DE3104938A1 - Verfahren und vorrichtung zum maximieren des herzschlagvolumens bei der schrittmacherbehandlung der vorhoefe und herzkammern mit einem implantierten herzrhythmuskorrekturgeraet und -schrittmacher - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum maximieren des herzschlagvolumens bei der schrittmacherbehandlung der vorhoefe und herzkammern mit einem implantierten herzrhythmuskorrekturgeraet und -schrittmacher

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DE3104938A1 DE19813104938 DE3104938A DE3104938A1 DE 3104938 A1 DE3104938 A1 DE 3104938A1 DE 19813104938 DE19813104938 DE 19813104938 DE 3104938 A DE3104938 A DE 3104938A DE 3104938 A1 DE3104938 A1 DE 3104938A1
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Alois A. 15221 Pittsburgh Pa. Langer
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Description

Owing Mills, Maryland (V. St. A.)
Verfahren und Vorrichtung zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und —Schrittmacher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher.
Die Beeinflussung der Herzschlagfrequenz durch elektrische Reizung ist für den Kardiologen bei der Behandlung von Patienten mit Herzfunktionsstörungen sehr wertvoll. Eine hochentwickelte medizinische Technik stellt batteriebetriebene Herzschrittmacher zur Verfügung, die vorübergehend verwendet oder implantiert werden können und für verschiedene klinische Situationen geeignet sind. Zum Verständnis der Wirkungsweise derartiger Herzschrittmacher ist eine grundlegende Kenntnis der Funktion des Herzens erforderlich.
Das Herz ist in einen linken Vorhof, einen rechten Vorhof, eine linke Herzkammer und eine rechte Herzkammer geteilt. Es enthält einen Sinusknoten (S-Knoten) in Form
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eines Bereichs aus einem spezifischen Gewebe in der Wand des rechten Vorhofs. Dieser S-Khoten ist der natürliche Herzschrittmacher. Er gibt eine Reihe von elektrischen Impulsen ab, von denen jeder einen Funktionszyklus des Herzens auslöst. Wenn sich der von dem S—Knoten kommende Impuls über die Vorhofwände ausbreitet, leitet er die Kontraktion der VorMJfe ein, so daß Blut in die Herzkammern gepumpt wird. Dann wird der Impuls von dem Vorhofkammerknoten (VK-Knoten) erfaßt, der einen anderen Bereich aus einem spezifischen Gewebe darstellt, und danach über aus elektrisch leitendem Gewebe bestehende, spezielle Leitwege zu den Herzkammern geleitet. Während der Impuls in den leitenden Geweben zu den Wänden der Herzkammern wandert, bewirkt die Kontraktion der Vorhöfe, daß Blut in die Herzkammern strömt. Bis zu dem Zeitpunkt, in dem infolge der Ankunft des Impulses an den Herzkammern deren Kontraktion beginnt, dehnen sich die Herzkammern aus, so daß sie danach bereit sind, Blut in die Lungen und den Blutkreislauf zu pumpen. Nach jeder Kontraktion entspannt sich das Herz, wobei sich die Vorhöfe mit Blut füllen. Danach wird in dem S-Knoten der nächste Impuls zum Einleiten des nächsten Funktionszyklus des Herzens erzeugt.
Der als Sinusrhythmus bezeichnete, normale Rhythmus wird von dem S-Knoten gesteuert. Es können aber Rhythmusstörungen vorkommen. Wenn beispielsweise die Leitwege zu oder in den Herzkammern aus irgendeinem Grund unterbrochen sind, können die in den Vorhöfen erzeugten Impulse keine Herzkammerfunktion mehr auslösen, so daß die Kontraktion der Herzkammern nicht mehr mit der Funktion der Vorhöfe synchronisiert ist. Es gibt zahlreiche Rhythmusstörungen, bei denen die normal aufeinanderfolgenden Kontraktionen der Vorhöfe und der Herzkammern nicht stattfinden.
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Zur Behandlung dieser Rhythmusstörungen ist der elektronische Herzschrittmacher entwickelt worden, der dafür sorgt, daß die Herzkammern zur Kontraktion mit der normalen Frequenz von beispielsweise 70 Schlagen pro Minute veranlaßt werden. Die Funktion moderner elektronischer Herzschrittmacher wird durch Überwachung der Aktionsströme des Herzens mit der elektrischen Funktion des Herzens synchronisiert.
