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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erkennen von Tachyarrhythmien (schnellen Herzrhythmen), wobei
zwischen verschiedenen Tachyarrhythmien, insbesondere Tachykardie
und Fibrillation, unterschieden wird.
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Frühe automatische Tachyarrhythmie-Erkennungssysteme
für automatische
Kardioverter/Defibrillatoren stützten
sich auf das Vorliegen oder Fehlen elektrischer und mechanischer
Herzaktivität
(wie des Intramyokarddrucks, des Blutdrucks, der Impedanz, des Schlagvolumens
oder der Herzbewegung) und/oder auf die Elektrokardiogrammrate,
um hämodynamisch
gefährdende
ventrikuläre
Tachykardie oder Fibrillation zu erkennen.
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Bei Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren,
wie sie sich derzeit in klinischer Entwicklung befinden, wird Fibrillation
von ventrikulärer
Tachykardie dadurch unterschieden, daß Kriterien auf Grundlage der
Pulszahl verwendet werden. Bei solchen Vorrichtungen ist es üblich, Pulszahl-
oder Intervallbereiche zu spezifizieren, die eine Tachyarrhythmie im
Gegensatz zur Fibrillation kennzeichnen. Jedoch können verschiedene
Patienten unter ventrikulärer Tachykardie
und ventrikulärer
Fibrillation leiden, die ähnliche
oder überlappende
Pulszahlen aufweisen, was es erschwert, eine Fibrillation mit niedriger
Pulszahl von einer Tachykardie mit hoher Pulszahl zu unterscheiden.
Darüber
hinaus kann ventrikuläre
Fibrillation R-R-Intervalle zeigen, die beträchtlich schwanken, was zu Intervallen
führt,
die sowohl in die Pulszahloder Intervallbereiche für Tachykardie
als auch für
Fibrillation oder aus beiden herausfallen können.
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Derzeit verfügbare Arrythmiekontrollvorrichtungen
für Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillatoren verwenden
programmierbare Fibrillations-Intervallbereiche und Tachykardieerkennungs-Intervallbereiche,
die aneinander angrenzen, aber einander nicht überlappen. Insbesondere bei
diesen Vorrichtungen besteht der zum Anzeigen von Fibrillation spezifizierte
Intervallbereich aus Intervallen, die kürzer sind als ein programmierbares
Intervall (FDI), und der Intervallbereich, der zum Anzeigen ventrikulärer Tachykardie
spezifiziert ist, besteht aus Intervallen, die kürzer sind als ein programmierbares
Intervall (TDI) und größer als
oder gleich groß wie
das Intervall FDI. R-R-Intervalle werden gezählt, um einen Zählwert für R-R-Intervalle
zu erhalten, die in den Tachykardie-Intervallbereich (VTEC) fallen,
und einen Zählwert
von Intervallen innerhalb des Fibrillationsbereichs (VFEC) zu erhalten.
VFEC ist ein Zählwert
dahingehend, wieviele R-R-Intervalle der vorangehenden Reihe mit
einer vorgegebenen Anzahl FEB) von R-R-Intervallen kleiner sind
als oder gleich groß sind wie
FDI. Der Zählwert
VTEC wird auf R-R-Intervalle hin inkrementiert, die größer sind
als oder gleich groß sind
wie FDI, jedoch kürzer
als TDI, er wird auf Intervalle, die länger sind als oder gleich groß sind wie TDI
auf null zurückgesetzt,
und er reagiert nicht auf Intervalle kleiner als FDI. VTEC wird
mit einem programmierten Wert (VTNID) verglichen und VFEC wird mit
einem entsprechenden programmierbaren Wert (VFNID) verglichen. Wenn
einer der Zählwerte mit
dem zugehörigen
programmierbaren Wert übereinstimmt,
diagnostiziert die Vorrichtung das Vorliegen der entsprechenden
Arrhythmie, d.h. von Fibrillation oder Tachykardie, und sie sorgt
für eine
geeignete Therapiemaßnahme,
z.B. Schrittmacherbetrieb gegen Tachykardie, für einen Kardioversionsimpuls oder
für einen
Defibrillationsimpuls. Darüber
hinaus kann der Arzt die Vorrichtung wahlweise so programmieren,
daß es
erforderlich ist, daß die
gemessenen R-R-Intervalle ein Kriterium für einen schnellen Anfall erfüllen, bevor
der Zählwert
VTEC inkrementiert werden kann, und er kann die Vorrichtung ebenfalls wahlweise
so programmieren, daß ein
Kriterium für Pulszahlstabilität für jedes
folgende gemessene R-R-Intervall erfüllt sein muß, um VTEC zu inkrementieren,
wobei VTEC andernfalls auf null zurückgesetzt wird.
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Eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art,
die die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist,
ist aus
US 5,193,535 bekannt.
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Es hat sich gezeigt, daß dieses
Erkennungssystem zum Unterscheiden zwischen Fibrillation und ventrikulärer Tachykardie
geeignet ist, so daß geeignete
Therapiemaßnahmen
ausgegeben werden können.
In seltenen Fällen
erfordert die Erkennungsmethode jedoch eine Folge einer größeren Anzahl schneller
Herzschläge
als es optimal erwünscht
ist, um zu erkennen, ob der schnelle Rhythmus durch Fibrillation
oder Tachykardie bedingt ist. Darüber hinaus wird auch angenommen,
daß ein
verbesserter Genauigkeitspegel zum Klassifizieren von Rhythmen dicht
beim Wert FDI bei mittlerer R-R-Intervalldauer wünschenswert sei.
