DE69110937T2

DE69110937T2 - Herzschrittmacher zur Beendung von Herzarrhythmia.

Info

Publication number: DE69110937T2
Application number: DE69110937T
Authority: DE
Inventors: James L Duncan
Original assignee: Pacesetter AB
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-03-26
Also published as: AU633787B2; JPH04227279A; EP0450450B1; DE69110937D1; AU7385991A; US5103822A; EP0450450A3; EP0450450A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher und insbesondere auf einen implantierbaren Herzschrittmacher mit einer Einrichtung zur Feststellung und Beendigung einer kardialen Arrhythmie, wie beispielsweise eine Tachikardie. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Anlegung eines abtastenden Stimulationspulses an das Herz während jedes Herzzykluses in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Abfolge, d.h. die Zeitgebung des Stimulationspulses relativ zu dem Herzzyklus verändert sich leicht von einem Auftreten zu dem nächsten. Durch diesen Vorgang wird der Zeitbereich zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen abgetastet zum Zwecke des Auffindens einer Zeit, bei welcher der Stimulationspuls die kardiale Arrhythmie beendet. Wenn die Arrhythmie beendet ist und beim nächsten Auftreten einer kardialen Arrhythmie, wird der abtastende Stimulationspuls an das Herz angelegt, beginnend mit einer Stelle in seiner vorgegebenen Abfolge, die um einen vorgegebenen Betrag von der vorangegangenen Stelle in der vorgegebenen Abfolge, bei welcher der Stimulationspuls die vorangegangene kardiale Arrhythmie erfolgreich beendet hat, zurückgesetzt ist.
Das Herzschrittmachen, d.h. die selektive Anwendung eines Stimulationspulses an das Herz wird seit vielen Jahren zum Zweck der Beendigung von intrinsischen atrialen und/oder ventrikularen Arrhythmien eingesetzt. Eine Trachikardia ist eine Arrhythmie, in welcher das Herz sehr schnell schlägt, z.B. über 150 Schläge pro Minute. Das Prinzip, daß dem Herzschrittmachen zum Zwecke der Beendigung einer Trachikardia unterliegt ist das, wenn ein Schrittmacher das Herz mit mindestens einmal kurz nach einem Herzschlag stimuliert vor dem nächsten natürlich auftretenden Herzschlag mit der hohen Geschwindigkeit, kann das Herz zu einem sinusförmigen oder natürlichen Rhythmus zurückkehren. Dies liegt daran, daß eine Tachikardie oft das Ergebnis eines elektrischen oder einer anderen Kopplung innerhalb des Herzens ist. Das bedeutet, daß ein natürlicher Herzschlag zu einer Rückkopplung einer elektrischen oder einer anderen Stimulation führt, die ein vorzeitiges Auslösen eines anderen Herzschlags verursachen kann. Durch Eingeben eines Stimulationspulses innerhalb des Herzzykluses wird die Stabilität der Rückkopplungsschleife unterbrochen und das Herz kann zu einem sinusförmigen (natürlichen) Rhythmus zurückkehren.
Die Schwierigkeit bei der Verwendung eines Stimulationspulses zum Beenden einer Tachikardie liegt in der genauen Bestimmung, wann der Stimulationspuls angelegt werden soll. Er muß kurz nach einem Herzschlag und vor der Zeit, wann der nächste verfrühte Schlag sonst auftreten würde, erfolgen. Anders gesagt muß er angelegt werden in einer bestimmten Zeit innerhalb des Herzzykluses. Wenn der Herzzyklus manifest ist durch z.B. das Auftreten von R-Wellen (wobei jede R-Welle die Depolarisation des ventrikularen Muskelgewebes wiedergibt), muß der Stimulationspuls daher in einer Zeit zwischen aufeinanderfolgenden R-Wellen angelegt werden. Jedoch gibt es nur einen kurzen Zeitabschnitt, der im folgenden als "Empfänglichkeitsbereich" bezeichnet wird, irgendwo zwischen aufeinanderfolgenden Schlägen (R-Wellen), währenddessen die Erzeugung und Anwendung eines Stimulationspulses eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit zum Beenden einer Tachikardie hat. Unglücklicherweise ändert sich der Empfänglichkeitsbereich nicht nur von Patient zu Patient, sondern auch von Tag zu Tag beim selben Patienten. Zudem ist für einen bestimmten Patienten an einem bestimmten Tag der "Empfänglichkeitsbereich" innerhalb des gesamten Tachikardiezykluses relativ kurz und kann selbst während einer einzigen Tachikardieperiode sich ändern. (Man beachte, daß hier der Ausdruck "Empfänglichkeitsbereich" sich auf die kurze Zeitspanne innerhalb eines Arrhythmiezykluses bezieht, währenddessen das Herz empfänglich ist, um zu einem sinusförmigen Rhythmus durch die Anwendung eines Stimulationspulses zurückzukehren. Diese Zeitspanne kann gedacht werden als ein Arrhythmie-Beendungsfenster. Die Ausdrücke "Empfänglichkeitsbereich" und "Beendungsfenster" sind hier austauschbar verwendet, um diese kurze Zeitspanne zu bezeichnen.)
Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß ein Stimulationspuls während des Empfänglichkeitsbereichs angelegt wird und dadurch erfolgreich bei der Beendung einer Tachikardie ist oder einer anderen Arrhythmie, ist es bekannt im Stand der Technik, verschiedene Verfahren zu verwenden, um den Einpfänglichkeitsbereich aufzusuchen. Typischerweise wird die Art und Weise, in welcher das "Auffinden" für den Empfänglichkeitsbereich durchgeführt wird, in den folgenden zwei Ansätzen gemacht: (1) "Beschießen" des Bereiches zwischen aufeinanderfolgenden R-Wellen mit einem Bündel von Pulsen; oder (2) Abtasten von aufeinanderfolgenden einzelnen oder mehreren Stimulationspulsen durch ein Abtastfenster.
Das Beschießen begründet sich auf der Theorie, daß durch das Liefern eines Bündels von Pulsen die Wahrscheinlichkeit, daß mindestens eines der Pulse innerhalb des Empfänglichkeitsbereichs des Herzens fällt, beträchtlich erhöht ist. Wenn dies nicht geht, wird die Pulsgeschwindigkeit innerhalb des Bündels (d.h. der Zeitabstand der Pulse innerhalb des Bündels) oder die Lage des Bündels relativ zu dem Herzzyklus leicht verändert und erneut an das Herz während des folgenden Herzzykluses angelegt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der Empfänglichkeitsbereich gefunden wurde und die Tachikardie beendet ist. Wenn er einmal gefunden wurde, kann die Zeitgebung, die mit dem erfolgreichen Bündel assoziiert war, gespeichert werden und als Ausgangspunkt für die Anlegung eines neuen Bündels von Stimulationspulsen an das Herz beim Auftreten der nächsten Tachikardie verwendet werden. Die US-Patente Nr. 4 398 536 (Nappholz et al.); 4 406 287 (Nappholz et al.); 4 408 606 (Spurrell et al.); 4 541 430 (Elmqvist et al.); und 4 561 442 (Vollmann et al.) sind beispielhaft für dieses Beschieben (Bündelschrittmachen) zum Beenden einer Tachikardie. TEXT FEHLT al.) sind beispielhaft für diese bekannten Ansätze unter Verwendung eines Pulses, der den Empfänglichkeitsbereich durch Abtasten eines Abtastfensters auffindet. Das US-Patent Nr. 4 577 633 (Berkovits et al.) erreicht im wesentlichen das gleiche Ergebnis (Liefern eines einzelnen abtastenden Stimulationspulses, der den Empfänglichkeitsbereich auffindet) durch stetiges Verkürzen des Schrittmachergangintervalls mit jedem nachfolgenden Schlag für eine bestimmte Anzahl von Schlägen durch einen kleinen programmierbaren Schritt.
Es ist ebenfalls bekannt, das Beschießen (Bündelschrittmachen) mit einem Einzelpulsabtasten als wählbare Optionen innerhalb eines einzigen Schrittmachers zu kombinieren, wie es z.B. im US-Patent Nr. 4 726 380 (Vollmann et al.) gelehrt wird.
