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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtungen, wie z.B.
Herzschrittmacher und implantierbare Überwachungsvorrichtungen.
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Hintergrund
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Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtungen sind
implantierbare Vorrichtungen, die eine elektrische Stimulation ausgewählter Kammern
des Herzens bewirken, um Störungen
des Herzrhythmus zu behandeln. Ein Herzschrittmacher ist beispielsweise eine
Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtung, mit Hilfe derer das Herz mit
zeitlich gesteuerten Stimulationsimpulsen stimuliert wird. Die US-A-5,243,981
offenbart ein System gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Der am häufigsten
auftretende Zustand, bei dem Herzschrittmacher verwendet werden,
ist die Behandlung von Bradykardie, bei der die Ventrikelrate zu
langsam ist. Atrium-Ventrikel-Leitungsdefekte (das heißt AV-Block),
die permanent oder intermittierend auftreten, sowie krankhaftes
Sinussyndrom stellt die häufigsten
Ursachen von Bradykardie dar, für
die eine permanente Stimulation indiziert werden kann. Wenn er korrekt
funktioniert, dann behebt der Herzschrittmacher die Unfähigkeit
des Herzens, sich selbst mit einem geeigneten Rhythmus zu stimulieren,
um die metabolischen Anforderungen zu erfüllen, indem eine minimale Herzrate
erzwungen wird.
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Eine
Stimulationstherapie kann auch bei der Behandlung eines Herzfehlers
verwendet werden, der sich auf ein klinisches Syndrom bezieht, bei
der eine Abnormalität
der Funktion des Herzens eine unterhalb des Normalwertes liegende Herzausgabe
bewirkt, die unter einen Pegel fallen kann, der geeignet ist, um
die metabolischen Anforderungen von peripherem Gewebe zu erfüllen. Wenn
er nicht kompensiert wird, dann stellt er üblicherweise eine kongestive
Herzinsuffizienz dar, und zwar in Folge der begleitenden venösen und
pulmonaler Kongestion. Ein Herzfehler kann viele Ursachen haben,
wobei eine ischämische
Herzerkrankung die Häufigsten
ist. Es wurde gezeigt, dass einige Patienten mit einem Herzfehler
unter intraventrikulären
und/oder interventrikulären
Leitungsdefekten leiden (z.B. Schenkelblöcke), so dass deren Herzausgabe
erhöht
werden kann, indem die Synchronisation von ventrikulären Kontraktionen
durch elektrische Stimulation verbessert werden kann. Andere Leitungsdefekte
können
in den Atrien auftreten. Es wurden daher Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtungen
entwickelt, die eine elektrische Stimulation der Atrien und/oder
der Ventrikel bewirken, um zu versuchen, die Koordination von Herzkontraktionen
zu verbessern, was als allgemein Herz-Resynchronisationstherapie
bezeichnet wird.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
Einrichtung zur Bestimmung der relativen Depolarisationszeiten von
myokardialen Stellen, die durch verschiedene Stimulationselektroden
gemessen werden. Diese Informationen können dann für eine Auswahl von Stimulationselektroden
verwendet werden, um eine optimale Stimulationstherapie zu liefern.
Gemäß der Erfindung ist
eine Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtung programmiert, um relative
Depolarisationszeiten während
einer Herzkontraktion an zwei ausgewählten myokardialen Stellen
zu bestimmen, indem die Mess-/Stimulationselektroden, die jede ausgewählte myokar diale
Stelle messen, mit einem Differentialeingang von einem Messverstärker verbunden
werden und dann die relativen Depolarisationszeiten aus der Reihe
von positiven und negativen Spitzenwerte in einem resultierenden
zweiphasigen Elektrogramm-Signal bestimmt werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm von einer beispielhaften Herzrhythmus-Steuerungsvorrichtung zur
Durchführung
der vorliegenden Erfindung.
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2A und 2B zeigen
Beispiele von unipolaren und bipolaren Elektrogrammen.
