DE1296283C2

DE1296283C2 - Anordnung zur erzielung einer regelmaessigen herzschlagfolge

Info

Publication number: DE1296283C2
Application number: DE19641296283
Authority: DE
Inventors: Barouh Vojtech West Peabody Mass. Berkovits (V.St.A.)
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1964-06-19
Filing date: 1964-09-29
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DE1296283B; US3345990A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Herzschrittmacher zur Erzielung einer regelmäßigen Herzschlfigfolge.

eines Patienten wieder anzuregen. Duicn die USA.-Patentschrift 3109 430 ist ein von Hand einschaltbarer und ausschaltbarer kontinuierlicher Herzschrittmacher bekannt, der bei Einschaltung dem Herzen Reizstromimpulse 1* einem durch den Impulsgenerator des Herzscnnttmachers bestimmten Rhythmus zuführt Es ist aus den verschiedensten Gründen zu vermeide^ daß ein solcher Herzschrittmacher dem Herzen Reizstromnnpuke zuführt, wenn der Zustand des Patienten die Zufuhrung von Reizstromimpulsen nicht erforderhch macht, beispielsweise nach eineni vorübergehenden Aussetzen der Herztätigkeit das Herz des Patienten seine normale Tätigkeit wieder aufnimmt.

In der Zeitschrift »Elektromedizm«, 1963, S 139, ist ein implantierbarer, induktiv ausschaltbarer Herzschrittmacher veröffentlicht. Bei diesem Herzschrittmacher ist der dem Herzen Reizstromimpulse zuführende Impulsgenerator durch den Empfangskras eines kleinen Radiosenders gesteuert, der selbst durch die von einem Herzschlagdetektor aufgenommenen Signale eingeschaltet und ausgeschaltet wird. Wenn dieser Radiosender, solange normale Herzschläge auftreten, eingeschaltet ist, blockiert er den zur Erzeugung der Reizstromimpulse vorgesehenen Impulsgenerator. Bleiben mehrere Herzschlage aus, so blockiert sich der Radiosender und der ihm zugeordnete Empfangskreis schaltet den Impulsgenerator des Herzschrittmachers ein. Die nunmehr einsetzenden Reizstromimpulse werden, ebenso wie natürliche Herzschläge, von dem Her/schlagdetektor aufgenommen; nach Eintreffen einer Mehrzahl derartiger Impulse wird der Radiosender wieder in Tätigkeit gesetzt, so daß der ihm zugeordnete Empfangskreis den zur Lieferung von Reizstromimpulsen vorgesehenen Impulsgenerator wieder abschaltet. Hat das Herz dann seine Tätigkeit nicht wieder aufgenommen, so wiederholt sich dieser Vorgang der sukzessiven Anschaltung und Abschaltung des die Reizstromimpulse erzeugenden Impulsgenerators. Da das Ein- und Ausschalten des Radiosenders jeweils eine Mehrzahl Herzschlagperioden erfordert, ergibt es sich, daß nach Aussetzen des normalen Herzschlages eine Lücke entsteht, bevor Reizstromimpulse zum Einsatz gebracht werden, und daß bei einer Wiederaufnahme der Herztätigkeit eine gewisse Überlappungszeitspanne entsteht, während der dem bereits ordnungsgemäß Herzschläge erzeugenden Herzen zusätzlich Reizstromimpulse zugeführt werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Reizstromimpulse, die einem ordnungsgemäß arbeitenden Herzen während der Anstiegsflanke der sogenannten 7-Spitze des Elektrokardiogramms (vulnerable Phase) zugeführt werden, sich im höchsten Maße schädlich auswirken, unter Umständen den Tod des Patienten zui Folge haben. Aus diesem Grund sind Herzschrittmacher des vorerwähnten Typs abzulehnen, weil sis in der möglichen Überlappungsphase von natürlicher Herzschlägen und Reizstromimpulsen die Möglich keit des Einfallens eines Reizstromimpulses in di< vulnerable Phase nicht ausschließen.

Das Einfallen eines Reizstromimpulses in di< vulnerable Phase der Herzschlagtätigkeit vermeide ein Herzschrittmacher, wie er in der britischen Patent schrift 826 766 und in der Zeitschrift »The Lancet«

1956, S. 1185, beschrieben ist. Bei einem solchen Herzschrittmacher werden Überlappungszeiten der normal erzeugten Herzschläge mit zugeführten Reizstromimpulsen in der folgenden Weise vermieden.

