DE69726447T2

DE69726447T2 - Implantierbares medizinisches gerät mit beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE69726447T2
Application number: DE69726447T
Authority: DE
Inventors: Kenth Nilsson
Original assignee: St Jude Medical AB
Current assignee: St Jude Medical AB
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: US6044299A; EP0936936A1; WO1998014239A1; DE69726447D1; EP0936936B1; SE9603573D0

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare medizinische Vorrichtung, insbesondere einen implantierbaren Herzstimulator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus dem US-Patent 4,140,132 ist ein Schrittmacher mit veränderbarer Frequenz bekannt, der ein piezoelektrisches Element besitzt, welches, wenn es einer Bewegung unterworfen wird, in Folge der bei diesem Element hervorgerufenen Beanspruchung vibriert, um eine Wechselspannung zu liefern. Diese Spannung wird benutzt zum Verändern der Frequenz des Schrittmachers, die demzufolge in Abhängigkeit von der physischen Aktivität des Schrittmacherpatienten verändert wird.
Schrittmacher verwenden im Allgemeinen Elektroden zum Abfühlen von elektrischen Signalen, die sich auf die Herzaktivität beziehen. Alternativ kann ein Schrittmacher Töne benutzen, die sich auf die Herzaktivität beziehen, um die Herzaktivität zu überwachen. Das US-Patent 5,447,523 beschreibt einen Schrittmacher, der ein Mikrofon zum Abfühlen akustischer Signale enthält. Das Mikrofon enthält einen Sensor, der auf eine relative Bewegung zwischen zwei Teilen des Schrittmachergehäuses, die durch die Herzbewegungen verursacht werden, anspricht. Die abgefühlten Signale werden gefiltert und es werden die systolischen Zeitintervalle (STI) hieraus extrahiert. Die systolischen Zeitintervalle werden als Bezugsmengen für die Stimulationsimpulsfrequenz benutzt. Die Amplitude des detektierten Tonsignals ist klein, da nur der Unterschied in der Bewegung zwischen den zwei Gehäuseteilen erfasst wird. Die Qualität des abgefühlten Tonsignals variiert von Patient zu Patient, abhängig von dem körperlichen Zustand des Patienten. Diese Begrenzungen müssen berücksichtigt werden, wenn dieses bekannte Sensorsignal zum Steuern eines Schrittmachers benutzt wird. Ferner leiden die systolischen Zeitintervalle an dem Mangel an Empfindlichkeit als Steuerparameter für einen Schrittmacher.
Zusammenfassung
Ein erstes Ziel der Erfindung ist es, das oben erwähnte Problem zu lösen, dass die Qualität des abgefühlten Tonsignals von Patient zu Patient abhängig von dem körperlichen Zustand des Patienten variiert.
Ein zweites Ziel ist es, das oben erwähnte Problem zu lösen, das sich auf die Tatsache bezieht, dass die systolischen Zeitintervalle an dem Mangel an Empfindlichkeit als Steuerparameter für einen Schrittmacher leiden.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auch auf das Problem, einen Herzstimulator bereitzustellen mit Mitteln zum Erzeugen geeigneter Stimulationssignale ohne den Bedarf an Elektroden zum elektrischen Abfühlen der Herzaktivität.
Diese Ziele werden erreicht durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Somit wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sich auf die Herzaktivität bezogener Statuswert als Quotient zwischen zwei Parameterwerten erstellt. Die Erstellung der Quotienten führt zur Elimination der nachteiligen Abhängigkeit der gemessenen Werte von dem körperlichen Zustand des Patienten. Ferner sind die Quotientenwerte weniger von der Position des Körpers des Patienten abhängig als die Parameterwerte selbst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Sensorsignal durch ein Sensormittel erzeugt, enthaltend einen Beschleunigungsmesser mit einer ersten Empfindlichkeitsrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des scheibenförmigen Gehäuses der implantierbaren Vorrichtung liegt. Dies führt zu einer vorteilhaften hohen Empfindlichkeit gegenüber Herzvibrationen, wenn die Vorrichtung in dem Körper eines Subjekts implantiert ist, da die Empfindlichkeitsrichtung dann mit der Richtung von der Vorrichtung zu dem Herzen übereinstimmt. Diese Ausrichtung der Sensorvorrichtung hat auch den Vorteil, die Empfindlichkeit von Geräuschen und Gewe bevibrationen in anderen Richtungen, als jenen, die in die Empfindlichkeitsrichtung fallen, zu reduzieren. Hierdurch wird die Qualität der Parametersignale und der Statussignale verbessert.