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3 zeigt
eine beispielhafte Implementierung der Technik zur Bestimmung relativer
Depolarisationszeiten der gemessenen Stellen von einem bipolaren
Elektrogramm.
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Detaillierte
Beschreibung
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Das
Anwenden einer Herz-Resynchronisationstherapie in der wirksamsten
Weise erfordert eine optimale Auswahl von einer oder mehreren Stimulationsstellen
für die
Anordnung von Stimulationselektroden und, im Fall einer Resynchronisationsstimulation
an mehreren Stellen, die Sequenz, in der die Stimulationsimpulse
an die mehreren Stimulationsstellen ausgegeben werden sollen. Eine
Möglichkeit
der Auswahl einer Stimulationsstelle für die Resynchronisationstherapie
besteht darin, die Leitungsverzögerungen
von möglichen
Stimulationsstellen während einer
intrinsischen systolischen Kontraktion zu messen. Eine oder mehrere
myokardiale Stellen, die gezeigt haben, dass sie während einer
intrinsischen Kontraktion später
erregt werden, können
als Stimulationsstellen ausgewählt
werden. Die Stimulation der spät
aktivierten Stelle oder das Stimulieren von mehreren Stellen in
der Sequenz, die ihren jeweiligen Leitungsverzögerungen entspricht, kann dann
die gewünschte
Resynchronisation und eine besser koordinierte Kontraktion bewirken.
Wie nachfolgend erläutert,
stellt die vorliegende Erfindung eine Technik zur Bestimmung der
relativen Depolarisationszeiten von durch zwei verschiedene verfügbare Stimulationselektroden
gemessenen myokardialen Stellen zur Verfügung, die die Verwendung von
lediglich einem Messkanal erforderlich macht.
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1. Beschreibung
einer exemplarischen Vorrichtung
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Die
herkömmliche
Herzstimulation mit implantierten Herzschrittmachern beinhaltet
eine erregende elektrische Stimulation des Herzens durch die Zuführung von
Stimulationsimpulsen zu einer Elektrode, die mit dem Herzmuskel
in elektrischem Kontakt steht. Der Herzschrittmacher ist üblicherweise subkutan
in der Brust des Patienten implantiert und mit Elektroden über Leitungen
verbunden, die durch die Gefäße des oberen
Venensystems in das Herz geführt
sind. Eine Elektrode kann in einen Messkanal integriert sein, der
ein Elektrogramm-Signal erzeugt, das die elektrische Herzaktivität an der
Stelle der Elektrode darstellt, und/oder in einen Stimulationskanal
zum Zuführen
von Stimulationsimpulsen zu der Stelle integriert sein.
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Ein
Blockdiagramm von einem Herzschrittmacher für mehrere Stellen mit mehreren
Mess- und Stimulationskanälen
ist in 1 gezeigt. (Als der hier verwendete Begriff soll
ein "Herzschrittmacher" irgendeine Herzrhythmus-Steuerungs vorrichtung
bedeuten, wie zum Beispiel ein implantierbarer Kardioverter/Defibrillator
mit einer Stimulationsfunktion.) Die Steuerung des Herzschrittmachers
beinhaltet einen Mikroprozessor 10, der über einen
bidirektionalen Datenbus mit einem Speicher 12 kommuniziert, wobei
der Speicher 12 normalerweise einen ROM (Nur-Lese-Speicher)
zur Programm-Speicherung und
einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) als Datenspeicher aufweist.
Die Steuerung kann durch andere Typen von logischen Schaltungen
implementiert sein (z.B. diskrete Komponenten oder programmierbare
Logik-Arrays), und zwar unter Verwendung eines Zustandsmaschinen-Konstruktionstyps,
aber ein auf einem Mikroprozessor basierendes System wird bevorzugt.
