DE69600595T2 - Zweikammer-herzschrittmacher-system mit optimierter verstellung der av-verzögerung zur behandlung von kardiomyopathien - Google Patents

Description

Zweikammer-Schrittmachersystem mit automatischer Einstellung des AV-Escapeintervalls zur Kardiomyopathie-Behandlung
• Diese Erfindung betrifft generell Herzschrittmachersysteme und insbesondere Zweikammer-Herzschrittmachersysteme zur Abgabe ventrikulärer Stimulierimpulse, die mit atriellen Signalen synchronisiert sind, um Patienten mit Kardiomyopathie und Formen kongestiver Herzinsuffizienz (CHF) und insbesondere Patienten mit hypertropher obstruktiver Kardiomyopathie zu helfen.
• Die hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie (HOCM) ist durch eine verengte linksventrikuläre Ausflußbahn (LVOT) gekennzeichnet, die eine erhebliche Erhöhung des systolischen Drucks im linken Ventrikelende bewirkt. Verengte LVOT wird durch erhöhte Dicke der Herzkammerscheidewand hervorgerufen, die die Blutströmung während der Systole, der Zeit des Herzausstoßes, behindert.
• Bei HOCM-Patienten kann in manchen Fällen bei Anwendung einer gewöhnlichen Arzneimitteltherapie eine symptomatische Verbesserung erzielt werden. Die bei dieser Therapie verwendeten Medikamente weisen jedoch Nachteile auf, die in der Literatur erwähnt sind. Ebenso ist ein chirurgischer Eingriff, wie beispielsweise eine Myektomie der Scheidewand oder ein Mitralklappenersatz, eine weitere mögliche Behandlung. Solche chirurgischen Behandlungen sind jedoch eine erheblicher Mortalität bei der Operation verbunden; es hat sich nicht erwiesen, daß sie die natürliche Krankheitsgeschichte ändern. Es wird auf "Permanent Pacing As Treatment For Hypertrophic Cardiomyopathy" von Kenneth M. McDonald u.a., American Journal of Cardiology, Band 68, S. 108-110, Juli 1991, verwiesen.
• Der Wert der Zweikammer-Herzstimulation und der Behandlung von HOCM-Patienten ist in der Literatur anerkannt. Moderne Zweikammer-Herzschrittmacher mit mehreren Betriebsarten sind dafür ausgelegt, die AV-Synchronität bei geschädigtem oder krankem Herz, das dies nicht selbst kann, zu erhalten. Beispielsweise weist ein DDD-Schrittmacher elektrische Verbindungen sowohl zum Atrium als auch zum Ventrikel auf, nimmt elektrische Signale in beiden Kammern des Herzens des Patienten wahr und gibt atrielle Stimulationsimpulse ab, wenn keine Signale vorhanden sind, die auf eine natürliche atrielle Aktivierung hinweisen, und ventrikuläre Stimulationsimpulse, wenn keine Signale vorhanden sind, die auf eine natürliche ventrikuläre Aktivierung hinweisen. Ein solcher Zweikammer-Schrittmacher erhält die AV-Synchronität des Herzens durch Abgabe ventrikulärer Stimulierimpulse mit gesteuertem AV-Intervall, das jedem atriellen Ereignis folgt.
• Studien haben gezeigt, daß HOCM-Patienten aus einer speziellen Betriebsart der Zweikammerstimulation Nutzen ziehen können, bei der ein ventrikulärer Stimulierimpuls zeitlicher synchron mit der wahrgenommenen oder stimulierten atriellen Depolarisation abgegeben wird. Man geht davon aus, daß eine Stimulation des rechten ventrikulären Apex vor einer spontanen atrioventrikulären Überleitung den Ventrikel aktiviert, wodurch das Aktivierungsmuster der Herzscheidewand geändert wird. Da bewirkt wird, daß der rechte Ventrikel zuerst kontrahiert, zieht er die Scheidewand zum rechten Ventrikel hin, wodurch LVOT-Obstruktionen verringert werden.
• In der Literatur sind die möglichen Vorteile einer synchronisierten AV-Stimulation bei HOCM-Patienten allgemein anerkannt, wobei die Wichtigkeit einer ventrikulären Mitnahme hervorgehoben ist. Das Bewirken einer "vollständigen ventrikulären Mitnahme" ist zum Erreichen der oben beschriebenen Scheidewandbewegung wichtig, wobei das Auswählen der längsten AV-Verzögerung, die zu einer vollständigen ventrikulären Mitnahme führt, zum Maximieren des atriellen Beitrags zur Ventrikelfüllung wichtig ist. Es sei auf WO-A-9 524 944 (ein Dokument, für das Artikel 54(3) EPÜ gilt) "Method and Apparatus For Dual Chamber Cardiac Pacing" und die dort angegebenen Literaturartikel verwiesen. Der abgegebene Stimulierimpuls sollte eine "Vorerregung", d.h. eine Depolarisation des ventrikulären Apex vor der Scheidewand liefern. Dieses geänderte Muster der Kontraktion der Scheidewand sowie eine optimale Füllung des linken Ventrikels wird generell für diese Art der Schrittmacherbehandlung als wichtig angesehen. Es scheint weiterhin zweifelsfrei festzustehen, daß eine solche synchronisierte AV-Stimulation HOCM-Patienten einen langfristigen Nutzen bietet, daß der Nutzen also selbst nach Beendigung der Stimulation bestehen bleibt, da durch diese AV-Stimulation ein Verringern der Obstruktion der im Sinusrhythmus nach Beendigung der Stimulation weiterbestehenden LVOT bewirkt wird. Die Dauer des Nutzens ist jedoch unsicher.
• In der Literatur wurde vorgeschlagen, daß das AV-Escapeintervall auf die längste Dauer gesetzt sein sollte, bei der die ventrikuläre Mitnahme bei unterschiedlichen Belastungsniveaus beibehalten wird. Dazu wird auf den obenerwähnten Artikel von McDonald verwiesen. Es wurde vorgeschlagen, daß das AV-Escapeintervall, das eine maximale Vorerregung des Ventrikels durch den Stimulierimpuls ermöglicht, durch Bestimmen desjenigen AV-Escapeintervalls ausgewählt werden kann, das die Dauer des am weitesten stimulierten QRS-Komplexes liefert, was anhand eines Oberflächen-Elektrokardiogramms ersichtlich ist. Es wird auf "Impact of Dual Chamber Permanent Pacing in Patients With Obstructive Hypertrophic Cardiomyopathy With Symptoms Refractory to Verapamil and b-Adrenergic Blocker Therapy" von Fananapazir u.a., Circulation, Band 8, Nr. 6, Juni 1992, S. 2149- 2161, verwiesen.
• In der angesprochenen WO-Anmeldung der Medtronic Inc. führt der Schrittmacher periodisch eine Prüfung durch, um einen Wert der inneren AV-Überleitungszeit (AVC) zu bestimmen, und subtrahiert davon ein ventrikuläres Wahrnehmungsverschiebungsintervall (VSO), um das AV-Escapeintervall zu erhalten. Nachdem eine Kurvenform der sich aus einer vollständigen Mitnahme ergebenden ventrikulären Depolarisation zum Vergleich beobachtet und aufgezeichnet wurde, wird das AV-Escapeintervall auf einen erhöhten Wert gesetzt, was zu einem oder mehreren ventrikulären Wahrnehmungsereignissen führt. Der Wert von AVC wird als Zeitdifferenz zwischen dem atriellen Ereignis und der wahrgenommenen R-Zacke bestimmt. Hierauf wird das AV-Escapeintervall des Schrittmachers weiter verringert, bis der Schrittmacher eine R-Zacke mit einer Kurvenform findet, die auf eine gute Mitnahme hinweist. Die Differenz zwischen AVC und dem Mitnahmewert von AV ist VSO, und der Schrittmacher setzt danach AV = AVC - VSO.
• Bei den bekannten Techniken zur synchronen AV-Stimulation von HOCM-Patienten wurde die Notwendigkeit zum periodischen Auswerten der AV-Verzögerung oder des AV- Escapeintervalls erkannt. Die spontane atrioventrikuläre Überleitungszeit des Patienten än dert sich im allgemeinen mit der Herzrate, d.h. von Ruhe zu Belastung. Weiterhin kann die AV-Überleitungszeit auch durch gleichzeitige Medikamentenbehandlung, beispielsweise durch Betablocker, modifiziert werden, und es ist dann eine erneute Auswertung der AV- Verzögerung erforderlich. Dabei wird die periodische genaue Bestimmung des optimierten AV-Intervalls immer wichtiger. Falls die AV-Verzögerung auf einen Wert eingestellt ist, der zu gering ist, um eine vollständige ventrikuläre Mitnahme zu gewährleisten, ist der atrielle Beitrag zur Ventrikelfüllung möglicherweise gefährdet. Falls das AV-Escapeintervall jedoch auf einen zu hohen Wert eingestellt ist, ist die ventrikuläre Mitnahme gefährdet, und es kann Episoden geben, in denen keine ventrikuläre Stimulation auftritt, oder es ist möglich, daß die ventrikuläre Stimulation nicht zur bestmöglichen Verringerung der LVOT-Obstruktion beiträgt. Es ist dementsprechend bei dieser Therapie wichtig, das AV-Escapeintervall fortlaufend oder periodisch einstellen zu können, um es für die HOCM-Therapie zu optimieren.
