DE60302868T2

DE60302868T2 - Mehrkammerstimulationssystem

Info

Publication number: DE60302868T2
Application number: DE60302868T
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Hedberg; Karin Järverud; Anders Björling; Nils HOLMSTRÖM
Original assignee: St Jude Medical AB
Current assignee: St Jude Medical AB
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2023-11-15
Also published as: EP1464360A1; US7069076B2; EP1464360B1; US20040193224A1; SE0300916D0; DE60302868D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrkammerstimulationssystem, enthaltend eine Impulsgeneratorvorrichtung zum sukzessiven Liefern von Stimulationsimpulsen zu Herzkammern eines Patienten und IEGM-Signaldetektoren mit Austastintervallen, die der Ausgabe von Stimulationsimpulsen folgen und mit Abfühlelementen zum Abfühlen von IEGM-Signalen aus jeder der genannten Herzkammern, wobei jedes der genannten abgefühlten IEGM-Signale eine allgemein bekannte Morphologie aufweist.
Im Folgenden bezeichnet der Ausdruck Herzkammern das rechte und das linke Atrium wie auch den rechten und den linken Ventrikel des Herzens.
Hintergrund
Die US 6,148,234 beschreibt ein Zweiort-Stimulationssystem, entweder biventrikulär oder biatrial, in dem die Signale während der Refraktärperiode abgefühlt werden, die auf die Ausgabe von Stimulationsimpulsen folgt. Die Stimulationsimpulse werden im Wesentlichen gleichzeitig zu den beiden Herzkammern ausgegeben, obwohl erwähnt wird, dass für Patienten mit einem intraatrialen Block das linke Atrium um bis zu 90 ms später stimuliert werden kann als das rechte Atrium. Falls in beiden Kammern ein Capture erzielt wird, können während der darauffolgenden Refraktärperiode keine inneren Depolarisationssignale abgefühlt werden. Falls jedoch die Schwelle einer Herzkammer über den Pegel der ausgegebenen Impulse angestiegen ist, erfolgt in der Kammer kein Capture und diese hat keine auf die Ausgabe der Impulse folgende Refraktärperiode. In diesem Fall wird bei Patienten mit einer Leitungsverzögerung von einer Kammer zur anderen das Erregungssignal aus der anderen Kammer während der Refraktärperiode in der nicht eingefangenen Kammer abgefühlt. Ein solches Abfühlen während der Refraktärperiode des Schrittmachers wird als Folge eines Captureverlustes angesehen.
Falls zwei Herzkammern zu etwas verschiedenen Zeiten stimuliert werden, wird die eine Kammer ausgetastet, wenn die andere stimuliert wird. Die meisten Stimulationssysteme sind so aufgebaut, dass alle Signalkanäle ausgetastet werden, wenn ein Stimulationsimpuls ausgesandt wird. Demzufolge entsteht eine Unterbrechung bei den abgefühlten IEGM-Signalen. Dies ge schieht bei sämtlichen dualen oder Mehrkammerstimulationssystemen, beispielsweise sowohl bei biventrikulärer als auch biatrialer Stimulation. Falls abgefühlte Signale beispielsweise im Detektionszeitintervall einer evozierten Reaktion von beispielsweise 4 ms bis 50 ms nach einer Stimulation zur Bestimmung der evozierten Reaktion integriert werden und falls eine Stimulation der anderen Kammer 10 ms nach der ersten Stimulation stattfindet, entsteht eine Unterbrechung des Signals im oben genannten Detektionszeitintervall.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Mehrkammerstimulation eine verbesserte Technik zum Rekonstruieren des IEGM-Signals in einer zuverlässigen Weise vorzuschlagen, beispielsweise zum Darstellen des IEGM-Signals in seiner Vollständigkeit für einen Arzt oder zum Ausdrucken. Ein solches rekonstruiertes Signal ist auch für eine zuverlässige Detektion einer evozierten Reaktion nützlich.
Offenbarung der Erfindung
Dieses Ziel wird durch ein Stimulationssystem der im einleitenden Teil des Anspruches 1 definierten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen dieses Anspruches erreicht.
