DE60012951T2

DE60012951T2 - System zur regelung des herzrhythmus mit arrhythmievorhersage- und prävention

Info

Publication number: DE60012951T2
Application number: DE60012951T
Authority: DE
Inventors: J. Robert SWEENEY; H. Bruce KENKNIGHT
Original assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Current assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: ATE273043T1; EP1218060A1; AU7728700A; US6400982B2; DE60012951D1; US7050846B2; US20010020136A1; US20020016550A1; EP1218060B1; US6272377B1; WO2001024876A1

Description

Technisches Gebiet
Dieses Dokument betrifft allgemein Herzrhythmus-Managementsysteme, und insbesondere betrifft es, jedoch ohne Einschränkung, ein System, das für eine Vorhersage zukünftiger Arrhythmien und eine Präventivtherapie sorgt, um die vorhergesagte Arrhythmie zu vermeiden oder zu lindern.
Hintergrund
Das menschliche Herz hält normalerweise seinen eigenen, gut regelmäßigen, charakteristischen Rhythmus durch Erzeugung von Stimuli durch Schrittmachergewebe aufrecht, die zu einer Depolarisationswelle führen, die sich durch spezialisiertes, leitendes Gewebe und dann in das Myokard und durch dieses hindurch ausbreitet. Die gut regelmäßige Ausbreitung elektrischer Depolarisationen durch das Herz sorgt für koordinierte Kontraktionen des Myokards, was zum effizienten Pumpen von Blut führt. Bei einem normal funktionierenden Herz werden Stimuli unter dem Einfluss verschiedener physiologischer Regelmechanismen erzeugt, um dafür zu sorgen, dass das Herz mit einer Rate schlägt, die die Herzausgangsleistung auf einem Niveau hält, das dazu ausreicht, den Stoffwechselerfordernissen des Körpers zu genügen. Jedoch können Anormalitäten erregbaren Herzgewebes zu Anormalitäten des Herzrhythmus führen, die als Arrhythmie bezeichnet werden. Alle Arrhythmien rühren von einem von zwei Gründen her: Anormalitäten der Impulserzeugung oder Anormalitäten der Impulsausbreitung. Arrhythmien können bewirken, dass das Herz zu langsam schlägt (Bradykardie oder Bradyarrhythmie) oder zu schnell schlägt (Tachykardie oder Tachyarrhythmie), wobei jeder dieser Fälle zu einer hämodynamischen Gefährdung oder zum Tod führen kann.
Eine Medikamententherapie ist häufig effektiv, um die Entwicklung von Arrhythmien zu verhindern und den normalen Herzrhythmus wiederherzustellen, wenn einmal eine Arrhythmie aufgetreten ist. Jedoch ist Medikamententherapie nicht immer effektiv, um spezielle Arrhythmien zu behandeln, und sie beinhaltet im Allgemeinen Nebeneffekte, die bei bestimmten Patienten into lerierbar sein können. Für derartige Patienten wird eine alternative Behandlungsart benötigt. Zu einer derartigen alternativen Behandlungsart gehört die Verwendung eines Herzrhythmus-Managementsystems, das in einer implantierbaren Vorrichtung enthalten ist, die eine Therapie in Form elektrischer Stimuli auf das Herz anwendet. Zu derartigen implantierbaren Vorrichtungen gehören Herzschrittmacher, die getimete Abfolgen niederenergetischer, elektrischer Stimuli, sogenannter Schrittmacherimpulse, über eine intravaskuläre Zuleitung oder einen Katheter (als Leitung bezeichnet) mit einer oder mehreren Elektroden, die im Herz oder um es herum angeordnet sind, an dieses abgeben. Auf derartige Schrittmacherimpulse hin werden Herzkontraktionen ausgelöst (was als Einfangen des Herzens bezeichnet wird). Durch geeignetes Timing der Abgabe der Schrittmacherimpulse kann das Herz dazu veranlasst werden, mit korrektem Rhythmus zu kontrahieren, was seine Effizienz als Pumpe stark verbessert. Schrittmacher werden häufig dazu verwendet, Patienten mit Bradykardie zu behandeln. Schrittmacher sind auch dazu in der Lage, für Schrittmacherdienste an das Herz auf solche Weise zu sorgen, dass die Herzrate verlangsamt wird, was einen als Antitachyarrhythmie-Schrittmacherbetrieb bezeichneten Schrittmachermodus darstellt.
Zu Herzrhythmus-Managementsystemen gehören auch Kardioverter/Defibrillatoren (ICDs), die dem Herzen hoch energetische elektrische Stimuli zuführen können. ICDs werden häufig dazu verwendet, Patienten mit Tachyarrhythmien, d, h. zu schnell schlagende Herzen, zu behandeln. Tachyarrhythmien können zu verringerter Blutzirkulation führen, da der Herzzyklus der Systole (Kontraktion) und der Diastole (Füllvorgang) in solchem Ausmaß verkürzt sein können, dass während der Diastole unzureichend viel Blut die Ventrikel füllt. Außer dass Tachyarrhythmien das Potenzial zu derartigen hämodynamischen Störungen haben, können sie sich auch noch zu schwerwiegenderen Arrhythmien verschlechtern, wie einer Fibrillation, bei der sich die elektrische Aktivität in deorganisierter Weise durch das Myokard ausbreitet, so dass keine effektive Kontraktion auftritt. Zum Beispiel pumpt bei einer speziellen Tachyarrhythmieart, die als ventrikuläre Fibrillation bezeichnet wird, das Herz wenig oder kein Blut zum Körper, so dass der Tod innerhalb von Minuten auftritt. Ein Defibrillator gibt einen hoch energetischen elektrischen Stimulus oder Schlag an das Herz ab, um das gesamte Myokard zu depolarisieren und es refraktär zu machen, um die Arrhythmie zu beenden, was es dem Herz ermöglicht, einen normalen Rhythmus zum effizienten Pumpen von Blut wieder zu erlangen. Zusätzlich zu ICDs und Schrittmachern gehören zu Herzrhythmus-Managementsystemen auch Schrittmacher/ICDs, die die Funktionen von Schrittmachern und ICDs kombinieren, Medikamentenverabreichungs vorrichtungen sowie andere implantierbare oder externe Systeme oder Vorrichtungen zum Diagnostizieren, Überwachen oder Behandeln von Herzarrhythmien.
In ICDs eingebaute Herzrhythmus-Managementsysteme ermöglichen es, Tachyarrhythmien innerhalb von Sekunden automatisch zu erkennen und zu behandeln. Defibrillatoren sind im Allgemeinen bei der Behandlung von Tachyarrhythmien und beim Abwenden des Tods effektiv, jedoch sind derartige Vorrichtungen nicht in allen Patienten beim Behandeln aller Tachyarrhythmie zu 100 % effektiv. Im Ergebnis können einige Patienten selbst dann noch sterben, wenn der Defibrillator eine geeignete Therapie anwendet. Auch zeigen einige Patienten häufige Tachyarrhythmien, was häufige therapeutische Schläge auslöst. Dies verringert die Nutzungslebensdauer der implantierten, batteriebetriebenen Vorrichtung und erhöht die Gefahr von durch die Therapie verursachten Komplikationen. Ferner kann der Patient selbst dann, wenn die Vorrichtung die Tachyarrhythmie erfolgreich behandelt, während der Arrhythmie das Bewusstsein verlieren, was zu damit in Zusammenhang stehenden schweren oder sogar tödlichen Verletzungen führen kann (z. B. Stürzen, Ertrinken im Bad, Autounfall während der Fahrt usw.). So besteht Bedarf an einem Herzrhythmus-Managementsystem, das vorhersagt, wann eine Arrhythmie auftreten wird, und das eine Therapie aufruft, die Konsequenzen der Arrhythmie zu verhindern oder zu verringern.
Das am 27. August 1991 für J. Edward Shapland erteilte US-Patent Nr. 5,042,497, das auf Cardiac Pacemakers, Inc. übertragen ist, offenbart ein System zum Vorhersagen und Verhindern von Herzarrhythmien zur Verwendung in Kombination mit einer implantierten Arrhythmiebehandlungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Erfassen der neuralen Aktivität eines Patienten und zum Auslösen der implantierten Arrhythmiebehandlungsvorrichtung, um präventive und heilende Aktionen hinsichtlich einer bevorstehenden Arrhythmie bei einer Zunahme der neuralen Aktivität zu ergreifen. Jedoch haben die Erfinder das Vorliegen eines nicht erfüllten Bedarfs in der Technik zum Verbessern der Zuverlässigkeit der Arrhythmievorhersage erkannt.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein System zum Vorhersagen von Herzarrhythmien. Bei einer speziellen Ausführungsform ist das System in einer implantierbaren Herzvorrichtung mit einem oder mehreren Erfassungskanälen zum Erfassen von Vorbereitungs- oder Vorankündigungsereignissen (z. B. Marker/Triggerereig nissen, wie unten definiert) und durch die Fähigkeit realisiert, einen bestimmten Typ einer Arrhythmie verhindernden Therapie anzuwenden, wenn dies durch die Bedingungen gerechtfertigt ist.
Gemäß der Erfindung wird eine Arrhythmie durch Folgendes vorhergesagt: 1) Erfassen eines Vorankündigungsereignisses auf statistische Weise, das dem Auftreten einer Arrhythmie in einem Patientenherz zugeordnet ist; 2) Berechnen einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit für das Vorankündigungsereignis aus vergangenen Beobachtungen von Vorfällen, bei denen das Vorankündigungsereignis alleine oder gemeinsam mit einer Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Zeitperiode auftrat; 3) Berechnen einer abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeit auf Grundlage des erfassten Auftretens des Vorankündigungsereignisses; und 4) Vorhersagen des Auftretens einer Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Vorhersagezeitspanne, wenn die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit einen spezifizierten Schwellenwert überschreitet.
Vorankündigungsereignisse können grob in Marker und Trigger eingeteilt werden. Ein Markerereignis entspricht der Erkennung eines physiologischen Zustands, der statistisch dem Auftreten von Herzarrhythmien zugeordnet ist, wobei jedoch die kausale Beziehung zwischen dem Marker und der Arrhythmie nicht bekannt ist. Ein Vorankündigungsereignis wird andererseits als Trigger angesehen, wenn davon ausgegangen wird, dass das Ereignis die Gefahr einer Arrhythmie erhöht, die über eine Depolarisation auftritt, die als Quelle der Arrhythmie wirkt. Vorankündigungsereignisse können auf Basis einzelner Herzschläge oder über einen längeren Zeitrahmen erkannt werden. Zu Beispielen von Vorankündigungsereignissen gehören eine erkannte spezielle Morphologie eines Signalverlaufs, der die elektrische Aktivität des Herzens repräsentiert, ein spezielles Muster von Aktivierungszeiten verschiedener Bereiche des Herzens, wie durch mehrere Elektroden erfasst, ein spezielles zeitliches Abfolgemuster von Herzschlägen, ein Wert einer gemessenen physiologischen Variablen wie der Herzfrequenz oder des Blutdrucks oder eine Statistik auf Grundlage der Vorgeschichte des Auftretens von Vorankündigungsereignissen.
Bei einer Ausführungsform wird die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit als Verhältnis der Anzahl beobachteter Vorfälle, bei denen dem Vorankündigungsereignis eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Basiszeitspanne folgt, zur Gesamtanzahl beobachteter Vorfälle des Vorankündigungsereignisses berechnet. In diesem Fall ist die abgeschätzte Arrhythmiewahrschein lichkeit dafür, dass eine Arrhythmie innerhalb der spezifizierten Basiszeitspanne nach der Erkennung des Vorankündigungsereignisses auftritt, einfach die berechnete bedingte Vorhersagezeitspanne.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit CP durch den folgenden Ausdruck berechnet: CP = 1 – e–RT wobei es sich um eine Poisson-Wahrscheinlichkeitsverteilung handelt, bei der T ein Maß für die spezifizierte Vorhersagezeitspanne ist und R ein Schätzwert für die Rate ist, mit der Arrhythmien auftreten, während das Vorankündigungsereignis vorliegt. Die Rate R ist das Verhältnis von: 1) Anzahl der Vorfälle, bei denen auf das Vorankündigungsereignis eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Basiszeitspanne folgt, 2) Länge der Basiszeitspanne multipliziert mit der Gesamtanzahl der Basiszeitspannen, in denen das Vorankündigungsereignis beobachtet wird. Die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit dafür, dass eine Arrhythmie innerhalb der Zeit T nach der Erkennung des Vorankündigungsereignisses auftritt, ist erneut die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit. Wenn die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit auf diese Weise berechnet wird, ist es möglich, dass sich die Vorhersagezeitspanne T von der Länge der Basiszeitspanne unterscheidet, die dazu verwendet wird, die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit herzuleiten.
Bei einer anderen Ausführungsform wird, anstatt dass die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit auf die Erkennung eines Vorankündigungsereignisses gestützt wird, die Rate, mit der das Vorankündigungsereignis auftritt, über eine gewisse Zeitspanne erfasst. Dann wird die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit als Produkt aus der abgeschätzten Wahrscheinlichkeit, gemäß der das Vorankündigungsereignis auftritt, und der Wahrscheinlichkeit, dass eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne auftritt, nachdem ein Vorankündigungsereignis vorlag (d. h. bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit), berechnet. So gilt: abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit = (1 – e–RT)(1 – e–CT), wobei T ein Maß für die spezifizierte Vorhersagezeitspanne ist, R ein Schätzwert für die Rate ist, mit der Arrhythmien auftreten, während das Vorankündigungsereignis vorliegt, und C ein Schätzwert für die Rate ist, mit der das Vorankündigungsereignis auftritt.
Eine Art zum Herleiten einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit, insbesondere für Triggertypen von Vorankündigungsereignissen (wobei diese jedoch bei jedem beliebigen Typ von Vorankündigungsereignissen verwendet werden kann), besteht im Spezifizieren eines speziellen erkannten Triggerereignisses dahingehend, dass es für das Hervorrufen einer erkannten Arrhythmie zuständig sei. Eine derartige Ursächlichkeit kann z. B. auf Grundlage der zeitlichen Nähe zwischen dem Triggerereignis und dem Einsetzen der Arrhythmie, der Stärke des erkannten Triggers oder der Häufigkeit des Auftretens des Triggerereignisses innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne vor dem Einsetzen der Arrhythmie zugewiesen werden. Eine bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit CP für dieses Triggerereignis kann dann als Verhältnis der Anzahl der Vorfälle, bei denen das Triggerereignis als ursächlich für das Hervorrufen einer Arrhythmie angesehen wird, zur Gesamtanzahl der Auftritte des Triggerereignisses berechnet werden. Auch kann, wie oben, anstatt die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit auf die Erkennung des Triggerereignisses zu stützen, die Rate, mit der das Triggerereignis auftritt, über eine gewisse Zeitspanne erfasst werden. Die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit wird dann als Produkt aus der abgeschätzten Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Triggerereignis auftritt, und der Wahrscheinlichkeit CP, dass eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne T auftritt, wobei das Triggerereignis auftrat, berechnet. So gilt: abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit = CP × (1–e–CT)
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beruht die Vorhersage von Arrhythmien auf mehreren gleichen oder verschiedenen erkannten Vorankündigungsereignissen. Dann wird eine zusammengesetzte abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit als Kombination aus den abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten berechnet, wie sie für jedes getrennt erkannte Vorankündigungsereignis hergeleitet wurden. Die getrennt erkannten Vorankündigungsereignisse können getrennte Auftritte desselben oder verschiedener Vorankündigungsereignisse sein. Wie zuvor wird die zusammengesetzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit mit einem Schwellenwert verglichen, um das Auftreten einer Arrhythmie vorherzusagen. Bei einer Ausführungsform wird die zusammengesetzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit dadurch berechnet, dass die individuellen, für jedes erkannte Vorankündigungsereignis hergeleiteten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten addiert werden, wobei demgemäß davon ausgegangen ist, dass jede individuelle Arrhythmiewahrscheinlichkeit einem unabhängigen Ereignis entspricht. Bei anderen Ausführungsformen werden spezielle Kombinationen erkannter Vorankündigungsereignisse auf nichtlineare Weise auf abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeiten abgebildet, die zu anderen abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten addiert oder auf andere Weise mit diesen kombiniert werden können, um einen zusammengesetzten Wert zu ergeben. Bei noch anderen Ausführungsformen wird die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit aus einer Kombination bedingter Arrhythmiewahrscheinlichkeiten berechnet, die unter Verwendung verschiedener Basiszeitspannen, jedoch für dieselbe Vorhersagezeitspanne hergeleitet wurden.