• Die vorliegende Erfindung sieht ein Zweikammer-Schrittmachersystem vor, das eine atrielle Wahrnehmeinrichtung zum Wahrnehmen von Signalen aus dem Atrium eines Patienten, eine ventrikuläre Wahrnehmeinrichtung zum Wahrnehmen ventrikulärer Signale von dem Patienten, eine Ventrikulär-Stimuliereinrichtung zur Erzeugung ventrikulärer Stimulierimpulse und zu ihrer Abgabe an den rechten Ventrikel des Patienten, eine AVesc-Einrichtung zur Vorgabe und Zeitsteuerung eines AV-Escapeintervalls ab dem Auftreten eines wahrgenommenen atriellen Signals und eine Synchron-Steuereinrichtung zum Steuern der Abgabe von ventrikulären Stimulierimpulsen bei Ablauf des AV-Escapeintervalls und fehlender Wahrnehmung eines ventrikulären Signals aufweist, gekennzeichnet durch eine FFRS-, QRS- oder Ventrikulärseptal-Vorerregungs-Wahrnehmeinrichtung zum Erfassen von FFRS- oder QRS-Ereignissen oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen im Anschluß an abgegebene ventrikuläre Stimulierimpulse, sowie ferner eine Analysiereinrichtung zum Analysieren der erfaßten FFRS- oder QRS-Ereignisse oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen und zum Bestimmen eines Hinweises zur Einstellung des AV-Escapeintervalls aus Schwankungen in den erfaßten FFRS- oder QRS-Ereignissen oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen, wobei die AVesc-Einrichtung eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des AV-Escapeintervalls entsprechend dem Hinweis aufweist.
• Diese Erfindung sieht demgemäß ein Gerät zum Einstellen der AV-Verzögerung für die Zweikammer-Stimulationstherapie bei Patienten mit einer HOCM vor. Das Gerät beruht auf einem verbesserten System zum Bestimmen des optimalen AV-Escapeintervalls unter Einschluß der Einrichtung zum Erfassen von Daten, aus denen das optimale Intervall abgeleitet werden kann, sowie des Betriebsalgorithmus zum Auffinden eines optimierten Betriebswerts der AV-Verzögerung. Die Begriffe AV-Verzögerung und AV-Escapeintervall (AVesc) werden austauschbar verwendet.
• Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform lokalisiert der Schrittmacher gemäß dieser Erfindung die Fernfeld-R-Zacken-Wahrnehmung (FFRS) und verwendet Daten von den FFRS-Signalen zum Bestimmen des optimalen AV-Intervalls. FFRS ist bekanntermaßen eine Darstellung oder ein Maß des QRS-Komplexes, sie wird jedoch im Atrium wahrgenommen. Eine Ausführungsform beruht insbesondere auf unserer Beobachtung der Wahrscheinlichkeit, daß Patienten mit HOCM und vergleichbaren Bedingungen eine FFRS erzeugen, die im Vergleich zum abgegebenen ventrikulären Stimulierimpuls spät auftritt. Bei Fig. 4A ein verallgemeinertes Flußdiagramm zur Darstellung von Schritten einschließlich des Einstellens des AV-Escapeintervalls zum Optimieren der HOCM-Therapie, die beim synchronen Stimulieren gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden; Fig. 4B ein Flußdiagramm zur Darstellung der Hauptschritte einer Schrittmacherroutine, die das Suchen zum Bestimmen eines HOCM-optimierten AV-Escapeintervalls beinhaltet;
• Fig. 5A ein Diagramm repräsentativer Daten der QRS- oder FFRS-Dauer als Funktion des AV-Escapeintervalls eines Schrittmachers; Fig. 5B ein repräsentatives Diagramm des VP-FFRS- oder VP-QRS-Zeitintervalls als Funktion des Schrittmacher-Escapeintervalls;
• Fig. 6A ein Flußdiagramm zur Darstellung von durch das Schrittmachersystem gemäß dieser Erfindung beim Aufnehmen von Daten zur Bestimmung einer AV-Intervalleinstellung ausgeführten Schritten; Fig. 6B ein Flußdiagramm einer Routine zur Bestimmung eines optimierten AV-Escapeintervalls aus Daten, die die FFRS- oder die QRS-Dauer repräsentieren; und Fig. 6C ein Flußdiagramm einer Routine zur Bestimmung eines optimierten AV-Escapeintervalls aus Daten, die das Zeitintervall zwischen ventrikulären Stimulierimpulsen und hervorgerufenen QRS- oder FFRS-Signalen repräsentieren.
• In Fig. 1 ist die äußere Konfiguration eines Zweikammer-Schrittmachers 6 dargestellt, der mit hermetisch dichten Gehäuse 8 versehen ist, das typischerweise aus biokompatiblem Material, wie Titan, hergestellt ist. Am oberen Teil des Gehäuses 8 ist eine Anschlußblockanordnung 12 befestigt, die elektrische Anschlußstücke an den proximalen Enden von Leitungen 14 und 16 aufnimmt. Die Leitung 16 ist eine atrielle Stimulierleitung, die zwei Elektroden 20 und 21 trägt. Die Elektroden 20 und 21 diesen sowohl zur Wahrnehmung atrieller Depolarisationen als auch zur Abgabe atrieller Stimulierimpulse. Atrielle Stimulierimpulse können zwischen der Elektrode 20 und der Elektrode 21 oder zwischen der Elektrode 21 und dem Gehäuse 8 des Schrittmachers 6 abgegeben werden. Das Wahrnehmen der atriellen Depolarisationen kann zwischen der Elektrode 20 und der Elektrode 21 oder zwischen einer der Elektroden 20 und 21 und dem Gehäuse 8 des Schrittmachers 6 erfolgen. Weiterhin können FFRS-Signale alternativ durch an anderen Stellen, beispielsweise bei 24, 25, angeordnete Elektroden erfaßt werden.
• In ähnlicher Weise stellt die Leitung 14 eine ventrikuläre dipolare Stimulierleitung dar, die zwei Elektroden 28 und 29 trägt. Wie oben in Zusammenhang mit der atriellen Leitung 16 erörtert wurde, dienen die Elektroden 28 und 29 zum Wahrnehmen und Stimulieren des Ventrikels. Die ventrikuläre Stimulation kann zwischen den Elektroden 29 und 28 oder zwischen der Elektrode 29 und dem leitenden Gehäuse 8 des Schrittmachers 6 vorgenommen werden. Das Wahrnehmen ventrikulärer Signale einschließlich von Depolarisationen (QRS-Zacken) und von Repolarisationen (T-Zacken) kann zwischen den Elektroden 29 und 28 oder zwischen einer der Elektroden 29 und 28 und dem Gehäuse 8 des Schrittmachers 6 erfolgen.
• Wie in der vorliegenden Anmeldung erörtert wird, arbeiten die bevorzugten Ausführungsformen des Schrittmachers 6 im DDD- oder DDDR-Stimuliermodus, wobei die Stimulierimpulse sowohl an das Atrium als auch an den Ventrikel abgegeben werden und sowohl atrielle als auch ventrikuläre Depolarisationen das Blockieren der Abgabe des nächsten planmäßigen Stimulierimpulses in der Kammer, in der sie festgestellt werden, bewirken.
• Wenngleich angenommen wird, daß die vorliegende Erfindung optimal bei einem im DDD- Stimuliermodus arbeitenden Schrittmacher verwirklicht wird, kann es bei manchen Patienten auch vorteilhaft sein, die Vorrichtung im VDD- oder im DVI-Modus zu betreiben, in dem abhängig vom speziellen zugrundeliegenden Herzzustand des Patienten ventrikuläre Stimulierimpulse vorgesehen sind, die nur mit wahrgenommenen atriellen Depolarisationen synchronisiert sind oder die nur bei atriellen Stimulierimpulsen abgegeben werden. Der DDD- Modus dürfte jedoch der zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung am häufigsten sein.
• In Fig. 2 ist der mit einem menschlichen Herz 10 gekoppelte Schrittmacher 6 in Form eines Blockdiagramms in Zusammenhang mit einem externen Programmier/Anzeigegerät dargestellt, wie es typischerweise verwendet wird, um moderne mehrfach programmierbare implantierbare Schrittmacher zu programmieren. Innerhalb des Gehäuses des Schrittmachers befinden sich die Stimulierschaltung 320, die eine Schaltung aufweist, die alle grundlegenden Zeitsteuer-, Stimulier- und Wahrnehmungsfunktionen eines Herzschrittmachers ausführt, sowie eine Mikroprozessorschaltung 302, die die von der Stimulierschaltung 320 bereitgestellten Zeitintervalle steuert. Die Stimulierschaltung 320 umfaßt weiterhin eine mit einer Antenne 334 gekoppelte bidirektionale Telemetrieschaltung, die die Übertragung von Informationen von einer externen Programmiereinrichtung 4 in den Schrittmacher 6 ermöglicht, um dessen Parameter zu ändern und die Übertragung von Informationen vom Schrittmacher 6 zur externen Programmiereinrichtung 4 zu ermöglichen, wobei diese wiederum generell Telemetrie- und Programmiersystemen entspricht, wie sie gegenwärtig in kommerziell vertriebenen mehrfach programmierbaren implantierbaren Schrittmachern vorhanden sind. Die Programmiereinrichtung 4 umfaßt weiterhin eine entsprechende Antenne 100, die mit einer Telemetrie/Antennentreiberschaltung 102 gekoppelt ist, die dazu dient, von einer Antenne 334 des Schrittmachers empfangene Telemetriesignale zu demodulieren und sie in parallelem oder seriellem digitalem Format der Ein/Ausgabeeinheit (E/A-Einheit) 108 zuzuführen, wo sie wiederum über eine Grafikschnittstelle 110 einem Videomonitor 112 zugeführt und/oder an eine Zentralverarbeitungseinheit 114 und/ oder an einen Drucker 118 geliefert werden können. Der Mikroprozessor 114 steuert den Betrieb des Programmier/Anzeigegeräts und reagiert auf über eine Tastatur 116 von einem Arzt eingegebene Befehle zum Steuern von zum Schrittmacher gesendeten Programmiersignalen sowie zum Steuern des Betriebs der Videoanzeige 112 und des Druckers 118. Weiterhin ist eine EKG- Schnittstelle 104 dargestellt, die mit drei EKG-Elektroden 106 gekoppelt ist, die am Körper des Patienten angeordnet werden können. Die EKG-Schnittstelle 104 liefert wahrgenommene Elektrogramme an die Ein/Ausgabevorrichtung 108, von der sie wiederum an die Videoanzeige 112, die Zentralverarbeitungseinheit 114 oder den Drucker 118 geleitet werden können. Die EKG-Funktion dient zur Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung von Patienten, die für eine anfängliche oder nachfolgende Programmierung verfügbar sind.
