DE19900690C1 - Herzschrittmacher - Google Patents

Herzschrittmacher

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    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/362Heart stimulators
    • A61N1/365Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential

Abstract

Es wird ein Herzschrittmacher mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von mit einer mittleren Stimulationsintervalldauer aufeinanderfolgender Stimulationspulse, einer Vorrichtung zur Modulation einzelner Stimulationsintervalle und einer Vorrichtung zur Erfassung eines Herzfunktionsparameters und zur Auswertung der durch die Modulation hervorgerufenen Änderungen des Herzfunktionsparameters vorgeschlagen, wobei abhängig von dem ausgewerteten Herzfunktionsparameter die Stimulationsintervalldauer geändert wird. DOLLAR A Die Vorrichtung zur Modulation verkürzt und verlängert die Stimulationsintervalle abwechselnd so, daß sich die jeweils eingestellte mittlere Intervalldauer nicht ändert. Die Auswertevorrichtung bestimmt die elektrische Restitution des Herzens bei dieser mittleren Intervalldauer auf der Basis der Messung der Dauer des Aktionspotentials, wobei die aufgrund der Modulation einzelner Stimulationsintervalle auftretenden Änderungen einer Meßgröße der Dauer des Aktionspotentials gegenüber der bei der mittleren Stimulationsintervalldauer bestimmt werden und mit mindestens einem Sollwert verglichen werden. Abhängig von dem Vergleich wird die mittlere Stimulationsintervalldauer geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein allgemein bekannter Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist der sogenannte QT- oder Stimulus-T-Schrittmacher wie er beispielsweise in der US 422 8 803 beschrieben ist. Ein solcher Herzschrittmacher weist Mittel auf, mit denen die mittlere Stimulationsfrequenz an Änderungen der phy­ sischen und psychischen Belastung angepaßt werden kann.
Hierzu ist ein Schaltkreis vorgesehen, der das intra­ kardial abgeleitete EKG-Signal auswertet, wobei er den Beginn oder das Maximum der T-Welle detektiert. Da sich der zeitliche Abstand zwischen Stimulation und Einsetzen der T-Welle das sogenannte Stim-T- Intervall bei steigender Belastung verkürzt, liefert der Schaltkreis einen physiologischen Meßparameter, mit dem die Stimulationsfrequenz sich ändernden Bela­ stungen angepaßt werden kann.
Der prinzipielle Nachteil einer derartigen Frequenz­ regelung ist dadurch gegeben, daß sich das Stim-T- Intervall nicht nur bei Anstieg der Belastung sondern in weitaus stärkerem Maße durch den Anstieg der Sti­ mulationsfrequenz selbst verkürzt. Eine derartige Frequenzregelung erfordert dementsprechend spezielle Maßnahmen, um eine positive Rückkoppelung zu vermei­ den.
Ein weiterer Nachteil dieser Frequenzregelung ist die Tatsache, daß die gemessenen Stim-T-Intervalle humo­ ral bestimmt sind d. h. aufgrund der über die Neben­ nierenrinde ausgeschütteten, und über den Blutkreis­ lauf transportierten Hormone reagieren.
Grundsätzlich ist bei der Regelung der Stimulations­ frequenz in Herzschrittmachern ein wesentliches Ziel, die Stimulationsfrequenz nicht nur an steigende kör­ perliche Belastungen anzupassen, sondern dabei auch die individuelle myokardiale Leistungsfähigkeit des Patienten zu berücksichtigen. Das bedeutet, daß die Stimulationsfrequenz bei steigender Belastung nur so­ lange erhöht wird, wie dadurch eine Steigerung des Herzzeitvolumens HZV erreicht wird. Damit soll ver­ hindert werden, daß der Herzmuskel durch eine zu hohe Stimulationsfrequenz ("Overpacing") überlastet und geschädigt wird.
Es wurde versucht, diese Kontrolle durch Messung des Schlagvolumens SV oder eines HZV-abhängigen Meßpara­ meters, wie z. B. der zentralvenösen Sauerstoffsätti­ gung (sO2) zu erreichen.
