DE69919396T2

DE69919396T2 - Regulierung der ventrikulären herzrate während atrialer tachyarrhythmie

Info

Publication number: DE69919396T2
Application number: DE69919396T
Authority: DE
Inventors: A. David IGEL; Toby H. Markowitz; A. Robert BETZOLD; J. Karen KLECKNER; A. Jeramy SCHROETTER
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: DE69919396D1; EP1140287B1; EP1140287A1

Description

Diese Patentanmeldung nimmt den Vorteil bzw. der Zeitrang der am 28. Dezember 1998 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung 60/113 988 in Anspruch.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft das Gebiet externer und implantierbarer Herzstimulationssysteme, die in Herzschrittmacher oder implantierbare Kardioverter/Defibrillatoren (ICDs) aufgenommen sind, insbesondere atriale und ventrikuläre synchrone Stimulationssysteme, wobei die ventrikuläre Herzfrequenz während atrialer Tachyarrhythmien, insbesondere einer atrialen Fibrillation, stabilisiert oder reguliert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Episoden atrialer Tachyarrhythmien, einschließlich einer atrialen Fibrillation (AF), werden von manchen Herzpatienten erfahren. Wenngleich AF-Episoden möglicherweise nicht unmittelbar lebensbedrohlich sind, können sie mit extremen Symptomen, einer verringerten Lebensqualität und einer verringerten Herzleistung einhergehen. Während AF-Episoden können sich die ventrikulären Intervalle von einem ventrikulären Zyklus zum nächsten erheblich ändern, falls diese Patienten eine intakte AV-Leitung aufweisen. Es sei auf R.J. Cohen u.a. "Quantitative Model For Ventricular Response During Atrial Fibrillation", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Band 30, S. 769 – 782 (1983) verwiesen. Eine ventrikuläre Frequenzunregelmäßigkeit ist nicht erwünscht, weil sie für den Patienten unangenehm ist, die Empfindlichkeit für ventrikuläre Tachyarrhythmien erhöhen kann und die Herzleistung verringern kann.
Viele Patienten sind während einer AF nicht symptomatisch. Symptomatische AF-Patienten werden jedoch typischerweise mit Arzneimitteln, wie Amiodaron, behandelt, um die AF zu unterdrücken und den Sinusrhythmus beizubehalten. Diese "Rhythmussteuerungs"-Arzneimitteltherapien sind häufig unwirksam und/oder haben unerwünschte Nebenwirkungen. Alternativ verschreiben Ärzte Arzneimittel zum Verringern der ventrikulären Herzfrequenz ("Frequenzsteuerung"). Es ist bei manchen Patienten infolge unwirksamer Arzneimittel, Nebenwirkungen, Kontraindikationen oder einer mangelnden Therapiebefolgung durch den Patienten nicht möglich, eine Frequenzsteuerung zu erreichen. Ärzte behandeln Patienten, bei denen Rhythmussteuerungs- oder Frequenzsteuerungs-Arzneimitteltherapien nicht gelingen, mit einer AV-Knotenablation und einer Schrittmacherimplantation. Die AV-Knotenablation ist nicht wünschenswert, weil sie eine irreversible Zerstörung des AV-Knotens bewirkt, dazu führt, daß der Patient vom Schrittmacher abhängig wird, und mit einem erhöhten Risiko eines plötzlichen Herztods verbunden ist.
Es wurden viele Doppelkammer-Stimulationssysteme vorgeschlagen oder klinisch verwendet, um eine Bradykardiestimulation bereitzustellen und in einer Vielzahl von Arten auf eine AF zu reagieren, um die Symptome des Patienten zu reduzieren. Beispielsweise wurde eine Vielzahl von Modusumschaltmerkmalen offenbart, welche auf einen übermäßig schnellen atrialen Rhythmus reagieren, indem sie das Stimulationssystem veranlassen, von einem atrialen, synchronisierten Stimulationsmodus, wie DDD/DDDR, zu einem nicht synchronisierten Modus, wie VVI/VVIR oder DDI/DDIR, umzuschalten. Solche Modusumschaltmerkmale sind in US-A-5 144 949 von Olson, in US-A-5 318 594 von Limousin u.a., in US-A-4 944 298 von Sholder, in US-A-5 292 340 von Crosby u.a. und in US-A-4 932 406 von Berkovits offenbart. Bei diesen Stimulationssystemen besteht ein Hauptzweck des Modusumschaltens darin, zu verhindern, daß das Stimulationssystem eine nicht physiologische atriale Frequenz verfolgt. Leider adressieren diese Modusumschaltmechanismen nicht das Problem unangemessen hoher, unregelmäßiger ventrikulärer Rhythmen, die häufig während einer AF auftreten. Die ventrikuläre Stimulation wird üblicherweise unterbunden, weil die natürliche ventrikuläre Frequenz des AF-Patienten gewöhnlich höher ist als die Frequenz des Schrittmachers.
Verschiedene ventrikuläre Stimulationsbehandlungen wurden vorgeschlagen, um zu versuchen, die ventrikuläre Herzfrequenz zu stabilisieren oder zu regulieren und eine AV-Knotenablation zu verhindern. Wittkampf u.a. ("Rate Stabilization by Right Ventricular Pacing in Patients With Atrial Fibrillation", PAGE, Band 9, November – Dezember 1986, Teil II, S. 1147 – 1153 und "Effect of Right Ventricular Pacing On Ventricular Rhythm During Atrial Fibrillation", JACC 11:539-545, 1988) haben eine WI-Stimulation bei einer Frequenz vorgeschlagen, die zu einem erheblichen Prozentsatz sich aus der ventrikulären Stimulation ergebender Depolarisationen und einem kleineren Prozentsatz sich aus der natürlichen Leitung ergebender Depolarisationen führt. Die Stimulationsfrequenz wurde jedesmal dann erhöht, wenn ein ventrikuläres Erfassungsereignis das Stimulations-Escapeintervall neu eingeleitet hat, und jedesmal dann verringert, wenn das Stimulations-Escapeintervall abgelaufen ist und eine ventrikuläre Stimulation ausgegeben wurde. Die Artikel sagen aus, daß dieses Verfahren bei Vorhandensein einer AF stabile ventrikuläre Frequenzen bei einer nur mäßigen Erhöhung der ventrikulären Gesamt-Herzfrequenz bereitstellt.
Lau u.a. "A New Pacing Method for Rapid Regularization and Rate Control in Atrial Fibrillation", Am. Journal of Cardiology, Band 65, S. 1198 – 1203, 15. Mai 1990, versuchten, die ventrikuläre Herzfrequenz durch Auslösen einer ventrikulären Stimulation nach jeder ventrikulären Erfassung zu stabilisieren. Das durchschnittliche ausgelöste Stimulationsintervall betrug etwa 230 ms. Es wird angenommen, daß dieses Verfahren die ventrikuläre Frequenz nicht wirksam ausglättet und daß es in der Hinsicht proarrhythmisch sein kann, daß der ventrikuläre Stimulationsimpuls während des verwundbaren Zeitraums der ventrikulären Repolarisation abgegeben werden kann.