Das normale EKG stellt eine Folge von Spannungs— änderungen dar, die auf die Kontraktion der Vorhöfe und die Kontraktion und Ent spannung der Herzkammern zurückzuführen sind. Ein durch Überwachung der Aktionsströme erhaltenes, normales EKG besteht aus einer Folge von in Abständen voneinander angeordneten Bereichen, die als QRS-Gruppen bezeichnet werden. Jeder Zyklus besteht aus der kleinen aufwärtsgerichteten P-Zacke, die auf die Kontraktion der Torhöfe zurückzuführen ist, danach der kleinen abwärtsgerichteten Q-Zacke, danach der großen aufwärtsgerichteten R-Zacke, danach der abwärtsgerichteten S-Zacke, die auf die Kontraktion der Herzkammern zurückzuführen ist, und danach der kleinen aufwärtsgerichteten üC-Zaeke, die die Entspannung der Herzkammern anzeigt. Durch Überwachung der Aktions— ströme des Herzens kann man somit als Herzblock bezeichnete Störungen der Leitwege zwischen den Yorhöfen und den Herzkammern erkennen. Wenn die Überleitung des Impulses in den von dem VK-Knoten abwärtsführenden Leitwegen langer dauert als normal, spricht man von einem Kamnierblock (K-Block) ersten Grades. Eine als unvollständiger Herzblock oder Herzblock zweiten Grades bezeichnete, andere Herzrhythmusstörung ist daran erkennbar, daß die Herzkammern nicht auf jeden Vorhofschlag ansprechen. Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß die Vorhöfe zu schnell schlagen oder daß der Leitweg zwischen den Vorhöfen und den Herzkammern geschädigt ist. Auch diese
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Störung kann durch Überwachung der Aktionsströme erkannt werden. Schließlich gibt es noch den totalen Herzblock, der auftritt, wenn der Hauptleitweg zwischen den Vorhöfen und den Herzkammern unterbrochen ist. In diesem Fall schlagen die Vorhöfe weiter normal. Dagegen schlagen die Herzkammern mit ihrer eigenen, häufig zu langsamen Er— satzschlagfrequenz. Auch dieser Zustand kann durch überwachung der Aktionsströme erkannt werden. Beim Auftreten dieser Herzrhythmusstörungen mit Ausnahme des Kammerblocks ersten Grades ist eine künstliche Heizung des Herzens notwendig.
Zur Korrektur der genannten Rhythmus störungen mit Ausnahme des Kammerblocks ersten Grades wurde die Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern entwickelt. Die Vorhofkammerschrittmacher einer Art arbeiten wie folgt: Der Schrittmacher überwacht die Aktionsströme des Herzens und wartet auf eine Kammerkontraktion, die durch eine "SL-Zacke des EKGs angezeigt wird. Wenn nach einem ersten Zeitraum, der als Vorhofersatzschlagintervall bezeichnet wird, keine Kammerkontraktion auftritt, gibt der Herzschrittmacher einen Beizimpuls an die Vorhöfe ab. Dann wartet der Schrittmacher erneut auf eine Kontraktion der Herzkammern. Wenn bis zum Snde eines zweiten Zeitraums, der als Kammerersatzschlagintervall bezeichnet wird, keine Kammerkontraktion stattgefunden hat, wird ein Kammerreizimpuls an die Herzkammern abgegeben. Die Differenz zwischen dem Vorhofersatzschlagintervall und dem Kammerersatzschlagintervall ist gleich der Überleitungszeit zwischen dem Vorhofreizimpuls und dem Kammerreizimpuls. In dem normalen Herzen beträgt diese Überleitungszeit normalerweise 150 bis 250 ms.
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In dem modernen Kammersehrittmacher ist die Elektronik so vorprogrammiert, daß das Gerät mit einer festen Überleitungszeit arbeitet, die gewöhnlich, im Bereich von 150 bis 25O ms liegt. Weil sich die Herzen verschiedener Patienten voneinander unterscheiden, kann eine gegebene Überleitungszeit für einen Patienten optimal, für einen anderen aber nur gerade noch zulässig sein. Die Abgabe des Kammerreizimpulses in einem nichtoptimalen Zeitpunkt kann dazu führen, daß das der Schrittmacherbehandlung unterworfene Herz nicht optimal pumpt. Daher besteht ein Bedürfnis nach einem elektronischen Herzschrittmacher, der eine Maximierung der auf Grund jedes Kammerreizimpulses von dem Herzen gepumpten Blutmenge bzw. des Herzschlagvolumens bewirkt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern mit einer dem jeweiligen Patienten angepaßten Überleitungszeit, so daß die Schrittmacherbehandlung genauer gesteuert werden kann.
Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, in denen zur Steuerung der Schrittmaeherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern Impedanzwerte ausgewertet werden.
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Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, für die Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkanmern ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen erforderlichenfalls auch, ein Flimmern angezeigt und eine Defibrillation durchgeführt werden kann.
Die Erfindung schafft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher. Insbesondere schafft die Erfindung für die Schritt— macherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern ein Verfahren und eine Vorrichtung, in der die Überleitungszeit zwischen jedem Vorhofreizimpuls und dem darauffolgenden Kammerreizimpuls einstellbar ist, und zwar unabhängig von der Erfassung der QRS-Gruppe und Berechnungen der Herzschlagfrequenz, so daß eine maximale Genauigkeit und ein maximaler Wirkungsgrad erzielt werden.
In dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Überleitungszeit zwischen jedem Vorhofreizimpuls und dem ihm folgenden Kammerreizimpuls in Abhängigkeit von der Zunahme oder Abnahme des Herzschlagvolumens von einem Punktionszyklus des Herzens zum nächsten verlängert oder verkürzt. Gemäß der Erfindung wird zur Überwachung des Herzschlagvolumens die Impedanz zwischen zwei Elektroden gemessen, die mit dem Herzen verbunden oder ihm benachbart sind, und wird die Änderung dieser Impedanz zur Ermittlung eines dem Herzschlagvolumen proportionalen Parameters ausgewertet. Es ist ferner ein Regelkreis vorgesehen, der eine Maximierung des Herzschlagvolumens bewirkt.
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Durch die Anwendung der Erfindung wird daher bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern die Überleitungszeit dem jeweiligen Patienten angepaßt. Infolgedessen kann durch die Anwendung der Erfindung die Schrittmacherbehandlung genauer gesteuert werden, als es nach dem Stand der Technik möglich war.
Da gemäß der Erfindung Impedanzwerte ausgewertet werden und die Auswertung von Impedanzwerten auch zum Erkennen des Kammerflimmerns verwendet werden kann, ermöglicht die Erfindung die Schaffung eines kombinierten Geräts, zur Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern sowie zur Anzeige des Flimmerns und aur Defibrillation. Es ist bekannt, daß die Impedanz des normal arbeitenden Herzens impulsförmig zu— und abnimmt und daß bei einem Herzkammerflimmern diese impulsf örmigen Impedanzänderungen nur minimal oder nicht vorhanden sind. Man kann daher die Auswertung von Impedanzwerten sowohl für die Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern als auch zur Anzeige des Flimmerns heranziehen.
Die Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Maximieren, des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher, wobei die Überleitungszeit dem jeweiligen Patienten angepaßt und dadurch eine Schrittmacherbehandlung mit maximaler Genauigkeit und maximalem Wirkungsgrad ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung wird in jedem Funktionszyklus des Herzens die Impedanzänderung zwischen zwei dem Herzen benachbarten Elektroden gemessen und wird die Richtung der Veränderung der Änderungen dieser
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Impedanz von Funktionszyklus zu Funktionszyklus erfaßt. Es werden Vorhofreizimpulse und Kammerreizimpulse abgegeben. Die Überleitungszeit zwischen jedem Vorhofreizimpuls und dem ihm folgenden Kammerreizimpuls wird in Abhängigkeit von der Richtung der Veränderung der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen im Sinne der Maximierung der Impedanzänderung verlängert oder verkürzt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt
Figur 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern,
Figur 2 in einem Kurvenbild die Abhängigkeit des Herzschlagvolumens von der Überleitungszeit,
Figur 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Vor richtung gemäß der Figur 1,
Figur 4 ein Schaltschema des Änderungsdetektors in Figur 1,
Figur 5 ein Schaltbild des Signalspeichers 20 für die letzte Impedanzänderung in der Figur 1 und
Figur 6 ein Logikschema für den ümtaster 34 in der Figur 1.
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Gemäß Figur 1 besitzt ein Vorhofkammerschrittmacher 10 zwei Elektroden 12 und 13 (mit entsprechenden Zuleitungen), eine Vorhofreizelektrode 14» eine Kammerreizelektrode 15 (mit entsprechenden Zuleitungen), einen Impedanzauswerter 16, einen Änderungsdetektor 18 zum Messen der Impedanzänderung von Spitze zu Spitze, einen Signalspeicher 20 für die letzte Impedanzänderung, einen Vergleicher 22, ein Monoflop 24, ein Flipflop 26, einen Zweirichtungszähler 28, einen Taktgeber 30, einen Reizimpulsgeber 32, einen Umtaster 34» einen üblichen Herzschrittmacher 36, Schnittstellenschaltungen 38 und 40 mit Schutzfunktion und einen Ansteuenmgsteil 42.
Die Elektrode 12 ist eine Katheterelektrode für die obere Hohlvene. Die Elektrode 13 ist der Herzspitze angepaßt. Die Elektroden 12 und 13 sind mit dem Herzen verbunden oder ihm benachbart und könnten beispielsweise von derselben Art sein wie die Elektroden, die in der am 29. September 1976 eingereichten deutschen Patentanmeldung P 26 43 956.5 und den US-PSen 4 I84 493 und 4 202 340 angegeben sind.
Die zwischen den Elektroden 12 und 13 gemessene Impedanz des Herzens ist hoch, wenn das Herz wenig Blut enthält, und niedrig, wenn es viel Blut enthält. Zum Messen und Auswerten der Impedanz dient der Impedanzauswerter 16, der ein Analogsignal abgibt, das die schwankende Impedanz des Herzens darstellt. Die Impedanz des Herzens schwankt zwischen einem Minimum, das erhalten wird, wenn das Herz knapp vor seiner Kontraktion viel Blut enthält, und einem Maximum, das erhalten wird, wenn das Herz nach seiner Kontraktion wenig Blut enthält. Die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der Impedanz ist dem Herzschlagvolumen proportional.
