DE69927675T2

DE69927675T2 - Zweikammer-herzschrittmacher mit signalverarbeitungsschaltung für bipolare und unipolare elektroden

Info

Publication number: DE69927675T2
Application number: DE69927675T
Authority: DE
Inventors: A. Gustaaf STOOP; P. Werner WOHLGEMUTH; A. Hendrikus WESTENDORP
Original assignee: Vitatron Medical BV
Current assignee: Vitatron Medical BV
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: WO1999044681A1; DE69927675D1; EP1059962B1; US5999853A; EP1059962A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gehört zum Gebiet der Herzschrittmachersysteme, insbesondere von Herzschrittmachersystemen mit gleichzeitiger unipolarer und bipolarer Erfassung und vergleichender Signalverarbeitung.
Hintergrund der Erfindung
Auf dem Gebiet der Herzschrittmacher besteht nach wie vor Bedarf an einem verbesserten Erfassungssystem für das exakte Erfassen und Identifizieren von Herzschlagsignalen eines Patienten. Wie bekannt ist das Erfassen von spontan auftretenden Herzschlagsignalen wichtig für das richtige Funktionieren des Schrittmachers. Insbesondere für gattungsgemäße Zweikammer-Schrittmachersysteme (z.B. EP-A-0 813 889 als Stand der Technik) ist es wichtig, dass erfasste Signale genau identifiziert werden können. So ist es beispielsweise wichtig zu wissen, wenn ein aus dem Atrium des Patienten erfasstes Signal aus dem Ventrikel stammt, also eine Fernfeld-R-Zacke ist, oder wenn in einem Erfassungskanal aufgrund von Untererfassung ein Signal fehlt. Insbesondere bei einem VDD-Einfachdurchgangs-Schrittmachersystem kann die Erfassung der atrialen Elektrode/n unzuverlässig sein, d.h. die Quelle des Signals kann uneindeutig sein.
Es ist bekannt, dass beim unipolaren Erfassen bestimmte Erfassungen auftreten können, die ein bipolares Erfassen nicht liefern kann, und umgekehrt. Es besteht somit Bedarf an einem Schrittmachersystem mit auswählbarer gleichzeitiger bipolarer und unipolarer Erfassung, und der Möglichkeit eines auswählbaren Umschaltens, das es dem Schrittmacher ermöglicht, die gewünschten Signalerfassungen zu verarbeiten und so die verfügbaren Informationen zu optimieren und die Interpretation der Art des erfassten Signals zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird ein Zweikammer-Schrittmachersystem für das Schrittsteuern eines Herzens bereitgestellt, vorzugsweise ein System mit einer Einfachdurchgangsleitung mit mindestens einer Ringelektrode, die im Atrium des Patienten platziert ist, und mindestens einer distalen Punktelektrode, die im rechten Ventrikel des Patienten platziert wird. Das System erfasst spontane Herzschlagsignale zwischen entsprechenden Paaren der Leitungselektroden und der neutralen Elektrode, die geeigneterweise auf der Kapsel oder dem Gehäuse des implantierten Schritt machers positioniert ist. Für die gleichzeitige Verarbeitung werden mindestens drei Signale zyklisch ausgewählt, z.B. das AR-Signal – Atrium-Ring zur Kapsel -, das VT-Signal – Ventrikel-Punkt zur Kapsel -, und RT – Atrium-Ring zum Ventrikel-Punkt. Im Atrium und im Ventrikel kann für das bipolare Erfassen in jeder dieser Herzkammern jeweils eine zweite beabstandete Ringelektrode positioniert werden.
