DE3885876T2

DE3885876T2 - Herzschrittmacher mit einer Hysteresefunktion.

Info

Publication number: DE3885876T2
Application number: DE3885876T
Authority: DE
Inventors: Lennart Moberg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: St Jude Medical AB
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2008-02-02
Also published as: EP0326629A1; EP0326629B2; EP0326629B1; DE3885876T3; US5016630A; DE3885876D1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher oder Defibrillator mit einer Stimulierungsfunktion zum Stimulieren des menschlichen Herzens. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Herzschrittmacher mit einer Hysteresefunktion entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Viele Herzschrittmacherpatienten zeigen Perioden mit normalem Herzsinusrhuthmus, während denen natürliche atrielle(A)ventrikuläre(V) Synchronisation, sequentielles AV Pumpen und gute Hämodynamik aufrecht erhalten sind.
Wenn aus irgend einem Grund die natürliche Herzschlagrate abfällt, wird die Depolarisation des Ventrikels von einem Herzschrittmacher übernommen (Einkammer oder Doppelkammer z. B. in VVI-Modus). In dieser Situation ist die AV-Synchronisation nicht länger aufrechterhalten und der atrielle Beitrag (15-20%) zur Herzleistung geht verloren, d. h. die Pumpkapazität des Herzens ist reduziert.
Durch Erzeugen einer Differenz zwischen dem programmierten Grunderwartungsintervall des Herzschrittmachers, d. h. dem Intervall, das stimulierten Herzschlägen folgt, und dem Erwartungsintervall, das abgefühlten, den Herzschrittmacher inhibierenden spontanen (natürlichen) Herzschlägen folgt, in einer Weise, daß das letzte Intervall verlängert ist, ist es wahrscheinlicher, daß Patienten mit Perioden normalen Sinusrhythmus wahrscheinlich in ihrem eigenen Rhythmus verbleiben und dadurch von den Vorteilen der AV-Synchronisation profitieren.
Dieser Unterschied zwischen abgefühlten und stimulierten Intervallen ist als Hysterese bekannt. Auch aus anderen als den gerade beschriebenen Gründen kann Hysterese wichtig sein. Wenn der Herzschrittmacher für längere Zeiträume inhibierte ist, wird die Lebensdauer des Herzschrittmachers erhöht. Weiterhin wird, wenn Sinusrhythmen bevorzugt werden, der Wettstreit zwischen natürlichen und stimulierten Rhythmen reduziert.
Auch in anderen Moden als VVI, VVT kann die Hysteresefunktion eingesetzt werden, um die Eigenrhythmen des Patienten zu bevorzugen. Ein Patient mit einer atriell synchronisierten Stimulation oder einem Doppelkammerherzschrittmacher, der in AAI, AAT oder DDD Modus arbeitet, profitiert von den obigen Vorteilen. In diesen Moden wird die Hysteresefunktion für die atriellen Erwartungsintervalle verwendet.
Die bekannte Hysteresefunktion verlängert das Erwartungsintervall, das einem abgefühlten Herzschlag folgt, wie in Siemens-Elemas Impulsgenerator 704, um ein festes Hystereseintervall. Dieses Intervall kann programmierbar sein und technisch durch Programmieren eines zweiten (höheren) Triggerniveaus in den Erwartungsintervallzähler realisiert werden. Für nähere Einzelheiten siehe die Siemens Broschüre A91003- M3372-L772-02-7600, veröffentlicht März 1985.
Mit der Einführung der frequenzadaptiven (RR) Herzschrittmacher könnte die Hysterese mit festem Intervall eher unerwünschte Effekte hervorrufen. In einem RR-Herzschrittmacher bestimmt das Sensorsignal die Grundstimulationsfrequenz (Grunderwartungsintervall) innerhalb eines weiten Frequenzbereiches, typischerweise 30-150 Schläge/Minute (bpm), abhängig von der Belastung. Bei 60 bpm verlängert eine Hysteresezeit von 250 ms das Erwartungsintervall so, daß die entsprechende Stimulationsfrequenz 48 bpm beträgt. Bei 150 bpm, wenn die Frequenz aufgrund höherer Belastung erhöht ist, verlängert die gleiche Hysteresezeit das Erwartungsintervall derart, daß die zugehörige Frequenz 92 bpm beträgt.
Diese große Differenz bei 150 bpm zwischen dem Intervall nach der Stimulierung und dem Intervall nach dem Abfühlen ist für den Patienten störend, da es mit einem großen Abfall der Herzfrequenz verbunden ist, die die hohe Belastung unberücksichtigt läßt. Als Konsequenz davon fällt der Blutdruck und der Patient fühlt sich schwindlig und kann ohnmächtig werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen frequenzadaptiven Herzschrittmacher mit verbesserter Hysteresefunktion zu schaffen, der das Problem im Stand der Technik mit festem Hystereseintervall vermeidet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Alternative zu der Einstellung mit festem Hystereseintervall bei konventionellen Herzschrittmachern, d. h. Herzschrittmacher, die nicht frequenzadaptive Typen sind, zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert und bevorzugte Ausführungsformen davon sind in den Unteransprüchen definiert.
Um das im Stande der Technik vorhandene Problem zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Hystereseintervall vor, das eine Funktion des Grunderwartungsintervalls ist. Auf diese Weise steht die Hysterese in Beziehung zu der aktuellen Herzschlagfrequenz. Vorzugsweise, als prozentuale Hysterese, ist das Hysteresesintervall für den gesamten Bereich der Frequenzen gleich, wenn es als Prozentsatz des aktuellen Grunderwartungsintervalls betrachtet wird. Z.B. entsprechen unter Bezugnahme auf das oben angeführte Beispiel 250 ms bei 60 bpm (1000 ms) einer Verlängerung um 25%. Bei 150 bpm (400 ms) würde die gleiche prozentuale Verlängerung (25% · 400 ms = 100 ms) in einem verlängerten Erwartungsintervall von 500 ms resultieren, das einer Frequenz von 120 bpm entspricht.
