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Vierkammer-Herzschrittmachersystem zur Optimierung des Herzzeitvolumens

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DE69836990T2
DE69836990T2 DE1998636990 DE69836990T DE69836990T2 DE 69836990 T2 DE69836990 T2 DE 69836990T2 DE 1998636990 DE1998636990 DE 1998636990 DE 69836990 T DE69836990 T DE 69836990T DE 69836990 T2 DE69836990 T2 DE 69836990T2
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Grant
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Roos Cobus De
Robert Leinders
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Medtronic Inc
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Description

  • [0001]
    Diese Erfindung bezieht sich auf Herzschrittmachersysteme, und insbesondere auf Vier-Kammer-Schrittmachersysteme mit Sensoren zum Messen von mechanischen Charakteristika des Herzens, um die Herzleistung bzw. das Herzminutenvolumen für kongestive Herzinsuffizienz und andere Patienten zu verbessern.
  • [0002]
    Kongestive Herzinsuffizienz (CHF) wird im Allgemeinen definiert als das Unvermögen des Herzens ausreichend Blut zum peripheren Gewebe zu pumpen bzw. abzugeben, um metabolische Beanspruchungen zu bewältigen. Häufige CHF wird manifestiert durch linke Herzdysfunktion bzw. -funktionsstörung, aber sie kann eine Vielfalt von Ursachen haben. Zum Beispiel können CHF Patienten irgendeine von mehreren unterschiedlichen Leitungsdefekten aufweisen. Das natürliche elektrische Aktivierungssystem durch das Herz umfasst sequentielle Ereignisse, die mit dem Sinoatrialknoten (SA) starten, und durch die atrialen Leitungsbahnen des Bachmann'schen Bündel und die internodalen Tracti bzw. Bahnen bei der atrialen Position weitergehen, gefolgt von dem Atrioventrikularknoten (AV), den gemeinsamen His'schen Bündel bzw. Atriventrikulärbündel, den rechten und linken Bündelverzweigungen, und der Endverzweigung zu den distalen myokardialen Termini via dem Purkinje-Faser-Netzwerk. Ein gewöhnlicher Typ von infra-atrialem Leitungsdefekt ist als infra-atrialer Block (IAB) bekannt, ein Zustand bzw. eine Verfassung, bei der die atriale Aktivierung beim Übergang vom rechten Atrium zum linken Atrium verspätet ist. Im Linksschenkelblock (LBBB) und Rechtsschenkelblock (RBBB) werden die Aktivierungssignale nicht jeweils in einer normalen Form entlang des rechten oder linken Schenkelblocks geleitet. Folglich ist die Aktivierung des Ventrikels in einem Patienten mit Schenkelblock verlangsamt, und ein geweitetes QRS wird beobachtet auf Grund der zunehmenden Aktivierungszeitdauer zum Durchlaufen des Leitungspfads.
  • [0003]
    CHF, die durch solche Leitungsdefekte und/oder andere Kardiamyopathien bzw. Herzmuskelkrankheiten manifestiert wird, ist der Gegenstand von beachtlicher Forschungsarbeit in Behandlungen zur Verbesserung der Herzleistung. Zum Beispiel haben Arzneimittel-Firmen CHF als eine Absatzmöglichkeit erkannt, und führen teuere klinische Studien durch, die organisiert werden, um das Ergebnis von neu entwickelten Arzneimitteln in Bedingungen von verbesserter Herzleistung in diesen Patienten zu testen. Ebenso ist es allgemein bekannt, dass Vier-Kammer-Stimulierung durchführbar ist, und signifikanten Fortschritt für Patienten zur Verfügung stellen kann, die linke atriale-ventrikuläre Dysfunktion, oder andere Formen von Herzfehler bzw. Herzversagen haben. Obwohl eine relativ geringe Kommerzialisierung von Vier-Kammer-Stimulierung erfolgt ist, verbleibt die Hypothese, dass die Herzpumpenfunktion durch solche Stimulierung eindeutig verbessert werden kann.
  • [0004]
    Die Vorteile von Vier-Kammer-Stimulierung sind in der Literatur allgemein offenbart und veröffentlicht worden. Cazeau et al., PACE, Vol. 17, November 1994, Part II, pp. 1974 – 1979, offenbart Untersuchungen, die zu dem Schluss führen, dass Vier-Kammer-Stimulierung durchführbar ist, und dass in Patienten mit dem Nachweis von interventrikulärer Dissynchronie ein verbesserter mechanischer Aktivierungsprozess durch Re-Synchronisierung der Depolarisation der rechten und linken Ventrikel und der Optimierung der AV Sequenz an beiden Seiten des Herzens erzielt werden kann. In der Patent-Literatur ist das U.S. Patent Nr. 4,928,688 repräsentativ für ein System von simultaner linker Herzkammerstimulation (LV) und rechter Herzkammerstimulation (RV); natürliche Ventrikeldepolarisationen werden in beiden Kammern abgetastet, wenn sich eine Kammer zusammenzieht, aber eine andere dies nicht innerhalb eines Zeitfensters von bis zu 5 – 10 ms tut, dann wird die nicht sich zusammenziehende ventrikuläre Kammer stimuliert.
