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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Herzrhythmus-Steuervorrichtungen sowie Verfahren
zum Betreiben solcher Vorrichtungen.
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Hintergrund
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Tachyarrhythmien
sind abnormale Herzrhythmen, die durch eine schnelle Herzrate gekennzeichnet
sind, normalerweise ausgedrückt
in Einheiten von Schlägen
pro Minute (bpm). Sie können
in einer der Kammern des Herzens (d.h. Ventrikel oder Vorhöfe) oder
in beiden auftreten. Beispiele von Tachyarrhythmien umfassen Ventrikel-Tachykardie, Ventrikel-Fibrillation, Vorhof-Tachykardie,
Vorhof-Flattern und Vorhof-Fibrillation.
Tachykardie ist gekennzeichnet durch eine schnelle Rate, entweder infolge
eines ektopischen Erregungsfokus oder einer abnormalen Erregung
durch normales Schrittmachergewebe. Fibrillation tritt auf, wenn
die Kammer in einer chaotischen Weise depolarisiert, und zwar mit abnormalen
Depolarisationswellenformen, die durch eine EKG wiedergegeben werden.
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Ein
elektrischer Schock, der einer Herzkammer zugeführt wird, kann verwendet werden,
um die meisten Tachyarrhythmien zu beenden. Der elektrische Schock
beendet die Tachyarrhythmie durch simultanes Depolarisieren des
gesamten Myokardiums und indem es refraktär gemacht wird. Eine Klasse
von Herzrhythmus-Steuervorrichtungen, die als implantierbare Kardioverter/Defibrillatoren
(ICD) bekannt sind, bewirken diese Art von Therapie durch Lieferung
eines Schockimpulses zum Herzen, wenn die Vorrichtung eines Fibrillation
erfasst. ICDs können
konstruiert sein, um entweder Vorhof- oder Ventrikel-Tachyarrhythmien
oder beides zu behandeln, und sie können auch eine Herzschrittmacher-Funktionalität beinhalten,
um entweder Bradykardie-Erregung oder Anti-Tachykardie-Erregung (ATP) zu
liefern. Bei ATP wird das Herz konkurrierend mit einem oder mehreren
Erregungsimpulsen erregt, wobei versucht wird, den ablaufinvarianten
Schaltkreis zu unterbrechen, der die Tachykardie bewirkt.
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Die
gefährlichsten
Tachyarrhythmien sind Ventrikel-Tachyarrhythmie
und Ventrikel-Fibrillation, und ICDs wurden am häufigsten zur Behandlung dieser
Zustände
eingesetzt. ICDs sind jedoch auch in der Lage, eine Vorhof-Fibrillation
zu erfassen und einen Schockimpuls zu den Vorhöfen zu liefern, um die Arrhythmie
zu beenden. Obwohl nicht unmittelbar lebensbedrohend, ist es wichtig,
eine Vorhof-Fibrillation zu behandeln, und zwar aus mehreren Gründen. Erstens,
Vorhof-Fibrillation
steht mit einem Verlust an atrio-ventrikulärer Synchronie in Beziehung,
die hemodynamisch nachteilig sein kann und Symptome bewirkt, wie
Kurzatmigkeit, Müdigkeit,
Schwindelgefühle
und Schmerzattacken. Vorhof-Fibrillation kann außerdem für Schläge empfänglich machen, die aus Bildung
von Embolien im linken Vorhof resultieren. Obwohl Therapie mit Arzneimitteln
und/oder Kardioversion im Krankenhaus akzeptable Behandlungsverfahren
für Vorhof-Fibrillation
sind, bieten ICDs, die konfiguriert sind, um Vorhof-Fibrillation
zu behandeln, für
bestimmte Patienten eine Anzahl von Vorteilen, einschließlich Bequemlichkeit
und größere Effizienz.
(Wenn der Begriff hier verwendet wird, soll Vorhof-Fibrillation
auch Vorhof-Flattern umfassen, das, obwohl es klinisch gesehen verschieden
ist, ähnliche Konsequenzen
hat und auf ähnliche
Weise behandelt werden kann.)