Bei dieser bekannten Anordnung erzeugt der vor- '5 gesehene Impulsgenerator, der durch einen über einen Vorwiderstand aufladbaren Kondensator und eine als Entladevorrichtung dienende gesteuerte Gasentladungsröhre gebildet wird, elektrische Reizstromimpulse, dcien Rhythmus dem Herzschlagrhythmus ίο entspricht Die Steuerung dieses Impulsgenerators erfolgt durch einen Herzschlagdetektor, der zur Zeit der Abgabe eines Reizstromimpulses blockiert wird und daher nur auf natürlich erzeugte Herzschläge anspricht. Wenn nun nach einem dem Patienten von dem Herzschrittmacher zugeführten Reizstromimpuls und bevor die Zeitspanne bis zur Abgabe des nächsten Reizstromimpulses verstrichen ist, ein spontaner Herzschlag des Patienten von dem Herzschlagdetektor festgestellt wird, so wird der Impulsgenerator für ao eine Wartezeit von etwa 6 Sekunden gesperrt, und der Impulsgenerator wird zur Erzeugung von Impulsen erst wieder freigegeben, wenn innerhalb dieser Wartezeit von 6 Sekunden kein weiterer spontaner Herzschlag des Patienten durch den Herzschlagdetektor festgestellt wird.

Tritt innerhalb einer 6-Sekunden-Wartezeit des Impulsgenerators ein weiterer spontaner Herzschlag des Patienten auf, so wird dadurch eine neue 6-Sekunden-Sperrperiode des Impulsgenerators einge- 30· leitet.

Ein solcher Herzschrittmacher setzt sich daher nicht in Tätigkeit, wenn, wie es im Fall der Bradykardie sich ergeben kann, normale Herzschläge im zeitlichen Abstand von je 2 Sekunden aufeinanderfolgen.

Das Herz hat im menschlichen Körper die Funktion, das Blut im Körper mit hinreichender Strömungsgeschwindigkeit umzuwälzen, damit in dem Arbeit leistenden Teil des Körpers stets hinreichend mit Sauerstoff beladenes Blut zur Leistung von Arbeit zur Verfügung steht. Ist die Herzschlagfolge zu niedrig, so ist die Sauerstoffversorgung des Blutes in dem Körper unzureichend.

Sowohl bei akuten Herzerkrankungen wie Herzinfarkten als auch bei chronischen Herzerkrankungen ergeben sich unter Umständen Verhältnisse, bei denen die mittlere Herzschlagfolge zu niedrig ist. Solche Fälle können darin bestehen, daß nach einer Mehrzahl regulärer Herzschläge ein Herzschlag ausfällt (Herzblock zweiten Grades) oder die Periodizität der Herzkammern zu niedrig ist (Bradykardie oder Herzblock dritten Grades) oder intermittierend Unterbrechungen der normalen Herztätigkeit auftreten (Adams-Stokes-Anfälle).

Bei all diesen Krankheitsfällen versagen Herzschrittmacher, bei denen der Impulsgenerator des Schrittmachers erst in Tätigkeit gesetzt wird, wenn während einer eine Mehrzahl natürlicher Herzschlagperioden umfassenden Wartezeit kein Herzschlag aufgetreten ist.

Diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzielung einer regelmäßigen Herzschlagfolge, mit einem durch einen Ladekondensator in seiner Impulsfolge gesteuerten Impulsgenerator zur Erzeugung von elektrischen Reizstromimpulsen und mit einer Überwachungsvorrichtung, durch die der Impulsgenerator vorübergehend unwirksam gemacht wird, wenn ein natürlicher Herzschlag von der Überwachungsvorrichtung aufgenommen wird, dadurch, daß der Impulsgenerator für die Erzeugung des Reizstroms Schaltmittel zur sofortigen, praktisch vollständigen Eniladung des steuernden Ladekondensators bei Empfang eines natürlichen Herzschlags aufweist und nach Entladung des Ladekondensators unverzüglich einen neuen Ladezyklus desselben einleitet, derart, daß der Impulsgenerator einen einzelnen Reizstromimpuls am Ende einer auf einen erfolgten natürlichen Herzschlag oder einen erfolgten Reizstromimpuls folgenden, die Periödendauer der natürlichen Herzschlagfolge nur geringfügig überschreitenden Zeitspanne abgibt, sofern die Überwachungsvorrichtung bis dahin keinen neuen natürlichen Herzschlag festgestellt hat.

Der erfindungsgemäße Herzschrittmacher arbeitet derart, daß ein Steuerimpuls der Überwachungsvorrichtung, der durch einen natürlichen Herzschlag, beispielsweise die R-Spannungsspitze eines Herzschlagsignals, ausgelöst wird, eine sofortige schnelle Entladung der Speicherkapazität des Impulsgenerators zur Folge hat; sofort nach Entladung der Kapazität beginnt der Wiederaufladevorgang derselben. Tritt dann ein natürlicher Herzschlag auf, bevor die Ladespannung der Speicherkapazität einen die Abgabe eines Reizstromimpulses auslösenden Spannungswert erreicht hat, so findet eine erneute Entladung der Speicherkapazität statt. Bleibt jedoch ein derartiger natürlicher Herzschlag aus, so erfolgt die Abgabe eines Reizstromimpulses in einem durch die Einstellung der Zeitkonstantenglieder des Impulsgenerators bestimmten Zeitpunkt nach dem letzten natürlichen oder abgegebenen Reizstromimpuls derart, daß die Reizstromimpulse und die natürlichen Herzschläge sich zu einer kontinuierlichen Herzschlagfolge der gewünschten Herzschlagzahl ergänzen und die Aufrechterhaltung eines regelmäßigen Herzschlagrhythmus bewirken.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei steuerbare Entladevorrichtungen dem Ladekondensator parallel geschaltet sind und daß der Stromweg der ersten Entladevorrichtung leitend gemacht wird, wenn die Aufladung des steuernden Ladekondensators einen vorbestimmten Wert erreicht, und in Serie mit dieser ersten Entladevorrichtung der Ausgangswiderstand zur Entnahme eines steuernden Reizstromimpulses vorgesehen ist und daß die zweite Entladevorrichtung einen parallelen Entladeweg für den steuernden Ladekondensator bildet und durch die die Herzschläge überwachende Vorrichtung gesteuert wird, so daß sich der Ladekondensator dann über diesen Nebenschlußweg entlädt und kein Reizstromimpuls ausgelöst wird.

