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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft implantierbare
medizinische Geräte,
die den Herzzustand eines Patienten dadurch überwachen, daß der Eigenrhythmus,
ventrikuläre
Tachykardie und ventrikuläres
Fibrillieren/Flattern des Patentien erfaßt wird, und die eine Therapie
in der Form elektrischer Energiezufuhr zu dem Herzgewebe bereitstellen,
um zu versuchen, die Tachykardie zu beheben und einen normalen Sinusrhythmus
wiederherzustellen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der Begriff Tachykardie, wie er hier
verwendet wird, bezieht sich auf jeden schnellen abnormalen Rhythmus
des Herzens, der möglicherweise
der Behandlung durch elektrischen Entladungen zugänglich ist
und insbesondere die supraventrikuläre Tachykardie (SVT), die ventrikuläre Tachykardie
(VT) und ventrikuläres
Flattern sowie ventrikuläres
Fibrilieren (VF) umfaßt.
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Der Begriff Kardioversion bezieht
sich auf die Entladung elektrischer Energie in das Herzgewebe bei
dem Versuch, eine Tachykardie zu beenden oder umzukehren. Sie kann
von einer hohen (40 Joule oder darüber) bis zu einer niedrigen
(weniger als 1 Joule) Energieentladung reichen. Die Entladung kann
einphasig oder zweiphasig sein, ist jedoch nicht auf diese Wellenformen
beschränkt.
Kardioversions-Stöße können mit
dem Herzrhythmus synchronisiert sein, müssen es jedoch nicht. Defibrillation
ist ein spezielles Beispiel der Kardioversion.
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Die vorliegende Erfindung findet
gleichermaßen
Anwendung bei Geräten,
die Energie liefern, die mit einer R-Welle synchronisiert ist, sowie
solche, die dies nicht ist, und sie findet Anwendung bei Geräten, die
schwächere
Energieimpulse (bis zu 1 Joule) verwenden, sowie solchen Geräten, die
stärkere
Energieimpulse verwenden (bis ro 40 Joule oder darüber). Die
Erfindung findet Anwendung bei Geräten, die Kardioversions-Stöße allein
und auch in Kombination mit Antitachykardie-Reizimpulsen liefern.
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Das US-Patent 3 857 398 von Rubin
beschreibt einen kombinierten Schrittmacher/Defibrillator. Dieses
Gerät führt entweder
eine Bradykardie-Reizung oder eine Defibrillations-Funktion durch, abhängig von
dem ermittelten Zustand. Bei der Feststellung von VT/VF schaltet
das Gerät
auf die Defibrillations-Betriebsart um. Nach einer Zeitspanne zum Aufladen
eines Kondensators wird ein Defibrillations-Stoß auf den Patienten gegeben.
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Eine weitere Entwicklung auf dem
Gebiet kombinierter implantierbarer Geräte ist in dem US-Patent 4 940
054 von Grevis und Gilli vom 10. Juli 1990 mit dem Titel "Apparatus and Method
for Controlling Multiple Sensitivities in Arrhythmia Control Systems
Including Post Therapy Pacing Delay" beschrieben. Dieses Gerät ist ein
Arrhythmiesteuersystem auf Mikrocomputer-Basis, welches mit Hilfe
einer Telemetrie-Kopplung programmierbar ist. Das Gerät liefert
eine Einkammer-Bradykardie-Unterstützungsreizung, eine Antitachykardiereizung
und Kardioversions oder Defibrillations-Stöße zum Wiederherstellen des
normalen Sinusrhythmus eines Patienten.
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Bei Tachykardie-Steuerungsschrittmachern wurden
unterschiedliche Entwicklungen durchgeführt. Tachykardie ist ein Zustand,
in welchem das Herz sehr schnell schlägt, typischerweise mit mehr als
150 Schlägen
pro Minute (im folgenden "SPM"). Es gibt verschiedene
unterschiedliche Reiz-Modalitäten,
die zur Beendigung von Tachykardie vorgeschlagen wurden. Das ihnen
allen zu grundeliegende Prinzip besteht darin, daß, wenn ein Schrittmacher das Herz
kurz nach einem Herzschlag mindestens einmal reizt, bevor der nächste natürlich auftretende
Herzschlag bei der schnellen Herzfrequenz auftritt, das Herz erfolgreich
in den normalen Sinusrhythmus zurückgebracht werden kann. Tachykardie
ist häufig das
Resultat einer elektrischen Rückkopplung
im Herzen. Ein natürlicher
Herzschlag führt
zu der Rückkopplung
eines elektrischen Reizes, der vorzeitig einen weiteren Herzschlag
auslöst.
Durch Einfügen
eines angeregten Herzschlags wird die Stabilität der Rückkopplungsschleife unterbrochen.