Aus der WO 89/06990 A1 ist ein Verfahren zur hämodynami­ schen Optimierung der Stimulationsfrequenz bekannt, das die Messung der vom Herzzeitvolumen HZV-abhängi­ gen zentralvenösen Sauerstoffsättigung sO2 in Kombi­ nation mit einer Modulation der Stimulationsfrequenz ΔHR über Phasen von 2 bis 4 Minuten benutzt. Eine Op­ timierung des Herzzeitvolumens wird dadurch ange­ strebt, daß der frequenzabhängige Gradient der Sauer­ stoffsättigung ΔsO2/ΔHR innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gehalten wird, der analog zum Gradienten des Herzzeitvolumens ΔHZV/ΔHR ein physiologisch optimaler Bereich ist.
Dieses Verfahren ist von der Stabilität und der Ge­ nauigkeit des sO2-Sensorkatheters abhängig, die sich in der Praxis als nicht ausreichend erwiesen haben und es weist den Nachteil auf, daß es wegen der not­ wendig langen Änderungsperioden nicht in der erfor­ derlichen Zeit von einigen Minuten gelingt zu diffe­ renzieren, ob die gemessene sO2-Änderung durch die Frequenzänderung oder durch andere Einflußgrößen be­ wirkt wurde.
Die EP 0 551 355 B1 beschreibt ein Verfahren zur Modula­ tion einzelner Stimulationsintervalle, bei dem die Impedanzmessung zur Erfassung des Schlagvolumens ge­ nutzt wird, um den Einsatz eines Sensorkatheters zur Bestimmung des Herzzeitvolumens zu umgehen. Durch die gezielte Modulation einzelner Stimulationsintervalle ΔSI und die phasenspezifische Demodulation der Impe­ danzänderung ΔZ wurde angestrebt, den Einfluß nicht funktionsspezifischer und somit störender Parameter­ änderungen zu unterdrücken und zusätzlich das Signal mit Hilfe maximaler Modulation kalibriert.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß das Prinzip der Modulation einzelner Stimulationsinter­ valle hier nur als Filter- und Kalibrierverfahren, d. h. als Zwischenschritt zur Bestimmung des Schlagvo­ lumens und damit des Herzzeitvolumens HZV genutzt wird. Die Optimierung der Frequenzregelung wird dann gleichfalls durch die Optimierung des Gradienten ΔHZV/ΔHR anhand einer optimalen hämodynamischen Kenn­ linie angestrebt. Die Bestimmung des Schlagvolumens hat sich trotz Verbesserung des Störabstandes durch die Einzelpulsmodulation in der Praxis als noch zu ungenau erwiesen, um eine zuverlässige hämodynamische Optimierung durchführen zu können. Das heißt, daß ei­ ne Optimierung der Stimulation durch Kontrollierung des Herzzeitvolumens sich in der Praxis als problema­ tisch darstellt, da entweder die spezifischen Sensor­ katheter zur Messung des Schlagvolumens oder HZV- abhängiger Meßparameter noch keine ausreichende Lang­ zeitstabilität aufweisen oder Messungen des Schlagvo­ lumens mit Standardkathetern über die Impedanz nicht zuverlässig genug sind. Außerdem wird die Auswertung sehr komplex da die das Meßergebnis verfälschenden und miterfaßten mechanischen Übertragungsfunktionen berücksichtigt werden müssen.
Aus EP 0 647 454 A2 ist außerdem die kontinuierliche Anpassung der Stimulationsfrequenz durch Verlängern bzw. Verkürzen des Stimulationsintervalls bekannt. Diese Anpassung erfolgt jedoch als Funktion der ge­ messenen aktuellen Herzrate bzw. der Differenz zwi­ schen aktueller Herzrate und eingestellter Stimulati­ onsfrequenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herz­ schrittmacher zu schaffen, der eine schnelle und ge­ naue Regelung der Stimulationsfrequenz bzw. der Sti­ mulationsintervalldauer ermöglicht und eine Überla­ stung durch eine zu hohe Stimulationsfrequenz verhin­ dert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Der erfindungsgemäße Herzschrittmacher mit einer in­ dividuell optimierten Regelung der Stimulationsinter­ valldauer umgeht die Notwendigkeit, einen SV- bzw. HZV-abhängigen Meßparameter zu bestimmen und ermög­ licht durch Auswertung der elektrischen Restitution bzw. des Gradienten der elektrischen Restitution mit Hilfe der standardmäßigen Erfassung des endokardialen EKG's eine Regelung der Stimulationsfrequenz bzw. der Stimulationsintervalldauer mittels eines Funktionspa­ rameters des Herzens, der direkt den Belastungszu­ stand des Patienten wiedergibt, wobei auch Verände­ rungen der Leistungsfähigkeit des Herzmuskels und akute Verschlechterungen der myokardialen Leistung bei der Frequenzanpassung berücksichtigt werden. Da­ bei wird die Modulation einzelner Stimulationsinter­ valle so durchgeführt, daß die mittlere eingestellte Intervalldauer sich nicht ändert.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.
