DE3739014A1 - System und verfahren fuer die kardioversion und fuer schrittmacherdienste - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein implantierbares System mit Kardioversions- und Schrittmacher-Möglichkeiten gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie gemäß Oberbegriff des Anspruches 6 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff des An­ spruches 10.

Genauer betrachtet bezieht sich die Erfindung auf eine im­ plantierbare Vorrichtung bzw. ein Gerät, das abnormale Herzschlagsverhältnisse erfaßt und zur Korrektur derarti­ ger Abnormalitäten oder Unregelmäßigkeiten stimulierende elektrische Impulse an das Herz abgibt. Insbesondere be­ trifft die Erfindung eine Schrittmacher-/Kardioversions- Vorrichtung, die Arrythmien, welche Schrittmacherdienste erforderlich machen und die auch ventrikuläre Fibrillation detektiert und die geeignete Maßnahmen und Reaktionen be­ wirkt. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein entsprechen­ des Verfahren zur Feststellung derartiger Zustände und zur entsprechenden Behandlung des Herzens.

Es ist hinreichend bekannt, daß man das Herz durch die Er­ fassung der elektrischen Aktivität des Herzens überwachen bzw. beobachten kann. Man hat viele Verarbeitungsprogramme und Schematas erdacht, um den Zustand des Herzens bestim­ men zu können und insbesondere bestimmen zu können, ob die Herzaktivität bzw. der Herzschlag ein abnormal langsamer Herzschlag (Bradykardie) ein normaler Herzschlag (normaler Sinusrythmus), eine abnormale schnelle Herzschlagsaktivi­ tät (Tachykardie), eine im allgemeinen kritische bzw. chaotische schnelle Herzschlagsaktivität (ventrikuläre Fibrillation), oder ein Zustand (Asystolie) ist bei dem der Herzschlag im wesentlichen aufgehört hat.

Die elektrische Aktivität des Herzens kann erfaßt werden und das daraus resultierende Signal z.B. durch Vorver­ stärkung, Filterung etc. vorverarbeitet werden und an­ schließend in gleicher oder ähnlicher Art digitalisiert werden. Das digitalisierte Signal kann man weiterhin so verarbeiten, um damit den Zustand des Herzens spezifisch diagnostizieren zu können. Diese Verarbeitungsschritte können in einer implantierten Vorrichtung realisiert wer­ den. Auf der Basis der so erstellten Diagnose können sti­ mulierende Impulse von der implantierten Vorrichtung an das Herz abgegeben werden. Die stimulierenden Impulse kön­ nen Schrittmacherimpulse sein oder derartige Impulse auf­ weisen, ein elektrischer Schockimpuls mit niedrigem Niveau oder ein elektrischer Schockimpuls mit hohem Niveau sein. Die Schockimpulse mit niedrigem und hohem Niveau werden im weiteren "Kardioversions-Impulse" bezeichnet, die üblicher­ weise etwa im Bereich von 1 Joule (J) Energie oder mehr liegen können, wobei im Gegensatz dazu die Schrittmacher­ impulse gesehen werden können, die Energien im Bereich von Mikrojoule (µJ) aufweisen.

In machen Situationen bzw. Zuständen ist die elektrische Aktivität des Herzens während der ventrikulären Fibrilla­ tion auf einem sehr niedrigen Amplitudenniveau.

Sofern die implantierte Vorrichtung dabei prüft, ob das vom Herzen abgeleitete oder erhaltene Signal das im weiteren als "Kardio-Signal" bezeichnet wird, ein Schwellwert-Niveau überschreitet oder nicht, kann die Vor­ richtung einen Herzzustand als Asystolie (kein Herzschlag) oder Bradykardie (niedriger Herzschlag) diagnostizieren und Schrittmacherimpulse abgeben wenn in Wirklichkeit eine ventrikuläre Fibrillation (VF) des Herzens vorliegt, da die elektrische Aktivität mit niedirgem Niveau, die einen VF-Zustand anzeigt, nicht ausreicht, um den Schwell­ wert Detektor-Schaltkreis der implantierten Vorrichtung zu triggern. Derartige Schrittmacherimpulse könnten mit­ tels der Fühl- oder Sensorschaltung detektiert werden und des weiteren aufgrund der Erkenntnis der lebensbe­ drohenden ventrikulären Fibrillation interferierend be­ trachtet bzw. überlagert werden.

Die Erfindung setzt sich daher die Ziele, eine implantier­ bare Vorrichtung zu schaffen, die Kardio-Signale mit nie­ drigem elektrischem Niveau erfassen kann, bevor Schritt­ macherimpulse an das Herz abgegeben werden. Weiterhin ist es ein Ziel, eine Verarbeitungsschaltung mit zwei Kanälen zu nutzen, von denen ein Kanal das R-R-Inter­ vall detektiert und ein Schrittmacher-Signal (Schrittmacher- Kanal) abgibt und der andere Kanal (Herzschlags-Detektor- Kanal) einen variablen Verstärker aufweist, der eine auto­ matische Verstärkungskontrolle bzw. Steuerung (AGC) zur sensormäßigen Erfassung von VF-Signalen mit niedrigem Niveau aufweist.