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Der Impedan zauswerter 16 gibt sein Analogsignal an den Änderungsdetektor 18 ab, der eine Spannung erzeugt, die der von Spitze zu Spitze gemessenen Änderung der Impedanz zwischen den Elektroden 12 und 13 bzw. des Analogsignals des Impedanzauswerters 16 proportional ist. Diese der von Spitze zu Spitze gemessenen Impedanzänderung proportionale Spannung ist auch, dem Herzschlagvolumen annähernd proportional. Der Änderungsdetektor 18 erzeugt ferner einen Ausgangsimpuls, der anzeigt, wann die Herzschlagvolumeninformation gültig ist, d. h. dem maximalen Herzschlagvolumen entspricht. Die Ausgangsspannung des Änderungsdetektors 18 wird als Eingangssignal (NEUER WERT) sowohl an den Signalspeicher 20 für die letzte Impedanzänderung als auch an den Minuseingang des Vergleichers 22 angelegt. Der Signalspeicher 20 speichert jedes Ausgangssignal NEUER WERT des Änderungsdetektors 18 während eines Funktionszyk— lus und gibt dieses Signal als Ausgangs signal !LETZTER WERT an den Pluseingang des Vergleichers 22 an. Der Vergleicher 22 vergleicht dann das der letzten Impedanzänderung entsprechende Ausgangssignal des Signalspeichers 20 und das der neuen Empedanzänderung entsprechende Ausgangssi— gnal des Änderungsdetektors 18 und gibt je nach dem Ergebnis dieses Vergleichs ein Klein- oder ein Großsignal an den Umtaster 34 ab.
Die Eingänge des Umtasters 34 sind mit dem Ausgang Q bzw. Q des Flipflops 26 verbunden. In Abhängigkeit von seinem von dem Vergleicher 22 kommenden Eingangssignal verbindet der Umtaster 34 entweder den Ausgang Q oder den Ausgang (J des Flipflops 26 mit dessen Eingang D, so daß das Flipflop entweder in seinem jeweiligen Zustand verbleibt oder umgetastet wird.
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Durch Abgabe eines Klein— oder Großsignals an seinen Ausgang Q steuert das Flipflop den Zweirichtungszähler 28 derart, daß dieser entweder in derselben Richtung zählt wie während des vorhergehenden Herzschlages (dies ist der Fall, wenn die neue Impedanzänderung größer ist als die vorhergehende) oder in der entgegengesetzten Richtung (dies ist der Fall, wenn die neue Im— pedanzänderung nicht größer ist als die vorhergehende). Wenn der Zweirichtungszähler 28 von einem Ansteuerungsteil 42 angesteuert ist, wird er von einem Taktgeber 30 über ein als Verzögerungsglied dienendes Monoflop 24 getaktet.
Der Zweirichtungszähler 28 gibt an den Reizimpulsgeber 32 ein dem Zählstand des Zählers 28 entsprechendes Signal ab, das die Überleitungszeit steuert. Unter dem Einfluß des üblichen Herzschrittmachers 36 gibt der Reizimpulsgeber 32 nach dem Ablauf des Vorhof ersatzschlagintervalls einen Vorhofreizimpuls über die Schutz- und Schnittstellenschaltung 38 an die Vorhof reizelektrode 14 ab. Nach dem Abzählen der durch das digitale Aus gangssignal des Zählers 28 angegebenen Anzahl von Takten, d. h. nach dem Ablauf der Überleitungszeit, gibt der Reizimpulsgeber 32 einen Kammerauslöseimpuls ab, wenn die Herzkammern nicht auf die Kontraktion der Vorhöfe ansprechen. Dieser Auslöseimpuls wird in einen Reizimpuls umgewandelt, der über die Schutz- und Schnittstellenschaltung 40 an die Kammerreizelektrode 15 angelegt wird. In der Figur 1 erkennt man, daß der Reizimpulsgeber von dem Herzschrittmacher 36 nach dem Ablauf des Ersatzschlagintervalls einen Reizimpuls empfängt. Der Eingang des Herzschrittmachers 36 ist mit dem Ausgang der Schutz— und Schnittstellenschaltung 40 verbunden, die von der
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Kammerreizelektrode Herzstromsignale erhält. Wenn nach einem Vorhofreizimpuls eine Ansprache der Herzkammern angezeigt wird, verhindert die R-Zacke die Erzeugung eines Kamraerreizimpulses.
