DE8713037U1

DE8713037U1 - Medical device for determining physiological function parameters

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Publication number: DE8713037U1
Application number: DE8713037U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-28
Filing date: 1987-09-28
Publication date: 1988-04-14

Description

Medizinisches Gerät zur Ermittlung 'Von physiologischen Funktiönsparameter&Pgr;Medical device for determining physiological function parameters

Die Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, das insbesondere in Verbindung mit einem Herzschrittmacher Verwendung finden kann. >The invention relates to a medical device according to the preamble of claim 1, which can be used in particular in conjunction with a pacemaker. >

In der heutigen Intensivmedizin ist eine erfolgreiche therapeutische Intervention nur auf der Grundlage von umfangreichen diagnostischen Informationen möglich» Wesentlich sind die Kenntnis von Herz- und Atemtätigkeit | als physiologische Funktionsparameter. Diese werden | üblicherweise mit mehreren Meßelementen, wie Herzkathe- I tern, speziellen Atmungssensoren etc. überwacht. Der Aufwand für diese Überwachung* für die Anzeige und \ Auswertung der Funktionsparameter ist erheblich. fIn today's intensive care medicine, successful therapeutic intervention is only possible on the basis of extensive diagnostic information. Knowledge of cardiac and respiratory activity as physiological functional parameters is essential. These are usually monitored using several measuring elements, such as cardiac catheters, special respiratory sensors, etc. The effort required for this monitoring* for the display and evaluation of the functional parameters is considerable.

Die meisten Funktionsparameter sind auch von der körper- Jj liehen Belastung eines Patienten abhängig, so daß 1 sie auch zur Steuerung der Stimulationsfrequenz eines | Herzschrittmachers herangezogen werden können. In I einer Vielzahl von Schriften wird die Steuerung der i Stimulationsfrequenz· -- des- Herzschrittmachers durch 1 Meßsignale beschrieben, die auf der Erfassung eines \ einzigen physiologischen Funktionsparameters beruhen. 1 In der US-PS 4 566 456 wird der systolische Druck * und die zeitliche Veränderung des rechtsventrikuläre i Druckes als Funktionsparameter herangezogen, in der DE-OS 27 17 659 die zentral venöse SauerstoffSättigung, in der US-PS 4 535 774 das fntraventrikuläre Schlagvolumen des Herzens, welches mittels einer Impedanzmessung bestimmt wird, in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 89014 die Atemfrequenz, die mit HilfeMost of the functional parameters are also dependent on the physical strain of a patient, so that they can also be used to control the stimulation frequency of a pacemaker. A large number of documents describe the control of the stimulation frequency of the pacemaker by means of measuring signals which are based on the detection of a single physiological functional parameter. In US-PS 4 566 456, the systolic pressure and the temporal change in the right ventricular pressure are used as functional parameters, in DE-OS 27 17 659 the central venous oxygen saturation, in US-PS 4 535 774 the intraventricular stroke volume of the heart, which is determined by means of an impedance measurement, in the published European patent application 89014 the respiratory frequency, which is determined with the aid of

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einer implantierten Hilfselektrode über eine impedäfizmessung ermittelt wird, und in der ÜS-PS 4 596 251 das Atemminutenvolumen, wobei hierbei neben einer Hilfselektrode zur Impedanzmessung auch eine Messung im Bereich des Herzschrittmachergehäuses durch zwei unterschiedliche, voneinander elektrisch isolierte Punkte erwogen wird.an implanted auxiliary electrode is determined by means of an impedance measurement, and in ÜS-PS 4 596 251 the minute ventilation, whereby in addition to an auxiliary electrode for impedance measurement, a measurement in the area of the pacemaker housing through two different, electrically isolated points is also considered.

In der jüngsten Vergangenheit ist auch erwogen worden, zur Steuerung der Stimulationsfrequenz von Herzschrittmachern zwei physiologische Funktionsparameter zu berücksichtigen. So ist eine Steuerung der Stimulationsfrequenz aufgrund der Meßsignale eines die venöse Bluttemperatur im Herzen messenden Temperatursensors und einer die körperliche Aktivität des Herzschrittmachers anzeigenden Aktivitätssenors in einer sich ergänzenden Weise erwogen worden. Die Meßsignale des Temperatursensors dienen im wesentlichen zur stabilen Langzeitsteuerung der Stimulationsfrequenz, während diejenige des Aktivitätssensors im wesentlichen zur Steuerung der Stimulationsfrequenz nach Beginn einer körperlichen Belastung des Herzschrittmacherträgers herangezogen werden, da die zentralvenöse Bluttemperatur den Beginn einer körperlichen Belastung relativ träge folgt. Bei diesem Herzschrittmacherträger ist außerdem die Langzeitsteuerung der Stimulationsfrequenz durch die Meßsignale des Temperatursensors modulierbar durch Meßsignale des Aktivitätssensors, so daß eine im wesentlichen optimale Adaption der | Stimulationsfrequenz an die jeweilige Belastung des Herzschrittmacherträgers erreicht wird. Außerdem ist eine gegenseitige Kontrolle der Steuerung der Stimulationsfrequenz durch beide mit unterschiedlichen Sensoren erfaßte Funktionsparameter möglich.In the recent past, it has also been considered to take two physiological function parameters into account to control the stimulation frequency of pacemakers. Control of the stimulation frequency based on the measurement signals of a temperature sensor measuring the venous blood temperature in the heart and an activity sensor indicating the physical activity of the pacemaker in a complementary manner has been considered. The measurement signals of the temperature sensor are essentially used for stable long-term control of the stimulation frequency, while those of the activity sensor are essentially used to control the stimulation frequency after the start of physical exertion of the pacemaker wearer, since the central venous blood temperature follows the start of physical exertion relatively slowly. In this pacemaker wearer, the long-term control of the stimulation frequency by the measurement signals of the temperature sensor can also be modulated by measurement signals of the activity sensor, so that an essentially optimal adaptation of the stimulation frequency to the respective exertion of the pacemaker wearer is achieved. In addition, mutual control of the stimulation frequency is possible using both functional parameters recorded with different sensors.

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Die in der genannten Patentanmeldung angegebene Steuerung der Stimul ätiönsfreqüenz anharnd" zweier physiologischer Fünktiönspärämeter basierte auf der Erkenntnis, daß im wesentlichen lediglich ditrAtemfTe-qTi-enr, die Bluttempefatur und die Aktivität als absolute Größen heranzuziehen sind, mit denen ein festes Verhältnis zwischen diesen Größen und der Stimulationsfrequenz ermittelt werden kann, wohingegen andere, oben angegebene physiologische Funktionsparameter lediglich relative Parameter sind, die eine stabile Langzeitsteuerung des Herzschrittmachers zumindest erschweren.The control of the stimulation frequency using two physiological function parameters specified in the patent application was based on the knowledge that essentially only the respiratory rate, blood temperature and activity are to be used as absolute values with which a fixed relationship between these values and the stimulation frequency can be determined, whereas other physiological function parameters specified above are merely relative parameters that at least make stable long-term control of the pacemaker more difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Gerät bzw. einen in Verbindung damit verwendeten Herzschrittmacher anzugeben, bei denen die Meßelementenanordnung zur Ermittlung mehrerer physiologischer Funktionsparameter eines Patienten vereinfacht wird, ohne jedoch die zu einer erfolgreichen Diagnose, Therapie oder Steuerung d^r Stimulationsfrequenz benötigten Informationen zu begrenzen.The invention is based on the object of specifying a medical device or a pacemaker used in connection therewith, in which the arrangement of measuring elements for determining several physiological function parameters of a patient is simplified, but without limiting the information required for successful diagnosis, therapy or control of the stimulation frequency.

Diese Aufgäbe ist gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features specified in claim 1.

Demgemäß können mit einem einzigen Meßelement, das innerhalb des Herzens liegt und lediglich einen einzigen intrakardialen Funktionsparameter erfaßt, sowohl intrathorakale Druckschwankungen, die mit der Atmung des Patienten korrelieren, als auch- die von Herze» selbst ausgehende Tätigkeit erfaßt werden.Accordingly, with a single measuring element located within the heart and measuring only a single intracardiac function parameter, both intrathoracic pressure fluctuations that correlate with the patient's breathing and the activity emanating from the heart itself can be recorded.

In zahlreichen Untersuchungen des Anmelders konnte gezeigt werden, daß die Atmung mit intrathorakalen Druckschwankungen korreliert, daß diese DruckschwankungenIn numerous studies by the applicant it was shown that breathing correlates with intrathoracic pressure fluctuations, that these pressure fluctuations

jedoch nicht nur iiiiie Determinante der Atemtätigkeit darstellen, sondern in vergleichbarer Weise auch auf das Herz und dessen Tätigkeit einwirken. Durch Kenntnis des Zusammenhanges zwischen durch intrathorakaie Druck-Schwankungen bedingten Änderungen verschiedener kardialer Pd ameter, intrathorakalen Druckschwankungen und der Atemtätigkeit ist es möglich, durch eine geeignete Erfassung der Änderung kardialer Parameter indirekt die Atmung zu messen. Darllberhinaus ist es möglich, weitere j Funktionsparameter zu ermitteln, uf?d zwar sich relativ Indernde Parameter, wie Atemtiefe, Kontrakt!lität des Herzmuskels, Schlagvolumen usw.However, they are not only the determinant of respiratory activity, but also have a comparable effect on the heart and its activity. By knowing the connection between changes in various cardiac parameters caused by intrathoracic pressure fluctuations, intrathoracic pressure fluctuations and respiratory activity, it is possible to measure breathing indirectly by appropriately recording the change in cardiac parameters. In addition, it is possible to determine other functional parameters, albeit relatively changing parameters, such as breathing depth, contractility of the heart muscle, stroke volume, etc.

Bevorzugt wird bei einem medizinischen Gerät gemäß der Erfindung eine intrakardiale Impedanzmessung vorgesehen, die dann aussagekräftig ist für die Atmung, für die Herztätigkeit und andere kardiale und respiratorische bzw. pulmunale Funktionsparameter.Preferably, a medical device according to the invention provides an intracardiac impedance measurement, which is then meaningful for breathing, cardiac activity and other cardiac and respiratory or pulmonary function parameters.

