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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung, die in einen
Kardioverter/Defibrillator eingebaut werden kann, um verschiedene
medizinische Zustände
des Herzens zu bestimmen, insbesondere verschiedene Arten von Herzrhythmusstörungen oder
kardiale Ischämie.
Die Vorrichtung kann verwendet werden, um aktuelle Zustände zu diagnostizieren
oder zukünftige
Zustände
vorherzusagen.
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Hintergrund der Erfindung
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Derzeit
ist die kurze Anwendung eines Elektroschocks auf den Herzmuskel
das einzige praktikable Verfahren, welches sich als effektive Behandlung
zur Beendigung der tödlichsten
ventrikulären
Tachyarrhythmie, des Kammerflimmerns, erwiesen hat. Neuerdings wurden
implantierbare Rhythmusregulierungssysteme entwickelt, um den Herzrhythmus
automatisch zu überwachen
und die geeignete Elektrotherapie bereitzustellen, wenn der Herzschlag
zu schnell oder zu langsam ist. Wird eine Bradyarrhythmie festgestellt,
gibt das Gerät
elektrische Impulse niederer Spannung (~5 V) ab, um die Herzfrequenz leicht
zu erhöhen.
Wird eine Tachyarrhythmie festgestellt, lädt das Gerät einen oder mehrere Kondensatoren
bis auf ~700 V auf und entlädt
die Kondensatoren dann, wenn der Zustand der Tachyarrhythmie durch
das Gerät
nochmals bestätigt
wird. Solche Rhythmusregulierungssysteme werden als implantierbare
Kardioverter-Defibrillatoren (ICDs) bezeichnet.
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Die
Leitungssysteme, die üblicherweise
an die ICDs angeschlossen werden, verfügen über eine Erfassungs- und eine
Schrittmacherelektrode, welche an der Spitze der im rechtsventrikulären Apex und
im rechten Atrium angeord neten Leitung angeordnet sind. Einige,
jedoch nicht alle Leitungssysteme verfügen über eine weitere Elektrode
in der oberen Hohlvene. Die heutigen ICDs nutzen das Metallgehäuse des
ICDs als Elektrode, die während
der Defibrillationsschocks aktiv ist. Eine solche Anordnung erlaubt
eine Defibrillation mit weniger starken Schocks, da der elektrische
Widerstand während
des Schocks mit der Gehäuseelektrode
geringer ist verglichen mit Elektrodenanordnungen ohne die Gehäuseelektrode. Üblicherweise
werden die Elektrode der oberen Hohlvene und die Gehäuseelektrode
elektrisch zusammengeschaltet. In diesem Fall gilt für die Elektrodenanordnung
RV -> SVC + Gehäuse. Oft wird
die Gehäuseelektrode
als „Dosen"-Elektrode [„Can"-Elektrode] bezeichnet, da das ICD-Gehäuse von
Fachleuten üblicherweise
als „Dose” [„Can"] bezeichnet wird.
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In
US-Patent Nr. 5,282,837 von
Adams et al wird in
1 und dem Begleittext ein atrialer
Defibrillator sowie ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Leitung
36 in
den Koronarsinus eingebracht wird, so dass eine erste Spitzenelektrode
42 innerhalb
des Koronarsinus neben dem linken Ventrikel, eine zweite Ringelektrode
44 innerhalb
des Koronarsinus unter dem linken Atrium und eine dritte Elektrode
46 innerhalb
des rechten Atriums oder der oberen Hohlvene angeordnet sind. Die
erste Elektrode dient als Erfassungselektrode, die zweite Elektrode
(immer noch im Koronarsinus) dient sowohl als Erfassungs- als auch
als Defibrillationselektrode und die dritte Elektrode dient als
Erfassungs- und Defibrillationselektrode (siehe Spalte 5 Zeile 57
bis Spalte 6 Zeile 12).
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In
US-Patent Nr. 5,433,729 von
Adams et al wird in
9 und dem Begleittext
ein Leitungssystem
250 beschrieben, welches übereinstimmend
mit dem oben beschriebenen ausgebildet ist. Eine erste (rechtsventrikuläre) Leitung
252 weist
eine längliche große Oberflächenelektrode
256,
eine distale oder als Spitzenelektrode ausgebildete Erfassungselektrode
258 und
eine Ring- oder
proximale Erfassungselektrode
260 auf. Die Erfassungselektroden
258,
260 sind
in und in Kontakt mit der Wand des rechten Ventrikels und die längliche
Elektrode
256 im rechten Atrium angeordnet. Eine zweite
(Koronarsinus-)Leitung
254 umfasst eine Spitzen- oder distale
Erfassungselektrode
264, eine Ring- oder proximale Erfassungselektrode
266 und
eine zweite längliche
große
Oberflächenelektrode
262.
Die distale und die proximale Erfassungselektrode
264 und
266 sind
beide neben dem linken Ventrikel innerhalb der großen Vene
und die längliche
Elektrode
262 ist innerhalb des Koronarsinus unter dem
linken Atrium angeordnet. Die rechtsventrikulären Erfassungselektroden
258,
260 sind
mit den Eingängen
50a,
50b des
ersten Erfassungsverstärkers
50 verbunden;
die Erfassungselektroden
264,
266 der großen Vene
sind mit den Eingängen
52a,
52b des
zweiten Erfassungsverstärkers
52 verbunden.
Dies dient der Erfassung des rechten Ventrikels und des linken Ventrikels
und der damit nicht zusammenfallenden Erfassung der Depolarisation-Aktivierungs-Wellen
für die
Synchronisation der Energiezufuhr zu den Atria (siehe Spalte 15 Zeile
34 bis Spalte 16 Zeile 54; Spalte 5 Zeilen 62–64).