Die vergangenen Beobachtungen des Auftretens von Vorankündigungsereignissen und Arrhythmien, aus denen die bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten hergeleitet werden, können entweder aus Populationsdaten oder aus Daten gewonnen werden, die in Echtzeit von einem speziellen Patienten gesammelt wurden. Bei einer speziellen Ausführungsform werden die bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten zunächst auf vergangene Beobachtungen des Auftretens von Ereignissen und Arrhythmien, die aus Populationsdaten gewonnen werden, gestützt, und jede Wahrscheinlichkeit wird anschließend durch Beobachtungen, wie sie in Echtzeit von einem speziellen Patienten gewonnen wurden, von einem Vorabwert auf einen aktuellen Wert aktualisiert. Bei einer Ausführungsform wird eine bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit nur dann aktualisiert, wenn sich der aktuelle Wert um einen vorbestimmten Wert vom Vorabwert unterscheidet. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Wert, um den sich der aktuelle Wert vom Vorabwert unterscheidet, auf statistische Signifikanz getestet, bevor eine bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit aktualisiert wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Vorabwert der bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit nach einer Vorhersagezeitspanne um einen speziellen Wert abhängig davon, ob eine Arrhythmie auftrat oder nicht, inkrementiert bzw. dekrementiert.
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird die statistische Zuordnung zwischen dem Vorankündigungsereignis und dem Auftreten einer Arrhythmie periodisch unter Verwendung der jüngsten patientenspezifischen Daten neu bewertet. Wenn sich herausstellt, dass die statistische Zuordnung (wie z. B. aus einem chi-Quadrattest berechnet) unter einem spezifizierten Wert liegt, wird die Verwendung dieser bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit beim Herleiten einer zusammengesetzten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeit abgebrochen.
Wie oben angegeben, gehört es zu einer Ausführungsform der Erfindung, eine präventive Arrhythmietherapie anzuwenden, wenn die abgeschätzte Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne auftritt (d. h. zusammengesetzte, abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit) einen Schwellenwert überschreitet, so dass eine Arrhythmie mit einem bestimmten Grad an Sicherheit vorhergesagt werden kann. Zu Beispielen derartiger Therapien, die durch eine implantierbare Vorrichtung angewendet werden können, gehören das Verabreichen pharmakologischer Substanzen, das Stimulieren des Herzens in einem speziellen Modus, die Ausgabe von Kardioversions-/Defibrillationsschlägen an das Herz oder neurale Stimulation (z.B. Simulation entweder des sympathetischen oder des parasympathetischen Zweigs des autonomen Nervensystems). Eine andere Art einer Therapie, wie sie durch eine implantierbare Vorrichtung gemäß der Erfindung verabreicht werden kann (wobei der Begriff "Therapie" in weitem Sinn zu interpretieren ist), besteht in der Ausgabe eines Warnsignals, dahingehend, dass Arrhythmie vorhergesagt wurde, wobei das Warnsignal eines hörbaren Signals, eines durch Funk übertragenen Signals oder irgendeines nderen Typs eines Signals haben kann, das den Patienten oder den Arzt über die Möglichkeit einer bevorstehenden Arrhythmie warnt. Ein derartiges Warnsignal würde den Patienten in die Lage versetzen, vorsorgliche Maßnahmen zu ergreifen, und/oder es würde es dem behandelnden Arzt ermöglichen, andere therapeutische Schritte zu ergreifen, falls dies als zweckdienlich erachtet würde. Gemäß der Erfindung beruht die Auswahl, ob eine spezielle Therapie zu verabreichen sei oder nicht, auf dem Klären des physiologischen Zustands des Patienten und der Entscheidung, ob eine spezielle verfügbare Therapieform zur Verabreichung an den Patienten in diesem physiologischen Zustand zweckdienlich ist oder nicht.
Der Therapieform-Auswählprozess nimmt bei einer Ausführungsform die Fom einer Matrixabbildung eines Zustandsvektors, der einen speziellen pyhsiologischen Zustand repräsentiert (wie durch z. B. spezielle Vorankündigungsereignisse ermittelt, die dazu verwendet werden, die Arrhythmievorhersage auszuführen, die Vorhersagezeitspanne für die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit, das Vorliegen oder Fehlen spezeller Vorankündigungsereignisse innerhalb einer spezifizierten früheren Zeitperiode oder die Stärke und/oder das Vorliegen anderer erfasster und/oder berechneter Variablen) auf eine spezielle Therapie oder spezielle Therapien, die zum Verhindern einer Arrhythmie in diesem Fall am geeignetsten erscheint (d. h. einen Punkt im "Therapieraum"), ein. Die Matrixabbildung wird unter Verwendung einer Therapiematrix ausgeführt, die Information enthält, die eine Bezie hung dahingehend hergestellt, ob erwartet wird oder nicht, dass eine spezielle Therapieform für einen vorgegebnen physiologischen Zustand effektiv ist (und/oder in welchem Ausmaß). Die Elemente der Therapiematrix können so Variable bilden, die die Geeignetheit einer speziellen Therapieform repräsentieren, wenn ein spezielles Element im Vektor des physiologischen Zustands vorliegt.
Bei einer speziellen Ausführungsform macht eine Vorhersage-Ablaufsteuerung gesonderte Vorhersagen für jede Zeitspanne, für die vorhergesagt werden kann, ob eine Arrhythmie auftritt oder nicht (d. h. die Vorhersagezeitspanne), und dann trifft sie eine Therapieentscheidung unter Verwendung einer für diese Vorhersagezeitspanne spezizifischen Therapiematrix. Auf diese Weise kann eine Therapieentscheidung für eine vorgegebene Therapieform hinsichtlich der Zeitperiode erfolgen, die für diese Form geeignet ist. Zum Beispiel kann erwartet werden, dass einige Therapieformen in einer kurzen Zeitspanne effektiv sind, so dass sie zum Verhindern einer Arrhythmie mit einer kurzen Vorhersagezeitspanne geeignet sind, während für andere erwartet werden kann, dass sie nach einem längeren Zeitintervall wirksam sind, weswegen sie nur geeignet wären, wenn die Vorhersagezeitspanne dazu passen würde. Bei einer anderen Ausführungsform erfolgen Therapieentscheidungen und Vorhersagen mit Zeitintervallen ohne Berücksichtigung der Arrhythmie-Vorhersageperioden, und die Therapiematrix berücksichtigt die Vorhersagezeitspanne für die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit. Zum Beispiel kann die Vorhersagezeitspanne in den physiologischen Zustandsvektor eingebaut sein, und dann enthält die Therapiematrix Information in Zusammenhang mit der Geeignetheit jeder verfügbaren Therapieform für eine vorgegebene Vorhersagezeitspanne.
Anstatt dass eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten irgendeiner Arrhythmie abgeschätzt wird, können gemäß der Erfindung getrennte abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeiten für verschiedene Arrhythmietypen berechnet werden. Durch Berechnen derartiger getrennter Wahrscheinlichkeiten kann eine auf mehr Information gestützte Entscheidung dahingehend erfolgen, welcher Modus eines therapeutischen Eingriffs verwendet werden könnte. Es ist zu erwarten, dass der günstigste Satz getrennter abgeschätzter Arrhythmiewahrscheinlichkeiten für jeden speziellen Patienten variiert. Demgemäß kann die Auswahl der Arrhythmietypen, für die getrennte abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeiten berechnet werden, dynamisch dadurch erfolgen, dass eine Tabelle für die Anzahl erkannter Auftritte jedes speziellen Arrhythmietyps dynamisch erstellt wird und getrennte abgeschätzte Arrhythmiewahr scheinlichkeiten für diejenigen Arrhythmietypen berechnet werden, die im Patienten am häufigsten auftreten. Es können auch getrennte abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeiten für verschiedene Typen von Triggerereignissen berechnet werden. Es ist zu erwarten, dass derartige Triggerereignisse patientenspezifisch sind, und die spezielle Mischung von Triggerereignissen, für die getrennte Arrhythmiewahrscheinlichkeiten berechnet werden, kann dynamisch ausgewählt werden, wie es oben beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Zahlen in den ganzen mehreren Ansichten im Wesentlichen ähnliche Komponenten. Gleiche Zahlen mit verschiedenen Buchstabenzusätzen repräsentieren verschiedene Instanzen im Wesentlichen ähnlicher Komponenten.
1 ist eine schematische Zeichnung, die allgemein eine Ausführungsform von Teilen eines Herzrhythmus-Managementsystems und einer Umgebung, in der dieses verwendet wird, veranschaulicht.
2 ist eine schematische Zeichnung, die allgemein eine Ausführungsform einer Herzrhythmus-Managementvorrichtung, die durch Leitungen mit einem Herz verbunden ist, veranschaulicht.
3 ist ein schematisches Diagramm, das allgemein eine Ausführungsform von Teilen einer Herzrhythmus-Managementvorrichtung veranschaulicht, die mit dem Herz und/oder anderen Teilen eines Patientenkörpers verbunden ist.
4A ist ein Blockdiagramm, das allgemein und schematisch eine Ausführungsform von Teilen eines Trigger/Marker-Moduls veranschaulicht.
4B ist ein schematisches Diagramm, das allgemein eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der drei Elektrodensignale (z. B. R, RM, LV) verwendet werden.
5 ist ein Timingdiagramm, das allgemein eine Ausführungsform zur Aktualisierung eines Herzfrequenzvariationsmarkers veranschaulicht.
6 ist ein Blockdiagramm, das allgemein und schematisch eine Ausführungsform von Teilen eines Arrhythmie-Vorhersagemoduls veranschaulicht.
7 ist ein Blockdiagramm, das allgemein und schematisch eine Ausführungsform von Teilen eines Präventivtherapie-Steuerungsmoduls veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das allgemein eine Ausführungsform einer Wandlungsmatrix veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Diese Erfindung betrifft ein Herzrhythmus-Managementsystem, das auf Grundlage der Erkennung von Vorankündigungsereignissen, wie sie sich statistisch in Zusammenhang mit dem Auftreten von Arrhythmien finden, vohersagt, wann eine Arrhythmie auftreten wird. Eine weitere Ausführungsform nutzt die Vorhersage zum Aufrufen einer Therapie zum Verhindern oder Verringern der Folgen einer Arrhythmie. Das vorliegende System kann mehrere Maßnahmen einschließlich der folgenden enthalten: (1) Erkennen des Ausmaßes der Gefahr dafür, dass zukünftig eine Arrhythmie auftritt, (2) Treffen von Vorhersagen, die für ein gut definiertes zukünftiges Zeitintervall gelten, (3) Stützen von Vorhersagen auf direkte Beobachtungen von Arrhythmie-Triggern/Markern (d. h. Vorankündigungsereignissen) unter Verwendung bedingter Wahrscheinlichkeiten dafür, dass diese Arrhythmien auftreten werden, wobei diese Arrhythmien und die Trigger/Marker in der Vergangenheit und aktuell auftraten bzw. auftreten, (4) Zuweisen eines Vertrauensgrads hinsichtlich der Genauigkeit der Vorhersage, (5) Anpassen der Vorhersage- und Präventivfähigkeiten an den Einzelpatienten, (6) Zuweisen des erwarteten Effekts einer oder mehrerer Präventivtherapien, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu ermitteln, dass zukünftige Arrhythmien durch die vorgeschlagenen Präventivtherapien vermehrt oder verringert auftreten, (7) Auswählen einer Therapie auf Grundlage dieser Zuweisung ihres erwarteten Effekts und (8) Bestimmen, ob die ausgewählte Präventivtherapiekombination ausgewählt werden sollte, auf Grundlage der Stärke, der zeitlichen Lage und des Vertrauensgrads hinsichtlich der Arrhythmievorhersage und des erwarteten Effekts der ausgewählten Therapie. Bei einer Ausführungsform enthält das System auch eine externe Programmiervorrichtung, die Information von der implantierten Herzrhythmus-Managementvorrichtung steuern, laden und abrufen kann, und die von der implantierten Vorrichtung erhaltene Information verarbeiten und anzeigen kann. Das vorliegende System sorgt für Techniken zum Vorhersagen und Verhindern zukünftiger Herzarrhythmien, und derartige Techniken können in Kombination mit Stimulier-, Defibrillations- und anderen Therapietechniken zum Behandeln aktuell vorliegender Herzarrhythmien verwendet werden.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezielle Ausführungsformen dargestellt sind, gemäß denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Diese Ausführungsformen werden mit ausreichenden Details beschrieben, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuüben, und es ist zu beachten, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können oder dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass konstruktionsmäßige, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dadurch vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in beschränkendem Sinn zu verstehen, und der Schutzumfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt.
Die vorliegende Vorrichtung wird für Anwendungen beschrieben, zu denen implantierbare medizinische Vorrichtungen gehören, einschließlich, jedoch ohne Beschränkung hierauf, implantierbarer Herzrhythmus-Managementsysteme wie Schrittmachern, Kardiovertern/Defibrillatoren, Schrittmachern/Defibrillatoren sowie biventrikulärer oder anderer Multiort-Koordinationsvorrichtungen. Jedoch ist es zu beachten, dass die vorliegenden Verfahren und Vorrichtungen auch bei nicht implantierten Vorrichtungen derselben Art verwendet werden können, wie auch bei externen Monitoren, Programmiereinrichtungen und Aufzeichnungseinrichtungen.
Hierbei wird der Begriff "Vorhersage" dazu verwendet, eine Wahrscheinlichkeitsfeststellung dahingehend zu bedeuten, ob eine Arrhythmie zu einem zukünftigen Zeitpunkt auftreten wird oder nicht. Der Begriff "Trigger" bezeichnet ein Herzereignis oder mehrere, wie Depolarisationen oder andere intrinsische Herzaktivitätssignale, die eine Arrhythmie auslösen können. Zu Beispielen derartiger Trigger gehören beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung: Sinusschläge, vorzeitige Sinusschläge, Schläge folgend auf lange Sinuspausen; Lang-Kurz-Schlagabfolgen, Schläge mit R-auf-T-Welle, ektopische ventrikuläre Schläge und verfrühte ventrikuläre Schläge. Der Begriff "Marker" bezeichnet eine oder mehrere Größen in Zusammenhang mit mindestens einem anormalen physiologischen Zustand (z. B. Auftreten einer Arrhythmie), wobei die Größe aus einem oder mehreren elektrophysiologischen Signalen oder aus einem oder mehreren Signalen von einem oder mehreren anderen Sensoren erhältlich ist. Zu Beispielen derartiger Marker gehören beispielsweise, jedoch ohne Beschränkung: ST-Erhöhungen, Herzfrequenz, erhöhte oder erniedrigte Herzfrequenz, anormale Variation der Herzfrequenz, Nachpoten ziale oder anormale autonome Aktivität.
Überblick
Die 1 ist eine schematische Zeichnung, die allgemein, beispielhaft, jedoch ohne Beschränkung, eine Ausführungsform von Teilen eines Herzrhythmus-Managementsystems 100 und einer Umgebung, in der dieses verwendet wird, veranschaulicht. In der 1 verfügt das System 100 über eine implantierbare Herzrhythmus-Managementvorrichtung 105, die auch als Elektronikeinheit bezeichnet wird, die mit einer intravaskulären Endokardleitung 110, oder einer anderen Leitung, mit dem Herz 115 eines Patienten 120 verbunden ist. Das System 100 verfügt auch über eine externe Programmiereinrichtung 125, die unter Verwendung einer Telemetrievorrichtung 130 für Funkkommunikation mit der Vorrichtung 105 sorgt. Bei einer Ausführungsform verfügt die externe Programmiereinrichtung 125 über eine visuelle oder andere Anzeige zum Liefern von Information an einen Benutzer hinsichtlich des Betriebs der implantierten Vorrichtung 105. Eine Katheterleitung 110 verfügt über ein proximales 135, das mit der Vorrichtung 105 verbunden ist, und ein distales Ende 140, das mit einem oder mehreren Teilen des Herzens 115 verbunden ist.