Die Modulation der Stimulationsintervalle um einen positiven und negativen Wert wird sowohl kontinuier­ lich als auch im Abstand von mehreren Pulsen unter periodischer Wiederholung durchgeführt.
Es wurde gefunden, daß die elektrische Restitutions­ kurve, die durch Messung der Aktionspotentialdauer bestimmt wird, äquivalent zu der ist, die durch Mes­ sung des QT- oder des Stim-T-Intervalls des Elektro­ kardiogramms definiert wird.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Analyse der last- und der frequenzabhängigen Modulation des Stim-T- Intervalls ausreichend zuverlässig ist, wenn die Mo­ dulation eines einzelnen Stimulationsintervalls die Ungleichungen ESI (Extrasystolisches Intervall) <600 ms bei ΔESI/BCL ≧ 10% (BCL-basic cycle length).
Als Auswertegröße der elektrischen Restitution kann vorteilhafterweise eine dimensionslose Größe z. B. der Gradient (ERG) oder die relative Änderung der elek­ trischen Restitution verwendet werden, um eine lastabhängige Steuerung zu erzielen. Dies ist mög­ lich, da dieser Gradient mit einem Anstieg der physi­ schen Last fällt, während er mit steigender Stimula­ tionsfrequenz steigt. Außerdem konnte gefunden wer­ den, daß die Änderungsreaktion hauptsächlich auf ei­ ner Änderung der Zeitkonstanten der exponentiellen Restitutionsfunktion beruht und diese Zeitkonstante reagiert wesentlich schneller und stärker auf Ände­ rungen der Last und der Frequenz als es das Stim-T- Intervall bei einer Regelung nach dem Stand der Tech­ nik tut.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Regelung gut an­ wendbar bei akuter Ischämie, da die elektrische Re­ stitution die myokardialen Bedingungen widerspiegelt. Die Zeitkonstante der exponentiellen elektrischen Re­ stitution und dabei der Gradient derselben steigt mit der Ischämie. Dies bewirkt erfindungsgemäß eine Re­ duktion der Stimulationsfrequenz.
Die Regelung nach der Erfindung durch eine Einzel­ pulsmodulation und Erfassung der elektrischen Resti­ tution bewirkt eine schnelle und genaue Regelung der Stimulationsfrequenz, da die elektrische Restitution hauptsächlich durch einen neuronal gesteuerten, schnellen Reaktionsmechanismus gesteuert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 den charakteristischen Verlauf einer elek­ trischen Restitutionskurve eines normalen, gesunden Myokards für die Ruhe- und für die Belastungsphase,
Fig. 2 Kennlinien für den elektrischen Restituti­ onsgradienten als Funktion der Stimulations­ frequenz in der Ruhe- und Belastungsphase,
Fig. 3 Kennlinien des Gradienten der elektrischen Restitution abhängig von der Stimulations­ frequenz beim Auftreten einer Ischämie und
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels des Herzschrittmachers nach der vor­ liegenden Erfindung.
Als elektrische Restitution wird die Abhängigkeit der Dauer des Aktionspotentials AP des Herzmuskels als Funktionsparameter von der Dauer der Diastole td be­ zeichnet. Wird diese während eines einzelnen Herzzy­ klus' spontan geändert, beispielsweise durch eine Ex­ trasystole, dann ändert sich das Aktionspotential bzw. dessen Dauer. Die Dauer des Aktionspotentials wird durch das Intervall zwischen dem Anfang der Sti­ mulation und dem Zeitpunkt definiert, bei dem das Ak­ tionspotential um 90% abgefallen ist, und sie nimmt ab, wenn das Zeitintervall zwischen zwei aufeinander­ folgenden Stimulationspulsen kleiner wird. Hier ist zwischen der APD-Änderung nach einem extrasystoli­ schen Stimulationsintervall und der APD-Änderung nach einer Änderung der mittleren oder Basisherzfrequenz (HR = 1/BCL) entsprechend dem Stand der Technik zu un­ terscheiden.