Bündelschrittmachen war sehr erfolgreich bei der Beendigung von kardialer Arrhythmie und war anfänglich der bevorzugte Ansatz. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß seine fortgesetzte Verwendung zu einer beträchtlichen Verstärkung der Arrhythmiebeschleunigung führt und entsprechend den hämodynamischen Zustand des Herzens verschlechtert (hier bedeutet "hämodynamisch" die Fähigkeit des Herzens, seine Funktion als Pumpe wirksam durchzuführen). Im Ergebnis wurden die Abtastverfahren mit Stimulationspulsen vorgezogen in einem Versuch, das Risiko der Arrhythmiebeschleunigung zu erniedrigen und dabei eine hohe Effizienz für die Beendigung der Arrhythmie beizubehalten. Das Abtasten der Stimulationspulse war notwendig, um die Variationen in der genauen Zeitgebung des "Empfänglichkeitsbereiches" (oder Tachikardiebeendigungsfenster) zu berücksichtigen, die regelmäßig bei jedem Patienten auftreten. Beispielsweise beeinflußt die Änderung der Blutpegel von antirhythmischen Medikamenten, posturale Änderungen, Catecholamine Pegel und viele andere Faktoren die Leitungsgeschwindigkeit und die Refraktionscharakteristiken des Herzgewebes und führen zu einer Bewegung des Empfänglichkeitsbereiches für jeden Patienten.
Das Abtasten kann die Verwendung von ein, zwei oder drei Pulsen oder einem Bündel von Pulsen umfassen. Typischerweise wird nach dem Schrittmacherversuch, der nicht erfolgreich in der Beendigung der Arrhythmie ist, ein oder mehrere typische Längen des Pulsen vermieden wird, und die neuen, genau zeitgesteuerten Intervalle werden danach verwendet. Wenn dieser Versuch nicht erfolgreich ist, wird die Verminderung fortgesetzt. Auf diese Weise werden die Pulse früher und früher innerhalb des Herzzykluses abgegeben und die Zeit zwischen den Pulsen (wenn mehrere Pulse verwendet werden) wird kürzer und kürzer. Abhängig von dem Gesamtbereich der zyklischen Längen, die vermindert werden, des Betrages der Verminderung für jeden Versuch, und die Anzahl der Pulse und die zu vermindernde Abfolge, kann der ganze Abtastzyklus ein langer Vorgang sein. Daher ist es im Stand der Technik bekannt, den Speicher der Vorrichtung zu verwenden, um jede neue Abtastsequenz bei den Intervallen, welche zuletzt erfolgreich bei der Beendigung waren, automatisch neu zu beginnen. Obwohl es zufällig passieren kann, wie es in FR-A-2 252 306 beschrieben ist, wo die Abhängigkeit von dem Zeitintervall zwischen der erfolgreichen Beendigung einer Tachikardie und dem Ereignis einer nachfolgenden Tachikardie der Startpunkt einer neuen Abtastfolge zwischen einem gegebenen festen Startpunkt und der Stelle des vorangegangenen letzten Stimulationspunktes angeordnet ist, ist es möglich, daß eine kurze Auffindzeit für den Empfänglichkeitsbereich gegeben ist, wenn der Empfänglichkeitsbereich (Beendigungsfenster) in eine Richtung verschoben ist, die zu längeren Intervallen für die Beendigung führt, kann jedoch dieser Startpunkt der Abtastsequenz erfordern, daß eine ganze Abtastung vollständig ausgeführt wird, bevor das Beendigungsfenster aufgefunden ist. Es ist daher erforderlich, daß das Beendigungssystem für die Arrhythmie längere Zeitspannen für das Auffinden des Empfänglichkeitsbereiches verhindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Nachteile und Beschränkungen des Standes der Technik, die hier oben diskutiert wurden, werden von der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen definiert ist, überwunden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine kardiale Arrhythmie beendet durch Stimulation des Herzens mit einem oder einer Vielzahl von Stimulationspulsen während des engen Empfänglichkeitsbereiches (Beendigungsfenster) des Arrhythmiezykluses. Die Stelle des Empfänglichkeitsbereiches wird aufgefunden durch Abgeben eines Stimulationspulses oder einer Gruppe von Pulsen an das Herz während jedes Herzzykluses zu einer Zeit während des Herzzykluses, der durch ein vorgegebenes Scanmuster definiert ist. Gemäß dem vorgegebenen Scanmuster wird jeder aufeinanderfolgende Stimulationspuls oder Gruppe von Stimulationspulsen an das Herz gegeben zu einer Zeit, die leicht verschieden ist von der des vorangegangenen Stimulationspulses oder Gruppe von Pulsen, wodurch sichergestellt ist, daß der Bereich der Empfänglichkeit oder das Beendigungsfenster eventuell lokalisiert ist. Wenn die Arrhythmie erfolgreich beendet wurde, dann wird die Stelle des erfolgreichen Stimulationspulses oder der Gruppe von Pulsen innerhalb des vorgegebenen Scanmusters gespeichert. Beim nächsten Auftreten der kardialen Arrhythmie wird die anfängliche Stimulationssequenz an das Herz gegeben zu einer Zeit innerhalb des vorgegebenen Scanmusters, das von der Stelle des vorangegangenen erfolgreichen Stimulationspulses oder Gruppe von Pulsen um einen vorgegebenen Betrag zurückgesetzt ist. auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit der schnellen Auffindung des Empfänglichkeitsbereiches beträchtlich erhöht, weil die Wahrscheinlichkeit, daß dieser Bereich gerade eben verpaßt wurde, mit dem anfänglichen Stimulationspuls der nächsten Sequenz fast eliminiert wird, wie es ansonsten auftreten kann, wenn der Bereich innerhalb des partialen Zykluses weg von der Stelle bewegt ist. Auf diese Weise wird die Möglichkeit, daß man durch das ganze Scanmuster gehen muß, um das Beendigungsfenster erneut zu lokalisieren, jedenfalls fast eliminiert. Das bedeutet, daß unabhängig von der Richtung, in welche der Empfänglichkeitsbereich (Beendigungsfenster) sich bewegt hat, der anfängliche Stimulationspuls der nächsten Abtastsequenz vorteilhaft an einer Stelle innerhalb des Herzzykluses angelegt wird, die entweder koinzident ist mit oder nahe und bewegt in Richtung (gemäß dem vorgegebenen Scanmuster) zu der neuen Stelle des Empfänglichkeitsbereiches ist. Folglich kann der Empfänglichkeitsbereich vorteilhaft sehr schnell lokalisiert werden für eine kardiale Arrhythmie, die nachfolgend zu der anfänglichen Arrhythmie auftritt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Der obige und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, die in Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen gegeben wird, worin:
Fig. 1 eine typische EKG-Typ-Wellenform zeigt, die einen normalen sinusförmigen Rhythmus des Herzens wiedergibt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines implantierbaren, programmierbaren Zwei-Kammer-Schrittmachers ist;
Fig. 3 ein Zeitgeberdiagramm einer EKG-Typ-Wellenform ist, die eine Tachikardie zeigt, worin das Herz mit hoher Geschwindigkeit schlägt;
Fig. 4A ein zusammengesetztes Zeitgeberdiagramm ist, das eine Tachikardie wie in Fig. 3 zeigt und weiterhin die Verwendung eines Abtastfensters zeigt, währenddessen ein Stimulationspuls an das Herz angelegt wird, in einem Versuch, die Arrhythmie zu beenden;
Fig. 4B ein vergrößertes Diagramm des Abtastfensters von Fig. 4A ist und die meiste Zeit, in welcher der Stimulationspuls(e) erzeugt ist/werden, so daß eine von einer Anzahl von möglichen Stellen innerhalb des Abtastfensters in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Abtastsequenz angenommen wird;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur TEXT FEHLT Komplex auf, die die Depolarisation der Ventrikel wiedergibt. Die Zeitspanne zwischen der P-Welle und der QRS-Welle (oft als einfache R-Welle bezeichnet) ist ein sehr wichtiges Zeitintervall in dem Ventrikel des Herzens, weil es die Zeit wiedergibt, die für das Blut benötigt wird, daß es von der Atria zu der Ventrikel fließen kann. Die R-Welle wird gefolgt von einer T-Welle, welche die elektrische Aktivität wiedergibt, die mit der Repolarisation der Ventrikel verbunden ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, leisten die Ventrikel die meiste Arbeit beim Pumpen des Blutes durch den Körper. Typischerweise wird ein Herzschlag oder Herzzyklus als das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden R-Wellen gemessen, einfach weil die R-Welle typischerweise die am leichtesten zu identifizierende und zu messende Welle darstellt. Ein Herzschlag kann natürlich auch in Bezug zu jedem Punkt innerhalb des Herzzykluses gemessen werden, wie beispielsweise zwischen aufeinanderfolgenden T-Wellen oder P-Wellen.