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In dem US-Patent 3 942 534 von K.
r. Allen et al. vom 9. März
1976 mit dem Titel "Device
for Terminating Tachycardia" wird
ein Schrittmacher vorgeschlagen, der im Anschluß an die Feststellung einer Tachykardie
einen Vorhof-(oder Kammer-)Reiz nach einem Verzögerungsintervall erzeugt. Wenn
dieser Reiz bei der Beendigung des Zustands nicht erfolgreich ist,
wird ein weiterer Reiz nach einem weiteren vorzeitigen Herzschlag
im Anschluß an
eine etwas andere Verzögerung
erzeugt. Das Gerät
justiert das Verzögerungsintervall
konstant dadurch ein, daß es eine
Abtastung über
einen vorbestimmten Verzögerungsbereich
hinweg vornimmt. Die Reizung hört
auf, sobald sich das Herz wieder im Sinusrhythmus befindet. Wenn
eine erfolgreiche Rückstellung
während einer
vollständigen
Abtastung nicht erreicht wird, wird der Zyklus wiederholt. Das Gerät liefert
außerdem
im Anschluß an
den ersten Reiz einen zweiten Reiz, wobei beide Reize innerhalb
desselben Tachykardie-Zyklus auftreten, das heißt vor dem als nächstes in
natürlicher
Weise auftreten den schnellen Herzschlag. Die Zeitspanne zwischen
einem Herzschlag und dem ersten Reiz ist als die Anfangsverzögerung bekannt, während die
Zeitspanne zwischen dem ersten Reiz und dem zweiten Reiz als gekoppeltes
Intervall bezeichnet wird. In dem oben erläuterten Gerät ist das gekoppelte Intervall
fest, nachdem es einmal von einem Arzt eingestellt wurde, und deshalb
erscheint der zweite Reiz immer eine bestimmte Zeit nach dem ersten
Reiz, ohne zu berücksichtigen,
wann der erste Reiz nach dem letzten Herzschlag auftritt.
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Das US-Patent 4 390 021 von R. A.
J. Spurrell et al. vom 28. Juni 1983 mit dem Titel "Two Pulse Tachycardia
Control Pacer" offenbart
einen Schrittmacher zum Steuern von Tachykardie, bei dem das gekoppelte
Intervall zusätzlich
zu der Anfangsverzögerung
abgetastet wird. Die Zeitparameter, die bei der Beendigung der Tachykardie
erfolgreich sind, werden gespeichert, damit bei der Bestätigung eines weiteren
Tachykardie-Ereignisses die zuvor erfolgreichen Zeitparameter die
ersten sind, die ausprobiert werden. Das Gerät ermöglicht außerdem das Anregen einer Tachykardie
durch die Arzt, um die Parameter für die Anfangsverzögerung und
das gekoppelte Intervall programmieren zu können.
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Das US-Patent 4 398 536 von T. A.
Nappholz et al. vom 16. August 1983 offenbart einen Tachykardie-Steuerschrittmacher
mit Abtast-Burst. Im Anschluß an
die Bestätigung
einer Tachykardie wird ein Burst erzeugt, der aus einer programmierten
Anzahl von Vorhof-(oder Kammer-)Reizimpulsen besteht. Die Geschwindigkeiten
der Bursts nehmen von Periode zu Periode zu, so daß im Anschluß an jede
Tachykardie-Erkennung ein Impuls-Burst mit einer anderen Geschwindigkeit
erzeugt wird. Die Geschwindigkeit eines Bursts, der bei der Beendigung
der Tachykardie erfolgreich ist, wird abgespeichert, und im Anschluß an die
nächste
Tachykardie-Erkennung wird die gespeicherte Geschwindigkeit für den ersten zu
erzeugenden Burst verwendet.
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Das US-Patent 4 406 287 von T. A.
Nappholz et al. vom 27. September 1983 offenbart einen Tachykardie-Steuerschrittmacher
für einen
Abtastburst mit variabler Länge.
Der Arzt programmiert die maximale Anzahl von Impulsen innerhalb
eines Bursts. Die Anzahl von Impulsen in einem Burst wird durchlaufen,
und diejenige Zahl, die bei der Beendigung der Tachykardie erfolgreich
ist, wird registriert, damit sie für den ersten Einsatz bei Erkennung
einer neuen Tachykardie-Episode zur Verfügung steht. Aufeinanderfolgende
Bursts mit jeweils gleicher Geschwindigkeit besitzen unterschiedliche
Anzahlen von Impul sen, wobei das Durchlaufen der Impulszahl in Aufwärtsrichtung
erfolgt. Sind sämtliche
Bursts ohne Erfolg, wird eine neue Geschwindigkeit probiert, wobei die
Durch lauf-Abtastung der Anzahl aufs Neue beginnt. Damit werden
sämtliche
Kombinationen aus Geschwindigkeiten und Impuls-Zahlen versucht,
wobei die erfolgreiche Kombination im Anschluß an die nächste Tachykardie-Erkennung
als erstes verwendet wird.
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Das US-Patent 4 408 606 von R. A.
J. Spurrell et al. vom 11. Oktober 1963 offenbart einen geschwindigkeits-bezogenen
Tachykardie-Steuerschrittmacher. Im Anschluß an die Erkennung einer Tachykardie
wird ein Burst aus mindestens drei Reizimpulsen erzeugt. Die Zeitintervalle
zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen nehmen um einen festen Wert
ab; damit erhöht
sich die Impulsgeschwindigkeit während
jedes Betriebszyklus. Der erste Impuls wird im Anschluß an den
letzten Herzschlag, der zum Erkennen der Tachykardie diente, zu
einem Zeitpunkt erzeugt, der von der Tachykardie-Frequenz abhängt. Die
Zeitverzögerung
zwischen dem letzten Herzschlag und dem ersten Impuls innerhalb
des Bursts ist gleich dem Zeitintervall zwischen den letzten zwei Herzschlägen, abzüglich eines
fixen Abnahmewerts, der aufeinanderfolgende Zeitintervalle zwischen Reizimpulsen
kennzeichnet.
