DE69319641T2

DE69319641T2 - Detektion von Tachykardie und Herzflimmern

Info

Publication number: DE69319641T2
Application number: DE69319641T
Authority: DE
Inventors: Theodore P. Edina Minnesota 55435 Adams; Mark W. Simi Valley Ca 93065 Kroll
Original assignee: Angeion Corp
Current assignee: MGC Diagnostics Corp
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2013-03-10
Also published as: EP0560569A3; EP0560569B1; DE69319641D1; US5366487A; EP0560569A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Bereich der Erfindung

Implantierbare Defibrillator-Kardioverter-Systeme sind das breite Gebiet, welches diese Erfindung betrifft, wobei der spezifische Schwerpunkt auf Methoden zum schnellen und genauen Erkennen des Vorhandenseins von Kammerflimmern liegt und darauf, Flimmern von Tachykardie zu unterscheiden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine große Herausforderung auf dem Gebiet des Deflimmerns ist das sofortige und genaue Erkennen des Zustandes des Kammerflimmerns. Flimmern ist das schnelle, jedoch nicht synchronisierte Zusammenziehen von Herzmuskel-Elementen, welches bewirkt, daß die blutpumpende Tätigkeit des Herzens bedenklich nachläßt oder sogar aufhört. Es ist deutlich verbunden mit einem Abweichen von der Pulsrate des normalen Sinusrhythmus (NSR), 60 bis 120 Schläge pro Minute, ist jedoch in dieser Beziehung nicht einmalig, da andere und recht unterschiedliche Bedingungen ebenfalls Pulsratenabweichungen von NSR bewirken können. So besteht die Herausforderung darin, ein verläßliches Kriterium zum Identifizieren des Zustandes des Kammerflimmerns zu definieren. Die Pulsrate allein ist kein verläßliches Kriterium, obwohl sie oft zu diesem Zweck benutzt wird. Mangels eines verläßlichen Kriteriums besteht also die doppelte Gefahr des Nichterkennens des Einsetzens des Flimmerns und der Anwendung eines Flimmerschocks, wenn eine solche Behandlung nicht angebracht ist. Der erste Fehler ist tödlich, und der zweite verursacht Schmerz und Unbehagen und ist möglicherweise gefährlich. Weiterhin stellt das zuletzt genannte Ereignis eine Verschwendung wertvoller und begrenzter Energie im Falle eines implantierten Defibrillierungssystemes dar.
Zum Kammerflimmern unterschiedliche Zustände mit einem hohen Puls von etwa 120 Schlägen pro Minute fallen unter den Begriff Tachykardie. Die Tatsache, daß es verschiedene Arten von Tachykardie gibt, verkompliziert die Situation weiter. Monomorphe Kammertachykardie (MVT) beinhaltet eine abgestufte Koordination bei dem Zusammenziehen der Kammer, nicht jedoch das chaotische Verhalten, welches bei dem Flimmern gefunden wird. Es ist ein gefährlicher Zustand und kann in vielen Fällen wirksam durch Kardioversion behandelt werden, einem Schock mit einer Energie von ungefähr einem Joule, was bedeutend weniger ist, als in einem typischen Defibrillierungsverfahren verwendet wird.
Zum Zweiten beinhaltet der Zustand der supraventrikularen Tachykardie (SVT) eine bessere Koordination als MVT und ist normalerweise nicht lebensbedrohlich. Da ihre Herkunft über dem Kammerbereich liegt, reagiert sie nicht auf die gebräuchlichsten Kardioverter-Defibrillator-Dehandlungsarten, welche ihre Energiezufuhr auf den Kammerbereich konzentrieren. Eine Art SVT, auch als Sinus-Tachykardie bekannt, wird durch emotionale oder physische Anspannung verursacht, und die Pumptätigkeit bleibt normalerweise wirksam, so dass ein Eingriff nicht notwendig oder wünschenswert ist.
Daher liegt die diagnostische Herausforderung zwischen drei Zuständen oder Zustandsgruppen: (1) Ein Eingriff ist entweder nicht notwendig oder ist nicht wirksam bei der Gruppe der Zustände eines normalen Sinusrhythmus, einer Sinus- Tachykardie und einer supraventrikularen Tachykardie. (2) Ein vergleichsweise niedriger Energieschock ist angemessen im Fall einer monomorphen Kammertachykardie. (3) Ein Hochenergie- Defibrillierungsschock ist im Fall von Kammerflimmern angezeigt.
Von dem Herzmuskel erzeugte elektrische Signale werden routinemäßig bei den Anwendungen von Schrittmachern gefühlt. Manchmal werden diese Signale von dem Paar Elektroden aufgenommen, welche auch dazu verwendet werden, den Schritt macherimpuls zu übermitteln. Normalerweise befinden sich diese Elektroden nahe dem entfernten Ende eines Katheters, welcher intravenös eingeführt und an der rechten Kammerspitze angeordnet wird. Typischerweise befindet sich eine Spitzenelektrode am Ende des Katheters, und eine Ringelektrode ist ungefähr einen Zentimeter weg von dem Ende angeordnet, wie in Fig. 1 dargestellt.