Weiterhin strebt man mit der Erfindung an, die Schrittma­ chersignale für ein kurzes Zeitintervall auszusparen oder auszublenden, damit die Verstärkung im Herzschlags-Detek­ tor-Kanal auf ein derartiges Niveau ansteigen kann daß VF-Kardio-Signale mit niedrigem Fegel oder Niveau detek­ tiert werden können.

Die Aufgabe der Erfindung kann daher darin gesehen werden, eine Vorrichtung und ein Verfahren dahingehend zu verbes­ sern, daß man den Herzzustand vor Abgabe von Schrittmacher­ impulsen zuverlässig ermitteln kann, wobei gegebenenfalls eine Austastung von Schrittmachersignalen im Hinblick auf eine automatische Verstärkung von Kardio-Signalen möglich sein sollte.

Diese Aufgabe und Ziele werden erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils, bei einer Vor­ richtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 6 durch des­ sen Kennzeichen und bei einem Verfahren gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 10 durch die Merkmale dessen kenn­ zeichnenden Teils gelöst.

Die erfindungsgemäße implantierbare Kardioversions-/ Schrittmacher-Vorrichtung nutzt zwei entsprechende Kanäle, auf denen ein Schrittmachersignal und ein Herzschlags­ signal erzeugt werden, die einem Mikroprozessor zugeführt werden. Der Schrittmacherkanal weist einen Sensor- oder Fühlverstärker auf, der eine Soll- bzw. Einstell-Verstärkung hat und der bei Vorhandensein einer R-Wellen-Spitze im Kardio-Sig­ nal (EKG-Signal), das seinem Eingang zugeführt ist, eine Auslösung bzw. einen Impuls triggert. Die Auslösung bzw. der Impuls wird auf einen Schrittmacher/Zeitgeber gegeben, der bestimmt, ob innerhalb eines voreingestellten Zeitin­ tervalls eine R-Welle vorhanden ist. Wenn keine R-Welle detektiert wird, d.h., wenn die Auslösung bzw. der Impuls keinen Rücksetzimpuls auf den Zeitgeber gibt, gibt der Schrittmacher/Zeitgeber an seinem Ausgang ein Schrittmacher­ signal auf den Mikroprozessor.

Auf den Herzschlags-Dektektor-Kanal wird in der gleichen Weise wie auf den Schrittmacher-Kanal das Kardio- oder EKG- Signal gegeben. Dieses Kardio-Signal wird anfänglich ver­ stärkt und anschließend unter Verwendung einer automati­ schen Verstärkungssteuerung (AGC) variabel verstärkt. Die automatische Verstärkungssteuerung AGC erhöht abhängig vom Eingangsniveau des Kardio-Signals und der Zeit zwi­ schen den detektierten Spitzen des Kardio-Signals die Ver­ stärkung des gesteuerten Verstärkers. Das Ausgangssignal des Verstärkers mit variabler Verstärkung ist auf eine Auslöse- oder Impulseinrichtung geführt, die wiederum Herzschlagssignale für den Mikroprozessor erzeugt. Die automatische Verstärkungssteuerung weist eine Zeitkon­ stante auf, die größer ist als das Intervall zwischen Schrittmacherimpulsen (Schrittmacher-Entrinnungsintervall; pacing escap intervall) oder die Zeit zwischen normalen R-Wellen im Sinusrythmus im EKG oder Kardio-Signal.

Um VF-Kardio-Signale (ventrikuläre Fibrillation) mit nie­ drigem Niveau zu detektieren, unterdrückt der Mikropro­ zessor die ersten und eventuell auch die zweiten Schritt­ machersignale vom Schrittmacher/Zeitgeber bzw. blendet diese aus oder spart diese aus, um auf diese Weise die Verstärkung im Herzschlags-Detektor-Kanal ansteigen zu lassen, damit sie sich einem maximalen Wert nähern kann. Wenn die Verstärkung im Herzschlags-Detektor-Kanal ein hohes Niveau erreicht hat, kann bestimmt werden, ob VF- Kardio-Signale mit niedrigem Niveau am Eingang vorhanden sind oder ob das Herz einer Asystolie oder Bradykardie unterliegt. Durch das Ignorieren oder Unterdrücken von Schrittmachersignalen für eine Periode von einer oder zwei Sekunden kann der Herzschlags-Detektor-Kanal keine Schritt­ macher-Artefakten detektieren, so daß der Mikroprozessor die geeignete Behandlung des Herzens entweder durch die Abgabe von Schrittmacherimpulsen herbeiführen kann, falls keine VF-Kardio-Signale mit niedrigem Niveau ermittelt wurden oder er kann kardiovertierende Impulse erzeugen falls VF-Kardio-Signale festgestellt wurden.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der Be­ schreibung und den dazu gehörenden Figuren erläutert. Die Erfindung wird daher anhand der nachfolgenden Figuren noch beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung nach dem Stand der Technik zur Erzeugung eines Schrittmacherimpulses;