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Das Problem der Speicherung erfolgreicher Antitachykardie-Reizparameter,
wie sie von Spurrell et al. in 4 390 021, Nappholz et al. in 4 398
536, Nappholz et al. in 4 406 287 und Spurrell et al. in 4 408 606
beschrieben wird, besteht darin, daß eine spätere Tachyarrythmie-Episode
in einem Kreis ausgelöst
wird, der sich von demjenigen unterscheidet, in dem eine vorausgehende
Episode durch Schrittmacher-Reiz beendet wurde. Folglich sind die
abgerufenen Parameter nicht notwendiger weise für die neue Tachyarrythmie geeignet.
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Abhängig von den relativen Unterschieden
in der Schaltkreis-Weglänge
sowie der Richtung der Durchlauf-Abtastung kann es sein, daß das Starten bei
un geeigneten abgerufenen Parametern noch mehr Reizimpulszüge zum Erreichen
der Reversion verursacht, als wenn das Ab tasten bei Null begonnen
worden wäre.
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Üblicherweise
besitzt ein Patient mehr als einen triggerbaren Wiedereintritts-Kreis. Es ist ein
Ziel der vorliegenden Erfindung, zu unterscheiden zwischen unterschiedlichen
Wiedereintritts-Kreisen, um verschiedene gespeicherte Sätze von
erfolgreichen Antitachykardie-Reizparametern verschiedenen Kreisen
zuzuordnen.
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Die europäische Patentschrift EP 0 81
209 A1 betrifft ein Gerät
zum Behandeln von Tachykardien, bei dem das Erkennen von Tachykardie-Periodendauern
diskutiert und eine Einrichtung geschaffen wird zum Speichern von
Antitachykardie-Reizparametern, die beim Zurückstellen der vorausgehenden
Tachykardie erfolgreich waren.
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Die US-A-4 830 006 beschreibt einen
implantierbaren Herzschrittmacher, der programmierbar ist, um eine
Mehrzahl hierarchischer Nachweisalgorithmen und Therapiemodalitäten bereitzustellen,
um Klassen von ventrikulären
Tachykardien nachzuweisen und zu behandeln, in die das Herzschlagkontinuum
unterteilt ist. Der Schrittmacher ist ausgelegt zur automatischen
Bereitstellung vorab ausgewählter Therapiemuster
unterschiedlicher Klassen von Aggressivität. Die letzte erfolgreich angebotene
Schrittmachertherapie läßt sich
anwenden auf ein Muster, bei dem das Durchlaufen von zuvor erfolgreichen Therapien
dann erfolgt, wenn die letzte erfolgreiche Therapie fehlgeschlagen
ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Antitachyarrythmie-Reizung (ATP)
ist allgemein beschränkt
auf Rhythmen mit Tachykardie-Periodendauern (TPD), die zwischen
zwei Extremwerten liegen.
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Im vorliegenden Zusammenhang werden
die Extremwerte als maximale Tachykardie-Periodendauer für ATP (TPDmax)
und die minimale Tachykardie-Periodendauer
für die
ATP (TPDmin) bezeichnet. Bei der offenbarten Erfindung wird der
Bereich von Perioden dauern, in welchem eine Antitachykardie-Reizung
anwendbar ist, in eine gegebene Anzahl von Unterbereichen unterteilt.
Nachdem eine Kombination von Antitachykardie-Reizparametern durch Abtastung
als erfolgreich bei der Beendigung einer Tachykardie eingerichtet
wurde, wird der Periodendauer-Unterbereich berechnet, in welchem
diese Tachykardie gelegen ist, und die Abtastparameter werden in
Speicherstellen oder Plätzen
in der Weise abgespeichert, daß sie
durch die zugehörige
Stellen- oder Platznummer identifizierbar sind.
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Es ist zu bevorzugen, daß die Platznummer, unter
der ein Satz von erfolgreichen Parametern gespeichert ist, die für die Tachykardie-Periodendauer bei
der letzten Neubestätigung
vor der Rückstellung ist.
Alternativ kann es auch die für
die Periodendauer der Tachykardie beim ersten Erkennen sein. Der
Arzt kann die getroffene Wahl programmieren.
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Für
einen speziellen Periodendauer-Speicherplatz wird, wenn ein neuer
erfolgreicher Reizimpulszug mit einem anderen Abtastparameterwert
als dem eines früheren
erfolgreichen Impulszugs gefunden wird, der alte Wert gestrichen
und der neue Wert in Verbindung mit dem Speicherplatz gespeichert.
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Das Überschreiben von alten erfolgreichen Abtastwerten
beruht auf dem Prinzip, daß im
Verlauf der Zeit sich die Herz-Depolarisationsleitgeschwindigkeit
eines Patienten möglicherweise
aufgrund des Einflusses von Drogen oder aufgrund anderer Faktoren ändert. Damit
können
sich auch die zeitlichen Kennwerte mit der Zeit ändern, die für einen
Reizimpulszug benötigt
werden, damit dieser eine in einem speziellen Wiedereintrittskreis
ausgelöste
Arrhythmie zurückstellt.
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Deshalb ist es angemessen, daß der gespeicherte
erfolgreiche Abtastparameterwert in irgendeinem gegebenen Tachykardieperiodendauer-Speicherplatz
derjenige ist, der als letztes bei einem erfolgreichen Reizimpulszug
angewendet wurde.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Behandeln
von Tachykardien gemäß Anspruch
13 angegeben.
