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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Anti-Wiedereintrittsvorrichtung,
die den Schlag von ineffektiven Herzen, insbesondere Herzen mit pathologischen
Bedingungen, die die normale rhythmische Tätigkeit, die elektrische Leitung,
und/oder die Kontraktionsfähigkeit
durch Verursachung einer ventrikulären Fibrillation stören, günstig beeinflussen kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anti-Wiedereintrittsvorrichtung,
die eine gleichzeitige oder progressive Zweiphasen-Stimulation an mehreren
Stellen in einem oder beiden Ventrikeln bereitstellt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Herzkrankheiten
und Fehlfunktionen sind ein Hauptkiller von Männern und Frauen in Amerika. Eine
Vielzahl von Pathologien können
die Herzschlagmuster eines Herzens beeinträchtigen und dadurch Voraussetzungen
schaffen, dass es eine ventrikuläre
Fibrillation entwickelt. Vor dem Auftreten eines derartigen ernsthaften
und ineffektiven Rhythmus können
herkömmliche
Schrittmacher verwendet werden, um zum Beispiel Störungen als
einen Sinoatrum-(SA)-Knotenblock, A-V Block, und mehrere unabhängige Stellen
einer Kontraktion in den Ventrikeln (was auch als ectopische Fokusse
bezeichnet wird), die im Extremfall zu einer lebensbedrohlichen
ventrikulären
Fibrillation führen
können,
zu behandeln. Herkömmliche
Herzschrittmacher kontrollieren und verhindern oft das erneute Auftreten
von ectopischen Fokussen durch eine vorprogrammierte Stimulation des
(gewöhnlicherweise)
rechten Ventrikels über eine
einzelne Elektrode. Einige Schrittmacher verwenden auch eine zweite
Elektrode, die speziell für das
linke Ventrikel vorgesehen ist. Zusätzlich verwenden herkömmliche
Schrittmacher einen Bereich von Schaltungslogikmustern, um spezifische
Probleme zu behandeln, die in den allgemeineren Pathologien angetroffen
werden.
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Jedoch
versagen herkömmliche
Technologien mit einer einzelnen ventrikulären Elektrode, einschließlich der
Verwendung einer getrennten einzelnen Elektrode für jedes
Ventrikel, in Fällen,
bei denen eine ventrikuläre
Fibrillation sich ergeben hat (insbesondere dann, wenn die Fibrillation
die Folge von mehreren wahllosen Neueintritten ist), und eine Stimulation
an einer einzelnen Stelle reißt
nicht ausreichend große
Gebiete des umgebenden Gewebes mit, um die konzentrierte bzw. abgestimmte
Kontraktion zu erzeugen, die für
eine optimale Effizienz beim Pumpen von Blut erforderlich ist. In
derartigen Fällen einer
ventrikulären
Fibrillation aus mehreren zufälligen
Neueintritten wird der Patient Gefahren ausgesetzt, und zwar deshalb,
weil im Grunde genommen sämtliche
Körperfunktionen
von der Lieferung von Blut an die Gewebe abhängen, um Sauerstoff und Nährstoffe
zuzuführen,
und auch um metabolische Abfallprodukte weg zu transportieren. Das
Fehlen einer Korrektur einer derartigen Bedingung, bei der der Rhythmus
so weit weg von einem optimalen ist, führt dazu, dass der Patient
der Gefahr ausgesetzt ist in einer sehr kurzen Zeitperiode zu sterben.
Obwohl eine Kardioversion/Defibrillation verwendet werden kann, einschließlich derjenigen,
die in die Steuerlogik für eine
automatische Aktivierung in einigen Schrittmacher-Defibrillatoren
vorprogrammiert sind, erfordern derartige Protokolle typischerweise
große
Mengen von elektrischer Energie an den Patienten. Zusätzlich zu
der Erzeugung von extremen Unannehmlichkeiten und starken Schmerzen
erzeugen diese großen Mengen
von elektrischer Energie oft auch eine Herzbeschädigung. Die Spannung für die standardmäßige interne
Defibrillation/Kardioumwandlung ist von 150 bis 800 Volt, was ungefähr 10–35 Joule
entspricht.
