DE10132228C1

DE10132228C1 - Pacemaker with periodic modulation of individual stimulation intervals

Info

Publication number: DE10132228C1
Application number: DE2001132228
Authority: DE
Inventors: Karl Stangl; Roland Heinze
Original assignee: Individual
Current assignee: Vitatron NV
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: WO2003002195A2; WO2003002195A3

Abstract

Herzschrittmacher mit einer Vorrichtung zur Messung mindestens eines Herzfunktionsparameters und einer Vorrichtung, die einzelne Stimulationsintervalle derart periodisch moduliert, dass der Grad der Modulation abhängig sowohl von der Dauer des diastolischen Intervalls als auch von den durch die Modulationen evozierten Änderungen des Herzfunktionsparameters geregelt wird, so dass bestimmte Phasen der elektrischen und mechanischen Restitution unabhängig von der Systolendauer und mit gleichbleibender Genauigkeit abgetastet werden können.Cardiac pacemaker with a device for measuring at least one cardiac function parameter and a device that periodically modulates individual stimulation intervals in such a way that the degree of modulation is regulated depending on both the duration of the diastolic interval and the changes in the cardiac function parameter evoked by the modulations, so that certain Phases of electrical and mechanical restitution can be scanned independently of the systole duration and with constant accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a pacemaker the preamble of the main claim.

Bei der Weiterentwicklung messtechnischer bzw. dia gnostischer Funktionen von Herzschrittmachern zur Op timierung 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.In the further development of metrological or dia Gnostic functions of pacemakers for op The timing of the stimulation parameters is paramount distinguish 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 hand.

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 Stimula tion nicht detektierbar bzw. differenzierbar wären.The present invention is based on work that are assigned to the second task, and the follow the well-known measurement method approach, through targeted stimulation of the measurement object reactions to evoke the specific functional characteristics of the measurement object and that without stimuli tion would not be detectable or differentiable.

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 sog. extrasystolischer Stimulationsintervalle die Dauer des diastolischen Regenerations- bzw. Restitutionsprozesses des Herzens verändert, was im folgenden (extra-)systolischen Intervall eine Veränderung sowohl des Aktionspoten tials als auch der Kontraktionskraft 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 Reak tion der folgenden (extra-)systolischen Herzfunk tionen, die als systolische Restitutionscharakte ristik definiert wird, haben einen exponentiellen Verlauf. Da beide Prozesse sinngemäß miteinander korrelieren, ist es über die Restitutionscharakteris tik möglich, die diastolische Regeneration zu analy sieren, auch wenn sie mit dem verfügbaren Messparame ter direkt nicht messbar ist, wie etwa die elektri sche Restitution mit Hilfe des EKG's. Zentrale Bedeu tung hat dabei die Zeitkonstante der Regenerations- bzw. Restitutionscharakteristik, da sie eine Aussage über die Anpassungsdynamik des Myokards liefert, und damit die Information über den aktuellen Belastungs grad des Herzens sowie dessen Leistungsreserve. Diese Informationen sind aber nicht nur für die optimale Steuerung der Schrittmacherfunktionen wie etwa der Stimulationsfrequenz wesentlich, sondern auch allge mein für diagnostische Zwecke.So offers artificial stimulation of the heart through the pacemaker the possibility of being passive not measurable characteristic of electrical and mechanical restitution. Doing so by modulating individual so-called extrasystolic Pacing intervals are the duration of the diastolic Regeneration or restitution process of the heart changed what in the following (extra) systolic Interval a change in both the action pots tials as well as the contraction force of the myocardium evokes and therefore in combination with the changed preload and afterload to a changed Stroke volume of the ventricle. Both processes, both the diastolic restitution and the with increasing, diastolic shortening decreasing reak tion of the following (extra) systolic cardiac radio functions as systolic restitution charters ristik defined have an exponential Course. Since both processes are mutually analogous correlate, it is about the restitution character tic possible to analyze the diastolic regeneration sieren, even if with the available measurement parameter is not directly measurable, such as the electri Restitution using the EKG. Central meaning the time constant of the regeneration or restitution characteristics, since they are a statement about the adaptation dynamics of the myocardium, and thus the information about the current load degree of the heart and its performance reserve. This But information is not just for the optimal Control pacemaker functions such as the Stimulation frequency essential, but also general mine for diagnostic purposes.

Die Modulation einzelner Stimulationsintervalle in Herzschrittmachern und die Analyse der dadurch evo zierten, spezifischen Veränderungen von Herzfunk tionsparametern zur Verbesserung der Frequenzregelung ist bekannt. Es wurden bereits drei Ausführungsformen 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 (EP 0 551 355) Weiterhin wurde die Einzelpulsmodulation bei unterschiedlichen Modulati onsgraden und unterschiedlichen Stimulationsfrequen zen vorgeschlagen, um charakteristische Reaktionsmus ter von intrakardialen Messparametern zu erfassen und deren Änderungsverhalten für die Diagnose und Fre quenzregelung zu nutzen (DE 44 47 447 C2). In einem anderen Ansatz wurde die Methode der Einzelpulsmodu lation angewandt, um den Gradienten der elektrischen Restitutionscharakteristik zu analysieren und als Re gelparameter zur kontinuierlichen Frequenzregelung zu nutzen (DE 199 00 690 C1).The modulation of individual stimulation intervals in Pacemakers and the analysis of the evo graced, specific changes in cardiac radio tion parameters to improve frequency control is known. There have been three embodiments described that apply the modulation principle. So it was suggested about in case of intracardiac Impedance measurements to determine the stroke volume calibrate the impedance measurements and noise signals to filter (EP 0 551 355) Furthermore, the Single pulse modulation with different modulations degrees and different stimulation frequencies zen suggested to characteristic reaction pattern intracardiac measurement parameters and their change behavior for diagnosis and Fre to use frequency control (DE 44 47 447 C2). In one Another approach was the method of single pulse modulation lation applied to the gradient of the electrical Analyze restitution characteristics and as Re gel parameters for continuous frequency control use (DE 199 00 690 C1).

