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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Stimulationsvorrichtung
mit der Fähigkeit,
die AV-Verzögerung
abhängig von
verschiedenen Betriebszuständen
der Herzstimulationsvorrichtung abzuwandeln.
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Hintergrund
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Unter
gesunden Herzkonditionen folgt auf eine durch Belastung hervorgerufene
Zunahme in der Herzfrequenz eine Verkürzung des physiologischen P-R-Intervalls
des Herzens.
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In
der Schrittmachertechnologie wird der Ausdruck AV-Verzögerung für AV-sequentielles
Stimulieren und der Ausdruck PV-Verzögerung für abgefühlte P-Wellen benutzt, denen
ventrikuläre
Stimulationen folgen, die mit der abgefühlten P-Welle synchronisiert
sind.
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Daher
wird in modernen DDD-Impulsgeneratoren unter den Methoden, ein physiologisches
Stimulieren vorzusehen, ein Algorithmus zum Verkürzen der AV/PV-Verzögerung entsprechend
der Stimulationsfrequenz benutzt. Während dies bei einer körperlichen
Beanspruchung physiologisch und bei einem DDD/VDD-Stimulieren bei
höheren
Frequenzen von Vorteil ist, ist nach Auffassung des Erfinders ein
Verkürzen
während
Perioden hoher Stimulationsfrequenz bei Ruhe weniger geeignet. Diese
Situation kann während
einer Situation auftreten, die als atriales Überstimulieren (atrialer Overdrive)
bezeichnet wird.
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Ein
atrialer Overdrive wird eingesetzt, um eine spontane atriale Aktivität bei Patienten
zu unterdrücken,
die an paroxysmalen atrialen Tachyarrhythmien leiden. Ein atrialer
Overdrive kann ausgeführt werden
als dynamischer Overdrive, was bedeutet, dass der Impulsgenerator
normalerweise eine Stimulationsfrequenz vorsieht, die geringfügig oberhalb
der zugrunde liegenden, möglicherweise
variierenden intrinsischen Frequenz liegt.
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Ein
Beispiel von Overdrive-Stimulation ist in dem US-Patent Nr. 4,503,857,
Boute et al., beschrieben, das das Konzept einer dynamischen Überstimulation
beschreibt, um einen hohen Prozentsatz der Stimulation bei einer
Frequenz zu erzielen, die nur geringfügig höher liegt als die zugrunde
liegende intrinsische Frequenz.
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Der
Artikel "Use of
flywheel, Automatic underdrive and dynamic overdrive in atrial pacers" von C. Barnay and
J.L. Medvedowski im Buch "Cardiac pacemakers:
Diagnostic options, dual chamber pacing, rate responsive pacing,
antitachycardia pacing" liefert
eine Beschreibung des Konzeptes des dynamischen Overdrive der Atrien,
für den
Zweck, atriale Tachyarrhythmien zu unterdrücken. Das Buch ist von Behrenbeck.
D.W. herausgegeben und von Darmstadt, Steinkopf, Springer Verlag,
New York, 1985 veröffentlicht
worden.
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Der
in den beiden oben erwähnten
Dokumenten zur Ausführung
einer dynamischen Überstimulation
beschriebene Algorithmus ist der, dass, falls eine atriale Inhibierung
vorgefallen war, die Stimulationsfrequenz um einen vorbestimmten
Schritt vergrößert wird.
Dieser Algorithmus zum Vergrößern der Stimulationsfrequenz
wird so lange angewandt so lange atriale Inhibierungen vorliegen.
Wenn nach der Vergrößerung der
Stimulationsfrequenz in einem oder in mehreren Schritten eine 100
%ige Stimulation erreicht wird, wird die Stimulationsfrequenz langsam verringert,
bis eine atriale Inhibierung erfasst wird, in welchem Fall die Stimulationsfrequenz
erneut um einen vorbestimmten Schritt, wie oben beschrieben, vergrößert wird.
Falls der Patient arrythmische Tendenzen zeigt, wie häufige PAC's (vorzeitige atriale Kontraktion)
kann dies zu einer Stimulationsfrequenz führen, die signifikant höher als
die optimale physiologische Frequenz ist. Falls keine Inhibitionen
auftreten, stimuliert der Schrittmacher mit seiner Grundfrequenz
oder niedriger Frequenz. Falls der Schrittmacher vom frequenzadaptierenden
Typ ist, arbeitet er mit seiner durch den Sensor angegebenen Frequenz.