Wie hier verwendet, muss die Programmierung einer Steuerung durchgeführt werden, um
sich entweder auf diskrete logische Schaltungen, die konfiguriert
sind, um bestimmte Funktionen durchzuführen, oder auf einen ausführbaren
Code zu beziehen, der in dem Speicher oder in einem anderen Speichermedium
gespeichert ist. Die Steuerung ist ausgestaltet, um den Herzschrittmacher
in einer Anzahl von programmierten Betriebsarten zu betreiben, wobei
durch eine programmierte Betriebsart definiert ist, wie Stimulationsimpulse
in Reaktion auf erfasste Ereignisse und den Ablauf von Zeitintervallen ausgegeben
werden. Außerdem
ist eine Telemetrie-Schnittstelle 80 vorgesehen, um zu
ermöglichen, dass
die Steuerung mit einem externen Programmiermittel kommunizieren
kann.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel hat drei Mess-/Stimulationskanäle, wobei
ein Stimulationskanal einen Impulsgenerator beinhaltet, der mit
einer Elektrode verbunden ist, während
ein Messkanal einen Messverstärker
umfasst, der mit einer Elektrode verbunden ist. Ein MOS-Schaltnetzwerk 70,
das durch den Mikroprozessor gesteuert wird, wird verwendet, um
die Elektroden vom Eingang eines Messverstärkers zum Ausgang eines Impulsgenerators
zu schalten. Das Schaltnetzwerk 70 ermöglicht außerdem, dass die Mess- und
Stimulationskanäle
durch die Steuerung mit verschiedenen Kombinationen der verfügbaren Elektroden
konfiguriert werden. Und die Kanäle
können
entweder als Atrium- oder Ventrikel-Kanäle konfiguriert werden, was
es der Vorrichtung ermöglicht,
eine herkömmliche
Ventrikel-Stimulation an einer Stelle, und zwar oder ohne Atrium-Verfolgung,
biventrikuläre
Stimulation oder Stimulation einer einzelnen Kammer an mehreren Stellen
zu liefern. In einer beispielhaften Konfiguration enthält der rechte
Atrium-Mess-/Stimulationskanal eine Ringelektrode 43a und
eine Spitzenelektrode 43b mit biopolarer Leitung 43c,
einem Messverstärker 41,
einem Impulsgenerator 42 und eine Kanalschnittstelle 40.
Der rechte Ventrikel-Mess-/Stimulationskanal enthält eine
Ringelektrode 23a und eine Spitzenelektrode 23b mit
einer biopolaren Leitung 23c, einen Messverstärker 21,
einem Impulsgenerator 22 und eine Kanalschnittstelle 20,
und ein linker Ventrikel-Mess-/Stimulationskanal beinhaltet eine Ringelektrode 33a und
eine Spitzenelektrode 33b mit einer bipolaren Leitung 33c,
einen Messverstärker 31,
einem Impulsgenerator 32 und eine Kanalschnittstelle 30.
Die Kanalschnittstellen kommunizieren bidirektional mit einem Anschluss
des Mikroprozessors 10 und enthalten Analog/Digital-Wandler
zum Digitalisieren von Messsignaleingängen von den Messverstärkern, Register,
in die geschrieben werden kann, um die Verstärkungs- und Grenzwerte der
Messverstärker
einzustellen, sowie Register zur Steuerung der Ausgabe der Stimulationsempulse
und/oder zum Verändern
der Stimulationsimpulsamplitude. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung
mit bipolaren Leitungen versehen, die zwei Elektroden beinhalten,
die verwendet werden, um einen Stimulationsimpuls auszugeben und/oder
einen intrinsische Aktivität
zu messen. Andere Ausführungsbeispiele können unipolare
Leitungen mit einzelnen Elektroden zum Messen und Stimulieren verwenden.
Das Schaltnetzwerk 70 kann einen Kanal zur unipolaren Messung
oder Stimulation konfigurieren, und zwar durch Zuweisung einer Elektrode
einer unipolaren oder bipolaren Leitung zu dem Gehäuse bzw.
der Schale 60 der Vorrichtung.