Die ausgewählten Signale werden gleichzeitig erfasst und verarbeitet, entweder seriell oder parallel, um festzustellen, welche Art von Ereignis das erfasste Signal repräsentiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedes erfasste Signal digitalisiert und vom digitalen Signalprozessor verarbeitet, um die Muster der entsprechenden Signale sowie die entsprechenden Zeitabläufe der Signale zu vergleichen. Basierend auf der Verarbeitung von Mustern und/oder der Zeitablaufverarbeitung werden die gleichzeitig erfassten Signale so interpretiert, dass sie eine P-Zacke, eine R-Zacke oder ein "anderes" Signal darstellen, wobei ein anderes Signal ganz einfach ein Rauschen, eine Fernfeld-R-Zacke oder eine Extrasystole sein kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schrittmachersystems mit einem implantierbaren Schrittmacher und einer Einfachdurchgangsleitung, die als im Herzen eines Patienten platziert dargestellt ist,
2 ist ein Blockschaltbild, das die primären Komponenten eines erfindungsgemäßen Schrittmachers darstellt,
3 ist ein Schaltbild, das eine erfindungsgemäße Mehrkanal-Signalerfassungsschaltung für das gleichzeitige Erfassen mehrerer Signale darstellt,
4a ist eine Reihe von Zeitablaufdiagrammen, die das Erfassen von AR-, VT- und RT-Signalen darstellt;
4b stellt die atriale Erfassung einer Fernfeld-R-Zacke (FFRW) dar, die auf die Abgabe eines Ventrikel-Schrittsteuerungsimpulses (VT) folgt,
5a ist ein Blockschaltbild, das die primären Funktionen bei der gleichzeitigen seriellen Verarbeitung von drei oder mehr erfassten Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5b ist ein Blockschaltbild, das die gleichzeitige parallele Verarbeitung von drei oder mehr erfassten Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist die Erfindung in der Ausführungsform eines Schrittmachersystems mit einer Einfachdurchgangsleitung, die ein VDD-Schrittsteuern ermöglicht, dargestellt. Zwar ist diese Ausführungsform zur Zeit von großer Bedeutung, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein solches Einfachleitungssystem beschränkt ist und herkömmliche Zweikammer- oder Mehrkammer-Schrittmachersysteme mit separaten Leitungen, die der jeweiligen Kammer zugeordnet sind, in der schrittgesteuert oder erfasst werden soll, umfassen kann.
In 1 ist ein implantierbarer Schrittmacher 6 gezeigt, der ein Gehäuse 8 hat, von dem ein Abschnitt als neutrale Elektrode für das auf bekannte Weise durchgeführte unipolare Schrittsteuern und Erfassen genutzt wird. Die Verbindungseinheit 12 nimmt das proximale Ende der Leitung 14 auf, die als Einfachdurchgangsleitung dargestellt ist. Wie hier gezeigt hat die Leitung eine Punktelektrode 16T, die am Apex des Ventrikels positioniert ist. Eine Ringelektrode 16R kann auf der Leitung genau proximal zur distalen Elektrode positioniert sein, um ein bipolares ventrikuläres Schrittsteuern und/oder Erfassen zu ermöglichen. Durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist eine alternative Ausführungsform der Leitung, bei der die distale Elektrode 17 der Leitung in den Ausflusstrakt des rechten Ventrikels (right ventricular outflow track, RVOT) hineingedreht ist, um eine RVOT-Schrittsteuerung zu bewirken. Der Terminus distale Punktelektrode beinhaltet hier eine gewöhnliche Punktelektrode, eine Elektrode in Wendelschneckenbauweise oder eine beliebige andere Form einer am oder ungefähr am distalen Ende der Leitung platzierten Elektrode. Weiter ist auf der Leitung 14 eine Ringelektrode 19 gezeigt, die ausreichend proximal zur distalen Elektrode platziert ist, so dass sie sich innerhalb des rechten Atriums des Patienten befindet. Wie hier gezeigt hat die Leitung eine vorgeformte Biegung oder wird mit ausreichendem Durchhang eingeführt, so dass sie die Atrium-Ringelektrode 19 in größere Nähe zur rechten freien Atriumswand bringen kann. Bei einer Ausführungsform mit bipolarer Atrium-Schrittsteuerung und/oder -Erfassung ist eine weitere Ringelektrode, hier als 19R dargestellt, so angebracht, dass sie ebenfalls im Atrium platziert ist, wenn die distale Punktelektrode am Ventrikel-Apex platziert ist.