Andere DDD/DDDR-Stimulationssysteme wurden vorgeschlagen, welche ansprechend auf eine erfaßte AF einer Modusumschaltung unterzogen werden und versuchen, die ventrikuläre Herzfrequenz zu stabilisieren. Diese Stimulationssysteme sind in US-A-5 480 413 und US-A-S 591 215, welche beide Greenhut u.a. erteilt wurden, und im Peterson u.a. erteilten US-Patent US-A-5 893 882 offenbart, und sie erkennen das Vorhandensein einer atrialen Tachyarrhythmie und schalten von einem Doppelkammer-DDD/DDDR-Stimulationsmodus oder einem VDD/VDDR-Stimulationsmodus zu einem DDI/DDIR- oder VDI/VDIR-Stimulationsmodus um, der die AF-Bedingung wirksam überwacht, während im Ventrikel stimuliert wird. In den Patenten mit den Endnummern 413 und 215 wird die Unregelmäßigkeit der natürlichen ventrikulären Herzfrequenz gemessen, und die ventrikuläre Stimulationsfrequenz wird auf der Grundlage der gemessenen Unregelmäßigkeit inkrementiert und dekrementiert. Stimulationsfrequenzanpassungen auf der Grundlage von Frequenzunregelmäßigkeitskriterien erfordern jedoch den Zeit- und energieaufwendigen Prozeß des Messens der Unregelmäßigkeit. Das Unregelmäßigkeitskriterium erfordert auch das Programmieren, um ein geeignetes Ziel festzulegen, und ein ungeeignetes Unregelmäßigkeitskriterium kann zu einer unwirksamen Stimulationstherapie führen. Im Patent mit der Endnummer 882 wird nach dem Modusumschalten ansprechend auf eine erkannte AF die ventrikuläre Stimulationsfrequenz auf der Grundlage vorhergehender ventrikulärer Intervalle moduliert, so daß das aktuelle Stimulationsintervall gleich dem vorhergehenden natürlichen oder stimulierten Intervall gesetzt wird, wobei ein Inkrement gebildet wird, falls das vorhergehende Intervall kleiner als das gewünschte Stimulationsintervall oder Ziel-Stimulationsintervall ist, was typischerweise der Fall ist, oder ein Dekrement gebildet wird, falls das vorhergehende Intervall größer als das gewünschte Stimulationsintervall ist. Dieser Ansatz kann zu einer plötzlichen Erhöhung der Stimulationsfrequenz nach einer sehr hohen natürlichen Frequenz führen, was üblicherweise während einer AF auftritt.
Ein alternativer Ansatz, der versucht, die ventrikuläre Herzfrequenz unter Verwendung einer physiologischen Frequenz oder "phys_rate" und einer "Schwungrad"-Frequenz zu glätten, ist in Zusammenhang mit einem DDD/DDDR-Modus umschalt-Stimulationssystem im Stoop erteilten US-Patent US-A-5 792 193 offenbart. Während einer AF "verfolgt" phys_rate die durchschnittliche ventrikuläre Frequenz durch Inkrementieren um einen kleinen Betrag, wenn eine ventrikuläre Erfassung auftritt, und durch Dekrementieren, wenn eine ventrikuläre Stimulation auftritt. Die Escape-Stimulationsfrequenz oder die Schwungrad-Frequenz wird auf einen etwas niedrigeren Wert gelegt als phys rate. Falls das der Schwungrad-Frequenz zugeordnete Schwungrad-Intervall abläuft, wird eine ventrikuläre Stimulation ausgegeben. In diesem Fall tritt eine ventrikuläre Stimulation bei einer Frequenz auf, die etwas niedriger ist als die mittlere Frequenz oder phys_rate. Abhängig davon, wie schnell die Stimulationsfrequenz nach einer ventrikulären Erfassung inkrementiert wird und wie schnell die Stimulationsfrequenz nach einer ventrikulären Stimulation dekrementiert wird, kann dieses Merkmal jedoch zu einer Stimulation bei einer unangemessen hohen Frequenz führen. Falls das Merkmal aus dem Patent mit der Endnummer 193 beispielsweise die Stimulationsfrequenz nach einer ventrikulären Erfassung um 2 bpm erhöht und nach einer ventrikulären Stimulation um nur 0,5 bpm verringert, kann das Merkmal während eines atrialen Flatterns mit einer 3:2-Leitung unangemessen bei der oberen Stimulationsfrequenz stimulieren. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 842 676 A2 ist ein diesem Mechanismus ähnliches System offenbart, wobei eine Schwungrad-Frequenz verwendet wird, um in ähnlicher Weise wie vorstehend erörtert wurde, eine ventrikuläre Frequenzglättung zu erreichen.
Ein weiterer Ansatz zur ventrikulären Frequenzglättung ist im Greenhut u.a. erteilten US-Patent US-A-5 480 413 erörtert. Das offenbarte System entkoppelt die ventrikuläre Stimulation vom Atrium, wenn eine atriale Fibrillation erfaßt wird. Danach wird die ventrikuläre Frequenz unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren stabilisiert, welche das Einsetzen eines normierten Mittelwerts von R-R-Intervallen zum Anpassen der Stimulationsfrequenz einschließen. Ein ähnlicher Ansatz ist in der PCT-Veröffentlichung WO-A-98/46303 beschrieben, wobei die Länge aufeinanderfolgender Herzzyklen verwendet wird, um die Dauer eines Escapeintervalls zu bestimmen, das wiederum verwendet wird, um die Stimulationsfrequenz zu bestimmen.
Was im Stand der Technik jedoch nicht gezeigt wurde, ist ein einfaches System, das keine komplexen Berechnungen der Unregelmäßigkeit der ventrikulären Frequenz erfordert und die ventrikuläre Frequenz stabilisiert, ohne die mittlere Frequenz unangemessen zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herzfrequenz zu regulieren bzw. regelmäßig zu machen, wobei eine Stimulation bei unangemessen hohen Frequenzen vermieden wird. Das Merkmal der ventrikulären Frequenzregulierung (VRR-Merkmal) gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht dieses Ergebnis durch Anpassen der Stimulationsfrequenz entsprechend dem Muster der letzten Reihe bzw. Serie erfaßter oder stimulierter ventrikulärer Ereignisse. Die Erfindung kann in einem implantierbaren oder externen Herzschrittmacher oder einer ICD verwirklicht werden. Die Erfindung wird vorzugsweise in einer Vorrichtung mit frequenzadaptierenden Stimulationsfähigkeiten verwirklicht und paßt die Stimulationsfrequenz dieser Vorrichtung an, wenn sie im DDIR-, VDIR- oder VVIR-Modus arbeitet.
Die Erfindung kann in einem frequenzadaptierenden Doppelkammer-Stimulationssystem verwirklicht werden, das entweder im DDD- oder im DDDR-Stimulationsmodus arbeiten kann, der im Fall der Erfassung einer atrialen Tachyarrhythmie automatisch in einen DDIR-Stimulationsmodus umgeschaltet wird, um die ventrikuläre Stimulation von der atrialen Frequenz zu entkoppeln, und die ventrikuläre Frequenz durch das VRR-Merkmal stabilisiert. Die Erfindung kann auch in einem frequenzadaptierenden Doppelkammer-Stimulationssystem verwirklicht werden, das im VDD- oder VDDR-Stimulationsmodus arbeiten kann, wobei im Fall der Erfassung einer atrialen Tachyarrhythmie automatisch in einen VDIR-Stimulationsmodus umgeschaltet wird und die ventrikuläre Frequenz durch das VRR-Merkmal stabilisiert wird. Bei diesen Ausführungsformen arbeitet die Vorrichtung, wie in den vorstehend zitierten Patenten von Olson und Berkovits beschrieben, im DDIR- bzw. VDIR-Modus, das Escapeintervall der Vorrichtung, das der ventrikulären Stimulationsfrequenz entspricht, wird jedoch durch das VRR-Merkmal moduliert, um eine regelmäßigere Frequenz bereitzustellen. Für Patienten, deren atriale Tachyarrhythmien chronisch sind, kann das Stimulationssystem so programmiert werden, daß es im DDIR- oder im WIR-Modus arbeitet, wobei das VRR-Merkmal fortlaufend arbeitet.
Das VRR-Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung reguliert bzw. macht regelmäßig die ventrikuläre Frequenz durch leichtes Erhöhen der Stimulationsfrequenz, so daß mehr als 50 % der ventrikulären Ereignisse stimuliert sind und weniger als 50 % der ventrikulären Ereignisse erfaßt sind. Die Entscheidungen zur Erhöhung und Verringerung der ventrikulären Stimulationsfrequenz beruhen auf dem Muster der letzten erfaßten und stimulierten ventrikulären Ereignisse. Es wird eine programmierbare Frequenzgrenze (VRR URL) bereitgestellt, um die maximale ventrikuläre Stimulationsfrequenz zu begrenzen, die das VRR-Merkmal erreicht.
