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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine implantierbare medizinische
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Anspruches.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Druck des in das Herz eintretenden Blutes ist von großem Interesse.
Das gesamte Blut aus den Venen im Körper tritt in das rechte Atrium
des Herzens ein. Dieses stellt 95% des gesamten venösen Blutvolumens
dar, die restlichen 5% des Volumens treten aus dem koronaren Sinus
ein, der den Rückweg
aus der eigenen Blutversorgung des Herzens bildet. Der Druck in
der Vena Cava, der großen Vene
unmittelbar außerhalb
des Herzens wird als zentraler venöser Druck (CVP) bezeichnet.
Der Durchschnittspegel des CVP ist nur einige mmHg, aber abhängig davon,
dass die Vena Cava sehr elastisch ist (eine große Compliance aufweist), zeigt
eine kleine Änderung
im Druck an, dass ein großes
Blutvolumen beteiligt ist. Der CVP ist deshalb von großem Interesse,
weil er ein Indikator für
das Blutvolumen ist, das durch die Venen fließt und in das Herz eintritt.
Der Druck in der Vena Cava nimmt zu, wenn das Herz zu schwach schlägt. Die
Zunahme zeigt an, dass das Blut in den Venen angestaut ist. In dieser Situation
ist die normale Reaktion des Herzens, schneller zu schlagen und/oder
das Schlagvolumen zu vergrößern. Es
gibt einen weiteren Faktor, der eine Zunahme im CVP, resultierend
aus der Zunahme im Blutvolumen verursachen kann, wenn eine Person
sich niederlegt, beispielsweise wenn sie nachts zu Bett geht. Die
Reaktion des Herzens ist die gleiche wie oben, d.h. schneller zu
schlagen und/oder das Schlagvolumen zu vergrößern.
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In
der US-5,040,540 sind verschiedene Verfahren zur Messung des zentralen
venösen
Druckes beschrieben. Um einen gültigen
zentralen venösen Druck
zu erhalten könnte
ein Messkatheder in das rechte Atrium oder in eine der großen Venen
des Thorax (beispielsweise die Vena Cava Superior, die Vena Innomina
(Vena Brachiocephalica) oder die Vena Subclavia). Eine Messung im
rechten Atrium sollte gemäß der US-5,040,540
unter anderem wegen des Risikos einer Durchlöcherung der atrialen Wand vermieden
werden.
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Drucksensoren,
die geeignet sind innerhalb eines Herzens einzusetzen, sind in dem
betreffenden technischen Gebiet bekannt, siehe beispielsweise US-5,843,135
und US-5,324,326.
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Gemäß der US-5,843,135
wird ein piezoelektrischer Druckwandler im Herzen eines Patienten, beispielsweise
im rechten Ventrikel oder im rechten Atrium angeordnet.
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Die
US-5,324,326 beschreibt eine druckabfühlende Schrittmacherleitung
mit einem distalen Drucksensor zum Abfühlen des hämodynamischen Drucks innerhalb
des Herzens. Der Drucksensor enthält einen Chip mit einer integrierten
Schaltung, die eine Schicht aus piezoresistivem Material und ein nicht
leitendes Basisteil aufweist.
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Während einer
Diastole, der Füllphase
des Herzzyklus, ist die Trikuspidalklappe, welche die Klappe zwischen
dem rechten Atrium und dem rechten Ventrikel des Herzens ist, offen.
Die Folge davon ist, dass der im rechten Ventrikel während der
Diastole gemessene Druck auch den Druck im rechten Atrium und auch
den Druck in der Nähe
des Herzens in den Venen reflektiert, die Blut in das rechte Atrium (Vena
Cava Superior, etc.) transportieren.
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Die
US-5,163,429 bezieht sich auf ein hämodynamisches Reaktionssystem
zum Behandeln einer Fehlfunktion eines Herzens. Ein für den Druck
repräsentatives
Signal wird entwickelt und an einer Stelle im Kreislaufsystem eines
Patienten abgefühlt.
