DE10120310A1 - Verfahren und System zum Stimulieren eines Herzens eines Säugetiers - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur unverzögerten Stimulation eines Säugetierherzens bereitgestellt. Das Säugetierherz umfaßt einen ersten Vorhof und einen zweiten Vorhof. Ein Anfangssignal wird empfangen. Wenigstens ein zusätzliches Signal wird empfangen. Eine Vielzahl von Intervallen entsprechen der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen wird gemessen. Ein Durchschnittsintervall wird berechnet. Eines der Vielzahl von Intervallen wird mit dem Durchschnittsintervall verglichen. Schließlich wird ein Kontraktionssignal augenblicklich an den zweiten Vorhof übertragen, wenn eine Differenz zwischen dem Durchschnittsintervall und einem der Vielzahl von Intervallen größer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, wobei ein Kontraktionssignal ohne Verzögerung an den zweiten Vorhof übertragen wird.

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Herzschrittmachersysteme und insbesondere Herzschrittmachersysteme zum Aussenden einer unmittelbaren Kontraktionsstimulation für einen Vorhof des Herzens eines Säugetiers bei der Erfassung einer vorzeitigen Vorhofkontraktion in einem zweiten Vorhof.

Hintergrund der Erfindung

Das kardiovaskuläre System versorgt verschiedene Strukturen des Körpers mit sauerstoffangereichertem Blut. Bei einem normal funktionierenden Herzen variiert der Bedarf des Körpers an sauerstoffangereichertem Blut und das Herz reagiert darauf durch Erhöhung oder Herabsetzung seiner Geschwindigkeit und Kontraktionsstärke, um diesen Bedarf zu erfüllen. Ein elektrisches Signal, das von dem Sinusknoten in der oberen rechten Vorhofwand nahe der Basis des Herzens erzeugt wird, wird durch die beiden oberen Herzkammern, d. h. den rechten und linken Vorhof, übertragen, was bewirkt, daß sie sich synchron zusammenziehen. Die Kontraktion der beiden oberen Herzkammern preßt Blut, das in den Kammern gesammelt ist, durch offene Herzklappen und in den rechten und linken Ventrikel, die beiden unteren Herzkammern. Die elektrische Vorhof-Depolarisationswelle kommt an dem Atrio-Ventrikel-(AV)-Knoten an, der oberhalb der Ventrikel liegt, und stößt an, daß eine Ventrikel- Depolarisationswelle durch das His-Bündel in das Septum zwischen dem rechten und linken Ventrikel zu der Spitze des Herzens geleitet wird. Die beiden Ventrikel ziehen sich nach einer kurzen AV-Verweilzeit nach der Sinusknoten-Depolarisation zusammen, wenn sich die Depolarisationswelle dann nach oben, nach hinten und nach vorne durch die äußere Ventrikelwand des Herzens fortsetzt. Die beiden unteren Herzkammern ziehen sich zusammen und pressen das Blut durch das Venensystem des Körpers. Die Kontraktion des rechten und linken Ventrikels geschieht dann in einer organisierten Weise, was das Leeren der Ventrikelkammern optimiert. Die synchrone elektrische Depolarisation der Atrio- und Ventrikelkammern kann elektrisch abgetastet und angezeigt werden, und die elektrische Wellenform wird gemäß getroffener Vereinbarung als "PQRST"-Komplex bezeichnet. Der PQRST-Komplex umfaßt die P- Zacke, welche der Atrio-Depolarisationswelle entspricht; die R-Zacke, welche der Ventrikel-Depolarisationswelle entspricht; und die T-Zacke, welche die Erregungsrückbildung der Herzzellen darstellt.

Verschiedene Krankheitsmechanismen können Störungen verursachen, welche das natürliche Leitungssystem des Herzens stören und die Fähigkeit des Herzens beeinträchtigen, eine adäquate Herztätigkeit für den Körper zu liefern. Bei bestimmten Krankheitsmechanismen führt der Sinusknoten nicht die Depolarisation und den Beginn der P-Zacke so schnell durch, wie es erforderlich wäre, um den Bedarf an sauerstoffangereichertem Blut zu decken, oder die Vorhöfe selbst depolarisieren spontan mit Geschwindigkeiten, die weit über der Reaktionsfähigkeit der Ventrikel liegen. In solchen Situationen können die Ventrikel kompensierend wirken, indem sie spontan von ektopischen Depolarisationsstellen depolarisieren. In anderen Fällen, in denen der Sinusknoten korrekt arbeitet, geht die 1 : 1-Synchronität der Atrio- und Ventrikeldepolarisation verloren, da der AV-Knoten nicht auf die P-Zacken reagiert oder da ein Defekt in dem His-Bündel die Leitung der Ventrikeldepolarisation stört. In diesen Fällen können sich die Ventrikel mit einer Geschwindigkeit zusammenziehen, die nicht adäquat genug ist, um eine ausreichende Herztätigkeit zu liefern.

Wenn sich entweder die Vorhöfe oder die Ventrikel zu langsam zusammenziehen, kann der Patient ein Kandidat für die Implantation eines Herzschrittmachers sein, um die Herzgeschwindigkeit durch Aussenden von Schrittmacherimpulsen an die Herzkammer, die nicht richtig arbeitet, mit einer Schrittmachergeschwindigkeit wiederherzustellen, die eine adäquate Herztätigkeit wiederherstellt. Moderne implantierbare Herzschrittmacher umfassen einen implantierbaren Impulsgenerator (IPG) und eine Leitung oder Leitungen, die sich von dem IPG zu der oder den Schrittmacher/Abtastelektrode(n) erstrecken, die bezüglich der Herzkammer angeordnet ist/sind, um die Schrittmacherimpulse zu liefern und/oder die P-Zacke oder R-Zacke abzutasten. Typischerweise werden die Leitungen durch die Venen in die bestimmte Herzkammer über die Vena cava superior und den rechten Vorhof eingeführt und die Schrittmacher- /Abtastelektroden werden durch einen Befestigungsmechanismus an dem entfernt liegenden Ende der Leitung mit dem Herzgewebe in Kontakt gehalten. Die Leitungen können jedoch auch subkutan zwischen dem IPG und dem äußeren Bereich oder dem Herzen angeordnet werden, und die Schrittmacher-/Abtastelektroden können an dem viszeralen Perikardialblatt an den gewünschten Stellen befestigt werden. Außerdem werden endokardiale Koronarsinusleitungen durch den rechten Vorhof in den Koronarsinus und die große Vene eingeführt, um die Schrittmacher-/Abtastelektroden in der Nähe des linken Vorhofs oder des linken Ventrikels anzuordnen.

Ein Einkammer-Belastungsschrittmacher kann in den Patienten implantiert werden, um Schrittmacherimpulse an eine einzelne obere oder untere Herzkammer, typischerweise den rechten Vorhof oder den rechten Ventrikel, in Reaktion auf eine Herzverlangsamung derselben Kammer auszusenden. Bei einem Vorhof- Belastungsschrittmacher, der in einem AAI-Schrittmachermodus arbeitet, wird ein Atrio- Schrittmacherimpuls von dem IPG an die Atrio-Schrittmacher-/Abtastelektroden ausgesandt, wenn keine P-Zacke von einem Atrio-Abtastverstärker, der an die Atrio- Schrittmacher-/Abtastelektroden angeschlossen ist, innerhalb eines von einem Atrio- Ausstiegsintervallzeitgeber bestimmten Atrio-Ausstiegsintervalls (A-A-Intervall) erfaßt wird. Bei einem Ventrikel-Belastungsschrittmacher, der in einem VVI- Schrittmachermodus arbeitet, wird ein Ventrikel-Schrittmacherimpuls an die Ventrikel- Schrittmacher-/Abtastelektroden ausgesandt, wenn keine R-Zacke von einem Ventrikel- Abtastverstärker, der an die Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden angeschlossen ist, innerhalb eines von einem Ventrikel-Ausstiegsintervallzeitgeber bestimmten Ventrikel-Ausstiegsintervalls (V-V-Intervall) erfaßt wird.

Zusätzlich kann ein Zweikammer-Belastungsschrittmacher in den Patienten implantiert werden, um Schrittmacherimpulse, falls erforderlich, an eine obere Herzkammer und eine untere Herzkammer, typischerweise der rechte Vorhofund der rechte Ventrikel, auszusenden. Bei einem Zweikammer-Belastungsschrittmacher, der in einem DDD- Schrittmachermodus arbeitet, wird sowohl dem AAI- als auch dem VVI-Modus unter den oben definierten Bedingungen gefolgt. Ein Ventrikel-Schrittmacherimpuls wird an die Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden ausgesandt, wenn keine R-Zacke von dem Ventrikel-Abtastverstärker, der daran angeschlossen ist, innerhalb eines AV- Zeitintervalls abgetastet wird, das von dem Abtasten einer P-Zacke durch den Atrio- Abtastverstärker bestimmt ist.

Über die Jahre ist vorgeschlagen worden, daß verschiedene Leitungsstörungen einschließlich der Herzverlangsamung und der Tachykardie der Herzkammer von einer Stimulation profitieren könnten, die an mehrfachen in oder auf ihr angeordneten Elektrodenstellen synchron mit einer Depolarisation ausgesandt wird, welche an wenigstens einer der Elektrodenstellen abgetastet wurde. Zusätzlich ist vorgeschlagen worden, das Schrittmachen einzusetzen, um Leitungsdefekte und Stauungs- Herzinsuffizienz auszugleichen, bei welcher Depolarisationen, die natürlich in einer oberen oder unteren Kammer auftreten, nicht schnell genug zu der anderen oberen oder unteren Herzkammer geleitet werden. In solchen Fällen ziehen sich die rechte und linke Herzkammer nicht in einer optimalen Synchronität miteinander zusammen, und die Herztätigkeit leidet aufgrund dieser unausgeglichenen Zeiteinteilung. In anderen Fällen treten spontane Depolarisationen des linken Vorhofs oder des linken Ventrikels an verlagerten Stellen in diesen linken Herzkammern auf, und die natürliche Aktivierungssequenz wird stark gestört. In solchen Fällen verschlechtert sich die Herzleistung, da die Kontraktionen der rechten und linken Herzkammern nicht ausreichend synchronisiert sind, um Blut daraus zu pumpen.