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Aus Computers in Cardiology, 7. – 10. Oktober
1986, IEEE Computer Society Press, S. 167 – 170, ist es bekannt, daß Tachykardie-Intervalle
insbesondere zu Beginn instabil sind und für eine Klassifizierung der
Arrythmie gegebenenfalls die Auswertung von nur einem Teil, z.B.
drei Vierteln, der erfaßten
Intervalle ausreicht. Auch hier wird zur Unterscheidung zwischen
Tachykardie und Fibrillation mit einem vorgegebenen Schwellenwert
gearbeitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
für eine
genaue Erkennung und Unterscheidung zwischen Tachykardie und Fibrillation
zu sorgen. Vorzugsweise soll die Erkennung solcher Arrhythmien innerhalb
so weniger Herzschläge
wie möglich
erzielbar sein, wie sie mit genauer Erkennung noch verträglich sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in
Anspruch 1 gekennzeichnet. Danach wird der für die Unterscheidung zwischen
Tachykardie und Fibrillation maßgebliche
Schwellenwert zu Beginn der Messung automatisch so eingestellt,
daß die zur
Feststellung einer Fibrillation erforderliche Anzahl von zu erfassenden
Intervallen verringert und dadurch der gesamte Meßvorgang
abgekürzt
wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß wegen
der Zufälligkeit
der Intervalle zwischen Depolarisationen bei Fibrillation oder wegen
der Eigenschaften des Rhythmus des Herzens eines Patienten Fibrillation
und Tachykardie Intervalle mit ähnlicher
Dauer beinhalten können.
So können
bei einer Vorrichtung, die Intervall- oder Pulszahländerungen als
für Fibrillation
und Tachykardie kennzeichnend definiert, Intervalle, die in den
als Fibrillation anzeigend definierten Bereich fallen, tatsächlich während Tachykardie
auftreten, und umgekehrt. Darüber
hinaus können
entweder Tachykardie oder Fibrillation Intervalle in beiden Pulszahl-
oder Intervallbereichen aufweisen, was die Erkennung und Identifizierung der
Arrhythmie verzögert.
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Die Erfindung berücksichtigt diese Schwierigkeiten
dadurch, daß sie
die Dauer des Fibrillation anzeigenden Maximalintervalls und/oder
des Tachykardie anzeigenden Maximalintervalls (die beim offenbarten
Ausführungsbeispiel
im wesentlichen denselben Wert aufweisen) als Funktion der gemessenen
Zykluslängen
innerhalb einer Probe der letzten "N" Intervalle
zwischen Depolarisationen, die in die Tachykardie oder Fibrillation
anzeigenden Intervallbereiche fallen, verringert oder erhöht. Während der Erkennung
eines Rhythmus, der eine Reihe schneller derartiger Intervalle enthält, ermittelt
die Erfindung, ob die Anzahl von Intervallen innerhalb des Fibrillation
anzeigenden Intervallbereichs eine vorgegebene Anzahl oder einen
vorgegebenen Prozentsatz überschreitet.
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Wenn dies der Fall ist, wird der
Wert für
das Fibrillation anzeigende Maximalintervall erhöht. Die Erfindung ermittelt
auch alternativ, ob die Anzahl derartiger Intervalle innerhalb des
Tachykardie anzeigenden Intervallbereichs eine vorgegebene Anzahl oder
einen vorgegebenen Prozentsatz überschreitet. Wenn
dies der Fall ist, wird der Wert für das Fibrillation anzeigende
Maximalintervall verringert. So werden die Erkennungskriterien abhängig von
der Relativanzahl gemessener Intervalle, die in die zugeordneten
Pulszahlzonen fallen, zur Erkennung von Fibrillation oder Tachykardie
hin vororientiert. Diese Vororientierung erhöht die Erkennungsgeschwindigkeit dadurch,
daß es
wahrscheinlicher wird, daß erkannte Intervalle
dazu beitragen, die Erkennungskriterien für eine dieser Arrhythmien besser
zu erfüllen
als die für die
andere. Bei Rhythmen mit mittleren Intervallen zwischen Depolarisationen
nahe der Maximalintervalldauer, die die Trennlinie zwischen den
Tachykardie- und Fibrillations-Intervallbereichen festlegt, verringert
die Erfindung im allgemeinen die Gesamtanzahl von Intervallen, die
dazu erforderlich sind, daß die
Erkennungskriterien für
Fibrillation oder Tachykardie erfüllt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen:
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1 ein
Diagramm ist, das die Intervallbereiche veranschaulicht, wie sie
zur Erkennung von Tachyarrhythmien beim offenbarten Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet werden;
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2 ein
vereinfachtes Blockdiagramm ist, das die Komponenten einer Vorrichtung
veranschaulicht, in der die Vorrichtung gemäß der Erfindung realisiert
sein können;
und
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3 ein
vereinfachtes Flußdiagramm
ist, das die Funktion der Erfindung veranschaulicht.
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Beim nachfolgend erörterten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die vorstehend erörterten Erkennungskriterien
für Tachykardie
und Fibrillation in Verbindung mit Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren
verwendet und die folgende Erörterung
der Erfindung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, wobei die
Erfindung bei diesem Ausführungsbeispiel
dazu verwendet wird, den Trennpunkt FDI zwischen den Intervallbereichen
einzustellen, die ventrikulärer
Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation
zugeordnet sind.
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1 veranschaulicht
die Beziehung zwischen den Intervallbereichen, wie sie der Erkennung von
Fibrillation und Tachykardie zugeordnet sind und wie sie in Zusammenhang
mit der Erfindung verwendet werden. Das Maximalintervall, das Fibrillation
anzeigt (Minimalintervall, das Tachykardie anzeigt), "FDIp", wird während des
Programmierens der Vorrichtung festgelegt. Das Maximalintervall,
das Tachykardie an zeigt, TDI, wird auf ähnliche Weise während der
Programmierung der Vorrichtung definiert. Wie dargestellt, kann
als Teil des Erkennungsprozesses, wie er in der Erfindung enthalten
ist, der Wert von FDIp inkrementiert werden
(FDIp + Δ)
oder dekrementiert werden (FDIp – Δ). Anfangs
dient FDIp als aktuelles Maximalintervall,
das Fibrillation anzeigt (FDIc). Wenn Inkrementierungen
oder Dekrementierungen erfolgen, wird der jeweilige inkrementierte
oder dekrementierte Wert als FDIc verwendet.
