DE3903323C2

DE3903323C2 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE3903323C2
Application number: DE3903323A
Authority: DE
Inventors: Raul Chirife
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-02-04
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2009-02-05
Also published as: NL193358B; FR2632532B1; CA1321815C; SE8902045D0; BE1004908A4; AU2830489A; ES2013542A6; AU608110B2; IT1234044B; FR2632532A1; SE506649C2; SE8902045L; GB2219508A; GB8829969D0; ATA143089A; DE3903323A1; AT396429B; KR900000059A; KR930000146B1; US4865036A

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2, insbesondere einen elektrischen Herzstimulator, der sich insbesondere auch dazu eignet, einen nicht regelmäßigen Herzschlag, das heißt also einen nicht regelmäßigen Herzzyklus zu erkennen und um durch eine geeignete Stimulation einzugreifen, und zwar entspre chend der Art und Natur der besonderen anzugehenden arhyth mischen Störung.

Nach dem Stand der Technik sind viele Herzschrittmacher bekannt, die geeignet sind, nicht regelmäßigen Herzschlag rhythmen entgegenzuwirken. Diese bekannten Vorrichtungen umfassen einfache asynchrone Herzschrittmacher sowie ver schiedene Typen von komplizierteren Demand-Herzschrittma chern, also sogenannte bedarfsgeregelte Demand-Schrittmacher.

Asynchrone Herzschrittmacher erzeugen nur frequenzstabile oder festfrequente Impulse und sind im allgemeinen nicht mit der eigenen Herzschlagzahl synchronisiert. Die sogenannten bedarfsgesteuerten Demand-Herzschrittmacher bleiben inaktiv, solange die Herzaktivität normal ist. Sie umfassen aber eine Sensoreinrichtung um festzustellen, ob noch ein normaler Herzschlag vorhanden ist und injizieren künstliche stimu lierende Schlagimpulse zu einem geeigneten Zeitpunkt des Herzschlagzyklus, um dadurch einen beinahe normalen Rhythmus aufrecht zu erhalten. Derartige Demand-Schrittmacher sind mittlerweile sehr komplex und ausgefeilt, vor allem in Hin blick auf die integrierte Mikroelektronik, die hoch-komplexe Schaltkreise mit geringer physikalischer Größe und niedrigem Energieverbrauch umfassen. Die Herzaktivität kann sowohl im Atrium (Vorhof) wie auch im Ventrikel (Herzkammer) gemessen werden, um eine Stimulation im Bedarfsfalle zu ermöglichen, und zwar entweder im Atrium oder im Ventrikel oder in beiden, und zwar zu geeigneter Zeit, um den normalen Herzrhythmus nachzuahmen. Solche Herzschrittmacher werden im allgemeinen bei der Behandlung verschiedener Ty pen des Herzblocks und der Bradykardie verordnet.

Eine Form eines Stimulators, der etwas weniger Beachtung gefunden hat, ist so konzipiert, daß er zwischen einer nor malen hohen Herzschlagzahl entsprechend einer physikali schen oder emotionalen Aktivität (physiologische Tachykardie; Herzjagen) und einer abnormal hohen Herzschlagzahl unter scheiden kann, die nicht auf einer physiologischen Bedarfs lage basiert (pathologische Tachykardie). Pathologische Ta chykardie resultiert aus einer unzureichenden Blutpumpleistung des Herzens und kann oft zu einem Eintritt einer tödlichen Herz-Fibrillation, d. h. eines tödlichen Herzflimmerns führen.

Herzschrittmacher gegen Herzjagen oder Tachykardie werden mit einigem Erfolg zur Behandlung von supraventrikulärer Tachy-Rhythmusstörungen eingesetzt, die nicht auf Medikamen te ansprechen. Ventrikuläre Tachykardie (Herzjagen) und Herzflimmern (Herzrhythmusstörungen; Fibrillation) sind sehr viel schwieriger durch einen Schrittmacher-Algorithmus zu diagno stizieren, wobei selbstverständlich ein Fehler der Diagnose für den Patienten fatal ist. Dies gilt insbesondere für eine Situation, bei der eine falsche Diagnose bei einem Patienten vorgenommen wird, der einen implantierten automatischen Herzschrittmacher zur Bekämpfung der Tachykardie oder einer Defibrillation (Bekämpfung der Herzrhythmusstörung) trägt. Die hochenergetische Abgabe oder Folge von Herzschrittimpul sen für eine Defibrillation kann dabei bei einem Patienten in völlig ungeeigneter Weise abgegeben werden. Wenn ein Defibrillations-Impuls oder Impulsfolge zum Zeitpunkt ab gegeben wird, an dem kein entsprechender Bedarf feststeht, so ist dies in hohem Maße für den Patienten beunruhigend und führt schließlich auch noch zu einem Batterieverbrauch. Wenn ein Impuls oder eine Impulsfolge oder -muster zur Be kämpfung der Tachykardie abgegeben wird und in eine ver wundbare oder anfällige Periode fällt, so kann dies im Ge genzug eine ventrikuläre Tachykardie oder Fibrillation herauf beschwören.

Im bekannten System standen die in den Algorithmen heran gezogenen und benötigten Faktoren zur Diagnose der Tachy- Rhythmusstörungen in Beziehung zu dem elektrischen Signal des Herzens. Typischerweise umfaßten sie die R-Wellen-Wie derholungsrate, das Zeitintervall, in dem der Anstieg der Rate stattfindet und die QRS-Dauer. Jeder dieser Faktoren kann durch ein Myopotential, eine elektromagnetische Inter ferenz, eine supraventrikuläre Tachy-Rhythmusstörung oder durch einen Bündel-Branch-Block oder sogar durch eine physiologische Sinus-Tachykardie mit oder ohne abartiger AV- Leitung simuliert werden. Somit besteht ein Bedarf an einem Herzschrittmacher gegen Tachy-Rhythmusstörungen, der ge nauer zwischen einer physiologischen und pathologischen Tachykardie, d. h. einem physiologischen und pathologischen Herzjagen unterscheiden kann.

