DE60303758T2

DE60303758T2 - System zur Überwachung des Blutzuckerwerts unter Verwendung einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE60303758T2
Application number: DE60303758T
Authority: DE
Inventors: Mark W. Kroll
Original assignee: Pacesetter Inc
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: EP1419731B1; US7680529B2; US7016720B2; US7029443B2; US20040077962A1; US20060100494A1; EP1419731A1; DE60303758D1; US20040078065A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf implantierbare, medizinische Vorrichtungen, beispieleweise Schrittmacher oder implantierbare Kardiovertierer/Defibrillatoren (ICDs), und insbesondere auf implantierbare, medizinische Vorrichtungen, die mit der Fähigkeit ausgerüstet sind, Blutzuckerniveaus zu überwachen.
Bei diabetischen Patienten müssen Blutzuckerniveaus häufig überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Niveaus in annehmbaren Grenzen bleiben, und um bei von Insulin abhängigen Diabetikern die Menge an Insulin festzustellen, die verabreicht werden muss. Herkömmliche Techniken zum Überwachen von Blutzuckerniveaus lassen jedoch viel zu wünschen übrig. Eine herkömmliche Technik erfordert beispielsweise, dass dem Patienten Blut abgenommen wird, typischerweise durch Einstechen des Fingers. Das abgenommene Blut wird dann durch eine tragbare Vorrichtung analysiert, um das Blutzuckerniveau festzustellen. Die Technik kann schmerzhaft sein und daher den Patienten in erheblicher Weise davon abschrecken, die Blutzuckerniveaus periodisch zu überprüfen. Ferner besteht, da eine externe Vorrichtung erforderlich ist, um das Blut zu analysieren, das Risiko, dass der Patient es vernachlässigt, die Vorrichtung griffbereit zu haben, was die periodische Überwachung des Blutzuckerniveaus verhindert. Bei Insulin abhängigen Diabetikern kann eine Unterlassung der ordnungsgemäßen Überwachung der Blutzuckerwerte in einer unrichtigen Dosierung des Insulins resultieren, was in extremen Fällen schwerwiegende, negative Gesundheitskonsequenzen, beispielsweise ein ketoacidonisches, diabetisches Koma, verursacht, das tödlich sein kann. Entsprechend gibt es einen erheblichen Bedarf, eine zuverlässige Technik für die Blutzuckerüberwachung bereitzustellen, die sich nicht auf den Patienten verlässt, um seine oder ihre eigenen Zuckerniveaus zu überwachen, und die keine externe Analysevorrichtung benötigt.
Im Hinblick auf die vielen Nachteile herkömmlicher, externer Blutzucker-Überwachungstechniken wurden implantierbare Blutzuckermonitoren entwickelt, die Sensoren zur Montage direkt in dem Blutstrom umfassen. Solche Monitore haben jedoch keinen großen Erfolg erreicht, da die Zuckersensoren dazu neigen, sehr schnell zu verstopfen. Daher ist eine implantierbare Vorrichtung, die Blutzuckerniveaus kontinuierlich und zuverlässig mißt, ohne Zuckersensoren zu benötigen, sehr erwünscht. Ferner gibt es wie bei jeglichen implantierbaren Vorrichtungen begleitende Risiken, die mit der Implantation des Blutzuckermonitors zusammenhängen, beispielsweise Gegenreaktionen gegen Anästhesiemittel, die während der Implantationsprozedur verwendet werden, oder der Beginn von nachfolgenden Infektionen. Folglich wäre es erwünscht, eine automatische Blutzuckerniveau-Überwachung unter Verwendung von medizinischen Vorrichtungen bereitzustellen, die ansonsten ohnehin implantiert würden, um dadurch das Risiko, das mit der Implantation zusätzlicher Vorrichtungen zusammenhängt, auf ein Minimum herabzusetzen. Insbesondere wäre es bei Patienten, die bereits die Implantation einer Herzstimulationsvorrichtung, beispielsweise eines Schrittmachers oder eines ICD, benötigen, erwünscht, um die Merkmale der elektrischen Herzsignale, die routinemäßig von der implantierbaren Vorrichtung detektiert werden, zur Verwendung als stellvertretendes Beispiel auszunutzen, um die Blutzuckerniveaus abzuschätzen.
Zwei mögliche stellvertrretende Beispiele für die elektrokardiografische Überwachung der Blutzuckerniveaus wurden untersucht, sind jedoch für sich genommen nicht attraktiv. Ein mögliches stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckerniveaus ist das korrigierte QT-Intervall (QTc), ein anderes ist die T-Wellen Amplitude. Beide variieren in einem gewissen Maß als eine Funktion der Blutzuckerniveaus. Mehr speziell neigt das QTc-Intervall dazu, mit steigenden Blutzuckerniveaus wenigstens bis zu einem gewissen Blutzuckerniveau (über dem hinaus das QTc sich nicht ändert) abzunehmen. Die T-Wellen Amplituden neigen dazu, mit steigenden Blutzuckerniveaus größer zu werden, wenigstens relativ zu niedrigen Blutzuckerniveaus. Bei höherem Blutzuckerniveau neigt die T-Wellen Amplitude jedoch dazu, mit steigendem Blutzuckerniveau abzunehmen. Folglich scheint das QTc-Intervall als stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckerniveaus nur bei niedrigen Niveaus wirksam zu sein. Im übrigen ist das Verhalten der T-Wellen Amplitude zweideutig, da es durch niedrige Zuckerniveaus und auch durch hohe Zuckerniveaus abgesenkt werden kann, und daher ist sie offenbar zweideutig und unwirksam als stellvertretendes Beispiel.
Somit wurden bisher das QTc-Intervall und die T-Wellen Amplitude nicht wirksam bei der Überwachung von Blutzuckerniveaus ausgenutzt. Jedoch wäre es, da das QTc-Intervall und die T-Wellen Amplitude jeweils offenbar durch die Blutzuckerniveaus beeinflußt werden, erwünscht, eine verbesserte Technik bereitzustellen, die trotz der individuellen Nachteile der QTc-Intervalle und der T-Wellen Amplituden dennoch eine zuverlässige Erfassung der Blutzuckerniveaus erreicht, und es ist dieser Zweck, auf den die Erfindung gerichtet ist. Insbesondere ist die Erfindung darauf gerichtet, eine implantierbare Herzstimulationsvorrichtung mit der Fähigkeit bereitzustellen, Blutzuckerniveaus auf der Basis von elektrokardiografischen Signalen zu überwachen.
Was die Ausnutzung von Merkmalen von elektrokardiografischen Signalen zum Zwecke der Überwachung des Blutzuckerniveaus betrifft, nutzt wenigstens ein Patent (US Nr. 5,741,211 an Renirie) die Verwendung von elektrokardiografischen Signalmerkmalen als eine Basis zur Bestimmung von Blutzuckerniveaus, insbesondere von QRS- und T-Wellen. Renirie offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ist hauptsächlich auf einen externen Monitor vom Holter-Typ gerichtet, hat jedoch auch eine gewisse Diskussion von implantierbaren Vorrichtungen. Renierie erwähnt die Möglichkeit, andere Merkmale außer QRS und T-Wellen, beispielsweise QT-Intervalle und RR-Intervalle, zu verwenden, zeigt jedoch nicht speziell, dass die Kombination von QT-Intervallen und T-Wellen erwünscht ist. Darüber hinaus scheinen die Techniken von Renirie in Bezug auf die Verwendung von T-Wellen nicht ausführbar zu sein, soweit die Überwachung durch implantierbare Vorrichtungen betroffen ist. Beispielsweise beschreibt Renirie die Verwendung einer Standard-Schrittmacherleitung zum Zwecke der Messung von T-Wellen Amplituden. Die herkömmliche Schrittmacherleitung scheint jedoch einfach nicht in der Lage zu sein, T-Wellen Amplituden mit dem gewünschten Maß an Genauigkeit zu erfassen. Zusätzlich fehlt bei Renirie sogar die Erwähnung der zweideutigen Antwort der T-Wellen Amplitude, auf die oben Bezug genommen wurde, oder es wird auch keine Technik bereitgestellt, um die Zweideutigkeiten, die aus der Verwendung von T-Wellen Amplituden resultieren, als ein Maß für die Blutzuckerniveaus anzusprechen. Darüber hinaus erwähnt Renirie nicht die Verwendung korrigierter QT-Intervalle, soweit QT-Intervalle abgesprochen werden. Entsprechend verbleiben trotz der spekulativen von Renirie erhebliche technische Aufgaben bei der Implementierung eines arbeitenden Systems übrig, des Blutzuckerniveaus auf der Basis von T-Wellen und QT-Intervallen optimal und zuverlässig detektieren kann. Entsprechend ist die Erfindung darauf gerichtet, die vielen technischen Herausforderungen zu überwinden, was erforderlich ist, um ein arbeitendes System zum Detektieren von Blutzuckerniveaus über T-Wellen und QT-Intervalle in einer implantierbaren, medizinischen Vorrichtung bereitzustellen.
Entsprechend der Erfindung wird eine implantierbare, medizinische Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Herzsignal-Detektoreinheit, die wirksam ist, um T-Wellen und QT-Intervalle zu detektieren; und ein Zucker-Überwachungssystem, das wirksam ist, um Blutzuckerniveaus auf der Basis einer Kombination der detektierten T-Wellen und der detektierten QT-Intervalle abzuleiten, wobei das Zucker-Überwachungssystem ferner wirksam ist, um detektierte T-Wellen in T-Wellen-Amplituden-Fraktionen umzusetzen; detektierte QT-Intervalle in korrigierte QT-(QTc)-Intervalldeltas umzusetzen; und um die Blutzuckerniveaus auf der Basis einer Kombination der T-Wellen-Amplituden-Fraktionen und der QTc-Deltas zu bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die implantierbare, medizinische Vorrichtung ein Schrittmacher oder eine ICD. Folglich wird die Blutzuckerüberwachung angenehm in Patienten bereitgestellt, die bereits einen Schrittmacher oder eine ICD benötigen, ohne dass zusätzliche Vorrichtungen implantiert werden müssen. Ferner ist durch die Verwendung einer implantierbaren Vorrichtung, um die Blutzuckerniveaus zu detektieren, keine externe Blutüberwachungsvorrichtung erforderlich, und keine schmerzhaften Fingerstech-Techniken werden benötigt. Folglich gibt es kein Risiko, dass der Patient es unterlässt, die Blutzuckerniveaus periodisch zu detektieren. Darüber hinaus können die Blutzuckerniveaus so oft wie erforderlich, beispielsweise einmal alle 5 Minuten, detektiert werden. Sobald das Blutzuckerniveau detektiert worden ist, vergleicht die implantierte Vorrichtung das Blutzuckerniveau gegen annehmbare obere und untere Grenzen und geeignete Warnsignale werden erzeugt, wenn das Niveau die annehmbaren Grenzen überschreitet. Wenn eine implantierbare Insulinpumpe zusätzlich vorgesehen ist, kann die Insulinpumpe automatisch auf der Basis des detektierten Blutzuckerniveaus gesteuert werden, um das Niveau in einem vorgegebenen, annehmbaren Bereich zu halten.