Die 2 ist eine schematische Zeichnung, die allgemein, beispielhaft, jedoch ohne Beschränkung, eine Ausführungsform der Vorrichtung 105 veranschaulicht, die durch Leitungen 110A-C mit dem Herz 115 verbunden ist, das über einen rechten Vorhof 200A, einen linken Vorhof 200B, einen rechten Ventrikel 205A, einen linken Ventrikel 205B und einen sich ausgehend vom rechten Vorhof 200A erstreckenden Koronarsinus 220 verfügt. Bei dieser Ausführungsform verfügt die Vorhofleitung 110 über Elektroden (elektrische Kontakte), die um einen Vorhof 200 des Herzens 115 herum, oder nahe diesem angeordnet sind, wie eine Ringelektrode 225 und eine Spitzenelektrode 230 zum Erfassen von Signalen und/oder zum Verabreichen einer Schrittmachertherapie an den Vorhof 200. Die Leitung 110A verfügt wahlweise auch über zusätzliche Elektroden, wie zum Verabreichen einer atriellen und/oder ventrikulären Kardioversions-/Defibrillations- und/oder einer anderen Schrittmachertherapie an das Herz 115.
In der 2 verfügt eine rechte Ventrikelleitung 110B über eine oder mehrere Elektroden, wie eine Spitzenelektrode 235 und eine Ringelektrode 240, zum Erfassen von Signalen und/oder zum Verabreichen einer Schrittmachertherapie. Die Leitung 110B verfügt wahlweise auch über zusätzliche Elektroden, wie Wendelelektroden 245A-B zum Verabreichen einer rechtsatriellen und/oder einer rechtsventrikulären Kardioversions/Defibrillations- und/oder Schrittmachertherapie an das Herz 115. Bei einer Ausführungsform verfügt das System 100 auch über eine linke Ventrikelleitung 110C, die eine oder mehrere Elektroden wie eine Spitzenelektrode 246 und eine Ringelektrode 247 aufweist, um Signale zu erfassen und/oder eine Schrittmachertherapie zu verabreichen. Die Leitung 110C verfügt ebenfalls wahlweise über eine oder mehrere zusätzliche Elektroden, wie Wendelelektroden 248A-B zum Verabreichen einer linksatriellen und/oder linksventrikulären Kardioversions-/Defibrillations- und/oder Schrittmachertherapie an das Herz 115.
In der 2 verfügt die Vorrichtung 105 über Komponenten, die in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse, wie einem Becher 250, eingeschlossen sind. Am Becher 250 oder an einem isolierenden Kopf 255 oder an anderen Teilen der Vorrichtung 105 können zusätzlich Elektroden vorhanden sein, um unipolare Schrittmacher- und/oder Defibrillationsenergie in Verbindung mit den am Herz 115 oder um dieses herum angebrachten Elektroden zu liefern. Zu anderen Formen von Elektroden gehören Gitter und Kontaktflecke, die bei Teilen des Herzen 115 angewandt werden können oder die in andere Körperbereiche implantiert werden können, um es zu ermöglichen, durch die Vorrichtung 105 erzeugte elektrische Ströme zu leiten. Zum Beispiel kann eine Elektrode am Kopf 255 dazu verwendet werden, einen örtlichen Muskel zu stimulieren, um einen Alarm/eine Warnung an den Patienten auszugeben. Bei einem anderen Beispiel wird eine zusätzliche Leitung dazu verwendet, Elektroden bereitzustellen, die Nerven oder Nervenganglien zugeordnet sind, wie dem Vagusnerv, dem linken oder rechten Ganglion stallatum, dem Carotissinusnerv oder dem Fettpolster über dem atrioventrikulären Knoten. Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung arbeiten mit einer Anzahl von Konfigurationen und einer Anzahl elektrischer Kontakte oder Elektroden.
Die 3 ist ein schematisches Diagramm, das allgemein, beispielhaft, jedoch ohne Beschränkung, eine Ausführungsform von Teilen der Vorrichtung 105, die mit dem Herz 115 und/oder anderen Teilen des Patientenkörpers verbunden ist, veranschaulicht. Die 3 veranschaulicht ein Konzept verschiedener Module, die entweder in Hardware oder als eine oder mehrere Schrittabfolgen, wie sie durch einen Mikroprozessor oder eine andere Steuerung ausgeführt werden, realisiert sind. Derartige Module sind der schematischen Deutlichkeit halber getrennt dargestellt; es ist zu beachten, dass die verschiedenen Module in der 3 nicht getrennt realisiert sein müssen, sondern dass sie kombiniert und/oder auf andere Weise realisiert sein können, wie in Software/Firmware.
In der 3 verfügt die Vorrichtung 105 u. a. über eine Spannungsquelle 300 wie eine Batterie. Ein Kommunikationsmodul 305 verfügt über eine Telemetrie- oder andere Schaltung, durch die die implantierbare Vorrichtung 105 mit einer externen Programmiereinrichtung 125 kommuniziert. Ein Erfassungsmodul 310 erfasst intrinsische Herzaktivitätssignale von einer oder mehreren Elektroden, wie sie dem Herz 115 zugeordnet sind. Bei einer Ausführungsform erfasst das Erfassungsmodul 310 auch andere elektrophysiologische Signale. Ein Therapiemodul 315 verabreicht eine Therapie zur Behandlung aktueller Arrhythmien und zur Prävention zukünftiger Arrhythmien. Bei einer Ausführungsform wird eine derartige Therapie an Elektroden, die dem Herz 115 oder Teilen des Nervensystems zugeordnet sind, verabreicht, wie z. B., jedoch ohne Einschränkung, zum Erfassen anderer elektrophysiologischer Signale, wie der Aktivität von sympathetischen oder parasympathetischen Elementen des autonomen Nervensystems, oder zum Erfassen der Bluttemperatur oder des Blutflusses. Bei verschiedenen Ausführungsformen gehören zu einer derartigen Therapie, u. a., Schrittmacherimpulse, Anti-Tachyarrhythmie-Schrittmacherbetrieb (ATP), Defibrillationsschläge usw.
In der 3 verfügt das Sensormodul 320 u. a. über einen oder mehrere Sensoren, wie einen Beschleunigungsmesser, einen Schallsensor, einen Atmungs- und/oder Atemzugsvolumensensor (z. B. unter Verwendung der Transthoraximpedanz), für die Zeit und/oder das Datum einer erkannten Arrhythmie (erkannter Arrhythmien) Herzauslenkungen oder Blutgefäßabmessungen (z. B. unter Verwendung von Ultraschall-Laufzeitmessungen), oder Blutelektrolytpegel (z. B. unter Verwendung innenselektiver Membranen). Das Sensormodul 320 verfügt auch über Schnittstellenschaltungen, die Steuersignale empfangen und das mindestens eine Sensorsignal vorverarbeiten. Die Vorrichtung 105 verfügt auch über eine Steuerschaltung, wie einen Mikroprozessor oder eine andere Steuerung 325, die über einen oder mehrere Knoten, wie einen Bus 330, mit verschiedenen Peripherieschaltungen kommuniziert. Die Steuerung 325 verfügt über verschiedene Funktionsblöcke, wobei in der 3 eine schematische Darstellung gezeigt ist.
Bei einer Ausführungsform verfügt die Steuerung 325 über ein Bradyarrhythmie-Steuermodul 335, das Bradyarrhythmien auf Grundlage zumindest teilweise eines oder mehrerer Signale erkennt, wie sie vom Erfassungsmodul 310 erhalten werden. Das Bradyarrhythmie-Steuermodul 335 sorgt auch für eine oder mehrere physiologisch geeignete Anti-Bradyarrhythmietherapien, um aktuell existierende Bradyarrhythmien zu behandeln. Ein Tachyarrhythmie-Steuermodul 340 erfasst Tachyarrhythmien auf Grundlage zumindest teilweise eines oder mehrerer Signale, wie sie vom Erfassungsmodul 310 erhalten werden. Das Tachyarrhythmie-Steuermodul 340 sorgt auch für eine oder mehrere physiologisch geeignete Anti-Tachyarrhythmietherapien, um aktuell existierende Tachyarrhythmien zu behandeln.
Um Arrhythmien vorherzusagen und zu verhindern, enthält die Steuerung 325 auch ein Trigger/Marker-Modul 345, ein Arrhythmie-Vorhersagemodul 350 und ein Präventivtherapie-Steuermodul 355. Das Trigger/Marker-Modul 345 erkennt einen oder mehrere Trigger und/oder Marker auf Grundlage zumindest teilweise von Signalen, wie sie vom Erfassungsmodul 310 und/oder vom Sensormodul 320 empfangen werden. Das Arrhythmie-Vorhersagemodul 350 sagt die Wahrscheinlichkeit zukünftiger Arrhythmien unter Verwendung von Wahrscheinlichkeitsberechnungen vorher, wie sie auf vom Trigger/Marker-Modul 345 empfangener Trigger/Marker-Information beruhen. Das Präventivtherapie-Steuermodul 355 wählt die geeignetste Therapie (oder Kombination von Therapien) zum Verhindern einer zukünftigen Arrhythmie aus einer Gruppe verfügbarer Präventivtherapien aus. Das Präventivtherapie-Steuermodul 355 löst auch die Verabreichung einer derartigen Therapie aus, nachdem ermittelt wurde, ob die Wahrscheinlichkeit für eine Arrhythmie, wie durch das Arrhythmie-Vorhersagemodul 350 berechnet, und der erwartete Ausgang der ausgewählten Therapie, die Verabreichung derselben durch das Therapiemodul 315 rechtfertigen. Demgemäß führt die Vorrichtung 105 eine Vorhersage und Prävention zukünftiger Arrhythmie aus, wie es unten spezieller beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform werden die Vorhersage und Prävention zukünftiger Arrhythmien dann deaktiviert, wenn eine oder mehrere aktuelle Arrhythmien (z. B. ventrikuläre Tachyarrhythmie (VT) oder ventrikuläre Fibrillation (VF)) vorliegen und diese durch Techniken, wie sie dem Fachmann bekannt sind, unter Verwendung des Tachyarrhythmie-Steuermoduls 340 und/oder des Bradyarrhythmie-Steuermoduls 335 behandelt werden.
Beispiel für die Erkennung eines oder mehrerer arrhythmogener Trigger/Marker
Die 4A ist ein Blockdiagramm, das allgemein, beispielhaft, jedoch ohne Beschränkung, eine schematische Ausführungsform von Teilen des Trigger/Marker-Moduls 345 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform verfügt das Trigger/Marker-Modul 345 über ein Schlagklassifikationsmodul 400, ein Erkennungsverarbeitungsmodul 405 und eine Trigger/Marker-Datenbank, wie eine Trigger/Marker-Liste 410. Das Trigger/Marker-Modul 345 untersucht wieder kehrend Signale vom Erfassungsmodul 310 und/oder vom Sensormodul 320, und es erkennt das Vorliegen, die zeitliche Lage und (falls zweckdienlich) die Stärke der Trigger/Marker. Diese Erkennungen, zeitlichen Lagen und Stärken werden entweder für jeden Herzschlag, oder entsprechend einer mehrere Herzschläge umfassenden Zeitspanne, an das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 ausgegeben.
Das Schlagklassifikationsmodul 400 untersucht Signale von verschieden positionierten Elektroden. Das Schlagklassifikationsmodul 400 unterscheidet auf Grundlage einzelner Schläge zwischen Depolarisationsereignissen, die sich normal über das Herz ausbreiten, von solchen, die sich anormal über das Herz ausbreiten. Normale Schläge sind solche, die im Patienten am stärksten vorherrschen und physiologisch gesund sind, obwohl der im Patienten am stärksten vorherrschende Schlagtyp im Vergleich zur Ausbreitung einer Depolarisation in einem gesunden Herz nicht als normal anzusehen ist. Bei einer Ausführungsform liefert das Erfassungsmodul 310 Signale wie die folgenden, und das Schlagklassifikationsmodul analysiert diese: rechtsatrielle Erfassungselektrode (RA), rechtsventrikuläre Erfassungselektrode (RV), linksventrikuläre (LV) Erfassungselektrode, rechtsseitiges Morphologie(RM)-Signal zwischen Defibrillationselektroden in der rechtsventrikulären und oberen Hohlvene, und/oder der Metallhülle der Vorrichtung, ein linksseitiges Morphologie(LM)-Signal zwischen einer linksventrikulären Elektrode und einer oder mehreren der anderen Elektroden. Mehrere beispielhafte Verfahren zum Betreiben des Schlagklassifikationsmoduls 400 zum Klassifizieren von Herzschlägen als normal oder anormal werden unten beispielhaft, jedoch ohne Einschränkung, beschrieben.
Ein erstes Verfahren zum Unterscheiden zwischen normalen und anormalen Schlägen erfasst Depolarisationen an mehrere Elektrodensignalen für jeden Schlag. Bei einem Beispiel dieses Verfahrens zeigt eine RV-Depolarisation an, dass ein Schlag aufgetreten ist. Die Zeitintervalle zwischen der Erfassung derselben Depolarisation an verschiedenen Elektroden (RA, RV, LV, RM, LM) spiegelt das Muster und das Timing wider, mit denen sich diese Depolarisation über das Herz ausbreitet. Die 4B ist ein schematisches Diagramm, das allgemein, beispielhaft, jedoch ohne Einschränkung, eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der drei Elektrodensignale (z. B. RV, RM, LV) verwendet werden. Die erfasste Depolarisation an jedem Elektrodensignal setzt drei Intervalltimer (insgesamt neun Timer) zurück, die die durch das Rücksetzereignis gestarteten Zeitintervalle messen. Die erfasste Depolarisation an jedem Elektrodensignal speichert auch den aktuellen Wert in drei Timer ein, von denen jeder durch ein anderes Elektrodensignal rückgesetzt wird, wie es durch die 4B veranschaulicht ist. Auf diese Weise wird bei jedem Durchlauf einer Depolarisation durch das Herz ein Satz von neun Zeitintervallen erhalten. Diese Zeitintervalle repräsentieren das Muster, gemäß dem die Depolarisation verschiedene Elektroden erreicht hat. In ähnlicher Weise existieren sechzehn Intervalle, wenn vier Signale verwendet werden, fünfundzwanzig Intervalle, wenn fünf Signale verwendet werden, usw. Wenn die Gruppe von Intervallen für einen speziellen Herzschlag aus den als normal angesehenen Grenzen herausfällt, wird ein Schlag als anormal klassifiziert. Bei einer Ausführungsform variieren die Anormalitätsgrenzen abhängig von der Herzfrequenz. Die Anormalitätsgrenzen können entweder als auf der Population beruhende oder als patientenspezifische Werte in die Vorrichtung einprogrammiert werden.
Bei einem zweiten Verfahren zum Unterscheiden normaler Schläge von anormalen wird die Morphologie eines oder mehrerer verfügbarer Signale (z. B. der Signale RV und/oder RM und/oder LM) mit entsprechenden Referenzmorphologien für einen normalen Schlag verglichen. Bei einer Ausführungsform bildet eine RV-Depolarisationserkennung ein Triggerereignis. Für jede RV-Depolarisation wird ein Korrelationskoeffizient zwischen dem ausgewählten Morphologiesignal und einer entsprechenden Referenzmorphologie berechnet. Wenn der Koeffizient kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wird der aktuelle Schlag als anormal klassifiziert. Bei einer Ausführungsform werden verschiedene Referenzmorphologien für verschiedene Bereiche der Herzfrequenz verwendet. Auch können die Schwellenwerte unter Verwendung entweder als auf der Population beruhende oder patientenspezifische Werten in die Vorrichtung programmiert werden.
Bei einem dritten Verfahren zum Unterscheiden zwischen normalen und anormalen Schlägen werden Merkmale aus einem oder mehreren verfügbaren Signalen entnommen, und die entnommenen Merkmale werden mit ähnlichen Merkmalen für normale Schläge verglichen. Zu möglichen Merkmalen gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, die QRS-Dauer, die Amplitude der R-Zacke, das QT-Intervall und die Amplitude der T-Welle. Wenn für einen speziellen Schlag der erfasste Wert eines oder mehrerer Merkmale aus den als normal angesehenen Grenzen herausfällt, wird der Schlag als anormal klassifiziert. Bei einer Ausführungsform variieren die Normalitätsgrenzen abhängig von der Herzfrequenz. Auch können die Normalitätsgrenzen entweder als auf der Population beruhende oder als patientenspezifische Werte in die Vorrichtung programmiert werden.
