DE60316296T2

DE60316296T2 - Vorrichtung und verfahren zur optimierung der pumpfunktion des herzens

Info

Publication number: DE60316296T2
Application number: DE60316296T
Authority: DE
Inventors: Jiang Maplewood DING; Yinghong Shoreview YU; Qingsheng Wexford ZHU
Original assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Current assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: WO2004011088A1; AU2003259215A1; DE60316296D1; EP1525026A1; JP2005533608A; EP1525026B1; US20040019365A1; US7206634B2; ATE372809T1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung für die Behandlung von Herzkrankheiten. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zum Verbessern der Herzfunktion mit Resynchronisationstherapie.
Hintergrund
Es sind implantierbare Vorrichtungen, die elektrische Stimulation an ausgewählte Kammern des Herzens liefern, entwickelt worden, um eine Anzahl von Herz-Fehlfunktionen zu behandeln. Ein Schrittmacher ist zum Beispiel eine Vorrichtung, die das Herz mit zeitlich gesteuerten Stimulationsimpulsen bzw. Schrittmacherimpulsen stimuliert, am häufigsten für die Behandlung von Bradykardie, bei der die ventrikuläre Rate zu langsam ist. Atrioventrikuläre Leitungsdefekte (d.h. AV-Block bzw. atrioventrikulärer Block) und das Syndrom des kranken Sinusknotens stellen die häufigsten Ursachen von Bradykardie dar, für die der permanente Einsatz eine Schrittmachers angezeigt ist. Wenn er richtig funktioniert, gleicht der Schrittmacher die Unfähigkeit des Herzens aus, sich selbst in einem geeigneten Rhythmus zu stimulieren, um eine metabolische Anforderung durch Erzwingen einer minimalen Herzrate zu erfüllen. Implantierbare Vorrichtungen können auch verwendet werden, um Herzrhythmen, die zu schnell sind, mit entweder Anti-Tachykardie-Stimulation oder der Zufuhr elektrischer Schocks zu behandeln, um atriale oder ventrikuläre Fibrillation zu beenden.
Es sind auch implantierbare Vorrichtungen entwickelt worden, die die Art und Weise und das Ausmaß beeinflussen, in der bzw. in dem die Herzkammern während eines Herzzyklus kontrahieren, um das effiziente Pumpen von Blut zu fördern. Das Herz pumpt effizienter, wenn die Kammern in einer koordinierten Weise kontrahieren, ein Ergebnis, das normalerweise durch die spezialisierten Leitungsbahnen in sowohl den Atrien als auch den Ventrikeln bereitgestellt wird, die die schnelle Leitung von Erregung (d.h. Depolarisation) überall im Myokardium ermöglichen. Diese Bahnen leiten Erregungsimpulse von dem Sinusknoten zu dem atrialen Myokardium zu dem Atrioventrikularknoten und dann zu dem ventrikulären Myokardium, um eine koordinierte Kontraktion beider Atrien und beider Ventrikel zur Folge zu haben. Dies synchronisiert die Kontraktionen der Muskelfasern jeder Kammer und synchronisiert die Kontraktionen jedes Atriums oder Ventrikels mit dem kontralateralen Atrium oder Ventrikel. Ohne die durch die normal funktionierenden spezialisierten Bahnen bewirkte Synchronisation ist die Pumpeffizienz des Herzens stark verringert. Patienten, die eine Pathologie dieser Leitungsbahnen zeigen, wie etwa Schenkelblocks, können somit unter einer beeinträchtigten Pumpleistung leiden.
Herzinsuffizienz bezieht sich auf ein klinisches Syndrom, bei dem eine Abnormalität der Herzfunktion ein unterhalb des Normalwertes liegendes Herzschlagvolumen verursacht, das unter ein Niveau fallen kann, das geeignet ist, um die metabolische Anforderung peripherer Gewebe zu erfüllen. Es stellt sich gewöhnlich aufgrund der begleitenden Venen- und Lungenstauung als kongestive Herzinsuffizienz (congestive heart failure, CHF) dar. Herzinsuffizienz kann auf einer Vielzahl von Äthiologien beruhen, wobei ischämische Herzkrankheit die häufigste ist. Manche Herzinsuffizienzpatienten leiden an einem bestimmten Ausmaß von AV-Block oder sind chronotropisch beeinträchtigt, so dass ihr Herzzeitvolumen mit herkömmlicher Bradykardie-Stimulierung verbessert werden kann. Eine solche Stimulierung kann jedoch ein gewisses Maß an Koordinationsverlust in atrialen und/oder ventrikulären Kontraktionen zur Folge haben, weil Stimulierungs- bzw. Schrittmachererregung von einem einzelnen Stimulationsort nur über die viel langsamer leitenden Muskelfasern von entweder den Atrien oder den Ventrikeln über das gesamte Myokardium verteilt wird und nicht die spezialisierten Leitungsbahnen. Die meisten Herzschrittmacherpatienten können immer noch mit künstlicher Stimulierung ein mehr als angemessenes Herzzeitvolumen aufrecht erhalten, aber die Verringerung in der Pumpeffizienz kann bei einem Herzinsuffizienzpatienten erheblich sein, dessen Herzzeitvolumen bereits beeinträchtigt ist. Intraventrikuläre und/oder interventrikuläre Leitungsdefekte sind ebenfalls üblicherweise bei Herzinsuffizienzpatienten zu finden und können zu Herzfunktionsstörungen beitragen, indem sie während intrinsischer Schläge unsynchronisierte Kontraktionen verursachen. Andere Leitungsdefekte können in den Atrien auftreten.