In Fig. 1 sind ebenfalls zwei zusätzliche Windungen schematisch dargestellt; dem Katheter zugeordnete Elektroden dienen dem Übermitteln eines Defibrillationsschocks, wobei eine Elektrode innerhalb der rechten Herzkammer und eine an der Spitze der rechten Vorkammer liegt. Eine weitere Möglichkeit für eine Elektrode zur Defibrillation sind die in Fig. 2 dargestellten epikardialen Flecken. In beiden Fällen können die Defibrillationselektroden auch dazu verwendet werden, anstelle oder zusätzlich zu den beiden Schrittmacherelektroden elektrische herzwellenförmige Signale aufzunehmen. In einer weiteren Anordnung kann eine der Defibrillationselektroden als eine gewöhnliche Elektrode verschiedenen Zwecken zusätzlich zum Defibrillationsschrittmachen, zur einfacher Schritterkennung und zur Wellenform-Beobachtung dienen.
Die Form oder Morphologie der von dem Herzen her gelieferten elektrischen Wellenform ändert sich beim Einsetzen des Flimmerns. Diese Veränderungen sind jedoch leider weder beständig noch deutlich genug, um als ungestützte Flimmerkriterien zu dienen. Eine Veränderung ist eine Tendenz zu einem sprunghaften Puls (veränderliche Intervalle zwischen den Herzschlägen), allgemein bekannt als ein Abweichen von der Pulsratenstabilität. Eine weitere Veränderung ist eine Tendenz der Herzspannung, für einen kleineren Zeitbruchteil Null zu sein, oder eine Veränderung darin, was gewöhnlich als die Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion beschrieben wird. Dies bedeutet, daß sich das Signal während eines kleineren zeitlichen Bruchteils der Herzperiode nahe der Grundlinie befindet.
Da die Pulsbeobachtung eindeutig ist, sind eine Anzahl anderer Eigenschaften einfacher Pulsraten verwendet worden, um die Genauigkeit des Flimmernachweises zu verbessern. Darunter befinden sich Pulsratenbeschleunigung sowie die Zeit bei einer bestimmten Pulsrate. Diese Anzeiger sind jedoch zweideutig, und folglich vermeidet nicht einmal dieses ausgeklügelte Verfahren ein "Überlappen" mit dem Aggregatverhalten dieser Pulseigenschaften in einem normal funktionierenden Herzen, oder in einem, welches so funktioniert, daß ein Schock nicht hilfreich ist. Das Beobachten völlig verschiedener Variablen wie z. B. der Blut-pH-Wert, Blutdruck und Sauerstoffsättigung unterliegen derzeitiger Untersuchungen, sie sind jedoch noch nicht zur klinischen Anwendung gelangt.
US-A-4 799 493 offenbart einen Tachyarrhythmie / Flimmeranzeiger, bei welchem der Widrow-Hoff LMS Algorithmus zur Schätzung einer Übertragungsfunktion verwendet wird. Ein oder mehrere LMS-Unterbrecher werden zwischen zwei separate Sensorelektrodenpaare angebracht, welche in oder auf dem Herzen liegen, und durch Aufzeichnen der Konvergenz des Fehlersignals oder deren Nichtvorhandensein kann die Art der Tachyarrythmie oder eines Herzflimmerzustandes unterschieden werden. Bei Sinus-Rhythmus ist das Fehlersignal im Vergleich zu der Stärke der gewünschten Antwort von geringer Stärke. Bei Herzflimmern jedoch sind die Filtergewichte nicht in der Lage, zu konvergieren, um das Filterausgangssignal dazu zu bringen, das gewünschte Signal zu entdecken, und die Filterausgangswellenform wird asynchron zu der gewünschten Antwort, was nachweislich zu großen Mißverständnissen führt. Eine der Sensor-Elektroden-Paare fühlt lokale Herzaktivität, während die andere elektrische Herztätigkeit an einer verallgemeinerten Stelle fühlt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der allgemeine Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine im Vergleich zum Stand der Technik klarere und verläßlichere Anzeige für das Einsetzen des Herzflimmerns und der monomorphen Herzkammertachykardie vorzusehen. Ein besonderes Problem bei bekannten Systemen, welche das Abfühlen von durch den Herzmuskel erzeugten elektrischen Signalen zu diesem Zweck anwenden, ist die lokale Natur der Beobachtung, welche die Neigung eines Signals eines im Flimmern befindlichen Herzens so steigert, daß das Flimmern quasi-normal erscheint.
Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung ein Flimmer- und Tachykardie-Nachweissystem zum Nachweisen dessen vor, ob sich das Herz eines Patienten in einem normalen Herzrhythmus oder in einem abnormen Herzrhythmus befindet, enthaltend:
lokale Nachweismittel zum Abfühlen eines lokalen elektrischen Signals, welches Herztätigkeit in einem lokalen Gebiet aus einer Anzahl von lokalen Gebieten des Herzens des Patienten darstellt, wobei jedes lokale Gebiet ein lokales elektrisches Signal hat; und