In den beiden letzten Fällen überstimuliert
der Schrittmacher das Herz, arbeitet aber nicht im dynamischen Overdrive.
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Die
EP-A-O 607 951 beschreibt einen Schrittmacher mit automatisch optimierter
AV-Verzögerung.
Eine Optimierung wird über
die Identifikation der AV-Verzögerung,
die zum längsten
QT-Intervall führt,
erreicht.
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Die
US-A-6 058 328 beschreibt einen Schrittmacher, der eine präventive
Tachyarrhythmie-Stimulation
vorsieht. Eine präventive
Tachyarrhythmie-Stimulation wird durch Modifizieren der Arbeitsweise der
implantierbaren Vorrichtung auf eine Weise erzielt, die die Wahrschein lichkeit
des Auftretens einer Arrhythmie verhindert oder minimiert. Ein Betriebsmodus
kann die Overdrive Stimulation sein.
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Die
US-A-6 081 747 beschreibt einen implantierbaren Zweikammer-Schrittmacher,
der so konfiguriert ist, dass der im DDD oder im DDDR-Modus arbeitet,
wobei das AV- bzw. PV-Intervall
automatisch so eingestellt wird, dass es ein kleines Zeitintervall ist,
kleiner als die natürliche
Leitungszeit eines Patienten. Der erfindungsgemäße Schrittmacher ist besonders
für die
Behandlung einer hypertrophen obstruktiven Kardiomyopathie geeignet.
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Die
US-A-4 856 524 beschreibt einen Herzschrittmacher, der das AV-Intervall
bestimmt und dem Herzen kardiale Stimuli mit einer Frequenz zuführt, die
auf das bestimmte AV-Intervall bezogen ist.
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Keines
der oben genannten Dokumente beschreibt jedoch etwas, betreffend
das Problem bei der AV-Intervall-Verkürzung während einer nichtphysiologischen
dynamischen Overdrive-Stimulation
zur Tachyarrhythmieunterdrückung.
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Im
Hinblick hierauf ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
automatische Einstellung der AV-Verzögerung bei einem dynamischen
Overdrive des Atriums vorzusehen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Dieses
Ziel wird durch einen Herzschrittmacher, der im einleitenden Teil
erwähnten
Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen Herzschrittmacher,
der ein AV-Intervall vorsieht, welches für das Herz unter allen Bedingungen,
einschließlich
eines dynamischen Overdrives des Atriums zur atrialen Tachyarrhythmieunterdrückung, optimiert
ist. Der Erfinder hat, wie oben bemerkt, festgestellt, dass eine
Verkürzung
des AV-Intervalls während
eines dynamischen atrialen Overdrives unphysiologisch sein kann
und dass eine solche Verkürzung begrenzt
oder vermieden werden sollte.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die, während
eines dynamischen Overdrives benutzte AV-Verzögerung, die AV-Verzögerung der
Basisfrequenz oder einer niedrigeren Frequenz. Die niedrigere Frequenz
oder Basisfrequenz ist die Stimulationsfrequenz, die durch den Schrittmacher
benutzt wird, wenn die Stimulationsfrequenz nicht durch abgefühlte P-Wellen
oder durch einen Sensor für
Frequenzadaption beeinflusst wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die während
des dynamischen Overdrives der Atrien benutzte AV-Verzögerung die
AV-Verzögerung,
die durch die Sensorfrequenz indiziert wird.
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In
einer dritten Ausführungsform
ist die während
des dynamischen Overdrives benutzte AV-Verzögerung
die AV-Verzögerung,
die durch die zugrunde liegende intrinsische Frequenz angegeben
wird. Diese Ausführungsform
ist insbesondere bei Patienten nützlich,
bei denen die zugrunde liegende physiologische Frequenz mit hoher
Genauigkeit bestimmt werden kann. Die zugrunde liegende physiologische Frequenz
kann aus abgefühlten
P-Wellen oder aus einem physiologischen Sensor bestimmt werden. Dies
ist insbesondere vorteilhaft, falls der Impulsgenerator ausgelegt
ist, bekannte Techniken einzusetzen, um PAC's von P-Wellen zu unterscheiden, die ihren
Ursprung im Sinusknoten haben. Ein Weg, diese Unterscheidung zu
erreichen, ist die Morphologieanalyse der P-Welle. Nur P-Wellen,
die aus dem Sinusknoten stammen, sollen zur Bestimmung der zugrunde
liegenden physiologischen Frequenz eingesetzt werden.