Bei Patienten, die an einer kongestiven Herzinsuffizienz leiden, erweitert sich das Herz und die Leitungs- und Depolarisationsabfolgen der Herzkammern können an intraaurikulären Leitungsdefekten (Intra-Atrial Conduction Defects = IACD), Linksbündel-Leitungsblockierung (Left Bundle Branch Block = LBBB), Rechtsbündel- Leitungsblockierung (Right Bundle Branch Block = RBBB) und intraventrikulären Leitungsdefekten (Intra Ventricular Conduction Defetcs = IVCD) leiden. Ein- und Zweikammerschrittmachen des rechten Vorhofs und/oder des rechten Ventrikels kann in solchen Fällen kontraproduktiv sein, abhängig von dem defekten Leitungsweg und der Anordnung der Schrittmacher-/Abtastelektroden.

Eine Zahl von Vorschlägen ist vorgebracht worden, um Schrittmachertherapien zu liefern, die diese Zustände beseitigen und eine synchrone Depolarisation der rechten und linken, oberen und unteren Herzkammern wiederherstellen. Die Vorschläge, die in den U.S.-Patent-Nrn. 3,937,266, 4,088,140, 4,548,203, 4,458,677 und 4,332,259 dargelegt sind, sind in den U.S.-Patent-Nrn. 4,928,688 und 5,674,259 zusammengefaßt, die hier alle durch Bezugnahme mit eingefügt werden. Die Vorteile, ein Abtasten an Schrittmacher-/Abtastelektroden vorzusehen, die sowohl in den rechten als auch in den linken Herzkammern angeordnet sind, sind in den Patenten 4,928,688 und 5,674,259, sowie in den U.S.-Patent-Nrn. 4,354,497, 5,174,289, 5,267,560, 5,514,161, 5,584,867 dargelegt, die hier auch alle durch Bezugnahme mit eingefügt werden. Typischerweise wird der rechte Vorhof nach dem Auslaufen eines A-A- Ausstiegsintervalls mit Schrittmacherimpulsen versorgt, und der linke Vorhof wird gleichzeitig mit Schrittmacherimpulsen versorgt oder synchron nach einer kurzen Verzögerungszeit mit Schrittmacherimpulsen versorgt. Ähnlich wird der rechte Ventrikel nach dem Auslaufen eines V-V-Ausstiegsintervalls mit Schrittmacherimpulsen versorgt, und der linke Ventrikel wird gleichzeitig mit Schrittmacherimpulsen versorgt oder synchron nach einer kurzen Verzögerungszeit mit Schrittmacherimpulsen versorgt. Einige dieser Patente schlagen begrenzte Formen des DDD-Schrittmachens vor, welche "Zwei-Ventrikel"- oder "Zwei-Atrio"-Belastungs- oder getriggerte Schrittmacherfunktionen aufweisen. In allen Fällen stößt ein am Ende des Ausstiegsintervalls oder der AV-Verzögerung ausgesandter Schrittmacherimpuls (ein "schrittgemachter Vorfall") das gleichzeitige oder leicht verzögerte Aussenden des Schrittmacherimpulses an die andere Herzkammer an. Sie schlagen kein Schrittmachen einer rechten oder linken Herzkammer am Ende des Ausstiegsintervalls oder der AV- Verzögerung und dann das Verhindern des Schrittmachens in der anderen der rechten oder linken Herzkammer vor, wenn eine geleitete Depolarisation in dieser anderen Herzkammer innerhalb einer mit der Anordnung der Schrittmacher-/Abtastelektroden verbundenen physiologischen Zeit erfaßt wird.

In dem Patent Nr. 5,674,259 wird eine kombinierte epikardiale IPG- und Elektrodenanordnung vorgeschlagen, um in den Bereich der Herzspitze zu passen und eine VVI-Schrittmacherfunktion zu liefern, die für eine im wesentlichen gleichzeitige Depolarisation der beiden Ventrikel durch ausgewählte Elektroden der Schrittmacher- /Abtastelektroden nach Ablauf eines V-V-Ausstiegsintervails sorgt. Es ist nicht klar, was passiert, wenn eine R-Zacke an einer der linken oder rechten Ventrikel-Schrittmacher- /Abtastelektroden in dem V-V-Ausstiegsintervall abgetastet wird.

In dem Patent Nr. 4,928,688 sind Zwei- oder Dreikammer-Schrittmachersysteme dargelegt, bei welchen ein programmierbares Synchronisierungs-Zeitfenster von ungefähr 5-10 Msek. Dauer beim Abtasten einer R-Zacke oder einer P-Zacke an den Schrittmacher-/Abtastelektroden in einem der Ventrikel oder Vorhöfe vor jeweils dem Auslaufen eines V-V- oder eines A-A-Ausstiegsintervalls gestartet wird. Das Aussenden des Schrittmacherimpulses in den anderen Vorhofoder Ventrikel wird verhindert, wenn eine P-Zacke oder eine R-Zacke an der Steile der Schrittmacher-/Abtastelektrode in dieser Kammer innerhalb des Synchronisierungs-Zeitfensters in den Atrio- oder Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden abgetastet wird, wenn das V-V- Ausstiegsintervall ausläuft, ohne eine P-Zacke oder eine R-Zacke an jeder Schrittmacher-/Abtastelektrodenstelle abzutasten. In einer DDD- Schrittmacheranordnung sind eine Atrio-Schrittmacher-/Abtastelektrode, ein Abtastverstärker und eine Schrittmacherausgabe-Schaltung und ein Paar Ventrikel- Schrittmacher-/Abtastelektroden, Abtastverstärker und Schrittmacherausgabe- Schaltungen vorgesehen. Der AV-Verzögerungszeitgeber wird gestartet, wenn eine P- Zacke abgetastet wird, und Ventrikel-Schrittmacherimpulse werden vorzugsweise gleichzeitig an die beiden Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden ausgesandt, wenn keiner der Ventrikel-Abtastverstärker eine R-Zacke abtastet, bevor die AV-Verzögerung ausläuft.

Ein Doppel-Atrio-Dreikammer-Schrittmachersystem ist in den Patenten Nr. 5,514,161 und 5,584,867 beschrieben. Solch ein System wird benutzt, um eine funktionsgestörte Atrioleitung unter Verwendung eines programmierbaren DDD-Schrittmachers zu behandeln, um beide Vorhöfe gleichzeitig mit Schrittmacherimpulsen zu versorgen, wenn ein abgetasteter Atriovorfall entweder aus der Kammer oder bei Ablauf eines V-A- Ausstiegsintervalls erfaßt wird. Der IGP umfaßt Atrio-Abtastverstärker, die an die Atrio- Schrittmacher-/Abtastelektroden angeschlossen sind, welche bezüglich der Elektrodenstellen in oder angrenzend an den rechten und linken Vorhofangeordnet sind, und einen Ventrikel-Abtastverstärker, der an die in oder auf dem rechten Ventrikel angeordneten Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden angeschlossen ist. In dem Patent Nr. 5,514,161 werden Ventrikel-Schrittmacherimpulse an die Ventrikel- Schrittmacher-/Abtastelektroden am Ende einer AV-Verzögerung ausgesandt, die zeitlich von den Atrio-Schrittmachervorfällen bestimmt ist, außer wenn die abgetastete Atrio-Geschwindigkeit eine Geschwindigkeitsgrenze überschreitet. In dem Patent Nr. 5,584,867 wird ein Rücklaufmodus begonnen, um die Ventrikel- Schrittmachergeschwindigkeit zu begrenzen, wenn die abgetastete P-Zacke als "frühzeitig" eingestuft wird. Klinische Erfahrungen mit dem Einsatz von Doppel-Atrio- Dreikammer-Schrittmachersystemen sind in den Abhandlungen von Daubert u. a. einschließlich "Permanent Dual Atrium Pacing in Major Intratrial Conduction Blocks: A Four Years Experience" erschienen in PACE (Bd. 16, Teil II, NASPE Abstract 141, S. 885, April 1993) nachzulesen. In diesen Systemen werden Atrio-Schrittmacherimpulse gleichzeitig in einem getriggerten Modus an beide Vorhöfe ausgesandt, was eine Verschwendung der elektrischen Energie bedeutet und dazu führt, daß keine physiologische Verzögerung zwischen den hervorgerufenen Depolarisationen der Vorhöfe eingehalten wird.

Über weitere klinische Erfahrungen mit Zwei-, Drei- und Vierherzkammerschrittmachern wird auch von Daubert u. a. in "Permanent Left Ventricular Pacing With Transvenous Leads Inserted Into the Coronary Veins", erschienen in PACE (Bd. 21, Teil II, S. 239-245, Januar 1998) berichtet. Im Zusammenhang mit den beiden Herzkammern wird ein Verfahren zur Implantation von konventionellen DDDR-IPGs dargelegt, wobei die Atrio- Schrittmacher-/Abtastanschlüsse an eine linke Ventrikelleitung angeschlossen sind, deren Schrittmacher-/Abtastelektroden in Verbindung mit dem linken Ventrikel angeordnet sind. Die Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastanschlüsse sind an rechte Ventrikelleitungen angeschlossen, deren Schrittmacher-/Abtastelektroden in Verbindung mit dem rechten Ventrikel angeordnet sind. Der IPG ist so programmiert, daß er in dem VVIR-Modus mit kurzen AV-Verzögerungen, z. B. 30 Millisekunden, arbeitet, um das Aussenden eines Schrittmacherimpulses an den rechten Ventrikel zu timen, wenn am Ende des programmierten V-A-Ausstiegsintervalls eine R-Zacke zuerst in dem linken Ventrikel abgetastet oder ein Schrittmacherimpuls an den linken Ventrikel ausgesandt wurde. In diesem Zwei-Ventrikel-Schrittmachersystem werden Ventrikel- Schrittmacherimpulse nicht in einem getriggerten Modus an beide Ventrikel ausgesandt, sondern nur die Leitungsverzögerung von dem linken Ventrikel zu dem rechten Ventrikel kann programmiert werden.