In dem Reizimpulsgeber 32 wird somit die Überleitungszeit in Abhängigkeit von dem Zähl Vorgang verändert (verlängert oder verkürzt), den der Zweirichtungszähler 28 unter Steuerung durch das Plipflop 26 durchführt. Der Reizimpulsgeber 32 erzeugt die Vorhofreizimpulse und Kammerreizimpulse, die dem vorhergehenden Vor— hofreizimpuls in einem der genannten Überleitungszeit entsprechenden Zeitabstand folgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Herzschrittmacher 10 einen Ansteuerungsteil 42, der ein Signal zum Ansteuern des Impedanzauswerters 16 und des ZweirichtungsZählers 28 abgibt. Der Ansteuerungsteil 42 besitzt einen Schalter 44, der auf Grund eines von dem ODER-Glied 47 abgegebenen Großsignals ein Ansteuerbefehlssignal abgibt, ferner einen Schutzrohrkontakt 45 und einen Zeitschalter 46, die mit je einem Eingang des ODER-Gliedes 47 verbunden sind. Der Ansteuerungsteil kann nach einer von zwei Betriebsarten arbeiten. In der einen Betriebsart bewirkt der Zeitschalter 46, daß der Schalter 44 das Ansteuerbefehlssignal in vorherbestimmten Zeitabständen abgibt. In der anderen Betriebsart wird ein außerhalb des Körpers befindlicher Magnet 48 in die Nähe des Schutzrohrkontakts 45 gebracht, um diesen derart zu betätigen, daß er über das ODER-Glied 47 den Schalter 44 zur Abgabe des Ansteuerbefehlssignals
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veranlaßt. Die Impedanzauswertung durch, den Impedanzauswerter 16 und das Zählen durch, den Zähler 28 können daher entweder in vorherbestimmten Zeitabständen oder durch einen Befehl von außen eingeleitet werden.
In der Figur 2 ist in einem Kurvenbild die Abhängigkeit des Herzschlagvolumens von der Überleitungszeit in ms dargestellt. Man erkennt, daß es eine optimale Überleitungszeit von etwa 150 ms gibt, bei der eine optimale Leistung bzw. ein maximales Herzschlagvolumen erzielt wird. Mit Hilfe des Impedanzauswerters 16 und des Änderungsdetektors 18 werden daher aufeinanderfolgende Impedanzänderungen, d. h. aufeinanderfolgende Änderungen der Impedanz von einem Maximum zu einem Minimum, erfaßt. In dem Vergleicher 22 wird dann die vorhergehende Impedanzänderung mit der laufenden Impedanzänderung verglichen und wird festgestellt, ob die Impedanzänderungen zu- oder abnehmen, d. h., ob das Herzschlagvolumen zu- oder abnimmt.
Wenn eine Zunahme des Herzschlagvolumens angezeigt wird, ist das Ausgangssignal des Änderungsdetektors 18 größer als das Ausgangssignal des Signalspeichers 20, so daß der Vergleicher 22 ein Kleinsignal abgibt, das Flipflop 26 nicht umgetastet wird und der Zweirichtungszähler 28 in derselben Richtung weiterzahlt. Infolgedessen nimmt das Herzschlagvolumen weiter zu, bis eine optimale Überleitungszeit erreicht ist. Wenn dagegen eine Abnahme des Herzschlagvolumens angezeigt wird, ist das Ausgangssignal des Signalspeichers 20 größer als das Ausgangssignal des Änderungsdetektors 18, so daß der Vergleicher 22 ein Großsignal
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abgibt, das Flipflop 26 umgetastet und der Zweirichtungszähler 28 umgesteuert wird. Auf diese Weise wird das Herzschlagvolumen vergrößert und die Überleitungszeit optimiert.
Bei der Anwendung der Erfindung nähert sich der Vorhofkammerschrittmacher 10 von einem Anfangspunkt auf der in der Figur 2 gezeigten Kurve ausgehend dem Punkt 9, der der optimalen Überleitungszeit bzw. dem maximalen Herzschlagvolumen entspricht. Da im Ausgangszustand der Signalspeicher 20 den Wert Null enthält, gibt der Vergleicher 22 jetzt an den Umtaster 34 ein Kleinsignal ab, weil der neue Wert größer ist als der letzte Wert.
Figur 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Umtasters 34 mit den UND-Gliedern 50 und 52, dem ODER-Glied 54 und dem NICHT-Glied 56, welches das Ausgangs signal UMTASiDEN des in Figur 1 gezeigten Vergleichers 22 negiert und dann an den Eingang des UND-Gliedes 52 anlegt. Gemäß der Figur 6 ist der Ausgang φ des Flipflops 26 mit dem UND-Glied 50 und der Ausgang Q des Flipflops 26 mit dem UND-Glied 52 verbunden.
Jetzt seien wieder die Ausgangsbedingungen betrachtet. Wenn der Vergleicher 22 feststellt, daß der neue Wert größer ist als der mit Null angenommene, letzte Wert, gibt der Vergleicher 22 ein Kleinsignal (Logik-Null) ab, so daß das UND-Glied 52 (Figur 6) den Ausgang Q des Flipflops mit dessen Eingang D verbindet. Infolgedessen bleibt das Flipflop 26 in seinem jeweiligen Zustand und zählt der Zähler 28 in derselben Richtung weiter.
Es sei nun angenommen, daß sich das Flipflop 26 zunächst im Zustand Q β 1 befindet, so daß der Zähler 28 weiter aufwärtszählt und die Überleitungszeit verlängert
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wird. Unter diesen Bedingungen ist der nächste Punkt in der Figur 2 der Punkt 2 und ist das nächste Herzschlagvolumen kleiner als das letzte Herzschlagvolumen. Infolgedessen gibt der Vergleicher 22 ein Großsignal (Logik-Eins) an den Umtaster 34 ab, so daß das UND-Glied 50 den Ausgang ζ? des Flipflops 26 mit dessen Eingang D verbindet. Infolgedessen wird das Flipflop 26 an den Anstiegsflanken der Ausgangswellenform E (Figur 3) von dem Zustand Q = 1 in den Zustand Q=O umgetastet und der Zähler 28 zum Abwärtszählen umgesteuert.