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Die
Steuerung 10 steuert den gesamten Betrieb der Vorrichtung
gemäß programmierter
Befehle, die in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 10 interpretiert
Elektrogramm-Signale von den Messkanälen und steuert die Zufuhr
von Stimulationsimpulsen entsprechend einer Stimulationsbetriebsart. Die
Messschaltung des Herzschrittmachers erzeugt atriale und ventrikuläre Elektrogramm-Signale
aus den Spannungen, die durch die Elektroden eines bestimmten Kanals
erfasst werden. Wenn ein Elektrogramm-Signal in einem Atrium-Kanal
oder dem Messkanal einen bestimmten Grenzwert überschreitet, dann erfasst
die Steuerung eine atriale oder ventrikuläre Wahrnehmung bzw. welche
Stimulationsalgorithmen verwendet werden können, um Stimulationen einzuleiten
oder zu unterbrechen. Ein Elektrogramm ist analog zu einem Oberflächen-ECG
und gibt den Zeitverlauf und die Amplitude der Herz-Depolarisation
an, die entweder während
eines intrinsischen oder stimulierten Herzschlags stattfindet.
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2. Stimulationstherapie
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Bradykardie-Stimulationsbetriebsarten
beziehen sich auf Stimulationsalgorithmen, die verwendet werden,
um die Atrien und/oder Ventrikel in einer Weise zu stimulieren,
durch die eine bestimmte minimale Herzrate unterstützt wird.
Auf Grund des Risikos der Erzeugung einer Arrhythmie mit asynchroner Stimulation
sind die meisten Herzschrittmacher zur Behandlung von Bradykardie
programmiert, um in einer sogenannten Bedarfsbetriebsart synchron
zu arbeiten, bei der erfasste Herzereignisse, die in einem definierten
Intervall auftreten, einen Stimulationsimpuls entweder erzeugen
oder verhindern. Bei verhinderten Bedarfsstimulationsbetriebsarten
werden Escape-Intervalle verwendet, um die Stimulation gemäß der gemessenen
intrinsischen Aktivität
zu steuern. In einer verhinderten Bedarfsbetriebsart wird während eines
Herzzyklus ein Stimulationsimpuls zu einer Herzkammer erst nach
Ablauf eines definierten Escape-Intervalls geliefert, im Verlauf
dessen kein intrinsischer Herzschlag durch die Kammer erfasst wird.
Beispielsweise kann ein Ventrikel-Escape-Intervall zum Stimulieren
der Ventrikel zwischen zwei Ventrikelereignissen definiert sein,
um so mit jeder Ventrikel-Wahrnehmung oder -Stimulation neu gestartet
zu werden. Ein Atrium-Escape-Intervall
kann ebenfalls zum Stimulieren der Atrien entweder alleine oder
zusammen mit der Stimulation der Ventrikel definiert sein. Die Ventrikel
können
außerdem
in einer Atrium-Verfolgungsbetriebsart stimuliert werden, bei der
ein Atrium-/Ventrikel-Escape-Intervall, gesteuert durch eine Atrium-Wahrnehmung
oder -Stimulation und beendet durch eine Ventrikel-Wahrnehmung oder
-Stimulation, verwendet wird, um die Ventrikel synchron mit den
Atrien zu stimulieren.
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Eine
Herz-Resynchronisationstherapie ist eine Schrittmacher-Stimulation,
die bei einer oder mehreren Herzkammern in einer Weise angewendet wird,
so dass synchronisierte Kontraktionen der Atrien und/oder Ventrikel
wiederhergestellt oder beibehalten und die Pump-Effizienz verbessert
wird. Ventrikel-Resynchronisationsstimulation ist zur Behandlung
von Herzfehlern bei Patienten praktisch, die unter interventrikulären oder
intraventrikulären
Leitungsdefekten leiden, da, obwohl nicht direkt ionotropisch, eine
Resynchronisation zu einer koordinierten Kontraktion der Ventrikel
mit verbesserter Pump-Effizienz und erhöhter Herzausgabe führt.