Inkrementierungen sind nur bis zu dem Punkt zulässig, zu dem der inkrementierte
Wert einen Maximalwert FDImax überschreiten
würde.
Dekrementierungen sind nur bis zum Punkt zulässig, an dem der dekrementierte Wert
kleiner als ein Minimalwert FDImin würde.
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In Zusammenhang mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
z. B. vier oder acht vorangehende R-R-Intervalle, die kürzer als
TDI sind, untersucht werden, um zu ermitteln, ob die Dauer von FDIc inkrementiert oder dekrementiert werden
muß. Der
Wert des Inkrementwerts Δ kann
z. B. 10 bis 30 ms sein und die Werte von FDImax und FDImin können
z. B. FDIc plus 20 bis 60 Millisekunden bzw.
FDIc minus 20 bis 60 Millisekunden sein.
Alternativ kann die Erfindung auf solche Weise ausgeführt werden,
daß FDIp entweder den Maximalwert oder den Minimalwert
von FDIc definiert. Zum Beispiel kann es
der Arzt wünschen,
daß die
Vorrichtung nur zur Erkennung ventrikulärer Fibrillation hin mehr vororientiert
wird, im Vergleich zur Erkennung unter Verwendung der programmierten
Bereiche für
die Pulszahl oder das Intervall. In diesem Fall würde FDImin mit FDIp gleichgesetzt
werden.
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FDIc kann
z. B. dann inkrementiert werden, wenn 50 Prozent oder mehr unter
N Intervallen kleiner als FDIc sind, und
FDIc kann entsprechend dekrementiert werden,
wenn mehr als 50 Prozent der N Intervalle größer als oder gleich groß wie FDIc sind. Alternativ können strengere Kriterien zum
Inkre- mentieren oder Dekrementieren von FDIc angewandt
werden, wobei ein Inkrementieren nur dann erfolgt, wenn 75 Prozent
oder mehr von N Intervallen kleiner als FDIc sind,
und ein Dekrementieren nur dann erfolgt, wenn 75 Prozent oder mehr
der N Intervalle größer sind
als oder gleich groß sind
wie FDIc. Bei handelsgemäßen Ausführungsformen der Erfindung
binnen einige oder alle der vorstehend erörterten Werte und Parameter
vom Arzt ausgewählt
werden können.
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2 ist
ein schematisches Funktionsdiagramm für einen implantierbaren Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillator,
in dem die Erfindung in nützlicher
Weise ausgeübt
werden kann. Dieses Diagramm soll als beispielhaft für den Typ
von Vorrichtung verstanden werden, in dem die Erfindung verkörpert werden
kann, jedoch nicht als beschränkend, da
die Erfindung mit Nutzen in einer großen Vielzahl von Vorrichtungsrealisierungen
ausgeübt
werden kann, wozu Vorrichtungen mit einer funktionellen Organisation
gehören,
die ähnlich
zu derjenigen beliebiger implantierbarer Schrittmacher/Defibrillatoren/Kardiovertern
ist, wie sie derzeit bei klinischen Untersuchungen implantiert werden.
Die Erfindung ist in Verbindung mit implantierbaren Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren
praktisch anwendbar, wie sie in den US-Patenten 4,548,209; 4,693,253;
4,830,006 und 4,949,719 offenbart sind.
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Die veranschaulichte Vorrichtung
ist mit sechs Elektroden 500, 502, 504, 506, 508 und 510 versehen.
Die Elektroden 500 und 502 können ein Paar endokardialer
Elektroden bilden, die in einer Herzkammer liegen und an einer transvenösen Zuleitung
befestigt sind. Die Elektrode 504 kann einer indifferenten
Fernelektrode entsprechen, die am Gehäuse des implan tierbaren Schrittmachers/Kardioverters/Defibrillators
angebracht ist. Die Elektroden 506, 508 und 510 können großflächigen Defibrillationselektroden
entsprechen, die an einer ventrikulären Zuleitung, einer Koronarsinuszuleitung,
einer Zuleitung zur oberen Hohlvene oder einer subkutanen Zuleitung
liegen oder sie können
epikardialen Defibrillationselektroden entsprechen.
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Es ist dargestellt, daß die Elektroden 500 und 502 mit
einer R-Zacken-Detektorschaltung fest verdrahtet sind, die eine
Bandpaßfilterschaltung 514, eine
automatische Schwellenwertschaltung 516 zum Ausgeben eines
einstellbaren Meßschwellenwerts als
Funktion der gemessenen R-Zacken-Amplitude und einen Komparator 518 aufweist.
Auf einer R-Ausgangsleitung 564 wird immer dann ein Signal
erzeugt, wenn das zwischen den Elektroden 500 und 502 gemessene
Signal den aktuellen Meßschwellenwert überschreitet,
wie er von der automatischen Schwellenwertschaltung 516 festgelegt
wird. Wie dargestellt, ist auch die Verstärkung des Bandpaßverstärkers 514 durch
ein Signal von einer Schrittmachersynchronisier- und Steuerschaltung 520 auf
einer Verstärkungseinstelleitung 566 einstellbar.
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Der Betrieb dieser R-Zacken-Detektorschaltung
kann demjenigen entsprechen, wie er in der US-Patentanmeldung mit
der Seriennummer 07/612,760 (1990) für eine Vorrichtung zum Überwachen
elektrischer physiologischer Signale offenbart ist. Jedoch können beim
Ausüben
der Erfindung auch alternative R-Zacken-Detektorschaltungen mit
Nutzen verwendet werden, wie sie in den US-Patenten Nr. 4,819,643
und 4,880,004 dargelegt sind.
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Die Schwellenwert-Einstellschaltung 516 stellt
einen Schwellenwert ein, der einem vorgegebenem Prozentsatz der
Amplitude einer gemessenen R-Zacke entspricht, wobei der Schwellen wert
in einer daran anschließenden
Zeitspanne von weniger als drei Sekunden auf einen minimalen Schwellenwert abnimmt, ähnlich wie
dies bei der automatischen Meßschwellenwert-Schaltung der Fall
ist, die im Artikel "Reliable
R-Wave Detection from Ambulatory Subjects" von Thakor et al veranschaulicht ist,
veröffentlicht
in Biomedial Science Instrumentation Vol. 4, S. 67–72, 1978.