Extern erzeugte Vibrationen, beispielsweise in Folge der physischen Aktivität des Patienten sind klein im Vergleich zu den Herzvibrationen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann natürlich benutzt werden um die physische Aktivität in einem frequenzadaptierenden Schrittmacher zu messen.
Im Allgemeinen wird die physikalische Aktivität normalerweise repräsentiert durch eine Schwingungsfrequenz von weniger als 20 Hz und durch den Herzton erzeugte Vibrationen haben normalerweise eine Frequenz von mehr als 20 Hz.
Die Vorrichtung wird leicht in Schwingungen versetzt in Abhängigkeit von Vibrationen im Gewebe in das sie beim Implantieren platziert wird, da sie vorzugsweise ein Gewicht unterhalb 20 g aufweist. Dieses Merkmal, insbesondere in Verbindung mit der oben beschriebenen Richtwirkung des Sensors führt dazu, dass hochgenaue Statussignale geliefert werden.
Eine sehr vorteilhafte Platzierung der Vorrichtung, die die höchste Empfindlichkeit gegenüber Herztönen ergibt, ist es, sie direkt am Herzen zu platzieren, wo sie entweder zwischen dem Epikard und dem Perikard platziert werden kann.
Ferner detektiert und registriert ein implantierter Herztondetektor Herztöne mit einer größeren Genauigkeit, als es ein konventionelles Herzstethoskop tut, und liefert vom diagnostischen Standpunkt aus sehr wertvolle Informationen, die zu einer besseren Sicherheit bei der Diagnose für Patienten in unterschiedlichen Situationen führen.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den restlichen Ansprüchen offenbart.
Kurze Beschreibunug der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird sie durch Beispiele und anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1A ein schematisches Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
1B ist eine perspektivische Ansicht eines Herzstimulators, der implantiert in Verbindung mit einem Herzen zum Stimulieren dargestellt ist.
2 ist eine Seitenansicht im Schnitt von einer Ausführungsform eines Detektors, der bei der Vorrichtung nach 1B eingesetzt werden kann, gesehen in Richtung des Vektors x in 1B.
3 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer alternativen Ausführungsform des Detektors.
4 ist ein Frequenz/Amplitudendiagramm, das die Empfindlichkeit des in 2 bzw. 3 gezeigten Detektors darstellt.
5 ist ein Frequenz/Amplitudendiagramm, das das Verfahren veranschaulicht, das Sensorsignal in eine Anzahl von Frequenzbändern zu unterteilen.
6A zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzstimulators.
6B zeigt eine extrakorporale Signalverarbeitungsvorrichtung, die geeignet ist, mit dem Schrittmacher nach 6A zu kommunizieren.
7 ist ein Zeit/Amplitudendiagramm, das Parameterwerte in Form abgetasteter Werte darstellt, die das zeitliche Fortschreiten der 50 Hertz-Komponente eines Sensorsignals anzeigt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1A zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer implantierbaren Vorrichtung 10 zum Liefern von Stimulationssignalen und zum Detektieren von Signalen, die sich auf die Herzaktivität eines Patienten beziehen. Die Vorrichtung 10 enthält einen Beschleunigungsmesser 20, der mechanisch mit dem Gehäuse 30 des Stimulators 10 verbunden ist, wie dies im Einzelnen in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben werden wird. Der Beschleunigungsmesser 20 fühlt die Vibrationen des Schrittmachergehäuses 30 ab. Der Beschleunigungsmesser 20 und das Gehäuse 30 wirken zusammen als Mikrofon für akustische Wellen, die den Herzklappentönen und den Herzmuskelbewegungen entsprechen.
Wie aus dem obigen klar ist, erzeugt der Beschleunigungsmesser ein Vibrationssignal S, das Informationen über die Aktivität des Herzens enthält. Gemäß der Erfindung wird das Signal derart verarbeitet, dass eine Vielzahl von Parameterwerten erzeugt wird. In Abhängigkeit von den Parameterwerten ist es möglich den medizinischen Status des Herzens zu bestimmen.