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In
US-Patent Nr. 5,014,696 von
Mehra wird ein endokardiales Elektrodensystem zur Defibrillierung
beschrieben, wobei eine Koronarsinuselektrode, die von einer Stelle
neben der Öffnung
des Koronarsinus ausgehend in der großen Vene endet, zusammen mit
subkutanen Plattenelektroden und mit rechtsventrikulären Elektroden
verwendet wird. Die Koronarsinuselektrode
78 umgibt die
linksventrikuläre
Kavität
86 (Spalte
5 Zeilen 50–51;
5B). Es wird angegeben, dass „es wichtig
sei, dass sich die Elektrode
78 nicht abwärts durch
die große
Vene
80 in Richtung des Apex
79 des Herzens erstreckt" (Spalte 5 Zeilen
28–30).
In
US-Patent Nr. 5,165,403 von
Mehra (Medtronic, Inc.) wird eine atriale Defibrillationselektrode
112 beschrieben,
welche „innerhalb des
Koronarsinus und der großen
Herzvene" angeordnet
ist.
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In
US-Patent Nr. 5,099,838 von
Bardy, wird eine Defibrillationselektrode in der großen Vene
beschrieben, welche zusammen mit subkutanen Plattenelekt roden und
mit rechtsventrikulären
Elektroden verwendet wird (Spalte 1 Zeile 65 bis Spalte 2 Zeile 2).
Im Hinblick auf die Elektrode der großen Vene, wird darin in Spalte
5, Zeilen 20–33
angegeben, dass „wenn
diese so angebracht sei, sich die längliche Defibrillationselektrode
78 von
einer Stelle neben der Öffnung
des Koronarsinus
74 bis in die große Vene
80 hinein
erstreckt". Somit
steht eine Defibrillationselektrode mit großer Oberfläche zur Verfügung, welche
gewöhnlich
in einem guten Abstand von der ventrikulären Defibrillationselektrode
74 angeordnet
ist und für
eine gute Stromverteilung im Bereich des linken Ventrikels
77 sorgt.
Es ist wünschenswert,
dass sich die Elektrode
78 so weit wie möglich um
das Herz herum erstreckt. Jedoch ist es wichtig, dass sich die Elektrode
78 nicht
abwärts
durch die große
Vene
80 in Richtung des Apex
79 des Herzens erstreckt, da
dies die Elektroden des Koronarsinus und des rechten Ventrikels
sehr nah zueinander bringt, was die einwandfreie Stromverteilung
beeinträchtigt.
In
US-Patent Nr. 5,193,535 von
Bardy (angemeldet am 27. August 1991) wird ebenfalls eine Elektrode
der großen
Vene beschrieben. In Spalte 7, Zeilen 31–35 wird angegeben, dass „die Koronarsinusleitung
mit einer länglichen
Elektrode bereitgestellt wird, welche im Bereich des Koronarsinus
und der großen
Vene bei 112 angeordnet ist und sich um das Herz herum erstreckt
bis ungefähr
zu der Stelle, an der die große Vene
abwärts
in Richtung des Apex des Herzens führt".
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In
US-Patent Nr. 5,431,683 von
Bowald et al wird ein ventrikuläres
Defibrillationselektrodensystem beschrieben, bei dem eine Elektrode
durch den Koronarsinus in einer peripheren Vene des Herzens angeordnet
wird. Der Begriff "periphere
Vene" umfasst darin
die venöse
Seite der Koronargefäße, die zwischen
Basis und Apex des Herzens verlaufen. Die Venen weisen die mittlere
und kleinen Herzvenen und den Teil der großen Herzvene auf, der zwischen Basis
und Apex des Herzens verläuft.
Die hierin verwendete Definition für "periphere Venen" schließt daher den Teil der großen Herzvene
aus, der entlang der Basisebene des Herzens verläuft, welcher bei dem Stand der
Technik entsprechenden Elektrodensystemen als Ort für die Anordnung
von Elektroden verwendet wurde. Die Elektroden haben die Form einer
Spirale, um Druck auf die Innenwand auszuüben (Spalte 4, Zeilen 14–17), wobei
Blut ungehindert durch das Innere der Spirale fließen kann
(Spalte 4, Zeilen 46–48).
Siehe auch
US-Patent Nr. 5,423,865 von
Bowald.
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Die
Schrift
US-A-5720768 offenbart
einen implantierbaren Schrittmacher, der ausgebildet ist, vorzeitige
Schläge
mittels einer rechts- und einer linksventrikulären Erfassungselektrode zu
erfassen. Die vorzeitigen Schläge
dienen der Diagnose eines medizinischen Zustands.
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Im
US-Patent Nr. 5,690,686 von
Min et al wird ein Verfahren zur atrialen Defibrillation beschrieben,
bei dem eine Elektrode des Koronarsinus/der großen Vene mit einer Elektrode
des rechten Atriums/der oberen Hohlvene und einer subkutanen Elektrode
in Form des Gehäuses
eines implantierbaren Defibrillators verbunden ist. Von dem Gerät wird angegeben,
dass es in der Praxis vorzugsweise als kombinierter atrialer/ventrikulärer Defibrillator
eingesetzt wird (Spalte 2, Zeilen 26–35).
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EP-A-564395 offenbart
einen atrialen Defibrillator, welcher zur Erfassung einer Depolarisations-Aktivierungs-Welle
und zur Zuführung
kardiovertierender elektrischer Energie zu den Atria des Herzens
synchron zur erfassten Depolarisations-Aktivierungs-Welle verwendet
wird. In diesem Dokument wird die Erfassung ektopischer Schläge im Herzen
jedoch nicht erwähnt.
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Wenn
ICDs in Patienten implantiert werden, werden Arrhythmie-Konversionstests
von Ärzten durchgeführt, um
sicherzustellen, dass die klinischen Arrhythmien mit dem Gerät erfolgreich
beendet werden können.
Bei einem gewöhnlichen
klinischen Implantat, leitet der Arzt ein Kammerflimmern elektrisch ein
und das ICD-System erhält
den Befehl, nach 10 Sekunden Wartezeit einen Testschock in bekannter Stärke abzugeben.
