DE60132016T2

DE60132016T2 - Implantierbare medizinische einrichtung zur behandlung von mechanischen herzfunktionsstörungen mittels elektrischer stimulation

Info

Publication number: DE60132016T2
Application number: DE60132016T
Authority: DE
Inventors: Curtis D. Andover DENO; Tom D. Shoreview BENNETT; Lawrence J. Andover MULLIGAN; Richard J. Herdon SHAW; David Lino Lakes IGEL; Michael R. Minneapolis HILL
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2004523269A; EP1347704A2; WO2002053026B1; US20030074029A1; WO2002053026A3; CA2433359A1; EP1347704B1; WO2002053026A2; DE60132016D1; US6738667B2; JP4160391B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf implantierbare medizinische Vorrichtungen und genauer auf die Überwachung von Anzeichen einer akuten oder chronischen mechanischen Herzfunktionsstörung wie etwa eine dekompensierte Herzinsuffizienz (CHF) oder ein kardiogener Schock und die Bereitstellung geeigneter Therapien.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
An chronischer CHF leidende Patienten zeigen deutlich eine Erhöhung des linksventrikulären enddiastolischen Drucks gemäß den durch Frank und Starling vertretenen gut bekannten heterometrischen Autoregulationsprinzipien. Diese kann wegen einer Abnahme der linksventrikulären Compliance, die mit einer erhöhten ventrikulären Wandsteifigkeit einhergeht, auftreten, während das linksventrikuläre enddiastolische Volumen normal bleibt. Eine CHF auf Grund einer chronischen Hypertonie, einer Ischämie, eines Infarkts oder einer idiopathischen Kardiomyopathie ist mit einer gefährdeten systolischen und diastolischen Funktion verknüpft, die eine verringerte atriale und ventrikuläre Muskelcompliance betrifft. Dies können Bedingungen sein, die mit chronischen Erkrankungsprozessen oder Komplikationen von einer Herzoperation mit oder ohne spezifischen Erkrankungsprozessen verknüpft sind. Die meisten Herzfehlerpatienten leiden gewöhnlich nicht an einem Defekt im Leitungssystem, der zu einer ventrikulären Bradykardie führt, sondern sie leiden vielmehr an Symptomen, die eine allgemeine Schwächung der kontraktilen Funktion des Herzmuskels umfassen können, die mit seiner Vergrößerung, einer beeinträchtigten myokardiale Relaxation und abgesenkten ventrikulären Füllcharakteristiken in der diastolischen Phase nach einer Kontraktion verbunden ist. Ein Lungenödem, Kurzatmigkeit und eine Störung des systemischen Blutdrucks sind mit einer akuten Verschlimmerung eines Herzfehlers verknüpft. Alle diese Erkrankungsprozesse führen zu einem unzureichenden Herzzeitvolumen bzw. einer unzureichenden Herzleistung, um leichte oder mäßige Bewegungsniveaus und die richtige Funktion anderer Körperorgane aufrechtzuerhalten, wobei eine fortschreitende Verschlechterung schließlich zu einem kardiogenen Schock, zu Arrhythmien, zu einer elektromechanischen Dissoziation und zum Tod führt.
Solche Patienten werden normalerweise mit Arzneimitteltherapien behandelt, die Digitalis einbeziehen, was zu Toxizität und einem Wirksamkeitsverlust führen kann. Viele inotrope Arzneimittel sind in letzter Zeit verfügbar geworden, die auf verschiedene Rezeptoren in der Muskelzelle ausgerichtet und zur direkten Stimulierung des Herzgewebes gedacht sind, um die Kontraktilität zu erhöhen. Allerdings gibt es viele mögliche unerwünschte Nebenwirkungen zusätzlich zu der Tatsache, dass diese Arzneimittel nicht immer hinsichtlicht ihres vorgesehen Zwecks wirksam werden. Dies ist besonders charakteristisch für den Patienten, der an einem Herzfehler im Endstadium leidet.
In den frühen Tagen des Einsatzes implantierbarer Herzschrittmacher wurde beobachtet, dass eine gepaarte Schrittmacheranregung bzw. Stimulation (zwei oder mehr eng beabstandete Schrittmacherimpulse bzw. -pulse, die beim Ablauf eines Ersatzintervalls bzw. Auslöseintervalls abgegeben werden) und eine ausgelöste oder gekoppelte Schrittmacheranregung (ein oder mehrere Schrittmacherimpulse, die nach der Detektion eine P-Welle oder einer R-Welle, die ein Ersatzintervall beenden, abgegeben werden) mit relativ kurzen Impulspausen (150 bis 250 Millisekunden bei Hunden und etwa 300 Millisekunden bei menschlichen Subjekten) vorteilhaft die Herzfrequenz verlangsamten und das Herzzeitvolumen erhöhten. Das Ergebnis des zweiten Impulses, der in der relativen Refraktärperiode der ersten durch Schrittmachen angeregten oder spontanen Depolarisation angewendet wird, besteht in der Verlängerung der Refraktärperiode und bewirkt ein Verlangsamen der Herzfrequenz von ihrem spontanen Rhythmus ohne eine begleitende mechanische Herzmuskelkontraktion. Dieser Verlangsamungseffekt ist seit dieser Zeit in vielen Anwendungen verwendet worden, einschließlich der Behandlung atrialer und ventrikulärer Tachykardien, wobei ein Einzelimpuls oder ein Stoß von Impulsen mit einem spontanen Tachykardieereignis mit einem Kopplungsintervall gekoppelt wird, das kürzer als das Tachykardieintervall ist und als ein Bruchteil des Tachykardieintervalls eingestellt werden kann, wie z. B. in den US-Patenten Nr. 3.857.399 und 3.939.844 gelehrt wird. Die Verlangsamung der Herzfrequenz durch eine gekoppelte Schrittmacheranregung geht einher mit der Fähigkeit, die Frequenz mit einer nachfolgenden gekoppelten Schrittmacheranregung innerhalb weiter Grenzen zu erhöhen oder zu verringern.
Eine gepaarte und gekoppelte Stimulation einer Herzkammer bewirkt außerdem eine Verstärkung bzw. Potenzierung der kontraktilen Kraftwirkung durch ein als postextrasystolische Potenzierung (PESP) bekanntes Phänomen, das in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.213.098 ausführlich beschrieben ist. Die Kontraktionskraft des Herzens ist während des Herzzyklus erhöht, in dem die gepaarte oder gekoppelte Stimulation angewendet wird, wobei die Erhöhung anhält, über eine Anzahl von aufeinander folgenden Herzzyklen jedoch allmählich abnimmt. Weitere mess bare PESP-Effekte, die ebenso anhalten, jedoch über eine Anzahl von Herzzyklen allmählich abnehmen, umfassen Änderungen des systolischen Spitzenblutdrucks, der Kontraktionsrate des ventrikulären Muskels mit einer resultierenden Erhöhung der Anstiegsrate des intraventrikulären Drucks (dP/dt), eine Zunahme des koronaren Blutdurchflusses und eine Zunahme der Sauerstoffaufnahme des Herzens pro Schlag. Die Forscher beobachteten, dass eine PESP durch eine Zunahme des myokardialen Sauerstoffverbrauchs von 35% bis 70% im Vergleich mit einer Einzelimpulsstimulation mit derselben Rate begleitet wurde und mit einer deutlichen Verbesserung des Ausstoßanteils verknüpft war. Das Hinzufügen eines dritten Reizes erhöhte die myokardiale Sauerstoffaufnahme noch weiter ohne irgendeine begleitende beobachtete Zunahme der kardialen kontraktilen Kraft. Die Änderungen des koronaren Durchflusses verlaufen in etwa parallel zum Sauerstoffverbrauch des Herzens, wie in solchen Studien beobachtet wurde.
Der merkliche Potenzierungseffekt, der durch eine gepaarte Stimulation erzeugt wird, brachte bestimmte Forscher dazu, zu vermuten, dass eine PESP-Stimulation bei der Behandlung eines Herzfehlers bei Menschen vorteilhaft ist, und führten Studien unter Verwendung der Technik bei der Behandlung eines in Hunden induzierten akuten Herzfehlers durch. Von mehreren Forschern wurden durch eine solche gepaarte Schrittmacheranregung bei diesen Hunden erzeugte Verbesserungen der Herzleistung und des linksventrikulären Herzzeitvolumens beobachtet. In weiteren an relativ normalen Hundeherzen durchgeführten Studien wurde bestätigt, dass eine gepaarte Schrittmacheranregung keine Zunahme des Herzzeitvolumens bzw. der Herzleistung ergab, am wahrscheinlichsten auf Grund der reflektorischen Kompensation. Frühe Forscher führten eine große Anzahl von Studien am Tier und am Menschen unter Verwendung der gepaarten und gekoppelten Stimulation der atrialen und ventrikulären Kammern durch, wobei medizinische Vorrichtungen durch Medtronic Inc. und andere Firmen zur Verfügung gestellt wurden, in dem Bestreben, den PESP-Effekt zu verwenden. Allerdings wurde erkannt, dass die Anwendung zeitlich eng eingestellter gepaarter und gekoppelter Schrittmacherimpulse, insbesondere der hoch energetischen Schrittmacherimpulse, die zu dieser Zeit in implantierbaren Herzschrittmachern verwendet wurden, eine Tachyarrhythmie in Patientenherzen, die empfindlich waren, auslösen könnten. Die Bemühungen, Nutzen aus den PESP-Effekten zu ziehen, wurden zum größten Teil abgebrochen. Eine Historie der durchgeführten Untersuchungen und Studien ist in dem oben als Literaturhinweis erwähnten '098er Patent dargestellt.
Seit die Doppelkammer-Schrittmacheranregung bzw. -Stimulation entwickelt wurde, sind herkömmliche atrioventrikuläre (AV) synchrone Schrittmachersysteme einschließlich von DDD- und DDDR-Schrittmachersystemen, die durch Medtronic Inc. und andere Firmen vermarktet werden, außerdem sowohl zur Behandlung einer CHF als auch einer Vielzahl von Bradykardiezuständen verschrieben worden. Bestimmte an Herzfehlersymptomen mit oder ohne eine Bradykardie leidende Patientengruppen neigen dazu, mit einer synchronen AV-Stimulierung auf Grund des zusätzlichen atrialen Kontraktionsbeitrags zum ventriculären Füllen und der nachfolgenden Kontraktion hämodynamisch viel besser abzuschneiden. Allerdings führt eine mit einer festen oder physiologischen sensorgesteuerten Rate ansprechende Schrittmacheranregung nicht immer zu einer Verbesserung des Herzzeitvolumens und einer Linderung der Symptome, die mit solchen Erkrankungsprozessen verbunden sind, weil es schwierig ist, den durch eine CHF bewirkten Grad der Beeinträchtigung des Herzzeitvolumens abzuschätzen und die Schrittmacherparameter zu bestimmen, die optimal für eine Maximierung des Herzzeitvolumens sind. Die Größe der AV-Verzögerung ist ein Faktor, der das Gewinnen von Druckdaten erfordert, was eine umfangreiche Patientenabklärung umfasst, wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.626.623 dargestellt ist.
Das oben als Literaturhinweis erwähnte '098er Patent offenbart einen PESP-Herzschrittmacher-Energiestimulator zur Anwendung gepaarter und/oder ausgelöster Schrittmacherstimulationsimpulse auf das rechte Atrium und/oder den rechten Ventrikel, der einen oder mehrere Sensoren und eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung zum Steuern der Frequenz oder der Anzahl der Herzzyklen zwischen einer periodischen Abgabe einer ausgelösten oder gepaarten Schrittmacheranregung aufweist, um den PESP-Effekt zur Behandlung einer CHF oder anderer Herzfunktionsstörungen zu induzieren und zu optimieren. Ein erster Sensor, z. B. ein ventrikulärer oder arterieller Blutdruck- oder Blutdurchflusssensor, wird verwendet, um die Leistung des Herzens zu überwachen und um einen Herzleistungsindex (CPI) zu entwickeln. Ein zweiter Sensor, z. B. ein im Koronarsinus positionierter Sauerstoffsättigungssensor, wird verwendet, um den Herzmuskelstress zu überwachen und einen Herzstressindex (CSI) zu entwickeln, um Leistung und Belastung abzugleichen. Der offenbarte PESP-Stimulator kann in ein Doppelkammer-Schrittmachersystem (DDD-Schrittmachersystem) mit oder ohne physiologische Ratensteuerung und mit oder ohne Unterstützungs-Kardioversion/Defibrillations-Therapiefähigkeiten oder in eine separate Einzweckvorrichtung integriert sein. Der PESP-Stimulator findet besondere Anwendung bei der atrialen Stimulation zur Steigerung des Füllens der Ventrikel.
Eine Reihe von PCT-Veröffentlichungen einschließlich z. B. PCT WO 97/25098 beschreiben die Anwendung eines oder mehrerer "nicht anregender" anodischer oder kathodi scher Stimulationsimpulse bzw. -pulse auf das Herz und behaupten, dass Verbesserungen der LV-Leistung ohne Erfassung des Herzens verwirklicht werden können. In einem weiteren gemeinsam erteilten US-Patent Nr. 5.800.464 ist eine unterschwellige anodische Stimulation für das Herz vorgesehen, um das Herz zu konditionieren, kräftiger auf die herkömmlichen kathodischen oberschwelligen Schrittmacherimpulse anzusprechen.
Folglich sind verschiedene Stimulationsregimes zur Behandlung von Herzfehlern einschließlich einer CHF vorgeschlagen worden, die die Anwendung einer oberschwelligen und/oder unterschwellingen Stimulation gepaarter oder gekoppelter Schrittmacherimpulse oder Impulsfolgen umfassen. Außerdem sind in den oben als Literaturhinweis erwähnten Patenten und Veröffentlichungen verschiedene Elektroden für eine einseitige oder mehrseitige Abgabe der Stimulationsimpulse an eine oder mehrere Herzkammern vorgeschlagen worden. Allerdings bleibt es schwierig, geeignete Kandidaten rationell zu bestimmen, die von einer solchen Stimulation einen Vorteil haben, sowie die Wirksamkeit eines gegebenen Stimulationsregimes und/oder einer Elektrodenanordnung zu messen. Umfangreiche Katheterisierungsprozeduren müssen für einen Herzfehlerpatienten durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob er ein Kandidat für die Implantation eines solchen Systems ist. Ferner muss die Wirksamkeit irgendeiner gegebenen Behandlung bei der Implantation und in periodischen klinischen Nachuntersuchungen nach der Implantation beurteilt werden. Die Patientenabklärung- und -nachuntersuchung muss bekannte Patientenaktivitäten, die Patientenhaltung und, ob der Patient wacht ist oder schläft, berücksichtigen oder nachbilden, um für den Herzfehlerzustand über einen Tageszeitraum repräsentativ zu sein.
Fähigkeiten zum Sammeln von physiologischen Daten und Vorrichtungsbetriebsdaten sind in moderne implantierbare Herzschrittmacher und implantierbare Kardioverter/Defibrillatoren (ICDs) aufgenommen worden, um eine Aufzeichnung von Bradykardie- oder Tachyarrhythmieepisoden und die durch den Herzschrittmacher oder den ICD erzeugte Reaktion auf selbige bereitzustellen. Sowohl die gespeicherten physiologischen Vorrichtungsoperations- und Patientendaten als auch Echtzeit-EGM-Daten können zur Anzeige und Analyse durch medizinische Leistungserbringer im Gesundheitswesen an ein externes Programmiergerät aufwärts übertragen werden, wie im Gebiet gut bekannt ist.
Außerdem sind implantierbare Herzüberwachungseinrichtungen klinisch verwendet oder zur Verwendung für die Überwachung hämodynamischer und elektrischer Signale eines Patientenherzens vorgeschlagen worden, die derzeit keine Stimulationsfähigkeiten, z. B. eine Herzschrittmacheranregung oder eine Kardioversion/Defibrillation, aufweisen. Solche implantierbaren Überwachungseinrichtungen werden in Patienten implantiert, um Daten über einen längeren Zeitraum als bei der klinischen Einstellung zu erschließen, die in derselben Weise abgerufen und zur Diagnose einer Herzfunktionsstörung einschließlich einer CHF verwendet werden können, die sich selbst sporadisch oder unter bestimmten Belastungen und Stress des täglichen Lebens zeigen.
Eine solche implantierbare EGM-Überwachungseinrichtung zum Aufzeichnen des Herzelektrogramms von Elektroden, die vom Herzen entfernt sind, wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.331.966 und der PCT-Veröffentlichung WO 98/02209 offenbart ist, ist in dem einsetzbaren Medtronic^®-REVEAL^®-Schleifenrekorder, der beabstandete Gehäuse-EGM-Elektroden aufweist, integriert. Außerdem sind kompliziertere implantierbare hämodynamische Überwachungseinrichtungen (IHMs) zum Aufzeichnen des EGM von Elektroden, die in oder um das Herz platziert sind, und weiteren physiologischen sensorabgeleiteten Signalen, z. B. des Blutdrucks und/oder der Blutgase und/oder der Temperatur und/oder der elektrischen Impedanz des Herzens und/oder der Brust und/oder der Patientenaktivität, vorgeschlagen worden. Das Medtronic^® CHRONICLE^® IHM ist ein Beispiel einer solchen Überwachungseinrichtung, das über eine Leitung des in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.564.434 beschriebenen Typs gekoppelt ist, der sowohl kapazitive Blutdruck- und Temperatursensoren als auch EGM-Erfassungselektroden aufweist. Solche implantierbaren Überwachungseinrichtungen akkumulieren, wenn sie in an Herzarrhythmien oder einem Herzfehler leidenden Patienten implantiert sind, datum- und zeitgestempelte Daten, die bei der Bestimmung des Zustands des Herzens über einen ausgedehnten Zeitraum, während der Patient mit täglichen Aktivitäten befasst ist, nützlich sein können.
Eine CHF-Überwachungs-/Stimulationseinrichtung, der sowohl die transthorakale Impedanz als auch die Patientenhaltung erfasst sowie eine Aufzeichnung derselben zum Diagnostizieren und Abschätzen des Grads und des Fortschritts einer CHF bereitstellt, ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6.104.949 offenbart. Die erfasste transthorakale Impedanz ist vom Blut- oder Fluidgehalt der Lungen abhängig und hilft bei der Detektion und Quantifizierung eines für eine CHF symptomatischen Lungenödems. Die transthorakale Impedanz wird durch die Haltung beeinflusst, d. h., ob das Subjekt liegt oder steht, wobei die erfasste transthorakale Impedanz mit dem Ausgang des Patientenhaltungsdetektors korreliert wird, um eine Bestimmung des Vorhandenseins und des Grades eines Lungenödems für Entscheidungen zur Therapieabgabe und/oder zur Speicherung physiologischer Daten vorzuneh men.
In dem US-Patent Nr. 5.417.717 ist eine Überwachungs-/Stimulationseinrichtung offenbart, die das Herzfunktionsniveau überwacht und bewertet, wobei sie ferner einem Arzt ermöglicht über die Therapiebetriebsart zu entscheiden, wenn eine Therapie angezeigt ist. Die Überwachungs-/Stimulationseinrichtung bewertet die Impedanz-, EGM- und/oder Druckmessungen und berechnet danach verschiedene Herzparameter. Die Ergebnisse dieser Berechnungen bestimmen die zu wählende Therapiebetriebsart. Die Therapie kann durch die Vorrichtung selbst verabreicht werden oder es kann ein Steuersignal zu verschiedenen peripheren Vorrichtungen übertragen werden, die auf eine Verbesserung der Funktion des Herzens abzielen. Alternativ kann die Vorrichtung programmiert sein, um Informationen ohne Abgabe einer Therapie zu überwachen und entweder zu speichern oder zu übertragen.
Insbesondere überwacht die implantierbare Überwachungs-/Stimulationseinrichtung herkömmliche Parameter der Herzfunktion und des kontraktilen Zustands einschließlich aller Phasen des Herzzyklus. Somit beziehen die Bewertungen des gemessenen kontraktilen Zustands Hinweise sowohl der Herzentspannung als auch der Herzkontraktion ein. Unter Verwendung der Technik der ventrikulären Doppelquellen-Impedanzplethysmographie, die in dem US-Patent Nr. 4.674.518 beschrieben ist, überwacht die Überwachungs-/Stimulationseinrichtung die Herzfunktion durch Bewerten hämodynamischer Änderungen des ventrikulären Füllens und Ausstoßens oder durch Berechnen isovolumetrischer Phasenindizes mittels bekannter Algorithmen. Die primären Berechnungen umfassen: (1) die zeitliche Änderungsrate des Drucks oder Volumens, dP/dt oder dV/dt, als isovolumetrische Indikatoren der Kontraktilität; (2) den Ausstoßanteil als ein Ausstoßphasenindex der Herz funktion gemäß dem bekannten Quotienten des Schlagvolumens geteilt durch das enddiastolische Volumen; (3) die maximale Elastanz E_M; (4) die Regressionssteigung über die Maximum-Druck-Volumen-Punkte als ein weiterer Ausstoßphasenindex der Kontraktilität unter Verwendung des Verfahrens von Sagawa; (5) die Schlagarbeit gemäß der bekannten Druck-Volumen-Integration; (6) den Zeitverlauf der (end)diastolischen Minimum-Druck-Volumen-Messungen gemäß dem Verfahren von Glantz als ein Maß der diastolischen Funktion; und (7) die Herzzeitvolumen-Berechnung gemäß dem bekannten Produkt aus Herzfrequenz und Schlagvolumen als ein Index der Höhe der globalen Funktion.
Während die Messung und Speicherung dieser Gruppe von Parametern der Herzfunktion und des kontraktilen Zustands wertvolle Informationen über den Zustand eines Herzfehlers liefern kann, gibt es weitere Parameter, die von noch größerem Wert sind. Momentane Veränderungen in einem autonomen Zustand des Patienten können Kontraktilitätsmesswerte des Blutdrucks (P), der Herzfrequenz und der Druckänderungsrate (dP/dt) ändern, wobei sie keine "wahre" funktionale Zustandsänderung des Herzens reflektieren. Solche momentanen Veränderungen im autonomen Zustand werden durch Haltungsänderungen, wie in dem oben als Literaturhinweis erwähnten '949er Patent angemerkt ist, und andere Bewegungen wie etwa ein Beugen nach unten, um einen Gegenstand aufzuheben, oder ein plötzliches Aufstehen aus einer sitzenden oder liegenden Position verursacht. Es ist wünschenswert, durch eine verbesserte Signalverarbeitung relativ einfach zu messender Herzsignale und -zustände Herzdaten zu erhalten, die eine verbesserte Bewertung des Zustands einer kontraktilen Herzfunktionsstörung liefern (anstatt einer Messung eines Lungenödems wie in dem '949er Patent) und die gegenüber solchen Patientenbewegungen und Haltungsänderungen weniger empfindlich sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung misst eine implantierbare Stimulations- und Überwachungseinrichtung eine Gruppe von Parametern, die den Zustand eines Herzfehlers bzw. -versagens unter Verwendung von EGM-Signalen, Blutdruckmesswerten, die den Absolutdruck P, den entwickelten Druck DP (DP = systolischer P – diastolischer P) und/oder dP/dt umfassen, und Messwerten des Herzkammervolumens (V) über einen oder mehrere Herzzyklen angeben. Diese Parameter umfassen: (1) die Entspannungs- oder Kontraktionszeitkonstante (Tau); (2) die mechanische Restitution (MR), d. h. die mechanische Reaktion einer Herzkammer auf vorzeitige Reize, die auf die Herzkammer angewendet werden; (3) den Rezirkulationsbruchteil (RF), d. h. die Abfallrate der PESP-Effekte über eine Reihe von Herzzyklen; und (4) die endsystolische Elastanz (E_ES), d. h. die Verhältnisse des endsystolischen Blutdrucks P zum Volumen V. Diese Herzzustandsparameter werden ungeachtet der Haltung und des Aktivitätsniveaus des Patienten periodisch bestimmt. Allerdings werden bestimmte Parameter lediglich dann gemessen oder bestimmte Daten lediglich dann gespeichert, wenn die Herzfrequenz des Patienten regelmäßig ist und innerhalb eines normalen Sinusbereichs zwischen einer programmierten unteren und einer programmierten oberen Herzfrequenz liegt.