• Fig. 3 ist ein Funktions-Blockdiagramm des in Fig. 1 dargestellten Schrittmachers, der mit einem menschlichen Herz 10 verbunden ist. Die dargestellte Schaltung befindet sich vollständig innerhalb des leitenden Gehäuses oder Behälters 8 des Schrittmachers, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei schematisch dargestellt ist, daß die bipolaren Leitungen 14 und 16 direkt mit der Schaltung gekoppelt sind. Sie wären jedoch natürlich bei der wirkli chen Vorrichtung durch in den Anschlußblock 12 eingeführte abnehmbare elektrische Verbindungsstücke gekoppelt, wie in Fig. 1 dargestellt.
• Der Schrittmacher ist generell in eine Mikrocomputerschaltung 302 und in eine Stimulierschaltung 320 aufgeteilt. Eine Impulsgeneratorschaltung 340 umfaßt eine ventrikuläre Impulsgeneratorschaltung, die mittels der Elektroden 29 und 28 auf der Leitung 14 mit dem Herz 10 gekoppelt ist, sowie eine atrielle Impulsgeneratorschaltung, die mittels der an der Leitung 16 befindlichen atriellen Elektroden 20 und 21 mit dem Herz 10 gekoppelt ist. In ähnlicher Weise umfaßt die Stimulierschaltung 320 atrielle und ventrikuläre Wahrnehmverstärker in einer Wahrnehmverstärkerschaltung 360, die mittels der Leitungen 14 und 16 auch mit dem Atrium und dem Ventrikel gekoppelt ist. Der ventrikuläre Wahrnehmverstärker dient einem in bekannter Weise getrennten Feststellen und Identifizieren von QRS- Zackensignalen; er kann auch dem Feststellen und Identifizieren von T-Zackensignalen dienen. Der atrielle Wahrnehmverstärker dient dem jeweiligen Identifizieren von P-Zacken- und FFRS-Signalen. Die Ausgangsschaltung 340 und die Wahrnehmverstärkerschaltung 360 können Impulsgeneratoren und Wahrnehmverstärker enthalten, die beliebigen, gegenwärtig in kommerziell vertriebenen Herzschrittmachern verwendeten entsprechen. Die Steuerung des Zeitablaufs und anderer Funktionen innerhalb der Schrittmacherschaltung wird durch eine digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 erzielt, die einen Satz von Zeitgebern und eine zugeordnete Logik umfaßt. Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 definiert das Grundstimulationsintervall der Vorrichtung, das die Form eines AA-Escapeintervalls annehmen kann, das beim atriellen Wahrnehmen oder Stimulieren eingeleitet wird und an dessen Ende das atrielle Stimulieren ausgelöst wird, oder das die Form eines W-Escapeintervalls annehmen kann, das beim ventrikulären Wahrnehmen oder Stimulieren eingeleitet wird, und an dessen Ende die ventrikuläre Impulsstimulation ausgelöst wird. Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 definiert in ähnlicher Weise das AV-Escapeintervall AVesc, wie weiter unten detailliert erörtert wird. Die speziellen Werte der definierten Intervalle werden mittels eines Daten- und Steuerbusses 306 durch die Mikrocomputerschaltung 302 gesteuert. Die wahrgenommenen atriellen Depolarisationen und FFRSs werden auf einer A-Ereignis-Leitung 352 zur digitalen Steuer/Zeitgeberschaltung 330 übertragen, und die ventrikulären Depolarisationen (QRS-Zacken) werden auf einer V-Ereignis-Leitung 354 zur Steuer/Zeitgeberschaltung 330 übertragen. Um die Erzeugung eines ventrikulären Stimulierimpulses auszulösen, erzeugt die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 ein Auslösesignal auf einer V- Auslöseleitung 342. In ähnlicher Weise erzeugt die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 zum Auslösen eines atriellen Stimulierimpulses einen Auslöseimpuls auf einer Auslöseleitung 344.
• Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 definiert auch Zeitintervalle zum Steuern der Arbeitsweise der Wahrnehmverstärker in der Wahrnehmverstärkerschaltung 360. Typischerweise definiert die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 ein atrielles Austastintervall, das der Abgabe eines atriellen Stimulierimpulses folgt, während dessen die atrielle Wahrnehmung deaktiviert ist, sowie ventrikuläre Austastintervalle, die der Abgabe atrieller und ventrikulärer Stimulierimpulse folgen, während derer die ventrikuläre Wahrnehmung deaktiviert ist. Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 definiert ferner eine atrielle Refraktärperiode, während der die atrielle Wahrnehmung deaktiviert ist und die sich vom Beginn des AV- Escapeintervalls aus erstreckt, das einer wahrgenommenen oder stimulierten atriellen Depolarisation folgt, bis zu einer vorgegebenen Zeit erstreckt, die der Wahrnehmung einer ventrikulären Depolarisation oder der Abgabe eines ventrikulären Stimulierimpulses folgt. Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 definiert in ähnlicher Weise eine einer ventrikulären Wahrnehmung oder der Abgabe eines ventrikulären Stimulierimpulses folgende ventrikuläre Refraktärperiode, die typischerweise kürzer ist als der Abschnitt der atriellen Refraktärperiode, der der ventrikulären Wahrnehmung oder Stimulation folgt. Die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 steuert ferner die Empfindlichkeitseinstellungen der Wahrnehmverstärker 360 mittels einer Empfindlichkeitssteuerung 350. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Schrittmacher mit einem piezoelektrischen Sensor 316 versehen, der dazu dient, die Aktivität des Patienten zu überwachen, um eine ratenempfindliche Stimulation zu ermöglichen, so daß sich die definierte Stimulationsrate (AA-Escapeintervall oder VV- Escapeintervall) bei einem erhöhten Bedarf an sauerstoffreichem Blut erhöht. Der Sensor 316 erzeugt elektrische Signale in Reaktion auf die wahrgenommene physikalische Aktivität, die durch eine Aktivitätsschaltung 322 verarbeitet und an die digitale Steuer/Zeitgeberschaltung 330 übergeben werden. Die Aktivitätsschaltung 332 und der zugeordnete Sensor 316 können der Schaltung entsprechen, die im Betzold u.a. erteilten US-Patent 5 052 388 und im Anderson u.a. erteilten US-Patent 4 428 378 erörtert ist, das hier zitiert wird, um zu zeigen, was bekannt ist und für diese Erfindung verwendet werden kann. In ähnlicher Weise kann die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit alternativen Typen von Sensoren, wie Sauerstoffanreicherungssensoren, Drucksensoren, pH-Sensoren und Atmungssensoren verwirklicht werden, wobei die Verwendung aller dieser Sensoren beim Erzielen von ratenempfindlichen Stimulationsfähigkeiten bekannt ist. Ferner kann auch die QT-Zeit als die Rate angebender Parameter verwendet werden, wobei in diesem Fall kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist. In ähnlicher Weise kann die vorliegende Erfindung auch bei nicht ratenempfindlichen Schrittmachern verwendet werden.