Der wichtige Punkt dabei ist, zu erkennen, daß ein bestimmter Rhythmus oder Synchronisation auftritt, wenn das Herz effizient arbeitet. Das heißt, die Depolarisation der Atria, wiedergegeben durch die P-Welle, wird gefolgt eine kurze Zeit später durch die Depolarisation der Ventrikel, wiedergegeben durch eine R-Welle. Nach einer hinreichenden Verzögerung depolarisiert die Atria erneut, gefolgt von der Depolarisation der Ventrikel. Wenn die Depolarisation der Atria und der Ventrikel nicht natürlich auftritt, dann kann ein Schrittmacher verwendet werden, um Stimulationspulse zu diesen jeweiligen Herzkammern zu liefern, um die erforderliche Depolarisation/Kontraktion der geeigneten Zeitperioden des Herzzykluses auszulösen.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines typischen atriellen Tracking-Zwei-Kammer-Schrittmachers gezeigt. Der Pulsgenerator und Steuerlogik 12 erzeugt die geeigneten Zeitsequenzen und Stimulationspulse für die Ausgabe an das Herz. Die Stimulationspulse werden an das rechte Atruim eines Herzens (nicht gezeigt) durch einen atriellen Antriebsverstärker 14 und eine atrielle leitung oder Leiter 16 zugeführt. Dieselben atrielle Leitung 16 ist mit einem atriellen Verstärker 18 verbunden. Der Tastverstärker 18 überwacht die elektrische Aktivität, um zu bestimmen, wenn eine sinusförmige P-Welle, die die natürliche Depolarisation des Atriums wiedergibt, auftritt. Eine solche sinusförmige atrielle Aktivität wird detektiert, wenn der Pulsgenerator 12 den Stimulationspuls unterdrückt, der dem Antriebsverstärker 14 zugeführt wird, und einen geführten ventrikularen Stimulus nach einer vorbestimmten Zeitdauer (als detektierte AV-Verzögerung bezeichnet) liefert. Wenn nach einer vorbestimmten Zeitdauer, typischerweise als atrielles Gangintervall bezeichnet, eine sinusförmige P-Welle nicht detektiert wird, dann liefert der Pulsgenerator 12 einen Stimulationspuls durch den Antriebsverstärker 14 an das Atrium über Leitung 16. Die Pulsbreite und Amplitude dieses Stimulationspulses wird von dem Pulsgenerator und Steuerlogik 12 gesteuert.
In ähnlicher Weise detektiert der Pulsgenerator und die Steuerlogik 12 die elektrische Aktivität, die in der rechten Ventrikel des Herzens auftritt, durch einen Tastverstärker 20, der mit einer ventrikularen Leitung 22 verbunden ist. Wenn eine natürlich auftretende ventrikulare elektrische Aktivität nicht innerhalb eines geeigneten ventrikularen Gangintervalls auftritt, dann erzeugt der Pulsgenerator und die Steuerlogik 12 einen ventrikularen Stimulationspuls einer vorgegebenen Pulsbreite und Amplitude, die von dem Antriebsverstärker 24 zugeführt wird, um die gewünschte ventrikulare Kontraktion herbeizuführen.
Eine Taktschaltung 26 liefert das Grundtaktsignal, durch welches der Pulsgenerator und die Steuerlogik 12 betrieben werden. Telemetrie und Kommunikationsschaltungen stellen ein Mittel dar, wodurch Information zu oder von einem implantierten Herzschrittmacher fernübertragen werden kann. Die Steuerinformation, die die Grundgangintervalle des Schrittmachers beispielsweise verändert, kann durch die Telemetrie und die Kommunikationsschaltung 28 empfangen werden und in einen Speicher 30 gespeichert werden, ebenso wie eine Steuerinformation, die die gewünschte Pulsbreite und/oder Amplitude des Stimulationspulses einstellt. Eine solche Steuerinformation kann ebenfalls direkt an den Pulsgenerator und die Steuerlogik 12 weitergegeben werden, wenn dies gewünscht wird. Ähnlich wie die elektrische Aktivität des Herzens, wie sie von den Tastverstärkern 18 und 20 detektiert wird, extern zu dem Schrittmacher durch die Telemetrie und die Kommunikationsschaltung 28 fernübertragen, wodurch es einem Arzt oder anderem medizinischen Personal, z.B. Kardiologen, möglich ist, die Aktivität des Herzens ohne die Verwendung von externen Hautelektroden zu überwachen. Ein magnetischer Schalter 32 wird üblicherweise mit den implantierten Schrittmachern verwendet, um die programmierbaren Funktionen der Vorrichtung zu steuern. Mit einer geeigneten programmierbaren Vorrichtung vor Ort kann der diensttuende Arzt oder Kardiologe jede gewünschte Änderung in dem Betrieb des Herzschrittmachers durchführen durch Senden von geeigneten Steuersignalen und Befehlen über die Telemetrie und Kommunikationsschaltung 28.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm einer Wellenform des EKG-Typs für ein Typ von kardialer Arrhythmie (Tachikardie) gezeigt. Zur Vereinfachung sind nur die R-Wellen gezeigt (d.h. die P-Wellen und T-Wellen sind weggelassen). Diese Wellenform tritt ähnlich zu dem normalen Kardialrhythmus, der in Fig. 1 gezeigt ist, auf mit Ausnahme, daß die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden R-Wellen viel kürzer ist, d.h. der kardiale Zyklus oder die Periode TA ist viel kürzer in Fig. 3 als in Fig. 1. Dies bedeutet, daß die Herzgeschwindigkeit für die Arrhythmie, die in Fig. 3 gezeigt ist, viel schneller ist, als für die normale Herzgeschwindigkeit, die in Fig. 1 gezeigt ist. Dies ist natürlich das Wesen einer Tachikardie - ein schneller Rhythmus des Herzens. In der folgenden Diskussion wird angenommen, daß ein Tachikardie eine besondere kardiale Arrhythmie ist, die existiert und beendet werden muß. In einigen Formen von Arrhythmien kann die Tachikardie beispielsweise eine Ventikulartachikardie sein, die sich durch das Auftreten von R-Wellen mit einer hohen Geschwindigkeit darstellt mit nur gelegentlich einer P-Welle. In anderen Form können R-Wellen und P-Wellen in jedem Zyklus auftreten.
Die Behandlungsweise einer kardialen Arrhythmie, z.B. einer Tachikardie, gemäß der Erfindung wird in Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist und als ein erster Schritt in der Ausführung der Erfindung, muß das Auftreten einer kardialen Arrhythmie, wie beispielsweise einer Tachikardie, detektiert werden. Es können konventionellen Mittel zum Detektieren einer solchen Arrhythmie verwendet werden, wie beispielsweise sie in einem implantierbaren Herzschrittmacher gewöhnlich verwendet werden. Typischerweise umfassen solche Mittel das Überwachen des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden R-Wellen (oder anderen regelmäßig auftretenden Ereignissen in der kardialen Zykluswellenform), um zu bestimmen, wenn ein solches Intervall zu kurz ist für einen normalen Rhythmus unter den gegebenen Bedingungen. Diese Bestimmung wird normalerweise für mehrere Herzzyklen durchgeführt, um einen einzigen Kurzzyklus des Herzträgers eines Tachikardie-Beendigungsmodus zu vermeiden, wenn in Wahrheit gar keine Tachikardie vorliegt. In anderen Worten werden typischerweise Mittel verwendet, um sicherzustellen, daß eine Tachikardie vorliegt, bevor Anstrengungen unternommen werden, um die Tachikardie zu beenden.
In Fig. 4A wird angenommen, daß eine bestimmte Arrhythmie beim Auftreten der R-Welle 40 bestätigt wurde. Diese Bestätigung löst einen Arrhythmie-Beendigungsmodus aus. Dieser Modus verursacht einen Stimulationspuls 42, der zu einer bestimmten Zeit innerhalb des Abtastfensters 44 erzeugt wird. Das Abtastfenster wird während jedes Herzzykluses erzeugt und hat eine feste, wenn auch programmierbare, Beziehung relativ zu einem vorbestimmten auftretenden Ereignis in dem Herzzyklus, wie beispielsweise das Auftreten einer R-Welle. Wie in Fig. 4A gezeigt, beginnt das Abtastfenster zu einer Verzögerungszeit t&sub1; nach dem Auftreten der R-Welle 40 und endet zu einer Verzögerungszeit t&sub2; nach dem Auftreten der R-Welle 40. Die Größe des Abtastfensters 44 (d.h. seine relative Länge im Vergleich zum Herzzyklus oder Periode TA) wird so gewählt, daß es wahrscheinlich den engen Bereich der Empfänglichkeit des Herzens einschließt.