Dieses Signal kann beispielsweise den kurzzeitigen mittleren Druck
des rechten Ventrikels, den mittleren zentralen venösen Druck,
den rechtsventrikulären
diastolischen Druck darstellen.
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In
der US-5,163,429 wird auch durch Detektieren einer Realzeitdarstellung
des Spitzendruckesein für
den rechtsventrikulären
systolischen Druck repräsentatives
Signal bestimmt, vorausgesetzt, dass auf eine positive Neigung ein
Null-Neigungszustand folgt. Der so erfasste Spitzendruck wird in
ein Schieberegister für
die weitere Bewertung geschoben. Anschließend an die Bestimmung des
rechtsventrikulären
systolischen Drucks wird kurz beschrieben, dass eine ähnliche
Schaltung auch zum Bestimmen des rechtsventrikulären diastolischen Drucks unter
Verwendung eines eine negative Neigung benutzenden Detektors an
Stelle eines positiven Neigungs-Detektors benutzt werden kann. Gemäß dem in
der US-5,163,429 beschriebenen System wird nur ein einziger Druckwert
(der minimale Wert) für
jeden Herzzyklus während der
diastolischen Phase bestimmt. Der bestimmte Druckwert wird dann
dazu benutzt Kurzzeit- oder
Langzeitsignaldarstellungen des rechtsventrikulären diastolischen Drucks zu
erhalten.
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Die
US-5,368,040 betrifft ein Gerät
und ein Verfahren zum Überwachen
und Messen einer Vielzahl von hämodynamischen
Variablen aus einem einzigen, chronisch implantierten Sensor für absoluten Druck.
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Bei
dieser bekannten Vorrichtung werden die erste und die zweite Ableitung
des Drucksignals gemeinsam mit dem ECG-Signal benutzt, um die Anfangs-
und Endpunkte der systolischen bzw. diastolischen Intervalle zu
identifizieren.
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Gemäß 1 in
der US-5,368,040 wird der PA systolische Druck durch Zuführen des
abgefühlten
RV-Drucksensorausgangssignals in eine Abtast- und Halteschaltung
bestimmt, die durch das Abfühlen
der R-Welle aktiviert wird. Der systolische Druck wird dann festgehalten,
wenn dP/dt negativ wird. Der festgehaltene Wert wird dann solange
gespeichert, bis die nächste
R-Welle abgefühlt
wird.
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Ein
Nachteil bei der in der US-5,368,040 beschriebenen Vorrichtung ist
der, dass Informationen benötigt
werden, die sich auf das innere EGM-Signal beziehen, um die speziellen
Abschnitte des Herzzyklus zu identifizieren, was die Vorrichtung
kompliziert macht.
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Ein
allgemeiner Nachteil bei den beschriebenen bekannten Systemen ist
der, dass nur eine begrenzte Information über die Druckveränderungen erhalten
wird. Es wird keine kontinuierliche Druckkurve des diastolischen
Drucks ermittelt.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es eine Druckmessung durchzuführen, bei
der unter Verwendung einer technisch weniger komplizierten Vorrichtung
auch kleinere Druckänderungen
erfasst werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
oben erwähnte
Ziel wird durch ein medizinisches System mit den kennzeichnenden
Merkmalen, wie sie in den unabhängigen
Ansprüchen
angegeben sind, erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den unabhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein im rechten Ventrikel angeordneter Drucksensor
auch dazu benutzt werden zusätzlich
den rechtsventrikulären
Druck zu messen, um einen den zentralen venösen Druck in der Vena Cava
darstellenden Wert zu bestimmen.
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Es
ist ein großer
Vorteil, in der Lage zu sein, den zentralen venösen Druck ohne Platzierung
eines Sensors in der Vena Cava zu bestimmen. Es wird als schwieriger
und dann auch als teurer angesehen, den Druck direkt in einer großen Vene,
beispielsweise in der Vena Cava zu messen, weil eine Elektrodenleitung
mit einem Drucksensor komplizierter wird und möglicherweise auch schwieriger
anzuordnen ist.
