caa a22 4500 378919121 CHVBK 20180305123600.0 cr unu---uuuuu 161128e20041101xx s 000 0 ger 10.1515/BMT.2004.056 doi (NATIONALLICENCE)gruyter-10.1515/BMT.2004.056 The dromotropic pacemaker: System analysis and design considerations [Elektronische Daten] Der dromotrope Schrittmacher: Systemanlyse und Entwurfskriterien / [M Hexamer, M Meine, C Kloppe, A Kloppe, A Mügge, J Werner] Patients suffering from chronotropic incompetence are generally treated with a rate-responsive pacemaker that stimulates the heart at a rate derived from a strain related sensor signal. The pacemaker concept described here uses a well-defined time interval in the electrogram as sensor parameter (AVCT: atrio-ventricular conduction time). AVCT is directly controlled by the autonomic nervous system. The design of the new algorithm was based on a thorough experimental analysis of AVCT subject to variations of the exercise rate and the pacing frequency. There it was demonstrated that AVCT is disturbed by the respiratory activity. The new rate-responsive algorithm which uses the internal model control principle explicitly takes into account the closed-loop nature of the underlying system. The major design objectives were: a) extended range of the individual heart rate, b) effective attenuation of the respiratory related disturbance and c) dynamic stability. Seven patients undergoing an incre-mental exercise test were paced with the new AVCT-based algorithm. When paced with this algorithm the paced heart rate was 126±12 min-1 whereas the peak intrinsic heart rate was only 100±20 min-1. The increase which was significant (26±13 min-1; 15..53 min-1) clearly demonstrated the potential of this concept to restore chronotropic competence. A reanalysis of the experiments was undertaken in order to facilitate the individual parameterization in clinical practice. It could be demonstrated that a rather simple screening test is sufficient to gain the knowledge necessary for the individual parameterisation. Chronotrop inkompetente Patienten werden in der Regel mit einem frequenzadaptiven Herz-schrittmachersystem therapiert. Dieses stimuliert das Herz mit einer Frequenz, die von einem belastungskorrelierten Sensorsignal abgeleitet wird. In diesem Beitrag wird ein neues Schrittmacherkonzept beschrieben, das ein definiertes Zeitintervall im Elektrokardiogramm als Sensorgröße nutzt (atrio-ventrikuläre Leitungszeit, AVCT). AVCT unterliegt der direkten Kontrolle durch das autonome Nervensystem. Zunächst erfolgte eine gründliche experimentelle Analyse der AVCT bei Variation der Arbeitsbelastung und der Stimulationsfrequenz. Dabei konnte auch gezeigt werden, dass AVCT stark von der Atmung beeinflusst wird. Der Algorithmus, der auf dem "internal model control principle" basiert, berücksichtigt explizit die zu Grunde liegende ge-schlossene Rückkopplung. Wesentliche Entwurfskriterien waren a) erweiterter Stimulationsfrequenz- bereich, b) effektive Dämpfung der atmungsgekoppelten Variabilität und c) dynamische Stabilität. Sieben Patienten wurden einem inkrementalen Belastungstest unterzogen und mit dem neuen Algorithmus stimuliert. Dabei betrug die maximal erreichte stimulierte Herzfrequenz 126±12 min-1. Im Vergleich zur intrinsischen Herzfrequenz bei gleichen Bedingungen (100±20 min-1) wurde ein signifikanter Anstieg (26±13 min-1; 15.53 min-1) erzielt. Dieses Ergebnis belegte das Potential dieses Verfahrens, chronotrope Kompetenz wiederherzustellen. Eine weitergehende Analyse wurde mit dem Ziel unternommen, ein vereinfachtes Verfahren für die Parametrisierung des Algorithmus zu erarbeiten. Es konnte gezeigt werden, dass nur ein einfacher Belastungstest notwendig ist, um das System individuell einzustellen. © Walter de Gruyter rate-responsive pacing nationallicence atrio-ventricular conduction time nationallicence closed-loop pacing nationallicence Frequenzadaptive Stimulation nationallicence atrio-ventrikuläre Überleitungszeit nationallicence Closed-loop Stimulation nationallicence Hexamer M. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany. aut Meine M. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany. aut Kloppe C. Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany. aut Kloppe A. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany; Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany. aut Mügge A. Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany. aut Werner J. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany. aut Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering Walter de Gruyter 49/11(2004-11-01), 300-305 0013-5585 49:11<300 2004 49 bmte https://doi.org/10.1515/BMT.2004.056 text/html Onlinezugriff via DOI 1 research article jats NATIONALLICENCE 856 40 https://doi.org/10.1515/BMT.2004.056 text/html Onlinezugriff via DOI NATIONALLICENCE 700 1- Hexamer M. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 700 1- Meine M. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 700 1- Kloppe C. Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 700 1- Kloppe A. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany; Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 700 1- Mügge A. Medical Clinic II (Cardiology), St. Josef Hospital, Medical Faculty, Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 700 1- Werner J. Department of Biomedical Engineering, Medical Faculty, and University Center of Medical Engineering (UZMT), Ruhr-University Bochum, Germany aut NATIONALLICENCE 773 0- Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering Walter de Gruyter 49/11(2004-11-01), 300-305 0013-5585 49:11<300 2004 49 bmte CC0 http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 nationallicence BK010053 XK010053 XK010000 NATIONALLICENCE NATIONALLICENCE NL-gruyter