Der Stimulationspuls 42 nimmt eine Stelle innerhalb des Abtastfensters ein, wie es durch ein vorbestimmtes Scanmuster definiert wird. Das Scanmuster verursacht, daß der Stimulationspuls 40 durch das Abtastfenster 44 über mehrere Herzzyklen abtastet, wobei ein Stimulationspuls in jedem Abtastfenster erzeugt wird, aber an verschiedenen Stellen in dem Scanmuster. Jedoch wird das Scanmuster so gewählt, daß sichergestellt ist, daß alle interessanten Bereiche in dem Scanfenster gegebenenfalls ein Stimulationspuls empfangen, wenn der Beendigungsmodus noch läuft.
Obwohl nur ein einziger Stimulationspuls 40 in Fig. 4A gezeigt ist, ist es selbstverständlich, daß mehrere Stimulationspulse angelegt werden können, wobei ein erster Puls von beispielsweise einer Gruppe von mehreren Pulsen durch den Stimulationspuls 40 wiedergegeben wird. In der folgenden Diskussion ist zu verstehen, daß der Stimulationspuls 40 (Fig. 4A) oder der Stimulationspuls 42 (Fig. 4B) nicht unbedingt ein einzelner Puls sein muß, sondern vielmehr eine Gruppe oder ein Bündel von Pulsen oder ein Paket von Pulsen darstellen kann. Ein einzelner Puls ist aus Gründen der Klarheit für die Erklärung gezeigt und ist nicht als Beschränkung der Erfindung aufzufassen.
Der Fachmann wird begrüßen, daß es nicht notwendig ist, das Abtastfenster so zu definieren, daß sowohl die Verzögerungszeit t&sub1; wie auch die Verzögerungszeit t&sub2; festgelegt ist. Stattdessen kann nur eines definiert sein und das andere kann aus dem bestimmten Scanmuster, das verwendet wird, abgeleitet werden.
Fig. 4B ist ein vergrößertes Diagramm des Abtastfensters 44 von Fig. 4A und erläutert eine Weise, in welcher der Stimulationspuls 42 erzeugt wird, so daß eine Anzahl von möglichen Stellen innerhalb des Abtastfensters in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Abtastsequenz oder Scanmuster angenommen wird. In Fig. 4B ist eine Anzahl von möglichen Stellen a, b, c, d, ...., für den Stimulationspuls 42 innerhalb des Abtastfensters 44 identifiziert. Diese möglichen Stellen sind vorzugsweise gleichmäßig beabstandet mit einem Abstand Δt von einander. Das bestimmte Abtastmuster, das verwendet wird, verursacht, daß der Stimulationspuls 42 eine bestimmte Stelle innerhalb des Scanmusters einnimmt, wie beispielsweise eine Stelle "a", während des ersten Abtastfensters nach der Bestätigung der Arrhythmie. Während des zweiten Abtastfensters, nimmt der Stimulationspuls eine zweite Stelle ein, wie beispielsweise die Stelle "b". Dieser Vorgang setzt sich fort, wobei der Stimulationspuls innerhalb des Abtastfensters 44 sich bewegt, jedes Mal, wenn das Abtastfenster erzeugt wird, solange der Beendigungsmodus andauert. Dies wird getan, um den schmalen Empfänglichkeitsbereich des Herzens zu lokalisieren oder aufzufinden. Wenn der Empfänglichkeitsbereich des Herzens lokalisiert ist, wird der Beendigungsmodus unterbrochen. Jedoch wird die Lokalisierung des Stimulationspulses (oder Gruppe von Pulsen) innerhalb des Abtastfensters, das die Arrhythmie erfolgreich beendet, d.h. die Lokalisierung des Empfänglichkeitsbereiches relativ zu dem Abtastfenster gespeichert. Beim nächsten Auftreten einer Tachikardie oder einer anderen Arrhythmie, d.h. beim Einschalten des Beendigungsmodus für ein zweites Mal, wird der erste Stimulationspuls (oder Gruppe von Pulsen) an das Herz an einer Stelle relativ zu dem Abtastfenster angelegt, die um einen vorgegebenen Betrag von der zuvor gespeicherten Stelle des vorangegangenen erfolgreichen Stimulationspulses zurückgesetzt ist. Das Scanmuster setzt sich dann von diesem neuen Startpunkt fort. Wenn der Empfänglichkeitsbereich sich relativ zu dem Abtastfenster während der Zeitdauer zwischen der ersten und der zweiten Arrhythmie bewegt hat, was nicht ungewöhnlich ist, wird die nächste Abfolge von Stimulationspulsen an das Herz angelegt, beginnend bei einer Stelle innerhalb des Abtastfensters, die wahrscheinlich nahe ist und sich (gemäß dem Scanmuster) auf den Empfänglichkeitsbereich zubewegt.
Der obige Vorgang wird anhand eines Beispiels, das in Verbindung mit Fig. 4B dargestellt ist, weiter erklärt. Es wird angenommen, daß der Empfänglichkeitsbereich eine kurze Zeitspanne ist, die durch die verdunkelte Fläche 46 wiedergegeben wird. Ein Scanmuster wird ausgewählt, das im wesentlichen den/die Stimulationspuls(e) von rechts nach links durch das Abtastfenster 44 bewegt. Bei der Bestätigung einer Arrhithmie wird auf diese Weise ein erster Stimulationspuls angelegt zu einer Zeit, die der Stelle "a" des Abtastfensters 44 entspricht, d.h. am äußersten rechten Ende des Abtastfensters (zur Zeit t&sub2; nach der R-Welle 40, die die Arrhythmie bestätigt). Diese Stimulationspuls verpaßt den Empfänglichkeitsbereich 46. Auf diese Weise wird der Beendigungsmodus fortgesetzt und ein zweiter Stimulationspuls wird an das Herz während des nächsten Herzzykluses an einer Stelle "b2" angelegt (an einer Zeit t&sub2; - Δt von der letzten R-Welle). Dieser zweite Stimulationspuls verpaßt ebenfalls den Empfänglichkeitsbereich 46, so daß ein dritter Stimulationspuls an der Stelle "c" während des nächsten Zykluses angelegt wird. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der Empfänglichkeitsbereich 46 von dem angelegten Stimulationspuls an der Stelle "o" des Scanmusters gefunden wird, wobei dieser Stimulationspuls die Arrhythmie beendet, wodurch der Beendigungsmodus beendet wird. Das anfängliche Scanmuster kann daher in der Weise beschrieben werden, daß Buchstabenidentifikationen der möglichen Stellen innerhalb des Abtastfensters 44, wo ein Stimulationspuls angelegt werden kann, in der Abfolge liegt:
a b c d e f g h i j k l m n o (beendet).
In diesem Beispiel beendet der fünfzehnte Stimulationspuls dieses anfänglichen Scanmusters erfolgreich die Arrhythmie.
Weiter in diesem Beispiel wird beim erfolgreichen Beenden der Arrhythmie die Stelle "o" des Scanmusters gespeichert. Zu einer nachfolgenden Zeit wird eine zweite Arrhythmie bestätigt, wodurch der Beendigungsmodus eingeschaltet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt der erste Stimulationspuls, der angelegt wird, oder die erste Gruppe von Stimulationspulsen, die angelegt werden, an einer Stelle in dem Scanmuster, die um einen vorgegebenen Betrag von der zuvor gespeicherten Stelle zurückgesetzt ist. Wenn der vorgegebene Rücksetzbetrag beispielsweise drei Positionen ist, wird der neue Stimulationspuls, der angelegt wird, an einer Stelle "l" begonnen und setzt sich fort von rechts nach links. Wenn der Empfänglichkeitsbereich sich zu einer neuen Stelle fortbewegt hat, wie beispielsweise als Stelle 47 (links von der früheren Stelle 46), dann ist die Abfolge der Stimulationspulse:
l m n o p q (beendet).
Folglich tritt die Beendigung beim sechsten Puls der Sequenz auf. Jedoch, und sogar richtiger ist, wenn der Bereich der Empfänglichkeit sich zu einer neuen Stelle 48 bewegt hat, die rechts von der früheren Stelle 46 liegt, dann ist die Stimulationspulssequenz einfach:
l m (beendet).
Folglich tritt in diesem Beispiel die Beendigung beim zweiten Puls der Sequenz auf. Wenn die Sequenz nicht zurückgesetzt worden wäre, sondern an der gespeicherten Stelle des früheren erfolgreichen Beendigungspulses begonnen worden wäre, wie dies im Stand der Technik gelehrt wird, dann wäre die Beendigungssequenz, die zum Auffinden des Empfänglichkeitsbereiches an der Stelle 48 notwendig gewesen wäre, gleich:
o p q r . . . . a b c d e f g h i j k l m (beendet).