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Mehrere
Ansätze
für diese
Probleme sind offenbart worden. Ein Ansatz besteht darin, größere Abschnitte
des ventrikulären
Myocardiums durch Verwenden von größeren Elektroden so zu stimulieren,
dass größere Abschnitte
des Myocardiums gleichzeitig stimuliert werden. Zum Beispiel offenbart das
U.S. Patent Nr. 5,411,547 von Causey, III die Verwendung von Defibrillations-Elektrodenflecken
für eine
effizientere bipolare Herzstimulation. Zusätzlich ist die Verwendung von
großen
plattenartigen Elektroden für
eine Defibrillation und Kardioumwandlung altbekannt. Jedoch weist
die Verwendung von derartigen größeren Elektroden
das Problem einer Zuführung
von großen
Mengen von elektrischer Energie auf, die große Unannehmlichkeiten für den Patienten und
die Möglichkeit
einer Gewebebeschädigung
erzeugen.
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Noch
ein anderer Ansatz besteht darin mehrere individuelle Elektroden
zu verwenden, die in geeigneter Weise um die Ventrikel herum angeordnet sind,
wie in den folgenden U.S. Patenten offenbart: 5,649,966 von Noren,
et. al., 5,391,185 von Kroll, 5,224,475 von Berg et al., 5,181,511
von Nickolls et al., und 5,111,811 von Smits. Obwohl diese Patente die
Verwendung von mehreren Elektroden offenbaren, schlagen sie nicht
vor und offenbaren auch nicht deren Verwendung für ein graduelles (und dennoch schnelles)
Einbinden der verschiedenen wiedereintretenden Fokusse, die in pathologischen
Ventrikeln durch Stimulation in einem progressiven Muster, das die
normale Depolarisationswelle, die in dem Herz auftritt, nachbildet,
existieren können.
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Es
ist vorgeschlagen worden eine Herzstimulation an mehreren wählbaren
Stellen in dem Herz und/oder angrenzend zu dem Herz unter Verwendung
einer Vielzahl von Elektroden bereitzustellen. Für zusätzliche Einzelheiten, siehe
die veröffentlichte europäische Patentanmeldung
EP-A-0813889.
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Somit
besteht eine Notwendigkeit für
eine Anti-Wiedereintrittsvorrichtung und ein Verfahren, die die
Verwendung von einer geringeren Menge von elektrischem Strom/von
elektrischer Spannung erfordern werden, als typischerweise für eine Defibrillation und
Kardioumwandlung verwendet wird, um die Wahrscheinlichkeit oder
wenigstens die Ernsthaftigkeit einer Gewebebeschädigung zu verringern. Eine Notwendigkeit
besteht auch für
eine Anti-Wiedereintrittsvorrichtung und ein Verfahren, die größere Abschnitte
des ventrikulären
Myocardiums gleichzeitig stimulieren werden, um die Wahrscheinlichkeit
einer ventrikulären
Umwandlung (insbesondere bei Anwesenheit von mehreren wahlfreien
Wiedereintritten) zu erhöhen,
aber mit der Zuführung
von geringeren Mengen von elektrischer Energie pro Stimulation, was
demzufolge die Lebensdauer der Batterien der Vorrichtung verlängern wird
und eine myocardiale Weichgewebebeschädigung verringern wird. Eine Notwendigkeit
besteht auch für
eine derartige Anti-Wiedereintrittsvorrichtung und ein Verfahren,
die nicht nur die wichtige Verbesserung in der Herzpumpeffizienz
erzeugen wird, sondern zusätzlich
gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit einer Gewebebeschädigung verringern
wird und größeren Komfort
für den Patienten
bereitstellen wird. Zusätzlich
besteht eine Notwendigkeit für
eine Anti-Wiedereintrittsvorrichtung und ein Verfahren, die progressiv
die Ventrikel in einer Weise stimuliert, die die normale Herzdepolarisationswelle
nachbildet, wodurch eine schnelle Steuerung und Umwandlung des Herzrhythmus
auf ein normales Schlagmuster bereitgestellt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die voranstehenden Beschränkungen in dem technischen
Gebiet ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen,
die größere Gebiete
des Myocardiums effizient und schnell einbindet, um eine ventrikuläre Umwandlung
zu unterstützen,
insbesondere bei Patienten, bei denen Episoden von mehreren zufälligen ventrikulären Wiedereintritts-Fokussen vorhanden
sind, die eine ventrikuläre
Fibrillation erzeugen oder erzeugen können.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
bereitzustellen, die, während
sie größere Gebiete
des Myocardiums einbindet, dies mit kleineren Mengen von elektrischer
Energie tut als typischerweise bei der Defibrillation und Kardioumwandlung
verwendet.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die, während
sie größere Gebiete
des Myocardiums einbindet, dies durch Stimulation in einem progressiven
Muster durchführt,
welches die normale Depolarisationswelle des Herzens nachbildet.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
bereitzustellen, die, während
sie größere Gebiete
des Myocardiums mitreißt bzw.