• Die Übertragung zu und von der in Fig. 2 dargestellten externen Programmiereinrichtung 4 erfolgt mittels der Antenne 334 und dem zugeordneten HF-Sender/Empfänger 322, der dazu dient, empfangene Abwärtstelemetrie zu demodulieren und Aufwärtstelemetrie zu senden. Eine Kristalloszillatorschaltung 338 liefert den Grundtakt für die Schaltung, während eine Batterie 318 Leistung liefert. Eine Leistungseinschalt/Rücksetzschaltung 336 reagiert auf eine ursprüngliche Verbindung der Schaltung mit der Batterie, um einen ursprünglichen Betriebszustand zu definieren, und setzt in ähnlicher Weise den Betriebszustand der Vorrichtung in Reaktion auf das Feststellen eines schwachen Batteriezustands zurück. Eine Referenzmodusschaltung 326 erzeugt eine stabile Referenzspannung und stabile Ströme für die analogen Schaltkreise innerhalb der Stimulierschaltung 320, während eine Analog/Digital-Wandler-ADC- und Multiplexerschaltung 328 analoge Signale und Spannungen digitalisiert, um für eine Aufwärtsübertragung über die HF-Sender/Empfängerschaltung 332 eine Echtzeit-Telemetrie von Herzsignalen von den Wahrnehmverstärkern 360 zu erzielen. Die Referenzspannungs- und Vorspannungsschaltung 326, der ADC und Multiplexer 328, die Leistungseinschalt/Rücksetzschaltung 336 und die Kristalloszillatorschaltung 338 können irgendwelchen Schaltungen entsprechen, wie sie gegenwärtig in aktuellen vertriebenen implantierbaren Herzschrittmachern verwendet werden.
• Die Mikrocomputerschaltung 302 steuert die Betriebsfunktionen einer digitalen Steuer/Zeitgeberschaltung 330, wobei sie angibt, welche Zeitintervalle verwendet werden, und die Dauer der verschiedenen Zeitintervalle über den Daten- und Steuerbus 306 steuert. Die Mikrocomputerschaltung 302 enthält einen Mikroprozessor 304 und einen zugeordneten Systemtaktgeber 308 und in dem Prozessor angeordnete RAM-Schaltungen 310 bzw. 312. Weiterhin umfaßt die Mikrocomputerschaltung 302 einen getrennten RAM/ROM-Chip 314. Der Mikroprozessor 304 ist unterbrechungsgesteuert; er arbeitet normalerweise in einem Modus mit verringertem Energieverbrauch und wird in Reaktion auf definierte Unterbrechungsereignisse aktiviert, die u.a. die Abgabe atrieller und ventrikulärer Stimulierimpulse sowie wahrgenommene atrielle und ventrikuläre Depolarisationen sein können. Falls die Vorrichtung weiterhin als ratenempfindlicher Schrittmacher arbeitet, kann eine zeitlich gesteuerte Unterbrechung, die beispielsweise in jedem Zyklus oder alle 2 Sekunden auftritt, vorgesehen werden, um zu ermöglichen, daß der Mikroprozessor die Sensordaten analysiert und das Grundratenintervall (A-A oder V-V) der Vorrichtung aktualisiert. Weiterhin kann der Mikroprozessor 304 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dazu dienen, veränderliche AV-Escapeintervalle und atrielle und ventrikuläre Refraktärperioden zu definieren, deren Dauer sich auch zusammen mit dem Verringern der Dauer des Grundratenintervalls verringern kann. Insbesondere dient der Mikroprozessor dazu, die in den Fig. 4A, 4B und 6A-6C dargestellten Routinen auszuführen.
• Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung dient lediglich als Beispiel und entspricht der generellen Funktionsorganisation der meisten gegenwärtig im Handel erhältlichen mikroprozessorgesteuerten Herzschrittmacher. Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung am leichtesten in Zusammenhang mit einer solchen Vorrichtung verwirklicht wird und daher leicht unter Verwendung der gegenwärtig verfügbaren Grundhardware bestehender mikroprozessorgesteuerter Zweikammer-Schrittmacher verwirklicht werden kann, wobei die Erfindung in erster Linie durch Modifikationen der im ROM 312 der Mikroprozessorschaltung 302 gespeicherten Software realisiert wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mittels einer gänzlich kundenspezifischen integrierten Schaltung oder irgendeiner Kombination von Hardware und Software in zweckmäßiger Weise verwirklicht werden.
• Fig. 4A zeigt ein generalisiertes Flußdiagramm von Schritten, die von einem Schrittmachersystem gemäß dieser Erfindung beim Ausführen eines synchronen Stimulierens durchgeführt werden, wobei AVesc zur optimalen HOCM-Therapie eingestellt wird. Die Schritte dieses Flußdiagramms werden in geeigneter Weise durch die Mikrocomputerschaltung 302 ausgeführt. Dies ist ein vereinfachtes Flußdiagramm, wobei lediglich die Schritte ausgeführt sind, die in Bezug zum Steuern von AVesc stehen, und es umfaßt nicht viele andere Schritte und Reaktionen, die während jedes Zyklus eines typischen Zweikammer-Schrittmachers auftreten. Die in Fig. 4A dargestellte Logik erkennt, daß die innere AV-Überleitungszeit, die einem atriellen Stimulierimpuls folgt, um einen als "atrielle Wahrnehmverschiebung" oder ASO beschriebenen Betrag länger ist als diejenige, die einer wahrgenommenen atriellen Depolarisation folgt. Das einer atriellen Stimulation folgende AVesc ist als PAV und das einer atriellen Wahrnehmung folgende AVesc ist als SAV definiert, und es gilt PAV = SAV + ASO.
• An einem Block 401 wartet die Routine aus Fig. 4A auf ein erwartetes atrielles Ereignis. Wenn ein Ereignis auftritt, kehrt die Routine zu einem Block 402 zurück und stellt fest, ob das atrielle Escapeintervall Aesc abgelaufen ist. Ist dies der Fall, so bedeutet das, daß eine atrielle Stimulation (AP) abgegeben werden sollte, was an einem Block 404 geschieht. Hiernach setzt die Routine AVesc auf PAV zurück und leitet das Ende von AVesc ein. Zu 402 zurückkehrend sei bemerkt, daß der Schrittmacher zu 408 fortschreitet und feststellt, ob eine frühe ventrikuläre Wahrnehmung (VS) aufgetreten ist, falls Aesc nicht abgelaufen ist. Ist dies der Fall, so wechselt die Routine zu einem Block 409 und setzt den Zeitablauf in geeigneter Weise zurück, woraufhin sie zum Block 401 zurückkehrt. Falls das Ereignis bei 408 jedoch, wie es normalerweise der Fall wäre, nicht VS ist, was bedeutet, daß es eine atrielle Wahrnehmung (AS) gewesen ist, schreitet die Routine zu einem Block 410 fort und setzt AVesc auf den aktuellen Wert von SAV. Hiernach geht die Routine zu 412 und leitet das Ende des atriellen Escapeintervalls (Aesc) und das Ende des AV-Escapeintervalls AVesc (SAV oder PAV) ein. Bei 414 wartet der Schrittmacher dann auf das nächste Ereignis, das normalerweise ein ventrikuläres Ereignis ist.
• Bei 415 reagiert der Schrittmacher auf ein Ereignis, indem er zuerst feststellt, ob das Ereignis ein Ablauf von AVesc war. Ist dies nicht der Fall, was bedeutet, daß eine ventrikuläre Wahrnehmung aufgetreten ist, so schreitet der Schrittmacher zu einem Block 417 fort und setzt PAV und SAV auf einen geringeren Wert zurück, der die Mitnahme durch den nächsten ventrikulären Stimulierimpuls gewährleistet. Beispielsweise kann jeder dieser Werte um 20 oder 50 ms verringert werden, um zu gewährleisten, daß das nachfolgende Enden von AVesc für eine vollständige Mitnahme früh genug eintritt. Es sei jedoch bemerkt, daß die weiter unten erörterten Algorithmen dafür vorgesehen sind, ein Auftreten von VS zu vermeiden, so daß der Schrittmacher diesen Weg kaum nehmen sollte.
• Falls Vesc bei 415 abgelaufen ist, schreitet der Schrittmacher zu einem Block 418 fort und gibt eine V-Stimulation ab. Der Schrittmacher stellt dann bei einem Block 419 fest, ob er dafür programmiert ist, in die AV-Justierroutine einzutreten. Ist dies nicht der Fall, so ist die Routine beendet und kehrt zum Schritt 401 zurück. Andernfalls tritt der Schrittmacher an einem Block 420 in die AV-Justierroutine ein. Hier analysiert der Schrittmacher aufgenommene Daten, wie beispielsweise die VP-FFRS-Zeit, die FFRS-Dauer oder die FFRS- oder QRS-Amplitude. Anhand dieser Daten kann das Schrittmachersystem die Werte von PAV und SAV in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Algorithmus zum Ändern von AVesc einstellen, um die resultierende Vorerregung zu optimieren. Hiernach kehrt die Routine zum Block 401 zurück und wartet auf das nächste atrielle Ereignis.
• Es sei bemerkt, daß der Schrittmacher so programmiert sein kann, daß er in jedem Schrittmacherzyklus die AV-Daten automatisch überwacht und AVesc automatisch eingestellt; alternativ können diese Schritte auf einer anderen periodischen oder von einem Benutzer programmierten Grundlage innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden. Bei einem implantierten Schrittmacher, der so eingestellt ist, daß er AV automatisch festlegt, wird direkt zu 420 gegangen. Bei einem Schrittmachersystem gemäß dieser Erfindung, das für eine spezielle Programmierung durch den Arzt ausgelegt ist, endet die Routine in ähnlicher Weise, falls die Programmiersequenz nicht aktiviert worden ist.