Bei den genannten Konzepten hat es sich als nachtei lig erwiesen, dass die Modulation einzelner Stimula tionsintervalle (ESI) in festen Modulationsperioden und mit einer prozentual zur Basiszykluslänge bzw. mittleren Stimulationsintervalldauer festen Modula tionsamplitude vorgenommen wird. Da die Dauer systo lischer bzw. diastolischer Funktionsintervalle nicht nur interindividuell, sondern vor allem infolge (pa tho-)physiologischer Veränderungen des Myokards stark schwanken kann, bedeutet dies bei einem fest auf die Basiszykluslänge bezogenen extrasystolischen Stimula tionspuls, dass die Messung verfälscht wird, weil un terschiedliche Phasen der diastolischen Restitution abgetastet werden. So führt etwa die Bewertung der Restitutionscharakteristik in der bekannten Form dazu, dass bei niedriger Stimulationsfrequenz vorran gig das Verhalten der langsamen Restitutionsphase mit einer Zeitkonstante Tr1 von etwa 400 bis 1000 ms ana lysiert wird und bei hoher Stimulationsfrequenz vor rangig 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 Tr1 und Tr2 führen, wie etwa die Gabe chronotrop oder inotrop wirkender Medikamente, nicht differenziert werden können. Außerdem haben akute un spezifische Schwankungen systolischer Intervalle, wie etwa die Verlängerung des QT-Intervalls bei Belas tungsbeginn, eine Verfälschung der Restitutionsana lyse zur Folge, die - wenn überhaupt - nur mit auf wendigen Korrekturberechnungen bei der Signalanalyse kompensiert werden können.With the concepts mentioned, it has proven to be a disadvantage lig proved that modulation of individual stimula tion intervals (ESI) in fixed modulation periods and with a percentage of the basic cycle length or mean stimulation interval duration fixed modules tion amplitude is made. Since the duration systo lical or diastolic function intervals not only interindividually, but mainly as a result of (pa tho-) physiological changes in the myocardium strongly can fluctuate, this means in a firm on the Base cycle length related extrasystolic stimula tion pulse that the measurement is falsified because un Different phases of diastolic restitution be scanned. For example, the evaluation of the Restitution characteristics in the familiar form that with a low stimulation frequency the behavior of the slow restitution phase a time constant Tr1 of approximately 400 to 1000 ms ana is lysed and at a high stimulation frequency the influence of the rapid restitution phase with a time constant Tr2 of approximately 100 to 200 ms. That means operations that are different Reactions between the specific myocardial Time constants Tr1 and Tr2 lead, such as the gift chronotropic or inotropic drugs, not can be differentiated. They also have acute un specific fluctuations in systolic intervals, such as such as extending the QT interval at Belas beginning, a falsification of the restitutionana result in lysis, which - if at all - only with nimble correction calculations for signal analysis can be compensated.

Weiterhin machen es die symmetrisch zur mittleren Dauer der Stimulationsintervalle durchgeführten In tervallmodulationen erforderlich, entweder die maxi male Stimulationsfrequenz oder den Modulationsgrad bei erhöhter Stimulationsfrequenz von vornherein stark einzuschränken, um bei den verkürzten Stimula tionsintervallen eine Stimulation im refraktären Be reich des Myokards auszuschließen. Diese Einschrän kung führt aber zu einer kritischen Reduktion der Sensitivität der Messmethode, die sich bei den im Schrittmacherbereich prinzipiell zu berücksichtigen den großen Störeinflüssen als kritisch für den Ein satz der Messmethode erweisen kann. Besonders nach teilig wirkt sich das mit der bisherigen Modulations form aus, wenn sie in Zweikammerschrittmachern einge setzt wird, da hier die Modulationsdynamik zusätzlich durch die Dauer des AV-Intervalls eingeschränkt wird.Furthermore, they make it symmetrical to the middle one Duration of the stimulation intervals performed In tervallmodulationen required, either the maxi male stimulation frequency or the degree of modulation with increased stimulation frequency from the outset severely restrict to the shortened stimula intervals a stimulation in the refractory Be range of the myocardium. This limitation kung leads to a critical reduction of the Sensitivity of the measurement method, which is different in the In principle, the pacemaker area must be taken into account the major interferences as critical for the one set of measurement method can prove. Especially after This has a partial effect with the previous modulation shape out when turned into dual chamber pacemakers is set, since the modulation dynamics are additional here is limited by the duration of the AV interval.

Bei einem weiteren Konzept wurde die Modulation ein zelner Stimulationsintervalle des Vorhofs beschrie ben, um zu analysieren, inwieweit dadurch Änderungen der Dauer zwischen Vorhof- und autonomer Ventri kelstimulation (AV-Intervall) bewirkt werden (DE 36 25 894). Diese Modulation dient zwar letztlich auch der Optimierung der Stimulationsfrequenz, ist aber wie die vorhergehenden Ansätze ungeregelt, d. h. ohne Kontrolle systolischer oder diastolischer Funk tionsverläufe, abgesehen davon, dass dieses Prinzip nur für den Sonderfall der Vorhofstimulation geeignet ist, weil hier ein Parameter, nämlich das AV-Inter vall, untersucht wird, das im normalen Zweikammer schrittmacher vom System selbst geregelt wird. Another concept involved modulation described individual stimulation intervals of the atrium to analyze the extent to which changes result the duration between atrial and autonomous ventri stimulation (AV interval) (DE 36 25 894). This modulation ultimately serves also the optimization of the stimulation frequency but like the previous approaches unregulated, d. H. without control of systolic or diastolic radio tion courses, apart from that this principle only suitable for the special case of atrial stimulation is because here a parameter, namely the AV inter vall, which is examined in normal bicameral pacemaker is regulated by the system itself.

