroden können jedoch auch zum Erhalten von Signalmessungen verwendet werden. Beispielsweise können von zwei dicht beabstandeten distalen Enden einer einzigen gegabelten Ableitung getragene Elektroden verwendet werden, um die von der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Signalmessungen zu erhalten.
Unter Verwendung der drei Elektroden aus 3 kann ein erstes Spannungspotential S1 308 zwischen der Elektrode 302 und der gemeinsamen Elektrode 304 gemessen werden. Ein zweites Spannungspotential S2 310 kann zwischen einer Elektrode 306 und der gemeinsamen Elektrode 304 gemessen werden. Unter Verwendung dieser Messungen kann ein automatisiertes Verfahren verwendet werden, um ein virtuelles Signal S 312 zu bestimmen. Das Signal S kann einen beliebigen Richtungsvektor aufweisen, der sich innerhalb der durch die Elektroden 302, 304 und 306 definierten Ebene befindet. Die Orientierung dieses Vektors kann unter Verwendung des Winkels q 313 beschrieben werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses unter Verwendung der tatsächlichen Signale S1 und S2 abgeleitete virtuelle Signal S 312 das Signal dicht annähert, das zwischen einer Elektrode an der Position 314 gemessen werden würde, die sich in einem vom Benutzer wählbaren Abstand D von der gemeinsamen Elektrode 304 befindet. Dies wird nachstehend detailliert erörtert.
Das zum Bestimmen des virtuellen Signals S verwendete Verfahren beruht auf vektorarithmetischen Prinzipien. Zur Veranschaulichung können eine X-Achse 318 und eine Y-Achse 320 (beide sind gestrichelt dargestellt) 3 überlagert werden, wobei die gemeinsame Elektrode am Schnittpunkt der X- und der Y-Achse positioniert ist. Die X-Achse fällt, wie dargestellt ist, mit der Richtung des Signals S1 zusammen, wenngleich es sich hierbei um eine beliebige Auswahl handelt, die die folgende Erörterung vereinfachen soll. Das Signal S1 kann nun als einen Richtungsvektor U1 mit Koordinaten (1, 0) aufweisend beschrieben werden. Ähnlich kann das Signal S2 als einen Richtungsvektor U2 mit Koordinaten (cosb, sinb) aufweisend beschrieben werden, wobei b 322 der entgegen dem Uhrzeigersinn zwischen U1 und dem Signal S2 gemessene Winkel ist. Schließlich kann der Richtungsvektor U des Signals S als die Koordinaten (cosq, sinq) aufweisend beschrieben werden, wobei q der entgegen dem Uhrzeigersinn zwischen U1 und dem Signal S gemessene Winkel ist.
Gemäß den Prinzipien der Vektorarithmetik kann der Richtungsvektor U als Funktion der zwei Richtungsvektoren U1 und U2 folgendermaßen definiert werden: U = (A × U1) + (B × U2)wobei A und B skalare Parameter sind, die Funktionen des gewählten Winkels q und des Winkels b sind. Unter Verwendung der Matrixalgebra kann diese Gleichung folgendermaßen umgeschrieben werden: Durch Lösen der Gleichungen nach A und B ergibt sich: A = sin(b – q)/sinbund B = sinq/sinb
Es sei daran erinnert, dass S1 und S2 die empirisch zwischen den jeweiligen Elektrodenpaaren mit den Richtungsvektoren U1 bzw. U2 gemessenen Spannungssignale sind. Unter Verwendung der Spannungsmessung S1 können die zwischen dem ersten Paar von Elektroden 302 und 304 existierenden elektrischen Felder folgendermaßen definiert werden:
E1 = S1/D1, wobei D1 der Abstand zwischen den Elektroden 302 und 304 ist.
Ähnlich kann das zwischen dem zweiten Paar von Elektroden 304 und 306 gemessene elektrische Feld folgendermaßen definiert werden:
E2 = S2/D2, wobei D2 der Abstand zwischen den Elektroden 304 und 306 ist.
Es ist bekannt, dass diese beiden elektrischen Felder verwendet werden können, um das elektrische Feld E mit dem Richtungsvektor U zwischen der Elektrode 304 und dem gewählten Punkt 314 anzunähern. Die Näherung dieses elektrischen Felds kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
E = (A × E1) + (B × E2), wobei A und B die vorstehend erörterten Skalarparameter sind.
Nach Vornehmen einer Reihe von Ersetzungen wird folgendes für E abgeleitet: E = (A × S1/D1) + (B × S2/D2) E = ((sin(b – q)/sinb) × (S1/D1)) + ((sinq/sinb) × (S2/D2))
Schließlich sei daran erinnert, dass das genäherte Spannungssignal S zwischen der Elektrode 304 und dem Punkt 314 als Funktion des zwischen diesen beiden Punkten existierenden elektrischen Felds E und des Elektrodenabstands D folgendermaßen beschrieben werden kann:
S = D × E, wobei D der Abstand zwischen der Elektrode 304 und dem Punkt 314 ist.
Demgemäß kann S folgendermaßen ausgedrückt werden: S = D × [((sin(b – q)/sinb) × (S1/D1)) + ((sinq/sinb) × (S2/D2))]oder S = (D/sinb) × [(sin(*b – q) × (S1/D1)) + (sinq × S2/D2)][^* Anmerkung: Korrektur durch Übersetzer]
Unter Verwendung dieser Beschreibung kann eine enge Näherung der Amplitude des Signals S bestimmt werden, wobei S das Signal ist, das zwischen der Elektrode 304 und einer zweiten an einer Stelle 314 angeordneten Elektrode gemessen werden würde, wobei die gewählte Stelle 314 in einem Abstand D von der Elektrode 304 liegt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird die Stelle 314 so gewählt, dass der Abstand D fest auf einen Wert zwischen D1 und D2 gelegt wird, wobei D1 und D2 nahezu die gleiche Größe aufweisen. Dies ermöglicht eine bessere Näherung des Signals S, wenn die den beiden Elektrodenpaaren zugeordneten elektrischen Felder addiert werden. Der Abstand D ist ein Skalenfaktor, der die Morphologie des zeitlich veränderlichen Signals S nicht ändert. In dieser Hinsicht kann D so gewählt werden, dass die Amplitude des zeitlich veränderlichen Signals mit dem durch Schaltkreisanforderungen vorgeschriebenen Spannungsbereich skaliert. Beispielsweise kann D als eine programmierbare Verstärkung eines Verstärkers angesehen werden, die so gewählt wird, dass sich das Signal am besten durch einen standardmäßigen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Format umwandeln lässt. Gemäß einer Ausführungsform ist dieser Wert nicht veränderlich, sondern auf der Grundlage von Schaltkreisanforderungen und der gewünschten Amplitude des Signals S fest.
In der früheren Beschreibung wird die Verwendung von drei Elektroden für das Erhalten der Signale S1 und S2 angenommen. Eine Vierelektrodenkonfiguration kann auch für diesen Zweck verwendet werden.