• Fig. 4B ist ein einfaches Flußdiagramm der Hauptschritte eine AV-Einstellroutine, die eine "Suche" oder ein Abtasten umfaßt, wobei AVesc in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Programm variiert wird. Am Block 426 überwacht das Schrittmachersystem die Daten, von denen ein Hinweis auf eine AV-Optimierung abgeleitet wird, beispielsweise die FFRS-Dauer oder die VP-FFRS-Zeit. Hiernach werden die überwachten Daten bei 427 analysiert, und es wird eine Entscheidung getroffen, ob für die AV-Verzögerung eine auf den überwachten Daten beruhende Einstellung erforderlich ist. Spezielle Ausführungsformen dieser Bestimmung sind in den Fig. 6A-6C dargelegt. Die Routine wechselt dann zu 428 und stellt den oder die Werte der AV-Verzögerung ein. Falls jedoch keine Einstellung angezeigt ist, schreitet die Routine zu 429 voran und bestimmt, ob eine AV-Suche vorgenommen werden soll. Ist dies nicht der Fall, so endet die Routine. Andernfalls geht sie zu einem Block 430 und führt eine Suche durch, wobei das AV-Escapeintervall typischerweise zyklisch oder in jedem n-ten Zyklus zu einem Wert hin inkrementiert wird, der der Eigenleitung des Patienten entspricht. AVesc kann beispielsweise in jedem Zyklus oder in jedem n- ten Zyklus um 5 ms inkrementiert werden, bis eine Fusion erfaßt worden oder eine ventrikuläre Wahrnehmung aufgetreten ist. In Fig. 6A ist ein spezielles Beispiel einer Suche angegeben.
• Fig. 5A ist ein Diagramm von Daten, die die QRS- oder die FFRS-Dauer (ms) als Funktion des Schrittmacher-AV-Escapeintervalls (ms) repräsentieren. Es sei bemerkt, daß im "Fusionsbereich" zwischen der vollständigen Mitnahme durch den Stimulierimpuls und der ventrikulären Wahrnehmung und um diesen herum ein besonders zuverlässiges Maß der QRS-Dauer aus dem FFRS-Signal erhalten werden kann. Wie in Fig. 5A gezeigt, ist die QRS-Dauer bei höheren AV-Intervallen, die größer sind als die innere PR-Überleitungszeit des Patienten, bei denen also eine VS vor dem Ende von AVesc auftritt, verhältnismäßig gering. Wenn AVesc jedoch verkürzt wird, gelangt es in ein Fusionsgebiet, wo QRS bis zu einem Kniewert (bei etwas 150 ms dargestellt) ansteigt. Bei kürzen Intervallen, bei denen eine VP zu einer vollständigen Mitnahme führt, ist die QRS-Dauer im wesentlichen konstant. Der Abschnitt zwischen der vollständigen Mitnahme und der fehlenden Mitnahme wird als Fusionsgebiet oder Fusionsbereich bezeichnet, und die Fähigkeit, in diesem Gebiet Zeitdaueränderungen, die anhand von FFRS-Signalen ersichtlich sind, zu erfassen, bildet die Grundlage für eine Ausführungsform dieser Erfindung. Wenngleich in Fig. 5A QRS-Daten dargestellt sind, entsprechen die FFRS-Daten diesen direkt, und sie sind insbesondere durch dasselbe Knie oder dieselbe Bruchstelle zwischen dem Fusionsbereich und dem unteren Bereich einer vollständigen Mitnahme gekennzeichnet. Das Knie befindet sich, wie ersichtlich ist, am Einsatz der Fusion.
• Fig. 5B ist ein Diagramm der Zeit zwischen einem abgegebenen ventrikulären Stimulierimpuls (VP) und der wahrgenommenen FFRS, also Dt = VP - FFRS. Die VP-FFRS- Dauer wird von der Zeit der Abgabe des ventrikulären Stimulierimpulses bis zu der Zeit gemessen, zu der erfaßt wird, daß die ansteigende Flanke von FFRS auf eine vorgegebene Schwellenamplitude ansteigt. Die Änderung von VP-QRS folgt der gleichen Form, was bedeutet, daß die Dauer am längsten ist, was kurzen AV-Intervallen entspricht, wenn der abgegebene Stimulierimpuls das Herz mitnimmt, und daß sie im Fusionsbereich absinkt. Es ist wichtig, daß die Δt/AV-Kurve dieselbe Knie-Kennlinie aufweist, wie in der QRS-AV-Kurve aus Fig. 5A ersichtlich. In der hier verwendeten Bedeutung betrifft der Ausdruck "VP- FFRS-Knie" den Punkt der Kurve von VP-FFRS in Abhängigkeit vom AV-Intervall, wo VP-FFRS von seinem Maximalwert zu niedrigeren Werten bei höheren AV-Intervallen abzufallen beginnt.
• Fig. 6A ist ein Flußdiagramm detaillierterer Schritte zum Ausführen einer Suchroutine, um Daten zu erhalten, aus denen ein eingestelltes SAV bestimmt wird. Bei 515 stellt das Schrittmachersystem fest, ob das ventrikuläre Ereignis eine V-Wahrnehmung gewesen ist. Ist dies nicht der Fall, was bedeutet, daß ein ventrikulärer Stimulierimpuls abgegeben wurde, so geht die Routine zu einem Block 535 und stellt fest, ob ein Suchkennzeichen gesetzt worden ist. Im anderen Fall, der bedeutet, daß gegenwärtig keine Suche stattfindet, geht die Routine zu einem Block 536 und bestimmt, ob eine Suche eingeleitet werden soll. Eine Suche kann entweder durch ein externes Programmsignal oder durch ein vom Schrittmacher automatisch erzeugtes Signal, beispielsweise nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen oder einem vorgegebenen Zeitraum, ausgelöst werden. Falls keine Suche angezeigt wird, endet die Routine. Falls jedoch eine Suche angezeigt wird, verringert der Schrittmacher bei 529 zuerst die AV-Verzögerung um ein kleines Inkrement Δ2, um dafür zu sorgen, daß die Suche bei einer AV-Verzögerung beginnt, die sicher vor dem Fusionsgebiet liegt. Hiernach wird bei 537 das Suchkennzeichen gesetzt.
• Zu 535 zurückkehrend sei bemerkt, daß die Routine zu einem Block 540 geht, falls herausgefunden wird, daß das Suchkennzeichen gesetzt ist, und einleitende Schritte zum Erhalten von Daten unternimmt. Bei einer Ausführungsform, die die VP-FFRS-Zeit verwendet, startet der Schrittmacher einen Taktgeber, um die Zeit vom abgegebenen ventrikulären Stimulierimpuls bis zur erfaßten FFRS herunterzuzählen. Der Schrittmacher erzeugt auch ein Wahrnehmfenster, das über die Steuerung 350 für eine vorgegebene Dauer, die so eingestellt ist, daß die T-Zacke ausgeschlossen ist, beispielsweise bis zu 300 ms, angeschlossen wird. Das Wahrnehmfenster wirkt auf den atriellen Wahrnehmverstärker, und die FFRS wird über die Leitung 352 zur Schaltung 330 weitergeleitet, wo sie erfaßt wird, wie durch den Ablaufblock 542 dargestellt ist. Hiernach erfaßt und speichert das Schrittmachersystem an einem Block 544 den Wert des anwendbaren Parameters, beispielsweise die VP- FFRS-Zeit (TNX). Die Zeit wird demgemäß von dem bei 540 gesetzten Taktgeber erhalten, und die Variable TNX wird gespeichert. Bei der Ausführungsform, bei der die Breite des FFRS-Signals verwendet wird, wird diese Breite aus dem FFRS-Signal erhalten und gespeichert. Bei der Ausführungsform, bei der die Amplitude von FFRS verwendet wird, wird die Amplitude erhalten und die Variable ANX gespeichert.
• Die Schritte 542, 544 des Wahrnehmens und Verarbeitens des FFRS-Signals werden durch Standardhardware und vorzugsweise auch unter Verwendung digitaler Verarbeitungstechniken ausgeführt. Zum Erhalten der Zeit von VP-FFRS kann in der Schaltung 330 ein Standard-Flankendetektor verwendet werden, um es wahrzunehmen, wenn die ansteigende Flanke des FFRS-Signals einen vorgegebenen Pegel erreicht hat oder um einen vorgegebenen Prozentsatz angestiegen ist. Zum Bestimmen der Breite oder Dauer wird das Signal verarbeitet, um zu bestimmen, wann es zuerst auf einen vorgegebenen Pegel ansteigt und wann es unter diesen Pegel absinkt. Weiterhin wird eine Amplitude durch einen einfachen Spitzenwertdetektor oder eine andere Standard-Amplitudenerfassungsschaltung ge messen. Diese Standardschaltungen können durch bekannte Digitalverarbeitungstechniken ergänzt oder ersetzt werden, die mit Hilfe des Mikroprozessorsystems 302 ausgeführt werden.
• Nach den Operationen bei 544 geht die Routine zu 545 und stellt fest, ob die Variable X ein Maximum erreicht hat. Diese Variable entspricht der Anzahl der Zyklen, zu denen Daten auf demselben AV-Wert aufgenommen wurden. Falls X noch nicht Xmax, beispielsweise 5, erreicht hat, erhöht die Routine X bei 546. Falls X jedoch gleich Xmax ist, setzt die Routine X an einem Block 548 auf 0 und erhöht den Wert von AVN an einem Block 560 und setzt AVN gleich AVN-1 + Δ3, wobei Δ3 ein vorgegebenes Inkrement, beispielsweise 2 oder 5 ms, ist. N wird zum genauen Speichern am Block 544 bei 561 um 1 erhöht. Auf diese Weise können bei N repräsentativen Suchwerten von AVesc X Messungen vorgenommen werden.