In dem Ausführungsbeispiel werden die T-Wellen unter Verwendung entweder eine Defibrillationsspule, einer vergrößerten, ventrikulären Leitung oder einer Reihe kleinerer Leitungen detektiert, die kombiniert werden, um ein einziges, starkes, ventrikuläres Signal zu liefern, was das erforderliche Maß an Genauigkeit bei der Detektion von T-Wellen liefert. In jedem Fall wird die T-Wellen-Amplituden-Fraktion dadurch abgeleitet, dass ein T-Wellen-Basiswert angegeben wird, dass die elektrischen Herzsignale detektiert werden, dass die T-Wellen-Amplitude in den Herzsignalen gemessen wird, und dass dann die T-Wellen-Amplitude in die T-Wellen-Amplituden-Fraktion dadurch umgesetzt wird, dass der T-Wellen-Basiswert subtrahiert wird. Das QTc-Intervall wird dadurch detektiert, dass ein QT-Intervall-Basiswert eingegeben wird, dass die Herzrate auf der Basis der elektrischen Herzsignale gemessen wird, dass das QT-Intervall innerhalb der Herzsignale gemessen wird, und dass dann das QT-Intervall in ein QTc-Intervall auf der Basis der Herzrate umgesetzt wird. Das QTc-Intervall wird dann in ein QT-Intervalldelta dadurch umgesetzt, dass der QT-Basiswert subtrahiert wird, und dann wird das BLutzuckerniveau auf der Basis einer Kombination der T-Wellen-Amplituden-Fraktion und des QTc-Deltawertes bestimmt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel gilt: Blutzuckerniveau = A – B*(QTc-Delta) – C*(T-Wellen-Amplituden-Fraktion),wobei A, B und C vorgegebene Parameter oder Koeffizienten sind, die in Bezug auf einen speziellen Patienten kalibriert werden.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise in die Praxis umgesetzt werden, und einige Ausführungsbeispiele werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine vereinfachte, zum Teil geschnittene Darstellung ist, die eine implantierbare Stimulationsvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit wenigstens drei Leitungen zeigt, die in einem Patientenherzen implantiert sind, um eine Viekammer-Stimulation und Schocktherapie abzugeben;
2 ein Funktionsblockdiagramm der implantierbaren Vielkammer-Stimulationsvorrichtung von 2 ist, die die grundlegenden Elemente zeigt, die eine Kardioversion, eine Defibrillation und/oder Schrittmacherstimulation in vier Kammern des Herzens und insbesondere ein Blutzucker-Überwachungssystem zur automatischen Detektion von Zuckerniveaus unter Verwendung sowohl von QTc-Intervallen als auch von T-Wellen-Amplituden-Fraktionen zeigt;
3 ein Funktionsblockdiagramm ist, das Komponenten eines Programmierers zur Verwendung bei der Programmierung der implantierbaren Vorrichtung der 1 und 2 zeigt, und die insbesondere ein Kalibriersystem zur Verwendung bei der Kalibrierung des Blutzucker-Überwachungssystems in der implantierbaren Vorrichtung zeigt;
4 ein Flußdiagramm ist, das ein Verfahren zeigt, das durch das Blutzucker-Überwachungssystem von 2 durchgeführt wird, um Zuckerniveaus zu detektieren;
5 ein Flußdiagramm ist, das ein Kalibrierverfahren zeigt, das sowohl von der implantierten Vorrichtung von 2 als auch von dem externen Programmierer von 4 nach der Implantation der Vorrichtung zeigt, um patientenspezifische Parameter zu bestimmen, die von dem Verfahren von 4 ausgewertet werden;
6 eine graphische Darstellung ist, die beispielhafte QCT-Intervalle gegen Blutzuckerwerte zeigt;
7 eine graphische Darstellung ist, die beispielhafte T-Wellen-Amplituden-Fraktionen gegen Blutzuckerniveaus zeigt; und
8 eine graphische Darstellung ist, die beispielhafte Blutzuckerniveaus gegen tatsächliche Blut zuckerniveaus zeigt, die unter Verwendung der Verfahren der 4–5 bestimmt wurden.
Stimulationsvorrichtung
1 zeigt eine Stimulationsvorrichtung 10 in elektrischer Kommunikation mit einem Patientenherzen 12 über drei Leitungen 20, 24 und 30, die geeignet sind, eine Vielkammerstimulation und Schocktherapie abzugeben. Um die atrialen Herzsignale abzutasten und eine Stimulationstherapie an die rechte, atriale Kammer zu liefern, ist die Stimulationsvorrichtung 10 mit einer implantierbaren, rechten, atrialen Leitung 20 gekoppelt, die wenigstens eine atriale Spitzenelektrode 22 hat, die typischerweise in dem rechten Atrialappendix des Patienten implantiert wird.
Um linke, atriale und ventrikuläre Herzsignale abzutasten und eine Schrittmachertherapie für die linke Kammer zu liefern, ist die Stimulationsvorrichtung 10 mit einer „Koronarsinus"-Leitung 24 gekoppelt, die zur Anordnung in dem „Koronarsinusbereich" über den Koronarsinus ausgelegt ist, um eine distale Elektrode neben dem linken Ventrikel und eine zusätzliche Elektrode oder zusätzliche Elektroden neben dem linken Atrium anzuordnen. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Koronarsinusregion" auf das Gefäßsystem des linken Ventrikels einschließlich jeglichen Teiles des Koronarsinus, der großen Herzvene, der linken Randvene, der linken, hinteren ventrikulären Vene, der mittleren Herzvene und/oder der kleinen Herzvene oder einer anderen Herzvene, die über den Koronarsinus zugänglich ist. Entsprechend ist die Koronarsinusleitung 24 ausgelegt, um atriale und ventrikuläre Herzsignale zu empfangen und eine Schrittmachertherapie für das linke Ventrikel, wobei wenigstens eine linke, ventrikuläre Spitzenelektrode 26 verwendet wird, eine Schrittmachertherapie an das linke Atrium unter Verwendung wenigstens einer linken, atrialen Ringelektrode 27 und eine Schocktherapie unter Verwendung wenigstens einer linken, atrialen Spulenelektrode 28 abzugeben.
Die Stimulationsvorrichtung 10 ist auch in elektrischer Kommunikation mit dem Patientenherzen 12 über eine implantierbare, rechte, ventrikuläre Leitung 30 gezeigt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine rechte, ventrikuläre Spitzenelektrode 32, eine rechte, ventrikuläre Ringelektrode 34, eine rechte, ventrikuläre (RV) Spulenelektrode 36 und eine SVC-Spulenelektrode 38 aufweist. Typischerweise wird die rechte, ventrikuläre Leitung 30 über eine Vene in das Herz 12 eingeführt, um die rechte, ventrikuläre Spitzenelektrode 32 in der rechten, ventrikulären Herzspitze anzuordnen, so dass die RV- Spulenelektrode 36 in dem rechten Ventrikel und die SVC-Spulenelektrode 38 in der Superior Vena Cava positioniert ist. Entsprechend ist die rechte, ventrikuläre Leitung 30 in der Lage, Herzsignale zu empfangen und eine Stimulation in Form einer Schrittmachersteuerung und einer Schocktherapie an das rechte Ventrikel abzugeben.
Wie unten erläutert wird, ist eine genaue Detektion von QTC-Intervallen und T-Wellen-Amplituden in den ventrikulären Signalen notwendig, um die Blutzuckerwerte gemäß der Erfindung zu bestimmen. Für genaue Messungen der T-Wellen-Amplitude wünscht man sich große Elektroden. IRV-Spulenelektrode 36, die für eine Defibrillation konfiguriert ist, ist genügend groß, um QTC-Intervalle und T-Wellen-Amplituden zuverlässig dadurch zu messen, dass die Spannung zwischen der RV-Spule und dem Gehäuse detektiert wird. Alternativ kann statt der Verwendung einer RV-Spule, die für die Defibrillation konfiguriert ist, ein Satz kleinerer RV-Elektroden implantiert werden, wobei die davon erzeugten Signale gemittelt werden, um ein einziges, ventrikuläres Signal zu gewinnen, dass eine ausreichende Genauigkeit hat, um QTC-Intervalle und T-Wellen-Amplituden zuverlässig zu detektieren. Wiederum werden die Spannungssignale zwischen den einzelnen Elektroden und dem Gehäuse detektiert. Folglich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung nur in Zusammenhang mit implantierten Vorrichtungen, die Defibrillatorspulen haben, beschränkt, sondern sie kann auch in ansonsten herkömmlichen Schrittmachern implementiert werden. Eine weitere Information bezüglich der genauen Detektion von QT-Intervallen wird in „Measurement of High Resolution ECG QT Interval during Controlle Euglycaemia and Hypoglycaemia", Irland et al (Physiol. Meas. Vol. 21, Mai 2000, Seiten 295 bis 303) gegeben, das hierbei durch Bezugnahme aufgenommen wird.
2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer implantierbaren Vielkammer-Stimulationsvorrichtung 10, die in der Lage ist, sowohl schnelle als auch langsame Arrhythmien mit einer Stimulationstherapie einschließlich Kardioversion, Defibrillation und Schrittmacher-Stimulation zu behandeln. Während eine spezielle Vielkammer-Vorrichtung gezeigt ist, geschieht dies nur zum Zwecke der Erläuterung, und ein Durchschnittsfachmann kann leicht die geeignete Schaltung publizieren, eliminieren oder abschalten in jeglicher beliebiger Kombination um eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die geeignete Kammer oder die geeigneten Kammern mit Kardioversion, Defibrillation und/oder Schrittmacher-Stimulation zu behandeln.
Die Stimulationsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 40, das oft als „Büchse", „Hülle" oder „Gehäuseelektrode" bezeichnet wird und das über ein Programm ausgewählt werden kann, so dass es als Rückführungselektrode für alle „unipolaren" Betriebsweisen wirkt. Das Gehäuse 40 kann ferner als Rückführungselektrode alleine oder in Kombination mit einer oder mehreren der Spulenelektroden 28, 36 oder 38 zum Zwecke einer Schockanwendung verwendet werden. Das Gehäuse 40 umfasst ferner einen Verbinder (nicht gezeigt), der eine Vielzahl von Anschlüssen 42, 44, 46, 48, 52, 54, 56 und 58 hat (die schematisch dargestellt sind und zur Vereinfachung sind die Namen der Elektroden, an die sie angeschlossen sind, neben den Anschlüssen gezeigt). Als solches umfasst der Verbinder, um die rechte, atriale Abtastung und Schrittmacher-Steuerung zu erreichen, wenigstens einen rechten, atrialen Spitzenanschluss 42, der zum Anschluss an die rechte, atriale (A_R) Spitzenelektrode 22 geeignet ist.
Um die Abtastung, Schrittmacher-Steuerung und/oder Schockbehandlung der linken Kammer zu erreichen, umfasst der Verbinder wenigstens einen linken, ventrikulären (V_R) Spitzenanschluss 44, einen linken, atrialen (A_L) Ringanschluss 46 und einen linken, atrialen (A_L) Schockanschluss (Spule) 48, die zur Verbindung mit der linken, ventrikulären Spitzenelektrode 26, der linken, atrialen Ringelektrode 27 und der linken, atrialen Spulenelektrode 28 respektive geeignet sind.