Wird das medizinische Gerät gemäß der Erfindung inIf the medical device according to the invention is used in

Verbindung mit einem Herzschrittmacher verwendet, so ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen ist der einfache Aufbau zu nennen, da das Meßelement gleichzeitig als Stimulationselektrode zu verwenden ist, wobei bevorzugt eine gewöhnliche bipolare Elektrode verwendet wird. Die der Frequenz des niederfrequenten Signales entsprechende Atemfrequenz wird als absolute Größe zu einer vorgegebenen Beziehung zwischen Atemfrequenz und ~ Stimulationsfrequenz herangezogen. Diese dadurch festgelegte Grundkennlinie des Herzschrittmachers kann dann durch andere aus den nieder- und höherfrequenten Signalen ermittelte, sich relativ ändernde respiratorische und kardiale Funktionsparameter moduliert werden. Hier «";.;■ on ist trotz der Vorgabe einer festen Grundkennlinie eine Frequenzoptimierung über die Benutzung weiterer Funktionsparameter gegeben, die im wesentlichen durch die Herztätigkeit bedingt sind. Die Erfindung nutzt damit auch dieIf the device is used in conjunction with a pacemaker, a number of advantages arise. Firstly, the simple structure is to be mentioned, since the measuring element can also be used as a stimulation electrode, whereby a conventional bipolar electrode is preferably used. The respiratory rate corresponding to the frequency of the low-frequency signal is used as an absolute value for a predetermined relationship between respiratory rate and stimulation rate. This basic characteristic curve of the pacemaker determined in this way can then be modulated by other relatively changing respiratory and cardiac function parameters determined from the low and higher frequency signals. Here, despite the specification of a fixed basic characteristic curve, frequency optimization is provided by using other function parameters that are essentially determined by the heart's activity. The invention thus also uses the

Möglichkeit aus, verschiedene, unterschiedlich schnell auf Belastungsänderungen ansprechende physiologische Parameter der Herz- und Lungen tätigkeit zu kombinieren, so daß sie für eine sinnvolle Verwertung in einem langzeitstabilen implantierbaren Herzschrittmachersystem geeignet sind und sich darüberhinaus gegenseitig kontrollieren können.The possibility of combining different physiological parameters of heart and lung activity that respond to changes in load at different rates so that they are suitable for meaningful use in a long-term stable implantable pacemaker system and can also control each other.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß durch die alleinige intrakardiale Messung, vorzugsweise eine Impddanzmessung, repiratorische und kardiale Funktionsparameter eindeutig voneinander unterschieden werden können. Dies'ist bei anderen Meßprinzipien nicht möglich, z. B. der oben erwähnten Impedanzmessung der Atmung mit Hilfe einer thorakalen Hilfselektrode. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die intrakardial .erfaßten Meßsignale und die thorakal erfaßten Meßsignale bei einer Belastung eines Patienten -te-ilwe-ise gegensinnig verlaufen, so daß das gesamte Nutzsignal nur einen geringen Aussagewert und zumindest von hohen Störungen überlagert ist. Eine solche gegenseitige Störung respiratorischer bzw. pulmunaler und kardialer Funktionsparameter wird durch die Erfindung zuverlässig ausgeschaltet.A significant advantage of the invention is that respiratory and cardiac function parameters can be clearly distinguished from one another by means of the sole intracardiac measurement, preferably an impedance measurement. This is not possible with other measurement principles, e.g. the above-mentioned impedance measurement of breathing using a thoracic auxiliary electrode. It has been shown that the intracardiac measurement signals and the thoracic measurement signals sometimes run in opposite directions when a patient is under stress, so that the entire useful signal has little informational value and is at least overlaid with high levels of interference. Such mutual interference between respiratory or pulmonary and cardiac function parameters is reliably eliminated by the invention.

Weitere Ausgestaltungen Unteransprüchen hervor.Further embodiments emerge from subclaims.

der Erfindung gehen aus denof the invention arise from the

Die Erfindung ist in einem AusfUhrungsbeispiel in Verbindung mit einem Herzschrittmacher anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:The invention is explained in more detail in an embodiment in connection with a pacemaker using the drawing. In this:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines in einem Patienten implantierten Herzschrittmachers gema'ß der Erfindung; Fig. 1 is a schematic view of a pacemaker according to the invention implanted in a patient;

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Fig. 2 ein Blockschaltdiagramm eines Herzschrittmachers gemäß der Erfindung;Fig. 2 is a block diagram of a pacemaker according to the invention;

Fig. 3 eine Grundkennlinie des Herzschrittmachers, mit der die Stimulationsfrequenz und die Atemfrequenz miteinander in Beziehung gebracht werden sowie ein daraus durch relative sich änderde Funktionsparameter ergebendes. Ken.nlinienf eld;Fig. 3 a basic characteristic curve of the pacemaker, with which the stimulation frequency and the respiratory frequency are related to each other, as well as a characteristic field resulting from this through relatively changing functional parameters;

Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Ermittlung der Stimulationsfrequenz;Fig. 4 is a signal diagram to explain the determination of the stimulation frequency;

Fig. 5 die Filtercharakter-isti ken e-iner in der Steuerschaltung des Herzschrittmachers verwendeten Tiefpaß- und einer Hochpaßschaltung.Fig. 5 shows the filter characteristics of a low-pass and a high-pass circuit used in the control circuit of the pacemaker.

Fig. 6, 7 und 8Figs. 6, 7 and 8

Signaldiagramme zur Erläuterung- des Impedanzverlaufes bei intrakardialer Messung im Tierversuch mit verschiedenen Parametern;Signal diagrams to explain the impedance curve in intracardiac measurements in animal experiments with different parameters;

Fig. 9 den Verlauf der intrakardialen Impedanz, des EKGs und der Atemtätigkeit (Pneumotachographie) bei einem Menschen;Fig. 9 the course of the intracardiac impedance, the ECG and the respiratory activity (pneumotachography) in a human;

Fig.10 Signaldiagramme für das EKG, den höherfrequenten Anteil der Impedanz im rechten Ventrikel (&Zgr;&kgr;&ggr;&EEgr;&Rgr;), den Druck im rechten Ventrikel (P_pv) den Druck im Oesophagus, der dem intrathorakalen Druck entspricht (PgES^' ^{für den} niederfrequenten Anteil der Impedanz im rechten Ventrikel (Z_RyTP) und für das direkt gemessene Ausatemsignal {Pneumotachographie) bei einem Herzschrittmacherträger;Fig.10 Signal diagrams for the ECG, the higher frequency component of the impedance in the right ventricle (ζκγλΙΕΠ), the pressure in the right ventricle (P _pv ), the pressure in the esophagus which corresponds to the intrathoracic pressure (PgES^' ^{for the} low frequency component of the impedance in the right ventricle (Z _R yTP) and for the directly measured exhalation signal {pneumotachography) in a pacemaker wearer;

Fig*lladie Abhängigkeit des Atemzugvolumens vom intrathorakalen Druck;Fig*lla the dependence of tidal volume on intrathoracic pressure;

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Fig. lib die Abhängigkeit des rechtsventrikulären Druckes vom rechtsventrikulären Volumen.Fig. lib the dependence of right ventricular pressure on right ventricular volume.

In Fig. 1 ist ein in einem Patienten 1 implantierter Herzschrittmacher 2 gezeigt, der ein Gehäuse 3 aufweist, von dem eine Sonde 4 ausgeht, die über eine Vene in das Herz 5 führt. Die Sonde 4 ist an ihrem vorderen, im Ventrikel liegenden Ende als bipolare Elektrode 6 ausgebildet mit einer an der Spitze der Sonde 4 gelegenen ersten Elektrode 7 und einer mehr proximal gelegenen zweiten Elektrode 8. Elektrische Leitungen 9 und 10 innerhalb der Sonde 4 verbinden die beiden Elektroden 7 und 8 mit einer Steuerschaltung 11, die in dem Gehäuse 3 angeordnet ist.Fig. 1 shows a cardiac pacemaker 2 implanted in a patient 1, which has a housing 3 from which a probe 4 extends, which leads into the heart 5 via a vein. The probe 4 is designed as a bipolar electrode 6 at its front end in the ventricle, with a first electrode 7 located at the tip of the probe 4 and a second electrode 8 located more proximally. Electrical lines 9 and 10 within the probe 4 connect the two electrodes 7 and 8 to a control circuit 11, which is arranged in the housing 3.

Die Steuerschaltung 11 ist in Fig. 2 zur Erläuterung der Funktion aus diskreten Schaltungselementen aufgebaut; es ist selbstverständlich, daß diese Steuerschaltung auch durch eine integrierte Schaltung, etwa durch einen Mikroprozessor mit entsprechender Software realisiert werden kann.The control circuit 11 in Fig. 2 is constructed from discrete circuit elements to explain the function; it goes without saying that this control circuit can also be implemented by an integrated circuit, such as a microprocessor with appropriate software.

Die Steuerschaltung &Pgr; ist unterteilt in eine Meßschaltung 12, eine mi t dieser verbundenen Logik 13 und eine Stimulationsschaltung 14. Aktive Schaltungselemente der Steuerschaltung 11 werden durch eine Batterie 15 mit Energie versorgt.The control circuit Π is divided into a measuring circuit 12, a logic circuit 13 connected to it and a stimulation circuit 14. Active circuit elements of the control circuit 11 are supplied with energy by a battery 15.

