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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Herzstimulator mit zwei unipolaren
Elektroden gerichtet, die im Atrium bzw. Ventrikel eines Herzens
angeordnet sind, zum Erfassen atrialer und ventrikulärer Aktivität und zum
Stimulieren des Herzens an diesen Stellen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Schrittmacher,
die Stimulationsimpulse sowohl zum Atrium wie auch zum Ventrikel
eines Herzens aussenden und ebenso die Herzaktivität in jeder dieser
Kammern abfühlen
und die nur bei Abwesenheit eines natürlichen Stimulationsimpulses
Stimulationsimpulse zuführen,
werden weitgehend zur Behandlung von Patienten mit Bradykardie eingesetzt. Derartige
Schrittmacher sind bekannt als DDD-Schrittmacher und benötigen zwei
Elektroden, die im Atrium bzw. Ventrikel angeordnet sind, jede mit ihrer
eigenen Leitung.
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Durch
Zuführen
künstlicher
Stimulationsimpulse aus dem Schrittmacher nur beim Ausbleiben eines
natürlichen
Stimulationsimpulses wird Batteriestrom eingespart. Darüber hinaus
erlaubt die Fähigkeit,
eine evozierte Reaktion zu erfassen, die einem künstlich erzeugten Stimulationsimpuls
folgt, den Energieinhalt des Impulses so einzustellen, dass er sich gerade
bei der Capture-Schwelle befindet, das heißt mit dem minimalen Energieinhalt,
der erforderlich ist, um eine Stimulationsreaktion im Herzen hervorzurufen.
Dies vermeidet die Erzeugung von Impulsen mit einer Energie, die
höher als
notwendig ist, um die gewünschte
Reaktion zu erzeugen, was weiter zur Batterieerhaltung beiträgt.
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Die
in konventionellen Schrittmachern stattfindende Detektion macht
eine relativ komplizierte elektronische Schaltung erforderlich,
weil eine derartige Schaltung innerhalb weniger zehn Millisekunden nach
dem Liefern eines künstlichen
Stimulationsimpulses, der eine Amplitude in der Größenordnung von
einem Volt aufweist, ein Herzsignal in der Größenordnung von einem Millivolt
abfühlen/detektieren muß.
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Auf
dem Gebiet, die kardiale Aktivität
innerhalb des Herzens abzufühlen
und Stimulationsimpulse zum Herzen in vivo zu liefern, die durch
eine in einem implantierten Schrittmachergehäuse enthaltene Schaltung erzeugt
werden, sind zwei grundsätzliche Vorschläge gemacht
worden. Ein Vorschlag war, zwei getrennte unipolare Elektrodenleitungen
zu benutzen, wobei eine eine im Atrium angeordnete Elektrode und
die andere eine im Ventrikel angeordnete Elektrode aufweist. Stimulation
und Detektion findet dann zwischen der entsprechenden Elektrode
und dem metallischen Schrittmachergehäuse statt. Der andere grundsätzliche
Vorschlag war, eine bipolare Elektrodenleitung, das heißt eine
zwei Elektroden oder elektrisch aktive Flächen tragende Leitung, wie einen
Elektrodenring und eine Elektrodenspitze zu benutzen. Sowohl der
Elektrodenring als auch die Elektrodenspitze sind im Herzen angeordnet.
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Im
Fall des unipolaren Systems ist es möglich, dass zusammen mit dem
Herzsignal Interferenz abgefühlt
wird, wobei eine derartige Interferenz am metallischen Schrittmachergehäuse entsteht
oder sich auf dieses bezieht. Obgleich der bipolare Vorschlag das
Vorhandensein einer derartigen Interferenz im Endsignal minimiert,
sind bipolare Elektroden wegen der Notwendigkeit, wenigstens zwei
elektrische Leiter zu haben, komplizierter als unipolare Elektroden.
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In
der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 596 319 ist ein Herzstimulator beschrieben.
Diese Anmeldung beschreibt einen Herzstimulator mit einem Impulsgenerator
und einem Elektrodensystem, das wenigstens eine bipolare Elektrode
enthält,
wobei ein Pol im Atrium und ein Pol im Ventrikel angeordnet ist,
oder wenigstens zwei unipolare Elektroden, die im Atrium bzw. Ventrikel
angeordnet sind zum Erfassen atrialer und ventrikulärer Aktivität und die
eine atriale Meßeinheit
aufweist, die ausgebildet ist, ein Signal zwischen den beiden Polen
der bipolaren Elektrode zu messen oder zwischen den beiden unipolaren
Elektroden, ferner eine ventrikuläre Messeinheit, die ausgebildet
ist, ein Signal zwischen dem ventrikulären Pol (bzw. Elektrode) und
dem Stimulatorgehäuse
zu messen. Diese Anmeldung gehört dem
gleichen Rechtsnachfolger (Pacesetter AB) wie der Gegenstand der
vorliegenden Anmeldung.