Um die Abtastung, die Schrittmachersteuerung und/oder Schockbehandlung der rechten Kammer zu unterstützen umfasst der Verbinder ferner einen rechten, ventrikulären (V_R) Spitzenanschluss 52, einen rechten, ventrikulären (V_R) Ringanschluss 54, einen rechten, ventrikulären (R_V) Schockanschluss (Spule) 56 und einen SVC-Schockanschluss (Spule) 58, die zum Anschluss an die rechte, ventrikuläre Spitzenelektrode 32, die rechte, ventrikuläre Ringelektrode 34, die RV-Spulenelektrode 36 und die SVC-Spulenelektrode 38 respektive geeignet sind.
An dem Kern der Stimulationsvorrichtung 10 ist ein programmierbarer Mikrocontroller 60 vorgesehen, der die verschiedenen Betriebsweisen der Stimulationstherapie steuert. Wie im Stand der Technik bekannt ist, umfasst der Mikrocontroller 60 typischerweise einen Mikroprozessor oder eine äquivalente Steuerschaltung oder einen äquivalenten Prozessor, die speziell zur Steuerung der Abgabe der Stimulationstherapie ausgelegt ist und ferner einen RAM- oder ROM-Speicher, eine Logik- und Zeitgeberschaltung, eine Statemachine-Schaltung und eine I/O-Schaltung umfassen kann. Typischerweise umfasst der Mikrocontroller 60 die Fähigkeit, Eingangssignale (Daten) unter der Steuerung des Pro grammcodes, der in einem designierten Block des Speichers gespeichert ist, zu verarbeiten oder zu überwachen. Die Details der Auslegung und der Arbeitsweise des Mikrocontrollers 60 sind für die vorliegende Erfindung nicht kritisch. Vielmehr kann ein beliebiger Mikrocontroller verwendet werden, der die hier beschriebenen Funktionen ausführt. Die Verwendung von auf Mikroprozessor basierenden Steuerschaltungen zur Durchführung der Zeitsteuerung und der Datenanalysefunktionen ist im Stand der Technik wohl bekannt.
Wie in 2 gezeigt ist, erzeugen ein atrialer Pulsgenerator 70 und ein ventrikulärer Pulsgenerator 72 Schrittmacher-Stimulationspulse zur Abgabe durch die rechte, atriale Leitung 20, die rechte, ventrikuläre Leitung 30 und/oder die Koronarsinusleitung 24 über eine Schalterbank 74. Es ist zu verstehen, dass, um eine Stimulationstherapie für jede der vier Kammern des Herzens bereitzustellen, der atriale Pulsgenerator 70 und der ventrikuläre Pulsgenerator 72 edizierte, unabhängige Pulsgeneratoren, multiplex gesteuerte Pulsgeneratoren oder im Zeitsharing betriebene Pulsgeneratoren umfassen kann. Der atriale Pulsgenerator 70 und der ventrikuläre Pulsgenerator 72 werden durch den Mikrocontroller 60 über geeignete Steuersignale 76 bzw. 78 gesteuert, um die Stimulationspulse auszulösen oder zu sperren.
Der Mikrocontroller 60 umfasst ferner eine Zeitsteuerschaltung 79, die verwendet wird, um die Zeitsteuerung solcher Stimulationspulse (beispielsweise die Schrittmacherrate, die atrial-ventrikuläre (AV) Verzögerung, die atriale Zwischenleitungs-(A-A)-Verzögerung, die ventrikuläre Zwischenleitungs-(V-V)-Verzögerung, die Schrittmacher Betriebsweise usw.) zu steuern und auch die Zeitsteuerung der Refrakterperioden, der PVARP-Intervalle, der Bauschdetektions-Fenster, der Fenster für hervorgerufene Reaktionen, der Alarmintervalle, der Kanalsteuerung für die Marker usw. zu verfolgen.
Die Schalterbank 74 umfasst eine Vielzahl von Schaltern, um die gewünschten Elektroden mit den geeigneten I/O-Schaltungen zu verbinden, um dadurch eine vollständige Elektrodenprogrammierbarkeit bereitzustellen.
Folglich bestimmt die Schalterbank 74 in Antwort auf ein Steuersignal 80 von dem Mikrocontroller 60 die Polarität der Stimulationspulse (beispielsweise Unipolar, Bipolar, Combipolar usw.) durch wahlweises Schliessen der geeigneten Kombination von Schaltern (nicht gezeigt), wie im Stand der Technik bekannt ist. Wenn mehrfache RV-Elektroden verwendet werden, um ein einziges, gemitteltes, ventrikuläres Signal zu erzeugen, ist der Schalter 74 so konfiguriert, dass er die Parallelschaltung (oder Mlttelwertbildung) der mehrfachen RV-Elektroden gestattet, um eine große Elektrode zur genauen Abtastung der T-Wellen zu simulieren.
Atriale Sensorschaltungen 82 und ventrikuläre Sensorschaltungen 84 können durch die Schalterbank 74 wahlweise an die rechte, atriale Leitung 20, die Koronarsinusleitung 24 und die rechte, ventrikuläre Leitung 30 gekoppelt werden, um die Anwesenheit einer Heraktivität in jeder der vier Kammern des Herzens zu detektieren. Entsprechend können die atrialen und ventrikulären Sensorschaltungen 82 und 84 dedizierte Sensorverstärker, Multiplex gesteuerte Verstärker oder im Timesharing arbeitende Verstärker umfassen. Die Schalterbank 74 bestimmt die „Sensor-Polarität" des Herzsignals dadurch, dass die geeigneten Schalter wahlweise geschlossen werden. Auf diese Weise kann der Arzt die Sensorpolarität unabhängig von der Stimulationspolarität programmieren. Jede der Sensorschaltungen 82 und 84 verwendet vorzugsweise einen oder mehrere Rezessionsverstärker mit niedrigem Stromverbrauch, programmierbarer Verstärkung und/oder automatischer Verstärkungssteuerung, Bandpassfilterung und eine Schwellenwert-Detektorschaltung, um das interessierende Herzsignal selektiv abzutasten. Die automatische Verstärkungssteuerung ermöglicht es, dass die Stimulationsvorrichtung 10 effektiv mit dem schwierigen Problem der Abtastung von Signalcharakteristiken niedriger Amplitude einer atrialen oder ventrikulären Defibrillation fertig wird.
Die Ausgänge der atrialen und ventrikulären Sensorschaltungen 82 und 84 werden mit dem Mikrocontroller 60 verbunden, um die atrialen und ventrikulären Pulsgeneratoren 70 bzw. 72 nach Bedarf in Antwort auf die Abwesenheit oder Anwesenheit einer Herzaktivität respektive in den geeigneten Kammern des Herzens zu triggern oder zu sperren. Die atrialen und ventrikulären Sensorschaltungen 82 und 84 empfangen ihrerseits Streßsignale über Signalleitungen 86 und 88 von dem Mikrocontroller 16, um die Verstärkung, den Schwellenwert, die Polarisationsladungs-Abführungsschaltung (nicht gezeigt) und die Zeitsteuerung einer Blockierschaltung (nicht gezeigt) zu steuern, die mit den Eingängen der atrialen und ventrikulären Sensorschaltungen 82 und 84 gekoppelt sind.
Zur Detektion einer Arrhythmie verwendet die Stimulationsvorrichtung 10 die atrialen und ventrikulären Sensorschaltungen 82 und 84, um Herzsignale abzutasten, um festzustellen, ob ein Rhythmus physio logisch oder pathologisch ist. Wie es hier verwendet wird, ist „Abtasten" reserviert für das Feststellen eines elektrischen Signals, und „Detektion" ist die Verarbeitung dieser abgetasteten Signale und das Feststellen der Anwesenheit einer Arrhythmie. Die Zeitintervalle zwischen abgetasteten Ereignissen (beispielsweise P-Wellen, R-Wellen und Depolarisationssignalen, die mit der Fibrillation zusammenhängen und die gelegentlich als „F-Wellen" oder „Fib-Wellen" bezeichnet werden) werden dann durch den Mikrocontroller 60 dadurch klassifiziert, dass sie mit einer vordefinierten Ratenzonengrenze (beispielsweise Bradykardie-, Normal-, Niedrigraten VT-, Hochraten VT- und Fibrillationsraten-Zonen) und verschiedenen anderen Charakteristiken (beispielsweise plötzlichem Einsatz, Stabilität, physiologische Sensoren und Morphologie usw.) verglichen werden, um den Typ der Heilungstherapie zu bestimmen, die erforderlich ist (beispielsweise Bradykardie-Schrittmachersteuerung, Antitachykardie-Schrittmachersteuerung, Kardioversionsschocks oder Defibrillationsschocks, gemeinsam als „gezielte Therapie" bezeichnet).
Die Herzsignale werden auch an die Eingänge eines Analog-zu-Digital-(A/D)-Datenerfassungsystems 90 angelegt. Das Datenerfassungsystem 90 ist konfiguriert, um im Herz auftretende Elektrogrammsignale zu erfassen, die analogen Rohdaten in digitale Signale umzusetzen und die digitalen Signale zur späteren Verarbeitung und/oder telemetrischen Übertragung an eine externe Vorrichtung 102 zu speichern. Das Datenerfassungsystem 90 ist mit der rechten, atrialen Leitung 20, der Koronarsinusleitung 24 und der rechten, ventrikulären Leitung 30 durch die Schalterbank 74 gekoppelt, um Herzsignale zwischen einem beliebigen Paar von erwünschten Elektroden zu messen.
Vorteilhafterweise kann das Datenerfassungsystem 90 mit dem Mikrocontroller 60 oder einer anderen Detektionsschaltung gekoppelt sein, um eine hervorgerufene Antwort von dem Herz 12 in Antwort auf einen angelegten Stimulationsreiz zu detektieren, wodurch die Detektion eines „Einfangs" unterstützt wird. Ein Einfang tritt auf, wenn eine elektrische Stimulation, die an das Herz angelegt wird, genügend Energie hat, um das Herzgewebe zu depolarisieren, wodurch eine Kontraktion des Herzmuskels verursacht wird. Der Mikrocontroller 60 detektiert ein Depolarisationssignal während eines Fensters, das einem Stimulationspuls folgt, wobei die Anwesenheit desselben anzeigt, dass ein Einfang aufgetreten ist. Der Mikrocontroller 60 ermöglicht die Detektion eines Einfangs durch Triggern des ventrikulären Pulsgenerators 72, um einen Stimulationspuls zu erzeugen, ein Detektionsfenster für den Einfang zu starten, wobei die Zeitgeberschaltung in dem Mikrocontroller 60 verwendet wird, und zum Einschalten des Datenerfassungssystems 90 über das Steuersignal 92, um das Herzsignal zu erfassen, das in das Detektionsfenster für den Einfang fällt, und sie bestimmt auf der Basis der Amplitude des gemessenen Herzsignals ob ein Einfang aufgetreten ist.
Der Mikrocontroller 60 ist ferner durch einen geeigneten Daten/Adress-Bus 96 mit einem Speicher 94 gekoppelt, wo die programmierbaren Betriebsparameter, die von dem Mikrocontroller 60 verwendet werden, nach Bedarf gespeichert und modifiziert werden, um den Betrieb der Stimulationsvorrichtung 10 auf einen Benutzer abzustimmen, um die Bedürfnisse eines speziellen Patienten zu erfüllen. Solche Betriebsparameter definieren beispielsweise die Schrittmacher-Puls-Amplitude, die Pulsdauer, die Elektrodenpolarität, die Rate, die Empfindlichkeit, automatische Merkmale, Arrhythmie-Detektionskriterien, Schrittmacher-Betriebsweise und die Amplitude, Wellenform und den Vektor von jedem Schockimpuls, der an das Patientenherz 12 in jeder entsprechenden Zieltherapie abgegeben werden soll. Ein Merkmal der Stimulationsvorrichtung 10 ist die Fähigkeit, eine relativ große Menge an Daten (beispielsweise von dem Datenerfassungssystem 90) zu erfassen und zu speichern, wobei die Daten für die nachfolgende Analyse verwendet werden können, um die Programmierung der Stimulationsvorrichtung 10 zu führen.
Vorteilhafterweise können die Betriebsparameter der Stimulationsvorrichtung 10 nicht-invasiv in den Speicher 94 durch eine Telemetrieschaltung 100 einprogrammiert werden, die in telemetrischer Kommunikation mit der externen Vorrichtung 102, beispielsweise einem Programmierer, einem Telefontransiver oder einem diagnostischen Systemanalysator, ist. Die Telemetrieschaltung 100 wird durch den Mikrocontroller 60 durch ein Steuersignal 106 aktiviert. Die Telemetrieschaltung 100 gestattet in vorteilhafter Weise, dass im Herz aufgenommene Elektrogramme und Statusinformationen, die sich auf den Betrieb der Stimulationsvorrichtung 10 bezieht (enthalten in dem Mikrocontroller 60 oder dem Speicher 94) an die externe Vorrichtung 102 durch eine aufgebaute Kommunikationsverbindung 104 gesendet werden.
Eine Blutzucker-Monitoreinheit 101 des Mikrocontrollers verarbeitet Signale, die QT-Intervalle und T-Wellen-Amplituden-Fraktionen darstellen, und leitet unter Verwendung von Parametern, die vorher durch die externe Vorrichtung 102 erzeugt wurden, das gegenwärtige Blutzuckerniveau in dem Blutstrom des Patienten ab. Wenn eine Insulinpumpe 103 vorgesehen ist, überträgt die Blutzucker- Monitoreinheit Steuersignale an die Insulinpumpe, um die Menge an Insulin, die an den Patienten abgegeben wird, unter Berücksichtigung der gegenwärtigen Blutzuckerniveaus einzustellen. Informationen, die sich auf implantierbare Insulinpumpen bezieht, ist in dem US-Patent Nr. 4,731,051 an Fischell und in dem US-Patent Nr. 4,947,845 an Davis zu finden. Die hier diskutierten Insulinpumpen oder andere geeignete Insulinpumpen werden nach Bedarf modifiziert, um den Empfang von Steuersignalen von der Zucker-Monitoreinheit 101 zu empfangen. Der Betrieb der Blutzucker-Monitoreinheit ist im einzelnen unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Stimulationsvorrichtung 10 ferner einen physiologischen Sensor 108, der allgemein als „Raten ansprechender" Sensor bezeichnet wird, weil er typischerweise verwendet wird, um die Schrittmacher-Stimulationsrate entsprechend dem Trainingszustand des Patienten einzustellen. Der physiologische Sensor 108 kann jedoch des weiteren verwendet werden, um Änderungen in der Herzausgangsleistung, Änderungen in dem physiologischen Zustand des Herzens oder tägliche Änderungen in der Aktivität (beispielsweise die Detektion von Schlaf- und Wachzuständen) verwendet werden. Entsprechend antwortet der Mikrocontroller 60 durch Einstellung der verschiedenen Schrittmacherparameter (beispielsweise Rate, AV-Verzögerung, V-V-Verzögerung usw.), bei denen die atrialen und ventrikulären Pulsgeneratoren 70 und 72 Stimulationspulse erzeugen.
Die Stimulationsvorrichtung 10 umfasst zusätzlich eine Stromquelle, beispielsweise eine Batterie 110, die den Betriebsstrom an alle Schaltungen liefert, die in 2 gezeigt sind. Bei der Stimulationsvorrichtung 10, die eine Schocktherapie einsetzt, muss die Batterie 110 in der Lage sein, bei geringen Stromabflüssen während langer Zeitperioden zu arbeiten, und sie muss ebenfalls in der Lage sein, Pulse mit hohem Strom (zur Ladung des Kondensators) zu liefern, wenn der Patient einen Schockpuls benötigt. Die Batterie 110 muss vorzugsweise eine vorhersehbare Entladecharakteristik haben, so dass eine wählbare Austauschzeit festgestellt werden kann. Entsprechend kann die Stimulationsvorrichtung 10 Lithium/Silber-Vanadium-Oxid-Batterien verwenden.
Die Stimulationsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Magnetdetektionsschaltung (nicht gezeigt), die mit dem Mikrocontroller 60 gekoppelt ist. Der Zweck der Magnetdetektionsschaltung ist es, festzustellen, wenn ein Magnet über der Stimulationsvorrichtung 10 angeordnet ist, wobei der Magnet von einem Arzt verwendet werden kann, um verschiedene Testfunktionen der Stimulationsvorrichtung 10 durchzufüh ren und/oder ein Signal an den Mikrocontroller 60 zu geben, dass ein externer Programmierer 102 zur Stelle ist, um über die Telemetrieschaltung 100 Daten an den Mikrocontroller 60 zu übertragen oder von diesem zu empfangen.
Wie ferner in 2 gezeigt ist, ist die Stimulationsvorrichtung 10 so dargestellt, dass sie eine Impedanz-Meßschaltung 112 hat, die über ein Steuersignal 114 durch den Mikrocontroller 60 aufgesteuert wird. Bestimmte Anwendungsfälle für eine Impedanz-Meßschaltung 112 umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf, die Leitungsimpedanz-Überwachung während akuter und chronischer Phasen für eine ordnungsgemäße Leitungspositionierung oder eine Fehlpositionierung; das Detektieren von arbeitsfähigen Elektroden und die automatische Umschaltung auf ein arbeitendes Paar, wenn eine Fehlausrichtung auftritt; die Messung der Atmungs- oder Minutenventilation; die Messung der Thoraximpedanz zur Detektion von Schock-Schwellenwerten; das Detektieren, wenn die Vorrichtung implantiert worden ist; die Messung des Schlagvolumens und das Detektieren der Betätigung der Ventile usw.. Die Impedanz-Meßschaltung 112 ist vorteilhafterweise mit der Schalterbank 74 gekoppelt, so dass jede gewünschte Elektrode verwendet werden kann.
Es ist eine primäre Funktion der Stimulationsvorrichtung 10, als implantierbare Kardiovertierer/Defibrillator-(ICD)-Vorrichtung zu arbeiten. Das heißt, dass sie das Auftreten einer Arrhythmie detektieren muss und automatisch eine geeignete, elektrische Schocktherapie an das Herz anwenden muss, die darauf gerichtet ist, die detektierte Arrhythmie zu beenden. Zu diesem Zweck steuert der Mikrocontroller 60 ferner eine Schockschaltung 116 über ein Steuersignal 118. Die Schockschaltung 116 erzeugt Schockpulse mit niedriger (bis zu 0,5 Joule), moderater (0,5–10 Joule) oder hoher (11–40 Joule) Energie unter der Kontrolle des Mikrocontrollers 60. Solche Schockpulse werden an das Patientenherz durch wenigstens zwei Schockelektroden angelegt, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, die aus der linken, atrialen Spulenelektrode 28, der RV-Spulenelektrode 36 und/oder der SVC-Spulenelektrode 38 (1) ausgewählt sind. Wie oben erwähnt wurde, kann das Gehäuse 40 als eine aktive Elektrode in Kombination mit der RV-Elektrode 36 oder als Teil eines geteilten, elektrischen Vektors unter Verwendung der SVC-Spulenelektrode 38 oder der linken, atrialen Spulenelektrode 28 wirken (beispielsweise durch Verwendung der RV-Elektrode als gemeinsame Elektrode).
Es wird allgemein angenommen, dass Kardioversionsschocks ein niedriges bis moderates Energieni veau (um den von dem Patienten gefühlten Schmerz auf ein Minimum herabzusetzen) haben und/oder mit einer R-Welle synchronisiert sind und/oder sich auf die Behandlung einer Tachykardie beziehen. Defibrillationsschocks haben allgemein ein moderates bis hohes Energieniveau (d. h. entsprechend Schwellenwerten im Bereich von 5–40 Joule), werden asynchron abgegeben (da die R-Wellen zu disorganisiert sein können) und beziehen sich exklusiv auf die Behandlung einer Fibrillation. Entsprechend ist der Mikrocontroller 60 in der Lage, die synchrone oder asynchrone Abgabe von Schockpulsen zu steuern.
Übersicht über den Vorrichtungsprogrammierer
3 zeigt die wesentlichen Komponenten einer externer Programmiervorrichtung 102 zur Verwendung bei der Programmierung einer implantierbaren, medizinischen Vorrichtung, beispielsweise eines Schrittmachers oder einer ICD. Kurz gesagt ermöglicht es der Programmierer einem Arzt oder einem anderen Benutzer, den Betrieb der implantierten Vorrichtung zu programmieren und Informationen abzuleiten und anzuzeigen, die von der implantierten Vorrichtung empfangen wird, beispielsweise IEGM-Daten und diagnostische Daten der Vorrichtung. Zusätzlich empfängt der externe Programmierer die ECG-Daten von separaten, externen ECG-Leitungen und zeigt diese an, die an dem Patienten befestigt sein können. Je nach der speziellen Programmierung des externen Programmierers kann der Programmierer 102 auch in der Lage sein, Daten, die von der implantierten Vorrichtung und von den ECG-Leitungen empfangen werden, zu verarbeiten und zu analysieren, um beispielsweise eine vorläufige Diagnose in Bezug auf den medizinischen Zustand des Patienten oder die Funktionen der implantierten Vorrichtung zu liefern.
Betrachtet man nun die Komponenten des Programmierers 102, so werden die Betriebsweisen des Programmierers durch eine CPU 202 gesteuert, die ein allgemein programmierbarer Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller oder eine zweckgebundene Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (application specific integrated circuit = ASIC) oder dergleichen sein kann. Auf die Softwarebefehle, die von der CPU ausgeführt werden sollen, wird über einen internen Bus 204 von einem Lesespeicher (ROM) 206 und einem Speicher 230 mit freiem Zugriff zugegriffen. Auf zusätzliche Software kann von einer Festplatte 208, einem Diskettenlaufwerk 210 und einem CD-ROM-Laufwerk 212 oder einer anderen geeigneten, permanenten Massenspeichervorrich tung zugegriffen werden. Je nach der speziellen Implementierung wird auf ein grundlegendes Eingabe-/Ausgabe-System (basic input output system = BIOS) von dem ROM beim Einschalten der CPU zugegriffen. Basierend auf den Befehlen, die in dem BIOS vorgesehen sind, fährt die CPU das gesamte System entsprechend bekannter Computer-Verarbeitungstechniken hoch.
Wenn sie in Betrieb ist, zeigt die CPU dem Benutzer ein Menü aus Programmierungsoptionen über eine LCD-Anzeige 214 oder eine andere, geeignete Computer-Anzeigevorrichtung an. Zu diesem Zweck kann die CPU beispielsweise ein Menü aus spezifischen Programmierungsparametern der implantierten Vorrichtung, die programmiert werden soll, anzeigen, oder sie kann ein Menü der Typen der diagnostischen Daten anzeigen, die gewonnen und angezeigt werden sollen. In Antwort darauf gibt der Arzt verschiedene Befehle, entweder über einen Berührung-Schirm 216, der über die LCD-Anzeige gelegt ist, oder durch eine Standardtastatur 218 ein, die durch zusätzliche Benutzertasten 220, beispielsweise eine Notfall-VVI (EVVI)-Taste, ergänzt ist. Die EVVI-Taste setzt die implantierte Vorrichtung eine sichere VVI-Betriebsweise mit hohen Schrittmacher-Ausgangsleistungen. Dies stellt eine lebenserhaltende Schrittmacher-Betriebsweise in nahezu allen Situationen sicher, es ist jedoch auf keinen Fall erwünscht, die implantierbare Vorrichtung jederzeit in der EVVI-Betriebsweise zu belassen.