Auch andere funktionale Zusammenhänge als prozentuale könnten verwendet werden, z. B. das invertierte in Schlägen pro Minute ausgedrückte Erwartungsintervall. Die Ausführungsform, an Hand der die Erfindung in der folgenden Diskussion illustriert wird, bezieht sich jedoch auf den Prozentsatz.
Obwohl primär auf die Lösung des im Stand der Technik mit festem Hystereseintervall bei frequenzadaptiven Herzschrittmachern vorhandene Problem gerichtet, ist es deutlich, daß die vorliegende Erfindung auch für nicht frequenzadaptive Herzschrittmacher anwendbar ist, wobei das Einstellen des Hystereseintervalls als Funktion des Grunderwartungsintervalls als eine Option oder Alternative zur Einstellung mit festem Intervall eingesetzt werden könnte. Nur das Einstellen des Grunderwartungsintervalls ist dann notwendig, da das Hysteresintervall sich daraus herleitet, und die Erfindung daher eine Vereinfachung der anfänglichen Einstellung des Hystereseintervalls schafft. Die anfängliche Einstellung könnte natürlich, wenn notwendig, durch eine von einem Arzt in Bezug auf die individuellen Bedürfnisse eines Patienten gewählte Einstellung ersetzt werden.
Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende speziellere Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung, wie es in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist, deutlich.
Fig. 1 zeigt die Erfindung in einem schematischen Blockdiagramm;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des Zeitgeberkreises in einem Herzschrittmacher gemäß der Erfindung;
Fig. 3 illustriert die Wirkungsweise des Erwartungsintervallzählers für abgefühlte und stimulierte Herzereignisse.
In Fig. 1 ist ein menschliches Herz, das von einem Herzschrittmacher stimuliert werden muß, generell mit 2 bezeichnet. Eine Stimulations/Abfühl-Elektrode 3 ist in einer Art und an einem Ort in das menschliche Herz eingesetzt, daß das Herz am wirkungsvollsten stimuliert werden kann. Die Stimulations/Abfühl-Elektrode 3 ist über eine Stimulations/Abfühl-Elektrodenleitung 4 mit einem Stimulationsimpulsgenerator 5 verbunden. Ein Zeitgeberkreis 6 steuert die Stimulationsfrequenz des Stimulationsimpulsgenerators 5 über eine Leitung 7. Herzereignisse werden über einen Detektor 8 abgefühlt und eine von der Körperaktivität abhängige Variable wie z. B. Aktivität, Temperatur, Blutsauerstoffsättigung, PH- Wert und QT-Intervall wird über einen Sensor 9 abgefühlt. Es sollte verstanden werden, daß der Herzschrittmacher 1 in der Lage ist, in entweder dem Atrium oder dem Ventrikel oder in beiden abzufühlen/zu stimulieren.
Der Zeitgeberkreis 6 (Fig. 2) erzeugt die unterschiedlichen Grunderwartungsintervalle im wesentlichen mit Hilfe eines BRM (Binär Raten Multiplikator) 13. Beispielsweise mit einem 8-bit BRM 13, bei dem die höchste Taktfrequenz 512 HZ (1.953 ms) und die niedrigste Taktfrequenz 2 Hz (500 ms) beträgt, sind die verschiedenen Grunderwartungsintervalle mit diesen Frequenzen als Basis berechnet. Der Zeitgeberkreis hat einen Herzschrittmachertaktgeber, der Impulse mit 4096 Hz über die Leitung 10 liefert. Ein vorgeschalteter Frequenzteiler 11 reduziert die Herzschrittmachertaktfrequenz auf 512 Hz, welches die Frequenz ist, die über die Leitung 12 auf den BRM 13 gegeben ist. Der BRM 13 erzeugt Impulse mit einer Frequenz, die von einem Kontroll Daten Wort (CDW) auf Leitung 18 abhängt. Die vom BRM 13 erzeugten Impulse werden über eine Leitung 14 auf einen nachgeschalteten Frequenzteiler 15 gegeben, der die Impulse zählt. Wenn der Zählwert gleich 96 ist, wird auf der Leitung 16 ein Stimulationsimpuls erzeugt, wie aus Formel (1) und (2) ersichtlich.
Erwartungsintervallzeit = 256/X · 1.953 ins · 96 (1)
X = BRM Kontrolldatenwort 0 < X < 256
Stimulationsimpulsfrequenz = 60 · X/48 Impulse/Minute (2)
Grundfrequenz (Imp/Min) und Grunderwartungsintervall (Zeit) in Millisekunden für verschiedene CDW Werte X sind in der Tabelle 1 angegeben.
Verschieden Hystereseintervalle können nun dadurch zu diesen (Grund) Erwartungsintervallen hinzugefügt werden, indem mehr Impulse von dem nachgeschalteten Frequenzteiler 15 gezählt werden. Das Erwartungsintervall kann z. B. um 10% verlängert werden, indem 10% mehr Impulse, d. h. 106 Impulse anstelle 96 gezählt werden. Die Hysteresefunktion wird jedesmal aktiviert, wenn ein natürliches Herzereignis außerhalb der Refraktärzeit des Impulsgenerators abgefühlt wird, z. B. wird die Rücksetzleitung 17 aktiv und der nachgeschaltete Frequenzteiler 15 berücksichtigt die Prozentsatzeinstellung in der Hystereseeinheit 19.
Verschiedene programmierbare Hystereseintervalle sind in der Tabelle 2 dargestellt und daraus resultierende Frequenzen sind in Tabelle 3 aufgelistet.
Hysterese (% der Grunderwartungsintervallzeit) Zahl der von dem nachgeschalteten Frequenzteiler gezählten Impulse
0 96
10 106
15 110
25 120
Tabelle 2. Tabelle 3 Frequenz Zeit Hysterese
Der Hystereseeffekt ist in Fig. 3 dargestellt. Die Figur zeigt für verschiedene Herzereignisse, d. h. abgefühlte natürliche Herzereignisse S und stimulierte Herzereignisse P die Wirkungsweise des Erwartungsintervallzählers, der auf zwei verschiedene Triggerniveaus programmierbar ist, und das resultierende EKG Diagramm (mittlerer Teil der Figur) mit den Stimulationsimpulsen.
Die Grundfrequenz ist 60 Imp/Min und die prozentuale Hysterese 25%, d. h. der Erwartungsintervallzähler wird bei zwei Niveaus getriggert, das erste ist 1000 ms und tritt nach einem stimulierten Herzereignis P auf und das zweite ist 125% · 1000 ms = 1250 ms und tritt nach einem abgefühlten Herzereignis S auf.