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Ein
in einem Schrittmacher benutzter Drucksensor wird üblicherweise
in einer Elektrodenleitung angeordnet, die ausgelegt ist, innerhalb
des Herzens angeordnet zu werden, beispielsweise im rechten Ventrikel
oder im rechten Atrium.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es, die Anwendbarkeit eines im rechten Ventrikel oder im rechten
Atrium erhaltenen Drucksignals zu erweitern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird das erhaltene diastolische Drucksignal
in einem Medianfilter verarbeitet, um einen sanften Übergang
zwischen den aus den diastolischen Phasen benachbarter Herzzyklen erhaltenen
Kurven zu erreichen.
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Kurze Beschreibung
der beigefügten
Zeichnungen
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen medizinischen
Vorrichtung.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
einen Vergleich zwischen dem gemessen Druck im rechten Ventrikel
(RVP) und dem gemessenen Druck in der Vena Cava (CVP).
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4 zeigt
eine verarbeitete Kurve des rechtsventrikulären Drucks (RVP), die die vorliegende
Erfindung darstellt.
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5 zeigt
die Kurve des rechtsventrikulären
Drucks (RVP), in der die diastolischen Abschnitte der Kurve gemäß der Erfindung
bestimmt worden sind.
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6a und 6b zeigen
CVP und RVP Kurvenverläufe,
um die Vorteile des Medianfilters darzustellen.
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7 zeigt
eine Kurve der Amplitude des rechtsventrikulären Druckes, die darstellt,
wie die P-Grenze bestimmt wird.
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8 zeigt
eine Kurve der Amplitude der Ableitung des rechtsventrikulären Druckes,
die darstellt, wie die dP/dt Grenze bestimmt wird.
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9 zeigt
eine Kurve der Amplitude der zweiten Ableitung des rechtsventrikulären Druckes, die
darstellt, wie die d2P/dt2 Grenze
bestimmt wird.
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10 zeigt
Kurven, die einen alternativen Weg zur Bestimmung von Anfang und
Ende einer diastolischen Phase darstellen.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm einer medizinischen Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
medizinische Vorrichtung 2 enthält eine Druckabfühlvorrichtung,
die ausgebildet ist, den rechtsventrikulären Druck eines Herzens zu
messen. Die Druckabfühlvorrichtung
enthält
einen Drucksensor 6, der ausgelegt ist, im rechten Ventrikel
des Herzens positioniert zu werden, um den Druck zu messen und abhängig von
dem gemessenen Druck ein Drucksignal 8 zu erzeugen. Die
Druckabfühlvorrichtung 4 enthält eine
Vorverarbeitungsvorrichtung 10, eine Drucksignalverarbeitungsvorrichtung 12 und eine
Zeitgeber- bzw. Zeitsteuervorrichtung 14. Die Drucksignalverarbeitungsvorrichtung 12 ist
ausgebildet, aus dem vorverarbeiteten Drucksignal 16 unter Verwendung
der diastolischen Zeitsteuersignale 18 aus der Zeitsteuervorrichtung
ein diastolisches Drucksignal zu bestimmen, das den ventrikulären Druck
nur während
der diastolischen Phase des Herzzyklus darstellt. Bei der Zeitsteuervorrichtung wird
ein oder es werden mehrere Schwellenwerte 30, 32 angewandt,
um die Erzeugung der diastolischen Zeitsteuersignale zu aktivieren.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Das
Drucksignal 8 wird der Vorverarbeitungsvorrichtung 10 zugeführt, wo
das Signal in einem A/D-Umsetzer 22 von analog zu digital
umgewandelt und in einem Glättungsfilter 24 gefiltert
wird. In dem A/D-Umsetzer 22 wird das empfangene Drucksignal
mittels einer Abtastfrequenz von 100 Hz abgetastet. Das Glättungsfilter
ist ein Tiefpassfilter der vierten Ordnung mit einer Grenzfrequenz
von 15 Hz.
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Das
A/D-umgesetzte gefilterte Signal wird sowohl der Zeitsteuervorrichtung 14 als
auch der Drucksignalverarbeitungsvorrichtung 12 zugeführt.