einbindet, dies mit weniger mechanischen Spannungen an dem Herz
und größerer Bequemlichkeit
für den
Patienten tut.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die, während
sie größere Gebiete
des Myocardiums einbindet, dies mit einer geringeren Beschädigung an dem
Herzgewebe tut.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die während
sie größere Gebiete
des Myocardiums einbindet, auch eine größere myocardiale Blutpumpeffizienz
fördert.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
bereitzustellen, die größere Gebiete
des Myocardiums durch Verwenden von mehreren Elektroden, die eine
Zweiphasen-Stimulation
bereitstellen, einbindet.
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Schrittmacher,
die Stimulationsimpulse mit geringerer Energie verwenden, bilden
ein getrenntes und separates technisches Gebiet von Kardioumwandlern/Defibrillatoren,
die Stimulationsimpulse mit einer viel größeren Energie verwenden – sogar
dann, wenn die Elektroden direkt auf dem Herz positioniert sind.
Somit wird gemäß der herkömmlichen
Praxis mehr Energie benötigt,
um das gesamte Herz einzubinden (Kardioumwandlung/Defibrillation),
als exogen die traditionellen Schrittmacher zu verwenden, die typischerweise
die natürlichen
Herzleitungsfasern verwenden, und/oder einen endogenen Schrittmacher
(oder endogene Schrittmacher), um den Herzschlag zu steuern, der
nur geringfügig
relativ zu den gefährlicheren
rhythmischen Unregelmäßigkeiten,
die oft bei einer extensiven Fibrillation existieren, „außerhalb
der Synchronisation" ist.
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Ein
Zwischengrund wird durch die vorliegende Erfindung demonstriert.
Durch Verwenden von mehreren Elektroden und Anwenden einer Zweiphasen-Stimulation
kann ein Ventrikel oder beide Ventrikel graduell (und dennoch schnell)
miteingebunden werden, um angesichts eines Mehrfach-Zufalls-Wiedereintritts normaler
zu schlagen, obwohl der Stimulationsenergiepegel, der verwendet
wird, geringer als derjenige ist, der im allgemeinen für eine Kardioumwandlung/Defibrillation
verwendet wird.
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
für eine
Zweiphasen-Myocardiumstimulation
bereit, umfassend: (a) eine Vielzahl von Elektroden und eine Einrichtung
zum Verabreichen, über
die Vielzahl von Elektroden, einer ersten Stimulationsphase mit
einer ersten Phasenpolarität,
einer ersten Phasenamplitude, einer ersten Phasenform, und einer
ersten Phasendauer zur Vorkonditionierung des Myocardiums, um eine
nachfolgende Stimulation anzunehmen; (b) eine Einrichtung zur Verabreichung, über die
Vielzahl von Elektroden, einer zweiten Stimulationsphase, die eine
zweite Phasenpolarität,
eine zweite Phasenamplitude, die im Absolutwert größer als
die erste Phasenamplitude ist, eine zweite Phasenform, und eine
zweite Phasendauer aufweist; (c) eine Einrichtung zum Erfassen einer
Fibrillation; und einer Einrichtung zum Wiederholen der Schritte
a), b) und c), wenn eine Fibrillation erfasst wird.
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Somit
erreicht die vorliegende Erfindung die obigen Ziele durch Verwenden
von mehreren Elektroden, die mehrere ventrikuläre Gebiete kontaktieren 1)
für eine
gleichzeitige zweiphasige Stimulation, oder 2) für eine progressive zweiphasige
Stimulation, das heißt,
die Nachbildung der physiologischen Muster von elektrischen Stromflüssen oder
Depolarisationswellen in dem Myocardium. Die Steuerschaltungslogik
kann die zweiphasige ventrikuläre
Stimulation an mehreren Stellen auf das Auftreten eines A-V Blocks
in einem Patienten, von dem bekannt ist, dass er für mehrere
zufällige
ventrikuläre
Wiedereintritts-Fokusse empfänglich
ist, oder auf die direkte oder indirekte Erfassung einer ventrikulären Fibrillation
hin aktivieren. Zum Beispiel kann eine direkte Erfassung einer ventrikulären Fibrillation
auf Daten von mehreren ventrikulären
Erfassungselektroden gestützt
werden und eine indirekte Erfassung kann auf irgendeinen von verschiedenen
funktionalen Parametern gestützt
werden, wie beispielsweise den Arterienblutdruck, die Größe und/oder
die Anwesenheit einer R-Welle, die Rate der Elektrogramm-Ablenkungen,
oder der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (Probability Density
Function; PDF) des Elektrogramms.