Somit ist es die Idee der vorliegenden Erfindung das in einer Herzkammer während der Austastintervalle, die aus einer Stimulation in anderen Kammern resultieren, abgefühlte IEGM-Signal mathematisch zu rekonstruieren. Beim Rekonstruieren des Signals wird die Kenntnis der allgemeinen Signalmorphologie angewandt. Um gemäß der Techniken nach der Erfindung das IEGM-Signal rekonstruieren zu können, darf der zweite Stimulationsimpuls in einem Paar aufeinanderfolgender Stimulationsimpulse nicht innerhalb des Austastintervalls, das auf den ersten Stimulationsimpuls folgt, geliefert werden. Die Impulsgeneratorvorrichtungen werden deshalb so gesteuert, dass sie den zweiten Stimulationsimpuls mit einer Zeitverzögerung liefern, der die Länge des Austastintervalls überschreitet, das auf den ersten der beiden aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulse folgt. Es soll auch bemerkt werden, dass es mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, das Signal in mehr als einem Austastintervall zu rekonstruieren, das in dem Signal als Ergebnis von aufeinanderfolgenden Stimulationen in anderen Herzkammern auftritt. Eine solche Situation kann auftreten, falls die Zeitverzögerungen zwischen den Stimulationen in verschiedenen Herzkammern verhältnismäßig kurz sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stimulationssystems ist die Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt, unter verschiedenen Rekonstruktionsarten des IEGM-Signals im Austastintervall mit Hilfe der Kenntnis der Signalmorphologie auszuwählen. So wird auf diese Weise die Kenntnis über die Signalmorphologie für die Auswahl der besten Rekonstruktionsart der Signale im Austastintervall benutzt.
Falls ein konstanter Signalpegel u₀, der gleich dem Mittelwert der abgefühlten IEGM-Signalwerte bei Beginn u₁ und am Ende u₂ des Austastintervalls ist, beispielsweise während des Austastintervalls innerhalb eines Detektionszeitfensters der evozierten Reaktion zur Erfassung der evozierten Reaktion integriert wird, kann das Ergebnis etwas rauschempfindlich sein, da es nur von zwei Abtastwerten u₁ und u₂ abhängt. Um diese Rauschempfindlichkeit zu verringern, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stimulationssystems eine Filtervorrichtung vorgesehen, um das IEGM-Signal in einem Filterzeitintervall einer vorbestimmten Länge zu filtern, um ein rekonstruiertes Signal zu erzeugen, wobei das Filterzeitintervall das Austastintervall enthält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stimulationssystems werden bei einem Stimulationssystem, das eine implantierbare Leitung mit einer Spitzen- und einer Ringelektrode sowie eine Impulsgeneratorvorrichtung mit einem Gehäuse enthält, die IEGM-Signale zwischen der Spitzenelektrode und dem Gehäuse bzw. zwischen der Ringelektrode und dem Gehäuse gemessen, es ist eine Speichervorrichtung zum Speichern der IEGM-Signale vorgesehen und die Signalrekonstruktionsvorrichtung ist ausgelegt, die zwischen der Spitzenelektrode und dem Gehäuse gemessenen IEGM-Signale zu rekonstruieren während der Teil des gespeicherten IEGM-Signals Ringelektrode-zu-Gehäuse, der dem Austastintervall im rekonstruierten IEGM-Signal entspricht, für die Rekonstruktion innerhalb des Austastintervalls benutzt wird. Obwohl die Ringelektrode im Blut schwebend angeordnet sein kann und die Spitzenelektrode am Myokard befestigt ist und die Spitzenelektrode und die Ringelektrode verschiedene Formen aufweisen, sehen die Signale ziemlich ähnlich aus. Da sich die Ringelektrode vom Myokard weiter entfernt befindet als die Spitzenelektrode, trifft das aus der Depolarisation des Myokards resultierende Signal bei der Spitzenelektrode ein, bevor es bei der Ringelektrode eintrifft. Somit ist das Ringelektrode-zu-Gehäuse-Signal gegenüber dem Spitzenelekt rode-zu-Gehäuse-Signal verzögert. Falls ein Spitzen-zu-Gehäuse-Signalkanal in einer Zeitperiode ausgetastet wird, können Informationen über diese Austastperiode im Ring-zu-Gehäuse-Signal nach einer bestimmten Zeit gefunden werden, wenn keiner der beiden Signalkanäle mehr ausgetastet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stimulationssystems ist eine Telemetrievorrichtung vorgesehen, um die IEGM-Signale einschließlich von, in Austastintervallen rekonstruierten Signalteilen zu einem externen Programmiergerät zu senden, um die IEGMs zusammen mit entsprechenden ECGs auf einem Display darzustellen und/oder diese auszudrucken. Auf diese Weise werden vollständige IEGMs, die auch die Austastintervalle einschließen, erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Um die Erfindung mehr im Einzelnen zu erläutern, werden im Folgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stimulationssystems anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stimulationssystems zeigt,
2 bis 5 zur Erläuterung verschiedener erfindungsgemäßer Rekonstruktionstechniken schematisch IEGM-Signalabschnitte zeigen, die ein Austastintervall enthalten,
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel der Verarbeitung eines evozierten Reaktionssignals während der Austastzeit in dem erfindungsgemäßen Stimulationssystem darstellt und
7 eine weitere Ausführungsform der Rekonstruktion in dem erfindungsgemäßen Stimulationssystem veranschaulicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Mehrkammerstimulationssystem mit Leitungen 42, 44, 46, die im rechten Atrium und in den Ventrikeln des Herzens 54 eines Patienten implantierte bipolare Elektroden 48, 50, 52 besitzen. Das Impulsgeneratorgehäuse ist schematisch bei 56 angedeutet.
