WO2003002195A2 - Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals - Google Patents

Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals Download PDF

Info

Publication number
WO2003002195A2
WO2003002195A2 PCT/EP2002/006347 EP0206347W WO03002195A2 WO 2003002195 A2 WO2003002195 A2 WO 2003002195A2 EP 0206347 W EP0206347 W EP 0206347W WO 03002195 A2 WO03002195 A2 WO 03002195A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interval
modulation
stimulation
extrasystolic
restitution
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/006347
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2003002195A3 (en
Inventor
Karl Stangl
Roland Heinze
Original Assignee
Karl Stangl
Roland Heinze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Stangl, Roland Heinze filed Critical Karl Stangl
Publication of WO2003002195A2 publication Critical patent/WO2003002195A2/en
Publication of WO2003002195A3 publication Critical patent/WO2003002195A3/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/362Heart stimulators
    • A61N1/365Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential

Definitions

  • the invention relates to a pacemaker according to the preamble of the main claim.
  • the present invention is based on work which can be assigned to the second task and which pursue the known measurement methodical approach of evoking reactions through targeted stimulation in the measurement object, which reflect specific functional properties of the measurement object and which would not be detectable or differentiable without stimulation.
  • the artificial stimulation of the heart by the pacemaker offers the opportunity to record the passively non-measurable characteristics of the electrical and mechanical restitution.
  • extrasystolic stimulation intervals By modulating individual so-called extrasystolic stimulation intervals, the duration of the diastolic regeneration or restitution process of the heart is changed, which changes in the following (extra) systolic interval. probably evoked the action potential as well as the contraction force of the myocardium and thus in combination with the likewise changed preload and afterload leads to a changed stroke volume of the ventricle.
  • both the diastolic restitution and the reaction of the following (extra) systolic cardiac functions which decreases with increasing diastolic shortening and which is defined as a systolic restitution characteristic, have an exponential course. Since both processes correlate with each other, it is possible to analyze the diastolic regeneration using the restitution characteristic, even if it cannot be measured directly with the available measurement parameters, such as electrical restitution using the ECG.
  • the time constant of the regeneration or restitution characteristic is of central importance, since it provides information about the adaptation dynamics of the myocardium, and thus information about the current level of stress on the heart and its performance reserve. However, this information is not only essential for optimal control of the pacemaker functions, such as the stimulation rate, but also generally for diagnostic purposes.
  • the modulation of individual stimulation intervals in cardiac pacemakers and the analysis of the resulting specific changes in cardiac function parameters to improve the frequency control are known.
  • Three embodiments have been described which apply the modulation principle. For example, it has been proposed to calibrate the impedance measurement values and to filter interference signals in intracardiac impedance measurements to determine the stroke volume (DE 40 31 450 Cl).
  • the single pulse modulation with different degrees of modulation and different stimulation frequencies zen proposed to detect characteristic reaction patterns of intracardiac measurement parameters and to use their change behavior for diagnosis and frequency control (DE 44 47 447 C2).
  • the method of single pulse modulation was used to analyze the gradient of the electrical restitution characteristic and to use it as a control parameter for continuous frequency control (DE 199 00 690 Cl).
  • the modulation of individual stimulation intervals is carried out in fixed modulation periods and with a modulation amplitude that is fixed as a percentage of the base cycle length or mean stimulation interval duration. Since the duration of systolic or diastolic function intervals can fluctuate not only individually, but mainly as a result of (patho-) physiological changes in the myocardium, this means that with an extrasystolic stimulation pulse based on the basic cycle length, the measurement is falsified because different phases diastolic restitution.
  • the evaluation of the restitution characteristic in the known form leads to the behavior of the slow restitution phase having a time constant Trl of approximately 400 to 1000 ms being primarily analyzed at a low stimulation frequency, and the influence of the fast restitution phase having a time constant Tr2 of primarily being analyzed at a high stimulation frequency about 100 to 200 ms.
  • Trl time constant of approximately 400 to 1000 ms
  • Tr2 time constant of primarily being analyzed at a high stimulation frequency about 100 to 200 ms.
  • interval modulations carried out symmetrically to the mean duration of the stimulation intervals make it necessary to severely restrict either the maximum stimulation frequency or the degree of modulation with an increased stimulation frequency in order to rule out stimulation in the refractory area of the myocardium in the case of the shortened stimulation intervals.
  • this restriction leads to a critical reduction in the sensitivity of the measurement method, which can prove to be critical for the use of the measurement method in the case of the large interference factors which are to be taken into account in principle in the pacemaker area.
  • This has a particularly disadvantageous effect with the previous form of modulation if it is used in two-chamber pacemakers, since here the modulation dynamics are additionally restricted by the duration of the AV interval.
  • this modulation also serves to optimize the stimulation frequency, but like the previous approaches, it is unregulated, i.e. without control of systolic or diastolic function profiles, apart from the fact that this principle is only suitable for the special case of atrial stimulation, because here a parameter, namely that AV Interval, is investigated, which is regulated in the normal two-chamber pacemaker by the system itself.
  • the object of the invention is to control the modulation of individual stimulation intervals in cardiac pacemakers in such a way that an analysis of the electrical or mechanical restitution is possible not only in a phase-specific manner but also more precisely and reliably in the entire range of the stimulation frequency.
  • the pacemaker according to the invention does not modulate the stimulation intervals in a fixed manner based on the basic cycle length or mean stimulation interval duration, but instead depends both on the diastole duration and on the value of the modulations of the cardiac function parameter to be examined evoked by the interval modulations. This not only extends the range of the stimulation frequency within which the method can be used, but also enables a more precise and phase-specific analysis of the electrical and mechanical restitution characteristics.
  • an extrasystolic modulation value is first calculated, in which the diastole duration of the modulated interval has a value which can be predetermined by the program control and which defines the middle of the sampling phase and which, since it is fixed in relation to the beginning of the diastole , is independent of fluctuations in the systolic interval.
  • the modulation stroke which determines the width of the phase to be scanned, being regulated as a function of the measurement modulation, in order to ensure on the one hand a minimum modulation level and thus a minimum basic accuracy and on the other hand to keep the modulation of the stimulation intervals as small as possible in order to deviate as little as possible from the normal stimulation.
  • the start of electrical restitution is detected as standard by triggering the T wave of the ventricular ECG.
  • a precise detection of the beginning of the mechanical restitution requires an additional sensor which, like pressure sensors or acoustic sensors, is able to indicate the opening or closing of the pulmonary valves and the AV valves.
  • the first step in the analysis of the restitution phase to be examined is the determination of the changes in measured values evoked by the two interval changes. For this purpose, first the values of the extrasystolic pulse cycles following a modulation as well as those of the next so-called post-extrasystolic pulses are recorded and then the difference values are then determined therefrom.
  • the difference values of the subsequent so-called post-extrasystolic measurement values are also physiologically interesting, since they describe the degree of compensatory effects in the myocardium.
  • Pacemaker function the control of the modulation periods is designed so that both a parallel and a sequential recording of the parameters of both restitution phases is possible.
  • the phase-specific analysis of the electromechanical restitution can provide information about both the power reserve of the myocardium and its adaptation dynamics, it can be used in practically all frequency-controlled pacemaker systems. Since all systems enable a ventricular ECG measurement, the analysis of the electrical restitution can be used practically universally, while the analysis of the mechanical restitution is only used for the systems that also have a sensor for contraction measurement.
  • the analysis of the electrical restitution is very well suited to be used in a pacemaker whose stimulation frequency is regulated depending on the duration of the QT or Stim-T interval.
  • the stimulation frequency is then set exclusively in phases of larger load fluctuations or higher loads, depending on the control signal that provides the regulation of the interval modulations, while in phases of rest or when the load is constant, the stimulation frequency depends on the value of the Stim-T interval is determined. Since the restitution analysis not only provides the faster, but also the more precise load parameter (e.g. the time constant), it is possible to dynamically calibrate the control range of the QT control using the restitution analysis, so that the transition from one control parameter to the other without critical frequency jumps can occur.
  • the analysis of the mechanical restitution is suitable for the hemodynamic optimization of pacemakers who record mechanical cardiac function parameters with an intracardiac sensor.
  • interval modulation with the aid of artificial extrasystolic stimulation pulses offers an additional analytical approach for diagnostic purposes, which can be used above all for the early detection of pathological changes in the myocardium such as ischemia.
  • FIG. 1 shows the characteristic time delay between electrical and mechanical restitution processes during diastole in the right ventricle
  • FIG. 2 shows the time course of the atrial and ventricular stimulation interval as well as the ventricular EKG and pressure gradient dP / dt when a single pulse interval is shortened;
  • ventricular pacing intervals ESI1 and ESI2 a) the ventricular pacing intervals ESI1 and ESI2; b) the associated atrial pacing intervals VAIesl and VAIes2;
  • FIG. 4 shows the greatly simplified block diagram of a single-chamber pacemaker according to the present invention.
  • FIG. 5 shows the greatly simplified block diagram of a two-chamber pacemaker according to the present invention.
  • FIG. 1 shows that when analyzing the electromechanical restitution of the heart during diastole, a distinction must be made between three differently long, exponential processes.
  • the temporal basis for the cardiac cycle and the ratio of systolic to diastolic time interval is primarily determined by the (basic) cycle length (BCL) between the stimulation pulses and by the duration of the action potential (APD), i.e. the change between depolarization and repolarization of the muscle cells - true, as track 1 and 2 in Fig. 1 show.
  • BCL basic cycle length
  • APD action potential
  • the maximum of the T-wave is defined as the end of the systole and the start of the diastole, that is, as " electrical diastole '.
  • the TQ interval applies.
  • the repolarization begins with the drop in the action potential, which coincides with the beginning of the T wave, so that for a correspondingly accurate analysis of the electrical restitution, the diastolic interval duration DI E is to be used.
  • the contraction and relaxation of the heart muscle following depolarization and repolarization is characterized by four characteristic points in time (PI to P4) which determine the hemodynamics of the heart and determine the opening and closing of the two valves in the right and left ventricles.
  • PI to P4 characteristic points in time
  • the pressure increase in the ventricle via the atrial pressure leads to the closing (PI) of the AV valve and in the further course when the pulmonary artery pressure is exceeded (upper dashed line) Open (P2) the pulmonary valve.
  • relaxation after repolarization of the ventricle first causes the pulmonary valve to close (P3) and then to open (P4) the AV valve.
  • the mechanical or active diastole is defined as the time interval (T31) between the beginning and end of the relaxation phase, which coincides with the closing of the two heart valves.
  • T31 time interval between the beginning and end of the relaxation phase
  • the opening and closing of the valves can be determined by the gradient of the ventricular pressure, as the 5th trace shows. This means that the mechanical diastole corresponds to the interval between the beginning of the negative and positive pressure gradient, detectable via a threshold trigger.
  • the last stage of the mechanical restitution is the filling of the ventricle, which exponentially increases after opening the AV valve (P4), the course of which is shown in lane 6 of FIG. 1.
  • the interval of the diastolic ventricular filling i.e. the time from opening (P4) to closing (Pl) of the AV valve, can - as track 5 shows - also be determined using the pressure gradient using a threshold trigger.
  • the three diastolic regeneration or restitution processes differ in terms of the beginning or their duration.
  • a phase-specific analysis of the respective restitution does not only require an exact assignment at the beginning of the restitution, but above all because of the possible strong fluctuations in the systolic time interval as a result of pathological changes such as in Long QT syndrome.
  • the AV interval (AVIb) must also be shortened (by - ⁇ AVes) so that the atrial stimulus does not fall into the refractory period (RP) of the heart muscle (see Fig. 1).
  • the end of the refractory phase or period can be determined by detecting the end of the T wave or, in a simplified manner, can be calculated using the QT interval multiplied by a specific factor (a).
  • the following "extrasystolic" interval results in a reduction of the QT interval by - ⁇ QTes (lane 3) as well as the maximum values of the pressure gradient dP / dtmax by - ⁇ dPmaxes and dP / dtmin by ⁇ dPmines (Lane 4)
  • a compensatory effect then follows, which leads to an extension of the QT interval by ⁇ QTpes or to a potentiation of the pressure values by dPmaxpes and dPminpes.
  • Diagram 3a shows, depending on the basic cycle length (BCL), the typical course of a QT interval (QTb) and - in broken lines - the corresponding refractory period (RP) as well as the course of three extrasystolic intervals (ESI0, ESI1 and ESI2).
  • ESI0 defines the middle of the diastolic restitution phase that is to be analyzed (sampling phase).
  • the modulation values ⁇ ESI1 and ⁇ ESI2 and thus the modulation deviation ⁇ ESI12 of the stimulation intervals are dependent controlled by the modulation stroke or the difference ( ⁇ Mesl2) of the ⁇ ESI1 and ⁇ ESI2 following extrasystolic measured values (Mesl and Mes2).
  • the regulation of the modulation values is intended to prevent the measurement parameter modulation from falling below a minimum level ( ⁇ Mesmin) by increasing the modulation stroke ( ⁇ ESI12).
  • the increase in the sampled time window (ESI1-ESI2) and its distance from the refractory period (RP) with increasing base cycle length is intended to compensate for the influence of the stimulation frequency on the slope of the restitution and thus on the measured value modulation ⁇ Mesl2, that is to say ⁇ Mesl2 should remain the same if not the stimulation rate does not change any additional influencing factors.
  • 3b shows the courses of the atrial stimulation intervals (VAIesl and VAIes2) belonging to the extrasystolic, ventricular stimulation intervals (ESI1 and ESI2) when using a two-chamber pacemaker as well as the QTb and VAIb interval.
  • the dashed lines indicate the course of the atrial stimulation intervals if the base value of the AV interval (AVIb) was used when calculating the atrial, extrasystolic intervals (VAIesl and VAIes2).
  • FIG. 4 shows the greatly simplified block diagram of an exemplary embodiment of the pacemaker which, in addition to the known functions, enables the modulation of individual stimulation intervals depending on the duration of the diastolic interval and the amplitude of the evoked modulations of a cardiac function parameter for the phase-specific analysis of diastolic restitution processes.
  • the mode of operation of the pacemaker can generally be divided into four higher-level functional units, namely the pacemaker circuit (14), which stimulates the heart via an electrode (1), and the program control (12), which controls all the pacemaker's functional processes either according to permanently programmed criteria or set by an external programming device (13) is checked according to variable criteria.
  • the pacemaker (1) itself also shows five higher-level function blocks that represent the basic functions.
  • All sensor signals used are - here it is only the ECG derived via the stimulation electrode (11) - amplified in a signal amplifier stage (2) and further processed in a signal analysis stage (3), which is primarily used for the detection of brady- and tachycardiac cardiac arrhythmias, but generally carries out the analysis of cardiac function parameters, the results of which are then used in the following control stage (4) to control the antibrady- and antitachycardic interventions of the pacemaker via the setting of the stimulation intervals (9) and the final stimulation pulse generator (10).
  • the pacemaker according to the invention contains a function stage (7) which automatically controls the chronological sequence of the modulation of individual stimulation intervals in the control stage (9) and the demodulation of the evoked modulations of the function parameter in the signal analysis stage (3) according to predetermined criteria.
  • the period control (7) receives the information via the signal analysis (3) whether it is detected
  • Heart action is a spontaneous arousal or an artificial stimulation. Accordingly, it interrupts or starts the periodic modulation of individual stimulation intervals and sets the period duration depending on the value and the change behavior of the pulse rate.
  • Control functions primarily regulate the stimulation frequency (SR) or the basic cycle length (BCL) in the BCL controller (8), the QT interval being used as a control variable in the example shown, which is obtained via the connection (31) from the signal analysis stage (3 ) is delivered.
  • the control stage (4) contains a control (6) here extrasystolic modulation values ( ⁇ ESI) and receives from the signal analysis (3) via the connection (33) the value of the electrical diastole duration (DI E ) and via the connection (34) the value of the modulation of the function parameter ( ⁇ QTesl2), which they according to evaluated in Fig. 3a) criteria.
  • ⁇ ESI extrasystolic modulation values
  • the BCL controller (8) has an additional load parameter available which can be used to compensate for the disadvantages of the QT interval as a control parameter, namely a lack of response speed and accuracy .
  • the calculated time constant (Tr) of the electrical restitution for optimizing the BCL control in (8) can also be adopted directly from the signal analysis stage (3) via the connection (32).
  • FIG. 5 shows the greatly simplified block diagram of an exemplary embodiment of the pacemaker, which, in addition to the modulation of individual ventricular, also enables the atrial stimulation intervals via the functions described in FIG. 4 and also uses a mechanical sensor (11).
  • the controller (8) not only determines the values of the basic cycle length (BCL), but also those of the AV interval (AVIb) and outputs them to the interval controller (9). Accordingly, the controller (6) not only supplies the extrasystolic modulation values ⁇ ESI, but also - if necessary - the modulation values of the AV interval ( ⁇ AVIes).