globale Nachweismittel zum Abfühlen eines globalen elektrischen Signals, welches Herztätigkeit in einem globalen Gebiet des Herzens des Patienten darstellt, wobei das globale Gebiet die Anzahl an lokalen Gebieten enthält, so daß das globale elektrische Signal einen elektrischen Mittelwert der lokalen elektrischen Signale der Anzahl von lokalen Gebieten darstellt;
dadurch gekennzeichnet, daß das System ebenfalls enthält:
Mittel zum aufeinanderfolgenden Messen eines Verzögerungswertes zwischen einer ersten Zeit, zu der das globale elektrische Signal ein vorbestimmtes Auslösekriterium erfüllt, und einer zweiten Zeit, zu der das lokale elektrische Signal das vorbestimmte Auslösekriterium erfüllt; und
Mittel zum Speichern und Vergleichen einer Reihe der Verzögerungswerte, um nachzuweisen, ob sich das Herz des Patienten in einem abnormalen Herzrhythmus befindet oder ob sich das Herz des Patienten in einem normalen Rhythmus befindet.
Bevorzugte Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben:
Ein Element der vorliegenden Erfindung ist deshalb das Sammeln und Vergleichen von Daten aus zwei oder mehreren mit dem Herzen verbundenen Informationskanälen. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung der beiden in Fig. 1 oder Fig. 2 gezeigten Elektrodenpaare erreicht werden. In beiden Fällen können diese vier Elektroden auf drei reduziert werden, wobei eine als gemeinsame Elektrode dient. Ein weiterer Vorteil könnte dadurch gewonnen werden, daß man auf drei unabhängige Signale übergeht, welche zum Beispiel zusätzlich zu dem mit A bezeichneten Schrittmacher-Elektrodenpaar aus den mit B und C in Fig. 3 bezeichneten Paaren stammen. Eine weitere Variante zu der vorliegenden Erfindung würde eine oder mehrere subkutane Flecken-Elektroden, oder ansonsten das Gehäuse des Defibrillator-Moduls, zusammen mit den bereits beschriebenen Arten an Elektroden, verwenden.
Ein zweites Element der vorliegenden Erfindung ist das Zurückführen der gefühlten wellenförmigen Signale zu einer Aufeinanderfolge digitaler zueinander in Höhe und Dauer äquivalenter Impulse, und das Unterscheiden lediglich in der Zeit des Vorkommens. Jeder digitale Impuls kann von einigen definierten Eigenschaften der Wellenform ausgelöst werden, wie z. B. einer Vorlaufkante, einem Hauptmaximum, oder einer Nachlaufkante. Einmal ausgewählt ist jedoch die ausgelöste Eigenschaft im System konstant. Die erste Option, Auslösen der Vorlaufkante, wird in Fig. 4 dargestellt.
Zur Vereinfachung der Ausgewogenheit dieser Diskussion wird angenommen, daß nur zwei Elektrodenpaare verwendet werden. Die Erstreckung auf eine größere Anzahl von Paaren ist ersichtlich. Jedes Elektrodenpaar übermittelt ein kontinuierliches elektrisches Signal Spannung gegen Zeit. Jedes Signal wird in eine Aufeinanderfolge gleichförmiger digitaler Impulse verwandelt. Das nächste Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung ist dann, das Zeitverhältnis entsprechender Impulse zu untersuchen. Im Allgemeinen werden die entsprechenden digitalen Impulse zeitlich gegeneinander versetzt. Im Prinzip ist dann das Gleichgewicht des Verfahrens, welches in dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zu untersuchen (a) die Größe der zeitlichen Versetzung, oder Verzögerung, und (b) die Stabilität der Verzögerung. Moderne Mikroelektronik ermöglicht es, solch ein Verfahren schnell und kostengünstig auszuführen.
An diesem Punkt ist es hilfreich, einige Elektrodenauswahlen und die Arten der Wellenformen, welche diese typischerweise übermitteln, zu erörtern. Elektroden wie solche an dem Ende einer Schrittmacherleitung können als lokale oder Nahfeld-Anordnung beschrieben werden. Sie fühlen den lokalen Durchgang einer Aktivierungswellenfront, und da die Elektroden ungefähr einen Zentimeter auseinander liegen, ist das resultierende Signal von recht kurzer Dauer. Im Gegensatz dazu kann man Fernfeld- oder "globale" Signale durch den Einsatz von Elektroden beobachten, welche (a) weiter auseinanderliegen, oder (b) größer sind. Im globalen Fall findet eine stärkere Mittelbildung statt, und die Wellenform hat typischerweise sowohl eine niedrigere Amplitude als auch eine ausgedehntere Dauer, wie die in Fig. 5 dargestellte Wellenform. Der Grund ist, daß die Fernfeld-Elektroden Signale, welche von einem größeren Bereich des Herzens kommen, beobachten und einen Mittelwert bilden. Als Ergebnis dieses Verhältnisses zwischen Nahfeld- und Fernfeld-Signalen kann man sicher sein, daß ein durch die Vorlaufkante des letztgenannten Signals ausgelöstes digitales Signal normalerweise