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Eine
Resynchronisationsstimulation der Atrien kann auch bei bestimmten
Patienten Vorteile haben, insbesondere zur Verhinderung der Entstehung von
atrialer Arrhythmie. Resynchronisationsstimulation umfasst üblicherweise
das Liefern von Stimulationen zu mehreren Stellen von entweder den
Atrien oder den Ventrikeln während
eines Herzzyklus. Die mehreren Stimulationsstellen können sich
in einer einzigen Herzkammer, in beiden Ventrikeln oder in beiden
Atrien befinden. Bei der Stimulation von mehreren Stellen werden
die Atrien oder Ventrikel an mehr als einer Stelle stimuliert, um
eine Erregungsausbreitung zu bewirken, die zu einer koordinierteren Kontraktion
führt.
Biventrikuläre
Resynchronisationsstimulation ist ein Beispiel von Stimulation an
mehreren Stellen, wobei beide Ventrikel stimuliert werden, um deren
jeweiligen Kontraktionen zu synchronisieren. Stimulation an mehreren
Stellen kann auch nur bei einer Kammer angewendet werden, um eine
koordiniertere Kontraktion einer Kammer zu bewirken. Eine Möglichkeit
zum Anwenden einer Resynchronisationstherapie an mehreren Stellen
besteht darin, eine Stelle mit einer synchronen Bradykardie-Stimulationsbetriebsart
zu stimulieren und dann eine oder mehrere Resychronisationsstimulationen
zu einer oder mehreren weiteren Stimulationsstellen in einer definierten
Zeitbeziehung zu einem oder mehreren ausgewählten Erfassungs- und Stimulationsereignissen
zu liefern, wodurch in der Bradykardie-Stimulationsbetriebsart entweder
Escape-Intervalle zurückgesetzt
oder Stimulationen gesteuert werden.
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3. Auswahl
der Stimulationsstellen
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Bei
einem normalen Herzschlag leitet das spezialisierte His-Purkinje-Leitungsnetzwerk
des Herzens auf schnelle Weise Erregungsimpulse vom sinoatrialen
Knoten zum atrioventri kulären
Knoten und somit zum Ventrikel-Myokardium, was zu einer koordinierten
Kontraktion beider Ventrikel führt.
Eine künstliche
Stimulation mit einer Elektrode, die in einem Gebiet des Myokardiums
befestigt ist, zieht keinen Nutzen aus dem normalen spezialisierten
Leitungssystem des Herzens zum Leiten einer Erregung durch die Ventrikel,
da das spezialisierte Leitungssystem nur durch Impulse eingeleitet
werden kann, die vom atrioventrikulären Knoten stammen. Daher muss
die Ausbreitung der Erregung von der ventrikulären Stimulationsstelle nur über die
sehr viel langsamer leitenden ventrikulären Muskelfasern fortschreiten,
was dazu führt,
dass der Teil des ventrikulären Myokardiums,
das durch die Stimulationselektrode stimuliert wird, eine Kontraktion
deutlich vor den Teilen des Ventrikels erfährt, die sich weiter entfernt
zur Elektrode befinden.