Abstract

The invention relates to a pacemaker comprising a device for measuring at least one heart function parameter and a device modulating individual stimulation intervals in such a way that the degree of modulation is regulated depending on the duration of the diastolic interval and on changes in heart function parameters provoked by the modulations so that given phases of electrical and mechanical restitution can be detected independently of systolic duration while accuracy remains unchanged.

Description

Herzschrittmacher mit periodischer Modulation einzelner StimulationsintervallePacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals
Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a pacemaker according to the preamble of the main claim.
Bei der Weiterentwicklung messtechnischer beziehungsweise diagnostischer Funktionen von Herzschrittmachern zur Optimierung der Stimulationsparameter ist übergeordnet zwischen zwei Aufgabenstellungen zu unterscheiden, nämlich der Verbesserung der Sensortechnologie auf der einen Seite und der Optimierung der Messmethode und Signalanalyse auf der anderen Seite.When further developing metrological or diagnostic functions of cardiac pacemakers to optimize the stimulation parameters, a distinction must be made between two tasks, namely the improvement of sensor technology on the one hand and the optimization of the measurement method and signal analysis on the other.
Die vorliegende Erfindung basiert auf Arbeiten, die der zweiten Aufgabenstellung zuzuordnen sind, und die den bekannten messmethodischen Ansatz verfolgen, durch gezielte Stimulation beim Messobjekt Reaktionen zu evozieren, die spezifische Funktionseigenschaften des Messobjektes widerspiegeln und die ohne Stimulation nicht detektierbar beziehungsweise differenzierbar wären.The present invention is based on work which can be assigned to the second task and which pursue the known measurement methodical approach of evoking reactions through targeted stimulation in the measurement object, which reflect specific functional properties of the measurement object and which would not be detectable or differentiable without stimulation.
So bietet die künstliche Stimulation des Herzens durch den Schrittmacher die Möglichkeit, die passiv nicht messbare Charakteristik der elektrischen und mechanischen Restitution zu erfassen. Dabei wird durch Modulation einzelner so genannter extrasystoli- scher Stimulationsintervalle die Dauer des diastoli- sehen Regenerations- beziehungsweise Restitutionsprozesses des Herzens verändert, was im folgenden (extra-) systolischen Intervall eine Veränderung so- wohl des Aktionspotentials als auch der Kontraktions- kraft des Myokards evoziert und damit in Kombination mit der ebenfalls veränderten Vor- und Nachlast zu einem veränderten Schlagvolumen des Ventrikels führt. Beide Prozesse, sowohl die diastolische Restitution als auch die mit steigender, diastolischer Verkürzung abfallende Reaktion der folgenden (extra-) systoli- schen Herzfunktionen, die als systolische Restitutionscharakteristik definiert wird, haben einen expo- nentiellen Verlauf. Da beide Prozesse sinngemäß miteinander korrelieren, ist es über die Restitutionscharakteristik möglich, die diastolische Regeneration zu analysieren, auch wenn sie mit dem verfügbaren Messparameter direkt nicht messbar ist, wie etwa die elektrische Restitution mit Hilfe des EKG's. Zentrale Bedeutung hat dabei die Zeitkonstante der Regenera- tions- beziehungsweise Restitutionscharakteristik, da sie eine Aussage über die Anpassungsdynamik des Myokards liefert, und damit die Information über den ak- tuellen Belastungsgrad des Herzens sowie dessen Leistungsreserve. Diese Informationen sind aber nicht nur für die optimale Steuerung der Schrittmacherfunktionen wie etwa der Stimulationsfrequenz wesentlich, sondern auch allgemein für diagnostische Zwecke.The artificial stimulation of the heart by the pacemaker offers the opportunity to record the passively non-measurable characteristics of the electrical and mechanical restitution. By modulating individual so-called extrasystolic stimulation intervals, the duration of the diastolic regeneration or restitution process of the heart is changed, which changes in the following (extra) systolic interval. probably evoked the action potential as well as the contraction force of the myocardium and thus in combination with the likewise changed preload and afterload leads to a changed stroke volume of the ventricle. Both processes, both the diastolic restitution and the reaction of the following (extra) systolic cardiac functions, which decreases with increasing diastolic shortening and which is defined as a systolic restitution characteristic, have an exponential course. Since both processes correlate with each other, it is possible to analyze the diastolic regeneration using the restitution characteristic, even if it cannot be measured directly with the available measurement parameters, such as electrical restitution using the ECG. The time constant of the regeneration or restitution characteristic is of central importance, since it provides information about the adaptation dynamics of the myocardium, and thus information about the current level of stress on the heart and its performance reserve. However, this information is not only essential for optimal control of the pacemaker functions, such as the stimulation rate, but also generally for diagnostic purposes.
Die Modulation einzelner Stimulationsintervalle in Herzschrittmachern und die Analyse der dadurch evo- zierten, spezifischen Veränderungen von Herzfunktionsparametern zur Verbesserung der Frequenzregelung ist bekannt. Es wurden bereits drei Ausfuhrungsformen beschrieben, die das Modulationsprinzip anwenden. So wurde es etwa vorgeschlagen, um bei intrakardialen Impedanzmessungen zur Bestimmung des Schlagvolumens die Impedanzmesswerte zu kalibrieren und Störsignale zu filtern (DE 40 31 450 Cl) . Weiterhin wurde die Einzelpulsmodulation bei unterschiedlichen Modulationsgraden und unterschiedlichen Stimulationsfrequen- zen vorgeschlagen, um charakteristische Reaktionsmuster von intrakardialen Messparametern zu erfassen und deren Änderungsverhalten für die Diagnose und Frequenzregelung zu nutzen (DE 44 47 447 C2) . In einem anderen Ansatz wurde die Methode der Einzelpulsmodulation angewandt, um den Gradienten der elektrischen Restitutionscharakteristik zu analysieren und als Regelparameter zur kontinuierlichen Frequenzregelung zu nutzen (DE 199 00 690 Cl) .The modulation of individual stimulation intervals in cardiac pacemakers and the analysis of the resulting specific changes in cardiac function parameters to improve the frequency control are known. Three embodiments have been described which apply the modulation principle. For example, it has been proposed to calibrate the impedance measurement values and to filter interference signals in intracardiac impedance measurements to determine the stroke volume (DE 40 31 450 Cl). Furthermore, the single pulse modulation with different degrees of modulation and different stimulation frequencies zen proposed to detect characteristic reaction patterns of intracardiac measurement parameters and to use their change behavior for diagnosis and frequency control (DE 44 47 447 C2). In another approach, the method of single pulse modulation was used to analyze the gradient of the electrical restitution characteristic and to use it as a control parameter for continuous frequency control (DE 199 00 690 Cl).
Bei den genannten Konzepten hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die Modulation einzelner Stimulationsintervalle (ESI) in festen Modulationsperioden und mit einer prozentual zur Basiszykluslänge bezie- hungsweise mittleren Stimulationsintervalldauer festen Modulationsamplitude vorgenommen wird. Da die Dauer systolischer beziehungsweise diastolischer Funktionsintervalle nicht nur interindividuell, sondern vor allem infolge (patho-) physiologischer Verän- derungen des Myokards stark schwanken kann, bedeutet dies bei einem fest auf die Basiszykluslänge bezogenen extrasystolischen Stimulationspuls, dass die Messung verfälscht wird, weil unterschiedliche Phasen der diastolischen Restitution abgetastet werden. So führt etwa die Bewertung der Restitutionscharakteristik in der bekannten Form dazu, dass bei niedriger Stimulationsfrequenz vorrangig das Verhalten der langsamen Restitutionsphase mit einer Zeitkonstante Trl von etwa 400 bis 1000 ms analysiert wird und bei hoher Stimulationsfrequenz vorrangig der Einfluss der schnellen Restitutionsphase mit einer Zeitkonstante Tr2 von etwa 100 bis 200 ms. Das bedeutet, dass Vorgänge, die zu unterschiedlichen Reaktionen zwischen den spezifischen myokardialen Zeitkonstanten Trl und Tr2 führen, wie etwa die Gabe chronotrop oder inotrop wirkender Medikamente, nicht differenziert werden können. Außerdem haben akute unspezifische Schwankun- gen systolischer Intervalle, wie etwa die Verlängerung des QT-Intervalls bei Belastungsbeginn, eine Verfälschung der Restitutionsanalyse zur Folge, die - wenn überhaupt - nur mit aufwendigen Korrekturberech- nungen bei der Signalanalyse kompensiert werden können.With the concepts mentioned, it has proven to be disadvantageous that the modulation of individual stimulation intervals (ESI) is carried out in fixed modulation periods and with a modulation amplitude that is fixed as a percentage of the base cycle length or mean stimulation interval duration. Since the duration of systolic or diastolic function intervals can fluctuate not only individually, but mainly as a result of (patho-) physiological changes in the myocardium, this means that with an extrasystolic stimulation pulse based on the basic cycle length, the measurement is falsified because different phases diastolic restitution. For example, the evaluation of the restitution characteristic in the known form leads to the behavior of the slow restitution phase having a time constant Trl of approximately 400 to 1000 ms being primarily analyzed at a low stimulation frequency, and the influence of the fast restitution phase having a time constant Tr2 of primarily being analyzed at a high stimulation frequency about 100 to 200 ms. This means that processes that lead to different reactions between the specific myocardial time constants Trl and Tr2, such as the administration of chronotropic or inotropic drugs, cannot be differentiated. In addition, acute non-specific fluctuations As a result of systolic intervals, such as the extension of the QT interval at the start of exercise, the restitution analysis is falsified, which - if at all - can only be compensated for with complex correction calculations during signal analysis.
Weiterhin machen es die symmetrisch zur mittleren Dauer der Stimulationsintervalle durchgeführten In- tervallmodulationen erforderlich, entweder die maximale Stimulationsfrequenz oder den Modulationsgrad bei erhöhter Stimulationsfrequenz von vornherein stark einzuschränken, um bei den verkürzten Stimulationsintervallen eine Stimulation im refraktären Be- reich des Myokards auszuschließen. Diese Einschränkung führt aber zu einer kritischen Reduktion der Sensitivität der Messmethode, die sich bei den im Schrittmacherbereich prinzipiell zu berücksichtigenden großen Störeinflüssen als kritisch für den Ein- satz der Messmethode erweisen kann. Besonders nachteilig wirkt sich das mit der bisherigen Modulationsform aus, wenn sie in Zweikammerschrittmachern eingesetzt wird, da hier die Modulationsdynamik zusätzlich durch die Dauer des AV-Intervalls eingeschränkt wird.Furthermore, the interval modulations carried out symmetrically to the mean duration of the stimulation intervals make it necessary to severely restrict either the maximum stimulation frequency or the degree of modulation with an increased stimulation frequency in order to rule out stimulation in the refractory area of the myocardium in the case of the shortened stimulation intervals. However, this restriction leads to a critical reduction in the sensitivity of the measurement method, which can prove to be critical for the use of the measurement method in the case of the large interference factors which are to be taken into account in principle in the pacemaker area. This has a particularly disadvantageous effect with the previous form of modulation if it is used in two-chamber pacemakers, since here the modulation dynamics are additionally restricted by the duration of the AV interval.