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Die
vorliegende Erfindung erzielt die obigen Zielrichtungen durch die
Verwendung von einer zweiphasigen ventrikulären Stimulation an mehreren
Stellen in einem oder beiden Ventrikeln, um 1) allmählich bzw.
graduell (und dennoch schnell) im Wesentlichen sämtliche der mehreren Zufalls-Wiedereintritts-Schaltungen,
die vorhanden sind, miteinzubinden und im Wesentlichen zu unterbrechen;
oder, wenn dies nicht funktioniert, 2) die Anzahl von derartigen
Wiedereintritts-Schaltungen auf einen Pegel zu verringern, auf dem
viel kleinere Stimulationen verwendet werden können als bei der herkömmlichen Defibrillation/Kardioumwandlung,
um die Rhythmen auf normalere umzuwandeln und dadurch eine koordinierte
und effiziente Herzfunktion zu erzeugen.
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Die
ersten und zweiten Phasen der Stimulation bestehen aus einem anodenartigen
Impuls (erste Phase), gefolgt von einem kathodenartigen Impuls (zweite
Phase). In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Phase
der Stimulation ein anodenartiger Impuls bei einer maximalen Unterschwellenamplitude
und über
eine lange Dauer, um das Myocardium für eine nachfolgende Stimulation
vorzukonditionieren, und die zweite Phase der Stimulation ist ein
kathodenartiger Impuls mit einer kurzen Dauer und einer hohen Amplitude.
Zusätzliche
Ausführungsformen
der ersten Phase umfassen, sind aber nicht begrenzt auf, die Verwendung
von Rampenimpulsen, eine Reihe von Quadratwellenimpulsen kurzer
Dauer, anodenartigen Impulsen, die kleiner als die maximale Unterschwellenamplitude
sind, und Impulse, deren Größen von
einer anfänglichen
Unterschwellenamplitude auf eine niedrigere Amplitude abklingen,
wobei die Form der Abklingung linear oder gebogen sein kann. Es
sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung des Ausdrucks „mittlere
Energie"-Stimulation
oder -Impuls sich auf eine elektrische Stimulation oder elektrische
Impulse bezieht, bei der/bei denen die Größe der Spannung der elektrischen
Stimulation/des elektrischen Impulses niedriger ist als diejenige,
die bei einer typischen Defibrillation/Kardioumwandlung verwendet
wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1-A ein Herz mit mehreren Ventrikelelektroden,
die über
den Venenhohlraum eingeführt sind;
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1-B ein Herz mit mehreren ventrikulären Elektroden,
die mit einer externen Oberfläche
der Ventrikel verbunden sind und einen getrennten Elektrodensatz
jeweils für
das rechte und linke Ventrikel umfassen;
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2 eine
schematische Darstellung einer führenden
anodalen (anodenartigen) zweiphasigen Stimulation;
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3 eine
schematische Darstellung einer führenden
anodalen Stimulation mit einem geringen Pegel und einer langen Dauer,
gefolgt von einer kathodalen (kathodenartigen) Stimulation;
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4 eine
schematische Darstellung einer führenden
anodalen Stimulation mit einem rampenartigen niedrigen Pegel und
einer langen Dauer, gefolgt von einer kathodalen (kathodenartigen)
Stimulation; und
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5 eine
schematische Darstellung einer führenden
anodalen Stimulation mit einem geringen Pegel und einer kurzen Dauer,
verabreicht in einer Serie, gefolgt von einer kathodalen Stimulation.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf
die 1-A, 1-B und 2 bis 5 verstehen.