Aus der DE 100 29 677 A1 ist ein Herzschrittmacher mit Regelung zur belastungsabhängigen Steuerung der atrialen Stimulationsfrequenz bekannt. Hierbei ist eine Berechnungseinheit vorgesehen, die eine Regel einheit aufweist, welche die Werte für die Stimula tionsfrequenz mittels einer rekursiven Differenzglei chung berechnet, wobei der Regeleinheit als Regler eingangsgröße ein von einer Sensoreinheit gemessener Messwert und als Führungsgröße ein für einen Schritt macherträger spezifischer Referenzwert vorgebbar ist.DE 100 29 677 A1 describes a pacemaker with regulation for load-dependent control of the known atrial pacing rate. Here is a calculation unit is provided, which is a rule unit which contains the values for the stimula frequency by means of a recursive difference equation chung calculated using the control unit as a controller input variable a measured by a sensor unit Measured value and as a reference variable for one step makers specific reference value can be specified.

Aus der WO 99/44680 und der WO 01/17608 A1 sind wei tere Herzschrittmacher bekannt, die eine Vorrichtung zur Messung mindestens eines Herzfunktionsparameters umfassen, wobei weitere Vorrichtungen zur Erzeugung von Stimulationspulsen vorgesehen sind.From WO 99/44680 and WO 01/17608 A1 are white tere pacemakers known to have a device for measuring at least one cardiac function parameter comprise, wherein further devices for production of stimulation pulses are provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Herz schrittmachern die Modulation einzelner Stimulations intervalle so zu steuern, dass eine Analyse der elek trischen oder mechanischen Restitution nicht nur phasenspezifisch, sondern auch im gesamten Bereich der Stimulationsfrequenz genauer und zuverlässiger möglich ist.The invention is based, at heart pacemakers modulate individual stimulations Control intervals so that an analysis of the elec trical or mechanical restitution not only phase-specific, but also in the entire area the stimulation rate more accurate and reliable is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by the features of the main claim solved.

Der erfindungsgemäße Herzschrittmacher moduliert im Gegensatz zu den bisherigen Systemen die Stimulati onsintervalle nicht fest bezogen auf die Basiszyklus länge bzw. mittlere Stimulationsintervalldauer, son dern abhängig sowohl von der Diastolendauer als auch vom Wert der durch die Intervallmodulationen evozier ten Modulationen des zu untersuchenden Herzfunktions parameters. 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 elek trischen und mechanischen Restitutionscharakteristik möglich.The pacemaker according to the invention modulates in Contrary to the previous systems the stimulati ons intervals not fixed in relation to the basic cycle length or mean stimulation interval duration, son depending on the duration of the diastole as well of the value evoked by the interval modulations modulations of the cardiac function to be examined parameters. This will not only cover the area of Stimulation rate expanded, within which the Method can be used, but it will a more precise and phase-specific analysis of the elec trical and mechanical restitution characteristics possible.

Zur phasenspezifischen Abtastung der diastolischen Restitution wird zunächst ein extrasystolischer Modu lationswert berechnet, bei dem die Diastolendauer des modulierten Intervalls einen von der Programmsteue rung 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 be stimmte Phasenmitte werden dann zwei weitere extra systolische Modulationswerte so berechnet, dass eine zur Phasenmitte symmetrische Modulationen stattfin det, wobei der Modulationshub, der die Breite der ab zutastenden Phase bestimmt, abhängig von der Mess wertmodulation geregelt wird, um auf der einen Seite einen minimalen Modulationspegel und damit eine mini male Grundgenauigkeit zu gewährleisten sowie auf der anderen Seite die Modulation der Stimulationsinter valle so klein wie möglich zu halten, um so wenig wie möglich von der normalen Stimulation abzuweichen.For phase-specific scanning of the diastolic Restitution first becomes an extrasystolic module ration value calculated at which the diastole duration of the modulated interval one from the program control tion has a predeterminable value which is the middle of the scanning phase defined, and the, since firmly related to the Be beginning of the diastole, regardless of fluctuations in the systolic interval. Related to the so be agreed mid-phase then two more extra systolic modulation values calculated so that a symmetrical modulations take place in the middle of the phase det, the modulation stroke, which is the width of the probing phase determined depending on the measurement Value modulation is regulated on the one hand a minimal modulation level and thus a mini to ensure basic accuracy as well as on the on the other hand, the modulation of the stimulation inter to keep valle as small as possible to as little as possible possible to deviate from 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 Restitu tion einen zusätzlichen Sensor, der wie etwa Druck sensoren oder akustische Sensoren imstande ist, das Öffnen bzw. Schließen der Pulmonalklappen und der AV- Klappen anzuzeigen.The beginning of the electrical restitution will be there by default by triggering the ventri's T-wave kular EKG's detected. In contrast, a ge accurate detection of the beginning of the mechanical restitu tion an additional sensor, such as pressure sensors or acoustic sensors is able to do that Opening or closing the pulmonary valves and the AV To display flaps.

Bei Einsatz der Intervallmodulation in Zweikammer schrittmachern muss kontrolliert werden, ob sich bei einer der beiden extrasystolischen Intervalländerun gen 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 Inter valls 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 schen Modulationen die gleiche AV-Intervallverkürzung durchzuführen.When using interval modulation in two chambers pacemakers must be checked whether one of the two extrasystolic interval changes the duration of Ventri's electrical diastole kels multiplied by an amount that is smaller than 1, shortened to a value that is less than the AV interval at base cycle length. In this case the AV interval of the extrasystolic inter valls can be shortened accordingly to a stimula tion in the area of the refractory phase of the myocardium avoid. But because of an AV interval shortening flow on the restitution characteristics - specifically the mechanical - can have, it is for compensation this influence appropriately, at all extrasystoli modulations the same AV interval shortening perform.