Bei einem weiteren Konzept wurde die Modulation einzelner Stimulationsintervalle des Vorhofs beschrieben, um zu analysieren, inwieweit dadurch Änderungen der Dauer zwischen Vorhof- und autonomer Ventri- kelstimulation (AV-Intervall) bewirkt werdenIn another concept, the modulation of individual stimulation intervals of the atrium was described in order to analyze the extent to which changes in the duration between atrial and autonomic ventricular stimulation (AV interval) are brought about
(DE 36 25 894) . Diese Modulation dient zwar letztlich auch der Optimierung der Stimulationsfrequenz, ist aber wie die vorhergehenden Ansätze ungeregelt, das heißt ohne Kontrolle systolischer oder diastolischer Funktionsverläufe, abgesehen davon, dass dieses Prinzip nur für den Sonderfall der VorhofStimulation geeignet ist, weil hier ein Parameter, nämlich das AV- Intervall, untersucht wird, das im normalen Zweikammerschrittmacher vom System selbst geregelt wird.(DE 36 25 894). Ultimately, this modulation also serves to optimize the stimulation frequency, but like the previous approaches, it is unregulated, i.e. without control of systolic or diastolic function profiles, apart from the fact that this principle is only suitable for the special case of atrial stimulation, because here a parameter, namely that AV Interval, is investigated, which is regulated in the normal two-chamber pacemaker by the system itself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Herz- Schrittmachern die Modulation einzelner Stimulations- intervalle so zu steuern, dass eine Analyse der elektrischen oder mechanischen Restitution nicht nur phasenspezifisch, sondern auch im gesamten Bereich der Stimulationsfrequenz genauer und zuverlässiger mög- lieh ist.The object of the invention is to control the modulation of individual stimulation intervals in cardiac pacemakers in such a way that an analysis of the electrical or mechanical restitution is possible not only in a phase-specific manner but also more precisely and reliably in the entire range of the stimulation frequency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst .This object is achieved by the features of the main claim.
Der erfindungsgemäße Herzschrittmacher moduliert im Gegensatz zu den bisherigen Systemen die Stimulationsintervalle nicht fest bezogen auf die Basiszykluslänge beziehungsweise mittlere Stimulationsintervalldauer, sondern abhängig sowohl von der Diastolendauer als auch vom Wert der durch die Intervallmodulationen evozierten Modulationen des zu untersuchenden Herz- funktionsparameters . Dadurch wird nicht nur der Bereich der Stimulationsfrequenz erweitert, innerhalb dessen die Methode eingesetzt werden kann, sondern es wird auch eine genauere und phasenspezifische Analyse der elektrischen und mechanischen Restitutionscharakteristik möglich.In contrast to the previous systems, the pacemaker according to the invention does not modulate the stimulation intervals in a fixed manner based on the basic cycle length or mean stimulation interval duration, but instead depends both on the diastole duration and on the value of the modulations of the cardiac function parameter to be examined evoked by the interval modulations. This not only extends the range of the stimulation frequency within which the method can be used, but also enables a more precise and phase-specific analysis of the electrical and mechanical restitution characteristics.
Zur phasenspezifischen Abtastung der diastolischen Restitution wird zunächst ein extrasystolischer Modulationswert berechnet, bei dem die Diastolendauer des modulierten Intervalls einen von der Programmsteuerung vorgebbaren Wert hat, der die Mitte der Abtast- phase definiert, und der, da fest bezogen auf den Be- ginn der Diastole, unabhängig von Schwankungen des systolischen Intervalls ist. Bezogen auf die so bestimmte Phasenmitte werden dann zwei weitere extra- systolische Modulationswerte so berechnet, dass eine zur Phasenmitte symmetrische Modulationen stattfindet, wobei der Modulationshub, der die Breite der abzutastenden Phase bestimmt, abhängig von der Mess- wer modulation geregelt wird, um auf der einen Seite einen minimalen Modulationspegel und damit eine minimale Grundgenauigkeit zu gewährleisten sowie auf der anderen Seite die Modulation der Stimulationsintervalle so klein wie möglich zu halten, um so wenig wie möglich von der normalen Stimulation abzuweichen.For the phase-specific sampling of the diastolic restitution, an extrasystolic modulation value is first calculated, in which the diastole duration of the modulated interval has a value which can be predetermined by the program control and which defines the middle of the sampling phase and which, since it is fixed in relation to the beginning of the diastole , is independent of fluctuations in the systolic interval. In relation to the phase center determined in this way, two further extra systolic modulation values are calculated in such a way that a modulation symmetrical to the phase center takes place, the modulation stroke, which determines the width of the phase to be scanned, being regulated as a function of the measurement modulation, in order to ensure on the one hand a minimum modulation level and thus a minimum basic accuracy and on the other hand to keep the modulation of the stimulation intervals as small as possible in order to deviate as little as possible from the normal stimulation.
Der Beginn der elektrischen Restitution wird dabei standardmäßig durch Triggern der T-Welle des ventri- kulären EKG's detektiert. Dagegen erfordert eine ge- naue Detektion des Beginns der mechanischen Restitution einen zusätzlichen Sensor, der wie etwa Drucksensoren oder akustische Sensoren imstande ist, das Öffnen beziehungsweise Schließen der Pulmonalklappen und der AV-Klappen anzuzeigen.The start of electrical restitution is detected as standard by triggering the T wave of the ventricular ECG. In contrast, a precise detection of the beginning of the mechanical restitution requires an additional sensor which, like pressure sensors or acoustic sensors, is able to indicate the opening or closing of the pulmonary valves and the AV valves.
Bei Einsatz der Intervallmodulation in Zweikammerschrittmachern muss kontrolliert werden, ob sich bei einer der beiden extrasystolischen Intervalländerungen die Dauer der elektrischen Diastole des Ventri- kels, multipliziert mit einem Betrag, der kleiner ist als 1, auf einen Wert verkürzt, der kleiner ist als das AV-Intervall bei Basiszykluslänge. In diesem Fall muss das AV-Intervall des extrasystolischen Intervalls entsprechend verkürzt werden, um eine Stimula- tion im Bereich der Refraktärphase des Myokards zu vermeiden. Da aber eine AV-Intervallverkürzung Ein- fluss auf die Restitutionscharakteristik - speziell die mechanische - haben kann, ist es zur Kompensation dieses Einflusses zweckmäßig, bei allen extrasystoli- sehen Modulationen die gleiche AV-IntervallVerkürzung durchzuführen. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass es vor allem bei häufigen Wechseln zwischen spontaner und künstlicher Stimulation des Herzmuskels zweckmäßig ist, nicht erst bei der Signalauswertung die auftretenden Fehler zu korrigieren, sondern schon die Modulation von der Art und Dauer der vorausgegangenen Stimulationspulse abhängig zu machen. Da sich die Reizausbreitung und entsprechend die Kontraktion des Herzmuskels abhängig von der Stimulationsform verändern und dieser Verän- derungsprozess mindestens über zwei Pulszyklen weiterwirkt, ist es vorteilhaft, die Modulation frühestens zwei Zyklen nach einer spontanen Stimulation zu starten. Dauert die spontane Stimulation dagegen über mehrere Pulszyklen an, ist es zweckmäßig, danach etwa ebenso viele Zyklen, aber maximal eine Minute bis zur nächsten Modulation zu warten, da sich mit der veränderten Kontraktion meist auch das Herzzeitvolumen und damit die hämodynamisehen Werte des gesamten Kreislaufsystems ändern können.When using interval modulation in two-chamber pacemakers, it must be checked whether the duration of the electrical diastole of the ventricle, multiplied by an amount less than 1, is reduced to a value less than the AV in one of the two extrasystolic interval changes -Interval at basic cycle length. In this case, the AV interval of the extrasystolic interval must be shortened accordingly to avoid stimulation in the area of the refractory phase of the myocardium. However, since an AV interval shortening can have an influence on the restitution characteristic - especially the mechanical one - to compensate for this influence, it is advisable to carry out the same AV interval shortening for all extrasystolic modulations. Furthermore, it has been shown that, especially in the case of frequent changes between spontaneous and artificial stimulation of the heart muscle, it is advisable not to correct the errors that occur only when evaluating the signal, but rather to make the modulation dependent on the type and duration of the previous stimulation pulses. Since the spread of stimuli and, accordingly, the contraction of the heart muscle change depending on the form of stimulation, and this change process continues at least over two pulse cycles, it is advantageous to start the modulation at the earliest two cycles after spontaneous stimulation. If, on the other hand, the spontaneous stimulation lasts over several pulse cycles, it is advisable to wait about as many cycles afterwards, but at most one minute before the next modulation, since the changed contraction usually also changes the cardiac output and thus the hemodynamic values of the entire circulatory system can.
Der erste Schritt bei der Analyse der zu untersuchenden Restitutionsphase ist die Bestimmung der durch die zwei Intervalländerungen evozierten Messwertänderungen. Dazu werden zunächst die Werte der einer Mo- dulation jeweils folgenden extrasystolischen Pulszyklen als auch die der nächsten so genannten postextra- systolischen Pulse erfasst und anschließend daraus dann die Differenzwerte ermittelt. Neben den extrasystolischen Differenzwerten, die den Verlauf der je- weiligen Restitutionscharakteristik innerhalb einer definierten Phase widerspiegeln, sind aber auch die Differenzwerte der danach folgenden so genannten postextrasystolischen Messwerte physiologisch interessant, da sie den Grad der kompensatorischen Ef- fekte im Myokard beschreiben. Da die Zeitkonstante der exponentiell verlaufenden Restitutionsvorgänge die genaueste Information über die Schnelligkeit der Regeneration des Myokards liefert, ist ihre Bestimmung das eigentliche Ziel der Signalauswertung. Dazu ist es jedoch erforderlich, mindestens eine dritte Intervalländerung durchzuführen, die zweckmäßigerweise, um einen einfachen Verrechnungsalgorithmus verwenden zu können, halb so groß ist wie die Summe der beiden anderen, der also die Phasenmitte abtastet.The first step in the analysis of the restitution phase to be examined is the determination of the changes in measured values evoked by the two interval changes. For this purpose, first the values of the extrasystolic pulse cycles following a modulation as well as those of the next so-called post-extrasystolic pulses are recorded and then the difference values are then determined therefrom. In addition to the extrasystolic difference values, which reflect the course of the respective restitution characteristics within a defined phase, the difference values of the subsequent so-called post-extrasystolic measurement values are also physiologically interesting, since they describe the degree of compensatory effects in the myocardium. Since the time constant of the exponential restitution processes provides the most accurate information about the speed of regeneration of the myocardium, their determination is the actual goal of the signal evaluation. To do this, however, it is necessary to carry out at least a third interval change, which is expedient to be half the sum of the other two, so that it scans the center of the phase, in order to be able to use a simple calculation algorithm.