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Obwohl
Vorhof-Fibrillation mit elektrischer Therapie von einer implantierbaren
Herzrhythmus-Steuervorrichtung erfolgreich behandelt werden kann,
wäre es
bevorzugt, ein Auftreten einer Episode an Vorhof-Fibrillation zu
verhindern. Ein weiteres Problem, das mit der Fibrillations-Schocktherapie
in Verbindung steht, ist ein frühes
Wiederauftreten von Vorhof-Fibrillation
oder ERAF. ERAF ist als das Wiederauftreten von Vorhof-Fibrillation
innerhalb weniger Minuten nach einer erfolgreichen Kardioversion
mit Vorhof-Schocktherapie definiert. Einige Patienten sind anfälliger als
andere hinsichtlich des Auftretens von ERAF, und diese Patienten
können
Schwierigkeiten mit wiederholter Vorhof-Fibrillationstherapie haben.
Das Reduzieren des Auftretens von ERAF würde die Effizienz von Vorhof-Fibrillation
durch elektrische Therapie verbessern und die Population von Patienten
erweitern, für
die dies eine akzeptable Therapieoption wäre.
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Die
EP 811 399 offenbart eine
Vorhof-Erregung nach Anwendung einer Vorhof-Kardioversionstherapie,
bei der das Auftreten von ERAF reduziert wird.
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Zusammenfassung
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Die
Länge der
atrialen effektiven Refraktärperiode
(AERP) ist ein Faktor, durch den die Anfälligkeit der Vorhöfe hinsichtlich
des Auftretens von Vorhof-Fibrillation bestimmt wird. Durch Erregen
der Vorhöfe
und Liefern von einem oder mehreren nicht-anregenden Stimulationsimpulsen
während
der Refraktärperiode,
die auf jede Erregung erfolgt, kann die atriale effektive Refraktärperiode
verlängert
werden. Eine implantierbare Herzrhythmus-Steuervorrichtung kann
konfiguriert und programmiert werden, um eine solche AERP-Verlängerungserregung
für eine
spezifizierte Zeitperiode zu liefern, und zwar automatisch in Reaktion
auf einen erfassten Zustand oder Reaktion auf einen Befehl, der
durch einen externen Programmierer geliefert wird. Die nicht-anregenden
Stimulationsimpulse können
zusammen mit einem atrialen Bradykardie-Erregungsmodus geliefert
werden. Der Bradykardie-Erregungsmodus
kann auch ein übersteuertes
Erregen der Vorhöfe,
um die Frequenz des Erregens zu erhöhen, und nicht-anregende Stimulationen
zur Verlängerung
des AERP verwenden. Die Vorhof-Stellen, an die die Erregungsimpulse
und nicht-anregenden
Stimulierungen geliefert werden, können gleich oder verschieden
sein. Eine besonders praktische Anwendung von AERP-Verlängerungserregung
besteht darin, das Auftreten von frühem Wiederauftreten von Vorhof-Fibrillation
nach Lieferung einer elektrischen Stimulationstherapie zu den Vorhöfen in Form
entweder eines Vorhof-Defibrillationsschocks oder einer Vorhof-Anti-Tachykardie-Erregung
zu vermindern. AERP-Verlängerungserregung
kann auch periodisch während
der normalen Erregung geliefert werden, und zwar als eine präventive
Maßnahme.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Vorhof-Aktionspotentialwellenform.
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2 ist
ein Blockdiagramm von einer beispielhaften Herzrhythmus-Steuervorrichtung.
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3 zeigt
Erregungsereignisse während AERP-Verlängerungserregung
in Relation zu einem ECG.
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4A und 4B zeigen
ein beispielhaftes System für Übersteuerungserregung
der Vorhöfe.
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Detaillierte Beschreibung
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Vorhof-Fibrillation
ist ein Zustand, bei dem die elektrische Aktivität des Vorhofs sehr schnell
und desorganisiert wird. Statt dass der Sinusknoten die normale
Erregung zu dem Vorhof bewirkt, stimulieren schnelle zirkulierende
Wellen von abnormalen Depolarisationswellen kontinuierlich den Vorhof,
was zu einer schnellen Vorhof-Rate führt, die 400 Schläge pro Minute überschreiten
kann. Forschungen haben gezeigt, dass eine Kombination von langsamer
intra-atrialer Leitung und kurzer atrialer Refraktärperiode
in dem myokardialen Vorhof-Substrat
zu Zuständen beiträgt, die
notwendig sind, um die multiplen wiedereintretenden Depolarisationswellen
zu unterstützen, die
für Vorhof-Fibrillation
verantwortlich sind.