  • [0005]
    Zusätzlich zu den oben erwähnten Offenbarungen, die die Vorteile von im Wesentlichen simultaner oder synchroner Stimulierung von den zwei Ventrikeln betrifft, ist es bekannt, dass es einen Vorteil zur synchronen Stimulierung von dem linken Atrium und dem rechten Atrium für Patienten mit IAB, interatrialer Blockade gibt. In einem normalen Herzen beginnt die atriale Aktivierung mit dem SA Knoten, der sich in der rechten atrialen Wand befindet. In einem Patienten mit IAB ist die Aktivierung, die zum linken Atrium übertragen wird, langsam und als ein Ergebnis kann das linke Atrium ausgelöst werden, um sich bis zu 90 ms später als das rechte Atrium zusammenzuziehen. Es kann beobachtet werden, wenn Kontraktionen in dem linken Ventrikel und dem rechten Ventrikel ungefähr zur selben Zeit stattfinden, dass dann die linke AV Synchronität stark abweicht, wobei das linke Ventrikel keine adäquate Zeit aufweist, um sich zu füllen. Die Vorteile von synchroner Stimulierung von den zwei Atrien bzw. Herzvorhöfen für Patienten mit IAB ist offenbart in AHA 1991, Abstract from 64th Scientific Sessions, „Simultaneous Dual Atrium Pacing in High Degree Inter-Atrial Blocks: Hemodynamic Results", Daubert et al., No. 1804. Ferner ist bekannt, dass Patienten mit IAB anfällig für retrograde Aktivierung des linken Atriums mit dem Ergebnis von atrialer Tachykardie sind. Atriale Re-Synchronisierung durch Stimulierung der Atria kann in der Behandlung dieser Situation effektiv sein. PACE, Vol. 14, April 1991, Part II, p. 648, „Prevention of Atrial Tachyarrythmias Related to Inter-Atrial Block By Permanent Atrial Resynchronization", Mabo et al., No. 122. Für Patienten mit dieser Verfassung bzw. Kondition ist ein Kriterium zur Stimulierung einen linken atrialen Stimulus zu liefern, bevor die natürliche Depolarisation in dem linken Atrium eintrifft.
  • [0006]
    Angesichts der veröffentlichten Literatur wurde beobachtet, dass in CHF Patienten eine verbesserte Pumpenfunktion durch Steigerung der Füllungszeit des linken Ventrikels erzielt werden kann, d. h. Verbesserung der linken AV Verzögerung, und insbesondere die mechanische AV Verzögerung des linken Herzens (MAVD); Reduzierung der Mitralklappen-Regurgitation, (Rückstrom von Blut durch die beinahe geschlossene Klappe) durch Auslösen der Kontraktion des linken Ventrikels, wenn und während es gefüllt wird; und Normalisieren des linken Ventrikelaktivierungsmusters, d. h. der Zeitsequenz der linken atrialen Kontraktion relativ zur rechten atrialen Kontraktion. Insbesondere ist für ein Herzstimulierungssystem, das zur Behandlung eines CHF Patienten verwendet wird, das Ziel das linke Atrium zu erfassen; die linke AV Verzögerung zu optimieren, um den linken Ventrikel richtig zu füllen und eine normalere AV Verzögerung bereitzustellen; und den linken Ventrikel so weit wie möglich gemäß der natürlichen Ausbreitungsbahn eines gesunden linken Herzens zu aktivieren. Insbesondere ist das linke ventrikuläre Timing in Bezug auf die linke atriale Kontraktion zur Verbesserung der Herzleistung entscheidend. Der mechanische Verschluss- bzw. Schließpunkt der linken Klappe oder Mitralklappe ist ein entscheidender Mament, der durch Programmierung der linken AV Verzögerung eingestellt werden muss. Die korrekte Programmierung dieser Variablen ist ein Schlüssel für die Optimierung der Füllung des linken Ventrikels und die Optimierung der Ejektionsfraktion oder der Herzleistung (CO).
  • [0007]
    Eine Beobachtung, welche für diese Erfindung wichtig ist, ist, dass das exakte Timing von mechanischen Ereignissen für das richtige Steuern der Stimulierung wichtig ist, um die linke ventrikuläre Herzleistung zu optimieren. Insbesondere ist es bekannt, dass die tatsächliche Kontraktion von einer ventrikulären Kammer vor der anderen den Effekt der Bewegung des Septums hat, was eine volle Kontraktion in der späteren aktivierten Kammer beeinträchtigt. Folglich, während gleichzeitige oder simultane Stimulierung des linken oder rechten Ventrikels eine signifikante Verbesserung für CHF Patienten erreichen kann, ist es ein Ziel dieser Erfindung, die Stimulierung von den zwei Ventrikeln auf solch eine Art und Weise zur Verfügung zu stellen, dass sich die tatsächliche mechanische Kontraktion des linken Ventrikels, mit dem darauf folgenden Schließen der Klappe, in einer gewünschten Zeitrelation in Bezug auf die mechanische Kontraktion des rechten Ventrikels und Schließen der rechten Klappe ereignet. Zum Beispiel, wenn die Leitungsbahnen in dem linken Ventrikel beschädigt bzw. gestört sind, kann die Abgabe eines Stimulierungsreizes an den linken Ventrikel bei genau der gleichen Zeit wie an den rechten Ventrikel, trotzdem dazu führen, dass die linke Ventrikelkontraktion sich in Bezug auf die rechte Ventrikelkontraktion etwas verspätet ereignet. Als eine Folge ist es für diese Erfindung wichtig, eine Technik für Messungen von mechanischen Ereignissen zur Verfügung zu stellen, wie ein mechanischer Schließpunkt von jedem der Ventrikeln, um imstande zu sein, die Sequenz der Stimulierung genau zu progammieren, um die gewünschte duale, ventrikuläre Stimulierung zu erzielen, die für den individuellen Patienten die Ejektionsfraktion oder die Herzleistung optimiert.