Fig. 2 eine Kardioversions-/Schrittmacher-Vorrichtung entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen in Blockdiagramm-Form;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Zunahme der Verstärkung des Herzschlag-Detektor-Kanals in Abhängigkeit von der Zeit entsprechend der Erfindung dar­ stellt;

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das das Erfassen des Artefakts der dem Herzen zugeführten Schrittmacherimpulse des Herzschlags-Detektor-Kanals zeigt;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm, in dem die Schrittmachersignale für eine Zeitperiode ausgelassen sind, um VF- Kardio-Signale mit niedrigem Niveau feststellen zu können;

Fig. 6 die Verlängerung des Herzschlags als ein Elektro­ kardiogramm-Signal (hier EKG) entsprechend der Erfindung und

Fig. 7, 8, 9 und 10 Zeitdiagramme, in denen die Unterdrückungsperio­ de nur einmal und für eine bestimmte Anzahl von Zeitintervallen danach angewandt wird und ein Schrittmacherimpuls abgegeben wird, falls die R-Welle nicht innerhalb jedes derartigen Inter­ valls ermittelt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen implantierbaren Kardio­ vertierer/Schrittmacher und betrifft insbesondere eine Vor­ richtung die sich eines Schrittmacherkanals und eines Herzschlags-Detektor-Kanals zunutze macht. Der erstere, nämlich der Schrittmacherkanal, gibt Schrittmachersignale ab, wenn das R-R-Intervall des EKG oder Kardio-Signals nicht innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls ermittelt wird und der Herzschlags-Detektor-Kanal gibt Herz­ schlagssignale sogar dann ab wenn das Kardio-Signal nur ein elektrisches Signal mit relativ niedrigem Pe­ gel ist.

In Fig. 1 ist in Blockdiagramm-Form eine Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt mittels der bestimmt werden kann, ob eine R-Welle im EKG oder Kardio-Signal innerhalb eines vorbestimmten Intervalls vorhanden ist und mittels der ein Schrittmacherimpuls abgegeben wird, falls eine derartige R-Welle innerhalb des Zeitintervalls nicht ermittelt wird. Das EKG- oder Kardio-Signal wird mittels einer geeigneten Einrichtung, die am oder auf dem Herzen oder in der Nähe des Herzens des Patienten, wie z.B. ein bipolarer Elektrodenanschluß, eine Flächenelektro­ de oder eine Kombination davon, vorgesehen ist, erfaßt. Das Signal wird auf die Leitungen bzw. Anschlüsse 12 und 14 des Schrittmachersensors gegeben. Der Begriff "Kardio- Signal" wird in dieser Beschreibung synonym zum EKG-Signal verwendet. Es sei jedoch bemerkt, daß das Kardio-Signal eine verstärkte Version des EKG-Signals sein kann. Das Kardio-Signal auf den Leitungen 12 und 14 wird auf einen Sensorverstärker 16 gegeben, der durch einen veränderbaren Widerstand R 1 eingestellt ist. Der Ausgang des Verstärkers 16 ist auf einen Auslöseblock oder Impulsblock 18 geführt. Sofern die Amplitude des Kardio-Signals einen vorbestimm­ ten Schwellwert überschreitet, wird das Ausgangssignal hochgesetzt und der Impulsblock 18 aufgesteuert, z.B. in dem Sinn, daß ein Impuls abgegeben wird. Der Impulsblock 18 erzeugt einen Rücksetzimpuls einer vorbestimmten Dauer, wobei dieses Ausgangssignal auf den Rücksetzanschluß eines Schrittmacher-Zeitgebers 20 gegeben wird. Der Schrittmacher- Zeitgeber 20 ist so ausgelegt, daß er an seinem Ausgang einen Schrittmacherimpuls erzeugt, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ihm kein Rücksetzimpuls zuge­ leitet wird. Dieses Zeitintervall definiert ein Niveau der Herzschlagsrate, unterhalb deren Schrittmacherimpul­ se dem Herzen zugeführt werden. Das Intervall kann eben­ so wie die Verstärkung im Sensor-Verstärker 16 einge­ stellt werden. Im allgemeinen schaltet der Zeitgeber 20 kurz nach dem R-R-Intervall während des normalen Sinus- Rythmus′ oder eines normalen Herzschlags.

In einigen Fällen ist die ventrikuläre Fibrillation nur durch eine schnelle Herzschlagsrate und eine elektrische Aktivität auf sehr niedrigem Niveau manifestiert. Sofern die Kardio-Signale auf niedrigem Niveau nicht ausreichen um die Trigger-Schwelle des Sensor-Verstärkers 16 zu überschreiten, würde der Schrittmacherkanal nach dem Stand der Technik, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, einen Schritt­ macherimpuls durch den Schrittmacher-Zeitgeber 20 bei jedem vorgegebenen Intervall beim Fehlen eines Rücksetz­ impulses von dem Ein-Impuls-Block 18 abgeben. Dementspre­ chend würde eine Steuerschaltung, die etwa ein Mikropro­ zessor sein kann, üblicherweise auf den Schrittmacherim­ puls durch Abgabe von herzschlagstimulierenden Impulsen an das Herz reagieren. Dies deshalb, da der Mikroprozessor nicht mit einem Hinweis auf VF-Kardio-Signale auf niedri­ gem Niveau versorgt wurde.