4 ist ein Vektordiagramm, in dem eine in dem erfindungsgemäßen System eingesetzte Vierelektrodenkonfiguration dargestellt ist. Dieses Diagramm beinhaltet die Elektroden 302, 304 und 306 aus 3 und weiter eine Elektrode 400. Das Signal S1 mit dem Richtungsvektor U1 wird zwischen den Elektroden 400 und 302 gemessen, während das Signal S2 mit dem Richtungsvektor U2 zwischen den Elektroden 304 und 306 gemessen wird. Die X-Achse 318 und die Y-Achse 320 werden so überlagert, dass der Schnittpunkt dieser Achsen mit dem Schnittpunkt der Richtungsvektoren U1 und U2 übereinstimmt. Die X-Achse wird ähnlich wie vorstehend erörtert wurde, so angeordnet, dass sie mit dem Richtungsvektor U1 zusammenfällt. Alle anderen Parameter entsprechen den vorstehend mit Bezug auf 3 erörterten.
Das in den vorstehenden Absätzen dargelegte Verfahren kann mit dieser Vierelektrodenkonfiguration verwendet werden, um die Amplitude des Signals S zu bestimmen, wobei S eine enge Näherung des Spannungspotentials ist, das zwischen der Elektrode 304 und der an der Stelle 314 positionierten virtuellen Elektrode gemessen werden würde.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann durch ein Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden, welches die Messungen S1 und S2 von drei oder mehr Elektroden empfängt. Unter Verwendung der gemessenen Werte von S1 und S2, der bekannten Parameter D1, D2 und b und der vom Benutzer wählbaren Parameter D und q kann die genäherte Messung des Signals S erhalten werden. Ein Datenverarbeitungssystem kann diese Analyse in Echtzeit ausführen, wenn die Werte S1 und S2 gemessen werden. Alternativ können zuvor gespeicherte Messungen S1 und S2 aus einer Speichervorrichtung abgerufen werden und später durch das vorstehend erwähnte Verfahren verarbeitet werden.
5 ist ein Systemblockdiagramm eines als Beispiel dienenden Systems, das den vorstehend erwähnten Prozess ausführen kann. Die Elektroden 302, 304, 306 und 400 sind dargestellt, wenngleich nur drei Elektroden erforderlich sind. Die Elektroden können auf einer Außenfläche eines Körpers angeordnet werden, oder sie können eine subkutane Elektrodenanordnung sein, die an dem Gehäuse einer implantierbaren Vorrichtung angeordnet ist. Durch diese Elektroden gemessene Signale werden einer Verstärkervorrichtung 500 zugeführt, welche einen oder mehrere Verstärkerschaltkreise aufweist, um die Signale zu verstärken und wahlweise zu filtern. Die verstärkten Signale werden einem Analog-Digital-(A/D)-Schaltkreis 502 zugeführt, der jedes der gemessenen Analogsignale in eine digitale Darstellung umwandelt.
Die digitale Darstellung der gemessenen Signale kann in einer Speichervorrichtung 504 zur späteren Verarbeitung gespeichert werden. Die Speichervorrichtung kann beispielsweise aus einem oder mehreren Direktzugriffsspeichern (RAM) bestehen oder ein anderer ähnlicher Vorrichtungstyp sein. Alternativ können die digitalisierten Signale direkt dem Verarbeitungsschaltkreis 506 zugeführt werden, um sie nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren zu verarbeiten, so dass das virtuelle Signal S abgeleitet werden kann. Der Verarbeitungsschaltkreis 506 kann das Verfahren durch in der Speichervorrichtung 504 oder in einer anderen Speichervorrichtung gespeicherte Softwarebefehle gesteuert ausführen. Alternativ kann ein Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens oder das ganze erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Schaltkreisen des Typs, der bekanntermaßen beispielsweise in arithmetischen Coprozessoren enthalten ist, hardwaregesteuert ausgeführt werden. Ein solcher Schaltkreis ist als Coprozessor 507 aus 5 dargestellt.
Der Verarbeitungsschaltkreis 506 kann mit einer Benutzerschnittstelle 508 verbunden sein und weiter mit einer Benutzeranzeige 510 verbunden sein. Die Benutzerschnittstelle 508 könnte beispielsweise eine Tastatur oder eine andere Steuervorrichtung sein, die es einem Benutzer ermöglicht, gewünschte Werte von q und D auszuwählen, so dass das Signal S bestimmt werden kann. Die Signale S1, S2 und/oder S können dann auf der Benutzeranzeige 510 angezeigt werden. Falls gewünscht, kann ein Teil der Benutzerschnittstelle oder die gesamte Benutzerschnittstelle in die Benutzeranzeige 510 aufgenommen werden, wie durch als Beispiel angegebene Knöpfe 512 und 514 gezeigt ist, welche bereitgestellt werden können, um beispielsweise q und D auszuwählen. Der Verarbeitungsschaltkreis 506 kann weiter mit einer Druckvorrichtung 516 verbunden sein, um Papierkopieaufzeichnungen der Signale zu erzeugen.
Wie vorstehend erörtert wurde, kann das vorliegende erfindungsgemäße System in Zusammenhang mit Elektroden verwirklicht werden, die sich innerhalb des Körpers eines Patienten befinden. Diese Elektroden können beispielsweise an einer Außenfläche einer IMD bereitgestellt werden. Dieser Typ einer subkutanen Elektrodenanordnung ist in dem vorstehend erwähnten US-Patent US-A-5 331 966 beschrieben.
Wenn Signalmessungen unter Verwendung innen angeordneter Elektroden erhalten werden, können die Signalmessungen S1 und S2 vorübergehend in einem Speicher gehalten werden, der sich innerhalb einer IMD befindet. Diese Signalmessungen können später zu einer externen Vorrichtung in der Art einer Programmiereinrichtung oder einer externen Überwachungseinrichtung übertragen werden, um sie zu verarbeiten und anzuzeigen. Alternativ könnten die Signalmessungen S1 und S2 direkt zur externen Vorrichtung übertragen werden, ohne zuerst innerhalb einer Speichervorrichtung des implantierten Systems gespeichert zu werden. Falls gewünscht, könnte ein Teil der vorstehend beschriebenen Erfindung durch einen Verarbeitungsschaltkreis verwirklicht werden, der in der IMD enthalten ist. Gemessene und verarbeitete Signaldaten könnten dann zu einer externen Vorrichtung übertragen werden, so dass, falls gewünscht, eine zusätzliche Signalverarbeitung ausgeführt werden könnte und die verschiedenen gemessenen und/oder abgeleiteten Signale angezeigt werden könnten.
6 zeigt ein System einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung (IMD-System), das zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Das medizinische Vorrichtungssystem, das in 6 dargestellt ist, beinhaltet eine implantierbare Vorrichtung 610, die gemäß dieser Ausführungsform ein in einen Patienten 612 implantierter Schrittmacher ist. Wie es auf dem Fachgebiet üblich ist, ist der Schrittmacher 610 in einem hermetisch gedichteten, biologisch reaktionsträgen Außengehäuse untergebracht, das selbstleitend sein kann, um als eine Blindelektrode in dem Stimulations-/Messschaltkreis des Schrittmachers zu dienen. Eine oder mehrere Schrittmacherableitungen, die in 6 gemeinsam mit einer Bezugszahl 614 bezeichnet sind, sind in herkömmlicher Weise elektrisch mit dem Schrittmacher 610 verbunden und erstrecken sich über eine Vene 618 in das Herz 616 des Patienten. Eine oder mehrere freiliegende leitende Elektroden zum Empfangen elektrischer Herzsignale und/oder zum Übertragen elektrischer Stimulationsimpulse auf das Herz 616 sind im Allgemeinen in der Nähe des distalen Endes der Ableitungen 614 angeordnet. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können die Ableitungen 614 so implantiert werden, dass sich das distale Ende entweder im Atrium und/oder im Ventrikel des Herzens 616 befindet.