  • [0008]
    Angesichts der oben bekannten Wichtigkeit der Messung von mechanischen Ereignissen, wie Mitralklappen- oder Trikuspidalklappenverschluss, und der Wichtigkeit der Messung der Herzleistung, ist es für das Stimulierungssystem dieser Erfindung notwendig, Sensoren zu verwenden, die diese Information zur Verfügung stellen können. Es ist bekannt, Impedanzsensoren in Stimulierungssystemen zum Erhalten von Information, die Herzfunktion betrifft, zu benutzen. Zum Beispiel wird auf die U.S. Patent Nr. 5,501,702, die hierin durch Bezugnahme inkorporiert wird, Bezug genommen, welche offenbart, dass Impedanzmessungen von verschiedenen Elektrodenkombinationen gemacht werden. In solch einem System werden eine Vielzahl von Stimulierungs-/Abtast- bzw. Erfassungs-Elektroden bei entsprechenden Stellen bzw. Positionen angeordnet, und verschiedene Impedanzmessungen werden bei einer Zeit-/Multiplex-Basis ausgeführt. Wie in dem oben Bezug genommenen Patent dargelegt, werden die Messungen der Impedanz, die zwischen zwei oder mehr erfassten bzw. abgetaste ten Stellen vorhanden sind, als „Rheographie" bezeichnet. Eine rheographische Messung oder Impedanzmessung beinhaltet die Abgabe eines konstanten Stromimpulses zwischen zwei „Quellen"-Elektroden, so dass der Strom durch eine Region bzw. einen Bereich des Patientengewebes geleitet wird, und dann Messung des Spannungsdifferentials zwischen zwei „Aufzeichnungs"-Elektroden, um die Impedanz dazwischen zu bestimmen, wobei das Spannungsdifferential durch die Leitung des Stromimpulses durch das Gewebe oder die Flüssigkeit zwischen den zwei Aufzeichnungs-Elektroden entsteht. Das referierte Patent offenbart das Verwenden von Rheographie für Messung von Änderungen in der Thoraxhöhle; der Atemfrequenz; dem vor der Ejektion auftretenden Intervall; dem Schlagvolumen und der Herzgewebekontraktionsfähigkeit des Patienten. Es ist auch bekannt, diese Technik von Vier-Punkt-Impedanzmessungen, die thorakal angewandt werden, für Messung von kleinen Impedanzänderungen während des Herzzyklus und zum Gewinnen der ersten Zeitableitung der Impedanzänderung, dZ/dt, zu verwenden. Es wurde herausgefunden, dass eine im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Peak dZ/dt und dem Peak der Herzejektionsrate, die die Basis zum Erhalten einer Größe der Herzleistung zur Verfügung stellt, existiert. Siehe auch das U.S. Patent Nr. 4,303,075, das ein System zur Messung der Impedanz zwischen einem Paar von Elektroden offenbart, die mit oder in der Nähe mit dem Herzen verbunden sind, und wobei die Variationen von abgetasteter Impedanz verarbeitet wird, um eine Messung des Schlagvolumens zu erstellen. Die AV Verzögerung wird dann in einer Bestrebung zum Maximieren des Schlagvolumens eingestellt.
  • [0009]
    Die gezeigte Durchführbarkeit von Vier-Kammer-Stimulierung und die Verfügbarkeit von Techniken zur Abtastung bzw. Erfassung von natürlichen Herzsignalen und mechanischen Ereignissen vorausgesetzt, bleibt dennoch ein Bedarf zur Entwicklung eines Systems, welches an die Herzverfassung bzw. -kondition eines Patienten mit CHF angepasst ist, um Stimulierungssequenzen bereitzustellen, die zur Verbesserung der Herzleistung und insbesondere zur Verbesserung der linken Herzfunktion abgestimmt sind. Es ist eine Prämisse dieser Erfindung, dass ein solches System auf akkuraten Messungen von mechanischen Ereignissen und Verwenden des Timings von solchen mechanischen Ereignissen, um Stimulierungssequenzen zu steuern und zu programmieren, begründet wird.
  • [0010]
    Gemäß der Erfindung wird ein Vier-Kammer-Schrittmachersystem zur Verfügung gestellt, das Elektroden aufweist, die in jeder der vier Herzkammern eines Patienten positioniert sind, weiter umfassend:
    Impedanzmittel zum Erhalten von Impedanzmessungen zwischen einem ausgewählten Paar der vier Herzkammern;
    Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten der Impedanzmessungen und Bestimmen von Änderungen in den Messungen über einen Zeitraum; und
    Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob eine Änderung auftritt, welche eine physisch abnormale Herzverfassung indiziert.
  • [0011]
    Die Impedanz- oder mechanischen Abtastbestimmungen sind bevorzugter Weise mittels Multiplexing durch schnell schaltende Netzwerke ausgebildet, um die gewünschten Impedanzmessungen in verschiedenen Herzkammern zu erhalten.
  • [0012]
    In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Steuern der Vier-Kammer-Stimulierung, und insbesondere der linken Herzstimulierung, primär auf die Anfangsdetektion eines spontanen Signals in dem rechten Atrium und auf das Abtasten von mechanischer Kontraktion des rechten und linken Ventrikels basieren. In einem Herzen mit normaler rechter Herzfunktion wird die mechanische rechte AV Verzögerung überwacht, um das Timing bzw. die Zeitsteuerung zwischen der Anfangsabtastung der rechten atrialen Aktivierung (P-Welle) und der mechanischen rechten Ventrikelkontraktion bereitzustellen. Das linke Herz wird gesteuert, um Stimulierung bereitzustellen, die in der mechanischen linken Ventrikelkontraktion in einer gewünschten Zeitrelation zur mechanischen rechten Kontraktion resultiert; z. B. entweder simultan oder der mechanischen rechten Kontraktion unmittelbar vorausgehend; Herzleistung wird durch Impedanzmessungen überwacht, und linke ventrikuläre Stimulierung wird zeitlich bestimmt, um die Herzleistung zu maximieren. In Patienten mit intra-atrialem Block wird das linke Atrium vor spontaner Depolarisation stimuliert, und die linke AV Verzögerung wird so eingestellt, dass die mechanischen Kontraktionen des linken Ventrikels für optimierte Herzleistung von dem linken Ventrikel zeitlich bestimmt werden.
  • [0013]
    Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • [0014]
    1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems gemäß dieser Erfindung, wobei vier bipolare Leitungen vorgesehen sind, wobei die Leitungen bipolare Elektroden tragend dargestellt sind, die in jeder der entsprechenden Herzkammern positioniert sind.
  • [0015]
    2A zeigt ein Blockdiagramm eines Vier-Kanal-Schrittmachersystems gemäß dieser Erfindung zur Stimulierung und Abtastung in jedem Ventrikel und zum Erhalten eines Impedanzsignals von dem linken Herzen und dem rechten Herzen; 2B zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß dieser Erfindung zur Detektion der linken ventrikulären Impedanz zur Bestimmung der Herzleistung.
  • [0016]
    3 zeigt ein Blockdiagramm eines Vier-Kammer-Herzschrittmachers mit der Fähigkeit Multiplex-Impedanzmessungen gemäß dieser Erfindung zeitlich zu bestimmen.
  • [0017]
    4 zeigt ein Blockdiagramm einer Systemimplementierung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zum Steuern der linken ventrikulären Stimulierung in einem Patienten mit LBBB.
  • [0018]
    5 zeigt ein Flussdiagramm für eine Systemimplementierung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zum Steuern der linken atrialen und ventrikulären Stimulierung in einem Patienten mit IAB.