demjenigen vorangeht, welches von der Vorlaufkante des lokalen oder Nahfeld-Signals ausgelöst worden ist. Dies ist ebenfalls in Fig. 5 dargestellt, wobei das Maß der Verzögerung mit t bezeichnet ist. Dies bedeutet, daß Aktivierung an irgendeiner Stelle in einem großen Bereich des Herzens von den globalen Elektroden gefühlt wird, wobei eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, daß sie beginnt, bevor das lokale Signal gefühlt wird. Daher wird unter diesen Umständen die von den globalen Elektroden abgeleitete Impulsfolge in die Verzögerungsleitung geführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Nahfeld-Signal normalerweise von den Spitzen- und Ring-Elektroden 14 und 16 der Schrittmacherleitung in Fig. 1, oder 34 und 36 in Fig. 2, genommen. Ein Fernfeld-Signal wird aus den Defibrillierungselektroden wie z. B. 18 und 20 oder 18 und 24 in Fig. 1 und 40 und 42 in Fig. 2 erzeugt. In einem Fall sind die Defibrillierungselektroden epikardiale Flecken, wie z. B. 40 und 42 in Fig. 2.
In einem weiteren Fall sind sie eine Spule wie die Spule 18 in Fig. 1, und das Gehäuse eines in die Brust eingepflanzten Defibrillator-Cardioverter-Moduls.
Die Tatsache, dass die Verzögerung zwischen den Nahfeld- und den Fernfeld-Signalen beim Zustand der monomorphen Kammertachykardie steigt, ist hilfreich beim Unterscheiden zwischen verschiedenen Arten von Tachykardie. [A. J. Camm, et al., "Tachycardia Recognition by Implantable Electronic Devices", PACE, Vol. 10, Sept.-Okt. 1987]. Für den MVT-Zustand ist ebenfalls beobachtet worden, daß eine Steigerung der Verzögerung zwischen zwei Nahfeld-Signalen aus zwei verschiedenen Stellen des Herzens geschieht. [A. D. Mercando und S. Furman, "Measurement of the Differences in Timing and Sequence Between Two Ventricular Electrodes as a means of Tachycardia Differentiation, PACE, Band 9, Seite 1069, 1986.]
Im Fall eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird eine Impulsreihe von den Vorlaufkanten von Signalen aus Fernfeld- Defibrillierungs-Elektroden ausgelöst, und eine verzögerte Impulsreihe wird von den Vorlaufkanten von Signalen aus Nahfeld-Schrittmacherelektroden ausgelöst. Unsere beste Information ist die, daß die Zeitverschiebung stabil und geringer ist als 20 Millisekunden bei (1) Fällen eines normalen Sinusrhythmus, Sinustachykardie, und anderen supraventrikularen Tachykardien. Bei (2), dem Fall von monomorpher Herzkammertachykardie, ist die Zeitverschiebung größer als 20 Millisekunden, und sie ist nach wie vor stabil. In (3) jedoch, dem Fall von Herzkammerflimmern, ist die Zeitverschiebung, falls sie beobachtet werden kann, fließend und variabel, was "instabil" besagen soll, wie in Fig. 6 dargestellt. Daher kann die Drei-Wege-Identifizierung von Zuständen, welche grundsätzlich unterschiedliche Behandlungsprotokolle benötigen, geschaffen werden.
Eine wichtige Variante bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verrichtet die gesamte Signalverarbeitung mit den standardisierten Impulsen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Uhr verwendet, welche im Vergleich zum Herzen eine kleine Periode hat. Man beachte, daß eine 1-Millisekunden- oder 0,1-Millisekunden-Zeitperiode auf diese Beschreibung zutrifft, obwohl solch eine Periode angesichts des heutigen Standards digitaler Signalverarbeitung lang ist. Jeder standardisierte Impuls wird dann auf die naheliegendste Zeitperiode übertragen. Ein Vorteil der Verarbeitung der Impuls-Aufeinanderfolge anstelle einer Verarbeitung des Signals, welches direkt vom Herzen kommt, ist der, daß eine registrierte Verschiebung als Verzögerungslinien verwendet werden kann, eine genaue und wirtschaftliche Technik, oder daß ein Mikroprozessor verwendet werden kann. Falls gewünscht, kann dann ein logisches AND-Tor verwendet werden, um die Gleichzeitigkeit von Impulsen aus zwei Kanälen festzulegen.
Verschiedene bevorzugte Merkmale der Erfindung sind im Folgenden dargestellt:
- Überführung von elektrischen Herzsignalen zu einer standardisierten digitalen Impulsform, so daß die zeitliche Abstimmung von Impulsen (Zeit des Auftretens) die einzig bleibende Information in dem Signal ist;
- Vergleichen der Auftrittszeiten von zwei oder mehreren standardisierten Signalen von zwei oder mehreren Orten auf dem Herzmuskel;
- Beobachten der Auftrittsrate des Zusammentreffens von Impulsen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Kanälen als Druckteil der Impulsrate in einem einzigen Kanal;