• Zum Schritt S15 zurückkehrend sei bemerkt, daß AV bei 528 sofort beispielsweise um Δ2 = 20 ms verringert wird, falls eine V-Wahrnehmung erfaßt wurde, um weitere Zyklen ohne Stimuliermitnahme zu verhindern. Bei 552 stellt das System fest, ob das Suchkennzeichen gesetzt worden ist. Ist dies nicht der Fall, so bedeutet das, daß eine V-Wahrnehmung ohne eine Suche aufgetreten ist, und die Routine endet. Im anderen Fall bedeutet das, daß AV bis zu dem Punkt verlängert worden ist, wo die Mitnahme verlorengeht. Das Suchkennzeichen wird bei 554 zurückgesetzt, und die Variable N wird bei 555 gleich 0 gesetzt. Daraufhin leitet das System bei 560 die Finde-SAV-Routine ein, wie in den Ausführungsformen der Fig. 6B und 6C vollständiger beschrieben wird. Die Einleitung der Finde-SAV-Routine kann innerhalb des Schrittmachers automatisch vorgenommen werden, oder die Daten können zur Analyse und Bestimmung eines optimalen Werts von SAV zur Programmiereinrichtung heruntergeladen werden.
• In Fig. 6B ist eine erste Ausführungsform der Finde-SAV-Routine 560 zum Erhalten eines eingestellten SAV als Funktion der FFRS-Breite (Dauer) dargestellt. Bei 601 wird der den X-Werten jeder AVN entsprechende durchschnittliche Breitenwert (WN) während der Suche bestimmt. Dies kann durch irgendeine geeignete Verarbeitungstechnik, vorzugsweise unter Erhalten eines gleitenden Probendurchschnitts, vorgenommen werden. Nach diesem Schritt für jeden Wert von N, was zu M Werten durchschnittlicher Breite führt, wird die Variable N bei 602 gleich 1 gesetzt. Der Schrittmacher vergleicht bei 604 die Differenz von WN-WN+1 gegenüber einem vorgegebenen Inkrement Δ. In diesem Schritt wird somit bestimmt, ob die QRS-Breite (WN+1), die durch die gemessene FFRS-Breite repräsentiert wird, erheblich kleiner ist als der Wert beim nächstkürzeren AV-Intervall (WN). Um ein Zittern und zeitliche Unsicherheiten zuzulassen, ist der Algorithmus vorzugsweise so bestimmt, daß eine erhebliche Änderung der Breite als nur größer als Δ, beispielsweise 15 ms, festgelegt ist. Falls diese Differenz nicht gefunden wird, geht die Routine zu 605 und bestimmt, ob N schrittweise die maximale Anzahl von Werten durchlaufen hat, für die Daten verfügbar sind, d.h. N = M. Ist dies nicht der Fall, so wird N bei 607 um 1 erhöht, und die Routine kehrt zum Schritt 604 zurück. An dem Punkt, wo die Differenz zwischen angrenzenden AV-Werten A übersteigt, wechselt die Routine zu einem Block 608 und bestimmt ein neues SAV derart, daß es dem unmittelbar vorhergehenden Wert von AV, d.h. SAV (N - 1), gleich ist. Hiernach wird der bestimmte Wert von SAV bei 610 angezeigt. Statt dessen kann der neue Wert von SAV für einen implantierten Schrittmacher automatisch verwendet werden.
• Wieder auf das der Veranschaulichung dienende Diagramm aus Fig. 5A Bezug nehmend, sei bemerkt, daß der Algorithmus aus Fig. 6B für diese Daten zu dem Punkt fortschreitet, wo er feststellt, daß das AV-Intervall von etwa 160 ms das erste ist, das eine außerhalb des zulässigen Bereichs liegende Breite hat, was bedeutet, daß die Differenz zwischen AVN+1 und AVN größer ist als A. Der Algorithmus nimmt dann an, daß das AV-Intervall von etwa 150 ms, AV(N), ein optimaler Punkt ist, und subtrahiert ein AV-Intervallinkrement, um AV(N-1) bei etwa 140 ms zu erhalten. Hierdurch wird ein AV-Wert bestimmt, der an dem Knie oder knapp darunter liegt.
• In Fig. 6C ist ein Flußdiagramm dargestellt, das Fig. 6B entspricht, wobei der optimale Wert von SAV jedoch in Bezug auf TN, die Zeit zwischen dem ventrikulären Stimulierimpuls und der durch FFRS (VP-FFRS) erfaßten hervorgerufenen Reaktion, bestimmt ist. An einem Block 620 wird der Durchschnitt von TN aus den X gemessenen Werte, die jedem Wert von N entsprechen, erhalten. Hierdurch wird eine Matrix von Werten von TN enthalten, die den M verschiedenen Werten von AVN entsprechen, die während der Suchroutine verwendet werden. Hiernach wird die Variable N bei 622 gleich 1 gesetzt. TN wird bei 624 mit TN+1 verglichen, um zu ermitteln, ob die Differenz größer ist als ein vorgegebenes Inkrement Δ. Es sei bemerkt, daß das System nach dem Knie sucht, das einer Verringerung von TN entspricht, wenn sich das AV-Intervall erhöht. Wenn das vorgegebene Inkrement durch diese Verringerung zuerst überschritten wird, weist dies auf das Einsetzen der Fusion hin, und die Routine wechselt zu einem Block 628 und setzt SAV gleich SAV(N-1). Die Voraussetzung bei dieser Unterroutine gleicht derjenigen aus Fig. 6B, was bedeutet, daß das erste AV-Intervall, das einer erheblichen zeitlichen Verringerung entspricht, kurz unterhalb des Knies liegt. Die Auswahl des unmittelbar vorhergehenden Werts von AV, der TN+1 entspricht, stellt demgemäß einen Sicherheitsfaktor dar. Es ist ersichtlich, daß die Routine fortlaufend Schleifen ausführt, bis N = M gilt, falls keine bei 624 berechnete Intervalldifferenz das vorgegebene Inkrement übersteigt, und die Information wird zu dieser Zeit angezeigt. Der Arzt kann diese Daten betrachten und aus ihnen einen optimalen Wert für SAV auswählen.
• Es wurde ein Schrittmachersystem für eine synchrone Zweikammer-Stimulation offenbart, die für die Kardiomyopathie-Therapie, insbesondere die HOCM-Therapie, optimiert ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung erfaßt das Schrittmachersystem die FFRS und verarbeitet das Signal, um daraus wenigstens eine Kenngröße zu bestimmen. Das System nimmt Daten auf, die eine gewählte FFRS-Kenngröße oder mehrere Kenngrößen über einen Wertebereich des AV-Escapeintervalls repräsentieren, wobei diese Werte den Fusionsbereich oder die Fusionszone enthalten. Die FFRS-Kenngröße ist geeigneterweise die VP-FFRS-Zeit, die FFRS-Dauer oder die FFRS-Amplitude oder eine Kombination dieser Variablen. Demgemäß kann der Parameter zum Bestimmen von AV X sein, wobei X = f(Amplitude) + f(Dauer) + f(Zeitpunkt) ist. Bei einer anderen Ausführungsform des Systems dieser Erfindung kann die R-Zacke direkt überwacht und aus ihr eine Kenngröße, beispielsweise die Amplitude oder die VP-QRS-Zeit abgeleitet werden, wobei das System diese Kenngrößen in diesem Fall in der gleichen Weise verwendet, um die optimale Einstellung des AV-Escape-Intervalls zu bestimmen.
• Die neuartige Technik zur Verwendung von FFRS zum Bestimmen des optimalen AVesc wurde durch die bevorzugte Ausführungsform des Abtastens oder Suchens erläutert, um das manchmal als Biegungspunkt der VP-FFRS-Kurve bezeichnete "Knie" zu bestimmen, woraus ein neuer Wert von AVesc bestimmt wird. Der erfindungsgemäße Schrittmacher umfaßt jedoch weiter das Überwachen einer FFRS-Kenngröße, beispielsweise der VP- FFRS-Zeit oder der VP-QRS-Zeit, um zu bestimmen, wann der Arbeitsgang im Fusionsbereich sein kann. Wieder auf Fig. 4B Bezug nehmend, sei bemerkt, daß die überwachten Daten demgemäß einfach in jedem Zyklus überprüft werden können, um festzustellen, ob es eine Verkürzung des Intervalls gegeben hat, d.h. ob eine Verkürzung der VP-FFRS-Dauer das Einsetzen der Fusion anzeigt. Selbst wenn in diesem Fall keine Suche als solche ausgeführt wurde, um das Knie zu bestimmen, nimmt der Schrittmacher gemäß dieser Erfindung das Einsetzen der Fusion wahr und stellt AVesc ein, indem es verkürzt wird. Der Schutzumfang der Erfindung umfaßt demgemäß ein fortlaufendes zyklisches Überwachen einer FFRS- Kenngröße sowie ein Suchen zum Aufnehmen von Stapeldaten, anhand derer eine genaue Bestimmung des Knies erhalten wird.
• Es sei weiter bemerkt, daß das beanspruchte System eine Anzahl verschiedener Konfigurationen verwenden kann. Ein gemäß dieser Erfindung verwendeter implantierbarer Schrittmacher kann demgemäß Hardware und/oder Software zum Steuern von AVesc auf einen Befehl von einer externen Programmiereinrichtung hin, auf einen Befehl von einem "Patientenaktivierer" hin, auf der Grundlage einer internen Logik, beispielsweise der verstrichenen Zeit oder der Anzahl von Schrittmacherzyklen, automatisch oder auf der Grundlage der Erfüllung einiger anderer Parameter oder Kriterien, beispielsweise der Änderung von einem oder mehreren Sensorpegeln, enthalten. Weiterhin umfaßt die Verwirklichung dieser Erfindung die Verwendung eines externen Schrittmachers und dergleichen sowie verfügbarer Technologie zum Übertragen der Daten zum oder vom Ort des Patienten.