Zusätzlich zu diesen Verfahren zum Klassifizieren von Schlägen sind auch andere Verfahren zum Identifizieren oder Klassifizieren von Schlägen geeignet. Auch kann das Schlagklassifikationsmodul 400 mit Leitungskonfigurationen mit einer anderen Anzahl von Elektroden oder an anderen Orten positionierten Elektroden verwendet werden. Nachdem das Schlagklassifikationsmodul 400 einen erfassten Herzschlag klassifiziert hat, führt das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 die zur Trigger/Marker-Erkennung erforderliche Verarbeitung aus.
Bei einer Ausführungsform verwendet das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 die Schlag-Schlag-Intervalle sowie morphologische Daten, die durch das Schlagklassifikationsmodul 400 aus den Signalen entnommen wurden, und es entnimmt auch jegliche zusätzliche morphologische Messwerte, wie sie zur Trigger/Marker-Erkennung erforderlich sind. Das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 kann auch Aktivitäts-, Atmungs- und Schlagvolumensignale untersuchen, wie sie von einem oder mehreren Beschleunigungs-, Schall- und/oder Impedanzsensoren empfangen werden und vom Erfassungsmodul 320 geliefert werden.
Die Vorrichtung 105 verfügt über eine Trigger/Marker-Liste 410, die die zu erfassenden Trigger/Marker auflistet. Die Liste 410 enthält Elemente betreffend z. B. die Typen und die Arten der speziellen Trigger/Marker, die erkannt werden sollen. Bei einer Ausführungsform enthält jedes Element der Liste einen entsprechenden vorbestimmten Vergleichswert. Bei einem Beispiel enthält die Liste 410 ein Element Trigger/Marker mit "langer QRS-Dauer". Für dieses Element enthält die Liste 410 auch einen Vergleichswert, der anzeigt, welche QRS-Dauern lang sind. Bei einem anderen Beispiel enthält die Liste 410 eine spezielle "Kurz-Lang-Kurz-Sequenz" von Intervallen zwischen als normal klassifizierten Schlägen. Für dieses Element enthält die Liste 410 auch entsprechende Vergleichswerte, die für Kriterien für lange und kurze Intervalle in der Sequenz sorgen. Alternativ enthält die Liste 410 Elemente, die einen oder mehrere als anormal klassifizierte Schläge beinhaltet.
Bei einer Ausführungsform werden der Typ und die Art der Trigger/Marker in der Liste 410 aus Forschungsergebnissen in der relevanten Klinikpopulation erhalten. Es existieren mehrere verschiedene Trigger/Marker-Typen. Zum Beispiel wird ein erster Trigger/Marker-Grundtyp als "Sequenztyp"-Trigger/Marker bezeichnet. Trigger/Marker vom Sequenztyp beruhen auf Abfolgen eines oder mehrerer Schläge. Zu Beispielen von Triggern/Markern vom Sequenztyp gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, frühzeitige normale Schläge, frühzeitige anormale Schläge, verzögerte normale Schläge, verzögerte anormale Schläge, Lang-Kurz-Intervalle zwischen Schlägen, Kurz-Lang-Intervalle zwischen Schlägen sowie mehrere (Paare, Triplets usw.) anormale Schläge. Das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 erkennt und zählt die Anzahl, mit der jeder spezifizierte Trigger/Marker-Sequenztyp während einer speziellen Beobachtungsspanne vorhanden ist.
Ein Beispiel eines zweiten Trigger/Marker-Grundtyps wird als Trigger/Marker-"Wertetyp" bezeichnet. Trigger/Marker vom Wertetyp beruhen auf Messwerten verfügbarer Signale, die mit vorbestimmten Vergleichswerten verglichen werden, um zu erkennen, ob der Trigger/Marker während einer speziellen Beobachtungsspanne vorhanden ist. Zu Beispielen von Triggern/Markern vom Wertetyp auf Grundlage von hinsichtlich der Morphologie charakteristischen Herzaktivitätssignalen gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, die QRS-Dauer, die ST-Stärke, das QT-Intervall und die Amplitude der R-Zacke. Bei einer Ausführungsform beruht die Erkennung von auf die Morphologie gestützten Triggern/Markern vom Wertetyp alleine auf der Berücksichtigung eines oder mehrerer Schläge, die als normal klassifiziert wurden. Bei einem Beispiel beruht ein Trigger/Marker auf dem jüngsten Schlag. Bei einem anderen Schlag beruht der Trigger/Marker auf einem Mittelwert von Morphologiewerten über eine gewisse Anzahl voriger normaler Schläge. Bei einem weiteren Beispiel beruht der Trigger/Marker auf einem oder mehreren anormalen Schlägen. Andere Beispiele von Triggern/Markern vom Wertetyp beruhen nicht auf der elektrischen Herzaktivität. Zu derartigen Triggern/Markern vom Wertetyp gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, die aktuelle Atemfrequenz, die Position im Atemzyklus, an der der Schlag erkannt wird, das Hubvolumen beim Ein- oder Ausatmen, das Herzschlagvolumen, das aktuelle Aktivitätsniveau des Patienten oder die aktuelle Position innerhalb des Tageszyklus.
Ein Beispiel eines dritten Trigger/Marker-Grundtyps wird als Trigger/Marker-"Vorgeschichtetyp" bezeichnet. Bei einer Ausführungsform wird das Vorliegen oder Fehlen von Triggern/Markern vom Vorgeschichtetyp auf Grundlage einer oder mehrerer möglicher rechnerischer Analysen von Vorgeschichtsdaten bestimmt, wie sie aus mehreren Schlägen oder mehreren Beobachtungsspannen erhalten werden. Zu Beispielen von Triggern/Markern vom Vorgeschichtetyp gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, der Prozentsatz anormaler Schläge, wie sie während einer Beobachtungsspanne erkannt werden, der Prozentsatz frühzeitiger oder ektopischer Schläge, wie sie während einer Betrachtungsspanne erkannt werden, die Variation der Herzfrequenz während einer Betrachtungsspanne (z. B. fünf Minuten) und das Vorliegen eines Alternans (z. B. zyklische Schwankungen über mehrere Herzzyklen, z. B. T-Wellen-Alternans oder QRS-Alternans) während einer Betrachtungsspanne. Zu anderen Beispielen von Triggern/Markern vom Vorgeschichtetyp gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, kurzfristige und langfristige Mittelwerte der Schlag-Schlag-Daten, Trends bei derartigen Mittelwerten (z. B. Zunahme oder Abnahme der ST-Anhebung, zunehmende Dichte anormaler oder verfrühter Schläge usw.) sowie Trends oder Periodizitäten in Sensorwerten, wie sie vom Erfassungsmodul 320 erhalten werden.
Bei einer Ausführungsform gibt das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 einen Satz von Erkennungswerten, die mit D₁, D₂, D₃,... D_N gekennzeichnet sind, entsprechend den N Elementen in der Liste 410 aus, wobei jeder Erkennungswert D_i einem einzelnen Element in der Liste 410 entspricht. Bei einer Ausführungsform wird ein Erkennungswert D_i auf 0 gesetzt, wenn der entsprechende Trigger/Marker während der jüngsten Betrachtungsspanne nicht erkannt wurde, und er wird auf 1 gesetzt, wenn der Trigger/Marker während der jüngsten Betrachtungsspanne erkannt wurde.
Timing von Arrhythmievorhersagen sowie Trigger/Marker-Erkennung
Nicht alle Trigger/Marker-Erkennungen werden auf Schlag-Schlag-Basis aktualisiert, da einige Trigger/Marker (z. B. Trigger/Marker vom Vorgeschichtetyp) allgemein Information benötigen, wie sie von mehreren Schlägen erhalten wird. Bei einer Ausführungsform wird die Trigger/Marker-Erkennung asynchron zu Arrhythmievorhersagen ausgeführt. Zu diesem Zweck können mehrere Techniken verwendet werden. Bei einer Technik entspricht jeder Trigger/Marker-Erkennungswert einer vorbestimmten Beobachtungsspanne, während der der zugehörige Wert (z. B. vorhanden oder nicht vorhanden) ermittelt wird. Für viele Trigger/Marker entspricht die geeignete Beobachtungsspanne einer vorbestimmten Basiszeitspanne (BTP). Wenn z. B. die Basiszeitspanne zwei Minuten beträgt, testet die Vorrichtung 105 auf das Auftreten derartiger Trigger/Marker in den letzten zwei Minuten. Jedoch sind die Erkennungs-Beobachtungsspannen nicht notwendigerweise für jeden Trigger/Marker gleich. Bei einer Ausführungsform beruht z. B. der Herzfrequenzvariations-Trigger/Marker auf einer Beobachtungsspanne von ungefähr fünf Minuten.
Die 5 ist ein Timingdiagramm zum allgemeinen, beispielhaften, jedoch ohne Einschränkung, Veranschaulichen eines Herzfrequenzvariation-Triggers/Markers D₁, der unter Verwendung einer Beobachtungsspanne von fünf Minuten aktualisiert wird. Bei diesem Beispiel gilt D₁ = 1 während Zeitspannen 500, in denen die Herzfrequenzvariation unter der Erkennungaschwelle liegt, und D₁ = 0 während der anderen Zeitspannen 505, wenn die Herzfrequenzvariation über ihrer Erkennungsschwelle liegt. Die 5 zeigt auch einen "Lang-Kurz-Sequenz"-Trigger D₂, der mit Intervallen von zwei Minuten aktualisiert wird. Bei diesem Beispiel gilt D₂ = 1 während Zeitspannen 510, in denen in der Beobachtungsspanne der vorangegangenen zwei Minuten eine Lang-Kurz-Sequenz erkannt wurde, und D₂ = 0 zu anderen Zeiten. Auf diese Weise werden spezielle Trigger/Marker-Erkennungswerte unabhängig von anderen Trigger/Marker-Erkennungswerten im Satz D von Trigger/Marker-Erkennungswerten aktualisiert, wenn ausreichend viele Daten verfügbar sind, um die spezielle Trigger/Marker-Erkennung vorzunehmen.
Bei einer Ausführungsform erfolgen Vorhersagen für zukünftige Arrhythmien mit ungefähr regelmäßigen Zeitspannen 415, wie der BTP. Bei einer Ausführungsform beruht die BTP auf einer festen Anzahl von Schlägen (z. B. 60 Schlägen). Bei einer anderen Ausführungsform beruht die BTP auf der Anzahl von Schlägen, die am dichtesten bei einer festen Dauer liegen (z. B. Anzahl der Schläge gerade über 1 Minute), so dass die BTP ungefähr konstant bleibt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Zeitdauer der BTP über eine Zeitperiode eingestellt, während der die Vorrichtung 105 verwendet wird, so dass Vorhersagen für zukünftige Arrhythmien zu Zeitpunkten, zu denen die vorhergesagte Wahrscheinlichkeit für Arrhythmie höher oder niedriger ist, häufiger bzw. weniger häufig erfolgen.
Andere Techniken für Zeitpunktsvorhersagen von Arrhythmien
Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Arrhythmievorhersage- und Präventionstechniken sorgt die Prävention für eine gute Übereinstimmung zwischen der durch die Vorhersage abgedeckten Zeitspanne und den erforderlichen Zeiten für eine oder mehrere mögliche Präventionstherapien. Zum Beispiel ist eine Vorhersage betreffend eine Wahrscheinlichkeit von 99,9 %, dass der Patient innerhalb der nächsten 100 Jahre eine Arrhythmie erleiden wird, hoch genau, jedoch wertlos, da die Vorhersage in keiner Beziehung damit steht, wann die Präventionstherapie angewandt werden sollte oder welche Präventionstherapie verabreicht werden sollte. In ähnlicher Weise ist eine Vorhersage einer Wahrscheinlichkeit von 50 %, dass der Patient innerhalb der nächsten zwei Jahre eine Arrhythmie erleiden wird, von einge schränktem Wert, da sie nur in Zusammenhang mit Langzeit-Präventionstherapien steht, wie der Auswahl von Patienten für Vorrichtungsimplantation oder für eine Langzeit-Medikamenten- oder Schrittmachertherapie. Demgegenüber hat eine Vorhersage einer Wahrscheinlichkeit von 50 %, dass der Patient innerhalb der nächsten 30 Sekunden eine Arrhythmie erleiden wird, großen Wert bei der Arrhythmievorhersage und einem Präventionsschema in einer implantierten Vorrichtung, vorausgesetzt, dass die Entscheidung zum Aufrufen einer Präventionstherapie und die erforderliche Aktivierungszeit für diese Therapie ausreichend schnell sind, um die Wahrscheinlichkeit der zukünftigen Arrhythmie deutlich zu senken. Bei diesem Beispiel wäre der Wert der Vorhersage ziemlich eingeschränkt, wenn die verfügbare Präventionstherapie z. B. 20 Minuten benötigen würde, um zu wirken.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Arrhythmievorhersage- und Präventionstechniken steht die Vorhersagehäufigkeit in angemessener Beziehung zur Zeitspanne, für die die Vorhersage gültig ist. Zum Beispiel macht es wenig Sinn, dass eine 1 Monat abdeckende Vorhersage alle 5 Sekunden erfolgt oder eine 5 Sekunden abdeckende Vorhersage einmal pro Monat erfolgt. So gilt für die aktuellen Arrhythmievorhersage- und Präventionstechniken ein Kompromiss zwischen der durch eine Vorhersage abgedeckten Zeitspanne, der Häufigkeit, mit der sie erfolgt und der Zeit, die dazu erforderlich ist, dass die Präventionstherapie effektiv wird.
Bei einer Ausführungsform erstellt die Vorrichtung 105 nicht bei jedem Treffen von Vorhersagen denselben Satz von Vorhersagen. Gemäß einem Verfahren wird für die Vorrichtung ein Satz von Vorhersagen für jede BTP erstellt, der Zeiten in der Größenordnung in der BTP abdeckt. Dann werden für BTP-Vielfache, die längeren Intervallen (z. B. 20 Minuten, 1 Stunde, 1 Tag, 1 Woche, 1 Monat) entsprechen, entsprechende Sätze zusätzlicher Vorhersagen erstellt, die die entsprechend längeren Zeitintervalle abdecken. Die Zeitpläne für die Vorhersagen und die ihnen entsprechenden Zeitintervalle werden, gemäß dem obigen Argument, abhängig von den Aktivierungszeiten für die Präventionstherapien, wie sie der Vorrichtung 105 zur Verfügung stehen, ausgewählt.
Beispiel zur Arrhythmievorhersage
Die 6 ist ein Blockdiagramm zum allgemeinen Veranschaulichen auf beispielhafte Weise, jedoch ohne Einschränkung, einer schematischen Ausführungsform von Teilen des Arrhythmievorhersagemoduls 350. Bei einer Ausfüh rungsform verfügt das Arrhythmievorhersagemodul 350 über ein Arrhythmiewahrscheinlichkeits-Berechnungsmodul 600, eine Datenbank für bedingte Wahrscheinlichkeiten, wie eine Liste bedingter Wahrscheinlichkeiten 605, eine Datenbank zur Trigger/Marker-Verwendung, wie eine Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung. Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Arrhythmievorhersagemodul 350 auch ein adaptives Verarbeitungsmodul 615. Bei einer Ausführungsform enthalten die Liste 605 für bedingte Wahrscheinlichkeiten und die Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung über Elemente, die den Elementen der Trigger/Marker-Liste 410 entsprechen, wie dies unten erläutert wird.
Bei einer Ausführungsform verfügt das Arrhythmievorhersagemodul 350 über einen Eingang, der die vom Trigger/Marker-Modul 345 gelieferten Erkennungswerte (D₁,... D_N) empfängt. Bei einer weiteren Ausführungsform verfügt das Arrhythmievorhersagemodul 350 auch über mindestens einen Eingang, der eines oder mehrere "Arrhythmie erkannt"-Signale liefert, wie sie durch herkömmliche Arrhythmieerkennungsmodule der Vorrichtung 105 geliefert werden (z. B. Signale vom Bradyarrhythmie-Steuermodul 335 und vom Tachyarrhythmie-Steuermodul 340). Diese "Arrhythmie erkannt"-Signale zeigen u. a. das Vorliegen oder Fehlen einiger oder mehrerer aktueller Bradyarrhythmien oder Tachyarrhythmien an. Das Arrhythmievorhersagemodul 350 gibt einen Arrhythmievorhersagewert an das Präventionstherapie-Steuermodul 355 aus, das seinerseits die Anwendung einer Präventionstherapie auf die Arrhythmievorhersage stützt.