Eine erfindungsgemäße Anordnung erzielt eine geregelte Herzschlagfolge dadurch, daß jede Lücke die zwischen natürlichen Herzschlägen auftreter kann, durch einen Einzelreizstromimpuls, oder, fall: erforderlich, durch mehrere derartige Impulse aus gefüllt wird. Treten jedoch natürliche Herzschlag« auf, so werden keine elektrischen Reizimpulse au das Herz des Patienten zur Einwirkung gebracht.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschrei bung im Zusammenhang mit den Figuren erörteri Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der hauptsächliche! Teile eines erfindungsgemäßen Apparates,

Fig.2 eine schematische Wiedergabe der elek- erfindungsgemäße Apparat enthält auch einen

irischen Wellen, die bei normaler Herztätigkeit von Elektrokardiographen zur Beobachtung der Herz-

dem Herzen erzeugt werden, signale des Patienten. Ausgangsleitungen 28 und 30

Fig.3 eine schematische Darstellung der Schal- übertragen elektrische Signale, die den Herzströmen

tung des Verstärkergerätes der in Fig. 1 wieder- 5 entsprechen. Die Elektrokardiographenanordnung

gegebenen Anordnung, ist von üblicher Bauart und nur schematisch in

Fig. 4 eine schematische Darstellung der bei dem Fig. 1 im Block 14 wiedergegeben. Es ist zweck-

eifindungsgemäßen Apparat zur Anwendung gelan- mäßig, die Ä-Spannungsspitze zur Steuerung des

gttnden Impulserzeugungsmittel, Impulsverstärkers 18 zu verwenden. Es kann auch

F i g. 5 eine schematische Darstellung der bei io ein Umschalter 32 vorgesehen sein, der die Polarität

einem erfindungsgemäßen Apparat zur Erregung des der Signale in den Leitungen 28, 30 umzukehren

Herzens vorgesehenen Mittel. gestattet, zu dem Zweck, nach Wunsch eine positive

Der in Fig. 1 dargestellte Apparat zum Intritt- oder negative Spannungsspitze für die Steuerimpulse

halten des Herzschlages besteht aus einer Vonich- auszuwählen.

rung 10, welche den natürlichen Herzschlag des 15 Die von dem Elektrokardiographen 14 gelieferten Patienten überwacht und anzeigt, und umfaßt ferner und über die Leitung 28, 30 geleiteten Signale wereine den Zwecken der Herzerregung dienende Vor- den in üblicher Weise in einem Verstärker 16 verrichtung 12, die — für die Zwecke der Anregung stärkt. Eine bevorzugte Ausführungsform dieses der Herzschläge — elektrische Reizstromimpulse Verstärkers ist in F i g. 3 gezeigt und weist die dem Herzen des Patienten zuführt. Die Anzeige- »o Doppeltrioden 34, 36 und 38 auf. Die Kathoden vorrichtung iiciert Steuersignale entsprechend dem dieser Röhren werden indirekt geheizt Die Doppel-Auftreten der natürlichen Herzschläge, und durch trioden sind als Gegentaktverstärker geschaltet und diese Steuersignale werden die Mittel zur Erzeugung durch Kapazitäten und Widerstände als Kaskadender elektrischen Reizstromimpulse so gesteuert, daß verstärker geschaltet.

solche Impulse nur dann erfolgen, wenn ein natür- a₅ Bei der dargestellten Ausführungsform sind die

licher Herzschlag nicht vorliegt. Die zur Anregung Leitungen 28, 30 an die Gitterelektroden der ersten

der Herzschläge dienenden Mittel werden daher so Doppeltriode 34 über die Widerstände 40 42 anee-

gesieuert, daß sie elektrische Reizstromimpulse nur schlossen, wobei Neonröhren 44 46 und Wider-

dann liefern, wenn bei dem betreffenden Zeitinter- stände 50, 52 die Gitterelektroden der Trioden sepen

vall der natürliche Herzschlag ausbleibt, se daß auf 30 unerwünschte hohe Schaltspannunesstöße sichern

diese Weise ein Zusammenwirken der angeregten Die Kathoden der Röhren 34 sind an die negativ»