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Es ist bevorzugt, daß der Schwellenwert nicht
auf stimulierte R-Zacken hin eingestellt wird, sondern folgend auf
stimulierte R-Zacken sollte er sich dem minimalen Schwellenwert
weiterhin nähern, um
das Erfassen spontaner R-Zacken mit niedrigem Pegel zu verbessern,
wie sie Tachyarrhythmien zugeordnet sind. Die Zeitkonstante der
Schwellenwertschaltung ist auch vorzugsweise ausreichend kurz dafür, daß der minimale
Meßschwellenwert
innerhalb von 1 – 3
Sekunden folgend auf die Einstellung des Meßschwellenwerts auf 70 – 80 % der
Amplitude einer erfaßten,
spontanen R-Zacke erreicht wird. Die Erfindung kann auch in Verbindung
mit traditionelleren R-Zacken-Sensoren vom Typ, der einen Bandpaßfilter
und eine Komparatorschaltung aufweist, um zu ermitteln, wann das
bandpaßgefilterte
Signal einen vorgegebenen unveränderlichen
Meßschwellenwert überschreitet.
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Eine Schaltmatrix 512 wird
für die
Auswahl dahingehend verwendet, welche der zur Verfügung stehenden
Elektroden mit dem Bandpaßverstärker 534 verbunden
werden sollen. Die Auswahl, welche zwei Elektroden so angeschlossen
werden, wird vom Mikroprozessor 524 über einen Daten/Adreßbus 540 gesteuert.
Signale von den ausgewählten
Elektroden werden über
den Bandpaßverstärker 534 in
einen Multiplexer 532 geleitet, wo sie durch einen A/D-Umsetzer
530 in digitale Mehrbitsignale umgesetzt werden, um gesteuert durch
eine Schaltung 528 für
direkten Speicherzugriff (DMA-Schaltung) in einem RAM 526 abgespeichert
zu werden.
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Der Mikroprozessor 524 analysiert
das im RAM 526 abgespeicherte digitale EGM-Signal, um die
Breite der abgespeicherten R-Zacke zu ermitteln, oder er nimmt die
Analyse in Verbindung mit der unten erörterten Tachykardie/Fibrillations-
Unterscheidungsfunktion vor.
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Der Verstärker 534 kann ein
breitbandiger Bandpaßverstärker sein,
mit einem Durchlaßband, das
sich von ungefähr
0,5 bis 200 Hz erstreckt. Das gefilterte EGM-Signal vom Verstärker 534 wird
durch den Multiplexer 532 geführt und in der A/D-Umsetzerschaltung 530 digitalisiert.
Die digitalisierten EGM-Daten werden gesteuert durch die Schaltung 528 für direkten
Speicherzugriff im RAM 526 abgespeichert. Vorzugsweise
ist ein Teil des RAMs 526 als Schleifen- oder Pufferverstärker ausgebildet,
der zumindest die vorangehenden einigen Sekunden des EGM-Signals
speichert.
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Die im Pufferspeicher abgespeicherten
Daten können
wahlweise dazu verwendet werden, eine R-Zacken-Breitemessung und/oder
eine Unterscheidungsfunktion für
ventrikuläre
Fibrillation/ventrikuläre Tachykardie
auszuführen.
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Jedoch kann die Erfindung auch leicht
bei solchen Vorrichtungen ausgeführt
werden, die keine solche Funktionen enthalten, und für die Zwecke
des offenbarten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung sei angenommen, daß solche Funktionen, falls
sie verfügbar
sein sollten, durch Programmierung ausgeschaltet sind.
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Der Mikroprozessor aktualisiert auch
Zählwerte
betreffend die zuvor erfaßten
R-R-Intervalle. Die Zählwerte
werden beim Auftreten gemessener R-R-Intervalle inkrementiert, die
in zugeordnete Pulszahlbereiche fallen. Wie oben definiert, können diese Bereiche
die vorstehend erläuterten,
in 1 veranschaulichten
Bereiche enthalten, wie sie ventrikulärer Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation
zugeordnet sind und zu den abgespeicherten Zählwerten können die Werte VTEC und VFEC
gehören.
Diese Pulszahlbereiche können
durch die im RAM 526 abgespeicherte Programmierung definiert
sein.
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Diese Zählwerte, zusammen mit anderer
abgespeicherter Information, die vorige Reihen von R-R-Intervallen
widerspiegeln, wie Information betreffend die Schnelligkeit des
Einsetzens der erfaßten kurzen
R-R-Intervalle, die Stabilität
der erfaßten R-R-Intervalle,
die Dauer der fortgesetzten Erkennung kurzer R-R-Intervalle, der
mittleren Dauer der R-R-Intervalle, und Information, wie sie aus
der Analyse abgespeicherter EGM-Segmente hergeleitet wird, werden
dazu verwendet, zu ermitteln, ob Tachyarrhythmien vorhanden sind,
und um zwischen verschiedenen Typen von Tachyarrhythmien zu unterscheiden,
wie oben in Verbindung mit 1 erörtert. Andere
derartige Erfassungsalgorithmen zum Erkennen von Tachykardien sind
in den oben angegebenen US-Patenten Nr. 4,726,380; 4,880,005 und 4,830,006
beschrieben. Eine zusätzliche
Menge an Tachykardieerkennungsmethoden ist im Artikel "Onset and Stability
for Ventricular Tachyarrhythmia Detection in an Implantable Pacer-Cardioverter-Defibrillator" von Olson et al
offenbart, veröffentlicht
in Computers in Cardiology, 7.–10.
Oktober 198G, IEEE Computer Society Press, S. 167 –170. Jedoch
können
in Verbindung mit der Erfindung auch andere Kriterien gemessen und
verwendet werden.