Bei einer Erscheinungsform der aktuellen Arrhythmievorhersagetechniken wird das Auftreten einer Arrhythmie während einer speziellen Zeitspanne als Zufallsereignis behandelt. Bei dieser Ausführungsform gehört zu einer Arrhythmievorhersage eine Wahrscheinlichkeitsberechnung, bei der die Wahrscheinlichkeit abgeschätzt wird, dass eine Arrhythmie innerhalb einer spezifizierten Periode nach der Vorhersage auftritt. Ein Beispiel für eine derartige Vorhersage ist eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, dass eine Arrhythmie innerhalb der nächsten 2 Minuten auftritt. Dieses Vorhersageverfahren enthält sowohl den Grad (z. B. 50 %) als auch die definierte Zeitspanne, während der die Vorhersage anwendbar ist (z. B. 2 Minuten) im Gegensatz dazu, dass lediglich angezeigt würde, dass für den Patienten aktuell eine Gefahr existiert.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet der vom Arrhythmievorhersagemodul 350 ausgegebene Arrhythmievorhersagewert einen Satz einer oder mehrerer Ar rhythmiewahrscheinlichkeits-Behauptungen oder -Aussagen. Jede Wahrscheinlichkeitsaussage beinhaltet sowohl die Stärke der Wahrscheinlichkeit als auch eine dieser zugeordnete spezielle zukünftige Zeitspanne. Bei einer Ausführungsform identifiziert jede Wahrscheinlichkeitsaussage auch, welcher Trigger, Marker oder welche Kombination mindestens eines Triggers und/oder mindestens eines Markers zu ihrer Stärke beigetragen hat. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die durch jede Wahrscheinlichkeitsaussage abgedeckte Zeitperiode (d. h., die Zeitperiode, während der jede Wahrscheinlichkeitsaussage gültig ist) u. a. durch die geplante Vorhersagehäufigkeit (z. B. Vorhersagen, die mit Intervallen von 1 Minute eine Periode von 1 Minute abdecken usw.) bestimmt.
Bei einer prinzipiellen Vorhersagevorgehensweise wird erkannt, dass sich die Rate, mit der Arrhythmieereignisse zufällig auftreten, relativ langsam im Vergleich zur Zeitspanne ändert, über die Vorhersagen erfolgen (d. h. die Vorhersagefrequenz). Da zukünftige Arrhythmieraten nicht gemessen werden können, beruhen Vorhersagen auf einem oder mehreren früheren und/oder aktuellen Schätzwerten für die Arrhythmierate, wobei angenommen wird, dass sich diese während der Zeitspanne, über die die Vorhersage erfolgt, nicht wesentlich ändert. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein zufälliges Arrhythmieereignis innerhalb der spezifizierten Vorhersagezeitspanne auftritt, kann auf Grundlage der aktuellen Arrhythmierate berechnet werden. Der Einfachheit halber kann das Auftreten von Arrhythmieereignissen als Ergebnis eines Poisson-Prozesses mit der Rate R verstanden werden. Die Wahrscheinlichkeit P dafür, dass eine oder mehrere Arrhythmien innerhalb der nächsten Zeitperiode T auftreten, ist P = (1–e^–RT). Die Genauigkeit von P hängt vom Ausmaß ab, gemäß dem der Schätzwert für R korrekt ist, ob die Rate R während der Zeitspanne T tatsächlich konstant ist und ob der zugrunde liegende Prozess tatsächlich ein Poisson-Zufallsprozess ist. Während eine derartige prinzipielle Vorgehensweise hilfreich sein kann, um den Zusammenhang bestimmter aktueller Vorhersagetechniken zu verstehen, formuliert das Arrhythmievorhersagemodul 305 bei einer Ausführungsform nicht tatsächlich einen Schätzwert für die zugrunde liegende Arrhythmierate. Stattdessen spiegelt sich die Arrhythmierate im Vorliegen oder Fehlen erkannter Trigger/Marker wider, die vom Arrhythmiewahrscheinlichkeits-Berechnungsmodul 600 dazu verwendet werden, eine Wahrscheinlichkeit für eine zukünftige Arrhythmie zu formulieren, wie es unten erläutert ist.
Als Beispiel sei der I-te Trigger/Marker in der Trigger/Marker-Liste 410 betrachtet. Bei einer Ausführungsform ist der Erkennungswert D_I abhängig vom jeweiligen Vorliegen oder Fehlen dieses Triggers/Markers, während der T entsprechenden Basiszeitspanne entweder eins oder null. Ferner sei angenommen, dass die diesem Trigger/Marker zugeordnete Arrhythmierate R_I den Wert Null hat, wenn der Trigger/Marker fehlt, und dass die Rate R_I einen von null verschiedenen Wert aufweist, wenn der Trigger/Marker vorhanden ist. Der Beitrag des I-ten Triggers/Markers zur Arrhythmiewahrscheinlichkeit ist D_I(1–e^–RT) oder einfach D_I×C_I, wobei CP_I die bedingte Wahrscheinlichkeit für eine Arrhythmie ist, vorausgesetzt, dass D_I vorhanden ist. Die Gesamtwahrscheinlichkeit P für eine Arrhythmie, die die Beiträge aus allen Triggern/Markern enthält, wird für den Fall, dass für jedes Element der Arrhythmie-Liste 410 ein Erkennungswert und eine bedingte Wahrscheinlichkeit vorliegen, zu P = D_ICP_I+D₂×CP₂+D₃×CP₃+... +D_N×CP_N berechnet.
Bei einer Ausführungsform werden die bedingten Wahrscheinlichkeiten CP empirisch aus Beobachtungen erhalten, wie sie innerhalb einer Patientenpopulation erfolgen. Bei einer anderen Ausführungsform werden die bedingten Wahrscheinlichkeiten CP mit Werten auf Populationsbasis geimpft, jedoch später auf Grundlage empirischer Beobachtungen an einem individuellen Patienten an diesen angepasst. Da die bedingten Wahrscheinlichkeiten CP empirisch bestimmt werden, muss der zugrunde liegende Prozess nicht genau Poisson-verteilt sein, und die Rate muss während der Zeitspanne T nicht völlig unveränderlich sein. Die empirischen Schätzwerte für die bedingten Wahrscheinlichkeiten CP beinhalten Abweichungen von diesen Annahmen, wobei jedoch ihre Vorhersagegenauigkeit verringert sein kann. Bei einer Ausführungsform werden eine Trigger/Marker-Liste 410 und eine Liste 605 für bedingte Wahrscheinlichkeiten auf Populationsbasis in die Vorrichtung 105 geladen, bevor, während oder nachdem sie in den Patienten implantiert wird bzw. wurde.
Bei einer Ausführungsform enthält das Arrhythmievorhersagemodul 350 auch die Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung, die einen Satz von Verwendungsgewichtungen oder -flags bereitstellt, wobei jede Verwendungsgewichtung oder jedes Verwendungsflag einem entsprechenden Trigger/Marker der Trigger/Marker-Liste 410 zugeordnet ist. Gemäß einer Erscheinungsform der aktuellen Techniken kann es wünschenswert sein, eine oder mehrere der Trigger/Marker-Erkennungen aus der Berechnung der Gesamtwahrscheinlichkeit auszuschließen, wie das Ergebnis patientenspezifischer Eigenschaften durch das adaptive Verarbeitungsmodul 615. In der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung zeigt jede Verwendungsgewichtung oder jedes Flag an, wie dieser Trigger/Marker-Erkennungswert und die bedingte Wahrscheinlichkeit in die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit eingehen. Bei einer Ausführungsform liefern Verwendungsflags eine Binärangabe dahin, ob dieser spezielle Trigger/Marker-Erkennungswert und die bedingte Wahrscheinlichkeit in die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit eingehen oder nicht. Bei einer anderen Ausführungsform liefern Verwendungsgewichtungen das Ausmaß, gemäß dem der Erkennungswert und die bedingte Wahrscheinlichkeit in die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit eingehen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit auf Grundlage der Werte der Verwendungsgewichtungen so normiert werden, dass die Arrhythmiewahrscheinlichkeit im Bereich 0 und 1 liegt.
Bestimmung von Triggern/Markern und bedingten Wahrscheinlichkeiten aus einer Population
Bei einer Ausführungsform wird eine relevante Patientenpopulation dazu verwendet, anfängliche oder genaue Schätzwerte für bedingte Wahrscheinlichkeiten zu erhalten und/oder spezielle Trigger/Marker zur aktiven Verwendung bei vorliegenden Vorhersagetechniken auszuwählen. patientenspezifische und adaptive Techniken werden später beschrieben. Eine Vorgehensweise zum Bestimmen von Parametern auf Populationsbasis verwendet Langzeitdaten (z. B. vom Erfassungsmodul 310 und/oder vom Erfassungsmodul 320) von einer repräsentativen Untergruppe der klinisch relevanten Population. Diese Langzeitdaten, wie sie von einer Anzahl von Patienten in der klinisch relevanten Patientenpopulation erlangt wurden, werden als Populations-Datenbank bezeichnet. Daten in der Populations-Datenbank werden in der BTP entsprechende Zeitspannen unterteilt. Nach jeder derartigen Zeitspanne wird die Trigger/Marker-Erkennungsverarbeitung für alle Trigger/Marker über die gesamte Populations-Datenbank ausgeführt. Das Vorliegen oder Fehlen jedes Triggers/Markers (d. h. des Satzes von Erkennungswerten D) wird nach jeder derartigen Zeitspanne notiert. Das Vorliegen oder Fehlen einer oder mehrerer Arrhythmien wird ebenfalls nach jeder derartigen Zeitspanne notiert. Ein Schätzwert auf Populationsbasis für eine spezielle bedingte Wahrscheinlichkeit in Zusammenhang mit dem I-ten Trigger/Marker (d. h. CP_I) ist einfach CP_I = [(Gesamtanzahl der Zeitperioden mit Arrhythmien, denen eine Zeitperiode voranging, wobei D_I vorhanden war) (Gesamtanzahl der Zeitperioden mit vorhandenem D_I)]. Eine ähnliche Abschätzung erfolgt für alle Elemente in der Trigger/Marker-Liste 410. Diese Ausführungsform verwendet Zeitspannen, die für alle Trigger/Marker dieselbe Dauer (d. h. BTP) haben. Alternativ wird die Populations-Datenbank in Zeitspannen gleicher Länge unterteilt, die zwischen einzelnen Triggern/Markern verschieden sind. Z. B. kann die Populations-Datenbank für jeden Trigger/Marker in Zeitspannen gleicher Länge unterteilt werden, die ungefähr derjenigen Zeitspanne entsprechen, die durch diesen speziellen Trigger/Marker abgedeckt wird.
Bestimmen der Vorhersagewahrscheinlichkeit für spezielle Trigger/Marker
Nicht alle möglichen Trigger/Marker müssen über Vorhersagekraft verfügen, und zwar entweder in der klinisch relevanten Patientenpopulation oder im speziellen Patienten, für die bzw. den die offenbarten Techniken angewandt werden. Zu den vorliegenden Techniken gehört ein Verfahren des Auswählens derjenigen spezieller Trigger/Marker in der Trigger/Marker-Liste 410, die über nützliche Vorhersagefähigkeit verfügen. Ein derartiges verfahren nutzt einen chi-Quadrattest auf Grundlage der Populations-Datenbank, jedoch können auch andere statistische Testverfahren verwendet werden. Zum Beispiel liefert, im chi-Quadrattest, das Vorliegen oder Fehlen von Arrhythmien und der verfügbaren Trigger/Marker in jeder Zeitperiode in der Populations-Datenbank die folgenden Werte: #BTP = Gesamtanzahl der untersuchten BTP, #D⁺ = Gesamtanzahl der BTPs, in denen der Trigger/Marker erkannt wurde, #D^– = Gesamtanzahl der BTP, in denen der Trigger/Marker nicht erkannt wurde, #A⁺ = Gesamtanzahl der BTPs, in denen eine Arrhythmie erkannt wurde, #A^– = Gesamtanzahl der BTP, in denen keine Arrhythmie erkannt wurde, #D⁺A⁺ = Gesamtanzahl der BTPs mit erkanntem Trigger/Marker, gefolgt von einer BTP mit Arrhythmie, #D⁺A^– = Anzahl der der BTPs mit erkanntem Trigger/Marker, gefolgt von einer BTP ohne Arrhythmie, #D^–A⁺ = Gesamtanzahl der BTPs ohne erkannten Trigger/Marker, gefolgt von einer BTP mit Arrhythmie #D^–A^– = Anzahl der BTP ohne erkannten Trigger/Marker, gefolgt von einer BTP ohne Arrhythmie.
Ein statistischer Test ermittelt, ob die beobachteten Auftritte von #D⁺A⁺, #D⁺A^– und #D^–A^– verschieden von denjenigen sind, wie sie erwartet würden, wenn der Trigger/Marker keine Vorhersagekraft hätte. Ein Beispiel eines derartigen Tests berechnet die folgende Summe:
Dies repräsentiert den chi-Quadratwert (1 Freiheitsgrad), der testet, ob die Arrhythmie dem Trigger/Marker zugeordnet ist. Wenn die Summe z. B. 3,84 überschreitet, besteht ein Vertrauenswert von 95 %, dass der Trigger/Marker Vorhersagefähigkeit für die Arrhythmie hat. Eine vollständigere statistische Mehrvariantenanalyse würde stärkere Schlussfolgerungen zur Rolle des Triggers/Markers liefern, wenn eine Berücksichtigung gemeinsam mit anderen Triggern/Markern mit unabhängiger Vorhersagekraft erfolgen würde. Genau gesagt, beruht die Form der obigen Wahrscheinlichkeitsberechnung auf einer Annahme, d. h. darauf, dass die Vorhersagefähigkeiten der einzelnen Trigger/Marker voneinander unabhängig sind.
Beispiel für eine patientenspezifische, adaptive Verarbeitung
Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung 105 ein Modul 615 für patientenspezifische, adaptive Verarbeitung, wie es in der 6 veranschaulicht ist. Bei einem Beispiel modifiziert das adaptive Verarbeitungsmodul 615 die Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten und die Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung. Die aktuellen Techniken erkennen, dass es unwahrscheinlich ist, dass einige Sätze eines oder mehrerer Trigger/Marker bei der Vorhersage von Arrhythmien so aussagekräftig wären, dass sie immer für alle Patienten funktionieren würden. Es ist höchstwahrscheinlich, dass die Vorhersagefähigkeiten eines speziellen Satzes eines oder mehrerer Trigger/Marker zwischen verschiedenen Patienten variieren. Mittelwerte auf Populationsbasis können für einen speziellen Patienten suboptimal sein. Bei einer Ausführungsform untersucht die Vorrichtung 105 Langzeitdaten, wie sie für den individuellen Patienten, in dem sie implantiert ist, spezifisch sind. So ermöglicht es eine Erscheinungsform der aktuellen Techniken, die Vorrichtung 105 an einen individuellen Patienten anzupassen, um die Genauigkeit und das Vertrauen in Arrhythmievorhersagen über die Zeit, während der die Vorrichtung 105 genutzt wird, zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform werden patientenspezifische Parameter (z. B. bedingte Wahrscheinlichkeiten und/oder Gewichtungen) analog zu den oben beschriebenen Techniken, durch die Parameter auf Populationsbasis entnommen werden, entnommen. Bei dieser Ausführungsform werden die Elemente der Trigger/Marker-Liste 410 anfänglich auf Grundlage klinischer Forschungsergebnisse innerhalb einer interessierenden Population aufgestellt und in die Vorrichtung 105 geladen. Nach dem Implantieren der Vorrichtung 105 in einem speziellen Patienten verwaltet das adaptive Verwaltungsmodul 615, während laufende Daten vom Patienten erfasst werden, die Liste 640 zur Trigger/Marker-Verwendung durch Bestimmen, welche Elemente der Trigger/Marker-Liste 410 für Vorhersagefähigkeiten bei der Arrhythmievorhersage im speziellen Patienten sorgen.
