DE69323138T3

DE69323138T3 - Vorrichtung zur Abgabe von Herz-Defibrillationssequenzen aus Stimulationspulsen und Defibrillationsshocks

Info

Publication number: DE69323138T3
Application number: DE69323138T
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Hedberg; Martin Obel; Kurt Högnelid
Original assignee: St Jude Medical AB
Current assignee: St Jude Medical AB
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2013-08-28
Also published as: EP0588125A1; JPH06169999A; SE9202662D0; EP0588125B1; DE69323138D1; US5464429A; EP0588125B2; DE69323138T2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zum Erzeugen von aus Stimulationsimpulsen und Defibrillationsschocks gebildeten, Herzdefibrillationssequenzen.
Herzdefibrillation wird gegenwärtig durch die Entladung eines kräftigen Spannungsimpulses zwischen zwei Elektroden durchgeführt. Die Elektroden sind so angeordnet, daß die Entladung über dem Herzen oder einem großen Teil davon stattfindet. Die Energie in einem Impuls beträgt typischerweise zwischen mehreren und einigen Dutzend Joules. Ein Gerät dieses Typs ist aus der EP-A 324 604 bekannt.
Die erforderliche große Energie in dem Defibrillationsimpuls hat Nachteile. Für Vorrichtungen mit sowohl Defibrillations- als auch Herzschrittmacherfunktionen, d.h. Vorrichtungen, die so ausgebildet sind, daß sie normalerweise als Herzschrittmacher arbeiten, verkürzt der hohe Energieverbrauch bei der Defibrillation die Lebensdauer des Gerätes beträchtlich. Die kraftvolle Energieentladung hat auch bestimmte negative Effekte auf den Organismus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile bei der Herzdefibrillation gemäß des Standes der Technik zu reduzieren und ein Gerät zu erzeugen, das die Defibrillation mit weniger Energie möglich macht.
Diese Aufgabe wird mit einem Gerät des oben beschriebenen Typs mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen erzielt.
Mit dem Gerät gemäß der Erfindung werden Stimulationsimpulse über eine intrakardiale oder epikardiale, für die Herzschrittmacherstimulation vorgesehene Elektrode abgegeben. Die Steuereinheit steuert die Einheit zur Abgabe von Stimulationsimpulsen und die Defibrillatorschaltung, so daß eine Reihe von Stimulationsimpulsen vor jedem Defibrillationsschock abgegeben wird. Das erzeugt einen Refraktärbereich um die Stimulationselektrode herum zum Stoppen von Fibrillationsaktivität dort, bevor der eigentliche Defibrillationsschock abgegeben wird. Diese Stimulationsimpulse erzielen einen Teil der Defibrillation des Herzens, d.h. primär in dem Bereich um die Stimulationselektrode herum. Andere Bereiche des Herzens werden mit Defibrillationsschocks in bekannter Weise defibrilliert.
Auf diese Art kann effektive Defibrillation mit beträchtlich weniger Defibrillationsenergie, als das bisher möglich war, erzielt werden. Die verwendeten Stimulationsimpulse sind Hoch energie-Stimulationsimpulse mit einer Amplitude und/oder Impulsdauer, die die Amplitude und/oder Impulsdauer normaler Herzschrittmacherimpulse wesentlich übersteigt, wobei die Hochenergie-Stimulationsimpulse jedoch beträchtlich weniger Energie als ein normaler Defibrillationsimpuls enthalten, wodurch der totale Energieverbrauch reduziert wird. Die Größe der Energie in einem Hochenergie-Stimulationsimpuls liegt in der Größenordnung von einem Millijoule. Ein konventioneller, von einem Herzschrittmacher abgegebener Stimulationsimpuls hat eine typische Spannung von 10 V, eine Stromstärke von 10 mA und eine Dauer von 1 ms, d.h. die Impulsenergie beträgt typischerweise 100 μJ. Da die Energie in einem typischen Defibrillationsschock in der Größenordnung von mehreren Dutzend J liegt, enthalten die Hochenergie-Stimulationsimpulse der Erfindung weit mehr Energie als konventionelle Stimulationsimpulse eines Herzschrittmachers, aber ihre Energie liegt gleichzeitig weit unter der Energie in einem Defibrillationsschock.
Gemäß einer vorteilhaften Verbesserung des Gerätes nach der Erfindung enthält die Steuereinheit einen Speicher, in dem Information über die Zeiten für die Abgabe von Stimulationsimpulsen beziehungsweise Defibrillationsschocks und über die Dauern und Amplituden der Stimulationsimpulse und Defibrillationsschocks in jeder Defibrillationssequenz gespeichert wird, und einen Mikroprozessor, der diese Einheit zur Abgabe von Stimulationsimpulsen und diese Defibrillatorschaltung auf der Grundlage der gespeicherten Information steuert.