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Die
Auswahl der Stimulationsstellen ist für eine optimale Anwendung der
Resynchronisationstherapie kritisch, da es die Ausbreitung der Erregung nach
jedem Stimulationsimpuls ist, wodurch die Art und Weise bestimmt
wird, in der die stimulierte Herzkammer eine Kontraktion erfährt. Einige
Patienten mit Leitungs-Abnormalitäten können eine verbesserte Herzsynchronisation
mit herkömmlicher
Bradykardie-Stimulation bei einer einzigen ventrikulären und/oder
atrialen Stelle erfahren, wie vorstehend beschrieben, da der Weg,
auf dem sich die Depolarisation als Folge einer Stimulation ausbreitet,
einer intrinsischen Kontraktion entgegengerichtet ist. Wenn daher
ein Herzschrittmacher mit einer Vielzahl an verfügbaren Stimulationselektroden
konfiguriert ist, die an verschiedenen Stimulationsstellen angeordnet sind,
dann kann entweder eine herkömmliche
Bradykardie- oder eine Resynchronisationsstimulation optimiert werden,
und zwar durch eine geeignete Auswahl hinsichtlich der Verwendung
der Stimulationselektroden. Im Fall einer Bradykardie-Stimulation an einer
einzigen Stelle kann es beispielsweise erwünscht sein, dass eine stimulierte
Kontraktion mehr oder weniger eine intrinsische Kontraktion nachahmt, und
zwar durch Verwendung einer Stimulationsstelle, die während einer
intrinsischen Kontraktion vor einer anderen verfügbaren Stimulationsstelle depolarisiert wird.
Im Fall einer Resynchronisationstherapie besteht unabhängig davon,
ob sie als Stimulation einer einzigen Stelle oder mehrerer Stellen
erfolgt, die Aufgabe der Therapie darin, eine koordiniertere Kontraktion
zu erzeugen als sie üblicherweise
auftritt. Dies kann die Verwendung eine einzeln stimulierte Stelle oder
einer anfänglich
stimulierten Stelle zur Folge haben, die während einer intrinsischen Kontraktion
später
depolarisiert wird als andere verfügbare Stimulationsstellen.
Eine in dieser Weise durchgeführte
Stimulationstherapie erzeugt somit eine koordiniertere Kontraktion
und, durch Umkehr des räumlichen
Musters mechanischer Kräfte,
die das Myokardium während
einer intrinsischen Systole erfährt,
kann sogar ein unerwünschtes
Remodellieren des Herzens verhindern oder umkehren.
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4. Messung
der Depolarisationszeiten
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Wie
vorstehend erläutert,
kann die Stimulationstherapie durch einen Herzschrittmacher noch
optimaler geliefert werden, wenn die Stimulationsstellen unter den
verfügbaren
Stimulationsstellen gemäß der relativen
Depolarisationszeiten an diesen Stellen während einer intrinsischen Kontraktion
ausgewählt werden.
Im Fall der Stimulation an mehreren Stellen kann es auch gewünscht sein,
ein bestimmtes Depolarisationsmuster mit Stimulation an Stellen
zu erzeugen, die gemäß relativer
Depolarisationszeiten während
einer Kontraktion ausgewählt
wurden, resultierend aus einer Stimulation an der Stelle, die für eine anfängliche
Stimulation von einer Sequenz aus mehreren Stimulationen ausgewählt ist.
Die relativen Depolarisationszeiten während der stimulierten oder
intrinsischen Kontraktionen der für einen Herzschrittmacher zugänglichen
Stimulationsstellen nach der Implantation können durch Konfigurieren von
Messkanälen
mit den verfügbaren
Stimulationselektroden konfiguriert werden, so dass ein unipolares
Elektrogramm-Signal in jedem Kanal erzeugt wird. Die Depolarisationszeit
von jeder verfügbaren
Stimulationsstelle wird dann in dem Elektrogramm-Signal durch einen positiven oder negativen
Spitzenwert während der
Kontraktion markiert.