Um diese Probleme zu behandeln, sind implantierbare Herzvorrichtungen entwickelt worden, die eine zeitlich geeignet gesteuerte elektrische Stimulation an eine oder mehrere Herzkammern in einem Versuch liefern, die Koordination atrialer und/oder ventrikulärer Kontraktionen zu verbessern, was als kardiale Resynchronisationstherapie (cardiac resynchronization therapy, CRT) bezeichnet wird. Ventrikuläre Resynchronisation ist bei der Behandlung von Herzinsuffizienz nützlich, weil Resynchronisation, auch wenn sie nicht unmittelbar inntropisch ist, eine koordiniertere Kontraktion der Ventrikel mit einer verbesserten Pumpeffizienz und erhöhtem Herzzeitvolumen zur Folge hat. Gegenwärtig führt eine häufigste Form von CRT beiden Ventrikeln Stimulationsimpulse zu, entweder gleichzeitig oder durch ein vorgegebenes biventrikuläres Versatzintervall getrennt und nach einem vorgegebenen atrioventrikulären Verzögerungsintervall in Bezug auf die Detektion einer intrinsischen atrialen Kontraktion. Eine geeignete Spezifizierung dieser Parameter ist notwendig, um die erwünschte optimale Koordination zwischen den Atrien und den Ventrikeln und innerhalb der Ventrikel zu erreichen, und es ist dieses Problem, mit dem die vorliegende Erfindung hauptsächlich befasst ist.
Dokument US-A-5628777 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bereitstellung kardialer Resynchronisationstherapie, die ausgestaltet ist, um selbsttätig Stimulationsintervalle einzustellen, um eine optimale Pumpleistung zu erreichen. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Systemdiagramm eines Schrittmachers, der zur biventrikulären Stimulation und Erfassung ausgestaltet ist.
2 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Beschleunigungsmessern zur Messung mechanischer Kontraktionsintervalle.
3 stellt ein beispielhaftes Schema zum Einstellen von Stimulationsintervallen auf Basis gemessener mechanischer Kontraktionsintervalle dar.
Detaillierte Beschreibung
Herzvorrichtungen, die zur Bereitstellung von Resynchronisationstherapie ausgestaltet sind, können mit einer Anzahl unterschiedlicher Parametereinstellungen programmiert sein, die die Herzleistung des Patienten beeinflussen. In einer biventrikulären Betriebsart können zum Beispiel Reizimpulse während ei nes Herzzyklus mit einem vorgegebenen Versatzintervall zwischen den Impulsen, das ausgestaltet ist, um eine synchronisierte Kontraktion innerhalb des linken Ventrikels und zwischen beiden Ventrikeln zu erzeugen, dem rechten und dem linken Ventrikel zugeführt werden. Aufgrund unterschiedlicher Leitungsbedingungen in den zwei Ventrikeln kann sich das optimale Versatzintervall zur Erzeugung einer synchronisierten, und daher effizienteren, linksventrikulären Kontraktion in einem gegebenen Patienten ändern. Ein weiterer Parameter, der die Herzleistung beeinflusst, ist das atrioventrikuläre Intervall, das in atrialen Folgebetriebsarten verwendet wird, die zur Resynchronisation sowie herkömmlichen Bradykardie-Stimulierung eingesetzt werden können. In einer atrialen Folgebetriebsart werden die Ventrikeln nach einer atrialen intrinsischen Kontraktion oder einer atrialen Stimulierung stimuliert, so dass eine diastolische Füllung vor der ventrikulären Systole erhöht wird. Der optimale Wert für das atrioventrikuläre Intervall unterscheidet sich wieder von Patient zu Patient.
Da sich die optimalen Werte für die oben diskutierten CRT-Parameter nicht nur von Patient zu Patient unterscheiden, sondern sich in einem individuellen Patienten auch über die Zeit ändern können, wäre es für eine kardiale Resynchronisationsvorrichtung wünschenswert, ein Mittel zur automatischen Bestimmung dieser optimalen Werte zu besitzen. Ein Verfahren, das versucht, dies in atrialen Folgebetriebsarten zu tun, wenn der Patient einen normalen Sinusrythmus hat, besteht darin, das atrioventrikuläre Intervall und/oder biventrikuläre Versatzintervall auf Werte einzustellen, die die langsamste intrinsische atriale Rate zur Folge haben. Der Barorezeptor-Rückkopplungsmechanismus des Körpers zur Regelung der Herzrate wird auf diese Weise als ein Ersatzmaß für das Herzzeitvolumen verwendet. Dieses Verfahren kann jedoch nur bei Patienten mit intakten Bahnen zum Regeln der Herzrate und nur in Stimulationsbetriebsarten angewendet werden, in denen die Atrien nicht stimuliert werden. Auch kann dieses Verfahren weniger effektiv bei der Einstellung optimaler biventrikulärer Versatzintervalle sein. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch einen anderen Ansatz zur Optimierung von CRT-Parametern dar, bei dem mechanische Kontraktionen einzelner Herzkammern direkt erfasst werden. Die Zeitintervalle zwischen den Kontraktionen werden gemessen, und die CRT-Parameter werden dann auf Werte eingestellt, die gewünschte mechanische Kontraktionsintervalle zur Folge haben. Derartige Einstellungen können periodisch oder auf einer Schlag-zu-Schlag-Basis durchgeführt werden. Was folgt, ist eine Beschreibung einer beispielhaften Hardwareplattform zur Ausführung der Erfindung, eine Diskussion von Resynchronisationstherapiebetriebsarten und Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen.
