DD155716A1 - Verfahren zum informationsaustausch mit einem implantierten herzschrittmacher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzschrittmacher unter Verwendung eines zugehoerigen,externen Programmiergeraetes. Ziel der Erfindung ist es, den technologischen Aufwand fuer Herzschrittmacher insbesondere dadurch zu senken, dass ein Informationsaustausch zwischen dem implantierten Herzschrittmacher und dem externen Programmiergeraet ohne die Verwendung gesonderter Informationstraeger wie Hochfrequenz oder Ultraschall realisiert wird. Gemaess der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren geloest, bei dem der Informationsaustausch auf der Basis der normalen Funktion des Herzschrittmachers,der Biopotentialaufnahme bzw. der Stimulationsimpulsabgabe unter gleichzeitiger Nutzung einer EKG-Steuerung erfolgt. Die Abgrenzung zwischen den Informations- und Funktionssignalen des Herzschrittmachers erfolgt einmal durch die entsprechend festgelegte Struktur der Informationssignale und zum anderen dadurch, dass die Informationssignale mit Hilfe der EKG-Steuerung vorzugsweise in das Intervall der absoluten Refraktaerphase des Herzens gelegt werden.

Description

Titel der 'Erfindung ·

Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzschrittmacher

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzschrittmacher unter Verwendung eines zugehörigen, externen Programmiergerätes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Herzschrittmacher übernehmen insbesondere In Fällen von Herzschwäche oder von Herzrhythmusstörungen die Anregung des Herzens und sorgen dafür, daß trotz Vorliegen eines normalerweise pathologischen Defektes im Bereich der natürlichen Funktionssteuerung das Herz seine lebenserhaltende Aufgabe erfüllen kann. Zur Gewährleistung dieser Funktionen wird, der Herzschrittmacher in den Körper des Schrittmacherpatienten implantiert, wobei die Funktionsdauer u. a. wesentlich von der Leistungsfähigkeit der Energiequelle bestimmt wird. Mit der Entwicklung sogenannter Langzeit-Energiequellen in Verbindung mit den Möglichkeiten, die die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Mikroelektronik, bietet, stiegen in der Herzschrittmachertechnik die Forderungen nach einem Stimulationssystem, das sich postoperativ an kardiale Veränderungen des Patienten anpassen läßt, bspw. durch Variation bestimmter Parameter (Impulsfrequenz, Impulsbreite, Amplitude usw.), mit dem Ziel^ die sogenannte physiologische Herzstimulation klinisch einzuführen. Dazu ist nebein der komplexen elektronischen Nachbildung des natürlichen Reizbildungs- und Reizleitungssystems mit Hilfe der Schrittmacherelektronik und der bereits angeführten postoperativen Veränderung bzw. Einstellung bestimmter technischer Parameter (einschließlich der Betriebsart) insbesondere eine Dialogmöglichkeit zwischen dem implantierten Herzschrittmacher und einem zugehörigen externen Programmier- oder Steuergerät erforderlich, um wiederum neben technischen Parametern

bspw. im Herzschrittmacher gespeicherte Verlaufsdaten (Reizschwellenverhalten, Inhibierungshäufigkeit, Auftreten von Tachykardien usw.) und/oder Patientendaten (Patienten-Ur«, Datum der· letzten Routinekontrolle usw«) abfragen und auf der Basis der ermittelten Werte entsprechende Entscheidungen fällen zu können.

Zur Realisierung dieser Forderungen sind Lösungen bekannt j die den erforderlichen Dialog mit dem implantierten Herzschrittmacher mit Hilfe externer Programmiergeräte gestatten, wobei zur Informationsübertragung ausschließlich zusätzliche, physikalische Verfahren (Ultraschall, Hochfrequenz) als Informationsträger verwendet werden. Diese Art der Informationsübertragung hat den Hachteil, daß sie zusätzlich, d, h., nicht Herzschrittmacherspezifische elektronische Baugruppen und Wandler erfordert, die den technologischen. Aufwand bei der Herstellung und auch den Energiebedarf des' Herzschrittmachers beim Einsatz wesentlich erhöhen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzschrittmacher unter Verwendung eines externen Programmiergerätes zu schaffen, das die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet und bei dessen Einsatz insbesondere der technologische Aufwand bei der Herstellung der Herzschrittmacher wesentlich vermindert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es-ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzechrittmacher unter Verwendung eines zugehörigen, externen Programmiergerätes zu schaffen, das einen In-

• 22 6 6 QS 4

formationsaustausch ohne die Verwendung gesonderter Informationsträger wie Hochfrequenz oder Ultraschall ge-•stattete