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Das Prinzip der offenbarten Erfindung
findet gleichermaßen
Anwendung bei jedem Typ von bei der Antitachyarythmie-Schrittmacherreizung
abgetasteten Parameter, sei es zum Beispiel die Anfangs- oder die
gekoppelte Verzögerung
oder die Länge
des Impulszugs oder irgendeine Kombination aus diesen oder anderen
Parametern.
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Das Prinzip der offenbarten Erfindung
findet gleichermaßen
Anwendung bei Antitachykardie-Reizalgoritmen mit irgendeiner Anzahl
von Abtastparametern. Wenn mehr als ein Parameter bei dem angewendeten
Algorithmus durchlaufend abgetastet wird, so wird jeder Parameterwert
für einen
erfolgreichen Reizimpulszug in Verbindung mit der Speicherstelle
für die
Periodendauer der Tachyarythmie gespeichert.
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Zur Vereinfachung soll bei der vorliegenden Beschreibung
angenommen werden, daß der
angewendete Antitachykardie-Reizalgoritmus nur einen Abtastparameter
aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Während
die Beschreibung mit Ansprüchen abschließt, die
den hier als Erfindung betrachteten Gegenstand hervorheben und klar
beanspruchen, wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung sich
leichter versteht aus der nach folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Arrhythmie-Steuersystems gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm eines Schrittmachers, der in dem System nach 1 verwendet wird;
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3 ein
Blockdiagramm eines in dem System nach 1 verwendeten Mikroprozessors;
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4 ein
logisches Flußdiagramm,
welches die modulare Zerlegung von Antitachyarythmie-Schrittmachersoftware
innerhalb des Mikroprozessors nach 1 verdeutlicht;
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5A eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, die in anschaulichem Format das Abrufen einer gespeicherten
Abtastung für
eine neue Tachykardie darstellt;
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5B eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, die in anschaulichem Format das Abrufen einer gespeicherten
Abtastung für
den Fall darstellt, daß ein
Periodendauer-Speicherplatz leer ist und das System nach dem nächstliegenden
gefüllten Speicherplatz
sucht;
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5C eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, die in anschaulichem Format das Abrufen einer gespeicherten
Abtastung für
den Fall darstellt, daß ein
Periodendauer-Speicherplatz leer ist, jedoch zwischen zwei gefüllten Speicherplätzen liegt, wobei
das System nach demjenigen von solchen zwei Speicherplätzen sucht,
der zum Erreichen die wenigsten Abtastschritte erfordert;
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5D eine
bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, die in anschaulichem Format das Abspeichern einer erfolgreichen
Abtastung darstellt;
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6 eine
alternative Ausführungsform,
bei der weniger Speicherstellen verwendet werden, um Speicherplatz
zu sparen; und
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7 eine
alternative Ausführungsform,
bei der mehr als ein Abtastparameter gesichert wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist
ein Blockdiagramm eines Arrhythmiesteuersystems 10 dargestellt.
Das System 10 ist so ausgebildet, daß es implantierbar ist, und
es enthält
ein Impulsmodul 11 und zugehörige Leitungen. Genauer gesagt,
enthält
das System 10 im allgemeinen eine Herzleitung oder -leitungen 12,
die zum Herzen 14 eines Patienten führen, um zur Therapieanwendung
des Herzens des Patienten eine Therapie des Vorhofs oder des Ventrikels
oder von beidem vorzunehmen. Das System 10 enthält grundsätzlich auch
einen Schrittmacher 15 zum Detektieren von Analogsignalen,
welche die elektrische Herzaktivität repräsentieren, und zum Liefern
von Reizimpulsen an das Herz; einen Mikroprozessor 16,
der ansprechend auf verschiedene von dem Schrittmacher 15 sowie
von einem Defibrillator 17 empfangene Eingangsgrößen verschiedene
Operationen durchführt,
um unterschiedliche Steuer- und Datenausgangssignale sowohl für den Schrittmacher 15 als auch
den Defibrillator 17 zu erzeugen; und eine Stromversorgung 18 zum
Bereitstellen eines zuverlässigen
Spannungspegels für
den Schrittmacher 15, den Mikroprozessor 16 und
den Defibrillator 17 über geeignete
elektrische (nicht dargestellte) Leiter. Der Defibrillator 17 erzeugt
eine hohe Spannung, um seine (nicht gezeigten) Kondensatoren aufzuladen
und anschließend
die Kondensatoren ansprechend auf von dem Mikroprozessor 16 kommende
Steuersignale zu entladen. Eine Defibrillator-Elektrodenleitung 19 über tragt
die Energie eines Defibrillatorstoßes 20 von dem implantierten
Impulsmodul 11 auf die Oberfläche des Herzens 14.
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Der Mikroprozessor 16 ist über einen
Adressen- und Datenbus 22 an einen externen Speicher 21 angeschlossen.
Eine Lebensdauer-Ende-(EOL-)Signalleitung 24 liefert an
den Mikroprozessor 16 ein logisches Signal, welches das
Nahen der Batterieerschöpfung
in der Stromversorgung 18 anzeigt.
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Wie im folgenden ausführlicher
beschrieben wird, sind der Mikroprozessor 16 und der Schrittmacher 15 über einen
Nachrichtenbus 25, eine Leseleitung 26, eine Schrittsteuerleitung 27,
einen Empfindlichkeitssteuerbus 28 und einen Reizenergiesteuerbus 29 miteinander
verbunden. Wie ebenfalls ausführlicher
unten beschrieben wird, ist der Mikroprozessor 16 über eine
Ladungsspannungspegel-Leitung 30, einen Ladungssteuerbus 31,
einen Stoßsteuerbus 32 und
einen Ableitsteuerbus 34 an den Defibrillator 17 angeschlossen.