1. Hardwareplattform
Implantierbare Herzvorrichtungen werden typischerweise subkutan oder submuskulär in der Brust eines Patienten angeordnet und haben Leitungen, die intravenös in das Herz eingeführt sind, um die Vorrichtung mit Elektroden zu verbinden, die zur Erfassung und Stimulation verwendet werden. Es können auch Leitungen durch verschiedene Mittel an dem Epikard angeordnet sein. Eine programmierbare elektronische Steuereinrichtung veranlasst, dass die Reizimpulse in Reaktion auf verstrichene Zeitintervalle und erfasste elektrische Aktivität (d.h. intrinsische Herzschläge, nicht als ein Ergebnis eines Reizimpulses) ausgegeben werden. Die Vorrichtungen erfassen intrinsische kardiale elektrische Aktivität mit Hilfe interner Elektroden, die in der Nähe der zu erfassenden Kammer angeordnet sind. Eine Depolarisationswelle, die mit einer intrinsischen Kontraktion der Atrien oder Ventrikel in Zusammenhang steht und die durch die Vorrichtung detektiert wird, wird als eine atriale Erfassung beziehungsweise ventrikuläre Erfassung be zeichnet. Um eine derartige Kontraktion in der Abwesenheit eines intrinsischen Schlages zu veranlassen, wird ein Reizimpuls (auch bekannt als eine Stimulierung oder ein Schrittmacherimpuls, wenn er abgegeben wird, um einen bestimmten Rhythmus zu erzwingen) mit einer Energie oberhalb einer bestimmten Schwelle an die Kammer abgegeben.
Ein Blockdiagramm einer Mehr-Ort-CRT-Vorrichtung mit drei Erfassungs/Stimulationskanälen ist in 1 gezeigt. Die Steuereinrichtung der Vorrichtung ist aus einem Mikroprozessor 10 aufgebaut, der mit einem Speicher 12 über einen bidirektionalen Datenbus kommuniziert, wobei der Speicher 12 einen Nur-Lese-Speicher (read-only memory, ROM) zur Programmspeicherung und einen Direktzugriffspeicher (random-access memory, RAM) zur Datenspeicherung aufweist. Die Steuereinrichtung kann durch andere Arten von Logikschaltungen (z.B. diskrete Komponenten oder programmierbare logische Anordnungen) unter Verwendung einer Ausgestaltung vom Zustandsmaschinentyp realisiert werden, aber ein mikroprozessorbasiertes System ist bevorzugt. Die Steuereinrichtung kann die Vorrichtung in einer Anzahl programmierter Betriebsarten betreiben, wobei eine programmierte Betriebsart definiert, wie Reizimpulse in Reaktion auf erfasste Ereignisse und das Verstreichen von Zeitintervallen ausgegeben werden. Es ist auch eine Telemetrieschnittstelle 80 zur Kommunikation mit einer externen Programmiervorrichtung vorgesehen.