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In
der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 646 390 ist ein implantierbarer Herzstimulator
beschrieben, der eine atriale Elektrode zum Einsetzen in das Atrium
eines Herzens und eine ventrikuläre Elektrode
zum Einsetzen in den Ventrikel eines Herzens aufweist. Um stimulierte
Ereignisse im Herzen abzufühlen,
ist ein Detektor mit beiden Elektroden verbunden, um die elektrischen
Herzsignale zwischen ihnen zu messen. Auch die europäische Patentanmeldung
Nr. 0 479 215 und das US-Patent Nr. 4,712,555 beschreiben implantierbare
Vorrichtungen, die eine Anordnung zum Detektieren elektrischer Aktivität im Herzen
aufweisen.
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Die
DE 32 47 264 A beschreibt
einen implantierbaren Herzstimulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1. Um Störsignale
verschiedener Arten zu unterdrücken,
ohne die Stimulation und/oder Detektionseigenschaften des Herzstimulators
zu beeinträchtigen,
ist ein erster Verstärker
zwischen eine atriale Elektrode und das Gehäuse und ein zweiter Verstärker zwischen
eine ventrikuläre
Elektrode und das Gehäuse
geschaltet. Das Gehäuse
dient als indifferente Elektrode. Der Ausgang des ersten Verstärkers ist
mit einem ersten Detektor zum Abfühlen atrialer Ereignisse verbunden,
und der zweite Verstärker
ist mit einem zweiten Detektor zum Abfühlen ventrikulärer Ereignisse
des Herzens verbunden. Ferner ist ein Differentialdetektor zwischen
die Ausgänge
des ersten und des zweiten Verstärkers
geschaltet. Falls weder ein atriales noch ein ventrikuläres Ereignis
vorhanden ist, erzeugt der Differentialdetektor kein Signal. Das
Ausbleiben eines Ausgangssignals des Differentialdetektors kann
als ein Anzeichen dafür
benutzt werden, dass keine ventrikuläre Aktivität vorliegt, selbst wenn der
erste und der zweite Detektor durch Störsignale aktiviert werden.
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Die
EP-A-0 646 390 beschreibt einen Herzstimulator, bei dem die Erfassung
stimulierter Ereignisse über
die Elektroden im Ventrikel und im Atrium getrennt ausgeführt wird.
Die abgefühlten
Signale aus den Elektroden werden mit Bezugswerten in getrennten
Komparatoren verglichen. Der Herzstimulator benützt in den Detektoren und in
der Logikschaltung Zeitfenster, um sicherzustellen, dass ein evoziertes
Ereignis gemessen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schrittmacher verfügbar zu
machen, bei dem die Stimulation und das Abfühlen unter Verwendung zweier
unipolarer Elektroden stattfindet, von denen eine Elektrode im rechten
Atrium und die andere im rechten Ventrikel plaziert ist, wobei das
Abfühlen ohne
bedeutsame Interferenz stattfindet, die während der Benutzung der unipolaren
Elektroden entsteht.
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Das
obige Ziel wird gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung erreicht bei einem Herzschrittmacher mit
zwei unipolaren Elektroden zum Abfühlen von Herzaktivität (wie auch
für die
Verwendung zum Liefern von Stimulationsimpulsen), wobei die Elektroden
im rechten Atrium bzw. im rechten Ventrikel des Herzens angeordnet
sind, wobei die der Herzaktivität
entsprechenden elektrischen Signale differentiell zwischen diesen
Elektroden abgefühlt werden
und wobei das abgefühlte
Signal zusätzlich einer
Korrelationsdetektion unterworfen wird, um zu identifizieren, welche
Elektrode die Quelle für
das eintreffende Signal ist.
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Das
für die
Korrelationsdetektion benutzte Signal ist ein unipolares Signal
und kann somit mit Interferenz behaftet sein; da dieses Signal jedoch
nur als Identifikationsmittel für
die Quelle des Signals, das differentiell detektiert wird, benutzt
wird, beeinträchtigt
das mögliche
Vorhandensein einer Interferenz in den meisten Fällen diese Funktion nicht.
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Der
hier beschriebene Schrittmacher weist als Vorteil auf, dass er zuläßt, dass
technisch einfache Elektroden, das heißt unipolare Elektrodenleitungen
benutzt werden, erlaubt aber, dass ein evoziertes Herzsignal ohne
Interferenz detektiert wird, die zufolge des Einsatzes von unipolaren
Elektroden für
das Abfühlen
entsteht.
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Der
hier beschriebene Schrittmacher ist ein Zweikammerschrittmacher,
das heißt,
er kann so betrieben werden, dass er künstliche Stimulationsimpulse
sowohl in das Atrium wie auch in den Ventrikel eines Herzens liefert.