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst,, bei dem zum Informationsaustausch zwischen dem implantierten Herzschrittmacher und dem zugehörigen, externen Programmiergerät die normale Punktion des implantierten Herzschrittmachers der Biopotential-Aufnahme bzw. der Stimulations-Impulsabgabe ausgenutzt vard und das vorzugsweise unter EKG-Kontrolle bzw. unter !Nutzung der zugehörigen EKG-Steuerung abläuft. Dabei werden die jeweiligen Informationssignale gegen die innerhalb der Normalfunktion des Herzschrittmachers aufgenommen bzw. erzeugten Punktionssignale zunächst eindeutig aufgrund ihrer festgelegten Impulsstruktur abgegrenzt. Weiterhin werden zur Steigerung der Sicherheit die entsprechenden Impulsgruppen der Informationssignale vorzugsweise mit Hilfe der EKG-SMauerung in das Intervall der absoluten Refraktärphase des Herzens gelegt.

Zur Informationseingabe in den implantierten Herzschrittmacher werden die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte durchgeführt:

- Anbringen von EKG-Elektroden auf der Körperoberfläche des Schrittmacherpatienten;

- Aufnahme des EKG in an sich· bekannter Weise;

- EKG-gesteuerte Abgabe einer elektrischen Impulsgruppe durch das externe Programmiergerät mit einer Amplitude, die zwischen der indifferenten Elektrode (Schrittmachergehouse) und der differenten Elektrode (im Herzen)

ein Potential induziert, das den üblichen Bio-Potentialen entspricht;

- Aufnahme der Impulsgruppe durch die Schrittinacherelektronik, Signalaufbereitung und -auswertung mit Ausführung der jeweils geforderten Punktion (Parameterprogrammierung, Befehl zur !Informationsausgabe, zur Löschung von Speicherwerten usw.)·

Die Informationsausgabe wird mit den nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritten realisiert:

- Anbringen der EKG-Elektroden auf der Körperoberfläche des Schrittmacherpatienten;

- Aufnahme des EKG in an sich bekannter Weise; EKG-gesteuerte Abgabe einer elektrischen Impulsgruppe, durch den implantierten Herzschrittmacher mit einer Impulsbreite und einer Amplitude, die deutlich unterhalb der normalen Reizschwelle des Herzens liegt (bspw. 0,1 ms; 0,5 V);

- Aufnahme der Impulsgruppe über die EKG-Elektroden durch, das externe Programmiergerät mit anschließender Signalaufbereitung und Anzeige des Informationsgehaltes der übertragenen Impulsgruppe.

i 22 6 6 06 6

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll das Verfahren im folgenden näher erläutert werden.

Es sei angenommenj daß folgende Parameter programmierbar sein sollen:

- Grundfrequenz,

- Impulsbreite,

- Empfindlichkeit, ' ·'.

- Hysterese,

- av-Verzögerungo

Der Schrittmacher läßt sich weiterhin'durch eine externes Programmiergerät in den o, g„ Parametern abfragen, d. h,, die jeweils programmierten Werte werden durch das Programmiergerät angezeigte Zusätzlich zu diesen Parametern sollen noch weitere Angaben, wie z. B. Inhibierungszeit und Tachykardiehäufigkeit, die im Schrittmacher gespeichert werden, angezeigt werden.

Im Herzschrittmacher werden die verschiedenen Pärameter<werte mit elektronischen Mitteln, die im allgemeinen bekannt sind, eingestellt. Die verschiedenen Grundfrequenzwerte können z. B. bei einem Schrittmacher, der als Basis einen Generator mit hoher Frequenz hat und über entsprechende Teilerstufen auf die Grundfrequenz eingestellt wird, durch das Zu- oder Abschalten einzelner Teilerstufen eingestellt werden. Pur andere Parameter, die ebenfalls digital eingestellt werden können, wie beispielsweise Hysterese und av-Verzögerung, gibt es ähnliche Möglichkeiten, verschiedene Werte einzustellen.

Pur andere Parameter, die analogen Charakter haben oder mit analog wirkenden Mitteln realisiert werden, beispielsweise die Empfindlichkeit, können jeweils unterschiedliche Werte über bestimmte Widerstandskombinationen gebildet werden«

Im Schrittmacher sind weiterhin elektronische Mittel vorgesehen, die in der Lage sind, eine auftretende Tachykardie zu erkennenund zu beseitigen sowie Mittel, die Anzahl von Tachykardien zu zählen und zu speichern und die Inhibierungszeit zu erfassen. Durch jedes Erkennen einer Tachykardie wird im Schrittmacher ein Mechanismus ausgelöst, der die Bekämpfung der Tachyka,rdie- einleitet. Jedes Auslösen dieses Mechanismuses kann z. B₀ in einem eigens dafür vorgesehenen Zähler registriert werden. Zum Erfassen der Inhibierungszeit können die abgegebenen Stimulationsimpulse über entsprechende Teilung einem Zähler zugeführt werden. Die gespeicherte Zahl entspricht dann der relativen Stimulationszeit im Kontrollzeitraum, während die Differenz bis zum vollen Zählerstand die Inhibierungszeit darstellt. Im Herzschrittmacher sind weiterhin elektronische Mittel vorgesehen, die den Zustand der Stellglieder für die Parameter und den Zustand der Zähler für die Tachykardiehäufigkeit und die Inhibierungszeit erkennen und in ein bestimmtes Impulsmuster umwandeln können, das in Form elektrischer _f für die Stimulation ineffektiver, Impulse abgegeben wird.

