NL8702347A - Automatische gevoeligheidsregelaar voor een hartstimulator. - Google Patents

Description

4 * VO 9289

Automatische gevoeligheidsregelaar voor een hartstimulator.

De uitvinding heeft betrekking op een implanteerbare hartstimulator en meer in het bijzonder op een automatische gevoeligheidsregelaar daarvoor.

Elke moderne implanteerbare hartstimulator omvat een aftastver-5 mogen, waarbij één of beide kamers worden afgetast. De hartstimulator-gevoeligheid is een maat voor de versterking van de aftastversterker.

Een gebeurtenis van het hart wordt afgetast wanneer het versterkte ingangssignaal een drempelwaarde overschrijdt. Indien de gevoeligheid te gering is, dat wil zeggen de versterking te gering is, dan zullen bepaal-10 de hartgebeurtenissen niet worden afgetast omdat zelfs pieksignalen het drempelniveau niet kunnen overschrijden. Indien daarentegen de gevoeligheid te groot is kan de grote versterking van de versterker ertoe leiden, dat ruissignalen aanleiding geven tot een onjuiste aftasting van hartgebeurtenissen. Hartstimulatoren met communicatietelemetrie omvatten ge-15 woonlijk een mechanisme, dat het mogelijk maakt, dat de uiterste gevoeligheid instelt.

Er zijn twee bezwaren in het geval, dat de uiterste gevoeligheid instelt. In de eerste plaats is het instellen van de gevoeligheid één verdere zaak welke de arts zich moet herinneren, en het zou beter zijn 20 hem van deze taak te ontheffen indien dit mogelijk zou zijn. In de tweede plaats en dit is belangrijker, ziet de arts de patiënt in het algemeen slechts af en toe en er kunnen weken of maanden voorbij gaan zonder dat de gevoeligheidsinstelling wordt gewijzigd zelfs ofschoon een wijziging vereist kan zijn.

25 Een algemeen oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een implanteerbare hartstimulator, welke is voorzien van een automatische gevoeligheidsregelaar.

Volgens de uitvinding wordt het pieksignaal tijdens elke stimula-tieperiode gemeten. De piekamplituden tijdens opeenvolgende perioden 30 worden over een lange tijdsduur gemiddeld. De tijdsduur kan van de orde van 24 uur zijn, doch is op zijn minst van de orde van enige minuten.

De gevoeligheid wordt overeenkomstig de gemiddelde piekwaarde ingesteld en wordt automatisch ingesteld. De gevoeligheid wordt op deze wijze slechts op basis van een lange termijn ingesteld omdat veranderingen in 35 de gevoeligheid verschijnselen op lange termijn zijn.

870 2 34 7 » i -2-

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont; fig. 1 een bekende hartstimulator zonder automatische gevoelig-heidsregelaar; en 5 fig. 2 een illustratieve uitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

De bekende hartstimulator volgens fig. 1 omvat twee ingangsklem-men 10, 12 waarmede de elektrodegeleiders zijn verbonden. De versterker 14 is de aftastversterker, welke de hartactiviteit controleert. De stimulator volgens fig. 1 omvat geen schakeling voor het onderdrukken van de 10 versterker, een schakeling voor het toevoeren van een stimulatiepuls aan de elektroden en vele andere onderstelsels, welke op zichzelf bekend zijn en in een typerende hartstimulator aanwezig zijn. Het enige, dat in fig. 1 is weergegeven, zijn die rechthoeken, welke voor een juist begrip van de uitvinding noodzakelijk zijn.

15 De versterking van de versterker wordt bestuurd door een signaal, dat over de geleider 24 wordt overgedragen. De versterking wordt door de hartstimulatorregelaar 20 bepaald, welke meer in het bijzonder bestaat uit een microprocessor, die op een geschikte wijze is geprogrammeerd.

Het uitgangssignaal van de versterker 14 wordt toegevoerd aan 20 een banddoorlaatfilter 16. Het filter heeft meer in het bijzonder een center-frequentie van 44 Hz en een Q-waarde van 2. Het uitgangssignaal van het filter wordt toegevoerd aan de ingang van een venstervergelijkings-inrichting 18.

Aan de hartstimulatorregelaar 20 wordt via een geleider 28 een 25 drempelniveau aan een ingang van de venstervergelijkingsinrichting 18 toegevoerd. De drempel stelt de beide grenzen van het venster in en de venstervergelijkingsinrichting gaat na of het signaal op de uitgang van het filter binnen de twee grenzen van het venster valt. Wanneer het fil-teruitgangssignaal zich buiten het venster bevindt, meer in het bijzonder 30 wanneer een R-golf wordt afgetast, wordt de aftastuitgang bekrachtigd.