Auf diese Weise wird die Überleitungszeit in aufeinanderfolgenden Schritten entsprechend den Punkten 3, 4 und 5 in der Figur 2 verkürzt. Der Punkt 5 entspricht dem maximalen Herzschlagvolumen und damit der optimalen Überleitungszeit, die in diesem Fall 150 ms beträgt. Aus der Figur 2 erkennt man, daß eine weitere Verkürzung der Überleitungszeit auf den Punkt 6 dazu führt, daß der neue Wert der von Spitze zu Spitze gemessenen üapedanzänderung und damit der neue Wert des Herzschlagvolumens kleiner ist als die letzte Impedanzänderung, so daß dann der Vergleicher 22 an den Umtaster 34 ein Großsignal (Logik-Eins) abgibt und daher der Ausgang <5 des Flipflops 26 mit dessen Eingang D verbunden und das Flipflop 26 von dem Zustand Q = 0 in den Zustand Q = 1 umgetastet wird. Infolgedessen wird der Zweirichtungszähler 28 zum Aufwärtszählen umgesteuert und pendelt der Vorhofkammerschrittmacher 10 weiter entsprechend den Punkten 7» 8 und 9 in der Figur 2.
Die Figur 4 ist ein Schaltschema des Ände— rungsdetektors 18 in der Figur 1 zum Messen der Impedanzänderung von Spitze zu Spitze. Der Änderungsdetektor
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"besitzt Kondensatoren 60 und 70, Differentialverstärker und 66, Dioden 64 und 68, den Widerstand 72 und den Impulsformer 74. Im Betrieb bewirken der Kondensator 60, der Verstärker 62 und die Diode 64 nach Art einer Clamping-Schaltung, daß die Eingangswellenform A auf einen Bezugspegel Null bezogen und daher die Ausgangswellenform B erhalten wird.
Gemäß den Figuren 3 und 4 wird das Signal B an den Pluseingang des Verstärkers 66 angelegt, dessen Minuseingang an den Ausgang der Diode 68 rückgekoppelt ist. Deren Eingang ist mit dem Ausgang des Verstärkers 66 verbunden. Der Verstärker 66 und die Diode 68 erzeugen die Ausgangswellenform G, die nur eine durch Messung von Spitze zu Spitze erhaltene Darstellung des maximalen Her zs chi ag vo lumens ist, d. h·, der maximalen Differenz zwischen den Maxima und Minima der Wellenformen A und B.
Das Ausgangssignal D des Verstärkers 66 ist ein Rechteckimpuls, der mit seiner Abstiegsflanke das Vorhandensein von gültiger Herzschlagvolumeninformation, d. h., der maximalen Impedanzänderung, anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird an den Impulsformer 74 abgegeben und in diesem negiert und in einen "saubereren" Impuls umgeformt, der als Ausgangssignal E erscheint und als Takteingang an das Flipflop 26 und an das Monoflop 24 abgegeben wird. Ein negativ gerichteter Impuls E zeigt mit seiner positiv gerichteten Flanke das Vorhandensein von gültiger Information an.
Figur 5 ist ein Schaltschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des in Figur 1 gezeigten Signalspeichers 20 für die letzte Impedanzänderung· Dieser besitzt einen üblichen Analogschalter 80, dessen Ausgang über einen Kondensator 82 geerdet ist.
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310493
Jetzt sei anhand der Figuren 3 und 5 die Wirkungsweise betrachtet. Der Analogschalter 80 empfängt von dem Änderungsdetektor 18 (Figur 1) das Ausgangssignal C (NEUER WERT) und gibt dieses auf Grund eines Auftastsignals an den Ausgangskondensator 82 ab. Das Auftastsignal für den Analogschalter 80 ist der Ausgangsimpuls F des Monoflops 24. Die negativ gerichtete Flanke des Impulses F tastet den Analogschalter 80 derart auf, daß er das Ausgangssignal NEUER WERT des Detektors 18 an den Ausgangskondensator 82 weitergibt. Infolgedessen wird nach einer der Dauer des Impulses F entsprechenden Verzögerungszeit das Ausgangssignal NEUER WERT des Änderungsdetektors 18 als Eingangssignal LETZTER WERT an den Pluseingang des Vergleichers 22 angelegt.
Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Anwendung der Erfindung zu einer verbesserten Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern führt. Dank der Verwendung des Impedanzauswerters 16 (Figur 1) gemäß der Erfindung werden zwei wichtige Vorteile erzielt. Erstens wird die Überleitungszeit den physiologischen Bedürfnissen des jeweiligen Patienten besser angepaßt. Zweitens führt die Anwendung der Erfindung dank der Verwendung des Impedanzauswerters 16 in dem Vorhofkammerschrittmacher 10 zu dem Vorteil, daß durch die Kombination dieser Schaltung mit den zur Anzeige des Flimmerns und zur Defibrillation dienenden Schaltungen 134 sowohl eine Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern als auch eine Anzeige eines Kammerflimmerns durchgeführt werden kann, da der Impedanzauswerter 16 so ausgelegt ist, daß er auch zur Anzeige und Korrektur eines Kammerflimmerns in der in der US-PS 4 202 340 angegebenen Weise geeignet ist. Man kann daher diese beiden Funktionen mit einem beträchtlich kleineren Aufwand an Hardware durchführen.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wurde anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben, auf das die Erfindung aber nicht eingeschränkt ist, da es im Rahmen des Erfindungsgedankens vom Fachmann abgeändert werden kann.
1.30065/0646
Leerseite

Claims (16)

  1. P at ent ans yv üch e
    Verfahren zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher, dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Nähe des Herzens zwei Elektroden angeordnet werden,
    in jedem Punktionszyklus des Herzens die Änderung der Impedanz zwischen den genannten Elektroden gemessen wird,
    durch Auswertung der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen die Richtung ihrer Veränderung ermittelt wird,
    in jedem Punktionszyklus des Herzens ein Vorhofreizimpuls an die Vorhöfe und ein dem Vorhofreizimpuls nach einer Überleitungszeit folgender Kammerreizimpuls an die Herzkammern abgegeben wird und
    die Überleitungszeit zwischen dem Vorhof reizimpuls und dem ihm folgenden Kammerreizimpuls in Abhängigkeit von der Richtung der Veränderung der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen verlängert oder verkürzt wird.
  2. 2. System zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei einer Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und der Herzkammern mit Hilfe eines Reizimpulse abgebenden, implantierten Herzrhythmuskorrekturgeräts und -Schrittmachers, gekennzeichnet durch:
    zwei in der Nähe des Herzens anzuordnende Elektroden;
    einen Impedanzauswerter zum Messen der Impedanz zwischen den beiden Elektroden in jedem Punkt ions zyklus des Herzens;
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    einen Änderungsauswerter zur Anzeige der Richtung der Veränderung der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen;
    einen Reizimpulsgeber zur Abgabe von Vorhofreizimpulsen und ihnen mit einer Überleitungszeit folgenden Kammerreizimpulsen an die Vorhöfe bzw. die Herzkammern und
    einen Überleitungszeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der Überleitungszeit zwischen den Vorhof- und den Kammerreizimpulsen in Abhängigkeit von der Richtung der Veränderung zwischen den aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen.
  3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsauswerter einen Änderungsdetektor aufweist, dessen Ausgangssignal die von Spitze zu Spitze gemessene Impedanzänderung darstellt, ferner einen mit dem Ausgang des Änderungsdetektors verbundenen Signalspeicher zum Empfang und Halten jeder der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen und einen Vergleicher, der einen mit dem Änderungsdetektor und einen mit dem Signalspeicher verbundenen Eingang besitzt und der ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn die aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen zunehmen, und ein zweites Ausgangssignal, wenn die aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen abnehmen.
  4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweirichtungszähler vorgesehen ist, dessen Zählstand der Überleitungszeit entspricht, und daß der Überleitungszeitgeber ein Steuer-Flipflop besitzt, dessen erstes Ausgangssignal den Zähler zum Aufwärtszählen und dessen zweites Ausgangssignal den Zähler zum Abwärtszählen veranlaßt, sowie einen ümtaster, der auf Grund des ersten Ausgangssignals des Vergleichers bewirkt, daß das
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    Steuer-Flipflop in seinem vorhandenen Zustand bleibt, und auf Grund des zweiten Ausgangssignals das Steuer-Flipflop umtastet.
  5. 5. System nach Anspruch At dadurch gekennzeichnet, daß der Änderungsdetektor einen Impulsgeber besitzt, der durch Abgabe eines Impulses anzeigt, daß die aufeinanderfolgende Impedanzänderungen betreffende Information gültig ist, und daß ein auf den genannten Impuls ansprechender Zeitschalter zum Synchronisieren des Zählvorganges in dem Zähler mit dem Vorhandensein gültiger die aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen betreffender Information' vorhanden ist.
  6. 6. System nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Zeitschalter zum Synchronisieren der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen mit der Verlängerung oder Verkürzung der Überleitungszeit.
  7. 7. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Zeitschalter zum Synchronisieren der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen mit der Verlängerung oder Verkürzung der Überleitungszeit.
  8. 8. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Ansteuerungseinrichtung, die auf Grund eines Ansteuerungsbefehls signals den Änderungsauswert er zum Auswerten der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen und den Überleitungszeitgeber zum Verlängern oder Verkürzen der Überleitungszeit ansteuert.
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  9. 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungseinrichtung einen Zeitschalter besitzt, der das Ansteuerbefehlssignal in vorgegebenen Zeitabständen abgibt.