Wenn das VRR-Merkmal im DDIR-Modus arbeitet, kann die von der vorliegenden Erfindung festgelegte ventrikuläre Stimulationsfrequenz auch durch das Auftreten eines im vorhergehenden V-V-Intervall abgegebenen atrialen Stimulationsimpulses beeinflußt werden, falls das letzte ventrikuläre Ereignis ein erfaßtes Ereignis (Vs) war. Das VRR-Merkmal inkrementiert in diesem Fall nicht die ventrikuläre Stimulationsfrequenz, falls das Vs auf eine natürliche AV-Leitung nach einer atrialen Stimulation zurückzuführen war, weil dies dazu führen könnte, daß eine Mitkopplung erzeugt wird, welche die ventrikuläre Stimulationsfrequenz gegen die obere Frequenzgrenze treiben würde. Stattdessen wird die ventrikuläre Stimulationsfrequenz vorzugsweise inkrementiert, wenn eine atriale Stimulation in der vorhergehenden V-V-Sequenz ausgegeben wird, die mit einem Vs endet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die ventrikuläre Stimulationsfrequenz bei einer physiologischen Stimulationsfrequenz initialisiert, bei der festgestellt wurde, daß sie den Herzleistungsbedarf des Patienten erfüllt, und das VRR-Merkmal trifft Entscheidungen zum Erhöhen und Verringern der Frequenz auf der Grundlage davon, ob die vorhergehenden zwei ventrikulären Ereignisse beide erfaßte ventrikuläre Depolarisationen oder "ventrikuläre Erfassungen" (Vs-Vs), beide ventrikuläre Stimulations impulse oder "ventrikuläre Stimulationen" (Vp-Vp) oder eine Sequenz ventrikulärer Stimulationen und Erfassungen (Vp-Vs oder Vs-Vp) waren. Das VRR-Merkmal erhöht inkrementell, bewahrt oder verringert die ventrikuläre Stimulationsfrequenz abhängig von der ventrikulären Ereignissequenz, um die Stabilität der ventrikulären Herzfrequenz bei der niedrigstmöglichen ventrikulären Stimulationsfrequenz zu fördern.
Das VRR-Merkmal kann auch einen Stabilitätsbereich der ventrikulären Frequenz (stabiler VRR-Bereich) aufweisen, der im DDIR-, VDIR- und WIR-Stimulationsmodus wirksam ist, so daß erfaßte ventrikuläre Ereignisse in diesem Bereich die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht erhöhen, wenn sie als stabil angesehen werden. Es wird die durch ein erfaßtes ventrikuläres Ereignis begrenzte aktuelle V-V-Zykluslänge gemessen. Es werden keine Inkrementierungen und vorzugsweise keine Änderungen an der ventrikulären Stimulationsfrequenz vorgenommen, falls die aktuelle V-V-Zykluslänge innerhalb des stabilen Bereichs liegt, wie anhand einer oder mehrerer vorhergehender V-V-Zykluslängenmessungen berechnet wurde.
Andere Merkmale und Attribute der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung verständlich werden. Die Rhythmen, die erkannt wurden, und/oder auf die bei der Verwendung des VRR-Merkmals reagiert wird, können beliebige der supraventrikulären Arrhythmietypen, beispielsweise supraventrikuläre Tachykardien, eine atriale Fibrillation und ein atriales Flattern, einschließen, die Erfindung ist jedoch besonders vorteilhaft im Fall von Patienten, die an einer atrialen Fibrillation leiden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang mit der Zeichnung besser verständlich werden, in der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten überall identische Strukturen angeben und wobei:
1 einen implantierbaren Doppelkammer-Schrittmacher gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einem zugeordneten Satz von Herzstimulationsleitungen zeigt, wobei sie so angeordnet sind, wie in einer Schnittansicht eines menschlichen Herzens dargestellt ist,
2 ein Blockdiagramm des Doppelkammer-Schrittmachers aus 1 ist, worin die Funktionskomponenten des Stimulationssystems dargestellt sind,
3 ein Flußdiagramm ist, in dem der allgemeine Ablauf des Modusumschaltens von DDD/R oder VVD/R zu DDIR oder VDIR ansprechend auf eine erfaßte supraventrikuläre Tachyarrhythmie in einem Doppelkammer-Herzschrittmacher gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,
die 4A und 4B Flußdiagramme sind, in denen das VRR-Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung im DDIR- oder VDIR-Stimulationsmodus dargestellt ist,
5 ein Diagramm ist, in dem die Unregelmäßigkeit der ventrikulären Frequenz eines Herzens während einer AF dargestellt ist, und
6 ein Diagramm ist, in dem die Wirkung einer ventrikulären Stimulation unter Verwendung des VRR-Merkmals gemäß der vorliegenden Erfindung während einer AF dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt die äußere Konfiguration eines implantierbaren Doppelkammer-Impulsgenerators (IPGs) eines Typs, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. Der IPG 26 ist mit einer hermetisch gedichteten Dose oder einem hermetisch gedichteten Gehäuse 18 versehen, das typischerweise aus einem biokompatiblen Metall, wie Titan, hergestellt ist. Am oberen Teil des Gehäuses 18 ist eine Verbinderblockanordnung 12 angebracht, die elektrische Verbindungselemente empfängt, die sich an den proximalen Enden der Leitungen 14 und 16 befinden. Das IPG-Gehäuse 18 kann als eine als IND CAN-Elektrode bezeichnete Blind-Stimulations-/Meßelektrode verwendet werden. Gemäß dieser bestimmten dargestellten Ausführungsform ist ein Patienten-Aktivitätssensor 316 innerhalb des IPG-Gehäuses 18 angebracht, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist. Zusätzliche oder alternative physiologische Sensoren des Bedarfs an Herzleistung, den der Patient während körperlicher Aktivität und Ruhe erfährt, welche auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, können in den IPG 26 und/oder die Leitungen 14 und 16 aufgenommen werden.
Die Leitung 16 ist eine atriale, bipolare Stimulationsleitung, welche zwei Elektroden 20 und 22 trägt, die verwendet werden, um atriale Depolarisationen (P-Zacken) zu erfassen und atriale Stimulationsimpulse (A-PACE) ab zugeben. Atriale Stimulationsimpulse können zwischen den Elektroden 20 und 22 in einem bipolaren Stimulationsmodus oder zwischen der Elektrode 22 und der IND CAN-Elektrode in einem unipolaren Stimulationsmodus abgegeben werden. Das Erfassen von P-Zacken kann zwischen der Elektrode 20 und der Elektrode 22 in einem bipolaren Erfassungsmodus oder zwischen einer der Elektroden 20 und 22 und der IND CAN-Elektrode in einem unipolaren Erfassungsmodus geschehen.
Ähnlich stellt die Leitung 14 eine ventrikuläre, bipolare Stimulationsleitung dar, welche zwei Elektroden 28 und 30 trägt, die verwendet werden, um ventrikuläre Depolarisationen (R-Zacken) zu erfassen und ventrikuläre Stimulationsimpulse (V-PACE) abzugeben. Eine bipolare, ventrikuläre Stimulation kann zwischen den Elektroden 30 und 28 ausgeführt werden, oder eine unipolare, ventrikuläre Stimulation kann zwischen der Elektrode 30 und der IND CAN-Elektrode ausgeführt werden. Das Erfassen von ventrikulären Depolarisationen oder R-Zacken kann zwischen den Elektroden 30 und 28 in einem bipolaren Erfassungsmodus oder zwischen einer der Elektroden 30 und 28 und der IND CAN-Elektrode in einem unipolaren Erfassungsmodus geschehen. Unipolare Leitungen können natürlich die in dieser Figur dargestellten bipolaren Leitungen ersetzen.
2 ist ein Diagramm der Schaltungsanordnung innerhalb des IPGs 26, worin seine Verbindung mit dem Herzen eines Patienten über die ventrikuläre Leitung 14 und die atriale Leitung 16 dargestellt ist. Die IPG-Schaltung 300 ist in einem Funktionsblockdiagramm allgemein in eine Mikrocomputerschaltung 302 und eine Stimulationsschaltung 320 unterteilt dargestellt. Die Stimulationsschaltung 320 enthält die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330, die Ausgangsverstärkerschaltung 340, die Meßverstärkerschaltung 360 sowie eine Anzahl anderer Schaltungen und Komponenten, die nachstehend beschrieben werden.
