DE60314482T2

DE60314482T2 - Hämodynamikanalyse, insbesondere in einem Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE60314482T2
Application number: DE60314482T
Authority: DE
Inventors: Robert G. Mountain View Turcott
Original assignee: Pacesetter Inc
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: US6945939B2; EP1410756A1; DE60314482D1; US20040077953A1; EP1410756B1

Description

Das Feld der vorliegenden Erfindung betrifft das Überwachen hämodynamischer Parameter in einem lebenden Körper, und insbesondere Techniken zum genauen Erkennen von Veränderungen in hämodynamischen Parametern und Messen derartiger Parameter.
Hämodynamische Parameter sind messbare Attribute, welche mit dem Kreislaufsystem in einem lebenden Körper verbunden sind, wie beispielsweise Blutdurchfluss, Blutdruck, Volumen der Gefäße, Volumen der Herzkammern, Schlagvolumen, Sauerstoffverbrauch, Herzgeräusche, Atmungsfrequenz, Atemvolumen, Blutgase, pH, und Beschleunigung des Herzmuskels. Es gibt viele medizinische Gründe zum Wahrnehmen und Verfolgen von Änderungen in hämodynamischen Parametern, einschließlich dem geeigneten Betrieb von implantierbaren Herzstimulationsgeräte.
Implantierbare Herzstimulationsgeräte (wie beispielsweise Schrittmacher, Defibrillatoren und Kardioverter) sind ausgebildet zum Überwachen und Stimulieren des Herzen eines Patienten, welcher eine Herzrhythmusstörung erleidet. Unter Benutzung von mit dem Patientenherz verbundenen Leitungen stimulieren diese Geräte typischerweise die Herzmuskeln durch Zuleiten von elektrischen Pulsen als Antwort auf erkannte Herzereignisse, welche eine Herzrhythmusstörung anzeigen. Geeignet verwaltete therapeutische elektrische Pulse stellen oft den normalen Rhythmus des Herzens wieder her oder erhalten ihn.
Moderne implantierbare Geräte haben eine große Anzahl von einstellbaren Parametern, welche an die jeweiligen therapeutischen Bedürfnisse des Patienten anpassbar sind. Alle von einigen Parametern, die Schrittmach-Charakteristiken definieren, können optimiert werden. Einstellbare Parameter können beispielsweise den Atrio-Ventrikularen (A-V) Abstand, dass R-R Intervall, und den Schrittmach-Betrieb (beispielsweise Schrittmachen und Wahrnehmen im Ventrikel, verkrampft (VVI), Schrittmachen und Wahrnehmen im Atrium und dem Ventrikel, beides getriggert und gehemmt (DDD) etc.) umfassen. Zum Beispiel wird der A-V Abstand typischerweise in 2-Kammer (Atrium und Ventrikel) – Schrittmachern optimiert um die Ventrikel-Kontraktion so zu timen, dass der Beitrag der Atrial-Kontraktion maximal ausgenutzt ist. Als weiteres Beispiel kann die Ventrikel-Synchronisation beim Biventrikel-Schrittmachen für Herzfehler optimiert sein, und zwar durch Einstellen des Timings, bei welchem Schrittpulse den verschiedenen Herzseiten zugeleitet werden.
Typischerweise werden Zwischen-Kammer-Schrittmach-Intervalle (wie beispielsweise A-V Abstand bei Dualkammer- Schrittmachern und RV-LV- bei Biventrikel-Schrittmachern) auf die Default-Nominal-Werte gesetzt, oder andere relativ laborintensive Verfahren werden zum Messen hämodynamischer Variablen benutzt, in einem Ansatz um alle oder einige der Parameter zu optimieren, zu der Zeit wo ein Herzstimulationsgerät implantiert wird. Beispiele von Messungen, die in Verbindung mit Geräteprogrammierung ausgeführt werden können, umfassen Ultraschall zum Messen von Mitralfluss und/oder von Auswurffraktion, und umfassen Katheterisierung des linken Herzens zum Messen der Änderungsrate des Druckes des linken Ventrikels während der Systole, was eine Messung der Kontraktions- und Mechanischen Effizienz ist.
Eine bekannte Technik zum Setzen von Geräteparametern umfasst manuelles Verändern der Betriebsparameter eines Schrittmachsystems während dem Überwachen eines oder mehrerer physiologischer Variablen. Typischerweise wird der optimale Wert für einen Parameter angenommen, wodurch der maximale oder minimale Wert für die jeweilige physiologische Variable erzeugt wird. Dieses manuelle Verfahren kann zeitaufwendig sein, währenddessen die eigentliche physiologische Grundlage sich verändern kann und zum ungenauen Beurteilen der Herzperformance führen kann. Zusätzlich ist das manuelle Verfahren anfällig für Fehler, die während der Datenaufnahme und Schrift auftreten.
Eine automatische Technik zum Setzen zumindest eines Typs von Geräteparametern umfasst systematisches Scannen über eine Reihe von verfügbaren A-V Pulsabständen hinweg bei einer fixen Herzfrequenz während der Überwachung einer Messung des Herzauswurfvolumens, dann das Setzen des A-V Pulsabstandes auf den Wert wodurch das maximale Herzauswurfvolumen resultiert. Eine andere Technik wählt den A-V Pulsabstand durch Maximieren des gemessenen Wertes (beispielsweise durch elektrische Impedanz) aus einem Parameter wie beispielsweise dem Schlagvolumen aus.