Claims

1. Ein Herzschrittmacher mit einer Hysteresefunktion und mit einem durch einen Zeitgeberkreis (6) gesteuerten Impulsgenerator (5), wobei der Zeitgeberkreis zwischen Stimulationsimpulsen ein variables Grunderwartungsintervall erzeugt, so daß die Stimulationsimpulse bei Abwesenheit eines abgefühlten, den Herzschrittmacher inhibierenden Ereignisses mit einer Grundfrequenz abgegeben werden, und wobei der Zeitgeberkreis zusätzlich Mittel (15, 19) zum Einstellen und Hinzufügen eines Hystereseintervalles zu dem Grunderwartungsintervall aufweist, um in Erwiderung auf ein abgefühltes, den Herzschrittmacher inhibierendes Herzereignis ein verlängertes Erwartungsintervall zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Hystereseintervall eine Funktion der Länge des Grunderwartungsintervalles ist.

2. Ein Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Grunderwartungsintervalles als Funktion eines mit der Körperaktivität verbundenen Signals veränderbar ist.

3. Ein Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hystereseintervall als Prozentsatz der Länge des Grunderwartungsintervalles berechnet wird.

4. Ein Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Grunderwartungsintervalles als Impulszahl von Impulsen erzeugt ist, die von einem Binär Raten Multiplikator (13) in Erwiderung auf ein Kontroll Daten Wort (18) ausgegeben werden, und das Hystereseintervall als Prozentsatz dieser Impulszahl berechnet ist.