Eine Kristalloszillatorschaltung 338 liefert den Grundzeittakt für die Stimulationsschaltung 320, während eine Batterie 318 Leistung liefert. Eine Einschalt-Rücksetzschaltung 336 reagiert auf die anfängliche Verbindung der Schaltung mit der Batterie, um eine anfängliche Betriebsbedingung zu definieren, und sie setzt in ähnlicher Weise den Betriebszustand der Vorrichtung ansprechend auf die Erfassung eines Batterieschwächezustands zurück. Eine Referenzmodusschaltung 326 erzeugt eine stabile Spannungsreferenz und Ströme für die Analogschaltungen innerhalb der Stimulationsschaltung 320, während die Analog-Digital-Wandler-ADC-und-Multiplexerschaltung 328 analoge Signale und Spannungen digitalisiert, um eine Echtzeittelemetrie für Herzsignale von Meßverstärkern 360 zur Aufwärtsübertragung über eine HF-Sende- und Empfangsschaltung 332 bereitzustellen. Die Spannungsreferenz- und Vorspannungsschaltung 326, der ADC und Multiplexer 328, die Einschalt-Rücksetzschaltung 336 und die Kristalloszillatorschaltung 338 können beliebigen von denen entsprechen, die gegenwärtig bei aktuell vertriebenen implantierbaren Herzschrittmachern eingesetzt werden.
Die Datenübertragung zur externen Programmiereinrichtung und von dieser wird durch die Telemetrieantenne 334 und einen zugehörigen HF-Sender und Empfänger 332 ausgeführt, wobei der letztgenannte dazu dient, empfangene Abwärtstelemetrie zu demodulieren und Aufwärtstelemetrie zu übertragen. Die Aufwärtstelemetriefähigkeiten umfassen typischerweise die Fähigkeit zum Übertragen gespeicherter digitaler Informationen, beispielsweise Betriebsmodi und – parameter, EGM-Histogramme und anderer Ereignisse, sowie von Echtzeit-EGMs einer atrialen und/oder ventrikulären elektrischen Aktivität sowie von Markerkanalimpulsen, die das Auftreten erfaßter und stimulierter Depolarisationen im Atrium und im Ventrikel angeben, wie auf dem Fachgebiet der Schrittmacher wohlbekannt ist. Zusätzlich ist ein Echtzeit-Taktgeber in die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung für eine Anzahl von Verwendungen aufgenommen, welche die Messung der Tageszeit, zu der Tests, beispielsweise Stimulations- und Meßschwellentests, auszuführen sind, oder das Anhängen eines Datums- und Zeitstempels an im Speicher gespeicherte Ereignisdaten zur späteren Telemetrie zu einer externen Programmiereinrichtung einschließen.
Der Mikrocomputer 302 enthält einen Mikroprozessor 304 und einen zugeordneten Systemtaktgeber 308 und auf dem Prozessor vorhandene RAM- bzw. ROM-Chips 310 und 312. Zusätzlich weist die Mikrocomputerschaltung 302 einen getrennten RAM/ROM-Chip 314 auf, um zusätzliche Speicherkapazität bereitzustellen. Der Mikroprozessor 304 arbeitet normalerweise in einem Modus mit reduzierter Leistungsaufnahme und ist unterbrechungsgesteuert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor 304 ein kundenspezifischer Mikroprozessor, der dafür angepaßt ist, in der RAM/ROM-Einheit 314 gespeicherte Befehle in herkömmlicher Weise abzurufen und auszuführen.
Der Mikroprozessor 304 wird ansprechend auf festgelegte Unterbrechungsereignisse geweckt, welche unter anderem von Zeitgebern in der digitalen Zeitgeber-/Steuerschaltung 330 erzeugte A-TRIG- und V-TRIG-Signale und von der Meßverstärkerschaltung 360 erzeugte A-SENSE- und V-SENSE- Signale einschließen können. Die spezifischen Werte der Intervalle und Verzögerungen, die von der digitalen Steuer- /Zeitgeberschaltung 330 gemessen werden, werden über den Daten- und Steuerbus 306 anhand einprogrammierter Parameterwerte und Betriebsmodi von der Mikrocomputerschaltung 302 gesteuert. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 enthält einen Satz von Zeitgebern und zugeordneten Logikschaltungen für das zeitliche Festlegen von Intervallen, die irgendwelchen der vorstehend erörterten in der Vorrichtung verfügbaren Stimulationsmodi zugeordnet sind, einschließlich Entladungs-/Wiederaufladungsintervalle, gemessener Intervalle zwischen stimulierten und erfaßten atrialen und ventrikulären Ereignissen, Stimulations-Escapeintervalle, einschließlich A-A-, A-V-, V-A- und/oder A-V-Escapeintervalle und oberer Frequenzintervalle. Die enthaltenen Zeitgeber messen auch andere Perioden und Intervalle, die in den verfügbaren Stimulationsmodi verwendet werden, wie die postventrikuläre atriale Refraktärperiode (PVARP), die postventrikuläre atriale Austastperiode (PVABP), die ventrikuläre Austastperiode (VBP) und die ventrikuläre Refraktärperiode (VRP), die atriale Refraktärperiode (ARP) und die atriale Austastperiode (ABP), wie es bei Vorrichtungen dieses Typs üblich ist.
Der Mikrocomputer 302 steuert die Betriebsfunktionen der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung330, wobei er spezifiziert, welche der vorstehend erwähnten Zeitintervalle verwendet werden, und die einprogrammierten Grundzeitintervalle über den Daten- und Steuerbus 306 festlegt. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 leitet diese Intervalle und Verzögerungen zum Steuern des Betriebs der atrialen und ventrikulären Meßverstärker in der Meßverstärkerschaltung 360 und der atrialen und ventrikulären Stimulationsimpulsgeneratoren in der Ausgangsverstärkerschaltung 340 ein und mißt diese zeitlich aus. Der Mikroprozessor verarbeitet auch die nachstehend in Zusammenhang mit den 4A und 4B erörterten Informationen, um die vom VRR-Merkmal der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Stimulationsfrequenzen abzuleiten.
Die Ausgangsverstärkerschaltung 340 enthält atriale und ventrikuläre Stimulationsimpulsgeneratoren, die beliebigen von jenen entsprechen, die gegenwärtig bei gewerblich vertriebenen Herzschrittmachern eingesetzt werden, die eine atriale und ventrikuläre Stimulation bereitstellen. Zum Auslösen der Erzeugung eines V-PAGE-Impulses erzeugt die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 ein V-TRIG-Signal. Ähnlich erzeugt die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 ein A-TRIG-Signal, um die Abgabe des A-PAGE-Impulses auszulösen. Die Ausgangsverstärkerschaltung 340 weist Umschalter zum Koppeln ausgewählter Stimulations/Meßelektrodenpaare unter den atrialen und ventrikulären Leitungen 14 und 16 und der IND CAN-Elektrode mit den atrialen und ventrikulären Impulsgeneratoren auf, um eine bipolare oder unipolare atriale und/oder ventrikuläre Stimulation bereitzustellen.
Die Meßverstärkerschaltung 360 enthält Meßverstärker, welche irgendwelchen von denen entsprechen, die gegenwärtig in gewerblich vertriebenen Herzschrittmachern zum Erfassen atrialer und ventrikulärer Depolarisationen eingesetzt werden. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 330 führt dem Empfindlichkeitssteuerregister 350 programmierte Empfindlichkeitsbefehle zu, welche die Empfindlichkeitseinstellungen der atrialen und ventrikulären Meßverstärker 360 steuern. Die Meßverstärkerschaltung 360 weist auch Umschalter zum Koppeln ausgewählter atrialer und ventrikulärer Leiter und der IND CAN-Elektrode mit den atrialen und ventrikulären Meßverstärkern für das atriale und/oder ventrikuläre bipolare oder unipolare Erfassen auf. Die Meßverstärkerschaltung 360 enthält weiter Austastschaltungen zum Entkoppeln der ausgewählten Paare der Leiter und der IND CAN-Elektrode von den Eingängen der atrialen und ventrikulären Meßverstärker während ABP, PVABP und VBP, vor, während und nach der Abgabe eines Stimulationsimpulses an irgendwelche der Stimulations/Meßelektrodenpaare, um eine Sättigung der Meßverstärker zu verhindern.