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Bezugnehmend
auf 1-A ist ein Diagramm des Herzens
gezeigt, das mit einem Venenhohlraum 103 verbunden ist
und vier Kammern aufweist: das rechte Atrium (RA), das linke Atrium
(LA), das rechte Ventrikel (RV) und das linke Ventrikel (LV). Die
Elektrodenzuleitung 101 ist so gezeigt, dass sie über den
Venenhohlraum 103, das rechte Atrium, und ein Tricuspid-Ventil 111 eine
Zuführung
in das rechte Ventrikel vornimmt. Individuelle Elektroden 102, 104, 106, 108 und 110 sind
mit der Elektrodenzuleitung 101 verbunden und kontaktieren
mehrere interne Stellen des rechten Ventrikels. Keine voreingestellte
Anzahl oder ein absoluter Bereich hinsichtlich der Anzahl der einzelnen
Elektroden wird benötigt,
um diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in der Praxis umzusetzen. Ein typischer
Bereich könnte
2 bis 30 Elektroden umfassen, obwohl Anzahlen größer als 30 ebenfalls in Erwägung gezogen
werden. Zusätzlich
besteht keine voreingestellte Platzierung von diesen Elektroden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden sechs oder weniger Elektroden verwendet, vier in dem linken
Ventrikel und zwei in dem rechten Ventrikel. Es sei darauf hingewiesen,
dass die Stimulation des Atriums durch die Ausübung der vorliegenden Erfindung
ebenfalls in Erwägung
gezogen wird.
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Bezugnehmend
auf die 1-B ist ein ähnliches
Diagramm des Herzens gezeigt, bei dem zwei Sätze von mehreren Elektroden
dargestellt sind, die mit externen ventrikulären Oberflächen verbunden sind. Die Elektrodenzuleitung 201,
die mit einzelnen Elektroden 202, 204, 206, 208 und 210 verbunden ist,
ist so gezeigt, dass die einzelnen Elektroden mit mehreren Punkten
auf den externen Oberflächen
des rechten Ventrikels verbunden sind. Die Elektrodenzuleitung 301,
die mit einzelnen Elektroden 302, 304, 306, 308 und 310 verbunden
ist, ist mit den individuellen Elektroden gezeigt, die mit mehreren
Punkten auf den externen Oberflächen
des linken Ventrikels verbunden sind.
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In
alternativen Ausführungsformen
folgen die Orte der einzelnen Elektroden in der 1-A (102, 104, 106, 108 oder 110)
und in 1-B (202, 204, 206, 208 und 210;
und 302, 304, 306, 308 und 310) unter
Umständen
1) einem regulären
oder relativ regelmäßigen geometrischen
Muster (z.B. einem orthogonalen oder andersstrukturiertem Gitter),
um so die ventrikulären
Oberflächen
an geeigneten Stellen gut abzudecken; 2) ferner können sie
auf ein bestimmtes ventrikuläres
Gebiet lokalisiert werden, von dem bekannt ist oder von dem angenommen
wird, dass es die Ursache von Zufalls-Wiedereintritts-Schaltungen
ist; 3) sie können
unter Umständen wahlfrei
um die gewählten
ventrikulären
Oberflächen platziert
werden; und/oder 4) sie können
um die ventrikulären
Oberflächen
in einem progressiven Muster platziert werden, um eine Nachbildung
des normalen physiologischen Flusses der Depolarisationswelle zu ermöglichen,
die zu der effizientesten Kontraktion des bestimmten Ventrikels
(der bestimmten Ventrikel) führt.
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Die
letztere progressive Stimulations-Ausführungsform, die den normalen
physiologischen Fluss der normalen ventrikulären Depolarisationswelle nachbildet,
erfordert, dass die Gebiete, die zu dem A-V-Knoten am nächsten liegen (oder dort liegen),
die Gebiete sind, die während
eines gegebenen Schlags (Herzschlags) als erste stimuliert werden, und
dass Gebiete, die von dem A-V-Knoten – den normalen eigentümlichen
Leitungsfaden folgend – am
entferntesten sind, die letzten Gebiete sind, die stimuliert werden
müssen.
Gebiete, die zwischen diesen zwei Extremen liegen, werden in einer
geeigneten Weise auf einer skalierten Zeitbasis stimuliert, die wiederum
die normalen eigentümlichen
Leitungspfade nachbildet, die die effizienteste Herzkontraktion ermöglichen.
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Diese
Ausführungsform
mit progressiver Stimulation erfordert die Kenntnis der Anordnung
von jeder Elektrode relativ zu jeder anderen Elektrode, sowie die
Anordnung relativ zu den elektrischen Leitungspfadwegen in dem Herz.