In 2 ist ein Blockschaltbild der primären Komponenten eines erfindungsgemäßen implantierbaren Schrittmachers gezeigt. Ein Ventrikel-Impulsgenerator 15 liefert Ventrikel-Schrittsteuerungsimpulse an eine oder mehrere Ventrikelelektroden 16. Für ein unipolares Schrittsteuern werden Reizimpulse des Generators 15 zwischen der Punktelektrode 16T und der Schrittmacherkapsel abgegeben, für ein bipolares Schrittsteuern werden die Impulse zwi schen den Elektroden 16T und 16R abgegeben. Die Zeit und andere Parameter der Reizimpulse werden durch eine Steuereinheit 20 gesteuert, die geeigneterweise einen Mikroprozessor beinhaltet, der wiederum mit dem Speicher 21 funktionell verbunden ist. Ebenfalls durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist ein Atrium-Impulsgenerator 18, der in einem Zweikammer-DDD-Schrittmacher enthalten wäre, und dessen Schrittsteuerungsimpulse an eine oder mehrere Atrium-Elektroden 19 abgegeben werden. Ein Sensor oder Sensoren 28 liefern Parametersignale, die an Block 20 durchgeschaltet werden, um eine auf bekannte Weise ausgeführte frequenzadaptive Schrittsteuerung zu bewirken. Weiter ist ein Sender/Empfänger 27 gezeigt, der für eine Zweiwege-Kommunikation mit Block 20 verbunden ist, um von einer externen Programmiereinheit Programmanweisungen zu empfangen, und um gesammelte Daten vom Schrittmacher zur Programmiereinheit zu überspielen.
Weiter ist in 2 gezeigt, dass die Elektroden 16, 19 mit der Prozessoreinheit 26 verbunden sind, was unter Bezugnahme auf 3 noch genauer beschrieben werden wird. Es ist zu beachten, dass bei einer bipolaren Ausführungsform zwei Ventrikel-Elektroden zwei Signale liefern können, die über spezielle Leiter innerhalb der Ventrikel-Leitung an den Verbindungsblock 24 geleitet werden. Auf ähnliche Weise werden von einer Atrium-Elektrode 19 oder von Elektroden 19, 19R erfasste Signale zu Block 26 durchgeschaltet. Der Erdschluss ist als ebenfalls mit Block 24 verbunden dargestellt, und in dem hier vorliegenden Falle ist der Erdschluss geeigneterweise die Schrittmacherkapsel, die als neutrale Elektrode für das unipolare Erfassen und/oder Schrittsteuern fungiert. Die am Block 24 ankommenden Signale werden an den Steuerblock 20 weitergeleitet, um dort verarbeitet und interpretiert zu werden.
In 3 sind vier Elektrodeneingänge zu sehen, die paarweise mit den vier dargestellten Verarbeitungskanälen verbunden sind. Diese Eingänge sind der V-Ring, der die Elektrode 16R aus 1 ist, der V-Punkt für die Elektrode 16T, der A-Ring für die Elektrode 19 oder 19R, und die Kapsel, die ein Teil des Gehäuses 8 des Schrittmachers ist. Wie hier gezeigt sind die Verarbeitungskanäle im Prozessor 26 V-Ring – V-Punkt (V R/T), A-Ring – V-Punkt (R/T), V-Punkt – Kapsel (VT), und A-Ring – Kapsel (AR). Der Prozessor 26 hat für jeden verfügbaren Kanal einen Verstärker (A) und ein Digitalfilter (DF), das das Signal filtert und für die nachfolgende digitale Verarbeitung im Steuerungs-Mikroprozessorblock 20 digitalisiert. So kann oder können entsprechend den Freigabesignalen, die auf den mit 1 bis 4 markierten Freigabeleitungen eingegeben werden, ein beliebiges Ausgangssignal oder beliebige der Ausgangssignale V R/T, RT, VT und AR zur Verfügung gestellt werden. Die Freigabesignale werden vom Steuerblock 20 geliefert. Auch kann, obwohl dies nicht dargestellt ist, eine zwei te Atrium-Ringelektrode verwendet werden, die ein bipolares AR-AR-Signal von den Elektroden 19, 19R liefert. Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die letzten drei dieser Signale freigegeben und verarbeitet; die Freigabesignale sind über den Sender/Empfänger 27 programmierbar.