Die mehreren Erfassungs/Stimulationskanäle können konfiguriert sein, um univentrikuläre, biventrikuläre oder intraventrikuläre Mehr-Ort-Stimulation zuzuführen. In 1 ist eine Konfiguration mit einem atrialen und zwei ventrikulären Erfassungs/Stimulationskanälen zur Bereitstellung biventrikulärer Resynchronisationstherapie dargestellt. Der atriale Erfassungs/Stimulationskanal in 1 weist eine Ringelektrode 43a, eine Spitzenelektrode 43b, einen Erfassungsverstärker 41, einen Impulsgenerator 42 und eine atriale Kanalschnittstelle 40 auf, die bidirektional mit der Steuereinrichtung 10 kommuniziert. Der atriale Erfassungs/Stimulationskanal kann verwendet werden, um biventrikuläre Resynchronisationstherapie in einer atrialen Folgebetriebsart bereitzustellen sowie die Atrien zu stimulieren, falls es erforderlich ist. Die Vorrichtung hat auch zwei ventrikuläre Erfassungs/Stimulationskanäle zur Stimulation der Ventrikel, die Ringelektroden 23a und 33b, Spitzenelektroden 23b und 33b, Erfassungsverstärker 21 und 31, Impulsgeneratoren 22 und 32 und ventrikuläre Kanalschnittstellen 20 und 30 aufweisen. Jeder der atrialen und ventrikulären Kanäle enthält somit einen Stimulationskanal, der aus einem mit der Elektrode verbundenen Impulsgenerator aufgebaut ist, und einen Erfassungskanal, der aus einem mit der Elektrode verbundenen Erfassungsverstärker aufgebaut ist. Die Kanalschnittstellen enthalten Analog/Digital-Wandler zur Digitalisierung von Erfassungssignaleingängen von den Erfassungsverstärkern, Register, in die zum Einstellen der Verstärkungs- und Schwellenwerte der Erfassungsverstärker geschrieben werden kann, und, in dem Fall der ventrikulären und atrialen Kanalschnittstellen, Register zur Steuerung der Ausgabe von Reizimpulsen und/oder Änderung der Reizimpulsamplitude. Für jeden Kanal wird dasselbe Elektrodenpaar sowohl zur Erfassung als auch zur Stimulation verwendet. In dieser Ausführungsform werden bipolaren Leitungen, die zwei Elektroden enthalten, zur Ausgabe eines Reizimpulses und/oder Erfassung intrinsischer Aktivität verwendet. Andere Ausführungsformen können gegebenenfalls eine einzelne Elektrode zur Erfassung und Stimulation in jedem Kanal einsetzen, was als eine unipolare Leitung bekannt ist. Ein durch den Mikroprozessor gesteuertes MOS-Schaltnetzwerk 70 wird verwendet, um die Elektroden von dem Eingang eines Erfassungsverstärkers auf den Ausgang eines Impulsgenerators umzuschalten.
Die Steuereinrichtung 10 steuert den Gesamtbetrieb der Vorrichtung gemäß programmierten Instruktionen, die in dem Speicher gespeichert sind, was die Steuerung der Zufuhr von Reizimpulsen über die Stimulationskanäle, das Interpretieren von von den Erfassungskanälen empfangenen Erfassungssignalen und die Implementierung von Zeitgebern bzw. Timern zur Definition von Austrittintervallen bzw. Escapeintervallen und sensorischen Refraktärperioden umfasst. Die Erfassungsschaltung der Vorrichtung detektiert eine Erfassung, entweder eine atriale Erfassung oder ventrikuläre Erfassung, wenn ein Elektrogramm-Signal (d.h. eine durch eine Elektrode erfasste Spannung, die kardiale elektrische Aktivität repräsentiert), das durch einen bestimmten Kanal erzeugt wird, eine vorgegebene Detektionsschwelle überschreitet. In bestimmten Stimulationsbetriebsarten verwendete Algorithmen setzen derartige Erfassungen ein, um Reizimpulse auszulösen oder zu unterdrücken.
Beschleunigungsmesser 101, 102 und 103 sind mit der Vorrichtung durch Leitungsdrähte verbunden und ausgestaltet, um an den Wänden des linken Atriums, rechten Ventrikels beziehungsweise linken Ventrikels befestigt zu werden, um mechanische Kontraktionen dieser Kammern zu detektieren. 2 stellt diese Anordnung der Beschleunigungsmesser schematisch dar, wobei die Herzkammern mit RA für rechtes Atrium, LA für linkes Atrium, RV für rechtes Ventrikel und LV für linkes Ventrikel bezeichnet sind. In einer beispielhaften Implementierung sind die Beschleunigungsmesserleitungsdrähte intravenös zu dem Herzen vorbewegt. Der rechtsventrikuläre Beschleunigungsmesser kann an der endokardialen Oberfläche des rechten Ventrikels an der Septumwand befestigt sein, während der linksatriale und die ventrikulären Beschleunigungsmesser in dem Koronarsinus beziehungsweise den Herzvenen angeordnet sein können, um die Bewegung der freien Wände dieser Kammern zu erfassen. Die Beschleunigungsmesser sind mit der Steuereinrichtung durch eine Beschleunigungsmesserschnittstelle 100 verbunden, die eine Schaltung zur Schwellendetektion und für andere Signalverarbeitungsfunktionen enthalten kann. Die Steuereinrichtung kann dann programmiert sein, um Zeitintervalle zwischen Kontraktionen der Septumwand und der freien Wand des linken Ventrikels und zwischen Kontraktionen des linken Atriums und des linken Ventrikels zu messen. Wie unten beschrieben wird, kann die Steuereinrichtung diese gemessenen Intervalle verwenden, um das atrioventrikuläre und das biventrikuläre Versatzintervall optimal einzustellen.