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Die
Bestimmung der relativen Depolarisationszeiten durch das vorstehend
beschriebene Verfahren beinhaltet jedoch die Bestimmung eines Messkanals
zu jeder Stimulationselektrode, deren Depolarisationszeit für einen
gesamten stimulierten oder intrinsischen Zyklus bestimmt werden
muss, während
sich der Herzschrittmacher in Betrieb befindet. Dies ist problematisch,
wenn die Vorrichtung mit nur einem Messkanal für jede Herzkammer ausgestattet
ist und jeden der Messkanäle
während
des normalen Betriebs verwendet. Um in dieser Situation die relativen
Depolarisationszeiten von alternativen Stimulationsstellen in einer
Herzkammer zu bestimmen, kann eine Herzkammer für einen gesamten Herzzyklus
nicht erfasst werden, da dessen Erfassungskanal verwendet wird,
um eine der alternativen Stimulationselektroden in der anderen Kammer
zu testen. In dieser beispielhaften Konfiguration der Vorrichtung
aus 1 werden beispielsweise normalerweise drei Messkanäle verwendet,
um beide Ventrikel und das rechte Atrium zu erfassen. Die Bestimmung
der relativen Depolarisationszeiten von alternativen Stimulationsstellen
in einem der Ventrikel (z.B. die durch die Spitzenelektrode 23b und
die Ringelektrode 23a stimulierten Stellen) erfordert dann die
Verwendung eines Messkanals für
jede alternative Stimulationsstelle, was bedeutet, dass entweder der
andere Ventrikel oder das Atrium während der Kontraktion nicht
erfasst werden kann, bei der die alternativen Elektroden getestet
werden.
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Eine ökonomischere
Technik zur Verwendung verfügbarer
Messkanäle
zur Bestimmung der relativen Depolarisationszeiten von zwei alternativen Stimulationsstellen
besteht darin, die Zeiten von einem einzigen bipolaren Elektrogramm
statt von zwei unipolaren Elektrogrammen zu bestimmen. Die Wellenfront
der Depolarisation, die sich während
einer Kontraktion durch das Myokardium ausbreitet, erzeugt eine
potentielle Verteilung in dem umgebenden Volumenleiter, der annähernd durch
einen elektrischen Dipol modelliert werden kann. Wenn sich die Depolarisationswellenfront
jeder der Elektroden nähert,
wird ein positiver oder negativer Spitzenwert in dem Elektrogramm-Signal
abhängig
davon erzeugt, ob die Elektrode mit dem positiven oder negativen Differentialeingang
des Messverstärkers
verbunden ist. Zum Beispiel kann der positive Spitzenwert eine Depolarisation
der mit dem negativen Verstärkereingang
verbundenen Elektroden darstellen. 2A und 2B zeigen
Beispiele von unipolaren und bipolaren Elektrogrammen des linken
Ventrikels, wie sie von den gleichen zwei linken Ventrikelelektroden aufgezeichnet
würden.
Die unipolaren Elektrogramm-Wellenformen UWF 1 und UWF2 zeigen jeweils
einen negativen Spitzenwert, wenn die Depolarisationswellenfront
jede Elektrodenstelle erreicht. Die bipolare Elektrogramm-Wellenform
BWF ist zweiphasig mit verschiedenen positiven und negativen Spitzenwerten
PP2 bzw. NP2, wobei jeder Spitzenwert die Depolarisation der myokardialen
Stelle darstellt, die durch eine der Elektroden gemessen wird, die
mit den Differentialeingängen
eines Messverstärkers
verbunden sind. Die relativen Depolarisa tionszeiten der beiden Elektroden
können
somit aus der Reihenfolge der positiven und negativen Spitzenwerte
in dem zweiphasigen Elektrogramm-Signal bestimmt werden. Die Reihenfolge
der Spitzenwerte kann bestimmt werden, indem jeder der positiven
und negativen Spitzenwerte mit einer analogen Spitzenwert-Detektorschaltung
oder dem digitalen Äquivalent
erfasst werden, wenn das Elektrogramm-Signal erzeugt wird, oder
das Elektrogramm-Signal kann für eine
Zeitperiode (z.B. 50–100
ms) digital aufgezeichnet werden, wobei die Spitzenwerte aus der
Aufzeichnung bestimmt werden. Der zuletzt genannte Lösungsansatz
kann in Fällen
bevorzugt sein, in denen beide Elektroden so angeordnet sind, das
der äquivalente
Dipol der Depolarisationswellenfront seine Orientierung verändert, wenn
sie sich den Elektroden nähert,
wodurch bewirkt werden kann, dass eine positiv angeschlossene Elektrode,
die sich am nächsten
zur Wellenfront befindet, beispielsweise einen kleineren negativen
Spitzenwert vor dem positiven Spitzenwert erzeugt.