Claims (29)

1. Zweikammer-Schrittmachersystem mit einer atriellen Wahrnehmeinrichtung zum Wahrnehmen von Signalen aus dem Atrium eines Patienten, einer ventrikulären Wahrnehmeinrichtung zum Wahrnehmen von ventrikulären Signalen des Patienten, einer ventrikulären Stimuliereinrichtung zur Erzeugung und Abgabe von ventrikulären Stimulierimpulsen an den rechten Ventrikel des Patienten, einer AVesc Einrichtung zur Vorgabe und Zeitsteuerung eines AV-Escapeintervalls ab dem Auftreten eines wahrgenommenen atriellen Signals, und einer Synchron-Steuereinrichtung zum Steuern der Abgabe von ventrikulären Stimulierimpulsen bei Ablauf des AV-Escapeintervalls und fehlender Wahrnehmung eines ventrikulären Signals, gekennzeichnet durch eine FFRS-, QRS- oder Ventrikulärseptal-Vorerregungs-Wahrnehmeinrichtung zum Erfassen von FFRS- oder QRS-Ereignissen oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen im Anschluß an abgegebene ventrikuläre Stimulierimpulse, sowie ferner eine Analysiereinrichtung zum Analysieren der erfaßten FFRS- oder QRS-Ereignisse oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen und zum Bestimmen eines optimierten Wertes für das AV-Escapeintervall aus Schwankungen in den erfaßten FFRS- oder QRS-Ereignissen oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen, wobei die AVesc Einrichtung eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des AV-Escapeintervalls entsprechend dem optimierten Wert aufweist.