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Gemäß 2 enthält der Schrittmacher 15 eine
Reizschaltung 35, die einen Reizimpulsgenerator 36 enthält, eine
Leseschaltung 37 und eine Telemetrieschaltung 38.
Zusätzlich
gibt es einen Steuerblock 39, der eine Schnittstelle zu
dem Mikroprozessor 16 bildet.
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Im Betrieb erfaßt die Leseschaltung 37 Analogsignale 40 von
dem Herzen 14 in einem internen QRS-DETEKTOR 37A und
wandelt die detektierten Signale in digitale Signale um. Außerdem empfängt die
Leseschaltung 37 ein Eingangs-Lesesteuersignal (welches die Empfindlichkeit
der Detektorschaltungen in der Leseschaltung 37 festlegt) über einen
Lesesteuerbus 41 vom Steuerblock 39. Wie weiter
unten ausführlicher
beschrieben wird, beeinflußt
eine Änderung dieser
Empfindlichkeit die Spannungsabweichung, die an der Fühlelektrode
erforderlich ist, damit ein Lesen registriert werden kann.
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Die Reizschaltung 35 empfängt außerdem Eingangssignale
vom Steuer block 39, darunter eine Schrittsteuerung und
eine Reizenergiesteuerung, über
einen Reizsteuerbus 42, der die Signale, die am Block 39 über die
Schrittsteuerleitung 27 und den Reizenergiesteuerbus 29 ankommen, überträgt. Die Schrittsteuerung
bestimmt den Typ der auftretenden Reizung, während die Menge der Impulsenergie durch
die Reizenergiesteuerung festgelegt wird. Die Reizschaltung 35 veranlaßt den Impulsgenerator 36, Reizimpulse 44 zu
erzeugen, die über
die Herzleitung 12 auf das Herz 14 des Patienten
gegeben werden.
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Die Telemetrieschaltung 38 sorgt
für eine
bidirektionale Verbindung zwischen dem Steuerblock 39 des
Schrittmachers 15 und einem externen Gerät wie zum
Beispiel einem (nicht gezeigten) Programmiergerät. Sie ermöglicht, daß Daten wie zum Beispiel Betriebsparameter
von dem implantierten Impulsmodul 11 (1) gelesen oder dort geändert werden.
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Bezugnehmend auf 3, enthält der Mikroprozessor 16 zwei
16-Bit-Timer 47 und 48, eine zentrale Verarbeitungseinheit
oder CPU 49, einen Block 50 für zeigergesteuerte Unterbrechungen,
einen Schreib-Lese-Speicher oder RAM 54, einen Festspeicher
oder ROM 55, eine Port-Schnittstelle 57 und einen
internen Nachrichtenbus 58. Der RAM 54 dient als
Arbeitspuffer und aktiver Speicher während der Ausführung der
verschiedenen Programme, die in dem ROM 55 gespeichert
sind und von dem Mikroprozessor 16 benutzt werden. Diese
Programme enthalten Systemüberwachungsprogramme,
Nachweis-Algorithmen zum Detektieren verschiedener Arrhythmien und
Programme zum Realisieren des logischen Flußdiagramms nach 4 sowie Speicherprogramme
zum Speichern von Daten betreffend die Funktion des Moduls 11 und
des durch die Herzleitung 12 (1) gebildeten Elektrogramms in dem externen
Speicher 21.
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Timer 47 und 48 und
dazugehörige
Steuer-Software realisieren einige Zeitsteuerfunktionen, die von
dem Mikroprozessor 16 benötigt werden, ohne daß vollständig auf
Software zurückgegriffen wird;
hierdurch wird die Rechenbelastung der CPU 49 und deren
Leistungsverbrauch reduziert.
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Von der Telemetrieschaltung 38 (2) empfangene Signale ermöglichen
es einem externen (nicht gezeigten) Programmierer, die Betriebsparameter
des Schrittmachers 15 dadurch zu ändern, daß entsprechende Signale an
den Steuerblock 39 geliefert werden. Der Nachrichtenbus 25 (3) dient zur Bereitstellung
von für
eine solche Steuerung kennzeichnenden Signalen für den Mikroprozessor 16. Damit
ist es für
einen externen Programmierer auch möglich, den Betrieb des Defibrillators 17 (1) mit Hilfe von an den
Mikroprozessor 16 gelieferten Signalen zu steuern.
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Geeignete Telemetrie-Befehle können die Telemetrieschaltung 38 (2) veranlassen, Daten an
den externen Programmierer zu senden. Gespeicherte Daten werden
von dem Mikroprozessor 16 auf den Nachrichtenbus 25 über den
Steuerblock 39 im Schrittmacher 15 gelesen und
in die Telemetrieschaltung 38 eingegeben zum Senden an
den externen Programmierer mittels eines in der Telemetrieschaltung 38 vorhandenen
Senders.
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Der Mikroprozessor 16 (3) empfängt verschiedene Status- und/oder
Steuereingangssignale von dem Schrittmacher 15 und dem
Defibrillator 17. Während
des normalen Schrittmacherbetriebs ist das Eingangssignal des Schrittmachers 15 ein
Lesesignal auf der Leseleitung 26, welches von dem Mikroprozessor 16 dazu
verwendet wird, Operationen wie den Nachweis einer Arrhythmie vorzunehmen. Der
Mikroprozessor 16 erzeugt Ausgangssignale wie zum Beispiel
die Reizsteuerung auf der Schrittsteuerleitung 27, was
den Typ der vorzunehmenden Reizung festlegt.