Ein anderes Verfahren zum automatischen Auswählen eines Herzperformance-Parameters umfasst periodisches Bepulsen des Herzens für eine kurze Zeitdauer mit Stimulationspulsen, welche einen modifizierten Schrittmachparameterwert haben, woraufhin dann gewährt wird dass das Herz für eine relativ lange Zeitdauer auf einen Grundwert zurückkehrt. Der Herzperformanceparameter wird sowohl während als auch nach dem Bepulsen des Herzens überwacht um zu ermitteln ob es sich verbessert oder verschlechtert hat oder ob es gleich geblieben ist. Das Herz wird dann mit einem modifizierten Schrittmachparameterwert bepulst und der Prozess wird wiederholt.
Die Optimierung von Schrittmachparametern ist bei Patienten mit relative normalem Herzmuskel nicht notwendig kritisch, wenn es auch dienlich für diese sein könnte. Diese Patienten haben die notwendige Herzreserve Programmierfehler zu kompensieren. Patienten mit niedriger Herzfunktion sind viel empfindlicher auf Faktoren wie beispielsweise Schrittmachfrequenz und A-V Abstand. Derzeitige Optimierungstechniken sind zeitaufwendig und laborintensiv. Weiterhin sind sie fehleranfällig weil sie nicht zur Variabilität der gemessenen hämodynamischen Signale beitragen welche oft reale und signifikante Änderungen im hämodynamischen Status verdecken und die Messung der Absolutwerte der hämodynamischen Parameter verkomplizieren. Was nun gebraucht ist, ist ein Verfahren oder System zum Erkennen von Veränderungen in hämodynamischen Parametern, genau wie das erhalten von genauen absoluten Messungen derartiger Parameter.
Die WO 01/80947 offenbart einen Schrittmacher der eine Differenz zwischen einem ersten gemittelten Wert berechnet, der während eines Fensters erhalten wird das mit einem ersten AV-Abstand innerhalb einer Betriebszeit angeordnet ist, und einem zweiten gemittelten Wert, der während eines Fensters erhalten wird das mit einem zweiten AV-Abstandswert innerhalb einer Betriebszeit angeordnet ist.
US-A-2002/0115939 beschreibt einen Schrittmacher welcher darauf gerichtet ist eine Mess-Auswahl durch Zeitmittelung während eines Teils des Zyklus zu erhalten. Eine hämodynamische Variable wird bei einer Vielzahl von Augenblicken in dem Zyklus gemessen und die Messungen werden gemittelt.
Die WO 01/56651 beschreibt einen Schrittmacher der geeignet ist intrinsische und evozierte Reaktionen eines Patientenherzens automatisch zu erkennen. Ein mathematischer Manipulator bestimmt einen Wert, der den Pulsdruck anzeigt. Dieser Wert wird wiederholt über eine vorbestimmte Anzahl von Atmungszyklen bestimmt und ein Mittelwert, der den Druck anzeigt, wird dann bestimmt.
Gemäß der Erfindung wird ein Herzstimulationsgerät vorgeschlagen, dass eingerichtet ist, um das Herz eines Patienten zu stimulieren und um Veränderungen in einem lebenden Körper zu überwachen, umfassend: einen Detektor, der eingerichtet ist, eine hämodynamische Variable eines lebenden Körpers während zwei verschiedener Zyklen einer zyklischen Funktion des Körpers und zu im Wesentlichen dem gleichen Zeitpunkt in jedem Zyklus zu messen; und eine Steuerung, die aufgebaut ist, um einen Schrittmachparameter des Gerätes anzupassen und die eingerichtet ist, um verschiedene Werte der hämodynamischen Variable, die während der verschiedenen Zyklen gemessen worden sind, zu vergleichen; dadurch gekennzeichnet, dass: die zyklische Funktion der Atemzyklus ist und der Detektor eingerichtet ist, die hämodynamische Variable zu einer Vielzahl von Zeitpunkten während eines ersten Atemzyklus, während dem die Steuerung einen ersten Wert auf den Schrittmachparameter anwendet und eine Vielzahl von zweiten Zeitpunkten während eines zweiten Atemzyklus, während dem die Steuerung einen zweiten Wert auf dem Schrittmachparameter anwendet, zu messen; wobei die Steuerung eingerichtet ist, die gemessenen Werte der hämodynamischen Variable von dem ersten Zyklus mit paarweise zugeordneten Werten zu vergleichen, die zum jeweils gleichen Zeitpunkt in dem zweiten Zyklus gemessen worden sind, die Differenz zwischen den paarweise zugeordneten Werten zu berechnen und den Mittelwert dieser Differenzen zu berechnen.
Weiterhin kann die hämodynamische Variable zusätzlich beispielsweise sein der Blutdurchfluss, Blutdruck, Gefäßvolumen, Volumen der Herzkammern, Schlagvolumen, Sauerstoffverbrauch, Herzgeräusche, Atmungsfrequenz, Atemvolumen, Blutgase, pH, oder Beschleunigung des Herzmuskels.
Dadurch wird ein Verfahren nicht gemäß der Erfindung zugelassen zum Überwachen von Veränderungen in einem lebenden Körper, umfassend die Messung einer hämodynamischen Variablen eines lebenden Körpers während zwei verschiedenen Atmungszyklen des Körpers, die hämodynamische Variable wird im wesentlichen zur gleichen Zeit im jeweiligen Zyklus gemessen, und Vergleichen von Werten der hämodynamischen Variable, welche während zwei verschiedenen Zyklen gemessen wurde.
Ein Verfahren nicht gemäß der Erfindung wird ebenso zugelassen zum betreiben eines Herzstimulationsgerätes, welches in einem lebenden Körper implantiert ist, einschließlich Messen einer hämodynamischen Variable des Körpers zu einem ersten Moment während einem ersten Zyklus einer ausgewählten zyklischen Funktion des Körpers, Betreiben des Herzgerätes zum Stimulieren des Herzens des Körpers während eines zweiten Zyklus der Funktion, Messen der hämodynamischen Variable zu einem Moment während des zweiten Zyklus, welcher im wesentlichen der gleiche wie der erste Moment ist, und Einstellen eines Betriebsparameters der Herzgerätes entsprechend eines Unterschiedes zwischen Werten der hämodynamischen Variable, gemessen während dem ersten und zweiten Zyklus.