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Es ist beabsichtigt, daß bei einer
die Erfindung verwendenden Vorrichtung Einsatz- und Stabilitätserfordernisse
wahlweise sind und wahlweise als Programmwahlpunkte zugänglich sind,
die durch einen externen Programmierbefehl gelöscht werden können. Falls
verwendet, wird angenommen, daß es be vorzugt
ist, daß Einsetzkriterien
vor dem Beginn des Zählens
von VTEC erfüllt
sind und daß diese
Kriterien, wenn sie einmal erfüllt
sind, bis. zur Erkennung der Tachykardiebeendigung erfüllt bleiben.
So ist es nicht beabsichtigt, daß der Einsatz ein Erkennungskriterium
ist, das für
Neuerkennung von Tachykardie, folgend auf Ersterkennung, erforderlich
ist. Es ist auch zu beachten, daß das Kriterium, falls es verwendet
wird, sowohl bei der Ersterkennung als auch der Wiedererkennung
von Tachykardie verwendet werden sollte. Dies spiegelt die Annahme
wider, daß folgend
auf eine Ersterkennung ventrikulärer
Tachykardie, solange nicht eine bewiesene Rückkehr zu normalem Herzrhythmus
(Enderkennung) vorliegt, die folgenden hohen ventrikuläre Pulszahlen
als dem Ursprung nach ventrikulär
angenommen werden sollten. Andererseits wird angenommen, daß das Stabilitätskriterium
sowohl zur Ersterkennung als auch zur Wiedererkennung von Tachykardie
zweckmäßigerweise
verwendet wird.
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Der Rest der Schaltung ist dem Bereitstellen von
Herzschrittmacher-Kardioversions- und Defibrillationstherapien gewidmet.
Die Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung 520 beinhaltet programmierbare
Digitalzähler,
die den grundsätzlichen
Zeitintervallen in Verbindung mit Herzschrittmacherbetrieb im VVI-Modus
zugeordnet sind, wozu die Schrittmacherersatzintervalle, die Refraktärperioden, während der
gemessene R-Zacken zum Neustarten der Synchronisierung der Ersatzintervalle
wirkungslos sind und die Impulsbreite der Schrittmacherimpulse gehören. Die
Dauern dieser Intervalle werden vom Mikroprozessor 524 festgelegt
und der Schrittmacherschaltung 520 über den Adreß/Daten-Bus 540 zugeführt. Die
Schrittmacher-Synchronisier/Steuerung-Schaltung bestimmt auch die
Amplitude der Herzschrittmacherimpulse und die Verstärkung des Bandpaßverstärkers, gesteuert
durch den Mikroprozessor 524.
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Während
Schrittmacherbetriebs im WI-Modus wird der Ersatzintervallzähler innerhalb
der Schrittmacher-Synchronisierung /Steuerung-Schaltung 520 beim
Erfassen einer R-Zacke, wie durch ein Signal auf der Leitung 564 angezeigt,
rückgesetzt, und
ein zeitlicher Ablauf triggert die Erzeugung eines Schrittmacherimpulses
durch die Schrittmacher-Ausgangsschaltung 522, die mit
den Elektroden 500 und 502 verbunden ist. Der
Ersatzintervallzähler
wird auch beim Erzeugen eines Schrittmacherimpulses rückgesetzt
und er steuert dadurch die Grundsynchronisierung der Herzschrittmacherfunktionen,
einschließlich
Antitachykardie-Schrittmacherbetrieb. Die Dauer des vom Ersatzintervallzähler festgelegten
Intervalls wird über
den Daten/Adreß-Bus
540 vom Mikroprozessor 524 festgelegt. Der im Ersatzintervallzähler beim
Rücksetzen
durch erfaßte
R-Zacken vorhandene Zählwert
kann dazu verwendet werden, die Dauer der R-R-Intervalle zu messen,
um das Vorliegen von Tachykardie zu erkennen und zu bestimmen, ob
das Kriterium der Minimalpulszahl zum Aktivieren der Breitemeßfunktion
erfüllt
ist.
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Der Mikroprozessor 524 arbeitet
als durch Interrupts gesteuerte Vorrichtung und reagiert auf Interrupts
von der Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung 520,
die dem Auftreten erfaßter R-Zacken
und dem Erzeugen von Herzschrittmacherimpulsen entsprechen. Diese
Interrupts werden über den
Daten/Adreß-Bus 540 geliefert.
Alle vom Mikroprozessor 524 auszuführenden mathematischen Berechnungen
und alle von der Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung 520 gesteuerten
Aktualisierungen von Werten und Intervallen finden folgend auf solche
Interrupts statt.
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Wenn Tachyarrhythmie erkannt wird
und eine Antitachyarrhythmie-Schrittmachertherapie erwünscht ist,
werden geeignete Zeitsteuerintervalle zum Steuern der Erzeugung
von Antitachyarrhythmie-Schrittmachertherapien vom Mikroprozessor
524 in
die Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung 520 geladen,
um den Betrieb des Ersatzintervallzählers zu steuern und um Refraktärperioden
zu definieren, während
derer die Erkennung einer R-Zacke durch die R-Zacke-Detektorschaltung unwirksam
zum Neustarten des Ersatzintervallzählers ist. Auf ähnliche
Weise verwendet der Mikroprozessor 524 dann, wenn die Erzeugung
eines Kardioversions- oder Defibrillationsimpulses erforderlich
ist, die Zähler
in der Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung 520 zum
Steuern der zeitlichen Lage derartiger Kardioversions-und Defibrillationsimpulse,
wie auch für
die zeitliche Steuerung zugeordneter Refraktärperioden, während derer
erfaßte
R-Zacken wirkungslos
zum Rücksetzen
der Synchronisierschaltung sind.