Innerhalb des Impulsgeneratorgehäuses ist ein IEGM-Signaldetektor 58 mit einer IEGM-Signalabfühlvorrichtung und Signalrekonstruktionsvorrichtung 60 sowie einer Speichervorrichtung 62 angeordnet. Diese Komponenten sind vorzugsweise mittels eines Mikroprozessors verwirklicht.
Durch den Detektor 58 werden IEGM-Signale abgefühlt und integriert. Durch die Signalrekonstruktionsvorrichtung 60 wird das Signal in den Austastintervallen, die eine Folge der Ausgabe von Stimulationsimpulsen in anderen Herzkammern sind, rekonstruiert. In der Speichervorrichtung sind gemessene vollständige IEGM-Signale gespeichert, so dass die Rekonstruktionsvorrichtung 60 den Teil des gespeicherten Signals benutzen kann, der dem Austastintervall entspricht. Ein vollständiges IEGM-Signal kann vorab gemessen und in der Speichervorrichtung 62 gespeichert werden. IEGM-Signale können alternativ gleichzeitig gemessen werden zwischen der Spitzenelektrode, beispielsweise der Spitzenelektrode 64 im rechten Ventrikel und dem Gehäuse 56 sowie zwischen der genannten Ringelektrode 66 im rechten Ventrikel und dem Gehäuse 56. Die gemessenen IEGM-Signale werden in der Speichervorrichtung 62 gespeichert. Da das Signal, Ring zu Gehäuse, gegenüber dem Signal, Spitze zu Gehäuse, verzögert ist, ist die Signalrekonstruktionsvorrichtung 60 ausgelegt, das zwischen der genannten Spitzenelektrode 64 und dem genannten Gehäuse 56 gemessene IEGM-Signal zu rekonstruieren, während der Teil des gespeicherten IEGM-Signals von Ringelektrode 66 zu Gehäuse 56, der dem Austastintervall in dem zu rekonstruierenden IEGM-Signal entspricht, verwendet wird.
2 zeigt qualitativ, als Funktion der Zeit, das vereinfachte Erscheinungsbild eines IEGM-Signals, das auf die Ausgabe eines Stimulationsimpulses 2 folgt. Ein durch die Ausgabe eines Stimulationsimpulses in einer anderen Herzkammer bedingtes Austastinterval 14 ist in der Figur durch zwei gestrichelte Linien 6, 8 begrenzt. Die Austastzeit beträgt normalerweise 6 bis 15 ms.
3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Abschnitt des intrakardialen IEGM-Signals von 2. 3 stellt ein Beispiel dar, bei dem das Signal während des Austastintervalls 4 mathematisch durch Verwendung der augenblicklichen Neigung am Startpunkt 10 des Austastintervalls rekonstruiert wird.
4 zeigt ein Beispiel, bei dem das Austastintervall 12 im intrakardialen IEGM-Signal um ein Minimum 14 positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Signal im Austastintervall durch Verwendung der augenblicklichen Neigungen des intrakardialen Signals zu Beginn 16 und am Ende 18 des Austastintervalls 12, für lineare Extrapolationen des Signals vom Beginn 16 des Austastintervalls 12 an vorwärts bzw. vom Ende 18 des Austastintervalls aus rückwärts, benutzt. Diese linearen Extrapolationen treffen sich in einem Schnittpunkt 20 und bilden so ein rekonstruiertes Signal im Austastintervall 12.