Dieses Änderungsverhalten nach einem extrasystoli­ schen Stimulationsintervall läßt sich durch eine dop­ pelt exponentielle Funktion beschreiben, die als elektrische Restitutionskurve ER bezeichnet wird.
Die elektrische Restitutionskurve (ERG) ist somit de­ finiert als Funktion der Aktionspotentialdauer APD von der Zykluslänge eines vorhergehenden extrasysto­ lischen Stimulationspulsintervalls ESI, d. h. eines einzelnen Stimulationspulsintervalls, das von der Ba­ siszykluslänge (BCL), d. h. der mittleren Stimulati­ onsintervalldauer um ±ΔESI geändert wird und das der Diastole entspricht.
Die Funktion kann beschrieben werden als
ER APD(ESI) = APDPl . (1 - A1 . exp(-td/T1) - A2 . exp(-td/T2))
Hierbei sind APDPl der Plateauwert, A1 und T1 Ampli­ tude und Zeitkonstante der schnellen Phase der Resti­ tution und A2 und T2 die Amplitude und Zeitkonstante der langsamen Phase der Restitution.
Die Unterscheidung in der Näherungsgleichung zwischen einem langsamen und einem schnellen Anteil beim expo­ nentiellen Anstieg der Restitutionskurve trägt der Tatsache Rechnung, daß Funktion des Herzmuskels bzw. der Herzmuskelzelle wie der Ionenaustausch an der Zellmembran bestimmt sind, d. h. sowohl durch schnel­ le, autonome Regelprozesse in der Zelle und dem um­ liegenden Gewebe als auch durch Regelprozesse, die das gesamte Herz-Kreislaufsystem betreffen und über das vegetative Nervensystem und die entsprechenden Drüsenfunktionen gesteuert werden.
Als Meßparameter zur Bestimmung der elektrischen Re­ stitutionskurve wird, wie oben angedeutet, prinzipi­ ell die Aktionspotentialdauer APD bestimmt, die durch spezielle Elektroden gemessen werden kann. Untersu­ chungen haben jedoch gezeigt, daß bei Messung des EKGs auch das sogenannte QT-Intervall, also die In­ tervalldauer zwischen der Q-Zacke und dem Ende der T- Welle des intrakardialen EKGs die gleiche Restituti­ onscharakteristik hat wie die APD. Bei Stimulation des Ventrikels durch einen Herzschrittmacher ist es zweckmäßiger, anstelle des QT-Intervalls als Meßin­ tervall das Stim-T-Intervall STI, also den Abstand zwischen Stimulationspuls und T-Welle zu messen.
In Fig. 1 ist als elektrische Restitutionskurve (durchgezogene Linie) der Verlauf der Aktionspoten­ tialdauer APD in Abhängigkeit von der Länge einzelner extrasystolischer Intervalle eines normalen, gesunden Myokards für die Ruhe- und für eine Belastungsphase dargestellt. Dabei wurden in beiden Phasen jeweils die optimal angepaßten Stimulationsfrequenz HRo bzw. der optimalen Basiszykluslänge BCLo = 1/HRo (d. h. die mittlere Stimulationsintervalldauer) in einzelnen ex­ trasystolischen Stimulationsintervallen ESI verändert und dann die entsprechende Änderung der Aktionspoten­ tialdauer APD gemessen. Die so entstandenen Restitu­ tionskurven entsprechen den durch die obige Gleichung beschriebenen Exponentialfunktionen. Die optimale Ba­ siszykluslänge BCLo für Ruhe (900 ms) und für eine Belastung (500 ms) sind durch die gestrichelten Pfei­ le bezeichnet, d. h. die jeweilige Basiszykluslängen bzw. mittlere Intervalldauer wurde um ±ΔESI zur Bil­ dung von extrasystolischen Intervallen geändert und jeweils als Reaktion die Aktionspotientaldauer bzw. das QT- oder das Stim-T-Intervall als Meßparameter gemessen. Dabei wird mittlere Stimulationsintervall­ dauer abwechselnd um positive und negative ΔESI-Werte so verlängert und verkürzt, daß die eingestellte mittlere Intervalldauer gleich bleibt. Vorzugsweise sind die ±ΔESI bei einer Änderung gleich, d. h. die Intervalldauer wird um den gleichen Wert verkürzt und verlängert. Die Änderung kann sich im Abstand von mehreren Pulsen periodisch wiederholen, sie kann aber auch kontinuierlich, d. h. jeder Stimulationspuls wird abwechselnd verlängert oder verkürzt, durchgeführt werden.