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Auf die Erkennung von Fibrillation
oder Tachykardie hin, die einen Kardioversionsimpuls erfordern,
aktiviert der Mikroprozessor 524 eine Kardioversion/Defibrillation-Steuerschaltung 554,
die über eine
Ladeschaltung 550 gesteuert durch eine Hochspannung-Ladeleitung 552 einen
Ladevorgang für Hochspannungskondensatoren 556, 558, 560 und 562 auslöst. Die
Spannung der Hochspannungskondensatoren wird über eine Leitung VCAP 538 überwacht, über einen
Multiplexer 532 geleitet und dann, wenn sie einen vom Mikroprozessor 524 eingestellten
Vorgabewert erreicht, führt
dies zur Erzeugung eines logischen Signals auf einer Leitung KONDENSATOR
GELA-DEN 542,
was den Ladevorgang beendet. Danach wird die zeitliche Lage des
Defibrillations- oder Kardioversionsimpulses durch die Schrittmacher-Synchronisierung/Steuerung-Schaltung
520 überwacht.
Ein Ausführungsbeispiel
eines geeigneten Systems zum Ausgeben und Synchronisieren von Kardioversionsund
Defibrillationsimpulsen und zum Steuern der ihnen zugeordneten Synchronisierfunktionen
ist detaillierter in der am 15. November 1990 angemeldeten US-Patentanmeldung
mit der Serien Nr. 07/612,761 offenbart, die den Titel "Vorrichtung zum Erkennen
und Behandeln einer Tachyarrhythmie" trägt.
Jedoch ist davon auszugehen, daß jede
bekannte Schaltung zum Erzeugen von Kardioversions- oder Defibrillationsimpulsen
in Verbindung mit der Erfindung verwendbar ist. Zum Beispiel können auch
Schaltungen verwendet werden, die die Synchronisierung und Erzeugung
von Kardioversions- und Defibrillationsimpulsen steuern, wie sie in
den US-Patenten Nr. 4,384,585; 4,949,719 und 4,375,817 offenbart
sind. Auf ähnliche
Weise können bekannte
Schaltungen zum Steuern der Synchronisierung und Erzeugung von Antitachykardie-Schrittmacherimpulsen
verwendet werden, wie in den US-Patenten Nr. 4,577,633; 4,880,005;
4,726,380 und 4,587,970 beschrieben.
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Bei modernen Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren
werden spezielle Antitachykardie- und Defibrillationstherapien vorab
vom Arzt in die Vorrichtung einprogrammiert und typischerweise steht
ein Menü für Therapien
zur Verfügung.
Zum Beispiel kann bei der Ersterkennung einer Tachykardie eine Antitachykardie-Schrittmachertherapie
ausgewählt
werden. Beim Wiedererkennen von Tachykardie kann eine aggressivere
Antitachykardie-Schrittmachertherapie festgelegt werden. Wenn wiederholte
Versuche von Antitachykardie-Schrittmachertherapien fehlschlagen,
kann eine Kardioversionsimpulstherapie mit höherem Pegel anschließend ausgewählt werden.
Bekannte Patente, die derartige voreingestellte Therapiemenüs hinsichtlich
Antitachyarrhythmie-Therapien veranschaulichen, sind die US-Patente
Nr. 4,830,006; 4,727,380 und 4,587,970. Es wird davon ausgegangen,
daß die
Erfindung in Verbindung mit allen bekannten Antitachykardie-Schrittmacher-
und -Kardioversionstherapien ausführbar ist, und es wird als
höchstwahrscheinlich angesehen,
daß die
Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung ausgeübt wird,
bei der die Wahl und Reihenfolge ausgegebener Therapien vom Arzt
programmierbar ist, wie bei derzeitigen implantierbaren Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren.
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Zusätzlich zum Verändern der
Therapie, wie sie folgend auf einen fehlgeschlagenen Versuch zum Beenden
einer Tachyarrhythmie ausgegeben wird, ist es auch bekannt, daß eine Einstellung
der Erkennungskriterien geeignet sein kann. Zum Beispiel kann die
Einstellung ein Verringern der Anzahl von Intervallen umfassen,
die dazu erforderlich sind, eine Tachyarrhythmie zu erkennen, um
eine schnellere Wiedererkennung zu ermöglichen, oder es können die
Intervallbereiche geändert
werden, um die Erkennung bevorzugt auf eine Erkennung ventrikulärer Fibrillation
zu richten, wie z. B. im US-Patent
Nr. 4,971,058 offenbart.
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Bei der Erfindung wird die Auswahl
der speziellen Elektrodenkonfiguration zum Ausgeben von Kardioversions-
oder Defibrillationsimpulsen über
die Ausgangsschaltung 548 gesteuert, seinerseits durch die
Kardioversion/Defibrillation-Steuerschaltung 554 über den
Steuerbus 546 gesteuert. Die Ausgangsschaltung 548 bestimmt,
welche der Hochspannungselektroden 506, 508 und 510 dazu
verwendet wird, eine Defibrillations- oder Kardioversionsimpuls-Therapie
auszugeben, und sie kann auch dazu verwendet werden, eine Therapie
mit mehreren Elektroden und gleichzeitigen Impulsen oder eine Therapie
mit mehreren Elektroden und aufeinanderfolgenden Impulsen zu spezifizieren.
Es können
einphasige oder zweiphasige Impulse erzeugt werden. Ein Beispiel
für eine
Schaltung, die dazu verwendet werden kann, diese Funktion auszuüben, ist
in der US-Patentanmeldung mit der Serien Nr. 07/612,758 dargelegt, die
am 14. November 1990 unter dem Titel "Vorrichtung zum Ausgeben einzelner und
mehrerer Kardioversions- und Defibrillationsimpulse" angemeldet wurde.
Jedoch kann in Zusammenhang mit der Erfindung auch eine Ausgabesteuerschaltung
verwendet werden, wie sie im US-Patent 4,953,551 oder 4,800,883
offenbart ist. Alternativ können
auch Therapien mit einzelnen einphasigen Impulsen, die nur ein einziges
Elektrodenpaar verwenden, gemäß irgendeiner
der vorstehend zitierten Literaturstellen verwendet werden, die
implantierbare Kardioverter oder Defibrillatoren offenbaren.