Het over de geleider 30 naar de hartstimulatorregelaar 20 overgedragen signaal is een indicatie, dat een hartslag is afgetast.

Het stelsel omvat een telemetriesectie 22, welke met de hartstimulatorregelaar 20 is gekoppeld. De arts programmeert de stimulator 35 ten aanzien van een aantal verschillende parameters, zoals snelheid, pülsbreedte en gevoeligheid. De gevoeligheidsinstelling bestuurt de ver- 8702347 c t -3- sterking van de versterker 14 en/of de drempel van de venstervergelij-kingsinrichting 18. De uitdrukking gevoeligheid heeft betrekking op het signaal op de versterkeringang, dat juist voldoende groot is om te veroorzaken, dat de uitgang van de vergelijkingsinrichting hoog wordt. Bij 5 de stand der techniek wordt de hartstimulatorgevoeligheid door de arts ingesteld op basis van door hem uitgevoerde elektrocardiografische en andere metingen.

Bij de hartstimulator volgens fig. 2 bevindt zich aan de uitgang van de versterking 14 een dempingsinrichting 40. De versterkings-10 besturingsgeleider 24 strekt zich naar de dempingsinrichting uit. De versterking van het afgetaste signaal (met een versterking van de versterker groter dan de eenheid) gevolgd door een bestuurde demping is equivalent aan de bestuurde versterking volgens fig. 1.

Het uitgangssignaal van de dempingsinrichting wordt toegevoerd 15 aan de filter- en analoog-digitaalomzetrechthoek 42. Een keten voor het uitvoeren van de beide functies is beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr. 891.478. De rechthoek 42 dient als een conventioneel filter en leidt ook een digitale steekproef van het versterkte en gedempte afgetaste signaal bij elk 2 millisec af. Bij voorkeur wordt de hart-20 stimulator volgens fig. 2 digitaal gerealiseerd. Voor een omschrijving van een digitale realisatie kan worden verwezen naar de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr. 891.479.

De keten 44 leidt de digitale absolute waarde van elke door de rechthoek 42 geleverde steekproef af. (In het geval, dat een delta-25 modulatie wordt toegepast, zoals besproken in de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvragen, leidt de keten 44 de absolute waarde van een steekproef van het afgetaste signaal en niet slechts een deltawaarde af). De ventservergelijkingsinrichting 18 volgens fig. 1 is in fig. 2 vervangen door een digitale vergelijkingsinrichting 48. Elke steekproef uit i 30 de keten 44 wordt toegevoerd aan een ingang van de digitale vergelijkingsinrichting 48; de drempelwaarde wordt via de lijn 28 aan de andere ingang van de vergelijkingsinrichting toegevoerd. De digitale vergelijkingsinrichting werkt op een wijze, welke vergelijkbaar is met die van de vergelijkingsinrichting 18. De reden, dat de absolute waarde van elke 35 steekproef wordt beschouwd, is, dat in afhankelijkheid van de opstelling van de geleiders, de R-golf een grotere zwaai in beide richtingen aan de 8702347 -4- uitgang van het filter kan hebben. (In het geval van unipolaire geleiders is het steeds de negatieve zwaai, welke het grootst is? in het geval van bipolaire geleiders evenwel, kan de positieve zwaai groter zijn dan de negatieve). Teneinde ruis op een maximale wijze uit te sluiten, dient de 5 drempel zo hoog mogelijk te worden ingesteld. Om de drempel zo hoog mogelijk in te stellen, is het nodig een golf te gebruiken, welke de grootste absolute waarde heeft, onafhankelijk van de polariteit daarvan. Het is om deze reden, dat een absolute-waardeketen wordt toegepast.

Bij de meest eenvoudige realisatie volgens de uitvinding wordt 10 de drempelwaarde op een constant niveau gehouden. Het aftastuitgangssig-naal op de geleider 30 is, evenals bij de hartstimulator volgens fig. 1, een indicatie voor de hartstimulatorregelaar 20, dat een hartactiviteit heeft plaatsgevonden. (Het is duidelijk, dat de hartstimulator volgens fig. 2 tevens is voorzien van een onderdrukkingsschakeling, een puls-15 generatorschakeling, enz., ofschoon deze in de tekening niet zijn weergegeven) .