Aus US 4 730 619 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Herzschrittmachers bekannt, das im Falle einer Bradykardie also bei Ausfall des Sinusknotens, eine der Belastung des Patienten angepaßte, physiologische und damit variable Herzstimulationsrate erzeugt. Das Verfahren von US 4 730 619 basiert auf der Feststellung, daß das Vor-Auswurf-Zeitintervall (pre-ejection period = PEP) ein Indikator für die Kontraktionskraft des Herzens und damit für den sympathischen Tonus ist, der die Körperbelastung bzw. den Stoffwechsel anzeigt. Dementsprechend wird im Falle einer Bradykardie ein dem Vor-Auswurf-Zeitintervall entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, das den Schrittmacher in einen herkömmlichen Stimulierungs-Modus versetzt.

Aus DE 37 39 014 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem eine beginnende Tachykardie erkannt werden kann. Die Erkennung erfolgt aber bei einer fest vorgegebenen Herzschlagrate mittels eines Regelverstärkers, der die während der ventrikulären Fibrillation vorhandenen Niederspannungssignale erfaßt, so daß hier keine Defibrillaltion in Abhängigkeit vom Stoffwechselzustand stattfindet. Daher ist bei DE 37 39 014 A1 die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung und der Auslösung eines unnötigen Defibrilliervorganges mit den damit verbundenen negativen Auswirkungen für Patient und Gerät recht groß.

Aus US 4 730 619 ist ein Bradykardie-Schrittmacher bekannt, der das ventrikuläre Auswurf-Zeitintervall (ventricular ejection time = VET) zur Erzeugung von Herzstimulations-Signalen verwendet.

Daher ist es ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Herzschrittmacher bereitzustellen, der den Beginn einer pathologischen Tachykardie ermittelt und die erforderlichen herzunterstützenden Maßnahmen startet, wenn eine dem tatsächlichen physiologischen Zustand des Schrittmacher- Trägers nicht entsprechende Herzschlagzahl festgestellt wird. Diese Aufgabe wird von einem Herzschrittmacher gemäß den Ansprüchen 1-4 gelöst.

Die vorliegende Erfindung geht von der Prämisse aus, daß die physiologische Zunahme der Herzschlagzahl immer von einer entsprechenden Verkürzung der Vor-Austreib-Phase bzw. Vor-Ausstoß- oder -Auswurf-Phase (pre-ejection period = PEP) einhergeht, und daß von daher immer sicher ermit telt werden kann, daß - wenn immer eine schnelle Pulsrate oder eine schnelle QRS-Rate mit relativ langer PEP-Dauer vorhanden ist - die Schlagzahl durch eine nicht-physiologische Tachykardie sondern durch eine paroximale ventriculäre oder supraventriculäre Tachy kardie entsprechend dem Re-entry-Mechanismus hervorgerufen wurde. Die gleichzeitige Messung der Herzschlagzahl und der PEP-Dauer erlaubt deshalb die Unterscheidung zwischen einer abnormalen supraventriculären Tachykardie und einer physiologischen Sinustachykardie, die während physikali scher Belastung oder einer anderen Situation auftritt, in der Katecholamine in den Blutstrom abgegeben werden.

Darüber hinaus gibt das gemeinsame Vorhandensein einer schnellen mechanischen Pulsrate zusammen mit einer schnel len QRS-Rate eine Information, wodurch die Wirksamkeit und Wirkung einer automatischen Diagnose der Tachy- Rhythmusstörung entscheidend verbessert werden kann. Wenn zum Beispiel kein Puls zu dem Zeitpunkt besteht, zu dem eine schnelle elektrische Aktivität auftritt, so ist dies ein starker Indikator für das Vorhandensein von ventrikulärer Fibrillation. Falls der mechanische Puls schnell ist und die QRS-Rate ebenso hoch ist, bedeutet dies eine geringere Wahr scheinlichkeit dafür, daß ein elektrisches Geräusch oder Myopotentiale involviert sind.

Wie in der US-PS 4 719 921 beschrieben ist, auf deren Of fenbarungsgehalt in vollem Umfange Bezug genommen wird, ist es bekannt, daß die Vor-Austreib-Phase (PEP) ein guter Indikator für die sympathische Aktivität des Herzens ist. Die direkte Aktion der Sympathikus-Nerven auf das Herz ver ursachen eine Beschleunigung der Schlagzahl ebenso wie eine gleichzeitige Zunahme der Kontraktionskraft. Das gleiche gilt für die Wirkung der Katecholamine, die auf Grund des zunehmenden Sympathikus-Tonus der Nebnnieren freigegeben werden. Es ist bekannt, daß eine enge Parallelität zwischen der normalen Vorhof-Antwort auf Katecholamine und dem Sympathikus-Tonus und der Dauer des PEP gibt. Es wurde ge zeigt, daß sowohl dynamische als auch isomerische Belastun gen zu einer Verkürzung der PEP-Dauer führen. Wenn die Herzschlagzahl auf Grund anderer als einer physikalischen Anstrengung zunimmt und nicht durch eine Sympathikus- Aktion oder eine Freigabe von Katecholaminen vermittelt wird, so tritt keine entsprechende Verkürzung der PEP-Dauer auf. Dies kann dadurch gezeigt werden, daß ein Patient einer Vorhof- oder Herzkammer-Schrittmacherfunktion ausgesetzt wird, wenn sich der männliche oder weibliche Patient in Ruhe befindet, so daß eine künstliche Zunahme der Herz schlagzahl bei einer PEP-Dauer festzustellen ist, die im we sentlichen in ihrer Länge konstant bleibt.