Ist der Testschock erfolgreich, wird die Stärke während der nachfolgenden Versuche
systematisch reduziert bis eine Stärke ermittelt wird, bei der
die Konversion der Tachyarrhythmie fehlschlägt. Die unmittelbar davor liegende
Schockstärke,
bei welcher die Tachyarrhythmie erfolgreich konvertiert wurde, wird
gewöhnlich
als Defibrillationsschwelle (DFT) bezeichnet. Die DFTs variieren
je nach Patient. Ziel eines DFT-Tests bei einem ICD-Implantat ist
es, Patienten zu identifizieren, die von dem ICD wahrscheinlich
nicht profitieren würden
(die DFT ist zu hoch im Verhältnis
zu der maximalen Ausgangsleistung des Gerätes, um eine Sicherheitsmarge
zu gewähren).
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Die
technologischen Fortschritte führten
zu einer raschen Entwicklung der ICD-Systeme. Einer der am häufigsten
betonten Unterschiede zwischen den zeitgemäßen ICD-Systemen und früheren ICD-Systemen
ist die reduzierte Größe des Pulsgenerators.
Weitere Reduzierungen der Gerätegröße können die
Verringerung der vom Gerät
erzeugten Spitzenspannung erfordern. Um jedoch sicherzustellen,
dass nahezu alle Patienten in der Bevölkerungsgruppe der ICD-Patienten
DFTs haben werden, die unter der maximalen Ausgangsleistung liegen,
werden zukünftige
Geräte
Schockabgabemittel bereitstellen müssen, die die DFT erheblich
reduzieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein implantierbares System nach Anspruch
1 bereit. Optional kann auch eine dritte Erfassungselektrode enthalten sein,
wobei die dritte Elektrode an einer der vorangehenden Stellen (wieder
in einem Abstand von der ersten und der zweiten Elektrode) oder
an anderen Stellen angeordnet wird; so kann beispielsweise die dritte
Elektrode innerhalb einer Vene an der linken Oberfläche des
linken Ventrikels des Herzens (wenngleich in einem Abstand von der
ersten Erfassungselektrode), im rechten Atrium, in der oberen Hohlvene, etc.
angeordnet werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Detektor
wirkend mit allen Erfassungselektroden (der ersten, der zweiten
und der dritten Erfassungselektrode) verbunden. Die Bestimmung eines medizinischen
Zustands kann durch jedes geeignete Mittel wie die Erfassung vorzeitiger
Schläge
in dem Herzen erfolgen. Das System der vorliegenden Erfindung findet
insbesondere Anwendung bei der Identifizierung der Ursprungskammer
eines vorzeitigen Schlages (z. B.: linker Ventrikel, rechter Ventrikel,
linkes Atrium, rechtes Atrium).
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Der
Detektor kann ausgebildet sein, um die Präsenz eines Sinusrhythmus mit
syntaktischer Verbindung aus Elektrogrammmerkmalen zu erfassen. Der
Detektor kann ausgebildet sein, um Herzrhythmusstörungen des
Patienten vor dem Einsatz von Herzrhythmusstörungen vorherzusagen oder das
gegenwärtige
Auftreten von Herzrhythmusstörungen bei
dem Patienten zu erkennen. Der Detektor kann ausgebildet sein, um
den Ursprungsort der vorzeitigen Schläge in dem Herzen zu unterscheiden
(z. B., um einen atrialen Ursprungsort von einem ventrikulären Ursprungsort
vorzeitiger Schläge
in dem Herzen zu unterscheiden, mit oder ohne Fähigkeit, linksventrikuläre von rechtsventrikulären Ursprungsorten
zu unterscheiden, und mit oder ohne Fähigkeit, linksatriale von rechtsatrialen
Ursprungsorten zu unterscheiden).
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Das
System findet ebenfalls Anwendung bei der Erfassung kardialer Ischämie bei
einem Patienten in einem Verfahren, welches umfasst: die Erfassung
elektrischer Aktivität
von dem Herzen des Patienten anhand einer ersten Erfassungselektrode,
welche innerhalb einer Vene an der linken Oberfläche des linken Ventrikels des
Herzens angeordnet ist; die Erfassung elektrischer Aktivität von dem
Herzen des Patienten anhand einer zweiten Erfassungselektrode, welche
innerhalb des rechten Ventrikels des Herzens angeordnet ist; und
die Bestimmung des Auftretens kardialer Ischämie anhand der erfassten elektrischen
Aktivität.
Der Schritt der Bestimmung kann durch die Erfassung des Auftretens
vorzeitiger Schläge
in dem Herzen erfolgen.
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Das
System kann ebenso in einem Verfahren zur Auswahl einer auf das
Herz eines Patienten anzuwendenden kardialen Therapie durch ein
implantierbares Kardioverter/Defibrillatorsystem verwendet werden,
wobei das Verfahren umfasst: das Erfassen eines ersten Satzes elektrischer
Aktivität
von dem Herzen anhand einer ersten Erfassungselektrode, welche innerhalb
einer Vene auf der Oberfläche
des linken Ventrikels des Herzens angeordnet ist, das Erfassen eines
zweiten Satzes elektrischer Aktivität von dem Herzen anhand einer
zweiten Erfassungselektrode, welche innerhalb des rechten Ventrikels
des Herzens angeordnet ist, das Auswählen einer Elektrotherapie,
die durch das implantierbare System angewendet werden soll, basierend
auf dem ersten und dem zweiten Satz erfasster elektrischer Aktivität, und dann
die Anwendung der ausgewählten
Elektrotherapie.
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Bei
besonderen Ausführungsformen
der Erfindung kann eine Therapieschaltung bereitgestellt werden,
so dass der erfasste medizinische Zustand einen therapeutischen
Puls auf das Herz auslöst,
um den erfassten oder vorhergesagten medizinischen Zustand zu korrigieren
oder zu verhindern.