2. Stimulationsbetriebsarten
CRT kann am zweckmäßigsten in Verbindung mit einer Bradykardie-Schrittmacherbetriebsart bereitgestellt werden. Bradykardie-Schrittmacherbetriebsarten beziehen sich auf Algorithmen, die verwendet werden, um die Atrien und/oder Ventrikel zu stimulieren, wenn die intrinsische atriale und/oder ventrikuläre Rate aufgrund von, zum Beispiel, AV-Leitungsblocks oder Sinusknotenfehlfunktion unzureichend ist. Derartige Betriebsarten können entweder Ein-Kammer-Stimulation, bei der entweder ein Atrium oder ein Ventrikel stimuliert wird, oder Zwei-Kammer-Stimulation umfassen, bei der sowohl ein Atrium als auch ein Ventrikel stimuliert wird. Eine Bradykardie-Schrittmacherbetriebsart kann eine minimale Herzrate entweder asynchron oder synchron erzwingen. In einer asynchronen Betriebsart wird das Herz unabhängig von intrinsischer kardialer Aktivität mit einer festen Rate stimuliert. Daher besteht bei asynchroner Stimulation ein Risiko, dass ein Reizimpuls koinzident mit einem intrinsischen Schlag und während der verletzlichen Periode des Herzens zugeführt wird, was Fibrillation verursachen kann. Die meisten Schrittmacher zur Behandlung von Bradykardie sind daher heute programmiert, um synchron in einer so genannten Anforderungsbetriebsart zu arbeiten, in der erfasste kardiale Ereignisse, die innerhalb eines definierten Intervalls statt finden, einen Reizimpuls entweder auslösen oder unterdrücken. Unterdrückte Anforderungsstimulationsbetriebsarten (inhibited demand stimulation modes) verwenden Austrittintervalle beziehungsweise Escapeintervalle, um Stimulation gemäß erfasster intrinsischer Aktivität zu steuern. In einer unterdrückten Anforderungsbetriebsart wird ein Reizimpuls einer Herzkammer während eines Herzzyklus nur nach Verstreichen eines definierten Austrittintervalls beziehungsweise Escapeintervalls zugeführt, während dessen kein intrinsischer Schlag durch die Kammer detektiert wird. Wenn während dieses Intervalls ein intrinsischer Schlag stattfindet, wird es dem Herzen somit erlaubt, aus einer Stimulation durch die Vorrichtung "auszutreten". Ein derartiges Austrittintervall beziehungsweise Escapeintervall kann für jede stimulierte Kammer definiert werden. Zum Beispiel kann ein ventrikuläres Austrittintervall beziehungsweise Escapeintervall so zwischen ventrikulären Ereignissen definiert werden, dass es mit jeder ventrikulären Erfassung oder Stimulation neu gestartet wird. Das Inverse dieses Austrittintervalls beziehungsweise Escapeintervalls ist die minimale Rate, mit der es die Vorrichtung den Ventrikeln erlaubt, zu schlagen, und wird manchmal als untere Ratengrenze (lower rate limit, LRL) bezeichnet.
In atrialen Folgebetriebsarten wird ein anderes ventrikuläres Austrittintervall beziehungsweise Escapeintervall zwischen atrialen und ventrikulären Ereignissen definiert, das als das atrioventrikuläre Intervall (AVI) bezeichnet wird. Das atrioventrikuläre Intervall wird durch eine atriale Erfassung oder einen atrialen Reiz ausgelöst und durch eine ventrikuläre Erfassung oder einen ventrikulären Reiz gestoppt. Ein ventrikulärer Reizimpuls wird nach Verstreichen des atrioventrikulären Intervalls zugeführt, wenn davor keine ventrikuläre Erfassung auftritt. Atriale Folgestimulation der Ventrikel versucht, die atrioventrikuläre Synchronität aufrecht zu erhalten, die bei physiologischen Schlägen auftritt, wodurch atriale Kontraktio nen das diastolische Füllen der Ventrikel steigern. Der Wert des atrioventrikulären Intervalls zur optimalen Vorbelastung der Ventrikel ändert sich mit der Herzrate und in einer Art und Weise, die sich von Patient zu Patient unterscheidet. Wenn ein Patient einen physiologisch normalen atrialen Rhythmus hat, ermöglicht atriale Folgestimulation auch, dass die ventrikuläre Stimulationsrate von den metabolischen Anforderungen des Körpers abhängt. Wenn der atriale Rhythmus zu langsam ist, kann die Vorrichtung konfiguriert werden, um die Atrien auf einer unterdrückten Anforderungsbasis zu stimulieren. Dann ist ein atriales Austrittintervall beziehungsweise Escapeintervall als das maximale Zeitintervall definiert, in dem eine atriale Erfassung nach einer ventrikulären Erfassung oder einem ventrikulären Reiz detektiert werden muss, bevor ein atrialer Reiz zugeführt wird. Wenn eine atriale unterdrückte Anforderungsstimulation mit atrialer Folgestimulation der Ventrikel kombiniert wird, ist das untere Ratengrenzenintervall dann die Summe des atrialen Austrittintervalls beziehungsweise Escapeintervalls und des atrioventrikulären Intervalls.
Wie oben beschrieben ist, umfasst CRT die Zuführung von Reizimpulsen zu einer oder mehreren Herzkammern in einer Weise, die synchronisierte Kontraktionen der Atrien und/oder Ventrikel wieder herstellt oder aufrechterhält und dadurch die Pumpeffizienz verbessert. Bestimmte Patienten mit Leitungsabnormalitäten können mit herkömmlicher Einen-Kammer- oder Zwei-Kammer-Bradykardie-Stimulation verbesserte kardiale Resynchronisation erfahren. Zum Beispiel kann ein Patient mit Linksschenkelblock mit einem Reizimpuls eine koordiniertere Kontraktion der Ventrikeln als eine Folge einer intrinsischen Kontraktion haben. Häufiger umfasst Resynchronisationstherapie jedoch das Stimulieren beider Ventrikel, um eine bessere intraventrikuläre und interventrikuläre synchrone Kontraktion zu erreichen. Bessere intraventrikuläre und interventrikuläre Synchronisation kann in einer biventrikulären Resynchronisationsbetriebs art durch Stimulieren eines Ventrikels mit einem vorgegebenen biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf einen Reiz oder eine Erfassung erreicht werden, der bzw. die in dem kontralateralen Ventrikel auftritt, wobei das Letztere mit einer atrialen Folgebetriebsart stimuliert wird oder überhaupt nicht stimuliert wird. Welches Ventrikel zuerst stimuliert wird, hängt von der Art von Leitungsstörung des Patienten ab. Wenn der Patient zum Beispiel einen Linksschenkelblock (left bundle branch block, LBBB) hat, bei dem das linke Ventrikel später als das rechte Ventrikel aktiviert wird, dann wird mit einer atrialen Folgebetriebsart das linke Ventrikel zuerst stimuliert.
4. Optimale Einstellung von CRT-Parametern
Zwei Faktoren, die die linksventrikuläre Pumpeffizienz und das Herzschlagvolumen während eines Herzzyklus beeinflussen, sind das linksventrikuläre diastolische Füllvolumen und die Synchronisation der Kontraktion innerhalb des linken Ventrikels während der Systole. Erhöhte diastolische Füllung oder Vorbelastung des Ventrikels hat gemäß dem Frank-Starling-Prinzip eine stärkere anschließende Kontraktion zur Folge. Eine synchronisierte Kontraktion innerhalb des linken Ventrikels während der Systole hat eine koordinierte Kontraktion des ventrikulären Septums und der freien Wand zur Folge, die eine größere Pumpleistung und Effizienz erzeugt. Das biventrikuläre Versatzintervall und das atrioventrikuläre Intervall, die oben diskutiert sind, sind somit kritische Parameter bei der Bestimmung der Wirksamkeit von Resynchronisationstherapie bei der Verbesserung der Herzleistung eines Patienten. Das atrioventrikuläre Intervall beeinflusst die Vorbelastung der Ventrikel durch die Atrien, und das biventrikuläre Versatzintervall bestimmt das Ausmaß, in dem das linke Ventrikel in einer koordinierten oder synchronisierten Weise kontrahiert.
Eine klinische Untersuchung eines Patienten kann optimale Werte für die Intervalle zwischen linksatrialer Kontraktion und linksventrikulärer Kontraktion und zwischen Kontraktion der Septumwand und der freien Wand des linken Ventrikels ergeben, die die Herzleistung maximieren. Zum Beispiel kann einem Patienten Resynchronisationsstimulation mit verschiedenen CRT-Parametern (d.h. atrioventrikulärem Intervall und biventrikulärem Versatzintervall) zugeführt werden, während Drücke in dem linken Atrium, dem rechten Ventrikel und der Aorta gemessen werden, um zu bestimmen, wann mechanische Kontraktionen in dem linken Atrium, rechten Ventrikel beziehungsweise linken Ventrikel stattfinden. Dann können die entsprechenden mechanischen Kontraktionsintervalle gemessen werden, während die CRT-Parameter gemessen werden. Die mechanischen Kontraktionsintervalle, die maximale Herzleistung ergeben, wie sie durch maximale linksventrikuläre Druckänderung und Aortenpulsdruck oder andere Mittel gemessen wird, kann dann zusammen mit den entsprechenden CRT-Parametern bestimmt werden. Diese CRT-Parameter können dann in eine Herzvorrichtung zur Bereitstellung ventrikulärer Resynchronisationstherapie programmiert werden.
Eine Vorrichtung, die mit CRT-Parametern programmiert ist, wie sie gerade beschrieben wurden, kann jedoch gegebenenfalls über die Zeit nicht andauernd optimale Therapie bereitstellen, da sich Leitungsgeschwindigkeiten und -muster in den Atrien und Ventrikeln des Patienten ändern können. Um die optimalen mechanischen Kontraktionsintervalle aufrechtzuerhalten, kann es daher erforderlich sein, die CRT-Parameter zu modifizieren. Gemäß der Erfindung ist eine Herzvorrichtung ausgestaltet, um die mechanischen Kontraktionsintervalle mit Beschleunigungsmessern zu messen, wie sie oben beschrieben sind, und um die CRT-Parameter automatisch entsprechend einzustellen, um die mechanischen Kontraktionsintervalle bei ihren optimalen Werten zu halten. Die optimalen Werte für die mechanischen Kontrakti onsintervalle können durch klinische Untersuchung des Patienten bestimmt werden oder können als Nennwerte geschätzt werden. In jedem Fall werden ein optimaler Wert T1 für das Intervall zwischen einer linksatrialen Kontraktion und einer links-ventrikulären Kontraktion und ein optimaler Wert T2 für das Intervall zwischen einer Kontraktion der ventrikulären Septumwand und einer Kontraktion der linksventrikulären freien Wand in die Vorrichtung einprogrammiert. Die Vorrichtung misst entweder periodisch oder auf einer Schlag-zu-Schlag-Basis die mechanischen Kontraktionsintervalle mit Beschleunigungsmessersignalen, vergleicht die gemessenen Intervalle mit T1 und T2 und stellt das atrioventrikuläre und biventrikuläre Versatzintervall in einer Weise ein, die die gemessenen Intervalle in Richtung auf T1 und T2 bewegt.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Vorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist, so ausgestaltet, dass ein Stimulationskanal Reize zu dem rechten oder linken Ventrikel gemäß einer programmierten Betriebsart liefert. Beschleunigungsmesser sind zum Erfassen mechanischer Kontraktion der Septumwand und der freien Wand des linken Ventrikels ausgestaltet, und die Steuereinrichtung ist programmiert, um das Zeitintervall zwischen Kontraktionen der Septumwand und der freien Wand des linken Ventrikels zu messen, wie sie durch die Beschleunigungsmesser während eines Herzzyklus erfasst werden. Ventrikuläre Erfassungskanäle sind zum Erfassen elektrischer Aktivität in dem rechten und dem linken Ventrikel ausgestaltet, wobei die Steuereinrichtung programmiert ist, um ein Ventrikel mit einem biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf eine Erfassung von dem kontralateralen Ventrikel zu stimulieren. Die Vorrichtung kann ferner mit einem zweiten Stimulationskanal ausgestaltet sein, so dass beide Ventrikel Reize empfangen und dann entweder das rechte oder linke Ventrikel mit dem biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf entweder eine Erfassung oder Stimulation des kontralateralen Ventrikels stimuliert wird. In jedem Fall ist die Steuereinrichtung dann programmiert, um das biventrikuläre Versatzintervall einzustellen, bis das gemessene Intervall zwischen der Kontraktion der Septumwand und der freien Wand des linken Ventrikels ungefähr gleich einem vorgegebenen Wert T2 ist. In den meisten Fällen wird der vorgegebene Wert T2 auf Null gesetzt sein, was eine gleichzeitige Kontraktion der zwei Wände des linken Ventrikels repräsentiert. Das biventrikuläre Versatzintervall, das in dem gewünschten Null-T2-Wert resultiert, kann positiv, negativ oder Null sein.
Die Vorrichtung kann ferner mit einem atrialen Erfassungskanal zur Erfassung elektrischer Aktivität in einem Atrium und einem linksatrialen Beschleunigungsmesser zur Erfassung mechanischer Kontraktion des linken Atriums ausgestaltet sein, wobei die Steuereinrichtung das Zeitintervall zwischen Kontraktionen des linken Atriums und des linken Ventrikels misst, wie sie durch die Beschleunigungsmesser während eines Herzzyklus erfasst werden. Die Steuereinrichtung ist dann programmiert, um entweder das linke oder rechte Ventrikel in einer atrialen Folgebetriebsart mit einem vorgegebenen atrioventrikulären Intervall zwischen einer atrialen Erfassung und einem ventrikulären Reiz zu stimulieren und um das atrioventrikuläre Intervall einzustellen, bis das gemessene Zeitintervall zwischen Kontraktionen des linken Atriums und des linken Ventrikels ungefähr gleich einem vorgegebenen Wert T1 ist. Die Vorrichtung kann auch einen atrialen Stimulationskanal zur Stimulation eines Atriums mit einer Anforderungsbetriebsart verwenden, wobei ein atrialer Reiz und ein biventrikulärer Reiz durch das atrioventrikuläre Intervall getrennt sind.
3 stellt die Schritte eines beispielhaften automatischen Intervalleinstellverfahrens dar, wie es in der Programmierung der Vorrichtungssteuereinrichtung implementiert sein könnte. In Schritt S1 wird die Vorrichtung mit einem optimalen Wert T1 für das Intervall zwischen einer linksatrialen Kontraktion und einer linksventrikulären Kontraktion und einem optimalen Wert T2 für das Intervall zwischen einer Kontraktion der Septumwand und einer Kontraktion der linksventrikulären freien Wand programmiert. In Schritt S2 werden Anfangswerte für das atrioventrikuläre Intervall AVI und das biventrikuläre Versatzintervall BVI gesetzt. Die Vorrichtung stellt dann biventrikuläre (oder nur linksventrikuläre) Resynchronisationstherapie gemäß einer programmierten Betriebsart in Schritt S3 bereit. In Schritt S4 werden die mechanischen Kontraktionsintervalle LA-LV und RV-LV unter Verwendung geeigneter Beschleunigungsmessersignale gemessen, wobei LA-LV das Intervall zwischen einer linksatrialen Kontraktion und einer linksventrikulären Kontraktion ist und RV-LV das Intervall zwischen einer Kontraktion der Septumwand und einer Kontraktion der linksventrikulären freien Wand ist. Die anschließenden Schritte stellen dann die AVI- und BVI-Werte auf Basis der gemessenen LA-LV- und RV-LV-Werte entweder auf einer Schlag-zu-Schlag-Basis oder periodisch ein. In dem letzteren Fall können die LA-LV- und RV-LV-Werte Mittelwerte sein, die aus einer Anzahl von Herzzyklen erhalten wurden. In Schritt S5 wird der gemessene LA-LV-Wert mit T1 verglichen und in Schritt S6 nach Bedarf entweder erhöht oder erniedrigt. In ähnlicher Weise wird in Schritt S7 der gemessene RV-LV-Wert mit T2 verglichen und in Schritt S8 nach Bedarf entweder erhöht oder erniedrigt. Die Vorrichtung kehrt dann zu Schritt S3 zurück und stellt Resynchronisationstherapie mit den aktualisierten Stimulationsintervallen AVI und BVI bereit.
Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit den vorangegangenen spezifischen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind für Fachleute viele Alternativen, Variationen und Modifikationen ersichtlich. Es ist beabsichtigt, dass derartige Alternativen, Variationen und Modifikationen in den Bereich der folgenden beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Herzvorrichtung mit: einem ersten Stimulationskanal (22, 32), der zum Stimulieren des rechten oder linken Ventrikels konfigurierbar ist, einer Steuereinrichtung (10) zum Steuern der Zufuhr von Erregungsimpulsen durch die Stimulationskanäle gemäß einer programmierten Betriebsart, einem linksventrikulären Beschleunigungsmesser (103), der zum Erfassen mechanischer Kontraktion der linksventrikulären freien Wand konfigurierbar ist, gekennzeichnet durch einen rechtsventrikulären Beschleunigungsmesser (102), der zum Erfassen mechanischer Kontraktion der rechtsventrikulären Septumwand konfigurierbar ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung programmiert ist, um das Zeitintervall zwischen Kontraktionen der rechtsventrikulären Septumwand und der linksventrikulären freien Wand zu messen, wie sie durch die Beschleunigungsmesser während eines Herzzyklus gemessen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner rechts- und linksventrikuläre Messkanäle aufweist, die zum Erfassen elektrischer Aktivität in dem rechten beziehungsweise dem linken Ventrikel konfigurierbar sind, und bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um einen Ventrikel mit einem biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf eine Erfassung von dem kontralateralen Ventrikel zu stimulieren, und bei der die Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um das biventrikuläre Versatzintervall einzustellen, bis das gemessene Intervall zwischen Kontraktionen der rechtsventrikulären Septumwand und der linksventrikulären freien Wand ungefähr einem vorgegebenen Wert T2 gleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner einen zweiten Stimulationskanal aufweist, der zum Stimulieren des rechten oder linken Ventrikels konfigurierbar ist, und bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um einen Ventrikel mit dem biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf entweder eine Erfassung oder Stimulation des kontralateralen Ventrikels zu stimulieren, und bei der die Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um das biventrikuläre Versatzintervall einzustellen, bis das gemessene Intervall zwischen Kontraktionen der rechtsventrikulären Septumwand und der linksventrikulären freien Wand ungefähr einem vorgegebenen Wert T2 gleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der vorgegebene Wert T2 ungefähr Null ist, was eine gleichzeitige Kontraktion der rechtsventrikulären Septumwand und der linksventrikulären freien Wand bedeutet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das biventrikuläre Versatzintervall positiv, negativ oder Null sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die ferner aufweist: einen atrialen Messkanal, der zum Erfassen elektrischer Aktivität in einem Vorhof konfigurierbar ist, einen linksatrialen Beschleunigungsmesser, der zum Erfassen mechanischer Kontraktion des linken Vorhofs konfigurierbar ist, und bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um das Zeitintervall zwischen Kontraktionen des linken Vorhofs und des linken Ventrikels zu messen, wie sie durch die Beschleunigungsmesser während eines Herzzyklus erfasst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um den rechten oder linken Ventrikel in einer atrialen Folgebetriebsart mit einem vorgegebenen atrioventrikulären Intervall zwischen einer atrialen Erfasung und einem ventrikulären Reiz zu stimulieren, und bei der die Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um das atrioventrikuläre Intervall einzustellen, bis das gemessene Zeitintervall zwischen Kontraktionen des linken Vorhofs und des linken Ventrikels ungefähr einem vorgegebenen Wert T1 gleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um den rechten oder linken Ventrikel mit einem biventrikulären Versatzintervall in Bezug auf die Stimulation des kontralateralen Ventrikels zu stimulieren, und bei der die Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um das biventrikuläre Versatzintervall einzustellen, bis das gemessene Zeitintervall zwischen Kontraktionen der rechtsventrikulären Septumwand und der linksventrikulären freien Wand ungefähr einem vorgegebenen Wert T2 gleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die ferner einen atrialen Stimulationskanal aufweist und bei der die Steuereinrichtung programmiert ist, um einen Vorhof so zu stimulieren, dass eine atriale Erregung und eine ventrikuläre Erregung durch das vorgegebene atrioventrikuläre Intervall getrennt sind.