DE19900690C1 - Herzschrittmacher - Google Patents
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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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