In 4a ist eine Reihe von Zeitablaufdiagrammen gezeigt, die in stilisierter Form die erfassten AR-, VT- und RT-Signale darstellt. Das AR-Signal, zwischen einer ungeerdeten Atrium-Ringelektrode und der Kapsel, liefert eine relativ große P-Zacke und eine relativ kleine R-Zacke. Das VT-Signal, zwischen der Ventrikel-Punktelektrode und der Kapsel, zeigt eine sehr kleine P-Zacke und eine relativ große abfallende R-Zacke. Das RT-Signal, zwischen der Atrium-Ringelektrode und der Ventrikel-Punktelektrode, zeigt sowohl eine große abfallende P-Zacke als auch eine große ansteigende R-Zacke. In 4b sind Signale dargestellt, die in den Kanälen AR, VT und RT erfasst werden, wenn ein Ventrikel-Schrittsteuerungsimpuls abgegeben wird, wobei die Fernfeld-R-Zacke als im AR-Kanal erfasst dargestellt ist.
In 4a ist weiter zu sehen, dass ein Vergleich der Zeiten des Auftretens von Signalen in den Kanälen AR, VT und RT zu den folgenden Entscheidungen führt, die im Steuerblock 20 ausgeführt werden: TABELLE 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt gibt es drei Situationen, in denen allein auf Grundlage des Zeitablaufs eine Entscheidung getroffen werden kann, d.h. die Signalquelle kann zuverlässig bestimmt werden. Sind sowohl ein RT- und ein VT-Signal vorhanden, aber kein AR, so ist das zugrundeliegende Ereignis ein QRS oder eine R-Erfassung. Sind ein RT und ein AR vorhanden, aber kein VT, so ist das zugrundeliegende Ereignis eine P-Erfassung (oder FFRW). Und sind sowohl RT, AR, als auch VT vorhanden, so muss das zugrundeliegende Ereignis eine R-Erfassung sein. Ist nur ein AR vorhanden, dann ist die Entscheidung nicht definiert. Da das Signal im AR-Kanal aufgetreten ist, könnte es ein FFRW sein, andernfalls handelt es sich um ein Rauschen oder um Muskelpotentiale. Dementsprechend ist das Signal nicht definiert, wenn nur ein VT-Signal vorhanden ist, nur ein RT-Signal vorhanden ist, oder AR und VT, nicht aber RT, vorhanden sind. In diesen Situationen kann eine auf dem Signalmuster oder auf der Signalmorphologie basierende Analyse zu einer definitiven Bestimmung führen, d.h. zu einer zuverlässigen Interpretation des zugrundeliegenden Ereignisses.
Das in 5a dargestellte Blockschaltbild zeigt Schritte, die von der Steuereinheit 20 in Konjunktion mit dem Speicher ausgeführt werden, um Signale, die gleichzeitig in drei oder vier Kanälen empfangen werden, seriell zu verarbeiten. Bei 32 werden die in den verschiedenen Leitungen oder Kanälen auftretenden Signale zur Mustererkennung digital analysiert oder verglichen. Bei diesem Schritt kann jedes Signal mit einem oder mehreren gespeicherten Mustern, die verschiedene Arten von Herzsignalen repräsentieren, verglichen werden, und/oder die Muster können miteinander verglichen werden. Die hieraus resultierenden Musterdaten werden gespeichert, und die Signale werden dann bei 34 auf ihre Zeitablaufsequenz hin verglichen, wie es im Zusammenhang mit Tabelle 1 oben erläutert wurde. An diesem Punkt wird, basierend auf Mustererkennung und Verarbeitung des Zeitablaufs, das Signal als P-Zacke, R-Zacke oder eine "andere" Art von Welle identifiziert. Gleichzeitig wird das Ergebnis im Speicher 37 gespeichert. Für ein Ereignis, das als P-Zacke oder R-Zacke identifiziert wurde, wird bei 36 eine Erfassungsinterpretation vorgenommen, d.h. die P-Zacke oder R-Zacke wird so klassifiziert, dass die Schrittmacherlogik eine entsprechende Schrittsteuertherapie vornehmen kann.