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Die
vorstehenden und weiteren Ziele und Gesichtspunkte der vorliegenden
Erfindung werden in den hierin enthaltenen Zeichnungen und der nachstehenden
Beschreibung ausführlich
erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche in der linken
pektoralen Region eines menschlichen Probanden implantiert ist, wobei
die Elektroden in dem Herzen des Probanden angeordnet sind;
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2A zeigt
eine Vorrichtung ähnlich
der aus 1;
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2B zeigt
die Elektrodenverbindung und das Schaltschema einer Vorrichtung
aus 2A, welche ausgebildet ist, um verschiedene Arten
medizinischer Zustände
des Herzens zu erfassen;
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3A zeigt
eine Vorrichtung ähnlich
der aus 1; und
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3B zeigt
die Elektrodenverbindung und das Schaltschema einer Vorrichtung
aus 3A, welche ausgebildet ist, um ektopische Schläge zu erfassen
und dadurch verschiedene medizinische Zustände des Herzens vorherzusagen.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Ein
implantierbarer Kardioverter/Defibrillator (ICD) der vorliegenden
Erfindung verfügt über ein
implantierbares Gehäuse,
welches eine hermetisch abgedichtete elektronische Schaltung beinhaltet.
Das Gehäuse
beinhaltet wahlweise, jedoch vorzugsweise, eine Elektrode, welche
einen aktiven externen Teil des Gehäuses umfasst, wobei das Gehäuse in der
linken oder rechten, vorzugsweise der linken, thorakalen Region
des Patienten (z. B. subkutan, in der linken oder rechten, vorzugsweise
der linken, pektoralen Region) nach bekannten Verfahren, wie dem
in
US-Patent Nr. 5,292,338 von
Bardy Beschriebenen, implantiert ist.
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Die
Elektroden, welche für
die Ausführung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden gewöhnlich von
Kathetern oder Leitungen getragen, welche durch eine Kopfeinheit
elektrisch und mechanisch mit dem Gehäuse verbunden sind, und welche
nach bekannten Verfahren in das Herz eingebracht werden können (gewöhnlich durch
die obere oder untere Hohlvene) ohne die Notwendigkeit eines chirurgischen
Eingriffs in das Herz. Der Begriff "Katheter", wie er hierin verwendet wird, beinhaltet "Führungsstab" und wird auch austauschbar mit dem
Begriff "Leitung" verwendet.
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Eine
Elektrode, die "durch
das koronare Sinus Ostium und innerhalb einer Vene an der Oberfläche des
linken Ventrikels des Herzens" angeordnet ist,
kann, so wie die Formulierung hier verwendet wird, an einem beliebigen
von vielen Orten angeordnet sein. Sie kann angeordnet sein:
- (1) in dem Koronarsinus selbst;
- (2) in dem Teil der großen
Herzvene, welcher entlang der Basisebene des Herzens verläuft;
- (3) in dem Teil der großen
Herzvene, der sich um das Herz herum erstreckt bis zu der Stelle,
an der die große
Vene abwärts
in Richtung des Apex des Herzens führt;
- (4) in dem Teil der großen
Herzvene, der zwischen der Basis und dem Apex des Herzens verläuft (ein-
oder ausschließlich
der Teile aus (3) oben);
- (5) in einer Nebenvene der großen Herzvene, wie der anterioren
interventrikulären
Vene, der posterioren Herzvene oder der mittleren Herzvene.
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Darüber hinaus
kann die Elektrode so ausgebildet sein, dass sie vollständig innerhalb
eines der vorstehenden Orte angeordnet ist (siehe z. B.
US-Patent Nr. 5,423,865 von
Bowald et al); oder sie kann so ausgebildet sein, dass sie in zwei
oder mehreren benachbarten Orten angeordnet ist (siehe z. B.
US-Patente Nr. 5,014,696 von Mehra
et al;
5,099,838 von Bardy;
5,193,535 von Bardy;
5,690,686 von Min et al.).
Beispielsweise kann die Elektrode wie folgt angeordnet sein: (i)
im Koronarsinus und dem Teil der großen Herzvene, welcher entlang
der Basisebene des Herzens verläuft;
(ii) in dem Teil der großen
Herzvene des Herzens, welcher entlang der Basisebene des Herzens
verläuft
und dem Teil der großen
Herzvene, welcher sich um das Herz herum bis zu der Stelle erstreckt,
wo die große
Vene abwärts
in Richtung des Apex des Herzens führt; (iii) in dem Teil der großen Herzvene,
welcher sich um das Herz herum erstreckt bis zu der Stelle, an der
die große
Vene abwärts
in Richtung des Apex des Herzens und des Teils der großen Herzvene
führt,
welcher zwischen der Basis und dem Apex des Herzens verläuft; etc. Handelt
es sich bei der Elektrode um eine Erfassungselektrode, werden Anordnungen,
bei welchen die gesamte Elektrode oder ein Teil von ihr in dem Koronarsinus
angeordnet werden, weniger bevorzugt, und Anordnungen, bei welchen
die Elektrode in einem oder mehreren der Orte 3–5 oben angeordnet wird, eher
bevorzugt.
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Die
Elektroden, die zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sowohl Schrittmacher-
als auch Erfassungselektroden eingeschlossen, können jede geeignete Ausführung aufweisen.
Beispielsweise können
die Elektroden starre, hohle zylindrische Elektroden sein, Elektroden,
welche durch radiale Ausdehnung zur Wand eines Blutgefäßes angebracht
werden, und durch welche Blut fließen kann, oder die Elektroden
können
massive Elektroden sein (z. B. massiv in Bezug auf den Blutfluss),
die von einer flexiblen Leitung getragen werden, die ausreichend
starr ist, um die gewünschte Position
der Elektrode in einem Blutgefäß zu halten. Wird
eine massive Elektrode verwendet, kann Blut um die Elektrode herum
fließen
oder auch nicht, worauf untenstehend näher eingegangen wird.
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Vorzugsweise
wird die linksventrikuläre
Elektrode innerhalb einer Vene angeordnet, welche die laterale linksventrikuläre freie
Wand durchquert, auf halbem Weg zwischen der Basis und des Apex
des Herzens (die Herzbasis ist durch die Linie 30-30' in 1 gekennzeichnet;
und der Apex des Herzens ist durch Nummer 32 in 1 gekennzeichnet).
Gewöhnlich
handelt es sich entsprechend der jeweiligen Herzanatomie bei der
Vene entweder um die posteriore Herzvene oder eine Nebenvene der
unteren Herzvene. Die Elektrode kann eine massive Elektrode sein,
da in Venen solch geringen Durchmessers das Blockieren des Gefäßes durch
die Elektrode nicht schädlich
für den
Patienten ist, weil es für
den Blutrückfluss
ein alternativer Weg um die Blockade herum verfügbar sein wird.