Herzschläge und der natürlichen Heraschläge statt- Klemme der Stromquelle angeschlossen, und zwar

nndet u«d dadurch die gewünschte Herzschlagfolge über die Leitung 54 und die Kathodenwiderstände

aufrechterhalten wird. 56 57 und 58: dabei ist eine feste Vorspannunas-

Die in Fi gl aargestellte erfindungsgemaße An- 35 quelle, bestehend aus der Batterie 60, dem Schalter Ordnung umfaßt eme Vorrichtung 14, die die durch 62 und den Widerständen 64 und 66 an die Kadie natürliche Herztätigkeit erzeugten elektrischen thoden angeschaltet. Jede Anode der DoDDeltriode Signale feststellt, und eine Vorrichtung 16, welche 34 ist mit der Anodenspannungsquelle verbunden, diese natürlichen Herzsignale verstärkt Die Anzeige- und zwar durch die Leitung 68 und die Anodenmittel umfassen ferner einen Impulsverstärker 18, 40 widerstände 70. 72 und ein Abgleichpotentiometer der auf die verstärkten Herzsignale anspricht und bei 74. Eine Entkopplung der Anodenkreise wird durch einer von der Frequenz der Herzschläge bestimmten Nebenschiußkondensatoren 76 78 bewirkt Die Frequenz Steuersignale an den Reizstrom-Impuls- Anoden sind über die Kapazitäten 80 und 82 und generator 12 liefert. Es können auch eine Oszillo- die Widerstände 84 und 86 mit den Gitterelektroden gra_Phenanordnung20 und akustische Anzeigemittel 45 der Röhre 36 verbunden Eine gSetecTtier 22 vorgesehen sein, die auf die verstärkten Herz- spannung wird an den Gitterelektroriln durch die signale oder auf die aus diesen abgeleiteten Steuer- Widerstände 88. 90 c^^'S^^^ impulse ansprechen und optisch oder hörbar das Erdungspunkt einseitig angeschlossen <=ind während Auftreten der natürlichen oder angeregten Herz- die Kathoden der Röhre 36"üb«den' SS
schlage wiedergeben. In ähnlicher Weise kann ein 50 an die Leitung 54 der η L^ c
Ratemeter 24 vorgesehen sein, welches auf die ver- gescMosseiTlnd MTT
stärkten Herzsignale oder die aus diesen abgeleiteten durch diSS^

Steuersignale Spricht und die Herzschlag des tiven S^^^S^SLSL ^neVK-

Patienten angibt. Es ist zu beachten, daß der natür- kapazität 98 ist zwiZn V a , ^ \ u ,

liehe Herzschlag elektrische Signale von einer ₅₅ und hat eine fESL ^{den A}™den eingeschaltet

Wellenform erzeugt, die charakteristisch für die ver- FrequenzSponent^d? ^{g gegem}*^er **£>**

schiedenen Phasen während eines Herzschlages ist zur Folge EuTeNennr^^er-^verstärkenden Wellen

Im normalen periodisch wiederkehrenden Rhythmus die Anoden da Roh?Z '? f ^"j T^

erzeugt ein Herz elektrische Signale mit Signal- das AusgaLsLj°5^If "⁶^J* ™^{d be}S™f

spitzen, die als P-, Q-, R-, S- und Γ-Spitzen gemäß 60 «««di^tn^^^Ä

Fig.2 bezeichnet werden, wobei beispielsweiseR oberhalb der DurchW? ^{Anoden S1}f^h ergibt, der

charakteristisch ist für die Zusammenziehung der liegt Die £od£^SST^ ^ ^°rt

Herzkammern. In üblicher Weise werden Elektro- elektroden™erRöhrl S ^"³⁶J¹"⁰ ™* ^de° ^G

kardiographea an Elektroden angeschlossen, die mit und durch Teile des riÄ ^PT*™ ¹⁰²'

de,n Handgelenken und Fußgelenken oder der Brust 6₅ 106, 108 verbunden ΪΪ H SA"^

oder anderen Teilen des Körpers des Patienten ver- ϋηη^βΐΐώΑΓΪΞ S*

bunden werden und die die charakteristischen Herz- _so daß Α^ϊίΓ? ^?S ΐ£

signale übertragen und aufschreiben. Der dargestellte Gitterpotential wird übe rd£^SfiSnSft 5

zugeführt. Die Kathoden der Röhre 38 sind über den gemeinsamen Vorwiderstand 110 an die negative Spannungsleitung 54 angeschlossen, und die Anoden der Röhre sind an die positive Spannungsleitung 68 über die Anodenwiderstände 112, 114 und den einstellbaren Spannungsteiler 116 angeschlossen. Die Zuleitungen 118, 120 verbinden die Anoden der Doppeltriode 38 mit dem einen Paar der Ablenkplatten des Oszillographen 22 für die Zwecke der optischen Anzeige der Herzwellen, die durch den Elektrokardiographen 14 aufgenommen werden. Der Spannungsteiler 116 kann als Mitteneinstellung für den Oszillographen dienen.