Die implantierbare Stimulations- und Überwachungseinrichtung wird in einer oder mehreren der Messbetriebsarten betrieben, die in einigen Fällen die Abgabe eines extrasystolischen Impulses (ES-Impulses) nach einem extrasystolischen Intervall (ESI) erfordern, um PESP-Effekte zu induzieren, die gemessen werden. In der vorliegenden Erfindung wird die PESP-Fähigkeit außerdem verwendet, um die Herzkontraktion zu stärken, wenn einer oder mehrere der Parameter MR, RF, Tau und E_ES zeigen, dass der Herzzustand fortgeschritten ist, um aus der erhöhten Kontraktilität, der verringerten Entspannungszeit und dem erhöhten Herzausstoß Nutzen zu ziehen. In diesem Kontext wird die Stimulationstherapie als PESP-Stimulation oder -Schrittmacheranregung bezeichnet. In Übereinstimmung mit der Erfindung können die Effekte der angewendeten PESP-Stimulationstherapie über die Zeit beobachtet werden, indem eine Herzfunktionsparameter-Messbetriebsart gestartet und die Parameterdaten gesammelt werden.
Vorzugsweise werden die Parameterdaten mit einem Datums- und Zeitstempel sowie mit weiteren Patientendaten, z. B. dem Patientenaktivitätsniveau, verknüpft, wobei die verknüpften Parameterdaten im IMD-Speicher gespeichert werden, um sie zu einem späteren Datum unter Verwendung eines herkömmlichen Telemetriesystems abzurufen. Inkrementelle Änderungen der Parameterdaten über die Zeit, die irgendwelche verknüpften Tageszeit- und Patientendaten berücksichtigen, liefern ein Maß des Änderungsgrads des Zustands des Herzens.
Die vorliegende Erfindung kombiniert diese Lösungswege, wobei sich eine Vorrichtung ergibt, die die Niveaus der Herzfunktion detektiert und überwacht und eine Therapie auf der Grundlage dieser Überwachungsinformationen abgibt oder modifiziert. Die primäre Abgabebetriebsart ist eine direkte elektrische Stimulation, die zu einer Verbesserung der Kontraktilität, der Entspannung, der Drücke oder des Herzzeitvolumens führt.
Die implantierbare Stimulation- und Überwachungseinrichtung, die in der Lage ist, diese Funktionen auszuführen, umfasst einen implantierbaren Impulsgenerator (IPG) und ein Leitungssystem, das sich in einer wirksamen Beziehung zu wenigstens einer und vorzugsweise mehreren Herzkammern zur elektrischen Erfassung und Stimulation, Blutdruckmessung und Kammervolumenmessung während der Kontraktion und der Entspannung erstreckt. Der IPG besitzt einen Leseverstärker für jede interessierende Herzkammer, der über einen Leitungsverbinder mit elektrischen Stimulations-/Erfassungselektroden gekoppelt ist, um kardiale elektrische Herzsignale zu erfassen, die in dieser Herzkammer entstehen oder sie durchfließen, so dass der Leseverstärker eine P-Welle in einer atrialen Kammer oder eine R-Welle in einer ventrikulären Kammer detektieren kann. Der IPG weist eine Zeitgeber-Schaltungsanordnung zum Ablaufenlassen bzw. Timing-Out atrialer und/oder ventrikulärer Escape- bzw. Auslöseintervalle und des ESI eines oder mehrerer gekoppelter oder gepaarter PESP-Stimulationsimpulse auf. Der IPG weist einen Impulsgenerator auf, der mit wenigstens einer Stimulations-/Erfassungselektrode zum Abgeben von Schrittmacherimpulsen und PESP-Stimulationsimpulsen an die jeweilige interessierende Herzkammer gekoppelt ist. Der IPG weist eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung des Blutdrucksignals auf, die durch Leitungsverbinder mit einem Blutdrucksensor gekoppelt ist, der sich in einem distalen Leitungsabschnitt in der jeweiligen interessierenden Herzkammer oder in einer wirksamen Beziehung zu ihr zum Ableiten von Abtastwerten des Blutdrucks P und von dP/dt befindet. Der IPG weist außerdem eine Schaltungsanordnung zur Volumenbestimmung auf, die mit einem Volumensensor gekoppelt ist, der sich in der jeweiligen interessierenden Herzkammer oder in Beziehung zu ihr befindet, um ein Signal abzuleiten, das das Herzkammervolumen V repräsentiert. Der Volumensensor umfasst vorzugsweise einen Satz Impedanzerfassungselektroden, die sich entlang einer einzelnen Impedanzleitung oder auf mehreren Impedanzleitungen befinden, wobei die Schaltungsanordnung zur Volumenbestimmung, die mit den Impedanzsensorelektro den gekoppelt ist, die Impedanz zwischen ausgewählten Elektrodenpaaren detektiert. Die Impedanzerfassungselektroden sind so um die Herzkammer verteilt, dass sich der Abstand zwischen den getrennten Elektroden und die gemessene Impedanz mit der Kontraktion und der Entspannung der Herzkammerwände ändern.
Die implantierbare Stimulations- und Überwachungseinrichtung kann in einem einzelkammer-, doppelkammer- oder mehrkammerratengesteuerten Schrittmacher zum Bereitstellen einer Bradykardie-Schrittmacheranregung, wenn die intrinsische Sinusherzfrequenz unter eine programmierte untere HR fällt, ausgeführt sein. Oder die implantierbare Stimulations- und Überwachungseinrichtung kann in einem ICD ausgeführt sein, der sowohl solche einzelkammer-, doppelkammer- oder mehrkammerratengesteuerten Schrittmacherfähigkeiten als auch Fähigkeiten zur Tachyarrhythmiedetektion und Abgabe eines Kardioversions-/Defibrillationsschocks aufweist. In beiden Fällen können eine Tachykardiedetektion und sowohl Antitachykardie-Schrittmacher- als auch Resynchronisations-Schrittmachertherapien integriert sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leichter verständlich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen, die lediglich beispielhaft angegeben sind, wobei sie in Verbindung mit der Zeichnung betrachtet werden, in der gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. gleichartige Strukturen in allen einzelnen Ansichten angeben, und wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, die eine atriale und biventrikuläre Mehrkammer-Überwa chungs-/Schrittmacher-IMD zeigt, in der die vorliegende Erfindung vorzugsweise implementiert ist;
2 ein vereinfachter Blockschaltplan einer Ausführungsform einer in dem System von 1 verwendeten IPG-Schaltungsanordnung und der zugehörigen Leitungen ist, die eine wahlweise Therapieabgabe und eine Überwachung des Herzfehlerzustands in einer oder mehreren Herzkammern ermöglicht;
3 ein vereinfachter Blockschaltplan eines einzelnen Überwachungs- und Schrittmacherkanals zur Ableitung von Druck-, Impedanz- und Herz-EGM-Signalen, die zur Überwachung einer CHF verwendet werden, und zur optionalen Schrittmacheranregung des Herzens sowie Abgabe einer PESP-Therapie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
4A und 4B einen Ablaufplan bilden, der die Überwachungs- und Therapieabgabefunktion der IMD der 1–3 zeigt, die einen oder mehrere aus einer Gruppe von Parametern misst, die den Zustand des Herzfehlers unter Verwendung von Herz-EGM-Signalen, den Signalen des Blutdrucks P und von dP/dt angeben, und dementsprechend elektrische Stimulationstherapien einstellt;
5A–5C ein Ablaufplan ist, der näher auf Schritte von 4 eingeht sowie die Schritte zum Ableiten des den Herzfehlerzustand angebenden Parameters der mechanischen Restitution MR anhand bestimmter Signale, die mittels eines Überwachungs- und Schrittmacherkanals von 3 ausgegeben werden, zeigt;
6 ein Ablaufplan ist, der näher auf Schritte von 4 eingeht sowie die Schritte zum Ableiten des den Herzfehlerzustand angebenden Parameters des Rezirkulati onsbruchteils RF anhand bestimmter Signale, die mittels eines Überwachungs- und Schrittmacherkanals von 3 ausgegeben werden, zeigt;
7 ein Ablaufplan ist, der näher auf Schritte von 4 eingeht sowie die Schritte zum Ableiten des den Herzfehlerzustand angebenden Parameters der endsystolischen Elastanz E_ES anhand bestimmter Signale, die mittels eines Überwachungs- und Schrittmacherkanals von 3 ausgegeben werden, zeigt;
8 ein Ablaufplan ist, der näher auf Schritte von 4 eingeht sowie die Schritte zum Ableiten des den Herzfehlerzustand angebenden Parameters der Entspannungszeitkonstante t anhand bestimmter Signale, die mittels eines Überwachungs- und Schrittmacherkanals von 3 ausgegeben werden, zeigt;
9 eine graphische Darstellung des Rezirkulationsbruchteils bei Patienten mit einer normalen linksventrikulären Funktion sowie mit einer durch eine dilatative Kardiomyopathie (COCM) beeinträchtigten linksventrikulären Funktion ist;
10 während einer Tierstudie gemessene Signale zeigt, die die erhöhte kontraktile Leistung während nachfolgender bzw. aufeinanderfolgender Herzschläge nach Abgabe einer extrasystolischen Stimulation veranschaulichen;
11 eine Vergrößerung eines Teils von 10 ist, die die Erhöhung von RV-dP/dt-Signalen auf Grund der abgegebenen extrasystolischen Stimulation und den Abfall der RV-dP/dt-Signale über die Herzzyklen nach Beendigung der extrasystolischen Stimulation zeigt;
12 eine graphische Darstellung des exponentiellen Abfalls von dP/dt MAX über die Herzzyklen nach Beendigung der in 10 gezeigten extrasystolischen Stimulation ist;
13 eine graphische Darstellung der Signalverarbeitung des exponentiellen Abfalls von dP/dt MAX über die Herzzyklen nach Beendigung der in 10 gezeigten extrasystolischen Stimulation, um den RF-Parameter zu gewinnen, ist;
14 tc_mrc des in Schritt S562 in 5A bestimmten normierten dP/dt MAX(ES) graphisch veranschaulicht;
15 während einer Tierstudie gemessene Signale zeigt, die die Bestimmung der Entspannungszeitkonstante Tau in einem Zeitfenster einer Signalform des RV-Drucksignals in Bezug auf dP/dt MIN veranschaulichen;
16 während einer Tierstudie gemessene Signale zeigt, die die Beziehung von RV Tau und LV Tau, die in einem Zeitfenster von 15 bestimmt werden, in einem normalen Tierherzen veranschaulichen;
17 während der Tierstudie von 16 gemessene Signale zeigt, die die Beziehung von RV Tau und LV Tau, die in einem Zeitfenster von 15 bestimmt werden, in einem Tierherzen nach einer Arzneimittelbehandlung, um die Kontraktilität und die Entspannung zu verbessern, veranschaulichen;
18 eine graphische Darstellung von gemessenen linksventrikulären PV-Schleifen während einer Modifikation der Vorlast mit oben links gezeigten endsystolischen PV-Punkten ist;
19 eine graphische Darstellung einer linearen Reg ression der endsystolischen PV-Punkte von 18 zum Ableiten der Steigung der LV E_ES ist;
20 eine graphische Darstellung von gemessenen linksventrikulären PV-Schleifen während einer normalen Herzfunktion mit oben links gezeigten endsystolischen PV-Punkten ist;
21 eine graphische Darstellung einer linearen Regression der endsystolischen PV-Punkte von 20 ist, bei der die Bestimmung der Steigung der LV E_ES nicht zuverlässig ist;
22 die Beziehung des EGM, des Drucks, des Durchflusses und des Volumens einer Herzkammer während eines Herzzyklus zeigt; und
23 die Abgabe einer therapeutischen PESP-Stimulation, insbesondere von Schrittmacher-Energieimpulsfolgen, die während der Refraktärperiode des Herzens eingeleitet werden und für ein PESP-Abgabeintervall andauern, zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden, wird auf die aus dem oben als Literaturhinweis erwähnten '464er Patent wiedergegebene 22 Bezug genommen, die die mit einem Herzzyklus mit normalem Sinusrhythmus verbundenen elektrischen Depolarisationswellen in Bezug auf die Schwankungen des absoluten Blutdrucks, des Aortenblutdurchflusses und des ventrikulären Volumens im linken Herzen zeigt. Die rechten Atrien und Ventrikel zeigen in etwa ähnliche Druck-, Durchfluss- und Volumenschwankungen in Bezug auf den PQRST-Komplex auf wie die linken Atrien und Ventrikel. Selbstverständlich können die Überwachungs- und Stimulationstheraphie-Aspekte dieser Erfindung auf einer oder beiden Seiten des Herzens liegen und wirken. Der Herzzyklus wird in dem Intervall zwischen aufeinander folgenden PQRST-Komplexen und einer nachfolgenden Entspannung der Atrien und Ventrikel, wenn sich das linke und das rechte Atrium neu mit venösem Blut und mit Sauerstoff angereichertem Blut füllen, abgeschlossen. Im Sinusrhythmus kann das Intervall zwischen Depolarisationen in der Größenordnung von 500,0 ms bis 1000,0 ms für eine entsprechende Sinusherzfrequenz von dementsprechend 120 bpm bis 60 bpm liegen. In diesem Zeitintervall sind die Atrien und Ventrikel entspannt, wobei die atriale Gesamtgröße oder das atriale Gesamtvolumen als eine Funktion des Pleuradrucks und der Atmung variieren kann. In den Blutdruckdiagrammen von 22 ist zu beobachten, dass die atrialen und ventrikulären Blutdruckänderungen den P-Wellen und R-Wellen des Herzzyklus folgen und nacheilen. Die Zeitspanne T₀–T₁ umfasst das AV-Intervall.
Bei Patienten, die an einer Herzinsuffizienz leiten, die sich aus einer Bradykardie auf Grund eines unzulänglichen SA-Knotens oder AV-Blocks ergibt, kann eine atriale und/oder ventrikuläre herkömmliche Schrittmacheranregung vorgegeben werden, um eine ausreichende Herzfrequenz und AV-Synchronie wiederherzustellen. In 22 z. B. gehen die atrialen und/oder ventrikulären Schrittmacherimpulse der P-Welle und der Auslenkung des QRS-Komplexes, die allgemein als die R-Welle bezeichnet wird, voran. Das Herzzeitvolumen bzw. die Herzleistung kann durch die Unfähigkeit der atrialen und ventrikulären Herzmuskelzellen, sich nach atrialen (T₀–T₁) und ventrikulären (T₁–T₂) systolischen Perioden zu entspannen, verringert sein. Verlängerte systolische Zeitspannen vermindern die passive Füllzeit T₄–T₇, wie in 22 gezeigt ist. Folglich kann die von den Atrien und/oder Ventrikeln im nächsten Herzzyklus ausgestoßene Blutmenge niedriger als das Optimum sein. Die ist insbesondere der Fall bei CHF-Patienten oder weiteren Patienten, bei denen die Steife des Herzens erhöht ist, wobei das kardiale Füllen während der passiven Füllphase (T₄–T₇) und während der atrialen Systole (T₀–T₁) deutlich eingeschränkt ist.
Anhand der folgenden Beschreibung wird klar, dass die Überwachungs-/Therapieabgabe-IMD der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um die oben erwähnten Parameter als gespeicherte Patientendaten über eine Zeitdauer hinweg zu erhalten sowie um Therapien zur Behandlung des Herzfehlers abzugeben. Der Arzt kann eine Aufwärtstelemetrie der Patientendaten auslösen, um sie zu prüfen, um eine Beurteilung des Herzfehlerzustands des Herzens des Patienten vorzunehmen. Der Arzt kann ferner bestimmen, ob eine bestimmte Therapie geeignet ist, die Therapie für eine Zeitdauer vorgeben, während wiederum die gespeicherten Patientendaten für eine spätere nochmalige Prüfung und Beurteilung akkumuliert werden, um zu bestimmen, ob die angewendete Therapie von Vorteil ist oder nicht, wodurch gegebenenfalls periodische Änderungen der Therapie ermöglicht werden. Solche Therapien umfassen Arzneimitteltherapien und elektrische Stimulationstherapien einschließlich PESP-Stimulationstherapien sowie Schrittmachertherapien mit einer Einzelkammer-, Doppelkammer- und (biatrialen und/oder biventrikulären) Mehrkammer-Schrittmacheranregung. Außerdem kann bei Patienten, die zu bösartige Tachyarrhythmien neigen, die Beurteilung des Herzfehlerzustands bei der Einstellung der Detektionsparameter oder der Klassifikation von Tachyarrhythmien sowie den Therapien, die abgegeben werden, berücksichtigt werden.
Dementsprechend wird eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich im Kontext eines Mehrkammer-Schrittmachersystems offenbart, das modifiziert ist, um die oben erwähnten eine kardiale mechanische Funktionsstörung angebenden Parameter anhand von Sensoren, Erfassungselektroden und elektrischen Stimulationselektroden, die in einer wirksamen Beziehung zu einer oder mehreren Herzkammern stehen, abzuleiten. Diese Ausführungsform der Erfindung kann so programmiert werden, dass sie als ein sequenzielles biatriales und biventrikuläres AV-Schrittmachersystem arbeitet, das auf Anforderung, in einem atrialen nachlaufenden und einem ausgelösten bzw. getriggerten Schrittmacherbetrieb arbeitet, um die Synchronie bei den Depolarisationen und der Kontraktion des linken und des rechten Ventrikels synchron zu den atrialen erfassten und durch Schrittmachen bzw. durch Stimulation bewirkten Ereignissen zur Behandlung einer CHF und/oder Bradykardie wiederherzustellen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist deshalb programmierbar, um als ein Zweikanal-, Dreikanal- oder Vierkanal-Schrittmachersystem mit einer AV-synchronen Betriebsart zur Wiederherstellung der Synchronisation von oberer und unterer Herzkammer sowie der Depolarisationssynchronie der rechten und der linken atrialen und/oder ventrikulären Kammer zu arbeiten. Jedoch können selbstverständlich nur bestimmte der Komponenten des unten beschriebenen komplexen Mehrkammer-Schrittmachersystems wahlweise programmiert sein, um zu arbeiten, oder physisch lediglich in ein einfacheres Einzelkammer-Überwachungs-/Stimulations-System zur Ableitung der den Herzfehlerzustand angebenden Parameter integriert sein.
In 1 umfasst das Herz 10 die oberen Herzkammern, das rechte Atrium (RA) und das linke Atrium (LA), und die unteren Herzkammern, den rechten Ventrikel (RV) und den linken Ventrikel (LV), sowie den Koronarsinus (CS), der sich von der Öffnung im rechten Atrium seitlich um die Atrien erstreckt, um die große Vene zu bilden, die sich ferner untergeordnet zu Verzweigungen der großen Vene erweitert. Der Herzzyklus beginnt normalerweise mit der Erzeugung des Depolarisationsimpulses am SA-Knoten in der rechtsatrialen Wand. Der Impuls läuft dann mittels internodaler Bahnen durch das rechte Atrium und mittels des Bachmann-Bündels zur linksatrialen Scheidewand. Die RA-Depolarisationswelle erreicht den atrioventrikulären Knoten (AV-Knoten) und die atriale Scheidewand innerhalb von etwa 40 ms, wobei sie die am weitesten entfernten Wände des RA und des LA innerhalb von etwa 70 ms erreicht. Etwa 50 ms nach der elektrischen Aktivierung kontrahieren die Atrien. Die vereinigte RA- und LA-Depolarisationswelle erscheint als die P-Welle des PQRST-Komplexes, wenn sie über externe EKG-Elektroden erfasst und angezeigt wird. Die Komponente der atrialen Depolarisationswelle, die zwischen einem Paar unipolarer bzw. bipolarer Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden, die am RA oder LA oder benachbart zu ihnen angeordnet sind, durchläuft, wird auch als eine erfasste P-Welle bezeichnet. Obgleich der Ort und der Abstand der externen EKG-Elektroden oder implantierter unipolarer atrialer Schrittmacher/Erfassungs-Eektroden einen gewissen Einfluss haben, übersteigt die normale P-Wellenbreite keine 80 ms in der Breite, wie durch einen mit solchen Elektroden gekoppelten hochohmigen Leseverstärker gemessen wird. Eine normale Nahfeld-P-Welle, die zwischen eng beabstandeten bipolaren Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden erfasst wird, die sich im RA oder im LA oder benachbart zu ihnen befinden, besitzt eine Breite von nicht mehr als 60 ms, wie mittels eines hochohmigen Leseverstäkers gemessen wird.
Der Depolarisationsimpuls bzw. -puls, der den AV-Knoten erreicht, läuft nach einer Verzögerung von etwa 120 ms das His-Bündel in der intraventrikulären Scheidewand nach unten. Die Depolarisationswelle erreicht das Spitzengebiet des Herzens etwa 20 ms später und bewegt sich danach über die verbleibenden 40 ms vorrangig durch das Purkinje-Fasernetz. Die vereinigte RV- und LV-Depolarisationswelle und die nachfolgende T-Welle, die die Repolarisation des depolarisierten Herzmuskels begleitet, werden als der QRST-Abschnitt des PQRST-Herzzykluskomplexes bezeichnet, wenn sie über externe EKG-Elektroden erfasst und angezeigt werden. Wenn die Amplitude der ventrikulären QRS-Depolarisationswelle, die zwischen einem bipolaren oder unipolaren Schrittmacher/Erfassungs-Elektrodenpaar durchläuft, das am RV oder LV oder benachbart zu ihnen angeordnet ist, eine Schwellenwertamplitude übersteigt, wird sie als eine erfasste R-Welle detektiert. Obgleich der Ort und der Abstand der externen EKG-Elektroden oder implantierter unipolarer ventrikulärer Schrittmacher/Erfassungs-Eektroden einen gewissen Einfluss auf die R-Wellenerfassung haben, übersteigt die normale R-Wellendauer keine 80 ms, wie mittels eines hochohmigen Leseverstärker gemessen wird. Eine normale Nahfeld-R-Welle, die zwischen eng beabstandeten bipolaren Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden erfasst wird, die am RV oder am LV oder benachbart zu ihnen angeordnet sind, besitzt eine Breite von nicht mehr als 60 ms, wie mittels eines hochohmigen Leseverstäkers gemessen wird.