Wenngleich die vorliegende Erfindung hier anhand einer Ausführungsform beschrieben wird, die einen Schrittmacher aufweist, werden Durchschnittsfachleute, die die vorliegende Offenbarung gelesen haben, verstehen, dass die vorliegende Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit zahlreichen anderen Typen von Systemen mit implantierbaren medizinischen Vorrichtungen und tatsächlich bei jeder beliebigen Anwendung, bei der es erwünscht ist, eine Kommunikationsverbindung zwischen zwei physikalisch getrennten Komponenten bereitzustellen, verwirklicht werden kann.
In 6 ist auch eine externe Programmiereinheit 620 für eine nichtinvasive Kommunikation mit der implantierten Vorrichtung 610 über Aufwärts- und Abwärts-Kommunikationskanäle dargestellt, die nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird. Der Programmiereinheit 620 ist ein Programmierkopf 622 gemäß herkömmlichen Programmiersystemen für medizinische Vorrichtungen zugeordnet, der dazu dient, die Zweiwegekommunikation zwischen der implantierten Vorrichtung 610 und der Programmiereinrichtung 620 zu erleichtern. Bei vielen bekannten Systemen mit implantierbaren Vorrichtungen ist ein Programmierkopf in der Art des in 6 dargestellten über der Implantationsstelle der Vorrichtung (gewöhnlich innerhalb von 2 bis 3 Zoll vom Hautkontakt) auf dem Körper des Patienten angeordnet, so dass eine oder mehrere Antennen innerhalb des Kopfs RF-Signale zu einer Antenne senden und von dieser empfangen können, die in dem hermetischen Gehäuse der implantierten Vorrichtung angeordnet ist oder innerhalb des Anschlussblocks der Vorrichtung angeordnet ist, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Programmiereinheit 620 gemäß der gegenwärtig offenbarten Erfindung.
Innerhalb der Programmiereinrichtung 620 befindet sich eine Verarbeitungseinheit (in 7 nicht dargestellt), die gemäß der gegenwärtig offenbarten Erfindung eine Personalcomputer-Hauptplatine, beispielsweise eine Computer-Hauptplatine mit einem Intel-Pentium-3-Mikroprozessor und zugeordneten Schaltungsanordnungen, wie digitalem Speicher, ist. Die Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise des Computersystems der Programmiereinrichtung werden in der vorliegenden Offenbarung nicht detailliert dargelegt, weil davon ausgegangen wird, dass diese Einzelheiten Durchschnittsfachleuten wohlbekannt sind.
Wie in 7 dargestellt ist, weist die Programmiereinrichtung 620 ein Außengehäuse 660 auf, das vorzugsweise aus thermischem Kunststoff oder einem anderen ausreichend widerstandsfähigem, jedoch verhältnismäßig leichtgewichtigem Material besteht. Ein in 7 allgemein mit 662 bezeichneter Tragegriff ist in den vorderen Teil des Gehäuses 660 integriert eingeformt. Mit dem Griff 662 kann die Programmiereinrichtung 620 in der Art eines Koffers getragen werden. Ein mit Gelenken angebrachter Anzeigeschirm 664 ist an der oberen Fläche des Gehäuses 660 angeordnet. Der Anzeigeschirm 664 lässt sich in eine geschlossene Position (nicht dargestellt) herunterfalten, wenn die Programmiereinrichtung 620 nicht verwendet wird, wodurch die Größe der Programmiereinrichtung 620 verringert wird und die Anzeigefläche der Anzeige 664 während des Transports und der Lagerung geschützt wird.
Ein Diskettenlaufwerk ist innerhalb des Gehäuses 660 angeordnet und über einen Disketteneingabeschlitz (nicht dargestellt) zugänglich. Ein Festplattenlaufwerk ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 660 angeordnet, und es ist vorgesehen, dass ein Festplattenlaufwerks-Aktivitätsindikator (beispielsweise eine nicht dargestellte LED) bereitgestellt werden könnte, um einen Sichthinweis für die Aktivierung der Festplatte zu geben.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, ist es häufig wünschenswert, ein Mittel zum Bestimmen des Zustands des Leitungssystems des Patienten bereitzustellen. Normalerweise ist die Programmiereinrichtung 620 mit externen EKG-Ableitungen 624 ausgerüstet. Gerade diese Ableitungen werden durch die vorliegende Erfindung redundant gemacht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Programmiereinrichtung 620 mit einem inneren Drucker (nicht dargestellt) versehen, so dass eine Papierkopie des EKG eines Patienten oder einer Graphik, die auf dem Anzeigeschirm 664 der Programmiereinrichtung angezeigt wird, erzeugt werden kann. Es sind mehrere Typen von Druckern, wie der von General Scanning Co. erhältliche Drucker AR-100, bekannt und im Handel erhältlich.
In der perspektivischen Ansicht von 7 ist die Programmiereinrichtung 620 als mit einem mit Gelenken angebrachten Anzeigeschirm 664 versehen dargestellt, der in eine von mehreren möglichen offenen Positionen aufgestellt wurde, so dass seine Anzeigefläche für einen Benutzer sichtbar ist, der sich vor der Programmiereinrichtung 620 befindet. Der mit Gelenken angebrachte Anzeigeschirm ist vorzugsweise vom LCD-Typ oder von einem elektrolumineszenten Typ, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er, beispielsweise verglichen mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT) oder dergleichen, verhältnismäßig dünn ist.
Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, ist der Anzeigeschirm 664 wirkungsmäßig mit der innerhalb des Gehäuses 660 angeordneten Computerschaltungsanordnung gekoppelt und dafür ausgelegt, vom internen Computer gesteuert eine Sichtanzeige von Graphiken und/oder Daten zu liefern.
Die hier mit Bezug auf 7 beschriebene Programmiereinrichtung 620 ist in näheren Einzelheiten im Thomas J. Winkler erteilten anhängigen US-Patent US-A-5 345 362 mit dem Titel "Portable Computer Apparatus With Articulating Display Panel" beschrieben. Weiterhin ist die Programmiereinrichtung vom Modell 9790 von Medtronic die Programmiereinheit für implantierbare Vorrichtungen, mit der die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwirklicht werden kann.
Die Programmiereinrichtung 620 könnte eine Benutzerschnittstelle aufweisen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, gewünschte Werte für q und D so auszuwählen, dass das Signal S bestimmt werden kann. Falls die gesamte Datenverarbeitung durch einen Verarbeitungsschaltkreis innerhalb einer implantierbaren Vorrichtung auszuführen ist, können diese vom Benutzer wählbaren Werte über einen Kommunikationsschaltkreis in der Art eines Telemetrieschaltkreises (in 7 nicht dargestellt) von der Programmiereinrichtung 620 zur implantierbaren Vorrichtung übertragen werden.