  • [0019]
    6 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine gemäß dieser Erfindung zur Optimierung von bi-ventrikulärer Stimulierung, um maximale Herzleistung zur Verfügung zu stellen.
  • [0020]
    7 zeigt eine schematische Abbildung von einem Schrittmacher gemäß dieser Erfindung zum Bereitstellen einer wählbaren Vier-Kammer-Stimulierung und einer Herzsignalabtastung, sowie Impedanzabtastung zwischen ausgewählten Kombinationen der vier Herzkammern.
  • [0021]
    8A zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das inter-atriale oder inter-ventrikuläre Impedanzmessungen zur Bestimmung der Existenz von Arrhythmien verwendet; 8B zeigt ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Erhalten atrio-ventrikulärer Kreuz-Impedanzmessungen zum Erhalten von Indikationen von Herzfehlern illustriert.
  • [0022]
    In der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungen werden folgende Bezeichnungen verwendet:
  • [0023]
    Nun Bezug nehmend auf 1, es wird eine schematische Darstellung eines Vier-Kammer-Schrittmachersystems dargestellt, das vier Stimulierungsleitungen illustriert, die bipolare Elektroden bereitstellen, die zur Stimulierung und Abtastung jeder der jeweiligen Herzkammern und auch für Impedanzmessungen positioniert sind.
  • [0024]
    Eine Stimulierungsleitung 38 ist gewöhnlich derart positioniert, dass ihr distales Ende sich in der rechten ventrikulären Apexposition befindet. Sie führt bipolare Elektroden 38a und 38b, die zur Stimulierung und Abtastung ausgelegt sind; zusätzlich können diese Elektroden auch zur Impedanzabtastung, wie weiter unten diskutiert, verwendet werden. Ebenfalls wird eine atriale Leitung 36 derart positioniert, dass ihr distales Ende mit den bipolaren Elektroden 36a, 36b innerhalb des rechten Atriums positioniert wird. Eine Leitung 34 wird durch das rechte Atrium geführt, so dass ihr distales Ende in dem Koronarsinus zur Stimulierung, Abtastung und Impedanzdetektion durch Elektroden 34a, b, wie dargestellt, positioniert wird. Ebenfalls wird eine Leitung 32 über den Koronarsinus, eine Herzvene, z. B. die mittlere oder große Herzvene, positioniert, so dass distale Elektroden 32a und 32b ungefähr, wie zur Stimulierung, Abtastung und Impedanzdetektion mit Bezug auf den linken Ventrikel dargestellt, positioniert werden. Die Stimulierungsleitungen werden mit einem Schrittmacher 30 auf eine gewöhnliche Art und Weise verbunden. Es versteht sich, dass jede der vier Leitungen eine oder mehrere zusätzliche Elektroden aufweisen kann; jedoch kann durch Verwenden von Zeitmultiplexing-Techniken, wie unten und in der U.S. Patent Nr. 5,501,702 diskutiert, Stimulierung, Abtastung und Impedanzdetektion mit nur zwei Elektroden pro Leitung durchgeführt werden. Nun Bezug nehmend auf die 2A und 2B, es ist ein vereinfachtes Blockdiagramm von einem Vier-Kanal-Schrittmacher gemäß dieser Erfindung dargestellt, der die zusätzliche Fähigkeit von Impedanzabtastung aufweist, um Klappenbewegung des linken und rechten Ventrikels abzutasten. Obwohl die Diskussion von 2A mit Bezug auf die Klappenbewegung besteht, versteht es sich, dass das Impedanzabtastungsschema verändert werden kann, um andere mechanische Ereignisse auf eine bekannte Art und Weise abzutasten, wie ventrikuläre Wandkontraktion.
  • [0025]
    Das System von 2A enthält in dem Herzschrittmacher einen zentralen Verarbeitungsblock 40, gezeigt einschließlich einer Zeitschaltung und eines Mikroprozessors zum Ausführen von logischen Schritten in der Analyse von empfangenen Signalen, zum Bestimmen, wenn Stimulierungspulse initiiert werden solltenetc., in bekannter Weise angezeigt wird. Bezug nehmend auf die obere linke Ecke des Blockdiagramms, es wird eine Signalverstärkerschaltung 41 zum Empfangen eines Signals von dem rechten Atrium dargestellt. Die Elektrode 36a wird zum Bereitstellen eines Eingangs illustriert, so versteht es sich, dass der zweite Eingang entweder von der bipolaren Elektrode 36b oder über eine indifferente Elektrode (dem Herzschrittmacherbehälter) bei unipolarer Abtastung empfangen wird. Ebenso generiert ein Impulsgenerator 42, der gemäß der Steuerung von Block 40 funktioniert, rechte atriale Stimulierungsimpulse zum Abgeben an die Elektrode 36a und entweder an die Elektrode 36b oder an die Systemerde. Auf die gleiche Weise werden rechte ventrikuläre Stimulierungsimpulse (RVP) bei einer Ausgangs- bzw. Endstufe 43 generiert und mit der Elektrode 38a verbunden, und die abgetasteten rechten ventrikulären Signale werden an eine Abtastschaltung 44 einge geben, deren Ausgang an den Steuerblock 40 abgegeben wird. Ein Impedanzdetektor 45 wird auch illustriert, der Eingänge von den Elektroden 36a, 38a zum Abgeben der Information entsprechend des rechten Herzklappenverschlusses empfängt, dessen Information des Timings in den Steuerblock 40 eingegeben wird. Daher ermöglicht das System die Stimulierung und Abtastung in jeder Herzkammer, sowie Impedanzdetektion zum Bereitstellen einer Indikation des Timings des rechten Herzklappenverschlusses, der die Zeit der mechanischen Kontraktion der rechten Klappe darstellt.