Somit kann durch die Beobachtung der Pulsschlagzahl und der PEP-Dauer eine pathologische und physiologische Tachy kardie leicht unterschieden werden. Wenn zum Beispiel fest gestellt wird, daß die schnell ansteigende Pulsrate von einer sich verkürzenden PEP-Dauer begleitet wird, so kann eine physiologische Tachykardie unterstellt werden. Wenn jedoch ein Anstieg der Pulsrate über ein vorbestimmtes Referenz niveau hinaus ansteigt und von einer stabilen PEP-Dauer begleitet wird, so weist dies auf eine pathologische Tachy kardie hin. Eine nicht ordnungsgemäße hohe R-Wellenrate mit keinen meßbaren mechanischen Pulsen zeigt eine ventri kuläre Fibrillation an.

Die Zuverlässigkeit der Diagnose der pathologischen Tachy kardie kann dadurch verbessert werden, daß die Anstiegs rate der Herzschlagzahl in dem Detektions-Algorithmus mit berücksichtigt wird. Im normalen Sinus-Rhythmus würde man nicht erwarten, daß sich eine stabile Vorhof-Fibrillation oder ein allgemeiner Anstieg der Herzschlagzahl, wie sie unter Belastung stattfindet, bei einem Vergleich an zwei nur um wenige Sekunden versetzt zueinander liegenden Zeitpunkten wesentlich unterscheiden. Zum Beispiel sollte die Sum me von 10 R-R Zykluslängen ähnlich zu einer anderen Sum me von 10 R-R Zykluslängen sein, wenn diese nur wenige Sekunden später gemessen worden sind. Wenn die Differenz größer ist als ein vorbestimmter Prozentsatz, so impliziert dies, daß ein plötzlicher Wechsel aufgetreten ist. Falls ein solcher plötzlicher Wechsel nicht durch eine ähnliche entsprechende Verkürzung der Länge der Vor-Austreib-Periode begleitet wird, so kann der plötzliche Beginn einer pathologischen Tachykardie diagnostiziert werden und eine herzunterstützende Schlaganregung kann begonnen werden. Die Synchronisation der Schlagimpulse mit den R-Wellen wird in konventioneller bekannter Weise ausgeführt.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß zur einsetzen den Herzschlagunterstützung die folgenden Bedingungen er füllt sein müssen:

1. plötzlich beginnende Tachykardie;
2. ein gleichmäßiger schneller mechanischer Herz(puls)reflex bzw. Reaktion muß vorhanden sein; und
3. die Tachykardie darf nicht von einer verhältnismäßigen Verkürzung der PEP-Dauer begleitet sein.

Wenn andererseits die plötzlich einsetzende Tachykardie mittels Detektor festgestellt und ebenso der Rückgang bzw. der Verlust des vorher existierenden mechanischen Pulsschla ges festgestellt wird, so wird dadurch die ventrikuläre Fi brillation angezeigt, wobei durch den implantierten Stimula tor ein Defibrillations-Schock abgegeben wird.

Erfindungsgemäß ist der künstliche elektronische Herz-Stimu lator so ausgeführt, daß er Tachy-Rhythmusstörungs-Phasen erkennen und zwischen physiologischer Tachykardie und patho logischer Tachykardie unter scheiden kann, wobei die geeignete Stimulation zur Durch führung der herzunterstützenden Tätigkeit durchgeführt wird.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfin dung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Blockdiagramm zur Erläuterung eines ersten er findungsgemäßen Ausführungsbeispieles;

Fig. 2: Blockdiagramm einer alternativen Ausgestaltung, eines Herzstimulators gegen Herzrhythmusstö rungen und Herzjagen.

Das ziemlich vereinfachte Blockdiagramm eines in Fig. 1 gezeigten Herzstimulators zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel dafür, wie ein erfindungsgemäßer Herzstimulator ausgeführt sein kann. In den Figuren ist schematisch ein Herz 10 mit einer Multi-Elektrode hierin mit einer Schrittmacher/Meßleitung 12 gezeichnet. Das Kabel 12 ist so dargestellt, daß es durch die obere Hohlvene führt und durch den rechten Herzvorhof (Atrium) in die rechte Herzkammer (Ventrikel), und zwar mit einer Distalspitzenelektrode 14, die in dem rechten Scheitel punkt angeordnet ist. Eine proximal, körpernah gelegene indifferente (neutrale) Elektrode 15 ist außerhalb des Her zens angeordnet. Das mehradrige Kabel 12 umfaßt zwei Zwischen- Ringelektroden 16 und 18, die in Längsrichtung im Abstand so angeordnet sind, daß jede von den beiden in der rechten Herzkammer, wie dargestellt, zu liegen kommt.

Durch den Kabelkörper 12 sind mehrere Leiter hindurchge führt, die in der Zeichnung zusammen mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet sind.

Diese Leiter 20 schaffen eine Verbindung zu einem implan tablen Stimulator, die mit der unterbrochenen Linienumrah mung 22 dargestellt ist.

Die Rhythmusstörung-Erkennung und das Stimulator-Gerät, welches durch die unterbrochene Linienumrahmung 22 darge stellt ist, umfaßt einen ersten Meß- oder Detektorverstärker 24, dessen Eingang mittels einer Leitung 26 mit der Elektro denspitze 14 des Kabels 12 verbunden ist. Der Meß- oder Detektorverstärker 24 kann somit den vom Herzschlag herrüh renden QRS-Komplex erkennen und verstärken. Der Ausgang des Meß- oder Detektorverstärkers 24 wird einem Pulsraten- Detektor 25 zugeführt, der - wie sein Name impliziert - das R-R-Intervall in einen Verhältniswert R₁ überträgt. Dieser gemessene Herzrhythmus-Wert wird dann mit einem vor bestimmten Referenzratenwert R₂ verglichen, wie dies durch den Block 28 angezeigt ist, in dem der Wert R₂ willkürlich als Indikator für das Vorhandensein von Tachykardie, d. h. Herzjagen, herangezogen wird. Falls als Ergebnis des Ver gleiches festgestellt wird, daß die gemessene Rate R₁ größer ist als die Referenzrate R₂, dann wird ein Signal zur teil weisen Aktivierung und Freigabe des UND-Gatters 30 erzeugt. Dieses teilweise Freigabesignal ist nur bei einer übermäßig hohen ventrikulären Rate, d. h. Herzkammerrate indikativ, was an diesem Punkt entweder physiologische oder patholo gische Gründe haben kann. Deshalb muß eine Einrichtung vorgesehen sein, um tatsächlich festzustellen, ob die hohe Herzschlag-Rate pathologischen Ursprung hat, was die Zu schaltung des Stimulators erforderlich macht, um die Herz rate auf ein sicheres Niveau zurückzuführen.