Falls der IPG in einem frequenzadaptierenden Modus, beispielsweise DDDR, DDIR oder VDIR, programmiert ist, werden die von einem oder mehreren physiologischen Sensoren ausgegebenen Signale verwendet, um eine Stimulation bei einer Frequenz bereitzustellen, die ausreicht, um den Herzleistungsbedarf des Patienten zu erfüllen. Viele physiologische Sensoren und/oder Signale wurden im Stand der Technik allein oder in Kombination verwendet, um einen oder mehrere Frequenzsteuerparameter (RCP) zu messen, die sich direkt oder indirekt auf Stoffwechselanforderungen (beispielsweise den Bedarf an mit Sauerstoff angereichertem Blut) beziehen. Solche RCPs umfassen beispielsweise ein vom QT-Intervall hervorgerufenes Ansprechen, die physikalische Aktivität des Körpers, den Blutdruck im rechten Ventrikel und die Änderung des Blutdrucks im rechten Ventrikel im Laufe der Zeit, die venöse Bluttemperatur, die venöse Blutsauerstoffsättigung, die Atemfrequenz, die Minutenventilation und verschiedene pre- und postsystolische Zeitintervalle, die durch Impedanz- oder Druckerfassung innerhalb des rechten Ventrikels des Herzens gemessen werden. Diese RCP-messenden, sensorgetriebenen Schrittmacher wurden zum Wiederherstellen des Frequenzansprechens auf körperliche Übungen oder andere physiologische Belastungen bei Patienten entwickelt, denen die Fähigkeit fehlt, die Frequenz bei Belastung angemessen zu erhöhen. Die Anwendungen dieser RCP allein oder in Kombination sind beispielsweise im Yerich u.a. erteilten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patent US-A-5 562 711 und im Roline u.a. erteilten US-Patent US-A-5 282 839, auf die beide verwiesen sei, offenbart. Es können irgendein oder mehrere dieser RCPs und Merkmale, die diese verwenden, um eine Stimulationsfrequenz in den gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten frequenzadaptierenden Stimulationsmodi abzuleiten, eingesetzt werden.
Zum Vereinfachen der Erörterung ist der RCP bei der als Beispiel dienenden IPG-Schaltung 300 das Ausgangssignal des Patientenaktivitätssensors 316, das in der Patientenaktivitätssensor-Schaltung (PAS-Schaltung) 322 verarbeitet wird, um ein physiologisches Escapeintervall und eine entsprechende PAS_RATE bzw. PAS-Frequenz abzuleiten. Eine zeitlich festgelegte Unterbrechung, die beispielsweise alle zwei Sekunden auftritt, kann bereitgestellt werden, um es dem Mikroprozessor 304 zu ermöglichen, die Ausgabe der PAS-Schaltung 322 zu analysieren und das durch die PAS-Frequenz definierte Escapeintervall zu aktualisieren, das zum Festlegen der Stimulationsfrequenz verwendet wird (beispielsweise das A-A- oder das V-V-Escapeintervall). Der Mikroprozessor 304 berechnet auch wahlweise A-V-Verzögerungen, postventrikuläre Zeiträume und postatriale Zeiträume, welche sich mit dem physiologischen Escapeintervall, welches ansprechend auf den RCP bzw. die RCP festgelegt wurde, und/oder mit der natürlichen atrialen Frequenz ändern. Wie nachstehend erörtert wird, spielt die PAS-Frequenz eine Rolle beim Festlegen der VRR-Frequenz (VRR_RATE), während das VRR-Merkmal während der DDIR-, VDIR- oder WIR-Stimulation wirksam ist.
Das in 2 dargestellte IPG-Blockdiagramm dient lediglich als Beispiel und entspricht der allgemeinen Funktionsorganisation der meisten durch einen mehrfach programmierbaren Mikroprozessor gesteuerten DDDR-Herzschrittmacher oder Herzschrittmachersysteme, die in gegenwärtig im Handel erhältliche ICDs aufgenommen sind. Es wird angenommen, daß sich die vorliegende Erfindung am einfachsten in Zusammenhang mit einem solchen Stimulationssystem verwirklichen läßt und daß die vorliegende Erfindung daher leicht unter Verwendung der grundlegenden Hardware bestehender mikroprozessorgesteuerter Doppelkammer-Stimulationssysteme, die gegenwärtig verfügbar sind, verwirklicht werden kann, wobei die Erfindung in erster Linie durch Modifikationen an der im ROM 312 gespeicherten Software oder Firmware und mit bestimmten Hardware-Logik- und Zeitgeber-Schaltungsanordnungen, die vorstehend beschrieben wurden, implementiert wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch nutzbringend durch eine vollständig kundenspezifische integrierte Schaltung, beispielsweise eine Schaltung, die die Form einer Zustandsmaschine annimmt, verwirklicht werden, wobei ein Zustandszähler dazu dient, eine Rechen- und Logikeinheit zu steuern, um Berechnungen nach einer vorgeschriebenen Folge zählergesteuerter Schritte auszuführen. Dabei sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf ein Stimulationssystem mit einer in 2 dargestellten Architektur beschränkt verstanden werden, und es wird nicht angenommen, daß eine Schaltungsarchitektur, wie sie in 2 dargestellt ist, eine Vorbedingung für die Verwendung des VRR-Merkmals gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
3 ist ein Funktionsflußdiagramm, in dem die Gesamtarbeitsweise einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, wobei eine Modusumschaltung von einem atrialen synchronen Modus (beispielsweise DDD, DDDR, VDD, VDDR) zu einem nicht synchronen Modus (beispielsweise DDIR, VDIR) vorgesehen ist. Das VRR-Merkmal wird während der nicht synchronen Stimulation aktiviert.
Die Vorrichtung arbeitet normalerweise in einem atrialen synchronen Modus, wie bei S100 angegeben ist, während dessen der Mikroprozessor 304 (2) bei S102 prüft, ob eine supraventrikuläre Tachyarrhythmie in der Art einer atrialen Fibrillation abläuft. Falls dies der Fall ist, ändert der Mikroprozessor den Stimulationsmodus bei S103 zu einem nicht synchronen Modus.
Beliebige der zahlreichen bekannten Verfahren zur Erfassung atrialer Tachyarrhythmien können bei Antitachyarrhythmie-Schrittmachern und ICDs, einschließlich jener, die in den vorstehend zitierten Patenten offenbart sind, in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um ein Umschalten in einen nicht synchronen Modus auszulösen. Ähnlich können bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung auch beliebige der hohen atrialen Frequenzkriterien, die veröffentlicht wurden und/oder klinisch verwendet werden, um ein Modusumschalten bei DDD/DDDR-Stimulationssystemen zu bewirken, einschließlich jener, die in den vorstehend zitierten Patenten offenbart sind, verwendet werden.