Somit ist es geeignet, „Klassen" von Elektroden in
Erwägung
zu ziehen, bei denen zum Bespiel Elektroden identifiziert oder kategorisiert
werden in Übereinstimmung
damit, wann sie gefeuert (gereizt) werden. In einem vereinfachten System
mit 5 Gruppen, z.B., ist die erste Gruppe von Elektroden dafür vorgesehen,
als Erste gefeuert zu werden (d.h. die Elektroden, die dem A-V-Knoten
am nächsten
sind), gefolgt sukzessive (und zeitlich progressiv in Übereinstimmung
mit den normalen Leitungswegen) durch die zweite, dritte, vierte
und fünfte Gruppe
von Elektroden, wobei die fünfte
Gruppe von Elektroden die letzte ist, die gefeuert wird, und deren Orte
auf dem Ventrikel (den Ventrikeln) den letzten Gebieten entsprechen,
die im Verlauf einer normalen ventrikulären Kontraktion/eines normalen
ventrikulären
Herzschlags, depolarisiert werden. Ein noch einfacheres System (d.h.
mit zwei, drei oder vier Gruppen) kann verwendet werden, oder ein
komplexeres (d.h. eines mit mehr als fünf Gruppen oder mit irgendeiner
anderen Basis einer Elektrodenanordnung, wie beispielsweise einem
Doppelkamm-Feld in einem bestimmten Gebiet mit einer bekannten oder angenommenen
Pathologie hinsichtlich der rhythmischen Tätigkeit, des Wiedereintritts,
der Leitung, der Kontraktionsfähigkeit,
etc.). Ferner können
mehrere Elektroden innerhalb einer gegebenen Gruppe nummeriert oder
in einer anderen Weise getrennt identifiziert werden, sodass der
Arzt Elektroden in Bezug auf bekannte Stellen in dem Herz testen
und verwenden kann, um zum Bespiel ein Gebiet mit einer elektrischen
Blockade zu entdecken und/oder zu umgehen. Dieser Typ von Ausführungsform
würde die
Verwendung von mehreren kleinen Elektroden erfordern, die in einer
physiologisch sequentiellen Weise gepulst werden. Bei der Anwendung
auf das Atrium werden die Elektroden progressiv von dem SA-Knoten
nah (der der erste ist, der gefeuert werden soll) zu dein AV-Knoten
nah (der der letzte ist, der gefeuert werden soll) angeordnet, wobei
die normalen eigentümlichen
Leitungspfade nachgebildet werden.
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Ein
Umgehen eines Gebiets mit einer elektrischen Blockade wird durch
die vorliegende Erfindung ebenfalls in Erwägung gezogen und kann dadurch bewirkt
werden, dass zunächst
derartige Gebiete identifiziert werden, zum Beispiel durch Bestimmen von
myocardialen Widerstandswerten zwischen den Elektroden. Elektrische
Impulse werden dann an diejenigen Myocardiumgebiete mit geeignet
niedrigen Widerständen
geführt,
wobei so nahe wie möglich
die Linien der Leitung der normalen eigentümlichen Leitungspfade verfolgt
werden. Eine Kommunikation und eine Steuerung von Messungen eines
Widerstands zwischen Elektroden, so wie die Entwicklung eines Umgehungsprotokolls
(Bypass-Protokolls) für einen
bestimmten Patienten, können
durch einen externen Computer durchgeführt werden. Der externe Computer
kann mit dem Schrittmacher durch irgendein zweckdienliches Verfahren
kommunizieren, zum Bespiel durch eine Radiotelemetrie, eine direkte Kopplung
(wie durch eine Verbindung mit einem externen Draht von dem Schrittmacher
zu der Oberfläche
der Haut des Patienten), etc.
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Die 2 bis 5 zeigen
einen Bereich von zweiphasigen Stimulationsprotokollen. Diese Protokolle
sind in der United States Patent Application Nr. 08/699,552 von
Mower offenbart worden.
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2 zeigt
eine zweiphasige elektrische Stimulation, bei der eine erste Stimulationsphase,
die einen anodalen Stimulus 202 umfasst, mit einer Amplitude 204 und
einer Dauer 206 verabreicht wird. Der ersten Stimulationsphase
folgt sofort eine zweite Stimulationsphase, die einen kathodalen
Stimulus 208 umfasst, der von gleicher Intensität und Dauer
wie diejenigen des anodalen Stimulus 202 ist. Diese Stimulation
ist nicht gemäß der Erfindung,
wie im Anspruch 1 definiert.
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3 zeigt
eine zweiphasige elektrische Stimulation, bei der eine erste Stimulationsphase,
die eine anodale Stimulation 302 mit geringem Pegel und langer
Dauer umfasst, die eine Amplitude 304 und eine Dauer 306 aufweist,
verabreicht wird. Der ersten Stimulationsphase folgt unmittelbar
eine zweite Stimulationsphase, die eine kathodale Stimulation 308 von
herkömmlicher
Intensität
und Dauer umfasst. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine
anodale Stimulation 302 auf einer maximalen Unterschwellenamplitude.