Die Erfindung ist schematisch in Fig. 2 als Blockdiagramm dargestellt, wobei ein Schrittmacherkanal 30 und ein Herz­ schlags-Detektor-Kanal 40 jeweils das Kardio-Signal von den Anschlüssen 22 und 24 erhalten.

Der Schrittmacherkanal 30 ist generell gesehen ähnlich der Schaltung, wie sie vorausgehend in Fig. 1 beschrieben wur­ de. Der Erfassungs- bzw. Sensorempfänger 32 weist einen einstellbaren Sensorpegel auf, wobei dieser vom Widerstand des Widerstandes R 1′ abhängt. Die Verstärkung und das Er­ fassungsniveau des Verstärkers 32 ist durch eine Reihe von Widerständen, die durch den Widerstand R 1′ darge­ stellt werden, programmierbar eingestellt bzw. festgelegt. Da der Verstärker 32 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Kardio-Signal an den Anschlüssen 22 und 24 das Erfassungs­ niveau übersteigt, wird ein einstellbarer Pegel gewünscht, um bestimmte Sensorsignale wie z.B. die T-Welle im EKG- Signal, Störungen, Rauschen etc. zu vermeiden. Das Ein­ gangs-Kardio-Signal muß den Schwellwert des Verstärkers 32 überschreiten, damit der Ein-Impuls-Block 34 des Schritt­ machers zur Erzeugung eines Rücksetzimpulses getriggert wird. Ein charakteristischer Bereich zur Triggerung des Verstärkers 32 ist etwa 0,5 mV bis 5,0 mV. Unterhalb die­ ser Schwelle wird der Impuls-Block 34 nicht aktiviert bzw. kein Ausgangssignal daran vorgesehen, weshalb der Schritt­ macher-Zeitgeber 36 den Ablauf eines Zeitintervalls mißt und ein Schrittmacherimpuls auf eine Mikroprozessor-Steuer­ einheit 50 gibt. Der Block 34 kann auch als Schalt- oder Zündblock verstanden werden.

Da die Amplitude des VF-Kardio-Signals an den Erfassungs­ anschlüssen (z.B. einer bipolaren Leitung) sehr stark variieren kann, wobei die Anschlüsse elektrisch mit den Anschlüssen 22 und 24 verbunden sind, liegt bzw. fällt die Amplitude des Kardio-Signals manchmal unter den erfaßbaren Schwellwert des Schrittmacherkanals 30. Aufgrund dessen läuft der Zeitgeber 36 ab bzw. stellt das Ende des bestimm­ ten Zeitintervalls fest und erzeugt ein Schrittmachersignal für die Mikroprozessor-Steuereinheit 50.

Der Herzschlag bzw. das Herzschlagsverhältnis ist eines der Erfassungskriterien zur Diagnostizierung ventrikulärer Fibrillation. Deshalb ist es erforderlich, die Herzaktivi­ tät unterhalb der Ansprech- bzw. Empfindlichkeitsschwelle des Schrittmachers zu messen. Der Herzschlags-Detektor- Kanal 40 in Fig. 2 erzeugt unabhängig vom Niveau bzw. Pe­ gel des Kardio-Eingangssignals an den Anschlüssen 22 und 24 ein Herzschlagssignal für den Mikroprozessor 50.

Der Herzschlags-Detektor-Kanal 40 weist einen Verstärker 42 zur Vorverstärkung des Kardio-Signals auf. Des weiteren ist ein Verstärker 44 vorgesehen mit einer automatischen Verstärkungssteuerung (AGC). Weiterhin ist ein Ein-Impuls- Block 46 zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das für den Herzschlag bzw. das Herzschlagsverhältnis kennzeichnend ist, vor­ handen. Das Intervall P 1 ist das R-R-Intervall des EKG­ oder Kardio-Signals, wie es vom Herzschlags-Detektor- Kanal 40 detektiert wird. Der Herzschlags-Detektor-Kanal 40 kann auch einen Komparator oder einen Zwischenverstär­ ker 44 für den Erfassungsschwellwert aufweisen und darüber hinaus eine Schaltung bzw. einen Ein-Impuls-Block 46, so daß nur dann ein Signal auf den Ein-Impuls-Block abgegeben wird, falls es den Bezugswert oder den Schwellwert über­ schreitet. Alternativ dazu kann der Ein-Impuls-Block so eingestellt sein, daß er nur dann triggert oder auslöst, wenn das Eingangssignal einen minimalen Schwellwert über­ steigt.