  • [0026]
    Weiter Bezug nehmend auf 2A, es werden komplementäre Schaltungskomponenten für das linke Atrium und den linken Ventrikel dargestellt. Eine Generatorausgangsstufe 47, gesteuert von Block 40, gibt linke atriale Stimulierungsimpulse (LAP) ab, um das linke Atrium durch die Elektrode 34a und entweder durch die Elektrode 34b oder durch die Systemerde anzuregen bzw. zu stimulieren. Eingänge von der linken atrialen Leitung werden durch eine Eingangsschaltung 46 verbunden, deren Ausgang an den Steuerblock 40 durchgeleitet wird. Auf eine ähnliche Art und Weise stellt eine Ausgangsstufe 48, gesteuert von Block 40, linke ventrikuläre Stimulus- bzw. Reizstimulierungsimpulse (LVP) zur Verfügung, die über die Elektrode 32a und entweder über die Elektrode 32b oder über die Systemerde abgegeben werden; und linke ventrikuläre Signale werden von der Leitung 32 erfasst und in eine Eingangsschaltung 49 eingegeben, die einen Ausgang zum Block 40 bereitstellt, der indikativ für linke ventrikuläre Signale ist. Auch werden duale Eingänge von der linken atrialen Elektrode 34a und der linken ventrikulären Elektrode 32a in einen linken Herzimpedanzdetektor 50 eingegeben, der Timingimpulse zum Block 40 bereitstellt, die indikativ für das Timing des (Mitral)Klappenverschlusses des linken Herzens sind. Mit dieser Anordnung weist der Schrittmacher eine Grundzeiteinstellung bzw. timing und Herzsignalinformation auf, die erforderlich ist, um die Abgabe von Stimulierungsimpulsen zu den jeweiligen Herzkammern gemäß dieser Erfindung zu programmieren. Der Block 40 enthält Stromgeneratoren zum Verwenden in der Impedanzdetektion; einen Mikroprozessor oder andere logische Schaltungen und Zeitschaltungen; und entsprechende Speicher zum Speichern von Daten und Steuerroutinen.
  • [0027]
    Bezug nehmend auf 2B, es wird eine schematische Skizze einer Anordnung zur Detektion von linker ventrikulärer Impedanzänderung dargestellt, die in Block 40 verarbeitet wird, um eine Indikation der Herzleistung zu erhalten. Wie dargestellt, stellt eine Stromquelle 52 in dem rechten Atrium eine Konstantstromquelle über eine Elektrode 53 zur Verfügung, die geeigneterweise die Elektrode 36a sein kann; und über eine rechte ventrikuläre Elektrode 54, die geeigneterweise die Elektrode 38a sein kann. Die Stromquelle kann gepulst werden oder kann, wie unten diskutiert, auf eine Art und Weise gebündelt bzw. gemultiplext werden. Impedanzsensoren 57 und 58 stellen Signale, die repräsentativ für Impedanzänderungen dazwischen sind, zur Verfügung, wobei die Impedanz eine Funktion des Blutvolumens und des Klappenverschlusses, wie oben diskutiert, ist. Die Ausgänge der Elektroden 57, 58 werden über einen Impdanzdetektor 56 verbunden, der den Mikroprozessor und/oder eine andere Verarbeitungsschaltung in Block 40 zur Analyse der Impedanzänderungen und zum Durchführen einer Bestimmung der Herzleistung repräsentiert. Bekanntermaßen kann eine Messung der Herzleistung durch Extraktion der ersten Zeitableitung der zyklischen Impedanzänderungen, dz/dt, erzielt werden; eine lineare Beziehung existiert zwischen dem Peak dz/dt und der Peakejektionsrate.
  • [0028]
    Nun Bezug nehmend auf 3, es wird ein Blockdiagamm eines Schrittmachers 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung zum Multiplexen von Verbindungen an Elektroden dargestellt, um die Stimulierung und Erfassung in irgendeiner der vier Herzkammern sowie die Impedanzbestimmungen zwischen entsprechend verschiedenen Leitungselektroden bereitzustellen. Es wird Bezug genommen auf das U.S. Patent Nr. 5,501,702 für eine vollständige Diskussion dieser Schaltung und insbesondere der Multiplexing-Anordnung, die durch Schaltermatrizen 68, 70 ausgeführt werden. Der Schrittmacher 30 funktioniert gemäß einer Steuerschaltung 62, die einen Mikroprozessor oder eine kundenspezifische integrierte Schaltung sowie einen zugeordneten bzw. verbundenen Speicher umfassen kann, in einer Art und Weise, die in der Schrittmachertechnik bekannt ist. Die Schaltung 62 stellt zur Verarbeitung von Daten und zum Generieren von Timing Signale, wie benötigt, bereit. Die Steuerschaltung 62 ist mit einer Stimulierungs-/Erfassungsschaltung 64 zur Verarbeitung von Signalen gekoppelt, die die Detektion von elektrischen Herzereignissen anzeigen, z. B. P-Wellen, R-Wellen, etc., die von Leitern erfasst werden, die mit den Elektroden 32a38b, wie dargestellt, elektrisch verbunden sind. Die zuvor erwähnten Leitungen werden auch mit einer ersten Schaltermatrix 68 und einer zweiten Schaltermatrix 70 gekoppelt. Die Matrix 68 bildet eine auswählbare Kopplung bzw. Schaltverbindung zwischen spezifischen der Leitungselektroden 32, 34, 36 und 38 und der Stromquelle 72, die durch die Schaltung 62 gesteuert wird. Auf eine gleiche Weise bildet die Schaltermatrix 70 eine auswählbare Schaltverbindung zwischen Drahtleitungen entsprechend der ausgewählten Elektroden und einer Impedanzdetektionsschaltung 74 zum Zweck der Auswahl der Impedanzmessungen.
  • [0029]
    Weiter Bezug nehmend auf 3, die Stromquelle 72 empfängt Steuersignale auf der Leitung 73 von der Schaltung 62 und wird dazu zum Abgeben von konstanten Strom-Rheogaphie-Impulsen an die Drahtleitungen reagieren, die durch die Schaltermatrix ausgewählt werden, die wiederum durch Signale an einen Bus 83 geschaltet wird. Die Impedanzdetektionsschaltung 74 wird zum Überwachen der Spannung zwischen einem ausgewählten Paar von Elektroden angepasst, wobei das Paar durch Betätigung der Schaltermatrix 70, die wiederum durch Signale an einen Bus 80 geschaltet wird, wählbar gekoppelt wird. Auf diese Art und Weise bestimmt die Schaltung 74 die Spannung, und demzufolge die Impedanz, die zwischen zwei ausgewählten Elektroden vorhanden ist. Der Ausgang der Schaltung 74 wird durch einen A/D-Wandler 76 mit der Steuerschaltung 62 zum Verarbeiten der Impedanzsignale und zum Bestimmen des Auftretens von mechanischen Ereignissen, wie linker oder rechter Herzklappenverschluss, verbunden. Die Steuerung der Schaltermatrix 68 durch Signale an einen Bus 78 und die Steuerung der Schaltermatrix 70 durch Signale an den Bus 80 stellt das Multiplexen von verschiedenen Impedanzsignalen bereit.