8 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Schaltungsanordnung, die den Schrittmacher 610 gemäß der gegenwärtig offenbarten Erfindung aufweist. Wie in 8 ersichtlich ist, enthält der Schrittmacher 610 einen primären Stimulationssteuerschaltkreis 621 zum Steuern der Stimulations- und Messfunktionen der Vorrichtung. Die dem Stimulationssteuerschaltkreis 621 zugeordnete Schaltungsanordnung kann eine herkömmliche Konstruktion aufweisen, welche beispielsweise derjenigen entspricht, die im Sivula u.a. erteilten Patent US-A-5 052 388 "Method and apparatus for implementing activity sensing in a pulse generator" offenbart ist. Bestimmte Komponenten des Schrittmachers 610, die in ihrer Konstruktion und in ihrer Arbeitsweise herkömmlich sind, werden hier nicht detailliert beschrieben, weil angenommen wird, dass die Konstruktion und die Implementation dieser Komponenten für Durchschnittsfachleute Routine ist. Beispielsweise weist der Stimulationssteuerschaltkreis 621 in 8 eine Leseverstärker-Schaltungsanordnung 625, eine Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltungsanordnung 626, einen Kristalltaktgeber 628, eine Direktzugriffsspeicher- und Nurlesespeicher-Einheit (RAM/ROM-Einheit) 630 und eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 632 auf, welche alle auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind.
Der Schrittmacher 610 weist auch einen internen Kommunikationsschaltkreis 634 auf, so dass er in der Lage ist, mit der externen Programmier-/Steuereinheit 620 zu kommunizieren, wie in 7 in näheren Einzelheiten beschrieben wird.
Unter weiterem Bezug auf 8 sei bemerkt, dass der Schrittmacher 610 mit einer oder mehreren Ableitungen 614 gekoppelt ist, die sich, wenn sie implantiert sind, transvenös zwischen der Implantationsstelle des Schrittmachers 610 und dem Herzen 616 des Patienten erstrecken, wie vorstehend mit Bezug auf 6 erwähnt wurde. Physikalisch sind die Verbindungen zwischen den Ableitungen 614 und den verschiedenen internen Komponenten des Schrittmachers 610 durch eine herkömmliche Verbindungsblockanordnung 611 erleichtert, die in 6 dargestellt ist. Elektrisch kann die Kopplung der Leiter der Ableitungen und der internen elektrischen Komponenten des Schrittmachers 610 durch einen Leitungsschnittstellenschaltkreis 619 ermöglicht werden, die in der Art eines Multiplexers das selektive und dynamische Einrichten der erforderlichen Verbindungen zwischen verschiedenen Leitern in den Ableitungen 614 unter Einschluss beispielsweise des atrialen Spitzenelektrodenleiters ATIP und des atrialen Ringelektrodenleiters ARING und des ventrikulären Spitzenelektrodenleiters VTIP und des ventrikulären Ringelektrodenleiters VRING und individuellen elektrischen Komponenten des Schrittmachers 610 bewirkt, wie Durchschnittsfachleuten bekannt sein wird. Aus Klarheitsgründen sind die spezifischen Verbindungen zwischen den Ableitungen 614 und den verschiedenen Komponenten des Schrittmachers 610 in 8 nicht dargestellt, wenngleich es Durchschnittsfachleuten klar sein wird, dass die Ableitungen 614 beispielsweise notwendigerweise direkt oder indirekt mit der Leseverstärker-Schaltungsanordnung 625 und dem Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltkreis 626 gekoppelt werden, wie es allgemein üblich ist, so dass elektrische Herzsignale zur Messschaltungsanordnung 625 übermittelt werden können und die Stimulationsimpulse über Ableitungen 614 auf das Herzgewebe übertragen werden können. Wenngleich dies in 8 nicht dargestellt ist, ist die Schutzschaltungsanordnung gewöhnlich in implantierten Vorrichtungen enthalten, um beispielsweise die Messschaltungsanordnung der Vorrichtung vor Hochspannungs-Stimulationsimpulsen zu schützen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, enthält der Stimulationssteuerschaltkreis 621 die Zentralverarbeitungseinheit 632, welche ein handelsüblicher programmierbarer Mikroprozessor oder eine handelsübliche programmierbare Mikrosteuereinrichtung sein kann, die jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung eine kundenspezifische integrierte Schaltung ist. Wenngleich spezifische Verbindungen zwischen der CPU 632 und anderen Komponenten des Stimulationssteuerschaltkreises 621 in 8 nicht dargestellt sind, werden Durchschnittsfachleute verstehen, dass die CPU 632 den Zeitablauf des Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltkreises 626 und des Leseverstärkerschaltkreises 625 unter der Kontrolle der in der RAM/ROM-Einheit 630 gespeicherten Programmierung steuert. Es wird angenommen, dass Durchschnittsfachleute mit dieser Betriebsanordnung vertraut sind.
Unter fortgesetztem Bezug auf 8 sei bemerkt, dass die Kristalloszillatorschaltung 628, gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ein 32768-Hz-kristallgesteuerter Oszillator, dem Stimulationssteuerschaltkreis 621 Hauptzeittaktsignale zuführt. Wiederum sind die Ableitungen, über die diese Taktsignale den verschiedenen zeitlich gesteuerten Komponenten des Schrittmachers 610 (beispielsweise dem Mikroprozessor 632) zugeführt werden, in 8 aus Klarheitsgründen fortgelassen.
Es sei bemerkt, dass die verschiedenen in 8 dargestellten Komponenten des Schrittmachers 610 durch eine Batterie (nicht dargestellt) mit Energie versorgt werden, die im hermetischen Gehäuse des Schrittmachers 610 enthalten ist, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist. Aus Klarheitsgründen sind in den Figuren die Batterie und die Verbindungen zwischen ihr und den anderen Komponenten des Schrittmachers 610 nicht dargestellt.
Der Stimulationsimpuls-Ausgangsschaltkreis 626, der unter der Steuerung von der CPU 632 ausgegebener Signale Herzstimulationsimpulse erzeugt, kann beispielsweise von dem Typ sein, der im Thompson erteilten US-Patent 4 476 868 mit dem Titel "Body Stimulator Output Circuit" offenbart ist. Wiederum wird jedoch angenommen, dass Durchschnittsfachleute unter vielen verschiedenen Typen von Stimulationsausgangsschaltkreisen aus dem Stand der Technik auswählen könnten, die zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung geeignet wären.
Der Leseverstärkerschaltkreis 625, der eine herkömmliche Konstruktion aufweist, bewirkt das Empfangen elektrischer Herzsignale von Ableitungen 614 und das Verarbeiten dieser Signale zum Ableiten von Ereignissignalen, die das Auftreten spezifischer elektrischer Herzereignisse unter Einschluss atrialer Kontraktionen (P-Zacken) und ventrikulärer Kontraktionen (R-Zacken) wiedergeben. Diese Ereignisse angebende Signale werden der CPU 632 zugeführt, um von der CPU beim Steuern der synchronen Stimulationsoperationen des Schrittmachers 610 verwendet zu werden, wie es auf dem Fachgebiet allgemein üblich ist. Weiterhin können diese Ereignisse angebende Signale über eine Aufwärtsübertragung zur externen Programmiereinheit 620 übermittelt werden, um einem Arzt oder einem Kliniker eine Sichtanzeige bereitzustellen.
Durchschnittsfachleute werden verstehen, dass der Schrittmacher 610 zahlreiche andere Komponenten und Untersysteme, beispielsweise Aktivitätssensoren und zugeordnete Schaltungsanordnungen, aufweisen kann. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser zusätzlichen Komponenten im Schrittmacher 610 wird jedoch nicht als zur vorliegenden Erfindung gehörend angesehen, welche in erster Linie das Implementieren und den Betrieb des Kommunikationsuntersystems 634 im Schrittmacher 610 und eines zugeordneten Kommunikationsuntersystems in der externen Einheit 620 betrifft.