Im allgemeinen wird das Kardio-Signal im Verstärker 42 verstärkt und anschließend einer veränderlichen Verstär­ kung im Verstärker 44 zugeführt. Die Verstärkung im Ver­ stärker 44 wird durch die AGC-Steuerung bestimmt und ist abhängig vom Eingangspegel des Kardio-Signals, das dem Ver­ stärker zugeleitet wird,und ebenso von der Zeit zwischen den Spitzen dieses Eingangssignals. Wenn das weiter ver­ stärkte Kardio-Signal einen Schwellwert überschreitet, wird ein Signal auf den Ein-Impuls-Block 46 gegeben und ein Impuls an dessen Ausgang erzeugt der den Herzschlag anzeigt bzw. kennzeichnet.

Die Fig. 3 zeigt die Verstärkung über die Zeit nach ermit­ telter Aktivitätskurve für die AGC-Steuerung in Fig. 2.

Die automatische Verstärkungssteuerung (AGC) besitzt eine eigene Zeitkonstante, welche für eine maximale Emp­ findlichkeit erforderlich ist. Die Zeitkonstante der AGC- Steuerung ist größer bzw. länger als das typische Schritt­ macher-Intervall oder das R-R-Intervall. Der Hauptgrund für diese große Zeitkonstante ist, daß man ein Erfassen ungewünschter Herzaktivität, die eine falsche Indikation ventrikulärer Tachykardie oder ventrikulärer Fibrillation verursachen kann, vermeiden möchte. Die Zeiten t 1, t 2 und t 3 in der Fig. 3 entsprechen der jeweiligen Zeitspanne, bezogen auf den Rücksetzzeitpunkt t 0 des AGC. Die AGC- Steuerung wird auf der Basis der Zeit bzw. des Zeitpunktes der letzten ermittelten Spitze und der Amplitude dieser Spitze zurückgesetzt. Aufgrund dessen wird zum Zeitpunkt t 0 die AGC-Steuerung aufgrund einer normalen R-Welle im Kardio-Signal zurückgesetzt. Der Zeitpunkt t 1 kann etwa die Mitte des R-R-Intervalls kennzeichnen. Der Zeitpunkt t 2 kann etwa dem Zwei- oder Dreifachen des R-R-Intervalls entsprechen und der Zeitpunkt bzw. die Zeitspanne t 3 kann dem Drei- oder Vierfachen des R-R-Intervalls entsprechen. Falls natürlich bis zum Zeitpunkt t 2 kein Signal ermittelt wird, nähert sich die Verstärkung des Verstärkers 44 einem Maximum.

In Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, in dem der zeitliche Verlauf der Herzaktivität oder ein exemplarisches EKG-Signal das plötzliche Einsetzen ventrikulärer Fibrilla­ tion zeigt, wobei der elektrische Signalpegel der ventri­ kulären Fibrillation (VF) verglichen mit der Amplitude der R-Welle sehr klein ist. Wie des weiteren in Fig. 4 darge­ stellt ist, gibt der Ein-Impuls-Block 34 bei jeder detek­ tierten R-Welle einen Rücksetzimpuls ab. Aufgrund dessen wird der Schrittmacher-Zeitgeber 36 nach dem Intervall P 1 zurückgesetzt. Nach diesem Zeitintervall zählt der Schritt­ macher-Zeitgeber 36 bis zum Ende des Intervalls P 2 jedoch aus und gibt ein Schrittmachersignal auf den Mikroprozessor 50. Der Schrittmacher-Zeitgeber 36 wird danach automa­ tisch zurückgesetzt und fährt fort, erneut einen Inter­ vall-Ablauf abzuzählen und gibt ein weiteres Schrittma­ chersignal am Ende des Intervalls P 3 ab. Bei Vorrichtun­ gen nach dem Stand der Technik würde der Mikroprozessor 50 einen Schrittmacher-Schaltkreis 52 aktivieren, der Schrittmacherimpulse dem Herzen zuleiten würde. Diese Schrittmacherimpulse stimulierten das Herz und die Arte­ fakten der Impulse würden den Herzschlag-Detektor-Kanal 40 so steuern, daß am Ende des Intervalls P 2 ebenso wie am Ende des Intervalls P 3 ein Herzschlagsignal erzeugt würde. Aus diesem Grunde würde der Mikroprozessor 50 möglicher­ weise nicht die sehr schnelle, aber auf niedrigem Niveau verlaufende Herzaktivität, die für manche Arten von ventri­ kulärer Fibrillation indikativ ist, detektieren.