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Wie
das gesamte erregbare Gewebe, sind Herzmuskelzellen in der Lage,
eine schnelle Veränderung
bezüglich
des elektrischen Transmembran-Potentials zu erzeugen, bezeichnet
als Erregungspotential, wenn das übrige Potential der Zelle auf
ein Grenzwertpotential depolarisiert wird. Die resultierende Depolarisation
leitet dann die intrazellulären
Reaktionen ein, die für
mechanische Kontraktion verantwortlich sind, und schreitet zu benachbarten Zellen
als eine Erregungswelle aus, die sich durch das Myokardium ausbreitet. 1 zeigt
ein Erregungspotential AP von einer Vorhof-Muskelzelle, das von
einer intrazellulären
Elektrode aufgezeichnet werden kann, wenn die Zelle entweder infolge
der Erregungsleitung von benachbartem Gewebe oder Anwendung eines
Erregungsimpulses erregt wird. Das Erregungspotential kann in eine
Erregungsperiode 1, in der die Zelle schnell depolarisiert
wird, eine Plateauphase 2, in der der depolarisierte Zustand
beibehalten wird, und eine Repolarisationsphase 3 unterteilt
werden, in der die Zelle in ihr Ruhe-Membranpotential zurückkehrt.
Myokardiale Zellen sind hinsichtlich einer Erregung für eine Zeitperiode
refaktär, nachdem
sie dipolarisiert sind, wenn keine weiteren Erregungspotentiale
erzeugt werden können.
Die Refraktärperiode
kann in eine absolute Refraktärperiode,
während
derer keine Stimulation in der Lage ist, die Zellen zu erregen und
ein Aktionspotential zu erzeugen, und eine relative Refraktärperiode
unterteilt werden, während
derer eine größere als
normale Stimulation erforderlich ist, um ein Aktionspotential zu
erzeugen. Die Kombination von absoluter und relativer Refraktärperiode
in einer Vorhof-Muskelzelle wird als die atriale effektive Refraktärperiode
(AERP) bezeichnet. Wie in 1 gezeigt,
entspricht die Dauer der AERP etwa der Dauer des Aktionspotentials.
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Der
Unempfindlichkeit von myokardialen Zellen kann verlängert werden,
wenn die Zellen während der
Refraktärperiode
mit nicht-anregenden elektrischen Impulsen stimuliert werden, die
entweder unterhalb oder oberhalb des normalen Grenzwertpotentials
für die
Einleitung eines Aktionspotentials liegen können. 1 zeigt
einen Vorhof-Erregungsimpuls A-Erregung,
der das Aktionspotential AP bewirkt und auf den dann eine Anzahl
n von nicht-anregenden Stimulationsimpulsen NES folgt, die während der Plateauphase
geliefert werden, wenn die Vorhof-Zelle absolut refraktär ist. Wenn
die Zelle absolut refraktär
ist, dann können
die nicht-anregenden Stimulationsimpulse entweder unter dem Grenzwert
oder über
dem Grenzwert liegen. Wie in der Figur gezeigt, bewirkt die Anwendung
der nicht-anregenden Stimulationsimpulse eine Verlängerung
des AERP, eine effektive Veränderung
des atrialen Substrats und damit eine Verminderung der Anfälligkeit
des Gewebes hinsichtlich Fibrillation.
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Wie
nachfolgend beschrieben, kann eine Herzrhythmus-Steuervorrichtung konfiguriert sein, um
Vorhof-Erregung zusammen mit nicht-anregender Stimulierung zu liefern,
und zwar während
der Refraktärperiode
nach einer Erregung, um dadurch das AERP zu verlängern. Eine solche AERP-Verlängerungserregung
kann verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu vermindern,
dass Vorhof-Fibrillation immer dann stattfindet, wenn dies durch
Zustände
gerechtfertigt ist, wie zum Beispiel während der Periode, die auf
die Anwendung eines Vorhof-Defibrillationsschocks oder auf eine
atriale ATP-Therapie folgt.