Die Leitung 10 ist mit Grundpotential verbunden, die Leitung 9 mit der Meßschaltung 12, und zwar darin mit einem ersten Hochpaß 16. Ein Oszillator 17 liefert einen Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen etwa 10 kHz und 100 KHz mit niedriger Stromstärke im Bereich einiger Mikroampere bzw. zur Verringerung der BatteriebelastungThe line 10 is connected to ground potential, the line 9 to the measuring circuit 12, namely to a first high-pass filter 16. An oscillator 17 supplies an alternating current with a frequency between about 10 kHz and 100 KHz with a low current in the range of a few microamperes or to reduce the battery load

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Einzelimpulse von &zgr;. B. 0,01 msec Daufir mit einer Stromstärke von etwa 1 Mikroampere. Das Stromsignal des Oszillators 17 liegt auch an den Elektroden 7 ..und .8 der bipolaren Elektrode 6 an. Der durch das Ohm'sche Gesetz definierte Widerstand bzw. die Impedanz zwischen diesen beiden Elektroden wird in einem Impedanzmeßgerät 18 bestimmt, der dem Hochpaß bzw. Filter 16 nachgeschaltet ist. Dieses Rohsign'al wird einmal einer Tiefpaßschaltung 19 und zum anderen einer Hochpaßschaltung 20 zugeführt, die das Rohsignal in ein nieder- und ein höherfrequentes Signal aufteilen. Die Tiefpaßschaltung 19 -läßt Signale durch, die der niedrigen Atemfrequenz des Patienten zuzuordnen sind, die Hochpaßschaltung 20 berücksichtigt Signale, die der höherfrequenten Herztätigkeit des Patienten zuzuordnen sind. Da die Herzfrequenz in der Regel das Vier- bis Fünffache der Atemfrequenz beträgt, können diese respiratorischen bzw. pulmunalen und kardialen Signale ohne Schwierigkeit getrennt werden.Single pulses of ζ, e.g. 0.01 msec duration with a current of about 1 microampere. The current signal from the oscillator 17 is also present at the electrodes 7 and 8 of the bipolar electrode 6. The resistance or impedance between these two electrodes, defined by Ohm's law, is determined in an impedance measuring device 18, which is connected downstream of the high-pass filter or filter 16. This raw signal is fed to a low-pass circuit 19 and a high-pass circuit 20, which split the raw signal into a low-frequency and a higher-frequency signal. The low-pass circuit 19 lets through signals that can be attributed to the patient's low respiratory rate, while the high-pass circuit 20 takes into account signals that can be attributed to the patient's higher-frequency heart activity. Since the heart rate is usually four to five times the respiratory rate, these respiratory or pulmonary and cardiac signals can be separated without difficulty.

Die Ausgangssignale der Tiefpaß- und Hochpaßschaltung IS, ?0 werden jeweils einer Signalformerstufe 21 bzw. 22 zugeführt, in denen eine Vofauswertung, z. B. Mittelwertbildung, Bestimmung der zeitlichen Ableitung und anschließenden Integration oder dergleichen erfolgt. Eine Ausgangsleitung 23-1 der Tiefpaßschaltung 21 führt dann ein der Atemfrequenz zuzuordnendes Signal, daß der Frequenz des niederfrequenten Signales entspricht, eine weitere Ausgangsleitung 23-2 führt ein der Atemtiefe zuzuordnendes Signal entsp^eoVsnd der Amplitude des niederfrequenten Signales. Eine Ausgangsleitung 24-1 der Hochpaßschaltung 22 führt ein der Kontraktilität des Herzens entsprechendes Signal, das der zeitlichen Ableitung des hochpaßgefilterten Impedenzsignales, d. h. der zeitlichen Änderungsrate des systölischen SchlägvolumensThe output signals of the low-pass and high-pass circuits IS, ?0 are each fed to a signal forming stage 21 or 22, in which a preliminary evaluation, e.g. averaging, determination of the time derivative and subsequent integration or the like, takes place. An output line 23-1 of the low-pass circuit 21 then carries a signal to be assigned to the respiratory frequency, which corresponds to the frequency of the low-frequency signal, another output line 23-2 carries a signal to be assigned to the respiratory depth, corresponding to the amplitude of the low-frequency signal. An output line 24-1 of the high-pass circuit 22 carries a signal corresponding to the contractility of the heart, which corresponds to the time derivative of the high-pass filtered impedance signal, ie the time rate of change of the systolic stroke volume.

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entspricht. Eine weitere Ausgangsleitung 24-^2 fUhit ein dem Schlägvolumen des Herzens zuzuördendes Signal entsprechend der Amplitude des hochgepaßten Impedärizsignales. A further output line 24-^2 provides a signal to be assigned to the stroke volume of the heart corresponding to the amplitude of the high-pass impedance signal.

Sämtliche Ausgangsleitungen 23 und 24 werden mit der Logik 13 verbunden, die aufgrund der anliegenden Signale, eine optimale, der Belastung des Herzschrittmacherträgers aHKquanta St 1 myi ati ärisf rnqijßnz barflehnot. Diese Stimulationsfrequenz wird einem Impulsgenerator 25 im Stimulationssignal 14 zugeführt, der entsprechende Stimulationsimpulse über einen Filter 26 an die bipolare Elektrode 6 abgibt.All output lines 23 and 24 are connected to the logic 13, which, based on the signals present , determines an optimum stimulation frequency that is appropriate to the load on the pacemaker wearer. This stimulation frequency is fed to a pulse generator 25 in the stimulation signal 14, which emits corresponding stimulation pulses via a filter 26 to the bipolar electrode 6.

Der Meßkanal 12 und der Stimulationskanal 14 sind durch die Filter 16 und 26 frequenzmäßig getrennt, so daß Signale in einem Kanal den jeweilig anderen Kanal in seiner Funktion nicht beeinträchtigen. Dadurch kann die bipolare Elektrode 6 sowohl als Meß- als auch Stimulationselektrode benutzt werden.The measuring channel 12 and the stimulation channel 14 are separated in terms of frequency by the filters 16 and 26, so that signals in one channel do not affect the function of the other channel. This means that the bipolar electrode 6 can be used both as a measuring and as a stimulation electrode.

Zur Steuerung der Stimulationsfrequenz in Abhängigkeit der körperlichen Belastung eines Herzschrittmacherträgers wird eine Grundkennlinie 27 gemäß Fig. 3 verwendet, die eine feste Beziehung zwischen Atemfrequenz und Stimulationsfrequenz vorgibt. Diese Grundkennlinie 27 weist drei unterschiedlich steile jedoch lineare Abschnitte auf, wobei im ersten Abschnitt einer Atemfrequenz zwischen etwa 8 und 16 f Zügen pro Minute eine Herzfrequenz zwischen etwa 50 und 70 I Schlägen pro Minute zugeordnet wird. Einer Atemfrequenz | zwischen 16 und etwa 28 Zügen pro Minute wird eine Herzfrequenz zwischen etwa 70 und 120 Schlägen pro Minute zugeordnet, einer Atemfrequenz zwischen 28 und etwa 44 Zügen pro Minute eine Herzfrequenz zwischen 120 und 150 Schlägen pro Minute. Die berechneten Herzfrequenzen werden :To control the stimulation frequency depending on the physical strain of a pacemaker wearer, a basic characteristic curve 27 as shown in Fig. 3 is used, which specifies a fixed relationship between respiratory rate and stimulation rate. This basic characteristic curve 27 has three sections of varying steepness but which are linear, whereby in the first section a respiratory rate between about 8 and 16 breaths per minute is assigned a heart rate between about 50 and 70 beats per minute. A respiratory rate between 16 and about 28 breaths per minute is assigned a heart rate between about 70 and 120 beats per minute, and a respiratory rate between 28 and about 44 breaths per minute is assigned a heart rate between 120 and 150 beats per minute. The calculated heart rates are:

in jedem Falle limitiert* so daß eine untere Grenzfrequenz Von 50 Schlägen pro Minute und eine obere Herzfrequenz von 150 Schlägen pro Minute festgelegt wird. Verlauf und Steilheit dieser Beziehung lassen sich jedoch den individuellen Bedürfnissen des Patienten anpassen), was auch nach Implantation auf nichtinvasivem Wege möglich ist.limited in any case* so that a lower limit frequency of 50 beats per minute and an upper heart rate of 150 beats per minute are set. The course and steepness of this relationship can, however, be adapted to the individual needs of the patient), which is also possible after implantation in a non-invasive way.

wie i>5 i>5 äCii &igr; *i Cue j &ugr;&Tgr;&idigr;&idigr;&idiagr;&Igr;&iacgr; &igr; 5 i>"i &Ogr;&Ggr;&Idigr;3 &igr; PSijüSnZ Wl Tu JSuGCn nidi« allein nach dieser Grundkennlinie 27 festgelegt, vielmehr kann diese in Abhängigkeit mehrerer in dem Meßkanal 12 ermittelter Funktionsparameter moduliert werden, und zwar im einfachsten Falle- parallel zur· Ordinate, d. h. der Herzfrequenz verschoben werden, wie dieses durch die gestrichelten Kennlinien in Fig. 3 angedeutet ist. Durch die weiteren in dem Meßkanal ermittelten Funktionsparameter, die auf den Leitungen 23-2, 24-1 und 24-2 anliegen, wird dann sozusagen der jeweilige Bezugspunkt bzw. Ausgangswert für die Grundkennlinie ständig neu definiert.rather, it can be modulated as a function of several functional parameters determined in the measuring channel 12, and in the simplest case - shifted parallel to the ordinate, ie the heart rate, as is indicated by the dashed characteristic curves in Fig. 3. The respective reference point or starting value for the basic characteristic curve is then, so to speak, constantly redefined by the further functional parameters determined in the measuring channel, which are present on the lines 23-2, 24-1 and 24-2.