Der Beschleunigungsmesser 20 führt das Vibrationssignal S einer Verarbeitungseinheit 40 zu, die eine Vielzahl von Bandpassfiltern 50 zum Unterteilen des elektrischen Signals S in eine Vielzahl von Frequenzbändern B₁ bis B_n enthält, wobei die Frequenzbänder die Mittelfrequenz bei beispielsweise 50, 100, 200 und 400 Hz aufweisen. Es sind jedoch andere Mittelfrequenzen, sowohl höhere als auch niedrigere möglich, abhängig von der interessierenden Frequenz. Eine Einheit 60 ist angeordnet zum Messen der Energie P₁ bis P_n im jeweiligen Frequenzband, um einen Bezugswert P_tot zu erzeugen, der die gesamte als Summe von P₁ bis P_n berechnete Energiemenge enthält und zum Teilen jedes individuellen Energiewertes P₁ bis P_n mit dem Bezugswert, um eine Anzahl von Parameterwerten C₁ bis C_n zu erhalten. Die Energiewerte P₁ bis P_n werden mit einer Abtastfrequenz f_s abgetastet, die beispielsweise 2 kHz betragen kann. Dementsprechend werden n digitale Energiesignale erzeugt, von denen jedes Signal die tatsächlich abgefühlte Energie innerhalb eines speziellen Frequenzbandes anzeigt.
Die Parameterwerte C₁ bis C_n werden einer Steuereinheit 100 zugeführt, wo ein Satz von Statuswerten als Quotient zwischen zwei gleichzeitig erzeugten Parameterwerten bestimmt wird. Die Steuereinheit ist in 1 als eine getrennte Einheit dargestellt, sie könnte aber auch ebenso gut ein integraler Teil der Verarbeitungseinheit 40 sein.
Jeder Parameterwert bildet einen Wert, der kennzeichnend für den Vibrationsbetrag des Stimulatorgehäuses in dem betreffenden Frequenzbereich ist. Die Beziehung zwischen den Amplituden in zwei verschiedenen Frequenzbereichen, ausgedrückt in Form von Quotienten, könnte aufgestellt werden, als: Q1 = C1/C2 Q2 = C2/C3,wobei die Werte von Q₁, Q₂ etc. kennzeichnend für den Status des Herzens sind.
Die den Quotienten (beispielsweise C₁ und C₂) bildenden Parameterwerte werden in Abhängigkeit von den zu untersuchenden Bedingungen ausgewählt, beispielsweise Klappentönen und Herzmuskelbewegungen vom Herzgewebe, nahe dem Schrittmachergehäuse. Die Kontraktilität des Herzens wird beispielsweise wiedergespiegelt durch den Frequenzinhalt des Herztones, in der Weise, dass sich eine stärkere Herzkontraktion als eine Frequenzverschiebung zu höheren Frequenzen darstellt.
Die normalen Werte für die Quotienten bilden Bezugstatuswerte, in Abhängigkeit von denen ein erster Arbeitsmodus des Herzstimulators geeignet sein kann. Derartige normale Werte werden in einem Speichermittel 70 gespeichert.
Die Steuereinheit arbeitet so, dass sie die neuen Statuswerte in Echtzeit überwacht. Mittels Registrierung einer vordefinierten Abweichung von den gespeicherten Bezugsstatuswerten kann ein anderer Arbeitsmodus für den Herzstimulator aktiviert werden. Ein Stimulationssteuersignal CS wird abhängig von diesen Vergleichen, die in der Steuereinheit 100 vorgenommen werden, erzeugt. Wie oben angegeben, kann die Kontraktilität des Herzens aus dem detektierten Herzton bestimmt werden und dann auch andere sich auf die Kontraktilität beziehende Parameter, beispielsweise das Hubvolumen, der Blutdruck (P) und dP/dt. Diese Parameter können durch die Steuereinheit benutzt werden, um zu entscheiden, in welchem Arbeitsmodus der Herzstimulator arbeiten sollte. Die Verwendung eines oder mehrerer dieser Parameter als Steuerparameter für einen Herzschrittmacher ist Fachleuten auf dem Gebiet von Herzschritt machern wohl bekannt und sie wird deshalb in dieser Anmeldung nicht beschrieben.
Die Parameterwerte C₁ bis C_n können auch dem Speichermittel 70 zum Speichern in konsekutiver Zeitfolge und einem Grenzwertsensor 80 zugeführt werden. Der Grenzwertsensor 80 arbeitet so, dass er einen Vergleich zwischen den an einem ersten Eingang 90 von der Signalverarbeitungseinheit 40 empfangenen tatsächlichen Parameterwerten mit Bezugsparameterwerten liefert, die im Speichermittel 70 gespeichert sind. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erzeugt der Grenzwertsensor 80 einen Bewegungsmittelwert C_1a bis C_na aus jedem der Parameterwerte C₁ bis C_n. Der Bewegungsmittelwert wird berechnet als Mittelwert für jeden der Parameterwerte während eines Gleitzeitfensters, das vorbestimmte konsekutive Parameterwerte enthält. Der Grenzwertsensor vergleicht den tatsächlichen Parameterwert C₁ mit dem Bewegungsdurchschnitt C_1a, und falls einer oder mehrere der tatsächlichen Parameterwerte C₁ bis C_n um mehr als ein vorgegebener Betrag von dem entsprechenden Bewegungsdurchschnitt abweichen, erzeugt der Grenzwertsensor 80 ein Alarmsignal L.
Das Alarmsignal L wird einem Alarmsender 95 zugeführt. Alternativ kann das Alarmsignal L im Speichermittel 70 gespeichert werden, so dass es beispielsweise mittels Telemetrie zu einem späteren Zeitpunkt auslesbar ist, wenn der Patient einen Doktor aufsucht.
Die Signalverarbeitungseinheit 40 liefert auch ein kontinuierliches Energiesignal mit einer Amplitude, die der tatsächlichen Energie innerhalb des jeweils betreffenden Frequenzbandes entspricht. Demgemäß liefert die Signalverarbeitungseinheit n Energiesignale P_c1 bis P_cn zu einer Steuereinheit 100. Die Steuereinheit 100 arbeitet so, dass sie abhängig von den Energiesignalen ein Stimulationssteuersignal erzeugt. Das Stimulatorsteuersignal CS wird einem Stimulationssignalgenerator 110 zugeführt. Der Signalgenerator 110 enthält einen Signalausgang 120 und einen Referenzausgang 130. Der Signalausgang 120 ist an einen Leiter 140 in einer implantierbaren Leitung 150 angekoppelt, die eine Spitzenelektrode 160 aufweist, welche mit dem Leiter 140 verbunden ist. Die Leitung 150 weist auch eine Ringelektrode 170 auf, die mit einem Leiter 180 in der Leitung 150 in Verbindung steht. Der Leiter 180 ist an den Referenzausgang 130 angekoppelt. Demgemäß führt ein zwischen den Anschlüssen 120 und 130 geliefertes Stimulatorsignalpotential zu einem entsprechenden elektrischen Potential zwischen der Spitzenelektrode 160 und der Ringelektrode 170.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Ausgang 120 mit einer Leitung verbunden, die nur eine Elektrode aufweist und der Referenzanschluss 130 ist mit dem Gehäuse 30 verbunden, das elektrisch leitend ist und als Referenzelektrode wirkt.
Bezugnehmend nun auf 1B ist dort eine vereinfachte Darstellung zweiter Arten gezeigt, in denen ein implantierter Schrittmacher 10 einen elektrischen Kontakt mit dem Herzen des Patienten herstellen kann. 1B zeigt den Gebrauch einer bipolaren Leitung 150, die in das rechte Atrium 190 des Herzens geführt ist. Die distale Spitzenelektrode 160 ist typischerweise in einer Höhlung des rechten Atriums 190 platziert, die als atrialer Anhang (Herzohr) 200 bezeichnet wird. Das Gehäuse 30 der Stimulatorvorrichtung 10 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei eine Seitenwand 210 in der durch zwei orthogonale Achsen x und y definierten Ebene in 1B positioniert ist. Die Seitenwand 210 weist eine Fläche von vorzugsweise 500 mm² auf. Wenn der Stimulator 10, wie in 1B gezeigt, derart implantiert ist, dass eine Normale zur Wand 210 im Wesentlichen zum Herzen des Patienten hin gerichtet ist, wie dies in 1B durch den Vektor z angezeigt ist, stimmt die Richtung z mit der maximalen Empfindlichkeitsrichtung des Beschleunigungsmessers 20 überein.
Die 2 und 3 zeigen zwei alternative Ausführungsformen des Beschleunigungsmessers 20 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Beide der gezeigten Ausführungsformen enthalten zwei längliche Teile 300 und 310 aus piezoelektrischem Material, die aneinander angebracht und nebeneinander fluchtend angeordnet sind, so dass sie einen länglichen Sensorkörper bilden. Ein Ende des länglichen Sensorkörpers ist am Gehäuse 30 (1A und 1B) mit Hilfe von Befestigungsmitteln 320 angebracht. Die Längsrichtung des länglichen Sensorkörpers 300, 310 verläuft im Wesentlichen parallel zur Wand 210 des Gehäuses 30. Der längliche Sensorkörper weist auch ein bewegliches Ende 325 auf, das mit einem Gewicht 330 versehen ist. Da der Sensorkörper nur an dem einen Ende am Gehäuse 30 angebracht ist, veranlasst die Trägheit des Gewichtes 330 den Sensorkörper, sich in Abhängigkeit von Beschleunigungen des Gehäuses 30 zu biegen. Wenn die Stimulatorvorrichtung im Körper des Patienten in der Weise implantiert ist, wie es in 1B gezeigt ist, wird deshalb das freie Ende 325 des Sensorkörpers sich in einer Richtung bewegen, die im Wesentlichen parallel zur Richtung der Normalen z zur Oberfläche der Wand 210 ist.
Die länglichen Teile 300 und 310 sind im Wesentlichen in entgegengesetzten Richtung polarisiert, wie dies durch Pfeile 340 und 350 in 2 angezeigt ist. Wenn sich der Sensorkörper, wie oben beschrieben, bewegt ist zwischen den Anschlüssen 360 und 370 ein elektrisches Signal S verfügbar.
Gemäß der alternativen Ausführungsform des Beschleunigungsmessers 20 (3) sind die beiden länglichen Elemente 300 und 310 in der gleichen Richtung polarisiert, wie dies durch Pfeile 380 und 390 angezeigt ist. Ein erstes elektrisches Sensorsignal wird zwischen den Anschlüssen U₃ und U₄ geliefert, während ein zweites elektrisches Signal zwischen Anschlüssen U₄ und U₅ verfügbar ist. Mittels eines Addierverstärkers oder eines anderen geeigneten Mittels werden die beiden Signale in ein Sensorsignal S transformiert.
Das elektrische Vibrationssignal S wird für jedes Frequenzband in ein Signal unterteilt, wie dies oben beschrieben worden ist.
Der in den 2 und 3 gezeigte Beschleunigungsmesser weist eine Empfindlichkeit von etwa 100 Millivolt pro g auf, d. h. grob gesprochen 10 Millivolt pro ms^–2 für Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 20 Hertz und 600 Hertz. Eine typische Frequenzkurve für einen Beschleunigungsmesser nach 2 ist in 4 dargestellt.
Ein Anordnen des Beschleunigungsmessers 20 im Kontakt mit dem Gehäuse 30 befä higt den Beschleunigungsmesser ein Sensorsignal abhängig von den Bewegungen des Stimulators 10 zu liefern. Dies bedeutet, dass das Vibrationssignal S von den Vibrationen des Herzstimulators 10 abhängt.
Die Stimulationsvorrichtung 10 funktioniert im implantierten Zustand so, dass sie die Aktivität des Herzens des Patienten dadurch misst, dass sie die durch das Körpergewebe zum Gehäuse der Vorrichtung 10 übertragenen mechanischen Schwingungen abfühlt. Ein grundsätzliches Problem bezüglich aller Messungen ist es, den Einfluss des Messwerkzeuges auf das zu messende Objekt zu minimieren. Der Erfinder hat erkannt, dass im Falle von genauen Messschwingungen im Körpergewebe dieses Problem übertragen wird auf das Problem eine Vorrichtung verfügbar zu machen, die ein Gehäuse besitzt mit einer Form, Größe und einem Gewicht derart, dass die Dämpfung der Vibrationen minimiert wird.
Tests zur Bestimmung des Einflusses des Gewichtes des Stimulators 10 auf die Empfindlichkeit zeigen, dass, falls das Gewicht des Stimulators 10 unterhalb 50 Gramm liegt, die Empfindlichkeit akzeptierbare Werte erreicht. Die Empfindlichkeit ist besonders günstig, wenn das Gewicht des Stimulators 10 unterhalb 20 Gramm liegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Stimulator 10 ein Gewicht W im Bereich von 13 bis 17 Gramm.
Tests zur Bestimmung des Einflusses des scheibenförmigen Seitenwandbereiches des Stimulators 10 auf die Empfindlichkeit zeigen, dass, wenn die Seitenwandfläche des Stimulators 10 für Erwachsene unterhalb 1500 mm² liegt, die Empfindlichkeit günstige Werte erreicht. Die Messempfindlichkeit gegenüber Hochfrequenzschwingungen, d. h. oberhalb 400 Hertz, nimmt zu, wenn die Seitenwandfläche abnimmt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Stimulatorvorrichtung 10 weist eine Seitenwandfläche für Erwachsene 500 mm² auf.
Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass das Vibrationssignal S in vorteilhafter Weise genau ist, wenn der Quotient des Gewichts W und der Seitenwandfläche einen Wert unterhalb 0,05 g/mm² aufweist, vorausgesetzt, dass für Erwachsene die Seitenwandfläche unterhalb 1000 mm² gehalten wird.
Wie oben anhand von 1 beschrieben, wird eine Vielzahl von Bandpassfiltern 50 benutzt um das Vibrationssignal S in eine Vielzahl von Indikatorsignalen S₁ bis S_n zu unterteilen. Jedes Indikatorsignal weist eine Bandbreite auf, die der drei dB Bandbreite des entsprechenden Bandpassfilters entspricht. In 5 stellen die ausgezogenen Linien den Frequenzverlauf für die Filter F1 bis Fn dar, die Bandbreiten B₁ bis B_n aufweisen. Die Anzahl der Frequenzbänder ist willkürlich, es sollten jedoch wenigstens drei Frequenzbänder sein. Alle Frequenzbänder sind innerhalb des Frequenzbereiches, wo Vibrationssignale bezüglich des Herztons vorliegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Frequenzbereich des Vibrationssignals S zwischen 0,2 Hertz und 1000 Hertz.
Ein Blockdiagramm eines Schrittmacherkörpers einschließlich einer elektronischen Schaltung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 6A gezeigt. Der Schrittmacher 10 enthält ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse 30. Der Schrittmacher enthält unter anderen Dingen einen Mikroprozessor 400, der mit einem Nur-Lesespeicher, ROM, 410 und einem Lese/Schreibspeicher, RAM, 420 über Datenbusse 430, 440 und Adressbusse 450, 460 verbunden ist. Es ist auch eine Leitung 470 vom Mikroprozessor 400 zum RAM 420 zum Einstellen des RAM 420 in einem ausgewählten Schreibmodus oder einem ausgewählten Lesemodus vorhanden. Im ROM 410 ist ein Computerprogramm gespeichert und mittels dieses Programms wird die Funktion des Schrittmachers 10 gesteuert. Wenn im Folgenden festgestellt wird, dass der Mikroprozessor 400 eine bestimmte Funktion ausführt, so ist darunter zu verstehen, dass der Mikroprozessor einen bestimmten Teil des im Speicher 410 gespeicherten Programms unter Verwendung der im Speicher 420 gespeicherten Daten abarbeitet.
Ein Taktsignalgenerator 480 liefert an den Mikroprozessor ein Taktsignal und liefert auch hierdurch an den Schrittmacher eine Zeitreferenz. Der Mikroprozessor 400 ent hält eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen 490, die mit zwei Signalkanälen 500, 510 verbunden sind. Der Kanal 500 ist ein Ausgangskanal, der geeignet ist dem Herzen Stimulationsimpulse zuzuführen. Der Kanal 500 enthält einen Stimulationsimpulsgenerator 512 mit einem Ausgang U₁. Der Impulsgenerator 512 ist mit einem entsprechenden Ausgang des Mikroprozessors 400 über einen Leiter 520 verbunden und der Impulsgenerator 512 ist ausgebildet, einen Stimulationsimpuls abhängig von einem vom Ausgang des Mikroprozessors gelieferten Signal zu erzeugen. Digitale Daten zum Bestimmen beispielsweise der Form des Stimulationsimpulses, wie die Amplitude und Dauer, werden vom Mikroprozessor 400 über eine Leitung 530 zum Impulsgenerator 512 geliefert.
Der Kanal 510 enthält einen Analog/Digital- (A/D) Signalumsetzer 540 mit einem Eingang I₁ zum Empfangen eines einer erfassbaren Aktivität entsprechenden elektrischen Signals vom Beschleunigungsmesser 20. Der Ausgang des A/D Umsetzers liefert ein digitales Signal S_d, das an einen entsprechenden Eingang des Mikroprozessors 400 über einen Datenbus geliefert wird.
Der Schrittmacher 10 enthält auch ein erstes Verbindungsmittel mit einer Buchse 550, die an ein entsprechendes zweites Verbindungsmittel angepasst ist, welche an einem Ende einer implantierbaren Leitung vorgesehen ist, wie die oben beschriebene Leitung 150, siehe 1B. Die Buchse 550 enthält einen Stiftsockel 560 und einen Verbinderring 570.
Der Mikroprozessor 40 ist mit einer telemetrischen Vorrichtung 600 verbunden, die in der Lage ist Daten zu senden und zu empfangen. Die telemetrische Vorrichtung 600 enthält eine Antenne 610 für die Kommunikation mit einer entsprechenden extrakorporalen Telemetrievorrichtung.
6B zeigt eine extrakorporale Datenverarbeitungsanordnung mit einer Antenne 620, die mit einer Telemetrievorrichtung 630 verbunden ist, um eine Kommunikation mit einer implantierten Telemetrievorrichtung, wie der oben beschriebenen Vorrich tung 600, zu ermöglichen. Die Telemetrievorrichtung 630 ist mit einer Computereinheit 640 verbunden, die eine Datenverarbeitungseinheit 650, eine Eingangs/Ausgangs-Vorrichtung 660, wie ein Tastenfeld und eine Ausgangsvorrichtung 670, wie einen Schirm, enthält.
Mittels Durchführung einer Fourier-Transformation des Eingangssignals Sd kann der Mikroprozessor einen Amplitudenwert für eine ausgewählte Frequenz zu einem speziellen Zeitpunkt erstellen.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform erstellt der Mikroprozessor einen Satz derartiger Amplitudenwerte an aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (t = 1, 2, ... N) für die 50 Hertz-Komponente des Signals Sd. Diese aufeinanderfolgenden Werte werden in 7 repräsentiert durch V_1,50, V_2,50, V_3,50, V_4,50, ... V_N,50.
In der gleichen Weise wird ein Satz von Amplitudenwerten für dieselben Zeitpunkte für die folgenden Frequenzkomponenten: 100, 200 und 400 Hertz, erstellt.
Folglich werden digitale Darstellungen der 50, 100, 200 und 400 Signalkomponenten erzeugt.
Jeder Amplitudenwert bildet einen Parameterwert, der kennzeichnend für den Betrag der Schwingung des Stimulatorgehäuses in dem betreffenden Frequenzbereich ist. Wenn z. B. das Herz des Patienten gesund ist, besteht eine bestimmte Beziehung zwischen den Amplituden in zwei verschiedenen Frequenzbereichen. Demgemäß wird ein typischer Wert für den Quotienten Q1:400.50 = V1.400/V1.50,wenn das Herz des Patienten gesund ist, in einen anderen Wert geändert, der kennzeichnend für verschiedene Herzzustände ist, beispielsweise Klappentöne und Herzmuskelbewegungen aus dem Herzgewebe in der Nähe des Schrittmachergehäuses, falls sich der Herzzustand des Patienten ändert.
Die normalen Werte für die Quotienten bilden Referenzstatuswerte, auf deren Antwort hin ein erster Arbeitsmodus des Herzstimulators geeignet sein mag. Derartige normale Werte sind im Speichermittel 410 oder 420, siehe 6A, gespeichert.
Der Prozessor arbeitet in Realzeit um die neuen Statuswerte zu überwachen. Mittels Registrierung einer vordefinierten Abweichung von den gespeicherten Referenzstatuswerten kann ein anderer Arbeitsmodus für den Herzstimulator aktiviert werden.
Mittels der Telemetrievorrichtung 600, 610 können die registrierten Statuswerte zu einer extrakorporalen Datenverarbeitungsanordnung 640, siehe 6B, übertragen werden. Die Parameterwerte und die Statuswerte können eine nützliche Information dafür sein, einem Doktor beim Erstellen des Typs des Herzzustandes eines Patienten zu helfen.
Der Fachmann ist in der Lage die vorliegende Erfindung auch in anderer Weise als gemäß den beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, welche für Zwecke der Erläuterung beschrieben worden sind. Die vorliegende Erfindung ist nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Implantierbare medizinische Vorrichtung, mit einem Gehäuse (30) und einem Beschleunigungsmessermittel (20), das zum Detektieren von Vibrationen des Gehäuses angepaßt ist, wobei das Beschleunigungsmessermittel (20) ein Vibrationssignal (S, S_d) als Reaktion auf die detektierten Vibrationen erzeugt, einer Signalverarbeitungseinheit (40; 400), die mindestens einen Eingang zum Empfangen des Vibrationssignals (S, S_d) und mindestens einen Ausgang zum Liefern von Statuswerten (Q₁, Q₂ ... Q_N), die sich auf eine vorbestimmte Herzaktivität beziehen, aufweist, wobei das Vibrationssignal eine Amplitude und eine Frequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (40; 400) zum gleichzeitigen Erzeugen, für jeden von mindestens zwei definierten Sequenzbereichen (B₁, B₂ ... B_N), eines Parameterwertes (C₁, C₂ ..., C_v, V_1.50... V_1.400), der für eine definierte Größe des Vibrationssignals anzeigend ist, eingestellt ist, und die Signalverarbeitungseinheit weiter zum Bestimmen von mindestens einem Statuswert (Q₁, Q₂ ... Q_N), der durch den Quotienten von zwei Parameterwerten (C₁, C₂...,C_v, V_1.50 ... V_1.400) bestimmt wird, eingestellt ist.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Größe die Amplitude oder die relative Amplitude des Vibrationssignals ist.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Größe die Energie oder die relative Energie des Vibrationssignals ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit eingestellt ist zum Erzeugen von Statuswerten an aufeinander folgenden Zeitpunkten derart, dass eine Repräsentation des zeitlichen Fortschreitens jedes Statuswertes erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter ein Speichermittel zum Speichern von Parameterwerten und/oder Statuswerten derart, dass die Statuswerte wieder auffindbar sind, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Gewicht aufweist, das gleich oder geringer als 20 Gramm ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Gewicht in dem Bereich von 10 Gramm bis 20 Gramm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmessermittel eine erste Empfindlichkeitsrichtung, die im wesentlichen senkrecht zu einer Seitenwand des Gehäuseabschnittes (210) ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmessermittel einen Sensorkörper (300) aufweist, der einen ersten Abschnitt, der mechanisch mit dem Gehäuse verbunden ist, und einem zweiten Abschnitt, der mit einem Massemittel (330) zum Deformieren des Sensorkörpers als Reaktion auf eine Trägheitskraft vorgesehen ist, aufweist, wobei der Sensorkörper elektrische Signale als Reaktion auf Deformationen liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkörper ein länglicher Körper ist, wobei ein Endabschnitt desselben den ersten Abschnitt bildet und der andere Endabschnitt desselben den zweiten Abschnitt bildet, bei der der Körper mindestens ein polarisiertes piezoelektrisches Wandlermittel (300, 310), das sich entlang des Sensorkörpers erstreckt, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Seitenwandfläche aufweist, die kleiner als 1500 mm², bevorzugter Weise in dem Bereich von 250 mm² bis 1000 mm², ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient zwischen dem Gewicht der Vorrichtung und der Seitenwandfläche unter 0,05 g/mm² ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Mittel (110), das auf die Statuswerte reagiert, zur Erzeugung von Stimulationssignalen und ein Elektrodenmittel (150) zum Liefern der Stimulationssignale an zu stimulierendes Gewebe aufweist.
Herzschrittmacher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Herzschrittmacher ein Mittel (80, 100, 400) zum Überwachen des Statuswertes und ein Mittel (110, 505) zum selektiven Erzeugen von Stimulationssignalen als Reaktion auf eine aufgezeichnete Abweichung des Statuswertes von einem Referenzwert aufweist.