Wie oben erwähnt, lassen sich sowohl bei der Restitution der elektrischen als auch der mechanischen Eigenschaften des Myokards zwei charakteristische Pha- sen unterscheiden, weshalb die Intervallmodulationen entsprechend so zu dimensionieren sind, dass diese beiden Phasen, nämlich die früh- und die spätdiasto- lische Phase, getrennt erfasst werden können. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass abhängig von der mit Hilfe der Modulation zu optimierendenAs mentioned above, two characteristic phases can be distinguished in the restitution of the electrical as well as the mechanical properties of the myocardium, which is why the interval modulations must be dimensioned accordingly so that these two phases, namely the early and late diastolic phase , can be recorded separately. It has proven to be advantageous that, depending on the modulation to be optimized
Schrittmacherfunktion die Steuerung der Modulations- perioden so ausgelegt ist, dass sowohl eine parallele als auch eine sequentielle Erfassung der Kenngrößen beider Restitutionsphasen möglich ist.Pacemaker function the control of the modulation periods is designed so that both a parallel and a sequential recording of the parameters of both restitution phases is possible.
Für die Akzeptanz der Modulation einzelner Stimulationsintervalle zur Restitutionsanalyse ist es nicht nur vorteilhaft, die Modulation so klein wie möglich, sondern auch selten wie möglich durchzuführen. Des- halb ist es zweckmäßig, in längeren Phasen der Ruhe die spätdiastolische Abtastphase zu nutzen und eine längere Modulationsperiode, dagegen bei größeren Belastungsschwankungen beziehungsweise höherer Belastung die frühdiastolische Phase, abzutasten und die kürzeren Modulationsperioden einzustellen. Da die phasenspezifische Analyse der elektromechani- schen Restitution Aufschluss geben kann sowohl über die Leistungsreserve des Myokards als auch über dessen Anpassungsdynamik, ist sie praktisch bei allen frequenzgeregelten Schrittmachersystemen einsetzbar. Da alle Systeme eine ventrikuläre EKG-Messung ermöglichen, ist die Analyse der elektrischen Restitution praktisch universell anwendbar, während die Analyse der mechanischen Restitution nur bei den Systemen zum Einsatz kommt, die zusätzlich einen Sensor zur Kon- traktionsmessung haben.To accept the modulation of individual stimulation intervals for restitution analysis, it is not only advantageous to carry out the modulation as small as possible, but also rarely as possible. It is therefore expedient to use the late diastolic scanning phase in longer periods of rest and to scan a longer modulation period, whereas the early diastolic phase with larger load fluctuations or higher loads, and to set the shorter modulation periods. Since the phase-specific analysis of the electromechanical restitution can provide information about both the power reserve of the myocardium and its adaptation dynamics, it can be used in practically all frequency-controlled pacemaker systems. Since all systems enable a ventricular ECG measurement, the analysis of the electrical restitution can be used practically universally, while the analysis of the mechanical restitution is only used for the systems that also have a sensor for contraction measurement.
So eignet sich die Analyse der elektrischen Restitution etwa sehr gut, um bei einem Herzschrittmacher eingesetzt zu werden, dessen Stimulationsfrequenz abhängig von der Dauer des QT- beziehungsweise Stim-T- Intervalls geregelt wird. Hier wird dann etwa in Phasen größerer Belastungsschwankungen beziehungsweise höherer Belastung die Stimulationsfrequenz aus- schließlich abhängig von dem Steuersignal eingestellt, das die Regelung der Intervallmodulationen liefert, während in Phasen der Ruhe oder bei gleichbleibend niedriger Belastung die Stimulationsfrequenz abhängig vom Wert des Stim-T-Intervalls bestimmt wird. Da die Restitutionsanalyse nicht nur den schnelleren, sondern auch den genaueren Belastungs- parameter (etwa die Zeitkonstante) liefert, ist es möglich, den Regelbereich der QT-Regelung mit Hilfe der Restitutionsanalyse dynamisch zu kalibrieren, so dass der Übergang von einem zum anderen Regelparameter ohne kritische FrequenzSprünge erfolgen kann.For example, the analysis of the electrical restitution is very well suited to be used in a pacemaker whose stimulation frequency is regulated depending on the duration of the QT or Stim-T interval. Here, the stimulation frequency is then set exclusively in phases of larger load fluctuations or higher loads, depending on the control signal that provides the regulation of the interval modulations, while in phases of rest or when the load is constant, the stimulation frequency depends on the value of the Stim-T interval is determined. Since the restitution analysis not only provides the faster, but also the more precise load parameter (e.g. the time constant), it is possible to dynamically calibrate the control range of the QT control using the restitution analysis, so that the transition from one control parameter to the other without critical frequency jumps can occur.
Nachdem das Verhalten der Zeitkonstante der mechanischen Restitution vor allem im höheren Lastbereich sehr genau anzeigt, ob die Anpassungsdynamik des Herzmuskels bereits erschöpft ist, das heißt, ob der Anstieg der Stimulationsfrequenz zu einer verbesser- ten Pumpleistung führt oder nicht, eignet sich die Analyse der mechanischen Restitution zur hämodynami- schen Optimierung von Schrittmachern, die mit einem intrakardialen Sensor mechanische Herzfunktionspara- meter erfassen.After the behavior of the time constant of the mechanical restitution, particularly in the higher load range, indicates very precisely whether the adaptation dynamics of the heart muscle has already been exhausted, i.e. whether the increase in the stimulation frequency leads to an improved If the pumping performance is not or does not work, the analysis of the mechanical restitution is suitable for the hemodynamic optimization of pacemakers who record mechanical cardiac function parameters with an intracardiac sensor.
Bei Patienten, die einen Schrittmacher aus prophylaktischen Gründen implantiert haben, bietet die Inter- vallmodulation mit Hilfe künstlicher extrasystoli- scher Stimulationspulse einen zusätzlichen analytischen Ansatz für diagnostische Zwecke, der vor allem zur Früherkennung pathologischer Veränderungen des Myokards wie Ischämien genutzt werden kann.In patients who have implanted a pacemaker for prophylactic reasons, interval modulation with the aid of artificial extrasystolic stimulation pulses offers an additional analytical approach for diagnostic purposes, which can be used above all for the early detection of pathological changes in the myocardium such as ischemia.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in the following description. Show it:
FIG.l die charakteristische Zeitverzögerung zwi- sehen elektrischen und mechanischen Restitutionsverläufen während der Diastole im rechten Ventrikel;FIG. 1 shows the characteristic time delay between electrical and mechanical restitution processes during diastole in the right ventricle;
FIG.2 den zeitlichen Verlauf von atrialem und ventrikulären Stimulationsintervall sowie des ventrikulären EKG's und Druckgradienten dP/dt bei Verkürzung eines einzelnen Puls- intervalls;2 shows the time course of the atrial and ventricular stimulation interval as well as the ventricular EKG and pressure gradient dP / dt when a single pulse interval is shortened;
FIG.3 das Funktionsdiagramm der extrasystolischen3 shows the functional diagram of the extrasystolic
Stimulationsintervalle zur Abtastung der frühdiastolischen Phase der elektrischen Restitution über den gesamten Bereich der Basiszykluslänge BCL, und zwarStimulation intervals for scanning the early diastolic phase of the electrical restitution over the entire range of the basic cycle length BCL, namely
a) der ventrikulären Stimulationsintervalle ESI1 und ESI2; b) der zugehörigen atrialen Stimulations- intervalle VAIesl und VAIes2;a) the ventricular pacing intervals ESI1 and ESI2; b) the associated atrial pacing intervals VAIesl and VAIes2;
FIG.4 das stark vereinfachte Blockschaltbild eines Einkammer-Herzschrittmachers nach der vorliegenden Erfindung und4 shows the greatly simplified block diagram of a single-chamber pacemaker according to the present invention and
FIG.5 das stark vereinfachte Blockschaltbild ei- nes Zweikammer-Herzschrittmachers nach der vorliegenden Erfindung.5 shows the greatly simplified block diagram of a two-chamber pacemaker according to the present invention.
Fig. 1 zeigt anhand des schematischen Signalverlaufs der wichtigsten Funktionsparameter des rechten Ven- trikels, dass bei der Analyse der elektromechanischen Restitution des Herzens während der Diastole übergeordnet zwischen drei verschieden langen, exponentiell verlaufenden Vorgängen zu unterscheiden ist. Die zeitliche Basis für den Herzzyklus und das Verhältnis von systolischem zu diastolischem Zeitintervall wird primär durch die (Basis-) Zykluslänge (BCL) zwischen den Stimulationspulsen und durch die Dauer des Aktionspotentials (APD) also den Wechsel zwischen Depo- larisation und Repolarisation der Muskelzellen be- stimmt, wie Spur 1 und 2 in Fig. 1 zeigen. Da sich der Beginn der Repolarisation in der T-Welle des EKG's widerspiegelt und der Stimulus den Beginn des QRS-Komplexes determiniert, wird in der Praxis das Maximum der T-Welle als Ende der Systole und Beginn der Diastole definiert, das heißt, als "elektrische Diastole' gilt das TQ-Intervall . Physiologisch korrekt beginnt die Repolarisation mit dem Abfall des Aktionspotentials, der etwa mit dem Beginn der T- Welle zusammenfällt, so dass für eine entsprechend genaue Analyse der elektrischen Restitution die in Spur 2 gezeigte diastolische Intervalldauer DIE zu verwenden ist. Die der Depolarisation und Repolarisation jeweils folgende Kontraktion und Relaxation des Herzmuskels ist durch vier charakteristische, die Hämodynamik des Herzens bestimmende Zeitpunkte (Pl bis P4) gekennzeichnet, die das Öffnen und Schließen der beiden Klappen im rechten und linken Ventrikel bestimmen. Wie in der 4. Spur zu erkennen ist, führt der Druckanstieg im Ventrikel über den Vorhofdruck (gestri- ehelte untere Linie) zum Schließen (Pl) der AV-Klappe und im weiteren Verlauf bei Überschreiten des Pulmo- nalarteriendrucks (obere gestrichelte Linie) zum Öffnen (P2) der Pulmonalklappe . Umgekehrt bewirkt die Relaxation nach der Repolarisation des Ventrikels erst den Pulmonalklappenschluss (P3) und dann das Öffnen (P4) der AV-Klappe. Dementsprechend definiert man als mechanische oder aktive Diastole das Zeitintervall (T31) zwischen Beginn und Ende der Entspannungsphase, das in etwa mit dem Schließen der beiden Herzklappen zusammenfällt. Praktisch lassen sich Öffnen und Schließen der Klappen durch den Gradienten des Ventrikeldrucks ermitteln, wie die 5. Spur verdeutlicht. Das heißt, dass die mechanische Diastole