In 5b ist ein Blockschaltbild dargestellt, das die innerhalb des Mikroprozessors ausgeführte Signalverarbeitung zur parallelen Verarbeitung der gleichzeitigen Kanalinformationen zeigt. Wie hier zu sehen ist werden die bei 32 gezeigte Mustererkennungsverarbeitung und die bei 34 gezeigte Zeitablaufsverarbeitung parallel ausgeführt. Die Ergebnisse der Mustererkennung und der Zeitablaufsverarbeitung werden bei 35 nach vorherbestimmten Einschätzungs faktoren abgeschätzt. Daraufhin wird bei 36 wiederum eine Erfassungsinterpretation vorgenommen, und die Daten werden in der Speichereinheit 37 gespeichert.

Claims

Zweikammer-Herzschrittmachersystem für das Schrittsteuern des Herzens eines Patienten, mit: – einer Impulseinrichtung (15, 18) zum Erzeugen von Schrittsteuerungsimpulsen, – einer Einfachdurchgangsleitung (14) zur Abgabe von Schrittsteuerungsimpulsen an das Herz des Patienten und zum Erfassen von Herzsignalen vom Atrium und vom Ventrikel des Patienten, wobei die Leitung (14) mindestens eine auf ihr angeordnete Elektrode (19, 19R), die im Atrium platziert wird, und eine auf ihr angeordnete Elektrode (16T, 16R, 17), die im Ventrikel platziert wird, umfasst, – einer neutralen Elektrode, – einer Erfassungseinrichtung (24) zum Erfassen von Signalen zwischen entsprechenden Paaren der Atriumelektrode, der Ventrikelelektrode und der neutralen Elektrode, – einer Freigabeeinrichtung (26) für die zyklische Freigabe eines oder mehrerer der Signale zur Verarbeitung, und – einer Verarbeitungseinrichtung (20) zum Verarbeiten der freigegebenen Signale, um auszuwerten, welche Art von Ereignis die erfassten Signale repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Freigabeeinrichtung eine programmierbare Einrichtung (26) für die zyklische Freigabe von mindestens zwei Signalen, die an zwei entsprechenden Elektrodenpaaren erfasst werden, umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabeeinrichtung (26) eine Einrichtung für die Freigabe von drei entsprechenden erfassten Signalen zur Verarbeitung umfasst.
System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Dateneinrichtung (21) zum Akkumulieren von Daten, die sich auf die Auswertung von erfassten Signalen beziehen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen implantierbaren Schrittmacher (6) umfasst, wobei der Schrittmacher ein Gehäuse (8) aufweist und die neutrale Elektrode ein Teil des Gehäuses (8) ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (20) eine Digitalisiereinrichtung zum Digitalisieren der erfassten Signale hat.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (20) eine Zeitablaufeinrichtung (34) zum Vergleichen der relativen Zeiten der mindestens zwei Signale und zum zyklischen Auswerten des von den mindestens zwei Signalen repräsentierten Ereignisses umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfachdurchgangsleitung (14) eine distale Punktelektrode (16T) und eine Ventrikel-Ringelektrode (16R) umfasst, die auf ihr angebracht sind und im Ventrikel platziert werden, wobei die Erfassungseinrichtung (24) eine bipolare Ventrikel-Einrichtung zum Erfassen von Signalen von der Punkt- und der Ventrikel-Ringelektrode hat.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (20) eine Mustererkennungseinrichtung (32), die die Signale so verarbeitet, dass die Muster der Signale erkannt werden, eine Zeitablaufeinrichtung (34), die die Signale so verarbeitet, dass ihre relativen Zeiten verglichen werden, eine Schätzeinrichtung (35), die die Signifikanz der Mustererkennung und der relativen Zeiten abschätzt, um so abgeschätzte Daten zu erhalten, und eine Bewertungseinrichtung (36), die das durch die verarbeiteten Signale repräsentierte Ereignis gemäß den abgeschätzten Daten interpretiert, umfasst.
System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (37) zum Speichern von Daten, die die abgeschätzten Daten und interpretierten Ereignisse repräsentieren.