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Das
Verfahren zum Erfassen elektrischer Aktivitäten im linksventrikulären (LV)
Myokard anhand einer in einer koronaren Vene angeordneten Elektrode,
wobei eine implantierte Vorrichtung wie hierin beschrieben verwendet
wird, stellt eine Möglichkeit
dar, zusätzliche,
vorher nicht bekannte Informationen zu sammeln und zu verwenden.
Solche aus der Erfassung elektrischer Aktivität des linken Ventrikels (LV) abgeleitete
Informationen, erlauben eine verbesserte Rhythmusklassifikation
und darüber
hinaus die Identifizierung und anschließende Klassifikation des Ursprungs
ektopischer Schläge,
welche bei ICD-Patienten gewöhnlich
auftreten.
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Die
Effektivität
der ICD-Therapie basiert auf der akkuraten und präzisen Klassifikation
des Herzrhythmus. Der ICD überwacht
fortlaufend den intrinsischen Herzrhythmus eines Patienten. Wird
der Rhythmus als abnormal klassifiziert, kann die Vorrichtung anders
reagieren als wenn der Rhythmus normal ist. Überschreiten beispielsweise
die im Ventrikel erfassten Intervalle intrinsischer Aktivierung
einen vorgegebenen Grenzwert, wird ein schrittmachender Puls abgegeben.
Werden die Aktivierungsereignisse in schneller, den Erfassungskriterien
entsprechender Abfolge erfasst, kann die Vorrichtung darüber hinaus
anti-Tachykardie schrittmachende oder Hochspannungsschocks abgeben,
um die Arrhythmie zu behandeln. Es gibt jedoch einige Herzrhythmen
die, obwohl sie abnormal schnell sind, möglicherweise nicht bösartig sind.
Beispiele für nicht
bösartige
Tachyarrhythmien sind belastungsinduzierte Sinustachykardie und
supraventrikuläre
Tachykardie wie Vorhofflattern und Vorhofflimmern.
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Die
vorliegende Erfindung kann ausgeführt werden durch die Verwendung
der zeitlichen Folge der Aktivierungszeiten, welche von räumlich auseinander
liegenden Stellen des Herzens bezogen werden. Die jeweiligen Zeitintervalle
zwischen den Aktivierungsereignissen erlauben speziellen im ICD
enthaltenen Erfassungsalgorithmen die Unterscheidung zwischen Rhythmen,
welche eine sofortige Therapie erfordern, und Rhythmen, für welche
eine Therapie sicher verhindert werden kann.
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Verfahren
zur Verbesserung der Empfindlichkeit und Genauigkeit der Rhythmusklassifikation. 1 zeigt
ein menschliches Herz 2 innerhalb des Thorax 4.
Ein ICD-Pulsgenerator 6 ist unter der Haut in der infraklavikulären Region
implantiert. Drei separate Leitungen gehen von dem ICD-Kopf 8 ab.
Die Leitung 10 wird zur Erfassung elektrischer Aktivität im Herzmuskel
und Bereitstellung von Elektrotherapie für das Herz verwendet. Die Elektrode 12 (rechter Ventrikel
1; RV1) an der distalen Spitze der Leitung 10 wird zum
Schrittmachen und Erfassen verwendet und ist normalerweise aus einem
Platinmaterial hergestellt. Die an Leitung 10 angeordnete
Elektrodenspule 14 (rechter Ventrikel 2; RV2), befindet
sich nach der Implantation im rechten Ventrikel 15 und bietet
eine elektrische Entladungsoberfläche zur Bereitstellung von
Hochspannungsschocks und zum Erfassen elektrischer Aktivität im Herzmuskel.
Die Elektrode 16 (obere Hohlvene; SVC), ebenso ein Teil
der Leitung 10, dient als elektrische Entladungsoberfläche zur
Bereitstellung von Hochspannungsschocks und zum Erfassen elektrischer
Aktivität
im Herzmuskel. Die Leitung 17 ist eine atriale Leitung
zum Erfassen und Schrittmachen im rechten Atrium 20. Die Elektrode 18 (rechtes
Atrium 2; RA2) ist eine Ringelektrode und die Elektrode 19 (rechtes
Atrium 1; RA1) ist die schrittmachende Spitzenelektrode einer standardmäßigen atrialen
Leitung, welche Fachleuten bekannt ist. Die Leitung 22 ist
wirkend mit dem ICD durch den Kopf 8 verbunden und geht über in den
Koronarsinus, in die Herzvene und verläuft dann weiter abwärts durch
eine periphere Nebenkoronarvene wie die anteriore interventrikuläre Vene,
die posteriore Herzvene oder die mittlere Herzvene. Eine Elektrode 24 (linker
Ventrikel 2; LV2) kann zum Schrittmachen des Herzens und Erfassen
elektrischer Aktivität
verwendet werden, während
die Elektrode 26 (linker Ventrikel 1; LV1) eine elektrische
Entladungsoberfläche
für Hochspannungsschocks
(> 10 V) bildet.
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2 zeigt in Abbildung A einen ICD 40, welcher
im Wesentlichen strukturell ausgebildet ist, wie in 1 beschrieben.
In Abbildung B sind die Erfassungsanordnungen dargestellt. Hardware
und erfasste Informationen sind für jeden der Kanäle 1 bis 4
schematisch in Reihen dargestellt. Elektrogramme für unterschiedliche
Elektrodenanordnungen sind in Spalten angeordnet, wobei Spalte 1
einen normalen Sinusrhythmus, Spalte 2 Sinustachykardie, Spalte
3 Vorhofflimmern und Spalte 4 ventrikuläre Tachykardie zeigt.
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Die
Elektroden, welche wie in 2A dargestellt
angeordnet sind, sind, wie in 2B zu
sehen ist, wirkend verbunden mit im ICD 40 enthaltenen Differenzverstärkern 42, 42a, 42b, 42c,
welche wiederum an Bandpassfilter 44, 44a, 44b, 44c und Schaltungen
zur Detektion des erfassten Ereignisses 46, 46a, 46b, 46c angeschlossen
sind. Auf die Verstärkung
und Bandpassfilterung folgt die Detektion des erfassten Ereignisses.
Das durch die Detektoren 46–46c erfasste Ereignis
ist vorzugsweise die lokale myokardiale Aktivierungszeit. Das bevorzugte
Verfahren zur Bestimmung der lokalen Aktivierungszeit erfordert
die Berechnung der ersten zeitlichen Ableitung des extrazellulären Elektrogramms
(dV/dt). Die lokale Aktivierungszeit bei Verwendung dieser Methode
entspricht dem negativsten Wert (Minimum) des dV/dt. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf allein durch dV/dt-Kriterien bestimmte
lokale Aktivierungszeiten beschränkt.
Auch weniger berechnungsintensive Verfahren können in implantierten Vorrichtungen
verwendet werden. Die Merkmale der Aktivierungszeit können einen
lokalen Höchstwert
im Elektrogramm beinhalten, müssen
aber nicht auf ihn beschränkt
sein. In Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform, tritt das erfasste
Ereignis auf, wenn sich eine Aktivierungswelle in der Nähe der Erfassungselektrode
ausbreitet. Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden wird
durch die Schaltung ermittelt, welche eine Aktivierungszeitmarkierung 48, 48a, 48b, 48c (nur
gekennzeichnet in der NSR-Spalte) setzt.
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Der
rechte Teil von Abbildung B zeigt das zeitliche Verhältnis der
Aktivierungszeitmarkierungen untereinander für verschiedene Rhythmen, einschließlich normalem
Sinusrhythmus (NSR), Sinustachykardie (ST), Vorhofflimmern (AF),
und ventrikulärer
Tachykardie (VT). Die jeweiligen Zeitintervalle zwischen den Aktivierungszeitmarkierungen
liefern eine syntaktische Signatur des Schlags. Während des
normalen Sinusrhythmus besteht ein Verhältnis zwischen den Aktivierungszeitmarkierungen. Abweichungen
von dieser normalen syntaktischen Signatur können von dem ICD erkannt und
zur Unterscheidung von Herzrhythmen verwendet werden.
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Bei
normalem Sinusrhythmus (NSR) erscheint eine Aktivierungszeitmarkierung
zuerst am atrialen Elektrodenpaar (RA1 und RA2). Wenn sich die Welle
elektrischer Aktivität
durch den Sinusknoten ausbreitet und den RV-Apex aktiviert, wird
eine Aktivierungszeitmarkierung für den RV1-, RV2-Aufnahmekanal registriert.
Die Zeitdifferenz zwischen den Kanälen 1 und 2 beträgt ΔtAV und besteht aus der intra-atrialen Leitungszeit,
der Verzögerung
im AV-Knoten und der intraventrikulären Leitungszeit. Die Zeitdifferenz
zwischen den Aktivierungsmarkierungen auf den Kanälen 2 und
4 ist die interventrikuläre
Leitungszeit (ΔtRL), wobei RL von rechts nach links bedeutet.
Unter normalen Bedingungen bleiben die jeweiligen Zeitintervalle
zwischen diesen erfassten Ereignissen verhältnismäßig unverändert. Beim Auftreten abnormaler
Rhythmen, wird diese zeitliche Folge von Ereignissen verändert sein
im Vergleich zum NSR.
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Sinustachykardie
(ST) ist ein Herzrhythmus, welcher häufig mit körperlicher Anstrengung in Verbindung
gebracht wird. Sind keine Abnormalitäten an der AV-Knoten-Leitung
vorhanden, sind die atrialen Aktivierungsintervalle gleich den ventrikulären Aktivierungsintervallen,
auch wenn das absolute Intervall im Falle von ST vielleicht nur
50% der Intervalle, die während
des NSR beobachtet wurden, beträgt.
Die vorliegende Erfindung zieht in Betracht, dass die zeitlichen
Verhältnisse
zwischen den erfassten Ereignissen denen während des NSR bestehenden sehr ähnlich sein
werden. Im Gegensatz dazu ist die zeitliche Folge von Ereignissen,
die während
AF und VT auftreten, merklich anders als während des NSR.
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Repräsentative
Beispiele für
die zeitliche Folge erfasster Ereignisse bei vier verschiedenen Herzrhythmen
werden in 2, Abbildung B gezeigt. Wie
zu erkennen ist, können
diese Ereignisse leicht durch eine Unterscheidungsschaltung 47 unterschieden
werden, welche wirkend mit dem Detektor zum Erfassen der Ereignisse
verbunden ist. Eine geeignete Therapie kann dann durch eine Therapieschaltung 50 nach
bekannten Verfahren ausgelöst
werden, worauf weiter unten noch ausführlicher eingegangen wird.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die zeitliche Folge erfasster Ereignisse
kombiniert mit Informationen hinsichtlich der Form (Morphologie)
bestimmter Elektrogramme.
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Verfahren
zur Vorhersage spontaner Arrhythmieentstehung. Potentiell tödliche ventrikuläre Arrhythmien
treten auf, wenn sich Wellen elektrischer Aktivität rasch
mit einer charakteristischen über
dem Normalwert liegenden Frequenz quer über die Ventrikel ausbreiten.
Die abnormal häufigen
Aktivierungszyklen verhindern, dass das Herz ausreichend sauerstoffangereichertes
Blut bereitstellen kann, um die Lebensfähigkeit lebensnotwendiger Organsysteme (Gehirn,
Leber, Nieren und das Herz selbst) zu erhalten. Die zugrunde liegenden
Ursachen für
diese abnormale kardiale elektrische Aktivität sind unterschiedlich. Die
Ausbreitung normaler Wellen elektrischer Aktivität kann vorübergehend gestört werden durch
plötzliche Änderungen
im elektrophysiologischen Verhalten von Herzzellen in speziellen
Regionen des Herzens. Das Auftreten solcher Störungen ist bekannt bei verhinderter
Blutzufuhr oder abnormaler Aktivierung von Nerven, die in den Herzmuskel führen. Ferner
entstehen ventrikuläre
Tachyarrhythmien häufig
bei elektrischen Impulsen, die abnormalerweise an Stellen auftreten,
welche nicht mit dem normalen Rhythmus übereinstimmen. Solche Impulse
werden als ektopische Impulse bezeichnet. Wenn diese ektopischen
Impulse vor der Entstehung des nächsten
normalen Herzschlags beginnen, sich von ihrem Ursprungsort aus auszubreiten,
bezeichnet man sie als "vorzeitig". Solche ektopischen
Schläge, die
früher
als erwartet auftreten, werden als "vorzeitige ventrikuläre Aktivierungen" bezeichnet. Wenn
aus diesen vorzeitigen ventrikulären
Aktivierungen eine bedeutende kontraktierende Reaktion resultiert,
werden sie als vorzeitige ventrikuläre Kontraktionen bezeichnet.
Während
alle ektopischen Schläge
als vorzeitige Schläge
angesehen werden können,
da alle ektopischen Schläge
früher
auftreten werden als der nächste
normale Herzschlag, können
einige sehr vorzeitige ektopische Schläge wahlweise als verzögerte Schläge bezeichnet
werden, insofern sie verglichen mit dem letzten normalen Herzschlag
später
als erwartet auftreten.
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Lokalisierung
des Ursprungs ektopischer Schläge.
Ektopische Schläge
werden in Zusammenhang mit dem Einsetzen atrialer und ventrikulärer Tachyarrhythmien
gebracht. Ektopische Schläge
treffen auf Regionen refraktären
Gewebes und schaffen damit die elektrophysiologischen Bedingungen
für den Wiedereintritt – ein Mechanismus
der Tachyarrhythmie. In den Ventrikeln auftretende ektopische Schläge können aus
geleiteten atrialen ektopischen Schlägen oder aus einem oder mehreren
ektopischen Foci im ventrikulären
Muskel entstehen. Das Wissen über den
Ursprung ektopischer Schläge
erhöht
die Vorhersagegenauigkeit von Einschätzungen bezüglich der Arrhythmogenität ektopischer
Schläge.
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3 stimmt im Wesentlichen mit 2 überein
außer
darin, dass sie zeigt, wie eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, so dass die zeitliche Folge erfasster Ereignisse die
Bestimmung des Ursprungs des ektopischen Schlags erlaubt. 3A zeigt
einen ICD 140, welcher im Wesentlichen strukturell so ausgebildet
ist, wie in 1 beschrieben. In 3B sind
die Erfassungsanordnungen dargestellt.
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Hardware
und erfasste Informationen sind für jeden der Kanäle 1 bis
4 schematisch in Reihen dargestellt. Die Elektrogramme für unterschiedliche Elektrodenanordnungen
sind in Spalten angeordnet, wobei Spalte 1 einen normalen Sinusrhythmus,
Spalte 2 vorzeitige (oder ektopische) atriale Kontraktion (PAC),
Spalte 3 vorzeitige ventrikuläre
Kontraktion im rechten Ventrikel (PVC-RV) und Spalte 4 vorzeitige ventrikuläre Kontraktion
im linken Ventrikel (PVC-LV) zeigt.
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Aus
der Bestimmung der ektopischen ventrikulären Aktivierungsfrequenz und
der Identifizierung der Ursprungskammer der ektopischen ventrikulären Aktivierung
ergeben sich mehrere, nicht auf Anhieb ersichtliche Vorteile. Zunächst weist
der Ursprung der ektopischen ventrikulären Aktivierung auf die elektrophysiologische
Stabilität
der Ventrikel hin. Änderungen
des Ursprungs und der Frequenz ventrikulärer ektopischer Aktivierungen
deuten somit auf die Entstehung einer spontanen ventrikulären Tachyarrhythmie
hin.
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Um
die spontane Entstehung potentiell tödlicher ventrikulärer Tachyarrhythmien
vorherzusagen, muss der elektrophysiologische Zustand des Herzmuskels überwacht
werden. Ein Ziel dieser Überwachung
ist die Bestimmung der Frequenz und des Ortes ektopischer ventrikulärer Aktivierungen
(ektopische Schläge)
und die Bestimmung des elektrophysiologischen Zustands des Herzens,
um die Wahrscheinlichkeit, dass irgendeine der ektopischen ventrikulären Aktivierungen
zu einer potentiell tödlichen ventrikulären Tachyarrhythmie
führt,
vorherzusagen.
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Der
elektrophysiologische Zustand des Herzens kann charakterisiert werden
durch die Analyse von Merkmalen erfasster elektrischer Signale,
welche über
implantierte Vorrichtungen mit geeigneten Verstärkern, Filtern und Berechnungsalgorithmen
ermittelt wurden. Während
des normalen Sinusrhythmus tritt ein intrinsischer elektrischer
Impuls im rechten Atrium spontan auf und wird durch den atrioventrikulären Knoten
zu den Ventrikeln geleitet. Über Elektroden
aufgenommene Elektrogramme liefern Informationen über die
Leitung des Impulses und die Repolarisation des Gewebes. Breitet
sich der durch den Herzmuskel gehende Impuls in der Nähe der Erfassungselektrode
aus, ändert
sich die Amplitude des Signals, wobei gewöhnlich ein Maximum erreicht wird,
wenn der Impuls sich in nächster
Nähe der
Erfassungselektrode ausbreitet. Der Augenblick, in dem die Änderungsrate
des Elektrogrammsignals ein Maximum erreicht, wird als lokale Aktivierungszeit bezeichnet.
Durch Vergleichen der lokalen Aktivierungszeiten mehrerer in verschiedenen
Regionen des Herzens angeordneter Erfassungselektroden, wird eine
Beziehung zwischen den Aktivierungszeiten bei normalen Herzrhythmen
hergestellt. Jeder Erfassungsort ist mit einem separaten Erfassungskanal verbunden.