Die Funktion des Herzschrittmachers wird anhand der Fig. 4 erläutert, in der die Funktionspafämeter Kontraktilität des Herzens, Schlagvolumen, Atemzugvolumen und Atemfrequenz sowie die Stimulationsfrequenz über der Zeit vor und nach einer Belastung des Herzschrittmacherträgers aufgetragen sind. Bei Ruhe des Herzschrittmacherträgers wird die Stimulationsfrequenz allein durch die absolute Grundkennlinie 27 entsprechend der Atemfrequenz bestimmt. Wird der Herzschrittmacher zum Zeitpunkt 1} belastet, so steigt zunächst die Kontraktilität des Herzens an, was durch das Signal auf der Leitung 24-1 angezeigt wird. Die Stimulationsfrequenz wird dadurch erhöht. Zum Zeitpunkt 2) steigt auch das Schlagvolumen an, so daß die Stimulationsfrequenz weiter erhöht wird. Das Schlagvolumen stellt sich nachThe function of the pacemaker is explained using Fig. 4, in which the functional parameters of contractility of the heart, stroke volume, tidal volume and respiratory rate as well as the stimulation rate are plotted against time before and after a load on the pacemaker wearer. When the pacemaker wearer is at rest, the stimulation rate is determined solely by the absolute basic characteristic curve 27 in accordance with the respiratory rate. If the pacemaker is loaded at time 1), the contractility of the heart initially increases, which is indicated by the signal on line 24-1. The stimulation rate is thereby increased. At time 2), the stroke volume also increases, so that the stimulation rate is increased further. The stroke volume is adjusted according to

einer kurzen Zeit als etwa konstant ein, so daß auch die Stifiiul ationsfrequenz etwa konstant gehalten wird. Zum Zeitpunkt 3) steigt auch das Atemzugvolumen an, wobei Kontraktilität und Schlagvolumen im wesentlichen konstant bleiben. Die Stimulationsfrequenz wird erneut angehoben, bis zum Zeitpunkt 4) das Schlagvolumen erneut abfällt, wobei jedoch das Atemzugvolumen weiter ansteigt. Die Ihnahma Hoc Sehlsnuniumons 7ßiat dabei an. .daß diefor a short time as approximately constant, so that the stimulation frequency is also kept approximately constant. At time 3), the tidal volume also increases, whereby contractility and stroke volume remain essentially constant. The stimulation frequency is increased again, until at time 4), the stroke volume drops again, whereby the tidal volume continues to increase. The assumption here is that the

Stimulationsfrequenz in einen Bereich angestiegen ist, in dem das Schlagvolumen sein neues Optimum finden kann. Obwohl das Atemzugvolumen noch weiter ansteigt, wird daher die Stimulationsfrequenz annähernd konstant gehalten.Stimulation frequency has increased to a range in which the stroke volume can find its new optimum. Although the tidal volume continues to increase, the stimulation frequency is therefore kept approximately constant.

Zum Zeitpunkt 5) steigt dann auch die Atemfrequenz, so daß der Arbeitspunkt des Schrittmachers auf der durch die erwähnten relativen Funktionsparameter verschobenen Grundkennlinie ansteigt. Da das Schlagvolumen zu diesem Zeitpunkt noch weiter sinkt, ist der Anstieg relativ auderat. Zum Zeitpunkt 6), an dem die Atemfrequenz weiter insteigt, das Schlagvolumen jedoch etwa konstant bleibt, wird die Stimulationsfrequenz angehoben, bis zum Zeitpunkt 7) sich eirte konstante Atemfrequenz einstellt. Kontrakti-1i tat, Schlagvolumen und Atemzugvolumen sind zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen konstant. Zwischen den Zeitpunkten 7) und 8) steigt das Schlagvolumen geringfügig an, während die anderen Funktionsparameter konstant bleiben. Aus diesem Grunde wird auch die Stimulationsfrequenz geringfügig angehoben. Zwischen den Zeitpunkten 8) und 9) verlaufen alle Funktionsparameter etwa konstant₅ ' so daß auch die Stimulationsfrequenz konstant bleibt. Zu dem Zeitpunkt 9) hört die Belastung auf, wodurch die Kontraktilität und das Schlagvolumen abnehmen, während das Atemzugvolumen geringfügig ansteigt, im wesentlichen jedoch konstant bleibt und die Atemfrequenz abfällt. AusAt time 5), the respiratory rate also increases, so that the operating point of the pacemaker rises on the basic characteristic curve shifted by the relative functional parameters mentioned. Since the stroke volume continues to fall at this time, the increase is relatively rapid. At time 6), when the respiratory rate continues to rise but the stroke volume remains more or less constant, the stimulation frequency is increased until a constant respiratory rate is reached at time 7). Contractility, stroke volume and tidal volume are essentially constant at this time. Between times 7) and 8), the stroke volume increases slightly, while the other functional parameters remain constant. For this reason, the stimulation frequency is also increased slightly. Between times 8) and 9), all functional parameters remain more or _less constant, so that the stimulation frequency also remains constant. At time 9) the load ceases, causing contractility and stroke volume to decrease, while tidal volume increases slightly but remains essentially constant and respiratory rate decreases.

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diesem Grunde wird bis zu dem Zeitpunkt 10) die Stimula* tionsfrequenz abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt erreichen die Kontraktilität und das Schlagvolumen wieder ihre normalen Worte. Ab dem Zeitpunkt 10) folgt das Atemzugvolumen und f ie Atemfrequenz, so daß dia Stimulationsfrequenz weiter abgesenkt wird. Diese gilt auch bis zum Zeltpunkt 12), ab dem das Atemzugvolumen relativ langsamer auf den Ruhewert ibfällt. EuenSö fallt äüCri die Acemf reqüenü langsamer yegen den Ruhewert 13) ab, in der die Atemfrequenz diesen Ruhewert wieder erreicht. Da zu diesem Zeitpunkt das Atemzugvolumen noch Über dem Ruhewert liegt, hat die Stimulationsfrequenz noch nicht den Ruhewert, dieser wird trst im Zeitpunkt 14) erreicht, zu dem das Atemzugvolumen iuf den Ruh-awert abgefallen ist.For this reason, the stimulation frequency is reduced until time 10). At this time, contractility and stroke volume return to their normal values. From time 10), the tidal volume and respiratory frequency follow, so that the stimulation frequency is further reduced. This also applies until time 12), from which the tidal volume drops relatively slowly to the resting value. Likewise, the tidal frequency drops more slowly compared to the resting value 13), at which the respiratory frequency reaches this resting value again. Since the tidal volume is still above the resting value at this time, the stimulation frequency has not yet reached the resting value, which is only reached at time 14), at which the tidal volume has dropped to the resting value.

In Versuchen mit gesunden Probanden wurde festgestellt, daß die auf diese Art erreichte Stimulationsfrequenz sehr gui. mit der Herzfrequenz eines Gesunden korreliert.In experiments with healthy subjects it was found that the stimulation frequency achieved in this way correlates very closely with the heart rate of a healthy person.

In Fig. 5 ist die Filtercharakteristik d>>r verwendeten Tiefpaßschaltung 19 angegeben. Man sieht, daß der Trans-■issionsgrad, angegeben in %, bei einer Frequenz von ein Hz, praktisch auf Null abgesunken ist. Die mit der Herztätigkeit korrelierenden Signale weisen alle eine Frequenz ab diesem Wert auf, so daß eine Beeinträchtigung der tiefgepaßtS:·; Signale durch Signale die auf der '^ü Herztätigkeit beruhen, nicht gegeben ist. Die tiefgepaßten Signale können in der Signalformerschaltung 21 noch dadurch aufbereitet werden, daß die Amplitude entsprechend der Filtercharakteristik korrigiert wird. Hierdurch wird eine noch adäquatere Bewertung der Atemtiefe möglich. Die Filtercharakteristik der verwendeten Hochpaßschaltv _&Lgr; 10 schließt sich an diesen Bereich an, was in der Fig. schematisch gestrichelt dargestellt ist, so daß in demIn Fig. 5, the filter characteristic of the low-pass circuit 19 used is shown. It can be seen that the degree of transmission, given in %, at a frequency of one Hz, has dropped to practically zero. The signals correlating with the cardiac activity all have a frequency starting from this value, so that the low-pass signals are not impaired by signals based on the ^cardiac activity. The low-pass signals can be further processed in the signal shaping circuit 21 by correcting the amplitude according to the filter characteristic. This enables an even more adequate assessment of the depth of breathing. The filter characteristic of the high-pass _circuit 10 used follows this range, which is shown schematically in the figure with a dashed line, so that in the

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"»■I lclC-i"»■I lclC-i

Hochpaßzweig lediglich auf der Herztätigkeit beruhende Signale ungestört von den respiratorischen Signalen anliegen.High-pass branch only receives signals based on cardiac activity, undisturbed by respiratory signals.

In zahlreichen Messungen sowohl im Tierversuch als auch bei mehr als 20 gesunden Probanden und Herzschrittmacherpatienten' hat " der' Anmelder die der Erfindung zugrundeliegenden Merkmale untersucht. In einer initialen Untersuchungsreihe am Hund konnte nachgewiesen werden, daß die intrakardialen Impedanzveränderungen zum einen durch kontraktilitätsbedingte kardiale Veränderungen, zum anderen ·überlagert durch die Atemtätigkeit bestimmt werden (Fig. 6). In derselben Untersuchungsreihe konnte darüberhinaus gezeigt werden, daß die myokardiale Kontraktilität einen Einfluß auf die zeitliche Änderungsrate der .herzschlagbedingten Impedanzveränderung innerhalb eines Herzschlages im rechten Ventrikel ausübt und daß somit eine Bestimmung der relativen Kontraktionsfähigkeit des Herzens über die zeitliche systolische Änderungsrate des Impedanzsignals während eines Herzschlages möglich ist (Fig. 2 a, b, c, d). Des weiteren läßt sich nicht nur der Einfluß dar Atemfrequenz sondern auch der Atemtiefe auf das intrakardiale Impedanzsignal feststellen (Fig. 3a,c,b). Dabei wurde das Atemminutenvolumen konstant gehalten, jedoch die Atemfrequenz von 10 auf 20 bzw. 30 Atemzüge/Minute gesteigert.The applicant has investigated the features underlying the invention in numerous measurements both in animal experiments and in more than 20 healthy subjects and pacemaker patients. In an initial series of tests on dogs, it was demonstrated that the intracardiac impedance changes are determined on the one hand by contractility-related cardiac changes and on the other hand by the respiratory activity (Fig. 6). In the same series of tests, it was also shown that myocardial contractility has an influence on the temporal rate of change of the heartbeat-related impedance change within a heartbeat in the right ventricle and that it is therefore possible to determine the relative contractility of the heart via the temporal systolic rate of change of the impedance signal during a heartbeat (Fig. 2 a, b, c, d). Furthermore, not only the influence of the respiratory frequency but also the depth of breathing on the intracardiac impedance signal (Fig. 3a,c,b). The minute ventilation was kept constant, but the respiratory frequency was increased from 10 to 20 or 30 breaths/minute.