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Andere, von dem Mikroprozessor 16 erzeugte
Schrittmacher-Steuerausgangssignale umfassen ein Reizenergie-Steuersignal
auf dem Reizenergie-Steuerbus 29,
welches die Menge der Impulsenergie festlegt, und ein Empfindlichkeitssteuersignal auf
dem Empfindlichkeitssteuerbus 28, welches die Empfindlichkeitseinstellung
der Leseschaltung 37 festlegt.
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Der Mikroprozessor 16 liefert
an den Defibrillator 17 ein Stoßsteuersignal über den
Stoßsteuerbus 32,
welches angibt, daß dem
Patienten ein Stoß zuzuführen ist,
ein Ablaufsteuersignal über
den Ablaufsteuerbus 34, welches angibt, daß ein Stoß an einer
internen Last innerhalb des Defibrillators 17 abzuleiten
ist, und ein Ladungssteuersignal über den Ladungssteuerbus 31,
welches den Spannungspegel des zu liefernden Stoßes festlegt. Die Ladungsspannungspegelleitung 33 liefert
ein digitales Signal, welches für
die Ladungsspannung repräsentativ
ist, von einem Analog-Digital-Umsetzer innerhalb des Defibrillators 17,
um dadurch eine Rückkopplungsschleife zu
schaffen, welche sicherstellt, daß ein Stoß mit geeignetem Energiepegel
von dem Defibrillator 17 abgegeben wird.
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In 4 ist
ein logisches Ablaufdiagramm dargestellt, welches allgemein bei 60 die
modulare Zerlegung der Antitachyrhythmie-Schrittmachersoftware innerhalb
des Mikroprozessors 16 aus 1 veran
schaulicht. Leseeingänge
werden über
die Leitung 26 an die Software gegeben. Durch Software
im Block 61 wird für
eine Tachyarrhythmie-Klassifikation und -Neubestätigung gesorgt. Wird eine Tachyarrhythmie
erkannt und erneut bestätigt,
gelangt ein Signal "Tachy-Bestätigung" 62 an einen
Block der Schrittsteuerung zur Tachykardiebeseitigung, 64. Gleichzeitig
wird ein Signal 63, welches die mittlere Tachykardieperiodendauer
der erneut bestätigten
Tachyarrhythmie repräsentiert,
an einen Abtastspeicher-Block 67 gegeben. Von dem Schrittsteuerblock 64 wird
entweder ein "Rückspeicher"-Signal 65 oder ein
Signal "Retten" 66 an den
Abtastspeicher 67 gegeben, welcher einen Abtastwert 69 an
einen Abtast-Algo rithmus-Block 70 gibt. Ein Signal "Impulszug liefern" 68 gelangt
von dem Antitachykardie-Schrittsteuerblock an den Abtast-Algorithmus-Block 70. Von
dem Abtast-Algorithmus-Block 70 gelangt ein Impulszugparameter-Signal 71 an
einen Reizimpulszugsteuerungs-Block 72, der über die
Schrittsteuerleitung 27 Reizausgangssignale zu dem Patienten ausgibt.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden Tachykardieperiodendauern in einer Auflösung von
4 Millisekunden gemessen und intern in Vielfachen von 4 Millisekunden
dargestellt. Damit kann ein Byte mit einem Zahlenbereich von 0 bis
255 Periodendauern von 0 bis 1020 Millisekunden repräsentieren.
Damit beschränkt
das Gerät
die minimale Tachykardieperiodendauer (TPDmin) auf mehr oder gleich
0 Millisekunden, und begrenzt die maximale Tachykardieperiodendauer
(TPDmax) auf weniger oder gleich 1020. Die aktuellen Werte von TPDmin und
TPDmax werden von dem Arzt entsprechend den Prinzipien der Antitachykardie-Schrittgebung programmiert.
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Die Unterteilung der Tachykardieperiodendauern
wird durch die Eigen-Auflösung
der gemessenen Tachykardieperiodendauern erreicht. Ein Feld von
256 zusätzlichen
Speicherstelleneinheiten oder Speicherplätzen wird dazu benutzt, die
Abtastparameter für
jede erfolgreiche Reversion durch Schrittmacherreizung zu speichern.
Damit kann ein entsprechender Abtastparameterwert für jeden
einzigartigen Wert einer Periodendauer gespeichert werden, bei der
eine Tachykardie aufgehoben wird.
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Nach dem Erkennen und erneuten Bestätigen einer
Tachyarrhythmie untersucht oder fragt die Erfindung die Inhalte
des Abtastparameter-Speicherfeldes ab, um zu dem Speicherplatz für die bestätigte Tachykardieperiodendauer
zu gelangen. Wenn dort für
die Periodendauer sich ein gespeicherter Abtastparameterwert befindet,
wird er abgerufen, und die Durchlauf-Abtastung beginnt bei diesem
Wert. Falls nicht, wird das Feld sowohl nach oben als auch nach unten solange
abgesucht, bis ein mit einer Periodendauer gefüllter Speicherplatz gefunden
ist. Der gespeicherte Abtastparameterwert für die Periodendauer, die numerisch
der neuerlich bestätigten
Periodendauer am nächsten
kommt, wird dann abgerufen, und die Durchlaufabtastung beginnt bei
diesem Wert. Die bestätigte
Tachykardieperiodendauer wird außerdem in einem Zwischenspeicher
für den
Fall gehalten, daß sie
benötigt
wird, wenn die Tachyarrhythmie durch Schrittmacherreizung beendet
wird.