Das vorgenannte Verfahren kann weiterhin nicht gemäß der Erfindung das Messen der hämodynamischen Variable zu einem zweiten Moment während eines dritten Atemzyklus umfassen, betreiben des Herzgerätes zum Stimulieren des Herzens während eines vierten Zyklus, Messen der hämodynamischen Variable zu einem Moment während des vierten Zyklus, welcher im wesentlichen der gleich wie der zweite Moment ist, und Einstellen des Betriebsparameters zum zweiten Mal entsprechend einer Differenz zwischen Werten der hämodynamischen Variable, welche während des dritten und vierten Zyklus gemessen wurde.
Die Erfindung wird nun zusammen mit einigen erklärenden Beispielen, die nicht Teil der Erfindung sind, mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen erklärt, wobei:
1a bis 1c eine Reihe von Graphen zeigen, welche bepulste und nicht-bepulste Herzschläge (1a bis 1b) eines Patienten und den entsprechenden Blutdruck (1c) zeigen;
2a bis 2c sind Graphen, welche eine statistische Repräsentation der in 1 gezeigten Blutdruckdaten wiedergeben;
3 ist ein Graph eines hämodynamischen Signals gegen die Atmung entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;
4 ist ein Graph eines hämodynamischen Signals gegen die Atmung gemäß einer anderen hierin offenbarten Ausführungsform;
5 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Ausführungsform eines implantierbaren Herzstimulationsgerätes zur Benutzung mit einer hierin offenbarten Technik;
6 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte zeigt, die in einem Beispiel eines Verfahrens nicht gemäß der Erfindung ausgeführt werden;
7 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte zeigt, die in einem Beispiel eines anderen Verfahrens nicht gemäß der Erfindung ausgeführt werden;
8 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte zeigt, die in einem Beispiel eines anderen Verfahrens nicht gemäß der Erfindung ausgeführt werden; und
9 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte zeigt, die in einem Beispiel eines anderen Verfahrens nicht gemäß der Erfindung ausgeführt werden;
Gemäß einem wie hierin beschriebenen Beispiel wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Überwachen eines oder mehrere hämodynamischen Parameter eines lebenden Körpers (z. B. einen Patient) um wesentliche Änderungen in den Parameter selektiv zu erkennen und um deren absolute Werte genauer zu bestimmen. Es ist bekannt dass hämodynamische Parameter durch Körperfunktionen beeinträchtigt werden können und insbesondere durch Körperfunktionen die in ihrer Natur zyklisch sind. Zum Beispiel ist die Atmung dafür bekannt eine signifikante Veränderung in hämodynamischen Messungen hervorzurufen, abhängig vom Stadium des Atmungszyklus bei dem ein jeweiliger hämodynamischer Parameter gemessen wird. Eine verbesserte Technik zum Überwachen eines hämodynamischen Parameters wird hierdurch vorgeschlagen, wobei die Messungen des Parameters zum selben Moment getätigt werden während jedem aus einer Vielzahl von Zyklen einer Körperfunktion. Die Messungen werden dann verglichen um jede physiologisch signifikante Veränderung im Parameter zu erkennen. Durch Vergleichen der Messungen, die zum selben Zeitpunkt während jedes Zyklus der jeweiligen Funktion (d. h. der Funktion die den Parameter beeinflusst) getätigt werden, kann die Variabilität, die durch die Funktion in die Messungen des hämodynamischen Parameters induziert wird, effektiv reduziert oder eliminiert werden, und genauere Messungen der gegenwärtigen Fluktuationen der hämodynamischen Parametern können dadurch getätigt werden ohne den zerstörenden Einfluss der zyklischen Funktion.
Die Messungen können zum exakt gleichen Moment innerhalb jedes Atemzyklus getätigt werden oder zum im wesentlichen gleichen Moment, d. h. zu einem Moment innerhalb des nächsten Zyklus der ausreichend nahe zu den Moment ist zu dem die Messung im vorherigen Zyklus getätigt wurde, um es den hierin beschriebenen Techniken zu ermöglichen akzeptable Ergebnisse zu liefern, was eine statistisch akzeptable Korrelation zwischen der hämodynamischen Variable und der zyklischen Funktion sein kann. Der Bereich um den der Moment, zu dem die Messungen getätigt werden, von Zyklus zu Zyklus variieren darf kann unter anderem von der hämodynamische Variable abhängen, die gemessen wurde, und der Patientenzustand (z. B. gesund oder krank, unter Belastung oder in Ruhe, schlafend oder wach), und kann in einem Beispiel empirisch bestimmt werden.
Hämodynamische Parameter, die durch die hierin offenbarten Techniken genauer gemessen werden können, umfassen zum Beispiel Blutdurchfluss, Blutdruck, Gefäßvolumen, Herzkammervolumen, Schlagvolumen, Sauerstoffverbrauch, Herzgeräusche, Atmungsfrequenz, Atmungsvolumen, Blutgase, pH, und Beschleunigung des Herzmuskels. Diese und andere Parameter können durch die Atmung beeinflusst werden. Wie hierin offenbart können diese Wirkungen durch Konditionieren der Analyse des hämodynamischen Parameters auf die Hauptperiode (oder Perioden) der Variabilität eliminiert oder reduziert werden.