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 wei terwirkt, ist es vorteilhaft, die Modulation frühes tens 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 verän derten Kontraktion meist auch das Herzzeitvolumen und damit die hämodynamischen Werte des gesamten Kreis laufsystems ändern können.Furthermore, it has been shown that it is mainly at frequent changes between spontaneous and artificial Cardiac muscle stimulation is appropriate, not the errors that occur only when the signal is evaluated to correct, but already the modulation of the Type and duration of the previous stimulation pulses addictive. Because the stimulus spread and accordingly the contraction of the heart muscle depends change from the form of stimulation and this change processing process at least over two pulse cycles interacts, it is advantageous to modulate early at least two cycles after spontaneous stimulation start. On the other hand, the spontaneous stimulation lasts several pulse cycles, it is advisable, after that as many cycles, but a maximum of one minute until to wait for the next modulation because the contraction usually also the cardiac output and hence the hemodynamic values of the entire circle can change running system.

Der erste Schritt bei der Analyse der zu untersuchen den Restitutionsphase ist die Bestimmung der durch die zwei Intervalländerungen evozierten Messwertände rungen. Dazu werden zunächst die Werte der einer Mo dulation jeweils folgenden extrasystolischen Pulszyk len als auch die der nächsten sog. postextrasystoli schen Pulse erfasst und anschließend daraus dann die Differenzwerte ermittelt. Neben den extrasystolischen Differenzwerten, die den Verlauf der jeweiligen Res titutionscharakteristik innerhalb einer definierten Phase widerspiegeln, sind aber auch die Differenz werte der danach folgenden sog. postextrasystolischen Messwerte physiologisch interessant, da sie den Grad der kompensatorischen Effekte im Myokard beschreiben.The first step in analyzing the investigate The restitution phase is the determination of through the two changes in interval evoked measured values requirements. First the values of a Mo dulation each following extrasystolic pulse cycle len as well as that of the next so-called postextrasystoli pulses and then the Difference values determined. In addition to the extrasystolic Difference values that show the course of the respective Res title characteristic within a defined Reflect phase, but are also the difference values of the subsequent so-called post-extrasystolic Readings are physiologically interesting as they reflect the degree describe the compensatory effects in the myocardium.

Da die Zeitkonstante der exponentiell verlaufenden Restitutionsvorgänge die genaueste Information über die Schnelligkeit der Regeneration des Myokards lie fert, ist ihre Bestimmung das eigentliche Ziel der Signalauswertung. Dazu ist es jedoch erforderlich, mindestens eine dritte Intervalländerung durchzufüh ren, die zweckmäßigerweise, um einen einfachen Ver rechnungsalgorithmus verwenden zu können, halb so groß ist wie die Summe der beiden anderen, der also die Phasenmitte abtastet.Because the time constant of the exponential Restitution processes the most accurate information about the rapidity of myocardial regeneration finished, their determination is the real goal of Signal evaluation. However, this requires perform at least a third interval change ren, which is convenient to a simple Ver being able to use the calculation algorithm, half as much is as large as the sum of the other two, that is scans the center of the phase.

Wie oben erwähnt, lassen sich sowohl bei der Restitu tion der elektrischen als auch der mechanischen Ei genschaften 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 optimierenden Schrittmacherfunktion die Steuerung der Modulations perioden so ausgelegt ist, dass sowohl eine parallele als auch eine sequentielle Erfassung der Kenngrößen beider Restitutionsphasen möglich ist.As mentioned above, the restitu tion of the electrical as well as the mechanical egg properties of the myocardium two characteristic pha distinguish why the interval modulations are to be dimensioned accordingly so that these two phases, namely the early and late diasto phase, can be recorded separately. there it has proven beneficial that dependent from the one to be optimized with the help of the modulation Pacemaker function controlling modulation periods is designed so that both a parallel as well as a sequential recording of the parameters both restitution phases is possible.

Für die Akzeptanz der Modulation einzelner Stimula tionsintervalle 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 Be lastungsschwankungen bzw. höherer Belastung die früh diastolische Phase, abzutasten und die kürzeren Modu lationsperioden einzustellen.For the acceptance of the modulation of individual stimula It is not intervals for restitution analysis only advantageous, the modulation as small as possible, but also rarely as possible. of half it is useful in long periods of rest to use the late diastolic sampling phase and a longer modulation period, in contrast with larger Be load fluctuations or higher loads the early diastolic phase, to feel and the shorter modu setting periods.

Da die phasenspezifische Analyse der elektromechani schen Restitution Aufschluss geben kann sowohl über die Leistungsreserve des Myokards als auch über des sen Anpassungsdynamik, ist sie praktisch bei allen frequenzgeregelten Schrittmachersystemen einsetzbar. Da alle Systeme eine ventrikuläre EKG-Messung ermög lichen, 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.Because the phase-specific analysis of the electromechani restitution can provide information about both the power reserve of the myocardium as well as over the adaptation dynamics, it is practical for everyone frequency-controlled pacemaker systems can be used. Because all systems allow ventricular ECG measurement lichen, is the analysis of electrical restitution practically universally applicable during analysis mechanical restitution only for the systems for Use comes, which additionally a sensor to Kon have traction measurement.

So eignet sich die Analyse der elektrischen Restitu tion etwa sehr gut, um bei einem Herzschrittmacher eingesetzt zu werden, dessen Stimulationsfrequenz ab hängig von der Dauer des QT- bzw. Stim-T-Intervalls geregelt wird. Hier wird dann etwa in Phasen größerer Belastungsschwankungen bzw. höherer Belastung die Stimulationsfrequenz ausschließlich abhängig von dem Steuersignal eingestellt, das die Regelung der Inter vallmodulationen liefert, während in Phasen der Ruhe oder bei gleichbleibend niedriger Belastung die Sti mulationsfrequenz abhängig vom Wert des Stim-T-Inter valls bestimmt wird. Da die Restitutionsanalyse nicht nur den schnelleren, sondern auch den genaueren Be lastungsparameter (etwa die Zeitkonstante) liefert, ist es möglich, den Regelbereich der QT-Regelung mit Hilfe der Restitutionsanalyse dynamisch zu kalibrie ren, so dass der Übergang von einem zum anderen Re gelparameter ohne kritische Frequenzsprünge erfolgen kann.So the analysis of the electrical restitu is suitable tion is very good for a pacemaker to be used, the stimulation frequency depending on the duration of the QT or Stim-T interval is regulated. Here it becomes larger in phases Load fluctuations or higher loads Pacing rate depends only on that Control signal set that regulates the inter vallmodulationen delivers while in phases of rest or the Sti at a constant low load simulation frequency depending on the value of the Stim-T-Inter valls is determined. Because the restitution analysis is not only the faster, but also the more precise Be provides load parameters (such as the time constant), it is possible to use the control range of the QT control Using the restitution analysis to dynamically calibrate ren, so that the transition from one to the other re gel parameters without critical frequency jumps can.