Falls bei S103 ein Modusumschalten erfolgt und VRR durch Programmieren "eingeschaltet" wird, wie in Schritt S104 bestimmt wird, wird bei S107 der aktuelle Wert der vom Sensor angegebenen Stimulationsfrequenz (PAS) erfaßt. Der durch VRR spezifizierte Stimulationsfrequenzparameter (VRR RATE) wird bei S108 initialisiert und gleich PAS RATE gesetzt. Daher werden während der nicht synchronen Stimulation Informationen hinsichtlich der vorhergehenden V-V-Sequenz nach jedem erfaßten oder stimulierten ventrikulären Ereignis aktualisiert und in einem Abschnitt des RAMs 30 (2) gespeichert, der nachstehend als V EVENTS-Puffer bezeichnet wird. Bei manchen Ausführungsformen können alle erfaßten ventrikulären Ereignisse verwendet werden, um die V-V-Sequenzen festzulegen. Bei anderen Ausführungsformen könnten nur nicht refraktäre erfaßte ventrikuläre Ereignisse verwendet werden. Im V EVENTS-Puffer gespeicherte Informationen umfassen die Typen ventrikulärer Ereignisse (erfaßte Depolarisationen oder abgegebene Stimulationsimpulse), die die V-V-Sequenz eingeleitet und beendet haben. Die dem V-V-Zyklus entsprechende Herzfrequenz wird auch zur Verwendung beim Beurteilen der Stabilität der ventrikulären Frequenz gespeichert, wie nachstehend erörtert wird. Im DDIR-Modus (falls bei S103 eingegeben) können auch Hinweiszeichen (Ap FLAG) gespeichert werden, die die Abgabe atrialer Stimulationsimpulse während der V-V-Sequenzen angeben. PAS RATE wird bei S108 als effektive Stimulationsfrequenz verwendet, bis bei S109 eine Sequenz zweier ventrikulärer Ereignisse (V-V-Sequenz) erfaßt werden kann. Es werden auch alle Ap FLAGs festgehalten, die während der erfaßten V-V-Sequenz auftreten. Anschließend stimuliert die Vorrichtung bei S110 im nicht synchronen Modus (DDIR, VDIR) bei ventrikulären Stimulations frequenzen, die vom VRR-Merkmal gesteuert werden. Die Steuerung von Stimulationsfrequenzen durch das VRR-Merkmal wird in weiteren Einzelheiten in Zusammenhang mit den 4A und 4B beschrieben.
Die Vorrichtung setzt die Stimulation im nicht synchronen Modus bis zur Erfassung des Abschlusses der atrialen Tachyarrhythmie beiS111 fort, woraufhin die Vorrichtung bei 5100 zur Stimulation in einem atrialen synchronen Modus zurückkehrt. Bei der Verwirklichung von Schritt S111 können auch beliebige der AF-Umkehrungskriterien, die veröffentlicht wurden und/oder klinisch verwendet werden, um ein Modusumschalten bei Doppelkammer-Stimulationssystemen zu bewirken, einschließlich jener, die in den vorstehend zitierten Patenten offenbart sind, eingesetzt werden. In dem Fall, daß das VRR-Merkmal bei S104 ausgeschaltet wird, stimuliert die Vorrichtung bei S105 in herkömmlicher Weise bis zur Erfassung der Beendigung der atrialen Tachyarrhythmie bei S106 im nicht synchronen Modus.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Erfindung auch in einer Vorrichtung verwirklicht werden, die permanent in einen nicht synchronen Modus (beispielsweise WIR, DDIR) programmiert ist. Bei einer solchen Vorrichtung kann das VRR-Merkmal fortlaufend aktiviert werden, wie vorstehend erwähnt wurde. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das VRR-Merkmal ansprechend auf supraventrikuläre Tachyarrhythmien aktiviert werden, die erfaßt werden, während in einem nicht synchronen Modus stimuliert wird, und es kann ansprechend auf die Erfassung einer Beendigung der Tachyarrhythmie deaktiviert werden.
Die 4A und 4B sind Funktionsflußdiagramme, in denen Grundbetriebseigenschaften des VRR-Merkmals gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, welche den Mechanismus veranschaulichen, durch den die Erfindung die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nach einem erfaßten oder stimulierten ventrikulären Ereignis auswählt. Diese Flußdiagramme gelten für die Arbeitsweise der Vorrichtung im DDIR-, VDIR- oder WIR-Modus.
In der nachstehenden Erörterung wird die Arbeitsweise der Vorrichtung häufig in bezug auf "Frequenzen" bzw. "Raten" beschrieben. Bei typischen Ausführungsformen werden zeitliche Operationen innerhalb des Schrittmachers häufig durch Berechnen und zeitliches Festlegen von Escapeintervallen entsprechend den beschriebenen Frequenzen ausgeführt. Es sei bemerkt, daß die Modulation der Stimulationsfrequenz entsprechend dem VRR-Merkmal entweder durch Modulation der Frequenz oder eines entsprechenden Escapeintervalls erreicht wird. Die als Frequenzen ausgedrückten Werte und die den ausgedrückten Frequenzen entsprechenden Intervalle sollten als gleichwertig verstanden werden.
In Zusammenhang mit den 4A und 4B sei auch bemerkt, daß die Steuerung der ventrikulären Stimulationsfrequenz in Doppelkammer-Schrittmachern gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung entweder der Zeitsteuerung auf atrialer Basis (beispielsweise A-A-Escapeintervalle in Verbindung mit A-V-Escapeintervallen), der Zeitsteuerung auf ventrikulärer Basis (beispielsweise V-V-Escapeintervalle) oder durch andere Zeitsteuerungsschemata ausgeführt werden kann. Unabhängig davon, welches Zeitsteuerungsschema in der Vorrichtung vorhanden ist, modifiziert das VRR-Merkmal das geeignete von der Vorrichtung definierte Escapeintervall, welches die ventrikuläre Stimulationsfrequenz regelt.
Ansprechend auf das Auftreten eines stimulierten oder erfaßten ventrikulären Ereignisses bei 300 wird der V EVENTS-Puffer bei 310 aktualisiert. Alle Ap FLAGs, die zuvor während der V-V-Sequenz gesetzt wurden, werden beibehalten und wie nachstehend beschrieben verwendet. Bei S330 wird der aktuelle Wert der PAS-Frequenz erfaßt und bei S332 mit einer programmierten oberen VRR-Frequenz (VRR URL) verglichen. VRR URL ist vorzugsweise kleiner als der maximal zulässige Wert für PAS RATE (die obere Sensorfrequenz), so daß die vom Sensor angegebene Stimulationsfrequenz das Maximum von VRR_RATE übersteigen kann. Falls PAS RATE größer als VRR URL ist, ist VRR_RATE gleich VRR URL, und PAS RATE wird in Schritt S337 verwendet, um das ventrikuläre Stimulations-Escapeintervall festzulegen. Falls PAS RATE kleiner oder gleich VRR URL ist, berechnet der Mikroprozessor bei S333 einen neuen Wert von VRR_RATE auf der Grundlage der zuvor gespeicherten V-V-Sequenz, des vorhergehenden Werts von VRR_RATE und anderer Faktoren, wie nachstehend in Zusammenhang mit 4B detaillierter erörtert wird.
Bei S334 vergleicht der Mikroprozessor den bei S333 berechneten Wert von VRR_RATE mit VRR URL. Falls VRR_RATE größer als VRR URL ist, wird VRR_RATE bei S338 gleich VRR URL gesetzt, und der neu festgelegte Wert VRR_RATE wird verwendet, um das ventrikuläre Stimulations-Escapeintervall bei S303 festzulegen. Falls VRR_RATE kleiner oder gleich VRR URL ist, vergleicht der Mikroprozessor bei S336 den aktuellen Wert von PAS RATE mit dem bei S333 berechneten Wert von VRR_RATE. Falls PAS RATE größer als VRR_RATE ist, wird VRR_RATE gleich PAS RATE gesetzt, und die neu festgelegte VRR_RATE wird verwendet, um das ventrikuläre Stimulations-Escapeintervall bei S303 festzulegen. Falls die bei S333 berechnete PAS RATE kleiner oder gleich VRR RATE ist, bleibt VRR_RATE unverändert und wird verwendet, um das ventrikuläre Stimulations-Escapeintervall bei S303 festzulegen.
4B ist ein Funktionsflußdiagramm, in dem der Mechanismus dargestellt ist, mit dem der Mikroprozessor den Wert von VRR_RATE bei S333 berechnet. In Zusammenhang mit dieser Figur sei bemerkt, daß im VVIR- oder VDIR-Stimulationsmodus keine atriale Stimulation auftritt, so daß das Ap FLAG nie gesetzt wird. Gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwendet der Schrittmacher die V-V-Zeitsteuerung.