Typischerweise steuert der Arzt anfänglich den Programmierer 102, um Daten, die in der implantierten, medizinsichen Vorrichtung gespeichert sind, auszulesen, und auch um ECG-Daten von ECG-Leitungen, wenn vorhanden, die mit dem Patienten gekoppelt sind, auszulesen. Zu diesem Zweck überträgt die CPU 202 geeignete Signale an ein Telemetrie-Untersystem 222, das Komponenten bereitstellt, um direkt eine Schnittstelle mit der implantierten Vorrichtung zu bauen, und an die ECG-Leitungen. Das Telemetrie-Untersystem 222 umfasst seine eigene, separate CPU 224 zur Koordinierung der Arbeitsweise des Telemetrie-Untersystems. Die Haupt-CPU 202 des Programmierers steht über einen Bus 204 in Kommunikation mit der Telemetrie-Untersystem-CPU 224. Das Telemetrie-Untersystem umfasst zusätzlich eine Telemetrie-Schaltung 226, die mit einem Telemetriestab 228 verbunden ist, die ihrerseits elektromagnetisch Signale von einem Telemetriestab zu der implantierten Vorrichtung überträgt und von dieser empfängt. Der Telemetriestab wird über der Brust des Patienten nahe bei der implantierten Vorrichtung angeordnet, um eine zuverlässige Übertragung von Daten zwischen dem Telemetriestab und der implantierten Vorrichtung zu gestatten. Typischerweise steuert zu Beginn der Programmierungssitzung die externe Programmierungsvorrichtung die implantierte Vor richtung über geeignete Signale, die von dem Telemetriestab erzeugt werden, um alle vorher aufgezeichneten Patienten- und diagnostischen Informationen der Vorrichtung auszugeben. Die diagnostische Patienteninformation umfasst beispielsweise aufgezeichnete IEGM-Daten und statistische Patientendaten, beispielsweise den Prozentsatz der schrittmachergesteuerten gegenüber den abgetasteten Herzschlägen, Die diagnostischen Vorrichtungsdaten umfassen beispielsweise eine Information, die repräsentativ für die Arbeitsweise der implantierten Vorrichtung ist, beispielsweise Leitungsimpedanzen, eine Information über die empfohlene Austauschzeit (RRT) der Batterie und dergleichen. Daten, die von der implantierten Vorrichtung ausgelesen werden, werden von dem externen Programmierer 102 entweder in einem Speicher (RAM) 230 mit freiem Zugriff, einer Festplatte 208 oder auf einer Diskette gespeichert, die in einem Diskettenlaufwerk 210 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Daten permanent oder halb permanent in einer Kompaktdisk (CD) oder einer anderen digitalen Mediendisk gespeichert werden, wenn das Gesamtsystem mit einem Laufwerk zum Aufzeichnen von Daten auf digitale Mediendisks konfiguriert ist, beispielsweise einem Laufwerk zum einmaligen Aufzeichnen und mehrmaligem Lesen (WORM-Laufwerk).
Sobald alle Patientendaten und diagnostischen Vorrichtungsdaten, die vorher in der implantierten Vorrichtung gespeichert wurden, an den Programmierer 120 übertragen sind, kann die implantierte Vorrichtung des weiteren angesteuert werden, um zusätzliche Daten in Realzeit zu übertragen, wie sie von der implantierten Vorrichtung detektiert werden, beispielsweise zusätzliche IEGM-Daten, Leitungsimpedanzdaten und dergleichen. Zusätzlich oder alternativ empfängt das Telemetrie-Untersystem 222 ECG-Signale von den ECG Leitungen 232 über eine ECG-Verarbeitungsschaltung 234. Wie die Daten, die von der implantierten Vorrichtung selbst ausgelesen werden, werden die von den ECG-Leitungen empfangenen Daten in einer oder mehreren Speichervorrichtungen des externen Programmierers gespeichert. Typischerweise geben ECG-Leitungen analoge, elektrische Signale aus, die für das ECG (EKG) repräsentativ sind. Entsprechend umfasst die ECG-Schaltung 234 eine analog-zu-digital-Umsetzerschaltung zum Umsetzen der Signale in digitale Daten, die für die weitere Verarbeitung in dem Programmierer geeignet sind. Je nach der Implementierung kann die ECG-Schaltung konfiguriert sein, um die analogen Signale in Ereignis-Aufzeichnungsdaten zwecks einfacher Verarbeitung zusammen mit den Ereignis-Aufzeichnungsdaten einzusetzen, die von der implantierten Vorrichtung ausgelesen werden. Typischerweise werden die von den ECG-Leitungen empfangenen Signale in Realzeit empfangen und verarbeitet.
So empfängt der Programmierer Daten sowohl von der implantierten Vorrichtung als auch von den externen ECG-Leitungen. Daten, die von der implantierten Vorrichtung ausgelesen werden, umfassen Parameter, die für den Stromprogrammierungszustand der implantierten Vorrichtung repräsentativ sind. Unter der Kontrolle des Arztes zeigt der externe Programmierer die Stromprogrammierungsparameter an und ermöglicht es dem Arzt, die Parameter neu zu programmieren. Zu diesem Zweck gibt der Arzt geeignete Befehle über eine der oben erwähnten Eingabevorrichtungen ein und die Programmierungsbefehle werden unter der Kontrolle der CPU 202 in spezifische Programmierungsparameter zur Übertragung an die implantierte Vorrichtung über den Telemetriestab 228 umgesetzt, um dadurch die implantierte Vorrichtung neu zu programmieren. Vor der Neuprogrammierung spezifischer Parameter kann der Arzt den externen Programmierer so steuern, dass er einige oder alle Daten anzeigt, die von der implantierten Vorrichtung oder von den ECG-Leitungen ausgelesen wurden, einschließlich Anzeigen von ECGs, IEGMs und statistischer Patienteninformation. Einige oder die gesamte Information, die von dem Programmierer angezeigt wird, kann auch unter Verwendung eines Druckers 236 ausgedruckt werden.
Die CPU 202 umfasst ein Zuckerniveau-Kalibriersystem 250 zur Erzeugung einer patientenspezifischen Information zur Übertragung an das Zuckerniveau-Monitorsystem der implantierten Vorrichtung von 2, die das Zuckerniveau-Monitorsystem sodann verwendet, um die Bestimmung des Zuckerniveaus zu vereinfachen. Der Betrieb des Kalibriersystems 205 wird unten im Detail hauptsächlich unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Der Programmierer 102 passt auf ein Modem 238, um eine direkte Übertragung von Daten zu anderen Programmierern über das öffentliche Telefonnetzwerk (PSTN) oder andere Verbindungsleitungen, beispielsweise eine T1-Leitung oder ein Faseroptisches Kabel, zu gestatten. Je nach der Implementierung kann das Modem direkt mit dem internen Bus 204, kann mit dem internen Bus über entweder einen parallelen Port 204 oder einen seriellen Port 242 verbunden sein. Andere periphere Vorrichtungen können mit dem externen Programmierer über den parallelen Port 240 oder auch über den seriellen Port 242 verbunden sein, obwohl nur einer von jedem gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Eingangs-/Ausgangs-(IO)-Ports vorgesehen sein.
Ein Lautsprecher 244 ist vorgesehen, um hörbare Töne für den Benutzer zu liefern, beispielsweise einen Warn-Piepston, wenn eine unrichtige Eingabe von dem Arzt geliefert wird. Das Telemetrie-Untersystem 222 umfasst zusätzlich eine analoge Ausgangsschaltung 246 zur Steuerung der Übertragung von analogen Ausgangssignalen, beispielsweise IEGM-Signalausgängen, an eine ECG-Maschine oder einen Diagramm-Rekorder.
Wenn der Programmierer wie dargestellt konfiguriert ist, ist ein Arzt oder ein anderer Benutzer, der den externen Programmierer betreibt, in der Lage, einen weiten Bereich von Informationen, die von den ECG-Leitungen oder von der implantierten Vorrichtung empfangen wird, auszulesen, zu verarbeiten und anzuzeigen, und bei Bedarf die implantierte Vorrichtung neu zu programmieren. Die Beschreibung, die hier in Bezug auf 3 gegeben wurde, ist nur dazu gedacht, einen Überblick über die Arbeitsweise des Programmierers zu liefern, und sie ist nicht dafür gedacht, jedes Merkmal der Hardware und der Software der Vorrichtung im Detail zu beschreiben, und sie ist auch nicht dafür gedacht, eine erschöpfende Liste der Funktionen zu geben, die von der Vorrichtung ausgeführt werden.
In den restlichen Figuren werden Flußdiagramme bereitgestellt, um den Betrieb und die neuartigen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung zu zeigen. In dem Flußdiagramm sind verschiedene algorithmische Schritte in individuellen „Blöcken" zusammengefasst. Solche Blöcke beschreiben spezifische Aktionen und Entscheidungen, die gemacht oder ausgeführt werden müssen, während der Algorithmus fortschreitet. Wenn ein Mikrocontroller (oder ein äquivalentes Mittel) verwendet wird, liefern die hier gegebenen Flußdiagramme die Basis für ein „Steuerprogramm", das von solch einem Mikrocontroller (oder äquivalenten Mittel) verwendet werden kann, um die gewünschte Steuerung der Vorrichtung auszuführen. Durchschnittsfachleute können leicht solch ein Steuerprogramm auf der Basis der Flußdiagramme und der anderen hier gegebenen Beschreibung schreiben.
Bestimmung der Blutzuckerniveaus