Die Stimulation tritt zwischen einer der unipolaren Elektroden und
dem metallischen Schrittmachergehäuse auf. Das Abfühlen von Herzsignalen
geschieht zwischen den beiden unipolaren Elektroden und zwischen
einer der Elektroden und dem Schrittmachergehäuse. Die im Schrittmachergehäuse enthaltene
Schaltung umfaßt
ein Schaltnetzwerk zum Liefern eines Stimulationsimpulses mit einer
schnellen Entladung der Restpolarisation, die an der Elektrode als
Folge des Lieferns des Stimulationsimpulses entsteht. Zum Erfassen
des Herzsignals sind Verstärker
mit angepaßten
Signalfiltern und ein Signaldetektor vorgesehen. Der Signaldetektor
enthält
ein Schaltnetzwerk zum Minimieren des Einflus ses von dem Stimulationsimpuls
und von der Restpolarisation auf die Detektion. Die Signaldetektoren
fühlen
Signale zwischen den beiden Elektroden ab, und ein weiterer Signaldetektor,
der Korrelationsdetektor, fühlt
Signale zwischen entweder der Stimulationselektrode oder der anderen
(zeitlich) nicht stimulierenden Elektrode, und dem Schrittmachergehäuse ab.
Die Signalerfassung, die im ersten Signaldetektor stattfindet, zeigt
an, ob ein Stimulationsimpuls tatsächlich das Herzgewebe stimuliert
und zu einer evozierten Reaktion geführt hat. Die Stimulationsenergie
kann erforderlichenfalls geregelt werden, um den nächsten Impuls
effizienter zu machen. Die Korrelationsdetektion liefert ein Signal,
das identifiziert, welche der unipolaren Elektroden die Quelle des
evozierten Signals war.
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Die
Stimulation kann in Form einer sequentiellen Stimulation sowohl
im Atrium wie auch im Ventrikel ausgebildet sein mit einem geeigneten
Schalten, das innerhalb des Schrittmachergehäuses erfolgt, um die auszuführende Signalabfühlung zu
ermöglichen.
Alternativ kann der Schrittmacher so betrieben werden, dass er nur
im Atrium oder nur im Ventrikel stimuliert.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
die Verbindung eines Schrittmachers mit einem Herzen dar, der gemäß den erfindungsgemäßen Prinzipien
aufgebaut ist.
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2 ist
ein Blockschaltungsdiagramm der Grundkomponenten eines mit einem
Herzen verbundenen Schrittmachers, der gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
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3 stellt
Spannungen dar, die während des
Betriebs des in 2 gezeigten Schrittmachers an
der atrialen Elektrode und an der ventrikulären Elektrode entstehen.
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4 ist
ein Blockschaltungsdiagramm jeweils vom Differentialdetektor und
vom Korrelationsdetektor, die in 2 dargestellt
sind.
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5 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
von der Schaltung nach 2 bei Vorhandensein einer auf
eine künstliche
atriale Stimulation folgenden evozierten Reaktion.
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6 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2 im Falle keiner auf eine künstliche
atriale Stimulation folgenden evozierten Reaktion.
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7 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2 bei Vorhandensein einer auf eine
künstliche
ventrikuläre
Stimulation folgenden evozierten Reaktion.
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8 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2 für den Fall, dass auf eine künstliche
ventrikuläre
Stimulation keine evozierte Reaktion folgt.
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9 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2 bei Vorhandensein eines spontanen
atrialen Signals.
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10 zeigt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors und des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2, die auf ein spontanes ventrikuläres Herzsignal
folgen.
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11 stellt
die Ausgangssignale des Differentialdetektors bzw. des Korrelationsdetektors
der Schaltung nach 2 bei Vorhandensein einer externen
Interferenz dar.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt
einen implantierbaren Schrittmacher 1 zum Stimulieren und.
zum Abfühlen
von Herzaktivität
in vivo in einem (schematisch dargestellten) Herzen 4 dar.
Der Schrittmacher 1 steht mit dem Herzen 4 mittels
einer unipolaren atrialen Leitung 2 und einer unipolaren
ventrikulären
Leitung 5 in elektrischer Verbindung. Die atriale Leitung 2 schließt mit einer
an einer geeigneten Stelle im rechten Atrium des Herzens 4 angeordneten
Elektrode 3 ab, und die ventrikuläre Leitung 5 schließt mit einer
an einer geeigneten Stelle im rechten Ventrikel des Herzens 4 angeordneten
Elektrode 6 ab. Die jeweiligen Positionen der Elektroden 3 und 6 innerhalb
des Herzens 4, die in 1 gezeigt
sind, sind nur beispielhaft; die Elektroden 3 und 6 können an
irgendwelchen geeigneten Stellen im rechten Atrium bzw. im rechten
Ventrikel plaziert werden, gemäß der Physiologie
und Stimulationstherapie für
den speziellen Patienten. Darüber
hinaus mag nur eine Leitung und Elektrode (aktiv) benutzt werden,
das heißt,
nur die atriale Elektrode 3 oder nur die ventrikuläre Elektrode 6 im
Falle einer Einkammerstimulation, obgleich beide Leitungen und Elektroden
vorhanden sind.