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Wenn die Tachyarrhythmie durch Schrittmacherbetrieb
behoben wird, wird der hierbei erfolgreiche Abtastparameterwert
in einer Speicherstelle des Feldes gespeichert, die durch die Tachykardieperiodendauer
festge legt wird, welche seit der Bestätigung vor der Abgabe des erfolgreichen
Reizimpulszugs festgehalten wurde. Wenn an diesem Speicherplatz
zufällig
ein älterer
erfolgreicher Abtastparameter gespeichert sein sollte, wird dieser ältere Parameter
durch den neuen erfolgreichen Wert über schrieben.
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Für
Antitachyarrhythmie-Schrittmacheralgoritmen, die mehr als einen
Abtastparameter verwenden, können
die Speichereinheiten des Feldes derart erweitert werden, daß zusätzliche
Parameterwerte in jedem Tachykardieperiodendauer-Speicherplatz aufgenommen
werden, wie es im folgenden anhand einer Diskussion der Ausführungsform
nach 7 näher erläutert wird.
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Gemäß 5A sucht die Erfindung nach dem Nachweis
und der erneu ten Bestätigung
einer Tachyarrhythmie das Abtastparameter-Speicherfeld schrittweise
ab, wobei die erneut bestätigte
Tachykardieperiodendauer verwendet wird, und sie untersucht die
Inhalte des jeweils indizierten Speicherplatzes "i".
Wenn sich dort ein gespeicherter Abtastparameter wert "Si" für diese
Periodendauer befindet, wird er abgerufen, und die Druchlaufabtastung
beginnt bei diesem Wert.
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Wenn gemäß 5B der indizierte Speicherplatz "i" sich als leer er weist, wird das Feld
sowohl in Aufwärts-
als auch in Abwärts-Richtung
abgesucht, bis ein gefüllter
Periodendauer-Speicherplatz "j" gefunden ist. Der
gespeicherte Abtastparameterwert "Sj" für diejenige
Periodendauer, die numerisch der erneut bestätigten Tachykardieperiodendauer
am nächsten
kommt, wird anschließend
abgerufen, und die Durchlaufabtastung wird bei diesem Wert aufgenommen.
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Wenn gemäß 5C zwei gespeicherte Parameterwerte (z.
B. "Sm" und "Sn") den gleichen Abstand
von dem Speicherplatz "i" haben, haben sie entgegengesetzte
Richtungen. Das heißt,
m – i
= i – n;
dann wird die Anzahl von Abtastschritten ausgehend von "Sm" nach "Sn" gemessen, und wenn
dieser Wert kleiner ist als die Anzahl von Abtastschritten, wenn
man von "Sn" nach "Sm" geht, wird "Sm" gewählt. Ist
der erste Meßwert
größer als
der zweite Meßwert,
wird "Sn" gewählt. Beachtet
werden sollte, daß die
Abtastschritte in eine Richtung von niedriger numerierten Speicherplätzen zu
höher numerierten Speicherplätzen fort
schreiten (d. h. vom Speicherplatz "0" in
Richtung Speicherplatz "255"), und wenn der Speicherplatz "255" erreicht ist, geht
der nächste Abtast
schritt zurück
zum Speicherplatz "0". Angenommen, "m" = Speicher platz "100", "i" = Speicherplatz "150" und "n" = Speicherplatz "200" in 5C, so erkennt man, daß es 200 – 100 =
100 Abtastschritte gibt, wenn man von dem Speicherplatz "m" zum Speicherplatz "n" geht,
und es (255 – 200)
+ 101 = 156 Abtastschritte gibt, wenn man vom Speicher platz "n" zum Speicherplatz "m" geht.
Folglich wird "Sm" im Speicher platz "m" als Startpunkt gewählt. Wie sich aus dem hier
diskutierten Beispiel ergibt, wird, falls die Auswahl ("Sm" gespeichert auf
dem Speicherplatz "m") nicht erfolgreich
ist, die fortgesetzte Durchlaufabtastung von selbst zu der zweiten Wahl
("Sn" gespeichert auf
dem Speicherplatz "m") führen, und
zwar rascher, als wenn die zweite Wahl als erste gewählt würde. Wenn
in dem Feld überhaupt
keine gefüllten
Speicherplätze
gefunden werden, beginnt die Durchlaufabtastung bei Null.
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Wenn gemäß 5D die Tachyarrhythmie durch Schrittmacherreizung
behoben wird, wird der erfolgreiche Abtastparameterwert "Sk" in der Feld-Speicherstelle "k" gespeichert, die von der als letztes
neubestätigten
Tachykardieperiodendauer adressiert wird. Wenn eine älterer erfolgreicher
Abtastparameter zufälligerweise
an dieser Stelle gespeichert ist, wird er von dem neuen erfolgreichen Wert überschrieben.