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In
einer vierten Ausführungsform
wird die während
des dynamischen Overdrives benutzte AV-Verzögerung
aus verschiedenen Eingangsfaktoren bestimmt, Beispiele dieser Eingangsfaktoren können die
zugrunde liegende physiologische intrinsische Frequenz, die durch
den Sensor angegebene Frequenz, die aktuelle Overdrivefrequenz sein.
Die Bestimmung kann eine Mittelwertbildung oder eine andere Gewichtung
der Eingangsfaktoren ausnutzen.
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In
normalen Fällen,
das heißt,
wenn der Schrittmacher P-Wellen bei erhöhten Frequenzen folgt, soll
die bekannte AV-Intervall-Verkürzung
verfügbar
sein, um den Patienten mit einem optimalen Herzrhythmus zu beliefern.
Dieser Betriebsmodus ist jedoch selten, wenn ein dynamischer Overdrive
des Atriums aktiv ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft
gegeben werden, und in denen
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1 einen
typischen Herzschrittmacher zeigt, der über Leitungen mit dem Herzen
eines Patienten verbunden ist.
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2 zeigt
ein typisches elektronisches Modul für einen Herzschrittmacher.
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3 gibt
an, wie die AV-Verzögerung
in einem erfindungsgemäßen Schrittmacher
bestimmt wird.
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4 zeigt
die resultierende, bestimmte AV-Verzögerung für verschiedene Stimulationsmoden
und Stimulationsfrequenzen.
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5 zeigt
ein Beispiel eines Flussdiagramms dafür, wie das AV-Intervall berechnet
werden kann.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt
einen typischen Herzschrittmacher 1 mit einem Schrittmacherelektronikmodul 6 innerhalb
des hermetisch abgedichteten Gehäuses 2. Die
Herzleitungen 4 und 5 mit angebrachten Elektroden 13 und 14 leiten
Stimulationsimpulse zum Herzen 3 des Patienten. Signale,
die von P-Wellen und R-Wellen stammen, werden durch die Elektroden 13 und 14 aufgenommen
und durch die Leitungen 4 und 5 zum Schrittmacherelektronikmodul 6 geleitet,
das eine Vorrichtung zum Detektieren jener Signale enthält.
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2 zeigt
eine typische Ausgestaltung eines Schrittmacherelektronikmoduls 6.
Das Elektronikmodul 6 enthält die folgenden Elemente:
einen Mikroprozessor 9, einen Lese-Schreib-Speicher 10, eine
Steuerschaltung 8, einen auf die Frequenz ansprechenden
Sensor 7, eine atriale Stimulations-Abfühl-Schaltung 12 und
eine vetrikuläre
Stimulations-Abfühlschaltung 11.
Der auf die Frequenz ansprechende Sensor kann entweder von der physiologischen
Art sein, wie ein Atemminutenvolumensensor oder von der Aktivitätsart, wie
ein Beschleunigungsmesser zum Messen von Körperbewegungen. Der Mikroprozessor 9 überwacht
die Arbeit der Steuerschaltung 8 durch Ausführen des
im Schreib-Lese-Speicher 10 gespeicherten Codes. So wird
ein anwendungsspezifischer Algorithmus, wie eine Steuerung der Abhängigkeit
des AV-Intervalls
von der Stimulationsfrequenz als Software-Routine im Lese-Schreib-Speicher 10 definiert.
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3 zeigt
welche Eingangsdaten durch die AV-Verzögerungs-Routine benutzt werden
können, um
die AV-Verzögerung
zu berechnen. Beispiele des Stimulationsmodus sind atrialer Overdrive
(atriale Überstimulation),
abgefühlte
und verfolgte (tracked) P-Wellen, sensorgesteuerte AV sequentielle
Stimulation. Die AV-Verzögerung
wird für
jeden Herzzyklus abhängig
von der Stimulationsfrequenz und vom Stimulationsmodus berechnet.
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4 zeigt
graphisch Beispiele, wie die AV-Verzögerung abhängig vom Stimulationsmodus variiert
werden kann.
