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 -schrittmacherInfo
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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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-JKT-
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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/β
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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IO
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.
130065/0646
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.
130065/0648
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)
- P at ent ans yv üch eVerfahren zum Maximieren des Herzschlagvolumens bei der Schrittmacherbehandlung der Vorhöfe und Herzkammern mit einem implantierten Herzrhythmuskorrekturgerät und -schrittmacher, dadurch gekennzeichnet, daßin 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 unddie 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. 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;130085/0646einen 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 undeinen 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. 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. 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 das130065/0646Steuer-Flipflop in seinem vorhandenen Zustand bleibt, und auf Grund des zweiten Ausgangssignals das Steuer-Flipflop umtastet.
- 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. System nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Zeitschalter zum Synchronisieren der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen mit der Verlängerung oder Verkürzung der Überleitungszeit.
- 7. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Zeitschalter zum Synchronisieren der aufeinanderfolgenden Impedanzänderungen mit der Verlängerung oder Verkürzung der Überleitungszeit.
- 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.130065/0646
- 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungseinrichtung einen Zeitschalter besitzt, der das Ansteuerbefehlssignal in vorgegebenen Zeitabständen abgibt.
- 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. 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; undeine Herzrhythmuskorrektureinrichtung zur Abgabe eines Energieimpulses zur Herzrhythmuskorrektur, wenn keine impulsförmig verlaufenden Änderungen der Impedanz zwischen den beiden Elektroden angezeigt werden.13006S/0846-23 -
- 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, daßdie Änderung der Impedanz des Herzens in jedem Funktionszyklus des Herzens gemessen und die Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen ermittelt wird, undin Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen die genannte Überleitungszeit im Sinne einer Maximierung des Herzsehlagvolumens verlängert oder verkürzt wird.
- 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 durcheine Meßeinrichtung zum Messen der Änderung der Impedanz des Herzens in jedem Punktionszyklus des Herzens und zum Ermitteln der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen undeinen Überleitungszeitgeber zum Verlängern und Verkürzen der genannten Überleitungszeit in Abhängigkeit von der Veränderung der nacheinander gemessenen Impedanzänderungen im Sinne einer Maximierung des Herzschlagvolumens .
- 14« Verfahren zur Steuerung der Verzögerungs— zeit zwischen einem ersten und einem ihm folgenden zweiten Impuls in aufeinanderfolgenden Zyklen im Sinne der130065/0646Maximierung 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. 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. 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 jedem130065/0646Zyklus 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 ·130065/0646
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