In Schritt S340 wird die V-V-Sequenz im V EVENTS-Puffer gelesen, und Anpassungen an VRR_RATE werden folgendermaßen in den Schritten S342 – S372 vorgenommen:

Vp-Vp: Falls die letzten ventrikulären Ereignisse beide V-PACE-Ereignisse (Vp – Vp) waren, wie in Schritt S342 bestimmt wurde, wird VRR_RATE in Schritt S344 um den Wert VpVp Δ (nominell 1 bpm) verringert.
Vs-Vp: VRR_RATE wird in Schritt S350 um einen Wert VsVp Δ (nominell 0 bpm) geändert, falls das letzte ventrikuläre Ereignis ein V-PAGE-Ereignis war und das vorhergehende ventrikuläre Ereignis ein V-SENSE-Ereignis (Vs – Vp) war, wie in Schritt S346 bestimmt wurde.
Vp-Vs: Wenn, wie in Schritt S348 bestimmt, das letzte ventrikuläre Ereignis ein V-SENSE-Ereignis war und das vorhergehende ventrikuläre Ereignis ein V-PAGE-Ereignis (Vp – Vs) war, kann eine von drei Anpassungen vorgenommen werden: VRR_RATE wird nicht inkrementiert und vorzugsweise in Schritt S354 um den Ap Δ-Wert (nominell 1 bpm) verringert, falls der Stimulationsmodus DDIR ist und Ap FLAG in der vorhergehenden V-V-Sequenz gesetzt wurde, oder in Schritt S350 wird kein Inkrementieren und vorzugsweise kein Ändern von VRR_RATE vorgenommen, falls die vom V-V-Intervall, das mit einem V-SENSE-Ereignis endet, abgeleitete aktuelle ventrikuläre Herzfrequenz innerhalb des stabilen VRR-Bereichs liegt (nominell innerhalb von 5 bpm der aktuellen VRR_RATE), wie in Schritt S358 bestimmt wurde, oder VRR_RATE wird in Schritt S360 um den VpVsΔ-Wert (nominell 1 bpm) erhöht, falls die in Schritt S300 aus 4A vom V-V-Intervall, das mit einem V-SENSE-Ereignis endet, abgeleitete aktuelle ventrikuläre Herzfrequenz nicht innerhalb des stabilen VRR-Bereichs liegt, wie in Schritt S358 bestimmt wurde.
Vs-Vs: Wenn die letzten beiden ventrikulären Ereignisse beide V-SENSE-Ereignisse (Vs – Vs) waren, wie in Schritt S362 bestimmt wurde, kann eine von drei Anpassungen vorgenommen werden: VRR_RATE wird nicht inkrementiert und vorzugsweise in Schritt S354 um den Ap Δ-Wert (nominell 1 bpm) verringert, falls der Stimulationsmodus DDIR ist und Ap FLAG im vorhergehenden V-V-Zyklus gesetzt wurde, wie in Schritt S364 bestimmt wurde, oder in Schritt S370 wird kein Inkrementieren und vorzugsweise keine Änderung von VRR_RATE vorgenommen, falls die in Schritt S300 aus 4A von der V-V-Sequenz, die mit einem V-SENSE-Ereignis endet, abgeleitete aktuelle ventrikuläre Herzfrequenz innerhalb des stabilen VRR-Bereichs liegt (nominell innerhalb von 5 bpm der aktuellen VRR_RATE), wie in Schritt S366 bestimmt wurde, oder VRR_RATE wird in Schritt S368 um den VsVs Δ-Wert (nominell 1 bpm) erhöht, falls die in Schritt S300 aus 4A vom V-V-Intervall, das mit einem V-SENSE-Ereignis endet, abgeleitete aktuelle ventrikuläre Herzfrequenz nicht innerhalb des stabilen VRR-Bereichs liegt, wie in Schritt S366 bestimmt wurde.

Die sich aus einem der Schritte S344, S350, S354, S360, S368 und S370 ergebende VRR_RATE bzw. VRR-Frequenz wird in Schritt S372 gelesen und in den Schritten S334 und S336 von 4A mit VRR URL und PAS_RATE verglichen, wie vorstehend erörtert wurde. Ap FLAG wird in Schritt S356 zurückgesetzt, wenn VRR_RATE in Schritt S354 dekrementiert wird, um den nächsten VRR-Verarbeitungszyklus vorzubereiten.
Die inkrementellen Änderungen von VRR_RATE ansprechend auf die Vs- und Vp-Herzereignisse sind programmierbar. Die nominellen Inkrementierungs- und Dekrementierungsvariablen sind in der folgenden Tabelle I dargestellt. Inkrement- und Dekrementwerte können durch Schläge je Minute oder Zeit intervalle definiert werden, wie vorstehend erwähnt wurde. TABELLE I
5 zeigt einen ventrikulären Frequenztrend, welcher die Unregelmäßigkeit der ventrikulären Frequenz eines Herzens während einer AF-Episode veranschaulicht. 6 ist ein Diagramm, in dem die Wirkung der das VRR-Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung verwendenden ventrikulären Stimulation während einer AF-Episode dargestellt ist. Die ventrikuläre Herzfrequenz wird im wesentlichen so geregelt, wie in 6 dargestellt ist. 6 zeigt auch das Szenario, in dem PAS RATE VRR URL übersteigt.
Wenngleich in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine V-V-Sequenz mit zwei Ereignissen eingesetzt wird, ist zu verstehen, daß die V-V-Sequenz "N" Vs- und Vp-Ereignisse aufweisen kann, wobei N > 1 ist und es 2^N mögliche Sequenzen gibt. Wenn N = 2 ist, gibt es vier Ereignissequenzen und vier inkrementelle Frequenzänderungen, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn N = 3 ist, gibt es acht mögliche V-V-V-Ereignissequenzen, welche Vs-Vs-Vs, Vs-Vs-Vp, Vs-Vp-Vp, Vs-Vp-Vs, Vp-Vs-Vs, Vp-Vs-Vp, Vp-Vp-Vs und Vp-Vp-Vp einschließen. Inkrementelle VRR-Änderungen können jeder Sequenz zugeschrieben werden, und das Auftreten eines A-PACE-Ereignisses und einer ventrikulären Frequenzstabilität kann in einer vergleichbaren Weise wie in den Schritten S348 – S370 aus 4B für jene vier Sequenzen berücksichtigt werden, die in diesem V-V-V-Beispiel mit einem Vs enden.
Die jeweiligen VRR_RATE-Änderungen werden vorstehend als "Δ"-Inkremente oder Dekremente einer aktuellen VRR_RATE ausgedrückt, die verwendet wird, um eine neue VRR_RATE abzuleiten oder zu berechnen, die im nächsten ventrikulären Stimulationszyklus verwendet wird. Es sei bemerkt, daß ein Satz aller möglicher VRR_RATEs im Speicher gespeichert werden kann und daß eine bestimmte VRR_RATE, abhängig von der aktuellen VRR_RATE und der Frequenzänderung, die nach dem VRR-Merkmal als notwendig angesehen wird, aus dem Speicher abgerufen wird.
Es sei auch bemerkt, daß immer dann, wenn in Schritt S107 in das VRR-Merkmal eingetreten wird, die VRR_RATE-Änderungen und andere Daten, beispielsweise die atriale Frequenz, Ap-Ereignisse, Bestimmungen der ventrikulären Frequenzgleichmäßigkeit, PAS_RATE usw., im RAM 310 (2) gespeichert werden können, um sie über einen Aufwärtstelemetrie-Abfragebefehl zur Anzeige durch eine Programmiereinrichtung und zur Analyse durch den Kliniker abzurufen. Anzeigen, beispielsweise die 5 und 6, können von der Programmiereinrichtung bereitgestellt werden, um beim Sichtbarmachen des VRR-Modus während der AF-Episode zu helfen.
Die vorliegende Erfindung kann auch bei Mehrkammer-Stimulationssystemen nützlich sein, wobei eine Stimulation und Erfassung sowohl im rechten als auch im linken Ventrikel bereitgestellt wird. Die vorliegende Erfindung kann auch bei Stimulationssystemen zur Stimulation bei spezifischen ventrikulären Stimulationsstellen, beispielsweise der Ausflußbahn des rechten Ventrikels (RVOT), oder dem Hirschen Bündel, nützlich sein.