Gemäß eines Beispiels werden Veränderungen in hämodynamischen Messungen, die in zwei verschiedenen Umgebungsbedingungen getätigt werden, durch Vergleichen der Messungen beurteilt, welche zum gleichen Moment während verschiedenen Zyklen der Hauptkörperfunktion(-en) getätigt werden (oder Variabilitätsperiode(-n)). Zum Beispiel kann der Arteriendruck während Perioden gemessen werden wenn das Herz bepulst wird (z. B. durch ein Herzstimulationsgerät wie beispielsweise einem Schrittmacher) und während Perioden wenn es nicht bepulst wird, um die Wirkung von Bepulsen mit verschiedenen Parametern zu beurteilen. Eine mögliche Anwendung kann es sein, dem A-V Abstand des Herzschrittmachers durch erhöhen des Einstellens des Abstandes zu optimieren und danach das Herz mit den neuen Abstandseinstellungen zu bepulsen, und Vergleichen des gemessenen Arteriendruckes mit den Druck, welcher während des nicht bepulsten Zyklus und/oder dem vorherigen bepulsten Zyklus (mit einer anderen A-V Abstandseinstellung) gemessen wurde. Der A-V Abstand kann dadurch kontinuierlich eingestellt werden um einen gewünschten Arteriendruck zu halten.
Alternativ kann das Blutvolumen die hämodynamische Variable sein, die gemessen wird, und der A-V kann kontinuierlich eingestellt werden um das Blutvolumen zu maximieren, welches durch das Herz mit jedem Schlag gepumpt wird. Durch vergleichen des zuvor gemessenen Wertes für die hämodynamische Variable (z. B. Blutvolumen) mit dem letzten gemessenen Wert, kann der Parameter (z. B. A-V Abstand) erhöhend nach oben oder unter eingestellt werden um dadurch den Wert der hämody namischen Variable nach oben oder unten einzustellen, so wie erwünscht. Andere hämodynamische Variablen oder andere Herzgerät-Parameter können es erfordern den Parameter einzustellen um die hämodynamische Variable zu minimieren, eher als sie zu maximieren, oder um die hämodynamische Variable nahe am Ideal, dem vorbestimmten Wert, zu halten.
Vorteile der jeweiligen Techniken, wie hierin offenbart, werden mit Bezug zu 1a bis 1c und 2a bis 2c erklärt, wobei eine hierin offenbarte Technik mit zwei konventionellen alternativen Techniken zum Messen von Veränderungen des Arteriendruckes gegenüber gestellt wird, wenn Atrial-Synchron-Bepulsen dem Herzen zugeführt wird. Ein herkömmlicher Ansatz ist durch die Analyse A in 1a dargestellt, wobei der mittlere Druck während den bepulsten Herzschlägen mit dem mittleren Druck während dem intrinsischen nicht bepulsten Herzschlägen verglichen wird. Der Druck wird über den wesentlichen Abschnitt 10 des Atmungszyklus 18 gemessen während das Herz nicht bepulst wird und wird dann gemittelt, dann erneut gemessen und über den wesentlichen Abschnitt 20 des Atmungszyklus 28 gemittelt während das Herz bepulst wird. Wie in 2a gezeigt werden die zwei Mittelwerte dann statistisch verglichen. Aus den gezeigten Beispiel kann ersehen werden, dass die Mittelwerte verschieden sind (80,9 nicht bepulst und 79,9 bepulst), aber der Unterschied ist klein verglichen mit deren Standardabweichungswerten (2,1 und 2,0 entsprechend). Eine statistische Analyse dieser Werte erzeugt einen P-Wert von 0,43, wodurch angezeigt wird dass der Unterschied zwischen den zwei Mittelwerten höchst unsignifikant ist. Daher würde die Benutzung dieser Technik zum falschen Schluss führen, dass es keinen Unterschied im Arteriendruck zwischen den bepulsten und nicht bepulsten Herzschlägen gibt.
Bezüglich 1b wird nun eine Analyse zum Durchführen eines paarweisen Vergleiches von Datenpunkten dargestellt, ohne Rücksicht auf die Atemphase. Wie in der Analyse B gezeigt, werden die bepulsten Herzschläge zufällig mit nicht bepulsten Herzschlägen gepaart, beispielsweise wird der nicht bepulste Schlag 11 mit dem bepulsten Schlag 24 gepaart, 12 mit 25, etc.. Der Unterschied zwischen jedem Schlag-Paar wird darauf folgend berechnet und der Mittelwert und der Standardabweichungs-Wert dieser Differenzen wird als nächstes abgeleitet. Nun wird bezüglich 2 gezeigt, dass der Mittelwert der Differenzen (0,977) viel kleiner ist als der Standardabweichungswert von 4,1. Daher führt die Benutzung dieses Ansatzes zu einem P-Wert von 0,72, welcher wiederum keine signifikante Differenz des Arteriendruckes zwischen bepulsten und nicht bepulsten Herzschlägen anzeigt.
Weiterhin wird bezüglich 1b die Benutzung eines Verfahrens gemäß eines Beispiels und Technikdarstellung, wie hierin offenbart, in der Analyse C dargestellt, wobei bepulste Herzschläge mit entsprechenden nicht bepulsten Herzschlägen gepaart werden, die zum selben Moment (d. h. Phase) während den bepulsten und nicht bepulsten Atmungszyklen 18, 28 gemessen werden. Daher wird der nicht bepulste Herzschlag 11 mit dem bepulsten Herzschlag 21 gepaart, 12 mit 22, etc.. Wie aus 1b ersichtlich erscheint sowohl Schlag 11 als auch Schlag 21 im Beginn des entsprechenden Atmungszyklus, Schlag 12 und 21 sind die nächsten Herzschläge die nach den Schlägen 11 und 21 auftreten, etc.. Wie zuvor werden die Unterschiede zwischen den gepaarten Schlägen berechnet und der Mittelwert der Differenzen und ihre Standardabweichung wird darauf folgend abgeleitet. Wie erwartet und in 2c gezeigt, ist der Mittelwert weiterhin –0,977, aber die Standardabweichung ist nun 0,347, wodurch mit ziemlicher Sicherheit angezeigt wird (zu einem P-Wert von 0,001) dass die Verminderung des Arteriendruckes, welche während dem bepulsten Atmungszyklus gemessen wurde, statistisch signifikant ist und daher mit dem bepulsen des Herzens verbunden wird.