Elke steekproef uit de keten 44 wordt ook toegevoerd aan een piek-detector 46. Na het terugstellen van de piekdetector worden opeenvolgende steekproeven aan de ingang daarvan toegevoerd. De grootste steekproef 20 van alle ontvangen steekproeven na de laatste terugstelling treedt op de uitgang op, welke in de tekening is aangegeven met "piek". De hartstimulatorregelaar 20 kan derhalve de grootste steekproef bepalen, welke na de laatste terugstelling werd afgetast.

Bij de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding bestaat de 25 hartstimulatorregelaar 20 uit een microprocessor, welke gedurende het grootste gedeelte van elke stimulatieperiode "slaapt", terwijl het stelsel wacht op het aftasten van een hartactiviteit. Dit is een standaardmethode, welke thans op het terrein van hartstimulatoren wordt toegepast en de reden voor het gebruik daarvan is, dat de microprocessor wanneer 30 deze werkt een aanzienlijke stroom voert? de microprocessor laat men slechts eenmaal tijdens elke stimulatieperiode wanneer een hartactiviteit wordt afgetast "ontwaken". De andere "hardware" kan zodanig worden uitgevoerd, dat deze een betrekkelijk geringe stroom voert en in verband hiermede realiseert de microprocessor minder dan alle functies, welke deze 35 anders zou kunnen uitvoeren. Het aftastuitgangssignaal op de geleider 30 is in wezen het ontwakingssignaal voor de microprocessor. Het feit, dat 8702347 -5- het ingangssignaal de drempelwaarde overschrijdt, is evenwel niet noodzakelijkerwijze een indicatie, dat de laatste steekproef tijdens de geldende periode de grootste zal zijn. In verband hiermede bezit de microprocessor een ingebouwde vertraging van 30 millisec nadat het aftast-5 uitgangssignaal op de geleider 30 hoog wordt. Slechts nadat 30 millisec is verstreken, wordt het terugstelsignaal opgewekt om de piekdetector terug te stellen. Op dit moment zal de pieksteekproef stellig zijn bepaald aangezien de piek van een R-golf bijvoorbeeld invariabel binnen 30 millisec van de R-golf zal optreden, die het drempelniveau overschrijdt, 10 dat gebruikt wordt voor het aftasten hiervan. Juist voor het terugstellen van de piekdetector leest de hartstimulatorregelaar de piekwaarde af.

De hartstimulatorregelaar 20 stelt de versterking overeenkomstig de gemiddelde waarde van de tijdens opeenvolgende perioden gedetecteerde pieken in. Het bijwerken van de gemiddelde waarde van de piek (AP) ge-15 schiedt overeenkomstig de onderstaande vergelijking: (Nieuwe AP) = (X) (oude AP) + (1-X) (nieuwe steekproef), waarbij X een waarde tussen 0 en 1 is. Er bestaan verschillende bekende methoden voor het afleiden van een gemiddelde op lange termijn en de bepaalde wijze waarop het gemiddelde wordt berekend is niet belangrijk.

20 Hetgeen wel belangrijk is, is dat het nieuwe uitgangssignaal, dat wil zeggen het versterkingssignaal 24, dat aan de dempingsinrichting 40 wordt toegevoerd, een maat is van de pieken gedurende tenminste de voorafgaande enige minuten. Des te groter de pieken zijn, des te kleiner is de versterking, welke nodig is opdat het afgetaste signaal de drempel over-25 schrijdt. Derhalve is naarmate de gemiddelde waarde van de pieken groter is, de demping groter en de totale versterking van het aftastkanaal kleiner. Het is op deze wijze, dat de gevoeligheid van het aftastkanaal automatisch overeenkomstig de amplitude van het ingangssignaal wordt geregeld. Meer in het bijzonder wordt het dempingsniveau zodanig ingesteld, 30 dat de pieksignaalamplitude 2-3 maal groter is dan het drempelniveau.

Bij de meest eenvoudige uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is het drempelniveau stationair. In de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr. 915.693, is een mechanisme beschreven om piekamplituden, welke worden gemeten tijdens hartperioden, die ruis bevatten, welke een voorafbepaald 35 niveau overschrijdt, buiten beschouwing te laten. De invloed van ruis op de automatische gevoeligheidsregelaar is minimaal omdat over de lange 8 7 0 2 3 4? 3 -6- tennijn de ruis de gemiddelde piekwaarde niet op een significante wijze beïnvloedt. Desalniettemin kan, meer in het bijzonder bij actieve mensen, de spierruis het gemiddelde piekniveau beïnvloeden indien het gemiddelde over een korte periode wordt beschouwd. Wanneer de methode als beschreven 5 in de bovengenoemde octrooiaanvrage wordt toegepast bij het stelsel volgens fig. 2 dat wil zeggen wordt gerealiseerd door de microprocessor in de hartstimulatorregelaar 20, worden de piekwaarden, welke optreden in de aanwezigheid van ruis, van het middelen uitgesloten. Wanneer dit het geval is, kan het gemiddelde over een veel kortere periode worden be-10 schouwd, vermoedelijk over een periode van maar een paar (b.v. 2) minuten, het is slechts in de aanwezigheid van ruis, dat het gemiddelde over een lange periode dient te worden beschouwd, bijvoorbeeld in de orde van uren, zodat de ruis weinig invloed heeft op de gemiddelde waarde.

(In de bovenstaande vergelijking voor het berekenen van de nieuwe gemid-15 delde piekwaarde, wordt naarmate de waarde van X groter is, het effectieve interval waarover het gemiddelde wordt beschouwd langer).

8702347

Claims (10)

1. Implanteerbare hartstimulator gekenmerkt door organen voor het aftasten van een hartsignaal, organen voor het versterken van het hart-signaal, organen voor het vergelijken van het versterkte hartsignaal met een drempelwaarde voor het bepalen van het optreden van een hartge- 5 beurtenis, organen voor het meten van de piekamplitude van het versterkte hartsignaal voor de bepaalde hartgebeurtenis, organen voor het afleiden van een waarde, die representatief is voor het gemiddelde van de gemeten piekamplituden tijdens een voorafgaand interval, dat tenminste een lengte van een paar minuten heeft, en organen om een versterking van de ver- 10 sterkingsorganen overeenkomstig de afgeleide waarde te variëren.

2. Implanteerbare hartstimulator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waarde-afleidorganen dienen om de aanwezigheid van ruis tijdens een hartcyclus af te tasten en uit de afgeleide waarde een eventuele gemeten piekamplitude voor een hartgebeurtenis, welke optreedt 15 gedurende een hartcyclus, die ruis bevat, welke een voorafbepaald niveau overschrijdt, uit te sluiten.

3. Implanteerbare hartstimulator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vergelijkingsorganen, de meetorganen en de waarde-afleidorganen alle digitaal werken.

4. Implanteerbare hartstimulator volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de waarde van de waarde-afleidorganen na het bepalen van het optreden van een hartgebeurtenis gedurende een voorafbepaald interval wordt vertraagd teneinde te verzekeren, dat de piekamplitude van deze hartgebeurtenis wordt gemeten.

5. Implanteerbare hartstimulator volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de versterkingsorganen zijn voorzien van een versterker met een versterker, die groter is dan de eenheid, en een dempingsinrichting, waarvan de mate van demping overeenkomstig de grootte van de afgeleide waarde wordt bestuurd.

6. Implanteerbare hartstimulator volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de versterkingsorganen, de vergelijkingsorganen, de meetorganen en de variatie-organen toegewezen digitale ketens zijn, en de waarde-afleidorganen bestaan uit een microprocessor, waarvan de werking tussen hartgebeurtenissen wordt onderdrukt. 870 2 3 4 7 -» -8-

7. Werkwijze voor het verbeteren van het bepalen van het optreden van een hartgebeurtenis, met het kenmerk, dat een hartsignaal wordt af-getast, het hartsignaal wordt versterkt, het versterkte hartsignaal met een drempelwaarde wordt vergeleken voor het bepalen van het optreden van 5 een hartgebeurtenis, een waarde wordt afgeleid, die representatief is voor het gemiddelde van de gemeten piekamplituden gedurende een voorafgaand interval, dat een lengte heeft van ten minste een paar minuten, en de versterking van de versterkirigsorganen overeenkomstig de afgeleide waarde wordt gevarieerd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat bij het af leiden van de waarde de aanwezigheid van ruis wordt afgetast tijdens een hartperiode en een eventueel gemeten piekamplitude voor een hartgebeurtenis, welke plaatsvindt gedurende een hartperiode, welke ruis bevat, die een voorafbepaald niveau overschrijdt, ten opzichte van de afgeleide 15 waarde wordt uitgesloten.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het vergelijken, het meten en het afleiden van de waarde alle digitaal plaatsvinden.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de werking 20 van het afleiden van de waarde na het bepalen van het optreden van een hartgebeurtenis gedurende een voorafbepaald interval wordt vertraagd teneinde ervoor te zorgen, dat de piekamplitude van deze hartgebeurtenis wordt gemeten. 8702 34 7