DE69314747T2

DE69314747T2 - Vorrichtung zum beenden einer tachycardie

Info

Publication number: DE69314747T2
Application number: DE69314747T
Authority: DE
Inventors: Rahul Mehra
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-01-15
Also published as: JP2601762B2; AU656458B2; AU3471093A; EP0592617B1; DE69314747D1; WO1993020891A1; JPH06503505A; US5275621A; CA2102492C; CA2102492A1; EP0592617A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein implantierbare Stimulatoren und insbesondere implantierbare Cardioverter und Defibrillatoren.
Cardioversions- und Defibrillationsimpulse wurden traditionell synchronisiert, um Herzdepolarisationen zu erfassen. Das Synchronisieren wurde im Zusammenhang mit externen und implantierbaren Cardiovertern und/oder Defibrillatoren durch einen R-Zacken- Detektor vorgenommen, der ein kurzes Intervall danach einen Cardioversions- oder Defibrillationsimpuls auslöst.
Das Intervall zwischen der R-Zacken-Erfassung und der Abgabe eines Cardioversions- oder Defibrillationsimpulses hat bei verschiedenen Asführungen aus dem Stand der Technik etwas geschwankt. In den meisten Fällen scheint die Verzögerung vielmehr eine stets vorhandene Funktion der Schaltung der Vorrichtung zu sein als ein Ergebnis eines Versuches, einen idealen Zeitablauf des Defibrillationsimpulses bezüglich der erfaßten R- Zacke zu erzeugen. Im Haluska u.a. erteilten US-Patent 4 830006 wird jedoch nahegelegt, daß die Verzögerung zwischen der R-Zacken-Erfassung des intracardialen EGM und der Abgabe des Cardioversionsschocks zum Erreichen einer optimalen Synchronisation vom Arzt einstellbar sein sollte.
Herkömmliche R-Zacken-Detektoren wiesen ein Bandpaßfilter und einen Schwellenwertdetektor auf und wurden im allgemeinen zu Synchronisationszwecken verwendet. Es wurde jedoch eine Synchronisation bezüglich anderer Merkmale des Elektrogramms vorgeschlagen. Beispielsweise ist im Mower erteilten US-Patent 4 559 946 eine Synchronisation auf den Punkt der größten Steigung des intracardialen EGM vorgeschlagen.
Aus praktischen Gründen erfaßt eine intracardiale oder Oberflächen-R-Zacken Erfassungsschaltung typisch das Auftreten einer R-Zacke zu einem Zeitpunkt, der typisch etwas hinter dem Einsetzen der R-Zacke liegt und der typisch abhängig von der Morphologie der speziellen aufneommenen R-Zacke schwankt. Daher ist die Synchronisation des Cardioversionsimpulses mit der R-Zacke etwas veränderlich. Im Zusammenhang mit implantierbaren Vorrichtungen waren die zur Synchronisation verwendeten R-Zacken-Detektoren mit einem Elektrodenpaar am oder im Herzen oder mit einem Elektrodenpaar, das eine erste Elektrode im oder am Herzen und eine zweite ferne Elektrode enthält, gekoppelt. Ein früherer Versuch, eine verbesserte Steuerung der Beziehung zwischen der Depolarisation des Herzens und der Abgabe eines Cardioversionsimpulses zu erreichen, ist in EP-A- 563 126 für eine stimulierte Cardioversion ("Paced Cardioversion") von Mehra ausgeführt.
In dieser Anmeldung hat der Erfinder eine übersteuerte Stimulation auf die Erfassung der Tachyarrhythmie hin und eine Synchronisation des abgegebenen Cardioversionsimpulses mit dem übersteuerten Schrittmacherimpuls vorgeschlagen. Wenngleich angenommen wird, daß diese Methode verwendbar ist, ist ein zusätzlicher Energieaufwand in Form von übersteuerten Schrittmacherimpulsen erforderlich.
In WO93103791 ist ein implantierbarer Cardioverter/Defibrillator offenbart, der zwischen einer Ventrikeltachycardie und einer Ventrikelfibrillation unterscheiden kann und der eine geeignete Behandlungseinrichtung aktivieren kann. Die Vorrichtung hat zwei Elektrodenpaare. Jedes Paar identifiziert einen einer Ventrikeldepolarisation zugeordneten vorgegebenen Bezugspunkt im elektrischen Signal. Das zwei Bezugspunkte trennende Zeitintervall wird bestimmt, und die summierte zwischen zwei Schlägen auftretende Änderung dieser gemessenen Intervalle wird über eine Reihe erfäßter Polarisationen analysiert.
In EP-A-0 560 569 ist ein Defibrillations-Cardioversionssystem offenbart, das mittels an zwei oder mehreren Stellen beobachteter elektrischer Spannungs-Zeit-Signale vom Herzen einen Hinweis auf eine Ventrikelfibrillation und eine Ventrikeltachycardie liefert.
In EP-A-0 220 916 ist auch eine Einrichtung zum Erkennen einer Ventrikeltachycardie und einer Ventrikelfibrillation offenbart, wobei Impulssequenzen verglichen werden, die erhalten werden, wenn wenigstens eine Position an jeder epikardialen Ventrikeloberfläche eines Herzens abgetastet wird. Es kann eine geeignete Reaktion erfolgen, um eine die normale Ventrikelaktivität des Herzens darstellende Impulssequenz wiederherzustellen.
WO93/03791 und EP-A-0 560569 sind Zwischendokumente. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein implantierbarer Cardioverter oder Defibrillator vorgesehen, der folgendes enthält:
eine erste Elektrodeneinrichtung zum Aufnehmen von Depolarisationen eines Herzhohlraums anzeigenden Signalen aus diesem Herzhohlraum,
eine zweite Elektrodenanordnung zum Aufhehmen von Depolarisationen des Herzhohlraums anzeigenden Signalen aus diesem Herzhohlraum,
eine mit der ersten Elektrodenanordnung gekoppelte erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Auftretens eines ersten Ereignisses innerhalb eines der Signale aus dem Herzhohlraum, das eine Depolarisation des Herzhohlraums anzeigt,
eine mit der zweiten Elektrodenanordnung gekoppelte zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Auftretens eines zweiten Ereignisses innerhalb eines der Signale aus dem Herzhohlraum, das eine Depolarisation des Herzhohlraums anzeigt, und
eine Einrichtung zum Messen einer Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten des ersten und dem des zweiten Ereignisses,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung, die eine Cardioversions- oder Defibrillations-Impulsverzogerung als Funktion der gemessenen Zeitdifferenz definiert,
eine Einrichtung zum Einleiten einer Zeitsteuerung einer solchen Cardioversions- oder Defibrillationsimpulsverzögerung nach Auftreten eines der zweiten Ereignisse, und
eine Einrichtung zur Abgabe eines Cardioversions- oder Defibrillationsimpulses an das Herz nach Ablauf der Cardioversions-Impulsverzögerung, wobei
die erste Elektrodenanordnung eine Einrichtung zum Aufnehmen von Depolarisationen eines Herzhohlraums anzeigenden Fernfeldsignalen umfäßt,
das erste Ereignis der Einsatzpunkt eines solchen Fernfeldsignals ist,,
die zweite Elektrodenanordnung eine Einrichtung zum Erfässen von Depolarisationen des Herzhohlraums anzeigenden Nahfeldsignalen umfaßt, und
das zweite Ereignis die Erfassung eines Nahfeldsignals ist und das Verzögerungsintervall eine Funktion davon ist.
Der Erfinder hat herausgefunden, daß eine genaue Zeitsteuerung der Abgabe von Cardioversionsimpulsen bezüglich erfäßter R-Zacken sehr wichtig ist, um eine Cardioversion bei einem möglichst niedrigen Energieniveau zu erreichen und um die Möglichkeiten emer Beschleunigung der Tachycardie zu minimieren. Der Erfinder hat herausgefunden, daß es zum Erreichen dieser Ziele wünschenswert ist, die Abgabe des Cardioversionsimpulses mit dem in einem Fernfeld-Elektrogramm gemessenen Einsatzpunkt der R-Zacke zu synchronisieren und den Impuls eine gewnschte Verzögerungszeit (Δ) nach dem Einsetzen abzugeben. Für externe Vorrichtungen kann das Oberflächen-Elektrocardiogramm als das Fernfeld-Elektrogramm verwendet werden. Im Zusammenhang mit einer implantierbaren Vorrichtuug kann das Fernfeld-Elektrogramm unter Verwendung einer oder mehrerer vom Herzen entfernt angeordneter Elektroden erhalten werden. Beispielsweise können zwei zusätliche Elektroden in einer mit derjenigen in WO92/17240 von Combs u.a. offenbarten analogen Weise am Gehäuse des implantierbaren Impulsgenerators angeordnet sein.
Falls das Einsetzen jedoch durch digitale Signalverarbeitung zu bestimmen ist, wäre es für eine Verwendung des erfäßten Einsetzens zu Synchronisationszwecken erforderlich, daß die zum Bestimmen der Einsatzzeit notwendige digitale Verarbeitung in einem Zeitraum beendet wird, der kurz genug ist, um die Zeitsteuerung der Synchronisationsverzögerung nach der Identifikation des Einsatzpunktes zu ermöglichen. Wenngleich diese Methode verwendbar ist, ist sie möglicherweise in vielen Fällen nicht praktisch geeignet. Es wird daher als Alterrative vorgeschlagen, daß Nahfeldelektroden, bei denen ein herkömmlicher R- Zacken-Detektor verwendet wird, zu Synchronisationszwecken benutzt werden können, wobei jedoch die Fähigkeit erhalten bleibt, den Defibrillationsimpuls wirksarn mit dem Einsetzen der entsprechenden Fernfeld-R-Zacke zu synchronisieren.