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Die
Grundkomponenten des implantierbaren Schrittmachers 1 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung sind in 2 dargestellt.
Der Schrittmacher 1 besitzt ein metallisches Schrittmachergehäuse 7,
mit dem die Leitungen 2 und 5 in bekannter Weise
(nicht im einzel nen dargestellt) mechanisch und elektrisch verbunden
sind. Elektrische Impulse für
die künstliche
Stimulation des Atriums des Herzens 4 werden durch einen
atrialen Stimulationsimpulsgenerator 8, der mit der atrialen
Leitung 2 verbunden ist, erzeugt und über die Leitung 2 und
die Elektrode 3 zum rechten Atrium geliefert. In einer ähnlichen
Weise werden ventrikuläre
Stimulationsimpulse durch einen ventrikulären Stimulationsimpulsgenerator 9 erzeugt
und dem rechten Ventrikel des Herzens 4 über die
ventrikuläre
Leitung 5 und die Elektrode 6 zugeführt. Die
Dauer, der Energieinhalt, die Frequenz und andere Standardmerkmale
der atrialen und ventrikulären
Stimulationsimpulse werden mittels einer Schrittmacherlogik- und
Steuereinheit 10 eingestellt, die mit dem atrialen Stimulationsimpulsgenerator 8 und
dem ventrikulären
Stimulationsimpulsgenerator 9 verbunden ist. Die Schrittmacherlogik-
und Steuereinheit 10 enthält sämtliche notwendige und bekannte
Elektronik, einschließlich
eines Mikroprozessors und eines Speichers zum Betreiben eines programmierbaren
implantierten Schrittmachers.
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Die
Detektion von atrialen und ventrikulären Herzereignissen findet
auch über
die unipolaren Leitungen 2 und 5 statt. Zu diesem
Zweck ist die atriale Leitung 2 mit einem Differentialdetektor 11 verbunden
und über
eine Schaltstufe 13 mit einem Korrelationsdetektor 12.
Die ventrikuläre
Leitung 5 ist ebenfalls mit dem Differentialdetektor 11 verbunden
und außerdem über die
Schaltstufe 13 mit dem Korrelationsdetektor 12 über dessen
gleichen Eingang wie die atriale Leitung 2. Der andere
Eingang zum Korrelationsdetektor 12 ist mit dem metallischen
Schrittmachergehäuse 7 verbunden.
Die Detektion findet deshalb stets im Differentialdetektor 11 zwischen
der atrialen Elektrode 3 und der ventrikulären Elektrode 6 statt,
während
die Erfassung im Korrelationsdetektor 12 abhängig vom
Zustand der Schaltstufe 13 zwischen der atrialen Elektrode 3 und
dem Schrittmachergehäuse 7 oder
zwischen der ventrikulären
Elektrode 6 und dem Schrittmachergehäuse 7 stattfindet. Der
Zustand der Schaltstufe 13 wird durch ein von der Schrittmacherlogik-
und Steuereinheit 10 geliefertes Signal gesteuert, das
als ein Teil des Arbeitsprogramms erzeugt wird. Die Schaltstufe 13 kann
beispielsweise ein geeignetes Netzwerk von Schalttransistoren sein.
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Der
Ausgang des Differentialdetektors 11 ist ein Differentialsignal
HD, und der Ausgang des Korrelationsdetektors 12 ist ein
Herzkorrelationssignal HC. Beide Signale HD und HC werden einer
Entscheidungslogik 14 zugeführt, welche wie im folgenden
beschrieben nicht nur identifiziert, ob eine evozierte Reaktion
folgend auf eine künstliche
Stimulation entweder des Ventrikels oder des Atriums aufgetreten
ist, sondern auch die Quelle der evozierten Reaktion identifiziert,
das heißt,
ob sie durch die atriale Elektrode 3 oder durch die ventrikuläre Elektrode 6 erfaßt wurde.
Eine durch die atriale Elektrode 3 erfaßte Aktivität wird angesehen, eine atriale
Aktivität zu
repräsentieren,
und eine durch die ventrikuläre Elektrode 6 erfaßte Aktivität wird angesehen,
eine ventrikuläre
Aktivität
zu sein. Die Entscheidungslogik 14 steht in Zweiwegverbindung
mit der Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10, so dass
die Entscheidungslogik 14 durch die Schrittmacherlogik- und
Steuereinheit 10 informiert wird, wenn ein künstlicher
atrialer Impuls oder ein künstlicher
ventrikulärer Impuls
veranlaßt
worden ist, durch einen der Impulsgeneratoren 8 bzw. 9 emittiert
zu werden, und so, dass die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 durch
die Entscheidungslogik 14 darüber informiert werden kann,
ob eine evozierte Reaktion aufgetreten ist.