  • [0030]
    Es versteht sich, dass in der Systemanordnung von 3 die Stimulierungs/Erfassungsschaltung 64 separate Reizstimulierungsimpulsendstufen bzw. -ausgangsstufen für jeden Kanal umfassen kann, d. h. jede der Vier-Herzkammern, jede der Endstufen wird speziell zum Generieren von Signalen der programmierten Signalstärke angepasst. Ebenfalls kann die Erfassungsschaltung von Block 64 einen separaten Erfassungsverstärker bzw. Leseverstärker und eine Prozessorschaltungsanordnung für erfasste Signale von jeder Kammer enthalten, so dass das Erfassen von zugehörigen Wellenabschnitten, wie die P-Welle, R-Welle, T-Welle, etc, von dem RH und dem LH optimiert werden kann. Die Impulsgeneratorschaltungen und Erfassungsschaltungen, die hier verwendet werden, sind in der Schrittmachertechnik bekannt. Zusätzlich können andere Funktionen durch die Steuerschaltung, die Standardschrittmacherfunktionen wie das Kompilieren von Diagnosedaten, Moduswechsel, etc. umfassen, durchgeführt werden.
  • [0031]
    Nun Bezug nehmend auf 4, es wird ein Logiksteuerflussdiagramm zum Steuern des Systems dieser Erfindung dargestellt, um einen Patienten mit LBBB zu stimulieren. Die Vor aussetzung ist, dass das RH normal ist, und dass die Sinussignale von dem SA Knoten zum LA normal geleitet werden; aber, dass der LBBB durch langsame Leitung zum LV derart manifestiert wird, dass der LV sich nicht zusammenzieht, wenn er sollte. Als Folge gibt es Mitralinsuffizienz oder einen Blutrückstrom durch die Klappe, da der LV sich nicht zusammenzieht, wenn er von dem LA gefüllt wird; und die Kontraktion des LV, wenn sie auftritt, später als die des RV ist, der weiter zur Abnahme der LH-Leistung beiträgt.
  • [0032]
    Wie bei 101 zu sehen, überwacht der Schrittmacher das RH und bekommt eine Messung vom RMAV. Dies wird durch das Abtasten des rechten Klappenverschlusses durch RH Impedanzmessung und das Timing der Verzögerung von der atrialen Depolarisation (RAS) zum Klappenverschluss durchgeführt. Dann, bei 102, wird der Schrittmacher kontrolliert, um den LV mit einem LAVD derart zu stimulieren, dass das LMAVD ungefähr dem RMAVD entspricht. Während diesem Schritt werden Impedanzmessungen in dem LV durchgeführt, und eine Messung des LMAVD wird erhalten. Auf dieser Bestimmung basierend, wird der Wert des LAVD eingestellt, um im Wesentlichen das LMAVD mit dem RMAVD abzugleichen. Beachte, dass die normale Leitung durch den LV die Größenordnung von 50 – 60 ms annimmt, so dass erwartet wird, dass der LV vor dem Auftreten des RV Klappenverschlusses stimuliert werden sollte, so dass der LV Klappenverschluss ungefähr zur gleichen Zeit wie oder sogar ein bisschen vor dem RV Klappenverschluss auftritt. Veranlassen, dass sich der LV kurz vor dem RV kontrahiert, kann eine Vergößerung der LH Leistung bereitstellen, der die kleine resultierende RV Dysfunktion auf Grund des Septums, das in Richtung des ersten LV gezogen wird, ausgleicht. Deshalb wird das Timing der Abgabe von jedem LVP eingestellt, um das LMAVD ungefähr gleich mit dem RMAVD zu stellen. Dann wird bei 104 der Wert des LAVD weiter eingestellt, während R- und L-Klappenverschluss überwacht wird, und das LMAVD relativ zum RMAVD eingestellt wird. Diese Einstellung oder Änderung des LMAVD kann durch das inkrementelle Ändern des LAVD bei jedem Zyklus oder jedem n Zyklus durchgeführt werden, um bezüglich des Werts des RMAVD zu scannen. Die Herzleistung wird durch eine linke Herzimpedanzmessung und eine geeignete Signalverarbeitung für jede Einstellung des Unterschieds zwischen den rechten und linken Klappenverschlüssen erhalten, und die jeweiligen Werte der CO und des LMAVD werden bei 105 gespeichert. Der höchste oder Maximalwert der Herzleistung wird bestimmt, und das LAVD wird so eingestellt, dass das resultierende MLAVD bei dem Unterschied bezüglich des RMAVD ist, um die höchste Herzleistung zu ergeben bzw. liefern. Auf diese Art und Weise wird das Timing des linken ventrikulären Stimulierungsimpulses eingestellt, um im Wesentlichen eine mechanische bi-ventrikuläre Synchronisation für die größte Herzleistung zu erzielen bzw. zu erzeugen. Der bestimmte Wert des LAVD und die entsprechende LV-RV-Differenz werden gespeichert.
  • [0033]
    Weiter Bezug nehmend auf 4, bei 106 fährt der Herzschrittmacher fort, den LV mit diesem ermittelten Wert des LAVD, zu stimulieren mechanische Synchronisation bereitstellend. Selbstverständlich, wenn die natürliche Sinusrate variiert, möchte der Schrittmacher folgen; wenn das spontane RAVD variiert, aber das LAVD der Änderung nicht folgt, wird die mechanische Synchronisation verloren gehen. Danach, bei 107, überwacht der Schrittmacher die natürliche Sinusrate oder atriale Stimulierungsrate, und bestimmt, ob es eine signifikante Änderung in der atrialen Rate gegeben hat. Wenn ja, dann stellt der Schrittmacher bei 109 das LAVD entsprechend ein, um mechanische Synchronisierung für optimale Leistung aufrechtzuerhalten. Obwohl nicht dargestellt, kann der Schrittmacher periodisch zum Block 101 zurückgehen, um den gewünschten Wert des LAVD neu zu bestimmen.