Falls Nahfeldelektroden zu Synchronisationszwecken verwendet werden, kann der Cardioversionsimpuls dennoch dem Einsetzen einer in einem Fernfeld-Elektrogramm wahrgenommenen R-Zacke zeitlich zugeordnet nach einem Intervall (Δ) abgegeben werden. Das Fernfeld-Elektrogramm kann mittels einer im Herzen oder angrenzend an das Herz angeordneten Elektrode und einer fernen Elektroden oder mittels zweier ferner Elektroden gemessen werden. Die Einsatzzeit (T&sub0;) einer Fernfeld-R-Zacke kann mit der Erfassungszeit (Td) der entsprechenden in einem Nahfeld-Elektrogramm mittels eines herkömmlichen R- Zacken-Detektors wahrgenommenen R-Zacke verglichen werden. Das Nahfeld-Elektrogramm kann mittels eines am oder im Herzen angeordneten Paars sich in dichtem Abstand befindender Elektroden wahrgenommen werden. Das Zeitintervall (Td - T&sub0; = t) zwischen den beiden gemessenen Zeitpunkten kann vom gewünschten Verzögerungsintervall A subtrahiert werden, um eine abgeleitete Verzögerung (Δ - t) zu erzielen, die ein Intervall vor oder nach der Nahfeld-R-Zacken-Erfässung definiert, das zur Berechnung der Synchronisationsverzögerung (SD) für den abgegebenen Cardioversionsimpuls verwendet werden kann, welche in gleicher Weise wie eine Verzögerung wirkt, die anhand des durch die Fernfeldelektroden wahrgenommenen Einsetzens der R-Zacke berechnet wird.
Falls die abgeleitete Verzögerung (Δ - t) positiv ist, kann die Synchronisation anhand der Erfässung der Nahfeld-R-Zacke erfolgen, die der R-Zacke zugeordnet ist, mit der die Abgabe des Impulses zu synchronisieren ist. Der Cardioversionsimpuls kann mit anderen Worten bei einer Synchronisationsverzögerung SD = (Δ - t) nach der Erfassung der entsprechenden Nahfeld-R-Zacke abgegeben werden. Falls die abgeleitete Verzögerung jedoch negativ ist, muß die Synchronisation mit einer R-Zacke durch eine zeitliche Zuordnung zur vorhergehenden Erfassung einer Nahfeld-R-Zacke vorgenommen werden. In diesem Fall löst eine Erfassung einer Nahfeld-R-Zacke eine vergrößerte Synchronisationsverzögerungsperiode SD = (VTCL + Δ - t) aus, wobei "VTCL" das mittlere gemessene R-R-Intervall der Tachycardie ist. Dies ermöglicht die Abgabe des Cardioversionsimpulses zum gewünschten Zeitpunkt nach dem Einsetzen der Fernfeld-R-Zacke, schließt jedoch die Erfassung der der unmittelbar vorhergehenden R-Zacke zugeordneten Nahfeld-R-Zacke zeitlich aus.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform verständlich, die zusammen mit der begleitenden Zeichnung gelesen werden sollte und nur als Beispiel dient, wobei
in Figur 1 ein transvenöses/subkutantes Elektrodensystem dargestellt ist, das zur Verwendung mit einem Schrittmacher/Cardioverter/Defibrillator gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
Figur 2 ein Zeitablaufdiagramm ist, in dem die Beziehung zwischen den Nahfeld- und den Fernfeldelektrogrammen und den damit verbundenen Zeitintervallen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,
Figur 3 ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Ausführungsform eines implantierbaren Schrittmachers/Cardioverters/Defibrillators ist, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann,
die Figuren 4, 5 und 6 Funktionsflußdiagramme sind, in denen die in einer in Figur 3 dargestellten mikroprozessorgestützten Vorrichtung verwirklichte erfindungsgemäße Arbeitsweise dargestellt ist,
die Figuren 7 und 8 simulierte dipolare Endocardial-Elektrogramme und zugeordnete Zeitablaufdiagramme sind, in denen die Synchronisation von Cardioversionsimpulsen mittels der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Figur 1 sind ein implantierbarer Schrittmacher/Cardioverter/Defibrillator 100 sowie sein zugeordnetes Leitungssystem dargestellt, die im Herzen und angrenzend an das Herz implantiert sind. Das Leitungssystem beinhaltet, wie dargestellt, eine Koronarsinusleitung 112, eine rechte Ventrikelleitung 106 sowie eine subkutane Leitung 114. Die Koronarsinusleitung 112 ist mit einer im Koronarsinus 111 und im Bereich der großen Vene bei 113 angeordneten langgestreckten Elektrode versehen, die sich bis etwa zum Punkt 115, bei dem sich die große Vene nach unten zur Herzspitze 117 hin wendet, um das Herz herum erstreckt. Die rechte Ventrikelleitung 106 enthalt eine langgestreckte Defibrillationselektrode 110, eine Ringelektrode 117 und eine schraubenförmige Elektrode 108, die an der rechten Ventrikelspitze 117 in das Gewebe des rechten Ventrikels eingeschraubt ist. Die Leitungen 106 und 112 können den im am 14. Mai 1991 erteilten US-Patent 5 014 696 von Mehra für ein "Endocardial Defibrillation Electrode System" offenbarten Leitungen entsprechen. Eine subkutane Elektrodenleitung 114 ist auch als in den linken Brustkorb implantiert dargestellt. Die Leitung 114 kann der im am 3. September 1991 erteilten US-Patent 5 044 374 von Lindemans u.a. für eine "Medical Electrical Lead" dargestellten Leitung entsprechen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bietet das dargestellte Leitungs- System mehrere Elektrodenpaare, die bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Das Fernfeld-Meßelektrodenpaar kann eine mit einer am Gehause des implantierbaren Impulsgenerators angeordneten Elektrode gepaarte Ringelektrode 116 aufweisen. Die Elektroden 108 und 116 können zum Ausmessen des Nahfeldes verwendet werden. Die Elektrode 116 wird im Zusammenhang mit der Elektrode 108 oder in Zusammenhang mit einer am Gehäuse des Impulsgenerators angeordneten Elektrode im allgemeinen zur Abgabe von Herzschrittmacherimpulsen verwendet. Die Elektroden an den Leitungen 112, 114 und die Elektrode 110 an der Leitung 106 werden verwendet, um Cardioversions- und Defibrillationsimpulse abzugeben.
In Figur 2 sind Nah- und Fernfeldelektrogramme sowie das Verfahren, durch das die gewünschte Synchronisationsverzögerung gemäß der vorliegenden Erfindung abgeleitet werden kann, dargestellt. Die obere Spur stellt ein simuliertes Fernfeld-Elektrogramm dar, wie es beispielsweise unter Verwendung der Elektrode 116 (Fig. 1) und einer fernen Elektrode wahrgenommen würde. R-Zacken 300 und 302 sind zusammen mit einem synchronisierten Cardioversionsimpuls 304 dargestellt. Das Einsetzen der R-Zacken 300 und 302 tritt bei 310 bzw. 312 auf In der zweiten Spur ist ein simuliertes dipolares Ventrikel-Elektrogramm dargestellt, das beispielsweise zwischen den Elektroden 108 und 116 (Fig. 1) wahrgenommen würde. Die R-Zacken 306 und 308 entsprechen jeweils den R-Zacken 300 und 302. Die dritte Spur ist eine Darstellung der Ausgabe eines R-Zacken-Detektors, der an das Nahfeld-Elektrodenpaar gekoppelt ist, das verwendet wird, um das Nahfeld-Elektrogramm der zweiten Spur abzuleiten. Bei 314 und 316 treten Meßerfassungssignale auf, die jeweils den R-Zacken 306 und 308 entsprechen.
Wie oben erörtert wurde, wird das Intervall "t" durch Subtrahieren des Einsatzpunkts der Fernfeld-R-Zacke 300 von der entsprechenden Nahfeld-Meßerfassung 314 abgeleitet. Es ist dargestellt, daß sich die Tachycardie-Zykluslänge VTCL zwischen den aufeinanderfolgenden R-Zacken-Erfassungen 314 und 316 erstrecken. Beide Verfahren zur Berechnung der Synchronisationsverzögerung sind dargestellt, was eine gewünschte Verzögerung Δ nach dem Einsetzen der R-Zacke 302 zur Abgabe des Cardioversionsimpulses 304 fülul. Im ersten Fall kann die Synchronisationsverzögerung (SD) (Δ-t) gleichen, und sie wird in Reaktion auf die Meßerfässung 316 eingeleitet. Das Ergebnis besteht darin, daß der Cardioversionsimpuls 304 an einem Einsatzpunkt der R-Zacke 302 plus Δ abgegeben wird. Das alternative Verfahren zum Berechnen der Synchronisationsverzögerung liefert eine anhand der Meßerfassung 314 berechnete Verzögerung. In diesem Fall gleicht die Synchronisationsverzögerung (VTCL+Δ-t), und sie wird auf die der R-Zacke 300 zugeordnete Meßerfassung 314 hin vor der R-Zacke 302, mit der der Cardioversionsimpuls zu synchronisieren ist, eingeleitet. In diesem Fall wird der Cardioversionsimpuls 304 auch beim Einsetzen der R-Zacke 302 + Δ abgegeben. Es wird angenommen, daß es wahrscheinlicher ist, daß das oben erörterte zweite Verfahren der Berechnung der Synchronisationsverzögerung un ter diesen Umständen verwendet wird, unter denen die abgeleitete Verzögerung (Δ-t) negativ ist. Es kann jedoch auch in den Fällen verwendet werden, in denen die abgeleitete Verzögerung positiv ist, falls dies gewünscht ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird der abgegebene Hochspannungsimpuls als "Cardioversionsimpuls" bezeichnet. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, daß es in manchen Fällen schwierig ist, die frühen Stadien einer Ventrikelfibrillation von einer schnellen Ventrikeltachycardie zu unterscheiden, und der abgegebene Cardioversionsimpuls kann tatsächlich als ein Defibrillationsimpuls wirken, durch den die frühen Stadien der Fibrillation beendet werden. Daher ist die spezielle Natur des überwachten Herzrhythmus (Tachycardie gegen Fibrillation) für die Zwecke der Erfindung weniger wichtig als die Fähigkeit, die Abgabe des Impulses hoher Spannung zuverlässig aufzunehmen und zu synchronisieren. Der Begriff "Cardioversion" sollte daher für die Zwecke der vorliegenden Erfindung breit ausgelegt werden.
Figur 3 ist ein schematisches Funktionsdiagramm eines implantierbaren Schrittmachers/Cardioverters/Defibrillators, bei dem die vorliegende Erfindung zum Nutzen verwendet werden kann. Dieses Diagramm sollte als Beispiel für den Vorrichtungstyp, anhand dessen die Erfindung verwirklicht werden kann, und nicht als einschränkend angesehen werden, da angenommen wird, daß die Erfindung zum Nutzen bei einer großen Vielfalt verwirklichter Vorrichtungen unter Einschluß von Vorrichtungen mit einer Funktionsorganisation, die derjenigen einer der implantierbaren Schrittmacher/Defibrillatoren/Cardiovertern, die gegenwärtig in den Vereinigten Staaten zur klinischen Beurteilung implantiert werden, ahnelt, verwendet werden kann. Es wird auch angenommen, daß die Erfindung in Zusammenhang mit implantierbaren Schrittmachern/Cardiovertern/Defibrillatoren anwendbar ist, die im Wielders u.a. am 22. Oktober 1985 erteilten US-Patent 4 548 209, im Adams u.a. am 15. September 1987 erteilten US-Patent 4 693 253, im Haluska u.a. am 6. Mai 1989 erteilten US-Patent 4 830 006 und im Pless u.a. am 21. August 1990 erteilten US-Patent 4 949 730 offenbart sind.
Die Vorrichtung ist, wie dargestellt, mit sechs Elektroden 500, 502, 504, 506, 508 und 510 versehen. Die Elektroden 500 und 502 können ein im Ventrikel angeordnetes Paar von Elektroden sein, die beispielsweise den Elektroden 108 und 116 in Figur 1 entsprechen. Die Elektrode 504 kann einer am Gehäuse des implantierbaren Schrittmachers/Cardioverter/Defibrillators angeordneten fernen neutralen Elektrode entsprechen. Die Elektroden 506, 508 und 510 können den an der Ventrikelleitung, der Koronarsinusleitung und der subkutanen Leitung, die in Figur 1 dargestellt sind, angeordneten Defibrillationselektroden mit einer großen Oberfläche entsprechen.
Die Elektroden 500 und 502 sind, wie dargestellt, fest verdrahtet mit der R-Zacken Detektorschaltung verbunden, die eine Bandpaß-Filterschaltung 514, eine eigenständig arbeitende Schwellenwertschaltung 516 zum Liefern einer einstellbaren Meßschwelle als Funktion der wahrgenommenen R-Zacken-Amplitude und einen Vergleicher 518 enthält. Immer dann, wenn das zwischen den Elektroden 500 und 502 wahrgenommene Signal die durch die eigenständig arbeitende Schwellenwertschaltung 516 definierte aktuelle Meß schwelle übersteigt, wird auf einer R-Ausgabeleitung 564 ein Signal erzeugt. Wie dargestellt ist die Verstärkung am Bandpaßverstärker 514 auch durch ein Signal von der Schrittmacher-Zeit- und -Steuerschaltung 520 an der GAIN-ADJ-Leitung 566 einstellbar.
Die Arbeitsweise dieser R-Zacken-Erfässungsschaltung kann der im am 15. November eingereichten US-Patent 5 117 824 von Keimel u.a. offenbarten für ein Gerät zum Überwachen elektrischer physiologischer Signale entsprechen. Jedoch kann auch eine alternative R-Zacken-Erfassungsschaltung, wie die im Menken am 11. April 1989 erteilten US- Patent 4 819 634 und im Baker u.a. am 14. November 1989 erteilten US-Patent 4 880 004 dargestellte zum Nutzen bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Schwellenwert-Einstellschaltung 516 legt einen einem vorgegebenen Prozent- Satz der Amplitude einer wahrgenommenen R-Zacke entsprechenden Schwellenwert fest, der ähnlich der im von Thakor u.a. in "Biomedical Science Instrumentation", Band 4, S.67- 72, 1978 veröffentlichten Artikel "Reliable R-Wave Detection from Ambulatory Subjects" dargestellten automatischen Meß-Schwellenwertschaltung über einen nachfolgenden Zeitraum von weniger als drei Sekunden auf ein minimales Schwellenniveau abfällt.
Es ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, daß das Schwellenniveau nicht auf die Schrittmacher-R-Zacken hin eingestellt wird, sondern sich statt dessen weiterhin dem minimalen Schwellenniveau nach Schrittmacher-R-Zacken nahern sollte, um die Wahrnehmung von mit Tachyarrhythmien einhergehenden spontanten R- Zacken mit niedrigen Werten zu verbessern. Die Zeitkonstante der Schwellenwertschaltung ist vorzugsweise auch kurz genug, um die minimale Meßschwelle in 1-3 Sekunden nach dem Einstellen der 70-80% der Amplitude einer erfaßten spontanen R-Zacke gleichenden Meßschwelle erreichen zu können. Die Erfindung kann auch in Zusammenhang mit herkömmlicheren R-Zacken-Sensoren des Typs, der ein Bandpaßfilter und eine Vergleicherschaltung zur Bestimmung, daß das durch ein Bandpaß gelaufene Signal eine vorgegebene feste Meßschwelle übersteigt, enthält, verwirklicht werden.
Eine Schaltermatrix 512 wird verwendet, um auszuwählen, welche der verfügbaren Elektroden mit dem Leseverstärker 534 zur Verwendung beim Messen des Einsatzpunkts der Fernfeld-R-Zacke zu koppeln sind. Die Auswahl davon, welche Elektroden so verwendet werden, wird über einen Daten/Adressenbus 540 durch den Mikroprozessor 524 gesteuert. Die Signale von den ausgewählten Elektroden werden durch den Bandpaßverstärker 534 in einen Multiplexer 532 geführt, wo sie zum unter Steuerung einer Direktspeicher-Adressenschaltung 529 stattfindenden Speichern in einem Direktzugriffsspeicher 526 durch einen A/D-Wandler 530 in digitale Mehrbitsignale umgewandelt werden. Ein Mikroprozessor 524 analysiert das im Direktzugriffsspeicher gespeicherte digitalisierte EKG-Signal, um die Einsatz- und Endpunkte der zwischen den Fernfeldelektroden wahrgenommenen R- Zacken zu identifizieren.
Beispielsweise kann der Mikroprozessor 524 das in einem Intervall, das sich von einem 100 ms vor dem Auftreten eines R-Zacken-Erfassungssignals auf einer Leitung 564 liegenden Zeitpunkt bis zu einem 100 ms nach dem Auftreten des R-Zacken-Erfassungssignals liegenden Zeitpunkt erstreckt, gespeicherte EKG analysieren. Das Zeitfenster erstreckt sich auf diese Weise von einem vor der Erfassung der R-Zacke liegenden Zeitpunkt bis zu einem nach der Erfässung der R-Zacke liegenden Zeitpunkt und umfaßt einen ausreichenden Zeitraum (z.B. 200 ms) um zu gewahrleisten, daß die ganze R-Zacke aufgezeichnet wird. Nach der Erfassung einer R-Zacke und dem Verstreichen des zugeordneten Zeitfensters untersucht die Vorrichtung die wahrend des Zeitfensters gespeicherten digitalen Werte und bestimmt die Breite der R-Zacke, wodurch der Anfängs- und der Endpunkt der R- Zacke identifiziert werden. Die Differenz zwischen dem Anfangs- und dem Endpunkt legt die Breite der gespeicherten R-Zacke fest, die für Diagnosezwecke oder zur Klassifizierung von Arrhythmien verwendet werden kann. Insbesondere kann die Breite der R-Zacken verwendet werden, um Sinustachycardien von Ventrikeltachycardien zu unterscheiden.
In WO 93/20888 für ein "Method and Apparatus for Discrimination of Ventricular Tachycardia from Supraventricular Tachycardia and for Treatment thereof" ist ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Identifizieren der Einsatz- und Endpunkte digitalisierter R- Zacken zur Verwendung bei einer implantierbaren Vorrichtung offenbart.
Insbesondere kann der Einsatzpunkt an dem Punkt identifiziert werden, an dem eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender digitaler Werte den zuvor gespeicherten digitalen Wert um mehr als einen vorgegebenen Betrag überschreitet. Beispielsweise kann jeder digitale Wert mit dem vorletzten gespeicherten digitalen Wert verglichen werden, die Differenz zwischen diesen beiden Werten bestimmt werden und ihre Differenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Falls das Vorzeichen der so berechneten Differenz konstant bleibt und die so berechnete Differenz für eine vorgegebene Azahl von Schlägen oberhalb eines gegebenen Schwellenwerts bleibt, wird das Einsetzen identifiziert.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sollte eine Abtastrate von 256 Hz ausreichend sein, wenngleich etwas niedrigere oder erheblich höhere Abtastraten verwendet werden können, was von der Datenspeicherkapazität im RAM 526 und von der Veraibeitungsgeschwindigkeit des Mikroprozessors 524 abhängt. Jedoch kann jedes Verfahren zum Identifizieren des Beginns oder des Einsetzens einer digitalisierten R-Zacke im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zum Nutzen verwendet werden.
Der identifizierte Einsatzpunkt T&sub0; wird gespeichert und mit dem Zeitpunkt des Auftretens des Nahfeld-R-Zacken-Erfassungssignals Td (an der R-OUT-Leitung 564) verglichen, daß das Speichern der digitalisierten Wellenform ausgelöst hat. Die Differenz "t" zwischen diesen beiden Zeitpunkten wird durch den Mikroprozessor 524 berechnet und im Speicher 526 gespeichert. Die gewünschte Verzögerung Δ vom Einsetzen der Fernfeld-R- Zacke wird in ähnlicher Weise im Speicher 526 gespeichert. Der Wert von Delta kann mittels eines externen Programmierers durch den Arzt festgelegt werden oder eine Funktion der Rate der wahrgenommenen Tachyarrhythmie sein. Es wird im allgemeinen davon ausgegangen, daß der optimale Wert von Δ zwischen 80 und 120 ms liegt. Der Wert von t wird vom Wert von Δ subtrahiert, um eine abgeleitete Verzögerung zu erzeugen, wie oben erörtert wurde. Die Funktionsweise der zum Bestimmen der Synchronisationsverzogerung aus diesen Werten verwendeten Software wird weiter unten in naheren Einzelheiten in Zusammenhang mit den Flußdiagrammen aus den Figuren 4, 5 und 6 erörtert.
Der übrige Teil der Schaltung dient dem Vorsehen von Herzschrittmacher-, Cardioversions- und Defibrillationstherapien. Die Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung 520 enthält programmierbare digitale Zähler, die die mit einer Herzstimulation in einem VVI- Modus verbundenen Grundintervalle unter Einschluß der Schrittmacher-Ausgangsintervalle, der Refraktärperioden, während derer die wahrgenommenen R-Zacken die Zeitsteuerung der Ausweichintervalle und die Impulsbreite der Schrittmacherimpulse nicht wieder starten können, steuern. Die zeitlichen Längen dieser Intervalle sind durch den Mikroprozessor 524 bestimmt und werden über den Adressen/Datenbus 540 zur Schrittmacherschaltung 520 übertragen. Die Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung bestimmt durch den Mikroprozessor 524 gesteuert auch die Amplitude der Herzschrittmacherimpulse und die Verstärkung des Bandpaßverstärkers.
Während der Stimulation im VVI-Modus wird der Escape-Intervallzähler innerhalb der Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung 520 nach der durch ein Signal auf der Leitung 564 angezeigten Wahrnehmung einer R-Zacke zurückgesetzt und löst nach dem Zeitablauf die Erzeugung eines Schrittmacherimpulses durch die Schrittmacher-Ausgangsschaltung 522 aus, die mit den Elektroden 500 und 502 gekoppelt ist. Der Escape-Intervallzähler wird auch nach Erzeugung eines Schrittmacherimpulses zurückgesetzt und steuert dadurch die Grundzeitsteuerung der Herzschrittmacherfunktionen einschließlich einer Antitachycardie- Stimulation. Die Dauer des durch den Escape-Intervall-Zeitgeber definierten Intervalls wird über den Daten/Adressenbus 540 durch den Mikroprozessor 524 bestimmt. Der Wert des im Escape-Intervallzähler vorhandenen Zahlwerts kann, wenn dieser durch wahrgenommene R-Zacken zurückgesetzt wurde, zur Bestimmung der Dauer von R-R-Intervallen verwendet werden, um das Vorhandensein einer Tachycardie zu erfassen und um zu bestimmen, ob für die Aktivierung der Tachycardie/Defibrillations-Unterscheidungsfunktion die minimalen Ratenkriterien erfullt sind.
Der Mikroprozessor 524 arbeitet als interrupt-gesteuerte Vorrichtung und reagiert entsprechend dem Auftreten wahrgenommener R-Zacken und der Erzeugung von Herzschrittmacherimpulsen auf Interrupt-Befehle von der Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung 520. Diese Unterbrechungen werden über den Datenladressenbus 540 geliefert. Alle durch den Mikroprozessor 524 auszuführenden erforderlichen mathematischen Berechnungen und jedes durch die Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung 520 gesteuerte Aktualisieren der Werte oder Intervalle finden nach solchen Unterbrechungen statt.
Falls eine Tachyarrhythmie erfaßt wird und eine Antitachyarrhythmie-Schrittmacherbehandlung gewünscht ist, werden geeignete Zeitintervalle zum Steuern der Erzeugung von Antitachycardie-Schrittmachertherapien vom Mikroprozessor 524 in die Schrittmacher-Zeitund Steuerschaltung 520 geladen, um die Arbeitsweise des Escape-Intervallzählers zu steuern und Refraktärperioden zu definieren, wahrend derer die Erfassung einer R-Zacke durch die R-Zacken-Erfässungsschaltung den Escape-Intervallzahler nicht wieder starten kann. Falls in ähnlicher Weise die Erzeugung eines Cardioversions- oder Defibrillationsimpulses erforderlich ist, verwendet der Mikroprozessor 524 die Zähler in der Zeit- und Steuerschaltung 520, um die Zeitsteuerung solcher Cardioversions- und Defibrillationsimpulse sowie die Zeitsteuerung der zugeordneten Refraktärperioden, wahrend derer die wahrgenommenen R-Zacken die Zeitsteuerschaltung nicht zurücksetzen können, zu steuern.
Auf die Erfassung einer Fibrillation oder einer Tachycardie hin, die einen Cardioversionsimpuls benötigt, aktiviert der Mikroprozessor 524 eine Cardioversion/Defibrillations- Steuerschaltung 554, die das Laden der Hochspannungskondensatoren 556, 558, 560 und 562 über eine Ladeschaltung 550 durch eine Hochspannungs-Ladeleitung 552 gesteuert einleitet. Die Spannung an den Hochspannungskondensatoren wird über eine VCAP-Leitung 538 überwacht, die durch den Multiplexer 532 geführt ist, und führt nach dem Erreichen eines durch den Mikroprozessor 524 festgelegten vorgegebenen Werts zur Erzeugung eines Logiksignals auf der CAP-FULL-Leitung 542, wodurch das Laden beendet wird. Daraufhin wird die Abgabe der Zeitsteuerung des Defibrillations- oder Cardioversionsimpulses unter Verwendung der ausgewählten Synchronisationsverzögerung wie oben erörtert durch die Schrittmacher-Zeit- und Steuerschaltung 520 gesteuert. Eine Ausführungsform eines Systems zur Abgabe und zur Synchronisation von Cardioversions- und Defibrillationsimpulses und zur Steuerung der auf sie bezogenen Zeitsteuerfunktionen ist in näheren Einzelheiten im US-Patent 5 188 105 von Keimel für eine Vorrichtung zum Erfassen und Behandeln einer Tachyarrhythmie ("Apparatus for Detecting and Treating a Tachyarrhythmia") offenbart.
Dieses Grundsystem bildet bei Hinzufügung der von der vorliegenden Erfindung vorgesehenen abgeleiteten Synchronisationsverzögerung eine arbeitsfähige Realisierung der vorliegenden Erfindung. Es wird jedoch angenommen, daß zahlreiche bekannte Cardioversions- oder Defibrillations-Impulserzeugungsschaltungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. Es wird beispielsweise angenommen, daß eine die Zeitsteuerung und Erzeugung von Cardioversions- und Defibrillationsimpulsen steuernde Schaltung, die im Zypes am 24. Mai 1983 erteilten US-Patent 4384 585, im oben angeführten Pless u.a. erteilten US-Patent 4 949 719 und im Engle u.a. erteilten US-Patent 4 375 817 offenbart ist, auch zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung eingerichtet werden kann. In ahnlicher Weise können bekannte Schaltungen zum Steuern des Zeitablaufs und der Erzeugung von Antitachycardie-Schrittmacherimpulsen, die im Berkovits u.a. am 25. März 1986 erteilten US-Patent 4 577 633, im Pless u.a. am 14. November 1989 erteilten US-Patent 4 880 005, im Vollmann u.a. am 23. Februar 1988 erteilten US-Patent 7 726 380 und im Holley u.a. am 13. Mai 1986 erteilten US-Patent 4 587970 beschrieben sind, alle in einer Vorrichtung zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Auswahl der speziellen Elektrodenkonfiguration zur Abgabe der Cardioversions- oder Defibrillationsimpulse durch die Cardioversions/Defibrillations-Steuerschaltung 554 über einen Steuerbus 546 über eine Ausgangsschaltung 548 gesteuert. Die Ausgangsschaltung 548 bestimmt, welche der Hochspannungselektroden 506, 508 und 510 bei der Anwendung der Defibrillations- oder Cardioversions-Impulsbehandlung verwendet werden, und sie kann auch verwendet werden, um eine gleichzeitige Mehrelektroden-Impulsbehandlung oder eine sequentielle Mehrelektroden-Impulsbehandlung festzulegen. Es können auch einphasige oder zweiphasige Impulse erzeugt werden. Ein Beispiel einer Schaltung, die zum Durchführen dieser Funktion verwendet werden kann, ist im von Keimel am 14. November 1990 eingereichten US-Patent 5 163 427 für eine Vorrichtung zur Abgabe einzelner und mehrfacher Cardioversions- und Defibrillationsimpulse ("Apparatus for Delivering Single and Multiple Cardioversion and Defibrillation Pulses") ausgeführt. Jedoch kann auch eine im Mehra u.a. am 4. September 1990 erteilten US-Patent 4 953 551 offenbarte Ausgangssteuerschaltung oder eine im Winstrom am 31. Januar 1989 erteilten US-Patent 4 800 883 offenbarte Ausgangssteuerschaltung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Statt dessen können auch einzelne einphasige Impulsbehandlungen verwendet werden, bei denen nur ein einziges Elektrodenpaar gemaß einer der oben angeführten Entgegenhaltungen, in denen implantierbare Cardioverter oder Defibrillatoren offenbart sind, verwendet werden.
Die Figuren 4, 5 und 6 sind dafür vorgesehen, die Funktionen des Teils der vom Mikroprozessor 524 (Fig. 3) verwendeten Software, der die Synchronisationsverzögerung betrifft oder realisiert, darzustellen. Dieser Teil der in Figur 4 dargestellten Software ist in seinen Funktionen dargestellt und betrifft die Gesamtorganisation der Tachyarrhythmie-Erfassungsfunktionen wahrend der Stimulation im VVI-Modus, wie bei 600 dargestellt ist. Die Tachyarrhythmie-Erfassungsfunktionen werden auf einen Interrupt hin, der einen bei 602 wahrgenommenen oder stimulierten Schlag anzeigt, aktiviert. Auf diesen Interrupt hin kann der Wert des vorhergehenden R-R-Intervalls, der der aktuellen Zeit am Eseape-Intervallzähler in der Schrittmacher-Zeitablauf/Steuerschaltung 520 entspricht, bei 602 gespeichert werden und als eine Messung des R-R-Intervalls für Tachyarrhythmie-Erfassungsfunktionen verwendet werden. Weiterhin wird auch die durch einen Echtzeit-Zeitgeber innerhalb des Mikroprozessors 524 angegebene Erfassungszeit (Td) der wahrgenommenen Ventrikeldepolarisation bei 602 gespeichert.
Die vorhergehenden Serien von R-R-Intervallen wiedergebende gespeicherte Informationen, wie Informationen hinsichtlich der Schnelligkeit des Einsetzens erfaßter kurzer R- R-Intervalle, der Stabilität der erfaßten R-R-Intervalle, der Zeitdauer der fortgesetzten Erfässung der kurzen R-R-Intervalle, der durchschnittlichen R-R-Intervalldauer und der aus der Analyse der gespeicherten EKG-Segmente abgeleiteten Informationen, werden verwendet, um zu bestimmen, ob Tachyarrhythmien vorhanden sind und um zwischen unterschiedlichen Typen von Tachyarrhythmien zu unterscheiden. Solche Erfassungsalgorithmen zum Erkennen von Tachycardien sind im oben angegebenen Vollmann erteilten US-Patent 4 726 380, im Pless u.a. erteilten US-Patent 4 880 005 und im Haluska u.a. erteilten US-Patent 4 830 006 beschrieben. Ein weiterer Satz von Tachycardie-Erkennungsmethoden ist im in Computers in Cardiology, 7.-10. Oktober 1986, IEEE Computer Society Press, S.167-170 veröffentlichten Artikel "Onset and Stability for Ventricular Tachyarrhythmia Detection in an Implantable Pacer-Cardioverter-Defibrillator" von Olson u.a. offenbart.
Es können jedoch auch andere Kriterien in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wahrgenommen und verwendet werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erlindung sind die speziellen Einzelheiten der Realisierung der Rate und/oder des R-R-Intervalls auf der Grundlage der VF- und VT-Erfässungsmethoden nicht von primärer Wichtigkeit. Es ist jedoch erforderlich, daß die auf der VF- und der VT-Rate beruhenden Erfassungsmethoden, die von der Vorrichtung verwendet werden, die Identifizierung und Erfassung einer Ventrikeltachycardie ermöglichen, für die eine Cardioversion erforderlich ist. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß angenommen wird, daß sie in Zusammenhang mit praktisch allen Tachycardie- Erfassungsalgorithmen aus dem Stand der Technik verwendbar ist.
Der Mikroprozessor prüft bei 604, ob die vorhergehenden Serien von R-R-Intervallen auf eine Fibrillation hinweisen. Falls dies der Fall ist, wird bei 606 eine geeignete Defibrillationstherapie ausgewahlt, werden bei 608 die Hochspannungskondensatoren geladen und wird bei 610 ein Defibrillationsimpuls abgegeben. Im oben angegebenen US-Patent 5 188 105 von Keimel sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgabe synchronisierter Defibrillationsimpulse offenbart. Diese oder andere frühere Systeme zur Abgabe von Defibrillationsimpulsen können im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nutzbringend verwendet werden. Falls bei 604 keine Fibrillation erfaßt wird, prüft der Mikroprozessor bei 612, ob die vorhergehenden Serien erfilßter Ventrikeldepolarisationen die Kriterien zur Erfassung einer Tachycardie erfüllen. Falls dies der Fall ist, wird bei 614 eine Therapie ausgewählt.
Bei modernen implantierbaren Antitachyarrhythmievorrichtungen werden die speziellen Therapien zuvor durch den Arzt in die Vorrichtung einprogrammiert, und es ist typisch ein Therapiemenü vorgesehen. Beispielsweise kann bei einer Ersterfassung einer Tachycardie eine Antitachycardie-Schrittmachertherapie ausgewählt werden. Bei erneuter Erfassung der Tachycardie kann eine aggressivere Antitachycardie-Schrittmachertherapie geplant werden. Falls wiederholte Versuche von Antitachycardie-Schriffmachertherapien fehlschlagen, kann danach eine Cardioversions-Impulstherapie einer höheren Ebene ausgewählt werden. Solche vorab festgelegten Menüs von Antitachyarrhythmietherapien aus dem Stand der Technik umfassen das oben angegebene Haluska u.a. erteilte US-Patent 4 830 006, das Vollmann u.a. erteilte US-Patent 4 727 380 und das Holley u.a. erteilte US-Patent 4587970. Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit allen bekannten Antitachycardie-Schrittmacher- und Cardioversionstherapien verwendbar ist, und es wird als sehr wahrscheinlich angenommen, daß die Erfindung der vorliegenden Anmeldung in Zusammenhang mit einer Vorrichtung verwendet wird, bei der die Auswahl und die Reihenfolge der durchgeführten Therapien wie bei aktuellen implantierbaren Schrittmachern/Cardiovertern/Defibrillatoren durch den Arzt programmierbar sind.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß die Synchronisationsverzögerung selbst als Funktion der geplanten Sequenz durchgeführter Therapien geändert werden kann. Beispielsweise kann die Synchronisationsverzögerung mit jedem folgenden Cardioversionsversuch schrittweise vergrößert oder verkleinert werden. Statt dessen kann die Synchronisationsverzögerung als Funktion der Amplituden der geplanten Cardioversionsimpulse vergrößert oder verkleinert werden.
Falls die ausgewählte Therapie ein Cardioversionsimpuls bei 616 ist, werden die Hochspannungs-Ausgangskondensatoren bei 626 geladen, und es wird, wie oben beschrieben wurde, zeitlich einer Nahfeld-R-Zacken-Erfassung zugeordnet bei 628 ein Cardioversionsimpuls abgegeben. In der unten angegebenen Figur 6 und in den Figuren 7 und 8 ist die Synchronisation von Cardioversionsimpulsen zur Erfassung von R-Zacken unter Verwendung der vorliegenden Erfindung in einigen Einzelheiten dargestellt. Falls eine andere Therapie als eine Cardioversion, beispielsweise eine Antitachyarrhythmie-Stimulation ausgewählt wird, wird diese Therapie in ährilicher Weise bei 626 durchgeführt. Nach der Durchführung der Antitachycardie- und der Defibrillationstherapie werden die Erfassungskriterien bei 632 aktualisiert, so daß sie die Durchführung der vorhergehenden Therapien widerspiegeln, und der Therapieplan wird bei 634 aktualisiert, wie oben beschrieben wurde.
Es ist bei der vorliegenden Erfindung erwünscht, das gemessene Intervall "t" in Form eines über eine Serie erfaßter R-Zacken vor der Abgabe des Cardioversionsimpulses wahrgenommenen gleitenden Mittelwerts (tAVG) zu berechnen. Wie im Zusammenhang mit der oben angegebenen Anmeldung von Mader erörtert wurde, wird die Impulsbreite über eine Serie von etwa 8 Schlägen vor der Durchführung der Antitachycardietherapie gemittelt. Diese Anzahl von Werten wurde auch als im Zusannnenhang mit der Berechnung eines Mittelwerts von tkvg verwendbar erscheinen. Es kann jedoch sein, daß in manchen Fällen eine größere oder eine kleinere Anzhl von R-Zacken zur Berechnung von tAVG gewünscht ist.
Falls die vorhergehende Serie von R-Zacken die Kriterien zur Durchführung einer Antitachycardie-Therapie nicht erfüllt, prüft der Mikroprozessor bei 616, ob es einen erheblichen Fortschritt bei der Erfassung einer Tachycardie gegeben hat, so daß Messungen des Einsetzens eingeleitet werden können. Es ist ungeachtet der Erfassungskriterien zum Auslösen der Durchführung einer Antitachycardie-Therapie wichtig, daß das "Vorerfässungskriterium", das die Messung des Einsetzens einer R-Zacke unter Verwendung der Fernfeldelektroden aktiviert, so definiert ist, daß es gewahrleistet, daß eine erhebliche Anzahl von R- Zacken zur Messung verfügbar ist, bevor das Kriterium zur Durchführung der Antitachycardie-Therapien erfüllt ist. Falls das Kriterium zur Durchführung von Antitachycardie- Therapien beispielsweise eine vorgegebene Anahl von R-Zacken (NID) mit einer kürzeren Dauer als ein vorgegebenes Tachycardie-Inverall (TDI) ist, kann die Messung des Einsetzens von Fernfeld-R-Zacken eingeleitet werden, wenn der fortlaufende Zählwert von R- Zacken, der kleiner als TDI ist, NID-X gleicht, wobei X die gewünschte Anzahl zur Berechnung von tAVG verwendeter Werte ist. Falls die Vorerfassungsbedingungen erfüllt sind, wird das Einsetzen der gespeicherten R-Zacke wahrgenommen, und es wird eine aktualisierte Berechnung der Synchronisationsverzögerung (SD) bei 620 durchgeführt. Der bei 620 dargestellte Block entspricht dem in Figur 5 veranschaulichten Funktionsflußdiagramm, das das Verfahren zur Berechnung der Synchronisationsverzögerung in naheren Einzelheiten beschreibt.
Falls die Vorerfassungskriterien bei 618 nicht erfüllt sind, prüft der Mikroprozessor bei 624, ob die Beendigung einer zuvor erfaßten Tachycardie oder ein Zurückkehren zu einem normalen Sinusrhythmus während der Erfassung einer Tachycardie bei 624 aufgetreten ist. Wie oben erörtert wurde, wird dies typisch durch Wahrnehmung einer Serie von durch Intervalle, die kleiner sind als ein minimales Intervall zur Tachycardieerfassung (z.B. kleiner als VTDI), getrennten R-Zacken erreicht. Falls bei 624 die Beendigung der zuvor erfaßten Tachycardie oder das Auftreten eines normalen Sinusrhythmus erkannt wurde, werden die Ausgangskondensatoren bei 630 intern entladen, falls sie zuvor geladen worden waren. Es ist im Zusammenhang mit der Durchführung der synchronisierten Cardioversion möglich, daß die Kondensatoren geladen werden, ohne daß der Impuls tatsächlich abgegeben wird. Dies ist wiederum in naheren Einzelheiten in Zusammenhang mit dem Flußdiagramm aus Figur 6 erörtert. Nach dem Entladen der Ausgangskondensatoren werden die Erfassungskriterien bei 632 und das Therapiemenü bei 634 aktalisiert, um das Zurückkehren zum normalen Sinusrhythmus zu reflektieren, das oben erörtert wurde. Es wird weiterhin daran gedacht, daß zu diesem Zeitpunkt auch alle gespeicherten Messungen von t gelöscht werden.
Figur 5 ist ein Funktionsflußdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des Funktionsblocks 620 aus Figur 4, der für die Bestimmung der Synchronisationsverzögerung vorgesehen ist. Bei 700 prüft der Mikroprozessor, ob das vorhergehende R-R-Intervall als ein Tachycardieschlag in Frage kommt. Dies kann beispielsweise durch Vergleichen des R-R- Intervalls mit einem vorgegebenen auf eine Tachycardie hinweisenden Intervall, beispielsweise dem oben erörterten TDI-Intervall, erreicht werden. Falls R-R kleiner als TDI ist, wird eine Messung des Einsetzens vorgenommen. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt die Vorrichtung zum VVI-Schrittmachermodus zurück.
Bei 702 mißt der Mikroprozessor die Einsatzzeit. Wie oben erörtert wurde, beinhaltet dieser Prozeß das Warten auf den Zeitablauf des Meßfensters (z.B 100 Ms nach Td) sowie das Untersuchen der digitalisierten R-Zacke, um den Einsatzpunkt zu bestimmen, wie in der oben angegebenen Anmeldung von Mader erörtert wurde. Bei 704 wird die Einsatzzeit T&sub0; von der R-Zacken-Effässungszeit Td subtrahiert, um einen Wert "t" zu erzielen. Bei 706 wird der gleitende Mittelwert tAVG der Werte von "t" aktualisiert, und bei 708 wird die Ventrikelzykluslänge VTCL aktualisiert. Dies kann ein gleitender Mittelwert der letzten Serie von R-R-Intervallen sein, die mit der Tachyarrhythmie verbunden sind. Es können beispielsweise die vorhergehenden 8 R-R-Intervalle sein, die kleiner als TDI sind. Bei 710 prüft der Mikroprozessor, ob der Wert von Δ festgelegt werden soll oder als Funktion der erfaßten Tachycardierate geändert werden soll. Falls der Wert vorab festgelegt ist, wird er einfach bei 712 nachgeschlagen. Falls der Wert veränderlich sein soll, wird er bei 714 als Funktion von VTCL berechnet. Beispielsweise kann sich der Wert von Δ von 120 auf 80 Ms verringern, wenn sich VTCL verringert. Diese Werte dienen nur als Beispiel, und es wird angenommen, daß der Arzt den Bereich von Werten für Δ und ihre Entsprechung mit dem Wert von VTCL patientenabhängig optimieren möchte.
Bei 716 prüft der Mikroprozessor, ob Δ - tAVG größer als Null ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Synchronisationsverzögerung als VTCL + Δ - tAVG festgelegt. Falls - tAVG größer oder gleich Null ist, wird die Synchronisationsverzögerung bei 718 als Δ - tAVG festgelegt.
In Figur 6 ist die Funktionsweise der durch die vorliegende Erfindung durchgeführten Tachycardiesynchronisation dargestellt. Beim Durcharhren dieser Synchronisation verwendet der Mikroprozessor Zeitgeber innerhalb der Schrittmacherschaltung 520, um Synchronisationsintervalle zu definieren, wie oben erörtert wurde. Nach der Erfassung einer Ventrikeltachycardie und dem erfolgreichen Laden der Ausgangskondensatoren stellt der Mikroprozessor 524 die Zeitgeber in der Schrittmacherschaltung 520 ein, um ein ersten Synchronisationsintervall SYNC-1, ein erstes Refraktärintervall REF-1 sowie ein erstes Austastintervall BLANK-1 zu definieren. Wahrend des Zeitablaufs von BLANK-1 bei 800 ist die ventrikuläre Wahrnehmung deaktiviert. Auf einen die ventrikuläre Wahrnehmung whhrend REF-1 bei 802 hinweisenden Interrupt hin nimmt der Mikroprozessor 524 das Auftreten der refrakären Wahrnehmung bei 804 zur Kenntnis und leitet eine Zeitsteuerung eines zweiten Synchronisationsintervalls SYNC-2, eines zweiten Refraktärintervalls REF-2 sowie eines zweiten Austastintervalls BLANK-2 ein.
Falls während REF-1 kein auf das Auftreten einer ventrikulären Wahrnehmung hinweisenden Interrupt auftritt, wartet der Mikroprozessor weiterhin auf das Auftreten eines auf eine ventrikuläre Wahrnehmung wahrend SYNC-1 hinweisenden Interrupts. Falls bei 806 ein Interrupt auftritt, nimmt der Mikroprozessor sie bei 808 zur Kenntnis und leitet SYNC-2, REF-2 und BLANK-2 ein, wie oben erörtert wurde. Falls wahrend SYNC-1 keine Ereignisse wahrgenommen werden, setzt der Mikroprozessor bei 810 alle internen Hinweiszeichen zurück und gibt die Funktion der Vorrichtung bei 820 an den programmierten Bradycardie-Schrittmachermodus zurück.
Falls ein zweites Synchronisationsintervall nach dem Ablaufen von BLANK-2 bei 812 eingeleitet wird, wartet der Mikroprozessor während REF-2 auf eine auf einen ventrikuläre Wahrnehmung hinweisenden Interrupt. Falls ein solcher Interrupt bei 814 auftritt, prüft der Mikroprozessor bei 816, ob dort ein internes Hinweiszeichen (C=1) gesetzt wurde, das auf die vorige Wahrnehmung wahrend des Postrefraktärabschnitts von SYNC-1 hinweist. Falls dieses Hinweiszeichen gesetzt worden ist, führt der Mikroprozessor die Arbeitsweise der Vorrichtung bei 820 direkt zum programmierten VVI-Brady-Schrittmachermodus zurück. Falls das Hinweiszeichen bei 816 nicht gesetzt wurde, erhöht der Mikroprozessor den Zahlwert (RS) der wahrend den Refraktärperioden auftretenden wahrgenommenen Ereignisse bei 818 und prüft bei 822, ob drei aufeinanderfolgende Refraktär-Meßereignisse aufgetreten sind. Bei Vorhandensein von drei Refraktar-Meßereignissen (d.h. während der Refraktärintervalle von drei aufeinanderfolgenden Synchronisationsintervallen auftretenden R-Zacken-Unterbrechungen) führt der Mikroprozessor den Arbeitsgang der Vorrichtung bei 820 direkt zum programmierten VVI-Bradycardie-Schrittmachermodus zurück.
Unter der Annahme, daß wahrend der Refraktärintervalle keine drei aufeinanderfolgenden R-Zacken-Unterbrechungen aufgetreten sind, leitet der Mikroprozessor 524 die Zeitsteuerung eines dritten Synchronisationsintervalls ein, das die gleichen Parameter hat wie das zweite Synchronisationsintervall. Falls während REF-2 keine R-Zacken wahrgenommen werden, wartet der Mikroprozessor bei 824 weiter auf einen das Auftreten einer R-Zacke wahrend des Postrefraktärabschnitts von SYNC-2 hinweisenden Interrupt. Falls keine solche R-Zacke wahrgenommen wird, setzt der Mikroprozessor bei 810 alle internen Hinweiszeichen zurück und leitet die VVI-Bradycardie-Stimulation wieder em.
Falls der Mikroprozessor bei 824 ein auf das Auftreten einer R-Zacke während SYNC-2 hinweisender Interrupt empfängt, prüft er bei 826, ob im Postrefraktärabschnitt eines Synchronisationsintervalls eine vorhergehende R-Zacke wahrgenommen wurde. Falls eine R-Zacke vorhergehend im Postrefraktärabschnitt eines vorhergehenden Synchronisationsintervalls wahrgenommen wurde, liest der Mikroprozessor bei 828 den Wert der vorhergehend berechneten Synchronisationsverzögerung SD und leitet bei 830 die Abgabe eines dem letzten R-Zacken-Interrupt zugeordneten Cardioversionsimpulses ein. Der Mikroprozessor 526 setzt dann bei 810 alle internen Hinweiszeichen zurück und kehrt dann bei 820 zur programmierten VVI-Bradycardie-Stimulation zurück.
Falls während des Postrefraktärabschnitts von SYNC-2 bei 824 eine R-Zacke wahrgenommen wird, bei 826 jedoch kein internes Hinweiszeichen gesetzt ist, das auf das Auftreten einer zuvor wahrgenommenen postrefraktären R-Zacke hinweist, setzt der Mikroprozessor bei 808 ein Hinweiszeichen, das auf die Wahrnehmung einer R-Zacke im Postrefraktärabschnitt hinweist und leitet die Zeitsteuerung des dritten Synchronisationsintervalls ein, wobei die gleichen Zeitparameter wie im zweiten Synchronisationsintervall verwendet werden.
Der Mikroprozessor 526 deftniert weiterhin Synchronisationsintervalle, die die Zeitparameter des zweiten Synchronisationsintervalls aufweisen, bis eines der Synchronisationsintervalle ohne ventrikuläre Wahrnehmung verstreicht, drei R-Zacken innerhalb von Refraktärintervallen innerhalb von Synchronisationsintervallen auftreten oder zwei R-Zacken wahrend der nicht refraktären Abschnitte aufeinanderfolgender Synchronisationsintervalle wahrgenommen werden. Aus praktischen Gründen können beim in Figur 6 dargestellten Verfahren in manchen Fallen maximal vier Synchronisationsintervalle erforderlich sein. In den meisten Fällen sind jedoch zwei oder drei Synchronisationsintervalle angemessen, um zu bestimmen, ob ein synchroner Cardioversionsimpuls abgegeben wird.
In Figur 7 ist ein simulierter Nahfeld-EGM-Streifen dargestellt, der eine durch in dichtem Abstand angeordnete R-Zacken 900a, 902a, 904a, 906a und 908a angegebene Ventrikeltachycardie anzeigt. In Figur 7 ist die Arbeitsweise der Erfindung zum Synchronisieren der Abgabe von Cardioversionsimpulsen in dem Fall dargestellt, in dem die Synchronisationsverzögerung auf die R-Zacke hin, mit der der Impuls synchronisiert ist, eingeleitet wird. Diese Figur stellt mit anderen Worten den Fall dar, in dem die Synchronisationsverzögerung SD = (Δ - tAVG) ist.
Es wird angenommen, daß der Mikroprozessor 526 bereits das Auftreten dieser Tachyarrhythmie erfaßt hat, und die Hochspannungs-Ladeschaltung freigegeben hat, um das Laden der Ausgangskondensatoren einzuleiten. An einem Punkt 916 erreicht die Spannung an der VCAP-Leitung 538 (Fig. 1) die programmierte Spannung, wodurch der Ladeprozeß beendet wird. Nach dem Ladeprozeß wird ein ursprüngliches Austastintervall BLANK-1 922a definiert. Eine geeignete Dauer dieses Austastintervalls kann 300 ms sein. Ein ursprüngliches Refraktärintervall REF-1 924a wird ebenfalls definiert. Eine geeignete Dauer dieses Intervalls kann 400 ms sein.
Es wird auch ein ursprungliches Synchronisationsintervall SYNC-1 926a definiert. Die Dauer dieses Intervalls ist vorzugsweise eine Funktion des Ratenkriteriums zur Tachycardieerfassung. Es wird insbesondere empfohlen, daß dieses Intervall dem Tachycardie- Erfässungsintervall (TDI) zuzüglich eines vorgegebenen Zeitinkrements von beispielsweise 360 ms gleicht.
Die R-Zacke 906a tritt wahrend des Postrefrakärabschnitts des ersten Synchronisationsintervalls 926a auf und leitet das zweite Synchronisationsintervall 932a ein. Es wird auch ein zweites Austasintervall BLANK-2 928a eingeleitet. Dieses Intervall kann beispielsweise 120 ms betragen und kann dem Austastintervall entsprechen, daß nach der ventrikuläre Wahrnehmung wahrend der Brady-Stimulation verwendet wird, oder kann ein separat definierter Wert sein. Weiterhin wird ein zweites Refraktärintervall REF-2 930a eingeleitet, das beispielsweise 200 ms betragen kann, und kann wiederum entweder dem von der Vorrichtung nach wahrgenommenen Ventrikelkontraktionen verwendeten normalen Refraktärintervall entsprechen oder kann separat definiert sein.
Das zweite Synchronisationsintervall SYNC-2 932a ist, wie oben erörtert wurde, vorzugsweise auch eine Funktion des Tachycardie-Erfassungsratenkriteriums, und kann beispielsweise das Tachycardie-Erfassungsintervall (TDI) zuzüglich 60 ms sein. Da die R- Zacke 908a die zweite innerhalb des Postrefraktärabschnitts eines Synchronisationsintervalls wahrgenommene aufeinanderfolgende R-Zacke ist, leitet sie die Zeitsteuerung der Synchronisationsverzögerung SD 934a ein und löst an seinem Ende bei 938a die Abgabe eines Cardioversionsimpulses aus. Nach der Erzeugung des Cardioversionsimpulses bei 938a kehrt die Vorrichtung zur VVI-Bradycardie-Stimulation zurück.
Es sei bemerkt, daß nach der Abgabe des Cardioversionsimpulses bei 938a eine Spannung an den Ausgangskondensatoren bleiben kann. Diese Spannung wird nicht vor Erfässung der VT-Beendigung entladen. Wie oben erörtert wurde, kann der Mikroprozessor 526 die VT-Beendigung auf das Auftreten einer vorgegebenen Azahl sequentieller R-R- Intervalle hin, die größer sind als das Tachycardie-Erfassungsintervall, erfassen. Nach der Erfassung der Beendigung können die Ausgangskondensatoren intern entladen werden, wie oben erörtert wurde.
In Figur 8 ist die Arbeitsweise der Erfindung zum Synchronisieren der Abgabe von Cardioversionsimpulsen in dem Fall dargestellt, in dem die Synchronisationsverzögerung auf die Nahfeld-R-Zacken-Erfassung hin, die der R-Zacke entspricht, welche der R-Zacke, mit der der Impuls synchronisiert ist, vorhergeht, eingeleitet wird. Mit anderen Worten stellt diese Figur den Fall dar, in dem die Synchronisaüonsverzögerung gleich (VTCL + Δ - t) ist. Alle mit Nummern versehenen Elemente aus Figur 8 entsprechen mit ahnlichen Nummern versehenen Elementen aus Figur 7, wobei nur ein Unterschied besteht. Alle zur Abgabe des Cardioversionsimpulses führenden Schritte entsprechen genau den mit ahnlichen Nummern versehenen in Figur 7, die Synchronisationsverzögerung SD wird jedoch in diesem Fall so berechnet, daß sie zu einer Synchronisation des Impulses 938b mit einer R-Zacke 910b statt mit einer R-Zacke 908b führt.
Es sei bemerkt, daß die Erfindung zum Nutzen im Zusammenhang mit den oberen Hohlräumen oder Vorhöfen des Herzens, die bei manchen Patienten auch zu einer Tachycardie und einer Fibrillation neigen, verwendet werden kann, wenngleich die offenbarte Ausführungsform eine Fibrillation und eine Tachycardie in den unteren Hohlraumen oder Ventrikeln des Herzens betrifft. Es sei in ahnlicher Weise erwähnt, daß die vorliegende Erfindung auch zum Nutzen im Zusammenhang mit einem externen Cardioverter verwendet werden kann, wenngleich sie insbesondere zur Verwendung in einem oder zur Verwendung im Zusammenhang mit einem implantierbaren Cardioverter/Defibrillator angepaßt ist. Es wird angenommen, daß auch eine auf dem Einsatzpunkt des Fernfeld-EGMs beruhende Synchronisation in diesem Zusammenhang von Nutzen ist.

Claims

1. Implantierbarer Cardioverter oder Defibrillator, umfassend

eine erste Elektrodenanordnung (504) zum Aufnehmen von Depolarisationen eines Hohlraums eines Herzens (117) anzeigenden Signalen aus diesem Herzhohlraum,

eine zweite Elektrodenanordnung (108, 116; 500, 502) zum Aufliehmen von Depolarisationen des Herzhohlraums anzeigenden Signalen aus diesem Herzhohlraum, eine mit der ersten Elektrodenanordnung (504) gekoppelte Erfassungseinrichtung (534, 532, 530) zum Erfässen des Auftretens eines ersten Ereignisses innerhalb eines der Signale aus dem Herzhohlraum, das eine Depolarisation des Herzhohlraums anzeigt,

eine mit der zweiten Elektrodenanordnung (108, 116; 500, 502) gekoppelte zweite Erfassungseinrichtung (514, 516, 518) zum Erfassen des Auftretens eines zweiten Ereignisses innerhalb eines der Signale aus dem Herzhohlraum, das eine Depolarisation des Herzhohlraums anzeigt, und

eine Einrichtung (524) zum Messen einer Zeitdifferenz (t) zwischen dem Auftreten des ersten und dem des zweiten Ereignisses, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (524), die eine Cardioversions- oder Defibrillations-Impulsverzögerung (SD) als Funktion der gemessenen Zeitdifferenz (t) definiert,

eine Einrichtung (20) zum Einleiten einer Zeitsteuerung einer solchen Cardioversions- oder Defibrillations-Impulsverzögerung nach Auftreten eines der zweiten Ereignisse, und

eine Einrichtung (554) zur Abgabe eines Cardioversions- oder Defibrillationsimpulses an das Herz nach Ablauf der Cardioversions-Impulsverzögerung, wobei

die erste Elektrodenanordnung (504) eine Einrichtung zum Aufhehmen von Depolarisationen eines Herzhohlraums anzeigenden Fernfeldsignalen umfaßt,

das erste Ereignis der Einsatzpunkt eines solchen Fernfeldsignals ist,

die zweite Elektrodenanordnung (500, 502) eine Einrichtung zum Erfassen von Depolarisationen des Herzhohlraums anzeigenden Nahfeldsignalen umfaßt, und

das zweite Ereignis die Erfassung eines Nahfeldsignals und das Verzögerungsintervall eine Funktion davon ist.

2. Cardioverter oder Defibrillator nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrodenanordnung eine Elektrode oder ein Elektrodenpaar (108, 116; 500, 502) aufweist, die bzw. das sich an oder innerhalb des Herzhohlraums anordnen läßt.

3. Cardioverter oder Defibrillator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrodenanordnung mindestens eine außerhalb des Herzhohlraums anzuordnende Elektrode (504) aufweist.

4. Cardioverter oder Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ereignis den Einsatzpunkt (To) eines der Signale aus dem Herzhohlraum umfaßt, das eine Depolarisation des Herzhohlraums anzeigt.

5. Cardioverter oder Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ereignis den Punkt (Td) umfaßt, bei dem das eine Depolarisation des Herzhohl- raums anzeigende Signal aus dem Herzhohlraum eine vorbestimmte Amplitude überschreitet.

6. Cardioverter oder Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Gehäuse, wobei die erste Elektrodenanordnung mindestens eine an dem Gehäuse angebrachte Elektrode (504) zur subkutanen Anordnung aufweist.

7. Cardioverter oder Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer elektrischen Leitung (106), wobei die erste Elektrodenanordnung mindestens eine an einem distalen Ende der Leitung angebrachte, an oder innerhalb des Herzhohlraums anzuordnende erste Elektrode (116) aufweist.

8. Cardioverter oder Defibrillator nach Anspruch 7, wobei die erste Elektrodenanordnung eine an der Leitung (106) in Abstand von und proximal bezüglich der ersten Elektrode (116) angebrachte zweite Elektrode (108) aufweist.

9. Cardioverter oder Defibrillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Definiereinrichtung eine Einrichtung zum Modifizieren der gemessenen Zeitdifferenz um einen vorgegebenen Betrag umfaßt, um die Cardioversions- oder Defibrillations-Impulsverzögerung zu definieren.