- Beobachten der Verzögerung zwischen entsprechenden Impulsen in Standard-Digital-Impuls-Aufeinanderfolgen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Paaren von Elektroden;
- Beobachten, ob die Verzögerung 20 Millisekunden übersteigt oder nicht übersteigt;
- Ausführen des größten Anteils der notwendigen Signalverarbeitung mit den standardisierten Impulsen, abgeleitet von den vom Herzen gelieferten Signalen;
- Verwendung von zwei Schrittmacherelektroden und zwei unabhängigen Defibrillierungselektroden, um zwei unabhängige Signale vorzusehen, wobei alle diese vier Elektroden mit einem einzelnen Schrittmacher-Defibrillator-Katheter verbunden sind, z. B. unter Verwendung von drei solchen Elektroden, von welchen eine gemeinsame dazu dient, zwei unabhängige elektrische Signale zu erzeugen, und wobei alle Elektroden mit einem einzelnen Schrittmacher-Defibrillator-Katheter verbunden sind;
- Verwenden zweier Schrittmacherelektroden und zweier unabhängiger epikardialer Flecken Defibrillierungselektroden zum Erzeugen zweier unabhängiger elektrischer Signale, z. B. Verwenden dreier solcher Elektroden, wobei eine als gemeinsame dazu dient, zwei unabhängige elektrische Signale zu erzeugen;
- Verwenden einer oder mehrerer epikardialer Flecken- Elektroden in einer Zusammenstellung mit zwei oder mehreren Informationskanälen vom Herzen;
- Verwenden einer oder mehrerer subkutaner Flecken-Elektroden in der Zusammenstellung mit zwei oder mehreren Informationskanälen vom Herzen;
- Verwenden einer oder mehrerer Endokardial-Spiral-Elektroden in der Zusammenstellung mit zwei oder mehreren Informationskanälen vom Herzen.
Vorteile mindestens der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind folgende:
- Schaffen einer klareren und verläßlicheren Anzeige des Einsetzens eines Herzflimmerns, als es beim Stand der Technik zu finden war;
- verläßliches Unterscheiden zwischen Herzflimmern, monomorpher Kammer-Tachykardie und einer Anzahl von Bedingungen, welche ein normaler Sinusrhythmus enthält, Sinustachykardie und anderen supraventrikularen Tachykardien;
- Vergleichen elektrischer Signale, welche vom Herzen mittels zweier oder mehrerer Elektrodenpaare abgenommen werden, die unabhängig sein können oder nicht,
- Anstellen diagnostischer Vergleiche in Form von standardisierten digitalen Impulsen von elektrischen Signalen vom Herzen durch Elektrodensysteme,
- Beobachten standardisierter Impuls-Korrelationen,
- Beobachten des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins jeglicher systematischer Verzögerung zwischen entsprechenden Impulsen in Aufeinanderfolgen von standardisierten Impulsen,
- Verwenden von Elektroden für vielfältige Zwecke, ein schließlich Schrittmachen, Fühlen, Kardioversion und Defibrillation,
- Beobachten der Auftrittshäufigkeit des Zusammentreffens von Impulsen eines oder mehrerer unterschiedlicher Kanäle als eine Fraktion von Impulsraten in einem einzigen Kanal,
- Anwenden digitaler Signalverarbeitungstechniken zur Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit, indem variable Verzögerungen und Koinzidenz-Bestimmungen vorgesehen sind.
Im Folgenden werden, beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Nachweissystemes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 stellt schematisch das Herz mit einem durch die obere Venenhöhle und in das rechte Atrium und die rechte Ventrikel eingeführten Schrittmacher-Defibrillator-Katheter dar, und ebenfalls eine verbundene subkutane Flecken-Elektrode;
Fig. 2 stellt schematisch das Herz mit einem Schrittmacherbeispiel und ebenfalls zwei epikardiale Flecken- Elektroden an Ort und Stelle dar;
Fig. 3 stellt schematisch das Herz mit Schrittmacherelektroden auf einem an Ort und Stelle befindlichen Katheter dar, und ebenfalls zwei zusätzliche Paare epikardialer Schrittmacher/Fühl-Elektroden;
Fig. 4 stellt das von dem Schrittmacher-Katheter in Fig. 2 empfangene elektrische Signal und die standardisierten digitalen Impulse dar, welche von diesem Signal durch Fühlen der Vorlaufkante jeder wiederholten Wellenform abgeleitet sind;
Fig. 5 stellt für das normale Herz das lokale Signal aus dem Schrittmacher-Katheter in Fig. 2 und das globale Signal aus den epikardialen Flecken-Elektroden in Fig. 2 dar;
Fig. 6 stellt für das flimmernde Herz das lokale Signal aus dem Schrittmacher-Katheter von Fig. 2 und den standardisierten Impulsen aus seinen Vorlaufkanten dar sowie das globale Signal aus den epikardialen Flecken-Elektroden in Fig. 2 und den standardisierten Impulsen aus seinen Vorlaufkanten;
Fig. 7 stellt ein Blockdiagramm für die Steuerung der Impuls-Korrelation dar; und