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Sämtliche
in 2 gezeigten Komponenten werden mit Energie aus
einer Batterie 24 gespeist, die im Schrittmachergehäuse 7 enthalten
ist. Die elektrischen Verbindungen von der Batterie 24 jeweils
zu den Komponenten sind nicht separat dargestellt, diese sind dem
Fachmann auf dem betreffenden Gebiet gut bekannt. Die Schrittmacherlogik-
und Steuereinheit 10 enthält eine Standardschaltung zum Einstellen
des Energieinhalts der atrialen bzw. ventrikulären Impulse, die durch die
Impulsgeneratoren 8 bzw. 9 erzeugt werden, so
dass sie gerade ausreichend sind, um nach Liefern solcher Impulse
zum Herzen 4 eine geeignete Reaktion hervorzurufen und hierdurch
die Energie der Batterie 24 zu schonen. Die Schrittmacherlogik-
und Steuereinheit 10 enthält auch eine geeignete Demandschaltung,
so dass Impulse nur beim Ausbleiben einer natürlichen oder spontanen atrialen
und/oder ventrikulären
Aktivität veranlaßt werden,
durch die Impulsgeneratoren 8 und 9 ausgegeben
zu werden. Die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 kann
aufgrund programmierter Befehle die Impulsgeneratoren 8 und/oder 9 für eine Einkammer-
oder Zweikammerstimulation betreiben.
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Die
Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 ist auch für eine Zweiwegverbindung
mit einer Telemetrieeinheit 15 ausgebildet, wobei die Telemetrieeinheit 15 wiederum
in Verbindung, wie durch eine Radiofrequenzverbindung, mit einem
außerhalb
des Körpers
befindlichen Programmiergerät 16 steht. Das
Programmiergerät 16 wird
nicht nur dazu genutzt, die Arbeitsweise des Schrittmachers 1 zu
programmieren, sondern auch um neue oder auf den neuesten Stand
gebrachte Betriebsparameter in die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 für die Verwendung
im Betriebsprogramm einzugeben. Das Programmiergerät 16 wird
auch dazu benutzt, periodisch gesammelte gespeicherte historische
Informationen bezüglich
des Betriebs des Schrittmachers 1 und den Zustand des Herzens 4 über eine
ausgedehnte Zeitdauer herunterzuladen.
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In 3 sind
beispielhafte Signale dargestellt, die an der atrialen Elektrode 2 und
an der ventrikulären
Elektrode 6 auftreten, um eine kurze Erläuterung
der Art und Weise zu liefern, wie die Amplitude der Stimulationsimpulse
so auf einen Energieinhalt eingestellt werden kann, dass er gerade
hoch genug ist, um im Herzen 4 eine evozierte Reaktion
zu veranlassen. Bei dem Beispiel nach 3 ist angenommen,
dass nur die über
die atriale Leitung 2 und die atriale Elektrode 3 dem
Atrium zugeführten
Impulse verändert
werden, das selbe Prinzip ist jedoch auch auf über die ventrikuläre Leitung 5 und
die ventrikuläre
Elektrode 6 zugeführte
Impulse anwendbar. Wie in 3 dargestellt,
wird ein erster Stimulationsimpuls, auf der linken Seite von 3,
der eine erste Amplitude aufweist, durch den atrialen Stimulationsimpulsgenerator 8 ausgegeben,
und dieser Impuls führt
zu einer evozierten Reaktion, die auch über die atriale Leitung 2 in
der unten beschriebenen Weise detektiert wird. Einem programmierten
AV-Intervall folgend wird
ein ventrikulärer
Stimulationsimpuls durch die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 veranlaßt, mittels
des ventrikulären
Stimulationsimpulsgenerators 9 ausgegeben zu werden. Dieser
Impuls wird über
die ventrikuläre
Leitung 5 und die ventrikuläre Elektrode 6 zum
Herzen 4 geliefert, und dieser Impuls führt auch zu einer evozierten
Reaktion, die erfaßt
wird. Nach einem programmierten Grund-A-A-Intervall wird der nächste atriale
Stimulationsimpuls durch die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 veranlaßt, mittels
des atrialen Stimulationsimpulsgenerators 8 ausgegeben
zu werden. Bei der Erzeugung dieses zweiten atrialen Stimulationsimpulses
ist der atriale Stimulationsimpulsgenerator 8 jedoch durch
die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 so angewiesen
worden, dass er einen Impuls mit einer geringfügig kleineren Amplitude und somit
einem geringeren Energieinhalt, emittiert, im Vergleich zum vorhergehenden
atrialen Stimulationsimpuls. (Es ist verständlich, dass der Energieinhalt
alternativ variiert werden könnte
durch Ausgeben eines zweiten atrialen Impulses mit der gleichen
Amplitude, aber von kürzerer
Dauer.)