  • [0034]
    Nun Bezug nehmend auf 5, es ist ein Flussdiagramm zum Stimulieren eines Patienten mit IAB dargestellt; solche Patienten können auch LBBB aufweisen. Hier ist es notwendig, die Steuerung des LA durch Stimulierung zu übernehmen, bevor atriale Depolarisation zum LA (spät) geleitet wird. Bei 110 überwacht der Herzschrittmacher das Muster der LA Depolarisation relativ zur RA Depolarisation, d. h. er bestimmt die inter-atriale Verzögerung. Bei 111 wird bestimmt, ob der LA stimuliert werden sollte, basierend auf dem atrialen Depolarisationsmuster. Falls ja, stellt der Herzschrittmacher eine RA-LA Verzögerung bei 112 ein, die einem gesunden Herzen entspricht, und das Erfassen bzw. Einfangen des LA ermöglicht. Bei 114 wird der Wert des RMAVD erzielt, wie im Zusammenhang mit 4 beschrieben wurde. Dann wird bei 116 das LAVD für eine erste Einstellung der mechanischen Synchronisierung bestimmt; dies kann durch Einstellung des LAVD ausgeführt werden, um eine LV Kontraktion bei der gleichen Zeit wie eine RV Kontraktion (Klappenverschluss) oder früher durch eine geringe Zeiterhöhung zu erzeugen. Dann wird, wie bei 117 dargestellt, das LAVD verändert, und das LMAVD und die CO werden entsprechend jedem Wert des LAVD bestimmt. Der Wert des LAVD wird auf den Wert eingestellt, der der maximalen Herzleistung entspricht, und dieser Wert und die mechanische LV-RV-Relation oder der mechanische Synchronisations-Wert wird für das gewählte LAVD gespeichert. Bei 118 stimuliert der Herz schrittmacher das LA und den LV in Übereinstimmung mit den Werten, die bestimmt worden sind. In dem Ereignis von signifikanter Änderung in der atrialen Rate, wird das LAVD eingestellt, um die Ratenänderung auszugleichen, und um die mechanische LV-RV Beziehung im Wesentlichen aufrechtzuerhalten, die vorher gefunden wurde, als der maximalen Herzleistung entsprechend, wie bei 120, 121 dargestellt. Obwohl nicht dargestellt, kann bei Auftreten von großen Änderungen in der Sinusrate, oder dem Ablaufen einer vorher festgelegten Zeitdauer, die Bestimmung von inter-atrialer Verzögerung und das LAVD automatisch wiederholt werden.
  • [0035]
    Nun Bezug nehmend auf 6, es ist ein vereinfachtes Flussdiagramm für eine Prozedur gemäß dieser Erfindung zum Durchführen von bi-ventrikulärer Stimulierung dargestellt, um die Herzleistung (CO) zu maximieren. Diese Routine wird für Patienten angepasst, die rechte ventrikuläre Stimulierung benötigen, und die auch von linker synchroner ventrikulärer Stimulierung profitieren können. In diesem Beispiel wird vorausgesetzt, dass atriale Stimulierung nicht erforderlich ist, aber wenn der Patient atriale Stimulierung benötigt, kann die Routine in dementsprechend angepasst werden.
  • [0036]
    Bei Block 130 wird zuerst ein gewöhnlicher Wert von AV Verzögerung (AVD) eingestellt. Bei Block 132 werden sowohl der linke Ventrikel als auch der rechte Ventrikel anfangs mit dem vorher eingestellten Wert der AVD, dann aber mit einer variierenden AVD stimuliert. Während die AVD variiert oder relativ zur anfänglichen Einstellung gescannt wird, führt der Herzschrittmacher in der oben diskutierten Art und Weise Bestimmungen der Herzleistung durch Verarbeitung von Impedanzsignalen von dem linken Herzen oder dem linken Ventrikel durch. Die Werte der CO werden zusammen mit den Differenzwerten der AVD gespeichert, und der optimale Wert einer gewöhnlichen AVD wird entsprechend der maximalen CO bestimmt. Dann wird bei Block 134 der Wert des LAVD relativ zum RAVD derart variiert, dass der linke Stimulierungsimpuls bei unterschiedlichen Zeiten von dem rechten Stimulierungsimpuls abgegeben bzw. geliefert wird. Es ist, wie oben diskutiert, daran zu denken, dass für die maximale Herzleistung es wünschenswert sein kann, den linken Ventrikel kurz vor dem rechten Ventrikel zu stimulieren, und dieser Schritt ist ein Suchschritt, um die Zeitbeziehung zwischen den zwei ventrikulären Stimulierungsimpulsen, die die beste Herzleistung ergeben, zu bestimmen. Die CO wird bestimmt, während die synchronisierte ventrikuläre Beziehung variiert wird, und das entsprechende optimale LAVD bestimmt wird. Wenn dies erreicht wor den ist, geht die Routine zu Block 136 und stimuliert den Patienten bei den bestimmten Werten des LAVD und des RAVD. Periodisch kann, wie bei 138 angezeigt, der Herzschrittmacher bestimmen, ob ein Test erwünscht wird. Falls ja, springt die Routine zurück zu 130, um den Test durchzulaufen und die optimalen Werte des LAVD und des RAVD neu zu bestimmen. Es ist anzumerken, dass die Schritte der Blöcke 132 und 134 in einer umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden können, d. h. zuerst der Schritt 134 und dann der Schritt 132.