Nachdem das Verhalten der Zeitkonstante der mechani schen Restitution vor allem im höheren Lastbereich sehr genau anzeigt, ob die Anpassungsdynamik des Herzmuskels bereits erschöpft ist, d. h. ob der An stieg der Stimulationsfrequenz zu einer verbesserten Pumpleistung führt oder nicht, eignet sich die Ana lyse der mechanischen Restitution zur hämodynamischen Optimierung von Schrittmachern, die mit einem intra kardialen Sensor mechanische Herzfunktionsparameter erfassen. After the behavior of the time constant of the mechani restitution especially in the higher load range indicates very precisely whether the adaptation dynamics of the Heart muscle is already exhausted, d. H. whether the An the stimulation rate increased to an improved one Pump performance or not, the Ana is suitable lysis of mechanical restitution for hemodynamic Optimization of pacemakers with an intra cardiac sensor mechanical cardiac function parameters to capture.

Bei Patienten, die einen Schrittmacher aus prophylak tischen Gründen implantiert haben, bietet die Inter vallmodulation mit Hilfe künstlicher extrasystoli scher Stimulationspulse einen zusätzlichen analyti schen Ansatz für diagnostische Zwecke, der vor allem zur Früherkennung pathologischer Veränderungen des Myokards wie Ischämien genutzt werden kann.In patients who have a prophylactic pacemaker have implanted for technical reasons, the Inter vallmodulation with the help of artificial extrasystoli an additional analytical pulse approach for diagnostic purposes, the main one for the early detection of pathological changes in the Myocards can be used 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 in the Drawings and is shown in the following Description explained. Show it:

Fig. 1 die charakteristische Zeitverzögerung zwi schen elektrischen und mechanischen Resti tutionsverläufen während der Diastole im rechten Ventrikel; Figure 1 shows the characteristic time delay between electrical and mechanical resti tution courses 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; FIG. 2 shows the time course of atrial and ventricular pacing interval and the ventricular ECG and pressure gradient dP / dt of a single pulse in interval shortening;

Fig. 3 das Funktionsdiagramm der extrasystolischen Stimulationsintervalle zur Abtastung der frühdiastolischen Phase der elektrischen Restitution über den gesamten Bereich der Basiszykluslänge BCL, und zwar
Fig. 3 shows the functional diagram of the extra-systolic stimulation intervals for sampling the early diastolic phase of the electrical restitution over the entire range of the basic cycle length BCL, namely

a) the ventricular pacing inter valle ESI1 and ESI2;
b) the associated atrial pacing intervals VAIes1 and VAIes2;

Fig. 4 das stark vereinfachte Blockschaltbild ei nes Einkammer-Herzschrittmachers nach der vorliegenden Erfindung und Fig. 4 shows the highly 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. Fig. 5 shows the highly 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 überge ordnet 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 Depolarisation und Repolarisation der Muskelzellen bestimmt, 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, d. h. als "elektrische Dias tole" gilt das TQ-Intervall. Physiologisch korrekt beginnt die Repolarisation mit dem Abfall des Akti onspotentials, 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 DI_E zu verwenden ist. Fig. 1 shows on the basis of the schematic signal curve of the most important functional parameters of the right Ven tricle that when analyzing the electromechanical restitution of the heart during diastole, a distinction is to 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 the duration of the action potential (APD), i.e. the change between depolarization and repolarization of the muscle cells, such as Show lanes 1 and 2 in Fig. 1. 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, ie as "electrical slides tole "is the TQ interval. The repolarization begins physiologically correctly with the drop in the action potential, which coincides with the beginning of the T-wave, so that the diastolic interval duration DI _E shown in track 2 must be used for a correspondingly accurate analysis of the electrical restitution.

Die der Depolarisation und Repolarisation jeweils folgende Kontraktion und Relaxation des Herzmuskels ist durch vier charakteristische, die Hämodynamik des Herzens bestimmende Zeitpunkte (P1 bis P4) gekenn zeichnet, die das Öffnen und Schließen der beiden Klappen im rechten und linken Ventrikel bestimmen. Wie in der 4. Spur zu erkennen ist, führt der Druck anstieg im Ventrikel über den Vorhofdruck (gestri chelte untere Linie) zum Schließen (P1) der AV-Klappe und im weiteren Verlauf bei Überschreiten des Pulmo nalarteriendrucks (obere gestrichelte Linie) zum Öff nen (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 Zeit intervall (T31) zwischen Beginn und Ende der Entspan nungsphase, das in etwa mit dem Schließen der beiden Herzklappen zusammenfällt. Praktisch lassen sich Öff nen und Schließen der Klappen durch den Gradienten des Ventrikeldrucks ermitteln, wie die 5. Spur ver deutlicht. Das heißt, dass die mechanische Diastole dem Intervall zwischen dem Beginn des negativen und positiven Druckgradienten entspricht, detektierbar über einen Schwellwerttrigger.Depolarization and repolarization, respectively subsequent contraction and relaxation of the heart muscle is characterized by four, the hemodynamics of the Heart-defining points in time (P1 to P4) identified records the opening and closing of the two Determine flaps in the right and left ventricles. As can be seen in the 4th track, the pressure leads rise in the ventricle via the atrial pressure (str smiled lower line) to close (P1) the AV valve and in the further course when the pulmo is exceeded nalarterial pressure (upper dashed line) to open (P2) of the pulmonary valve. Conversely, the Relaxation after repolarization of the ventricle first the pulmonary valve closure (P3) and then that Open (P4) the AV valve. Defined accordingly one as mechanical or active diastole that time interval (T31) between start and end of relaxation phase, roughly with the closing of the two Heart valves collapse. Practically you can open The gradients open and close the flaps of the ventricular pressure determine how the 5th track ver interpreting light. That is, the mechanical diastole the interval between the beginning of the negative and corresponds to positive pressure gradients, 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 Ver lauf in Spur 6 von Fig. 1 dargestellt ist. Die Inter valldauer der diastolischen Ventrikelfüllung, d. h. die Zeit vom Öffnen (P4) bis zum Schließen (P1) der AV-Klappe kann - wie Spur 5 zeigt - auch mit Hilfe des Druckgradienten über einen Schwellwerttrigger be stimmt werden.The final stage of the mechanical restitution is then the exponentially increasing filling of the ventricle after opening of the AV valve (P4), the course of which is shown in track 6 of FIG. 1. The interval of the diastolic ventricular filling, ie the time from opening (P4) to closing (P1) of the AV valve, can - as track 5 shows - also be determined using the pressure gradient via a threshold trigger.