9 ist eine Schnittansicht des implantierten Schrittmachers 610, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. Die Hauptkomponenten des Schrittmachers 610 bestehen aus einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, in dem eine elektronische Schaltungsanordnung 652 und eine hermetisch abgeschlossene Leistungsquelle 650, in diesem Fall eine Lithiumiodbatterie, untergebracht sind. Das Ableitungsverbindermodul 611 stellt eine Umschließung bereit, in die die proximalen Enden der atrialen und ventrikulären Ableitungen durch Öffnungen 615 eingeführt werden können. Das Leitungsverbindermodul ist mit dem Schrittmachergehäuse 610 verbunden und weist elektrische Verbindungen (nicht dargestellt) zwischen Ableitungsverbindern und hermetisch abgeschlossene Durchführungen (auch nicht dargestellt) auf.
Mit 9 fortsetzend sei bemerkt, dass Durchführungs-/Elektrodenanordnungen 651 an der abgeflachten Peripherie des Schrittmachergehäuses an ihren Ort geschweißt sind. Gemäß der in dieser Figur dargestellten Ausführungsform kann die gesamte Peripherie des Schrittmachers so hergestellt werden, dass sie eine etwas abgeflachte Perspektive mit abgerundeten Kanten aufweist, um das Platzieren der Durchführungs-/Elektrodenanordnungen in der Art der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten zu ermöglichen. Diese Durchführungs-/Elektrodenanordnungen 654 sind an das Schrittmachergehäuse angeschweißt (um die hermetische Abgeschlossenheit zu bewahren) und durch den Draht 655 über Durchführungen 656 mit der elektronischen Schaltungsanordnung 652 verbunden.
10 zeigt die verschiedenen möglichen Elektrodenstellen, die sich entlang dem Umkreis des implantierten Schrittmachers innerhalb der biegsamen Abschirmung befinden können, wenn eine subkutane Elektrodenanordnung zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der dargestellte Abstand zwischen den physikalischen Elektroden zeigt auch die Vektoren, die zum Erfassen der Herzdepolarisationen verwendet werden können. Beispielsweise kann die orthogonale Dreielektrodenkonstruktion 672, im Gegensatz zur Dreielektrodenkonstruktion 671 mit gleichem Abstand, wobei alle drei Vektoren verwendet werden können, nur zwei mögliche Vektoren verwenden. Die Zweielektrodenkonstruktion 671 wird von der vorliegenden Erfindung nicht verwendet und ist nur als gemäß einer alternativen Ausführungsform möglich vorgestellt. Andererseits ist die orthogonale Vierelektrodenkonstruktion 673, zusammen mit den zwei Dreielektrodenkonstruktionen 671, 672, eine bevorzugte Ausführungsform.
11A ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer subkutanen Elektrodenanordnung mit den Elektroden 302, 304, 306 und 400, die an der Außenfläche der IMD 700 bereitgestellt sind. Wie vorstehend erwähnt wurde, können lediglich drei Elektroden verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen.
11B zeigt ein Elektrodenpflaster des Typs, der auf eine Außenfläche eines Körpers unter Verwendung eines leitenden Gels aufgebracht werden kann, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Dieses Pflaster weist wie dargestellt vier Elektroden auf, die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Diese Darstellung zeigt die Elektroden 302, 304, 306 und 400 und zugeordnete Leiterbahnen 302A, 304A, 306A und 400A des Typs, der in einem Kabel getragen werden kann, das dafür eingerichtet ist, eine Verbindung zu einer Signalüberwachungsvorrichtung herzustellen, welche einen Verarbeitungsschaltkreis in der Art des Verarbeitungsschaltkreises 606 aufweist.
Diese Pflaster können das Repositionieren der Elektroden auf dem Pflaster ermöglichen. In diesem Fall könnten die Werte für b, D1 und D2 von einem Benutzer durch eine Bank von Schaltern 702, die durch eine Schnittstelle 704 lesbar sind, welche mit dem Verarbeitungsschaltkreis in der Art des Verarbeitungsschaltkreises 506 verbunden werden kann, gesetzt werden. Diese Schnittstelle ermöglicht es, dass der Verarbeitungsschaltkreis 506 die vorgegebenen Werte erhält, die zum Bestimmen des Signals S in der vorstehend erörterten Weise verwendet werden. Es sei bemerkt, dass die Werte von b, D1 und D2, falls dies erwünscht ist, auf dem Pflaster festverdrahtet sein können, falls die Elektroden in stationären Positionen fixiert sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Werte auf dem Pflaster aufgezeichnet werden, um es einem Benutzer, der sich auf dieses Pflaster bezieht, zu ermöglichen, die Werte unter Verwendung der Benutzerschnittstelle 508 leicht zum Verarbeitungsschaltkreis 506 zu übermitteln.
12 ist ein Flussdiagramm, das das durch das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Verfahren zeigt. In Schritt 800 werden alle vorgegebenen Parameter, einschließlich b, D1, D2 und wahlweise D, erhalten. Diese Parameter können von einem Benutzer während des Einleitens der Überwachungssitzung eingegeben werden, nachdem der Benutzer Elektroden an einem Körper positioniert hat. Wahlweise können diese Parameter von einem Verarbeitungsschaltkreis in der Art des Verarbeitungsschaltkreises 506, beispielsweise durch Jumper oder Schalter, lesbar sein.
Falls das System mit einem Elektrodenpflaster des vorstehend beschriebenen Typs zu verwenden ist, kann dieses Pflaster Jumper oder Schalter zum Angeben der Werte von b, D1 und D2 aufweisen. Die Jumper- oder Schalterpositionen können festverdrahtet oder benutzerwählbar sein, und sie können während Schritt 800 vom Verarbeitungsschaltkreis lesbar sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform brauchen die Werte von b, D1 und D2 nicht lesbar sein, sondern sie können auf dem Pflaster aufgelistet werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, diese Daten während Schritt 800 leicht einzugeben. Falls das System stets mit demselben Elektrodenpflaster zu verwenden ist, können die Werte für b, D1 und D2 in einer internen vorprogrammierten Speichervorrichtung, die vom Verarbeitungsschaltkreis 606 lesbar ist, gespeichert werden. Diese Speichervorrichtung könnte ein Nurlesespeicher (ROM) oder ein Direktzugriffsspeicher (RAM) sein, der während der Systeminitialisierung geladen wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der die Elektroden Teil einer subkutanen Elektrodenanordnung an der Oberfläche einer IMD sind, können die Werte von b, D1 und D2 in einer internen Speichervorrichtung der IMD gespeichert werden. Diese Werte könnten von der internen Speichervorrichtung durch einen internen Verarbeitungs schaltkreis 606 erhalten werden und/oder während Schritt 800 zu einer externen Programmiereinrichtung 610 übertragen werden, um sie durch den Verarbeitungsschaltkreis 606 und/oder die externe Programmiereinrichtung 610 beim Ausführen des vorliegenden Verfahrens zu verwenden. Wie vorstehend erörtert wurde, wird der Wert von D gemäß einer Ausführungsform als der größere von D1 und D2 ausgewählt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann D als ein auf der Grundlage anderer Schaltkreisbeschränkungen oder -anforderungen in dem System ausgewählter linearer Skalierungsfaktor des Signals S angesehen werden. Beispielsweise kann dieser Wert gewählt werden, um ein Signal mit einem gewünschten Amplitudenbereich zu erzeugen, welches durch die anderen Komponenten des Schaltkreises leicht verarbeitet werden kann.