Fig. 8 stellt ein Flußdiagramm für die Zeit- und Logik- Schaltung dar.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 stellt verschiedene Elektrodenwahlmöglichkeiten 10 dar enthaltend einen herkömmlichen Schrittmacher-Defibrillator-Katheter 12, welcher die bipolaren Schrittmacherelektroden 14 und 16 trägt, und zwei Defibrillierungselektroden 18 und 20, wobei sich Elektrode 18 innerhalb der rechten Herzkammer 19 in ihrer normalen Position befindet und Elektrode 20 innerhalb der rechten Vorkammer 21 des Herzens 22, zusammen mit einer subkutanen Flecken-Elektrode 24; der Katheter 12 kann auch mit wenigstens einer Elektrode in der oberen Venenhöhle 26 liegen, genauso wie in dem nahegelegenen Koronarsinus, welcher nicht ohne weiteres in diesem besonderen Querschnittsdiagramm des Herzens 22 dargestellt werden kann.
Fig. 2 stellt Elektrodenwahlmöglichkeiten des Standes der Technik dar, enthaltend eine herkömmliche Schrittmacherleitung 32, welche bipolare Schrittmacherelektroden 34 und 36 in ihren normalen Positionen im Herzen 38 trägt, und weiterhin zwei epikardiale Flecken-Defibrillierungs-Elektroden 40 und 42, welche an das Herz 38 in normaler Art und Weise angebracht sind.
Fig. 3 stellt schematisch andere Elektrodenkonfigurationen 50 dar enthaltend einen herkömmlichen Schrittmacher katheter 52, welcher bipolare Schrittmacherelektroden 54 und 56 in Kombination mit einem ersten zusätzlichen Paar epikardialer Flecken-Elektroden 58 und 60 trägt, und ein zweites zusätzliches Paar epikardialer Flecken-Elektroden 62 und 64, wobei diese verschiedenen Elektroden in und auf dem Herzen 66 liegen. Signale werden bei dem Leiterpaar A für die Elektroden 54 und 56, bei dem Paar B für die epikardialen Elektroden 62 und 64, und bei dem Paar C für die epikardialen Elektroden 58 und 60 gefühlt.
Fig. 4 stellt elektrische Signale 70, Spannung gegen Zeit, des Systems der vorliegenden Erfindung dar, enthaltend das Signal 72, welches von dem normalen Herzen mit den Schrittmacherelektroden beobachtet wird, wobei das daraus gewonnene standardisierte Impuls-Signal 74 durch Fühlen der Vorlaufkante gewonnen wird.
Fig. 5 stellt das elektrische Signal 80, Spannung gegen Zeit, von dem normalen Herzen dar, enthaltend das Nahfeld- Signal 82, welches mit den Schrittmacherelektroden 34 und 36 von Fig. 2 beobachtet wird, und das Fernfeld-Signal 84, welches mit den epikardialen Flecken-Defibrillierungs- Elektroden 40 und 42 von Fig. 2 beobachtet wird, sowie den aus der Vorlaufkante der Wellenform in dem Nahfeld-Signal 82 gewonnenen standardisierten digitalen Impuls 86, und den aus der Vorlaufkante der Wellenform des Fernfeld-Signals 84 gewonnenen digitalen Impuls 88, und schließlich die Zeitverzögerung 90 zwischen den standardisierten digitalen Impulse 86 und 88.
Fig. 6 stellt die elektrischen Signale 100, Spannung gegen Zeit, von dem flimmernden Herzen dar, enthaltend das Nahfeld-Signal 102, welches mit den Schrittmacherelektroden 34 und 36 von Fig. 2 beobachtet wird, und die aus den Vorlaufkanten der Wellenformen in dem Nahfeld-Signal 102 gewonnene standardisierte digitale Impuls-Reihe 104, sowie das mit den epikardialen Flecken-Elektroden 40 und 42 von Fig. 2 beobachtete Fernfeld-Signal 106, und die aus den Vorlaufkanten der Wellenformen des Fernfeld-Signals 106 gewonnene standardisierte digitale Impulsreihe 108, wodurch die fehlende Korrelation zwischen den Impulsen der standardisierten digitalen Impulsreihe 104 und denen der standardisierten digitalen Impulsreihe 108 gezeigt wird.
Fig. 7 stellt ein Blockdiagramm 109 zur Steuerung der Impuls-Korrelation dar, wobei alle Bezugszeichen den zuvor beschriebenen entsprechen. Das lokale Signal 82 und das globale Signal 84 haben je voneinander unabhängige Verstärker 110 und 112. Die Verstärker 110 und 112 vergrößern die Signalamplitude von niedrigen 100 Mikrovolt bis auf ungefähr 1 Volt. Jedes verstärkte Signal wird dann in den jeweiligen Impulsdetektor 114 und 116 geführt, welcher einen digitalen Impuls freisetzt, wenn eine vorbestimmte Eigenschaft, wie z. B. eine Vorlaufkante eines Herzsignals, nachgewiesen wird. Die Zeit- und Logikschaltung 118 misst die relative zeitliche Abfolge zwischen den zwei Impulsanzeigen und weist dem Herzen einen bestimmten von den mehreren Zuständen normaler Sinusrhythmus, supraventrikulare Tachykardie, monomorphe Kammer- Tachykardie und Herzflimmern zu.
Fig. 8 stellt ein Flussdiagramm 120 für die Zeit- und Logikschaltung 118 dar, wobei alle Bezugszeichen den vorher beschriebenen Elementen entsprechen.