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Bei
dem Beispiel nach 3 besitzt der zweite atriale
Stimulationsimpuls keinen ausreichenden Energieinhalt, um im Herzen 4 eine
Reaktion hervorzurufen, und somit folgt auf den zwei ten atrialen
Stimulationsimpuls kein evoziertes Reaktionssignal. Dies führt beim
Grund-A-A-Intervall
zu einer geringfügigen
Zunahme infolge der Notwendigkeit, einen "Extra"-Stimulationsimpuls
zu erzeugen. Hierdurch wird ein dritter atrialer Stimulationsimpuls
mit größerem Energieinhalt
veranlaßt,
durch den atrialen Stimulationsimpulsgenerator 8 erzeugt
zu werden. Bei dem Beispiel nach 3 veranlaßt dieser
dritte atriale Stimulationsimpuls erneut eine evozierte Reaktion,
die erfaßt
wird. Nach dem programmierten AV-Intervall wird somit ein zweiter
ventrikulärer
Impuls veranlaßt,
ausgegeben zu werden.
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Wenn
ein Energieinhalt eines Stimulationsimpulses einmal bestimmt worden
ist, der ausreicht, um dauerhaft die gewünschte Herzreaktion hervorzurufen,
können
sämtliche
folgenden Impulse fortwährend
mit demselben Energieinhalt ausgegeben werden, oder es kann eine
kontinuierliche Überprüfung der
Capture-Schwelle wie oben beschrieben vorgenommen werden. Es können auch
Kombinationen dieser beiden Vorschläge angewandt werden, zum Beispiel
kann das Überprüfen des
Capturepegels periodisch, wie einmal am Tag, einmal pro Woche etc. angewandt
werden, und zwischen jedem Test bleibt der pro Puls gelieferte Energieinhalt
derselbe.
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Die
Grundkomponenten des Differentialdetektors 11 und des Korrelationsdetektors 12 sind
jeweils in 4 dargestellt. Diese beiden
Detektoren sind identisch aufgebaut, beispielhaft ist in 4 jedoch
der Differentialdetektor 11 dargestellt. Wie oben bemerkt,
sind im Falle des Differentialdetektors 11 die beiden Eingangssignale
Signale, die durch die atriale Elektrode 3 bzw. die ventrikuläre Elektrode 6 erfaßt werden.
Im Falle des Korrelationsdetektors 12 ist ein Eingang stets
mit dem Schrittmachergehäuse 7 verbunden,
während
der andere Eingang entweder von der atrialen Elektrode 3 oder
der ventrikulären Elektrode 6 beliefert
wird, abhängig
vom Zustand der Schaltstufe 13. Die eintreffenden Signale
werden in jedem der Detektoren 11 bzw. 12 zunächst einer
Entkopplungsstufe zugeführt,
die in bekannter Weise durch Schalter, Kondensatoren und Widerstände gebildet
wird. Die Schalter sind vorzugsweise Schalttransistoren, die durch
die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 so betätigt werden,
dass sie nur während
und für
eine kurze Zeit nach der Ausgabe eines künstlichen Stimulationsimpulses öffnen, um eine
Aufladung und eine Sättigung
der folgenden Eingangsverstärker
zu vermeiden. Die Widerstände
und Kondensatoren, die bei diesem Netzwerk vorhanden sind, liefern
auch Filtereigenschaften.
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Die
eintreffenden Signale werden dann einem Signalfilter 17 zugeführt, in
dem verbliebene unerwünschte
Signale aus dem eintreffenden Signal herausgefiltert werden können, und
es kann in bekannter Weise eine weitere geeignete Signalverarbeitung
vorgenommen werden. Das Filtern kann mittels analoger Techniken
oder durch abgetastete Digitalfilter vorgenommen werden.
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Das
Ausgangssignal des Signalfilters 17 wird einem Verstärker 18 zugeführt (obwohl
es gleichermaßen
möglich
ist, dass die Verstärkung
im vorhergehenden Signalfilter 17 stattfindet). Eine Verstärkung wird
normalerweise benötigt,
um den niedrigen Pegel eintreffender Signale, der in der Größenordnung
von einigen Millivolt liegt, auf einen Signalpegel in der Größenordnung
von einem Volt anzuheben.
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Das
gefilterte und verstärkte
Signal wird dann einem ersten und einem zweiten Signalumsetzer 19 und 20 zugeführt. Der
Signalumsetzer 19 kann beispielsweise ein Differentiator
sein, der die erste Ableitung des eintreffenden Signals vornimmt,
in welchem Fall der Signalumsetzer 20 eine differenzierende
Einheit ist, die die zweite Ableitung des eintreffenden Signals
bildet. Alternativ kann der Signalumsetzer 19 ein Integrator
sein, der das eintreffende Signal einmal integriert, und der Signalumsetzer 20 kann
ein Integrator sein, der das eintreffende Signal doppelt integriert.