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Kurve
a) zeigt ein Beispiel einer Verkürzung der
PV-Verzögerung
bei zunehmender Frequenz der abgefühlten P-Wellen.
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Kurve
b) zeigt ein Beispiel der Verkürzung der
AV-Verzögerung
bei zunehmender Stimulationsfrequenz.
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Kurve
c) zeigt ein Beispiel, bei dem die AV-Verzögerung unabhängig von
der Stimulationsfrequenz während
der atrialen Overdrive-Stimulation konstant gehalten wird.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm der AV-Intervall-Berechnung. Die Annahme besteht
darin, dass eine Overdrive-Stimulation aktiviert ist. Zuerst wird festgestellt,
ob die Overdrive-Stimulation
während des
letzten atrialen Ereignisses aktiv war. Wenn dies der Fall war,
dann werden vorläufige
AV-Verzögerungen
entsprechend verschiedener Rechenregeln berechnet.
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Die
erste zu benutzende Dateneingabe würde die durch den Aktivitäts- oder
physiologischen Sensor indizierte (angezeigte) Frequenz zur Bestimmung
einer geeigneten AV-Verzögerung
sein.
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Die
zweite zu benutzende Dateneingabe würde die abgefühlte P-Wellen-Frequenz
zur Bestimmung der AV-Verzögerung
sein. Dies erfordert eine Filterung und Mittelwertsbildung, da,
falls der atriale Overdrive aktiv ist, dann nur wenige P-Wellen
abgefühlt
werden. Die Verwen dung der gefilterten und gemittelten P-Wellen-Frequenz
ist insbesondere geeignet, falls die Häufigkeit von PAC's relativ gering
ist, da in diesem Fall die abgefühlte
P-Wellen-Frequenz physiologisch korrekt ist. Es sollte jedoch beachtet werden,
dass, falls die Häufigkeit
der abgefühlten
atrialen Ereignisse kleiner als ein atriales Ereignis aus 20 wird,
die Anpassung an Änderungen
in der physischen Aktivität
schlecht wird, falls nur abgefühlte P-Wellen
zur AV-Intervall-Bestimmung
benutzt werden. Ein Verfahren zum Filtern besteht darin, das Durchschnittsintervall
der letzten drei abgefühlten P-Wellen
zu benutzen, um die P-Wellen-Frequenz zu bestimmen, die das AV-Intervall
steuert.
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Die
dritte zu benutzende Dateneingabe würde die aktuelle Overdrive-Frequenz
sein. Es soll bemerkt werden, dass die AV-Intervall-Verkürzung mit zunehmendem
Overdrive kleiner wird als für
abgefühlte
P-Wellen und dass die Verkürzung
mit zunehmender Overdrive-Frequenz auch Null sein kann. Nachdem
das AV-Intervall gemäß jenen
drei Kriterien ermittelt worden ist, wird das kürzeste der drei berechneten
AV-Intervalle benutzt.
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Falls
beim letzten Ereignis eine Overdrive-Stimulation nicht aktiv war,
was bedeutet, dass das letzte atriale Ereignis entweder ein stimuliertes Ereignis
mit einer durch den frequenzadaptierenden Stimulationsalgorithmus
bestimmten Frequenz oder eine abgefühlte P-Welle war, soll das AV-Intervall auf normale
Weise, abhängig
von der stimulierten oder abgefühlten
Herzfrequenz berechnet werden.
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Das
erhaltene AV-Intervall wird in die Steuerschaltung eingeschrieben,
um das AV-Intervall während
der laufenden Herzzyklen verfügbar
zu machen.
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Es
gibt verschiedene weitere bevorzugte Ausführungsformen zur Bestimmung
des AV-Intervalls
während
einer dynamischen Overdrive-Stimulation. Das während eines Overdrives tatsächlich benutzte
AV-Intervall kann beruhen entweder nur auf der durch einen Sensor
indizierten Frequenz oder es kann das AV-Intervall bestimmt werden,
als eine Mischung aus der Sensor indizierten Frequenz, der abgefühlten und
gefilterten P-Wellenfrequenz und der aktuellen Overdrive-Frequenz.
Eine Ausführungsform,
die vorteilhaft für
bestimmte Patienten sein kann, ist die Verwendung des Grundfrequenz-AV-Intervalls
immer dann, wenn atriale Stimulationsimpulse ohne Rücksicht
auf die Frequenz geliefert werden,.