Bezugnehmend nunmehr auf 4 wird die Arbeitsweise des Blutzucker-Monitorsystems von 101 von 2 beschrieben. Anfänglich gibt das Monitorsystem an den Schritten 300 und 301 einen Satz von patientenspezifischen Parametern ein, die wie T-Wellen-Amplituden-Fraktionen und QT-Intervall-Deltawerte des Patienten mit den Blutzuckerniveaus in Beziehung setzen. Diese Daten werden vor zugsweise vorweg erzeugt unter Verwendung der Technik von 5 und dann an die implantierte Vorrichtung zur dortigen Speicherung übertragen. In einem Beispiel wird das Blutzuckerniveau entsprechend der folgenden Gleichung bestimmt: Blutzuckerniveau = A – B·(QTc Delta) – C·(T-Wellen-Amplituden-Fraktion) Gleichung 1worin A, B und C einige der patientenspezifischen Parameter darstellen. Insbesondere stellt „A" einen vorgegebenen Schnitt-Koeffizienten, „B" einen vorgegebenen T-Wellen-Koeffizienten und „C" einen vorgegebenen QT-Koeffizienten dar. Typischerweise ist A in dem Bereich von 250–270; B in dem Bereich von 1,25–1,50 und C in dem Bereich von 160–180. In einem speziellen Fall ist A = 263,5, B = –1,35 und C = –171. Zusätzlich werden ein T-Wellen-Basislinienwert und ein QTc-Basislinienwert an dem Schritt 300 eingegeben. Der T-Wellen-Basislinienwert stellt die mittlere (oder statt dessen mediane) T-Wellen-Amplitude für den Patienten und die QTc-Basislinie stellt das mittlere QTc-Intervall für den Patienten dar. In anderen Beispielen, in denen andere Gleichungen oder andere Techniken verwendet werden, um die Blutzuckerniveaus mit den QT-Intervallen und T-Wellen-Fraktionen in Beziehung zu setzen, werden alternative, patientenspezifische Parameter bei dem Schritt 300 eingegeben. In jedem Fall detektiert beginnend bei dem Schritt 302 die implantierte Vorrichtung die T-Wellen-Amplitude bei elektrischen Signalen, die von den ventrikulären Leitungen empfangen werden, die in dem Herzen des Patienten implantiert sind. Wie in der Diskussion von 2 erwähnt wurde, werden die T-Wellen vorzugsweise auf der Basis einer Spannungsmessung zwischen dem Gehäuse und einer großen, ventrikulären Defibrillations-Spulenelektrode oder einer Kombination kleinerer Elektroden, an denen ein Mittelwert gebildet wird, um eine große Elektrode zu simulieren, detektiert. Zusätzlich wird vorzugsweise die T-Wellen-Amplitude auf der Basis eines Mittelwerts (oder statt dessen des Medians) von einer vorgegebenen Anzahl von individuell detektierten T-Wellen (beispielsweise wenigstens 10 oder 20 T-Wellen) oder auf der Basis von allen T-Wellen abgeleitet, die in einer festen Zeitdauer (beispielsweise innerhalb von den letzten 10 oder 20 Sekunden) detektiert wurden. Durch Verwendung eines mittleren T-Wellenwertes beeinflußt eine einzige abweichende T-Welle nicht wesentlich die Blutzuckerberechnung. In jedem Fall setzt an dem Schritt 304 die Monitoreinheit die T-Wellen-Amplitude in eine T-Wellen-Amplituden-Fraktion dadurch um, dass die detektierte T-Wellen-Amplitude durch den eingegeben T-Wellen-Basislinienwert dividiert wird.
An dem Schritt 306 detektiert die implantierte Vorrichtung das QT-Intervall und die Herzrate, und an dem Schritt 308 setzt sie das QT-Intervall in einen QTc-Deltawert unter Verwendung der Herzrate und der QT-Basislinienwerte um. Mehr speziell wird für jedes QT-Intervall die entsprechende Herzrate, die an dem Zeitpunkt, an dem das QT-Intervall detektiert wurde, zur Einstellung des QT-Intervalls verwendet, um ein QTc-Intervall abzuleiten. Sodann wird das QTc-Intervall durch den eingegebenen QT-Basislinienwert dividiert, um einen QT-Deltawert zu erhalten. Wie bei den T-Wellen wird vorzugsweise ein Satz von QTc-Intervall-Deltawerten gemittelt, um sicherzustellen, dass ein einziges individuelles, abweichendes QTc-Intervall die Bestimmung des Blutzuckerniveaus nicht ungebührlich beeinflußt. Alternativ kann der mediane QTc verwendet werden.
An dem Schritt 310 schätzt die Monitoreinheit das gegenwärtige Blutzuckerniveau in dem Blutstrom des Patienten auf der Basis der T-Wellen-Amplituden-Fraktion und des QTc-Deltas ab. In dem Beispiel, in dem die Gleichung 1 verwendet wird, wird die Gleichung unter Verwendung der abgeleiteten Werte für die T-Wellen-Amplituden-Fraktion und das QTc-Delta und der eingegebenen, patientenspezifischen Koeffizienten A, B und C berechnet. Das berechnete Blutzuckerniveau wird dann an dem Schritt 312 in dem Speicher aufgezeichnet und sowohl gegen einen oberen Schwellenwert als auch einen unteren Schwellenwert verglichen, um sicherzustellen, dass das Blutzuckerniveau in annehmbaren Grenzen ist. In einem Beispiel ist der obere Schwellenwert 120 mg/dl, und der untere Schwellenwert ist 60 mg/dl. Die oberen und unteren Schwellenwerte werden vorweg in dem System programmiert und können beispielsweise durch einen Arzt unter Verwendung eines externen Programmierers spezifiziert werden. Wenn festgestellt wird, dass das Blutzuckerniveau außerhalb der annehmbaren Grenzen ist, wird an dem Schritt 314 ein Warnsignal erzeugt, um den Patienten zu warnen. Die Schritte 302–314 werden kontinuierlich in einer Schleife wiederholt, um die Blutzuckerniveau-Messung periodisch auf den neuesten Stand zu bringen. Beispielsweise kann die Messung einmal pro Minute, einmal pro 15 Minuten oder einmal jede Stunde wiederholt werden. Vorzugsweise wird die Häufigkeit, mit der das Blutzuckerniveau auf den neuesten Stand gebracht wird, vorab durch einen Arzt unter Verwendung des externen Programmierers programmiert.
Vorzugsweise wird ein unterschiedliches Warnsignal an dem Schritt 314 geliefert, wenn das BLutzuckerniveau zu gering ist als dann, wenn es zu hoch ist. Je nach der Konfiguration der implantierten Vorrichtung kann das Warnsignal dadurch erzeugt werden, dass der Schrittmacher in dem Patienten peri odisch vibriert. Alternativ kann der Schrittmacher ein elektronisches Warnsignal an eine externe Warneinrichtung, beispielsweise am Bett angeordneten Monitor oder an eine Pager-Vorrichtung, die von dem Patienten getragen wird, übertragen werden, die die Warnung dem Patienten anzeigt. Wenn ein Warnsignal an eine externe Warnvorrichtung übertragen wird, wird das genaue Blutzuckerniveau vorzugsweise ebenfalls übertragen, so dass es dem Patienten angezeigt werden kann. Alternativ kann, wenn eine externe Warnvorrichtung vorgesehen ist, das gegenwärtige Blutzuckerniveau periodisch übertragen werden, so dass der Patient über das gegenwärtige Blutzuckerniveau informiert bleibt. In anderen Worten wird die Information nicht nur dann übertragen, wenn das Blutzuckerniveau außerhalb annehmbarer Grenzen liegt, sondern sie wird periodisch übertragen. Zusätzlich kann, da das Blutzuckerniveau in dem Schritt 312 in dem Speicher aufgezeichnet wird, die Information in der Folge an die externe Programmiervorrichtung zur Durchsicht durch den Arzt während einer nachfolgenden Praxisvisite überfragen werden. Es ist zu beachten, dass ein weiter Bereich von anderen diagnostischen Informationen routinemäßig detektiert und von der implantierten Vorrichtung aufgezeichnet wird, beispielsweise die Herzrate und dergleichen. Entsprechend kann das Blutzuckerniveau des Patienten mit einer anderen diagnostischen Information in Beziehung gesetzt werden, um dem Arzt dabei zu helfen, optimale Therapien für den Patienten zu entwickeln.
Wenn eine Insulinarznei-Pumpe in dem Patienten implantiert worden ist, überträgt die Monitoreinheit an dem Schritt 314 geeignete Steuersignale an die Arzneimittelpumpe, um die Menge an Insulin, die an Patienten geliefert wird, auf der Basis des Blutzuckerniveaus einzustellen. Wenn beispielsweise das Blutzuckerniveau die obere Grenze überschritten hat, wird die Arzneimittelpumpe so gesteuert, dass sie eine größere Menge an Insulin an den Patienten liefert. Wie bei der Erzeugung der Warnsignale ist die Steuerung der Insulinarzneipumpe nicht nur auf Umstände begrenzt, in denen das Blutzuckerniveau die annehmbaren Grenzen überschritten hat. Vielmehr kann jeder neu berechnete Wert des Blutzuckerniveaus verwendet werden, um die Insulinpumpe so zu steuern, dass das Blutzuckerniveau auf einem Zielniveau gehalten wird, das der Arzt für optimal hält, beispielsweise bei 100 mg/dl. In einem Beispiel wird die Insulinpumpe zusätzlich gesteuert, um das Blutzuckerniveau auf der Basis des gegenwärtigen Aktivitätsniveaus des Patienten zu modulieren, beispielsweise, um das Blutzuckerniveau immer dann anzuheben, wenn der Patient aktiver ist, und um es ansonsten abzusenken. Zusätzlich können andere programmierbare Merkmale der implantierten Vorrichtung selbst auf der Basis der Blutzuckerniveaus eingestellt werden. Beispielsweise kann, wenn die Blutzuckerniveaus sich als besonders gering herausgestellt haben, die grundlegende Schrittmacherrate reduziert werden, bis die Blutzuckerniveaus zu den annehmbaren Niveaus zurückkehren. Eine weite Vielfalt von Techniken kann verwendet werden, um eine Insulinpumpe zu steuern oder um verschiedene Funktionen der implantierten Vorrichtungen selbst zu steuern, und es wird hier kein Versuch unternommen, alle möglichen Techniken zu beschreiben.
Kalibriertechnik
5 ist ein Flußdiagramm, das eine Kalibriertechnik zur Verwendung nach der Implantation der implantierbaren Vorrichtung zur Verwendung in vorgegebenen, patientenspezifischen Parametern zur nachfolgenden Verwendung bei dem Zuckermonitorsystem von 2 zeigt, wenn die Schritte von 4 ausgeführt werden. 5 zeigt die Schritte, die von dem externen Programmierer von 3 und von der implantierten Vorrichtung von 2 durchgeführt werden, wobei die Schritte, die von dem externen Programmierer ausgeführt werden, auf der linken Seite gezeigt sind, und die Schritte, die von der implantierten Vorrichtung ausgeführt werden, auf der rechten Seite gezeigt sind. Anfänglich startet an dem Schritt 400 bei Eingabe geeigneter Aktivierungsbefehle durch einen Arzt, der den externen Programmierer betätigt, das Kalibriersystem, das Kalibrierverfahren und überträgt ein Signal an die implantierte Vorrichtung, um das Zuckermonitorsystem der implantierten Vorrichtung so zu steuern, dass es an dem Schritt 404 in eine Kalibrierbetriebsweise eintritt. In der Kalibrierbetriebsweise detektiert die Zuckerbestimmungseinheit die QTc-Deltawert und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte an dem Schritt 406 aus den elektrokardiographischen Signalen, sie leitet jedoch keine Blutzuckerniveaus ab (die Bestimmungseinheit leitet keine Blutzuckerniveaus ab, weil sie noch nicht die patientenspezifischen Parameter hat, die zur Bestimmung der Blutzuckerniveaus benötigt werden). Statt dessen überträgt das Monitorsystem einfach die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte an dem Schritt 408 an den externen Programmierer. Die Schritte 406 und 408 werden in einer Schleife wiederholt, bis schließlich ein Abschlußsignal empfangen wird.