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Die 3a und 3b veranschaulichen die Funktion
der Erfindung in Form von Flußdiagrammen,
verkörpert
in einer Vorrichtung, wie sie in 2 veranschaulicht
ist. 3b veranschaulicht
den Funktionsblock FDI-EINSTELLUNG 11 in 3a detaillierter.
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3a veranschaulicht
die gesamte Tachyarrhythmie-Erkennungsfunktion, wie sie beim offenbarten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet wird. Mit Ausnahme des Funktionsblocks 11 entspricht
dieser Teil der Tachyarrhythmie-Erkennungsfunktion derjenigen, wie
sie in den oben genannten implantierbaren Schrittmachern/Kardiovertern/Defibrillatoren
verwendet wird. In Zusammenhang mit 3a ist
zu beachten, daß die
Vorrichtung als bedarfsorienterter Schrittmacher betrieben wird, wobei
die veranschaulichten Erkennungsfunktionen während der Refraktärperiode
folgend auf das Auftreten einer spontanten oder stimulierten R-Zacke ablaufen.
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Der Mikroprozessor wartet in einem
Schritt 10 auf einen Interrupt, der das Auftreten einer stimulierten
oder gemessenen R-Zacke anzeigt, und auf einen solchen Interrupt
hin speichert er die Dauer des vorangehenden R-R-Intervalls ab und
inkrementiert die Werte von VFEC oder VTEC, falls diese geeignet sind,
wozu er die oben erörterten
Intervallkriterien auf Grundlage der Werte für FDIc und TDI verwendet. Der
Mikroprozessor ermittelt dann in einem Schritt 11, ob der Wert von
FDIc inkrementiert oder dekrementiert werden muß. In einem Schritt 12 ermittelt der
Mikroprozessor, ob die Erkennungskriterien für ventrikuläre Fibrillation erfüllt sind,
d.h., ob VFEC größer ist
als oder gleich groß ist
wie VFNID.
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Wenn ventrikuläre Fibrillation erkannt wird, wird
die geplante Defibrillationstherapie in einem Block 20 gestartet
und die Erkennungskriterien und die Therapiemenüs werden auf die oben beschriebene
Weise in einem Schritt 18 aktualisiert.
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Wenn im Schritt 12 keine ventrikuläre Fibrillation
erkannt wird, überprüft der Mikroprozessor
in einem Schritt 14, ob die Kriterien zur Erkennung ventrikulärer Tachykardie
erfüllt
sind, d.h., ob VTEC größer ist
als oder gleich groß ist
wie VTNID. Wenn ventrikuläre
Tachykardie erkannt wird, wird die geplante ventrikuläre Tachykardiearrhythmie
im Block 16 ausgegeben und die Erkennungskriterien und
Therapiemenüs
werden im Schritt 18 aktualisiert, wie oben beschrieben.
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Wenn keine Tachyarrhythmie erkannt
wird, jedoch zuvor erkannt war, überprüft der Mikroprozessor
in einem Schritt 22, ob eine Rückkehr
zum Sinusrhythmus erfolgt ist, d.h., ob eine Reihe einer vorgegebenen
Anzahl von R-R-Intervallen vorliegt, die größer sind als oder gleich groß sind wie
TDI. Wenn Beendigung erkannt wird, werden die Erkennungskriterien
und Therapiemenüs
in einem Schritt 24 aktualisiert, wie oben beschrieben.
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Das Flußdiagramm von 3b veranschaulicht das Verfahren, durch
das der Wert von FDIc im Block 11 von 3a auf Grundlage des Anteils der N letzten
Ereignisintervalle, die kürzer
als der wert FDIc sind, eingestellt wird. Ein Entscheidungsblock 40 ermittelt,
ob seit dem letzten Aktualisieren der Erkennungskriterien auf Grund
einer Erkennung einer Tachyrrhythmie oder der Erkennung der Beendigung
einer Tachyarrhythmie N Ereignisintervalle, die kürzer als
TDI sind, abgespeichert wurden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird
die Einstellfunktion nicht aktiviert und der Mikropro zessor fährt mit
der Erkennungsmethode von 3a fort.
Es ist beabsichtigt, daß N
eine relativ kleine Zahl ist, z. B. vier oder acht, vorzugsweise kleiner
als VFNID oder VTNID, damit in der Praxis keine Erkennung von Fibrillation
oder Tachykardie erfolgt, bevor nicht mindestens eine Gelegenheit
für ein Betreiben
der Einstellfunktion bestand.
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Wenn N Intervalle kürzer als
TDI erkannt wurden, ermittelt ein Entscheidungsblock 42,
ob eine vorgegebene Anzahl der N Intervalle kürzer als der Wert FDIc ist oder nicht. Wenn eine vorgegebene Anzahl
M unter den N abgespeicherten Ereignisintervallen kürzer als
FDIc sind, z. B. mindestens drei unter vieren, überprüft der Mikroprozessor
in einem Block 44, ob FDIc bereits
auf dem Maximalwert ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Wert nicht
geändert
und der aktuelle Wert von FDIc wird bei
der Erkennungsmethode gemäß 3a verwendet. Wenn sich
FDIc jedoch noch nicht auf dem program=
mierten Maximalwert befindet, wird FDIc im
Block 46 um Delta inkrementiert.
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Wenn unter den N abgespeicherten
Ereignisintervallen M nicht kleiner als FDIc sind, überprüft der Mikroprozessor
in einem Block 43, ob P der N abgespeicherten Intervalle
größer als
FDIc oder gleich groß sind, z. B. mindestens drei
unter vieren.
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Wenn dies nicht der Fall ist, wird
die Einstellfunktion nicht aktiviert und der Mikroprozessor fährt mit
der Erkennungsmethode von 3a fort.
Wenn P der N Intervalle größer als
FDIc oder gleich groß sind, überprüft der Mikroprozessor in einem
Block 48, ob sich FDIc bereits
auf dem Minimalwert befindet. Wenn dies der Fall ist, erfolgt keine Änderung
und der aktuelle Wert von FDIc wird bei
der Erkennungsmethode von 3a verwendet.