Es wird auch die Verwendung eines Doppel-Ventrikel-Dreikammer- Schrittmachersystems in dem oben genannten Artikel unter Verwendung von DDDR- IPGs dargelegt, wobei die Atrio-Anschlüsse an die Atrio-Schrittmacherleitung angeschlossen und die Ventrikel-Anschlüsse durch einen Adapter an zwei Ventrikel- Schrittmacherleitungen angeschlossen sind. Die Schrittmacher-/Abtastelektroden der Atrio-Schrittmacherleitung sind offensichtlich in Verbindung mit dem rechten Vorhof implantiert und die Schrittmacher-/Abtastelektroden der Ventrikel- Schrittmacherleitungen sind in Verbindung mit dem rechten und linken Ventrikel implantiert. Der DDDR-IPG ist in dem DDDR-Modus programmiert, um ein gleichzeitiges Schrittmachen des rechten und linken Ventrikels am Ende einer A-V- Verzögerung zu liefern, welche von einem Atrio-Schrittmachervorfall bei Ablauf des V- A-Schrittmacher-Ausstiegsintervalls oder einem abgetasteten Atrio-Vorfall, der während des V-A-Ausstiegsintervalls auftritt, zeitlich bestimmt ist. In diesem System ist das gleichzeitige Aussenden von Ventrikel-Schrittmacherimpulsen an beide Ventrikel eine Verschwendung der elektrischen Energie und führt dazu, daß keine physiologische Verzögerung zwischen den hervorgerufenen Depolarisationen der Ventrikel eingehalten wird.

Ein Vierkammer-DDD-Schrittmachersystem, welches ein Schrittmachen und Abtasten der rechten und linken Kammer liefert, ist in dem oben erwähnten Artikel und in einem Artikel von Cazeau u. a. mit dem Titel "Four Chamber Pacing in Dilated Cardiomyopathy", erschienen in PACE (Bd. 17, Teil II, S. 1974-1979, November 1994) beschrieben. In diesem und anderen Vierkammersystemen sind rechte und linke Atrioleitungen "in Reihe" durch einen verzweigten zweipoligen Adapter an Atrio- Schrittmacher-/Abtast-Anschlußblockanschlüsse angeschlossen und rechte und linke Ventrikelleitungen sind "in Reihe" durch einen verzweigten zweipoligen Adapter an Ventrikel-Schrittmacher-/Abtast-Anschlußblockanschlüsse angeschlossen. Die rechte Atrio- und rechte Ventrikelleitung sind an die Kathodenanschlüsse angeschlossen, während die linke Atrio- und linke Ventrikelleitung an die Anodenanschlüsse jedes zweipoligen verzweigten Adapters angeschlossen sind. Der IPG ist in dem DDD-Modus und in einem zweipoligen Schrittmachermodus mit einer gemeinsamen AV- Verzögerung programmiert, welche durch das Aussenden von Atrio- Schrittmacherimpulsen verbunden ist. Der früheste abgetastete rechte oder linke Atrio- Vorfall (d. h. die P-Zacke) innerhalb eines V-A-Ausstiegsintervalls oder das Ablaufen des V-A-Ausstiegsintervalls bewirkt das Aussenden von Atrio-Schrittmacherimpulsen an beide Schrittmacher-/Abtastelektroden in beiden Atriokammern durch die in Reihe angeschlossenen rechten und linken Atrioleitungen. Es wird deutlich, daß das Abtasten "in Reihe" entweder einer rechten oder linken Ventrikel-R-Zacke über die rechte und linke Schrittmacher-/Abtastelektrode während der AV-Verzögerung die AV-Verzögerung beendet und das Aussenden von Ventrikel-Schrittmacherimpulsen durch das rechte und linke Schrittmacher-/Abtastelektrodenpaar anstößt. In diesem Schrittmachersystem werden sowohl Atrio- als auch Ventrikel-Schrittmacherimpulse an beide Vorhöfe und beide Ventrikel jeweils beim Abtasten der P-Zacke und beim Abtasten der R-Zacke ausgesandt, was eine Verschwendung der elektrischen Energie bedeutet. Außerdem ist die resultierende gleichzeitige Depolarisation des rechten und linken Vorhofs oder des rechten und linken Ventrikels in vielen Fällen physiologisch nicht günstig.

Bei diesen Lösungen sind die Atrio- und/oder Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektroden an einer Vielzahl von Stellen und auf viele Weisen bezüglich des rechten und linken Vorhofs und/oder des rechten und linken Ventrikels angeordnet. In dem Patent Nr. 4,928,688 ist eine Ventrikel-Schrittmacher-/Abtastelektrode an dem entfernt liegenden Ende einer endokardialen Leitung angeordnet, die tief in die sich von dem Koronarsinus erstreckende große Vene eingeführt ist, um sie angrenzend an den linken Ventrikel anzuordnen. Es ist auch bekannt, daß die Schrittmacher-/Abtastelektrode einer endokardialen Leitung näher an dem Eingang zum Koronarsinus und angrenzend an den linken Vorhof angeordnet werden kann. Solch ein Vorschlag ist in dem oben erwähnten Artikel von Cazeau u. a. und in einer Abhandlung von Daubert u. a. "Renewal of Permanent Left Atrial Pacing via the Coronary Sinus", erschienen in PACE (Bd. 15, Teil II, NASPE Abstract 255, S. 572, April 1992) gezeigt, die hier auch durch Bezugnahme mit eingefügt wird. Epikardiale Einschraub-Schrittmacher- /Abtastelektroden können auch epikardial auf dem rechten und linken Ventrikel angeordnet werden, da die Myokardwände dick genug sind, um während des Vorgangs nicht durchbohrt zu werden, wie es auch in dem oben erwähnten Artikel von Cazeau gezeigt ist. Zusätzlich wird in dem oben erwähnten Patent Nr. 5,674,259 ein Zwei- Ventrikel-Schrittmacher vorgeschlagen, welcher eine Anordnung der Ventrikel- Schrittmacher-/Abtastelektroden aufweist, die in die Spitze des Herzens paßt, um eine Vielzahl von nutzbaren epikardialen Schrittmacher- und/oder Abtastelektrodenstellen um den Bereich der Herzspitze herum zu schaffen.

Zusätzlich schlägt die Abhandlung "Coronary Sinus Pacing Prevents Induction of Atrial Fibrillation" von Papageorgiou u. a. ein gleichzeitiges Schrittmachen des hohen rechten Atriums und des Koronarsinus vor, um die Induktion eines Vorhofflimmerns zu verhindern. Dies bedeutet, daß Papageorgiou vorschlägt, daß ein entferntes Koronarsinusschrittmachen den Hang zu einem extra Stimulus des hohen rechten Vorhofs, der ein Vorhofflimmern induziert, unterdrückt, indem ihre Frühzeitigkeit an dem hinteren Kochdreieck begrenzt wird, während das Auftreten einer lokalen Leitungsverzögerung und eines lokalen Wiedereinstiegs nicht zugelassen wird.

Außerdem legen Struble u. a. in "Multiple Channel, Sequential, Cardiac Pacing Systems" eine Erfindung dar, die darauf abzielt, symmetrisch arbeitende linke und rechte Herzkammer-Schrittmachersysteme bereitzustellen. Die bei Struble beschriebenen Schrittmachersysteme lösen die oben dargelegten und beschriebenen Probleme und Einschränkungen und liefern einen großen Teil Flexibilität bei dem Zuschneiden der eingesetzten Schrittmachertherapie auf die Bedürfnisse des Herzens des einzelnen Patienten.

Schließlich ermöglicht eine Vitatron-Vorrichtung in der Diva Funktions- Produktbeschreibung bezüglich synchroner PVC-Vorhofstimulation (PVC = Kammerextrasystole) ein synchrones Schrittmachen für PVC. Dies bedeutet, daß wenn der Modus des Schrittmachersystems auf "Ein" programmiert ist, die Vorrichtung für das synchrone PVC-Atrio-Schrittmachen den Vorhof des Patientenherzens innerhalb von 20 Millisekunden mit Schrittmacherimpulsen versorgt, nachdem ein einziger PVC-Vorfall aufgezeichnet wurde. Außerdem wird keine Atrio-Schrittmacherfunktion von dem Schrittmachersystem innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes von dem letzten Vorfall an eingesetzt, und die Funktion des synchronen PVC-Atrio-Schrittmachens ist auf die erste PVC in einer Reihe von PVCs beschränkt.

Wie oben dargelegt, sind die sachdienlichsten früheren Patente in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet:

Tabelle 1

Patente des Standes der Technik

Alle in der oben stehenden Tabelle 1 aufgelisteten Patente werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit einbezogen. Wie die Fachleute leicht beim Lesen der Zusammenfassung der Erfindung, der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungen und der unten dargelegten Ansprüche erkennen werden, können viele der in den Patenten der Tabelle 1 aufgelisteten Vorrichtungen und Verfahren vorteilhaft unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren und System zu liefern für die unverzögerte Stimulation der Kontraktion eines Vorhofs eines Säugetierherzens. Solch ein System der vorliegenden Erfindung löst die Probleme, Nachteile und Einschränkungen des oben beschriebenen Standes der Technik und liefert eine wirksamere und genauere Vorrichtung für die unverzögerte Stimulation der Kontraktion des linken Vorhofs eines Säugetierherzens.

Die vorliegende Erfindung weist bestimmte Ziele auf. Dies bedeutet, daß verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung Lösungen für ein oder mehrere im Stand der Technik bestehende Probleme bezüglich der unverzögerten Stimulation der Kontraktion eines Vorhofs eines Säugetierherzens liefern. Diese Probleme umfassen, ohne Begrenzung: eine Zeitverzögerung zwischen dem Aufzeichnen einer frühzeitigen Vorhofkontraktion in einem ersten Vorhof und der Stimulation in einem zweiten Vorhof, das Aufzeichnen einer frühzeitigen Vorhofkontraktion in dem rechten Vorhof und die Stimulation des linken Vorhofs bei der oben erwähnten Aufzeichnung.

Im Vergleich zu bekannten Techniken für die Stimulation der Kontraktion eines Vorhofs eines Säugetierherzens, bieten verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere der nachfolgenden Vorteile: die unverzögerte Stimulation eines zweiten Vorhofs eines Säugetierherzens, das Aufzeichnen einer frühzeitigen Vorhofkontraktion in dem rechten Vorhof und die Stimulation des linken Vorhofs bei der oben erwähnten Aufzeichnung.

Einige der Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfassen eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: eine implantierbare medizinische Vorrichtung, welche wenigstens eine Abtastleitung, wenigstens eine Schrittmacherleitung, einen Mikroprozessor und einen Eingabe-/Ausgabeschaltkreis einschließlich einer digitalen Regler-/Zeitgeber-Schaltung, einen Ausgabeverstärker, einen Abtastverstärker, eine Spitzenabtast- und Schwellenwertmeßvorrichtung, einen Komparator und einen Elektrogrammverstärker umfaßt.

Außerdem wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Ausführung bereitgestellt, welche ein Verfahren und System für die Stimulation eines Säugetierherzens liefert. Diese Ausführung sieht einen Prozessor vor, der innerhalb einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung angeordnet ist, und der die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Schlägen eines Säugetierherzens überwacht. Der Prozessor mißt dann die Intervallzeiten und berechnet außerdem eine durchschnittliche Intervallzeit. Wenn eine der Intervallzeiten wesentlich kürzer als die durchschnittliche Intervallzeit ist, klassifiziert der Prozessor das bestimmte Intervall so, daß es eine frühzeitige Vorhofkontraktion aufweist. Wenn eine frühzeitige Vorhofkontraktion erfaßt wird, übermittelt der Prozessor ein Signal an den linken Vorhof, welches den linken Vorhof anweist sich zusammenzuziehen. Als Folge zieht sich der linke Vorhof unmittelbar nach der Erfassung der frühzeitigen Vorhofkontraktion zusammen, wodurch der Beginn einer Vorhof-Tachyarhythmie verhindert und vermieden wird.

Daher ermöglicht der Algorithmus der vorliegenden Erfindung, daß die implantierbare medizinische Vorrichtung die Stimulation des rechten Vorhofs in Reaktion auf eine von der Elektrode in dem Koronarsinus abgetastete spontane Aktivität auslöst. Auf diese Weise ist es möglich, den rechten und linken Vorhof in Reaktion auf irgendeine spontane Aktivität, die abgetastet wird, zu synchronisieren. Als Folge kann dieser Schrittmachermodus daher den Beginn einer Vorhof-Tachyarhythmie verhindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben genannten und weitere Gegenstände, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden leichter aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungen hervorgehen, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet werden, in denen gleiche Bezugszahlen identische Strukturen durch alle Ansichten hindurch bezeichnen, und in welchen:

Abb. 1 eine schematische Ansicht einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Abb. 2 eine andere Ansicht der implantierbaren medizinischen Vorrichtung aus Abb. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Abb. 3 ein Blockdiagramm zeigt, welches die Komponenten der implantierbaren medizinischen Vorrichtung aus Abb. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;

Abb. 4 eine andere Ausführung der implantierbaren medizinischen Vorrichtung aus Abb. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert;

Abb. 5 ein Blockdiagramm der Ausführung aus Abb. 4 gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert; und

Abb. 6 ein Fließbild eines Verfahrens für die Stimulation eines Säugetierherzens gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.

Detaillierte Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungen

Abb. 1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht einer Ausführung einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung ("IMD") 10 der vorliegenden Erfindung. Die in Abb. 1 gezeigte IMD 10 ist ein Schrittmacher mit wenigstens einer Schrittmacher- und Abtastleitung 16 und 18, die an der hermetisch abgedichteten Kapsel 14 befestigt und nahe des Herzens 8 eines Menschen oder Säugetiers implantiert sind. Die Schrittmacher- und Abtastleitungen 16 und 18 tasten elektrische Signale ab, die zur Depolarisation und Erregungsrückbildung des Herzens 8 beitragen, und liefern ferner Schrittmacherimpulse, um die Depolarisation des Herzgewebes in der Nähe ihrer entfernt liegenden Enden zu bewirken. Die Leitungen 16 und 18 können einpolige oder zweipolige Elektroden darauf angeordnet aufweisen, wie es in der Technik gut bekannt ist. Beispiele für IMD 10 umfassen implantierbare Herzschrittmacher, die in dem U.S.-Patent Nr. 5,158,078 von Bennett u. a., dem U.S.- Patent Nr. 5,312,453 von Shelton u. a., oder dem U.S.-Patent Nr. 5,144,949 von Olson dargelegt sind, welche hiermit unter Bezugnahme jeweils in ihrer Gesamtheit hierin eingefügt werden.

Abb. 2 zeigt das Anschlußmodul 12 und die hermetisch abgeschlossene Kapsel 14 der IMD 10, die innerhalb oder nahe des Herzens 8 eines Menschen oder Säugetiers angeordnet ist. Atrio- und Ventrikelschrittmacherleitungen 16 und 18 erstrecken sich von dem Anschlußverteilermodul 12 zu jeweils dem rechten Vorhof und der rechten Herzkammer des Herzens 8. Vorhofelektroden 20 und 21, die an dem entfernt liegenden Ende der Vorhofschrittmacherleitung 16 angeordnet sind, sind in dem rechten Vorhof angeordnet. Ventrikelelektroden 28 und 29 an dem entfernt liegenden Ende der Ventrikelschrittmacherleitung 18 sind in dem rechten Ventrikel angeordnet.

Abb. 3 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Hauptbestandteile der IMD 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei die IMD 10 ein Schrittmacher mit einer auf einem Mikroprozessor basierenden Struktur ist. IMD 10 ist so dargestellt, daß sie einen Aktivitätssensor oder einen Beschleunigungsmesser 11 umfaßt, der vorzugsweise ein piezokeramischer Beschleunigungsmesser ist, welcher mit einem innerhalb der Kapsel 14 angeordneten Hybridschaltkreis verbunden ist. Der Aktivitätssensor 11 liefert typischerweise (obwohl nicht unbedingt) eine Sensorausgabe, welche abhängig von einem gemessenen Parameter bezüglich der Stoffwechselanforderungen eines Patienten variiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die IMD 10 in Abb. 3 nur mit der daran angeschlossenen Leitung 18 gezeigt; ähnliche Schaltkreise und Anschlüsse, die nicht ausdrücklich in Abb. 3 gezeigt sind, gelten für Leitung 16.

IMD 10 in Abb. 3 ist am bevorzugtesten mittels einer externen Programmiereinheit (nicht in den Abbildungen gezeigt) programmierbar. Ein solcher Programmierer ist der im Handel erhältliche Medtronic-Programmierer Modell 9790, der auf einem Mikroprozessor basiert und eine Reihe von codierten Signalen an die IMD 10 liefert, und zwar typischerweise durch einen Programmierkopf, der mit Radiofrequenz (RF) codierte Signale an die IMD 10 überträgt oder telemetrisch übermittelt. Solch ein Telemetriesystem ist in dem U.S.-Patent Nr. 5,312,453 von Wyborny u. a. beschrieben, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit einbezogen wird. Die Programmiermethodenlehre, die in dem Patent Nr. 5,312,453 von Wyborny u. a. dargelegt ist, wird hier nur zu illustrativen Zwecken identifiziert. Aus einer Anzahl von geeigneten Programmier- und Telemetriemethodenlehren, die in der Technik bekannt sind, kann irgendeine verwendet werden, solange die gewünschten Informationen an und von dem Schrittmacher übermittelt werden.

Wie in Abb. 3 gezeigt, ist Leitung 18 durch den Eingabekondensator 52 an den Knoten 50 in der IMD 10 angeschlossen. Der Aktivitätssensor oder Beschleunigungsmesser 11 ist am bevorzugtesten an einen Hybridschaltkreis angeschlossen, der innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Kapsel 14 der IMD 10 angeordnet ist. Das von dem Aktivitätssensor 11 gelieferte Ausgabesignal ist an den Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis 54 angeschlossen. Der Eingabe/Ausgabe-Schaltkreis 54 umfaßt analoge Schaltungen zur Schnittstellenbildung mit dem Herzen 8, dem Aktivitätssensor 11, der Antenne 56 und Schaltungen zum Aussenden von Stimulationsimpulsen an das Herz 8. Die Herzgeschwindigkeit 8 wird von Software- implementierten Algorithmen gesteuert, die in dem Mikrocomputerschaltkreis 58 gespeichert sind.

Der Mikrocomputerschaltkreis 58 umfaßt vorzugsweise eine bordinterne Schaltung 60 und eine bordexterne Schaltung 62. Der Schaltkreis 58 kann einem Mikrocomputerschaltkreis entsprechen, der in dem U.S.-Patent Nr. 5,312,453 von Shelton u. a. dargelegt ist, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird. Die bordinterne Schaltung 60 umfaßt vorzugsweise den Mikroprozessor 64, die Systemtaktgeberschaltung 66 und den bordinternen RAM 68 und ROM 70. Die bordexterne Schaltung 62 umfaßt vorzugsweise eine RAM/ROM-Einheit. Die bordinterne Schaltung 60 und die bordexterne Schaltung 62 sind jeweils durch den Datenübertragungsbus 72 mit einer digitalen Regler/Zeitgeber-Schaltung 74 verbunden. Der Mikrocomputerschaltkreis 58 kann eine gewöhnliche integrierte Schaltkreisvorrichtung sein, die mit Standard-RAM/ROM-Komponenten aufgerüstet worden ist.

In Abb. 3 gezeigte elektrische Komponenten werden von einer geeigneten implantierbaren Batteriestromquelle 76 in Übereinstimmung mit der in der Technik üblichen Praxis mit Strom versorgt. Aus Klarheitsgründen ist die Verbindung der Batteriestromquelle mit den verschiedenen Komponenten der IMD 10 in den Abbildungen nicht gezeigt. Die Antenne 56 ist an den Eingabe/Ausgabeschaltkreis 54 angeschlossen, um eine Uplink/Downlink-Telemetrie durch einen RF-Transmitter und eine Telemetrieempfängereinheit 78 zu ermöglichen. Beispielhaft kann die Telemetrieeinheit 78 derjenigen entsprechen, die in dem U.S.-Patent Nr. 4,566,063 von Thompson u. a. dargelegt ist, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird, oder derjenigen, die in dem oben erwähnten Patent Nr. 5,312,453 von Wyborny u. a. dargelegt ist. Allgemein wird bevorzugt, daß das bestimmte, ausgewählte Programmier- und Telemetrieschema die Eingabe und Speicherung von Reaktionsparametern auf die Herzgeschwindigkeit ermöglicht. Die speziellen Ausführungen der Antenne 56, des Eingabe/Ausgabeschaltkreises 54 und der Telemetrieeinheit 78, die hier dargestellt sind, sind nur zu illustrativen Zwecken gezeigt, und sind nicht dazu bestimmt, den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.