  • [0037]
    Nun Bezug nehmend auf 7, es ist ein alternatives Blockdiagramm von Komponententeilen eines Herzschrittmachers gemäß dieser Erfindung zum Bereitstellen von maximaler Flexibilität in Bezug auf die Stimulierung, die Herzsignalabtastung und die Impedanzabtastung dargestellt. Zumindest zwei Elektroden werden in oder unmittelbar an jeder Herzkammer in der oben im Zusammenhang mit 1 diskutierten Art und Weise positioniert, und wiederum mit einem Block 150 verbunden. Wie in 7 abgebildet, ist der Block 150 eine Ausgangs/Eingangs-Schaltungsmatrix und verbindet sich mit einem Block 152 in der in 3 beschriebenen Art und Weise. Folglich stellt der Block 152 Stimulierungsimpulse bereit, die durch die Matrix 150 mit jeder der vier Herzkammern verbunden werden können, und weist eine Leseverstärkerschaltung zum Abtasten von Signalen von jeder der vier Herzkammern auf. Der Block 150 stellt ferner eine Multiplexschalteranordnung zum Schalten einer Stromquelle über ausgewählte Paare der acht Elektroden zu Zwecken der Impedanzmessung bereit, wiederum gemäß der Diskussion von 3. Die abgetasteten Impedanzsignale werden von der Anordnung 150 zu einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung 161, die Teil des Blocks 152 ist, entsprechend übertragen. Der Block 152 steht in einer Zweiwege-Verbindung mit den Timingmodulen, die in einem Block 154 zur Timinggenerierung von Stimulierungsimpulsen, Stromquellenimpulsen und der Generierung von Abtastfenstern dargestellt sind. Die Blöcke 150, 152 und 154 werden ferner durch einen Steuerbus 163 miteinander verbunden. Die Daten werden zwischen einem Signalverarbeitungsblock 170 und dem Block 154 über einen Datenbus 157 übertragen. Der Block 154 wird dann mit einem Mikroprozessor 156 durch einen Haushaltsbus 151, einen Datenbus 153 und einen Steuerbus 154 zusammengeschaltet. Durch diese Anordnung kann die Impedanzabtastung über eine beliebige Kombination von den Vier-Herzkammern durchgeführt werden, z. B. rechtes Atrium versus zum rechten Ventrikel, rechter Ventrikel versus linker Ventrikel; rechtes Atrim versus linker Ventrikel; und linkes Atrium versus rechter Ventrikel. Die Impedanzmessungen zwischen diesen Kombinationen von Herzkammern können gemäß dieser Erfindung zum Zweck der Analyse und der Bestätigung von Arrhythmien, die Fibrillieren umfassen, durchgeführt werden. Ferner können Änderungen in den Leitermustern, wie in der Morphologie von solchen Impedanzmessungen gesehen, zum Ausführen von Bestimmungen der Entwicklung von Herzinsuffizienz überwacht und verarbeitet werden. Daher können Kreuz- bzw. Quermessungen von RA-LV und LA-RV zum Erhalten von Darstellungen bzw. Kasuistik verwendet werden, um Änderungen zu bestimmen, die die Entwicklung der Herzinsuffizienz anzeigt.
  • [0038]
    Nun Bezug nehmend auf 8A, erhält der Herzschrittmacher bei Block 160 zuerst Impedanzmessungen entweder zwischen dem LA und dem RA oder zwischen dem LV und dem RV. Diese Impedanzwerte werden bei 162 verarbeitet, und bei 164 wird eine Bestimmung getroffen, als wenn die atrialen oder ventrikulären Rhythmen normal bzw. regulär oder nicht normal verlaufen. Diese Bestimmung kann zum Beispiel einfach durch Abtastung von Unterschieden im Zeitverlauf und Vergleichen solcher Unterschiede mit vorher bestimmten Kriterien getroffen werden. Wenn ein Rhythmus, der nicht normal ist, bestimmt wird, dann wird eine Bestimmung von Arrhythmie bei 166 getroffen. Eine entsprechende Antwort wird bei 168 gegeben. Bezug nehmend auf 8B, bei Block 170 erhält der Herzschrittmacher Kreuzmessungen von Impedanzen, z. B. zwischen dem RA und dem LV oder zwischen dem LA und dem RV. Diese Messungen werden bei 172, wie angezeigt, gespeichert und verarbeitet, und bei 174 ausgewertet, um zu bestimmen, ob sie HF oder eine Entwicklung in Richtung HF anzeigen. Falls ja, kann eine geeignete Antwort gegeben werden, die bei 176 illustriert ist, z. B. Bereitstellen einer Warnung, die durch einen externen Programmierer abgerufen bzw. wiedergefunden werden kann.
  • [0039]
    Der Umfang der Erfindung erstreckt sich auf andere Verfassungen von CHF, zusätzlich zu den hier illustrierten. In jedem Fall muss auf die Verfassung des Patienten auf einer individuellen Basis reagiert werden. Jedoch umfasst die Systemantwort gemäß dieser Erfindung eine Bestimmung von mechanischen Ereignissen, z. B. Klappenverschluss, vorzugsweise in jeder Seite des Herzens, und Programmierung von Stimulierungs-Escape-Intervallen, die auf der Beachtung von mechanischen Ereignissen und einer Bestimmung von Veränderungen der Herzleistung mit Veränderungen des LAVD und/oder der mechanischen ventrikulären Synchronisation basieren. Das System dieser Erfindung kann in einem implantierten Schrittmachersystem verwendet werden; oder die Systemverfahren bzw. -prozeduren können mit einem externen System zur Bestimmung der optimalen Programmierung eines Herzschrittmachers, der implantiert oder neu progammiert werden soll, ausgeführt werden.

Claims (4)

  1. Vier-Kammer-Schrittmachersystem mit Elektroden positioniert in jeder der vier Herzkammern eines Patienten, zudem umfassend: – Impedanzmittel (45, 50) zum Erhalten von Impedanzmessungen zwischen einem ausgewählten Paar der vier Herzkammern; – Verarbeitungsmittel (40) zum Verarbeiten der Impedanzmessungen und Bestimmen von Änderungen in den Messungen über einen Zeitraum; und – Bestimmungsmittel zum Bestimmen ob eine Änderung auftritt, welche eine physisch abnormale Herzverfassung indiziert.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungsmittel bestimmen, ob eine solche Änderung auftritt, welche Indikativ für eine Arrhythmie ist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bestimmungsmittel Mittel zum Bestimmen, ob die eine solche Änderung auftritt, welche eine Herzfehler-Verfassung indiziert, umfassen.
  4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, umfassend programmierbare Auswahlmittel zum Auswählen von Impedanzmessungen zwischen jedweden zwei der vier Herzkammern.
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