Die normale elektrische Aktivierungsfolge wird bei Patienten, die an einer fortgeschrittenen CHF leiden und eine intraatriale Leitungsverzögerung (IACD), einen Linksschenkelblock (LBBB), einen Rechtsschenkelblock (RBBB) und/oder eine intraventriculäre Leitungsverzögerung (IVCD) zeigen, stark gestört. Diese Leitungsdefekte verursachen eine große Asynchronie zwischen der RV-Aktivierung und der LV-Aktivierung. Eine interventrikuläre Asynchronie kann von 80 bis 200 ms oder länger reichen.
Bei RBBB- und LBBB-Patienten ist der QRS-Komplex weit über den normalen Bereich hinaus auf zwischen 120 ms und 250 ms verbreitert, wie bei einem Oberflächen-EKG gemessen wird. Diese vergrößerte Breite zeigt den Synchroniemangel der rechts- und linksventrikulären Depolarisationen und Kontraktionen.
1 stellt außerdem einen implantierten Mehrkanal-Herzschrittmacher des oben erwähnten Typs zum Wiederherstellen AV-synchroner Kontraktionen der atrialen und ventrikulären Kammern und zur simultanen oder sequenziellen Schrittmacheranregung des rechten und des linken Ventrikels dar. Der Schrittmacher-IPG 14 ist subkutan im Körper des Patienten zwischen der Haut und den Rippen implantiert. Drei endokardiale Leitungen 16, 32 und 52 verbinden den IPG 14 mit dem RA, dem RV bzw. dem LV. Jede Leitung weist wenigsten einen elektrischen Leiter und eine Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode auf, wobei eine entfernte indifferente Topfelektrode 20 als Teil der Außenfläche des Gehäuses des IPG 14 gebildet ist. Wie unten weiter beschrieben wird, können die Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden und die entfernte indifferente Topfelektrode 20 (IND_CAN-Elektrode) wahlweise verwendet werden, um eine Anzahl von Kombinationen unipolarer und bipolarer Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden für Schrittmacher- und Erfassungsaufgaben bereitzustellen. Die gezeigten Positionen in den rechten und linken Herzkammern oder um sie sind außerdem lediglich beispielhaft. Zudem können andere Leitungen und Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden anstelle der gezeigten Leitungen und Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden verwendet sein, die ausgelegt sind, um auf der Elektrodenseite am RA, LA, RV und LV oder in ihnen oder relativ zu ihnen platziert zu werden.
Die gezeigte bipolare endokardiale RA-Leitung 16 ist durch eine Vene in die RA-Kammer des Herzens 10 geführt, wobei das distale Ende der RA-Leitung 16 mittels eines Anbringungsmechanismus 17 an der RA-Wand angebracht ist. Die bipolare endokardiale RA-Leitung 16 ist mit einem Inline-Verbinder 13 ausgebildet, der in eine bipolare Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 passt, der mit einem Paar elektrisch isolierter Leiter innerhalb des Leitungskörpers 15 gekoppelt und mit einer distalen RA-Schrittmacher/Erfassungs-Spitzenelektrode 19 und einer proximalen RA-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 21 verbunden ist. Das Abgeben von atrialen Schrittmacherimpulsen und das Erfassen von atrialen Erfassungsereignissen wird zwischen der distalen RA-Schrittmacher/Erfassungs-Spitzenelektrode 19 und der proximalen RA-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 21 ausgeführt, wobei die proximale RA-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 21 als eine indifferente Elektrode (IND_RA) dient. Alternativ kann eine unipolare endokardiale RA-Leitung an die Stelle der gezeigten bipolaren endokardialen RA-Leitung 16 gesetzt und mit der IND_CAN-Elektrode 20 verwendet sein. Oder die distale RA-Schrittmacher/Erfassungs-Spitzenelektrode 19 oder die proximale RA-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 21 kann mit der IND_CAN-Elektrode 20 zur unipolaren Schrittmacheranregung und/oder Erfassung verwendet sein.
Die bipolare endokardiale RV-Leitung 32 ist durch die Vene und die RA-Kammer des Herzens 10 sowie in den RV geführt, wobei ihre distalen RV-Schrittmacher/Erfassungs-Ring- und Spitzenelektroden 38 und 40 hier in der Spitze mittels eines herkömmlichen distalen Anbringungsmechanismus 41 befestigt sind. Die RV-Leitung 32 ist mit einem Inline-Verbinder 34 ausgebildet, der in eine bipolare Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 passt, der mit einem Paar elektrisch isolierter Leiter innerhalb des Leitungskörpers 36 gekoppelt und mit einer distalen RV-Schrittma cher/Erfassungs-Spitzenelektrode 40 und einer proximalen RV-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 38 verbunden ist, wobei die proximale RV-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 38 als eine indifferente Elektrode (IND_RV) dient. Alternativ kann eine unipolare endokardiale RV-Leitung an die Stelle der gezeigten bipolaren endokardialen RV-Leitung 32 gesetzt und mit der IND_CAN-Elektrode 20 verwendet sein. Oder die distale RV-Schrittmacher/Erfassungs-Spitzenelektrode 40 oder die proximale RV-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 38 kann mit der IND_CAN-Elektrode 20 zur unipolaren Schrittmacheranregung und/oder Erfassung verwendet sein.
Bei dieser veranschaulichten Ausführungsform ist eine unipolare endokardiale LV-CS-Leitung 52 durch eine Vene und die RA-Kammer des Herzens 10 in den CS und ferner tieferliegend in ein Zweiggefäß der großen Vene 48 geführt, so dass sich die distale LV-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode 50 neben der LV-Kammer erstreckt. Das distale Ende solcher LV-CS-Leitungen ist durch die Kava superior, das rechte Atrium, das Ostium des Koronarsinus, den Koronarsinus und in eine Koronarvene, die vom Koronarsinus kommt wie etwa die große Vene, vorgeschoben. Typischerweise verwenden LV-CS-Leitungen und LA-CS-Leitungen keinen Befestigungsmechanismus, wobei sie sich stattdessen auf die enge Einschließung in diesen Gefäßen stützen, um die Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode oder -Elektroden an einer gewünschten Stelle zu halten. Die LV-CS-Leitung 52 ist mit einem Einzelleiter-Leitungskörper 56 mit kleinem Durchmesser ausgebildet, der an den proximalen Endverbinder 54 gekoppelt ist, der in eine Bohrung des IPG-Verbinderblocks 12 gesteckt ist. Ein unipolarer Leitungskörper 56 mit kleinem Durchmesser ist ausgewählt, um die distale LV-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode 50 tief in einer untergeordnet von der großen Vene 48 abzweigenden Vene unterzubringen.
Vorzugsweise ist die distale aktive LV-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode 50 mit der proximalen indifferenten RV-Schrittmacher/Erfassungs-Ringelektrode 38 gepaart, um LV-Schrittmacherimpulse über den Großteil des linken Ventrikels und die intraventrikuläre Scheidewand abzugeben. Die distale aktive LV-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode 50 ist außerdem vorzugsweise mit der distalen aktiven RV-Schrittmacher/Erfassungs-Spitzenelektrode 40 zur Erfassung über den RV und den LV gepaart, wie unten weiter beschrieben wird.
Außerdem kann in einer Vierkammer-Ausführungsform die LV-CS-Leitung 52 eine proximale LA-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode tragen, die längs des Leitungskörpers positioniert ist, so dass sie in dem Koronarsinus CS mit dem größeren Durchmesser neben dem LA liegt. In diesem Fall ummantelt der Leitungskörper 56 zwei elektrisch isolierte Leitungsleiter, die sich proximal von der bzw. den proximalen LA-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden erstrecken und in einem bipolaren Verbinder 54 enden. Der LV-CS-Leitungskörper sollte zwischen der proximalen LA-CS-Elektrode und der distalen aktiven LV-CS-Schrittmacher/Erfassungs-Elektrode 50 kleiner sein. In diesem Fall wird eine Schrittmacheranregung des RA längs des Schrittmachervektors zwischen der aktiven proximalen LA-CS-Elektrode und der proximalen indifferenten RA-Schrittmacher/Erfassungs-Ringeleketrode 21 ausgeführt.
Typischerweise werden in Schrittmachersystemen des in 1 veranschaulichten Typs die oben als "Schrittmacher/Erfassungs"-Elektroden angegebenen Elektroden sowohl für Schrittmacher- als auch Erfassungsfunktionen verwendet. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können diese "Schrittmacher/Erfassungs"-Elektroden ausgewählt sein, um ausschließlich als Schrittma cher- oder Erfassungselektroden verwendet zu werden oder um gemeinsam als Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden in programmierten Kombinationen zum Erfassen von Herzsignalen und Abgeben von Schrittmacherimpulsen längs der Schrittmacher- und Erfassungsvektoren verwendet zu werden. Getrennte oder gemeinsam genutzte indifferente Schrittmacher- und Erfassungselektroden können außerdem Schrittmacher- und Erfassungsfunktionen zugeordnet sein. Der Einfachheit halb gibt die folgende Beschreibung Schrittmacher- und Erfassungselektrodenpaare gesondert an, wo eine Unterscheidung passend ist.
Wie weiter unten beschrieben wird, kann außerdem jede der Leitungen einen Drucksensor, um systolische und diastolische Drücke zu bekommen, sowie eine Reihe voneinander beabstandeter Impedanzerfassungsleitungen, um Volumenmessungen der Expansion und Kontraktion des RA, LA, RV und LV zu entwickeln, tragen.
2 zeigt eine Systemarchitektur einer beispielhaften in den Körper 10 eines Patienten implantierten Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100, die die Abgabe einer Therapie und/oder eine Verarbeitung eines physiologischen Eingangssignals vorsieht. Die typische Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 weist eine Systemarchitektur auf, die um ein mikrocomputerbasiertes Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 konstruiert ist, das in Bezug auf Ausgereiftheit und Komplexität je nach dem Typ und den darin integrierten Funktionsmerkmalen variiert. Die Funktionen des mikrocomputerbasierten Steuerungs- und Zeitgebersystems 102 der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung werden durch eine Firmware und programmierte Softwarealgorithmen, die im RAM und ROM, was einen PROM und einen EEPROM einschließt, gespeichert sind, gesteuert und unter Verwendung einer CPU, einer ALU usw. einer typischen Mikroprozessorkern-Architektur ausgeführt. Das mikrocomputerbasierte Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung kann außerdem eine Zeitüberwachungsschaltung, eine DMA-Steuereinheit, einen Block-Beweger/Leser, einen CRC-Rechner und eine weitere spezifische Logikschaltungsanordnung enthalten, die durch chipintegrierte Datenbus-, Adressenbus-, Leistungs-, Takt- und Steuersignalleitungen in Pfad- oder Baumstrukturen in einer im Gebiet wohl bekannten Weise miteinander gekoppelt sind. Selbstverständlich kann die Steuerung und die zeitliche Abstimmung der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 mit einer dedizierten Schaltungshardware oder Zustandsmaschinenlogik anstatt einem programmierten Mikrocomputer ausgeführt werden.
Die Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 enthält außerdem typisch eine Patientenschnittstellen-Schaltungsanordnung 104 zum Empfangen von Signalen von Sensoren und Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden, die sich an spezifischen Stellen der Herzkammern des Patienten befinden, und/oder zum Abgeben einer PESP-Stimulation, um Herzfehlerparameter abzuleiten, oder einer Schrittmachertherapie an die Herzkammern. Die Patientenschnittstellen-Schaltungsanordnung 104 umfasst daher ein PESP-Stimulationsabgabesystem 106, das optional Schrittmacher- und weitere Stimulationstherapien aufweist, sowie eine Schaltung 108 zur Verarbeitung eines physiologischen Eingangssignals, um Blutdruck- und Volumensignalausgaben durch Sensoren zu verarbeiten. Zur Veranschaulichung der möglichen Verwendungen der Erfindung ist ein Satz von Leitungsverbindungen zum Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen dem Therapieabgabesystem 106 und der Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung 108 und Schrittmacher/Erfassungs-Elektrodensätze, die in einer wirksamen Beziehung zum RA, LA, RV, und LV angeordnet, gezeigt.
Das Therapieabgabesystem 106 kann so konfiguriert sein, dass es eine Schaltungsanordnung zum Abgeben von Kardioversions-/Defibrillationsschocks und/oder Herzschrittmacherimpulsen, die an das Herz abgegeben werden, oder einer Herzmuskelstimulation, die an einen um das Herz gewickelten Skelettmuskel abgegeben wird, umfasst. Oder das Therapieabgabesystem 106 kann konfiguriert sein als eine Arzneimittelpumpe zum Abgeben von Arzneimitteln in das Herz, um einen Herzfehler zu lindern, oder um als eine implantierbare herzunterstützende Vorrichtung oder Pumpe zu arbeiten, die in Patienten implantiert wird, die eine Herztransplantationsoperation erwarten.
Eine Batterie stellt eine Quelle elektrischer Energie bereit, um das Betriebssystem der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung einschließlich der Schaltungsanordnung der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 mit Leistung zu versorgen und um irgendwelche elektromechanischen Vorrichtungen, z. B. Ventile, Pumpen usw. einer Substanzabgabe-Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung, mit Leistung zu versorgen oder um die elektrische Stimulationsenergie eines ICD-Schockgenerators, eines Herzschrittmacher-Impulsgenerators oder eines anderen elektrischen Stimulationsgenerators bereitzustellen. Die typische Energiequelle ist eine Niederspannungsbatterie 136 mit hoher Energiedichte, die mit der Leistungsversorgungs-/POR-Schaltung 126, die die Fähigkeit zur Einschaltrücksetzung (POR) besitzt, gekoppelt ist. Die Leistungsversorgungs-/POR-Schaltung 126 stellt eine oder mehrere Niederspannungsleistungen Vlo, das POR-Signal, eine oder mehrere VREF-Quellen, Stromquellen, ein Wahlersatzanzeige-Signal (ERI-Signal) und im Fall eines ICD eine Hochspannungsleistung Vhi für das Therapieabgabesystem 106 bereit. Nicht alle der herkömmlichen Verbindungen dieser Spannungen und Signale sind in 2 gezeigt.
Außerdem wird in bestimmten Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtungen eine hörbare Patientenalarmwarnung oder -meldung durch einen Wandler 128 erzeugt, wenn er durch einen Patientenalarmtreiber 118 angesteuert wird, um Vorrichtungsoperationen, den Batterieleistungspegel oder einen überwachten Patientenzustand zu melden. In ids kann der Patient hinsichtlich der Detektion einer bösartigen Tachyarrhythmie und der unmittelbar bevorstehenden Abgabe eines Kardiversion/Defibrillations-Schocks gewarnt werden, um dem Patienten das Einnehmen einer Ruheposition vor der Abgabe zu ermöglichen.
Praktisch verwendet die gesamte momentane elektronische Schaltungsanordnung bzw. -technik von Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtungen getaktete digitale CMOS-Logik-ICs, die ein Taktsignal CLK erfordern, das durch einen piezoelektrischen Kristall 132 und einen Systemtakt 122 erzeugt wird, der sowohl damit als auch mit diskreten Komponenten, z. B. Induktoren, Kondensatoren, Transformatoren, Hochspannungsschutzdioden und dergleichen, die mit den ICs auf einem oder mehreren Substraten oder eine gedruckte Leiterplatte montiert sind, gekoppelt ist. In 2 wird jedes durch den Systemtakt 122 erzeugte CLK-Signal über einen Taktbaum zu jeder anwendbaren getakteten Logik gelenkt. Der Systemtakt 122 stellt ein oder mehrere CLK-Signale mit fester Frequenz, die von der Batteriespannung über einen Betriebsbatterie-Spannungsbereich unabhängig sind, für Systemzeitgeber- und -steuerungsfunktionen und bei der Formatierung von Aufwärtstelemetrie-Signalübertragungen in der Telemetrie-E/A-Schaltung 124 bereit.
Die RAM-Register können zum Speichern von Daten verwendet werden, die anhand der erfassten Herzaktivität erstellt werden und/oder sich auf die Vorrichtungsbetriebshistorie oder erfasste physiologische Parameter für eine Aufwärtstelemetrieübertragung bei Empfang einer Abruf- oder Abfrageanforderung über eine Abwärtstelemetrieübertragung beziehen. Die Kriterien zum Auslösen einer Datenspeicherung können außerdem in Bezug auf über eine Abwärtstelemetrie übertragene Anweisungen und Parameterwerte programmiert werden. Die Datenspeicherung wird entweder bezüglich einer periodischen Basis oder durch eine Detektionslogik in der Schaltung 108 zur Verarbeitung physiologischer Eingangssignale bei Erfüllung eines bestimmten einprogrammierten Ereignisdetektionskriteriums ausgelöst. In einigen Fällen enthält die Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 einen magnetfeldempfindlichen Schalter 130, der in Reaktion auf ein Magnetfeld schließt, wobei das Schließen bewirkt, dass eine Magnetschalterschaltung ein Schalter-geschlossen-Signal (SC-Signal) ausgibt, um das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zu steuern, das in einer Magnetbetriebsart anspricht. Der Patient kann z. B. mit einem Magneten 116 ausgestattet sein, der über der subkutan implantierten Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 angelegt werden kann, um den Schalter 130 zu schließen und das Steuerungs- und Zeitgebersystem aufzufordern, eine Therapie abzugeben und/oder physiologische Episodendaten zu speichern, wenn der Patient bestimmte Symptome spürt. In beiden Fällen können ereignisbezogene Daten, z. B. das Datum und die Zeit, zusammen mit den gespeicherten, periodisch gesammelten oder vom Patienten initiierten physiologischen Daten zur Aufwärtstelemetrie in einer späteren Abfragesitzung gespeichert werden.
In der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 sind Aufwärts- und Abwärtstelemetriefähigkeiten vorgesehen, um eine Kommunikation entweder mit einer entfernt befindlichen externen medizinischen Vorrichtung oder einer proximaleren medizinischen Vorrichtung am Patien tenkörper oder einer weiteren Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung im Patientenkörper zu ermöglichen, wie oben in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben ist. Sowohl die gespeicherten physiologischen Daten der oben beschriebenen Typen als auch in Echtzeit erzeugte physiologische Daten und nichtphysiologische Daten können mittels Aufwärts-HF-Telemetrie von der Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung 100 zu dem externen Programmiergerät oder einer anderen entfernten medizinischen Vorrichtung 26 in Reaktion auf einen abwärts übertragenen Abfragebefehl übertragen werden. Die physiologischen Echtzeitdaten umfassen typisch in Echtzeit abgetastete Signalpegel, z. B. intrakardiale Elektrogramm-Amplitudenwerte und Sensorausgangssignale. Die nichtphysiologischen Daten umfassen momentan programmierte Vorrichtungsbetriebsarten und Parameterwerte, den Batteriezustand, die Vorrichtungs-ID, die Patienten-ID, Implantationsdaten, die Vorrichtungsprogrammierungshistorie, Echtzeit-Ereignismarkierungen und dergleichen. Im Kontext implantierbarer Schrittmacher und ids, umfassen solche Patientendaten die programmierte Leseverstärkerempfindlichkeit, die Schrittmacher- oder Kardioversions-Impulsamplitude, -Impulsenergie und -Impulsbreite, die Schrittmacher- oder Kardioversions-Leitungsimpedanz und auf die Vorrichtungsleistung bezogene akkumulierte Statistiken, z. B. auf detektierte Arrhythmieepisoden und angewandte Therapien bezogenen Daten. Die Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtung entwickelt folglich eine Vielzahl solcher physiologischen oder nichtphysiologischen Echtzeit- oder gespeicherten Daten, wobei solche entwickelten Daten hier gemeinsam als "Patientendaten" bezeichnet werden.
Die Schaltung 108 zur Verarbeitung physiologischer Eingangssignale umfasst daher wenigstens eine elektrische Signalverstärkerschaltung zum Verstärken, Verarbeiten und in einigen Fällen Detektieren von Erfassungsereignissen anhand von Eigenschaften des elektrischen Erfassungssignals oder Sensorausgangssignals. Die Schaltung 108 zur Verarbeitung physiologischer Eingangssignale in Mehrkammer-Überwachungs-/Sensoreinrichtungen, die Doppelkammer- oder Mehrseiten- oder Mehrkammer-Überwachungs- und/oder -Schrittmacher-Funktionen bereitstellt, umfasst mehrere Herzsignal-Erfassungskanäle zum Erfassen und Verarbeiten von Herzsignalen von Erfassungselektroden, die in Bezug auf eine Herzkammer angeordnet sind. Jeder solcher Kanal umfasst typisch eine Leseverstärkerschaltung, um spezifische Herzereignisse zu detektieren, und eine EGM-Verstärkerschaltung, um ein EGM-Signal am Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zum Abtasten, Digitalisieren und Speichern oder Übertragen in einer Aufwärtsübertragung bereitzustellen. Atriale und ventrikuläre Leseverstärker umfassen Signalverarbeitungsstufen zum Detektieren des Auftretens eine P-Welle bzw. einer R-Welle sowie zum Bereitstellen eines ASENSE- oder VSENCE-Ereignissignals am Steuerungs- und Zeitgebersystem 102. Das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 reagiert in Übereinstimmung mit seinem besonderen Betriebssystem, um gegebenenfalls eine Schrittmachertherapie abzugeben oder zu modifizieren oder um Daten für eine Aufwärtstelemetrieübertragung zu akkumulieren oder um ein Markerkanal-Signal auf eine Vielzahl von in dem Gebiet bekannten Weisen bereitzustellen.
Außerdem enthält die Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung 108 wenigstens einen Kanal zur Verarbeitung eines physiologischen Sensorsignals, um ein sensorabgeleitetes Signal von einem physiologischen Sensor, der in Bezug auf eine Herzkammer oder anderswo im Körper angeordnet ist, zu erfassen und zu verarbeiten.