Diese Information wird passenderweise in Form von durch einen Arzt programmierten Daten gespeichert, die an den Zustand jeden Patienten angepaßt sind. Das Umschalten zwischen Stimulationsimpulsen und Defibrillationsschocks wird auch auf der Basis dieser gespeicherten Daten gesteuert. Der Start der Defibrillationssequenz wird in der gleichen Weise wie bei der Emission von Schocks durch einen Defibrillator gemäß des Standes der Technik durchgeführt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung ist eine Elektrodenschalteinheit vorgesehen, um wahlweise eine aus einer Mehrzahl möglicher Elektroden als die Rückleitungselektrode für Stimulationsimpulse anzuschließen. Daher kann das Gehäuse des Gerätes oder eine Defibrillationselektrode als Rückleitungselektrode dienen. Auf diese Weise kann der Strom des Stimulationsimpulses auf verschiedenen Wegen durch das Herz zu unterschiedlichen Zeiten zurückgeleitet werden, indem die Rückleitungselektrode oder die indifferente Elektrode gewechselt wird, wodurch die Stimulationsimpulse große Ge biete abdecken.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung enthält der Speicher Informationen darüber, welche Elektrode als Rückleitungselektrode anzuschließen ist, und der Mikroprozessor der Steuereinheit steuert die Elektrodenschalteinheit entsprechend dieser gespeicherten Information. Die Rückleitungselektrode kann zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen oder zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen derartiger Stimulationsimpulse in der Defibrillationssequenz gewechselt werden.
Stimulationsimpulse können in jeder Defibrillationssequenz auch zwischen den Defibrillationsschocks oder nach diesen abgegeben werden. Die Dauer einer Defibrillationssequenz liegt in der Größenordnung von 1 Sekunde.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung ist die Stimulationselektrode eine endokardiale oder epikardiale Elektrode und die Defibrillationselektroden bestehen aus Patches, intrakardialen Elektroden oder Kombinationen davon. Die vorhandene Herzschrittmacherelektrode wird als die Stimulationselektrode verwendet.
Die Erfindung wird nun im folgenden detaillierter mit Hilfe der in den FIGUREN dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
1 und 2 zeigen Teile von Defibrillationssequenzen mit verschiedenen Kombinationen von Stimulationsimpulsen und Defibrillationsschocks, 3 zeigt ein Beispiel eines in einen Patienten implantiertes Defibrillationssystems mit dem Gerät gemäß der Erfindung und 4 enthält ein Blockdiagramm eines Beispieles des nach der Erfindung realisierten Gerätes.
In 1 wird ein Teil einer Defibrillationssequenz mit einer Mehrzahl von Hochenergie-Stimulationsimpulsen 10, die einem Defibrillationsachock 8 vorausgehen, dargestellt. 2 zeigt einen Teil einer Defibrillationssequenz mit Hochenergie-Stimulationsimpulsen 6 vor, zwischen und nach Defibrillaiionsschocks 8. Es ist angebracht, eine Anzahl von Hochenergie-Stimulationsimpulsen 10 zu haben, die einem Defibrillationsschock 12 vorausgehen, wie in 1 illustriert ist, so daß die Hochenergie-Stimulationsimpulse 10 die Bildung eines refraktären Bereiches um die Stimulationselektrode herum sicherstellen, bevor der Defibrillations schock 12 abgegeben wird.
Die Hochenergie-Stimulationsimpulse haben eine Amplitude und/oder Impulsdauer, die die Werte für konventionelle Stimulationsimpulse weit übersteigen. Jedoch sind die Amplitude und Impulsdauer der Hochenergie-Stimulationsimpulse viel kleiner als die korrespondierenden Werte für Defibrillationsimpulse oder -schocks.
Wie in den. 1 und 2 illustriert, kann auch die Zeit, die zwischen der. Stimulationsimpulsen 6, 10 verstreicht, variieren. Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen stellt typischerweise einen Bruchteil der Refraktärzeit für eine Herzzelle dar, d.h. 20–200 ms.
Die chronologischen Relationen, nicht allein die Impulsgröße, sind für den Einfluß auf die Behandlung des Patienten wesentlich und sollten an den Zustand des Patienten angepaßt werden.
Die in den 1 und 2 dargestellte Impulsmorphologie ist nur ein Beispiel und Impulse mit zahlreichen anderen Morphologien könnten offensichtlich verwendet werden.
3 zeigt ein Beispiel eines Defibrillationssystems mit einer Herzschrittmacherfähigekit und mit einem gemäß der Erfindung ausgerüsteten Gerät, das in einem Patienten implantiert ist.