Um die Diagnose eines pathologischen Herzjagens zu bestäti gen, umfaßt der Stimulator 22 einen Schaltkreis 32 zur Er kennung und Messung der Vor-Austreib-Phase des Herzens. Da verschiedene Alternativen zur Ausführung des PEP-De tektor-Kreises 32 möglich sind, basiert die in Fig. 1 zeichnerisch dargestellte Erfindung auf der Verwendung eines im Herzen angeordneten Impedanz-Meßinstrumentes, über wel ches ein Hochfrequenz-Signal über die Leiter 26 und 28 zu der Elektrodenspitze 14 und der proximalen Elektrode 16 des Kabels 12 angelegt wird. Hierdurch fließt ein Strom durch das in der rechten Herzkammer befindliche Blut, wobei der zu messen de und beim Ein- und Ausfließen des Blutes auftretende Span nungswechsel zwischen den Elektroden 16 und 18 gemessen werden kann und über die Leiter 36 und 38 dem PEP-De tektor zugeführt werden kann. Wie im US-4 773 401 (Patentanmeldung mit der Serial-No. 87,869 von Citek et al (eingereicht am 21. August 1987) mit dem Titel "Physiologische Kontrolle der Herzschritt-Rate unter Verwendung des Vor-Austreib-Inter valls als Steuerparamater") beschrieben, sind Maßnahmen vorgesehen, um die PEP-Zeitdauer oder einen vorbestimmten Bruchteil davon von der Impedanz-Wellenform genau zu mes sen.

Aufgrund von Experimenten an vielen Patienten im Belastungs zustand ist bekannt, daß eine direkte Korrelation zwischen der PEP-Periode und der R-R-Zykluslänge besteht und daß, wenn die Herzschlagrate zunimmt, eine entsprechende Ver kürzung der PEP-Dauer eintritt. Insbesondere drückt die Formel PEP = (cl + 84) × 0,2 ziemlich genau die Beziehung aus. Aus dieser Formel kann auch ersehen werden, daß bei einer Verkürzung der PEP-Dauer um 1 ms eine ungefähre Verkürzung der R-R-Zykluslänge um 5 ms eintritt.

Weiterhin unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein Block 40 als ein Eingangssignal einen ventrikulären Ratenwert R₁ vom Pulsraten-Detektor 25 erhält, um die PEP- Dauer basierend auf der gemessenen Zykluslänge unter Ver wendung der oben erwähnten Formel zu berechnen, um einen korrigierten PEP-Wert für die Rate zu erhalten. Dieser Wert wird im Block 42 mit dem im Block 32 gemessenen aktuellen PEP-Wert verglichen. Der Komparatorkreis 42 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 44, wenn die gemessene Vor-Austreib-Periode die erwartete Vor-Austreib-Periode übersteigt. Somit ist der Komparator 42 wirksam, um an zuzeigen, ob der gemessene PEP-Wert für die laufende ge messene Herzschlagrate angemessen ist, wobei im gegen teiligen Fall an dem UND-Gatter 30 ein zweites Eingangs signal angelegt wird.

Das UND-Gatter 30 wird natürlich voll aktiviert, wenn fest gestellt wird, daß die gemessene Herzschlagrate einen vorbe stimmten Referenzwert übersteigt und die Vor-Austreib-Pe riode länger als die korrigierte Vor-Austreib- bzw. Ausstoß- Periode für diese Rate ist. Wenn diese UND-Bedingung erfüllt ist, wird ein Freigabe-Signal zu dem Herzpulsgenerator ab gegeben, der dadurch einen Schlagrhythmus bzw. eine Schlag folge von der Herzkammer zugeführten Stimulierimpulsen er zeugt, die über die Spitzenelektrode 14 abgegeben werden. Dadurch wird versucht, das Herz zu beruhigen und die Herz schlagrate wieder auf eine Rate zurückzuführen, die mit dem Grad der physiologischen Aktivität der betreffenden Per son in Einklang steht. Ein Herzpulsgenerator ist per se im Stand der Technik bekannt, so daß es nicht notwendig er scheint, nachfolgend im Detail den elektronischen Aufbau eines solchen Pulsgenerators zu erläutern.

Da die physiologische Zunahme der Herzschlagrate immer durch eine entsprechende Abnahme der PEP-Dauer begleitet wird, kann daraus genauestens abgeleitet werden, daß - wenn eine schnelle Rate durch eine relativ lange PEP-Dauer be gleitet wird - die hohe Rate auf eine nicht-physiologische Tachykardie zurückzuführen ist, z. B. eine krampfartige ventrikuläre Tachykardie aufgrund eines Wiedereintritts- Mechanismus (Be-entry-Tachykardie).