3 veranschaulicht schematisch einen Schrittmacher-, Erfassungs- und Parametermesskanal in Bezug auf eine Herzkammer. Ein Paar Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden 140, 142, ein Drucksensor 160 und mehrere, z. B. vier, Impedanzmesselektroden 170, 172, 174, 176 sind in wirksamer bzw. operativer Beziehung zu der Herzkammer angeordnet.
Das Paar Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden 140, 142 ist in wirksamer Beziehung zu der Herzkammer angeordnet und über Leitungsleiter 144 bzw. 146 mit den Eingängen eines Leseverstärkers 148 gekoppelt, der sich in der Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung 108 befindet. Der Leseverstärker 148 wird wahlweise durch das Auftreten eines Erfassungsfreigabesignals freigegeben, das durch das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 bereitgestellt wird. Der Leseverstärker 148 wird während vorgegebener Zeiten freigegeben, wenn eine Schrittmacheranregung entweder freigegeben oder nicht freigegeben ist, wie unten mit Bezug auf die Messung der Herzfehlerparameter beschrieben wird. Das Austastsignal wird durch das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 nach Abgabe eines Schrittmacher- oder PESP-Impulses oder einer Schrittmacher- oder PESP-Impulsfolge bereitgestellt, um die Leseverstärkereingänge in einer in dem Gebiet gut bekannten Weise für eine kurze Austastperiode von den Leitungsleitern 144 und 146 zu trennen. Wenn der Leseverstärker 148 freigeben ist und nicht ausgetastet wird, erfasst er die elektrischen Signale des Herzens, auch als das EGM bezeichnet, in der Herzkammer. Der Leseverstärker stellt ein Erfassungsereignissignal bereit, das die einen Herzzyklus beginnende Kontraktion der Herzkammer basierend auf Eigenschaften des EGM, typischerweise der P-Welle, wenn die Herzkammer das RA oder LA ist, und der R-Welle, wenn die Herzkammer der RV oder LV ist, in einer im Schrittmachergebiet gut bekannten Weise charakterisiert. Das Steuerungs- und Zeitgebersystem reagiert auf nichtrefraktäre Erfassungsereignisse durch Neustarten eines Auslöseintervall-Zeitgebers (EI-Zeitgeber), der das EI für die Herzkammer in einer im Schrittmachergebiet gut bekannten Weise ablaufen lässt.
Das Paar Schrittmacher/Erfassungs-Elektroden 140, 142 ist außerdem über Leitungsleiter 144 bzw. 146 mit dem Ausgang eines Impulsgenerators 150 gekoppelt. Der Impulsgenerator 150 in dem PESP/Schrittmacher-Abgabesystem 106 stellt wahlweise einen Schrittmacherimpuls an den Elektroden 140, 142 in Reaktion auf ein PESP/Schrittmacher-Auslösesignal, das beim Ablauf des ESI-Zeitgebers im Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 in einer im Schrittmachergebiet gut bekannten Weise erzeugt wird, bereit. Oder der Impulsgenerator 150 stellt wahlweise einen PESP-Impuls oder eine PESP-Impulsfolge an den Elektroden 140, 142 in Reaktion auf ein PESP/Schrittmacher-Auslösesignal, das beim Ablauf eines ESI-Zeitgebers im Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 in der in dem oben als Literaturhinweis erwähnten '098er Patent beschriebenen Weise erzeugt wird, bereit, um die Herzkammer zu veranlassen, kräftiger zu kontrahieren, wobei die erhöhte Kraft von der Dauer des ESI abhängt.
Der Drucksensor 160 ist mit einem Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 in der Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung 108 über einen Satz von Leitungsverbindern 164 gekoppelt, die dem Drucksensor 160 Leistung zuführen und abgetastete Blutdrucksignale (P-Signale) von dem Drucksensor 160 zum Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 übertragen. Der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 tastet den Blutdruck, der eine Wandleroberfläche des in der Herzkammer befindlichen Sensors 160 beaufschlagt, ab, wenn er durch ein Druckerfassungsfreigabe-Signal von dem Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 freigegeben ist. Die Abtastwerte des Absolutdrucks P, des entwickelten Drucks DP und der Druckänderungsrate dP/dt können durch den Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 oder durch das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zur Speicherung und Verarbeitung entwickelt werden, wie unten weiter beschrieben wird. Der Drucksensor 160 und ein Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 können die in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5.564.434 offenbarte Form annehmen.
Die Satz Impedanzelektroden 170, 172, 174 und 176 ist mittels eines Satzes von Leitern 178 gekoppelt und als eine Leitung des in dem oben als Literaturhinweis erwähnten '717er Patents beschriebenen Typs ausgebildet, der mit dem Impedanz-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 180 gekoppelt ist. Impedanzbezogene Messungen von Herzparametern wie etwa das Stoßvolumen sind im Gebiet gut bekannt, wie in dem oben als Literaturhinweis erwähnten '417er Patent beschrieben ist, das eine Impedanzleitung mit mehreren Paaren in der Herzkammer befindlicher beabstandeter Oberflächenelektroden offenbart. Die voneinander beabstandeten Elektroden können außerdem entlang von Impedanzleitungen angeordnet sein, die in Herzgefäßen, z. B. dem Koronarsinus und der großen Vene, stecken oder am Epikard um die Herzkammer angebracht sind. Die Impedanzleitung kann mit der Schrittmacher/Erfassungs-Leitung und/oder der den Drucksensor tragenden Leitung kombiniert sein.
Ein Messwert des Herzkammervolumens V wird durch den Satz von Impedanzelektroden 170, 172, 174 und 176 bereitgestellt, wenn der Impedanz-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 180 durch ein Impedanzmessfreigabe-Signal freigegeben ist, das durch das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 bereitgestellt wird. Ein Feststrom-Trägersignal wird zwischen den Paaren von Impedanzelektroden eingespeist, wobei die Spannung des Signals durch die Impedanz über das Blut und den Herzmuskel moduliert wird, die sich verändert, wenn sich der Abstand zwischen den Impedanzelektroden verändert. Folglich erfolgt die Berechnung der Signale des Herzkammervolumens V anhand von Impedanzmessungen zwischen ausgewählten Paaren von Impedanzelektroden 170, 172, 174 und 176 während der Kontraktion und der Entspannung der Herzkammer, die die voneinander beabstandeten Elektrodenpaare wegen der Herzwandbewegung oder des tidalen Blutdurchflusses aus der und danach in die Herzkammer enger zusammen bzw. weiter auseinander bewegen. Die Rohsignale werden demoduliert, digitalisiert und verarbeiten, um einen extrapolierten Impedanzwert zu erhalten. Wenn das Produkt des spezifischen Widerstands des Bluts mal dem Quadrat des Abstands zwischen den Paaren beabstandeter Elektroden durch diesen Wert geteilt wird, ist das Ergebnis ein Messwert des momentanen Herzkammervolumens V innerhalb der Herzkammer.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung misst die IMD eine Gruppe von den Zustand eines Herzfehlers angebenden Parametern unter Verwendung von EGM-Signalen, Messwerten des absoluten Blutdrucks P und/oder von dP/dt sowie Messwerten des Herzkammervolumens V über einen oder mehrere Herzzyklen. 4 stellt den gesamten Betriebsalgorithmus der IMD dar und die 5A–5C, 6, 7 und 8 stellen bestimmte wahlweise in den gesamten Betriebsalgorithmus integrierte Parametermess- und Parameterberechnungsalgorithmen dar, die alle in dem mikrocomputerbasierten Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 ausgeführt werden. Die 5A–5C, 6, 7 und 8 zeigen die Schritte der Ableitung der RF-, MR-, E_ES- und Tau-Parameter, die den Zustand eines Herzfehlers angeben. Diese Parameter werden periodisch jeden Tag hindurch ungeachtet der Haltung und Aktivität des Patienten bestimmt. Allerdings kann der Patient durch den Arzt beraten werden, bestimmte Aktivitäten oder Bewegungen zu genauen Tageszeiten durchzuführen oder gleichzeitig die Bestimmung der Parameter durch Verwendung eines Magneten oder eines Programmiergeräts mit eingeschränkter Funktion, dass durch die IMD detektiert wird, auszulösen. Bestimmte Parameter werden nur gemessen oder bestimmte Parameterdaten werden nur gespeichert, wenn die Herzfrequenz des Patienten in einem normalen Sinusbereich zwischen einer programmierten unteren und einer programmierten oberen Herzfrequenz liegt und der Herzrhythmus relativ stabil ist. Die Parameterdaten und verwandte Daten, z. B. die Herzfrequenz und das Patientenaktivitätsniveau, werden datums- und zeitgestempelt und im IMD-Speicher für einen Abruf unter Verwendung herkömmlicher Telemetriesysteme gespeichert. Inkrementale Änderungen der gespeicherten Daten über die Zeit liefern ein Maß für den Grad der Änderung des Herzfehlerzustands des Herzens.
4 veranschaulicht die IMD-Gesamtfunktion vom Zeitpunkt der Implantation (Schritt S400) und der Anfangsprogrammierung (Schritt S402) und der Grundlinienparameter-Messungen (Schritt S404) über aufeinander folgende Zyklen des Sammelns von Parameterdaten in der IMD (Schritte S406–S420), die Aufwärtstelemetrieübertragung der akkumulierten Daten zu einem externen Programmiergerät (Schritt S422) zur Anzeige und Analyse (Schritt S424), was zu einer möglichen Neuprogrammierung (Schritt S402) und Grundlinienparameter-Messung (Schritt S404) führt, um den Herzfehlerzustand besser zu beurteilen.
Jeder Parameter kann auf EIN oder AUS programmiert werden, wobei sowohl ein bestimmter Ereignisauslöser zum Starten der Messung des auf EIN programmierten Parameters als auch irgendwelche spezifischen Messkriterien in Schritt S402 unter Verwendung herkömmlicher abwärtstelemetrieübertragener Befehle, die in dem Telmetrie-Sender/Empfänger 124 empfangen und zum Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 weitergeleitet werden, programmiert werden können.
Außerdem kann der Arzt die IMD zu Beginn bzw. zunächst so programmieren, dass sie z. B. nach Schritt S402 eine Stimulationstherapie abgibt, z. B. eine periodisch abgegebene PESP-Stimulation in Übereinstimmung mit dem oben als Literaturhinweis erwähnten '098er Patent oder eine anodische Stimulation (AS) unterhalb eines Schwellenwerts in Übereinstimmung mit dem oben als Literaturhinweis erwähnten '464er Patent, um die Herzfunktion zu verbessern. Der Arzt kann die Therapie danach basierend auf den akkumulierten und analysierten Parameterdaten und irgendeinem Hinweis darin, dass sich der Herzfehlerzustand ändert oder nicht auf die Stimulationstherapie anspricht, später umprogrammieren. Alternativ kann der Arzt eine Arzneimitteltherapie vorgeben und die Arzneimitteltherapie später basierend auf den akkumulierten und analysierten Parameterdaten und irgendeinem Hinweis darin, dass sich der Herzfehlerzustand ändert oder nicht auf die Arzneimitteltherapie anspricht, anpassen.
Die Grundlinienparameter-Messungen werden optional für jeden auf EIN programmierten Parameter durch Aufrufen der Schritte der 5A–5C, 6, 7 und/oder 8, Aufwärtsübertragen der Parameterdaten und Analysieren der aufwärts übertragenen Daten nach der Implantation und nach anschließenden Telemetriesitzungen durchgeführt. Die anfänglichen und die aktualisierten Grundlinienparameter-Messungen können im IMD-Speicher gespeichert und/oder extern in einer durch den Arzt gepflegten Patientendatei mit einem Datums- und Zeitstempel und weiteren relevanten Daten, z. B. das durch die Aktivitätssignal-Prozessorschaltung 118 gemessene Niveau der Patientenaktivität und die Herzfrequenz des Patienten, gespeichert werden.
Nach der Implantation werden die auf EIN programmierten Parameter gemessen, wenn ein Ereignisauslöser für den spezifischen Parameter auftritt und wenn die Herzfrequenz- und/oder Herzrhythmuskriterien erfüllt sind, wie in den Schritten S406–S412 dargestellt ist. Die Ereigniskriterien von Schritt S406 können eine programmierte Zeit oder mehrere Zeiten jedes Tages oder spezifizierter Tage der Woche oder des Monats oder die Detektion der patientenausgelösten Parametermessung oder eines anderen programmierten Ereignisses, z. B. eine Kombination einer Tageszeit oder von Tageszeiten und eines Patientenbewegungsniveaus, das durch die Aktivitätssignal-Prozessorschaltung 118 angegeben wird, sein.
Typischerweise sollte die Messung der aufgelisteten Parameter erfolgen, wenn die Herzfrequenz in einem normalen Bereich liegt und innerhalb einer bestimmten Stabilitätstoleranz stabil ist, die beide durch den Arzt programmiert werden können und über eine Reihe von Herzzyklen in den Schritten S408–S412 in einer in dem Gebiet gut bekannten Weise bestimmt werden. Die Messung des bestimmten Parameters, der den erfüllten Ereigniskriterien entspricht, erfolgt in Schritt S414, falls die Herzfregeunz/Herzstabilitäts-Kriterien in Schritt S412 erfüllt sind, oder sie wird abgebrochen, falls die Herzfreqeunz/Herzstabilitäts-Kriterien in Schritt S412 nicht erfüllt sind.
Die Herzfrequenz und/oder Herzstabilität werden weiter über die Schritte S416 und S412 überwacht, wobei die Parametermessung, die in Schritt S414 begonnen wird, ebenso abgebrochen werden kann, bevor die Schritte der Parametermessung abgeschlossen sind, falls sich die Herzfrequenz und/oder Herzstabilität so ändern, dass die Herzfregeunz/Herzstabilitäts-Kriterien in Schritt S412 nicht länger erfüllt sind. Die Daten der abgeschlossenen Parametermessung werden in Schritt S418 mit einem Datums- und Zeitstempel und irgendwelchen weiteren relevanten Informationen, z. B. dem Patientenaktivitätsniveau, im IMD-Speicher gespeichert. Die Schritte S406 bis S418 werden jedes Mal wiederholt, wenn die Ereignisauslösekriterien für eine bestimmte Parametermessung erfüllt sind, bis der Prozess durch Auslösung einer Telemetriesitzung durch den Arzt und eine Aufwärtstelemetrieübertragung der akkumulierten Parameterdaten in Schritt S422 unterbrochen wird. Die Historie der Anzahl, der Zeiten und der Datumsangaben aufeinander folgender Parametermessungen kann ebenso im IMD-Speicher gespeichert werden, wobei die gespeicherten Parameterdaten und die verwandten Daten auf einer FIFO-Basis verworfen werden können, wenn die einer solchen Datenspeicherung zugeordnete Speicherkapazität überschritten wird.
Sammeln der MR-Parameterdaten:
Es wird angenommen, dass der MR-Parameter ein nützlicher Indikator des Herzfehlerzustands ist und einen Hinweis auf den Zustand der Weiterentwicklung oder Rückbildung des Herzfehlers über den Vergleich von über die Zeit gesammelten MR-Parameterdaten liefern kann. Die Zeitkonstanten für die systolische und die diastolische MR liefern einen indirekten Hinweis bezüglich der Funktion des sarkoplasmatischen Retikulums (SR). Die systolische Restitution ist von der Kalziumfreisetzung aus dem SR abhängig und die diastolische Restitution ist von der Kalziumaufnahme durch das SR abhängig.
Die 5A–5C zeigen die Schritte der Bestimmung des MR-Parameters in Schritt S414 von 4 in schrittmacherangeregten bzw. stimulierten Herzzyklen, um eine feste Frequenz und die Frequenzstabilität sicherzustellen. Alternativ beruht eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung auf einem stabilen intrinsischen Rhythmus für alle außer den ESI-Schlägen oder sie beruht ausschließlich auf intrinsischen Rhythmen und einer spontanen Ektopie für eine analoge Bestimmung des MR-Parameters. Obgleich sich diese Ausführungsform ferner auf den Druck als eine hämodynamische Variable stützt, beruht eine weitere Ausführungsform auf einem Parameter, der von dem Volumensignal abgeleitet wird. Die 5B und 5C zeigen ausführlicher die Schritte S510 zum Bestimmen von dP/dt MAX(SS) und dP/dt MIN(SS) und/oder RVDP(SS) (RVDP = RV-systolischer Druck – RV-diastolischer Druck) innerhalb eines schrittmacherangeregten Herzzyklus eines Bezugsgleichgewichtszustands (SS) sowie S534 zum Bestimmen von dP/dt MAX(ES) und dP/dt MIN(ES) und/oder RVDP(ES) innerhalb eines ESI-schrittmacherangeregten Herzzyklus von 5A. Wenn die MR-Parametermessung begonnen wird, ist es notwendig, das intrinsische EI in den Schritten S504 und S506 zu bestimmen. In Schritt S508 wird ein Schrittmacher-EI berechnet, das hinreichend kürzer als das intrinsische EI für eine Übersteuerungs-Schrittmacheranregung der Herzkammer ist, wobei das anfängliche kürzeste ESI als ein Bruchteil des Schrittmacher-EI berechnet oder während der anfänglichen Schritte S402 und S404 zur Grundlinienprogrammierung und -messung bestimmt wird. Das ESI wird im Allgemeinen so gewählt, dass es so kurz wie möglich ist, jedoch die Refraktärperiode der Herzkammer übersteigt, die auftritt, während sich die Herzzellen nach einem vorangegangenen Schrittmacherimpuls repolarisieren.
Das ESI wird in Schritt S554 inkrementiert, wobei der in 5B gezeigte Schritt S510 und der in 5C gezeigte Schritt S534 wiederholt werden, um eine Reihe von Sätzen der Werte dP/dt MAX(SS) und dP/dt MIN(SS) und/oder RVDP(SS) und der Werte dP/dt MAX(ES) und dP/dt MIN(ES) und/oder RVDP(ES) abzuleiten, bis das ESI in der Länge dem Schrittmacher-EI nahe kommt, wie in Schritt S556 bestimmt wird. Jede Wiederholung der Schritte S510 bis S552 ist durch ein Ruheintervall, z. B. 15 Sekunden, getrennt, wie in den Schritten S558 und S560 bestimmt wird, um eine Stabilisierung der mechanischen Herzfunktion zu ermöglichen.
Die Bestimmung von dP/dt MAX(SS) und dP/dt MIN(SS) von Schritt S510 erfolgt innerhalb eines schrittmacherangeregten Bezugs-Herzzyklus einer Reihe "M" schrittmacherangeregter Herzzyklen. Zum Beispiel ist in 5B M = 8, wobei die Bestimmung von dP/dt MAX(SS) und dP/dt MIN(SS) von Schritt S510 im 6. Herzzyklus erfolgt, wie in den Schritten S512 bis S526 von 5B dargestellt ist. Das in Schritt S508 bestimmte Schrittmacher-EI wird ablaufen gelassen (time-out), wobei bei seinem Ablauf bzw. Time-Out ein Schrittmacherimpuls in den Schritten S514–S516 abgegeben wird. Der Schrittmacherimpuls-Zählwert wird in Schritt S518 inkrementiert. Der momentane Schrittmacherimpuls-Zählwert wird in den Schritten S520, S522 und S524 geprüft, wobei die Schritte S512–S524 wiederholt werden, bis der Schrittmacherimpuls-Zählwert gleich 6 ist, woraufhin der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 in Schritt S526 freigegeben wird, um die abgetasteten Werte des Blutdrucks P und von dP/dt über den ganzen 6. Herzzyklus bereitzustellen. Wenn der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 ständig freigegeben ist, werden alternativ die in dem 6. Herzzyklus ausgegebenen Abtastwerte des Blutdrucks P und von dP/dt verwendet.
In Schritt S528 wird der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 nicht länger freigegeben, um die Abtastwerte des Blutdrucks P und von dP/dt bereit zustellen, oder die ausgegebenen Werte des Blutdrucks P und von dP/dt werden nicht verwendet, wenn der Schrittmacherimpuls-Zählwert gleich 7 ist, wie in Schritt S522 bestimmt wird. Die Werte RVDP, dP/dt MAX(SS) und dP/dt MIN(SS) werden in Schritt S530 bestimmt und in Schritt S532 vorübergehend gespeichert.
Die Bestimmung von dP/dt MAX(ES) und dP/dt MIN(ES) von Schritt S534 nach dem 8. Herzzyklus ist in den Schritten S536 bis S552 von 5C dargestellt. Das in Schritt S508 berechnete Anfangs-ESI oder das in Schritt S556 von 5A berechnete inkrementierte ESI wird in den Schritten S536 und S538 ablaufen gelassen. Der ES-Impuls wird in Schritt S540 abgegeben, wobei der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 freigegeben wird, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und die P- und dP/dt-Signale dem Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zuzuführen. Die abgetasteten Signale des Blutdrucks P und von dP/dt werden in Schritt S542 über das Schrittmacher-EI gesammelt, das in den Schritten S544, S546 und S548 ablaufen gelassen wird. Danach werden die Werte RVDP, dP/dt MAX(ES) und dP/dt MIN(ES) in Schritt S530 bestimmt und in Schritt S552 vorübergehend gespeichert.
Danach wird in Schritt S562 der MR-Parameterwert tc_rmc für das anfängliche oder inkrementierte momentane ESI bestimmt und im IMD-Speicher gespeichert. Zunächst wird jeder der in Schritt S550 bestimmten Werte dP/dt MAX(ES) für jeden Herzzyklus in Bezug auf den in Schritt S530 bestimmten Wert dP/dt MAX(SS) normiert, wobei jeder der in Schritt S550 bestimmten Werte dP/dt MIN(ES) für jeden Herzzyklus auf den in Schritt S530 bestimmten Wert dP/dt MIN(SS) normiert wird. Für die systolische Funktion wird eine Normierung bewirkt, indem dP/dt MAX(ES) durch dP/dt MAX(SS) geteilt und das Ergebnis mit 100 multipliziert wird. Für die diastolische Funktion wird eine Normierung bewirkt, indem dP/dt MIN(ES) durch dP/dt MIN(SS) geteilt und das Ergebnis mit 100 multipliziert wird. Der systolische Impulsdruck P und/oder der entwickelte Druck DP können in derselben Weise normiert werden, wenn die SS- und ES-Werte in den Schritten S532 und S550 ebenso gesammelt werden.
Danach werden dann die Schritte S510 bis S554 unter Verwendung des Anfangs-ESI durchgeführt, um den anfänglichen MR-Wert tc_mrc zu bestimmen. 14 veranschaulicht graphisch den Wert tc_rmc des in Schritt S562 in 54 bestimmten normierten Werts dP/dt MAX(ES). Nach der Berechnung aller normierten Werte für die systolische und die diastolische Funktion, werden in Schritt S562 die diastolische und die systolische Zeitkonstante (tc_mrc) unter Verwendung der folgenden Gleichungen bestimmt:
Mechanische Restitution:

RVDP oder dP/dt MAX = CRmax·{1 – exp[(ESI0 – ESI)/tcmrc]}
oder, wenn aufgetragen, wie in 14 gezeigt ist:
Y = CRmax·{1 – exp[(ESI0 – X)/tcmrc]}

Wobei:

RVDP: oder dP/dt MAX der normierte Wert ist,
CR_max: das Maximum (Plateau) der kontraktilen Reaktion ist,
ESI₀: das kleinste ESI ist, das eine mechanische Reaktion erzeugt ("Anfangs-ESI"),
tc_mrc: die Zeitkonstante der mechanischen Restitution ist.

Entspannungsrestitution:
Frühe Phase einschließlich der Daten bis zur "Basiszykluslänge" (durch Schrittmachen bewirkte Rate): Rn = (K0 – Ka)·{exp[(ESI0 – ESI)/tcR1]} + Ka oder, wenn aufgetragen, wie in 14 gezeigt ist: Y = (K0 – Ka)·{exp[(ESI0 – X)/tcR1]} + Ka
Wobei:

R_n: der normierte Entspannungsparameter (dP/dt_min ^–1) ist,
ESI₀: das kleinste ESI ist, das eine mechanische Reaktion erzeugt ("Anfangs-ESI"),
K₀: ein Schätzwert von R_n im ESI₀ ist,
K_a: die Plateauasymptote (der Reaktion) während der ersten Phase der diastolischen Restitution ist,
tc_R1: die Zeitkonstante der ersten Phase der diastolischen Restitution ist.

Späte Phase:

Rn = Kb·{1 – exp[(ESI0 – ESI)/tcR2]}
oder, wenn aufgetragen, wie in 14 gezeigt ist:
Y = Kb·{1 – exp[(ESI0 - X)/tcR2]}

Wobei:

R_n: der normierte Entspannungsparameter (dP/dt_min ^–1) ist,
ESI₀: das kleinste ESI ist, das eine mechanische Reaktion erzeugt ("Anfangs-ESI"),
K_b: die Plateauasymptote (der Reaktion) während der späten Phase der diastolischen Restitution ist,
tc_R2: die Zeitkonstante der zweiten Phase der diastolischen Restitution ist.