Der Defibrillator selbst ist bei 1 gezeigt. Defibrillationsimpulse werden zwischen zwei auf je einer Seite des Herzens 14 angeordneten Patchelektroden abgegeben. Stimulationsimpulse bei einer konventionellen Herzschzittmachertätigkeit ebenso wie die von dem Gerät gemäß der Erfindung abgegebenen, Hochenergie-Stimulationsimpulse werden über den Kopf 4 der Stimulationselektrode an den Apex des rechten Ventrikels abgegeben. Somit wird die für konventionelle Herzschrittmacherstimulation vorgesehene Elektrode 4 zur Abgabe der von dem Gerät gemäß der Erfindung erzeugten Stimulationsimpulse verwendet.
Ein Blockdiagramm in 4 zeigt eine Version der Erfindung mit einem Defibrillator mit einer eingebauten Herzschrittmacherfähigkeit.
Der Defibrillator enthält daher eine Herzschrittmacherschaltung 16, die konventionelle Herzschrittmacherimpulse über die Stimulationselektrode 4 abgibt. Weiterhin gibt es eine Defibrillatorschaltung 18, die auf bekannte Weise Defibrillationsimpulse oder -schocks über zwei Defibrillationselektroden 2, 3 abgibt. Jede dieser Schaltungen 16, 18 werden von einer gemeinsamen Steuereinheit 20 gesteuert.
Es gibt auch eine Ausgangsstufe 22 zur Abgabe von Hochenergieimpulsen an die Stimulationselektrode 4. Die Ausgangsstufe ist in einer ähnlichen Art wie die Defibrillatorschaltung ausgebildet. Jedoch arbeitet sie mit niedrigeren Spannungen und die energiespeichernden Kondensatoren für die Stimulationsimpulse haben eine niedrigere Kapazität als die Kondensatoren in der Defibrillatorstufe 18.
Die Steuereinheit 20 enthält einen Speicher, in dem Information über die Zeiten, zu denen Stimulationsimpulse beziehungsweise Defibrillationsschocks abgegeben werden, und über die Dauern und Amplituden der Impulse und Schocks gespeichert werden. Die Kombination der Impulse und Schocks in jeder Defibrillationssequenz wird auch durch Programmieren in dem Speicher gespeichert. Die Steuereinheit 20 enthält weiterhin einen Mikroprozessor, der die erforderliche Information aus dem Speicher herausholt, um die Abgabe von Stimulationssimpulsen von der Ausgangsstufe 22 und von Defibrillationsschocks von der Schaltung 18 zu steuern.
Der Beginn einer Defibrillationssequenz kann in der selben Weise erfolgen als wenn Defibrillationsschocks von einem konventionellen Defibrillator abzugeben sind.
Verschieden Elektroden wie Patches 2, 3 oder das Defibrillatorgehäuse 1 selbst können als Rückleitungselektrode für Stimulationsimpulse dienen. Daher enthält das Gerät eine Elektrodenumschalteinheit 24 zum Auswählen der Rückleitungselektrode. Die Elektrodenumschalteinheit 24 wird auch durch die Steuereinheit 20 gesteuert und Information über die Elektrode, die als Rückleitungselektrode angeschlossen werden soll, kann in dem Speicher der Steuereinheit 20 gespeichert werden. Hierbei kann die Elektrodenumschalteinheit 24 so gesteuert werden, daß verschiedene Rückleitungselektroden zwischen aufeinanderfolgenden Hochenergie-Stimulationsimpulsen oder zwischen Gruppen solcher Stimulationsimpulse in der Defibrillationssequenz angeschlossen werden. So ein Vorgehen wäre sehr vorteilhaft. Wenn zwischen verschiedenen Rückleitungselektroden gewechselt wird, geht der Impulsstrom zu ver schiedenen Zeiten über verschiedene Wege durch Herzgewebe, so daß der Stimulationsimpuls ein größeres Gebiet erreicht.
Daher wird die von der Steuereinheit 20 ausgewählte Elektrode von der Elektrodenumschalteinheit 24 mit der Ausgangsstufe 22 verbunden, um den Strom vom Patienten zurückzuführen. Die Schalter in der Elektrodenumschalteinheit 24 bestehen passenderweise aus Transistoren. Diese Schaltkomponenten müssen so dimensioniert sein, daß sie den hohen Spannungen, die ein Defibrillationsschock erzeugen kann, widerstehen.
Nach der Defibrillationssequenz wird die Ausgangsstufe 22 von dem STIM-Anschluß der Herzschrittmacherschaltung 16 gelöst und die Rückleitung wird abgeschaltet, wenn die Schalter in der Elektrodenumschalteinheit 24 annehmen, daß ein Zustand hoher Impendanz vorliegt.