Wie die Signalverläufe verdeutlichen, unterscheiden sich die drei diastolischen Regenerations- oder Res titutionsvorgänge durch den Beginn bzw. ihre Dauer. Eine phasenspezifische Analyse der jeweiligen Resti tution erfordert aber nicht nur deshalb eine exakte Zuordnung zum Beginn der Restitution, sondern vor al lem auch wegen der möglichen starken Schwankungen des systolischen Zeitintervalls in Folge von krankhaften Veränderungen wie etwa beim "Long-QT-Syndrom".Differentiate how the signal curves illustrate the three diastolic regeneration or res processes of title by the beginning or their duration. A phase-specific analysis of the respective resti This is not the only reason why exacting is required Assignment at the beginning of the restitution, but before al lem also because of the possible strong fluctuations of the systolic time interval as a result of pathological Changes such as "Long QT Syndrome".

In Fig. 2 ist abhängig von der in Spur 1 gezeigten Verkürzung eines einzelnen ventrikulären Stimulati onsintervalls ESI sowohl die notwendige Änderung des AV-Intervalls (Spur 2) dargestellt als auch in den beiden darauf folgenden Pulszyklen die typische Reak tion des ventrikulären EKG's (Spur 3) und des Druck gradienten dP/dt (Spur 4). Da bei der Analyse der di astolischen Restitution im Herzmuskel die Funktion des Ventrikels im Vordergrund steht, wird zur Be schreibung der zeitlichen Zusammenhänge der ventriku läre Stimulationspuls als zeitlicher Bezugspunkt de finiert, obwohl ihm der atriale Stimulus funktionell um das sog. atrioventrikuläre Intervall (AVI) voraus geht. So folgt bei der Basiszykluslänge (BCL) der atriale Stimulus des nächsten Pulses dem Ventri kelstimulus 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's (lane 3 ) are shown in the two subsequent pulse cycles ) and the pressure gradient dP / dt (lane 4 ). Since the function of the ventricle is in the foreground when analyzing the astolic restitution in the heart muscle, the ventricular stimulation pulse is defined as a time reference point for describing the temporal relationships, although the atrial stimulus functions functionally around the so-called atrioventricular interval (AVI). goes ahead. 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-Inter vall (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: ΔAVIb < DIes = ESI - RP wird das AV- Intervall um ΔAVes = DIes - AVIb reduziert und ent sprechend ergibt sich für das vom Ventrikelstimulus aus berechnete, extrasystolische atriale Intervall: VAIes = ESI - AVIb + ΔAVes. As 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 enter the refractory period (RP) of the heart muscle falls (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). In principle, the following applies if: ΔAVIb <DIes = ESI - RP the AV interval is reduced by ΔAVes = DIes - AVIb, and the extrasystolic atrial interval calculated from the ventricular stimulus is: VAIes = ESI - AVIb + ΔAVes.

Als Folge des verkürzten, diastolischen Intervalls (DIes) ergibt sich im folgenden "extrasystolische" Intervall sowohl eine Reduktion des QT-Intervalls um -ΔQTes (Spur 3) als auch der Maximalwerte des Druck gradienten dP/dtmax um -ΔdPmaxes und dP/dtmin um ΔdPmines (Spur 4). Im zweiten auf die Intervallände rung folgenden sog. "postextrasystolischen" Intervall folgt dann ein kompensatorischer Effekt, der zu einer Verlängerung des QT-Intervalls um ΔQTpes bzw. zur Po tenzierung 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 ) and 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 exponentiation of the pressure values by dPmaxpes and dPminpes.