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1. Hardware-Plattform
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Herzrhythmus-Steuervorrichtungen
sind implantierbare Vorrichtungen, die eine elektrische Stimulation
für ausgewählte Kammern
des Herzens bewirken, um Störungen
des Herzrhythmus zu behandeln, und Herzschrittmacher sowie implantierbare Kardioverter/Defibrillatoren
beinhalten. Solche Vorrichtungen werden üblicherweise subkutan in der Brust
des Patienten implantiert und sind mit einer Elektrode für jede stimulierte
oder gemessene Herzkammer über
Leitungen verbunden, die durch die Gefäße des oberen venösen Systems
in das Herz geführt
sind. Ein Herzschrittmacher ist eine Herzrhythmus-Steuervorrichtung,
mit Hilfe derer das Herz mit zeitlich gesteuerten Erregungsimpulsen
erregt wird. Der Begriff "Herzschrittmacher" wie er hier verwendet
wird, soll irgendeine Vorrichtung umfassen, die eine Erregungsfunktionalität hat, wie
zum Beispiel ein implantierbarer Kardioverter/Defibrillator mit einem
integrierten Herzschrittmacher.
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In
der folgenden Beschreibung bezieht sich eine auf einem Mikroprozessor
basierende Herzrhythmus-Steuervorrichtung auf das System und das Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel ist die Erfindung
mit einer Steuerung implementiert, die einen Mikroprozessor beinhaltet,
der programmierte Befehle in einem Speicher ausführt. Es ist jedoch offensichtlich,
dass bestimmte Funktionen einer Herzrhythmus-Steuervorrichtung durch
eine kundenspezifische Logikschaltung gesteuert werden können, und
zwar entweder zusätzlich
oder anstelle eines programmierten Mikroprozessors. Wie hier verwendet,
sollen die Begriffe "Schaltung" oder "programmierte Steuerung" verstanden werden,
um entweder eine kundenspezifische Schaltung (d.h. Hardware) oder
durch einen Prozessor ausführbare
Befehle zu umfassen, die in einem Speicher enthalten sind, und zwar
zusammen mit zugehörigen
Schaltungselementen.
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2 zeigt
eine Systemdarstellung von einer auf einem Mikroprozessor basierenden
Herzrhythmus-Steuervorrichtung mit Schrittmacherfunktionalität, die geeignet
ist, um eine Therapie zu liefern, um AF zu behandeln und die atriale
effektive Refraktärperiode
zu verlängern.
Die Steuerung 10 der Vorrichtung ist ein Mikroprozessor,
der mit einem Speicher 12 über einen bidirektionalen Datenbus
kommuniziert. Der Speicher 12 kann beispielsweise ein ROM
(Read-only Memory) zur Programmspeicherung und ein RAM (Random Access
Memory) zur Datenspeicherung beinhalten. Die Vorrichtung hat Vorhof-
Mess- und Erregungskanäle,
die Elektroden 34a–b,
Leitungen 33a–b,
Messverstärker 31a–b, Impulsgeneratoren 32a–b und Vorhof-Kanalschnittstellen 30a–b aufweisen,
die bidirektional mit dem Mikroprozessor 10 kommunizieren.
Ein Ventrikel-Mess-/Erregungskanal, der eine Elektrode 24, eine
Leitung 23, einen Messverstärker 21, einen Impulsgenerator 22 und
eine Ventrikel-Kanalschnittstelle 20 beinhaltet, ist ebenfalls
vorgesehen. Die Vorrichtung kann auch zusätzliche Kanäle zum Erfassen und/oder Erregen
von weiteren Vorhof-Stellen
oder der Ventrikel aufweisen. In der gezeigten Vorrichtung wird
eine einzelne Elektrode verwendet, um in jedem Kanal zu messen und
zu erregen, was als eine uniporale Leitung bekannt ist. Andere Ausführungsbeispiele
können
bipolare Leitungen beinhalten, die zwei Elektrode haben, um einen
Erregungsimpuls auszugeben und/oder um intrinsische Aktivität zu messen. Die
Kanalschnittstellen 30a–b weisen Analog/Digital-Wandler
zum Digitalisieren von gemessenen Signaleingaben von den Messverstärkern und
Register auf, die durch den Mikroprozessor beschrieben werden können, um
Erregungsimpulse auszugeben, die Amplitude der Erregungsimpulse
zu verändern
und die Verstärkungs-
sowie Grenzwerte für
die Messverstärker
einzustellen. Ein Schockimpulsgenerator 50 steht mit der
Steuerung in Verbindung, um Vorhof-Defibrillationsschockimpulse über ein
Paar Schockelektroden 51a und 51b zu liefern,
die sich in der Nähe
einer Vorhof-Region befinden. Eine Telemetrie-Schnittstelle 40 erlaubt
die Kommunikation mit einem externen Programmierer.