Bei einer in Fig.4 dargestellten Ausführungsform eines Apparates nach der Erfindung besteht der Impulsverstärker 18 aus der Trennstufe (Clipper) 122, die vorzugsweise durch eine Dopplertriode gebildet wird. Das eine Gitter dieser Röhre 122 ist in F i g. 4 links mit der Ausgangsklemme des Verstärkers 16 durch die Leitung 124 und die Kapazität 126 gekop- ao pelt, wobei über den Widerstand 128 eine Gittervorspannung der Gitterelektrode zugeführt wird. Die Anode der linken Triode der Röhre 122 ist mit der die positive Spannung führenden Leitung 68 verbunden, und die zugehörige Kathode der Röhre 122 as ist an den Erdungspunkt über den Widerstand 130 angeschlossen. Da der Widerstandswert des Widerstandes 130, der in der Kathoden-Erd-Leitung dieser Triode der Röhre 122 liegt, hoch ist, entwickelt ein geringer Strom durch den Widerstand 130 eine hinreichend hohe Vorspannung, welche sich über den Widerstand 128 an der Gitterelektrode der Triode auswirkt und die Triode sperrt, so daß negative Impulse, die der Gitterelektrode zugeführt werden, ohne Einfluß auf den Anodenstrom sind. Ein positiver Impuls indessen, sofern er eine hinreichend hohe Amplitude hat und über die Kapazität 126 der Gitterelektrode zugeführt wird, überwindet die Gittervorspannung und bewirkt einen Stromimpuls hinreichender Stärke in dem Widerstand 130, wodurch sich eine positive Spannungsspitze in bezug auf den Erdungspunkt an dem Kathodenpunkt A ergibt, und diese Spannungsspitze wird dem Gitter der rechten Triode der Röhre 122 über den Widerstand 134 und die Kapazität 132 zugeführt. Da die maximale Spannungsspitze, die von den Herzwellen erzeugt wird, entweder positiv oder negativ sein kann, gestattet der Schalter 32, die gewünschte Polarität der Spannungsspitze auszuwählen, damit die linke Hälfte der Doppeltriode 122 einmal während eines jeden Herz-Schlages für eine kurze Zeitspanne stromleitend wird.

Das Ausgangssignal der linken Hälfte der Röhre 122 wird der Gitterelektrode der rechten Hälfte der Röhre über die Kapazität 132 und den Widerstand 134 zugeführt Die Widerstände 136 und 138 liefern eine Gittervorspannung, und eine feste Spannung wird dem Gitter über den Widerstand 140 von der die negative Spannung führenden Leitung 54 zugeführt. Die Anode der rechten Triode der Röhre ist über den Anodenwiderstand 142 mit der die positive Spannung führenden Leitung 68 verbunden, und die Kathode ist über den Widerstand 144 mit dem Erdungspunkt verbunden. Zweckmäßigerweise ist eine Diode 146 vorgesehen, die die Gitterelektrode auf ein bestimmtes Potential festlegt. Die Gitterelektrode des rechten Teiles der Röhre ist normalerweise so vorgespannt, daß die Röhre gesperrt ist; diese Vorspannung wird jedoch verringert, wenn der linke Röhrenteil Strom führt und einen Stromfluß durch den rechten Teil der Röhre auslöst, wodurch der Strom verstärkt wird, der durch den linken Röhrenteil infolge der Trennwirkung von dem Eingangssignal abgetrennt wurde.

Bei dem Apparat gemäß der Erfindung wird das Ausgangssignal der Trennröhre 122 der Kippstufe 148 über die Leitung 150 zugeführt. Der in dieser Leitung vorgesehene Widerstand 154 und die Kapazität 152 bewirken eine Bevorzugung der hohen Frequenzen, wodurch eine bessere Kipp wirkung der Kippstufe 148 erzeugt wird; die Kippstufe 148 besteht aus einer Doppeltriode. Eine feste Vorspannung wird dem linken Gitter der Kippröhre 148 von der die negative Spannung führenden Leitung 54 über den Widerstand 158 zugeführt. Die Anoden der Kippstufe sind mit der die positive Spannung führenden Leitung 68 über die Anodenwiderstände 160, 162 verbunden, und die Kathoden sind durch den gemeinsamen Kathodenwiderstand 164 mit dem Erdungspunkt verbunden. Die Anode der linken Triode ist über die Kapazität 166 und den Widerstand 168 mit dem über den Widerstand 170 an Masse gelegten Gitter der rechten Triode verbunden, so daß diese Gitterelektrode ein in bezug auf den Erdungspunkt positives Potential erhält. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die linke Hälfte der Kippröhre normalerweise gesperrt, während die rechte Hälfte stromführend ist. Wenn das Signal eines Herzschlages die Trennstufe 122 durchsetzt, wird die linke Hälfte der Kippstufe momentan stromführend und liefert einen starken Impuls an ihre Anode. Zweckmäßigerweise wird das Anodenpotential auf einen bestimmten Wert oberhalb des Erdpotentials durch die Zener-Diode 172 festgelegt. Falls es erforderlich ist, kann die Ausgangsleitung 174 der linken Anode der Kippstufe über die Leitung 175 an die in F i g. ] mit 22 bezeichnete akustische Vorrichtung angeschlossen werden, um ein Hörsignal zu liefern, welches den Herzschlägen entspricht.