Die gestrichelten Linien in Fig. 1 stellen die Kurven der QT- oder Stim-T-Intervalle eines EKGs bei konti­ nuierlicher Veränderung der Basiszykluslänge, bzw. bei kontinuierlicher Modulation, die beispielsweise bei einem QT-Schrittmacher nach dem Stand der Technik verwendet werden. Wie zu erkennen ist, unterscheiden sich diese Kennlinien deutlich von den elektrischen Restitutionskurven bei unterschiedlicher Belastung, wobei mit steigender Belastung neben einer Reduktion des Plateauwertes der jeweiligen Kurve mit entspre­ chender Verschiebung nach links auch ein steilerer Anstieg der Kurve gemessen wurde.
Die Restitutionskurve kann nun zur physiologischen Regelung der Stimulationsfrequenz HR genutzt werden, wobei, wie erwähnt, wesentlich ist, daß sowohl der Plateauwert ADPPl als auch die Zeitkonstanten T1 und T2 abhängig von der Pulsfrequenz HR und dem myokar­ dialen Leistungspegel sind. Die Stimulationsfrequenz sollte daher so geregelt werden, daß das Stimulati­ onsintervall bei jeder Belastung im Bereich des Pla­ teauwertes APDPl liegt.
Um eine einfachere Größe für die Regelung verwenden zu können, wird vorteilhafterweise nicht direkt der Bereich um den Plateauwert selber gewählt, sondern der Gradient der Restitutionskurve. Der Gradient der Restitutionskurve im jeweiligen optimalen Arbeits­ punkt, der durch die optimale Basiszykluslänge BCLo gegeben ist, ergibt sich dadurch, daß das extrasysto­ lische Intervall ESI prozentual (ΔESI/BCL) um einen definierten positiven +ΔESI und/oder negativen Wert - ΔESI verändert wird und die durch Pfeile 20 in Fig. 1 dargestellte, resultierende Veränderung der Aktions­ potentialdauer +ΔAPD bzw. -ΔAPD gemessen wird. Wird dieser Gradient der elektrischen Restitution ERG = +ΔAPD/+ΔESI bzw. ERG = -ΔAPD/-ΔESI als Funktion der Stimulationsfrequenz HR für die Ruhe- und eine Bela­ stungsphase aufgetragen, so ergibt sich der in Fig. 2 dargestellte Verlauf.
Fig. 2 zeigt, daß der exponentielle Anstieg des Gra­ dienten der elektrischen Restitution ERG als Funktion einer steigenden Stimulationsfrequenz HR bei anstei­ gender Belastung nach rechts verschoben wird. Es ist zu erkennen, daß bei der jeweils optimalen Herzfre­ quenz die zugehörigen ERGo-Werte, die den Plateauwer­ ten APDPl in Fig. 1 entsprechen, etwa den gleichen Pegel haben, wobei jedoch die Werte auch unterschied­ lich sein können. Diese Werte können bei einer Fre­ quenzregelung als Sollwerte des Gradienten der elek­ trischen Restitution ERGs gewählt werden, wobei in Fig. 2 ein Bereich um den Sollwert ERGs herum als Be­ reich für eine optimale Stimulationsfrequenz HR ange­ geben ist, der durch die Schwellenwerte ERG1 und ERG2 begrenzt ist.
Es ist auch denkbar, daß der Gradient der elektri­ schen Restitution ERG aus der Differenz der positiven und negativen Änderung der Aktionspotentialdauer in Bezug auf die positive und negative Intervalländerung bestimmt wird, nämlich zu ERG = [(+ΔAPD) - (- ΔAPD)]/[(+ΔESI) - (-ΔESI)].