Nachdem die vorgegebenen Parameter erhalten worden sind, kann optional eine Vorverarbeitung ausgeführt werden, wie in Schritt 802 dargestellt ist. Wie vorstehend erörtert wurde, kann das Signal S durch den folgenden Ausdruck S = (D/sinb) × [(sin(*b – q) × (S1/D1) + (sinq × S2/D2)][* Anmerkung: Korrektur des Übersetzers] bestimmt werden.
Unter Verwendung der bekannten Parameter von b, D1, D2 und wahlweise D könnten die Werte einiger Teile dieser Beschreibung erhalten werden, bevor die vom Benutzer wählbaren Werte, einschließlich q, erhalten werden. Beispielsweise könnten die Werte für (D/sin b), S1/D1 und sin q erhalten werden, um die Verarbeitungswirksamkeit zu maximieren, falls dies erwünscht ist. Als nächstes können die Werte für den einen oder die mehreren vom Benutzer wählbaren Parameter erhalten werden, einschließlich des Werts von q und wahlweise des Werts für D. Diese können beispielsweise von der Benutzerschnittstelle 508 oder von den Wählscheiben und/oder Knöpfen einer Benutzeranzeigevorrichtung 510 erhalten werden, wie in 5 dargestellt ist. Dies ist in Schritt 804 dargestellt.
In Schritt 806 werden die gemessenen Werte der Signale S1 und S2 erhalten. Diese Werte können aus einer Speichervorrichtung abgerufen werden oder direkt von einer Messvorrichtung in der Art einer Elektrodenanordnung auf einem Pflaster oder einer subkutanen Elektrodenanordnung, die sich am Gehäuse einer IMD befindet, empfangen werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wurden diese Signale gefiltert und in ein digitales Format umgewandelt.
Schritt 808 umfasst die Bestimmung des Werts von S unter Verwendung des Ausdrucks: S = (D/sinb) × [(sin(*b – q) × (S1/D1) + (sinq × S2/D2)].[* Anmerkung: Korrektur des Übersetzers]
In Schritt 810 kann dieses Signal als Funktion der Zeit angezeigt werden, und der Prozess kann wiederholt werden, wie durch einen Pfeil 812 angegeben ist.
Es sei bemerkt, dass das vorstehend beschriebene Verfahren Schritte aufweist, die in anderen Abfolgen als in 8 dargestellt ausgeführt werden könnten, und dass die Anordnung der Schritte daher als beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen ist.
Wie vorstehend erörtert wurde, bieten das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren ein wirksames Mittel zum Verbessern der Morphologie einer Wellenform entsprechend dem interessierenden Aspekt. Beispielsweise wird in bestimmten Fällen die T-Zacke der wichtigste Aspekt eines EKG-Signals. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann q eingestellt werden, bis ein virtuelles Signal S lokalisiert wurde, das diesen Abschnitt des Herzsignals am besten hervorhebt. Andere Auswahlen für q können vorgenommen werden, die zu einer verstärkten P- oder QRS-Wellenform führen. Umgekehrt kann eine minimale QRS-Wellenform erwünscht sein, so dass sich P-Zacken leichter erfassen lassen. Der Winkel q kann gewählt werden, um eine gewünschte Polarität für einen bestimmten Abschnitt einer Wellenform zu erhalten. Beispielsweise kann q so gewählt werden, dass der QRS-Komplex eines EKG-Signals ins Positive oder ins Negative geht, was von den Vorlieben des Benutzers abhängt.
Gemäß einer anderen Anwendung des erfindungsgemäßen Systems kann ein Wert von q gewählt werden, der die Breite eines bestimmten Wellenformsegments modifiziert. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, einen Wert für q zu lokalisieren, der den breitesten QRS-Komplex bereitstellt. Diese Ansicht hebt daher Änderungen der Breite des QRS-Komplexes hervor. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn die V-V-Zeit in einer biventrikulären Stimulationsvorrichtung analysiert wird, wobei das Ziel darin besteht, die Stimulationsverzögerung so einzustellen, dass der schmalste QRS-Komplex erhalten wird. Dies kann auch beim Diagnostizieren von Patienten mit einem Herzfehler nützlich sein, weil Änderungen der QRS-Breite verwendet werden, um veränderliche Patientenzustände anzugeben. In einem weiteren Fall wird die Breite des QRS-Komplexes verwendet, um zwischen ventrikulären Tachyarrhythmien (VT) und supraventrikulären Tachyarrhythmien (SVT) zu unterscheiden. Ähnlich kann q gewählt werden, um eine Ansicht zu lokalisieren, die das längste QT-Intervall bereitstellt, weil diese Ansicht Änderungen im QT-Intervall hervorhebt. Dies ermöglicht es einem Kliniker, QT-Dispersionen, die bei Personen auftreten, bei denen das Risiko eines plötzlichen Tods besteht, leichter zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Winkel q durch Drehen eines Knopfs um 360 Grad gewählt werden, wobei jede Position des Knopfs einer jeweiligen Auswahl für den Winkel q entspricht. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist q in vorgegebenen Inkrementen wählbar. Beispielsweise kann q in Inkrementen von 15 Grad wählbar sein.
Wie vorstehend erörtert wurde, nähert das virtuelle Signal S das Signal gut an, das von Elektroden gemessen werden würde, die so positioniert sind, dass sie den Winkel q und den Abstand D aufweisen, wie in 3 dargestellt ist.
13A ist eine Graphik eines physiologischen Spannungssignals einer Messung in Bezug auf die Zeit, wobei das Signal in der in 3 dargestellten Weise unter Verwendung eines Elektrodenpaars gemessen wird, das so positioniert ist, dass es einen Winkel q von 15 Grad in Bezug auf ein erstes gemessenes Signal aufweist.
13B zeigt das vergleichbare virtuelle Signal S, das das in 13A dargestellte gemessene Signal annähert. Dieses Signal S wird nach dem vorstehend erörterten erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der gemessenen Signalwerte S1 und S2 bestimmt. Es sei bemerkt, dass die Graphiken in den 13A und 13B zeitlich zueinander verschoben erscheinen. Beispielsweise entspricht die gemessene Wellenformspitze, die zu einer Zeit von in etwa 0,5 Sekunden in 13A auftritt, dem angenäherten Spitzenwert, der bei etwa 0,75 Sekunden in 13B auftritt. Dieser zeitliche Offset ist lediglich ein Artefakt der Datensammelprozedur. Falls die Graphiken eingestellt werden, um diese beliebige Verschiebung in der Zeit zu entfernen, ist ersichtlich, dass die in 13B dargestellte Wellenformmorphologie die gemessene Wellenform in 13A gut annähert.
Ähnlich wie vorstehend in Bezug auf die 13A und 13B erörtert wurde, sind die 14A bis 20B Graphiken, in denen gemessene physiologische Signalwerte mit jeweiligen interpolierten Werten für verschiedene Winkel von q verglichen sind. Diese Figuren veranschaulichen die Art, in der eine Änderung des Winkels q die Wellenformmorphologie ändert. Beispielsweise zeigt 13B den Signalwert S für ein EKG-Signal, das unter Verwendung eines Winkels q von 15 Grad abgeleitet wird. Der QRS-Komplex in dieser Figur hat eine verhältnismäßig große positive Amplitude. Dagegen zeigt die in 20B für einen Winkel q von –60 Grad dargestellte abgeleitete Wellenform, dass der QRS-Komplex eine Amplitude aufweist, die etwas kleiner als 0 Volt ist. Das Signal bei diesem Winkel hebt jedoch die T-Zacken, wie die T-Zacke, die bei etwa 1,25 Sekunden auftritt, hervor. Daher könnte ein Kliniker, der daran interessiert ist, einen ins Positive gehenden QRS-Komplex zu betrachten, eine Wellenform S bei einem Winkel q von 15 Grad wählen, während ein anderer Kliniker das Signal S bei einem Winkel q von –60 Grad wählen könnte, falls die T-Wellenformen von besonderem Interesse sind.