Die zeitliche Folge der Aktivierungszeiten, die an den verschiedenen
Erfassungskanälen vorliegen,
bildet eine "syntaktische
Signatur" für den normalen
Herzrhythmus. Wird eine ektopische ventrikuläre Aktivierung erfasst, ändert sich
das zeitliche Verhältnis
zwischen den Aktivierungszeiten. Auf die erfassten Aktivierungszeiten
wird ein Algorithmus angewendet, um die Kammer zu bestimmen, in
welcher die ektopische ventrikuläre
Aktivierung ihren Ursprung hatte. Die Frequenz und der Kammerursprung
der ektopischen ventrikulären
Aktivierungen werden durch die Vorrichtung tabellarisiert und bei
einer Abfrage durch den Arzt an diesen berichtet.
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So
können
unterschiedliche kardiale Zustände
durch die Unterscheidungsschaltung 147 vorhergesagt werden,
und diese Informationen können
entweder von der Vorrichtung herunter geladen oder verwendet werden,
um eine therapeutische Behandlung durch den ICD 140 auszulösen, indem
eine darin enthaltene Therapieschaltung 150 aktiviert wird.
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Therapiesysteme.
Wie oben erwähnt,
kann die vorliegende Erfindung, wenn dies gewünscht ist, eine Behandlung
des diagnostizierten und prognostizierten medizinischen Zustandes
des Herzens bereitstellen. In diesem Fall wird das System zusätzlich über eine
Therapieschaltung
50 oder
150 verfügen, wie in
den
2 und
3 oben
dargestellt. Jede geeignete Therapieschaltung kann verwendet werden,
einschließlich
der in den
US-Patenten Nr. 5,282,837 von Adams,
5,433,729 von Adams,
5,014,696 von Mehra,
5,099,838 von Bardy,
5,431,683 von Bowald und
5,690,686 von Min beschriebenen,
ohne auf diese beschränkt
zu sein. Gewöhnlich
umfasst eine Therapieschaltung eine Vielzahl von Primärelektroden (zum
Beispiel, verschiedene Elektrodenpaare 16, 14, 26 und 6 (wobei sich
Elektrode 6 auf einen aktiven externen Teil des Gehäuses bezieht)),
die ausgebildet sind, um einen therapeutischen Puls an das Herz abzugeben;
eine (im ICD enthaltene) Spannungsversorgung; eine (im ICD enthaltene)
Steuerschaltung, welche wirkend mit der Spannungsversorgung, den Primärelektroden
und der Vorhersageschaltung verbunden ist, wobei die Steuerschaltung
ausgebildet ist, um bei Vorhersage künftiger Entstehung kardialer Arrhythmien
in dem Patienten einen therapeutischen Puls durch die Primärelektroden
abzugeben. Die Unterscheidungsschaltung
47 oder
147,
wie in den
2 und
3 dargestellt,
dient als Vorhersageschaltung. Vorzugsweise ist eine der Primärelektroden
für den
therapeutischen Puls so ausgebildet, dass sie durch das koronare
Sinus Ostium und innerhalb einer Vene auf der Oberfläche des
linken Ventrikels des Herzens (beispielsweise die Elektrode 26 in
1) angeordnet
werden kann.
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Die
hierin verwendeten "Mittel" wie Detektormittel
können
als verschiedene Formen von Hardware, einschließlich Schaltungen und integrierten Schaltungen,
als Software und als Kombinationen aus Hardware und Software implementiert
sein.
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Das
Vorstehende dient der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
und ist nicht zu deren Einschränkung
auszulegen. Zahlreiche zusätzliche
Merkmale können
der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden. Beispielsweise kann
der elektrophysiologische Zustand des Herzmuskels für jeden
kardialen Aktivierungszyklus (Schlag) bestimmt werden, oder er kann periodisch
bestimmt werden, wobei die Messungen nur zu ausgewählten Zeiten vorgenommen
werden, zwischen denen Zeitabschnitte liegen, zu denen keine Messungen
vorgenommen werden. Die Analysen können simultan anhand von Elektrogrammen
entnommener Merkmale erfolgen, welche sich auf die Leitung eines
Impulses beziehen, sowie anhand von Merkmalen, die sich auf die
Erholung (Repolarisation) des Herzgewebes beziehen. Sich auf die
Leitung eines Impulses beziehende Merkmale können die Breite eines lokalen Elektrogramms
sowie die absoluten Zeitdifferenzen zwischen den an räumlich voneinander
getrennten Erfassungsorten überall
im Herzen erfassten Ereignissen sein. Sich auf die Leitung beziehende
Merkmale können
Leitungsintervalle intrinsischer oder durch Schrittmachen erfolgter
Impulse sein, welche durch Berechnung der Zeitdifferenz zwischen
erfassten Ereignissen bestimmt werden, welche von im rechten Atrium,
im rechten Ventrikel und in einer Vene an der Oberfläche des
linken Ventrikels angeordneter Erfassungselektroden bezogen werden. Das
dynamische Verhalten der Leitungsintervalle kann überwacht
werden. Dementsprechend wird die Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert.
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In der Beschreibung genannte
Druckschriften
-
Diese
Auflistung von durch den Anmelder genannte Druckschriften dient
nur dem Nutzer des Lesers. Sie ist nicht Teil des europäischen Patentdokuments.
Auch wenn große
Sorgfalt bei der Zusammenstellung der Druckschriften vorherrschte,
können Fehler
oder Lücken
nicht ausgeschlossen werden und das EPA weist jegliche Verantwortung
in dieser Hinsicht ab.
-
In der Beschreibung genannte
Patentdokumente
-
- US 5282837 A ,
Adams [0004] [0050]
- US 5433729 A ,
Adams [0005] [0050]
- US 5014696 A ,
Mehra [0006] [0028] [0050]
- US 5165403 A ,
Mehra [0006]
- US 5099838 A ,
Bardy [0007] [0028] [0050]
- US 5193535 A ,
Bardy [0007] [0028]
- US 5431683 A ,
Bowald [0008] [0047]
- US 5423865 A ,
Bowald [0008] [0028]
- US 5720768 A [0009]
- US 5690686 A ,
Min [0010] [0025] [0047]
- EP 564395 A [0011]
- US 5292338 A ,
Bardy [0025]