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WO1997039798A1 - Implantierbare herz-stimulationsvorrichtung - Google Patents

Implantierbare herz-stimulationsvorrichtung Download PDF

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WO1997039798A1
WO1997039798A1 PCT/EP1997/001989 EP9701989W WO9739798A1 WO 1997039798 A1 WO1997039798 A1 WO 1997039798A1 EP 9701989 W EP9701989 W EP 9701989W WO 9739798 A1 WO9739798 A1 WO 9739798A1
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frequency
cardiac
natural
extrasystole
stimulation device
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PCT/EP1997/001989
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Wietholt
Original Assignee
Dietmar Wietholt
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/362—Heart stimulators
    • A61N1/3621—Heart stimulators for treating or preventing abnormally high heart rate
    • A61N1/3622—Heart stimulators for treating or preventing abnormally high heart rate comprising two or more electrodes co-operating with different heart regions

Definitions

  • Implantable cardiac stimulation device
  • the invention relates to an implantable cardioverter defibrillator and / or pacemaker for stimulating the heart muscle (cardiac stimulation device), with at least one electrode to be connected to the heart muscle, a programmable electrical circuit for generating stimulation pulse sequences with which the electrode can be acted upon, and with an electronic memory connected to the said circuit, with which the electrical processes inherent in the heartbeat, in particular the systoles and their natural frequency f, can be registered and stored over several periods of the heartbeat, the electrical circuit evaluating the stored electrical processes and corresponding sequences of delivers antitachycardial and antibradycardial stimulation pulses.
  • cardiac stimulation devices namely cardioverter-defibrillators and so-called cardiac pacemakers (Pacer), traditionally work with types of stimulation which are used after the occurrence of tachyarrhythmias and cardiac flutter.
  • Such cardiac stimulation devices in the form of cardioverter defibrillators and / or pacers with anti-tachycardial or anti-bradycardial stimulation modes are known, for example according to US Pat. No. 4,052,991 and US Pat. No. 3,857,399.
  • the stimulation devices according to the aforementioned state of the art emits stimulation impulses which start with the antitachycardial function after the occurrence of tachycardia with a time delay (delay) of approx. 1 s.
  • the stimulation pulse sequence is shorter than the period of the
  • Systoles in tachycardia This shortened pulse sequence is intended to "intercept" the extrasystoles 0 that start with tachycardia.
  • the "delay" time is followed by a continuous stimulation with a frequency f that is higher than the natural frequency f.
  • This frequency f is mainly kept constant. 5
  • the task is to specify a cardiac stimulation device that can prevent the occurrence of tachycardia in advance.
  • a cardiac stimulation device namely a cardioverter defibrillator or a cardiac pacemaker of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the electrical circuit upon detection of one or the last of 5 several consecutive ones which do not comply with the natural frequency f Extrasystole (n) a sequence of stimulation pulses of the frequency f (t) can be generated, which after the occurrence of the extrasystole compared to the determined previous natural frequency f after a programmable time interval 0, which measures between 50 and 100% of an average time interval t between two natural frequency systoles, starts at a higher frequency f and then decreases continuously in frequency f until frequency f (t) falls below a natural frequency f to a frequency fsub 5 or ends at frequency f.
  • This type of generation of a sequence of stimulation pulses is carried out in a heart stimulation known per se.
  • Device as characterized in the preamble of claim 1.
  • the cardiac stimulation device generates a sequence of stimulation pulses with a higher frequency f than the frequency f (natural frequency), which is initially faster following an extra beat. A slowdown then takes place until the frequency f (t) corresponds to or falls below the natural frequency f.
  • Frequency f preferably ends when the
  • the stimulation device can therefore generate a further stimulation mode which intervenes after each extrasystole or after the last of a sequence of extrasystoles, which is followed by a longer "compensatory" pause without a delay beforehand for the first stimulation pulse of the order of 1 s, as in the prior art.
  • the time interval t between the occurred extrasystole and the first stimulation pulse be programmable with the frequency f, the time interval t between the occurred extrasystole and the first stimulation pulse preferably being between 60 and 90% of the mean time interval t between two natural-frequency systoles is.
  • the percentage can be programmed according to the premature nature of the extrasystole.
  • the frequency reduction can be carried out, for example, in such a way that the time interval of the stimulation pulses increases from pulse to pulse by at least 3%, preferably 6-18%.
  • An average time interval tm ⁇ an between two natural-frequency systoles for determining the frequency is considered to be a sliding one Average determined over several, for example 2-5 heartbeat periods.
  • the frequency determination starts at the last systole corresponding to the natural frequency.