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Es
ist möglich,
die Erfindung unter Verwendung nur eines Signalumsetzers, das heißt eines
einzigen Differentiators oder eines einzigen Integrators auszuüben, die
Verwendung von zwei Signalumsetzern 19 und 20 erlaubt
es jedoch, mehr Informationen bezüglich des eintreffenden Signals
zu erhalten, und damit kann ein zuverlässigerer Detektionsalgorithmus
eingesetzt werden. Falls nur eine einzige Signalumsetzung vorgenommen
werden soll, könnte
diese darüber
hinaus innerhalb des Signalfilters 17 bewerkstelligt werden,
und es würde
dann ein separater Signalumsetzer nicht erforderlich sein.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform nach 4 unter
Verwendung zweier Signalumsetzer 19 und 20 werden
die betreffenden Ausgangssignale von diesen Umsetzern einer ersten
und einer zweiten Vergleichslogikeinheit zugeführt. Abhängig von einem vorgegebenen
oder programmierbaren Vergleich der jeweiligen Ausgangssignale von
den Signalumsetzern 19 und 20 für Vergleichskriterien geben
die Vergleichslogikeinheiten 21 bzw. 22 hohe oder
niedrige logische Signale aus, abhängig davon, ob die Vergleichskriterien
getroffen worden sind. Im einfachsten Fall ist das Vergleichskriterium
in jeder Vergleichslogikeinheit 21 und 22 ein
Schwellwertpegel und, falls das Signal aus den betreffenden Signalumsetzern 19 und 20 den
Schwellwertpegel überschreitet,
ist dies eine Anzeige, die auf das Vorhandensein einer evozierten
Reaktion hinweist. Es können
kompliziertere Vergleichskriterien verwendet werden, wie das Erfordernis
des Vorhandenseins einer Folge von Signalmerkmalen, die einen vorgegebenen
Schwellenwert überschreiten
oder andere bekannte Kriterien.
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Die
Ausgangssignale der Vergleichslogikeinheiten 21 und 22 werden
einer Erfassungslogikeinheit 23 zugeführt. Falls nur ein Signalumsetzer
und nur eine Vergleichslogikeinheit verwendet werden, dann wird
das Ausgangssignal der Vergleichslogikeinheit das Ausgangssignal
des Differentialdetektors 11 (oder Korrelationsdetektors 12),
und die Erfassungslogikeinheit 23 ist nicht erforderlich.
Bei der beispielhaften Ausführungsform
nach 4 jedoch, bei der zwei Signalumsetzer 19 und 20 und
zwei Vergleichslogikeinheiten 21 und 22 verwendet
sind, erzeugt die Erfassungslogikeinheit 23 ein hohes logisches
Ausgangssignal, falls die Signale an ihren Eingängen vorbestimmten oder programmierten
Erfassungskriterien genügen,
wie, dass beide Eingangssignale hoch sind oder wenigstens eines
der Eingangssignale hoch ist. Falls beide Eingangssignale niedrig sind,
wird angenommen, dass keine evozierte Reaktion aufgetreten ist.
Das Ausgangssignal der Erfassungslogikeinheit 23, in diesem
Fall das Signal HD, wird dann der Entscheidungslogik 14 zugeführt.
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Weil
die Detektion bei dem hier beschriebenen Gegenstand unter Verwendung
von differentiellen Signalen, die über unipolare Elektroden im
Atrium bzw. im Ventrikel erhalten werden, stattfindet, ist die Detektion
im wesentlichen frei von externen Signalinterferenzen, weil eine
solche Interferenz, wenn sie existiert, im wesentlichen im selben
Ausmaß bei
jedem eintreffenden Signal vorhanden ist und damit während der
differentiellen Detektion im wesentlichen ausgelöscht bzw. eliminiert wird.
Da die Detektion differentiell ist, ist es jedoch nicht möglich, mit
Sicherheit, einfach mittels der differentiellen Detektion zu bestimmen,
ob das eintreffende Signal seinen Ursprung im Atrium oder im Ventrikel
hat. Auf den Ursprung des eintreffenden Signals könnte aufgrund des
Zeitablaufs der Erfassung geschlossen werden, um jedoch die Genauigkeit
der Identifikation des Ursprungs des erfaßten Signals zu verbessern,
ist der Korrela tionsdetektor 12 vorgesehen. Die einzige Funktion
des Korrelationsdetektors 12 ist es, zu bestimmen, aus
welcher Kammer das eintreffende Signal stammt oder zumindest den
Ursprung des eintreffenden Signals mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zuzuordnen.