Bei einer derartigen Technik werden anfänglich die Elemente der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung auf "Nicht zu Verwenden" eingestellt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Implantation untersucht das adaptive Verarbeitungsmodul 615 jede BTP, um das Vorliegen oder Fehlen von (1) Arrhythmien und (2) Triggern/Markern in der Trigger/Marker-Liste 410 zu erkennen, um eine patientenspezifische Datenbank aufzustellen. Die Vorrichtung 105 führt wiederholt den obigen chi-Quadrattest aus, um zu ermitteln (innerhalb eines vorbestimmten Vertrauenspegels), ob jedes Element der Trigger/Marker-Liste 410 für Vorhersagefähigkeit im speziellen Patienten sorgt. Falls ein Element für derartige Vorhersagefähigkeit sorgt, wird der Verwendungswert dieses Elements in der Liste 610 der Trigger/Marker-Verwendung auf "Verwenden" eingestellt. Eine derartige Technik erlaubt eine Arrhythmievorhersage auf Grundlage eines speziellen Triggers/Markers, nachdem ausreichendes Vertrauen dahingehend existiert, dass die Vorhersagefähigkeit im speziellen Patienten ausreichend hoch ist.
Bei einer anderen derartigen Technik werden anfänglich die Elemente der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung auf "Verwenden" eingestellt, so dass diese Daten auf Populationsbasis die Wahrscheinlichkeit anzeigen, dass diese Elemente der Liste zur Trigger/Marker-Verwendung wahrscheinlich über ausreichende Vorhersagefähigkeit verfügen. Bei dieser Ausführungsform werden die entsprechenden Verwendungswerte auf "Nicht Verwenden" eingestellt, wenn die patientenspezifische Datenbank zeigt, dass der Trigger/Marker im speziellen Patienten nicht über ausreichende Vorhersagefähigkeit, trotz seiner guten Funktion in der Population, verfügt. Eine derartige Technik stoppt die Verwendung des Triggers/Markers zum Treffen von Vorhersagen, nachdem ausreichendes Vertrauen dahingehend existiert, dass seine Vorhersagefähigkeit im speziellen Patienten unzureichend ist.
Zur patientenspezifischen adaptiven Verarbeitung werden die Verhältnisse (R⁺p = #D⁺A⁺)#D⁺) und (R^–p = #D^–A⁺)#D^–) aus der Populations-Datenbank (daher die Indizes P) dazu verwendet, die folgende Summe zu berechnen:
wobei die Werte #D⁺, #D⁺A⁺ usw. aus der patientenspezifischen Datenbank erhalten werden. Diese Summe, die ein chi-Quadrat-Wert ist, wird mit einem anderen vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wenn die Summe den Schwellenwert überschreitet, sagt dieser Trigger/Marker die Arrhythmie im speziellen Patienten nicht auf dieselbe Weise voraus, wie er dies in der Population tut. Dies wäre der Fall, wenn entweder der Trigger/Marker geringere Vorhersagekraft in der Population hätte, oder auch dann, wenn er größere Vorhersagekraft als in der Population hätte. Demgemäß wird das entsprechende Verwendungsflag in der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung nur auf "Nicht Verwenden" eingestellt, wenn auch der patientenspezifische Test zeigt, dass er für keine Vorhersagekraft im speziellen Patienten sorgt. Bei einer Ausführungsform sind diese Schwellenwerte (auf Populationsbasis und/oder patientenspezifisch) programmierbar. Bei einer weiteren Ausführungsform werden diese Schwellenwerte (auf Populationsbasis oder patientenspezifisch) entweder auf denselben Wert oder auf verschiedene Werte programmiert.
Die Vorhersagefähigkeit eines speziellen Triggers/Markers könnte sich in einem speziellen Patienten im Verlauf der Zeit ändern. Bei einer Ausführungsform stellt das adaptive Verarbeitungsmodul 615 die Verwendungswerte in der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung im Verlauf der Zeit, während der die Vorrichtung 105 verwendet wird, wiederholt ein und/oder zurück. Bei dieser Ausführungsform wird ein Test hinsichtlich des patientenspezifischen Vorhersagevermögens jedes Triggers/Markers wiederkehrend ausgeführt. Wenn ein spezieller Trigger/Marker aktuell nicht genutzt wird, müsste das Testergebnis (d. h. die oben beschriebene Summe) einen ersten Schwellenwert überschreiten, um den Verwendungswert des Triggers/Markers auf "Verwenden" zu ändern. Wenn der Trigger/Marker aktuell in Gebrauch ist, müsste das Testergebnis (d. h. die oben beschriebene Summe) einen zweiten Schwellenwert überschreiten, um den Verwendungswert des Triggers/Markers auf "Nicht Verwenden" zu ändern. Diese Schwellenwerte können entweder gleich sein, oder sie können verschieden sein, um für Hysterese zu sorgen, was die Anzahl falscher Übergänge verringern würde.
Bei einer Ausführungsform erstellt das adaptive Verarbeitungsmodul 615 auch bedingte Wahrscheinlichkeiten in der Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten und modifiziert diese auf adaptive Weise, auf Grundlage von Beobachtungen im speziellen Patienten. Bei einem speziellen Patienten kann die bedingte Wahrscheinlichkeit eines Triggers/Markers gegenüber dem Wert auf Populationsbasis abweichen. Die Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten wird anfänglich mit bedingten Wahrscheinlichkeiten auf Populationsbasis geimpft. Wenn jedoch die Vorrichtung 105 Daten vom speziellen Patienten erfasst, werden patientenspezifische bedingte Wahrscheinlichkeiten verwendet, wie dies unten beschrieben wird.
Bei einer Ausführungsform implementiert das adaptive Verarbeitungsmodul 615 die patientenspezifischen bedingten Wahrscheinlichkeiten durch wiederkehrendes Abschätzen der bedingten Wahrscheinlichkeit für jeden Trigger/Marker, analog zur oben beschriebenen Schätzung auf Populationsbasis. Jedoch werden patientenspezifische Daten eher als Daten auf Populationsbasis verwendet. Für jedes Element der Trigger/Marker-Liste 410 schätzt die Vorrichtung 105 die patientenspezifische bedingte Wahrscheinlichkeit als CP_Iest = #D_I+A⁺) #D_I ⁺ ab, wobei #D_I ⁺ die Anzahl der BTPs ist, in denen der I-te Trigger/Marker erkannt wurde, und #D_I ⁺A⁺ die Anzahl der BTPs ist, in denen (1) der Trigger/Marker I erkannt wurde und (2) der BTP eine BTP mit einer Arrhythmie folgte.
Eine derartige wiederkehrende Neuvorhersage bedingter Wahrscheinlichkeiten beinhaltet auch einen zweiten Schritt des Ermittelns, ob die patientenspezifischen Werte statt derjenigen auf Populationsbasis verwendet werden sollten. Zähler, die #D⁺ _IA⁺ und #D_I ⁺ speichern, werden zunächst auf null rückgesetzt. Immer dann, wenn eine BTP erkannt wird, die den Trigger/Marker I enthält, formuliert die Vorrichtung 105 einen neuen Schätzwert für die bedingte Wahrscheinlichkeit CP_Iest durch Inkrementieren von #D_I ⁺ und #D_I ⁺A⁺, wenn die folgende BTP eine Arrhythmie enthält.
Wenn der Anfangswert von CP_I für den speziellen Patienten ebenfalls korrekt ist, würde man (#D_I ⁺ × CP_I) Fälle, bei denen sich eine Arrhythmie findet, erwarten, wenn #D_I ⁺ BTPs mit dem Trigger/Marker I beobachtet werden. Alleine durch Zufall können sich mehr oder weniger Arrhythmien ergeben. Die Standardabweichung für die Anzahl erwarteter Arrhythmien ist {#D_I ⁺ × CP_I(1-CP_I)^1/2, Ein Vertrauensintervall von 95 % würde ungefähr das 1,96-fache dieser Standardabweichung über und unter den erwarteten Werten enthalten. Demgemäß existiert, wenn die zunächst eingegebenen Werte für CP_I auch für diesen speziellen Patienten gültig wären, ein Vertrauen von 95 % dafür, dass die Anzahl der nach #D_I ⁺ Auftritten des Triggers/Markers I beobachtete Anzahl von Arrhythmien zwischen [#D_I ⁺×CP_I – 1,96{#D_I ⁺×CP_I×(1–CP_I)}^1/2] und [#D_I ⁺×CP_I + 1,96{#D_I ⁺×CP_I×(1–CP_I)}^1/2] liegt. Ausgedrückt als Prozentsätze von #D_I ⁺ ergibt dies das Folgende Vertrauensintervall für die bedingte Wahrscheinlichkeit: [CP_I – 1,96×{CP_I×(1–CP_I)/#D_I ⁺}^1/2] und [CP_I + 1,96×{CPI×(1–CP_I)/#D_I ⁺}^1/2].
Wenn der Schätzwert für die bedingte Wahrscheinlichkeit CP_Iest aus diesem Bereich herausfällt, besteht ein Vertrauen von 95 % dafür, dass CP_Iest für diesen speziellen Patienten einen besseren Schätzwert als CP_I darstellt. In diesem Fall wird der Schätzwert für die bedingte Wahrscheinlichkeit für folgende Vorhersagen für zukünftige Arrhythmien statt der Werte auf Populationsbasis verwendet. Da sich die bedingten Wahrscheinlichkeiten eines Patienten im Verlauf der Zeit ändern können, kann dieselbe Prozedur unter Verwendung der neuen bedingten Wahrscheinlichkeit als vorgegebener Wert wiederkehrend wiederholt werden, wobei ein anderer, neuer Schätzwert auf Grundlage eines neuen Satzes von Beobachtungen erzeugt wird. Auf diese Weise werden die bedingten Wahrscheinlichkeiten wiederkehrend auf zweckdienlichere Werte aktualisiert, während die Vorrichtung 105 verwendet wird.
Bei einem alternativen Verfahren zum Aktualisieren bedingter Wahrscheinlichkeiten wird die patientenspezifische bedingte Wahrscheinlichkeit für jeden Trigger/Marker auf solche Weise wiederkehrend aktualisiert, dass sich die Werte schließlich an die wahren Werte Für den speziellen Patienten annähern oder diesen folgen. Bei diesem Verfahren werden zunächst Werte auf Populationsbasis für die bedingten Wahrscheinlichkeiten eingestellt. Dann notiert die Vorrichtung 105 jedesmal dann, wenn eine BTP beobachtet wird, die einen der Trigger/Marker enthält, das Vorliegen oder Fehlen einer Arrhythmie während der nächsten BTP. Wenn eine Arrhythmie vorhanden ist, wird die bedingte Wahrscheinlichkeit für diesen Trigger/Marker um einen kleinen Schritt (z. B. CP_I = CP_I + SCHRITT*(1–CP_I)) erhöht. Wenn keine Arrhythmie vorhanden ist, wird die bedingte Wahrscheinlichkeit über diesen Trigger/Marker um einen kleinen Schritt dekrementiert, wie unten angegeben (z. B. CP_I = CP_I – SCHRITT*(CP_I)).
Wenn die wahre bedingte Wahrscheinlichkeit für den Patienten den Wert CP_I hat, sollte das Verhältnis von BTPs mit fehlenden Arrhythmien zu solchen mit vorhandenen Arrhythmien (1–CP_I)/CP_I sein. Bei z. B. einer bedingten Wahrscheinlichkeit von 20 % werden z. B. für jede BTP mit einer Arrhythmie vier BTPs im Mittel ohne Arrhythmien erwartet. In diesem Fall wird die bedingte Wahrscheinlichkeit 4 Mal um einen kleinen Wert (0,2 × SCHRITT) verkleinert, jedoch 1 Mal um einen großen Wert (0,8 × SCHRITT) erhöht, damit sich über die Zeit keine Nettodrift in CP_I ergibt. Wenn die aktuelle bedingte Wahrscheinlichkeit des Patienten deutlich höher als CP_I war, würde ein höherer Anteil an BTPs mit Arrhythmie vorliegen. Im Ergebnis bestünde die Tendenz einer Erhöhung von CP_I, bis CP_I an den korrekten Wert angenähert ist. In ähnlicher Weise würde, wenn der aktuelle Wert zu niedrig wäre, CP_I abnehmen, bis eine Annäherung an den korrekten Wert vorliegt. Bei einer Ausführungsform ist die Auswahl von SCHRITT klein (≈0,05), so dass diese Änderungen über die Zeit stabil sind.
Beispiele alternativer Verfahren zur Arrhythmievorhersage
Bei einer alternativen Ausführungsform schließt das Arrhythmievorhersagemodul 350 die Anzahl der Auftritte eines Triggers/Markers während einer BTP oder einer anderen Zeitspanne in eine Arrhythmievorhersage ein. Eine Arrhythmie kann jedesmal dann auftreten, wenn ein spezieller Trigger/Marker auftritt. Das wiederholte Auftreten eines Triggers/Markers kann einen stärkeren relativen Vorhersagewert nahelegen. Demgemäß sorgen mehrere Auftritte eines Triggers/Markers für eine höhere Arrhythmiewahrscheinlichkeit. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet jedes Element in der Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten einen Satz eines oder mehrerer Werte der bedingten Wahrscheinlichkeit. Bei einem Beispiel spiegelt der erste Wert im Satz die bedingte Wahrscheinlichkeit wider, wenn der entsprechende Trigger/Marker-während der Basiszeitspanne einmal auftrat, der zweite Satz spiegelt die bedingte Wahrscheinlichkeit wider, wenn der entsprechende Trigger/Marker zweimal während der Basiszeitspanne auftrat, usw. Bei dieser Ausführungsform kann der Satz bedingter Wahrscheinlichkeiten alternativ Bereiche der Anzahl von Trigger/Marker-Erkennungen widerspiegeln (z. B. zwischen 3 und 5 Erkennungen, weniger als 8 Erkennungen, mehr als 3 Erkennungen usw.). Die Werte auf Populationsbasis und die patientenspezifischen Werte für diese Sätze bedingter Wahrscheinlichkeiten werden auch durch Erweiterung der oben beschriebenen Techniken erhalten. Die patientenspezifische adaptive Verarbeitung für diese Sätze bedingter Wahrscheinlichkeiten wird auch durch Erweiterung der oben beschriebenen Techniken erhalten.
Diese alternative Ausführungsform sorgt auch für eine andere Technik der Trigger/Marker-Erkennung. Anstatt den Erkennungswert D_I auf entweder null oder eins einzustellen, stellt das Verarbeitungsmodul 405 zur Trigger/Marker-Erkennung den Erkennungswert D_I auf die Anzahl ein, mit der der I-te Trigger/Marker während der BTP auftrat. Die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit erfolgt als P = D_I × P_I,DI + D₂ × CP_2,D2 + D₃ × CP_3,D3 + ... + D_N × CP_N,DN, wobei CP_I,K die bedingte Wahrscheinlichkeit für den Fall ist, dass der Trigger/Marker I während der BTP K Mal vorhanden ist, und wobei N die Anzahl der Trigger/Marker ist.
Eine zweite alternative Ausführungsform erkennt, dass dann, wenn zwei (oder mehr) verschiedene Trigger/Marker während derselben BTP auftreten, die Wahrscheinlichkeit für Arrhythmien von der linearen Summe der bedingten Wahrscheinlichkeiten, wenn der Trigger/Marker alleine auftrat (d. h. ohne den oder die anderen Trigger/Marker), verschieden sein kann. Bei dieser Ausführungsform gibt das Erkennungsverarbeitungsmodul 405 binäre Erkennungswerte für die Elemente in der Trigger/Marker-Liste 410 auf. Jedoch erzeugt das Arrhythmievorhersagemodul 350 bei dieser Ausführungsform eine Zahl von 0 (es wurde keiner der Trigger/Marker in der Trigger/Marker-Liste 410 erkannt) bis 2^N–1 (es wurden alle Trigger/Marker in der Trigger/Marker-Liste 410 erkannt), die anzeigt, welche der Trigger/Marker in der Trigger/ Marker-Liste 410 während der BTP erkannt wurden, wobei N die Anzahl der Elemente in der Trigger/Marker-Liste 410 ist. Bei dieser Ausführungsform entsprechen die Elemente der Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten und der Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung nicht den Elementen der Trigger/Marker-Liste 410. Stattdessen entsprechen die Elemente der Liste 605 bedingter Wahrscheinlichkeiten und die Liste 610 zur Trigger/Marker-Verwendung den verschiedenen Kombinationen der 2^N–1 möglichen Kombinationen erfassbarer Trigger/Marker. Die Berechnung der Arrhythmiewahrscheinlichkeit erfolgt als P = CP_K, wobei K eine Zahl (von 0 bis 2^N–1) ist, die die aktuelle Kombination erkannter Trigger/Marker widerspiegelt (d. h. diejenigen Trigger/Marker, die über den Erkennungswert 1 verfügen).