  10. 10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung eine Schutzkontakteinrichtung besitzt, die auf Grund der Annäherung einer externen Befehlseinrichtung das Ansteuerungsbefehlssignal abgibt.
  11. 11. Implantierbare Herzrhythmuskorrektur— und —Schrittmachereinrichtung, gekennzeichnet durch:
    zwei in der Nähe des Herzens anzuordnende Elektroden;
    eine Meßeinrichtung zum Messen der Änderungen der Impedanz zwischen den Elektroden in jedem Punktionszyklus des Herzens;
    einen Änderungsauswerter zum Anzeigen der Richtung der Veränderung der gemessenen Impedanzänderungen;
    einen Reizimpulsgeber zur Abgabe von Vorhofreizimpulsen an die Vorhöfe und von den Vorhof r ei zimpulsen nach einer Überleitungszeit folgenden Kammerreizimpulsen an die Herzkammern;
    einen Überleitungszeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der genannten Überleitungszeit;
    einen Detektor zur Anzeige eines impulsförmigen Verlaufs der Änderungen der Impedanz zwischen den beiden Elektroden; und
    eine Herzrhythmuskorrektureinrichtung zur Abgabe eines Energieimpulses zur Herzrhythmuskorrektur, wenn keine impulsförmig verlaufenden Änderungen der Impedanz zwischen den beiden Elektroden angezeigt werden.
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    -23 -
  12. 12. Verfahren zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher zur Abgabe von Vorhofreizimpulsen und ihnen nach einer Überleitungszeit folgenden Kammerreiz— impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Änderung der Impedanz des Herzens in jedem Funktionszyklus des Herzens gemessen und die Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen ermittelt wird, und
    in Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen die genannte Überleitungszeit im Sinne einer Maximierung des Herzsehlagvolumens verlängert oder verkürzt wird.
  13. 13. Vorrichtung zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher zur Abgabe von Vorhofreizimpulsen und ihnen nach einer Überleitungszeit folgenden Kammerreizimpulsen, gekennzeichnet durch
    eine Meßeinrichtung zum Messen der Änderung der Impedanz des Herzens in jedem Punktionszyklus des Herzens und zum Ermitteln der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen und
    einen Überleitungszeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der genannten Überleitungszeit in Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen im Sinne einer Maximierung des Herzschlagvolumens .
  14. 14« Verfahren zur Steuerung der Verzögerungs— zeit zwischen einem ersten und einem ihm folgenden zweiten Impuls in aufeinanderfolgenden Zyklen im Sinne der
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    Maximierung einer von der Verzogerungszeit abhängigen Impedanzänderung, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verzogerungszeit abhängige Impedanzänderung in jedem Zyklus gemessen und durch Auswertung der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen die Richtung ihrer Veränderung ermittelt wird und daß die Ver zogerungs zeit zwischen dem ersten und zweiten Impuls in jedem Zyklus in Abhängigkeit von der Richtung der Veränderung aufeinanderfolgender Impedanzänderungen verlängert oder verkürzt wird.
  15. 15. System zur Abgabe eines ersten und eines ihm folgenden zweiten Impulses in aufeinanderfolgenden Zyklen und zur Steuerung der Verzogerungszeit zwischen dem ersten und zweiten Impuls in jedem Zyklus im Sinne der Maximierung einer von der Ver zogerungs zeit abhängigen Impedanzänderung, gekennzeichnet durch einen Impedanzauswerter zum Messen der von der Ver zogerungs zeit abhängigen Impedanz in jedem Zyklus, einen Änderungsauswerter zur Anzeige der Richtung der Veränderung aufeinanderfolgender Impedanzänderungen, einen Impulsgeber zur Abgabe eines ersten Impulses und eines diesem mit einer Verzogerungszeit folgenden, zweiten Impulses in jedem Zyklus, und einen Ver zogerungs zeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der Verzogerungszeit zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls in jedem Zyklus in Abhängigkeit von der Richtung der Veränderung zwischen den aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen.
  16. 16. Verfahren zur Steuerung der Verzögerungszeit zwischen einem ersten und einem ihm folgenden zweiten Impuls in aufeinanderfolgenden Zyklen im Sinne der Maximierung einer von der Verzogerungszeit abhängigen Impedanzänderung, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verzogerungszeit abhängige Impedanzänderung in jedem
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    Zyklus gemessen, die Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen ermittelt und in Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen die genannte Verzögerungszeit im Sinne einer Maximierung der Impedanzänderung verlängert oder verkürzt wird.
    17· System zur Steuerung der Verzögerungszeit zwischen einem ersten und einem ihm folgenden zweiten Impuls in aufeinanderfolgenden Zyklen im Sinne einer Maximierung einer von der Verzögerungszeit abhängigen Impedanzänderung, gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung zum Messen der von der Verzögerungszeit abhängigen Impedanzänderung in jedem Zyklus und zum Ermitteln der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen und einen Verzögerungszeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der genannten Verzögerungs zeit in Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen im Sinne einer Maximierung der Impedanzänderung ·
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