In anderen Worten, mühte der Stimulationspuls das ganze Abtastfenster durchlaufen und erneut in einer zweiten Abtastung durch das Fenster beginnen, bevor der Empfänglichkeitsbereich gefunden worden wäre. Dies würde nicht nur eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, sondern es würde auch zu einer Ausgabe einer beträchtlichen Menge an Energie für die Stimulationspulse führen, die den Empfänglichkeitsbereich "verpassen". Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung durch Rücksetzen der Startstelle der nächsten Pulssequenz wahrscheinlich erreicht, daß der Empfänglichkeitsbereich in sehr kurzer Zeit gefunden wird.
Vorteilhaft ist der Rücksetzbetrag programmierbar veränderlich und kann von einem Arzt ausgewählt werden, so daß er den besonderen Anforderungen eines bestimmten Patienten entspricht. Einige patienten können eine relativ geringe Bewegung des Empfänglichkeitsbereiches zeigen, wobei in diesen Fällen der Rücksetzbetrag auf einen sehr niedrigen Wert (zwei oder drei Schritte) programmiert werden kann, wohingegen andere Patienten eine relativ große Bewegung zeigen, so daß in diesem Fall der Rücksetzbetrag entsprechend programmiert werden kann (10 bis 15 Schritte). Das gleiche gilt für einen einzigen Patienten zu verschiedenen Zeiten. Wenn beispielsweise der Patient Medikamente genommen hat, die die Bewegung des Empfänglichkeitsbereiches vergrößern, kann der Arzt den Beendigungsmodus für diesen Patienten so neu programmieren, daß ein großer Rücksetzbetrag eingeschlossen ist.
Weiterhin kann das besondere Scanmuster, das in dem Beendigungsmodus der Erfindung verwendet wird, auf eine gewünschte Sequenz programmiert werden. (Die Programmierung von gewählten Parametern kann in konventioneller Weise vor sich gehen, wie es im Stand der Technik bekannt ist und im Zusammenhang mit Fig. 2 gelehrt ist.) Es wurde ein einfaches Rechts-nach- Links-Scanmuster in dem obigen Beispiel beschrieben. Jedoch wäre es genauso einfach, ein Links-nach-Rechts-Scanmuster zu verwenden. Zudem kann ein Scanmuster mit Zwei-Schritt-vor und Ein-Schritt-rück ebenfalls verwendet werden. Ein solches Scanmuster würde mit den vordefinierten Stellen von Fig. 4B die folgende Abfolge haben:
a c b d c e d f e g f h . . . .
Anderes Scanmuster können ebenfalls definiert werden und sind nur durch das Können und die Vorstellung des programmierenden Arztes und den Bedürfnissen eines bestimmten Patienten begrenzt.
Mit Bezug auf Fig. 5 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm für ein bevorzugtes Verfahren zur Beendigung einer kardialen Arrhythmie gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren kann in einer programmierbaren medizinischen Vorrichtung verwendet werden, die eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines Stimulationspulses oder einer Gruppe von Stimulationspulsen zu einer gewünschten Zeit innerhalb des Herzzykluses und einer Einrichtung zum Detektieren einer kardialen Arrhythmie umfaßt. Solche Vorrichtungen sind in dem meisten programmierbaren implantierbaren Herzschrittmachern enthalten. Folglich kann die Erfindung ausgeführt werden unter Verwendung von solchen Herzschrittmachern, die modifiziert sind, um das Verfahren gemäß Fig. 5 auszuführen.
Das Flußdiagramm von Fig. 5 wird nun ausführlich mit Bezug auf Blockzahlen beschrieben, die in dem Flußdiagramm identifiziert sind, wobei jeder "Block" einen Schritt der Entscheidung beschreibt, die getroffen wird, wenn das Verfahren durchgeführt wird. Bevor das Verfahren verwendet wird, müssen bestimmte Initialisierungsschritte ausgeführt werden, wie in Block 50 gezeigt ist. Primär umfassen diese Schritte das Einstellen der Parameter, die das Scanmuster definieren. Diese Parameter, wie in Block 52 gezeigt ist, umfassen beispielsweise: N, die Anzahl der Herzzyklen, die überwacht werden, um festzustellen, ob eine Arrhythmie erfolgreich beendet wurde; K, den Betrag der Rücksetzung des Scanmusters, gemessen in Scanmusterschritten oder Stufen; Δt, der Abstand zwischen den Schritten des Scanmusters; mmax, die maximale Anzahl von Schritten, die in dem Scanmuster enthalten sind; und der Energiepegel der/des Stimulationspuls(e)s.
Wenn ein Scanmuster eingestellt ist, wird das System im Block 54 initialisiert durch Einstellen der Tracking-Variablen m gleich des programmierten Rücksetzbetrages k. Diese Tracking- Variable m spürt die Stelle des Stimulationspulses innerhalb des Abtastfensters auf. Das heißt, wenn m gleich Null ist, wird der Stimulationspuls an die erste Stelle in der Sequenz angelegt, d.h. an die Stelle "a" in Fig. 4B. Wenn m gleich 1 ist, dann wird der Stimulationspuls an die zweite Stelle in der Sequenz angelegt usw., so daß, wenn m gleich n ist, wobei n eine ganze Zahl ist, der Stimulationspuls an die n'te Stelle in der Sequenz angelegt wird.
Nach der Initialisierung wird das Herz überwacht (Block 56), um festzustellen, wenn eine Arrhythmie vorhanden ist. Wenn eine Arrhythmie detektiert wird und bestätigt ist (Block 58), dann beginnt der Beendigungsmodus. Wenn eine Arrhythmie nicht detektiert wird, und wenn das Verfahren fortgesetzt wird (Block 60), dann wird das Herz weiter überwacht (Block 56). Wenn der Arzt das Verfahren abschalten möchte, d.h. zum Zwecke der Reprogrammierung der Parameter oder um andere Tests an dem Patienten durchzuführen, kann ein geeignetes Ausgangskommando erzeugt werden (mittels konventioneller Progammiereinrichtungen), um eine Beendigung des Verfahrens zu ermöglichen (Blöcke 60, 62).
Wenn der Beendigungsmodus beginnt, wird der Wert des Trackingparameters auf seinen Anfangswert am Block 64 eingestellt durch Setzen von m - m - k. Wenn das erste Mal eine Arrhythmie detektiert wird, ist der Wert gleich Null (m wird gleich k gesetzt im Block 54). Ein Stimulationspuls oder eine Gruppe von Stimulationspulsen wird dann ausgegeben (Block 66) an der m'ten Stelle des Scanmusters. Für den ersten Puls der ersten Arrhythmie ist dies die Stelle Null des Scanmusters oder die erste Stelle des Scanmusters (z.B. Stelle "a" von Fig. 4B). Nachdem der Stimulationspuls ausgegeben wurde, wird das Herz für N-Zyklen (Block 68) überwacht, um festzustellen, wenn die Arrhythmie beendet ist. Wenn die Arrhythmie fortfährt, wie in Block 70 bestätigt wird, dann wird m erhöht (Block 72) auf den nächsten Wert der Sequenz oder des Scanmusters. Als nächstes wird eine Bestätigung durchgeführt, ob das ganze Scanmuster vollzogen ist (Block 74). Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt die Steuerung zu Block 66 zurück, wo ein neuer Stimulationspuls an der m'ten (nun von dem vorangegangenen Wert erhöht) Stelle des Scanmusters. Wenn das gesamte Scanmuster abgeschlossen wurde (Block 74), d.h., wenn m = mmax ist, dann wird der Energiepegel des Stimulationspulses neu eingestellt (Block 76) und das Scanmuster beginnt erneut durch Neuinitialisierung von m auf den Wert k (Block 80). Eine solche Energieeinstellung kann durchgeführt werden durch Erhöhung entweder der Amplitude oder der Pulsbreite des Stimulationspulses oder beides.
Es ist zu beachten, daß die Einstellung der Energie des Stimulationspulses oder Pulse (Block 76) und das erneute Starten des Scanmusters (Block 80) in Antwort auf den Abschluß des gesamten Scans ohne erfolgreiches Beenden der Arrhythmie (Block 74) nur ein Beispiel für eine Hilfsaktion ist, die durchgeführt werden kann, wenn der Empfänglichkeitsbereich während des ersten Durchgangs durch das Abtastfenster nicht lokalisiert wurde. Andere Maßnahmen können ebenfalls getroffen werden, entweder einzeln oder in Kombination mit der Einstellung der Stimulationsenergie, einschließlich der Einstellung des Scanmusters so, daß beispielsweise Δt schmaler ist. Oder ein vollständig verschiedenes Scanmuster kann aufgerufen werden. Alternativ kann auch keine Maßnahme ergriffen werden als das Beginnen eines zweiten Durchgangs durch das Abtastfenster unter Verwendung derselben Scanparameter, wie sie schon während des ersten Durchgangs verwendet wurden. Es ist ebenfalls möglich, die Stelle des Scanfensters einzustellen, das durch die Zeiten t&sub1; und t&sub2; innerhalb des Herzzykluses definiert ist. Tatsächlich erlaubt die vorliegende Erfindung, daß verschiedene Optionen offen sind, die gewählt werden können entsprechend den Bedürfnissen eines bestimmten Patienten zu einer bestimmten Zeit.