BETRIEBSWEISE

Bei der Auswahl von Elektroden steht eine wesentliche Vielzahl zur Verfügung, um zwei oder mehrere Informationskanäle bezüglich der elektrischen Herztätigkeit zu erzeugen, welches einen wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung darstellt. Zum Beispiel können herkömmliche Schrittmacherelektroden auf einem Standard-Schrittmacher einen Kanal bilden. Herkömmliche Defibrillierungselektroden können auf dem gleichen oder einem unterschiedlichen Katheter einen zweiten Kanal bilden. Zwei Kanäle können ebenfalls durch die Verwendung dreier Elektroden erreicht werden, indem eine der vorhergehenden Elektroden zwei oder mehreren Kanälen gemeinsam ist. Eine oder zwei epikardiale Flecken-Elektroden können verwendet werden, um einen zusätzlichen Kanal zu schaffen. Das Gleiche gilt für eine oder zwei endokardiale Spulen und eine oder zwei subkutane Flecken-Elektroden. Das Gehäuse des Defibrillator-Kardioverter-Moduls kann ebenfalls als eine der Fernfeld-Elektroden verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine empfindliche, schnelle und genaue Anzeige des Beginns von Herzflimmern vorzusehen, und einer monomorphen Kammer-Tachykardie, welche ausgelöst wird, um diese Methoden bei jeglicher Abweichung vom normalen Sinus-Rhythmus im normalen Bereich, d. h. 60 bis 120 pro Minute, anzuwenden. Sie nutzt die auffälligsten Eigenschaften des Fibrillierungszustandes, das Fehlen einer koordinierten oder synchronen Kontraktion durch die verschiedenen Bestandteile des Herzmuskels. Das System der Erfindung beobachtet elektrische Spannung gegen-Zeit-Signale von zwei oder mehreren Stellen auf oder in dem Herzen. Mittels bekannter Signalverarbeitungstechniken werden diese Signale in Impulse standardisierter Höhe und Dauer überführt, wobei jeder von einer auffälligen Eigenschaft der Wellenform für jede Herzperiode gewonnen wird, z. B. von ihrer Vorlaufkante oder ihrem Hauptmaximum, bei welchem Verfahren die nicht relevanten Informationen in der Wellenform eliminiert werden, wobei jedoch die für den gegenwärtigen Zusammenhang wichtigste Eigenschaft erhalten bleibt, nämlich der genaue Zeitpunkt des Eintreffens. Das erfindungsgemäße System verwendet weiterhin elektronische Standardtechniken, insbesondere Zähler, um die Verzögerungszeit zwischen den Sätzen standardisierter Impulse zu bestimmen. Das Bestimmen der Verzögerungszeit erlaubt eine Unterscheidung zwischen monomorpher Kammer-Tachykardie, für welche ein Niedrigenergieschock (oder Cardioversion) angebracht ist, und andere Zustände von Tachykardie, bei welchen ein Schock unnötig oder nicht hilfreich ist. Daher ist das System der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine Ent scheidung bezüglich eine Cardioversion-Entladung verläßlicher auszulösen, als es nach dem Stand der Technik möglich war.
Die Bewertung Impuls-Koinzidenz oder -Gleichzeitigkeit gehört ebenfalls zum Standard der Elektrotechnik. Es ist weiterhin eine Selbstverständlichkeit der Signalanalyse, daß sie die Koinzidenzrate als einen Bruchteil der gesamten Impulsrate bestimmt. Bei einem normalen Herzen nähert sich dieser Bruchteil Eins (100%), während er bei einem flimmernden Herzen weit darunter liegend erwartet werden kann. Das System der vorliegenden Erfindung ist also in der Lage, eine Entscheidung bezüglich eine Cardioversion-Entladung verläßlicher auszulösen, als es nach dem Stand der Technik möglich war.
Vielfältige Abwandlungen der vorliegenden Erfindung können vorgenommen werden, ohne vom ihrem Umfang abzuweichen, wie es in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Flimmer- und Tachykardie-Nachweissystem zum Nachweisen, ob sich das Herz eines Patienten im normalen Herzrhythmus oder in einem abnormalen Herzrhythmus befindet, enthaltend:

lokale Nachweismittel (14, 16; 34, 36) zum Abfühlen eines lokalen elektrischen Signals (82), welches Herztätigkeit in einem lokalen Gebiet aus einer Anzahl von lokalen Gebieten des Herzens des Patienten darstellt, wobei jedes lokale Gebiet ein lokales elektrisches Signal hat; und

globale Nachweismittel (18, 20; 40, 42) zum Abfühlen eines globalen elektrischen Signals (84), welches Herztätigkeit in einem globalen Gebiet des Herzens des Patienten darstellt, wobei das globale Gebiet die Anzahl an lokalen Gebieten enthält, so daß das globale elektrische Signal (84) einen elektrischen Mittelwert der lokalen elektrischen Signale der Anzahl von lokalen Gebieten darstellt;

dadurch gekennzeichnet, daß das System ebenfalls enthält:

Mittel (114, 116) zum aufeinanderfolgenden Messen eines Verzögerungswertes zwischen einer ersten Zeit, zu der das globale elektrische Signal (84) ein vorbestimmtes Auslösekriterium erfüllt, und einer zweiten Zeit, zu der das lokale elektrische Signal (82) das vorbestimmte Auslösekriterium erfüllt; und

Mittel (118) zum Speichern und Vergleichen einer Reihe der Verzögerungswerte, um nachzuweisen, ob sich das Herz des Patienten in einem abnormalen Herzrhythmus befindet oder ob sich das Herz des Patienten in einem normalen Rhythmus befindet.

2. Nachweissystem nach Anspruch 1, bei welchem die globalen Nachweismittel mindestens eine Fernfeld-Elektrode (18, 20; 40, 42) enthalten.

3. Nachweissystem nach Anspruch 2, bei welchem die Fernfeldelektrode eine epikardiale Flecken-Elektrode (40, 42) ist.

4. Nachweissystem nach Anspruch 2, bei welchem die Fernfeld- Elektrode eine subkutane Flecken-Elektrode ist.

5. Nachweissystem nach Anspruch 2, bei welchem die Fernfeldelektrode ein implantiertes Gehäuse ist, welches ein Herz- Defibrillationssystem als eine implantierbare Vorrichtung aufnimmt.

6. Nachweissystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Mittel (118) zum Speichern und Vergleichen enthalten:

Mittel zum Speichern einer Anzahl von Verzögerungswerten;

Mittel zum Bestimmen eines Mittelwertes für die Anzahl der Verzögerungswerte;

Mittel zum Bestimmen einer Standardabweichung für die Anzahl der Verzögerungswerte;

Mittel zum Anzeigen eines Nachweises eines Herzkammerflimmerns, falls die Standardabweichung größer als ein erster vorbestimmter Wert ist;

Mittel zum Anzeigen eines Nachweises einer monomorphen Tachykardie, falls der Mittelwert größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist.

7. Nachweissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Mittel (114, 116) zum aufeinanderfolgenden Messen enthalten:

erste Impulsnachweismittel (114) zum Erzeugen eines ersten digitalen Impulses, wenn das lokale elektrische Signal (82) das vorbestimmte Auslösekriterium erfüllt;

zweite Impulsnachweismittel (116) zum Erzeugen eines zweiten digitalen Impulses, wenn das globale elektrische Signal (84) das vorbestimmte Auslösekriterium erfüllt; und

Mittel zum Messen einer Zeitperiode zwischen den ersten und zweiten digitalen Impulsen, um den Verzögerungswert zu erzeugen.

8. Nachweissystem nach Anspruch 7, bei welchem die Mittel zum Messen der Zeitperiode ein getaktetes Schieberegister enthalten.

9. Nachweissystem nach Anspruch 7, bei welchem die Mittel zum Messen der Zeitperiode einen Zähler enthalten.

10. Nachweissystem nach Anspruch 7, bei welchem die Mittel zum Speichern und Vergleichen enthalten:

Mittel zum Verzögern des ersten digitalen Impulses um ein vorbestimmtes Maß, so daß ein verzögerter erster digitaler Impuls und der zweite digitale Impuls zu sammentreffen, wenn sich das Herz des Patienten in dem normalen Herzrhythmus befindet;

Mittel zum Abfühlen des Zusammentreffens über der Reihe von Verzögerungen zwischen den verzögerten ersten digitalen Impulsen und den zweiten digitalen Impulsen, um nachzuweisen, ob das Herz des Patienten flimmert; und

Mittel zum Bestimmen, ob ein Mittelwert der Zeitperioden über der Reihe von Verzögerungen größer ist als ein vorbestimmter Wert, um nachzuweisen, ob sich das Herz des Patienten in einer monomorphen Tachykardie befindet.

11. Nachweissystem nach Anspruch 1, bei welchem die lokalen Nachweismittel ein erstes Paar Elektroden (14, 16; 34, 36) enthalten, welche sich in einem Abstand von etwa 1 cm voneinander befinden, und die globalen Nachweismittel ein zweites Paar Elektroden (12, 18; 40, 42) enthalten, welche sich in einem größeren Abstand voneinander befinden als das erste Paar.