Sammeln der RF-Parameterdaten:
Es wird angenommen, dass der Rezirkulationsbruchteil-Parameter (RF-Parameter) ein nützlicher Indikator des Herzfehlerzustands ist und einen Hinweis auf den Zustand der Weiterentwicklung oder Rückbildung des Herzfehlers über den Vergleich von über die Zeit gesammelten RF- Parameterdaten liefern kann. Der Rezirkulationsbruchteil bei Patienten mit normaler linksventrikulärer Funktion (Kontrolle) sowie mit einer durch eine dilatative Kardiomyopathie (COCM) beeinträchtigten linksventrikulären Funktion, ist in 9 aus Seed, Noble u. a., "Relationships Between the Beat-to-Beat Interval and the Strength of Contraction in the Healthy and Diseased Human Heart", CIRCULATION 70: 799–805, 1984, veranschaulicht.
Die primäre Information, die erforderlich ist, um den RF-Parameter zu berechnen, ist die Messung der kontraktilen Herzleistung über eine aufeinander folgende Reihe von Herzzyklen unmittelbar nach einem Herzzyklus, in dem ein vorzeitiger intrinsischer Schlag oder eine Extrasystole erfasst wird, oder unmittelbar nach einem oder mehreren Herzzyklen, wenn ein ES-Schrittmacherimpuls in einem vorgegebenen ESI abgegeben wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Elektrogrammsignal (R-Welle) verwendet, um Herzzyklusgrenzen zu definieren und intrinsische R-R-Intervalle zu messen. Auch wenn es möglich ist, Herzzyklusgrenzen aus mechanischen Parametern wie etwa der ventrikuläre Druck abzuleiten, sind diese Parameter weniger zuverlässig hinsichtlich vorzeitiger Schläge, die nicht viel mechanische Reaktion entwickeln.
Außerdem wird ein Index der Kontraktionsstärke der Herzkammer über eine Reihe nachfolgender Herzzyklen gemessen, um einen Kontraktionsstärkewert zu liefern. Der RF-Parameter der Herzkammer wird aus der akkumulierten Reihe von Kontraktionsstärkewerten abgeleitet, die die mechanische Reaktion der Herzkammer auf die elektrischen Reize repräsentieren, die der Herzkammer vorzeitig bei Ablauf des extrasystolischen Auslöseintervalls zugeführt werden. Der Index kann mittels einer Anzahl erfasster Parameter, die den Blutdruck, das Kammervolumen oder eine Geometrieänderung der Kammer umfassen, oder durch die Beschleunigung der Kontraktion der Kammer über die Verwendung eines Beschleunigungsmessers bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein kontinuierliches RV-Drucksignal verarbeitet, um den Maximalwert von dP/dt (dP/dt MAX) über jeden Herzzyklus aufzuzeigen. Der RVDP oder der RV-systolische Druck allein kann alternativ verwendet werden. Eine alternative Ausführungsform stützt sich auf einen aus dem Volumensignal (V-Signal) abgeleitet analogen Parameter wie etwa dV/dt MAX.
6 zeigt die Schritte der Bestimmung des RF-Parameters in S414 von 4. Während dieser Druckmessungen wird die intrinsische Herzfrequenz bestimmt, wobei das Herz durch Schrittmachen mit einer Schrittmacherfrequenz gerade oberhalb der intrinsischen Herzfrequenz angeregt wird, um es hinsichtlich von Frequenzeffekten (Kraftintervall) und Frank-Starling-Füllzeiteffekten (Längenspannung) streng zu steuern. Es wird angemerkt, dass es wünschenswert ist, eine Schrittmacheranregung teilweise oder vollständig zu vermeiden, wenn eine normale Herzfrequenz und ein stabiler Rhythmus bestehen, um eine Senkung irgendeines mit der Schrittmacheranregung verbundenen Risikos einer Extraarhythmie zu unterstützen. Es wird außerdem angemerkt, dass eine Schrittmacheranregung durch ein Stützen auf intrinsische vorzeitige Schläge oder Extrasystolen vollkommen ausgeschlossen werden kann. Eine IMD, die programmiert ist, um die Elektrogramm- und Drucksignale kontinuierlich zu überwachen, kann warten, bis die Herzfrequenz stabil und regelmäßig ist, um die RF-Parameterbeurteilung vorzunehmen, wobei sie es sich leisten kann, die RF-Parameterbeurteilungen zu verwerfen, die über eine Reihe von Herzschlägen vorgenommen werden, in denn sich die Herzfrequenz oder der Herzrhythmus verschlechtern oder die Extrasystole zeitlich nicht gut abgestimmt ist. Da es ein komplexerer Prozess ist, zeigt 6 jedoch die RF-Parameterbeurteilung, die während einer Schrittmacheranregung mit fester Rate erfolgt.
Wenn der RF-Parametermessprozess begonnen wird, ist es notwendig, das intrinsische EI in den Schritten S604 und S606 zu bestimmen. In Schritt S608 wird ein Schrittmacher-EI berechnet, das hinreichend kürzer als das intrinsische EI für eine Übersteuerungs-Schrittmacheranregung der Herzkammer ist, wobei ein ESI als ein Bruchteil des Schrittmacher-EI berechnet oder während der anfänglichen Schritte S402 und S404 zur Grundlinienprogrammierung und -messung bestimmt wird. Das ESI wird im Allgemeinen so gewählt, dass es so kurz wie möglich ist, jedoch die Refraktärperiode der Herzkammer übersteigt, die auftritt, während sich die Herzzellen nach einem vorangegangenen Schrittmacherimpuls repolarisieren, um sicherzustellen, dass das Herz reagiert und depolarisiert. Alternativ kann die T-Wellen-Repolarisationssignalform des EGM erfasst und das ESI als eine Funktion des Q-T-Intervalls für diesen oder irgendeinen der anderen Sensorsignalparameter, die von einem ESI abhängig sind, bestimmt werden.
Danach beginnt die IMD in Schritt S610 eine Schrittmacherbetriebsart mit fester Rate, wobei sie hintereinander "M" Schrittmacherimpulse beim Ablauf bzw. Time-Out des EI abgibt, um die Herzfrequenz und die mechanische Pumpfunktion des Herzens zu stabilisieren. Der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 werden nachfolgend freigegeben, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und die P- und dP/dt-Signale an das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zu liefern. In Schritt S612 wird der dP/dt-MAX-Bezugswert während eines der Schrittmacherzyklen mit fester Rate gemessen oder es werden mehrere dP/dt-MAX-Werte gemessen und gemittelt, um den dP/dt-MAX-Bezugswert bereitzustellen. Wenn ein Erfassungsereignis während der Schrittmacherzyklen mit fester Rate auftritt, wird die RF-Parametermessung abgebrochen.
Der Einfachheit halber können diese Schritte S602–S612 die gleichen wie die Schritte S502–S532 der 5A und 5B sein, wobei z. B. M = 8 ist. Außerdem kann die Bestimmung des MR-Parameters und des RF-Parameters gleichzeitig vorgenommen werden.
Ein ES-Impuls bzw. -Puls oder eine ES-Impulsfolge wird dann in den Schritten S614 bis S618 im nächsten schrittmacherangeregten Herzzyklus abgegeben. Alternativ kann eine Reihe solcher ES-Impulse oder ES-Impulsfolgen in einer gleichen Reihe von schrittmacherangeregten Herzzyklen abgegeben werden, indem die Schritte S614–S618 mehrere Male, z. B. dreimal, wiederholt werden. In beiden Fällen wird der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 freigegeben, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und die P- und dP/dt-Signale an das Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zu liefern. Danach werden in den Schritten S620–S634 die RF-dP/dt-MAX-Werte bestimmt und über "K" nachfolgende Herzzyklen vorübergehend gespeichert, um in Schritt S636 die RF-Zeitkonstante abzuleiten. Die RF-Parametermessung wird beendet, wenn eine Extrasystole auftritt und in Schritt S626 erfasst wird.
Wenn die Schrittmacheranregung mit fester Rate nicht verwendet wird, werden alternativ Erfassungsereignisse detektiert und markieren das Ende eines vorhergehenden Herzzyklus und den Anfang des nächsten Herzzyklus. Die intrinsische Herzfrequenz und der intrinsische Herzrhythmus werden geprüft, um sicherzustellen, dass sie relativ stabil sind, wobei die RF-Messung abgebrochen wird, falls die intrinsische Herzfrequenz und der intrinsische Herzrhythmus sich deutlich genug ändern, um die Messung zu beeinträchtigen.
Ein EI-Zählwert wird in Schritt S632 inkrementiert, wobei die Messung der RF-dP/dt-MAX-Werte über die verbleibenden Herzzyklen in den Schritten S620–S630 wiederholt wird, bis "K" Herzzyklen gezählt sind. Die RF-Zeitkonstante wird in Schritt S636 bestimmt und mit dem Datums- und Zeitstempel und irgendwelchen weiteren nützlichen verwandten Daten gespeichert, nachdem der EI-Zählwert "K_MAX" erreicht, wie in Schritt S634 bestimmt wird.
Es sei angemerkt, dass wenigstes die anfänglichen dP/dt-MAX-Werte nach der Abgabe der ES-Stimulation größer als der in Schritt S612 bestimmte Wert dP/dt MAX(SS) sein sollten. Die Bestimmung der RF-Zeitkonstante in Schritt S636 kann abgebrochen werden, wenn der in Schritt S612 bestimmte Wert dP/dt MAX(SS) größer als wenigstens der erste P/dt-MAX-Wert nach der ES-Stimulation ist.
Die Bestimmung des RF erfolgt anhand des Abfalls der K dP/dt-MAX-Amplituden von dP/dt MAX_k=1. Die folgende Erläuterung wird in Bezug auf die 10–12 vorgenommen.
Notation:

Zeit, t
Herzzyklus, k
R-R-Intervall, RR_k
Grundlinien-R-R-Intervall, RR₀
vorzeitiges (extrasystolisches) R-R-Intervall, ESI
RV dP/dt MAX, dP/dt_k
RV-dP/dt-MAX-Grundlinie, dP/dt₀

Schritte:

Warten auf (oder Stimulation bzw. Schrittmacheranregen) einer Reihe von geeigneten R-R-Intervallen
Aufzeichnen von RR₀ und des entsprechenden Werts von dP/dt₀
Bestätigen, dass RR stabil ist und in einem normalen Bereich liegt
Schrittmacheranregen des Atriums und des Ventrikels beim Ablauf des ESI, um einen oder mehrere vorzeitige ventrikuläre Schläge (Extrasystolen) kurz nach dem Ende der Refraktärperiode oder der T-Welle des vorhergehenden Zyklus zu erzeugen
Bestätigen, dass ESI < RR₀ ist
Rückkehren zu den (schrittmacherangeregten) R-R-Intervallen des ersten Schritts für nachfolgende Schläge k = 1, K
Aufzeichnen von RR_k und dP/dt_k
Falls RR_k etwa gleich RR₀ ist und falls dP/dt₁ > dP/dt₂ > dP/dt₀ ist
Berechnen von RF aus der Steigung der Datenreihe dP/dt_k+1 gegen dP/dt_k, wobei k = 1, K

Die 10 und 11 veranschaulichen Signale aus einer Tierstudie, die das gemessene ventrikuläre EGM (Vegm), den pulmonalen Durchfluss, den rechtsventrikulären Blutdruck (RVP) und RV dP/dt umfassen. Die Herzfrequenz ist regelmäßig und stabil in den Herzzyklen, die der Abgabe von drei schrittmacherangeregten Extrasystolen, die durch die drei vertikalen Linien markiert sind, vorangehen. Drei Schrittmacherenergie-ES-Impulse werden in dem rechten Ventrikel nach einem zeitlich von der detektierten R-Welle gesteuerten und genau auf das Ende des QT-Intervalls folgenden ESI abgegeben, was zu einer erhöhten kontraktilen Leistung des RV führt, die nachfolgend über K Herzzyklen, die mit k = 1 beginnen, abfällt. 12 veranschaulicht außerdem graphisch den exponentiellen Abfall von RV dP/dt MAX über die K Herzzyklen nach den angewendeten drei ES-Impulsen. Der RF-Parameter wird aus dem Abfall der dP/dt-MAX-Werte über die von dem letzten angewendeten ES-Impuls gezählten Herzzyklen k = 1, 2, 3, ..., K abgeleitet. Die dP/dt-MAX-Werte und ihre Herzzyklusindizes k = 1, 2, 3, ..., K werden im IMD-Speicher zur Bestimmung des RF-Parameters, wie oben beschrieben ist, gespeichert.
13 veranschaulicht graphisch die Bestimmung des RF-Parameters aus dem Abfall der dP/dt-MAX-Werte über die Herzzyklen k = 1, 2, 3, ..., K. Die Steigung der mittels einer linearen Regression bestimmten Geraden ist RF = 0,725. Etwa 75% der sich in Bezug auf einen vorhergehenden Schlag gezeigten Potenzierung sind im momentanen Schlag sichtbar. Der Gleichgewichtszustand oder der Bezugswert von RV dP/dt MAX liegt in diesem Beispiel von einem anästhesierten normalen Hund bei etwa 320 mmHg/s.
Auf Wunsch ist es möglich, RF in eine Schlag- oder eine Zeitkonstante umzusetzen bzw. zu konvertieren, wobei gilt:

Schlagkonstante = –[ln(RF)]^–1, (die Anzahl der Zyklen, die für ein potenziertes dP/dt erforderlich sind, um auf 1/e abzufallen).
Zeitkonstante = –RR₀/ln(RF), (die Zeit, die für ein potenziertes dP/dt MAX erforderlich ist, um auf 1/e abzufallen).
Für dieses Beispiel beträgt die Schlagkonstante 3,1 Schläge und die Zeitkonstante 1,6 Sekunden.

Sammeln der Tau-Parameterdaten:
Es wird angenommen, dass die ventrikuläre Entspannungszeitkonstante oder der Tau-Parameter (t) ein nützlicher Indikator des Herzfehlerzustands ist und einen Hinweis auf den Zustand der Weiterentwicklung oder Rückbildung des Herzfehlers über den Vergleich von über die Zeit gesammelten Tau-Parameterdaten liefern kann. Die primäre Information, die erforderlich ist, um eine Entspannungszeitkonstante oder Tau zu berechnen, ist der ventrikuläre Druckabfall am Ende einer Systole und im ersten Teil einer Diastole. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein EGM-Signal, z. B. die R-Welle, zum Definieren von Herzzyklusgrenzen und zum Messen von R-R-Intervallen verwendet, wobei ein kontinuierliches Drucksignal (P-Signal), z. B. RVP, verarbeitet wird, um Tau für jeden Herzzyklus aufzuzeigen, in dem es gemessen wird. Alternativ kann eine Entspannungszeitkonstante auch aus einer analogen Berechnung mit einem Volumensignal bestimmt werden.
Der grundlegende Rechenalgorithmus wird unten in Bezug auf die 4 und 8 beschrieben, wobei folgende Notation verwendet wird:

Zeit, t
kardialer Herzzyklus, k
R-R-Intervall, RR_k
Grundlinien-R-R-Intervall, RR₀
ventrikulärer Druck, P(t)
maximaler ventrikulärer Druck, P_max
Zeit des Auftretens von P_max, T_Pmax
Entspannungszeitkonstante, Tau_k
Zeit des Auftretens von dP/dt_min, T_dPdtmin