Weitere elektronische Mittel dienen dem Empfang und der Decodierung von bestimmten Befehlsimpulsen, die von der Schrittmacherelektronik über die Sensing-Elektrode empfangen werden« Sie sind mit den Stellgliedern für die Parameter und mit dem Rückstelleingängen der Zähler zur Erfassung der Tachykardiehäufigkeit und der Inhibierungszeit verbunden.

Der prinzipielle Aufbau einer Impulsgruppe zum Informationsaustausch zwischen Schrittmacher und. Programmiergerät ist in Abb. 1 dargestellt. Es werden binar codierte Impulse verwendete Von einem Anfangsimpuls aus treten in bestimmten, genau festgelegten Abständen entweder Impulse auf oder nicht·

Das Auftreten von Impulsen entspricht einem Zustand, der mit H (High) bezeichnet wird, das Ausbleiben einem Zustand, der mit L (Low) bezeichnet wird. Durch die Aneinanderreihung von H- und L-Zuständen wird der Impulsgruppe eine Information aufgeprägt. Bestimmte Stellen der Impulsgruppe entsprechen jeweils bestimmten Parametern, da sowohl im Schrittmacher als auch im Programmiergerät Mittel vorgesehen sind, die die jeweilige Information immer an eine bestimmte Stelle in der Impulsgruppe setzen bzw. die Information an der bestimmten Stelle immer dem gleichen Parameter zuordnen. Die elektrischen Parameter der Impulsgruppen sind entsprechend ihrer Herkunft verschieden. Pur die Informationsübertragung vom Programmiergerät zum Herzschrittmacher werden beispielsweise Impulse mit einer Amplitude von 10 mV verwendet. Pur die Informationsübertragung vom Schrittmacher zum Programmiergerät können beispielsweise Impulse mit einer Amplitude von 0,3 V verwendet werden. Die Impulsbreite und der Abstand der Impulse untereinander betragen im ersten Falle 2 ms und im zweiten Falle 50 /us. Diese Differenzierung ist wegen der unterschiedlichen Aufnahmemittel erforderlich. Vor jeder Informationsaustauschimpulsgruppe sind in bekannter Weise Impulse vorgesehen, die für den Schrittmacher das Erkennungssignal bilden. Eine Fehlprogrammierung ist dadurch ausgeschlossen.

Die Impulsgruppen sind bezüglich ihres Informationsgehaltes prinzipiell gleich aufgebaut. Nach der Erkennungsgruppe folgt die Stelle (Bit), die den Schrittmacher veranlaßt, die in ihm gespeicherten Informationen auszugeben. Durch die nächsten 12 Bit werden die Stellglieder.programmiert bzw. sie zeigen den Zustand der Stellglieder im Programmiergerät an. '

Im einzelnen sind dies

Grundfrequenz	3	Bit,
Impulsbreite	3	Bit,
Empfindlichkeit	2	Bit,
Hysterese	2	Bit,
av-Verzögerung -	2	Bit.

Durch.die gewählte Anzahl lassen sich für die Grundfrequenz und die Impulsbreite jeweils 8 Stufen und für die übrigen Parameter jeweils 4 Stufen realisieren. Das nächste Bit dient als Löschbefehl für die Speicher der Tachykardiehäufigkeit und der Inhibierungszeit, die sich mit 3 bzw. 5 Bit anschließen. Bei der gewählten Bitzahl können eine Tachykardiehäufigkeit bis 8 gezählt und die Inhibierungszeit kumulativ mit einer Genauigkeit von ca. 3 % χ Jahr angezeigt werden.

Das Programmiergerät wird zum Informationsaustausch mit dem Schrittmacher über EKG-Elektroden mit dem Schrittmacherpatienten in herkömmlicher Weise verbunden. Entsprechend dem Verfahren werden im ersten Verfahrensschritt die im Schrittmacher gespeicherten Informationen abgefragt. Dazu wird vom Programmiergerät eine Impulsgruppe EKG-gesteuert, d. h» unmittelbar nach einer Herzaktion über die EKG-Elektroden an den Herzschrittmacher abgegeben, die einen Befehl zur Informationsabgabe an den Schrittmacher enthält. Alle übrigen Stellen sind im L-Zustand, Dieser Informationsausgabebefehl dient gleichzeitig zur Blockierung der Programmierung. Die Impulsgruppe«, ist in Abb, 2 dargestellt« lach den für den Schrittmacher als Erkennung dienenden Impulsen .folgt ein Impuls (H-Zustahd), der für den Schrittmacher der auslösende Impuls zur Abgabe einer Impulsgruppe ist, die dadurch gebildet wird, daß in entsprechender

?2 6 6 0 6 ; ίο

Reihenfolge die Stellglieder für die einzelnen Parameter und die Speicher für die Tachykardiehaufigkeit und die Inhibierungszeit abgefragt werden und ihr "binärer Zustand zur Modulation der Impulsgruppe verwendet wird. Diese Impulsgruppe ist in Abb. 3-dargestellt.

Entsprechend ihrer Punktion sind die Bits für Informationsausgabebefehl und Löschung der Speicher im L-Zustand. Die Bitmuster für die Parameter, di'e Tachykardiehaufigkeit und die Inhibierungs'zeit v/erden über die EKG-Elektroden vom Programmiergerät aufgenommen und nach der Decodierung den entsprechenden Anzeigedisplays zugeführt. Nach Auswertung der angezeigten Werte können dann im Bedarfsfall die Parameter umprogrammiert werden und die Speicher für Tachykardiehaufigkeit und Inhibierungszeit gelöscht werden. Dazu werden am Programmiergerät die gewünschten Parameterstufen und der Löschbefehl für die Speicher voreingestellt. Nach dem Inb'ereit schaft setzen des Programmiergerätes wird durch das EKG (R-Welle) die Impulsgruppe ausgelöst und über die EKG-Elektroden dem Herzschrittmacher zugeführt. Im Herzschrittmacher werden infolge der ankommenden Bitmuster die gewünschten Parameterwerte eingestellt und die Speicher für Tachykardiehaufigkeit und Inhibierungszeit gelöscht.

Claims (2)

1. Erfindungsansprüche

   1. Verfahren zum Informationsaustausch mit einem implantierten Herzschrittmacher unter Verwendung eines zugehörigen, externen Programmiergerätes, gekennzeichnet dadurch, daß zum Informationsaustausch zwischen dem implantierten Herzschrittmacher und dem externen Programmiergerät, der vorzugsweise unter EKG-Kontrolle bzw. unter Nutzung der zugehörigen EKG-Steuerung abläuft, die normale Funktion des implantierten Herzschrittmachers der Biopotentialaufnahme bzw. der Stimulationsimpulsabgabe ausgenutzt wird, wobei die jeweiligen Informationssignale gegen»die innerhalb der Normalfunktion des Herzschrittmachers aufgenommen bzw. erzeugten Punktionssignale zunächst aufgrund ihrer festgelegten Impulsstruktur abgegrenzt werden, und wobei zur weiteren Steigerung der Sicherheit die entsprechenden Impulsgruppen der Informationssignale mit Hilfe der EKG-Steuerung vorzugsv/eisä in das Intervall der absoluten Refraktarphase des Herzens gelegt werden.
2. 2. Verfahren zur Informationseingabe nach Punkt 1., gekennzeichnet durch die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte

   - Anbringen' von EKG-Elektroden auf der Körperoberfläche des Schrittmacherpatienten;

   - Aufnahme des EKG in an sich bekannter Weise;

   - EKG-gesteuerte Abgabe einer elektrischen Impulsgruppe durch das externe Programmiergerät mit einer Amplitude, die zwischen der indifferenten Elektrode (Schrittmachergehäuse) und der differenten Elektrode (im Herzen) ein Potential -induziert, das den üblichen Biopotentialen entspricht;

   2 2 6 6 QS

   - Aufnahme der Impulsgruppe durch die Schrittmacherelektronik, Signalaufbereitung und -auswertung mit Ausführung der jeweils geforderten Punktion (Parameterprogrammierung, Befehl zur Informationsausgabe, zur Löschung von Speicherwerten usw.)·

   3φ Verfahren zur Informationsausgabe nach Punkt 1., gekennzeichnet durch die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte:

   -. Anbringen der EKG-Elektroden auf der Körperoberfläche des Schrittmacherpatienten;

   - Aufnahme des EKG in an sich bekannter Weise;

   - EKG-gesteuerte Abgabe einer elektrischen Impulsgruppe durch den Herzschrittmacher mit einer Impulsbreite und einer Amplitude, die deutlich unterhalb der normalen Reizschwelle des Herzens liegt (bspw. 0,1 ms; 0,5 V);

   - Aufnahme der Impulsgruppe über die. EKG-Elektroden durch das Programmiergerät mit anschließender Signalaufbereitung und Anzeige des Informationsgehaltes der übertragene^ Impulsgruppe.

   Hierzu 1 SeKg Zelcbnungtrt