Die Durchführung von Impedanzmessungen im Herzen zur ab geleiteten Bestimmung der PEP-Dauer ist nur ein Weg zur Messung der Länge der Vor-Austreib-Periode PEP. Alter native Wege sind ebenso möglich. Zum Beispiel kann die im Gewebe durch den arteriellen Blutfluß erzeugte phasenweise Trübung durch einen Photoplethysmograph in einer Art und Weise gemessen werden, wie dies in dem früheren Papier des vorliegenden Erfinders "Densitography: A New Method for Evaluation of Cardiac Performance At Rest and During Exercise" (photographische Dichtemessung: ein neues Verfahren zur Auswertung der Herztätigkeit in Ruhephasen und unter Be lastungen"), veröffentlicht in der Zeitschrift "American Heart Journal", Band 83, Seite 493, 1972 beschrieben ist. Solch ein Sensor kann irgendwo in der Gegend oder Nachbarschaft des Pulsgenerators für so lange Zeit angeordnet werden, als le bensfähiges Gewebe zwischen der Lichtquelle, z. B. einer In frarotlicht-imitierenden Diode, und einem Photodetektor vor gesehen ist. Um die Batterie zu schonen und elektrische Ener gie zu sparen, kann eine Fenstertechnik der Pulsdetektion vorzugsweise angewandt werden, wie dies durch den Betrieb der LED-Diode mit niedriger Pulszyklusrate realisiert wird.

Ebenso möglich ist, daß ein Druckmeßwertaufnehmer in Fest bauweise, der geeignet angeordnet ist, als Indikator für das Einsetzen des arteriellen Pulsschlages mit der PEP-Dauer dient, die das Intervall zwischen dem Auftreten des elektri schen R-Wellen-Impulses und des Beginnes des mechanischen arteriellen Pulschlages darstellt. Besser noch als ein Druck wertaufnehmer kann ein Mengenmesser des Doppler-Typs über der Hauptarterie geeignet angebracht werden, z. B. der Subklaviaschlagader, wobei der Beginn des arte riellen Blutflusses dem Start der linken Ventricel-, d. h. der linken Herzkammer-Austreibung bzw. -Kontraktion entspricht.

Nachfolgend wird ein alternatives Ausführungsbeispiel erör tert.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfin dung kann insoweit verbessert werden, als die arhythmische Diagnose noch spezifischer durchgeführt wird, indem die Schlagrate mitberücksichtigt wird, bei der die Herzschlag zahl ansteigt (beschleunigt wird) und indem dieser Faktor in den Erfassungs- und Bestimmungsalgorithmus miteingebaut wird. Ferner ist eine Fibrillations-Erfassungslogik zur Iniziierung eines Pulsschlages mit großer Amplitude zur Schockrückführung des Herzens hin zu einem Sinusrhythmus eingebaut. Solch eine Anordnung ist in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein Sensorkreis für das Atrium (Vorhof; P-Welle) oder alternativ für den Ventrikel (Kammer; QRS-Welle) mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Ein Detektorkreis 52 ist damit verbunden, um festzustellen, ob eine P-Welle (R-Welle) vorhanden ist oder nicht.

Wenn nicht, kann der Stimulator zu seinem Schrittbetrieb (Block 53) zurückkehren, der entweder aus der AAI, VVI oder irgendeiner anderen Dual-Kammer-Schrittbetriebsweise bestehen kann.

Wenn eine P-Welle (R-Welle) durch den Detektor 52 festge stellt wird, dann wird die P-zu-P (R-zu-R)-Zykluslänge durch den Block 54 gemessen und eine vorbestimmte willkür liche Anzahl von folgenden Intervallen, z. B. 6 aufaddiert und die gesamte Länge als Wert in einem A-Register 56 ab gelegt und gespeichert.

Nach einer folgenden vorbestimmten durch den Block 58 dar gestellten Verzögerung, z. B. mit vier bis acht Zykluslängen wird je nachdem eine andere vorbestimmte Anzahl von P-zu-P- oder R-zu-R-Zykluslängen aufsummiert und in dem B-Register 60 gespeichert. Die Zeit der in dem B-Register gespeicherten Zykluslängen ist beabsichtigterweise größer als die in dem A-Register gespeicherte Anzahl. In Fig. 2 ist gezeigt, daß - wenn sechs Zykluslängen in dem A-Register gespeichert sind - acht Zykluslängen in dem B-Register gespeichert wer den, und zwar auf die durch den Block 58 wiedergegebene Zeitverzögerung folgend. Nachfolgend werden die Inhalte des A-Registers und des B-Registers 56 bzw. 58, wie durch den Block 62 angedeutet, verglichen. Wenn festgestellt wird, daß der Wert in dem A-Register größer oder gleich ist zu demjenigen in dem B-Register, dann wird das UND-Gatter 64 teilweise freigegeben, und zwar durch Erzeugung eines Ampli tudensprunges.

Wenn die Differenz zwischen den gespeicherten Werten in den Registern 56 und 60 größer als 25% wird, dann bedeu tet dies, daß ein plötzlicher Wechsel aufgetreten ist und dies als abnormal durch den Ausgang des Komparators 62 diagnostiziert wird.

Zur selben Zeit wird die Herzschlagzahl, wie durch den Ent scheidungsblock 66 angedeutet, mit einem voreingestellten Re ferenz-Grenzwert verglichen, wobei, wenn dieser Grenzwert überschritten wird, eine Tachykardie, also ein Herzjagen diagnostiziert wird. Das Gatter 64 wird dann voll freigegeben, um den "plötzlichen Beginn einer Tachykardie" anzuzeigen.

Simultan zur P-Wellen- (R-Wellen-) Erfassung durch den Sen sorkreis 50 wird über den Pulsdetektor 67 ein mechanischer Pulsschlag erfaßt, der durch die Schlagbewegung des Herzens verursacht wird. Weitgehend in gleicher Weise wie das P-P- (R-R-)elektrlische Intervall behandelt wird, wird eine me chanische Puls-zu-Puls-Zykluslänge oder ein -Intervall durch den Block 68 gemessen und eine vorbestimmte Zahl von Zyklus längen (cls) werden summiert und in einem C-Register gespei chert, das mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichnet ist. Am Entscheidungsblock 73 wird ein Test durchgeführt, um zu entscheiden, ob ein mechanischer Puls- oder Herzschlag an einem geeignet positionierten Druckwertaufnehmer vorhanden ist, und - wenn dies der Fall ist - wird durch den Verzö gerungskreis 72 nachfolgend eine vorbestimmte Verzögerung von einer gleichen Anzahl von Herzschlag-Zyklen, wie im Falle des Verzögerungsgliedes 58, durchgeführt und eine zweite vorbestimmte Anzahl von Pulsschlagintervallen aufsum miert und in einem D-Register 74 abgespeichert.