Beispiel einer automatisierten Präventionstherapie-Auswählverarbeitung
Das Präventionstherapie-Steuermodul 355 entscheidet auf Grundlage von Arrhythmie-Wahrscheinlichkeitsaussagen, wie sie vom Arrhythmievorhersagemodul 350 erhalten werden, automatisch, ob eine Präventionstherapie aufzurufen ist. Das Präventionstherapie-Steuermodul 355 liefert Ausgangssignale an das Therapiemodul 315, um Schrittmacher- und/oder Schlag- und/oder andere Arrhythmieverhinderungstherapien anzuwenden.
Die 7 ist ein Blockdiagramm zum allgemeinen Veranschaulichen auf beispielhafte Weise, jedoch ohne Einschränkung, einer schematischen Ausführungsform von Teilen des Präventionstherapie-Steuermoduls 355. Bei dieser Ausführungsform erstellt eine Vorhersageablaufsteuerung 700 einen Zeitplan für Vorhersagen zukünftiger Arrhythmien. Ein Präventionstherapie-Entscheidungsmodul 705 entscheidet, ob eine Arrhythmieverhinderungstherapie berechtigt ist. Ein Präventionstherapie-Auswählmodul 710 wählt eine oder mehrere zweckdienliche Präventionstherapien aus. Ein Präventionsaktivierungsmodul 715 aktiviert die ausgewählte Arrhythmie-Präventionstherapie. Das Präventionstherapie-Steuermodul 355 verfügt auch über eine Präventionstherapienliste 720 und eine Wandlungsmatrix 725 zu Triggern/Markern über Präventionstherapien, die die Präventionstherapien der Präventionstherapienliste 720 mit den vom Arrhythmievorhersagemodul 350 beim Vorhersagen zukünftiger Arrhythmien verwendeten Triggern/Markern in Beziehung setzt. Die verschiedenen Untermodule im Therapiesteuermodul 355 sind als solche nur zu begrifflichen Zwecken dargestellt; alternativ können diese Untermodule dahingehend verstanden werden, dass sie in das Arrhythmievorhersagemodul 350 oder an anderer Stelle eingebaut sind.
Bei einer Ausführungsform enthält die Präventionstherapienliste 720 alle möglichen Arrhythmie Präventionstherapien, die die Vorrichtung 105 dem Patienten verabreichen kann. Die Liste 720 ist entweder in Hardware, Firmware oder Software in die Vorrichtung 105 programmiert. Die Elemente der Liste 720 können beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, auf Grundlage des Folgenden ausgewählt werden: Konfiguration der Patientenleitung und -elektrode, Abhängigkeit des Patienten von Schrittmacherbetrieb, Funktionalität des AV-Knotens des Patienten usw. Bei einer Ausführungsform enthält jedes Element der Präventionstherapienliste 720 Informationsfelder (z. B. Schrittmacherrate, Intervallsequenzen usw.), die Eigenschaften für diese spezielle Arrhythmie-Präventionstherapie festlegen. Bei einer Ausführungsform enthält die Präventionstherapienliste 720 sofort wirkende, kurzfristige, mittelfristige und/oder langfristige Präventionstherapien.
Zu unmittelbar wirkenden Präventionstherapien gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung: atrieller Übersteuerungs-Schrittmacherbetrieb, wie für Patienten mit funktionierenden AV-Knoten; bedarfsabhängiger atrieller Schrittmacherbetrieb, wie für Patienten mit funktionierenden AV-Knoten; ventrikulärer Übersteuerungs-Schrittmacherbetrieb; bedarfsorientierter ventrikulärer Schrittmacherbetrieb; gleichzeitiger oder aufeinander folgender atrieller und ventrikulärer Übersteuerungs-Schrittmacherbetrieb; gleichzeitiger oder aufeinander folgender bedarfsorientierter Übersteuerungs-Schrittmacherbetrieb für den rechten und den linken Ventrikel, wie für Patienten mit einer linksventrikulären Schrittmacherelektrode; gleichzeitiger oder aufeinander folgender bedarfsorientierter Schrittmacherbetrieb für den rechten und den linken Ventrikel, wie für Patienten mit einer linksventrikulären Schrittmacherelektrode.
Zu kurzfristigen Präventionstherapien gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung: wiederholter atrieller Übersteuerungs-Schrittmacherbetrieb wie für Patienten mit funktionierenden AV-Knoten; wiederholter gleichzeitiger oder aufeinander folgender bedarfsorientierter atrieller und ventrikulärer Schrittmacherbetrieb; unterschwellige Herzstimulation wie unter Verwendung von Defibrillations-Zuleitungselektroden; neurale Stimulation des autonomen Nervensystems wie für Patienten mit autonomen Stimulationsleitungen; globale Schrittmacherimpulse, die dadurch realisiert werden, dass niederenergetische Schläge über Defibrillationselektroden zugeführt werden; Verabreichung bestimmter Medikamente.
Zu mittelfristigen Präventionstherapien gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, eine Alarmierung/Warnung für den Patienten und/oder den Arzt, wie durch Ausgeben eines hörbaren Tons oder eines anderen Signals; Verabreichung bestimmter Medikamente.
Zu langfristigen Präventionstherapien gehören beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, Diagnosewarnungen für den Arzt, wie durch Senden von Diagnoseinformation von der Vorrichtung 105 an die externe Programmiereinrichtung 125 unter Verwendung einer Telemetrie- oder anderen Kommunikationsstrecke; Verabreichung bestimmter Medikamente.
Gemäß einer Erscheinungsform des vorliegenden Systems ist jedem Element der Präventionstherapienliste 720 eine erforderliche Wirkungszeit zugeordnet, die die Zeit dafür, dass die Therapie wirksam wird und/oder die Zeit enthält, nach der die Therapie nicht mehr wirksam ist. Demgemäß berücksichtigt die Vorhersage-Ablaufsteuerung 700, bei einer Ausführungsform, nur diejenigen Elemente der Präventionstherapienliste, für die erwartet werden kann, dass sie innerhalb eines Zeitrahmens effektiv werden, der zur Vorhersagezeitspanne passt. Bei anderen Ausführungsformen ist Information betreffend den Zeitrahmen, in dem erwartet wird, dass eine spezielle Therapie wirksam ist, in die Wandlungsmatrix 725 eingeschlossen, und die Vorhersagezeitspanne wird zur Trigger/Marker-Liste 410 hinzugefügt. Zur Liste 410 können auch andere physiologische Variable hinzugefügt werden, um eine Art physiologischen Zustandsvektor zu bilden, der auf ein spezielles Element der Präventionstherapienliste 720 abgebildet werden kann, wobei die Wandlungsmatrix Information betreffend die Geeignetheit jedes Elements der Therapienliste für einen vorgegebenen Wert einer physiologischen Variablen enthält.
Bei einer Ausführungsform wird zu einem speziellen Zeitpunkt nur ein Ele ment der Präventionstherapienliste 720 aufgerufen. Es werden auch Kombinationen verschiedener Präventionstherapien bereit gestellt, jedoch wird jede derartige Kombination als gesonderter Eintrag in der Präventionstherapienliste 720 behandelt. Zum Beispiel ist "Starten ventrikulären Übersteuerungs-Schrittmacherbetriebs" ein Element in der Präventionstherapienliste 720, während "Auslösen eines Alarmierungs-/Warnstimulus" ein anderes Element in ihr ist. Eine kombinierte Therapie unter Verwendung von sowohl "Starten ventrikulären Übersteuerungs-Schrittmacherbetriebs" als auch von "Auslösen eines Alarmierungs-/Warnstimulus" wird als noch anderer Eintrag in der Präventionstherapienliste 720 behandelt. Dies vereinfacht die Aufgaben des Präventionstherapie-Auswählmoduls 710 und des Verhinderungsaktivierungsmoduls 715.
Das Präventionstherapie-Auswählmodul 710 wählt eine Arrhythmie-Präventionstherapie auf Grundlage von Ausgangssignalen des Präventionstherapie-Entscheidungsmoduls 705 aus. Wenn das Präventionstherapie-Entscheidungsmodul 705 bestimmt, dass der Grad und das Vertrauen in die Arrhythmievorhersage eine gewisse Präventionstherapie rechtfertigen, wie oben erörtert, wählt das Präventionstherapie-Auswählmodul 710 ein aufzurufendes Element der Präventionstherapienliste 720 aus. Bei einer Ausführungsform beruht die Auswahl einer Präventionstherapie auf dem Satz von Trigger/Marker-Erkennungswerten D, auf den das Präventionstherapie-Entscheidungsmodul 705 die Entscheidung gestützt hat, eine Arrhythmie-Präventionstherapie anzuwenden. Die Wandlungsmatrix 725 übersetzt zwischen den Trigger/Marker-Erkennungswerten D und der Auswahl der geeigneten Arrhythmie-Präventionstherapie aus der Präventionstherapienliste 720.
Die 8 ist ein Diagramm zum allgemeinen Veranschaulichen, auf beispielhafte Weise, jedoch ohne Einschränkung, einer Ausführungsform einer Wandlungsmatrix 725. Bei dieser Ausführungsform entsprechen Zeilen der Wandlungsmatrix 725 den Elementen der Trigger/Marker-Liste 410. Spalten der Wandlungsmatrix 725 entsprechen den Elementen der Präventionstherapienliste 720. Bei einer Ausführungsform sind die Zellen in der Wandlungsmatrix 725 auf einen der folgenden Werte eingestellt: "Verwenden", "Nicht Verwenden" oder "Nicht Berücksichtigen". Der Eintrag "Verwenden" zeigt an, dass es zu erwarten ist, dass die entsprechende Präventionstherapie einen günstigen Effekt hinsichtlich einer Verringerung der Gefahr einer Arrhythmie hat, wenn der zugehörige Trigger/Marker vorliegt. Der Eintrag "Nicht Verwenden" zeigt an, dass erwartet wird, dass die entsprechende Präventionstherapie zu einem schädlichen Effekt führt, der die Gefahr einer Arrhythmie erhöhen kann, wenn der zugehörige Trigger/Marker vorliegt. Der Eintrag "Nicht Berücksichtigen" zeigt an, dass erwartet wird, dass die entsprechende Präventionstherapie die Gefahr einer Arrhythmie weder erhöht noch verringert, wenn der zugehörige Trigger/Marker vorliegt.
Beim in der 8 veranschaulichten speziellen Beispiel ist es, wenn das erste Element der Trigger/Marker-Liste 410 vorliegt, wahrscheinlich, dass die Präventionstherapien #1 und #6 von Nutzen sind, jedoch die Präventionstherapie #4 nicht verwendet werden sollte, da sie wahrscheinlich schädlich ist. Für die anderen möglichen Präventionstherapien wird davon ausgegangen,, dass sie keinen Effekt haben, wenn der Trigger/Marker #1 vorliegt.
Bei einer Ausführungsform sind die Werte in der Wandlungsmatrix 725 solche auf Populationsbasis, die zunächst in die Vorrichtung 105 geladen wurden. Diese Werte auf Populationsbasis werden für die interessierende Population auf Grundlage von Beobachtungen des Folgenden erhalten: Auftreten von Arrhythmien; Vorliegen vorangehender Trigger/Marker; und abgeschätzter oder empirisch hergeleiteter Effekt der speziellen Präventionstherapien hinsichtlich einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Arrhythmie.
Bei einer Ausführungsform existiert, wenn das Präventionstherapie-Entscheidungsmodul 705 anzeigt, dass eine Präventionstherapie erforderlich ist, ein gewisser Satz erkannter Trigger/Marker, der die Entscheidung ausgelöst hat, die Arrhythmie-Präventionstherapie aufzurufen. Das Therapieauswählmodul 710 berücksichtigt diejenigen Zeilen in der Wandlungsmatrix 725, die denjenigen speziellen Triggern/Markern entsprechen, die die Arrhythmie-Präventionstherapie ausgelöst haben. Die Auswahl der geeigneten Präventionstherapie beruht auf einer Punktewertung, wie sie für jede der Präventionstherapien in der Präventionstherapienliste 720 bestimmt wurde. Die spezielle Präventionstherapie mit der höchsten Punktezahl wird durch das Präventionstherapie-Auswählmodul 710 ausgewählt.
Bei einer Ausführungsform wird jedes Element der Präventionstherapienliste 720 berücksichtigt. Für diejenigen Zeilen, die den aktuell erkannten Triggern/Markern entsprechen, wird die Zahl der Einträge "Verwenden" addiert, um die Punktezahl zu erhalten. Wenn irgendein Eintrag "Nicht Verwenden" vorhanden ist, wird jedoch die Punktezahl auf Null gesetzt. Auf diese Weise verfügt jede der Präventionstherapien über eine Punktezahl und der Anzahl der erkannten Trigger/Marker mit dem entsprechenden Eintrag "Verwenden". Das Therapieauswählmodul 710 wählt die Präventionstherapie mit der höchsten Punktezahl aus. Wenn es unentschieden ist, wird diejenige Präventionstherapie verwendet, die früher in der Präventionstherapienliste 720 auftritt. Wenn alle möglichen Präventionstherapien die Punktezahl Null aufweisen, wird keine der verfügbaren Präventionstherapien als zweckdienlich angesehen, und es wird keine Präventionstherapie aufgerufen. Bei einer alternativen Ausführungsform beruht die Punktezahl auch auf der bedingten Wahrscheinlichkeit für jeden erkannten Trigger/Marker. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform ist ein Schwellenwert vorhanden, so dass die Präventionstherapie mit der höchsten Punktezahl eine solche Punktezahl aufweisen muss, die den Schwellenwert erreicht (oder überschreitet), bevor irgendeine Präventionstherapie ausgewählt wird.
Das Präventionsaktivierungsmodul 715 nutzt die in der Präventionstherapienliste 720 und/oder der Wandlungsmatrix 725 enthaltene Information zum Aktivieren der Anwendung der ausgewählten Therapie durch das Therapiemodul 315. Die Vorrichtung 105 wendet die aktivierte Therapie für eine vorbestimmte Zeitspanne an, die ebenfalls in der Präventionstherapienliste 720 enthalten ist. Die Arrhythmie-Präventionstherapie wird beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, dadurch verabreicht, dass die Schrittmacher- und/oder Schlagschaltkreise angesteuert werden oder Information für eine spätere Durchsicht (über Telemetrie oder eine andere Kommunikation mit der externen Programmiereinrichtung 125) durch den Arzt oder einen anderen Benutzer gespeichert wird.
Beispiel für einen Vorhersagezeitplan
Die Vorhersage-Ablaufsteuerung 700 erstellt einen Zeitplan für die Häufigkeit, mit der Arrhythmievorhersagen erfolgen. Wie bereits erörtert, kann die zum Erkennen eines Triggers/Markers zur Vorhersage verwendete BTP von der Zeitspanne abweichen, wie sie durch eine spezielle Vorhersage abgedeckt wird, die wiederum von der Zeit abweichen kann, die erforderlich ist, dass die Präventionstherapie einen Effekt zeigt. Die Vorhersage-Ablaufsteuerung 700 sollte einen Zeitplan für Vorhersagen auf vernünftige Weise erstellen, um effizienten Betrieb zu ermöglichen.
Wie oben beschrieben, können die Arrhythmie-Wahrscheinlichkeitsaussagen begrifflich so gefasst werden, dass sie die folgende Grundform aufweisen: "In der nächsten Zeitperiode Y besteht aufgrund der Kombination von Triggern/Markern D eine Arrhythmiewahrscheinlichkeit von X Prozent". Bei einer Ausführungsform erfolgen Vorhersagen mit einem Maximum von Intervallen von 2 Minuten, und die BTP zum Erkennen von Triggern/Markern beträgt ebenfalls 2 Minuten. Bei einer alternativen Ausführungsform kann jedoch die Vorhersagefrequenz von der BTP-Frequenz verschieden sein. Intervalle zwischen Vorhersagen können länger oder kürzer als die BTP sein, und sie können variabel oder fixiert sein. Bei einer Ausführungsform betragen die durch die Vorhersagen abgedeckten Zeitspannen (d. h. die Werte von Y) entweder 2 Minuten (d. h. 1 BTP), 30 Minuten (d. h. 15 BTPs), 1 Tag, 1 Woche oder 1 Monat. Vorhersagen, die eine Spanne von 2 Minuten abdecken, erfolgen mit Intervallen von 2 Minuten. Vorhersagen, die eine Spanne von 30 Minuten abdecken, erfolgen mit Intervallen von 10 Minuten. Vorhersagen, die eine Spanne von 1 Tag abdecken, erfolgen mit Intervallen von 6 Stunden. Vorhersagen, die eine Spanne von 1 Woche abdecken, erfolgen täglich. Vorhersagen, die eine Spanne von 1 Monat abdecken, erfolgen wöchentlich. So werden bei dieser Ausführungsform diejenigen Vorhersagen, die kürzere Zeitspannen abdecken mit einer Frequenz vorgenommen, die der durch die Vorhersage abgedeckten Zeitspanne entsprechen. Vorhersagen, die längere Zeitspannen abdecken, erfolgen häufiger, als es der durch die Vorhersage abgedeckten Zeitspanne entspricht. Das Timing der Vorhersagen in Bezug zur durch die Vorhersage abgedeckten Zeit könnte auf viele andere Arten erfolgen, ohne dass von den in diesem Dokument offenbarten Techniken abgewichen wird.