Als eine weitere Alternative kann das abgefühlte intrakardiale Signal während der Austastung durch einen konstanten Signalpegel u₀ rekonstruiert oder ersetzt werden, der beispielsweise gleich dem Mittelwert der Signalwerte u₁ und u₂ an den Enden des Austastintervalls 22 ist, siehe 5.
Statt linearer Annäherungen des Signals innerhalb der Austastperiode, wie sie oben beschrieben sind, kann das Signal durch Anwendung eines Polynoms eines geeigneten Grades auf das Signal rekonstruiert werden, indem eine Vielzahl von IEGM-Signalabtastungen verwendet werden, die dem Austastintervall vorhergehen und nachfolgen.
Wie aus den 2 bis 5 ersichtlich, verändert sich das Signal mit der Zeit stetig ohne Diskontinuitäten. Die allgemeine Morphologie bzw. der Verlauf des Signals kann im Voraus durch Einführungsmessungen bestimmt und für den nachfolgenden Gebrauch gespeichert werden, vergleiche die Beschreibung der obigen 1.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Signalverarbeitung während der Austastung in einem erfindungsgemäßen Stimulationssystem mit einem Detektor für evozierte Reaktion darstellt. Es wird angenommen, dass die Verarbeitung des evozierten Reaktionssignals in beispielsweise einer durch einen Mikroprozessor gesteuerten Signalverarbeitung bekannter Art erfolgt. Das Beispiel bezieht sich auf eine Verarbeitung eines normalen AutoCapture-Signals, das während einer Austastung gerade unterbrochen worden ist, die durch eine Stimulation in der, der betrachteten Kammer gegenüberliegenden Herzkammer verursacht wurde. Der in 6 beschriebene Prozess ersetzt den Prozess, der sonst bei einer AutoCapture-Signalverarbeitung erfolgen würde, falls keine Austastung eingetreten wäre. Der Eingang zum Flussdiagramm in 6 ist das intrakardiale evozierte Reaktionssignal, das bis zum Beginn des Austastintervalls oder Austastpunktes integriert worden ist. Das Flussdiagramm stellt dann die Signalverarbeitung bis zum Ende des Austastintervalls dar, woraufhin das integrierte Signal der evozierten Reaktion weiter in der normalen, bekannten Weise für eine Detektion der evozierten Reaktion verarbeitet wird.
VBLNK, siehe 24 in 6, bezeichnet eine ventrikuläre Austastung. Cnt im Kasten 26 in 6 bezeichnet den Zählerwert und U_int bezeichnet das integrierte ER-Signal.
In Kasten 28 wird während VBLNK die Größe U_int integriert. Der Zählerwert entspricht der gezählten Zahl der Schleifen, d.h. der Anzahl der Abtastungen während VBLNK.
Kasten 30 stellt die Addition des während VBLNK integrierten Wertes des geschätzten Mittelwertes des Signals mit dem bis zum Beginn von VBLNK integrierten ER-Signal U_int dar.
Das erhaltene evozierte Reaktionssignal U_{evokedresponse}, Kasten 32, wird dann bei 34 zur Detektion der evozierten Reaktion nach bekannter Technik weiter verarbeitet.
Ein anderer Weg für die Betrachtung der in 6 dargestellten Prozedur ist es, die Abtastungen im ER-Fenster als einen mathematischen Vektor anzusehen. Indem das Punktprodukt dieses Vektors und der Vektor genommen werden, dessen Abtastungen in 7 dargestellt sind, wird U_{evokedresponse} erhalten. Mit der Definition des Produktes, wird der Wert der integrierten, linear interpolierten, evozierten Reaktion
wobei u_i die individuellen Spannungsabtastungen im ER-Fenster und f_i die (Filter) Koeffizienten bedeuten, die in 7 gezeigt sind.
Der Wert der Filterkoeffizienten, die der Austastperiode unmittelbar vorhergehen und unmittelbar folgen ist gleich 1 + n/2, wobei n die Anzahl der Proben bedeutet, die ausgetastet sind.