Der Tau-Parameter wird periodisch von Zeit zu Zeit gemessen, um einen Datensatz zu sammeln, der im IMD-Speicher zusammen mit einem Zeit- und Datumsstempel und weiteren interessierenden Patientendaten gespeichert wird, um zu bestimmen, ob der Tau-Parameter relativ unverändert ist oder sich in Bezug auf einen früher aufwärts übertragenen Satz solcher Daten verändert hat. Es ist wünschenswert, dass das RR_k-Intervall jedes gemessenen Tau-Parameters des gespeicherten Datensatzes vergleichbar ist, so dass der Tau-Parameter nicht durch eine Herzfrequenzschwankung beeinträchtigt ist. Die Tau-Parametermessung kann in einem einzelnen Herzzyklus "k" vorgenommen werden, in dem sich das momentane RR_k nicht erheblich von einem Grundli nienintervall RR₀ unterscheidet, dass in einem oder mehreren vorangehenden Herzzyklen k_–1, k_–2, ff. bestimmt wird. In diesem Fall können der bestimmte Tau-Parameter sowie das intrinsische RR₀ und das intrinsische RR_k alle datums- und zeitgestempelt und im IMD-Speicher mit weiteren relevanten Patientendaten gespeichert werden, so dass die gespeicherten Tau-Parameterwerte mit dem RR₀ und dem RR_k korreliert werden können.
Allerdings kann das Herz zum Erzielen eines schrittmacherangeregten RR_k mit einer Frequenz gerade oberhalb des intrinsischen EI durch Schrittmachen angeregt werden, um es hinsichtlich von Frequenzeffekten (Kraftintervall) und Frank-Starling-Füllzeiteffekten (Längenspannung) streng zu steuern. Oder das Herz kann mit einer programmierten, relativ hohen Schrittmacherfrequenz durch Schrittmachen angeregt werden, um eine schrittmacherangeregte Grundlinien-RR₀-Reihe gefolgt von einem schrittmacherangeregten RR_k zu erzielen, sofern die intrinsische Herzfrequenz die programmierte durch Schrittmachen angeregte Herzfrequenz nicht übersteigt. Wenn alle Bedingungen erfüllt sind, können der bestimmte Tau-Parameter und die schrittmacherangeregten RR₀ und RR_k alle datums- und zeitgestempelt und im IMD-Speicher mit weiteren relevanten Patientendaten gespeichert werden, so dass die gespeicherten Tau-Parameterwerte mit dem RR₀ und dem RR_k korreliert werden können.
8 veranschaulicht die Blutdruckmessungen, die während eines intrinsischen RR_k, das innerhalb der RR₀-Grenzen liegt, in den Schritten S806–S814 oder eines schrittmacherangeregten RR_k, das nicht durch ein frühes oder extrasystolisches Erfassungsereignis unterbrochen wird, in den Schritten S822–S836 erfolgen. Wenn die Bedingungen erfüllt sind, erfolgt die Bestimmung von Tau in den Schritten S816 und S818. Am Anfang müssen in Schritt S802 die Schritte S408 bis S410 von 4 für k_–1, k_–2 usw. Herzzyklen erfüllt sein, um ein intrinsisches Grundlinien-RR₀ zu bestimmen, wobei in Schritt S804 die Bestimmung vorgenommen wird, ob Tau während eines intrinsischen oder eines schrittmacherangeregten RR_k zu bestimmen ist. Die Bestimmung kann auf einer programmierten Präferenz, der immer gefolgt wird, basieren oder die IMD kann so programmiert sein, dass sie vorzugsweise den Schritten S806–S814 folgt, jedoch zu den Schritten S822–S836 zurückkehrt, falls Schritt S814 nicht einmal oder mehrere Male erfüllt ist.
Vorausgesetzt, dass der Tau-Parameter während eines intrinsischen RR_k gemessen wird, wie in Schritt S804 bestimmt wird, wird das RR_k-Intervall bei dem nächsten in Schritt S806 detektieren Erfassungsereignis, das typischerweise die RV-R-Welle ist, gestartet, wobei jedoch stattdessen das Einsetzen eines RV dP/dt und ein Schwellenwertkriterium verwendet werden können. Bei einer Detektion eines Erfassungsereignisses in Schritt S806 wird der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 freigegeben, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und Blutdrucksignale an dem Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 bereitzustellen. Der Blutdruck in der Herzkammer, z. B. der RV, wird in Schritt S808 abgetastet, während das intrinsische RR_k zwischen dem Anfangs- und dem Enderfassungsereignis abläuft, um die "N" abgetasteten und digitalisierten Druckwerte, z. B. N digitalisiert RVP- und N digitalisierte RV-dP/dt-Abtastwerte, abzuleiten. Das intrinsische RR_k wird in Schritt S812 gemessen, nachdem das Enderfassungsereignis in Schritt S810 detektiert ist, wobei das gemessene intrinsische RR_k in Schritt S814 mit dem Bezugs-RR₀ verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Unterschied innerhalb definierter Grenzen für die Frequenz und die Frequenzstabilität liegt. Die N digitalisierten RVP- und die N digitalisier ten RV-dP/dt-Abtastwerte werden verworfen, falls die intrinsische Herzfrequenz und der intrinsische Herzrhythmus des momentanen RR_k deutlich genug abweichen, um die Tau-Messung der Schritte S816 und S818 atypisch werden zu lassen.
Die Schritte S822–S836 werden verfolgt, falls in Schritt S804 die Schrittmacherbetriebsart bestimmt wird und falls die Schrittmacherfrequenz, die verwendet wird, die intrinsische Herzfrequenz, die durch das in Schritt S802 bestimmte intrinsische Grundlinien-RR₀ widergespiegelt wird, übersteuern würde. In dieser veranschaulichten Ausführungsform wird in Schritt S822 das schrittmacherangeregte RR_k aus dem intrinsischen Grundlinien-RR₀ als ein Schrittmacher-EI bestimmt. Das Schrittmacher-EI wird nach dem nächsten Erfassungsereignis in den Schritten S826 und S828 ablaufen gelassen (time-out), wobei in Schritt S830 ein erster Schrittmacherimpuls abgegeben wird, der das schrittmacherangeregte RR_k einleitet. Wie oben angemerkt ist, kann ein schrittmacherabgeregtes Grundlinien-RR₀ zunächst über eine Anzahl von schrittmacherangeregten Herzzyklen unter Verwendung des bestimmten Schrittmacher-EI entwickelt werden. Außerdem kann das Schrittmacher-EI so programmiert werden, dass es die typische intrinsische Herzfrequenz des Patienten übersteuert.
Der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 wird in Schritt S832 freigegeben, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und Blutdrucksignale dem Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 bereitzustellen. Der Blutdruck in der Herzkammer, z. B. der RV, wird in Schritt S832 abgetastet, während das intrinsische RR_k von dem Schrittmacherimpuls abläuft, um die "N" abgetasteten und digitalisierten Druckwerte, z. B. N digitalisierte RVP-Abtastwerte und N digitalisierte RV-dP/dt-Abtastwerte, abzulei ten.
Die in Schritt S832 abgeleiteten digitalisierten RVP- und RV-dP/dt-Abtastwerte werden verworfen, falls ein Erfassungsereignis in Schritt S834 auftritt, bevor das Schrittmacher-EI abläuft, wie in Schritt S836 bestimmt wird. In diesem Fall wird die Tau-Messung abgebrochen oder zurück in Schritt S802 neu begonnen.
Falls das intrinsische oder das schrittmacherangeregte RR_k annehmbar sind, werden die in Schritt S808 oder S832 abgeleiteten digitalisierten N RVP- und N RV-dP/dt-Abtastwerte einem der folgenden Algorithmen unterworfen, um die Abtastzeit zu bestimmen, zu der der dP/dt-MIN-Abtastwert in Schritt S816 abgeleitet wurde. Dies wird erreicht, indem nach dem Zeitpunkt gesucht wird, der einem Minimum des dP/dt-Signals entspricht, oder für den der Druck auf einen spezifischen Bruchteil seines Maximums für diesen Herzzyklus abgefallen sein muss. Dieser Zeitpunkt a_k, der auf a > T_Pmax beschränkt ist, wird angegeben und berechnet durch:
oder
Danach wird Tau in Schritt S818 aus einer passend tiefpassgefilterten Version von P und dP/dt berechnet durch:
für, bzw. oder.
Dieser Schätzwert von Tau wird in nachfolgenden Datenerfassungs-, diagnostischen oder therapeutischen Schritten nur dann verwendet, wenn er in einem geeigneten Bereich liegt. Der berechnete Tau-Wert wird datums- und zeitge stempelt und im IMD-Speicher mit weiteren verwandten Patientendaten von Interesse gespeichert.
Die Berechnung der Entspannungszeitkonstante Tau aus einem RV-Drucksignal ist außerdem in den Signalformen der 15–17 veranschaulicht. 15 veranschaulicht die Berechnung der Entspannungszeitkonstante Tau aus den RV-Drucksignalen in einer Tierstudie. Der exponentielle Abfallabschnitt von RVP beginnt von dem Zeitpunkt für RV dP/dt MIN bei etwa 5,92 Sekunden. In diesem vom augenblicklichen Verhältnis von P zu dP/dt (unteres Feld) abgeleitetem Beispiel, wird berechnet, dass RV Tau etwa 68 ms beträgt.
Die 16 und 17 veranschaulichen die Übereinstimmung von RV Tau und LV Tau in einer Tierstudie, wobei sowohl der RV als auch der LV instrumentiert sind, um den LV-Druck (LVP), den RV-Druck (RVP), LV dP/dt und RV dP/dt abzuleiten. 16 veranschaulicht Grundlinienbedingungen und 17 veranschaulicht Bedingungen nach etwa 90 Sekunden einer intravenösen Infusion von Isoproterenol mit 0,02 μg/kg/min. Die Kontraktilität, wie sie in 17 mittels RV und LV dP/dt nachgewiesen wird, wird durch Isoproterenol verbessert (LV dP/dt max ist von 1200 auf 1440 mmHg/s erhöht). Die Entspannung ist ebenso deutlich verkürzt, wie sowohl in Bezug auf RV Tau als auch LV Tau ersichtlich ist, die von 32 ms und 31 ms in 16 auf 21 ms bzw. 23 ms in 17 fallen. Jedoch ist in beiden Fällen zu sehen, dass das RV Tau dem LV Tau dicht nachläuft und dass es möglich ist, RVP und RVP dP/dt zum Ableiten eines RV Tau zu verwenden, das für das LV Tau repräsentativ ist, wodurch es sicherer und einfacher gemacht wird, den Drucksensor zu implantieren.
Es wird außerdem angemerkt, dass die Zeitkonstante der ventrikulären Kontraktion unter Verwendung einer analogen Prozedur bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann über ein Zeitfenster, das dP/dt MAX unmittelbar vorausgeht, das Verhältnis von P zu dP/dt gemittelt werden, um die Zeitkonstante der exponentiellen Druckzunahme in der isovolumetrischen Periode zu gewinnen. Diese ist ein Index der systolischen Funktion.
Sammeln der Parameterdaten der endsystolischen Elastanz
Es wird angenommen, dass der Parameter der endsystolischen Elastanz E_ES ein nützlicher Indikator des Herzfehlerzustands ist und einen Hinweis auf den Zustand der Weiterentwicklung oder Rückbildung des Herzfehlers über den Vergleich von über die Zeit gesammelten E_ES-Parameterdaten liefern kann. Der Parameter der endsystolischen Elastanz E_ES umfasst eine Steigung, die aus einer Sammlung oder "Wolke" von "n" Datenpunkten der endsystolischen P_ES-Messungen, die gegen die gleichzeitig bestimmten Messungen des endsystolischen Herzkammervolumens V_ES aufgetragen werden, bestimmt wird.
7 zeigt die Schritte der Bestimmung des E_ES-Parameters in Schritt S414 von 4. Wenn die E_ES-Parametermessung gestartet wird, kann sie während "n" aufeinander folgenden schrittmacherangeregten Herzzyklen ausgeführt werden, wie in den Schritten S704–S706 veranschaulicht ist, oder während intrinsischer Herzzyklen, wie durch die unterbrochenen Linien veranschaulicht ist. Im letzteren Fall kann es ratsam sein, zu bestimmen, dass die Herzfrequenz und der Herzrhythmus zwischen den Schritten S702 und S712 in vorgegebenen Bereichen bleiben. Im ersteren Fall wird in Schritt S704 das Schrittmacher-EI berechnet, dass hinreichend kürzer als das intrinsische EI für eine Übersteuerungs-Schrittmacheranregung der Herzkammer ist, wobei in den Schritten S704–S708 wenigsten für "n" programmierte Schrittmacherzyklen eine Schrittmacheranregung mit fester Rate ausgeführt wird.
In beiden Fällen wird in Schritt S712 der Drucksensor-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 162 freigegeben, um den Herzkammer-Blutdruck zu messen und "N" abgetastete P- und dP/dt-Signale über den Herzzyklus zu bereitzustellen. Gleichzeitig wird in Schritt S714 der Impedanz-Leistungsversorgungs-und-Signalprozessor 180 freigegeben, um "N" Signale des Volumens V über den Herzzyklus zu entwickeln. Die "N" abgetasteten Signale von P und dP/dt und des Volumens V werden in Schritt S716 digitalisiert und dem Steuerungs- und Zeitgebersystem 102 zugeführt.
Der endsystolische Punkt von P_ES und V_ES wird in Schritt S718 bestimmt und in Schritt S720 im IMD-Speicher gespeichert. Die Bestimmung der endsystolischen P_ES- und V_ES-Abtastwerte am endsystolischen Punkt im Herzzyklus wird vorgenommen, indem zunächst ein dP/dt-MIN-Abtastwert bestimmt und ein P-Abtastwert und ein V-Abtastwert kurze Zeit, z. B. 20 ms, vor dem dP/dt-MIN-Abtastwert ausgewählt werden. Auf diese Weise werden "n" Sätze von Datenpunkten [P_ES, V_ES] zur Bestimmung von E_ES und Ableitung eines Korrelationskoeffizienten R und eines quadrierten Korrelationskoeffizienten R² in Schritt S726 akkumuliert.
Der E_ES-Datensatz-Zählwert wird danach in Schritt S722 inkrementiert, wobei der inkrementierte Zählwert in Schritt S724 mit einem programmierten Datensatz-Zählwert "n" verglichen wird. Der Bestimmungsprozess der n endsystolischen P_ES- und V_ES-Punktwerte wird erneut für das nächste intrinsische EI in Schritt S702 oder das nächste schrittmacherangeregte EI in Schritt S704 begonnen, wobei der Prozess wiederholt wird, bis der programmierte Datensatz-Zählwert "n" erreicht ist.
Es sei außerdem angemerkt, dass die Ereignisauslösekri terien von Schritt S406 in Schritt S402 programmiert werden können, um "immer" vorzuliegen, wenn Schritt S412 erfüllt ist oder eine Schrittmacheranregung mit fester Rate in den Schritten S704–S708 vorgesehen ist. In diesem Fall werden "n" Sätze von Datenpunkten [P_ES, V_ES] zur Bestimmung von E_ES und Ableitung eines Korrelationskoeffizienten R und eines quadrierten Korrelationskoeffizienten R² in Schritt S726 auf einer FIFO-Basis akkumuliert. Bei dieser Variante werden die Schritte S722 und S724 immer erfüllt, wenn die ersten "n" Sätze von Datenpunkten [P_ES, V_ES] akkumuliert werden.
Danach wird in jedem Fall in Schritt S726 eine lineare Regression der "n" Sätze von Datenpunkten [P_ES, V_ES] unter Verwendung von normalen Linearregressionstechniken durchgeführt, um die Steigung des abgetasteten Datensatzes, E_ES, einen Korrelationskoeffizienten R und den quadrierten Korrelationskoeffizienten R², wie in den 19 und 21 gezeigt ist, abzuleiten, wie unten weiter beschrieben wird.
In Schritt S728 wird der quadrierte Korrelationskoeffizient R² des Datensatzes der "n" Sätze von Datenpunkten [P_ES, V_ES] (der quadrierte Abtastwert-Korrelationskoeffizient R²) mit einem quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizent R² (z. B. 08–0,9), der zu Beginn in Schritt S402 programmiert wird, verglichen.
Die Steigung des abgetasteten Datensatzes von "n" endsystolischen Datenpunkten [P_ES, V_ES], der in Schritt S726 bestimmt wird, wird als die E_ES in Schritt S730 gespeichert, falls der quadrierte Abtastwert-Korrelationskoeffizient R² den Wert des quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizenten R² übersteigt, wie in Schritt S728 bestimmt wird. Falls die Schwellenwertbedingung nicht erfüllt ist, kann die Steigung des abgetasteten Satzes von "n" endsystolischen Werten [P_ES, V_ES] nicht sinnvoll bestimmt werden. Der akkumulierte Datensatz wird entweder verworfen, wobei die E_ES-Parametermessung abgebrochen wird, wie in 7 gezeigt ist, oder der Datensatz wird auf einer FIFO-Basis aktualisiert, indem entweder Schritt S702 oder Schritt S706 erneut gestartet werden. Der akkumulierte Datensatz und/oder die Steigung E_ES wird danach mit weiteren verbundenen Daten in Schritt S730 im IMD-Speicher gespeichert, falls die Steigung aus den gruppierten, aufgetragenen, sich überschneidenden Datenpunkten von "n" endsystolischen Werten [P_ES, V_ES] bestimmt werden kann.
18 ist eine graphische Darstellung von zehn aufeinander folgenden PV-Schleifen während einer Veränderung der Vorbelastung (Teilverschluss der Hohlvene) mit in der oberen linken Seite von 18 gezeigten endsystolischen PV-Punkten. Wenn eine lineare Regression unter Verwendung dieser zehn endsystolischen PV-Punkte von 18 durchgeführt wird, wird eine Gerade gebildet, wie in 19 gezeigt ist. Die Anpassung der in 19 gezeigten Geraden an die Punkte ist mit einer Korrelation von R² = 0,998 sehr gut. Eine endsystolische Elastanz E_ES von 9,69 wird durch die Steigung der Geraden nachgewiesen. Es wird erwartet, dass sich die Steigung in einer Weise ändert, die die Weiterbildung oder die Rückbildung des Herzfehlers in einem Herzen eines Patienten erkennen lässt.
Im Gegensatz dazu ist 20 eine graphische Darstellung von zehn aufeinander folgenden PV-Schleifen an einem Grundlinienzustand eines relativ normalen Herzens, das wenig physiologische Änderungen des gemessenen P und V zeigt. Im Ergebnis liegen die zehn endsystolischen PV-Punkte in der oberen linken Ecke von 20 aufeinander. Wenn eine lineare Regression unter Verwendung dieser zehn endsystolischen PV-Punkte in 21 durchgeführt wird, bilden diese Punkte nicht zuverlässig eine gute Gerade und erlauben somit keine Schätzung von E_ES. Die Korrelation von R² = 0,322 reicht aus, um zu erkennen, dass die E_ES-Steigung von 3,31 keine genaue Widerspiegelung der Physiologie ist und nach dem Vergleichsschritt S726 verworfen werden wird.
Die endsystolische Elastanz E_ES wird auf diese Weise periodisch oder kontinuierlich berechnet, um einen Satz solcher Steigungen zu speichern. Die gespeicherten Steigungen werden durch eine Aufwärtstelemetrie in ein externes Programmiergerät ausgelesen, wobei sie einer Linearregressionsanalyse unterworfen werden, um zu bestimmen, ob sich eine neuere Steigung gegenüber einer früheren Steigung in einer Weise verändert hat, die eine Verschlechterung oder eine Verbesserung einer CHF erkennen lässt. Eine Abnahme von E_ES impliziert eine Verminderung der systolischen Funktion und einen Verlust der kontraktilen Stärke.
Therapieabgabe:
In 23 veranschaulicht der Zeitablaufplan den Zeitablauf einer Abgabe einer Stimulation an eine Herzkammer mittels eines PESP/Schrittmacher-Ausgabeimpulsgenerators 150 von 3 sowohl in Bezug auf ein zeitlich gesteuertes Intervall von einem erfassten oder schrittmacherangeregten Ereignis als auch auf alternative Signalformen der ES-Stimulation. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine in der Spuraufzeichnung (e) veranschaulichte therapeutische Stimulationsverzögerung, von einem erfassten oder schrittmacherangeregten Ereignis (z. B. die veranschaulichten V-Ereignisse) ablaufen gelassen (time-out), das kürzer als die Refraktärperiode des Herzens ist, die von dem erfassten oder schrittmacherangeregten Ereignis aus andauert. Eine Reizimpulsfolge wird an die Atrien und/oder Ventrikel in dem dargestellten Therapieabgabeintervall der Spuraufzeichnung (f), das nach dem Ablauf der Verzögerung beginnt, abgegeben, so dass wenigsten der Anfangsimpuls (die Anfangsimpulse) der Impulsfolge in den Endabschnitt der Refraktärperiode fällt. Die Impulse des PESP-Abschnitts der abgegebenen Therapien sollen von überschwelliger Natur sein, d. h., von hinreichender Energie, um das Herz zu depolarisieren, wenn sie in der nichtrefraktären Periode des Herzzyklus abgegeben werden, so dass das Herz durch wenigstens einen der aus der Refraktärperiode fallenden PESP-Impulse erregt wird. Die während der Refraktärperiode abgegebenen Anfangsimpulse können außerdem das Herz verstärken. Der Einfachheit der Veranschaulichung halber sind die Spuraufzeichnungen (f)–(j) in der Länge ausgedehnt, wobei die Depolarisation des Herzens, die sie bewirken, in der Spuraufzeichnung (a) nicht gezeigt ist. Die Amplitude und die Anzahl von Refraktärintervallimpulsen und PESP-Impulsen in jeder Therapieimpulsfolge sowie der Abstand zwischen den Impulsen können außerdem von den veranschaulichten Spuraufzeichnungen (g)–(j) verschieden sein.
Das in der Spuraufzeichnung (b) detektierte ventrikuläre Erfassungs- oder Schrittmacherereignis löst außerdem das Ablaufen eines Auslöseintervalls in der Spuraufzeichnung (c) aus, das durch die Erfassung eines nachfolgenden atrialen oder ventrikulären Ereignisses, je nach der Betriebsart des Systems, beendet werden kann. Die erste in 23 dargestellte Sequenz zeigt den vollständigen Ablauf des Auslöseintervalls in der Spuraufzeichnung (c), der Refraktärperiode in der Spuraufzeichnung (d) und der Therapieverzögerungs- und Therapieabgabeintervalle in den Spuraufzeichnungen (e) und (f). Die Therapieverzögerungs- und Therapieabgabeintervalle können als eine Funktion eines intrinsischen V-V- oder V-A-Auslöseintervalls, das durch Messen und Mitteln von Intervallen zwischen intrinsischen ventrikulären und/oder atrialen Erfassungsereignissen oder schrittmacherangeregten Ereignissen abgeleitet wird, abgeleitet werden. Die Therapieverzögerung kann außerdem aus einer Messung des QT-Intervalls bestimmt werden. Wie veranschaulicht ist, verzögert die Therapieverzögerung in der Spuraufzeichnung (e) die Abgabe der Therapieimpulsfolge, bis der QRS-Komplex endet oder bis etwa 40–60 ms nach dem V-Ereignis deutlich vor dem Start der vulnerablen Periode des Herzens, die nahe dem Ende der T-Welle auftritt. Das Therapieabgabeintervall ist zeitlich so eingestellt, dass es deutlich vor dem Ende des zuvor abgeleiteten V-V- oder V-A-Auslöseintervalls abläuft, wobei es jedoch zur einfachen Veranschaulichung der Impulsfolgen in den Spuraufzeichnungen (f)–(j) gedehnt ist.
Die Therapiestimulationsenergie wird in Form eines Stoßes von X Stimulationsimpulsen konstanter oder veränderlicher Energie, die durch ein Puls- bzw. Impulstrennintervall zwischen jedem Puls- bzw. Impuls des Stoßes getrennt sind, abgegeben. Alle Impulse können die gleiche Amplitude und Energie besitzen, wie in Bezug auf die Signalform 3 der Spuraufzeichnung (i) gezeigt ist. Oder die voreilenden und/oder nacheilenden Impulse der Impulsfolge können linear ansteigende bzw. abfallende Amplituden ähnlich zu den in den Spuraufzeichnungen (g) und (h) veranschaulichten Signalformen 1 und 2 aufweisen. In den Spuraufzeichnungen (g) und (h) sind die Amplituden der linear ansteigenden Vorderflanke einer Untergruppe der Impulse des Stoßes von einer Anfangsamplitude auf eine maximale Amplitude zunehmend gezeigt. In der Spuraufzeichnung (g) sind die Amplituden der linear abfallenden Hinterflanke einer weiteren Untergruppe der Impulse des Stoßes von der maximalen Amplitude auf eine Endamplitude abnehmend gezeigt.
Alternativ kann die während der Refraktärperiode abgegebene Anfangsgruppe von Impulsen eine höhere Impulsamplitude oder Impulsbreite aufweisen, wie durch die in der Spuraufzeichnung (j) veranschaulichte Signalform 4 gezeigt ist. Die während der Refraktärperiode abgegebenen Hochenergieimpulse können den PESP-Effekt während nachfolgender Herzzyklen verbessern. Die Spuraufzeichnung (j) veranschaulicht außerdem alternative Anzahlen und einen alternativen Abstand der Impulse der Impulsfolge, wobei diese Ausführungsform selbstverständlich auch die Anzahl von Impulsen und den Impulsabstand der Signalformen 1–3 verwenden kann.
Außerdem kann es erwünscht sein, das Abgeben irgendwelcher Therapieimpulse in der vulnerablen Periode des Herzens nahe dem Ende der T-Welle zu vermeiden, insbesondere dann, wenn während der Refraktärperiode Hochenergieimpulse abgegeben werden. Die Spuraufzeichnung (j) veranschaulicht außerdem eine Verzögerung der vulnerablen Periode zwischen den Hochenergieimpulsen, die während der Refraktärperiode abgegeben werden, und den PESP-Impulsen niedrigerer Energie, um das Abgeben irgendwelcher Impulse während der vulnerablen Periode des Herzens zu vermeiden. Es ist außerdem möglich, die Impulsenergie der später in der Refraktärperiode abgegebenen Impulse zu senken.
Die Therapieabgabefähigkeit wird vorzugsweise in ein System, das sowohl herkömmliche Schrittmachertherapien und -betriebsarten als auch Fähigkeiten der Kardioversion/Defibrillation umfasst, oder als ein Einzelsystem zur einfachen Bereitstellung von Impulstherapien, um eine Verstärkung der Herzmuskelzellen zwischen in 23 gezeigten erfassten PQRST-Komplexen zu bewirken, implementiert.
Schlussfolgerung:
Es wird angenommen, dass die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen von besonderem Vorteil für Patienten sind, die an einem Herzfehler einschließlich einer chronischen CHF und ihren Varianten leiden, wie oben beschrieben ist. Selbstverständlich bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit einer Überwachung und Behandlung einer breiten Vielzahl akuter und chronischer Herzfunktionsstörungen, die sich ergeben aus:
Es wird angenommen, dass die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen von besonderem Vorteil für Patienten sind, die an einem Herzfehler einschließlich eines chronischen HF und seiner Varianten leiden, wie oben beschrieben ist. Es sei zu verstehen gegeben ... einer breiten Vielzahl akuter und chronischer mechanischer Herzfunktionsstörungen, die sich ergeben aus:

einem akuten und chronischen Herzfehler; einem kardialen Schock;
Arzneimittelüberdosen einschließlich von Agenzien, die häufig zur Behandlung eines HF verwendet werden wie etwa Beta-Blocker,
verzögerten Tachyarrhythmien (z. B. VT, AT/AF) oder einer Bradykardie;
einer elektromechanischen Dissoziation;
einer Herzfunktionsstörung oder einer impulslosen elektrischen Aktivität, die mit einer Wiederbelebung verbunden ist;
einer postkardialen Bypass-Operation mit einer Kardioplegie;
einer schweren Atemfunktionsstörung und Hypoxie;
einer Koronararterienischämie infolge eines Thrombus oder einer chirurgischen Behandlung;
einem akuten Herzinfarkt, und
irgendwelchen anderen Herzfunktionsstörungen und Erkrankungsprozessen, die für den Arzt offensichtlich sind.

Folglich ist der Ausdruck "Herzfehler", wie er oben und in den folgenden Ansprüchen verwendet ist, so zu verstehen, dass er all dies umfasst.

Claims

Implantierbare medizinische Vorrichtung, die ein System zum Überwachen des Zustandes eines Herzfehlers bzw. Herzversagens des Herzens eines Herzfehlerpatienten und zum Ausgeben einer Therapie enthält, mit: Pulserzeugungsmitteln (14) zum wahlweisen Erzeugen und Anwenden eines Schrittmacherpulses auf wenigstens eine Herzkammer, um eine Kontraktion der Herzkammer zu bewirken, die einen Herzzyklus einleitet, und zum wahlweisen Erzeugen und Anwenden eines extrasystolischen elektrischen Reizes auf die wenigstens eine Herzkammer bei Time-Out bzw. Ende bzw. Unterbrechung eines extrasystolischen Ersatzintervalls, um eine postextrasystolische Verstärkung zu induzieren, die die Stärke der Kontraktion der Herzkammer erhöht; Mitteln (19) zum Erfassen elektrischer Signale zum Erfassen der elektrischen Signale des Herzens in der wenigstens einen Herzkammer und zum Bereitstellen eines Erfassungsereignissignals, das die Kontraktion des Herzens, die einen Herzzyklus beginnt, anzeigt bzw. meldet; Herzkammervolumen-Messmitteln (108) zum Messen des Volumens einer Herzkammer wenigstens über einen Abschnitt eines Herzzyklus und zum Bereitstellen eines Blutdruckwertes; gekennzeichnet durch Parameterableitungsmittel (102, 108) zum wahlweisen Freigeben des Betriebs der Pulserzeugungsmittel, der Mittel zum Erfassen elektrischer Signale, der Herzkammervolumen-Messmittel und der Blutdruck-Messmittel, um periodisch mehrere Herzfehlerparameter, die den Zustand des Herzfehlers angeben, aus ausgewählten gemessenen Werten des Kammervolumens und des Blutdrucks abzuleiten, wobei die Herzfehlerparameter enthalten: einen Tau-Parameter, der eine Entspannungs- oder Kontraktionszeitkonstante der Herzkammer repräsentiert, einen Parameter der mechanischen Restitution, der die mechanische Antwort einer Herzkammer auf elektrische Reize, die vorher zu unterschiedlichen Zeiten während mehrerer Herzzyklen auf die Herzkammer angewendet werden, repräsentiert, einen Rezirkulationsbruchteil-Parameter, der die Zunahme der Stärke einer Kontraktion der Herzkammer in Reaktion auf einen an die Herzkammer während eines Herzzyklus angewendeten elektrischen Reizes und die Abfallrate der Zunahme der Stärke aufeinander folgender Kontraktionen der Herzkammer über eine Reihe von Herzzyklen hinweg repräsentiert; und einen Elastanz-Parameter, der die Steigung aufgetragener Mengen des endsystolischen Blutdrucks gegen das endsystolische Kammervolumen über mehrere Herzzyklen hinweg repräsentiert; und Therapieabgabemittel (106), um in Reaktion auf einen bestimmten Herzfehlerparameter die Pulserzeugungsmittel in einer Therapieabgabe-Betriebsart zu betreiben, um die Stärke der Kontraktion des Patientenherzens zu erhöhen und den Herzfehlerzustand zu verbessern.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Therapieabgabemittel ferner enthalten: Mittel zum Bereitstellen einer Therapieverzögerung, die anhand eines Schrittmacherpulses oder eines erfassten Ereignisses zeitlich eingestellt wird und die innerhalb der refraktären Periode des Herzens, jedoch außerhalb der vulnerablen bzw. anfälligen Periode des Herzens, verstreicht, zum Bereitstellen einer Therapie-Stoßpulsanzahl X und zum Bereitstellen eines Therapiepuls-Trennintervalls zwischen jedem Puls eines Therapiestoßes aus X Pulsen; Mittel zum Beenden bzw. Unterbrechen (Time-Out) der Therapieverzögerung und zum Auslösen der Ausgabe eines oder mehrerer Stoß-Schrittmacherpulse innerhalb der refraktären Periode; und Mittel zum Beenden des Impulstrennintervalls für jeden der verbleibenden Stoß-Schrittmacherpulse und zum Auslösen der Ausgabe wenigstens eines Stoß-Schrittmacherpulses außerhalb der refraktären Periode, um die Stärke der Kontraktion des Patientenherzens zu erhöhen.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tau-Parameter-Ableitungsmittel ferner enthalten: Mittel zum Betreiben der Blutdruck-Messmittel, damit sie N Blutdruck-Messungen (P) und Blutdruckänderungsraten-Messungen (dP/dt) in der Herzkammer mit einer vorgegebenen Abtastrate über einen Herzzyklus nach einer natürlichen, intrinsischen oder durch Schrittmachen bzw. Stimulation bewirkten Depolarisation der Herzkammer ausführen; Mittel zum Bestimmen von dP/dt MIN und der Zeit von dP/dt MIN während des Herzzyklus; und Mittel zum Ableiten des Tau-Parameters zur Zeit von dP/dt MIN als Funktion einer Menge von Abtastwerten des Drucks P und von dP/dt innerhalb eines Zeitfensters, das beginnend der Zeit dP/dt MIN gemessen wird.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rezirkulationsbruchteil-Parameter-Ableitungsmittel ferner enthalten: Mittel zum Betreiben der Pulserzeugungsmittel, um einen Schrittmacherbetrieb mit fester Rate direkt oder indirekt für eine Herzkammer bereitzustellen, um die Herzfrequenz der Herzkammer in einem stationären Zustand (SS) über eine erste vorgegebene Anzahl von Schrittmacher-SS-Herzzyklen zu stabilisieren; Mittel zum Betreiben der Pulserzeugungsmittel, um eine extrasystolische Stimulation (ES-Stimulation) für eine Herzkammer nach einem extrasystolischen Intervall, das anhand eines Schrittmacherimpulses während jedes von wenigstens einem Schrittmacher-ES-Herzzyklus zeitlich gesteuert wird, bereitzustellen; Mittel zum Betreiben der Blutdruck-Messmittel, um N Blutdruck-Messungen (P) und Blutdruckänderungsraten-Messungen (dP/dt) in der Herzkammer, die direkt oder indirekt durch die ausgegebenen Schrittmacherpulse depolarisiert wird, mit einer vorgegebenen Abtastrate über wenigstens einen Abschnitt einer zweiten vorgegebenen Anzahl von Schrittmacher-Herzzyklen, die dem letzten Schrittmacher-ES-Herzzyklus folgen, auszuführen; Mittel zum Bestimmen einer maximalen Blutdruckänderungsrate (dP/dt MAX(ES)) während jedes Zyklus der zweiten vorgegebenen Anzahl von Schrittmacher-Herzzyklen, die dem letzten Schrittmacher-ES-Herzzyklus folgen, wobei die bestimmten dP/dt MAX(ES)-Werte und die jeweilige Schrittmacher-Herzzyklus-Anzahl eine RF-Parameterdatenmenge enthalten, wobei jeder bestimmte dP/dt MAX(ES)-Wert jeder gespeicherten RF-Parameterdatenmenge in Bezug auf die Schrittmacher-Herzzyklus-Anzahl aufgetragen werden kann, um den exponentiellen Abfall der dP/dt MAX(ES)-Werte über die Zeit hinweg darzustellen, der den Abfall des PESP-Effekts in der Herzkammer nach der Ausgabe der ES-Stimulation reflektiert.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Rezirkulationsbruchteil-Parameter-Ableitungsmittel ferner enthalten: Mittel zum Betreiben der Blutdruckmessmittel, damit sie N Blutdruckmessungen (P) und Blutdruckänderungsraten-Messungen (dP/dt) in der Herzkammer, die direkt oder indirekt durch den ausgegebenen Schrittmacherimpuls depolarisiert wird, mit einer vorgegebenen Abtastrate während des wenigstens einen Schrittmacher-SS-Herzzyklus auszuführen; Mittel zum Bestimmen einer maximalen Blutdruckänderungsrate (dP/dt MAX(SS)) während des SS-Herzzyklus; und Mittel zum Bestimmen, dass der wenigstens eine bestimmte dP/dt MAX(ES)-Wert den dP/dt MAX(SS-Wert) übersteigt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Ableiten des endsystolischen Elastanzparameters zum Ableiten der Steigung aufgetragener Mengen des endsystolischen Blutdrucks gegenüber dem endsystolischen Kammervolumen über mehrere Herzzyklen hinweg ferner enthalten: (a) Mittel zum Betreiben der Blutdruckmessmittel und der Herzkammervolumen-Messmittel, damit sie N Blutdruckmessungen (P) und N Volumenmessungen (V) der Herzkammer mit einer vorgegebenen Abtastrate über eine Reihe von Herzzyklen nach einer natürlichen, einer intrinsischen oder einer durch Schrittmacherimpulse bewirkten Depolarisation der Herzkammer ausführen; (b) Mittel zum Auswählen der Messungen des endsystolischen Blutdrucks (P_ES) und der Messungen des endsystolischen Volumens (V_ES) bei dem endsystolischen Punkt in jedem Herzzyklus; (c) Mittel zum Bereitstellen eines Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R²; (d) Mittel zum Akkumulieren von n Mengen von endsystolischen Datenpunkten [P_ES, V_ES]; (e) Mittel zum Ausführen einer linearen Regression der "n" Mengen von [P_ES, V_ES]-Datenpunkten, um die Steigung der abgetasteten Datenmenge, einen Abtast-Korrelationskoeffizienten R und einen quadrierten Abtast-Korrelationskoeffizienten R² abzuleiten; (f) Mittel zum Vergleichen des quadrierten Abtast-Korrelationskoeffizienten R² mit dem quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R²; und (g) Mittel zum Speichern der abgeleiteten Steigung als die endsystolische Elastanz, falls der quadrierte Abtast-Korrelationskoeffizient R² den quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R² übersteigt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Mittel zum Ableiten des endsystolischen Elastanzparameters ferner enthalten: Mittel, die betreibbar sind, falls der quadrierte Abtastwert-Korrelationskoffizient R² den quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R² bei kontinuierlich arbeitenden Mitteln (a)–(f) nicht übersteigt, um die "n" Mengen von [P_ES, V_ES]-Datenpunkten zu entwickeln, wobei die älteste Menge von [P_ES, V_ES]-Datenpunkten durch die jüngste Menge von [P_ES, V_ES]-Datenpunkten auf einer FIFO-Basis ersetzt wird, bis der quadrierte Abtast-Korrelationskoeffizient R² den quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R² übersteigt, und um dann die Mittel (g) zum Speichern der abgeleiteten Steigung als die endsystolische Elastanz zu speichern, wenn der quadrierte Abtastwert-Korrelationskoffizient R² den quadrierten Schwellenwert-Korrelationskoeffizienten R² übersteigt.
Implantierbare medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Ableiten des mechanischen Restitutionsparameters ferner enthalten: Mittel zum Betreiben der Pulserzeugungsmittel, um einen Schrittmacherbetrieb mit fester Rate bzw. Frequenz direkt oder indirekt für eine Herzkammer bereitzustellen, um die Herzfrequenz in einem stationären Zustand (SS) über eine erste vorgegebene Anzahl von Schrittmacher-SS-Herzzyklen zu stabilisieren; Mittel zum Betreiben der Blutdruckmessmittel, damit sie N Blutdruckmessungen P und dP/dt in der Herzkammer, die direkt oder indirekt durch den ausgegebenen Schrittmacherimpuls depolarisiert wird, mit einer vorgegebenen Abtastrate während wenigstens eines Schrittmacher-SS-Herzzyklus auszuführen; Mittel zum Bestimmen der maximalen Blutdruckänderungsrate (dP/dt MAX(SS)) während des SS-Herzzyklus; Mittel zum Betreiben der Pulserzeugungsmittel, um einen Schrittmacherbetrieb mit fester Rate zu schaffen und um eine extrasystolische Stimulation (ES) in unterschiedlichen zeitlich gesteuerten extrasystolischen Intervallen, die anhand eines Schrittmacherimpulses zeitlich gesteuert werden, während jedes Zyklus einer zweiten vorgegebenen Anzahl von Schrittmacher-ES-Herzzyklen bereitzustellen; Mittel zum Betreiben der Blutdruckmessmittel, damit sie N Blutdruckmessungen P und dP/dt in der Herzkammer mit einer vorgegebenen Abtastrate wenigstens über einen Teil jedes Zyklus der zweiten vorgegebenen Anzahl von Schrittmacher-ES-Herzzyklen ausführen; Mittel zum Bestimmen der maximalen Blutdruckänderungsrate (dP/dt MAX(ES)) während jedes ES-Herzzyklus; und Mittel zum Verarbeiten jeder bestimmten dP/dt MAX(ES) in Bezug auf dP/dt MAX(SS), um Datenmengen der mechanischen Restitution abzuleiten, aus denen die Zeitkonstante der systolischen Restitution tc_mrc abgeleitet wird.