Anhand der Fig. 1 und 2 läßt sich erkennen, daß die elektrische Restitutionsfunktion bzw. ihr Gradient ERG die Voraussetzung für die Regelung der Stimulati­ onsfrequenz bietet, da einerseits der Gradient der elektrischen Restitution ERG bei Anstieg der Stimula­ tionsfrequenz umgekehrt zum Anstieg der körperlichen Belastung reagiert und andererseits innerhalb eines physiologisch fest definierten Bereichs einen für je­ de Belastungssituation optimalen Wert ERGo aufweist. Aus der ERG-Charakteristik nach Fig. 2 ist zu erken­ nen, daß bei der Frequenzregelung eine zu hohe Stimu­ lationsfrequenz (Overpacing) prinzipiell vermieden wird.
Es zeigt sich jedoch auch, daß eine bei Patienten mögliche akute Verschlechterung der myokardialen Lei­ stung erkannt werden kann und bei der Frequenzanpas­ sung berücksichtigt werden kann. In Fig. 3 ist der Gradient der elektrischen Restitution über die Stimu­ lationsfrequenz für einen Fall dargestellt, bei dem eine Verschlechterung der myokardialen Leistung durch Ischämie auftritt. Fig. 3 zeigt, daß die Verlängerung des Stim-T-Intervalls beim Auftreten einer Ischämie im Belastungsfall die ERG-Kurve nach links ver­ schiebt, d. h. der Gradient der elektrischen Restitu­ tion reagiert bei Abfall der myokardialen Leistungs­ fähigkeit wie bei einem Abfall der körperlichen Bela­ stung. Als Folge davon wird die optimale Stimulati­ onsfrequenz HRo reduziert und so die vorrangige An­ forderung erfüllt, daß die ERG-abhängige Frequenzre­ gelung bei einem sich krankhaft verschlechternden Herzmuskel ein Overpacing verhindert.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch an­ stelle des Gradienten die relative Änderung der elek­ trischen Restitution durch Bildung des Quotienten ΔAPD/ΔESI verwendet werden, wobei jeweils auch die Mittelwerte über mehrere Änderungszyklen bestimmt werden können.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Herz­ schrittmachers dargestellt, mit dem eine Frequenzre­ gelung in Abhängigkeit von den Gradienten der elek­ trischen Restitutionsfunktion ERG verwendet wird.
Die für die ERG-abhängige Frequenz- bzw. Stimulati­ onsintervallregelung benötigten Funktionsblöcke sind in dem umrandeten Feld dargestellt. Als andere Funk­ tionsblöcke, die zur Standardausrüstung eines norma­ len QT-Schrittmachers gehören sind eine Stimulation­ selektrode 1 und ein die Stimulationselektrode 1 ver­ sorgender Stimulationspulsgenerator vorgesehen. Wei­ terhin ist ein EKG-Verstärker 2 einerseits mit der Stimulationselektrode 1 und andererseits mit einer Detektionsstufe zur Erfassung des Stim-T-Intervalls als Meßgröße verbunden. Außerdem enthält ein solches System einer über eine Telemetriestufe 12 program­ mierbaren Mikroprozessor mit einer Prozess-Steuerung 11.
Die Funktionsblöcke der Frequenzregelung sind ein HRmax/HRmin-Speicher 7 zur Speicherung der Grenzwerte der Stimulationsfrequenz, eine mit dem Speicher ver­ bundene Regelstufe 8, der ein Regelwert ΔERG zuge­ führt wird, ein Stimulationsintervallmodulator 9 zum Festlegen und Modulieren des Stimulationsintervalls, der mit dem Stimulationspulsgenerator 10 verbunden ist. Weiterhin ist eine Rechnungsstufe 4 vorgesehen, die ein Signal von der Detektionsstufe 3 und vom Mo­ dulator 9 empfängt sowie eine Stufe 5 zur Bildung des Mittelwerts, ein Sollwertspeicher 6 und ein Soll-Ist- Wert-Vergleicher 13.