Claims

Mehrkammerstimulationssystem, enthaltend eine Impulsgeneratorvorrichtung zum sukzessiven Liefern von Stimulationsimpulsen zu Herzkammern eines Patienten und IEGM-Signaldetektoren mit Austastintervallen, die der Ausgabe von Stimulationsimpulsen folgen und mit Abfühlelementen zum Abfühlen von IEGM-Signalen aus jeder der genannten Herzkammern, wobei jedes der genannten abgefühlten IEGM-Signale eine im Allgemeinen bekannte Morphologie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalrekonstruktionsvorrichtung vorgesehen ist, um das genannte IEGM-Signal aus einer der genannten Herzkammern im Austastintervall, das der Ausgabe eines Stimulationsimpulses zu einer anderen Herzkammer folgt, zu rekonstruieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, unter den mehreren vorbestimmten Rekonstruktionsarten das genannte IEGM-Signal im Austastintervall mit Hilfe der genannten Kenntnisse der Signalmorphologie auszuwählen.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, dass genannte IEGM-Signal innerhalb des Austastintervalls durch Verwendung der augenblicklichen Neigung des IEGM-Signals bei Beginn des Austastintervalls für eine lineare Extrapolarisation des IEGM-Signals im Austastintervall zu rekonstruieren.
Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das genannte IEGM-Signal innerhalb des Austastintervalls ein Minimum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, die augenblicklichen Neigungen des genannten IEGM-Signals bei Beginn und am Ende des Austastintervalls für eine lineare Extrapolarisation des genannten IEGM-Signals vorwärts vom Beginn des Austastintervalls bzw. rückwärts vom Endes Austastintervalls zu benutzen, bis zum Schnittpunkt der genannten linearen Extrapolarisationen.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, dass genannte IEGM-Signal innerhalb des Aus tastintervalls als eine Konstante zu rekonstruieren, die gleich dem Mittelwert der Signalwerte bei den Grenzen des genannten Austastintervalls ist.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, dass genannte IEGM-Signal innerhalb des Austastintervalls unter Verwendung einer Vielzahl von IEGM-Signalwerten, die dem genannten Austastintervall vorhergehen und nachfolgen, gemäß einem Polynom eines vorbestimmten Grades zu rekonstruieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filtervorrichtung vorgesehen ist, um das genannte IEGM-Signal in einem Filterzeitintervall einer vorbestimmten Länge zu filtern, um ein rekonstruiertes Signal zu erzeugen, wobei das Filterzeitintervall das Austastintervall enthält.
Stimulationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Filtervorrichtung ein FIR-Filter mit Filterkoeffizienten umfasst, die gleich Null innerhalb des genannten Austastintervalls sind.
Stimulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichervorrichtung vorgesehen ist, zum Speichern eines vollständigen IEGM-Signals, das im Voraus ohne irgendein Austastintervall gemessen worden ist, und dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, dass gespeicherte IEGM-Signal für die Signalrekonstruktion innerhalb des Austastintervalls zu rekonstruieren.
Stimulationssystem nach Anspruch 1, wobei das genannte Stimulationssystem wenigstens eine implantierbare Leitung mit einer Spitzen- und einer Ring-Elektrode enthält, und die genannte Impulsgeneratorvorrichtung ein Gehäuse aufweist, die IEGM-Signale zwischen der genannten Spitzenelektrode und dem genannten Gehäuse bzw. zwischen der genannten Ringelektrode und dem genannten Gehäuse gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichervorrichtung zum Speichern der IEGM-Signale vorgesehen ist, und dass die genannte Signalrekonstruktionsvorrichtung ausgelegt ist, das zwischen der genannten Spitzenelektrode und dem genannten Gehäuse gemessene IEGM-Signal zu rekonstruieren, während der Abschnitt des gespeicherten Ringelektrode-zu-Gehäuse-IEGM-Signals, der dem Austastintervall im rekonstruierten Spitze-zu-Gehäuse-IEGM-Signal entspricht, verwendet wird.
Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Telemetrievorrichtung vorgesehen ist, zum Senden der genannten IEGM-Signale, die die genannten rekonstruierten Signalabschnitte in den Austastintervallen enthalten, zu einer externen Programmiervorrichtung zum Darstellen der IEGMs zusammen mit entsprechenden EGCs auf einem Display und/oder zum Ausdrucken derselben.
Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System Detektoren für eine evozierte Reaktion mit Erfassungszeitfenstern für eine evozierte Reaktion nach Liefern der Stimulationsimpulse enthält, wobei das genannte Erfassungszeitfenster der evozierten Reaktion für eine Herzkammer wenigstens ein Austastintervall enthält, das aus der Ausgabe eines Stimulationsimpulses zu einer anderen Kammer resultiert, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion einer evozierten Reaktion die genannten Detektoren für eine evozierte Reaktion ausgelegt sind, die genannten, in Austastintervallen rekonstruierten IEGM-Signale zu integrieren.