Wenn, wie festgestellt und bestätigt wurde, im Block 70, die Arrhythmie erfolgreich beendet wurde mit einem besonderen Stimulationspuls oder einer Pulsgruppe, die an der m'ten Stelle des Scanmusters ausgegeben wurde, dann wird der Wert m gespeichet (Block 78). Nach dem Speichern springt die Steuerung zurück zu Block 56, wo das Herz überwacht wird. Eine nachfolgende Arrhythmie wird detektiert (Block 58), dann wird der Wert von m erniedrigt (Block 64) durch einen Rücksetzbetrag k und ein Stimulationspuls oder eine Pulsgruppe ausgegeben (Block 66) an diese neue (rückgesetzte) Stelle m. Das Scanmuster setzt sich fort von diesem Punkt an nach vorn.
Mit Bezug auf Fig. 6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Beendigungsschaltung gezeigt, die mit dem Schrittmacher von Fig. 2 verwendet werden kann, um eine kardiale Arrhythmie gemäß der vorliegenden Erfindung zu beenden. In Fig. 6 sind diejenigen Elemente, die durch gestrichelte Linien gezeigt sind, die gleichen Elemente, wie entsprechende Elemente des implantierbaren Schrittmachers, der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Der Arrhythmie-Detektorschaltkreis 12' kann der gleiche Schaltkreis sein, der typischerweise in dem Pulsgenerator und der Steuerlogik 12 eines konventionellen Schrittmachers enthalten ist. Bei der Bestätigung einer Arrhythmie durch den Arrhythmie-Detektorschaltkreis 12' wird die Abtastfenstersteuerlogik 90 eingeschaltet. Diese Logik 90 erzeugt einen Einschaltpuls, der dem Einschalteingang E eines digitalen Zeitgeberschaltkreises 94 zugeführt wird, welcher durch ein geeignetes Taktsignal angetrieben wird. Die Logik 90 lädt einen Zähler 92 hoch/hinunter mit einem geeigneten Startzählstand für den digitalen Zeitgeber 94, wobei der Startzählstand den Zeitgeber 94 bei der Erzeugung eines geeigneten Ladekommandos L zugeführt wird. Der Startzählstand kann ein Wert sein, der zuvor in dem Speicher 30 gespeichert wurde und beispielsweise den Zeitverzögerungswert t&sub2; wiedergibt. Wenn der Zähler 94 abgelaufen ist, gibt er ein Time-Out(T.O.)-Signal aus, das an die Antriebsverstärker 14 oder 24 des Schrittmachers gekoppelt wird, wodurch ein Stimulationspuls oder Pulse dem Herzen zugeführt werden. Das T.O.-Signal wird ebenfalls rückgekoppelt an die Steuerlogik 90 und den Hoch/Hinunterzähler 92. Der Hoch/Hinunterzähler 92 spricht auf den T.O.-Puls an, indem er beispielsweise seinen Zählstand um eine Zähleinheit herabsetzt. Die Steuerlogik 90 spricht auf den T.O.-Puls an, indem der Zeitgeber 94 abgeschaltet ist, bis zu der geeigneten Zeit innerhalb des Herzzykluses, z.B. bis zum Auftreten einer R-Welle innerhalb einer bestätigten Arrhythmie. Zu der geeigneten Zeit innerhalb des Herzzykluses gibt die Steuerlogik 90 weiterhin ein neues Ladekommando L an den Zeitgeber 94 aus, wodurch das veränderte (herabgesetzte) Zählsignal in den Zeitgeber geladen wird. Wenn daher der Zeitgeber erneut eingeschaltet wird, falls er eingeschaltet ist (und er wird nur eingeschaltet beim Auftreten einer R-Welle, wenn der Arrhythmie-Detektorschaltkreis 12' bestätigt, daß die Arrhythmie noch vorhanden ist), wird ein anderer T.O.-Puls ausgegeben zu einer Zeit danach, die von dem herabgesetzten Zählsignal, das von dem Hoch/Hinunterzähler 92 geliefert wird, bestimmt wird. Für ein einfaches Scanmuster ist diese Zeit ein Betrag Δt kleiner als die vorangegangene Zeit.
Wenn eine Arrhythmie beendet ist, bemerkt die Steuerlogik 90 diese Tatsache und speichert die Werte, die in dem Hoch/Hinunterzähler 92 gehalten sind. Zu einer geeigneten Zeit kann dieser gespeicherte Wert "rückgesetzt" werden, um einen gewünschten Betrag, so daß beim Auftreten einer nächsten bestätigten Arrhythmie der digitale Zeitgeber mit dem rückgesetzten Wert der gewünschten Zeitverzögerung geladen wird.
Es wird davon ausgegangen, daß der Fachmann leicht eine logische Schaltung unter Verwendung von konventionellen Komponenten herstellen kann, um die Funktionen der logischen Steuerung 90, des Hoch/Hinunterzählers 92, und des digitalen Zeitgebers 94, wie oben beschrieben, durchführen kann. Tatsächlich kann sowohl der digitale Zeitgeber, wie auch der Hoch/Hinunterladeschaltkreis ausgeführt werden unter Verwendung von kommerziell erhältlichen Komponenten. Weiterhin kann die Steuerlogik 90 leicht unter Verwendung von logischen Gattern, Latches und ähnlichen Elementen hergestellt werden. Idealerweise wird die Schaltung, die in Fig. 6 gezeigt ist, wie auch die Schrittmacherschaltung, die in Fig. 2 gezeigt ist, ausgeführt unter Verwendung von üblichen oder halbüblichen LSI-Schaltkreisen, die auf eine kleine Anzahl von integrierten Schaltkreischips reduziert wurden, die leicht in eine implantierbare medizinische Einrichtung passen. Wie im Stand der Technik weithin bekannt ist, kann der Pulsgenerator und Steuerlogik 12 (Fig. 2) einen Mikroprozessor umfassen, wobei der Mikroprozessor so programmiert werden kann, daß jeder der gewünschten Parameterwerte ausgegeben werden oder eine automatische Einstellung der Parameterwerte erfolgt.
Wie beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur Verwendung mit einem implantierbaren Schrittmacher ergibt, durch welche eine detektierte radiale Arrhythmie, wie beispielsweise eine Tachikardie schnell beendet wird. Weiterhin minimiert ein solches System und ein solches Verfahren die Verwendung von potentiell verschwendeten Bündeln von Stimulationspulsen. Das heißt, das offenbarte Verfahren vermeidet das "Beschießen" des Herzens in einem Versuch, das schmale Beendigungsfenster (Empfänglichkeitsbereich) des Herzens zufällig mit einem Stimulationspuls zu "treffen". Stattdessen werden Stimulationspulse sorgfältig und schnell in den Empfänglichkeitsbereich geführt. Zudem schafft die Erfindung ein solches System zur Beendigung einer kardialen Arrhythmie und ein Verfahren, wodurch die Auffindzeit für das Beendigungsfenster (Empfänglichkeitsbereich) für jegliche Arrhythmie, die nach der Beendigung einer anfänglichen Arrhythmie auftritt, minimiert wird. Vorteilhaft beginnt die "Jagd" nach dem Empfänglichkeitsbereich (nachfolgend dem Auftreten einer anfänglichen Arrhythmie) immer an einer Stelle innerhalb des Herzzykluses, die entweder übereinstimmt mit oder nahe und beweglich ist zu der wahrscheinlichen Stelle des Empfänglichkeitsbereiches. Dieser Ansatz trägt somit der Möglichkeit Rechnung, daß der Empfänglichkeitsbereich in beide Richtungen zwischen aufeinanderfolgenden Arrhythmien sich bewegen kann.
Obwohl die hier offenbarte Erfindung mit Hilfe von bestimmten Ausführungsformen und ihren Anwendungen beschrieben wurde, sind verschiedene Modifikationen und Variationen für den Fachmann möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, verlassen wird. Beispielsweise kann anstelle der Verwendung von digitalen Schaltkreisen zum Erzeugen des Kennmusters der Stimulationspulse innerhalb des Abtastfensters analoge Äquivalente solcher digitalen Schaltkreise ebenfalls verwendet werden. Während die bevorzugte Ausführungsform in Kombination mit einem implantierbaren Schrittmacher verwendet wurde, kann die Erfindung ebenso gut aus sich selbst verwendet werden, beispielsweise als ein diagnostisches Beendigungssystem für Arrhythmie unter Verwendung entweder eines implantierbaren oder eines externen Herzschrittmachers und einer Detektorvorrichtung.