Der STIM-Anschluß in 4 ist für den Anschluß an die Stimulationselektrode 4 in 3, der DEFIB-Anschluß an das Defibrillatorgehäuse 1, der DEFIBI-Anschluf5 an die Patchelektrode 2 und der DEFIB2-Anschluß an die Patchelektrode 3 vorgesehen.
Die Stimulationselektrode für das Gerät nach der Erfindung kann endokardial oder epikardial sein und das obige Ausführungsbeispiel hat Defibrillationselektroden in Form von Patches. Jedoch können intrakardiale Defibrillationselektroden oder Kombinationen solcher Elektroden und Patches verwendet werden.

Claims

Ein Gerät zum Erzeugen von aus Stimulationsimpulsen (6, 10) und Defibrillationsschocks (8, 12) gebildeten Defibrillationssequenzen mit einer Einheit (22) zur Abgabe von Stimulationsimpulsen (6, 10) über eine intrakardiale oder epikardiale Elektrode (4) für die Herzschrittmacherstimulation, einer Defibrillatorschaltung (18) zur Abgabe von Defibillationsschocks (8, 12) über Defibrillationselektroden (1, 2, 3), einer Steuereinheit (20), die zur Abgabe von Stimulationsimpulsen (6, 10) mit der Einheit (22) und zur Bestimmung der Zeiten zur Abgabe der Stimulationsimpulse (6, 10) und der Defibrillationsschocks (8, 12) mit der Defibrillatorschaltung (18) verbundenen ist, wobei während der Defibrillationssequenz die Steuereinheit (20) die Einheit (22) zur Abgabe von Stimulationsimpulsen (6, 10) so steuert, daß diese zumindest einen Impuls abgibt, und die genannte Defibrillatorschaltung (18) so steuert, daß diese zumindest einen Schock innerhalb eines Zeitintervalls abgibt, dessen Dauer ein Bruchteil der Refraktärzeit einer Herzzelle ist, wobei die Steuereinheit (20) die Einheit (22) zur Abgabe der Stimulationsimpulse und die Defibrillatorschaltung (18) zur Abgabe einer Reihe von Stimulationsimpulsen vor jedem Defibrillationsschock steuert um die Bildung eines Refraktionsbereiches um die Stimulationselektrode zu gewährleisten, um einen Teil der Herzdefibrillation zu erzielen, wobei das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen ein Bruchteil der Refraktärzeit einer Herzzelle ist und wobei die genannten Impulse in der Größenordnung von einem Millijoule sind.
Das Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (20) einen Speicher, in dem Information über die Zeiten der Abgabe von Stimulationsimpulsen bzw. Defibrillationsschock und über die Längen und Amplituden der Stimulationsimpulse und Defibrillationsschocks in jeder Defibrillationssequenz gespeichert werden, und einen Mikroprozessor aufweist, der die Einheit (22) zur Abgabe von Stimulationsimpulsen und die Defibrillatorschaltung (18) entsprechend der gespeicherten Information steuert.
Das Gerät nach Anspruch L oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenschalteinheit (24) vorgesehen ist, um wahlweise eine aus einer Mehrzahl möglicher Elektroden (1, 2, 3) als die Rückleitungselektrode für Stimulationsimpulse anzuschließen.
Das Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschalteinheit (24) so ausgebildet ist, um das Gerätegehäuse (1) oder eine der Defibrillatorelektroden (2, 3) als Rückleitungselektrode auszuwählen.
Das Gerät nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher Informationen darüber enthält, welche Elektrode (1, 2, 3) als Rückleitungselektrode anzuschließen ist, und daß der Mikroprozessor der Steuereinheit (20) die Elektrodenschalteinheit (24) entsprechend der gespeicherten Information über die Rückleitungselektrode steuert.
Das Gerät nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschalteinheit (24) gesteuert wird, um verschiedene Rückleitungselektroden (1, 2, 3) zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen oder zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen derartiger Stimulationsimpulse in der Defibrillationssequenz anzuschließen.
Das Gerät nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Abgabe von Stimulationsimpulsen in ähnlicher Weise wie die Defibrillatorschaltung (18) aber mit Energie speichernden Kondensatoren ausgebildet ist, deren Kapazität kleiner ist als die der korrespondierenden Kondensatoren in der Defibrillatorschaltung.
Das Gerät nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4) für Herzschrittmacherstimulation endokardial oder epikardial ist und daß die Defibrillatorelektroden sogenannte Patches (2, 3), intrakardiale Elektroden oder Kombinationen davon sind.
Das Gerät nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimulationsimpulse aus Hochenergie-Stimulationsimpulsen (6, 10) gebildet werden_; deren Energie größer ist als die Energie in herkömmlichen Herzschrittmacherimpulsen. aber kleiner als die Energie in Defibrillationsschocks.
Das Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie in einem Hochenergie-Stimulationsimpuls in der Größenordnung von Millijoule liegt.