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3 zeigt
eine exemplarische Implementierung zur Bestimmung der relativen
Depolarisationszeiten von den Stellen, die durch zwei Elektroden LV1
und LV2 gemessen werden, wie dies durch eine geeignet programmierte
Vorrichtung der Fall sein würde.
Die Elektrogramm-Signale von jeder Elektrode werden in Schritt S1
differentiell verstärkt,
indem die Elektroden LV1 und LV2 mit dem positiven bzw. negativen
Differentialeingang eines Messverstärkers verbunden werden. Für die beste
Leistung wird das resultierende Elektrogramm-Signal dann in Schritt S2 durch einen
Bandpass gefiltert (entweder digital oder als ein analoger Filter
implementiert). In Schritt S3 wartet die Vorrichtung auf eine Wahrnehmung,
um eine intrinsische Kontraktion zu indizieren, und findet dann
die Position der negativen und positiven Spitzenwerte. (Alternativ
kann die Vorrichtung auf eine Stimula tionsausgabe warten und dann
die positiven und negativen Spitzenwerte in einem bipolaren erzeugten
Antwortelektrogramm bestimmen.) In Schritt S4 bestimmt die Vorrichtung
dann, dass die Elektrode LV1 die Wellenfront zuerst erfasst, wenn
der negative Spitzenwert zuerst auftritt, oder sie bestimmt, dass
die Elektrode LV2 die Wellenfront zuerst erfasst, wenn der positive
Spitzenwert zuerst auftritt.
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Die
Bestimmung der Depolarisationszeiten an verfügbaren Stimulationsstellen
durch die vorstehend beschrieben Technik sowie die entsprechende Auswahl
der Stimulationselektroden kann durch einen externen Programmierer
erfolgen, der mit der implantierten Vorrichtung kommuniziert, oder
automatisch allein durch Programmierung der Steuerung. Wenn eine
Stimulationselektrode zur Verwendung ausgewählt ist, dann kann die Vorrichtung
einen Stimulationskanal mit dem Schaltnetzwerk konfigurieren, das
die ausgewählte
Elektrode beinhaltet. Die beiden Elektroden, deren relativen Depolarisationszeiten
bestimmt werden, können
in verschiedene Leitungen oder in die gleiche bipolare Leitung integriert sein.
In dem früheren
Fall kann der Stimulationskanal als ein unipolarer Stimulationskanal
unter Verwendung der ausgewählten
Elektrode für
kathodische Stimulation konfiguriert sein, und zwar bezogen auf das
Gehäuse
der Vorrichtung oder auf eine andere beabstandete Elektrode. Im
letzteren Fall kann der Stimulationskanal als ein bipolarer Stimulationskanal konfiguriert
sein, wobei die ausgewählte
Elektrode als die Kathode verwendet wird und die andere Elektrode
der bipolaren Leitung als die Anode verwendet wird.
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Die
beschrieben Technik ermöglicht
somit, dass die relativen Depolarisationszeiten von Stellen bestimmt
werden, die durch zwei verfügbare Mess-/Stimulationselektroden
erfasst werden. Eine Vorrichtung kann außerdem programmiert werden, um
eine Gruppe von ausgewählten
myokardialen Stellen zu sortieren, die durch die Mess-/Stimulationselektroden
entsprechend den relativen Depolarisationszeiten während der
Herzkontraktionen gemessen werden, indem die relativen Depolarisationszeiten
von ausgewählten
Paaren der Gruppe von myokardialen Stellen bestimmt werden.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit den vorhergehenden speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben
wurde, sind Alternativen, Variationen und Modifikationen für den Fachmann
offensichtlich. Andere dieser Alternativen, Variationen und Modifikationen
sollen in den Schutzbereich der nachfolgenden beigefügten Ansprüche fallen.