Es sei bemerkt, daß bestimmte der vorstehend beschriebenen Strukturen, Funktionen und Operationen der Stimulationssysteme gemäß den bevorzugten Ausführungsformen nicht erforderlich sind, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen, und daß sie einfach zur Vervollständigung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform oder von als Beispiel dienenden Ausführungsformen in die Beschreibung aufgenommen sind. Es sei auch bemerkt, daß es andere Strukturen, Funktionen und Arbeitsweisen geben kann, die der typischen Arbeitsweise solcher Stimulationssysteme nebengeordnet sind, welche nicht offenbart sind und für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. Zusätzlich sei bemerkt, daß spezifisch beschriebene Strukturen, Funktionen und Arbeitsweisen, die in den vorstehend angeführten, auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragenen und anhängigen Patentanmeldungen in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden können, daß sie jedoch für ihre Verwirklichung nicht wesentlich sind.
Die vorstehende Beschreibung und die offenbarten Ausführungsformen sollen es einem Fachmann ermöglichen, die vorliegende Erfindung in ein modernes implantierbares Herzstimulationssystem eines Herzschrittmachers oder einer ICD aufzunehmen. Es ist jedoch zu verstehen, daß die bestimmte Implementation der Erfindung von den bestimmten eingesetzten zugrundeliegenden Schaltungstypen und Softwaresystemen abhängt. Die vorstehende Offenbarung sollte in bezug auf die folgenden Ansprüche als beispielhaft und nicht als einschränkend angesehen werden.
In Zusammenhang mit der vorstehenden Offenbarung wird beansprucht:

Claims

Stimulationssystem zum Stimulieren des Herzens eines Patienten während einer supraventrikulären Arrhythmie, welches aufweist: Mittel (360) zum Erfassen ventrikulärer Depolarisationen und Mittel (340), die während einer atrialen Tachyarrhythmie betreibbar sind, um einem Ventrikel des Herzens ventrikuläre Stimulationsimpulse bei bzw. mit einer Stimulationsfrequenz zuzuführen, wobei ein ventrikulärer Stimulationsimpuls nach Ablauf eines ventrikulären Escapeintervalls, zeitlich festgelegt durch bzw. in Bezug auf eine erfaßte ventrikuläre Depolarisation oder einen zuvor abgegebenen ventrikulären Stimulationsimpuls, abgegeben wird, gekennzeichnet durch Festhaltemittel (30) zum Festhalten einer ventrikulären Ereignissequenz von mindestens zwei vorhergehenden ventrikulären Ereignissen, wobei die ventrikulären Ereignisse von einem Ereignistyp sind, der ventrikuläre Stimulationsimpulse und erfaßte ventrikuläre Depolarisationen umfasst, und Regulierungsmittel (302) zum Festlegen der ventrikulären Stimulationsfrequenz als Funktion des Ereignistyps der mindestens zwei vorhergehenden ventrikulären Ereignisse, die in der ventrikulären Ereignissequenz enthalten sind.
Stimulationssystem nach Anspruch 1, welches weiter aufweist: Mittel (322) zum Festlegen einer physiologischen ventrikulären Herzfrequenz, die sich auf den Bedarf an Herzleistung des Patienten bezieht, wobei die Regulierungsmittel (302) weiter Mittel zum Festlegen der ventrikulären Stimulationsfrequenz als Funktion der physiologischen ventrikulären Herzfrequenz und einer vorhergehenden ventrikulären Ereignissequenz aufweisen.
Stimulationssystem nach Anspruch 1, wobei, falls die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, die eine ventrikuläre Stimulation umfasst, der eine ventrikuläre Stimulation vorhergeht, die Regulierungsmittel (302) reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz als Funktion der physiologischen ventrikulären Herzfrequenz und der vorhergehenden ventrikulären Ereignissequenz festlegen.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, die einen ventrikulären Stimulationsimpuls umfasst, dem ein ventrikulärer Stimulationsimpuls vorhergeht, die Regulierungsmittel (302) reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz dekrementieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei, falls die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, die einen ventrikulären Stimulationsimpuls umfasst, dem eine erfasste ventrikuläre Depolarisation vorhergeht, die Regulierungsmittel (302) reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht erhöhen.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches weiter aufweist: Mittel (20, 22) zum Erfassen atrialer Depolarisationen, Mittel (26) zum Bereitstellen atrialer Stimulationsimpulse an ein Atrium des Herzens während der ventrikulären Escapeintervalle bei Abwesenheit erfasster atrialer Depolarisationen, wobei bzw. wodurch atriale Stimulationsimpulse innerhalb ventrikulärer Ereignissequenzen auftreten können, und wobei, falls die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, welche eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der ein ventrikulärer Stimulationsimpuls vorhergeht, und ein atrialer Stimulationsimpuls innerhalb der festgehaltenen ventrikulären Ereignissequenz abgegeben wurde, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht inkrementieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Regulierungsmittel (302) weiter Mittel zum Bestimmen der ventrikulären Stabilität aufweisen, um zu bestimmen, ob einer ventrikulären Ereignissequenz, die eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, ein ventrikulärer Stimulationsimpuls vorhergeht, und wobei, falls die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz innerhalb des stabilen Bereichs festhalten, welche eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der eine ventrikuläre Stimulation vorhergeht, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht inkrementieren, und wobei, falls die Festhaltemittel eine ventrikuläre Ereignissequenz außerhalb des stabilen Bereichs festhalten, welche eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der eine ventrikuläre Stimulation vorhergeht, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht inkrementieren, und wobei, falls die Festhaltemittel eine ventrikuläre Ereignissequenz außerhalb des stabilen Bereichs festhalten, welche eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der ein ventrikulärer Stimulationsimpuls vorhergeht, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz inkrementieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches weiter aufweist: Mittel (20, 22) zum Erfassen atrialer Depolarisationen, Mittel (26) zum Bereitstellen atrialer Stimulationsimpulse für ein Atrium des Herzens während des ventrikulären Escapeintervalls bei Abwesenheit einer erfassten atrialen Depolarisation, wobei bzw. wodurch ein atrialer Stimulationsimpuls innerhalb der ventrikulären Ereignissequenzen auftreten kann, wobei, falls die Festhaltemittel eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, welche eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der eine erfasste ventrikuläre Depolarisation vorhergeht, und eine atriale Stimulation innerhalb der festgehaltenen ventrikulären Ereignissequenz abgegeben wurde, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die Stimulationsfrequenz der ventrikulären Frequenzregulierung nicht inkrementieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Regulierungsmittel (302) weiter Mittel zum Bestimmen der ventrikulären Stabilität aufweisen, um zu bestimmen, ob eine ventrikuläre Ereignissequenz, die eine ventrikuläre Erfassung umfasst, der eine ventrikuläre Erfassung vorhergeht, eine innerhalb eines stabilen Bereichs liegende Frequenz aufweist, und wobei, falls die Festhaltemittel (30) eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, die eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der eine erfasste ventrikuläre Depolarisation vorhergeht, wobei ihre Frequenz innerhalb des stabilen Bereichs liegt, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz nicht inkrementieren, und wobei, falls die Festhaltemittel eine ventrikuläre Ereignissequenz festhalten, die eine erfasste ventrikuläre Depolarisation umfasst, der eine erfasste ventrikuläre Depolarisation vorhergeht, wobei ihre Frequenz außerhalb des stabilen Bereichs liegt, die Regulierungsmittel reagieren, indem sie die ventrikuläre Stimulationsfrequenz inkrementieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches weiter aufweist: Mittel (304) zum Erfassen des Einsetzens von Herzrhythmen, die mit einer supraventrikulären Arrhythmie konsistent sind, und Mittel (304), die auf eine Erfassung der Herzrhythmen reagieren, um den Betrieb des ventrikulären Stimulationsimpulsgenerators in dem ventrikulären Stimulationsmodus einzuleiten.