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Die
Steuerung 10 steuert den gesamten Betrieb der Vorrichtung
entsprechend programmierter Befehle, die in dem Speicher gespeichert
sind, einschließlich
der Steuerung der Lieferung von Erregungen über die Erregungskanäle, Interpretation
von Messsignalen, die von Messkanälen empfangen werden, und Implementierung
von Zeitgebern zum Definieren von Escape-Intervallen und sensorischen
Refraktärperioden.
Die Messschaltung des Herzschrittmachers erfasst eine Kammer-Messung, wenn ein Elektrogrammsignal
(d.h. eine Spannung, die von einer Elektrode gemessen wird und eine
elektrische Herzaktivität
darstellt), das durch einen jeweiligen Kanal erzeugt wird, einen
spezifizierten Erfassungsgrenzwert überschreitet. Eine Kammer-Messung kann
entweder eine Vorhof-Messung
oder eine Ventrikel-Messung sein, abhängig davon, ob sie in dem Vorhof-Messkanal
oder in dem Ventrikel-Messkanal auftritt. Erregungsalgorithmen,
die in bestimmten Erregungsmodi verwendet werden, benutzen solche Messungen,
um die Erregung zu steuern oder zu verhindern.
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Die
Steuerung kann außerdem
die intrinsische Rate der Vorhöfe
und/oder Ventrikel bestimmen, indem das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden
Messungen gemessen wird.
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Vorhof-Arrhythmien,
wie zum Beispiel Fibrillation, können
auf diese Weise unter Verwendung von auf Raten basierenden Kriterien
erfasst werden. Die Vorrichtung kann konfiguriert sein, um eine
elektrische Stimulationstherapie zu den Vorhöfen zu liefern, wenn eine Vorhof-Tachyarrhythmie
erfasst wird, wie zum Beispiel ein Defibrillationsschock oder eine atriale
Anti-Tachykardie-Erregung. Bei einer Erfassung von Vorhof-Fibrillation
kann die Steuerung beispielsweise programmiert sein, um die Lieferung
eines Defibrillationsschocks zu den Atrien zu bewirken. Wenn durch
eine nachfolgende Messung bestimmt wird, dass die Vorhof-Fibrillation
noch vorhanden ist, kann die Vorrichtung den Schock für eine spezifizierte
Anzahl von Zeitpunkten wiederholen, bis eine erfolgreiche Beendigung
der Fibrillation erreicht ist. Die Vorrichtung beendet eine Vorhof-Fibrillation
durch Lieferung eines Schockimpulses zu den Vorhöfen, aber die resultierende
Depolarisation breitet sich auch auf die Ventrikel aus. Es besteht
daher eine Gefahr, dass ein solcher Vorhof-Schockimpuls eine Ventrikel-Fibrillation
induzieren kann, ein Zustand, der sehr viel schlimmer ist als eine
Vorhof-Fibrillation.
Die Ventrikel sind insbesondere verwundbar hinsichtlich einer Induktion
von Fibrillation durch einen dipolarisierenden Schock, der zu einem
Zeitpunkt geliefert wird, der zu nahe am Ende der vorhergehenden
Ventrikel-Kontraktion
liegt (d.h. nahe der T-Zacke von einem EKG). Das Risiko des Induzierens
einer Ventrikel-Fibrillation kann reduziert werden, indem die Lieferung
eines Vorhof- Schockimpulses verzögert wird, bis der intrinsische
ventrikuläre
Rhythmus unterhalb einer spezifizierten maximalen Rate liegt und
dann der Schock synchron mit einer erfassten Ventrikel-Depolarisation oder
R-Zacke geliefert wird. Die Vorrichtung kann außerdem einen Schockimpulsgenerator
und ein Schockelektrodenpaar zur Lieferung von Defibrillationsschocks
zu den Ventrikeln aufweisen.