Die Entscheidungslogik 14 bestimmt auf der Grundlage der
ihr zugeführten
Signale HD und HC, auch unter Verwendung der ihr durch die Schrittmacherlogik-
und Steuereinheit 10 zugeführten Zeitsignale, welche Herzaktivität erfaßt worden
ist. Die erfaßte
Aktivität
kann ein spontaner Herzschlag entweder im Atrium oder im Ventrikel
oder ein evozierter Herzschlag aus einer der Kammern sein, der durch einen
künstlich
erzeugten atrialen oder ventrikulären Stimulationsimpuls erzeugt
wurde. Irgendwelche, durch die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 benutzte
Informationen zur Einstellung des Zeitverlaufes der künstlich
erzeugten Impulse (Zeitmessungen des Auslöseintervalls, Refraktärzeiten,
die Zeit, zu der die Stimulationsimpulse veranlaßt werden, ausgegeben zu werden,
etc.) können
der Entscheidungslogik 14 aus der Schrittmacherlogik- und
Steuereinheit 10 zur Unterstützung bei der Identifizierung des
Typs der Aktivität,
welcher erfaßt
worden ist, zugeführt
werden.
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Die 5 bis 11 zeigen
verschiedene Möglichkeiten
für die
durch verschiedene Arten der Herzaktivität erzeugten Signale HD und
HC. In den 5 bis 8 ist der
sich nach unten erstreckende Impuls ein Markierpuls, der gleichzeitig
erzeugt wird, wenn die Schrittmacherlogik- und Steuereinheit 10 entweder
den atrialen Stimulationsimpulsgenerator 8 veranlaßt, einen
atrialen Impuls auszugeben oder den ventrikulären Stimulationsimpulsgenerator 9,
einen ventrikulären
Impuls auszugeben. Die Erzeugung eines derartigen Markierimpulses
wird in bekannter Weise erreicht und er schreitet auf der Leitung
fort, über
die der Puls zum Herzen 4 geliefert wird. Darüber hinaus
sind in den 5 bis 11 die betreffenden
Ausgangssignale des Differentialdetektors 11 (das heißt das Signal
HD) und des Korrelationsdetektors 12 (das heißt das Signal
HC) als positive Logikpulse gezeigt. Ein durch den Differentialdetektor 11 erzeugter
Impuls zeigt die Erfassung irgendeines Typs der evozierten Reaktion
an, und ein durch den Korrelationsdetektor 12 ausgegebener
Impuls wird veranlaßt,
entweder durch die spezielle Kammer, mit der der Detektor verbunden
ist, oder folgt aus einer Interferenz. Bei den in den 5 bis 11 gezeigten
repräsentativen
Signalen ist unterstellt, dass der Korrelationsdetektor 12 zwischen
den Ventrikel (das heißt
der Ventrikelelektrode 6) und das Schrittmachergehäuse 7 geschaltet
ist.
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Bei
den in den 5 und 6 gezeigten, beispielhaften
Signalen zeigt das Vorhandensein des Markierimpulses an, dass ein
künstlicher
atrialer Stimulationsimpuls erzeugt wurde, und 5 zeigt
das Signal HD, wenn eine evozierte Reaktion auftritt, und 6 zeigt
das Signal HD bei Abwesenheit einer evozierten Reaktion. Wie aus
den 5 und 6 ersichtlich ist, veranlaßt eine
evozierte Reaktion keinen im Signal HC enthaltenen Impuls.
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Eine ähnliche
Situation hinsichtlich des Ventrikels ist in den 7 und 8 dargestellt,
in denen der Markierimpuls die Ausgabe eines künstlichen ventrikulären Stimulationsimpulses
anzeigt, und 7 zeigt das Vorhandensein einer
evozierten Reaktion im Signal HD, und 8 zeigt
das Ausbleiben einer evozierten Reaktion im Signal HD an. Da der
Korrelationsdetektor 12 mit dem Ventrikel verbunden ist,
veranlaßt
die evozierte ventrikuläre
Reaktion, dass im HC-Signal ein Impuls vorhanden ist, wie dies in 7 gezeigt
ist.
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9 zeigt
die Signale im Falle einer spontanen atrialen Kontraktion, und damit
ist kein Markierimpuls vorhanden, da kein künstlicher Impuls erzeugt wurde.
Erneut führt
jedoch die atriale Reaktion zu einem im Signal HD von 9 vorhandenen
Impuls, aber einem im Signal HC Nichtvorhandensein eines solchen
Impulses.
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Die
Signale im Falle einer spontanen ventrikulären Kontraktion sind in 10 dargestellt,
die dazu führen,
dass in jedem der Signale HD und HC ein Impuls vorhanden ist.
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Schließlich zeigt 11 ein
Beispiel der Signale HD und HC bei Vorhandensein einer externen Interferenz,
die aus externen elektrischen Quellen oder Skelettmuskeln entstehen
kann. Derartige externe Interferenzen führen zu einem durch den Korrelationsdetektor 12 erzeugten
Impuls, der im Signal HC vorhanden ist, die Interferenz hat jedoch
keine Auswirkung auf das Signal HD.