2. Schrittmachersystem nach Anspruch 1 mit einer Zeitsteuereinrichtung zur Zeitsteuerung der jeweiligen Zeitintervalle zwischen abgegebenen ventrikulären Stimulierimpulsen und dem Zeitpunkt nachfolgender erfaßter FFRS- oder QRS-Ereignisse oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen, wobei die Analysiereinrichtung eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen des optimierten Wertes aus den Zeitintervallen aufweist.

3. Schrittmachersystem nach Anspruch 1, wobei die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen des AVesc-Intervalls aufweist, das im wesentlichen dem Kniepunkt der Zeitintervallfolge von erfaßten FFRS- oder QRS-Ereignissen oder Ventrikulärseptal-Vorerregungen entspricht, wobei der Kniepunkt ein beim Einsetzen von Fusionen auftretender Punkt auf Kurven ist, in denen ein relevanter Parameter über der AV-Zeit aufgetragen ist.

4. Schrittmachersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer Zeitdauereinrichtung zum Bestimmen der Zeitdauer erfaßter FFRS- oder QRS-Ereignisse, wobei die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen des optimierten Wertes aus den Zeitdauern aufweist.

5. Schrittmachersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die AVesc Einrichtung eine AV-Sucheinrichtung aufweist, die das AV-Escapeintervall von einem Wert, bei dem ein ventrikulärer Stimulierimpuls eine vollständige Mitnahme bewirkt, periodisch in Richtung eines Wertes erhöht, bei dem ein ventrikulärer Stimulierimpuls keine vollständige Mitnahme mehr bewirkt.

6. Schrittmachersystem nach Anspruch 5, wobei die Analysiereinrichtung eine Zeitsteuereinrichtung aufweist, um in einem VP-FFRS- oder VP-QRS-Ereignis oder eine Vorerregung ein Knie zu bestimmen, das einem bestimmten Wert in der Folge von auf diese Weise gesuchten AV-Escapeintervallen entspricht.

7. Schrittmachersystem nach Anspruch 6, wobei die Einstelleinrichtung eine Einrichtung zum Verkürzen des AV-Escapeintervalls auf einen Wert aufweist, der unter dem dem Knie entsprechenden AV-Escapeintervall liegt.

8. Schrittmachersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Sucheinrichtung zum Variieren des AV-Escapeintervalls über dessen jeweilige Werte entsprechend einem vorbestimmten Suchmuster, wobei die Analysiereinrichtung eine Dateneinrichtung zum Sammeln von FFRS-, QRS- oder Ventrikulärseptal-Vorerregungs-Daten aufweist, die mindestens eine dem jeweiligen Wert des AV-Escapeintervalls innerhalb der Suche entsprechende Eigenschaft eines FFRS- oder QRS-Ereignisses oder einer Ventrikulärseptal-Vorerregung angibt.

9. Schrittmachersystem nach Anspruch 8, wobei die Analysiereinrichtung ferner eine Fusionseinrichtung aufweist, um die gesammelten Daten zur Bestimmung eines Wertes des AV-Escapeintervalls analysiert, der der Bruchstelle zwischen Stimulation mit voller Mitnahme und Fusion entspricht.

10. Schrittmachersystem nach Anspruch 8 mit einer Programmiereinrichtung zum Programmieren der Sucheinrichtung derart, daß sie mit der Durchführung des Suchmusters beginnt.

11. Schrittmachersystem nach Anspruch 8 mit einer die Analysiereinrichtung aufweisenden externen Programmiereinrichtung und einer Telemetrieeinrichtung zur telemetrischen Übertragung der Daten an die externe Programmiereinrichtung.

12. Schrittmachersystem nach Anspruch 8, wobei die vorgegebene Eigenschaft des FFRS- oder QRS-Ereignisses oder der Ventrikulärseptal-Vorerregung dessen bzw. deren Dauer ist, mit einer Einrichtung, die den Wert dieser Dauer bei einem gegebenen AV-Escapeintervall mit dem Wert der Dauer entsprechend dem nächstkürzeren Wert des AV-Escapeintervalls vergleicht und den kürzesten Wert des AV-Escapeintervalls bestimmt, bei dem der Vergleich eine über einem vorgegebenen Faktor liegende Differenz liefert.

13. Schrittmachersystem nach Anspruch 1, wobei die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen des längsten AV-Escapeintervalls, das dem Auftreten eines bestimm ten Fusionsgrades entspricht, und zur Erzeugung einer Anzeige eines AV-Escapeintervalls aufweist, das gerade unter dem besagten entsprechenden Intervall liegt.

14. Schrittmachersystem nach Anspruch 1 mit einer atriellen Stimuliereinrichtung zur Abgabe atrieller Stimulierimpulse, wobei die AVesc-Einrichtung ein AV-Escapeintervall ab dem Auftreten eines abgegebenen atriellen Stimulierimpulses vorgibt und zeitlich steuert.

15. Zweikammerschrittmacher nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:

eine AV-Variiereinrichtung zum Variieren des AV-Escapeintervalls entsprechend einem vorgegebenen Suchmuster,

eine Meßeinrichtung zum Erfassen eines Maßes von QRS-Komplexen, die bei den variierten AV-Escapeintervallen von einem abgegebenen Ventrikulärimpuls hervorgerufen werden,

eine programmierbare Stapeldateneinrichtung zum Sammeln von Daten, die jeweils QRS-Meßsignale und entsprechende Werte des AV-Escapeintervalls angeben, und

eine programmierbare Analysiereinrichtung zum Analysieren der gesammelten Daten, um einen dem Einsetzen von Fusionen entsprechenden Wert des AV-Escapeintervalls zu bestimmen,

wobei die AV-Escapeeinrichtung eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des AV- Escapeintervalls als Funktion des dem Einsetzen von Fusionen entsprechenden bestimmten Wertes des AV-Escapeintervalls aufweist.

16. Schrittmachersystem nach Anspruch 15, wobei die Stapeldateneinrichtung eine Einrichtung zum Sammeln von Daten aufweist, die die Dauer von bei jeweiligen Escapeintervallen hervorgerufenen QRS-Signalen angeben.

17. Schrittmachersystem nach Anspruch 16 mit einer FFRS-Einrichtung zum Erfassen von FFRS-Signalen aus den im Atrium des Patienten wahrgenommenen Signalen, wobei die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Analysieren der FFRS-Signale zum Bestimmen eines Maßes der QRS-Dauer aufweist.

18. Schrittmachersystem nach Anspruch 15, wobei die Stapeldateneinrichtung eine Einrichtung zum Sammeln von Daten aufweist, die die Amplitude der hervorgerufenen QRS- Komplexen angeben.

19. Schrittmachersystem nach Anspruch 18 mit einer FFRS-Einrichtung zum Erfassen von FFRS-Signalen aus den im Atrium des Patienten wahrgenommenen Signalen, wobei die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Analysieren der FFRS-Signale zum Bestimmen eines Maßes der QRS-Dauer aufweist.

20. Schrittmachersystem nach Anspruch 15, wobei die Stapeldateneinrichtung eine Einrichtung zum Sammeln von Daten aufweist, die die Zeitintervalle zwischen abgegebenen ventrikulären Stimulierimpulsen und den daraus resultierenden hervorgerufenen QRS-Signalen entsprechend mehreren Werten des AV-Escapeintervalls angeben.

21. Schrittmachersystem nach Anspruch 20, wobei die Stapeldateneinrichtung eine Einrichtung zum Erfassen von FFRS-Signalen aufweist und die Analysiereinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen von Zeitintervallen von abgegebenen ventrikulären Stimulierimpulsen an bis zu den FFRS-Signalen enthält.

22. Schrittmachersystem nach Anspruch 15, wobei das System ferner eine externe Programmiereinrichtung zum Aktivieren der Stapeldaten- und der Analysiereinrichtung aufweist.

23. Schrittmachersystem nach Anspruch 22 mit externen EKG-Leitungen zum Zuführen der Signale an die atrielle und die ventrikuläre Wahrnehmeinrichtung.

24. Schrittmachersystem nach Anspruch 22 mit einer Telemetrieeinrichtung zur Übertragung der gesammelten Daten an die Programmiereinrichtung.

25. Zweikammer-Schrittmachersystem nach Anspruch 1, wobei die Zeitdauer zwischen einem abgegebenen ventrikulären Stimulierimpuls und einem anschließenden, hervorgerufenen QRS-Ereignis von einer Zeitsteuereinrichtung gemessen und eine Übereinstimmung zwischen einem entsprechend einem vorgegebenen Variationsmuster variierten AV-Escapeintervall und der Zeitdauer bestimmt wird, mit ferner einer Analysiereinrichtung zum Analysieren der gemessenen Zeitdauern, um einen dem Einsetzen von Fusionen entsprechenden Wert des AV-Escapeintervalls zu bestimmen.

26. Schrittmachersystem nach Anspruch 25, wobei die Zeitsteuereinrichtung in jedem einen abgegebenen ventrikulären Stimulierimpuls enthaltenden Schrittmacherzyklus kontinuierlich arbeitsfähig ist und die Einstelleinrichtung den Wert des AV-Escapeintervalls nach einer Bestimmung des Einsetzens von Fusionen einstellt.

27. Schrittmachersystem nach Anspruch 25 mit einer Programmiereinrichtung zur Ansteuerung der Zeitsteuer- und der Analysiereinrichtung.

28. Schrittmachersystem nach Anspruch 27 mit den Patient mit der atriellen und der ventrikulären Wahrnehmeinrichtung verbindenden EKG-Leitungen.

29. Schrittmachersystem nach Anspruch 27 mit einer Telemetrieeinrichtung zum Übertragen von die Zeitdauer-Meßwerte angebenden Daten an die Programmiereinrichtung.