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2. Erregungsmodi
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Bradykardie-Erregungsmodi
beziehen sich auf Erregungsalgorithmen, die verwendet werden, um
die Vorhöfe
und/oder Ventrikel in einer Weise zu erregen, um eine bestimmte
minimale Herzrate unterstützt.
Solche Modi sind allgemein durch einen Buchstabencode mit drei Positionen
bezeichnet, wobei sich jeder Buchstabe in dem Code auf eine spezielle
Funktion des Herzschrittmachers bezieht. Herzschrittmacher können eine
minimale Herzrate unterstützen,
und zwar entweder asynchron oder synchron. Beim asynchronen Erregen
wird das Herz mit einer festen Rate erregt, und zwar unabhängig von
der intrinsischen Herzaktivität.
Wegen der Gefahr des Induzierens einer Arrhythmie bei asynchroner
Erregung sind die meisten Herzschrittmacher zur Behandlung von Bradykardie
programmiert, um synchron in einem sogenannten Demand-Modus zu arbeiten,
in der erfasste Herzereignisse, die in einem definierten Intervall
auftreten, einen Erregungsimpuls entweder bewirken oder verhindern.
Gehemmte Demand-Erregungsmodi verwenden Escape-Intervalle, um das
Erregen gemäß einer
gemessenen intrinsischen Aktivität
zu steuern. Bei einem gehemmten Demand-Modus wird ein Erregungsimpuls
während eines
Herzzyklus zu einer Herzkammer erst nach Ablauf eines definierten
Escape-Intervalls geliefert, während
dessen kein intrinsischer Schlag durch die Kammer erfasst wird.
Zum Beispiel kann ein ventrikuläres
Escape-Intervall zwischen ventrikulären Ereignissen definiert sein,
um so mit jeder ventrikulären Messung
oder Erregung neu zu starten. Ein Herzschrittmacher kann auch konfiguriert
sein, um die Vorhöfe
auf einer gehemmten Demand-Basis zu erregen. Ein atriales Escape-Intervall
wird dann als das maximale Zeitintervall definiert, innerhalb dessen eine
atriale Messung erfasst werden muss, und zwar nach einer ventrikulären Messung
oder Erregung, bevor eine Vorhof-Erregung geliefert wird.
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Erregungsprotokolle
für ATP-Therapie
können
allgemein in zwei Klassen unterteilt werden: jene, bei denen ein
oder mehrere Impulse in zeitlicher Relation zu erfassten Depolarisationen
liefern, und jene, die eine kontinuierliche Impulsreihe für eine spezifizierte
Zeit liefern, und zwar beginnend nach einer erfassten Depolarisation.
Bei beiden Typen von ATP-Protokollen wird versucht, die wiedereintretende Depolarisationswellenfront
zu blockieren, die die Tachykardie erzeugt, und zwar mit einer zweiten
depolarisierenden Wellenfront, die durch einen Erregungsimpuls erzeugt
wird. Protokolle der ersten Gruppe können entsprechend Parametern
variieren, durch die die Anzahl an gelieferten Impulsen und die verwendete
bestimmte Zeitsteuerung definiert werden. Protokolle der zweiten
Gruppe beinhalten sogenanntes Burst-Erregen, bei dem eine kurze Kette an Impulsen
für eine
spezifizierte Zeit geliefert wird und entsprechend Parametern variieren
kann, durch die Dauer, Frequenz und zeitliche Abfolge der Impulse definiert
werden.