In Fig. 5 ist die gleiche Herzaktivität oder das gleiche Herzsignal dargestellt. Ebenso ist das resultierende Aus­ gangssignal des Ein-Impuls-Blockes 34 und das resultieren­ de Ausgangssignal des Schrittmacher-Zeitgebers 36 gezeigt. In Fig. 5 sind jedoch die Schrittmachersignale durch den Mikroprozessor 50 für beispielsweise eine Zeitperiode von 2 Sekunden dunkelgetastet, ausgelassen oder ignoriert, so daß die AGC-Steuerung die Verstärkung des Verstärkers 44 im Herzschlags-Detektor-Kanal 40 erhöhen kann, so daß hierdurch die Herzschlagssignale dem Mikroprozessor 50 am Ende des verlängerten Zeitintervalls P 4 zugeführt sind. In diesem dargestellten speziellen Fall sind die ersten zwei Schrittmachersignale ausgelassen, so daß der Mikroprozessor 50 sozusagen auf das Herzschlagssignal vom Herzschlags- Detektor-Kanal 40 "schauen" kann, bevor er Schrittmacher­ impulse dem Herzen zuleitet. Anschließend an das Intervall P 4 könnte der Mikroprozessor 50 bestimmen, welche geeig­ nete Behandlung dem Herzen zukommen soll d.h. ob kardio­ vertierende Impulse von einer Defibrillator- (oder Kardio­ versions)-Schaltung 54 mit niedrigem Pegel, Kardioversions­ impulse mit hohem Pegel, eine bestimmte Schrittmacherim­ puls-Routine oder Kombinationen davon zur Behandlung der ventrikulären Fibrillation ergriffen werden sollen.

Fig. 6 zeigt das EKG-Signal eines Herzens, bei dem Brady­ kardie (eine niedrige Herzschlagsrate) festgestellt wurde. Sofern die Austast- oder Unterdrückungsperiode ein oder zwei Sekunden beträgt, wird der Herzschlag nur für eine relativ kurze Zeitdauer verlängert, bevor Schrittmacher­ impulse von einer Schrittmacherschaltung 52 abgegeben wer­ den. Nach der Austastzeit und bei Vorhandensein weiterer Schrittmachersignale die dem Mikroprozessor 50 zugeführt werden, ist der Mikroprozessor so programmiert, daß er reguläre, stimulierende Schrittmacherimpulse an das Herz auf der Basis des vom Schrittmacher-Zeitgebers 36 erhalte­ nen Schrittmachersignals abgibt.

Der Mikroprozessor 50 kann auch so programmiert sein, daß er das Schrittmachersignal nur einmal unterdrückt bzw. aus­ tastet und über die Schrittmacherschaltung 52 Schrittma­ cherimpulse abgibt, falls die Herzschlagsrate bzw. das Herzschlagsverhältnis unter einem vorgegebenen Niveau ver­ bleibt.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen Zeitdiagramme, welche die Funk­ tionsweise bzw. Verarbeitungsschritte eines derartigen Programmes zeigen. In einem Ausführungsbeispiel wird der Schrittmacherkanal dazu verwendet, um die Herzaktivität für die Schrittmacherfunktion zu beobachten. Der Herz­ schlags-Detektor-Kanal erfaßt bzw. beobachtet das Herz im Hinblick auf eine Tachykardie. Falls die Herzschlagsrate auf dem Schrittmacherkanal über dem Hysterese-Verhältnis oder dem vorbestimmten niedrigen Niveau der Herzschlags­ rate liegt wird die Herzschlagsaktivität nicht beein­ flußt bzw. nicht beschleunigt.

In Fig. 7 ist das Zeitintervall zwischen der R-Welle R 0 und der Welle R 1 im EKG-Signal kleiner als das Hysterese- Verhältnis, das durch das Intervall A _Hys gekennzeichnet ist. Das Intervall B _2s-A steht im vorliegenden Beispiel für das Austastintervall von zwei Sekunden Länge für das Schritt­ machersignal. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß, falls nach dem Auftreten von R 1 die Rate unter die Hyste­ rese -Rate, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, fällt, das Herz schrittmachermäßig mit der Bradykardie-Schrittmacher- Rate beaufschlagt wird. Bevor jedoch ein Schrittmacher­ impuls abgegeben wird, wenn die Rate unter das Niveau der Hysterese -Rate abnimmt, müssen jedoch zwei Sekunden ver­ gangen sein, wie es auf der Zeitachse dargestellt ist. Falls auf dem Schrittmacherkanal vor dem ersten Hysterese- Ablauf keine R-Welle detektiert wird, wird eine Unterbre­ chung von zwei Sekunden initiiert. Sofern während dieser zwei Sekunden Unterbrechung (A′ _Hys +B _2s-A )keine R-Welle detektiert wird, wird ein Schrittmacherimpuls nach dem zwei Sekunden-Ablauf abgegeben, d.h. am Ende der Zeitspanne B _2s-A erzeugt- Sofern die spezifische Herzaktivitat unter­ halb der Bradykardie-Rate oder der Hysteresis-Rate ver­ bleibt, wird das Herz mit der Bradykardie-Schrittmacher­ rate beaufschlagt.

Sofern - wie in Fig. 8 dargestellt - (vgl. R 1) während des zwei Sekunden-Intervalls eine R-Welle festgestellt wird, wird ein zusätzliches Hysterese-Intervall C _Hys zeitlich ausgezählt, gemessen bzw. angehängt; sofern keine R-Welle während dieses Intervalls detektiert wird, wird das Herz am Ende des Intervalls, falls die Gesamtzeit zwei Sekunden übersteigt, schrittmachermäßig bearbeitet.