Die Funktionsweise des Herzschrittmachers ist wie folgt. Der Stimulationspulsgenerator 10 liefert ein Stimulationspuls an die Stimulationselektrode und der EKG-Verstärker verstärkt das über die Stimulationse­ lektrode 1 abgeleitete intrakardiale EKG-Signal. Aus diesem verstärkten Signal analysiert die Detektions­ stufe 3 die Intervalldauer STI zwischen Stimulati­ onspuls und T-Welle, die dem QT-Intervall bzw. der Aktionspotentialdauer entspricht. In der Berechnungs­ stufe 4 wird der Gradient der elektrischen Restituti­ on ERG berechnet wobei jedoch auch andere oben er­ wähnte Größen verwendet werden können. Dazu wird zu­ nächst, getriggert durch den Modulator 9, mit dem von der Detektionsstufe gelieferten Stim-T-Intervallwert die Änderung ±ΔSTI berechnet, die durch die Änderung ΔESI des Stimulationsintervalls bewirkt wurde und an­ schließend wird der Quotient ERG = ΔSTI/ΔESI be­ stimmt. In der Mittelwertstufe 5 wird der Mittelwert ERGm der ERG-Werte über mehrere Änderungszyklen be­ rechnet. Mit dem Pfeil vom Ausgang der Mittelwertstu­ fe 5 zum Sollwertspeicher 6 wird angedeutet, daß der ERGm-Wert, der in körperlichem Ruhestand bei einer mittleren Stimulationsfrequenz von etwa 90/min gemes­ sen wird, als Sollwert gespeichert wird.
In dem Soll-Istwert-Vergleich 13 wird die Differenz zwischen dem Mittelwert des Gradienten der elektri­ schen Restitution ERGm und dem Sollwert ERGs gebildet und als Differenzwert ΔERG an die Regelstufe 8 gege­ ben, wobei diese zur Einstellung der mittleren Stimu­ lationsfrequenz HR0 verwendet wird. Diese wird z. B. mit Hilfe folgender Funktionen berechnet:
HRo = HRmin + k . ΔERG
wobei HR so geregelt wird, daß HR < HRmax ist. Dabei sind HRmin und HRmax durch externe Programmierung vorgebbare und im Speicher 7 speicherbare Minimal- bzw. Maximalfrequenzen und k ein Proportionalitäts­ faktor. HRmin wird üblicherweise durch die optimale mittlere Stimulationsfrequenz HRo im Ruhezustand vor­ gegeben. Die so ermittelte Basisfrequenz HRo wird der Modulationsstufe 9 zugeführt, in der die Basiszyklus­ länge BCL = 1/HRo periodisch mit einer Intervallände­ rung ±ΔESI moduliert wird und das resultierende Sti­ mulationsintervall ESI = BCLo + ΔESI gebildet wird. Im anschließenden Stimulationspulsgenerator 10 wird dann abhängig vom ESI-Wert der Stimulationspuls abgegeben. Die Regelung wird solange wiederholt bis der Wert ΔERG null ist.
In dem oben beschriebenen Beispiel wurde als Sollwert für den Gradienten der elektrischen Restitution ERGs der Pegel gewählt, der sich für die einzelnen Bela­ stungskurven entsprechend Fig. 2 bei der optimalen Stimulationsfrequenz HRo ergibt, wobei Regelschwan­ kungen zwischen den Werten ERG1 und ERG2 zugelassen sind. Der Sollwert ERGs kann aber auch automatisch an längerfristige Schwankungen des Restitutionsgradien­ ten mit Hilfe eines zweiten, von der Modulation unab­ hängigen Meßparameters angepaßt werden, mit dem es möglich ist, den Ruhezustand des Patienten zu erken­ nen. In der Ruhephase wird dann automatisch die mini­ male Stimulationsrate HRmin eingestellt und der Soll­ wert ERGs an den in Ruhe gemessenen Restitutionsgra­ dienten angepaßt. Auf diese Weise wird der Sollwert "nachkalibriert". Der von der Modulation unabhängige Meßparameter kann beispielsweise von einem mechani­ schen Bewegungssensor geliefert werden. Der Sollwert kann auch abhängig von der Frequenz eingestellt wer­ den, beispielsweise kann er im Ruhezustand festgelegt werden und dann mit einer frequenzabhängigen Neigung versehen werden.