dem Intervall zwischen dem Beginn des negativen und positiven Druckgradienten entspricht, detektierbar über einen Schwellwerttrigger.Based on the schematic signal curve of the most important functional parameters of the right ventricle, FIG. 1 shows that when analyzing the electromechanical restitution of the heart during diastole, a distinction must be made between three differently long, exponential processes. The temporal basis for the cardiac cycle and the ratio of systolic to diastolic time interval is primarily determined by the (basic) cycle length (BCL) between the stimulation pulses and by the duration of the action potential (APD), i.e. the change between depolarization and repolarization of the muscle cells - true, as track 1 and 2 in Fig. 1 show. Since the start of repolarization is reflected in the T-wave of the ECG and the stimulus determines the start of the QRS complex, in practice the maximum of the T-wave is defined as the end of the systole and the start of the diastole, that is, as " electrical diastole '. The TQ interval applies. Physiologically correct, the repolarization begins with the drop in the action potential, which coincides with the beginning of the T wave, so that for a correspondingly accurate analysis of the electrical restitution, the diastolic interval duration DI E is to be used. The contraction and relaxation of the heart muscle following depolarization and repolarization is characterized by four characteristic points in time (PI to P4) which determine the hemodynamics of the heart and determine the opening and closing of the two valves in the right and left ventricles. As can be seen in the fourth track, the pressure increase in the ventricle via the atrial pressure (dashed lower line) leads to the closing (PI) of the AV valve and in the further course when the pulmonary artery pressure is exceeded (upper dashed line) Open (P2) the pulmonary valve. Conversely, relaxation after repolarization of the ventricle first causes the pulmonary valve to close (P3) and then to open (P4) the AV valve. Accordingly, the mechanical or active diastole is defined as the time interval (T31) between the beginning and end of the relaxation phase, which coincides with the closing of the two heart valves. Practically, the opening and closing of the valves can be determined by the gradient of the ventricular pressure, as the 5th trace shows. This means that the mechanical diastole corresponds to the interval between the beginning of the negative and positive pressure gradient, detectable via a threshold trigger.
Letzte Stufe der mechanischen Restitution ist dann die nach Öffnen der AV-Klappe (P4) ebenfalls exponen- tiell ansteigende Füllung des Ventrikels, deren Verlauf in Spur 6 von Fig. 1 dargestellt ist. Die Intervalldauer der diastolischen Ventrikelfüllung, das heißt die Zeit vom Öffnen (P4) bis zum Schließen (Pl) der AV-Klappe, kann - wie Spur 5 zeigt - auch mit Hilfe des Druckgradienten über einen Schwellwerttrigger bestimmt werden. Wie die Signalverläufe verdeutlichen, unterscheiden sich die drei diastolischen Regenerations- oder Restitutionsvorgänge durch den Beginn beziehungsweise ihre Dauer. Eine phasenspezifische Analyse der jewei- ligen Restitution erfordert aber nicht nur deshalb eine exakte Zuordnung zum Beginn der Restitution, sondern vor allem auch wegen der möglichen starken Schwankungen des systolischen Zeitintervalls in Folge von krankhaften Veränderungen wie etwa beim Long-QT- Syndrom'.The last stage of the mechanical restitution is the filling of the ventricle, which exponentially increases after opening the AV valve (P4), the course of which is shown in lane 6 of FIG. 1. The interval of the diastolic ventricular filling, i.e. the time from opening (P4) to closing (Pl) of the AV valve, can - as track 5 shows - also be determined using the pressure gradient using a threshold trigger. As the signal curves illustrate, the three diastolic regeneration or restitution processes differ in terms of the beginning or their duration. A phase-specific analysis of the respective restitution does not only require an exact assignment at the beginning of the restitution, but above all because of the possible strong fluctuations in the systolic time interval as a result of pathological changes such as in Long QT syndrome.
In Fig. 2 ist abhängig von der in Spur 1 gezeigten Verkürzung eines einzelnen ventrikulären Stimulationsintervalls ESI sowohl die notwendige Änderung des AV-Intervalls (Spur 2) dargestellt als auch in den beiden darauf folgenden Pulszyklen die typische Reaktion des ventrikulären EKG's (Spur 3) und des Druckgradienten dP/dt (Spur 4) . Da bei der Analyse der diastolischen Restitution im Herzmuskel die Funktion des Ventrikels im Vordergrund steht, wird zur Beschreibung der zeitlichen Zusammenhänge der ventriku- läre Stimulationspuls als zeitlicher Bezugspunkt definiert, obwohl ihm der atriale Stimulus funktioneil um das so genannte atrioventrikuläre Intervall (AVI) vorausgeht. So folgt bei der Basiszykluslänge (BCL) der atriale Stimulus des nächsten Pulses dem Ventrikelstimulus mit einem Intervall VAIb = BCL - AVIb.In Fig. 2, depending on the shortening of a single ventricular stimulation interval ESI shown in lane 1, both the necessary change in the AV interval (lane 2) and the typical response of the ventricular ECG (lane 3) and in the two subsequent pulse cycles is shown of the pressure gradient dP / dt (track 4). Since the function of the ventricle is in the foreground when analyzing diastolic restitution in the heart muscle, the ventricular stimulation pulse is defined as the time reference point for describing the temporal relationships, although the atrial stimulus functionally precedes it by the so-called atrioventricular interval (AVI). At the basic cycle length (BCL), the atrial stimulus of the next pulse follows the ventricular stimulus with an interval VAIb = BCL - AVIb.
Wie Spur 1 und 2 zeigen, muss im Fall eines um -ΔESI verkürzten Stimulationsintervalls (ESI) das AV-Intervall (AVIb) ebenfalls verkürzt werden (um -ΔAVes) , damit der atriale Stimulus nicht in die refraktäre Periode (RP) des Herzmuskels fällt (siehe Fig. 1) . Das Ende der refraktären Phase oder Periode kann durch Detektion des Endes der T-Welle ermittelt oder vereinfacht über das mit einem bestimmten Faktor (a) multiplizierte QT-Intervall berechnet werden. Prinzi- piell gilt, wenn: AVIb > Dies = ESI - RP wird das AV- Intervall um ΔAVes = Dies - AVIb reduziert und entsprechend ergibt sich für das vom Ventrikelstimulus aus berechnete, extrasystolische atriale Intervall: VAIes = ESI - AVIb + ΔAVesAs tracks 1 and 2 show, in the case of a stimulation interval shortened by -ΔESI (ESI), the AV interval (AVIb) must also be shortened (by -ΔAVes) so that the atrial stimulus does not fall into the refractory period (RP) of the heart muscle (see Fig. 1). The end of the refractory phase or period can be determined by detecting the end of the T wave or, in a simplified manner, can be calculated using the QT interval multiplied by a specific factor (a). prin- The following applies in particular if: AVIb> Dies = ESI - RP the AV interval is reduced by ΔAVes = Dies - AVIb and the following results accordingly for the extrasystolic atrial interval calculated from the ventricular stimulus: VAIes = ESI - AVIb + ΔAVes
Als Folge des verkürzten, diastolischen Intervalls (Dies) ergibt sich im folgenden "extrasystolischen' Intervall sowohl eine Reduktion des QT-Intervalls um -ΔQTes (Spur 3) als auch der Maximalwerte des Druckgradienten dP/dtmax um -ΔdPmaxes und dP/dtmin um ΔdPmines (Spur 4) . Im zweiten auf die Intervalländerung folgenden so genannten "postextrasystolischen' Intervall folgt dann ein kompensatorischer Effekt, der zu einer Verlängerung des QT-Intervalls um ΔQTpes beziehungsweise zur Potenzierung der Duckwerte um dPmaxpes und dPminpes führt .As a result of the shortened diastolic interval (dies), the following "extrasystolic" interval results in a reduction of the QT interval by -ΔQTes (lane 3) as well as the maximum values of the pressure gradient dP / dtmax by -ΔdPmaxes and dP / dtmin by ΔdPmines (Lane 4) In the second so-called "post-extrasystolic" interval following the interval change, a compensatory effect then follows, which leads to an extension of the QT interval by ΔQTpes or to a potentiation of the pressure values by dPmaxpes and dPminpes.
Anhand der Diagramme a) und b) in Fig. 3 soll bei- spielhaft gezeigt werden, wie durch extrasystolischeThe diagrams a) and b) in FIG. 3 are to be used as an example to show how extrasystolic
Modulationen eine bestimmte Phase der elektrischen Restitution abgetastet werden kann. Dabei zeigt das Diagramm 3a) , abhängig von der Basiszykluslänge (BCL) , den typischen Verlauf eines QT-Intervalls (QTb) und - gestrichelt - der entsprechenden Refrak- tärperiode (RP) sowie den Verlauf dreier extrasysto- lischer Intervalle (ESI0, ESI1 und ESI2) . Hierbei definiert ESI0 die Mitte der diastolischen Restitutionsphase, die analysiert werden soll (Abtastphase) . Dieser Mittenwert wird abgetastet durch die Inter- vallmodulation ΔESI0, deren Wert abhängig von der elektrischen Diastole DIE bestimmt wird durch die Beziehung: ΔESI0 = DIE-K1-K2, wobei Kl ein vorgebbarer konstanter Intervallwert ist und K2 ein von der Ba- siszykluslänge abhängiger Korrekturwert. Die Modulationswerte ΔESI1 und ΔESI2 und damit der Modulations- hub ΔESI12 der Stimulationsintervalle werden abhängig vom Modulationshub beziehungsweise der Differenz (ΔMesl2) der ΔESI1 und ΔESI2 folgenden extrasystolischen Messwert (Mesl und Mes2) geregelt. Die Regelung der Modulationswerte soll durch Vergrößern des Modu- lationshubs (ΔESI12) verhindern, dass die Messparametermodulation unter einen minimalen Pegel (ΔMesmin) absinkt. Nimmt man innerhalb der Abtastphase eine lineare Beziehung zwischen ΔESI12 und ΔMesl2 an, lässt sich beispielhaft der Modulationshub ΔESI12 durch folgende vereinfachende Gleichung ermitteln: ΔESI12 = ΔESImax - Fv*ΔMesl2, wobei der Faktor Fv die Regelverstärkung des geschlossenen Regelkreises ist und ΔESImax einen maximal zulässigen Modulationshub definiert. Damit ergibt sich wegen der geforderten sym- metrischen Modulation um die durch ESIO festgelegte Phasenmitte, das heißt, weil ΔESI1 - ΔESIO = ΔESIO - ΔESI2 wird:Modulations a specific phase of electrical restitution can be sampled. Diagram 3a) shows, depending on the basic cycle length (BCL), the typical course of a QT interval (QTb) and - in broken lines - the corresponding refractory period (RP) as well as the course of three extrasystolic intervals (ESI0, ESI1 and ESI2). Here, ESI0 defines the middle of the diastolic restitution phase that is to be analyzed (sampling phase). This center value is sampled by the interval modulation ΔESI0, the value of which is determined depending on the electrical diastole DI E by the relationship: ΔESI0 = DI E -K1-K2, where Kl is a predeterminable constant interval value and K2 one of the basic cycle length dependent correction value. The modulation values ΔESI1 and ΔESI2 and thus the modulation deviation ΔESI12 of the stimulation intervals are dependent controlled by the modulation stroke or the difference (ΔMesl2) of the ΔESI1 and ΔESI2 following extrasystolic measured values (Mesl and Mes2). The regulation of the modulation values is intended to prevent the measurement parameter modulation from falling below a minimum level (ΔMesmin) by increasing the modulation stroke (ΔESI12). If one assumes a linear relationship between ΔESI12 and ΔMesl2 within the sampling phase, the modulation stroke ΔESI12 can be determined using the following simplifying equation: ΔESI12 = ΔESImax - Fv * ΔMesl2, where the factor Fv is the control gain of the closed control loop and ΔESImax is a maximum permissible modulation stroke Are defined. This results in the symmetrical modulation required around the phase center defined by ESIO, that is, because ΔESI1 - ΔESIO = ΔESIO - ΔESI2:
ΔESI1 = ΔESIO - (ΔESImax-Fv*ΔMesl2) /2 und ΔESI2 = ΔESIO + (ΔESImax-Fv*ΔMesl2) /2ΔESI1 = ΔESIO - (ΔESImax-Fv * ΔMesl2) / 2 and ΔESI2 = ΔESIO + (ΔESImax-Fv * ΔMesl2) / 2
Die Vergrößerung des abgetasteten Zeitfensters (ESI1- ESI2) und dessen Abstands zur Refrakrärperiode (RP) mit steigender Basiszykluslänge soll den Einfluss der Stimulationsfrequenz auf die Steigung der Restitution und damit auf die Messwertmodulation ΔMesl2 kompensieren, das heißt, ΔMesl2 soll gleich bleiben, wenn sich außer der Stimulationsfrequenz keine zusätzlichen Einflussgrößen verändern.The increase in the sampled time window (ESI1-ESI2) and its distance from the refractory period (RP) with increasing base cycle length is intended to compensate for the influence of the stimulation frequency on the slope of the restitution and thus on the measured value modulation ΔMesl2, that is to say ΔMesl2 should remain the same if not the stimulation rate does not change any additional influencing factors.
Fig. 3b) zeigt abhängig von der Basiszykluslänge die Verläufe der zu den extrasystolischen, ventrikulären Stimulationsintervallen (ESI1 und ESI2) gehörenden atrialen Stimulationsintervalle (VAIesl und VAIes2) bei Einsatz eines Zweikammerschrittmachers sowie das QTb- und VAIb-Intervall. Die gestrichelten Linien deuten dabei den Verlauf der atrialen Stimulationsin- tervalle an, wenn bei Berechnung der atrialen, extrasystolischen Intervalle (VAIesl und VAIes2) der Basiswert des AV-Intervalls (AVIb) benutzt würde. Um zu verhindern, dass das kürzere Stimulationsintervall (VAIesl) kleiner wird als die Refraktärperiode (RP=a*QTb) , muss jedoch das AV-Intervall um ΔAVIesl verringert werden und dies in einfachster Form so, dass die VAIesl-Werte gleich sind mit den RP-Werten, wie sie im Diagramm 3a) gezeigt sind. Da in der ge- zeigten Konstellation der Wert für AVIb bei jeder Basiszykluslänge größer ist als die Differenz zwischen dem kürzesten, extrasystolischen Intervall ESI1 und a*QTb, sind alle extrasystolischen AV- Intervalle AVesl und AVes2 verkürzt um den Betrag: ΔAVes = ESI-a*QTb-AVIb.3b) shows the courses of the atrial stimulation intervals (VAIesl and VAIes2) belonging to the extrasystolic, ventricular stimulation intervals (ESI1 and ESI2) when using a two-chamber pacemaker as well as the QTb and VAIb interval. The dashed lines indicate the course of the atrial stimulation intervals if the base value of the AV interval (AVIb) was used when calculating the atrial, extrasystolic intervals (VAIesl and VAIes2). In order to prevent the shorter stimulation interval (VAIesl) from becoming smaller than the refractory period (RP = a * QTb), the AV interval must be reduced by ΔAVIesl in the simplest form so that the VAIesl values are equal to the RP values as shown in diagram 3a). Since in the constellation shown the value for AVIb for each basic cycle length is greater than the difference between the shortest, extrasystolic interval ESI1 and a * QTb, all extrasystolic AV intervals AVesl and AVes2 are shortened by the amount: ΔAVes = ESI-a * QTB-AVIb.
In Fig. 4 ist das stark vereinfachte Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Herzschrittmachers dargestellt, der über die bekannten Funktionen hinaus die Modulation einzelner Stimulationsintervalle abhängig von der Dauer des diastolischen Intervalls und der Amplitude der evozierten Modulationen eines Herz- funktionsparameters zur phasenspezifischen Analyse diastolischer Restitutionsvorgänge ermöglicht.4 shows the greatly simplified block diagram of an exemplary embodiment of the pacemaker which, in addition to the known functions, enables the modulation of individual stimulation intervals depending on the duration of the diastolic interval and the amplitude of the evoked modulations of a cardiac function parameter for the phase-specific analysis of diastolic restitution processes.
Die Funktionsweise des Herzschrittmachers lässt sich allgemein in vier übergeordnete Funktionseinheiten gliedern, nämlich die Schrittmacherschaltung (14) , die über eine Elektrode (1) das Herz stimuliert sowie die Programmsteuerung (12) , die alle Funktionsprozesse des Schrittmachers entweder nach fest programmierten Kriterien oder eingestellt durch ein externes Programmiergerät (13) nach variablen Kriterien kontrolliert. Beim Schrittmacher (1) selbst lassen sich ebenfalls fünf übergeordnete Funktionsblöcke erkennen, die die Basisfunktionen repräsentieren. Dabei werden alle genutzten Sensorsignale - hier ist es nur das über die Stimulationselektrode (11) abgeleitete EKG - in einer Signalverstärkerstufe (2) verstärkt und in einer Signalanalysestufe (3) weiterverarbeitet, die vorrangig zur Detektion von brady- und ta- chykarden Herzrhythmusstörungen dient, allgemein aber die Analyse von Herzfunktionsparametern durchführt, deren Ergebnisse in der folgenden Regelstufe (4) dann genutzt werden, die antibrady- und antitachykarden Interventions des Schrittmachers über die Einstellung der Stimulationsintervalle (9) und den abschließenden Stimulationspulsgenerator (10) zu steuern. Zusätzlich zu den genannten Standardfunktionen enthält der erindungsgemäße Schrittmacher eine Funktionsstufe (7) , welche die zeitliche Abfolge der Modulation einzelner Stimulationsintervalle in der Steuerstufe (9) und der Demodulation der evozierten Modulationen des Funktionsparameters in der Signalanalysestufe (3) nach vorgegebenen Kriterien automatisch steuert. Dazu erhält die Periodensteuerung (7) über die Signalanalyse (3) die Information, ob es sich bei einer detektiertenThe mode of operation of the pacemaker can generally be divided into four higher-level functional units, namely the pacemaker circuit (14), which stimulates the heart via an electrode (1), and the program control (12), which controls all the pacemaker's functional processes either according to permanently programmed criteria or set by an external programming device (13) is checked according to variable criteria. The pacemaker (1) itself also shows five higher-level function blocks that represent the basic functions. All sensor signals used are - here it is only the ECG derived via the stimulation electrode (11) - amplified in a signal amplifier stage (2) and further processed in a signal analysis stage (3), which is primarily used for the detection of brady- and tachycardiac cardiac arrhythmias, but generally carries out the analysis of cardiac function parameters, the results of which are then used in the following control stage (4) to control the antibrady- and antitachycardic interventions of the pacemaker via the setting of the stimulation intervals (9) and the final stimulation pulse generator (10). In addition to the standard functions mentioned, the pacemaker according to the invention contains a function stage (7) which automatically controls the chronological sequence of the modulation of individual stimulation intervals in the control stage (9) and the demodulation of the evoked modulations of the function parameter in the signal analysis stage (3) according to predetermined criteria. For this purpose, the period control (7) receives the information via the signal analysis (3) whether it is detected
Herzaktion um eine spontane Erregung oder eine künstliche Stimulation handelt. Dementsprechend unterbricht oder startet sie die periodische Modulation einzelner Stimulationsintervalle und stellt die Peri- odendauer abhängig vom Wert und dem Änderungsverhalten der Pulsfrequenz ein.Heart action is a spontaneous arousal or an artificial stimulation. Accordingly, it interrupts or starts the periodic modulation of individual stimulation intervals and sets the period duration depending on the value and the change behavior of the pulse rate.
Die wesentliche zusätzliche Funktion gemäß der Erfindung ist aber Teil der Regelstufe (4) , die im Normal- fall neben hier nicht angegebenen antitachykardenThe essential additional function according to the invention is, however, part of the control stage (4), which in the normal case, in addition to the antitachycardes not specified here
Steuerfunktionen vorrangig die Regelung der Stimulationsfrequenz (SR) beziehungsweise der Basiszykluslänge (BCL) im BCL-Regler (8) vornimmt, wobei in dem gezeigten Beispiel das QT-Intervall als Regelgröße genutzt wird, das über die Verbindung (31) von der Signalanalysestufe (3) geliefert wird. Zusätzlich enthält die Regelstufe (4) hier eine Regelung (6) der extrasystolischer Modulationswerte (ΔESI) und erhält dazu von der Signalanalyse (3) über die Verbindung (33) den Wert der elektrischen Diastolendauer (DIE) und über die Verbindung (34) den Wert der Modulation des Funktionsparameters (ΔQTesl2) , die sie nach den in Fig. 3a) erläuterten Kriterien verwertet.Control functions primarily regulate the stimulation frequency (SR) or the basic cycle length (BCL) in the BCL controller (8), the QT interval being used as a control variable in the example shown, which is obtained via the connection (31) from the signal analysis stage (3 ) is delivered. In addition, the control stage (4) contains a control (6) here extrasystolic modulation values (ΔESI) and receives from the signal analysis (3) via the connection (33) the value of the electrical diastole duration (DI E ) and via the connection (34) the value of the modulation of the function parameter (ΔQTesl2), which they according to evaluated in Fig. 3a) criteria.
Mit dem Steuersignal zur Intervallmodulation des ΔESI-Reglers (6) steht aber dem BCL-Regler (8) ein zusätzlicher Belastungsparameter zur Verfügung, der genutzt werden kann, um die Nachteile des QT-Intervalls als Regelparameter, nämlich mangelnde Ansprechgeschwindigkeit und Genauigkeit, zu kompensieren. Anstelle des Steuersignals zur Intervallmodulation kann aber auch ein direkt von der Signalanalysestufe (3) über die Verbindung (32) die errechnete Zeitkonstante (Tr) der elektrischen Restitution zur Optimierung der BCL-Regelung in (8) übernommen werden.With the control signal for interval modulation of the ΔESI controller (6), however, the BCL controller (8) has an additional load parameter available which can be used to compensate for the disadvantages of the QT interval as a control parameter, namely a lack of response speed and accuracy , Instead of the control signal for interval modulation, the calculated time constant (Tr) of the electrical restitution for optimizing the BCL control in (8) can also be adopted directly from the signal analysis stage (3) via the connection (32).
In Fig. 5 ist das stark vereinfachte Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Herzschrittmachers dargestellt, der über die in Fig. 4 beschriebenen Funktionen zusätzlich zur Modulation einzelner ventrikulärer auch die atrialer Stimulationsinter- valle ermöglicht und daneben einen mechanischen Sensor (11) verwendet.5 shows the greatly simplified block diagram of an exemplary embodiment of the pacemaker, which, in addition to the modulation of individual ventricular, also enables the atrial stimulation intervals via the functions described in FIG. 4 and also uses a mechanical sensor (11).
Dabei werden vom Regler (8) nicht nur die Werte der Basiszykluslänge (BCL) , sondern auch die des AV- Intervalls (AVIb) bestimmt und an die Intervallsteuerung (9) wiedergegeben. Dementsprechend liefert der Regler (6) nicht nur die extrasystolischen Modulationswerte ΔESI, sondern auch - wenn erforderlich - die Modulationswerte des AV-Intervalls (ΔAVIes) . The controller (8) not only determines the values of the basic cycle length (BCL), but also those of the AV interval (AVIb) and outputs them to the interval controller (9). Accordingly, the controller (6) not only supplies the extrasystolic modulation values ΔESI, but also - if necessary - the modulation values of the AV interval (ΔAVIes).