  • the decrease in the initially higher frequency can be linear, for example according to the equation
  • the decrease in the initially higher frequency f can also be exponential, for example according to the equation
  • a further advantageous property of the cardiac stimulation device is if, when a further extrasystole is detected, the currently running stimulation sequence can be broken off and restarted after the extrasystole. This also ensures that normal heart systoles are not contrast-stimulated.
  • the cardiac stimulation device mentioned is further characterized in that it can be stimulated in the cardiac atrium or in the cardiac ventricle.
  • Fig. 1 shows an electrocardiogram of an untreated
  • FIG. 2 shows a stimulation sequence when extrasystoles occur for the prophylaxis of tachycardia.
  • Figure 1 shows a schematic representation with the time t as the X axis, the occurrence of systoles S 1, S2, S3, S ⁇ , SS at natural frequency, normal spacing. Shown in dashed lines is the time at which another own "normal"
  • Systole S is expected. In this case, however, an extrasystole ES occurs. The distance between S and ES is shorter than the normal distance between two systoles.
  • a further systole S occurs, which in turn is followed by an extrasystole ES, which has a shorter time interval from the systole than would be expected if a normal frequency (natural frequency) were maintained.
  • An expected normal systole S fails.
  • the so-called compensatory pause arises until another systole S occurs, which in many cases is followed by a so-called tachycardia (increase in heart rate to over 100 beats per minute).
  • tachycardia has an "unfavorable prognosis" (cf. PSCHYREMBEL, Clinical Dictionary, 255th edition, article "Tachycardia").
  • FIG. 2 shows the same initial situation.
  • the systoles with the normal frequency f S - S occur at the same time and normal intervals.
  • An extrasystole ES then occurs, namely at a shorter time interval than the frequency f.
  • Systole S (dashed) fails.
  • the cardiac stimulation device according to the invention in the cardiac atrium or cardiac ventricle after the extrasystole ES or the last extrasystole causes a sequence of extrasystoles shorter or equal time interval (50 - 100%) than the distance between the two normal systoles S 1, S2, ... S! triggered a stimulation pulse SI, followed by a second stimulation pulse SI and a third SI.
  • the intervals of the stimulation pulses are each drawn 10% larger than the previous one in FIG. In reality, the magnification is only about 3-5%. Stimulation pulses are emitted over such a long period of time until normal self-systole S occurs again.
  • the current stimulation pulse sequence is also terminated and restarted after the occurrence of the extrasystole or a sequence of extrasystoles.
  • tachycardia can obviously be prevented in many cases by the pulse sequences generated by the cardiac stimulation device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Herz-Stimulationsvorrichtung, mit deren elektrischem Schaltkreis bei Feststellung einer oder der letzten von mehreren aufeinanderfolgenden, nicht der Eigenfrequenz fe gehorchenden Extrasystole(n) (ES) eine Folge von Stimulationsimpulsen (SI) der Frequenz fs(t) erzeugbar ist, die nach dem Auftreten der Extrasystole gegenüber der festgestellten vorherigen Eigenfrequenz fe nach einem programmierbaren Zeitintervall ti, das zwischen 50 und 100 % eines mittleren Zeitintervalls tmean zwischen zwei eigenfrequenten Systolen beträgt, mit einer höheren Frequenz fsi einsetzt und dann stetig in der Frequenz fs abnimmt, bis die Frequenz fs(t) bis unter die Eigenfrequenz fe auf eine Frequenz fsub fällt oder mit der Frequenz fe endet.

Description

Implantierbare Herz-Stimulationsvorrichtung
Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Kardioverter- Defibrillator und/oder Herzschrittmacher zum Stimulieren des Herzmuskels (Herz-Stimulationsvorrichtung), mit wenigstens einer mit dem Herzmuskel zu verbindenden Elektrode, einem programmierbaren elektrischen Schaltkreis zur Erzeugung von Stimulationsimpulsfolgen, mit denen die Elektrode beaufschlagbar ist, und mit einem mit dem genannten Schaltkreis verbundenen elektronischen Speicher, mit dem über mehrere Perioden des Herzschlags hinweg die herzschlag¬ immanenten elektrischen Vorgänge, insbesondere die Systolen und deren Eigenfrequenz f , registrierbar und speicherbar sind, wobei der elektrische Schaltkreis die gespeicherten elektrischen Vorgänge auswertet und entsprechende Folgen von antitachykardialen und antibradykardialen Stimulations¬ impulsen abgibt.