Anhand der Diagramme a) und b) in Fig. 3 soll bei spielhaft gezeigt werden, wie durch extrasystolische 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 de finiert ESI0 die Mitte der diastolischen Restituti onsphase, die analysiert werden soll (Abtastphase). Dieser Mittenwert wird abgetastet durch die Inter vallmodulation ΔESI0, deren Wert abhängig von der elektrischen Diastole DI_E bestimmt wird durch die Beziehung: ΔESI0 = DI_E- K1 - K2, wobei K1 ein vorgeb barer konstanter Intervallwert ist und K2 ein von der Basiszykluslänge abhängiger Korrekturwert. Die Mo dulationswerte ΔESI1 und ΔESI2 und damit der Modu lationshub ΔESI12 der Stimulationsintervalle werden abhängig vom Modulationshub bzw. der Differenz (ΔMes12) der ΔESI1 und ΔESI2 folgenden extrasysto lischen Messwert (Mes1 und Mes2) geregelt. Die Rege lung der Modulationswerte soll durch Vergrößern des Modulationshubs (ΔESI12) verhindern, dass die Mess parametermodulation unter einen minimalen Pegel (ΔMesmin) absinkt. Nimmt man innerhalb der Abtast phase eine lineare Beziehung zwischen ΔESI12 und ΔMes12 an, lässt sich beispielhaft der Modulationshub ΔESI12 durch folgende vereinfachende Gleichung ermit teln: ΔESI12 = ΔESImax - Fv.ΔMes12, wobei der Faktor Fv die Regelverstärkung des geschlossenen Regel kreises ist und ΔESImax einen maximal zulässigen Modulationshub definiert. Damit ergibt sich wegen der geforderten symmetrischen Modulation um die durch ESI0 festgelegte Phasenmitte, d. h. weil ΔESI1 - ΔESI0 = ΔESI0 - ΔESI2 wird:
Based on the diagrams a) and b) in FIG. 3, it is to be shown in a playful manner how a certain phase of the electrical restitution can be scanned by extrasystolic modulations. Diagram 3 a) shows, depending on the basic cycle length (BCL), the typical course of a QT interval (QTb) and - dashed - the corresponding refractory period (RP) as well as the course of three extra-systemic intervals (ESI0, ESI1 and ESI2 ). Here ESI0 defines the middle of the diastolic restitution phase to be analyzed (sampling phase). This mean 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 K1 is a predeterminable constant interval value and K2 is a correction value dependent on the basic cycle length , The modulation values ΔESI1 and ΔESI2 and thus the modulation stroke ΔESI12 of the stimulation intervals are regulated depending on the modulation stroke or the difference (ΔMes12) of the ΔSI1 and ΔESI2 following extrasystolic measurement values (Mes1 and Mes2). The regulation of the modulation values is intended to prevent the measurement parameter modulation from dropping below a minimum level (ΔMesmin) by increasing the modulation stroke (ΔESI12). Assuming a linear relationship between ΔESI12 and ΔMes12 within the sampling phase, the modulation deviation ΔESI12 can be determined using the following simplifying equation: ΔESI12 = ΔESImax - Fv.ΔMes12, where the factor Fv is the control gain of the closed control loop and ΔESImax is one maximum permissible modulation stroke defined. This results because of the required symmetrical modulation around the phase center defined by ESI0, ie because ΔESI1 - ΔESI0 = ΔESI0 - ΔESI2:

ΔESI1 = ΔESI0 - (ΔESImax - Fv.ΔMes12)/2 und
ΔESI1 = ΔESI0 - (ΔESImax - Fv.ΔMes12) / 2 and

ΔESI2 = ΔESI0 + (ΔESImax - Fv.ΔMes12)/2ΔESI2 = ΔESI0 + (ΔESImax - Fv.ΔMes12) / 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 ΔMes12 kompen sieren, d. h. ΔMes12 soll gleich bleiben, wenn sich außer der Stimulationsfrequenz keine zusätzlichen Einflussgrößen verändern.The enlargement of the sampled time window (ESI1 - ESI2) and its distance from the refractory period (RP) with increasing basic cycle length the influence of Pacing rate on the slope of the restitution and thus compensate for the measured value modulation ΔMes12 sieren, d. H. ΔMes12 should remain the same if no additional stimulation rate Change influencing factors.

Fig. 3b) zeigt abhängig von der Basiszykluslänge die Verläufe der zu den extrasystolischen, ventrikulären Stimulationsintervallen (ESI1 und ESI2) gehörenden atrialen Stimulationsintervalle (VAIes1 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, extra systolischen Intervalle (VAIes1 und VAIes2) der Basiswert des AV-Intervalls (AVIb) benutzt würde. Um zu verhindern, dass das kürzere Stimulationsintervall (VAIes1) kleiner wird als die Refraktärperiode (RP = a.QTb), muss jedoch das AV-Intervall um ΔAVIes1 verringert werden und dies in einfachster Form so, dass die VAIes1-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 zwi schen dem kürzesten, extrasystolischen Intervall ESI1 und a.QTb, sind alle extrasystolischen AV-Intervalle AVes1 und AVes2 verkürzt um den Betrag:
FIG. 3b) shows a function of the basic cycle length of the waveforms of the extra-systolic ventricular stimulation intervals (ESI1 and ESI2) belonging atrial pacing intervals (VAIes1 and VAIes2) when using a dual-chamber pacemaker, and 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) were used when calculating the atrial, extra systolic intervals (VAIes1 and VAIes2). In order to prevent the shorter stimulation interval (VAIes1) from becoming smaller than the refractory period (RP = a.QTb), the AV interval must be reduced by ΔAVIes1 in the simplest form so that the VAIes1 values are equal to the RP values as shown in diagram 3 a). 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 AVes1 and AVes2 are shortened by the amount:

ΔAVes = ESI - a.QTb - AVIb.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 ab hängig von der Dauer des diastolischen Intervalls und der Amplitude der evozierten Modulationen eines Herz funktionsparameters zur phasenspezifischen Analyse diastolischer Restitutionsvorgänge ermöglicht.In Fig. 4 the highly simplified block diagram of an embodiment of the pacemaker is shown, 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 Funktions prozesse des Schrittmachers entweder nach fest pro grammierten Kriterien oder eingestellt durch ein ex ternes Programmiergerät (13) nach variablen Kriterien kontrolliert. Beim Schrittmacher (1) selbst lassen sich ebenfalls fünf übergeordnete Funktionsblöcke er kennen, 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) weiterverarbei tet, 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 er findungsgemäße Schrittmacher eine Funktionsstufe (7), welche die zeitliche Abfolge der Modulation einzelner Stimulationsintervalle in der Steuerstufe (9) und der Demodulation der evozierten Modulationen des Funkti onsparameters in der Signalanalysestufe (3) nach vor gegebenen Kriterien automatisch steuert. Dazu erhält die Periodensteuerung (7) über die Signalanalyse (3) die Information, ob es sich bei einer detektierten Herzaktion um eine spontane Erregung oder eine künst liche Stimulation handelt. Dementsprechend unter bricht oder startet sie die periodische Modulation einzelner Stimulationsintervalle und stellt die Peri odendauer abhängig vom Wert und dem Änderungsverhal ten der Pulsfrequenz ein.The functioning 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 ) controlled according to variable criteria. With the pacemaker ( 1 ) itself, five higher-level function blocks can also be known, which represent the basic functions. All sensor signals used - here it is only the ECG derived via the stimulation electrode ( 11 ) - are amplified in a signal amplifier stage ( 2 ) and further processed in a signal analysis stage ( 3 ), which is primarily used to detect 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 level ( 7 ) which automatically follows 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 controls. For this purpose, the period control ( 7 ) receives information via the signal analysis ( 3 ) as to whether a detected heart action is spontaneous excitation 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 Erfin dung ist aber Teil der Regelstufe (4), die im Normal fall neben hier nicht angegebenen antitachykarden Steuerfunktionen vorrangig die Regelung der Stimula tionsfrequenz (SR) bzw. der Basiszykluslänge (BCL) im BCL-Regler (8) vornimmt, wobei in dem gezeigten Bei spiel das QT-Intervall als Regelgröße genutzt wird, das über die Verbindung (31) von der Signalanalyse stufe (3) geliefert wird. Zusätzlich enthält die Re gelstufe (4) hier eine Regelung (6) der extrasystoli scher Modulationswerte (ΔESI) und erhält dazu von der Signalanalyse (3) über die Verbindung (33) den Wert der elektrischen Diastolendauer (DI_E) und über die Verbindung (34) den Wert der Modulation des Funkti onsparameters (ΔQTes12), die sie nach den in Fig. 3a) erläuterten Kriterien verwertet. However, the essential additional function according to the invention is part of the control stage ( 4 ), which in the normal case, in addition to the antitachycardic control functions not specified here, primarily regulates the stimulation frequency (SR) or the basic cycle length (BCL) in the BCL controller ( 8 ) undertakes, in the example shown, the QT interval is used as a controlled variable which is supplied via the connection ( 31 ) by the signal analysis stage ( 3 ). In addition, the control stage ( 4 ) contains a control ( 6 ) of the 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 (ΔQTes12), which it uses according to the criteria explained in FIG. 3a).

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-Inter valls als Regelparameter, nämlich mangelnde Ansprech geschwindigkeit und Genauigkeit, zu kompensieren. An stelle 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 which can be used to overcome the disadvantages of the QT interval as a control parameter, namely a lack of response speed and accuracy, to compensate. 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 taken over 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 Sen sor (11) verwendet.In Fig. 5 the highly simplified block diagram of an embodiment of the pacemaker is shown, which also enables the atrial pacing intervals via the functions described in Fig. 4 in addition to modulating individual ventricular and 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 Intervallsteue rung (9) wiedergegeben. Dementsprechend liefert der Regler (6) nicht nur die extrasystolischen Modula tionswerte 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 returns them to the interval control ( 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

1. 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) the function parameter (M), and an apparatus for periodic modulation of individual called. extrasystolischer stimulation intervals (ESI) by a modulation value (ΔESI), characterized net gekennzeich that a device for regulating the inter vallmodulation (6) the modulation values (ΔESI) depen gig of 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. Cardiac pacemaker according to claim 1, characterized in that the regulation of the interval modulation ( 6 ) preferably regulates the modulation values such that a first modulation value (ΔESI0) is determined depending on the duration of the diastolic interval at basic cycle length (DIb), so that the diastole duration before 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 size and their difference to each other (ΔESI12 ) is inversely related to the difference (ΔMes12) of the modulations of the function parameters evoked by it (ΔMes1 and ΔMes2).

3. Cardiac pacemaker according to claim 1 or 2, characterized in that the regulation of the interval modulation ( 6 ) for calculating the first modulation value (ΔESI0) preferably uses the duration of the electrical diastole (DI _E ) determined with the help of the ventricular ECG's and for Analysis of the mechanical resitution preferably the duration of the mechanical diastole (DI _M ) determined using the ventricular pressure gradient (dP / dt).

4. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that the regulation of the interval modulation ( 6 ) in two-chamber stimulation also modulates the atrioventricular interval (AVI), preferably in such a way that the AV at each extra systolic interval (ESI *) -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 the base cycle length (AVIb).

5. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control of the modulation period ( 7 ) starts the interval modulation only if at least two artificially stimulated pulse cycles of the heart preceded in phases of predominantly pacemaker stimulation or at least two self-rhythms in phases of largely autonomous stimulation ,

6. Cardiac 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 ) in such a way that in addition to the extrasystolic intervals (ESI1 and ESI2) directly following extrasystolic measured values (Mes1 and Mes2) of the function parameter (M), the post-extrasystolic measurement values (Mpes1 or Mpes2) that follow in the next pulse cycle are also determined and that the difference values of the extrasystolic and post-extrasystolic measurement values (ΔMes12 and ΔMpes12) are determined as phase-specific measurement variables.

7. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 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 this the first extrasystolic interval modulation (ΔESI0) and the first extrasystolic measured value (Mes0) a second extrasystolic difference value (ΔMes01) compared to the measured value (Mes1) recorded after the shorter modulation (ΔESI1).

8. Cardiac pacemaker according to one of claims 1 to 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 The demodulation of the measured values (Mes) controls so that at least two different restitution phases can be scanned both sequentially and in parallel.

9. pacemaker according to one of claims 1 to 8, characterized in that the analysis of the elec trical restitution is preferably used to the response speed when the load changes and the accuracy of a pacemaker to opti the stimulation frequency depends on a too slow function parameter such as that QT interval or breathing or one too unphysio logical parameters such as activity regulated becomes.

10. Pacemaker according to one of claims 1 to 9, characterized in that the analysis of the elec trical and mechanical restitution preferred is used in phases of rest or maximum Load the values for the minimum or maximum Automatically optimize stimulation rate.

11. Pacemaker according to one of claims 1 to 10, characterized in that the analysis of the electrical and mechanical restitution is used in phases of predominantly autonomous stimulation heart function of the myocardium for diagnostics monitoring purposes.