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6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung, bei der weniger Speicherplätze verwendet werden, wodurch
Speicherraum gewonnen wird. Wenn sowohl an verfügbarem Speicherraum als auch
an Suchzeit Mangel ist, kann die Anzahl "N" von
Speicherplätzen
innerhalb es Abtastparameter-Speicherfeldes
auf weniger als 256 Speicherplätze
verringert werden. Die Reduzierung der Speicherplätze erfolgt
vorzugsweise dadurch, daß die
256 Speicherplätze
der bevorzugten Ausführungsform
durch eine ganzzahlige Potenzform 2 geteilt werden, damit man zu
einer Anzahl von Speicherplätzen "N" in dem kleineren Feld gelangt. Die Anordnung
ist im allgemeinen effizienter entweder bezüglich Hardware oder bezüglich Software,
wenn der Divisor eine ganzzahlige Potenz von 2 ist. In dem in 6 gezeigten Beispiel ist
dadurch ein raumeffizienter Abbildungsalgorithmus gebildet, daß 256 durch
den Divisor 4 geteilt wird, was zu "N" =
64 führt. In
diesem Fall dient die neubestätigte
Tachykardieperiodendauer nicht direkt als Zeiger für das Feld,
sondern muß zunächst auf
einen Satz von Indices abgebildet wer den. Die einfachste solche
Abbildung besteht darin, die neubestätigte TPD zu multiplizieren mit
der Zahl (4), die als Divisor verwendet wurde, um zu der Anzahl
von Speicherplätzen
in dem kleineren Feld zu gelangen. Folglich liefert die Ausführungsform
nach 6 ein Abtastparameter-Speicherfeld, welches
64 Speicherplätze
enthält,
die in Inkrementen von 16 Millisekunden von 0 bis 1008 Millisekunden
adressiert werden.
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7 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der mehr als ein Abtastparameter gespeichert wird. Die verschiedenen
Abtastparameter sind in 7 als
Parameter 1, 2 und 3 angegeben. Diese Figur veranschaulicht den
Einsatz des erfindungsgemäßen Prinzips
in einem komplizierteren Antitachykardie-Schrittmacheralgoritmus, bei dem im
mehr als ein Parameter zwischen Reizimpulszügen durchlaufend abgetastet
wird, wobei es sich bei den zusätzlichen
Parametern beispielsweise um die Impulsburst-Geschwindigkeit und
die Anzahl von Impulsen handelt. Weitere Einzelheiten bezüglich der
Parameter, die bei dieser Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden können,
sind in dem oben angegebenen US-Patent 4 406 287 von T. A. Nappholz
et al. offenbart. Im vorliegenden Fall ist ein Abtastfeld jedem
unabhängigen
Abtastparameter zugeordnet. Wenn die Tachyarrhythmie durch Schrittmacherreizung
behoben wird, wird der Wert für
jeden Abtastparameter in dem zugehörigen Feld abgespeichert, wobei
die spezielle Stelle in jedem Feld durch die neubestätigte Tachykardieperiodendauer
adressiert wird.
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Beispiele für weitere Abtastparameter,
die abgespeichert werden können,
sind das Anfangsintervall "II" und das gekoppelte
Intervall "Ci". Das "II" läßt sich
als ein Prozentsatz der TPD abtasten, und/oder das "Ci" läßt sich
als Prozentsatz der TPD abtasten. Bevorzugte Beispiele würden dann
so aussehen, daß jeder
dieser Parameter von 90% bis 60% der TPD durchlaufend abgetastet
wird. Alternativ können
das "II" und das "Ci" in einem Intervall
abgetastet werden, welches von zum Beispiel 460 ms bis 200 ms reicht.
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Ein alternative Datenstruktur für das beschriebene
Abtastparameter-Speicherfeld bei der bevorzugten Ausführungsform
wäre ein
binärer
Baum oder "Haufen". Für eine ausreichend
große
Anzahl von Speicherplätzen
liefert ein binärer
Baum eine raschere Suche des "nächsten Nachbarn" beim Zugriff auf
den am nächsten
liegenden früheren
erfolgreichen Abtastparameter, als dies das Feld tut. Allerdings
machen bei einer kleineren Anzahl von Speicherplätzen die grö ßeren Speicherplatzerfordernisse des
Verfahrens des binären
Baums letzteres insgesamt weniger effizient als das Feld-Verfahren.
(Für die
256 Tachykardieperiodendauer-Speicherplätze des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist das Feld-Verfahren effizienter als das Verfahren des binären Baums).
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Eine weitere alternative Datenstruktur
würde das
dynamische Unterteilen des Bereichs von Tachykardieperiodendauern
in eine variable Anzahl von Speicherplätzen unterschiedlicher Breiten
beinhalten. Dieses Verfahren hat gegenüber dem für die bevorzugte Ausführungsform
offenbarten Speicherfeld den Vorteil, daß die Zeit für die Suche
aufgefüllter Speicherplätze stets
geringer ist als die Zeit der Suche in einem Feld. Allerdings ist
der für
die dynamische Unterteilung benötigte
Speicher platz gleich oder größer als
der für
das Feld, und die Algorithmen zum Durchführen der Unterteilung sind
komplizierter als die zur Verwaltung des Feldes. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
ist die Suchzeit nicht kritisch (im ungünstigsten Fall ist die Suchzeit
stets geringer als das kleinste Antitachykardie-Reizintervall),
so daß das
einfachere Feld-Verfahren geeigneter ist.
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Wenngleich die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht sich, daß diese Ausführungsformen
lediglich beispielhaften Charakter für die Anwendung der Prinzipien
der Erfindung haben. Beispielsweise findet das erfindungsgemäße Prinzip
gleichermaßen
Anwendung bei der Vorhof- und der Ventrikel-Antitachykardiereizung,
entweder mit oder ohne Defibrillationstherapie-Unterstützung.