Die beiden wesentlichen Typen von Herzstimulationsvor- richtungen, nämlich Kardioverter-Defibrillatoren und sogenannte Herzschrittmacher (Pacer), arbeiten herkömmlich mit Stimulationsarten, die nach dem Auftreten von Tachyarrhythmien und Herzflattern, einsetzen.
Derartige Herz-Stimulationsvorrichtungen in der Form von Kardioverter-Defibrillatoren und/oder Pacern mit anti¬ tachykardialen oder antibradykardialen Stimulationsmodi sind bekannt, z.B. gemäß US-PS 4 052 991 und US-PS 3 857 399. Die Stimulationsvorrichtungen gemäß dem vorgenannten Stand der l Technik geben jedoch Stimulationsimpulse ab, die bei der antitachykardialen Funktion nach dem Auftreten von Tachy- kardien mit einer Zeitverzögerung (delay) von ca. 1 s einsetzen.
5
Sie wirken übereinstimmend, d.h. die Periodendauer der
Stimulationsimpulsfolge ist kürzer als die Periodendauer der
Systolen in der Tachykardie. Diese verkürzte Impulsfolge soll die bei der Tachykardie einsetzenden Extrasystolen 0 "abfangen". Bei Betrachtung der bei Tachykardien auftretenden Systolen-Frequenzen schließt sich demnach an die "delay"-Zeit eine kontinuierliche Stimulation mit einer gegenüber der Eigenfrequenz f erhöhten Frequenz f an.
Diese Frequenz f wird vorwiegend konstant gehalten. 5
Es stellt sich die Aufgabe, eine Herz-Stimulationsvor¬ richtung anzugeben, die das Auftreten von Tachykardien im Vorfeld zu verhindern vermag.
Q Diese Aufgabe wird durch eine Herz-Stimulationsvorrichtung, nämlich einen Kardioverter-Defibrillator oder einen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem elektrischen Schaltkreis bei Feststellung einer oder der letzten von 5 mehreren aufeinanderfolgenden, nicht der Eigenfrequenz f gehorchenden Extrasystole(n) eine Folge von Stimulations¬ impulsen der Frequenz f (t) erzeugbar ist, die nach dem Auftreten der Extrasystole gegenüber der festgestellten vorherigen Eigenfrequenz f nach einem programmierbaren Zeit¬ 0 intervall t , das zwischen 50 und 100% eines mittleren Zeitintervalls tmeβn zwischen zwei eigenfrequenten Systolen beträgt, mit einer höheren Frequenz f einsetzt und dann stetig in der Frequenz f abnimmt, bis die Frequenz f (t) bis unter die Eigenfrequenz f auf eine Frequenz fsub fällt 5 oder mit der Frequenz f endet.
Diese Art der Erzeugung einer Folge von Stimulationsimpulsen wird ausgeführt in einer an sich bekannten Herz-Stimulations- Vorrichtung wie im Oberbegriff des Anspruches 1 charakterisiert.
Die erfindungsgemäße Herz-Stimulationsvorrichtung erzeugt eine im Anschluß an einen Extraschlag zunächst schnellere Folge von Stimulationsimpulsen mit einer höheren Frequenz f als die Frequenz f (Eigenfrequenz). Es erfolgt dann eine stetige Verlangsamung, bis die Frequenz f (t) der Eigenfrequenz f entspricht oder diese unterschreitet. Die
Frequenz f endet vorzugsweise bei Erreichen der
Eigenfrequenz f .
Die erfindungsgemäße Stimulationsvorrichtung kann daher neben den genannten und weiterhin verfügbaren Stimula- tionsmodi einen weiteren Stimulationsmodus erzeugen, der nach jeder Extrasystole oder nach der letzten einer Folge von Extrasystolen eingreift, auf die eine längere "kompensa- torische" Pause folgt, ohne daß vorher eine Verzögerung für den ersten Stimulationsimpuls in einer Größenordnung von 1 s, wie beim Stand der Technik, einsetzt.
So wird vorgeschlagen, daß das Zeitintervall t zwischen der aufgetretenen Extrasystole und dem ersten Stimulationsimpuls mit der Frequenz f programmierbar ist, wobei vorzugsweise das Zeitintervall t zwischen der aufgetretenen Extrasystole und dem ersten Stimulationsimpuls zwischen vorzugsweise 60 und 90 % des mittleren Zeitintervalls t zwischen zwei eigenfrequenten Systolen beträgt. Der Prozentsatz kann programmiert je nach der Vorzeitigkeit der Extrasystole variiert werden.
Die Frequenz-Erniedrigung kann beispielsweise dahingehend durchgeführt werden, daß der zeitliche Abstand der Stimu¬ lationsimpulse sich von Impuls zu Impuls um wenigstens 3 % vergrößert, vorzugsweise 6 - 18 %.