Wie vorstehend erwähnt wurde, können das System gemäß der vorliegenden Erfindung und das Computerprogramm verwendet werden, um Messungen für eine unbegrenzte Anzahl virtueller Elektrodenpositionen abzuleiten, die sich innerhalb der Ebene der gemessenen Signale befinden. Beispielsweise kann der Verarbeitungsschaltkreis 560 oder 660 gemäß einer Ausführungsform verwendet werden, um die zeitlich veränderlichen Wellenformen für S über einen Wertebereich für q zu erzeugen. Jede Wellenform S könnte dann auf ein vorgegebenes Kriterium beurteilt werden. Beispielsweise könnte der Kriteriensatz für eine EKG-Wellenform spezifizieren, dass die interessierende Wellenform S jene Wellenform mit dem am weitesten ins Positive gehenden QRS-Komplex ist. Unter Verwendung dieses Kriteriums könnte dann der Wert für q, der eine solche Wellenform bereitstellt, gewählt werden, um S für alle künftigen Messungen von S1 und S2 anzuzeigen.
21 ist ein Flussdiagramm, in dem die Ableitung der Wellenform S dargestellt ist, bei der gespeicherte Werte von S1 und S2 über einen Wertebereich für den Winkel q verwendet werden. Dies ermöglicht es, eine optimale Wellenformmorphologie für einen gewünschten Zweck auszuwählen. In Schritt 1700 werden Parameterwerte für alle vorgegebenen Werte, einschließlich D1, D2 und des Winkels b, erhalten. Zusätzlich wird ein Anfangswert für den Winkel q erhalten. In Schritt 1702 wird das zeitlich veränderliche Signal für S unter Verwendung des aktuellen Werts des Winkels q und gespeicherter Werte für S1 und S2 bestimmt. Diese Wellenform wird dann anhand eines vorgegebenen Kriteriensatzes beurteilt, wie in Schritt 1704 dargestellt ist. Beispielsweise kann dieses Kriterium angeben, dass die Wellenform S, die die am weitesten ins Positive gehenden QRS-Komplexe aufweist, zur Anzeige ausgewählt werden sollte. Falls die vorliegende abgeleitete Wellenform S das gewünschte Kriterium besser erfüllt als jede zuvor abgeleitete Wellenform S, wird der aktuelle Wert für den Winkel q beibehalten, wie in Schritt 1706 dargestellt ist. Dann wird der Wert für q um einen vorgegebenen inkrementellen Wert modifiziert, wie in Schritt 1708 dargestellt ist. Beispielsweise kann der Winkel q um 0,5 Grad inkrementiert oder dekrementiert werden. Falls der Wert von q über einen ganzen vorgegebenen Bereich gewünschter Werte in der Art des Bereichs 0–360 Grad modifiziert worden ist, kann die Wellenform für S dann für den festgehaltenen Wert von q angezeigt werden, weil dies der Wert von q ist, der die gewünschte Wellenformmorphologie am besten erzeugt. Dieser Wert von q kann dann verwendet werden, um künftige Signale unter Verwendung der aktuellen Elektrodenpositionen anzuzeigen, falls dies erwünscht ist. Dies geschieht so, wie in dem Entscheidungsschritt 1710 bzw. 1712 dargestellt ist. Falls der gesamte Wertebereich für q noch nicht getestet worden ist, werden die Schritte 1702 bis 1710 wiederholt, wie durch einen Pfeil 1714 dargestellt ist.
Gemäß einer Ausführungsform könnte die Verarbeitung durch Erzeugen verschiedener Wellenformen für einen Winkel q, der sich zwischen 0 und 180 Grad ändert, optimiert werden. Die Polarität einer gewählten Wellenform könnte dann umgekehrt werden, falls dieser Winkelbereich nicht dazu führte, dass der gewählte Abschnitt der Wellenform eine gewünschte Polarität hat. Es sei beispielsweise angenommen, dass ein Satz erzeugter Wellenformen für einen in vorgegebenen Inkrementen zwischen 0 und 180 Grad geänderten Winkel q berechnet wird. Es sei weiter angenommen, dass dies dazu führt, dass eine der für einen Winkel q₁ abgeleiteten Wellenformen einen maximalen negativen Wert für den QRS-Wellenformkomplex aufweist. Falls das auswählbare Kriterium vorschreibt, dass die am weitesten ins Positive gehende QRS-Wellenform auszuwählen ist, kann abgeleitet werden, dass die ausgewählte Wellenform jene ist, die bei einem Winkel (q₁ + 180 Grad) abgeleitet wurde. Diese Wellenform kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens abgeleitet werden, oder sie kann alternativ durch Invertieren aller Signalwerte, die der für den Winkel q₁ erzeugten Wellenform S zugeordnet sind, abgeleitet werden.
Es sei bemerkt, dass, wenngleich zahlreiche Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung dargelegt worden sind, die vorstehende Offenbarung nur der Veranschaulichung dient und dass Änderungen an den Einzelheiten vorgenommen werden können, jedoch innerhalb der breit ausgelegten Grundgedanken der Erfindung bleiben. Wenngleich in den vorstehenden Beispielen die Verwendung von EKG-Signalen mit der vorliegenden Erfindung erörtert ist, ist beispielsweise zu verstehen, dass andere physiologische Spannungssignale, die in einem Körper auftreten, mit dem erfindungsgemäßen System und Computerprogramm verwendet werden können. Daher ist die vorliegende Erfindung nur durch die anliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

System zum Erzeugen eines abgeleiteten Spannungssignals S, das für ein zeitveränderliches Spannungssignal Indikativ ist, das zwischen an einem ersten und an einem zweiten Punkt innerhalb eines Körpers angeordneten Elektroden gemessen wird, mit: mindestens drei Elektroden (302, 304, 306) zum Bereitstellen eines ersten vorbestimmten Elektrodenpaars und eines zweiten vorbestimmten Elektrodenpaars, wobei das erste vorbestimmte Elektrodenpaar zum Messen eines zeitveränderlichen Spannungssignals S1 einen gerichteten Vektor U1 aufweist, und das zweite vorbestimmte Elektrodenpaar zum Messen eines zeitveränderlichen Spannungssignals S2 einen gerichteten Vektor U2 aufweist, und einem Verarbeitungsschaltkreis (506), der dazu zusammengeschaltet ist, die zeitveränderlichen Spannungssignale S1 und S2 zu empfangen, und das Spannungssignal S entlang einem gerichteten Vektor U abzuleiten, der eine Näherung eines Signals ist, das zwischen dem ersten Punkt, der durch die Schnittstelle der gerichteten Vektoren U1 und U2 definiert ist, und dem zweiten Punkt, der in einem Abstand D von dem ersten Punkt angeordnet ist, gemessen wird, wobei das Spannungssignal S als eine Funktion eines Winkels q abgeleitet ist, der zwischen dem gerichteten Vektor U1 und dem gerichteten Vektor U gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das System des weiteren eine Benutzerschnittstelle (508) umfasst, um dem Benutzer zu ermögli chen, einen Wert für den Winkel q auszuwählen.