Der die Reizstromimpulse liefernde Impulsgenerator 12 weist einen doppelpoligen Dreifachumschalter 177 auf, der von Hand eingestellt werden kann. Wenn die beweglichen Schaltarme 178, 180 auf die festen Kontakte 182,184 eingestellt sind, arbeitet die Stufe zur Anregung der Herzschläge nicht. Wenn die beweglichen Schaltarme 178, 180 auf die festen Kontakte 186. 188 eingestellt sind, liefert der Reizstrom-Impulsgenerator 12 kontinuierlich Reizstromimpulse mit einer Impulsfrequenz, welche unabhängig von den normalen Herzschlägen ist, die möglicherweise gleichzeitig auftreten. Wenn andererseits die Schaltarme auf die Kontakte 190 und 192 eingestellt sind, wie dies F i g. 5 zeigt, so liefert der Impulsgenerator Reizstromimpulse nur in strenger Korrelation zu den natürlichen Herzschlägen, so daß die künstlich erzeugten und die natürlichen Herzschläge die Aufrechterhaltung des Herzschlagrhythmus bewirken.

Der in F i g. 5 dargestellte Impulsgenerator 12 zur Erzeugung der Reizstromimpulse ist über den Widerstand 194 an die positive Spannungsquelle 68 und über den einstellbaren Widerstand 196 an die Speicherkapazität 198 angeschlossen. Eine Diode 200 ist parallel zu der Kapazität 198 geschaltet. Der Widerstand 196 kann so eingestellt werden, daß die für die Aufladung der Kapazität 198 erforderliche Zeitspanne einen entsprechenden Wert hat

Beim Apparat gemäß der Erfindung ist die Kapazität 198 über die Induktivität 202 mit der Anode der gasgefüllten gittergesteuerten Röhre 204 verbunden und über den Widerstand 206 mit der Gitterelektrode derselben. Die Gitterelektrode erhält ferner von der an die negative Spannungsklemme angeschlossenen Leitung 54 eine negative Vorspannung über den Widerstand 208, so daß normalerweise die Röhre 204 gesperrt ist. Die der Gitterelektrode über den Widerstand 206 zugeführte Spannung macht jedoch die Röhre stromleitend, wenn die Kapazität 198 auf einen bestimmten Spannungswert aufgeladen ist. Die Kathode der Röhre 204 ist mit dem Schirmgitter der Röhre verbunden und über den Widerstand 210 und die parallel dazu liegende Neonlampe 211 und den Widerstand 212 mit dem Erdungspunkt verbunden.

In einer durch die Einstellung des veränderbaren Widerstandes 196 bestimmten Zeitspanne wird die Kapazität 198 auf einen bestimmten Wert autgeladen. Wenn die Kapazität geladen wird, wird die Anode der Röhre 204 stärker positiv. Das zunehmende positive Potential wird auch der Gitterelektrode der Röhre über den Widerstand 206 zugeführt, so daß (las zuvor negative Gitterpoteiitial aufgehoben wird. Wenn die Kapazität 198 eine bestimmte Ladespannung erreicht hat, haben die Anode und das Gitter der Röhre 204 eine solche Spannung, daß plötzlich die Anodenstrecke der Röhre 204 stromführend wird und dadurch sofort die Kapazität 198 über einen Entladungsweg entladen wird, der außer der Röhre 204 den einstellbaren Widerstand 210 und die Neonlampe 211 umfaßt. Wenn die Kapazität praktisch vollständig entladen ist, wirkt sich wiederum die Gitterspannung der Röhre 204 aus, und die Röhre 204 wird gesperrt. Diese Stromsperrung wird unterstützt durch den Zusammenbruch des Feldes in der Induktivität 202, so daß die Kapazität schnell einen Zustand annimmt, in dem sie vollständig entladen ist. Der in der Induktivität 202 induzierte Strom fließt dabei durch die Diode 200 und reduziert momentan die Anodenspannung der Röhre 204, so daß die Röhre 204 gesperrt wird. Die Entladung der Kapazität 198 kann als ein Durchbrucheffekt betrachtet werden. Wenn die Röhre 204 wiederum nach der Entladung der Kapazität gesperrt ist, so findet ein neuer Ladevorgang der Kapazität statt.