Unter weiterer Bezugnahme auf Abb. 3, erzeugt die V_REF- und Vorspannungsschaltung 82 bevorzugt stabile Spannungsreferenz- und Vorspannungsströme für analoge Schaltungen, die in dem Eingabe/Ausgabeschaltkreis 54 enthalten sind. Die Analog/Digital-Umwandler- (ADC) und Multiplexereinheit 84 digitalisiert analoge Signale und Spannungen, um interkardiale Signale mit "Realzeit"- Telemetrie und Austauschfunktionen bei Batterieleerzustand (EOL) bereitzustellen. Betriebsbefehle zum Steuern der Zeiteinstellung der IMD 10 sind über den Datenbus 72 mit der digitalen Regler/Zeitgeber-Schaltung 74 verbunden, wobei digitale Zeitgeber und Zählwerke das Gesamtausstiegsintervall der IMD 10 sowie verschiedene refraktorische, Überlagerungs- und andere Zeitgeberfenster erstellen, um den Betrieb der innerhalb des Eingabe/Ausgabeschaltkreises 54 angeordneten Peripheriekomponenten zu steuern.

Die digitale Regler/Zeitgeber-Schaltung 74 ist vorzugsweise mit dem Abtastschaltkreis verbunden, welcher den Abtastverstärker 88, die Spitzenabtast- und Schwellenwertmeßeinheit 90 und den Komparator/Schwellenwertdetektor 92 umfaßt. Die Schaltung 74 ist ferner vorzugsweise an den Elektrogramm(EGM)-Verstärker 94 angeschlossen, um verstärkte und verarbeitete Signale zu empfangen, die von Leitung 18 abgetastet werden. Der Abtastverstärker 88 verstärkt abgetastete elektrische Herzsignale und liefert ein verstärktes Signal an den Spitzenabtast- und Schwellenwertmeßschaltkreis 90, der wiederum eine Anzeige für abgetastete Spitzenspannungen und gemessene Schwellenspannungen des Abtastverstärkers auf der Bündelleiter-Signalleitung 67 an die digitale Regler/Zeitgeberschaltung 74 überträgt. Ein verstärktes Signal des Abtastverstärkers wird dann an den Komparator/Schwellenwertdetektor 92 übermittelt. Beispielhaft kann der Abtastverstärker 88 demjenigen entsprechen, der in dem U.S.-Patent Nr. 4,379,459 von Stein dargelegt ist, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird.

Das von dem EGM-Verstärker 94 ausgesandte Elektrogramm-Signal wird eingesetzt, wenn die IMD 10 von einem externen Programmierer abgefragt wird, um eine Darstellung eines analogen Herzelektrogramms zu übertragen. Siehe beispielsweise U.S.-Patent 4,556,063 von Thompson u. a., welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird. Der Ausgabe-Impulsgenerator 96 liefert Schrittmacherstimulationen an das Patientenherz 8 durch den Koppelkondensator 98 in Reaktion auf ein Schrittmacher-Triggersignal, das von der digitalen Regler/Zeitgeber- Schaltung 74 jedesmal ausgesandt wird, wenn das Ausstiegsintervall ausläuft, ein extern übertragener Schrittmacherbefehl empfangen wird, oder in Reaktion auf andere gespeicherte Befehle, wie es in der Schrittmachertechnik gut bekannt ist. Beispielhaft kann der Ausgabeverstärker 96 allgemein einem Ausgabeverstärker entsprechen, der in dem U.S.-Patent Nr. 4,476,868 von Thompson dargelegt ist, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird.

Die speziellen Ausführungen des Eingabeverstärkers 88, des Ausgabeverstärkers 96 und des EGM-Verstärkers 94, die hier dargelegt werden, sind nur zu illustrativen Zwecken gegeben und sind nicht dazu beabsichtigt, den Rahmen der Erfindung zu begrenzen. Spezielle Ausführungen solcher Schaltkreise sind für die Durchführung einiger Ausführungen der vorliegenden Erfindung einsetzbar, solange sie Vorrichtungen bereitstellen zur Erzeugung eines Stimulationsimpulses, und solange sie in der Lage sind, Signale zu liefern, die indikativ für die natürlichen oder stimulierten Kontraktionen des Herzens 8 sind.

In einigen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die IMD 10 in verschiedenen nicht auf die Geschwindigkeit reagierenden Modi, einschließlich, aber nicht begrenzt auf DDD-, DDI-, VVI-, VOO und VVT-Modi arbeiten. In anderen bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann die IMD 10 in verschiedenen auf die Geschwindigkeit reagierenden Modi, einschließlich, aber nicht beschränkt auf DDDR-, DDIR-, VVIR-, VOOR- und VVTR-Modi arbeiten. Einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind in der Lage sowohl in nicht auf die Geschwindigkeit reagierenden Modi als auch in auf die Geschwindigkeit reagierenden Modi zu arbeiten. Außerdem kann die IMD 10 in verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung programmierbar derart konfiguriert sein, daß sie so arbeitet, daß sie die Geschwindigkeit, mit welcher sie Stimulationsimpulse an das Herz 8 sendet, nur in Reaktion auf eine oder mehrere ausgewählte Sensorausgaben, die erzeugt werden, variiert. Zahlreiche, hier nicht ausdrücklich erwähnte Schrittmachereigenschaften und -funktionen können in die IMD 10 eingebaut werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Rahmen eines Schrittmachers mit einem einzigen Sensor oder zwei Sensoren begrenzt, und sie ist nicht darauf beschränkt, daß die IMD nur Aktivitäts- oder Drucksensoren aufweist. Die vorliegende Erfindung ist in ihrem Rahmen auch nicht auf Einkammer-Schrittmacher, Einkammerleitungen für Schrittmacher oder Einsensor- oder Zweisensorleitungen für Schrittmacher beschränkt. Somit können verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit beispielsweise mehr als zwei Leitungen oder mit Mehrkammer-Schrittmachern durchgeführt werden. Wenigstens einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung können genauso gut im Zusammenhang mit Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierkammer- Schrittmachern oder anderen Arten von IMDs eingesetzt werden. Siehe beispielsweise U.S.-Patent Nr. 5,800,465 von Thompson u. a., welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird, wie es der Fall bei allen hier genannten U.S.- Patenten ist.

IMD 10 kann auch ein Schrittmacher-Kardioverter-Defibrillator ("PCD") entsprechend irgendeinem der zahlreichen im Handel erhältlichen, implantierbaren PCDs sein. Verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung können in Verbindung mit PCDs eingesetzt werden, wie sie in U.S.-Patent Nr. 5,545,186 von Olson u. a., U.S.- Patent Nr. 5,354,316 von Keimel, U.S.-Patent-Nr. 5,314,430 von Bardy, U.S.-Patent Nr. 5,131,388 von Pless und U.S.-Patent Nr. 4,821,723 von Baker u. a. dargelegt sind, welche alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit eingefügt werden.

Die Abb. 4 und 5 illustrieren eine Ausführung der IMD 10 und einen entsprechenden Satz Leitungen der vorliegenden Erfindung, wobei IMD 10 ein PCD ist. In Abb. 4 weist die Ventrikelleitung die Form der Leitungen auf, die in den U.S.- Patenten Nr. 5,099,838 und 5,314,430 von Bardy dargelegt sind, und umfaßt einen langgestreckten isolierenden Leitungskörper 1, welcher drei konzentrisch aufgewickelte Leiter trägt, die durch röhrenförmige Isolierhüllen voneinander getrennt sind. Angrenzend an das entfernt liegende Ende der Leitung 1 sind die Ringelektrode 2, die ausziehbare Spiralelektrode 3, welche einziehbar in den isolierenden Elektrodenkopf 4 angebracht ist, und die langgestreckte Spulenelektrode 5 angeordnet. Jede der Elektroden ist an einen der aufgewickelten Leiter innerhalb des Leitungskörpers 1 angeschlossen. Die Elektroden 2 und 3 werden zum Herzschrittmachen und zum Abtasten der Ventrikeldepolarisationen eingesetzt. An dem naheliegenden Ende der Leitung ist das sich in Zweige aufteilende Verbindungsstück 6 angeordnet, welches drei elektrische Anschlüsse trägt, welche jeweils an einen der aufgewickelten Leiter angeschlossen sind. Die Defibrillationselektrode 5 kann aus Platin, Platinlegierung oder anderen bekannten Materialien hergestellt sein, welche für implantierbare Defibrillationselektroden verwendet werden können, und sie kann eine Länge von ungefähr 5 cm aufweisen.

Die in Abb. 4 gezeigte Atrio/SVC-Leitung umfaßt einen langgestreckten isolierenden Leitungskörper 7, welcher drei konzentrisch aufgewickelte Leiter trägt, die durch röhrenförmige Isolierhüllen voneinander getrennt sind, entsprechend der Struktur der Ventrikelleitung. Angrenzend an das J-förmige entfernt liegende Ende der Leitung 7 sind die Ringelektrode 9 und die ausziehbare Spiralelektrode 13, welche einziehbar in einen isolierenden Elektrodenkopf 15 angebracht ist, angeordnet. Jede der Elektroden ist an einen der aufgewickelten Leiter innerhalb des Leitungskörpers 7 angeschlossen. Die Elektroden 13 und 9 werden zum Vorhofschrittmachen und zum Abtasten der Atrio- Depolarisationen eingesetzt. Die langgestreckte Spulenelektrode 19 ist nahe der Elektrode 9 vorgesehen und an den dritten Leiter in dem Leitungskörper 7 angeschlossen. Die Elektrode 19 weist vorzugsweise eine Länge von 10 cm oder länger auf und ist so konfiguriert, daß sie sich von dem SVC zu der Tricuspidklappe erstreckt. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind ungefähr 5 cm der rechten Vorhof/SVC-Elektrode in dem rechten Vorhofangeordnet, wobei die restlichen 5 cm in dem SVC angeordnet sind. An dem naheliegenden Ende der Leitung ist das sich in Zweige aufteilende Verbindungsstück 17 angeordnet, welches drei elektrische Anschlüsse trägt, welche jeweils an einen der aufgewickelten Leiter angeschlossen sind.