System nach Anspruch 1, das des weiteren eine Benutzeranzeige (510) umfasst, die mit dem Verarbeitungsschaltkreis zusammengeschaltet ist, um das zeitveränderliche Spannungssignal S anzuzeigen.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis Schaltkreise umfasst, um das Signal S als eine weitere Funktion eines Winkels b abzuleiten, der der in einer vorbestimmten Richtung zwischen dem gerichteten Vektor U1 und dem gerichteten Vektor U2 gemessene Winkel ist.
System nach Anspruch 3, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis Schaltkreise umfasst, um das Signal S als eine weitere Funktion des Abstands D zwischen dem ausgewählten Punkt und der gemeinsamen Elektrode bzw. Elektrodenleitung abzuleiten.
System nach Anspruch 4, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis des weiteren Schaltkreise umfasst, um das Signal S als eine weitere Funktion eines Abstands D1 zwischen der ersten und der gemeinsamen Elektrode und eines Abstands D2 zwischen der zweiten und der gemeinsamen Elektrode abzuleiten.
System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein erster Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises innerhalb einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung (610) angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, bei dem mindestens drei Elektroden an einer Außenfläche der implantierbaren medizinischen Vorrichtung angeordnet sind, um dem ersten Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises zeitveränderliche Spannungssignale S1 und S2 bereitzustellen.
System nach Anspruch 7, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis einen zweiten Abschnitt (620) außerhalb des Körpers umfasst, wobei das System einen Kommunikationsschaltkreis (622) innerhalb der implantierbaren medizinischen Vorrichtung umfasst, der mit dem ersten Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises zusammengeschaltet ist und bei der der Kommunikationsschaltkreis die zeitveränderlichen Spannungssignale S1 und S2 zu dem zweiten Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises überträgt.
System nach Anspruch 8, bei dem ein Ableiten des zeitveränderlichen Spannungssignals S mehrere Schritte erfordert, und bei dem der erste Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises Mittel umfasst, um einen oder mehrere der mehreren Schritte auszuführen und bei dem ein teilweise abgeleitetes Signal durch den Kommunikationsschaltkreis zu dem zweiten Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises übertragen wird, um einen oder mehrere der mehreren Schritte abzuschließen.
System nach Anspruch 8, bei dem ein Ableiten des zeitveränderlichen Spannungssignals S mehrere Schritte erfordert, und bei dem der erste Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises Mittel umfasst, um alle der mehreren Schritte auszuführen, und bei dem das zeitveränderliche Spannungssignal S durch den Kommunikationsschaltkreis zu dem zweiten Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises übertragen wird.
System nach Anspruch 8, bei dem ein Ableiten des zeitveränderlichen Spannungssignals S mehrere Schritte erfordert, und bei dem der zweite Abschnitt des Verarbeitungsschaltkreises Mittel umfasst, um alle der mehreren Schritte auszuführen.
System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis Mittel umfasst, um den Winkel q automatisch in vorbestimmten Inkrementen über einen vorbestimmten Spannungsbereich zu variieren, um ein optimales zeitveränderliches Spannungssignal S zu bestimmen.
System nach Anspruch 12, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis Mittel umfasst, um ein optimales zeitveränderliches Spannungssignal S als eine Funktion mindestens eines vorbestimmten Wellenformkriteriums zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, bei dem die gemeinsame, die erste und die zweite Elektrode an einem Elektrodenpflaster angeordnet sind, das zur Anwendung an einer Außenfläche des Körpers ausgelegt ist.
System nach Anspruch 4, bei dem das Elektrodenpflaster eine auslesbare Vorrichtung umfasst, um die Werte von D1, D2 und b zu bestimmen.
System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Benutzerschnittstelle eine Vorrichtung umfasst, um dem Benutzer zu ermöglichen, einen Wert für den Abstand D auszuwählen.
Computerprogramm zum Kontrollieren bzw. Regeln der Funktion einer Verarbeitungseinheit zum Ausführen eines Verfahrens zum Erzeugen eines abgeleitetes Signals S, das für ein zeitveränderliches Spannungssignal Indikativ ist, das zwischen an einem ersten und an einem zweiten Punkt innerhalb eines Körpers angeordneten Elektroden gemessen wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Empfangen eines zeitveränderlichen Spannungssignals S1, das einen gerichteten Vektor U1 hat, und eines zweiten zeitveränderlichen Spannungssignals S2, das einen gerichteten Vektor U2 aufweist, wobei die Signale S1 und S2 mit vorbestimmten Elektrodenpaaren gemessen wurden, wobei die gerichteten Vektoren U1 und U2 sich an dem ersten Punkt schneiden und der zweite Punkt in einem Abstand D von dem ersten Punkt angeordnet ist, b) Bestimmen eines Winkels q, der der zwischen dem gerichteten Vektor U1 und dem gerichteten Vektor U des Spannungssignals S gemessene Winkel ist, und c) Nähern des zeitveränderlichen Spannungssignals S als eine Funktion des Winkels q, wobei Schritt b) ausgeführt wird, indem der Winkel q als eine Auswahl eines Benutzers erlangt wird.
Computerprogramm nach Anspruch 17, des weiteren mit den folgenden Schritten: d) Wiederholen der Schritte a) bis c) für alle Werte des Winkels q, die in vorbestimmten Inkrementen innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs existieren, um entsprechende physiologische Spannungssignale zu erzeugen, und e) Auswählen eines optimalen physiologischen Spannungssignals aus allen der entsprechenden physiologischen Spannungssignale basierend auf einem vorbestimmten Kriterium.
Computerprogramm nach Anspruch 18, bei dem Schritt e) unter Verwendung eines Kriteriums ausgeführt wird, das die Wellenform-Morphologie eines EKG-Signals beschreibt.
Computerprogramm nach Anspruch 19, bei dem Schritt a) ein Auswählen der gerichteten Vektoren U1 und U2 umfasst, und bei dem die Funktion des Schritts c) des weiteren eine Funktion von b ist, dem auswählbaren Winkel zwischen den gerichteten Vektoren U1 und U2.
Computerprogramm nach Anspruch 17, bei dem Schritt c) den Schritt des Näherns des physiologischen Spannungssignals S als eine Funktion eines auswählbaren Werts umfasst, der für den Abstand D bereitgestellt ist.
Computerprogramm nach Anspruch 17, bei dem der Verarbeitungsschaltkreis mindestens einen ersten und einen zweiten Verarbeitungsabschnitt umfasst, wobei der erste Verarbeitungsabschnitt innerhalb des Körpers angeordnet ist und der zweite Verarbeitungsabschnitt außerhalb des Körpers angeordnet ist, wobei der erste Verarbeitungsschaltkreis des weiteren einen Kommunikationsschaltkreis umfasst, wobei Schritt c) mehrere Verarbeitungsschritte umfasst, und das des weiteren die Maßnahmen umfasst: c1) Ausführen eines oder mehrerer der mehreren Verarbeitungsschritte, um Verarbeitungszwischenergebnisse zu erlangen, c2) Übertragen der Verarbeitungszwischenergebnisse zu dem zweiten Verarbeitungsabschnitt über den Kommunikationsschaltkreis, und c3) Durchführen der verbleibenden der mehreren Verarbeitungsschritte mittels des zweiten Abschnitts, um das physiologische Spannungssignal S zu erlangen.