Inzwischen gibt das Kalibriersystem des externen Programmierers an dem Schritt 410 Blutzuckerniveaus ein, die von einem externen Blutzuckermonitor abgeleitet wurden, während der Arzt dem Patienten entweder oral oder intravenös Zucker verabreicht, um das Blutzuckerniveau anzuheben. Alternativ hält, wenn der Patient ein insulinabhängiger Diabetiker ist, der Arzt lediglich das Insulin zurück, das sonst verabreicht würde, um dadurch zu ermöglichen, dass das Blutzuckerniveau ansteigt. Die Blutzuckerniveaus, die an dem Schritt 410 eingegeben werden, können automatisch von einem externen Blutzuckermonitor empfangen werden, der direkt mit externen Programmierern gekoppelt ist, oder sie können von Hand durch den Arzt auf der Basis der Information eingegeben werden, die von dem externen Blutzuckermonitor geliefert wird. Ein beliebiger, der Vielzahl der im Handel erhältlichen, externen Blutzuckermonitoren, kann verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein externer Sensor verwendet, der in der Lage ist, die Blutzuckerniveaus im wesentlichen kontinuierlich zu überwachen und auf den neuesten Stand zu bringen, so dass die Daten im wesentlichen kontinuierlich an dem Schritt 410 eingegeben werden können, um eine präzise Aufzeichnung der Blutzuckerniveaus als eine Funktion von QTc-Delta und T-Wellen-Amplitude bereitzustellen. Alternativ kann jedoch das Blutzuckerniveau periodisch detektiert und eingegeben werden, beispielsweise jeweils nach 10–15 Minuten. In jedem Fall werden die Blutzuckerniveaus, die von dem externen Blutzuckermonitor geliefert werden, in dem Speicher des externen Programmierers für die nachfolgende Verwendung aufgezeichnet. Die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte, die von der implantierten Vorrichtung detektiert werden, werden an dem Schritt 411 empfangen und gespeichert.
Das Blutzuckerniveau des Patienten wird ansteigen gelassen, bis es 300 mg/dl übersteigt, und sodann gibt der Arzt beginnend bei dem Schritt 412 Insulin an den Patienten ab, um zu bewirken, dass das Blutzuckerniveau abfällt, während der externe Programmierer damit fortfährt, die Blutzuckerniveaus für die Patienten, die von dem externen Monitor abgeleitet wurden, einzugeben und damit fortfährt, die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte zu empfangen, die von der implantierten Vorrichtung detektiert werden (die an dem Schritt 413 empfangen und gespeichert werden). Das Blutzuckerniveau des Patienten wird abfallen gelassen, bis es schließlich unter 40 mg/dl fällt, an welchem Punkt das Deltasammelverfahren abgeschlossen ist und ein Abschlußsignal an dem Schritt 414 an die implantierte Vorrichtung übertragen wird. Bei Empfang des Abschlußsignals setzt die implantierte Vorrichtung die Detektion der QTc-Deltawerte und der T-Wellen-Amplituden-Fraktionen aus.
Die patientenspezifischen Parameter werden dann von dem externen Programmierer an dem Schritt 416 berechnet und an dem Schritt 418 an die implantierte Vorrichtung zur dortigen Speicherung übertragen. Danach beginnt an dem Schritt 420 die implantierte Vorrichtung Steuerparameter, die von dem Arzt geliefert werden, zur Übertragung an die implantierte Vorrichtung an dem Schritt 416 zur Verwen dung bei der Steuerung der implantierten Vorrichtung oder der implantierten Insulinpumpe auf der Basis der Blutzuckerwerte des Patienten eingeben. Beispielsweise können die Steuerparameter ein optimales Blutzuckerniveau angeben, so dass die implantierte Vorrichtung die Insulinpumpe steuern kann, um die Menge an Insulin, die an den Patienten abgegeben wird, einzustellen, um das optimale Blutzuckerniveau zu erreichen. Die Steuerparameter können auch spezifische obere und untere Grenzen angeben, die zur Erzeugung der Warnsignale verwendet werden.
In Bezug auf die Berechnung der patientenspezifischen Parameter als Resultat der Schritte 410–412 zeichnet der externe Programmierer zwei Sätze von von Daten auf: einen ersten Satz, der einen QTc-Deltawerf für jedes eingegebene Blutzuckerniveau über dem gesamten Bereich von 40–300 mg/dl liefert, und einen zweiten Satz, der einen T-Wellen-Amplituden-Fraktionswert für jedes eingegebene Blutzuckerniveau ebenfalls über dem gesamten Bereich von 40–300 mg/dl liefert. An dem Schritt 416 kombiniert das Kalibriersystem automatisch die zwei Sätze von Daten und bestimmt einen Satz von Parametern, der die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte mit den Blutzuckerwerten des Patienten in Beziehung setzen. In dem Beispiel, in dem die lineare Beziehung von Gleichung 1 verwendet wird, berechnet der externe Programmierer den oben erwähnten T-Wellen-Koeffizienten, den QT-Koeffizienten und den Schnitt-Koeffizienten zur Verwendung in Gleichung 1 (die hier auch als Koeffizienten A, B und C bezeichnet werden). Diese kann unter Verwendung von ansonsten herkömmlichen Progressions-Analysetechniken erreicht werden. Die lineare Beziehung der Gleichung 1 ist bevorzugt, da sie einfacher zu berechnen ist und sie offenbar eine adäquate Gleichung zum Ableiten der Blutzuckerniveaus des Patienten liefert. Es können jedoch andere mathematische Beziehungen statt dessen verwendet werden, einschließlich nicht linearer Gleichungen. Statt die Daten einer vorgegebenen, mathematischen Beziehung anzupassen, erzeugt das System in einem anderen Beispiel statt dessen eine Nachschlagetabelle, die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionen mit den Blutzuckerwerten des Patienten in Beziehung setzt. Die Nachschlagetabelle kann erforderlichenfalls durch Interpolation zwischen den individuellen Datenwerten erzeugt werden, die während der Schritte 410–412 aufgezeichnet wurden. Die Nachschlagetabelle wird dann an die implantierte Vorrichtung übertragen, so dass die Vorrichtung sodann einfach einen Wert für das Blutzuckerniveau für jede Kombination eines QTc-Deltawertes und eines T-Wellen-Amplituden-Fraktionswertes nachschlagen kann. Obwohl die Verwendung einer Nachschlagetabelle selbstverständlich möglich ist, erfordert sie, dass mehr Daten in der implantierten Vorrichtung gespeichert werden. Wie zu erkennen ist, kann ein weite rer Bereich von Techniken verwendet werden, um die QTc-Deltawerte und die T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerte mit den eingegebenen Blutzuckerwerten in Beziehung zu setzen, und es wird hier kein Versuch unternommen, alle möglichen Techniken zu beschreiben.
Beispiel
Ein spezielles Beispiel für die Beziehung zwischen den QTc-Deltawerten, den T-Wellen-Amplituden-Fraktionen und den Blutzuckerniveaus wird nun unter Bezugnahme auf die 6–8 beschrieben. 6 zeigt die QTc-Deltawerte als eine Funktion des Blutzuckerniveaus für Blutzuckerniveaus in dem Bereich von 40 mg/dl bis etwa 140 mg/dl. Wie ersichtlich ist, gibt es im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem QTc-Delta und dem Zuckerniveau für Zuckerniveaus in dem Bereich von 40 mg/dl bis etwa 90 mg/dl. Oberhalb von etwa 90 mg/dl bleibt das QTc-Delta auf 0 unabhängig von dem Blutzuckerniveau. Folglich ist das QTc-Delta wirksam zur Verwendung als stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckerniveaus, wenn das Blutzuckerniveau unterhalb von etwa 40 mg/dl ist, und ist ansonsten nicht effektiv. Folglich wird, wie oben erläutert wurde, das QTc-Delta in Kombination mit den T-Wellen-Amplituden-Fraktionen verwendet, um die Blutzuckerniveaus zu bestimmen. In Situationen, in denen die Blutzuckerniveaus nur bei Niveaus unterhalb von 90 mg/dl bestimmt werden müssen, könnte dann jedoch das QTc-Delta unabhängig als stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckerniveaus verwendet werden. Als solches sollten die hier beschriebenen Techniken nicht so konstruiert werden, dass sie in allen Fällen erfordern, dass das QTc-Delta nur im Zusammenhang mit den T-Wellen-Amplituden-Fraktionswerten verwendet wird. Statt dessen kann QTc individuell als stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckerniveaus wenigstens in den ausgewählten Bereichen der Blutzuckerniveaus, beispielsweise in dem Bereich unterhalb von etwa 90 mg/dl, verwendet werden.
7 zeigt die T-Wellen-Amplituden-Fraktion als eine Funktion des Blutzuckerniveaus ebenfalls für Niveaus in dem Bereich von 40 mg/dl bis etwa 140 mg/dl. Wie ersichtlich ist, gibt es eine im wesentlichen zweiseitige Beziehung zwischen der T-Wellen-Amplituden-Fraktion und dem Zuckerniveau, wobei die T-Wellen-Amplituden-Fraktion mit ansteigenden Zuckerniveaus in den Bereich von 40 mg/dl bis etwa 90 mg/dl ansteigt und dann mit ansteigenden Zuckerniveaus in den Bereich von 90 mg/dl bis etwa 140 mg/dl abfällt. Zusätzlich ist der gesamte Trend der T-Wellen-Amplitude als eine Funktion des Blutzuckerniveaus etwas nicht linear, obwohl er durch eine erste lineare Funktion unterhalb von etwa 90 mg/dl und eine zweite lineare Funktion oberhalb von etwa 90 mg/dl angenähert werden kann. Folglich ist offenbar die T-Wellen-Amplituden-Fraktion alleine genommen nicht effektiv als ein stellvertretendes Beispiel für die Blutzuckernivaus, da ein einziger T-Wellen-Amplituden-Fraktionswert, beispielsweise 0,8, wenigstens zwei Blutzuckerniveauwerten entsprechen kann. Folglich wird die korrigierte T-Wellen-Amplituden-Fraktion vorzugsweise in Kombination mit wenigstens einem anderen Herzsignalmerkmal verwendet, das eine im wesentlichen monoton variierende Antwort als Funktion der Blutzuckerniveaus zeigt. Unter monoton variierend ist gemeint, dass das Herzmerkmal einen und nur einen Wert für jeden Wert des BLutzuckerniveaus wenigstens in den ausgewählten Bereichen der Blutzuckerniveaus zeigt. Das hauptsächliche Beispiel, das hier geliefert wird, ist das QTc-Intervall. Es können jedoch andere Herzsignalmerkmale in der Alternative verwendet werden, beispielsweise die Herzratenvariabilität, die QT-Dispersion (d. h. der Unterschied unter QT-Intervallen, der von unterschiedlichen Leitungen gemessen wird) und QT-Äquivalente, beispielsweise RT- oder ST-Intervalle.
8 zeigt die vorhergesagten Blutzuckerniveaus als eine Funktion der tatsächlichen Blutzuckerniveaus, die durch Anpassen der Daten aus den 6 und 7 an eine lineare Funktion, insbesondere die Funktion nach Gleichung 1, erhalten wurden. Wie ersichtlich ist, zeigen die vorhergesagten Zuckerniveaus eine enge Übereinstimmung mit den tatsächlichen Zuckerniveaus an jedem Datenpunkt, und dadurch wird bestätigt, dass die Verwendung der linearen Beziehung nach Gleichung 1 geeignet ist. Die in den 6–7 gezeigten Daten basieren auf einer Information, die in dem oben erwähnten Dokument von Ireland et al gegeben wird. Die Daten sollten nicht so verstanden werden, dass sie notwendigerweise spezifische Daten für einen speziellen, tatsächlichen Patienten darstellen. Ein gewisses Maß an Variation ist zu erwarten, wenn die Techniken der Erfindung an spezielle Patienten angewendet werden.