Ebenso wird ein Test für die "schlagartige Veränderung" im Entscheidungsblock 76 durchgeführt, um zu entscheiden, ob die Gesamtlänge von sechs Puls-zu-Puls-Zyklen, die im Register 70 gespeichert sind, größer ist als die Gesamtlänge von 8 solchen im Register 74 gespeicherten Zyklen. Wenn dem so ist, so ist dies ein Anzeichen für eine schnelle Schlagzahl- Zunahme und dient der Bekräftigung der diagnostizierten Tachykardie, und zwar anhand der oben beschriebenen tat sächlich vorhandenen elektrischen Wellen-Sensor-Betriebsweise und nicht unter Bezugnahme auf elektrische Interferenzen und Wechselwirkungen Myopotentiale oder andere Pseudo- oder Schein-Artefakte.

Im Falle der Vorkammer-Betriebsweise, wenn ein AV-Block während der supraventrikulären Tachykardie besteht, d. h. die ventrikuläre Schlagrate in der Hauptkammer beträchtlich niedriger ist als diejenige in der Vorkammer, wird über den Herzstimulator keine Kardioversion bewirkt, sofern keine andersgehende Programmierung, vorgenommen ist. Andererseits wird durch einen plötzlichen Anstieg der P-Wellen-Schlagrate zusammen mit einer ähnlichen Zunahme der mechanischen Pulsschlagzahl teilweise das UND-Gatter 78 freigegeben, welches dann völlig freigegeben und aktiviert wird, wenn die UND- Bedingung des Gatters 64 erfüllt ist. Der Ausgang des Gatters 78 signalisiert das Auftreten des plötzlichen Beginnes einer Tachykardie, welches durch ein Signal mechanischen Ursprungs unterstützt wird, d. h. die gemessene Pulsschlagzahl.

Um zu entscheiden, ob der ermittelte und gemessene Rhythmus den physiologischen Anforderungen entspricht oder patholo gischer Natur ist, ist in der Schaltungsvorrichtung gemäß Fig. 2 auch eine Einrichtung zur Messung der Vor-Aus treib-Periode vorgesehen, wie dies durch den Block 80 gekennzeichnet ist. Eine vorbestimmte Anzahl (6) von solchen Zeitintervallen wird aufaddiert und in einem E-Register 82 gespeichert und das Verhältnis des PEP-Wertes zur Summe der sechs Zykluslängen wird durch Teilung des Inhaltes des E-Registers 82 durch den Inhalt des A-Registers 56 erhal ten, wobei das Ergebnis in einem F-Register 84 abgelegt wird. Somit ist das F-Register 84 vorgesehen, um das Grund verhältnis PEP/CL zu erhalten.

Nach der Messung der Summe der Vielzahl von PEPs und der Speicherung dieses Wertes in dem E-Register 82 und nach dem Ablaufen bzw. Überschreiten der Verzögerungsperiode 72 wird eine vorbestimmte größere Anzahl PEPs (z. B. acht) zur Ermittlung der Schlagrate im Block 85 korrigiert, aufsum miert und in einem G-Register 86 abgelegt.

An diesem Punkt wird der Inhalt des G-Registers 86 durch den Inhalt des B-Registers 60 geteilt, um wieder ein Grund verhältnis PEP zur Zykluslänge zu erhalten und um den resultierenden Quotienten in einem H-Register 88 zu speichern. Dieser Wert wird mit dem Wert des F-Registers 84 verglichen, wie dies durch den Entscheidungsblock 89 in Fig. 2 dar gestellt ist, und eine Entscheidung wird getroffen, ob eine signifikante Verkürzung der PEP-Dauer über eine relativ kurze Zeitdauer aufgetreten ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß der Inhalt des H-Registers größer ist als der Inhalt des F-Registers, dann weiß man, daß die Änderung der PEP- Dauer unter 25% liegt, so daß ein Signal auf der Leitung 90 erscheint, die als erster Eingang mit dem UND-Gatter 92 verbunden ist.

Der zweite Eingang des UND-Gatters 92 ist mit dem Ausgang des UND-Gatters 78 verbunden. Es wird in Erinnerung geru fen, daß das Gatter 78völlig freigegeben wird, wenn ein schneller Beginn einer hohen Pulsschlagzahl aufgetreten ist und festgestellt wird, daß die Herzschlagzahl über eine vor bestimmte Grenzschlagzahl hinaus ansteigt, die ein Indi kator für die Tachykardie ist. Somit wird, wenn jene Vorfälle gleichfalls durch einen unmerklichen Anstieg oder Verkürzung der PEP-Dauer begleitet werden, wie dies im Entscheidungs block 89 festgestellt wird, der Kardiovert-Pulsgenerator 94 aktiviert, um einen Schauer von getimeten Stößen und Pulsen zur Beruhigung des Herzens und zur Senkung der Schlagzahl auf einen dem physiologischen Zustand des Patienten zu die sem Zeitpunkt angemessenen Wert zu erzeugen.

Der Ausgang des Puls-Meßwert-Aufnehmers 67 wird in einem Abtast- und Speicher-Kreis 96 eingespeichert, wobei der Aus gang dieses Kreises einem ersten Eingang des EX-ODER-Gatters 98 zugeführt wird. Dessen resultierender Ausgang wird einem ersten Eingang eines UND-Gatters 100 zugeführt, dessen zwei ter Eingang von dem Puls-Detektor 73 kommt. Falls kein Puls bei 73 festgestellt wird, dann wird das UND-Gatter 100 völlig freigegeben, um ein logisches Signal einem weiteren UND-Gatter 102 zuzuführen. Der zweite Eingang des UND-Gatters 102 kommt vom Ausgang des UND-Gatters 64. Es wird in Er innerung gerufen, daß das UND-Gatter 64 völlig freigegeben wird, wenn eine plötzliche Schlagzahl-Zunahme gemessen und festgestellt wird und die resultierende Schlagzahl oberhalb des Schwellenwertes liegt, der in dem Entscheidungskreis 66 erzeugt wird.