Ein mittleres Zeitintervall tmβan zwischen zwei eigenfrequen- ten Systolen zur Bestimmung der Frequenz wird als gleitender Mittelwert über mehrere, beispielsweise 2 - 5 Herzschlag- Perioden bestimmt.
Bei Auftreten zweier Extrasystolen ES in unterschiedlichem zeitlichem Abstand setzt die Frequenzbestimmung bei der letzten der Eigenfrequenz entsprechenden Systole an.
Die Abnahme der zunächst höheren Frequenz kann linear erfolgen, beispielsweise nach der Gleichung
Figure imgf000006_0001
erfolgt, wobei t 2 der zeitliche Endpunkt der Stimulations- folge ist, bei dem f = f ist oder - bei fehlenden Eigenrythmus - auf der eingestellten unteren Frquenz des Herzschrittmachers verbleibt.
Die Abnahme der zunächst höheren Frequenz f kann auch exponentiell, beispielsweise nach der Gleichung
Figure imgf000006_0002
erfolgen, wobei α = (1/t )-ln(f /f ) ist.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Herz-Stimulations¬ vorrichtung ist, wenn bei Detektion einer weiteren Extra¬ systole die derzeit laufende Stimulationssequenz abbrechbar und nach der Extrasystole neu startbar ist. Hierdurch wird darüberhinaus gewährleistet, daß eigene normale Systolen des Herzens nicht kontrastimuliert werden.
Die genannte Herz-Stimulationsvorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß mit ihr im Herz-Atrium oder im Herz-Ventrikel stimulierbar ist.
Ein Anwendungsbeispiel wird anhand von zwei schematischen Kardiogrammen erläutert. Die Figuren zeigen: Fig. 1 ein Elektrokardiogramm einer unbehandelten
Tachykardie mit vorangehenden Extrasystolen;
Fig. 2 eine Stimulationssequenz bei Auftreten von Extrasystolen zur Prophylaxe von Tachykardien.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung mit der Zeit t als X-Achse das Auftreten von Systolen S 1, S2, S3, S Λ, SS im eigenfrequenten, normalen Abstand. Gestrichelt dargestellt ist der Zeitpunkt, zu dem eine weitere eigene "normale"
Systole S erwartet wird. In diesem Falle tritt jedoch eine Extrasystole ES auf. Dabei ist der Abstand zwischen S und ES gegenüber dem normalen Abstand zweier Systolen verkürzt.
Zum erwarteten Zeitpunkt bei Zugrundelegung einer Eigen¬ frequenz f tritt eine weitere Systole S auf, die wiederum von einer Extrasystole ES gefolgt wird, die einen kürzeren zeitlichen Abstand von der Systole aufweist, als bei Einhalten einer normalen Frequenz (Eigenfrequenz) zu erwarten wäre. Eine zu erwartende normale Systole S fällt dagegen aus. Es entsteht die sogenannte kompensatorische Pause bis zum Auftreten einer weiteren Systole S , die in vielen Fällen von einer sogenannten Tachykardie (Steigerung der Herzfrequenz auf über 100 Schläge pro Minute) gefolgt wird. Eine solche Tachykardie besitzt eine "ungünstige Prognose" (vgl. PSCHYREMBEL, Klinische Wörterbuch, 255. Auflage, Artikel "Tachykardie").
Figur 2 zeigt die gleiche Anfangssituation. Die Systolen mit der normalen Frequenz f S - S treten in gleichem zeitlichen und normalen Abständen auf. Es tritt dann eine Extrasystole ES auf, und zwar in einem zeitlich kürzeren Abstand als es der Frequenz f entspricht. Die Systole S (gestrichelt) fällt aus. In der dann einsetzenden kompen- satorischen Pause wird durch die Herz-Stimulations¬ vorrichtung gemäß Erfindung im Herz-Atrium oder im Herz-Ventrikel nach Auftreten der Extrasystole ES oder der letzten Extrasystole einer Folge von Extrasystolen unter kürzerem oder gleichem Zeitabstand (50 - 100%) als der Abstand zwischen den beiden Normalsystolen S 1, S2, ... S! ein Stimulationsimpuls SI ausgelöst, dem ein zweiter Stimulationsimpuls SI und ein dritter SI folgen.