2 (Von links nach rechts)

102: Externe Vorrichtung
103: Insulinpumpe
94: Speicher
100: Telemetrieschaltung
108: Physiologischer Sensor
110: Batterie
112: Impedanz-Meßschaltung
: (In Block 60 von oben nach unten)
Programmable Microcontroller: Programmierbarer Mikrocontroller
Arrhythmia Detection: Arrhythmiedetektion
79: Zeitsteuerung
101: Zuckermonitorsystem basierend auf QT-Intervall/T-Wellen-Amplitude
Morphologie Detector: Morphologiedetektor
: (Rechts daneben)
70: Atrialer Pulsgenerator
82: ATR-Sensor
84: VTR-Sensor
72: Ventrikulärer Pulsgenerator
116: Schockschaltung
74: elektrischer Konfigurationsschalter
Bei 44: V_L-Spitze
Bei 46: A_L-Ring
Bei 48: A_L-Spule
Bei 42: A_R-Spitze
Bei 40: Gehäuse
Bei 54: V_R-Ring
Bei 52: V_R-Spitze
Bei 56: RV-Spule
Bei 58: SVC-Spule

3 (von oben nach unten zeilenweise)

232: ECG-Leitungen
228: Telemetrieeinheit
243: ECG-Schaltung
226: Telemetrieschaltung
246: Analog-Ausgangsschaltung
Telemetrie sub-system: Telemetrie-Untersystem
Main CPU: Haupt CPU
250: Zuckerniveau-Kalibriersystem
Internal Bus: Interner Bus
206: ROM
230: RAM
208: Festplatte
214: LCD-Display
216: Touch-Schirm
218: Standard-Tastatur
220: Spezialtasten
244: Lautsprecher
236: Drucker
212: CD-ROM Laufwerk
210: Diskettenlaufwerk
240: Parallele IO-Schaltung
242: Serielle IO-Schaltung

4

Blood Glucose Level Detection: Blutzuckerniveau-Detektion
: (Block 301 von oben nach unten)
: Patientenspezifische Parameter:
: T-Wellen-Basislinie
: QT-Basislinie
: T-Wellen-Koeffizient
: QT-Koeffizient
: Schnitt-Koeffizient
300: Gib patientenspezifische Zuckerbestimmungsparameter ein
302: Detektiere T-Wellen-Amplitude
304: Setze den T-Wellen-Amplitude-Faktor unter Verwendung der T-Wellen-Basislinie um
306: Detektiere QT-Intervall und Herzrate
308: Setze QT-Intervall in QTc-Delta unter Verwendung von Herzrate und QT-Basislinie um
310: Leite Zuckerniveau aus der T-Wellen-Amplituden-Fraktion und dem QTc-Delta unter Verwendung patientenspezifischer Parameter ab
312: Zeichne Zuckerniveau auf und vergleiche gegen obere Grenze (120 mg/dl) und untere Grenze (60 mg/dl)
Outside Acceptable Bound?: Ausserhalb annehmbarer Grenzen?
No: Nein
Yes: Ja
314: Erzeuge Warnsignal oder stelle Insulinmittelpumpe ein

5 (linke Seite)

External Programmer: Externer Programmierer
400: Aktiviere Kalibrierverfahren
410: Gebe Blutzuckerwerte von einem externen Sensor ein, während der Arzt Zucker an den Patienten abgibt (oder Insulin vorenthält)
411: Gebe ein und speichere detektierte Werte
Glucose exceeds 300 mg/dl?: Übersteigt Zucker 300 mg/dl?
No: Nein
Yes: Ja
412: Gebe Blutzuckerniveaus ein, während Arzt Insulin zuführt
413: Gebe ein und speichere detektierte Werte
Glucose falls below 40 mg/dl?: Fällt Zucker unter 40 mg/dl?
No: Nein
Yes: Ja
414: Übertrage Abschlußsignal
416: Berechne und übertrage patientenspezifische Parameter zur Bestimmung von Zuckerniveaus
Setup complete: Setup ist vollständig
: (Rechte Seite)
Implanted device: Implantierte Vorrichtung
404: Gehe in die Kalibrier-Betriebsweise
406: Detektiere QTc-Delta und T-Wellen-Amplitude
408: Übertrage detektierte Werte an den Programmierer
Compl. Signal received?: Vollständiges Signal empfangen?
No: Nein
Yes: Ja
418: Empfange und speichere patientenspezifische Parameter
420: Beginne mit der Überwachung der Blutzuckerniveaus (4)

6 (obere Beschriftung)

QTc Delta VS Glucose Levels: QTc-Delta gegen Zuckerniveaus
: (Linke Ordinate)
QTc Delta from baseline (MS): QTc-Delta von Basislinie (MS)
: (Untere Ordinate)
Glucose level: Zuckerniveau

7

: (Obere Beschriftung)
T-Wave amplitude ration VS Glucose levels: T-Wellen-Amplitudenverhältnis gegen Zuckerniveaus
: (Linke Ordinate)
T-Wave amplitude fraction: T-Wellen-Amplituden-Fraktion
: (Untere Ordinate)
Glucose level: Zuckerniveau

8

: (Linke Ordinate)
Predicted Glucose level: Vorhergesagtes Zuckerniveau
: (Untere Ordinate)
Actual Glucose level: Tatsächliches Zuckerniveau

Claims

Implantierbare, medizinische Vorrichtung umfassend eine Herzsignal-Detektoreinheit (82, 84), die zu betreiben ist, um T-Wellen und QT-Intervalle zu detektieren, und ein Zuckerüberwachungssystem (101), das zu betreiben ist, um Blutzuckerwerte aus einer Kombination der detektierten T-Wellen und der detektierten QT-Intervalle abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuckerüberwachungssystem ferner zu betreiben ist, um detektierte T-Wellen in T-Wellen-Amplituden-Fraktionen umzusetzen, um detektierte QT-Intervalle in korrigierte QT,QTc-Intervall-Deltas umzusetzen und um den Blutzuckerwert auf der Basis einer Kombination der T-Wellen-Amplituden-Fraktionen und der QTc-Deltas zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleichen des Blutzuckerwertes gegen eine Obergrenze und ein Mittel zum Erzeugen eines Warnsignals, das anzeigt, dass der Blutzuckerwert zu hoch ist, wenn die Blutzuckerwerte die Obergrenze überschreiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleichen eines Blutzuckerwertes gegen eine Untergrenze und ein Mittel zur Erzeugung eines Warnsignals, das anzeigt, dass der Blutzuckerwert zu gering ist, wenn die Blutzuckerwerte unter die Untergrenze abfallen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Insulinpumpe (103) und Mittel umfasst, um die Insulinpumpe auf der Basis des Blutzuckerwertes zu steuern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Steuern der Funktionen der implantierbaren Vorrichtung auf der Basis des Blutzuckerwertes.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufzeichnen des Blutzuckerwertes für die nachfolgende Übertragung an eine externe Vorrichtung (102).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuckerüberwachungssystem (101) in einem Vorrichtungsgehäuse (4) montiert ist, und dass die Herzsignal – Detektoreinheit umfasst wenigstens eine Defibrillationsspule (36, 38) zur Anbringung in dem Ventrikel eines Patienten und eine Schaltung (84) zum Detektieren eines Spannungssignals zwischen der Spule und dem Vorrichtungsgehäuse und/oder eine Vielzahl von Elektroden (44, 52, 54) zum Anbringen an verschiedenen Stellen innerhalb des Ventrikels des Patienten und eine Schaltung zur Mittelwertbildung der Spannungssignale, die zwischen der Vielzahl der Elektroden und dem Vorrichtungsgehäuse separat detektiert werden.