Die gedankliche Übertragung der im Tierversuch gefundenan experimentellen Daten auf den Menschen zeigt, daß bei einem Patienten mit implantiertem Herzschrittmachersystem folgende Verhältnisse vorliegen:The theoretical transfer of the experimental data found in animal experiments to humans shows that the following conditions exist in a patient with an implanted pacemaker system:

Nach dem bisherigen Stand der* Technik wurde zwischen einem 1 niplantierten Impulsgenerator und der Spitze einer Hilfselektrode die Veränderung der thoräkäleri Impedanz be-According to the current state of the art, the change in thoracic impedance was measured between a 1 implanted pulse generator and the tip of an auxiliary electrode.

stimmt. Grundlage für diese Messungen bildet die Erfahrungstatsache, daß mit der Atmung die Impedanz als Summe mehrer sich addierender Widerstände eine Änderung erfährt. Dabei kommt jedem Einzelgewebe und seinem entsprechenden widerstandsmä'ßigen Anteil ein entsprechender Einfluß an einer Gesamtimpedanz zu. Verschiedene Körpergewebe mit ihren Einzelimpedanzen haben einen ensprechenden Anteil &.n gemessenen Gesamtwert. Den größten Einfluß üben "dabei Blut, Lunge, Fettgewebe, Bindegewebe und Herzmuskeln sowie die Übergangsimpedanzen zwischen jeweils zwei benachbarten Geweben aus. Sowohl die Übergangsimpedanzen als auch die Impedanz des Fett- und Bindegewebes sind von Atem- und Herztätigkeit weitgehend unabhängig, so daß sie zwar den absoluten Beitrag der Gesamtimpedanz mitbeeinflussen, für deren Schwankungen mit Atmung und Herzschlag jedoch keinen wesentlichen Beitrag leisten. Bei alleiniger Betrachtung der Variation intrathorakaler Impedanz sind Blut und Lunge als wesentliche Einflußgrößen bestimmend. Entsprechend dem Überwiegen von Lungengewebe kommt es bei Bestimmung von Impedanzänderungen zwischen einem Schrittmachergehäuse und der Spitze einer über dem rechten Hemithorax implantierten Hilfselektrode zu Impedanzschwankungen, die überwiegend durch eine Änderung des Abstandes der beiden Meßpunkte und jdurch eine Ab- bzw. Zunahme von Lungenstruktur mit der Atemtätigkeit bedingt sind.is correct. The basis for these measurements is the empirical fact that the impedance changes with breathing as the sum of several added resistances. Each individual tissue and its corresponding resistance component has a corresponding influence on the total impedance. Different body tissues with their individual impedances have a corresponding share &n measured total value. The greatest influence is exerted by blood, lungs, fatty tissue, connective tissue and heart muscles, as well as the transition impedances between two adjacent tissues. Both the transition impedances and the impedance of the fatty and connective tissue are largely independent of breathing and heart activity, so that although they influence the absolute contribution to the total impedance, they do not make a significant contribution to its fluctuations with breathing and heartbeat. When considering the variation in intrathoracic impedance alone, blood and lungs are the main influencing factors. In accordance with the predominance of lung tissue, when determining impedance changes between a pacemaker housing and the tip of an auxiliary electrode implanted above the right hemithorax, impedance fluctuations occur, which are predominantly caused by a change in the distance between the two measuring points and by a decrease or increase in lung structure with breathing activity.

Beim Vergleich des menschlichen Körpers mit seinen verschiedenen Einzel impedanzen mit einem sich verändernden elektrischen Leiter wird der zwischen zwei Punkten gemessene impedanzmäßige Widerstand Z durch den jeweiligen Anteil von Widerstandsgewebe mit dem specifi-schen Widerstand y , der Länge L sowie der jeweiligen Querschnittsflache A bestimmt zu Z ^j⁵ X j·. Betrachtet man den Thorax | als Volumenkörper, ergibt sich Z * X-.When comparing the human body with its various individual impedances with a changing electrical conductor, the impedance resistance Z measured between two points is determined by the respective proportion of resistive tissue with the specific resistance y , the length L and the respective cross-sectional area A to Z ^j ⁵ X j·. If the thorax | is considered as a volume body, the result is Z * X-.

Aufgrund dieser theoretischen Überlegungen wird ersichtlich, daß sich bei Messungen zwischen Schrittmachergehäuse und Spitze einer routinemäßig verwandten Stimulationselektrode Impedanzänderungen mit der Atmung ergeben, die sowohl durch die Geschehnisse des Herzschlags und des Blutkreislaufs als auch durch die Atemtätigkeit bestimmt werden. Aufgrund des relativ geringen spezifischen Widerstands von Blut, das bei einem Hämatokrit von 45 % einen spezifischen Widerstand von rund 100 Ohm mal cm aufweist, 1m Vergleich zur Lunge von rund 1000 0hm mal cm, wird deutlich, daß sich die Gesamtimpedanz mit der Atmung trotz des volumenmäßigen Überwiegens der Lunge bei Messungen im Bereich zwischen Herzschrittmachergehäuse und Spitze der Stimul ationsalek';rode nur wenig ändert, da die kardialen und kreisi aufmaß?gen Schwankungen, die sich zu den pulmonalen Impedanzschwankungen entgegengesetzt verhalten, die pulmonalen praktisch kompensieren. Dies ist durch den einatembedingten Anstieg der lungenmäßigen Impedanz auf der einen Seite, auf der anderen Seite durch den einatembedingten Abfall der intrakardialen, intravaskulären und hilären (Gefäße der Lungenwurzel) Impedanz Innerhalb der Meßstrecke zwischen Stimulationselektrodenspitze.und Schrittmachergehäuse bedingt. Based on these theoretical considerations, it is clear that measurements between the pacemaker housing and the tip of a routinely used stimulation electrode result in impedance changes with breathing, which are determined both by the events of the heartbeat and blood circulation and by respiratory activity. Due to the relatively low specific resistance of blood, which has a specific resistance of around 100 ohms times cm at a hematocrit of 45 % , compared to the lungs of around 1000 ohms times cm, it is clear that the total impedance changes only slightly with breathing when measuring in the area between the pacemaker housing and the tip of the stimulation electrode, despite the volumetric predominance of the lungs, since the cardiac and circulatory fluctuations, which behave in the opposite way to the pulmonary impedance fluctuations, practically compensate for the pulmonary ones. This is due to the inhalation-induced increase in pulmonary impedance on the one hand and, on the other hand, to the inhalation-induced decrease in intracardiac, intravascular and hilar (vessels of the lung root) impedance within the measuring section between the stimulation electrode tip and the pacemaker housing.

Diese theoretischen Überlegungen konnten in zahlreichen Versuchen nachgewiesen und untermauert werden. Es zeigte sich dabei zusätzlich, daß Volumenänderung der oberen Hohlvenen, die insbesondere auf Lageänderung des Patienten deutlich ansprechen, eine impedanzmäßig determinante Größe sind. Weiterhin zeigte es sich, daß &zgr;. B. bei Messungen in der die obere Höhlvene in der Meßstrecke zum Herzschrittmachergehäuse liegt, die durch Sprechen bedingten Volumen- und Durchmesseränderungen der oberen Hohlvene und damitThese theoretical considerations have been proven and substantiated in numerous experiments. It was also shown that volume changes in the superior vena cava, which respond particularly clearly to changes in the patient's position, are an impedance-determining quantity. It was also shown that ζ. for example, in measurements in which the superior vena cava is in the measuring section to the pacemaker housing, the volume and diameter changes in the superior vena cava caused by speaking and thus

die Änderungen des Widerstandswerts der niederohmigen Blutsäule der oberen Hohlvene geg.e_njü.b.ex den atmungsbedingten Änderungen der Lunge sogar überwiegend sind. Das von anderen Untersuchern angestrebte Konzept der Ermittlung der Atmungstätigkeit über Bestimmung der transthorakalen Impedanzänderungen zwischen Herzspitze und Schrittmachergehäuse hat unseren Untersuchungen zufolge daher eine hohe Störanfälligkeit g'egVnüber nicht kardialen und dicht pulmonalen Einflüssen, wie Pressen, Husten, Sprechen, Lachen und plötzliche* Lageänderungen. Darüberhinaus steht das Verhältnis von Nutzsignal - der Atmung - zu dem Störsignal - obengenannter nichtatsungsbedingter Einflüsse - in einem ungünstigen Verhältnis.the changes in the resistance value of the low-resistance blood column of the superior vena cava are even predominant compared to the breathing-related changes in the lungs. According to our studies, the concept pursued by other researchers of determining breathing activity by determining the transthoracic impedance changes between the apex of the heart and the pacemaker housing is therefore highly susceptible to interference from non-cardiac and pulmonary influences such as straining, coughing, speaking, laughing and sudden changes in position. In addition, the ratio of the useful signal - breathing - to the interference signal - the above-mentioned non-breathing-related influences - is unfavorable.

Bisherige Untersuchungen zur Bestimmung der atembedingten transthorakalen Impedanzschwankungen gingen davon aus, daß inspiratorisch eine Zunahme der thorakalen Impedanz durch vermehrt inspirafo'ris'che's Lungengewebe mit hoher Impedanz zu erwarten sei. Aufgrund unserer Untersuchungen zeigte es sich, daß eine Bestimmung der atmungsbedingten lungenmäßigen Impedanzänderungen infolge von blütvoiumenbedingten Änderungen oft zu riur zufälligen und nicht stabilen Ergebnissen führt. Darüberhinaus fanden wir, daß die gleichzeitig mitermittelten kardialen und zirkulatorischen Änderungen der Impedanz bei transthorakaler Messung keine gerichtete und reproduzierbare Wertigkeit im Sinne einer Verwertbarkeit für ein implantierbares Schrittmachersystem aufweisen.Previous studies on determining breathing-related transthoracic impedance fluctuations assumed that an increase in thoracic impedance was to be expected during inspiration due to increased inspiratory lung tissue with high impedance. Our studies showed that determining breathing-related lung impedance changes as a result of blood volume-related changes often leads to random and unstable results. In addition, we found that the cardiac and circulatory changes in impedance determined at the same time during transthoracic measurement do not have a specific and reproducible value in the sense of usability for an implantable pacemaker system.

Unsere Untersuchungen zielten daher in eine völlig neuen Richtung, die pulmonalen atmungsbedingten Veränderungen nicht direkt im Brustraum * wie bisher* Vorgeschlagen - zu messen und dabei die inspirationsbedingte Impedantunahme zu registrieren» sö'ndern iridireVt' den Einfluß atmungskör-Our investigations therefore aimed in a completely new direction, not to measure the pulmonary breathing-related changes directly in the chest cavity * as previously * suggested - and thereby to record the inspiration-related impedance increase, but to irradiate the influence of respiratory bodies

8 68 6

relierter, intrathorakaler Druckschwankungen auf -die
Änderung der Intrakardialen Impedanz zu erfassen* Wie
bereits aus Fig. 6, 7 und 8 im Tierversuch ersichtlich,
üben intrathorakale Druckschwankungen beim Hund, in diesemrelated, intrathoracic pressure fluctuations -the
To detect changes in intracardiac impedance* How
already evident from Fig. 6, 7 and 8 in animal experiments,
exert intrathoracic pressure fluctuations in the dog, in this

Versuch in Form einer externen Beatmung, einen deutlichen fAttempt in the form of external ventilation to achieve a significant f Einfluß auf die intrakardialen Impedanzveränderungen aus. 1Influence on intracardiac impedance changes. 1 Diese überlagern die eigentliche Herztätigkeit in entspre- ffThese overlay the actual heart activity in corresponding ff

chender Weise. |appropriate manner. |

In zahlreichen weiterführenden Untersuchungen an Patienten fIn numerous follow-up studies on patients f

und Probanden konnten wir die Abhängigkeit der intrakardi- |and subjects we were able to determine the dependence of the intracardiac |

alen Impedanzveränderungen auch von der Spontanatmung beim |nal impedance changes also from spontaneous breathing during |

Menschen nachweisen (Fig. 9 und 10). |humans (Fig. 9 and 10). | In Fig. 9 ist in der oberen Zeile die Impedanz, in der iIn Fig. 9, the upper line shows the impedance in which i

mittleren Zeile die direkt gemessene Ausatmung (EX) im |middle line the directly measured exhalation (EX) in |

zeitlichen und volumenbedingten Verlauf und in der unteren jtemporal and volume-related course and in the lower j

Zeile das EKG aufgezeichnet. Die Einatmungsphasen sind in [The ECG is recorded in the first line. The inhalation phases are shown in [

der oberen Zeile durch eine inspirationsbedingte Abnahme |the upper line due to an inspiration-related decrease |

der Impedanz deutlich zu erkennen. Dabei übt der thorakale Ithe impedance can be clearly seen. The thoracic I

Druckabfall bei der Einatmung einen verstärkten Blutsogef- \ Pressure drop during inhalation an increased blood suction \

fekt aus und führt so zu einer stärkeren Füllung des |effect and thus leads to a stronger filling of the |

Ventrikels, was sich in einer entsprechenden Abnahme der |ventricle, which is reflected in a corresponding decrease in | Impedanz äußert (mehr Blut mit niedriger Impedanz in |impedance (more blood with low impedance in | Umgebung der Elektrode). Die inspirationsbedingte Zunahme |surrounding the electrode). The inspiration-related increase |

der pulmonalen Impedanz spielt bei der intraventrikulären fof pulmonary impedance plays a role in intraventricular f

Messung gemäß der Erfindung eine zu vernachlässigende fMeasurement according to the invention a negligible f Rolle. In der Phase des Ätemanhaltens nach Inspiration ist |Role. In the phase of breath holding after inspiration |

in Zeile 1, Fig. 5 desweiteren zu erkennen, daß sich nach iIn line 1, Fig. 5 it can be seen that after i

initialer, insprirationsbedingter vermehrter Füllung der *initial, inspiration-related increased filling of the *

Ventrikel wieder auf seine Normalgröße einpendelt. Die ;·Ventricle returns to its normal size. The ;·

anschließende Ausatmung führt dann zu einer weiteren, · allerdings recht geringen Zunahme der Impedanz, bedingtsubsequent exhalation then leads to a further, albeit quite small, increase in impedance, due

durch weitere Volumenabnahme des Ventrikels. Die feinen i;by further decrease in volume of the ventricle. The fine i;

Veränderungen der Impedanz, die sich mit dem EKG korrelie- I ren, sind durch das Schlagvolumen bedingt.Changes in impedance that correlate with the ECG are caused by stroke volume.

Fig* 10 teilt das in Fig. 9» Zeile !'gezeigte Rohsignal in «inen hochpaßgefiIterten (HP) Schiagvölumenanteil (Zeile 2) und einen tiefgepaßten (TP) Atemanteil (Zeile 6) auf. Deutlich erkennbar ist die schlagvolmenbedingte Zunahme der Impedanz Z des HP-Signals (dabei gleichzeitiger Anstieg des P_Ry) mit jeder Herzaktion (QRS Komplex). Die Einatmungsphase ist mit einem Abfall, die Ausatmungsphase mit einem Anstieg des' Drucks 'im-" Oesophagus (P_ncc) alsFig. 10 divides the raw signal shown in Fig. 9, line 1 into a high-pass filtered (HP) stroke volume portion (line 2) and a low-pass filtered (TP) respiratory portion (line 6). The increase in the impedance Z of the HP signal (with a simultaneous increase in P _Ry ) with each cardiac action (QRS complex) caused by the stroke volume is clearly visible. The inhalation phase is characterized by a decrease and the exhalation phase by an increase in the pressure in the esophagus (P _n cc).

VbWVbW

repräsentative Größe des intrathorakalen Drucks vergesell*· schaftet. Durch die Druckübertragung auf das Herz kommt es einätmungsbedingt zu der entsprechenden größeren Blutflille | im Herzen und dadurch zu einer inspirätörisch geringerenrepresentative size of the intrathoracic pressure. Due to the pressure transfer to the heart, the corresponding larger blood volume in the heart occurs due to inhalation and thus to a lower inspirational

Impedanz Z~y TP.Impedance Z~y TP.

Die theoretische Basis für die Erfindung besteht dahingehend, daß bei einem Absinken des intrathorakalen Drucks bei der Inspiration eine Volumenzunahme der Lunge stattfindet.· Dabei ist sowohl'-beim gesunden als auch beim älteren Patienten über weite Strecken der normalen Lungentätigkeit eine lineare Relation zwischen Änderung des intrathorakalen Drucks und Änderung des Lungenvolumens gegeben (Fig. Ha). Die Änderung des intrathorakalen Drucks wiederum pflanzt sich direkt auf das Herz fort. Durch diese Druckschwankungen entstehen wechselnde Schwankungen des intrakardialen Drucks. Diese werden durch das das Herz umgebende Perikard im Regelfall, also bei Nichtvorliegen einer restriktiven Perikarderkrankung, unverändert auf das Herz übertragen. Die intrakardialen Druckschwankungen ihrerseits haben eine Volumenverschiebung imierhalb des Herzens zur Folge. Diese entspricht den jeweiligen myokardialen Parametern des Patienten (Fig. lib). Dabei kann in einem weitgehenden Bereich der normalen Herztätigkeit ebenfalls" von einem linearen Verhalten von Druck und Volumen- ausgegangen werden, so daßThe theoretical basis for the invention is that when the intrathoracic pressure drops during inspiration, the volume of the lungs increases. In both healthy and elderly patients, there is a linear relationship between the change in intrathoracic pressure and the change in lung volume over long periods of normal lung activity (Fig. Ha). The change in intrathoracic pressure in turn is transmitted directly to the heart. These pressure fluctuations cause alternating fluctuations in the intracardiac pressure. These are usually transmitted unchanged to the heart by the pericardium surrounding the heart, i.e. in the absence of restrictive pericardial disease. The intracardiac pressure fluctuations in turn result in a volume shift within the heart. This corresponds to the patient's respective myocardial parameters (Fig. lib). In a wide range of normal cardiac activity, a linear behavior of pressure and volume can also be assumed, so that

Über weite Bereiche der Herz-Lungentätigkeit innerhalb des alltäglichen Lebens eine angenähert lineare Beziehung zwischen Veränderung des Lungenvolumens, also der Atmung, und einer Veränderung des intrakardialen Volumens besteht.Over a wide range of cardiopulmonary activity in everyday life, there is an approximately linear relationship between changes in lung volume, i.e. breathing, and changes in intracardiac volume.

Eine Erfassung des intrakardialen Schlagvolumens mitRecording of the intracardiac stroke volume with TmrvA-slanvmAceiinsiAn uiit &ngr;* A &agr; in ·&Rgr; &ngr;» &iacgr;&iacgr; ha.**»an ÄyKfliton hocrhri ohonTmrvA-slanvmAceiinsiAn uiit &ngr;* A &agr; in ·&Rgr;&ngr;»&iacgr;&iacgr; ha.**»an ÄyKfliton hocrhri ohon

(Baan* McKay, Ohlsen). Innerhalb des Herzmuskels kann davon ausgegangen werden, daß das Blut mit seinem geringsten spezifischen Widerstand die -determinierende Größe von volumenbedingten Impedanzänderungen darstellt. Gemäß der Erfindung lassen sich mit intrakardialer Impedanzmessung nicht nur schlagvolumenbedingte Änderungen innerhalb eines Sektors des Herzmuskels erfassen, sondern auch die auf diesen Sektor einwirkende Atemtätigkeit. Eine Absolutmessung von Volumenänderungen und den einwirkenden Drucken der Atmung, die mit dem Atemminutenvolumen korrelieren, ist dabei jedoch nur angenähert möglich. Relative Änderung gegenüber einem einmal festgelegten Nert, der sich von Patient zu Patient .unterscheiden kann und sich auch beim selben Patienten durch jeweils verschiedene Einflußfaktoren ändern kann, ist jedoch gut aiögl ich.(Baan* McKay, Ohlsen). Within the heart muscle, it can be assumed that the blood with its lowest specific resistance represents the determining factor for volume-related impedance changes. According to the invention, intracardiac impedance measurement can be used to record not only stroke volume-related changes within a sector of the heart muscle, but also the respiratory activity affecting this sector. However, an absolute measurement of volume changes and the respiratory pressures that correlate with the minute respiratory volume is only possible to an approximate extent. Relative change compared to a value that has been set once, which can differ from patient to patient and can also change in the same patient due to different influencing factors, is quite possible.

Gemäß der Erfindung ist es darüberhinaus möglich, daß trotz einer Reihe von Einflußfaktoren auf eine absolute Impedanzmessung, wie sie z. B. durch Veränderung des Hämatokrits, durch Veränderungen der Temperatur durch Veränderung des pulsatilen Flusses, durch Veränderungen der Impedanz des depolarisierten Herzmuskels, durch Veränderungen der räumlichen Lage des Katheters innerhalb im Herzmuskel, durch Veränderungen der umgebenden pulmonalen Grundimpedanz und durch Veränderungen der geometrischen Konfiguration des rechten Ventrikels im Rahmen einesAccording to the invention, it is further possible that despite a number of factors influencing an absolute impedance measurement, such as those caused by changes in the hematocrit, by changes in temperature, by changes in the pulsatile flow, by changes in the impedance of the depolarized heart muscle, by changes in the spatial position of the catheter within the heart muscle, by changes in the surrounding pulmonary base impedance and by changes in the geometric configuration of the right ventricle within a

tete

•22-•22-

tiefertretenden Zwerchfelles bedingt sind, auGh langfristig eine relative Änderung der ermittelten Impedanzwerte im Vergleich zu einer relativen Änderung des Atemminuten-Volumens sicher zu erfassen.caused by the lowering of the diaphragm, to reliably record a relative change in the determined impedance values in comparison to a relative change in the minute ventilation volume in the long term.

Aufgrund der Ergebnisse unserer Untersuchungen läßt sich in mehr als 95 % aller Atemaktionen eine korrekteBased on the results of our research, correct breathing can be observed in more than 95 % of all breathing actions.

&iacgr;. U U &Ggr;'U Il UII y aus &igr; injjcu &agr;&igr;&igr;&zgr;,&igr;&igr;&igr;&agr;&ugr; &igr; y &igr;&igr;&idiagr;&iacgr;&idiagr; &ogr;&mgr;&igr;&igr; uiai ei inti>i<ci «cn&iacgr;. U U &Ggr;'U Il UII y from &igr; injjcu &agr;&igr;&igr;&zgr;,&igr;&igr;&igr;&agr;&ugr;&igr; y &igr;&igr;&idiagr;&iacgr;&idiagr;&ogr;&mgr;&igr;&igr; uiai ei inti>i<ci «cn

Atemzügen zu wirklichen Atemzügen treffen, so daß die ermittelte Atemfrequenz eine absolute, langfristig sehr zuverlässig zu erfassende Größe darstellt, .Innerhalb eines Steueralgorithmus stellt die absolut gemessene Atemfrequenz daher die Bezugsgröße und als Abso-lutwert die Grundlage der Steuerung dar. In Fig. 3 ist der Verlauf der Zuordnung von Atemfrequenz zu Herzstimulationsfreqenz dargestellt. Dabei zeigt die Atemfrequenz entsprechend von uns an mehr als 100 Herzschrittmacher-Patienten vorgenommenen Messungen eine Beziehung zur Herzfrequenz, die durch einen S-förmigen Verlauf gekennzeichnet ist. Im Bereich niedriger Atemfrequenzen ist das Verhältnis von Atemfrequenz zu Herzfrequenz niedriger und im Bereich - höherer Atemfrequenzen besteht ebenfalls eine flachere Beziehung zwischen Atemfrequenzsteigerung und Herzfrequenzsteigerungen. Dies ist dadurch bedingt, daß bei Belastungen mit .hoher Intensität· die Atmung durch die Übernahme sonstiger kompesisät^rischer Mechanismen innerhalb -des kariopulmonalen Systems überproportiönal zur Sauerstoffaufnahme ansteigt. Aufgrund dieser von uns ermittelten Ergebnisse wird eine Beziehung vorgeschlagen, die in Abhängigkeit von der Atemfrequenz eine unterschiedliche Korrelation von Atemfrequenz zu Herzfrequenz entsprechend Fig. 3 vorsieht.breaths to actual breaths, so that the determined respiratory rate represents an absolute value that can be recorded very reliably in the long term. Within a control algorithm, the absolutely measured respiratory rate is therefore the reference value and, as an absolute value, the basis for control. Fig. 3 shows the course of the assignment of respiratory rate to cardiac stimulation rate. According to measurements we carried out on more than 100 pacemaker patients, the respiratory rate shows a relationship to the heart rate that is characterized by an S-shaped curve. In the range of low respiratory rates, the ratio of respiratory rate to heart rate is lower and in the range of higher respiratory rates there is also a flatter relationship between respiratory rate increase and heart rate increases. This is due to the fact that during high intensity exercise, breathing increases disproportionately to oxygen uptake due to the takeover of other compensatory mechanisms within the cariopulmonary system. Based on these results we have determined, a relationship is proposed which, depending on the respiratory rate, provides for a different correlation between respiratory rate and heart rate as shown in Fig. 3.

Cf ·■ ■· ·»··*»Cf ·■ ■· ·»··*»

Diese Zuordnung von Atemfrequenz zur Herzfrequenz stellt das Grundgerüst innerhalb eines Steueralgorithmus oar. Darüberhinaus wird die Atemfrequenz in ihrer Beziehung zur Herzfrequenz durch zusätzliche kardiale und pulmonale Einflußfaktoren modifiziert. So führt eine Erhöhung der Kontraktilität zu einer höheren Herzfrequenz bei gleicher Atemfrequenz, in gleicher Weise führt ein Anstieg des relativ ermittelten Schlagvolumens und des Atemvolumens zu einem Anstieg der Herzfrequenz. Im umgekehrten Fall trifft &zgr; es ebenfalls zu, daß eine Verminderung der obengenannten ' Parameter zu einer Absenkung der Herzfrequenz bei gleichbleibender Atemfrequenz.führte Ein wesentlicher Kernpunkt der Erfindung ist jedoch, daß die Atemfrequenz als absolute Größa die jeweilige Bezugsgröße innerhalb der Steuerung durch andere sich relativ ändernde Größen darstellt. Dadurch, daß Atemzugvolumen, Schlagvolumen und die über die Änderungsgeschwindigkeit der intrakardialen Impedanz pro Zeiteinheit ermittelte Kontraktilität nur relative Größen darstellen, finden nur relative Änderungen zu einem sich durch Mittelwertbildung kontinuierlich neu definierenden Basiswert Eingang in die Frequenzregelung. ; Dies bedeutet, daß eine langer bestehende gleichbleibend konstante Erhöhung des relativen Meßwertes des Schlagvolumens, der Kontaktilität oder des Atemzugvolumens nach einem frei wählbaren' vorgegebenen Zeitintervall eine entsprechende Bewertung als neuer Basiswert erfährt. Dadurch lassen sich durch äußere Faktoren bedingte Änderungen der intrakardialen Impedanz, wie sie sich z. B. durch Elektrolytenveränderungen, durch Veränderungen des Hämatokrits» durch Veränderungen· der Temperatur oder durch Veränderungen der Ventrikelkonfiguration (Lage des Patienten), durch Infarkte oder durch B.eeinflus-sung des kontraktilen Musters des Herzmuskels durch Medikamente (Wasser- i tabletten) vollziehen, eine entsprechende BerUcksichti- fThis assignment of respiratory rate to heart rate forms the basic framework within a control algorithm. In addition, the respiratory rate is modified in its relationship to the heart rate by additional cardiac and pulmonary influencing factors. For example, an increase in contractility leads to a higher heart rate at the same respiratory rate, and in the same way an increase in the relatively determined stroke volume and respiratory volume leads to an increase in the heart rate. In the opposite case, it is also true that a reduction in the above-mentioned parameters leads to a reduction in the heart rate at the same respiratory rate. An essential core point of the invention, however, is that the respiratory rate as an absolute value represents the respective reference value within the control by other relatively changing values. Because tidal volume, stroke volume and the contractility determined by the rate of change of intracardiac impedance per unit of time are only relative values, only relative changes to a base value that is continuously redefined by averaging are included in the frequency control. ; This means that a long-standing, constant increase in the relative measured value of stroke volume, contactility or tidal volume is evaluated as a new base value after a freely selectable, predefined time interval. This makes it possible to take into account changes in intracardiac impedance caused by external factors, such as those that occur during cardiac arrest. B. through electrolyte changes, through changes in hematocrit, through changes in temperature or through changes in the ventricular configuration (position of the patient), through infarctions or through the influence of the contractile pattern of the heart muscle by medication (water tablets), appropriate consideration must be given to

gung. Dies entspricht den in .unseren .Untersuchungen gewonnenen Meßdaten, daß sich sowohl Schlagvolumen, Atemzugvolumen und Kontraktilität nur als relativ ändernde Größe erfassen und als alleinige frequenzbestimmende Parameter für eine frequenzadaptive Schrittmachertherapie nur begrenzt geeignet sind. Dahingegen sind sie in Verbindung mit einer langzeitmäßig stabil zu erfassenden absoluten Heßgröße, wie der Atemfrequenz, in sinnvoller Weise kombinierbar. Aufgrund ihrer negativen Rückkopplung mit der Stimulationsfrequenz (Rückgang der Heßgröße, z. B. des Schlagvolumens bei inadäquat zu schneller Stimulation und dadurch Rückgang der Frequenz) sind die relativ zu erfassenden Parameter zur Optimierung der Stimulationsfre- f quenz durch Rückkopplung gut geeignet. Im Unterschied zu den bisherigen frequenzadaptiven Herzschrittmachern ist es ein wesentlicher Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, eine Frequenzoptimierung· durch negativen "Feed Back" ohne zusätzlich zu implantierenden Sensor zu realisieren und dabei zwei körpereigene physiologische Determinanten, Herztätigkeit und Lungentätigkeit zur Steuerung heranzuziehen. This corresponds to the measurement data obtained in our studies that stroke volume, tidal volume and contractility can only be recorded as relatively changing quantities and are only of limited use as the sole frequency-determining parameters for frequency-adaptive pacemaker therapy. On the other hand, they can be combined in a meaningful way with an absolute measured quantity that can be recorded in a stable manner over the long term, such as the respiratory rate. Due to their negative feedback with the stimulation frequency (decrease in the measured quantity, e.g. stroke volume, if stimulation is too fast and therefore decreases the frequency), the parameters that can be recorded relatively are well suited to optimizing the stimulation frequency through feedback. In contrast to previous frequency-adaptive pacemakers, a key basic idea of the present invention is to achieve frequency optimization through negative "feedback" without an additional implanted sensor and to use two of the body's own physiological determinants, heart activity and lung activity, for control.

Fig. 4 beschreibt den schematischen Verlauf der Stimulationsfrequenz anhand der zeitlichen Veränderungen der jeweiligen Parameter. Die Frequenz ist dabei eine Funktion | der basalen Atemfrequenz plus der Hodulation durch die relative Änderung des Schlagvolumens im Vergleich zum als Dasiswert definierten Schlagvolumen plus der Hodulation durch den in gleicher Weise bestimmten Frequenzanteil der Kontraktilität und des Atemvolumens. Effektive Stimulationsfrequenz = Stimulationsfrequenz entsprechend der Atemfrequenz + Anteil Schiagvolumen + Anteil Kontraktili+ Artteil Atemzugvolumen." ■Fig. 4 describes the schematic progression of the stimulation frequency based on the temporal changes of the respective parameters. The frequency is a function | of the basal respiratory frequency plus the hodulation due to the relative change in stroke volume compared to the stroke volume defined as the Dasis value plus the hodulation due to the frequency component of the contractility and the tidal volume determined in the same way. Effective stimulation frequency = stimulation frequency corresponding to the respiratory frequency + component of stroke volume + component of contractility + component of tidal volume." ■

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Im Unterschied zum bisherigen frequenzadaptivem - System ohne speziellen Sensor ist ein weiterer Grundgedanke der Erfindung, den Anteil der frequenzmäßigen Änderungen aufgrund der Änderungen der relativen Parameter, wie Schlagvolumen, Kontraktilität und Atemminutenvolumen auf eine den jeweiligen Parametern entsprechend maximierte Frequenzänderung zu limitieren. So zeigt sich aufgrund unserer Messungen, daß eine Limitierung der Schlagvolumen bedingten Veränderung auf 15 bis 20 Schläge, der kontraktilitätsbedingten Änderungen auf 15 bis 20 Schläge und des Atemminutenvolumens auf 15 bis 25 Schläge den in der Praxis ermittelnden Meßgrößen und deren relativen Änderungen unter Alltagsbedingungen gerecht wird. Dabei wird ausIn contrast to the previous frequency-adaptive system without a special sensor, another basic idea of the invention is to limit the proportion of frequency changes due to changes in the relative parameters, such as stroke volume, contractility and minute ventilation, to a frequency change that is maximized in accordance with the respective parameters. Based on our measurements, it is shown that limiting the stroke volume-related change to 15 to 20 beats, the contractility-related changes to 15 to 20 beats and the minute ventilation to 15 to 25 beats does justice to the measured variables determined in practice and their relative changes under everyday conditions.

\ Gründen der einfacheren Realisierbarkeit von einer linearen Beziehung der relativen Änderung der entsprechenden Meßparametern im Vergleich zu ihrem ständig sich neu definierenden Ausgangswert ausgegangen. \ For reasons of ease of implementation, a linear relationship of the relative change of the corresponding measurement parameters in comparison to their constantly redefined initial value is assumed.

Das Prinzip der gleichzeitigen Erfassung kardialer und pulmonaler Parameter im Herzen mittels des angegebenen Meßprinzips eröffnet aber nicht nur Möglichkeiten für die frequenzadaptive Schrittmachertherapie sondern bietet auch eine gute Möglichkeit, wesentliche physiologische Parameter aus anderen diagnostischen oder therapeutischen Gründen zu erfassen und zu überwachen. Gedacht sei hier nur an die Betreuung des Patienten auf einer Intensivstation, wo therapeutische Konsequenzen von der Kenntnis vitaler wichtiger Daten wie Herz- und Atemtätigkeit abhängen. Da viele dieser Patienten sowieso mit einer passager gelegten Schrittmacherelektrode versorgt werden, lassen sich die Daten ohne· zusätzlich notwendigen Eingriff mitgewinnen.The principle of simultaneously recording cardiac and pulmonary parameters in the heart using the measuring principle described not only opens up possibilities for frequency-adaptive pacemaker therapy, but also offers a good opportunity to record and monitor essential physiological parameters for other diagnostic or therapeutic reasons. Just think of the care of patients in an intensive care unit, where therapeutic consequences depend on knowledge of vitally important data such as cardiac and respiratory activity. Since many of these patients are already being treated with a pacemaker electrode placed temporarily, the data can be obtained without any additional intervention being necessary.

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Bevorzugter Gegenstand unserer Untersuchungen war die Veränderung der intrakardialen Impedanz durch den Einfluß der Herz- und der Atemtätigkeit. Die Benutzung von Impedanzmessungen bietet sich deswegen an, weil damit die zur Stimulation des Herzens schon routinemäßig benutzte bipolare Elektrode, bei der die beiden Elektrodenpole im Herzen· liegen, darüberninaus- zur Impedanzmessung benutzt werden kann. Auf diese Weise ist kein zusätzlicher-Sensor notwendig.The preferred subject of our investigations was the change in intracardiac impedance due to the influence of cardiac and respiratory activity. The use of impedance measurements is appropriate because the bipolar electrode, which is already routinely used to stimulate the heart and in which the two electrode poles are located in the heart, can also be used for impedance measurement. In this way, no additional sensor is necessary.

Grundsätzlich lassen sich die durch unsere Ergebnisse getroffenen Aussagen- jedoch- auch auf die Messung intrakardialer und intravaskul ärer Druckveränderungen mit Herz- und Atemtätigkeit übertragen. Entsprechende Heßdaten sind aus Fig. 1, 2 und 5 ersichtlich. Die Veränderung des Druckes verhält sich dabei komplementär zum Volumen. Als ein weiterer Gedanke ...der- Erfindung ließe sich auch die Messung des Blutflusses um Herzen bzw. in den umliegenden Gefäßen in gleicher Weise zur Ermittlung kardiopulmonaler V?ränderungen unter wechselnden Bedingungen heranziehen.In principle, the statements made by our results can also be applied to the measurement of intracardiac and intravascular pressure changes with cardiac and respiratory activity. The corresponding measurement data can be seen in Fig. 1, 2 and 5. The change in pressure is complementary to the volume. As a further idea of the invention, the measurement of blood flow around the heart or in the surrounding vessels could also be used in the same way to determine cardiopulmonary changes under changing conditions.

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Claims

Dr. Eckhard Alt 11528 G SchutzansprücheDr. Eckhard Alt 11528 G Protection claims

1. Medizinisches Gerät zur Ermittlung von physiologischen
Funktionsparametern eines Patienten mit einer elektrischen Meßsignale abgebenden Meßelementenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemen'tenanordnung ein einziges Meßelement (6) aufweist, das lediglich einen Funktionsparameter bestimmt, und daß dieses Meßelement (6; mit einer Vorrichtung (16, 26) zur Auftrennung der elektrischen Meßsignale in ein niederfrequentes Signal und in ein höherfrequentes Signal verbunden ist.1. Medical device for determining physiological
Functional parameters of a patient with a measuring element arrangement emitting electrical measuring signals, characterized in that the measuring element arrangement has a single measuring element (6) which determines only one functional parameter, and that this measuring element (6; is connected to a device (16, 26) for separating the electrical measuring signals into a low-frequency signal and a higher-frequency signal.

2. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät Teil eines Herzschrittmachers (2) ist, der ein Gehäuse (3), eine Stimulationselektrodenanordnung (6) und eine mit dem Gerät verbundene Steuerschaltung (11) zur Einstellung einer adäquaten Stimulationsfrequenz an der Stimulationselektrodenanordhung (6) in Abhängigkeit der in die niederfrequenten und höherfrequenten Signale aufgetrennten elektrischen Meßsignale aufweist.2. Medical device according to claim 1, characterized in that the device is part of a pacemaker (2) which has a housing (3), a stimulation electrode arrangement (6) and a control circuit (11) connected to the device for setting an adequate stimulation frequency at the stimulation electrode arrangement (6) depending on the electrical measurement signals separated into the low-frequency and higher-frequency signals.

3. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (6) ein intrakardiale Impedanzänderungen bestimmendes Meßelement ist.3. Medical device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring element (6) is a measuring element determining intracardiac impedance changes.

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4. Medizinisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement eine zumindest bipolare Elektrode (6) ist, die gleichzeitig eine Stimulationselektrode eines Herzschrittmachers (2) ist.4. Medical device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring element is at least a bipolar electrode (6), which is simultaneously a stimulation electrode of a cardiac pacemaker (2).

5. Medizinisches Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) des Herzschrittmachers (2) aus der Frequenz des Niederfrequenten Signales eine Grundkennlinie für die Stimulationsfrequenz vorgibt.5. Medical device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control circuit (11) of the pacemaker (2) specifies a basic characteristic curve for the stimulation frequency from the frequency of the low-frequency signal.

6. Medizinisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkennlinie für die Stimulationsfrequenz durch andere, aus den aufgetrennten nieder- und höherfrequenten Signalen ermittelte, sich relativ ändernde Funktionsparameter modulierbar ist.6. Medical device according to claim 5, characterized in that the basic characteristic curve for the stimulation frequency can be modulated by other relatively changing functional parameters determined from the separated low- and high-frequency signals.

7. Medizinisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Modulation der Grundkennlinie dienenden Funktionsparameter ^n bezug auf deren relative Änderungen zu einem sich ständig neu definierenden Ausgangswert der Grundkennlinie zur Optimierung der momentanen Stimulationsfrequenz herangezogen werden.7. Medical device according to claim 6, characterized in that the functional parameters used to modulate the basic characteristic curve are used to optimize the current stimulation frequency with respect to their relative changes to a constantly redefined initial value of the basic characteristic curve.

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