Je nach der Verzögerung der Extrasystole im Bereich von beispielsweise 200 ms bis 600 ms ergibt sich eine Variation von t zwischen 50 und 100 % des mittleren Zeitintervalls t , etwa nach folgender Tabelle:
Vorzeitigkeit ti. in % von tπean der ES
< 200 ms 60
< 300 ms 70
< 400 ms 80
< 500 ms 90
< 600 ms 100
Die Abstände der Stimulationsimpulse sind in der Figur 2 jeweils 10 % größer als der vorhergehende gezeichnet. In Wirklichkeit beträgt die Vergrößerung nur etwa 3 - 5 %. Es werden über einen so langen Zeitraum Stimulationsimpulse abgegeben, bis wieder eine normale Eigensystole S auftritt.
Bei Auftreten einer Extrasystole wird auch die derzeit laufende Stimulationsimpulssequenz abgebrochen und nach dem Auftreten der Extrasystole oder einer Folge von Extrasystolen neu gestartet.
Es zeigt sich, daß durch die durch die Herz-Stimulations- Vorrichtung erzeugten Impulssequenzen eine Tachykardie offensichtlich in vielen Fällen verhindert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Implantierbarer Kardioverter-Defibrillator und/oder Herzschrittmacher zum Stimulieren des Herzmuskels (Herz- Stimulationsvorrichtung) , mit wenigstens einer mit dem Herzmuskel zu verbindenden Elektrode, einem programmierbaren elektrischen Schaltkreis zur Erzeugung von Stimulationsimpuls-Folgen, mit denen die Elektrode beaufschlagbar ist, und mit einem mit dem genannten Schaltkreis verbundenen elektronischen Speicher, mit dem über mehrere Perioden des Herzschlags hinweg die herzschlag¬ immanenten elektrischen Vorgänge, insbesondere die Systolen und deren Eigenfrequenz f , registrierbar und speicherbar sind, wobei der elektrische Schaltkreis die gespeicherten elektrischen Vorgänge auswertet und entsprechende Folgen von antitachykardialen und antibradykardialen Stimulations¬ impulsen abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem elektrischen Schaltkreis bei Feststellung einer oder der letzten von mehreren aufeinanderfolgenden, nicht der Eigenfrequenz f gehorchenden Extrasystole(n) (ES) eine Folge von Stimulationsimpulsen (SI) der Frequenz f (t) erzeugbar ist, die nach dem Auftreten der Extrasystole gegenüber der festgestellten vorherigen Eigenfrequenz f nach einem programmierbaren Zeitintervall t , das zwischen 50 und 100% eines mittleren Zeitintervalls t zwischen zwei eigenfrequenten Systolen beträgt, mit einer höheren Frequenz f Bi einsetzt und dann stetig in der Frequenz fS abnimmt, bis die Frequenz f (t) bis unter die Eigenfrequenz f auf eine Frequenz f fällt oder mit der Frequenz f endet.
2. Herz-Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall t zwischen der aufgetretenen einzelnen Extrasystole (ES) oder der letzten von mehreren aufeinanderfolgenden Extrasystolen und dem ersten Stimulationsimpuls (SIl) zwischen 60 und 90% des mittleren Zeitintervalls t zwischen zwei eigenfrequenten Systolen beträgt.
3. Herz-Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall t entsprechend dem Zeitraum t zwischen dem Auftreten einer Extrasystole (ES) und der letzten Eigensystole (S ) variierbar ist.
4. Herz-Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Zeitintervall t TTΛβeiπ zwischen zwei eigenfrequenten Systolen als gleitender
Mittelwert über mehrere, z.B. 2 bis 5 Herzschlag-Perioden, bestimmt wird.
5. Herz-Stimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme der zunächst höheren Frequenz f Si linear, d.h. nach der Gleichung
fs(t) = fsi[1 + t.(fe - fsi)/t21
erfolgt, wobei t der zeitliche Endpunkt der Stimulations¬ folge ist, bei dem f = f ist oder - bei fehlendem Eigenrythmus - auf der eingestellten unteren Frequenz des Herzschrittmachers verbleibt.
6. Herz-Stimulationsvrrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme der zunächst höheren Frequenz f exponentiell, d.h. nach der Gleichung
Figure imgf000010_0001
erfolgt, wobei α = (1/t 2)-ln(fα/fsi) ist.
7. Herz-Stimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, falls eine weitere Extrasystole oder eine weitere Folge von Extrasystolen auftritt, die derzeit laufende Stimulationsimpulssequenz abbrechbar und nach der Extrasystole oder Folge von Extrasystolen neu startbar ist.
8. Herz-Stimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser im Herz-Atrium oder im Herz-Ventrikel stimulierbar ist.
PCT/EP1997/001989 1996-04-20 1997-04-19 Implantierbare herz-stimulationsvorrichtung WO1997039798A1 (de)

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