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Die
Zeitsteuervorrichtung enthält
eine Differenziervorrichtung 26 und eine Vergleichsvorrichtung 28.
Das Signal aus der Vorverarbeitungsvorrichtung wird beiden Vorrichtungen
in der Zeitsteuervorrichtung zugeführt. Die Differenziervorrichtung 26 differenziert
das Signal, welches der Vergleichsvorrichtung 28 zugeführt wird.
Die Vergleichsvorrichtung weist zwei Grenzwerte „P-Grenze" 30 und „dP/dt Grenze" 32 auf,
die voreingestellt sind, so dass die Zeitsteuervorrichtung diastolische
Zeitsteuersignale 18 zu Beginn und am Ende der diastolischen
Phase des Herzzyklus erzeugt.
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Nachfolgend
sind anhand der 7 bis 9 einige
Beispiele angegeben, wie die Grenzen ausgewählt werden. In 10 ist
ein weiterer Ansatz zur Bestimmung des Anfangs und des Endes der
diastolischen Phase des Herzzyklus dargestellt.
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7 zeigt
die Amplitude des rechtsventrikulären Druckes (RVP) und eine
typische P-Grenze ist durch die horizontale Linie markiert. Die
diastolische Phase wird als der Kurvenverlauf unterhalb der Linie
identifiziert und die Anfangs- und Endpunkte werden einfach als
Schnittstellen zwischen der Linie und dem Kurvenverlauf bestimmt.
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8 zeigt
die Amplitude von dRVP/dt und ein typisches dRVP/dt Intervall für den absoluten Wert
von dRVP/dt, der kleiner als 200 mmHg/s ist, ist durch horizontale
Linien markiert. Die diastolische Phase wird als der Kurvenverlauf
zwischen den Linien identifiziert und die Anfangs- und Endpunkte
werden dann einfach bestimmt.
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9 zeigt
noch eine weitere Möglichkeit, wie
die Ableitung von dP/dt bestimmt und in Verbindung mit dem Drucksignal
(7) und/oder der Ableitung des Drucksignals (8)
benutzt wird.
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10 stellt
eine weitere Verbesserung dar, bei der die aus der Detektion der
elektrischen Aktivität
des Herzens erhaltene Zeitsteuerinformation benutzt wird.
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10 zeigt
schematisch wie diese Information benutzt werden kann:
Der
obere Kurvenverlauf zeigt den gemessenen Druck (die Teilung der
Y-Achse sei beispielsweise 20 mmHg) im rechten Ventrikel und der
untere Kurvenverlauf (die Teilung der X-Achse sei beispielsweise 120
ms) zeigt den internen EGM, gemessen durch eine im rechten Ventrikel
angeordnete bipolare Schrittmacherelektrode. Die Herzschläge werden
in dem IEGM-RV-Signal
als vertikale Spikes detektiert. Diese Information kann dazu benutzt
werden, den Druckdetektor beispielsweise im Zeitintervall 100 bis 250
ms nach der Detektion zu sperren. Diese Zeitintervalle sind im unteren
Kurvenverlauf als das systolische Zeitintervall darstellende dicke
Linien gezeigt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 werden die diastolischen Zeitsteuersignale
einer Steuereinheit 34 in der Drucksignalverarbeitungsvorrichtung 12 zugeführt, die
ein Schieberegister 36 steuert, dem das vorverarbeiteet
Drucksignal 16 zugeführt wird.
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Das
Schieberegister 36 ist ein First-In-First-Out (FIFO) Register,
in dem während der
diastolischen Detektion die Messdaten verschoben werden. Das Register
enthält
nur Abtastungen des Druckes (RVP) des rechten Ventrikels während der
Diastole. Das Ende eines diastolischen Intervalls ist mit dem Anfang
des nächsten
Intervalls zusammengeführt.
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Die
im Schieberegister registrierten Daten werden dann einem Medianfilter 38 zugeführt, das das
diastolische Drucksignal 20 erzeugt, welches die mediangefilterte
Version der kontinuierlich erfassten diastolischen Intervalle ist.
Zwischen den Intervallen werden die letzten Daten eines Intervalls
gehalten und unter Verwendung einer Medianfiltertechnik (siehe beispielsweise
US-5,871,509) wird ein sanfter bzw. glatter Übergang zu dem nächsten (benachbarten)
diastolischen Abschnitt (Intervall) erhalten. Das ausgegebene diastolische
Drucksignal ist der Medianwert von beispielsweise den letzten 9
Abtastungen des geglätteten
Drucksignals.
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Um
die Vorzüge
bei Benutzung eines Medianfilters 38 zu erläutern, zeigen
die 6a und 6b den
CVP- und den RVP-Kurvenverlauf ohne (6a) bzw.
mit (6b) Benutzung eines Medianfilters. In 6a ist
das RVP-Signal viel sprunghafter, während in 6b zwischen
den verschiedenen Herzzyklen ein glatter Übergang erreicht wird.
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Die
Steuereinheit 34 steuert die verschiedenen Teile der Druckabfühlvorrichtung
durch Liefern von Abtasttaktsignalen und Steuersignalen 40 zu
Teilen in der Vorverarbeitungsvorrichtung 10, der Zeitsteuervorrichtung 14 und
dem Schieberegister 36 und dem Medianfilter 38.
Um die Darstellung der bevorzugten Ausführungsform in 2 zu
vereinfachen, sind diese Taktsignale und Steuersignale nicht gezeigt.
Die Steuereinheit kommuniziert auch mit anderen Steuereinheiten,
die in der medizinischen Vorrichtung vorhanden sind.
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Um
die Grundprinzipien zu erläutern,
die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, zeigt 3 einen
Vergleich zwischen dem im rechten Ventrikel gemessenen Druck (RVP)
und dem in der Vena Cava gemessenen Druck (CVP). Wie aus der Figur
ersichtlich ist, stimmen die unteren Teile von RVP, dem Druck während der
Diastole, im Wesentlichen mit CVP überein.
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4 zeigt
die Kurve des rechtsventrikulären
Druckes (RVP) in gleicher Weise wie in 3. In 4 sind
die beiden in 3 gezeigten, gemessenen Druckkurven
verglichen worden und die Kurvenabschnitte, in denen RVP innerhalb
von 3 mmHg verglichen zu CVP liegt, sind mit einer dicken Linie
markiert worden. Aus 4 folgt klar, dass RVP währen der
diastolischen Phase des Herzzyklus in einem hohen Maß mit CVP übereinstimmt.
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5 zeigt
die Kurve des rechtsventrikulären
Druckes (RVP), das Drucksignal 8 in den 1 und 2.
Das Drucksignal wird gemäß der vorliegenden
Erfindung der Druckabfühlvorrichtung 4 der medizinischen
Vorrichtung 2 zugeführt
und in Reaktion hierauf ein diastolisches Drucksignal 20 erzeugt. In 5 sind
die diastolischen Abschnitte des RVP durch eine dicke Linie markiert
worden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist die medizinische Vorrichtung ein implantierbarer
Herzstimulator. Die medizinische Vorrichtung enthält dann
zusätzlich
zu der Druckabfühlvorrichtung
noch eine Stimulationsimpulserzeugungsvorrichtung und eine Steuervorrichtung.
Das diastolische Drucksignal 20 wird der Steuervorrichtung
zugeführt,
die abhängig
von dem genannten diastolischen Drucksignal die Erzeugung der Stimulationsimpulse
aus der Impulserzeugungsvorrichtung steuert. Die erzeugten Stimulationsimpulse
werden dem Herzgewebe über
die Stimulationselektrodenleitung(en) entsprechend etablierter Stimulationstechnik
zugeführt.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die medizinische Vorrichtung ein
implantierbarer Herzdefibrillator oder eine Kardioverter.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen
begrenzt, es können
verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente eingesetzt werden.
Deshalb sollen die obigen Ausführungsformen
nicht als Begrenzung des Umfangs der Erfindung angesehen werden,
der Umfang wird durch die beigefügten
Ansprüche
definiert.