Es ist ersichtlich, daß dann das Gatter 102 vollständig frei gegeben wird, wenn die Herz-Schlagzahl unordnungsgemäß hoch ist und ein einmal vorhandener Puls verschwindet. Solch ein Zustand weist auf eine ventikuläre Fibrilla tion hin, wobei der Ausgang des Gatters 102 benutzt wird, um den Defibrillator-Kreis 104, also den Kreis zur Beseiti gung der Herzrhythmusstörung zu triggern, um einen DC (Gleichstrom) Defibrillations-Schock zu verursachen, der dem Herzen z. B. zwischen einer Tafel- oder Pflasterelektrode und einer indifferenten Elektrode Zug führt wird. Die Defibrillation ist nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung.

Wenn entweder der Kardioversion-Kreis 94 oder der Defibril lator-Kreis 104 aktiviert wird, wie den Entscheidungsblocks 103 und 105 festgelegt, dann wird das ODER-Gatter 106 akti viert, um eine Wiederholung der Entladung zu ermöglichen, wenn die bei 66 überprüfte und untersuchte elektrische (QRS) Schlagzahl hoch bleibt. Die Zahl der nachfolgenden Defibril lator-Schocks oder Kardioversion-Schauer kann auf programmier barem Wege eingestellt werden.

Aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß die zugrundeliegende Diagnose der pathologischen Tachy kardie durch Überprüfung, der ansteigenden Schlagzahl über die vorher zugrundegelegte Schwellenzahl erzielt wird, wenn diese nicht mit einer gleichzeitigen Verkürzung einer PEP- Dauer einhergeht. Dies wird durch gleichzeitige Überwachung der Art und Weise, in welcher sich die mechanische Puls schlagzahl ändert, bestätigt. Darüber hinaus wird das Tat bestandsmerkmal des Grades der Schlagzahländerung und des Grades der PEP-Änderung auch in dem Algorithmus mitbe rücksichtigt, um die Zuverlässigkeit der Entscheidung zu ver bessern, ob die Kardioversion iniziiert werden soll, weil die sensorisch ermittelte Tachykardie pathologisch ist, oder ob auf die Anwendung einer Kardioversion-Salve verzichtet werden soll, weil eine physiologische Tachykardie erkannt wird.

Ferner gilt auch als vorteilhaft, daß die Zahl der Zyklus längen, die gemessen und in den Registern 56 und 60 ge speichert werden sollen, ebenso wie die Pulszykluslängen, die in den Registern 70 und 74 gespeichert werden sollen, pro grammiert werden können. Dies ermöglicht den Algorithmus auf die besondere Art der bei den verschiedenen Patienten festgestellten Rhythmusstörungen einzustellen und zu opti mieren.

Fachleute werden leicht erkennen, wie der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Algorithmus unter Verwendung von inte grierten Schaltkreisen umgesetzt und ausgeführt werden kann. Somit erscheint es nicht notwendig zu sein, die entsprechende Elektronik zur Durchführung der Intervall-Meßschritte, der Summation der Zykluslängen, des Vergleiches der gespeicher ten Werte und dergleichen im Detail zu beschreiben.

Die Erfindung wurde in umfassendem Detail erläutert, wobei die dargestellten Einzelheiten, Merkmale, elektrischen Schalt kreise und Ausrüstungselemente vielfach abgeändert und variiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, zu verlassen.

Ein Herzstimulator zur Bewirkung einer herzunterstützenden Tätigkeit im Falle einer pathologi schen Tachykardie ver gleicht die Herzraten-Depolarisations-Signale mit einem vorbestimmten Herzraten-Wert, die ein Indikator für das beginnende Auftreten einer Tachykardie sind, während gleichzeitig die Herz-Vorauswurf-Periode beobachtet wird, um zu messen, ob ein Anstieg, der Herzrate über einen vor bestimmten Wert von einer Abnahme der Vorauswurf-Periode begleitet wird. Wenn nicht, wird eher eine pathologische als eine physiologische Tachykardie diagnostiziert und ein herz unterstützendes Pulsprotokoll iniziiert. Falls die mechanische Pulsrate der elektrischen Depolarisationsrate folgt, wird das Vorliegen der Tachyrhythmusstörung bestä tigt. Die Diagnose kann ferner dadurch bestätigt werden, daß die Rate, bei der die Herzrate ansteigt, mit in Betracht gezogen wird.

Claims

1. Herzschrittmacher zur Erkennung und Behandlung von Tachyrhythmusstörungen und zur Erzeugung herzunter stützender Maßnahmen im Falle des Auftretens von pa thologischer Tachykardie, gekennzeichnet durch

a) eine erste Einrichtung (14, 12, 26, 24, 25) zur Mes sung der Pulsfrequenz und zur Erzeugung eines ersten dazu proportionalen Signals (R₁);
b) eine zweite Einrichtung (28) zum Vergleich des er sten Signals (R₁) mit einem für den Herzschrittma cher-Träger vorgegebenen Pulsfrequenzsignal (R₂) und zur Erzeugung eines zweiten Signals für den Fall, daß das erste Signal (R₁) das vorgegebene Signal (R₂) übersteigt;
c) eine dritte Einrichtung (32) zur Messung der Vor- Auswurfs-Periode des Herzens und zur Erzeugung eines dritten dazu proportionalen Signals;
d) eine vierte Einrichtung (42) zum Vergleich des dritten Signals mit einem vierten Signal, welches einer berechneten Vor-Auswurfs-Periode propor tional ist, die auf der gemessenen Pulsfrequenz des Herzschrittmacher-Trägers basiert, und zur Er zeugung eines fünften Signals, wenn der Wert des dritten Signals den Wert des vierten Signals über steigt; und
e) eine fünfte Einrichtung (30) zur Einleitung der herz unterstützenden Maßnahmen, wenn das zweite und das fünfte Signal gleichzeitig vorliegen.