Die in Abb. 4 gezeigte Koronarsinusleitung weist die Form einer Koronarsinusleitung auf, die in dem oben erwähnten Patent Nr. 5,099,838 von Bardy dargelegt ist, und umfaßt den langgestreckten isolierenden Leitungskörper 41, der einen aufgewickelten Leiter trägt, welcher an eine langgestreckte aufgewickelte Defibrillationselektrode 21 angeschlossen ist. Die Elektrode 21, welche mit gestrichelter Linie in Abb. 4 illustriert ist, ist innerhalb des Koronarsinus und der Hauptvene des Herzens angeordnet. An dem naheliegenden Ende der Leitung ist der Anschlußstecker 23 angeordnet, der ein elektrisches Anschlußstück trägt, welches an den aufgewickelten Leiter angeschlossen ist. Die Koronarsinus-/Hauptvenen-Elektrode 21 kann eine Länge von ungefähr 5 cm aufweisen.

Der implantierbare PCD 10 ist in Abb. 4 in Verbindung mit Leitungen 1, 7 und 41 und Leitungsanschlußanordnungen 23, 17 und 6, welche in einen Anschlußblock 12 eingesteckt sind, gezeigt. Wahlweise kann die Isolierung des nach außen gelegenen Bereiches des Gehäuses 14 des PCD 10 hergestellt werden, indem eine Kunststoffbeschichtung, wie aus Parylen oder Silikongummi, benutzt wird, wie sie in einigen einpoligen Herzschrittmachern eingesetzt wird. Der nach außen gelegene Bereich kann jedoch auch nicht-isoliert belassen werden, oder eine andere Trennung zwischen isolierten und nicht-isolierten Bereichen kann eingesetzt werden. Der nicht­ isolierte Bereich des Gehäuses 14 dient als subkutane Defibrillationselektrode, um entweder die Vorhöfe oder die Herzkammern zu defibrillieren. Andere Leitungskonfigurationen als die in Abb. 4 gezeigten können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie diejenigen, die in U.S.-Patent Nr. 5,690,686 von Min u. a. gezeigt sind, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird.

Abb. 5 ist eine Funktionsprinzipskizze einer Ausführung eines implantierbaren PCD 10 der vorliegenden Erfindung. Die Skizze sollte als beispielhaft für die Art von Vorrichtung angesehen werden, in welcher verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, und nicht als begrenzend, da klar ist, daß die Erfindung in einer großen Vielfalt von Vorrichtungen eingesetzt werden kann, einschließlich Kardiovertern und Defibrillatoren, welche keine Anti-Tachykardia- Schrittmachertherapien liefern.

PCD 10 ist mit einem Elektrodensystem versehen. Wenn die Elektrodenkonfiguration der Abb. 4 verwendet wird, ist die Entsprechung der illustrierten Elektroden wie folgt. Elektrode 25 in Abb. 5 umfaßt den nicht-isolierten Bereich des Gehäuses des PCD 10. Die Elektroden 25, 15, 21 und 5 sind an den Hochspannungs- Ausgabeschaltkreis 27 angeschlossen, der Hochspannungsschalter umfaßt, welche über den Steuerbus 31 von einer CV/defib-Verknüpfungssteuerung 29 gesteuert werden. Innerhalb des Schaltkreises 27 angeordnete Schalter bestimmen, welche Elektroden eingesetzt werden, und welche Elektroden an die positiven und negativen Ausgänge der Kondensatorbatterie (welche die Kondensatoren 33 und 35 umfaßt) während des Aussendens von Defibrillationsimpulsen angeschlossen werden.

Die Elektroden 2 und 3 sind auf oder in dem Ventrikel angeordnet und an den R- Zacken-Verstärker 37 angeschlossen, der vorzugsweise die Form eines automatischen leistungsgesteuerten Verstärkers aufweist, der einen einstellbaren Abtastschwellenwert abhängig von der gemessenen R-Zackenstärke liefert. Ein Signal wird immer dann auf der R-Ausgangsleitung 39 erzeugt, wenn das zwischen den Elektroden 2 und 3 abgetastete Signal den vorliegenden Abtastschwellenwert überschreitet.

Die Elektroden 9 und 13 sind auf oder in dem Vorhof angeordnet und an den P-Zacken- Verstärker 43 angeschlossen, der auch vorzugsweise die Form eines automatischen leistungsgesteuerten Verstärkers aufweist, der einen einstellbaren Abtastschwellenwert abhängig von der gemessenen P-Zackenstärke liefert. Ein Signal wird immer dann auf der P-Ausgangsleitung 45 erzeugt, wenn das zwischen den Elektroden 9 und 13 abgetastete Signal den vorliegenden Abtastschwellenwert überschreitet. Die allgemeine Funktionswaise der R-Zacken- und P-Zackenverstärker 37 und 43 kann derjenigen entsprechen, die in dem U.S.-Patent Nr. 5,117,824 von Keimel u. a., veröffentlicht am 2. Juni 1992 unter dem Titel "An Apparatus for Monitoring Electrical Physiologic Signals" ("Vorrichtung zur Überwachung elektrischer physiologischer Signale"), dargelegt ist, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird.

Die Schaltmatrix 47 wird eingesetzt, um auszuwählen, welche der verfügbaren Elektroden an den Breitbandverstärker 49 (0,5-200 Hz) zur Verwendung in der digitalen Signalanalyse angeschlossen werden. Die Auswahl der Elektroden wird von dem Mikroprozessor 51 über den Daten/Adress-Bus 53 gesteuert, wobei diese Auswahl nach Wunsch verändert werden kann. Signale von den Elektroden, die für den Anschluß an den Breitbandverstärker 49 ausgewählt wurden, werden an den Multiplexer 55 übertragen und danach von dem A/D-Umwandler 57 in digitale Signale mit mehreren Bits zur Speicherung in dem Arbeitsspeicher 59 unter Steuerung der Direktzugriffsspeicherschaltung 61 umgewandelt. Der Mikroprozessor 51 kann Techniken zur digitalen Signalanalyse einsetzen, um die in dem Arbeitsspeicher 59 gespeicherten digitalen Signale zu erkennen und den Herzrhythmus des Patienten zu klassifizieren, wobei irgendein der zahlreichen Signalverarbeitungsverfahren, die in der Technik bekannt sind, eingesetzt wird.

Der Rest des Schaltkreises ist für die Durchführung des Herzschrittmachens, und die Kardioversions- und Defibrillationstherapien bestimmt, und er kann zu Zwecken der vorliegenden Erfindung einem den Fachleuten bekannten Schaltkreis entsprechen. Die folgende beispielhafte Vorrichtung ist zur Durchführung von Schrittmacher-, Kardioversions- und Defibrillationsfunktionen dargelegt. Der Schrittmacherzeitgeber/Steuer-Schaltkreis 63 umfaßt vorzugsweise programmierbare digitale Zählwerke, welche die Basiszeitintervalle steuern, die mit den in der Technik gut bekannten DDD-, DVI-, VDD-, AAI-, DDI- und anderen Modi des Ein- und Zweikammerschrittmachens verbunden sind. Der Schaltkreis 63 steuert vorzugsweise auch die Ausstiegsintervalle, die mit Anti-Tachyarhythmie-Schrittmachern sowohl im Atrium als auch im Ventrikel verbunden sind, wobei irgendwelche in der Technik bekannte Anti-Tachyarhythmie-Schrittmachertherapien eingesetzt werden.

Durch den Schrittmacherschaltkreis 63 definierte Intervalle umfassen Atrio- und Ventrikelschrittmacher-Ausstiegsintervalle, die refraktorischen Zeiträume, während derer abgetastete P-Zacken und R-Zacken unwirksam sind, um ein Zeitgeben der Ausstiegsintervalle wieder zu beginnen, und die Impulsbreiten der Schrittmacherimpulse. Die Dauer dieser Intervalle wird von dem Mikroprozessor 51 in Reaktion auf in dem Speicher 59 gespeicherte Daten bestimmt und über den Adreßbus 53 an den Schrittmacherschaltkreis 63 übermittelt. Der Schrittmacherschaltkreis 63 bestimmt auch die Breite der Herzschrittmacherimpulse unter Steuerung des Mikroprozessors 51.

Während des Schrittmachens werden die Ausstiegsintervallzählwerke innerhalb des Schrittmacher-Zeitgeber/Steuer-Schaltkreises 63 auf Null gestellt, wenn R-Zacken und P-Zacken abgetastet werden, wie von Signalen auf den Leitungen 39 und 45 angezeigt, und in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Schrittmachermodus bei der zeitlosen Trigger-Erzeugung von Schrittmacherimpulsen durch die Schrittmacherausgabe- Schaltkreise 65 und 67, welche an die Elektroden 9, 13, 2 und 3 angeschlossen sind. Die Ausstiegsintervallzählwerke werden auch auf Null gestellt bei der Erzeugung von Schrittmacherimpulsen und steuern dadurch das Basiszeitgeben der Herzschrittmacherfunktionen, einschließlich des Anti-Tachyarrythmen-Schrittmachens. Die von Ausstiegsintervallzeitgebern definierten Längen der Intervalle werden von dem Mikroprozessor 51 über den Daten/Adreßbus 53 bestimmt. Der Wert der in den Ausstiegsintervallzählwerken vorhandenen Zählung, wenn sie durch abgetastete R- Zacken und P-Zacken auf Null zurückgestellt werden, kann dazu verwendet werden, die Längen der R-R-Intervalle, P-P-Intervalle, P-R-Intervalle und R-P-Intervalle zu messen, wobei die Messungen in Speicher 59 gespeichert und dazu verwendet werden, das Auftreten von Tachyarrhytmen zu erfassen.

Der Mikroprozessor 51 arbeitet vorzugsweise als eine durch Unterbrechungen angetriebene Vorrichtung, und er reagiert auf Unterbrechungen von dem Schrittmacher- Zeitgeber/Steuer-Schaltkreis 63 entsprechend dem Auftreten abgetasteter P-Zacken und R-Zacken und entsprechend der Erzeugung von Herzschrittmacherimpulsen. Diese Unterbrechungen werden über den Daten/Adreßbus 53 übermittelt. Irgendwelche erforderlichen, von dem Mikroprozessor 51 durchzuführenden mathematischen Berechnungen und irgendwelche Aktualisierungen der Werte oder Intervalle, die von dem Schrittmacher-Zeitgeber/Steuer-Schaltkreis 63 gesteuert werden, finden nach solchen Unterbrechungen statt.

Das Erfassen von Atrio- oder Ventrikel-Tachyarhythmien, wie es in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann den in der Technik bekannten Tachyarhythmie- Erfassungsalgorithmen entsprechen. Beispielsweise kann das Vorliegen einer Atrio- oder Ventrikel-Tachyarhythmie bestätigt werden durch Erfassung einer fortlaufenden Reihe kurzer R-R- oder P-P-Intervalle mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit, die indikativ für Tachyarhythmien ist, oder einer ununterbrochenen Reihe kurzer R-R- oder P-P-Intervalle. Das plötzliche Auftreten der erfaßten hohen Geschwindigkeiten, die Stabilität der hohen Geschwindigkeiten und eine Anzahl weiterer in der Technik bekannter Faktoren können auch zu diesem Zeitpunkt gemessen werden. Geeignete Erfassungsmethoden für Ventrikel-Tachyarhythmien, die solche Faktoren messen, sind in dem U.S.-Patent Nr. 4,726,380 von Vollmann, dem U.S.-Patent Nr. 4,880,005 von Pless u. a. und dem U.S.-Patent Nr. 4,830,006 von Haluska u. a. beschrieben, die alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit einbezogen werden. Eine zusätzliche Gruppe von Methoden zur Erkennung von Tachykardie ist in dem Artikel "Onset and Stability for Ventricular Tachyarrhythmia Detection in an Implantable Pacer- Cardioverter-Defibrillator" von Olson u. a., veröffentlicht in Computers in Cardiology, 7. Oktober 1986, IEEE Computer Society Press, Seiten 167-170 dargelegt, welcher hiermit auch durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit einbezogen wird. Erfassungsmethoden für Atrio-Fibrillationen sind in der veröffentlichten PCT- Anmeldungs-Seriennr. US 92/02829, Veröffentlichungs-Nr. WO 92/18198, von Adams u. a. und in dem Artikel "Automatic Tachycardia Recognition" von Arzbaecher u. a., veröffentlicht in PACE, Mai-Juni 1984, Seiten 541-547, dargelegt, welche beide hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit einbezogen werden.

In dem Fall, wo eine Vorhof- oder Kammer-Tachyarhythmie erfaßt wird und ein Schrittmacherprogramm gegen Tachyarhythmie gewünscht wird, werden geeignete Zeitgeberintervalle zur Steuerung der Erzeugung von Anti-Tachyarhythmie- Schrittmachertherapien von dem Mikroprozessor 51 in den Schrittmacher-Zeitgeber- und Steuerschaltkreis 63 geladen, um den Betrieb der darin angeordneten Zählwerke für das Ausstiegsintervall zu steuern und die refraktorischen Zeiträume zu definieren, während derer die Erfassung der R-Zacken und P-Zacken unwirksam für den Neustart der Ausstiegsintervall-Zählwerke ist.

Alternativ kann ein Schaltkreis zur Steuerung des Zeitgebens und der Erzeugung von Schrittmacherimpulsen gegen Tachykardie eingesetzt werden, wie in dem U.S.-Patent Nr. 4,577,633 von Berkovitis u. a. vom 25. März 1986, dem U.S.-Patent Nr. 4,880,005 von Pless u. a. vom 14. November 1989, dem U.S.-Patent Nr. 4,726,380 von Vollmann u. a. vom 23. Februar 1988 und dem U.S.-Patent Nr. 4,587,970 von Holley u. a. vom 13. Mai 1986 beschrieben, welche alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit eingefügt werden.

In dem Fall, wo die Erzeugung eines Kardioversions- oder Defibrillationsimpulses erforderlich ist, kann der Mikroprozessor 51 ein Ausstiegsintervall-Zählwerk einsetzen, um das Zeitgeben solcher Kardioversions- und Defibrillationsimpulse sowie zugehörige refraktorische Zeiträume zu steuern. In Reaktion auf die Erfassung von Vorhof- oder Kammerflimmern oder -tachyarhythmie, welche einen Kardioversionsimpuls erfordert, aktiviert der Mikroprozessor 51 den Kardioversions-/Defibrillations-Steuerschaltkreis 29, welcher das Laden der Hochspannungskondensatoren 33 und 35 über die Ladeschaltung 69 unter der Steuerung der Steuerleitung 71 für das Hochspannungsladen initiiert. Die Spannung auf den Hochspannungskondensatoren wird über die VCAP-Leitung 73 überwacht, welche durch den Multiplexer 51 läuft, und in Reaktion auf das Erreichen eines von dem Mikroprozessor 51 eingestellten vorbestimmten Wertes wird ein logisches Signal auf der "Cap-Full"(CF)-Leitung 77 erzeugt, um das Aufladen zu beenden. Danach wird das Zeitgeben für das Aussenden des Defibrillations- oder Kardioversionsimpulses durch den Schrittmacher- Zeitgeber/Steuer-Schaltkreis 63 gesteuert. Nach dem Aussenden der Fibrillations- oder Tachykardie-Therapie führt der Mikroprozessor 51 die Vorrichtung auf den q- Herzschrittmachermodus zurück und wartet auf die nächste nachfolgende Unterbrechung aufgrund des Schrittmachens oder des Auftretens einer abgetasteten Atrio- oder Ventrikeldepolarisation.

Mehrere Ausführungen geeigneter Systeme für das Russenden und die Synchronisierung von Ventrikel-Kardioversions- und -defibrillationsimpulsen und zur Steuerung der mit ihnen verbundenen Zeitgeberfunktionen sind in dem U.S.-Patent Nr. 5,188,105 von Keimel, dem U.S.-Patent Nr. 5,269,298 von Adams u. a. und dem U.S.- Patent Nr. 4,316,472 von Mirowski u. a. dargelegt, welche alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit eingefügt werden. Irgendein bekannter Steuerschaltkreis für Kardioversions- oder Defibrillationsimpulse kann jedoch in Verbindung mit verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann auch ein Schaltkreis zur Steuerung des Zeitgebens und der Erzeugung von Kardioversions- und Defibrillationsimpulsen eingesetzt werden, wie derjenige, der in dem U.S.-Patent Nr. 4,384,585 von Zipes, dem U.S.-Patent Nr. 4,949,719 von Pless u. a., oder dem U.S.-Patent Nr. 4,375,817 von Engle u. a. dargelegt ist, welche alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit eingefügt werden.

Unter weiterer Bezugnahme auf Abb. 5 wird das Aussenden von Kardioversions- oder Defibrillationsimpulsen von der Ausgabeschaltung 27 unter der Steuerung des Steuerschaltkreises 29 über den Steuerbus 31 durchgeführt. Die Ausgabeschaltung 27 bestimmt, ob ein einphasiger oder zweiphasiger Impuls ausgesandt wird, sie bestimmt die Polarität der Elektroden und welche Elektroden bei dem Aussenden des Impulses mitwirken. Die Ausgabeschaltung 27 umfaßt auch Hochspannungsschalter, die steuern, ob Elektroden während des Aussendens miteinander verbunden werden. Alternativ können Elektroden, welche dafür bestimmt sind, während des Impulses miteinander verbunden zu sein, einfach dauerhaft miteinander entweder außen oder innen von dem Vorrichtungsgehäuse miteinander verbunden sein, und die Polarität kann einfach vorab festgelegt werden, wie bei üblichen implantierbaren Defibrillatoren. Ein Beispiel für einen Ausgabeschaltkreis zum Aussenden zweiphasiger Impulsmuster an Mehrelektrodensysteme ist in dem oben erwähnten Patent von Mehra und in dem U.S.- Patent Nr. 4,727,877 zu finden, welches hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird.

Ein Beispiel für einen Schaltkreis, der verwendet werden kann, um das Aussenden einphasiger Impulse zu steuern, ist in dem U.S.-Patent Nr. 5,163,427 von Keimel dargelegt, welches hiermit auch durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit mit eingefügt wird. Ein Ausgabesteuerschaltkreis, der ähnlich demjenigen ist, der in dem U.S.-Patent Nr. 4,953,551 von Mehra u. a. oder dem U.S.-Patent Nr. 4,800,883 von Winstrom dargelegt ist, welche beide hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit eingefügt werden, kann auch in Verbindung mit verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung benutzt werden, um zweiphasige Impulse zu liefern.

Alternativ kann IMD 10 ein implantierbarer Nervenstimulator oder Muskelstimulator sein, wie derjenige, der in dem U.S.-Patent Nr. 5,199,428 von Obel u. a., dem U.S.-Patent Nr. 5,207,218 von Carpentier u. a. oder dem U.S.-Patent Nr. 5,330,507 von Schwartz dargelegt ist, oder eine implantierbare Überwachungsvorrichtung, wie diejenige, die in dem U.S.-Patent Nr. 5,331,966 von Bennet u. a. dargelegt ist, welche alle hiermit durch Bezugnahme in ihrer jeweiligen Gesamtheit mit eingefügt werden. Die vorliegende Erfindung kann eine breite Anwendung für irgendeine Form einer implantierbaren elektrischen Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit elektrischen Leitungen finden.