Beim Zünden der Röhre 204 ergibt sich ein elektrischer Impuls in uer Primärwicklung 214 des Transformators 216. Die Elektroden 218, welche an die Primärwicklung angeschlossen sind, dienen dazu, einen elektrischen Impuls dem Herzen des Patienten zuzuführen; es kann auch die Sekundärwicklung 222 des Transformators verwendet werden, um einen kleineren elektrischen Reizimpuls dem Herzen des Patienten zuzuführen, wobei die relative Stärke dieses Impulses von dem Verhältnis der Windungszahlen der Transformatorwicklungen abhängt Die Elektroden 218 können beispielsweise dazu dienen, verhältnismäßig starke Reizimpulse dem Herzen des Patienten von außen her zuzuführen, während die Elektroden 220 chirurgisch an das Herz des Patienten angeschlossen sein können und schwächere elektrische Impulse direkt dem Herzen des Patienten zuführen können. Der einstellbare Widerstand 210 gestattet, die Amplitude der Reizstromimpulse, welche über die Elektroden 218 und 220 zur Wirkung gebracht werden, einzustellen. Die Neonlampe 211 leuchtet jedesmal auf, wenn die Kapazität 198 über die Entladungsröhre 204 entladen wird, und zeigt an, daß ein Reizstromimpuls dem Herzen geliefert wurde. Die Neonlampe dient auch dem Zweck, die Amplitude des Impulses, der den Elektroden 218 oder 220 zugeführt wird, zu begrenzen.

Ferner verbindet eine Leitung 174 den Ausgangskreis des Impulsgenerators 18 über den Widerstand 224 und die Kapazität 226 mit dem Gitter einer zweiten Thyratronröhre 228. Gemäß F i g. 5 erhält die Gitterelektrode dieser Thyratronröhre ebenfalls ein negatives Potential von der negativen Spannungsklemme 54 über die Widerstände 230 und 232. Zweckmäßigerweise ist auch eine Kapazität 227 zwischen der Eingangsleitung 174 und dem Erdungspunkt eingeschaltet. Die Gitterelektrode der Röhre 228 ist mit der Kathode verbunden. Bei dieser Anordnung ist die zweite Thyratronröhre 228 zwischen der Kapazität 198 und dem Erdungspunkt eingeschaltet, ist jedoch normalerweise gesperrt durch die negative Spannung an ihrer Gitterelektrode. Wenn ein elektrischer Impuls von dem Impulsverstärker 18, ausgelöst durch einen natürlichen Herzschlag der Gitterelektrode, der Röhre 228 zugeführt wird, so wird die Röhre 228 stromführend und bildet einen Entladungsweg für die Kapazität 198. Die Induktivität 202 liegt in dem gemeinsamen Teil der Anodenkreise der beiden Entladungsröhren 204 und 228 und bewirkt, wenn eine dieser beiden Röhren gezündet wird, daß die betreffende Röhre sofort nach Entladung der Kapazität 198 nichtleitend wird, so daß es zu einer schnellen Wiederaufladung der Kapazität 198 kommt.

Bei dieser Anordnung hat die Kapazität 198 die Neigung, auf einen Spannungswert oberhalb der Zündspannung der Röhren 204 und 228 innerhalb einer Zeitperiode aufgeladen zu werden, die durch den Widerstand 196 und den Innenwiderstand der Spannungsquelle bestimmt ist. Wenn jedoch ein natürlicher Herzschlag auftritt während der Zeit, während der die Kapazität noch aufgeladen wird, und den Spannungswert oberhalb der Zündspannung noch nicht erreicht hat, so wird die Kapazität sofort durch die von ihrer Gitterelektrode her gezündete Röhre 228 entladen, ohne daß dem Herzen ein Reizstrom impuls zugeführt wird. Es beginnt dann ein neuer Aufladevorgang der Kapazität. Wenn während einer längeren Zeitspanne natürliche Herzschläge mit gewünschter Frequenz auftreten, wird die Kapazität 198 immer wieder aufgeladen und durch die Entladungsrohre 228 entladen, bevor die Kapazität den der Zündung der Röhren entsprechenden Spannungswert erhalt. Wenn jedoch während der vorbestimmten Zeitspanne kein natürlicher Herzschlag erfolgt, so wird die Kapazität 198 auf den zur Zündung erforderlichen Spannungswert aufgeladen, und es wird die Kapazität automatisch durch die Entladungsröhre 204 entladen, und ein elektrischer Reizstromimpuls wird α ^H^«^{Zen des Patienten} durch die Elektroden 218 oder 220 zugeführt, durch den ein einzelner Herzschlag angeregt wird. Dieser angeregte Herzschlag erfolgt an Stelle des ausgefallenen natürlichen Herzschlages zum richtigen Zeitpunkt Die Kapazität wird ~uⁿ T-o ^er 8^eladen> ^damit sie durch die Entladungsrohre 228 oder 204 entladen wird, je nachdem, ob dann ein natürlicher Herzschlag auftritt oder noch ausbleibt. Auf diese Weise werden elektrische Impulse dem Herzen des Patienten nur zu einer hi

rl 296 283

11 12

ten Zeit nach dem letzten natürlichen oder angeregten Widerstände 40, 42, 56, 58, 84, 86,

Herzschlag zugeführt. Wenn längere Zeit keine natür- 144 IkQ

liehen Herzschläge auftreten, wird die Kapazität 198 Widerstand 164 18 kQ

wiederholt aufgeladen und durch die Entladungsröhre Widerstand 134 3? kQ

204 entladen, wodurch das Herz des Patienten in dem 5 Widerstände 110, 130, 160, 210 ... 100 kQ

Zustand gehalten wird, daß mit der gewünschten Widerstände 116, 196 250 kQ

Frequenz Herzschläge erzeugt werden. Man sieht, Widerstand 140 820 kQ

daß auf diese Weise, wenn die Schaltarme 178, 180 Widerstände 64, 66 1,25 Q

auf die Kontakte 190, 192 geschaltet sind, die zur Widerstände 158, 208 2,2 Q

Erzeugung von das Herz erregenden Impulsen vor- io Widerstand206 3,3Q

gesehene Stufe 12 elektrische Reizstromimpulse dem Widerstand 230 15 Ω

Herzen des Patienten in solcher Weise zuführt, daß Widerstand 212 10 kQ

alle erregten Herzschläge in geeigneter Weise mit den Widerstand 194 22 kQ

natürlichen Herzschlägen integriert werden, so daß Widerstände 112, 114, 138, 162 ... 47 kQ

hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Herzschlag- 15 Widerstand 142 220 kQ

folge die künstlich erregten Herzschläge und die Widerstände 57, 70, 72, 92 470 kQ

natürlichen Herzschläge zusammenwirken. Wenn Widerstände 74,94,96,128,224,232 IMQ

jedoch die Schaltarme 178,180 auf die Kontakte 186, Widerstand 170 1,5 Ω

188 geschaltet sind, wird eine andere Betriebsweise Widerstände 106,108 2,5 Q

ausgewählt, und die Entladungsröhre 228 tritt nicht ao Widerstände 50,52, ?8,90,136,154,

in Tätigkeit, um die Kapazität 198 zu entladen, und 168 10 Q

der Impulsgenerator 12 liefert Reizstromimpulse an Kapazität 98 0,0047

das Herz des Patienten mit einer vorbestimmten Kapazität 227 0,05 μΡ

Impulsfrequenz, die von dem Auftreten oder der Ab- Kapazitäten 80, 82, 166, 226 0,1 μΡ

Wesenheit der natürlichen Herzschläge unabhängig ist. 25 Kapazität 126 0,47 μΡ

Unter praktischen Verhältnissen haben die vor- Kapazitäten 102, 104, 132 2 μΡ

stehend erörterten Schaltelemente die nachstehenden Kapazitäten 76, 78, 198 10 μΡ '

_Werte. Induktivität 202 100 μΗ

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: Herzschrittmacher dienen dem Zweck, die un-"i_7o:„„ Tj-«fariaVt!it eines Patienten zu unter-

1. Anordnung zur Erzielung einer regelmäßigen Herzschlagfolge, mit einem durch einen Ladekondensator in seiner Impulsfolge gesteuerten Impulsgenerator zur Erzeugung von elektrischen Reizstromimpulsen und mit einer Überwachungs.-vorrichtung, durch die der Impulsgenerator vorübergehend unwirksam gemacht wird, wenn ein xo natürlicher Herzschlag von der Überwachungsvorrichtung aufgenommen wird, dadurch-ge- ,-kennzeichnet, daß der Impulsgenerator(12) für die Erzeugung des Reizstroms Schaltmittel (228) zur sofortigen, praktisch vollständigen Entladung des steuernden Ladekondensators (198) bei Empfang eines natürlichen Herzschlags aufweist und nach Entladung des Ladekondensators unverzüglich einen neuen Ladezyklus desselben einleitet, derart, daß der Impulsgenerator (12) *o einen einzelnen Reizstromimpuls am Ende einer auf einen erfolgten natürlichen Herzschlag oder einen erfolgten Reizstromimpuls folgenden, die Periodendauer der natürlichen Herzschlagfolge nur geringfügig überschreitenden Zeitspanne abgibt, sofern die Überwachungsvorrichtung bis dahin keinen neuen natürlichen Herzschlag festgestellt hat.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei steuerbare Entladevorrichtungen (204, 228) dem Ladekondensator (198) parallel geschaltet sind und daß der Stromweg der ersten Entladevorrichtung (204) leitend gemacht wird, wenn die Aufladung des steuernden Ladekondensators (198) einen vorbestimmten Wert erreicht, und in Serie mit dieser ersten Entladevorrichtung (204) der Ausgangswiderstand (210) zur Entnahme eines steuernden Reizstromimpulses vorgesehen ist und daß die zweite Entladevorrichtung (228) einen parallelen Entladeweg für den steuernden Ladekodensator (198) bildet und durch die die Herzschläge überwachende Vorrichtung gesteuert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stromzweig für die Entladung des Kondensators ein gesteuertes elektronisches Schaltelement wie ein Thyratron (204) enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Nebenschlußweg ein gesteuertes, elektronisches Schaltelement, wie ein Thyratron (228), eingeschaltet ist, das durch ein Steuersignal gezündet wird, welches von einem von der Überwachungsvorrichtung beim Auftreten eines Herzschlages angestoßenen Signalimpulsgeber (18) erzeugt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsweg des Ladekondensators (198) in der gemeinsamen Zuleitung zu den beiden parallelen Stromzweigen eine Induktivität (202) eingeschaltet ist.