Zusätzliche einzelne Hysterese-Intervalle werden zeitlich abgezählt bzw. angeschlossen, sofern keine vier aufeinan­ derfolgenden R-Wellen detektiert werden, wobei dies eine größere Herzschlagsrate als die Hysterese-Rate anzeigt, d.h., daß die R-Wellen in das Intervall der Hysterese- Rate hineinfallen. Falls dies auftritt, wird man vor der Einleitung von Schrittmacher-Aktivitäten die zwei Sekun­ den Intervall-Zählung reinitieren bzw. neu durchführen.

Fig. 9 zeigt eine Welle R 1 innerhalb des zwei Sekunden- Intervalls und eine Welle R 2 innerhalb des Hysterese- Intervalls C _Hys , aber keine andere R-Welle innerhalb des nächsten Intervalls D _Hys . Deshalb wird am Ende des Inter­ valls D _Hys ein Schrittmacherimpuls erzeugt, ohne daß die Austast- bzw. Unterdrückungszeit erneut funktionsmäßig an­ gewandt wird.

In Fig. 10 sind Wellen R 2 und R 3 in Intervallen C _Hys und D _Hys entsprechend dargestellt. Jedoch wird ein Schrittma­ cherimpuls am Ende des Intervalls E _Hys abgegeben, da wäh­ rend dieses Zeitintervalls keine R-Welle vorhanden ist. Um die Austastzeit von zwei Sekunden zu reaktivieren oder operativ zur Geltung kommen zu lassen, müßte eine R-Welle während der Intervalle C _Hys , D _Hys , E _Hys und F _Hys detektiert werden, um den Mikroprozessor zurückzusetzen.

Es sei erwähnt, daß viele Modifikationen und Änderungen an der vorausgehend anhand bevorzugter Merkmale beispielhaft dargestellten Erfindung durchgeführt werden können. Der Schutz und der Kern der Erfindung werden in den Ansprüchen zum Ausdruck gebracht.

Claims (10)

1. Implantierbares System mit einer Schrittmacher-Einrichtung und einer Kardio­ versions-Einrichtung zur Detektierung abnormaler Herzschlagsverhältnisse durch Erfassung der elektri­ schen Aktivität des Herzens und zur entsprechenden Stimulierung des Herzens, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung zur Erfassung der elektrischen Aktivität des Herzens und zur Weiterleitung eines dafür kennzeichnenden Kardio-Signals vorgesehen ist, daß eine Bestimmungseinrichtung bezüglich Zeit und Amplitude vorgesehen ist, die - sofern die Amplitude des Kardio-Signals nicht über eine erste vorgegebene Schwelle innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne hinausgeht - ein Schrittmachersignal abgibt,
daß eine Verstärker-/Detektor-Einrichtung zur Ver­ stärkung dieses Kardio-Signals und zur Erzeugung eines Herzschlagsignals vorgesehen ist, wenn das ver­ stärkte Kardio-Signal eine zweite vorgegebene Schwel­ le überschreitet,
daß die Verstärker-/Detektor-Einrichtung eine automa­ tische Verstärkungssteuerung aufweist, bei der die Verstärkung des verstärkenden Bereichs abhängig von der Amplitude des Kardio-Signals mit der Zeit zunimmt und
daß eine Einrichtung zur Stimulierung des Herzens in Abhängigkeit von dem Schrittmachersignal und dem Herzschlagsignal vorhanden ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß die Einrichtung zur Stimulierung eine Einrichtung zur Erzeugung von Schrittmacherimpulsen abhängig vom Schrittmachersignal aufweist,
daß eine Einrichtung zur Erzeugung weiterer herzsti­ mulierender Impulse in Abhängigkeit von dem Herz­ schlagsignal vorhanden ist und
daß eine Einrichtung zur Verzögerung der Anwendung der Schrittmacherimpulse, bis sich die Verstärkung in dem Verstärkungsteil der Verstärker-/Detektoreinrich­ tung einem maximalen Wert genähert hat, vorhanden ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Wert der Verstärkung ausreicht, um Kardio-Signale mit niedrigem Pegel, die vom Herzen während einer ventrikulären Fibrillation stammen, zu verstärken.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestimmungseinrichtung für die Zeit und Ampli­ tude in einem Schrittmacher-Detektor-Kanal (30) vor­ gesehen ist der eine Schwellwert-Bestimmungseinrich­ tung zur Bestimmung des Zustandes aufweist, wenn das Kardio-Signal einen vorgegebenen Wert erreicht und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, und eine Zeitge­ ber-Einrichtung zur Abgabe des Schrittmachersignals sofern das Ausgangssignal nicht innerhalb eines vor­ bestimmten Zeitintervalls der Zeitgeber-Einrichtung zugeführt wird, aufweist,
daß die Verstärker-/Detektor-Einrichtung in einem Herzschlags-Detektor-Kanal (40) vorgesehen ist, der einen Verstärker (42) mit einer vorgegebenen Verstär­ kung zur Verstärkung des Kardio-Signals aufweist, mit einem zweiten Verstärker (44) miteiner veränderba­ ren Verstärkung die durch die automatische Ver­ stärkungssteuerung zur variablen weiteren Verstär­ kung des Kardio-Signals gesteuert ist und mit einer Einrichtung zur Bestimmung, wann das weiter verstärk­ te Kardio-Signal einen vorgegebenen Wert erreicht und zur Abgabe des Herzschlagsignals.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der automatischen Verstärkungs­ steuerung größer ist als ein Zeitintervall zum Ent­ gehen der Schrittmacherfunktion.