Wie oben erwähnt, kann die IMD 10 der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Funktionen erfüllen. Eine Funktion der IMD 10 der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen; eine Vorhof-Tachyarhythmie zu verhindern. Einer der möglichen Auslöser für eine Vorhof-Tachyarhythmie kann eine frühzeitige Vorhofkontraktion (PAC) sein. Allgemein tritt eine PAC auf, wenn das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden R-R- oder P-P-Intervallen viel kürzer als das durchschnittliche Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden R-R- oder P-P-Intervallen ist. Eine PAC kann bei dem Patienten eine Anzahl von Problemen verursachen. Wenn eine PAC beispielsweise nicht den Sinusrhythmus neu einstellt, kann der nächste Sinusimpuls während eines verletzlichen Zeitraumes des Vorhofs auftreten, während dem das Vorhofgewebe, obwohl nicht unbedingt das gesamte Gewebe, erregbar ist. Im wesentlichen bewirkt das Einstellen des Sinusrhythmus das Auslösen einer Kontraktion in dem Vorhof, der dem Vorhof gegenüberliegt, in welchem die PAC erfaßt wurde. Außerdem ist es gut bekannt, daß der verletzliche Zeitraum des Vorhofs fast unmittelbar nach dem Auftreten einer PAC eintritt.

Ein Zweikammer-Schrittmacher kann in einem Zwei-Vorhof-Schrittmachersystem verwendet werden, wie demjenigen, das in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung benutzt wird, um die durch die instabilen Atrio-Arhythmien verursachten Probleme, wie beispielsweise eine Vorhof-Tachyarhythmie, zu lösen. Eine Leitung (wie beispielsweise die Abtastleitung 7 einschließlich der Elektroden 9, 13 in Abb. 4) ist vorzugsweise in dem rechten Vorhof des Säugetierherzens 8 angeordnet. Eine zweite Leitung (wie beispielsweise eine Schrittmacherleitung 41 einschließlich Elektrode 21 in Abb. 4) ist vorzugsweise in dem Koronarsinus (d. h. dem linken Vorhof) angeordnet. Alternativ kann die Abtastleitung 7 in dem linken Vorhof und die Schrittmacherleitung 41 in dem rechten Vorhof angeordnet sein. Als Folge kann ein Abtast- oder Schrittmachervorfall (vorzugsweise entsprechend einer PAC) in dem "abgetasteten" Vorhof die unmittelbare Kontraktionsstimulation des "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhofs auslösen. Die "AV-Verzögerung" oder in diesem Fall die Verzögerung zwischen dem ersten und zweiten Vorhof-Schrittmachersignal ist vorzugsweise sehr kurz. Der Zweck dieser kurzen Verzögerung besteht darin, die unverzögerte Kontraktionsstimulation des linken Vorhofs sicherzustellen (d. h. die Wiedereinstellung des Sinusrhythmus). Zusätzlich sollte festgehalten werden, daß es bei einer solchen Schrittmachertherapie vorzugsweise optimal wäre, die Option zu haben, die AV-Verzögerung auf 0 Millisekunden (oder potentiell sogar ein negativer Wert) zu programmieren, um eine optimale Synchronität zwischen den Vorhöfen und den Ventrikeln sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Herzens 8 zu erzielen.

Abb. 6 ist ein Fließbild, welches eine Ausführung eines Algorithmus für die unverzögerte Stimulation der Kontraktion eines Vorhofs eines Säugetierherzens 8 nach der Erfassung einer PAC in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung illustriert. In den Blöcken 100 und 200 beginnt die IMD 10 (oder genauer der Mikroprozessor 64 in der IMD 10) Herzschläge von einem Vorhof (der "abgetastete" Vorhof) des Säugetierherzens 8 zu empfangen. Vorzugsweise wird der Empfang der Herzschläge unter Verwendung des nachfolgenden Verfahrens durchgeführt. Zuerst empfängt der Mikroprozessor 64 ein Anfangssignal von einer der Abtastleitungen 7, die in dem angetasteten Vorhof angeordnet sind. Dies ist in Block 100 gezeigt. Zweitens empfängt der Mikroprozessor 64 in Block 200 ein anderes Signal von der Abtastleitung 7. Vorzugsweise entsprechen beide der empfangenen Signale einem Herzschlag des Säugetierherzens 8. Alternativ können die Signale anderen Vorfällen des Säugetierherzens 8 entsprechen, welche den Beginn einer PAC bedeuten können.

In Block 300 mißt der Mikroprozessor 64 nach Empfang der Signale, wie oben beschrieben, ein Intervall. Vorzugsweise entspricht die Intervallzeit dem Zeitraum, der zwischen aufeinanderfolgenden Signalen verstrichen ist (welche vorzugsweise R-R- oder P-P-Intervallen entsprechen). In Block 400 mißt der Mikroprozessor 64 dann ein Durchschnittsintervall. Vorzugsweise wird das Durchschnittsintervall gemäß bekannter Verfahren gemessen, und vorzugsweise besteht das Verfahren daraus, die einzelnen Intervalle zu addieren und durch die Gesamtanzahl der gemessenen Intervalle zu dividieren. Es ist vorzuziehen, daß das Durchschnittsintervall ein bewegliches Durchschnittsintervall ist. Alternativ kann das Durchschnittsintervall ein sich addierendes Durchschnittsintervall sein.

In Block 500 vergleicht der Mikroprozessor 64 das in Block 300 gemessene Intervall mit dem Durchschnittsintervall, wie es in Block 400 gemessen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung vergleicht der Mikroprozessor 64 die beiden Intervalle, um zu bestimmen, ob das Intervall wesentlich kürzer als das Durchschnittsintervall ist, was somit eine PAC anzeigt. Eine wesentliche Differenz zwischen dem Intervall und dem Durchschnittsintervall tritt auf, wenn das Intervall um wenigstens einen vorbestimmten Faktor kleiner als das Durchschnittsintervall ist. Der vorbestimmte Faktor entspricht vorzugsweise der Zeit, die das Säugetierherz 8 benötigt, um beispielsweise 15 Schläge pro Minute (bpm) zu durchlaufen. Alternativ kann ein vorbestimmter Faktor benutzt werden, der von 15 bpm abweicht, wie beispielsweise 10 oder 20 Schläge pro Minute.

Wenn die Differenz zwischen dem Intervall und dem Durchschnittsintervall kleiner als der vorbestimmte Faktor ist (d. h., wenn keine PAC erfaßt wird), verarbeitet der Mikroprozessor 64 in Block 600 die Signale von der Abtastleitung weiter. Bei der Erfassung einer PAC in dem ersten Vorhof (d. h. in dem Fall, wo die Differenz zwischen dem Intervall und dem Durchschnittsintervall größer als der vorbestimmte Faktor ist), übermittelt die IMD 10 jedoch dann unmittelbar ein Signal an den "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhof (Block 700). Das bedeutet, der Mikroprozessor 64 überträgt das Signal über einen Datenkommunikationsbus 72 an den digitalen Regler 74, der dann das Signal durch den Ausgabeverstärker 96 über die Schrittmacherleitung 41 an das Säugetierherz 8 übermittelt. Das an den "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhof übertragene elektrische Signal stimuliert den "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhof sich zusammenzuziehen. Zusätzlich erfolgen die Übertragung des Signals an den "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhof und dessen nachfolgende Kontraktion unverzögert. Dies bedeutet, daß es keine meßbare Verzögerung zwischen den Schritten der Erfassung der PAC, der Übertragung des Signals von der IMD 10 an den "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhof und der Kontraktion des "mit Schrittmacherimpulsen versorgten" Vorhofs gibt. An diesem Punkt geht der Mikroprozessor 64 zu Block 200 zurück, um das Überwachungsverfahren, wie oben beschrieben, neu zu beginnen unter fortgesetzter Erfassung potentieller PACs.

Die vorausgehenden speziellen Ausführungen illustrieren die Umsetzung der Erfindung. Es ist klar, daß andere Ausführungen, die den Fachleuten bekannt sind, oder die hier dargelegt sind, eingesetzt werden können, ohne die Erfindung oder den Rahmen der anhängenden Ansprüche zu verlassen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf Fälle der Erfassung einer PAC begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf implantierbare medizinische Vorrichtungen per se begrenzt, sondern kann auch ferner als eine medizinische Umstellvorrichtung eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner in ihrem Rahmen Verfahren zur Herstellung und Verwendung des oben beschriebenen Algorithmus.

In den Ansprüchen sind Vorrichtungs-plus-Funktions-Klauseln dafür bestimmt, die hier beschriebenen Strukturen derart abzudecken, daß sie die genannte Funktion ausführen und nicht nur eine strukturelle Äquivalenz aufweisen, sondern auch äquivalente Strukturen sind. Obwohl ein Nagel und eine Schraube keine strukturelle Äquivalenz derart aufweisen, daß ein Nagel eine zylindrische Fläche einsetzt, um hölzerne Teile miteinander zu verbinden, wohingegen eine Schraube eine spiralförmig ausgebildete Fläche einsetzt, sind ein Nagel und eine Schraube in dem Bereich des Befestigens hölzerner Teile äquivalente Strukturen.

Alle Druckschriften, Patentanmeldungen und Patente, auf die hier Bezug genommen wird, werden hier in ihrer jeweiligen Gesamtheit durch Bezugnahme mit eingefügt.

Claims (12)

1. Verfahren zur unverzögerten Stimulation eines Säugetierherzens, wobei das Säugetierherz einen ersten Vorhof und einen zweiten Vorhof umfaßt, mit folgenden Schritten:
Empfangen eines Anfangssignals;
Empfangen wenigstens eines zusätzlichen Signals;
Messen einer Vielzahl von Intervallen, welche der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen entsprechen;
Berechnen eines Durchschnittsintervalls;
Vergleichen eines aus der Vielzahl von Intervallen mit dem Durchschnittsintervall; und
wenn eine Differenz zwischen dem Durchschnittsintervall und einem der Vielzahl von Intervallen größer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, die unverzögerte Übertragen eines Kontraktionssignals an den zweiten Vorhof.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfangssignal von dem ersten Vorhof übertragen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zusätzlichen Signale mit einer Anzahl von wenigstens eins von dem ersten Vorhof ausgesandt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschnittsintervall eine Funktion von wenigstens zwei der Vielzahl von Intervallen ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontraktionssignal eine Anweisung zum Stimulieren des zweiten Vorhofs, um sich zusammenzuziehen, umfaßt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Säugetierherz ein menschliches Herz ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vorhof der linke Vorhof ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vorhof der rechte Vorhof ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorhof der linke Vorhof ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorhof der rechte Vorhof ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Zeitraum fünfzehn aufeinanderfolgenden Schlägen pro Minute des Säugetierherzens entspricht.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontraktionssignal einen elektrischen Strom aufweist.