Die oben beschriebenen Analysetechniken bezüglich 1 und 2 sind zu Illustrationszwecken gezeigt um bei Druckmessungen durchführt zu werden während bepulsten und nicht bepulsten Herzschlagen. Es muss so verstanden werden, dass die Technik der Erfindung nicht auf dieses jeweilige Mess-Paradigma begrenzt ist, sondern viel mehr mit anderen hämodynamischen Variablen benutzt werden kann umfassend, aber nicht darauf beschränkt, Herzauswurfvolumen, Fluss, Schlagvolumen und Gefäßvolumen. Weiterhin kann die Technik der Erfindung mit nicht-hämodynamischen Variablen benutzt werden, wie beispielsweise der Temperatur. Weiterhin ist die Vergleichsanalyse nicht auf bepulste vs. nicht bepulste Herzschläge begrenzt, sondern kann viel mehr auch auf andere Veränderungen angewendet werden, wie beispielsweise Veränderungen im A-V Abstand oder im RV-LV Abstand.
Bezüglich 3 wird das hämodynamische Signal 30 (beispielsweise Herzschlag) chronologisch der zyklischen Funktion 32 (in diesem Beispiel Atmung) über verschiedene Zeitperioden P₁ 34 und P₂ 36 gegenübergestellt. Perioden P₁ 34 und P₂ 36 repräsentieren zwei verschiedene Umgebungsbedingungen (beispielsweise bepulste und nicht bepulste Herzschläge) über welche der hämodynamische Parameter gemessen wird. Gleichung 1 unten, bezüglich 3, fasst das Verfahren zusammen, welches in den Beispielen von 1b (Analyse C) und 2c angewendet wird: δ = ΣMi=1 x[i + nN] – ΣMi=1 x[i] Gleichung 1.wobei es N Schläge pro Atmungszyklus gibt und M Schläge (Datenpunkte) zum aufsummieren, x(t) ist der interessierende hämodynamische Parameter und n-1 ist die Anzahl der zwischenzeitlichen Atmungszyklen (d. h. wenn ein Vergleich zwischen angrenzenden Atmungszyklen getätigt wird, n=1).

Die Ergebnisse des Analyseverfahrens aus 1a und 1b und 2a bis 2c werden in Tabelle 1 unten zusammen gefasst. Ein p-Wert von weniger als 0,05 wird normalerweise als statistisch signifikant betrachtet, und die Daten sind daher ausreichend um zu folgern, dass der Arteriendruck für bepulste und nicht bepulste Herzschläge verschieden ist. Es ist offensichtlich dass das bezüglich 2c (Analyse C in 1b) benutze Verfahren besser ist bezüglich seiner Möglichkeit signifikante Veränderungen in hämodynamischen Werten zu erkennen trotz der Belastung von zyklischen Körperfunktionen auf den jeweiligen überwachten hämodynamischen Parameter. Tabelle 1. Druck während nicht bepulsten vs. bepulsten Herzschlägen

Analyse	Diastole	Mittelwert	Systole
A – ungepaart	p=0,50	p=0,24	p=0,43
B – gepaart, asynchron zur Atmung	p=0,88	p=0,46	p=0,72
C – gepaart, synchron zur Atmung	p=0,007	p=0,006	p=0,001

Gemäß einem weiteren Beispiel können absolute Messungen eines hämodynamischen Parameters durch Eliminieren der Wirkung von zyklischen Körperfunktionen getätigt werden, wie beispielsweise der Atmung (beispielsweise nimmt der Arteriendruck ab wenn eine Patient einatmet). Wenn die zyklische Funktion, welche die hämodynamische Variable beeinflußt (d. h. die "Geräusche" – Quelle die den echten Wert der hämodynamischen Variable beeinflußt), identifiziert ist, kann eine absolute Messung des Wertes der interessierenden hämodynamischen Variable erhalten werden durch Messung und Mittelung der Variable über einen ganzen Zyklus, oder mehrere integrale Zyklen der Funktion, so dass das Rauschen eliminiert wird, welches durch die Funktion hervorgerufen wird. Bezüglich des vorherigen Beispiels könnte ein absoluter Wert des Blutdruckes erhalten werden durch Messung des Druckes bei jedem einzelnen Herzschlag während einer integralen Anzahl (1, 2, 3...) von Atmungszyklen (Inhalation oder Exhalation) und Mittelung dieser Werte.
Gemäß eines weiteren Beispiels kann eine hämodynamische Variable über mehrere zyklische Funktionen verfolgt werden durch Messung der hämodynamische Variable zum selben Moment/zu den selben Momenten innerhalb jedes Zykluses jeder Funktion und Vergleichen der Werte, welche in fortfolgenden Zyklen jeder jeweiligen Funktion erhalten wurden. Auf diese Weise kann es möglich sein signifikante Änderungen der hämodynamischen Variable zu detektieren auch wenn die Wirkungen jeder der Funktionen auf die Variable so einflussreich sind, dass anderseits derartig signifikante Veränderungen verdeckt werden.
Wie zuvor erwähnt gibt es ein Beispielsverfahren zum programmieren eines Schrittma chers oder anderen implantierbaren Herzstimulationsgerätes zum Analysieren von hämodynamischen Parametern wie oben offenbart, und dadurch werden Geräteparameter optimiert, wie beispielsweise der A-V Abstand, durch Beurteilen des wahren Einflusses von verschiedenen Parameterwerten auf die Herzperformance und entsprechendes einstellen der Parameter. Dadurch kann ein implantierbares Gerät eine ähnliche Technik zum Optimieren des Schrittmach-Verfahrens benutzen (z. B. Atrial-Bepulsung, Ventrikular-Bepulsung, Atrial- und Vetrikular-Bepulsung). Weiterhin kann ein implantierbarer Herz-Defibrillator derartige Techniken zum Erkennen von Herzrhythmusstörungen benutzen, und zwar durch Verfolgen signifikanter absoluter Veränderungen im Blutvolumen, welches durch das Herz gepumpt wird.
Dennoch bedingt das oben diskutierte illustrative Beispiel die Messung und den Vergleich von diskreten Werten, die beschriebenen Verfahren sind gleichwohl auf Parameter anwendbar, die zeitlich kontinuierlich gemessen werden so wie beispielsweise zeitgemittelter Blutdruck. Bei derartigen Anwendungen kann das Verfahren dazu verwendet werden analoge Verarbeitung durchzuführen.
Bezüglich 4 wird das hämodynamische Signal 40 (z. B. Blutdruck) gezeigt um eine kontinuierliche analoge Wellenform x(t) über die Zeitperioden P₁ 34 und P₂ 36 zur Verfügung zustellen, wie zuvor diskutiert. Gleichung 2 unten stellt bezüglich 4 eine analoge Verarbeitung gemäß der hierin offenbarten Technik dar:
wobei T die Zeitlänge eines Zyklus der relevanten Körperfunktion 32 ist (beispielsweise Atmung), dt ist die Zeitlänge über welche der Wert des hämodynamischen Parameter 40 zu integrieren ist, und n-1 ist die Anzahl der Zwischenzyklen der Körperfunktion.
Bezüglich 5 umfasst ein Funktionsdiagramm des Herzstimulationsgerätes 50, welches in einem Patienten implantiert ist und gemäß einer hierin offenbarten Technik funktioniert, einen Controller 52. Der Controller 52 umfasst Speicher 53, oder hat Zugriff auf diesen, und empfängt Daten und wählt Betriebsparameter 54 (z. B. A-V Abstand) entsprechend für Herzleitungen 55 aus, die in ein Patientenherz 51 implantiert sind. Das Herzgerät 50 umfasst weiterhin Mess-Hardware für hämodynamische Variablen, die den Ausgang eines oder mehrere Hämodynamik-Sensoren 59 betreiben und konditionieren. Ein Hämodynamik-Sensoren 59 kann die Performance des Patientenherzens 51 und/oder des Herzgefäßsystems wahrnehmen. Beispiele derartiger Sensoren umfassen Sensoren für Photoplethysmography, Druck, Herz-Ausgabe-Beurteilung durch Ultraschall oder Impedanz-Plethysmography, Herzbeschleunigung, und Herzgeräusche, aber sind nicht hierauf begrenzt. Hämodynamische Sensoren 59 können extravaskulär, intravaskulär, epikardial und/oder innerhalb der Kammer der Herzens 51 angeordnet sein.
Hämodynamische Sensoren detektieren typischerweise die zyklische Fluktuation der Herzfunktion, welche durch die Atmung beeinflußt ist. Zusätzlich zu dieser Atmungsbeeinfußten Modulation der kardiovaskulären Funktion können Sensoren ebenso direkt die Atmung wahrnehmen, so wie durch einen Bewegungsartefakt der durch die Atmung herrührt. Gemäß der Erfindung kann der Controller 52 zyklisch Fluktuationen in einem hämodynamischen Signal wahrnehmen, welches mit der Atmung oder anderen Gründen verbunden ist, und die Frequenz und Phase jeder solchen Fluktuation charakterisieren. Der Controller 52 kann solche Fluktuationen in echt-Zeit wahrnehmen, d. h. simultan mit dem Aufnehmen der hämodynamischen Daten, oder kann eine Nachbearbeitung auf die Daten anwenden nach dem diese aufgenommen wurden. In beiden Ausführungsformen vergleicht der Controller 52 die hämodynamischen Datenpunkte, welche in den entsprechenden Phasen des Atmungszyklus auftreten, und stellt dann die Betriebsparameter (beispielsweise Bepulsung) ein, und zwar entsprechend so, dass die Performance des kardiovaskulären Systems des Patienten optimiert wird.
Das Herzgerät 50 kann dedizierte Hardware umfassen, wie beispielsweise einen Timer/Synchronizer 58 und einen Wahrnehmungsschaltkreis für zyklische Funktion 56 um eine Analyse von zyklischer Funktion durchzuführen oder dabei zu helfen. Das Herzgerät 50 kann weiterhin einen Lungensensor 57 umfassen, welcher speziell dazu ausgebildet ist Atmung zu messen, wie beispielsweise beim Brustimpedanz-Plethysmography sensor. In solch einer Ausführungsform ist der Timer/Synchronizer-Schaltkreis 58 mit dem Wahrnehmungsschaltkreis für zyklische Funktion 56 genauso verbunden wie mit dem Messschaltkreis für die hämodynamische Variable 60, und empfangt Sensordaten von beiden Schaltkreisen. Der Timer/Synchronizer-Schaltkreis 58 entwickelt Zeitinformation aus einer Quelle wie beispielsweise einem Hardware- oder einem Softwaretimer, oder aus jeder andere praktikablen Quelle, und benutzt die Zeitinformation um das Signal der zyklischen Funktion zu verfolgen welche durch die hämodynamischen Sensoren 59 und/oder Lungensensor 57 geliefert wird und um weiterhin den Messschaltkreis für hämodynamische Variablen 60 zu steuern, um das Signal der hämodynamischen Variablen abzutasten (d. h. zu messen), welches zur geeigneten Zeit oder Moment innerhalb jedes ausgewählten Zyklus der zyklischen Funktion die gerade verfolgt wird (beispielsweise Atmung) wodurch die Herzsensoren 59 geliefert wird. Die gemessenen Werte der hämodynamischen Variable werden dann durch den Messschaltkreis für die hämodynamische Variable 60 an den Controller 52 zur Verarbeitung und statistischen Analyse geliefert. Der Controller 52 kann ebenso mit dem Wahrnehmungsschaltkreis der zyklischen Funktion 56 in Verbindung stehen um Daten vom Sensor 57 zu empfangen und/oder um den Wahrnehmungsschaltkreis für zyklische Funktion zu steuern.
6 ist ein Flussdiagramm gemäß einem Beispiel, welches zum Ausführen einer hierin offenbarten Technik hergenommen werden kann. Daten werden akquiriert 60 während einer ersten Bedingung der interessierenden zyklischen Funktion, und dann akquiriert 62 während einer zweiten Bedingung, sowie beispielsweise das akquirieren von Herzschlag-Daten während das Herz mit zwei verschiedenen Schrittmach-Parameter-Sätzen bepulst wird, oder während zwei verschiedenen Schrittmach-Arten. Die Datenakquisitionen 60, 62 können zeitlich separiert sein, aber es soll angemerkt werden dass es dienlich ist die Daten kontinuierlich während einem Übergang zwischen zwei Bedingungen zu akquirieren. Im dargestellten Beispiel wird eine Nachverarbeitung benutzt um die Periode der interessierenden zyklischen Fluktuation zu bestimmten 64. Dies kann durch eine Analyse bewerkstelligt werden, die im Zeitbereich oder im Frequenzbereich durchgeführt wird, was im Stand der Technik der Signalverarbeitung wohl bekannt ist. Ein erster Datenpunkt wird dann aus den Daten ausgewählt 66, welche während der Zeitbedingung zu einer vorbestimmten Phase (oder Moment) des Zyklus oder einer beliebig ausgewählten Phase akquiriert wurden. Ein zweiter Datenpunkt wird darauf folgend aus den Daten ausgewählt 68, welche während der zweiten Bedingung 62 zur gleichen Phase wie der erste Datenpunkt ausgewählt 66 wurde akquiriert. Schließlich werden die ersten und zweiten Datenpunkte verglichen 69, wie zuvor beschrieben.
Bezüglich 7 wird ein Beispiel eines Verfahrens um Optimieren von Schrittmach-Parametern in einem implantierbaren Herzstimulationsgerät initiiert, und zwar durch Akquirieren eines ersten Satzes von hämodynamischen Daten 70 während das Herz des Patienten gemäß eines ersten Satzes von Schrittmachparametern bepulst wird. Ein zweiter Satz von hämodynamischen Daten wird dann akquiriert 71, während das Herz des Patienten gemäß eines zweiten verschiedenen Satzes von Schrittmachparametern bepulst wird. Nur zu Illustrationszwecken kann während dem Optimieren der Schrittmachparameter der erste Satz der Schrittmachparameter ein A-V Abstand von 100 und ein RV-LV Abstand von 50 umfassen, während der zweite Satz der Schrittmachparameter einen A-V Abstand von 125 und einen RV-LV Abstand von 75 umfassen kann. Nach einem anderen darstellenden Beispiel kann der erste Satz der Schrittmachparameter VVI-Bepulsung umfassen, und der zweite Satz kann DDD-Bepulsung umfassen.
Nachdem die zwei Sätze von hämodynamischen Daten akquiriert wurden wird die Dauer der Atmungsphase (d. h. eines Atemzyklus) bestimmt 72, und zwar durch Signalverarbeitung des Zeitbereiches oder Frequenzbereiches, wie im Stand der Technik bekannt. Ein erster Wert der hämodynamischen Funktion wird dann aus dem ersten Satz der akquirierten Daten abgefragt, und dann wird ein zweiter Wert des hämodynamischen Wertes in der gleichen Phase (Moment) des Atemzyklus aus dem zweiten Satz der akquirierten Daten abgefragt 76.
Das Synchronisieren der Phasen bei denen die ersten und zweiten Werte abgefragt werden ist relativ einfach, weil die Dauer des Datenzyklus zuvor bestimmt 72 wurde. Daher kann nur zu Illustrationszwecken, wenn die Atemzyklus-Dauer als fünf Sekunden bestimmt wird, der erste Wert als vier Sekunden angenommen werden bevor die Schrittmachparameter verändert werden, in welchem Fall der zweite Wert als eine Sekunde nach dem die Schrittmachparameter verändert wurden angenommen wird. Auf diese Weise können die bekannten andauernden Wirkungen auf das Kardiovaskuläre System von den vorherigen Schrittmach-Werten minimiert werden. Zum Beispiel weil die Kontrahierfähigkeit des Herzens von der Vorbelastung abhängt, kann die Effektivität der Schrittmachparameter die Herzfunktion beeinflussen, und zwar für zumindest einen Herzschlag nachdem der neue Satz von Schrittmachparametern benutzt wird.
Die zwei Werte werden dann verglichen 78. Wenn Mittelung über eine Zeitperiode gewünscht ist wird der Prozess mit dem Akquirieren eines ersten Wertes 74 wiederholt. Die Mittelung muss nicht über einen ganzen Zyklus durchgeführt werden. Mittelung über einen Abschnitt eines Zyklus kann effektiv sein, und manchmal Wünschenswert, um die Übergangseffekte wie oben beschrieben zu vermeiden, vorausgesetzt dass die Werte zur selben Phase der Funktion abgetastet werden. Die Ergebnisse des Vergleiches der Werte 78 können zum Optimieren der Funktion des Herzgerätes benutzt werden, genau wie seine Schrittmach-Intervalle.
Bezüglich 8 kann das Beispielsverfahren zum Erhalten einer absoluten Messung einer hämodynamischen Variable benutzt werden, welche nicht durch andere Körperfunktionen beeinträchtigt wird. Daher wird in einem Beispiel die interessierende hämodynamische Variable gemessen und die Daten werden über eine vorbestimmte Zeitperiode akquiriert 80. Die Dauer eines Zyklus der interessierenden Körperfunktion wird dann bestimmt 82. Schließlich werden die akquirierten Daten über mehrere ganze Zyklen der Funktion gemittelt um einen absoluten Wert für die interessierende hämodynamische Variable zu bestimmen.
9 ist ein Flussdiagramm welches Schritte zeigt, welche zum Durchführen eines anderen als hierin beschriebenen Beispielsverfahrens hergenommen werden können. In einem Beispiel dieses Verfahrens wird zuerst die interessierende zyklische Funktion (z. B. Atmung) identifiziert und synchronisiert 90, wonach die interessierende hämodynamische Variable initial zu einem vorbestimmten Moment in einem ersten Zyklus der zyklischen Funktion gemessen 92 wird. Eine folgende Messung der hämodynamischen Variablen wird dann zum selben Moment (d. h. Phase) in einem folgenden Zyklus der zyklischen Funktion aufgenommen 94. Der folgende Zyklus kann direkt folgend auf den vorherigen Zyklus während dem die initiale Messung aufgenommen wurde auftreten, oder kann alternativ durch jede ausgewählte Anzahl Zyklen vom vorherigen Zyklus beabstandet sein. Im Falle von analoger Verarbeitung kann die hämodynamische Variable über einen einzigen Zyklus zeitgemittelt sein oder alternativ über mehrere angrenzenden Zyklen um jeden einzelnen gemessenen Wert zu erhalten.
Die letzten zwei gemessenen Werte werden dann verglichen 96 und die Ergebnisse analysiert 98 um zu beurteilen ob die Differenz (falls vorhanden) statistisch und/oder physiologisch signifikant ist. Wenn die Differenz nicht signifikant ist wird die hämodynamische Variable erneut gemessen 94 und der Prozess wird wiederholt. Wenn die Differenz signifikant ist werden der Betriebsparameter(-n) des Herzgerätes eingestellt 100, dann wird die hämodynamische Variable erneut gemessen 94, und der gesamte Prozess wird darauf folgend wiederholt.
Die hämodynamischen Parameter können durch jedes praktikable Verfahren gemessen werden, einschließlich – aber nicht darauf begrenzt – mechanischer, optischer und Ultraschallsensoren. Ein solcher Sensor wird unter anderem in der US Patentanmeldung Nr. 09/543,214 beschrieben, welcher am 5. April 2000 mit dem Titel "Extravascular Hemodynamic Sensor" eingereicht wurde.

Claims

Herzstimulationsgerät, das eingerichtet ist, um das Herz eines Patienten zu stimulieren und um Veränderungen in einem lebenden Körper zu überwachen, umfassend: einen Detektor (60), der eingerichtet ist, eine hämodynamische Variable eines lebenden Körpers während zwei verschiedener Zyklen einer zyklischen Funktion des Körpers und zu im Wesentlichen dem gleichen Zeitpunkt in jedem Zyklus zu messen; und eine Steuerung (52), die aufgebaut ist, um einen Schrittmachparameter des Gerätes anzupassen und die eingerichtet ist, um verschiedene Werte der hämodynamischen Variable, die während der verschiedenen Zyklen gemessen worden sind, zu vergleichen; dadurch gekennzeichnet, dass die zyklische Funktion der Atemzyklus ist und der Detektor (60) eingerichtet ist, die hämodynamische Variable zu einer Vielzahl von Zeitpunkten während eines ersten Atemzyklus, während dem die Steuerung einen ersten Wert auf den Schrittmachparameter anwendet und eine Vielzahl von zweiten Zeitpunkten während eines zweiten Atemzyklus, während dem die Steuerung einen zweiten Wert auf dem Schrittmachparameter anwendet, zu messen; wobei die Steuerung (52) eingerichtet ist, die gemessenen Werte der hämodynamischen Variable von dem ersten Zyklus mit paarweise zugeordneten Werten zu vergleichen, die zum jeweils gleichen Zeitpunkt in dem zweiten Zyklus gemessen worden sind, die Differenz zwischen den paarweise zugeordneten Werten zu berechnen und den Mittelwert dieser Differenzen zu berechnen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (16) eingerichtet ist, eine beliebige oder mehrere von der Blutflussrate, dem Blutdruck, dem Gefäßvolumen, dem Volumen der Herzkammern, Herzschlagvolumen, Sauerstoffverbrauch, Herzgeräusche, Atemfrequenz, Atemvolumen, Blutgasen, pH und Beschleunigung des Herzmuskels des Patienten zu messen.
Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (52) eingerichtet ist, einen Betriebsparameter des Gerätes in Übereinstimmung mit den berechneten Differenzen auszuwählen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (52) eingerichtet ist, einen Schrittmachparameter des Gerätes in Übereinstimmung mit dem berechneten Differenzmittelwert auszuwählen.
Ein Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmachparameter eine atrio-ventrikuläre Verzögerung, eine Zwischenkammerverzögerung, eine RV-LV-Verzögerung oder eine LA-LV-Verzögerung des Gerätes ist.
Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eingerichtet ist, im Körper implantiert zu werden.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hämodynamische Variable gemäß der folgenden Formel verglichen wird: δ = ΣMi=1 x[i + nN] – ΣMi=1 [i]wobei es N Schläge pro Atemzyklus gibt und über M Schläge (Datenpunkte) zu summieren ist, x(t) der interessierende hämodynamische Parameter ist und n-1 die Anzahl der dazwischen liegenden Atemzyklen ist.