Claims

Patentansprüche claims
1. Herzschrittmacher mit einer Vorrichtung zur Messung mindestens eines Herzfunktionsparameters (M) , mit einer Vorrichtung zur Regelung der mittleren Sti- mulationsintervalle wie der Basiszykluslänge (BCL) bei Ventrikelstimulation und des AV-Intervalls (AVI) bei zusätzlicher VorhofStimulation abhängig von Änderungen (ΔM) des Funktionsparameters (M) , sowie einer Vorrichtung zur periodischen Modulation einzelner so genannter extrasystolischer Stimulationsintervalle (ESI) um einen Modulationswert (ΔESI) , dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Regelung der Intervallmodulation (6) die Modulationswerte (ΔESI) abhängig von der Dauer des diastolischen Intervalls (DI) und abhängig von den durch die Intervallmodulationen (ΔESI) evozierten, extrasystolischen Modulationen des Funktionsparameters (ΔMes) regelt.1. Cardiac pacemaker with a device for measuring at least one cardiac function parameter (M), with a device for regulating the mean stimulation intervals such as the basic cycle length (BCL) with ventricular stimulation and the AV interval (AVI) with additional atrial stimulation depending on changes (ΔM) of the function parameter (M), and a device for periodically modulating individual so-called extrasystolic stimulation intervals (ESI) by a modulation value (ΔESI), characterized in that a device for regulating the interval modulation (6) modulates the values (ΔESI) depending on the duration of the diastolic interval (DI) and depending on the extrasystolic modulations of the function parameter (ΔMes) evoked by the interval modulations (ΔESI).
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Regelung der Intervallmodulation2. Pacemaker according to claim 1, characterized in that the regulation of the interval modulation
(6) die Modulationswerte vorzugsweise derart regelt, dass ein erster Modulationswert (ΔESIO) abhängig von der Dauer des diastolischen Intervalls bei Basiszykluslänge (DIb) bestimmt wird, so dass die Diastolen- dauer vor der Extrasystole (Dies) einen vorgebbaren Wert hat, und dass zwei weitere extrasystolische Modulationswerte (ΔESI1 und ΔESI2) bestimmt werden, deren Differenzbetrag zum ersten Modulationswert (ΔESI01 und ΔESI02) gleich groß ist und deren Diffe- renz miteinander (ΔESI12) sich invers verhält zur Differenz (ΔMesl2) der durch sie evozierten Modulationen des Funktionsparameters (ΔMesl und ΔMes2) . (6) preferably regulates the modulation values such that a first modulation value (ΔESIO) is determined as a function of the duration of the diastolic interval at the basic cycle length (DIb), so that the duration of the diastole before the extrasystole (Dies) has a predeterminable value, and that two further extrasystolic modulation values (ΔESI1 and ΔESI2) are determined, the difference between them and the first modulation value (ΔESI01 and ΔESI02) is the same and the difference with each other (ΔESI12) is inversely related to the difference (ΔMesl2) of the modulations of the function parameter they evoked ( ΔMesl and ΔMes2).
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Intervallmodulation (6) zur Berechnung des ersten Modulationswer- tes (ΔESIO) vorzugsweise die mit Hilfe des ventrikulären EKG's bestimmte Dauer der elektrischen Diastole (DIE) verwendet und zur Analyse der mechanischen Restitution vorzugsweise die mit Hilfe des ventrikulären Druckgradienten (dP/dt) bestimmte Dauer der mechani- sehen Diastole (DIM) .3. A pacemaker according to claim 1 or 2, characterized in that the regulation of the interval modulation (6) for calculating the first modulation value (ΔESIO) preferably uses the duration of the electrical diastole (DI E ) determined with the help of the ventricular ECG and for analysis the mechanical restitution preferably the duration of the mechanical diastole (DI M ) determined with the help of the ventricular pressure gradient (dP / dt).
4. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Intervallmodulation (6) bei Zweikammerstimulation auch das atrioventrikuläre Intervall (AVI) moduliert, und zwar vorzugsweise derart, dass bei jedem extrasystolischen Intervall (ESI*) das AV-Intervall um einen AV-Modulationswert (ΔAVIes) verkürzt wird, wenn die Differenz zwischen dem kürzesten extrasystolischem Intervall (ESI2) und der Refraktarperiode (RP) kleiner ist als das AV-Intervall bei Basiszykluslänge (AVIb) .4. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the regulation of the interval modulation (6) with two-chamber stimulation also modulates the atrioventricular interval (AVI), preferably in such a way that at each extrasystolic interval (ESI *) the AV Interval is shortened by an AV modulation value (ΔAVIes) if the difference between the shortest extrasystolic interval (ESI2) and the refractory period (RP) is smaller than the AV interval at basic cycle length (AVIb).
5. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der5. Pacemaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control of the
Modulationsperiode (7) die Intervallmodulation nur startet, wenn in Phasen überwiegender Schrittmacherstimulation mindestens zwei künstlich stimulierte Pulszyklen des Herzens vorausgingen oder in Phasen überwiegend autonomer Stimulation mindestens zwei Eigenrhythmen.Modulation period (7) the interval modulation only starts if at least two artificially stimulated pulse cycles of the heart precede in phases of predominantly pacemaker stimulation or at least two self-rhythms in phases of predominantly autonomous stimulation.
6. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Mo- dulationsperiode (7) die Signalanalyse und Demodula- tion (3) derart steuert, dass zusätzlich zu den direkt den extrasystolischen Intervallen (ESI1 und ΔESI2) folgenden, extrasystolischen Messwerten (Mesl und Mes2) des Funktionsparameters (M) auch die im nächsten Pulszyklus folgenden, postextrasystolischen Messwerte (Mpesl beziehungsweise Mpes2) bestimmt wer- den und dass als phasenspezifische Messgrößen die Differenzwerte der extrasystolischen und postextrasystolischen Messwerte (ΔMesl2 und ΔMpesl2) ermittelt werden.6. Pacemaker according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control of the modulation period (7) controls the signal analysis and demodulation (3) such that in addition to the directly the extrasystolic intervals (ESI1 and ΔESI2) following extrasystolic measured values (Mesl and Mes2) of the function parameter (M) also the postextrasystolic measured values following in the next pulse cycle (Mpesl or Mpes2) are determined and that the difference values of the extrasystolic and postextrasystolic measured values (ΔMesl2 and ΔMpesl2 ) be determined.
7. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis7. pacemaker according to one of claims 1 to
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanalyse (3) als weitere charakteristische Größe der durch die Intervallmodulationen (ΔESI1 und ΔESI2) bestimmten Restitutionsphase die Zeitkonstante der exponentieilen Restitutionscharakteristik (Tr) ermittelt und dazu vorzugsweise mit Hilfe der ersten extrasystolischen Intervallmodulation (ΔESIO) und des ersten extrasystolischen Messwertes (MesO) einen zweiten extrasystolischen Differenzwert (ΔMesOl) gegenüber dem nach der kürzeren Modulation (ΔESI1) erfassten Messwert (Mesl) berechnet.6, characterized in that the signal analysis (3) as a further characteristic variable of the restitution phase determined by the interval modulations (ΔESI1 and ΔESI2) determines the time constant of the exponential restitution characteristic (Tr) and preferably with the aid of the first extrasystolic interval modulation (ΔESIO) and the first extrasystolic measured value (MesO) calculates a second extrasystolic difference value (ΔMesOl) compared to the measured value (Mesl) recorded after the shorter modulation (ΔESI1).
8. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis8. pacemaker according to one of claims 1 to
7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der In- tervallmodulationen (6) einstellbar auch Modulations- werte für eine zweite Abtastphasen bestimmt, und die Steuerung der Modulationsperiode (7) die Modulation der Stimulationsintervalle (ESI*) und die Demodula- tion der Messwerte (Mes) so steuert, dass mindestens zwei unterschiedliche Restitutionsphasen sowohl sequentiell als auch parallel abgetastet werden können.7, characterized in that the regulation of the interval modulations (6) also determines modulation values for a second sampling phase, and the control of the modulation period (7) modulates the stimulation intervals (ESI *) and demodulates the measured values ( Mes) controls so that at least two different restitution phases can be scanned both sequentially and in parallel.
9. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis9. pacemaker according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der elek- trischen Restitution vorzugsweise genutzt wird, um bei Belastungswechseln die Ansprechgeschwindigkeit und die Genauigkeit eines Herzschrittmachers zu opti- mieren, dessen Stimulationsfrequenz abhängig von einem zu langsamen Funktionsparameter wie etwa dem QT- Intervall oder der Atmung oder einem zu unphysiologischen Parameter wie etwa der Aktivität geregelt wird.8, characterized in that the analysis of the electrical restitution is preferably used in order to optimize the response speed and the accuracy of a pacemaker in the event of load changes. The stimulation frequency is regulated depending on a function parameter that is too slow, such as the QT interval or breathing, or an unphysiological parameter, such as the activity.
10. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der elektrischen und mechanischen Restitution vorzugsweise genutzt wird, um in Phasen der Ruhe oder maximaler Belastung die Werte für die minimale beziehungsweise maximale Stimulationsfrequenz automatisch zu optimieren.10. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 9, characterized in that the analysis of the electrical and mechanical restitution is preferably used to automatically optimize the values for the minimum or maximum stimulation frequency in phases of rest or maximum stress.
11. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der elektrischen und mechanischen Restitution genutzt wird, um in Phasen überwiegend autonomer Stimulation des Herzens die Funktion des Myokards für diagnostische Zwecke zu überwachen. 11. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 10, characterized in that the analysis of the electrical and mechanical restitution is used to monitor the function of the myocardium for diagnostic purposes in phases of predominantly autonomous stimulation of the heart.
PCT/EP2002/006347 2001-06-29 2002-06-10 Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals WO2003002195A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10132228.3 2001-06-29
DE2001132228 DE10132228C1 (en) 2001-06-29 2001-06-29 Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2003002195A2 true WO2003002195A2 (en) 2003-01-09
WO2003002195A3 WO2003002195A3 (en) 2003-12-11