Claims (13)

1. Herzschrittmacher mit einer Vorrichtung zum Er­ zeugen von mit einer mittleren Stimulationsin­ tervalldauer aufeinanderfolgenden Stimulati­ onspulsen, einer Vorrichtung zur Modulation ein­ zelner Stimulationsintervalle (ESI) und einer Vorrichtung zur Erfassung eines Herzfunktionspa­ rameters und zur Auswertung der durch die Modu­ lation hervorgerufenen Änderungen des Herzfunk­ tionsparameters, wobei abhängig von dem ausge­ werteten Herzfunktionsparameter die Stimulati­ onsintervalldauer geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Modulation die Stimula­ tionsintervalle (ESI) abwechselnd so verkürzt (- ΔESI) und verlängert (+ΔESI), daß sich die je­ weils eingestellte mittlere Stimulationsinter­ valldauer nicht ändert und die Auswertevorrich­ tung die elektrische Restitution des Herzens bei dieser mittleren Stimulationsintervalldauer auf der Basis der Messung der Dauer des Aktionspo­ tentials bestimmt, wobei die aufgrund der Modu­ lation einzelner Stimulationsintervalle (ESI) auftretenden Änderungen einer Meßgröße der Dauer des Aktionspotentials gegenüber der bei der mittleren Stimulationsintervalldauer bestimmt werden und mit mindestens einem Sollwert (ERGs) verglichen werden und daß abhängig von dem Ver­ gleich die mittlere Stimulationsintervalldauer geregelt wird.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Meßgröße zur Bestimmung der elektrischen Restitution neben der Dauer des Aktionspotentials (ADP) des Herzmuskels das zeitliche Intervall zwischen Stimulationspuls und T-Welle im EKG (ST) oder zwischen QRS- Komplex und T-Welle im EKG (QT) verwendet wird.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Modulation einzelner Stimulationsintervalle (ESI) die ab­ wechselnde Änderung (-AESI, +ΔESI) kontinuier­ lich durchführt.
4. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der die elektrische Restitution bestimmenden Meßgröße (APDm, STm oder QTm) über mehrere Sti­ mulationsintervalle errechnet wird.
5. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der je­ weiligen Änderung des Stimulationsintervalls (ΔESI) abhängigen Änderungen der die elektrische Restitution bestimmenden Meßgröße gespeichert werden und daß über mehrere Änderungszyklen ihr Mittelwert (ΔAPDm bzw. ΔSTm oder ΔQTm) bestimmt wird.
6. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Änderung der Meßgröße eine dimensionsfreie Größe der elektrischen Restitution genutzt wird.
7. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als dimensionsfreie Größe der elektrischen Restitution der Gradient der elek­ trischen Restitution (ERG) durch Bildung des Quotienten ΔAPDm/ΔESI bzw. ΔSTm/ΔESI oder ΔQTIm/ΔESI oder die relative Änderung der elek­ trischen Restitution durch Bildung des Quotien­ ten ΔAPDm/APDm bzw. ΔSTm/STm oder ΔQTm/QTm be­ rechnet wird.
8. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (ERGs) durch den Wert des Gradienten bzw. der relativen Ände­ rung der elektrischen Restitution im körperli­ chen Ruhezustand vorgegeben ist.
9. Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Anpassung des Sollwertes (ERGs) an individuelle Schwankungen der elektri­ schen Restitution die mittlere Stimulationsin­ tervalldauer durch externe Programmierung im Ru­ hezustand des Patienten festgelegt wird und der in dieser Ruhephase gemessene Wert als absoluter Sollwert (ERGs) gespeichert wird.
10. Herzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Anpassung des Sollwertes (ERGs) an längerfristige Schwankungen der elek­ trischen Restitution mittels eines Sensors der Ruhezustand des Patienten erkannt wird und die mittlere Stimulationsintervalldauer eingestellt wird und der gespeicherte Sollwert (ERGs) durch den in der erfaßten Ruhephase gemessenen Wert ersetzt wird.
11. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der frequenzabhängigen Änderungen bei der Detek­ tion der T-Wellen der Sollwert (ERGs) abhängig von der Stimulationsintervalldauer geändert wird.
12. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Sti­ mulationsintervalldauer derart geregelt wird, daß sie ansteigt, wenn die Differenz zwischen dem Restitutionsgradienten und dem Sollwert ei­ nen negativen Schwellenwert unterschreitet und abfällt, wenn die Differenz einen positiven Schwellenwert überschreitet.
13. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Modulation einzelner Stimulationsintervalle (ESI) die ab­ wechselnde Änderung im Abstand von mehreren Pul­ sen periodisch wiederholt durchführt.
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