2. Herzschrittmacher zur Erkennung und Behandlung von Tachyrhythmusstörungen und zur Erzeugung herzunter stützender Maßnahmen im Falle des Auftretens von pa thologischer Tachykardie, gekennzeichnet durch

a) eine erste Einrichtung (50, 52, 54, 56, 58, 60) zur Messung der Puls-zu-Puls-Zykluslänge über eine vorbestimmte Anzahl von sukzessiven Puls schlagintervallen und zur Summierung der gemes senen Puls-zu-Puls-Zykluslängen;
b) eine zweite Einrichtung (62) zum Vergleich von zwei summierten Puls-zu-Puls-Zykluslängen und zur Erzeugung eines ersten Signals für den Fall, daß die Differenz der zwei summierten Puls-zu- Puls-Zykluslängen einen vorbestimmten Anstieg der Pulsfrequenz anzeigt,
c) eine dritte Einrichtung (80, 82, 84, 85, 86, 88) zur Messung der Vor-Auswurfs-Periode des Herzens über eine vorbestimmte Anzahl von sukzessiven Zeitintervallen und zur Summierung der gemesse nen Vor-Auswurfs-Perioden, bezogen auf eine ent sprechende summierte Puls-zu-Puls-Zykluslänge;
d) eine vierte Einrichtung (89) zum Vergleich von zwei summierten Vor-Auswurfs-Perioden und zur Erzeu gung eines zweiten Signals für den Fall, daß die Differenz der zwei bezogenen summierten Vor- Auswurfs-Perioden eine vorbestimmte Abnahme der Vor-Auswurfs-Periode unterschreitet;
e) eine fünfte Einrichtung (66) zur Erkennung der Pulsfrequenz anhand der gemessenen Puls-zu- Puls-Zykluslänge, die mit der ersten Einrichtung (50, 52, 54, 56, 58, 60) zur Messung der Puls-zu- Puls-Zykluslänge operativ in Verbindung steht zur Erzeugung eines gegebenen Ausgangssignals, wenn die Pulsfrequenz einen vorbestimmten Refe renz-Grenzwert übersteigt;
f) eine sechste Einrichtung zur Einleitung der herzun terstützenden Maßnahmen, wenn das erste, das zweite Signal und das Ausgangssignal gleichzeitig vorliegen.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Einrichtung (50, 52, 54, 56, 58, 60) zur Messung der Puls-zu-Puls-Zykluslänge folgendes umfaßt:
eine Meßeinrichtung (50) zur Messung eines Herz-Depo larisations-Signals; eine mit der Meßeinrichtung (50) in Verbindung stehende siebte Einrichtung (52, 54, 56) zur Messung der gesamten Zykluslänge zwischen einer er sten vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Herz- Depolarisations-Signale, um eine erste summierte Puls zu-Puls-Zykluslänge zu erzeugen; sowie eine mit der Meßeinrichtung (50) operativ in Verbindung stehende achte Einrichtung (60) zur verzögerten Messung der ge samten Zykluslänge zwischen einer zweiten vorbestimm ten Anzahl von aufeinanderfolgenden Depolarisations-Si gnalen, um eine zweite summierte Puls-zu-Puls-Zyklus länge zu erzeugen, wobei die zweite Anzahl aufeinander folgender Herz-Depolarisations-Signale größer als die erste Anzahl aufeinanderfolgender Herz-Depolarisations- Signale ist, wobei die zweite Einrichtung (62) das erste Signal erzeugt, wenn die unverzögerte Herz-Depolarisati ons-Signal-Messung die verzögerte Messung übersteigt;
und weiterhin gekennzeichnet durch eine weitere Einrich tung (67, 68, 70, 72, 73, 74) zur Messung der Puls-zu- Puls-Zykluslänge mit einem Pulsdetektor (67) zur Mes sung eines mechanischen Pulsschlags; einer mit dem Pulsdetektor (67) in Verbindung stehende neunten Ein richtung (68, 70) zur Messung der gesamten Zykluslänge zwischen einer dritten vorbestimmten Anzahl aufeinander folgender Pulse, um eine dritte summierte Puls-zu-Puls- Zykluslänge zu erzeugen; einer mit dem Pulsdetektor (67) operativ in Verbindung stehende zehnten Einrichtung (72, 73, 74) zur verzögerten Messung der gesamten Zyklus länge zwischen einer vierten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Pulsen, um eine vierte summierte Puls-zu-Puls-Zykluslänge zu erzeugen, wobei die vierte Anzahl aufeinanderfolgender Pulse größer als die dritte Anzahl aufeinanderfolgender Pulse ist; sowie einer Ver gleichseinrichtung (76) zur Erzeugung eines Puls-Frei gabe-Signals, wenn die unverzögerte Puls-Messung die verzögerte Messung übersteigt- und weiterhin gekenn zeichnet durch,
eine erste UND-Gattereinrichtung (64) zur Verknüpfung des ersten Signals und des Ausgangssignals
eine zweite UND-Gattereinrichtung (78) zur Verknüpfung des Ausgangs der ersten UND-Gattereinrichtung (64) mit dem Puls-Freigabe-Signal und eine dritte UND-Gatter einrichtung (92) zur Verknüpfung des Ausgangs der zwei ten UND-Gattereinrichtung (78) mit dem zweiten Signal.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Einrichtung (14, 12, 26, 24, 25) anhand des Herz-Depolaristations-Signals die Puls-zu- Puls-Zykluslänge bestimmt.