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3. Vorrichtungskonfiguration
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Eine
Vorrichtung, wie in 2 dargestellt, kann konfiguriert
sein, um eine Vorhof-Erregung mit atrialer effektiver Refraktärperioden-Verlängerung
zu liefern, und zwar auf verschiedene Weise. In einer beispielhaften
Konfiguration mit zwei Stellen ist die Elektrode von einem ersten
Erregungskanal in dem rechten Vorhof zum Erregen dieses Vorhofes
angeordnet, und die Elektrode von einem zweiten Erregungskanal ist
nahe dem linken Vorhof über
den Koronarsinus angeordnet, um die nicht-anregende Stimulierung
zu liefern. Andere Konfigurationen können einen Vorhof-Erregungskanal sowie
einen oder mehrere bestimmte Stimulationskanäle verwenden, wobei die Erregungs-
sowie ein oder mehrere nicht-anregende Stimulationselektroden an
ver schiedenen Vorhof-Stellen angeordnet sind. Andere Vorrichtungen
können
den gleichen Erregungskanal und die gleiche Elektrode verwenden,
um sowohl Erregungsimpulse als auch nicht-anregende Impulse in einer Ein-Stellen-Konfiguration
zu liefern. Mit entweder der Ein-Stellen- oder der Mehr-Stellen-Konfiguration ist die
Steuerung der Vorrichtung mit einem AERP-Verlängerungsmodus programmiert,
bei der ein Vorhof über
den Erregungskanal unter Verwendung eines Bradykardie-Erregungsmodus erregt
und ein oder mehrere nicht-anregende Stimulierungen nach einem Erregungsimpuls
geliefert werden, wie vorstehend beschrieben. 3 zeigt
ein Beispiel von Ereignissen in dem Erregungskanal oder Kanälen PC in Relation
zu einem ECG. Auf einen Vorhof-Erregungsimpuls AP folgen n nicht-anregende
Stimulationsimpulse NSP, wobei die Impulse NSP während der atrialen Refraktärperiode
geliefert werden, und somit können
deren Amplituden entweder über
oder unter der Grenzwertspannung liegen, die erforderlich ist, um
das atriale Gewebe zu erregen. Die atriale Refraktärperiode
ist in der Programmierung der Vorrichtung als eine spezifizierte
Zeitperiode definiert, die auf eine Vorhof-Erregung folgt. Die atriale
Refraktärperiode
kann individuell für
einen bestimmten Patienten definiert sein oder als ein nominaler
Wert ausgewählt
werden, der die Refraktärperiode
einer typischen atrialen Faser darstellt (z.B. 150 ms).
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4. Übersteuerte Erregung
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Der
Bradykardie-Erregungsmodus, der zusammen mit dem AERP-Verlängerungsmodus
verwendet wird, ist vorzugsweise ein gehemmter Demand-Modus, bei
dem atriale Messungen Vorhof-Erregungen
verhindern. Da nicht-anregende Stimulierungen, die die Refraktärperiode
verlängern,
nur während
erregter Schläge
ausgegeben werden, kann es gewünscht
sein, die Frequenz der Vorhof-Erregung durch Verminderung des atrialen
Escape- Intervalls
zu erhöhen,
so dass die Erregungsrate größer ist
als die intrinsische Herzrate, was als übersteuerte Erregung bezeichnet
wird. Ein solcher übersteuerter Vorhof-Erregungsmodus
kann durch dynamisches Einstellen des atrialen Escape-Intervalls eingestellt werden,
so dass das Intervall verkleinert wird, wenn ein atrialer Messwert
erfasst wird, und langsam nach jedem erregtem Schlag erhöht wird.
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In
einem Ausführungsbeispiel
einer übersteuerten
Vorhof-Erregung
wird das atriale Escape-Intervall eingestellt, um in Richtung eines
programmierten Minimalwertes vermindert zu werden, indem ein A-A-Intervall
gemessen wird (definiert als das Zeitintervall zwischen der atrialen
Messung und der vorhergehenden atrialen Messung oder Erregung),
wenn eine atriale Messung stattfindet, und dann ein aktualisiertes
atriales Escape-Intervall basierend auf dem gemessenen A-A-Intervall berechnet
wird. Wenn eine Vorhof-Erregung geliefert wird, dann wird einerseits
das atriale Escape-Intervall langsam größer gemacht, so dass die Vorhof-Erregungsrate
in Richtung auf ihrem programmierten Basiswert absinkt. 4A und 4B zeigen
eine beispielhafte Implementierung eines übersteuerten Erregungssystems,
das ein Paar Filter 515 und 516 beinhaltet, die
als Software, ausgeführt
durch die Steuerung 10 (a.k.a. firmware) und/oder mit diskreten Komponenten
implementiert werden können.