Wenn jedoch FDIc noch nicht auf dem programmierten
Minimalwert ist, wird FDIc in einem Block 50 um
Delta dekrementiert.
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Durch diese Einstellungen von FDIc wird die in 3a veranschaulichte
Erkennungsfunktion hinsichtlich des Trends der N letzten Ereignisintervalle empfindlicher.
So wird erwartet, daß sich
in der Praxis die Einstellung von FDIc als
nützlich
beim Beschleunigen der Erkennung ventrikulärer Tachykardie oder ventrikulärer Fibrillation
in solchen Fällen zeigt,
in denen die R-R-Intervalle einer Patiententachyarrhythmie Intervalle
beinhalten, die länger
und kürzer
als FDI sind.
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Nachdem der Wert von FDIc inkrementiert oder
dekrementiert wurde, wird der neue Wert bei anschließenden Erkennungsfunktionen
verwendet, wie sie in 3a veranschaulicht
sind. Der neue Wert von FDIc kann auf verschiedene
Weise verwendet werden. Die einfachste Weise, in der der neue Wert von
FDIc verwendet werden kann, ist die, daß folgende
R-R-Intervalle auf Grundlage des neuen Werts klassifiziert werden,
wobei die Klassifizierung vorangehender R-R-Intervalle unverändert bleibt.
In diesem Fall verbleiben die Werte von VFEc und
VTEc als Ergebnis der Einstellfunktion unverändert und
sie werden erst anschließend
unter Verwendung der neuen Intervallbereiche inkrementiert, die
unter Verwendung des eingestellten Werts von FDIc definiert sind.
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Ein alternatives Verfahren zum Verwenden des
eingestellten Werts von FDIc ist es, die
neuen Intervallbereiche, wie sie durch den eingestellten Wert definiert
sind, sowohl für
die Zukunft als auch rückblickend
zu verwenden. In diesem Fall werden zuvor abgespeicherte R-R-Intervalle
neu überprüft und die Zählwerte
VFEc und VTEc werden
auf solche Werte aktualisiert, wie sie sie aufgewiesen hätten, wenn
der eingestellte Wert von FDIc während der
gesamten Erkennungsfolge in Wirkung gewesen wäre.
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Folgend auf eine abgeschlossene Erkennungsfolge
oder auf die Erkennung der Beendigung einer zuvor erkannten Tachyarrhythmie
wird der Wert von FDIc so zurückgesetzt,
daß er
dem Wert FDIp entspricht, was Teil des Ablaufs
zum Aktualisieren der Erkennungskriterien in den Funktionsblöcken 18 und 24 in 3a ist. Bei verschiedenen
Ausführungsformen
der Erfindung kann sich der Wert von FDIp bei Neuerkennungsfolgen
vom Wert während
Ersterkennungsfolgen unterscheiden. In diesen Fällen kann bei Wiedererkennungsfolgen
eine Einstellfunktion verwendet werden, die einen Wert von FDIc verwendet, der auf den aktuellen Wert von
FDIp gesetzt ist. Alternativ kann bei solchen
Ausführungsformen
und anderen Ausführungsformen
der Erfindung die Einstellungsfunktion während Neuerkennungsfolgen ganz
eingespart werden.
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Während
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Form einer von einem Mikroprozessor gesteuerten Vorrichtung vorliegt,
wie in 2 veranschaulicht,
wobei die verschiedenen in den 3a und 3b veranschaulichten Funktionsschritten
durch Software realisiert sind, kann die Erfindung in gleicher Weise
in Form einer speziellen, vollständig
bedarfsspezifischen digitalen integrierten Schaltung oder selbst
in Form einer analogen Schaltung, die analoge Werte als Ersatzwerte für die in
Verbindung mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen
digitalen Werte verwendet, realisiert werden.
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Darüber hinaus sind, während das
vorstehend offenbarte, bevorzugte Ausführungsbeispiel in Form eines
Schrittmachers/ Kardioverters/Defibrillators vorliegt, die verbesserte
Fähigkeit
zum Unterscheiden zwischen verschiedenen Tachyarrhythmien und die
verbesserte Erkennungsgeschwindigkeit, wie sie durch die Erfindung
erzielt werden, ebenfalls bei Vorrichtungen wertvoll und anwendbar,
die nur dazu in der Lage sind, eine Untermenge der verschiedenen
Therapien auszuführen,
wie sie vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert wurden.
Zum Beispiel wäre
die Fähigkeit,
genau zwischen ventrikulärer
Tachykardie und ventrikulärer
Fibrillation zu unterscheiden, bei einem Antitachykardie-Schrittmacher
wertvoll, auch wenn er keinen Kardioversionsimpulsgenerator aufweist,
um zu ermitteln, ob Antitachykardie-Schrittmachertherapien zweckdienlich
sind. Auf ähnliche
Weise ist die Fähigkeit
zum Unterscheiden zwischen ventrikulärer Tachykardie und ventrikulärer Fibrillation
bei einem implantierbaren Kardioverter/Defibrillator von Nutzen,
dem es an Herzschrittmacherfunktion fehlt, wie z. B. bei derzeit
verfügbaren
implantierbaren CPI-AICD-Kardiovertern/Defibrillatoren. Ferner ist
zu beachten, daß zwar
die für
die Ausgabe auf die Erkennung der verschiedenen erörterten
Arrhythmien hin beschriebenen Therapien alle in Zusammenhang mit
elektrischen Therapien beschrieben wurden, daß es jedoch möglich ist,
die Erfindung in Form eines implantierbaren Medikamentenspenders
zu realisieren, bei dem eine oder mehrere der Antitachykardietherapien
in Form einer lokalen Einspritzung eines Medikaments in das Herz
oder einer systemmäßigen Einspritzung
erfolgt, um die erkannte Arrhythmie zu behandeln. Infolgedessen
ist die vorstehende Offenbarung lediglich als ein Beispiel für eine Ausführungsform
der Erfindung statt als begrenzend zu verstehen, wenn die folgenden
Ansprüche
ausgelegt werden.