Claims

1. Schrittmacher zur Beendigung einer kardialen Arhythmie mit

(a) Einrichtungen (12') zur Feststellung einer kardialen Arhythmie;

(b) Einrichtungen (94) zur Abgabe zumindest eines Stimulationspulses (42) an das Herz, an einem Initialpunkt (a) innerhalb des kardialen Zyklus;

(c) Einrichtungen (92) zur Abgabe zumindest eines folgenden Stimulationspulses an einem anderen Punkt (b-r) innerhalb des kardialen Zyklus, im Falle, daß die Arhythmie nicht beendet ist, wobei dieser andere Punkt (b-r) durch ein vorgeschriebenes Scan-Muster definiert ist, und wobei das vorgeschriebenes Scan-Muster für die eventuelle Anwendung von Stimulationspulsen (42) in im wesentlichen allen interessanten Bereichen innerhalb des kardialen Zyklus über aufeinanderfolgende kardiale Zyklen sorgt;

(d) Einrichtungen (92) zur Wiederholung des Schrittes (c) bis die kardiale Arhythmie endet;

(e) Einrichtungen (90) zur Speicherung des Punktes (o) des zumindest einen Modulationspulses (42) innerhalb des vorgeschriebenen Scan-Musters, der die kardiale Arhythmie erfolgreich beendet;

(f) Einrichtungen (94) zur Abgabe von zumindest einem Stimulationspuls (42) im Falle einer folgenden kardialen Arhythmie, an einem Initialpunkt (k) innerhalb des kardialen Zyklus, korrespondierend mit einem Punkt (o) innerhalb des vorgeschriebenen Scan-Musters, das vorher durchlaufen wurde, vor dem Punkt des zumindest einen Stimulationspulses (42) in dem vorgeschriebenen Scan-Muster, das die vorherige kardiale Arhythmie erfolgreich beendete; und

(g) Einrichtungen (92) zur Abgabe aufeinanderfolgender Stimulationspulse (42), wie notwendig an unterschiedlichen Pulsen (a-r), innerhalb des kardiale Zyklus, wie durch das vorgeschriebenen Scan-Muster definiert, beginnen mit dem Initialpunkt (k) des zumindest einen neuen Stimulationspulses (42), bis die folgende kardiale Arhythmie endet.

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die (b) Einrichtung (94) angeordnet ist, um den zumindest einen Stimulationspuls (42) am Ende eines ersten Zeitverzuges (t&sub2;) nach dem Auftreten eines erfassbaren kardialen Ereignisses (40) innerhalb des kardialen Zyklus an das Herz abzugeben.

3. Schrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die (c) Einrichtung (92) angeordnet ist, um den zumindest einen folgenden Stimulationspuls (42) am Ende eines zweiten Zeitverzuges nach dem Auftreten eines erfassbaren und wiederholbaren kardialen Ereignisses (40) wie zum Beispiel eine R-Welle innerhalb eines folgenden kardialen Zyklus an das Herz abzugeben, wobei der zweite Zeitverzug den ersten Zeitverzug (t&sub2;) abzüglich eines festen Inkrementes (Δt) umfaßt und wobei das vorgeschriebene Scan-Muster einen (m-1)th Zeitverzug definiert, nachdem ein mth Stimulationspuls (42) vorgesehen ist, der einem (m-1)th Zeitverzug abzüglich eines festen Inkrementes (Δt) entspricht, wobei m ein Integer ist.

4. Schrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die (c) Einrichtung (92) angeordnet ist, um den zumindest einen folgenden Stimulationspuls (42) am Ende eines zweiten Zeitverzuges nach dem Auftreten eines erfassbaren und wiederholbaren kardialen Ereignisses (40), wie zum Beispiel eine R-Welle, innerhalb eines folgenden kardialen Zyklus an das Herz abzugeben, wobei der zweite Zeitverzug den ersten Zeitverzug (t&sub2;) zuzüglich eines festen Inkrementes (Δt) umfaßt, und wobei das vorgeschriebene Scan-Muster einen (m-1)th Zeitverzug definiert, nachdem ein mth Stimulationspuls (42) vorgesehen ist, der einem (m-1)th Zeitverzug zuzüglich eines festen Inkrementes (Δt) entspricht, wobei m ein Integer ist.

5. Schrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die (c) Einrichtung (92) angeordnet ist, um den zumindest einen folgenden Stimulationspuls (42) am Ende eines zweiten Zeitverzuges nach dem Auftreten eines erfassbaren und wiederholbaren kardialen Ereignisses (40), wie zum Beispiel eine R-Welle, innerhalb eines folgenden kardialen Zyklus an das Herz abzugeben, wobei der zweite Zeitverzug zwei feste Inkremente (Δt) weniger als der erste Zeitverzug (t&sub2;) umfaßt, und wobei das vorgeschriebene Scan-Muster einen dritten Zeitverzug definiert, der ein festes Inkrement (Δt) größer als der zweite Zeitverzug umfaßt, einen vierten Zeitverzug, der zwei feste Inkremente (Δt) weniger als der dritte Zeitverzug umfaßt, einen fünften Zeitverzug, der ein festes Inkrement (Δt) größer als der vierte Zeitverzug umfaßt, und so weiter.

6. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (a-r) innerhalb des Scan-Musters, bei dem zumindes ein neuer Stimulationspuls (42) beim Auftreten einer folgenden Arhythmie vorgesehen ist, in n Schritten von dem Punkt (o) in dem Scan-Muster, das die erste Arhythmie erfolgreich beendete, aufgestockt wird, wobei n ein Integer ist.

7. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl n einen Integer innerhalb des Bereiches von eins bis fünfzehn umfaßt.

8. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeschriebene Scan-Muster als Sequenz diskreter Zeiten innerhalb eines Zeitbereiches (44) des kardialen Zyklus definiert ist, wobei jeweils aufeinanderfolgende Stimulationspulse (42) anzuwenden sind, und eine Identifikation einer jeden diskreten Zeit durch einen Integer m, und wobei weiterhin die (e) Einrichtung (90) angeordnet ist, um den Wert m korrespondierend mit dem zumindest einen Stimulationspuls (42) zu speichern, der die kardiale Arhythmie erfolgreich beendete.

9. Schrittmacher zur Beendigung einer kardialen Arhythmie mit:

(a) Einrichtungen (12'), zur Überwachung eins Herzens zur Bestimmung des Vorhandenseins einer kardialen Arrhythmie;

(b) Einrichtung (94) zur Erzeugung einer ersten Sequenz von Stimu'lationspulsen (42) abhängig von einer ersten erfaßten kardialen Arrhythmie, wobei die erste Sequenz von Stimulationspulsen (42) ein Stimulationsbündel umfaßt, das während eines jeden kardialen Zyklus zu einer präzisen Zeit innerhalb des kardialen Zyklus, die von kardialem Zyklus zu kardialen Zyklus variiert, auf das Herz angewendet wird, wobei das Stimulationsbündel zumindest einen Stimulationspuls (42) umfaßt;

(c) Einrichtung (90) zur Beendigung der Erzeugung der ersten Sequenz von Stimulationspulsen (42) in Abhängigkeit von der erfaßten Beendigung der kardialen Arrhythmie;

(d) Einrichtungen (94) zur Erzeugung einer zweiten Sequenz von Stimulationspulsen (42) in Abhängigkeit von der nächsten erfaßten kardialen Arrhythmie, wobei die zweite Sequenz von Stimulationspulsen (42) dieselbe ist, wie die erste Sequenz von Stimulationspulsen (42), doch an einem Punkt innerhalb der ersten Sequenz beginnt, die vorher durchlaufen wurde, vor der Beendigung der ersten Sequenz.

10. Schrittmacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die (b) Einrichtung (94) angeordnet ist, um die erste Sequenz von Stimulationspulsen (42) in Übereinstimmung mit einem Scan-Muster zu erzeugen, das eine vorgeschriebene Anzahl von Stimulationsbündeln veranlaßt, auf das Herz angewendet zu werden, wobei ein Stimulationsbündel während jedem kardialen Zyklus angewendet wird, und wobei jedes folgende Stimulationsbündel zu einer Zeit innerhalb des kardialen Zyklus auf das Herz angewendet wird, die kürzer als die Anwendungszeit des allernächsten vorhergehenden Stimulationsbündels in der Sequenz ist, wobei die Zeit der Anwendung in Abhängigkeit von einem erfaßbaren und wiederholbaren Ereignis innerhalb des kardialen Zyklus wie zum Beispiel das Auftreten einer großen R-Welle bestimmt ist; und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um die zweite Sequenz von Stimulationspulsen als Fortsetzung der ersten Sequenz von Stimulationspulsen zu erzeugen, die an einem Punkt in der ersten Sequenz von Stimulationspulsen beginnt, die um einen vorbestimmten Betrag ausgehend von dem Punkt, an dem die erste Sequenz von Stimulationspulsen beendigt wurde, aufgestockt ist.

11. Schrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um den Startpunkt der zweiten Sequenz von Stimulationspulsen weiterhin auf einen Punkt in der ersten Sequenz aufzustocken, der n kardiale Zyklen vor Beendigung der ersten Sequenz auftrat, wobei n ein Integer größer als eins ist.

12. Schrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um weiterhin identifizierende Indizien zu speichern, wie zum Beispiel eine Bündelnummer oder Anwendungszeit des Stimulationsbündels, das direkt vor Beendigung der ersten Sequenz erzeugt wurde, und zur Benutzung dieser gespeicherten Indizien zur Unterstützung der Definition des Standpunktes der zweiten Sequenz von Stimulationspulsen.

13. Schrittmacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die (b) Einrichtung (94) angeordnet ist, um die erste Sequenz von Stimulationspulsen in Übereinstimmung mit einem Scan-Muster zu erzeugen, das eine vorgeschriebene Anzahl von Stimulationsbündeln veranlaßt, auf das Herz angewendet zu werden, ein Stimulationsbündel während eines kardialen Zyklus, wobei jedes aufeinanderfolgende Stimulationsbündel in einer Zeit innerhalb des kardialen Zyklus auf das Herz angewendet wird, die größer als die Anwendungszeit des nächsthöheren Stimulationsbündels in der Sequenz ist, wobei die Anwendungszeit in Abhängigkeit von einem erfaßbaren und wiederholbaren Ereignis innerhalb des kardialen Zyklus bestimmt wird, wie das Auftreten einer R-Welle; und weiterhin dadurch, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um die zweite Sequenz von Stimulationspulsen als Fortsetzung der ersten Sequenz von Stimulationspulsen (42) zu erzeugen, beginnend an einem Punkt in der ersten Sequenz von Stimulationspulsen (42), der durch einen vorgeschriebenen Betrag, ausgehend von dem Punkt, an dem die erste Sequenz von Stimulationspulsen beendet wurde, aufgestockt ist.

14. Schrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um den Startpunkt der zweiten Sequenz von Stimulationspulsen auf einen Punkt in der ersten Sequenz aufzustocken, die n kardiale Zyklen vor der Beendigung der ersten Sequenz auftrat, wobei n ein Integer größer ist als eins.

15. Schrittmacher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die (d) Einrichtung (94) angeordnet ist, um weiterhin identifizierende Indizien des Stimulationsbündels, wie zum Beispiel Bündelnummer oder Anwendungszeit zu speichern, das unmittelbar vor der Beendigung der ersten Sequenz erzeugt wurde, und Benutzung dieser gespeicherten Indizien zur Unterstützung der Definition des Startpunktes der zweiten Sequenz von Stimulationspulsen.