Das Filter 515 wird verwendet, um das aktualisierte atriale Escape-Intervall
zu berechnen, wenn eine atriale Messung stattfindet, und das Filter 516 wird
verwendet, wenn eine Vorhof-Erregung geliefert wird. Wenn eine atriale
Messung erfolgt, dann wird das gemessene A-A-Intervall in ein rekursives
digitales Filter 515 eingegeben, dessen Ausgabe das aktualisierte
atriale Escape-Intervall ist. Das Filter 515 multipliziert
das gemessene A-A-Intervall mit einem Filter-Koeffizienten A und
addiert dann das Ergebnis zu dem vorhergehenden Wert der Ausgabe
(d.h. das aktuelle atriale Escape-Intervall), multipliziert mit
einem Filter-Koeffizienten B. Die Funktion des Filters wird somit
durch AEIn = X(AAn)
+ Y(AEIn – 1) beschrieben, wobei X und Y
ausgewählte
Koeffizienten sind, AAn die jüngste A-A-Intervalldauer
ist und AEIn-1 der vorhergehende Wert des
atrialen Escape-Intervalls ist. Der Filter bewirkt somit, dass sich
der Wert des atrialen Escape-Intervalls
in Richtung auf das aktuelle A-A-Intervall bewegt, multipliziert
mit einem Skalierungsfaktor bei einer Rate, die durch die Filter-Koeffizienten
bestimmt ist. Wenn eine Vorhof-Erregung infolge des Ablaufs des
atrialen Escape-Intervalls
ohne eine atriale Messung geliefert wird, multipliziert das Filter 516 das
aktuelle atriale Escape-Intervall
mit einem Filter-Koeffizienten Z, so dass AEIn =
Z (AEIn-1). Um eine stabile Funktion zu
bewirken, muss der Koeffizient Z auf einen Wert größer 1 eingestellt
werden. Das Filter 516 bewirkt dann, dass das atriale Escape-Intervall in einer
exponentiellen Weise mit jeder Erregung ansteigt, da aufeinanderfolgende
Werte des Escape-Intervalls in den Filter eingegeben werden, und
zwar bis zu einem Wert, der dem atrialen Basis-Escape-Intervall
entspricht. Um die Vorhöfe
zu übersteuern, sind
die Koeffizienten der Filter 515 und 516 so ausgewählt, dass
das atriale Escape-Intervall schnell in Richtung auf einen Wert
absinkt, der kleiner ist als das aktuelle A-A-Intervall, wenn eine
atriale Messung stattfindet, und langsam in Richtung auf einen programmierten
Basiswert ansteigt, wenn eine Erregung geliefert wird.
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5. Einleitung einer AERP-Verlängerungserregung
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Die
Steuerung kann programmiert sein, um für eine spezifizierte Zeitperiode
in den AERP-Verlängerungsmodus
einzutreten, und zwar entweder auf Befehl von einem externen Programmierer,
periodisch oder zu anderen spezifizierten Zeitpunkten während des
normalen Betriebs, oder in Reaktion auf erfasste Ereignisse. Eine
bestimmte Situation, in der AERP-Verlängerungserregung besonders
vorteilhaft sein kann, ist die Periode, die auf einen Vorhof-Defibrillationsschock
folgt. Es wurde herausgefunden, dass sich die Vorhöfe in einer
sehr anfälligen
Periode befinden, die etwa eine Minute andauert, und zwar unmittelbar
folgend auf einen Vorhof-Defibrillationsschock.
Während
dieser Zeit ist die atriale effektive Refraktärperiode bezüglich ihres
Wertes während der
Vorhof-Fibrillation verkürzt.
Durch diesen Zustand wird der Patient in eine Post-Shock-Wiedereinleitung
der Vorhof-Fibrillation
prädisponiert,
was allgemein als frühzeitiges
Wiederauftreten von Vorhof-Fibrillation oder ERAF bezeichnet wird.
Um diese Situation zu handhaben, kann die Vorrichtung so programmiert
sein, dass bei Erfassung einer Vorhof-Fibrillation ein Vorhof-Defibrillationsschock
geliefert wird, um die Fibrillation zu beenden, wonach für eine spezifizierte
Zeitperiode eine AERP-Verlängerungserregung
folgt. Die Vorrichtung kann auch programmiert sein, um für eine spezifizierte
Zeitperiode nach der Zufuhr einer atrialen Anti-Tachykardie-Erregung eine
AERP-Verlängerungserregung
zu liefern.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit dem vorstehenden spezifischen Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, sind für
den Fachmann viele Alternativen, Variationen und Modifikationen
offensichtlich. Solche Alternativen, Variationen und Modifikationen
sollen in den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.