Entscheidung für eine Präventionstherapie
Das Präventionstherapie-Entscheidungsmodul 705 entscheidet, ob eine Präventionstherapie gerechtfertigt ist. Bei einer Ausführungsform für diese Aufgabe wird mit einem Intervall von jeweils 2 Minuten (d. h. für jede BTP) ausgeführt, wobei zu dieser Zeit alle zu dieser Zeit existierenden Arrhythmienvorhersagen berücksichtigt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Gesamtwahrscheinlichkeit für eine Arrhythmie für jede der Vorhersagezeitspannen mit entsprechenden Schwellenwerten verglichen.
Wenn die Arrhythmiewahrscheinlichkeiten während allen abgedeckten Zeitspannen nicht den entsprechenden Schwellenwert überschreiten, wird davon ausgegangen, dass keine deutliche Präventionstherapiegefahr besteht, und es wird keine Präventionstherapie verabreicht. Wenn die Arrhythmiewahrscheinlichkeit während irgendeiner der abgedeckten Zeitspannen den entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wird davon ausgegangen, dass eine deutliche Arrhythmiegefahr besteht, und es wird die Arrhythmie-Präventionstherapie auf die oben beschriebene Weise ausgewählt und aktiviert.
Schlussanmerkung
Obwohl in der obigen Beschreibung spezielle Ausführungsformen unter Verwendung einer implantierten Herzrhythmus-Managementvorrichtung mit Defibrillationsfähigkeiten beschrieben sind, können die Techniken auch bei anderen Herzrhythmus-Managementsystemen verwendet werden, einschließlich, ohne Einschränkung, implantierten oder externen Schrittmachern oder akut oder chronisch arbeitenden Herzbehandlungs- oder Überwachungsvorrichtungen. Darüber hinaus wurden zwar Techniken unter Verwendung derjenigen Elektroden und Sensoren beschrieben, wie sie in implantierten Herzrhythmus-Managementvorrichtungen verfügbar sind, jedoch können andere und/oder zusätzliche Erfassungs- und/oder Stimulationselektroden verwendet werden (z. B. zum Erfassen oder Stimulieren sympathetischer oder parasympathetischer Nerven oder eines Ganglions, oder zum Erfassen des pH-Werts, des pO₂-Werts oder der K⁺-Konzentration in Blut usw.).
Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung als veranschaulichend und nicht als beschränkend vorgesehen ist. Dem Fachmann sind beim Durchsehen der obigen Beschreibung viele andere Ausführungsformen ersichtlich. Der Schutzumfang soll daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche, einhergehend mit dem vollen Schutzumfang für Äquivalente, die durch derartige Ansprüche abgedeckt sind, bestimmt werden.

Claims

Herzrhythmus-Managementsystem mit einem Erfassungsmodul zum Erkennen von Vorbereitungsereignissen, die statistisch dem Auftreten von Arrhythmien zugeordnet sind, und einem Arrhythmievorhersagemodul, das zur Vorhersage des Auftretens einer Arrhythmie während einer bestimmten Vorhersagezeitspanne, wenn eine abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, eingerichtet ist, und wobei die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit aus einer dem Vorbereitungsereignis zugeordneten bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit berechnet wird, die aus vergangenen Beobachtungen von Vorfällen, in denen das Vorbereitungsereignis innerhalb einer bestimmten Zeitspanne alleine oder zusammen mit einer Arrhythmie auftritt, gewonnen wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis ein Markerereignis ist, das der Erfassung eines physiologischen Zustands entspricht, der statistisch dem Auftreten einer Herzarrhythmie zugeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis ein Triggerereignis ist, das das Risiko einer Arrhythmie, die über eine als Quelle für die Arrhythmie dienende Depolarisation auftritt, erhöht.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis eine besondere Morphologie einer Wellenform ist, die eine elektrische Aktivität des Herzens darstellt.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis ein besonderes Muster von Aktivierungszeiten unterschiedlicher Bereiche des Herzens ist, das von mehreren Elektroden erfaßt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis ein besonderes zeitliches Abfolgemuster von Herzschlägen ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis der Wert einer gemessenen physiologischen Variablen ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Vorbereitungsereignis eine Statistik darstellt, die auf einer Vorgeschichte aufgetretener Vorbereitungsereignisse beruht.
System nach Anspruch 1, wobei die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit CP das Verhältnis der Anzahl beobachteter Vorfälle, in denen das Vorbereitungsereignis innerhalb einer bestimmten Basiszeitspanne von einer Arrhythmie gefolgt wird, zur Gesamtzahl beobachteter Vorfälle des Vorbereitungsereignisses ist.
System nach Anspruch 9, wobei die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit durch folgenden Ausdruck gegeben ist: abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit = CP × (1–e^–CT) wobei C eine abgeschätzte Häufigkeit für das Auftreten des Vorbereitungsereignisses ist.
System nach Anspruch 1, wobei die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit über folgenden Ausdruck berechnet wird: 1–e–RT wobei T ein Maß für die bestimmte Vorhersagezeitspanne und R eine Abschätzung der Häufigkeit für das Auftreten von Arrhythmien, während das Vorbereitungsereignis vorliegt, ist.
System nach Anspruch 11, wobei R das Verhältnis von 1) der Anzahl an Vorfällen, in denen das Vorbereitungsereignis innerhalb einer bestimmten Basiszeitspanne von einer Arrhythmie gefolgt wird, zu 2) der Länge der Basiszeitspanne multipliziert mit der Gesamtzahl an Basiszeitspannen, in denen das Vorbereitungsereignis beobachtet wird, darstellt.
System nach Anspruch 12, wobei die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit über den folgenden Ausdruck berechnet wird: (1–e–RT) (1–e–CT), undwobei C eine geschätzte Häufigkeit ist, mit der das Vorbereitungsereignis auftritt.
System nach Anspruch 1, in dem das Arrhythmievorhersagemodul außerdem eine Ursächlichkeit aufweist, die einem Vorbereitungsereignis für die Verursachung eines beobachteten Arrhythmievorfalls bei Erfüllung eines bestimmten Ursächlichkeitskriteriums zugewiesen wird, und wobei die bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit CP das Verhältnis der Anzahl beobachteter Vorfälle, in denen das Vorbereitungsereignis als ursächlich für die Arrhythmie angesehen wird, zur Gesamtzahl der beobachteten Auftritte des Vorbereitungsereignisses darstellt.
System nach Anspruch 14, wobei die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit über folgenden Ausdruck berechnet wird: abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit = CP × (1–e–CT),und wobei C eine abgeschätzte Häufigkeit für das Auftreten des Vorbereitungsereignisses darstellt.
System nach Anspruch 14, wobei das Ursächlichkeitskriterium die zeitliche Nähe zwischen dem Vorbereitungsereignis und dem Einsetzen einer Arrhythmie ist.
System nach Anspruch 14, wobei das Ursächlichkeitskriterium die Größe des erkannten Vorbereitungsereignisses vor dem Einsetzen einer Arrhythmie ist.
System nach Anspruch 14, wobei das Ursächlichkeitskriterium die Frequenz des Auftretens des Vorbereitungsereignisses innerhalb einer bestimmten Zeitspanne vor dem Einsetzen einer Arrhythmie ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Erfassungsmodul mehrere Vorbereitungsereignisse erkennt, die statistisch dem Auftreten einer Arrhythmie zugeordnet sind, und wobei das Arrhythmievorhersagemodul eine geschätzte Gesamtarrhythmiewahrscheinlichkeit mit einem Schwellenwert vergleicht, um das Auftreten einer Arrhythmie vorherzusagen, wobei die Gesamtarrhythmiewahrscheinlichkeit eine Kombination der den jeweiligen erkannten Vorbereitungsereignissen zugeordneten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten darstellt.
System nach Anspruch 19, wobei das Arrhythmievorhersagemodul zur Berechnung der Gesamtarrhythmiewahrscheinlichkeit unter Addition der den jeweiligen erkannten Vorbereitungsereignissen zugeordneten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten eingerichtet ist.
System nach Anspruch 20, wobei das Arrhythmievorhersagemodul zur Berechnung der mit den jeweiligen erkannten Vorbereitungsereignissen zugeordneten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten durch Multiplizieren der für ein Vorbereitungsereignis gewonnenen bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit mit der Anzahl erkannter Auftritte des Ereignisses innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eingerichtet ist.
System nach Anspruch 19, wobei jede bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit ein Verhältnis der Anzahl an Vorfällen, in denen beobachtet wird, daß das Vorbereitungsereignis innerhalb einer bestimmten Basiszeitspanne von einer Arrhythmie gefolgt wird, zur Gesamtzahl beobachteter Vorfälle des Vorbereitungsereignisses darstellt.
System nach Anspruch 22, wobei das Arrhythmievorhersagemodul zur Gewinnung der bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten unter Verwendung unterschiedlicher Basiszeitspannen eingerichtet ist.
System nach Anspruch 19, wobei das Arrhythmievorhersagemodul eingerichtet ist, die bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten auf vergangene Beobachtungen des Auftretens von Ereignissen und Arrhythmien, die aus Populationsdaten genommen werden, zu gründen.
System nach Anspruch 19 mit einem adaptiven Verarbeitungsmodul zur Berechnung der bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten aufgrund vergangener Beobachtungen des Auftretens von Ereignissen und Arrhythmien, die in Echtzeit von einem bestimmten Patienten gewonnen werden.
System nach Anspruch 25, wobei die von dem adaptiven Verarbeitungsmodul berechneten bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten zunächst auf vergangene Beobachtungen des Auftretens von Ereignissen und Arrhythmien, die aus Populationsdaten gewonnen werden, gegründet werden und die jeweiligen bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeiten daraufhin von einem vorherigen Wert auf einen gegenwärtigen Wert mittels Beobachtungen, die in Echtzeit von einem bestimmten Patienten gewonnen werden, aktualisiert werden.
System nach Anspruch 26, wobei das adaptive Verarbeitungsmodul zur periodischen Aktualisierung einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit von einem vorangegangenen Wert auf einen gegenwärtigen Wert mittels Beobachtungen eingerichtet ist, die in Echtzeit von einem bestimmten Patienten gewonnen werden.
System nach Anpruch 26, wobei das adaptive Verarbeitungsmodul zur Aktualisierung einer bedingten Arrhythmiewahr scheinlichkeit lediglich dann, wenn sich der gegenwärtige Wert um einen vorbestimmten Betrag vom vorangegangenen Wert unterscheidet, eingerichtet ist.
System nach Anspruch 26, wobei das adaptive Verarbeitungsmodul den Betrag, um den sich der gegenwärtige Wert vom vorangegangenen Wert unterscheidet, auf statistische Signifikanz prüft, bevor eine bedingte Arrhythmiewahrscheinlichkeit aktualisiert wird.
System nach Anspruch 26, wobei das adaptive Verarbeitungsmodul die statistische Zuordnung einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit mit Echtzeit-Beobachtungsdaten prüft und die Verwendung einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit zur Ableitung einer bedingten Gesamtwahrscheinlichkeit einstellt, wenn die statistische Zuordnung unter einen bestimmten Wert fällt.
System nach Anspruch 1, wobei das Arrhythmievorhersagemodul zur Erhöhung oder Verringerung einer bedingten Arrhythmiewahrscheinlichkeit um einen bestimmten Betrag nach einer Vorhersagezeitspanne dementsprechend, ob eine Arrhythmie aufgetreten ist, eingerichtet ist.
System nach Anspruch 1 mit einem Therapiemodul zur Anwendung einer präventiven Arrhythmietherapie, wenn die abgeschätzte Arrhythmiewahrscheinlichkeit eine Therapieschwelle übersteigt.
System nach Anspruch 1 mit einem Vorsorgetherapiesteuermodul zur Auswahl einer bestimmten anzuwendenden Therapie aus einer Gruppe aus einer oder mehreren verfügbaren Therapieformen.
System nach Anspruch 33, wobei die Gruppe verfügbarer Therapieformen die Abgabe eines pharmakologischen Mittels beinhaltet.
System nach Anspruch 33, wobei die Gruppe verfügbarer Therapieformen die Abgabe eines oder mehrerer aus einer Vielzahl pharmakologischer Mittel, einen Herzschrittmacherbetrieb in einem ausgewählten Schrittmachermodus, die Anwendung von Kardioversions- bzw. Defibrillationsschocks und/oder die neuronale Stimulation beinhaltet.
System nach Anspruch 33, wobei die Gruppe verfügbarer Therapieformen die Abgabe eines Warnsignals beinhaltet.
System nach Anspruch 33, wobei das Therapiesteuermodul zur Auswahl einer bestimmten anzuwendenden Therapie aufgrund geschaffener Gewißheit über den physiologischen Zustand des Patienten und zur Bestimmung, ob eine bestimmte verfügbare Therapieform zur Anwendung auf den Patienten in diesem physiologischen Zustand geeignet ist, eingerichtet ist.
System nach Anspruch 33, wobei der physiologische Zustand, über den zur Auswahl einer Therapieform durch das Therapiesteuermodul Gewißheit geschaffen wird, die Vorhersagezeitspanne der abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeit, die zur Vornahme der Arrhythmievoraussage verwendeten bestimmten Vorbereitungsereignisse, das Vorhandensein oder die Abwesenheit bestimmter Vorbereitungsereignisse innerhalb einer bestimmten vorangegangenen Zeitspanne und/oder die Größe einer gemessenen physiologischen Variablen beinhaltet.
System nach Anspruch 33, wobei das Therapiesteuermodul zur Entscheidung eingerichtet ist, ob eine bestimmte präventive Therapieform angewendet werden soll, indem eine Matrix-Abbildung einer Liste erkannter Vorbereitungsereignisse auf eine bestimmte Therapie oder bestimmte Therapien, die in die sem physiologischen Zustand zur Verhinderung einer Arrhythmie am meisten angemessen angesehen wird bzw. werden, vorgenommen wird, wobei die Matrix-Abbildung unter Verwendung einer Übersetzungsmatrix vorgenommen wird, die Informationen über die Angemessenheit einer bestimmten Therapieform für ein gegebenes erkanntes Vorbereitungsereignis enthält, und wobei die Abbildung in einer Punktwertung für jede in der Matrix dargestellt Therapieform resultiert, die die Angemessenheit jeder solchen in der Liste erkannter Vorbereitungsereignisse gegebenen Therapieform angibt, und wobei die Punktwertung von dem Therapiesteuermodul ausgewertet wird.
System nach Anspruch 39, wobei das Therapiesteuermodul zur Entscheidung eingerichtet ist, ob eine bestimmte präventive Therapieform angewendet wird, indem eine Matrix-Abbildung eines einen bestimmten physiologischen Zustand darstellenden Zustandsvektors auf eine bestimmte Therapie oder bestimmte Therapien vorgenommen wird, die am angemessensten zur Verhinderung einer Arrhythmie in diesem physiologischen Zustand angesehen wird bzw. werden, wobei die Matrix-Abbildung unter Verwendung einer Therapiematrix mit Informationen über die Angemessenheit einer bestimmten Therapieform für einen gegebenen physiologischen Zustand durchgeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Arrhythmievorhersagemodul zur Berechnung einer getrennten abgeschätzten Arrhythmiewahrscheinlichkeit für jeden einer Vielzahl an Arrhythmietypen eingerichtet ist.
System nach Anspruch 1 mit einem Prozessor-lesbaren Speichermedium mit Prozessor-ausführbaren Anweisungen zur Konfiguration des in Anspruch 1 erwähnten Arrhythmievorhersagemoduls.