6. Implantierbares System mit einer Schrittmacher- und einer Kardioversions- Einrichtung zur Ermittlung und Behandlung eines ab­ normalen Herzens durch Ermittlung der elektrischen Aktivität des Herzens und durch entsprechende Stimu­ lierung des Herzens, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung zur Ermittlung der elektrischen Aktivität des Herzens und zur Aufnahme und Weiterlei­ tung eines dafür kennzeichnenden Kardio-Signales vor­ handen ist, daß
eine Bestimmungseinrichtung für Zeit und Amplitude zur Abgabe eines Schrittmachersignals, wenn die Ampli­ tude des Kardio-Signals eine erste vorgegebene Schwel­ le eines vorbestimmten Zeitintervalls nicht über­ schreitet vorhanden ist,
daß eine Verstärker-/Detektor-Einrichtung zur Ver­ stärkung des Kardio-Signals und zur Abgabe eines Herzschlagsignals vorhanden ist, wenn das verstärkte Kardio-Signal eine zweite vorgegebene Schwelle über­ schreitet, wobei die Verstärker-/Detektor-Einrich­ tung eine automatische Verstärkungssteuerung auf­ weist, wobei die Verstärkung des verstärkenden Teils abhängig von der Amplitude des Kardio-Signals mit der Zeit ansteigt und daß eine Einrichtung zur Sti­ mulierung des Herzens auf der Basis des Schrittma­ chersignals und des Herzschlagsignals vorhanden ist und Schrittmacherimpulse nur noch Ablauf einer vor­ gegebenen Zeitperiode erzeugt, um es der Verstärkung in dem verstärkenden Teil zu ermöglichen, sich einem maximalen Niveau zu nähern, so daß Kardio-Signale von niedrigem Niveau, die für einige Arten ventriku­ lärer Arrythmien kennzeichnend sind, mittels der Verstärker-/Detektor-Einrichtung detektiert werden können und daß das resultierende Herzschlagsignal als Basis zur Behandlung des Herzens verwendbar ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stimulierung des Herzens eine Verzögerungseinrichtung aufweist, die die An­ wendung von Schrittmacherimpulsen solange hinauszö­ gert bis eine Herzschlags-Detektor-Einrichtung, welche das Herzschlagsignal empfängt, bestimmt, daß keine ventrikuläre Arrythmie des Herzens vorliegt.

8. System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stimulierung des Herzens eine Einrichtung zur Abgabe eines oder mehrerer kardioversierender Impulse an das Herz aufweist, wo­ bei dies eine Konsequenz der Bestimmung für das Vor­ handensein eine der ventrikulären Arrythmien durch die Herzschlags-Detektor-Einrichtung ist.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aktivierungseinrichtung für die Einrich­ tung zur Stimulierung und Erzeugung von Schrittma­ cherimpulsen auf der Basis des Schrittmachersignals nach einem anfänglichen Ablauf des festgesetzten Zeitintervalls vorgesehen ist, sofern die Schrittma­ chersignale nicht über ein Zeitintervall erzeugt werden, das größer ist als das festgesetzte Zeitin­ tervall und größer ist als eine Mehrzahl vorbestimm­ ter Zeitintervalle.

10. Verfahren zur Ermittlung und Behandlung abnormaler Herzschlagsverhältnisse
mit einer implantierbaren Vorrichtung, die Kardio­ versions- und Schrittmacher-Möglichkeiten aufweist durch Erfassen der elektrischen Aktivität des Her­ zens und Behandeln des Herzens durch Stimulierung, dadurch gekennzeichnet,
daß ein für die elektrische Aktivität des Herzens charakteristisches Kardio-Signal erhalten wird, daß ein Schrittmachersignal erzeugt wird, sofern das Kardio-Signal eine voreingestellte Schwelle nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls über­ schreitet,
daß das Kardio-Signal derart variabel verstärkt wird,
daß das Verstärkungsniveau des Kardio-Signals mit der Zeit zunimmt und dies abhängig vom Anfangsniveau des Kardio-Signals geschieht,
daß bestimmt wird, wann das verstärkte Kardio-Signal eine zweite vorgegebene Schwelle erreicht und daß dann ein Herzschlagsignal erzeugt wird, und
daß das Herz abhängig von dem Schrittmachersignal nur noch Ablauf eines festgesetzten Zeitintervalls stimuliert wird, um sicherzustellen, daß das Kardio- Signal derart auf ein detektierbares Niveau ver­ stärkt wird, daß die Kardio-Signale mit niedrigem Niveau, die für einige Arten ventrikulärer Arryth­ mien charakteristisch sind, detektiert werden kön­ nen und andererseits das Herz auf der Basis der Schrittmachersignale und der Herzschlagsverhältnis- Signale stimuliert.