In noch einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
eine anodale Stimulation 302 kleiner als drei Volt. In
einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist eine anodale Stimulation 302 von einer
Dauer von ungefähr
zwei bis acht Millisekunden. In noch einer anderen alternativen
Ausführungsform
der Erfindung ist die kathodale Stimulation 308 von einer
kurzen Dauer. In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
eine kathodale Stimulation 308 ungefähr 0,3 bis 1,5 Millisekunden.
In noch einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine
kathodale Stimulation 308 von einer hohen Amplitude. In
einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die kathodale Stimulation 308 in dem
ungefähren
Bereich von drei bis zwanzig Volt. In noch einer anderen alternativen
Ausführungsform der
Erfindung ist die kathodale Stimulation 308 von einer Dauer
kleiner als 0,3 Millisekunden und auf einer Spannung, die größer als
zwanzig Volt ist. In einer anderen alternativen Ausführungsform
wird die anodale Stimulation 302 über 200 Millisekunden nach
einem Herzschlag verabreicht. In der Weise, die durch diese Ausführungsformen
offenbart wird, sowie diejenigen Änderungen und Modifikationen,
die beim Lesen dieser Beschreibung offensichtlich werden, wird ein
maximales Membranpotential ohne eine Aktivierung bei der ersten
Phase der Stimulation erreicht.
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4 zeigt
eine elektrische zweiphasige Stimulation, bei der eine erste Stimulationsphase,
die eine anodale Stimulation 402 umfasst, über der
Periode 404 mit einem ansteigenden Intensitätspegel 406 verabreicht
wird. Die Rampe des ansteigenden Intensitätspegels 406 kann
linear oder nicht-linear sein und die Steigung kann sich verändern. Dieser anodalen
Stimulation folgt unmittelbar eine zweite Stimulationsphase, die
eine kathodale Stimulation 408 mit einer herkömmlichen
Intensität
und Dauer umfasst. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung steigt
die anodale Stimulation 402 auf eine maximale Unterschwellenamplitude
an. In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung steigt
die anodale Stimulation 402 auf eine maximale Amplitude
an, die kleiner als drei Volt ist. In einer anderen alternativen
Ausführungsform
der Erfindung ist die anodale Stimulation 402 eine Dauer
von ungefähr zwei
bis acht Millisekunden. In noch einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die kathodale Stimulation 408 von einer
kurzen Dauer. In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
die kathodale Stimulation 408 ungefähr 0,3 bis 1,5 Millisekunden.
In noch einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
die kathodale Stimulation 408 von einer hohen Amplitude.
In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
die kathodale Stimulation 408 in dein ungefähren Bereich
von drei bis zwanzig Volt. In noch einer anderen alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die kathodale Stimulation 408 von
einer Dauer kleiner als 0,3 Millisekunden und mit einer Spannung
von größer als
zwanzig Volt. In einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung wird
die anodale Stimulation 402 über 200 Millisekunden nach
einem Herzschlag verabreicht. In der Vorgehensweise, die mit diesen
Ausführungsformen
offenbart ist, sowie mit denjenigen Änderungen und Modifikationen,
die beim Lesen dieser Beschreibung offensichtlich werden, wird ein
maximales Membranpotential ohne eine Aktivierung in der ersten Phase der
Stimulation erreicht.
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5 zeigt
eine elektrische Zweiphasen-Stimulation, bei der eine erste Stimulationsphase,
die eine Reihe 502 von anodalen Impulsen umfasst, bei einer
Amplitude 504 verabreicht wird. In einer Ausführungsform
ist eine Ruheperiode 506 mit gleicher Dauer wie die Stimulationsperiode 508 vorgesehen und
wird bei einer Basislinien-Amplitude verabreicht. In einer alternativen
Ausführungsform
ist die Ruheperiode 506 von einer anderen Dauer als die
Stimulationsperiode 508 und wird auf einer Basislinien-Amplitude verabreicht.
Die Ruheperiode 506 tritt nach jeder Stimulationsperiode 508 mit
der Ausnahme auf, dass eine zweite Stimulationsphase, die eine kathodale
Stimulation 510 mit einer herkömmlichen Intensität und Dauer
umfasst, dem Abschluss der Serie 502 unmittelbar folgt.
In einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die Gesamtladung, die durch die Serie 502 einer
anodalen Stimulation transferiert wird, auf dem maximalen Unterschwellenpegel.
In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung wird
die erste Stimulationsphase der Serie 502 über 200
Millisekunden nach einem Herzschlag verabreicht. In einer anderen
alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die kathodale Stimulation 510 von kurzer
Dauer. In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die
kathodale Stimulation 510 ungefähr 0,3 bis 1,5 Millisekunden.
In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
die kathodale Stimulation 510 von einer hohen Amplitude.
In einer noch anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist
die kathodale Stimulation 510 in dem ungefähren Bereich
von 3 bis 20 Volt. In einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die kathodale Stimulation 510 von einer
Dauer kleiner als 0,3 Millisekunden und bei einer Spannung größer als zwanzig
Volt. Die individuellen Impulse der Serie von Impulsen können Rechteckwellen
sein oder sie können
aus irgendeiner anderen Form gebildet sein, zum Beispiel aus Impulsen,
die linear oder kurvenförmig von
einer anfänglichen
Unterschwellenamplitude auf eine niedrigere Amplitude abfallen.
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In
dem bevorzugten Protokoll der Zweiphasen-Stimulation, das durch
die vorliegende Erfindung ausgeführt
wird, übersteigt
die Größe der anodalen Phase
die maximale Unterschwellenamplitude nicht. Die anodale Phase dient
einer Vorkonditionierung des stimulierten Myocardiums, wodurch die
Anregungsschwelle herabgesetzt wird, sodass eine kathodale Stimulation
mit einer geringeren Intensität
als normal eine Depolarisation erzeugen wird, die zu einer Kontraktion
führt.
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Die
Werte einer Dauer und einer Amplitude sind von Faktoren wie der
Anordnung/Position der bestimmten Elektrode (einschließlich z.B.
ob die Elektrode in einem reinen Muskelgewebe gegenüber einem
spezialisierten leitenden oder die Schrittsteuerung unterstützendem
Gewebe ist), ob ein beschädigtes/vernarbtes
Gewebe in nächster
Nähe zu
der Elektrode ist, der Tiefe der Elektrode innerhalb des Gewebes,
dem lokalen Gewebewiderstand, der Anwesenheit oder Abwesenheit irgendeiner
von einer großen
Zahl von lokalen Pathologien, etc., abhängig. Trotzdem fallen typische
anodale Phasendauern oft in den Bereich von ungefähr zwei
Millisekunden bis ungefähr
acht Millisekunden, wo hingegen typische kathodale Dauern oft in
den Bereich von ungefähr
0,3 Millisekunden bis ungefähr
1,5 Millisekunden fallen. Typische anodale Phasenamplituden (am
häufigsten bei
der maximalen Unterschwellenamplitude) fallen oft in den Bereich
von ungefähr
0,5 Volt bis 3,5 Volt, im Vergleich mit typischen kathodalen Phasenamplituden
von ungefähr
drei Volt bis ungefähr
zwanzig Volt.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt dem Arzt auch leicht Bereiche einer
Stimulation und anderer Parameter (Spannung, Dauer, Form der Spannung gegenüber den
Zeitimpulsen, etc.) zu testen, sobald das Anti-Wiedereintritts-System
(Anti-Reentry-System) in dem Patienten an der Stelle angeordnet
ist. Somit erlaubt die Fähigkeit,
versuchsweise Pulsierungsparameter zu testen, dein Arzt nicht nur
einen derartigen Parameter wie die maximale Unterschwellenamplitude
zu bestimmen, sondern auch andere Stimulationsparameter zu optimieren,
um sie dem Zustand eines gegebenen Patienten, dem Ort der Elektroden,
etc. zu passen. Ferner kann der Arzt so optimale Parameter für jede einzelne
Elektrode in einem Satz von mehreren Elektroden bestimmen.
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Ein
derartiges System zum Testen könnte sich
auf das Testen der Defibrillationsschwelle beziehen, wobei eine
ventrikuläre
Fibrillation absichtlich hervorgerufen wird und verschiedene Pegel
von Defibrillationsschocks gegeben werden, um die benötigte Energiemenge
zu bestimmen. In der vorliegenden Anmeldung wird das Testen mit
den verschiedenen Mustern einer Schrittsteuerung so ausgeführt, dass dasjenige
mit der geringsten Anforderung für
eine Gegenschockenergie gefunden wird.