Family

ID=7690462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2002/006347 WO2003002195A2 (en) 2001-06-29 2002-06-10 Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10132228C1 (en)
WO (1) WO2003002195A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004096352A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-11 Medtronic, Inc. Method and apparatus for determining myocardial electrical resitution and controlling extra systolic stimulation
WO2004096354A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-11 Medtronic, Inc. Method and apparatus for detecting myocardial electrical recovery and controlling extra-systolic stimulation
WO2005035054A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-21 Medtronic, Inc. Refractory period tracking and arrhythmia detection
WO2005034746A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-21 Medtronic, Inc. Method and apparatus for optimization and assessment of response to extra-systolic stimulation (ess) therapy
US7313437B2 (en) * 2004-02-27 2007-12-25 Cornell Research Foundation, Inc. Adaptive diastolic interval control of action potential duration alternans

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4447447A1 (en) * 1994-12-29 1996-07-11 Pacesetter Ab Device for determining the physical stress for pacemakers
US5978708A (en) * 1997-04-29 1999-11-02 Ela Medical S.A. Detection and confirmation of cross-sensing phenomenon in active implantable medical devices
DE19900690C1 (en) * 1999-01-05 2000-05-18 Pacesetter Ab Jaerfaella Heart pacemaker reduces and increases stimulation interval so that mean interval does not change and determines electrical restitution of heart for this mean interval by measuring action potential duration
DE19859653A1 (en) * 1998-12-15 2000-06-21 Biotronik Mess & Therapieg Self-calibrating rate-adaptive pacemaker

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314322B1 (en) * 1998-03-02 2001-11-06 Abiomed, Inc. System and method for treating dilated cardiomyopathy using end diastolic volume (EDV) sensing
DE10029677B4 (en) * 1999-06-25 2008-04-30 Martin Dr. Hexamer Pacemaker with regulation for the load-dependent control of the atrial pacing rate
SE9903205D0 (en) * 1999-09-09 1999-09-09 Pacesetter Ab Pacemaker

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4447447A1 (en) * 1994-12-29 1996-07-11 Pacesetter Ab Device for determining the physical stress for pacemakers
US5978708A (en) * 1997-04-29 1999-11-02 Ela Medical S.A. Detection and confirmation of cross-sensing phenomenon in active implantable medical devices
DE19859653A1 (en) * 1998-12-15 2000-06-21 Biotronik Mess & Therapieg Self-calibrating rate-adaptive pacemaker
DE19900690C1 (en) * 1999-01-05 2000-05-18 Pacesetter Ab Jaerfaella Heart pacemaker reduces and increases stimulation interval so that mean interval does not change and determines electrical restitution of heart for this mean interval by measuring action potential duration

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004096352A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-11 Medtronic, Inc. Method and apparatus for determining myocardial electrical resitution and controlling extra systolic stimulation
WO2004096354A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-11 Medtronic, Inc. Method and apparatus for detecting myocardial electrical recovery and controlling extra-systolic stimulation
WO2005035054A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-21 Medtronic, Inc. Refractory period tracking and arrhythmia detection
WO2005034746A1 (en) * 2003-10-07 2005-04-21 Medtronic, Inc. Method and apparatus for optimization and assessment of response to extra-systolic stimulation (ess) therapy
US7313437B2 (en) * 2004-02-27 2007-12-25 Cornell Research Foundation, Inc. Adaptive diastolic interval control of action potential duration alternans

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003002195A3 (en) 2003-12-11
DE10132228C1 (en) 2003-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69930570T2 (en) Dual-cell pacemaker system with automatic pulse output adjustment
DE69632853T2 (en) Pacemaker with automatic function for the blanking time
DE69926502T2 (en) HEART RINSING USING ADJUSTABLE ATRIO-VENTRICULAR DELAY INTERVALS
DE60314482T2 (en) Hemodynamic analysis, especially in a pacemaker
DE69832639T2 (en) Implantable pacemaker system
DE602007000007T2 (en) Active medical implant for cardiac pacing, resynchronization, cardioversion and / or defibrillation comprising means for detecting ventricular sound artifacts
DE69727063T2 (en) IMPLANTABLE DEVICE
DE69333006T2 (en) IMPLANTABLE HEART PACEMAKER WITH SYSTEM FOR AUTOMATICALLY DETECTING A SUCCESSFUL STIMULATION
DE602004006105T2 (en) DEVICE FOR EVALUATING AND OPTIMIZING VENTRICULAR SYNCHRONIZATION
DE69433432T2 (en) Device for monitoring atrio-ventricular intervals
DE4447447C2 (en) Pacemaker
DE60301161T2 (en) Device for monitoring the heart and a system including such a device
DE60316036T2 (en) PACEMAKER WHO DETERMINES FORESTHOF ARRHYTHMIA BY MEANS OF DETERMINATION OF WALL TERMINATION BY MEANS OF IMPEDANCE MEASUREMENT
EP1062974B1 (en) Method of determining of a variable control parameter of an implantable medical device
DE602004005700T2 (en) DEVICE FOR THE ATRIOVENTRICULAR SEARCH
DE19804843A1 (en) Self-calibrating rate-adaptive pacemaker
DE60304787T2 (en) Active implantable medical device, such as cardiac pacemakers, defibrillators, cardioverters and / or multi-site devices, with means for establishing the average hemodynamic index
DE19900690C1 (en) Heart pacemaker reduces and increases stimulation interval so that mean interval does not change and determines electrical restitution of heart for this mean interval by measuring action potential duration
DE69729768T2 (en) Pacemaker with determination of the anaerobic threshold
DE60304202T2 (en) MONITORING DEVICE FOR DECOMPOSED HEART FAILURE
EP2364640A1 (en) Monitoring device and method for operating a monitoring device
EP0551355B1 (en) Arrangement, in particular heart pacemaker, for recording a heart activity measurement parameter
WO2003002195A2 (en) Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals
EP1013307B1 (en) Self-calibrating rate adaptive pacemaker
EP0934758B1 (en) Cardiac Stimulator

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AU BA BB BG BR BZ CA CN CO CR CU CZ DM DZ EC EE GD GE HR HU ID IL IN IS JP KP KR LC LK LR LT LV MA MG MK MN MX NO NZ OM PH PL RO SG SI SK TN TT UA US UZ VN YU ZA

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG US

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: FESTSTELLUNG EINES RECHTSVERLUSTS NACH REGEL 69(1) EPUE 21-04-04

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP