DE2018091A1 - - Google Patents
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/362—Heart stimulators
- A61N1/365—Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential
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Description
. ing. R. HOLSEB
9 AuGSBUJiG
WUMHi »187«
N. I92
Augsburg, den 14. April 1970
National Research Development Corporation, Kingsgate House,
66-74 Victoria Street, London, S.W.I, England
Herzschrittmacher mit bedarfsweiser Blockierung
Die Erfindung betrifft Herzschrittmacher und insbe- . sondere solche Schrittmacher, welche man als Herzschrittmacher
mit bedarfsweiser Blockierung bezeichnen kann, die eine Generatorschaltung zur Erzeugung von Impulsen für das
Anregen von Herzschlägen sowie eine Schaltung zur Über-
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wachung der natürlichen Herzschläge durch Peststellen -.- ■ -elektrischer
Impulse aufweisen.
Herzschrittmacher werden Herzkranken eingesetzt,
bei welchen das Nervenbündel, welches den Vorhof und die Herzkammer verbindet, derart erkrankt ist, daß natürliche,
spontane Signale aus dem Vorhof, welche normalerweise die Pumptätigkeit der Herzkammer anregen, nicht bzw. nur
mit zeitweiligen Unterbrechungen empfangen werden. Ein Herzschrittmacher besteht aus einer elektronischen Schaltung, welche gewöhnlich in den Körper eingepflanzt ist ;
und als Ersatz für die spontanen Signale aus dem Vorhof
elektrische Änregungsimpulse an die Herzkammer liefert. Die erforderlichen Schaltungsverbindungen werden üblicher-;
weise durch endokardiale Verfahren hergestellt, indem beispielsweise eine Elektrode mit der rechten Herzkammer
und über die Jugularvene bzw...eine andere Vene mit der
Hohlvene und mit dem rechten Vorhof verbunden ist, während
eine weitere ("Erdrückleitungs"-) Elektrode, welche als
- ■■■■"- - -
indifferente Elektrode bekannt ist, an beliebiger Stelle
mit dem Körpergewebe verbunden ist. ■ --■ - '
Bei bekannten Herzschrittmachern mit bedarfsweiser-
Blockierung werden Anregungsimpulse nur dann erzeugt,
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wenn keine spontanen Signale vorhanden sind, so daß das unerwünschte Zusammentreffen von spontanen Signalen und
herzschrittmachererzeugten Anregungsimpulsen vermieden wird. Die obengenannte eine Elektrode dient sowohl als
Schaltungseingang als auch als Schaltungsausgang. Der
Herzschrittmacher empfängt das elektrische Eingangssignal, welches bei jeder Herzkammerkontraktion durch das Herz
erzeugt wird", und erzeugt seinerseits nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, beispielsweise 850 ms, d.h. wenn
•kein weiteres spontanes Signal folgt, entsprechend der normalen Herztätigkeit von 70 Schlägen/min einen Anregungsimpuls. Wird jedoch aufgrund der natürlichen Herztätigkeit
vor Ablauf dieser Zeitspanne ein spontanes Signal empfangen, so bedarf es keines Anregungsimpulses und es wird deshalb
kein Anregungsimpuls erzeugt, d.h. der Anregungsimpuls wird"blockiert". Der Herzschrittmacher erzeugt jeweils
850 ms nach einer derartigen Blockierung dann einen Anregungsimpuls, wenn kein weiteres spontanes Signal innerhalb
dieser Zeitspanne empfangen wird usw.
Ein Nachteil derartiger bekannter Herzschrittmacher mit bedarfsweiser Blockierung ist darin zu sehen, daß
von diesen elektrische Störungen aus der Umgebung aufgenommen werden können und diese darauf so reagieren, als
handele es sich bei diesen Störsignalen um spontane,
■ 0098A3/13U
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natürliche Herzsignale* Unter diesen Umständen, kann es
vorkommen, daß derartige Herzschrittmacher keine* Anregungsimpulse erzeugen, obwohl spontane Herzsignäle
nicht vorhanden sind» - ' .
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,
einen Herzschrittmacher derart zu verbessern, daß die
lebensgefährliche Möglichkeit ausgeschlossen ist, daß dieser in Abhängigkeit von äußeren elektrischen Störungen
arbeitet.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet
die Erfindung einen Herzschrittmacher mit bedarfsweiser
Blockierung, welcher eine Generatorschaltung zur
Erzeugung von Impulsen für das Anregen von Herzschlägen
sowie eine Schaltung zur Überwachungder natürlichen
Herzschläge durch Feststellen elektrischer Impulse aufweist und welcher gemäß der Erfindung durch eine
Blockierschaltung zum Sperren der Generatorschaltung während des Peststeilens elektrischer Impulse gekennzeichnet
ist, deren Frequenz oberhalb einer bestimmten Schwellenfrequenz und unterhalb einer weiteren bestimmten
Schwellenfrequenz liegt.
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20T8091
Der Herzschrittmacher nach der Erfindung ist derart ■
ausgelegt^ daß er Anregungsimpulse mit normaler Anr.egungsfrequenz
dann erzeugt, wenn Eingangsignale mit einer Frequenz, welche kleiner oder gleich der einen bestimmten
Schwellenfrequenz ist; nicht vorhanden sind, und welcher weiter dann Anregungsimpulse mit einer höheren Warnfrequenz
erzeugt, wenn Eingangsignale mit einer Frequenz empfangen werden, welche oberhalb der v/eiteren bestimmten
Schwellenfrequenz liegt, bei welcher die Blockierung
aufhört. Die Generatorschaltung des Herzschrittmachers
nach der Erfindung erzeugt demzufolge einerseits Anregungsimpulse mit bestimmter normaler Anregungsfrequenz dann, wenn
keine elektrischen Impulse mit Frequenzen oberhalb der einen bestimmten Schwellenfrequenz festgestellt werden,
und erzeugt andererseits Anregungsimpulse mit einer weiteren bestimmten Anregungsfrequenz, welche größer ist als die
bestimmte normale Anregungsfrequenz, in Abhängigkeit
von den durch die Überwachungsschaltung festgestellten elektrischen Impulsen, deren Frequenzen oberhalb der
weiteren bestimmten Schwellenfrequenz liegen.
Dieser Übergang auf eine, verglichen mit der normalen Frequenz von 70 Impulse/min, höhere festgelegte
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Frequenz, beispielsweise auf lOO Impulse/min, welcher
dann erfolgt, wenn die Blockierung.'"aufhöbt, verhindert,
daß Impulse in Konkurrenz zur natürlichen Herztätigkeit erzeugt werden und warnt den Benutzer dahingehend, daß
er sich in einem elektrischen Störfeld befindet.
Günstigerweise liegt die weitere bestimmte Schwellenfrequenz,bei
welcher die. Blockierung aufhört, in dem
Bereich zwischen 200 Impulsen/min und 400 Impulsen/min
und beträgt vorzugsweise 300 Impulse/min, da nur sehr
wenige elektrische Störungen nennenswerte Komponenten
unterhalb dieser Frequenz aufweisen und da es unwahrscheinlich ist, daß die natürliche Herzfrequenz diesen
Wert überschreitet. Die eine bestimmte Schwellenfrequenz liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 55 Impulsen/min
und 75 Impulsen/min, während die normale Anregungsfrequenz einen Wert in dem Bereich zwischen 65 Impulsen/min
und 75 Impulsen/min und die Warnanregungsfrequenz einen
Wert in dem Bereich zwischen 95 Impulsen/min und 110 Impulsen/min aufweist. Die eine bestimmte Schwellenfrequenz
kann gleich der normalen Anregungsfrequenz sein.
Gemäß einem, weiteren Merkmal der Erfindung weist die überwachungseinrichtung einen Verstärker, welcher
nur ein bestimmtes Frequenzband der natürlichen elektrischen
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Herzschlagschwingung durchläßt, sowie eine Triggerschaltung auf, welche die Blockierschaltung in Abhängigkeit von
der Peststellung eines bestimmten Merkmales der .Herzschlagschwingung
triggert.
Die Generatorschaltung des Herzschrittmachers nach
der Erfindung, weist einen, eine periodische Schwingung ausführenden Oszillator auf. Jeweils atn Ende dieser
periodischen Schwingung wird ein Anregungsimpuls erzeugt, wobei gemäß der Erfindung die Blockierschaltung mit
einer Schaltung zur Rückstellung des Oszillators auf den Anfangswert seiner periodischen Schwingung versehen ist,
wodurch die Erzeugung eines weiteren Anregungsimpulses verhindert wird. . .
Erfindungsgemäß weist die Blockierschaltung einen
monostabilen Multivibrator auf, welcher durch einen von der Überwachungseinrichtung festgestellten elektrischen
Impuls von seinem Ruhezustand in seinen EIN-Zustand umgeschaltet wird, wobei das Ausgangssignal des
Multivibrators jeweils beim Umschalten des Multivibrators von einem Zustand zum anderen Zustand die
Rückstellschaltung betätigt und wobei der Multivibrator derart aufgebaut ist und derart periodisch arbeitet,.
009843/13U
daß die Feststellung eines elektrischen Impulses mit einer
Frequenz oberhalb der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz durch die Überwachungsschaltung bewirkt, daß
der Multivibrator seinen'EIN-Zustand beibehält und damit
eine Betätigung der Rückstellschaltung.vorläufig verhindert,
Gemäß noch einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Blockierschaltung ein Schaltungselement auf,
welches abhängig davon arbeitet, ob der monostabile
Multivibrator seinen EIN-Zustand länger als eine bestimmte
Zeitspanne beibehält und welches dann, wenn das der
Fall ist, an die Generatorschaltung ein Frequenzverschiebungssignal abgibt, welche daraufhin Anregungsimpulse
mit der höheren Anregungsfrequenz erzeugt.
Die Generatorschaltung des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers weist vorzugsweise zwei kapazitive
Bauelemente, weiter Schaltungselemente zur Übertragung
von Ladungen auf die kapazitiven Bauelemente mit im ; wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bzw* zur Entladung
dieser kapazitiven Bauelemente, ferner zwei Schaltungselemente zur sofortigen Weiterleitung der Ladung zu
diesen kapazitiven Bauelementen bzw. zur Ableitung von Ladungen von diesen kapazitiven.Bauelementen jeweils in
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Abhängigkeit von der durch die Übertragungsschaltungselemente
festgelegton Richtung und schließlich ein " Schaltungsteil für das Isolieren eines der beiden kapazitiven
Bauelemente auf, wobei eines der beiden zur sofor tigen Weiterleitung der Ladung dienenden Schaltungselemente
dann leitet und die Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirkt, wenn seine Ladung einen bestimmten Wert
erreicht, während das andere der beiden zur sofortigen Ladungsweiterleitung dienenden Schaltungselemente das
Ausgangssignal der Rückstellschaltung empfängt und auf dieses Signal hin leitend wird, und wobei schließlich
das Schaltungsteil zur Isolation eines der kapazitiven Bauelemente während der Feststellung von Impulsen oberhalb
der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz durch die Überwachungseinrichtung erregt ist und eine Entladung
des nichtisolierten kapazitiven Bauelementes mit der höheren Warnfrequenz vornimmt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, welche
als Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die im einzelnen zeigen:
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Pig. 1 # in einer Tabelle unterschiedliche
Betriebsbedingungen für einen Herzschrittmacher mit bedarfsweiser
Blockierung nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm des erfindungs
gemäßen Herzschrittmachers,
Pig. 3> Kurvendiagramme zur Erläuterung
des Betriebes des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers gemäß der Darstellung in Pig. 2,
wobei a) den natürlichen Fall (Zustand B), b) den Fall einer Herzstockung (Zustand D) und c)
den Fall der Störung (Zustand A) veranschaulichen.
Fig. 4 ein Schaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Herzschrittmachers, und
Fig. 5 ein Schaltbild einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers
.
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In Pig. 1 der Zeichnungen eind in einer Tabelle
vier mögliche Bedingungen angegeben» unter welchen ein Herzschrittmacher mit bedatffsweiser Blockierung arbeiten
muß. Diese Tabelle zeigt außerdem, wie die vier demzufolge erforderlichen Betriebszustände mit dem
Herzschrittmacher nach der Erfindung erzielbar sind. Im Zustand D treten keine natürlichen Herzschläge auf und
das Herz muß deshalb mit normaler Anregungsfrequenz von
beispielsweise 70 Impulsen/min angeregt werden. Im Zustand C
sind, wenn keine künstliche Anregung stattfindet, niederfrequente Herzschläge vorhanden und es ist deshalb eine
Anregung mit normaler Frequenz erforderlich. Durch diese Anregung wird den langsamen, natürlichen Herzschlägen die
Frequenz der Anregungsimpulse aufgeprägt. Im Zustand B sind natürliche Herzschläge feststellbar, deren Frequenz oberhalb
einer bestimmten Schwellenfrequenz von beispielsweise 70 Impulsen/min und unterhalb einer weiteren bestimmten
Schwellenfrequenz von beispielsweise 300 Impulsen/min liegt. In diesem Fall ist keine künstliche Anregung erforderlich.
Im Zustand A sind hochfrequente Störimpulse feststellbar, deren Frequenz oberhalb der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz
liegt, und eine künstliche Anregung ist erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Anregungsfrequenz
im Zustand A über die normale Frequenz gesteigert werden, so daß eine Konkurrenz zwischen den natürlichen Herzschlägen
und den Anregungsimpulsen vermieden und außerdem eine
0098U/"i3U
/ft
Warnung für das Vorhandensein von Störfrequenzen gegeben wird. In den Zuständen D, C und A ist ein Herzschrittmacher
nach der Erfindung nicht blockiert, während er im Zustand B blockiert ist.
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers dargestellt, welches die Wirkungsweise
der beiden alternativen Ausfuhrungsformen versinnbildlicht,
welche in den Pig. 1I und 5 dargestellt sind. In Fig. 3
ist in schematischer Form die zeitliche Beziehung zwischen natürlichen Herzschlägen und künstlichen Anregungsimpulsen
in verschiedenen Situationen dargestellt«
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist eine Anschlußklemme 11 mit einer in die rechte Herzkammer eingeführten
Elektrode verbunden und dient sowohl als Eingangsklemme für die Überwachung der natürlichen Herzschläge als auch
als Ausgangsklemme für das Weitergeben der Anregungsimpulse an das Herz. Die an der Klemme 11 empfangene Impulse werden
zu einem Verstärker 12 geleitet,, dessen Ausgangssignal
auf einen Triggerschaltkreis 13 gegeben wird. Der Verstärker und der Triggerschaltkreis 13 sind Teil einer überwachungsschaltung
14, mittels welcher die natürlichen Herzschläge
überwacht werden.
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Das Ausgangssignal des Triggerschaltkreises gelangt zu einem monostabilen Multivibrator 15, welcher über einen
Kondensator mit einer Rückstellschaltung 17 verbunden ist. Die Schaltungsteile 15, 16 und 17 bilden eine Blockierschaltung
18, mittels welcher die Erzeugung von Anregungsimpulsen blockierbar ist. Die Rückstellschaltung 17 ist
mit einem Oszillator 19 verbunden, welcher eine periodische Schwingung ausführt, an deren Ende jeweils ein Triggerimpuls
auf einen Impulsgenerator 20 gegeben wird, welcher Impulse zur Anregung der Herztätigkeit erzeugt. Der Oszillator
und der Impulsgenerator 20 bilden gemeinsam eine Generatorschaltung 21 „
Die Gesamtwirkungsweise des Herzschrittmachers ist folgende: Im Zustand D, d.h. bei NichtVorhandensein
natürlicher Herzschläge arbeitet der Oszillator 19 frei mit einer normalen Frequenz von 70 Impulsen/min und diese
Impulse triggern den Impulsgenerator 20 derart, daß dieser Anregungsimpulse an die Klemme 11 abgibt. Im Zustand C,
in welchem bei NichtVorhandensein einer Anregung niederfrequente natürliche Herzschläge auftreten, arbeitet der
Oszillator 19 weiterhin frei und synchronisiert die natürlichen Herzschläge mit der normalen Anregungsfrequenz von
70 Impulsen/min, Im Zustand B wird die EKG-Schwingung des natürlichen Herzschlages durch den Verstärker 12 verstärkt,
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welcher die R-Zacke dieser Schwingung zu dem Triggerschaltkreis 13 leitet, der wiederum den Multivibrator 15
triggert. Der Übergang des Multivibrators auf den EIN-Zustand triggert die Rückstellschaltung 17 mittels des
Kondensators 16 und die Rückstellschaltung 17 stellt den Oszillator 19 auf den Anfangswert seiner periodischen
Schwingung zurück und hebt damit die Triggerung des Impulsgenerators
20 auf.
Im Zustand A wird an der Klemme 11 eine Serie hochfrequenter
Störimpulse empfangen. Diese bewirken» daß der Triggerschaltkreis 13 den Multivibrator 15 derart schnell
triggert, daß dieser seinen EIN-Zustand fortwährend beibehält, über die Wechselspannungsverbindung des Kondensators
16 werden keine Signale weitergeleitet, so daß die Rückstellschaltung 17 den Oszillator 19 nicht zurückstellt
und damit vom Impulsgenerator 20 Anregungsimpulse erzeugt werden. Nachdem der Multivibrator 15 während einer bestimmten
Zeitspanne, welche vorzugsweise kürzer ist als die Periodendauer des Oszillators 19» in seinem EIN-Zustand gehalten
worden ist, wird über eine Verbindungslextung 22 ein Frequenzverschiebungssignal
in den Oszillator 19 eingespeist. Dieses Signal bewirkt, daß der Oszillator 19 den Impulsgenerator
mit einer höheren Frequenz von beispielsweise 100 Impulsen/min während der Dauer der Zeitspanne, während welcher der
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Zustand A andauert, triggert.
Pig. 3a zeigt eine typische EKG-Schwingung für einen natürlichen Herzschlag. Die überwachungsschaltung ist dabei
derart eingestellt, daß sie die R-Zacke dieser Schwingung feststellt. Fig. 3b zeigt eine EKG-Schwingung, bei welcher
eine Herzstockung vorhanden ist bzw. kein natürlicher Herzschlag auftritt und bei welcher ein künstlicher Anregungsimpuls
wie bei bekannten Herzschrittmachern mit bedarfsweiser Blockierung angelegt wird. Nachdem die Periode bzw. Zeitspanne
von 850 ms eines natürlichen Herzschlages vergangen ist, ohne daß eine natürliche Anregung erfolgt, erzeugt der
Herzschrittmacher einen Impuls, welcher eine normale EKG-Schwingung anregt. Bei einem Herzschrittmacher bisheriger
Bauart wäre dieser Anregungsimpuls dann blockiert, wenn ein elektrischer Impuls innerhalb von 85O ms des vorangegangenen
Impulses festgestellt würde.
In Fig. 3c ist der Zustand A dargestellt, bei welchem im Anschluß an einen natürlichen Herzschlag hochfrequente
Störimpulse beginnen. Bei einem Herzschrittmacher mit bedarfsweiser Blockierung herkömmlicher Bauart würde ein
derartiger Zustand eine Blockierung der Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirken. Bei einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Herzschrittmachers jedoch1 werden in diesem
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Falle Anregungsimpulse mit einer erhöhten Frequenz erzeugt.
In den Fig. 1J und 5 sind jeweils den in Fig. 2 dargestellten
Schaltungselementen entsprechende Schaltungselemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Anschlußklemme 11,
welche bei Verwendung des Herzschrittmachers mit einer in die rechte Herzkammer eingeführten Elektrode verbunden ist,
ist über einen Sperrwiderstand 22 mit einem Verstärker 12 verbunden. Dieser Verstärker ist von herkömmlicher Bauart
und weist einen Frequenzgang von -18 dB/Oktave unterhalb 15 Hz und von -18 dB/Oktave oberhalb 150 Hz sowie einen Spannungsverstärkungsfaktor von 600 auf. Dieser Frequenzgang hat
zur Folge, daß der Verstärker das Eingangssignal der R-Zacke eines EKG-Herzsignales aufnimmt, dessen Komponenten eine
relativ hohe Frequenz (20 Hz bis 100 Hz) aufweisen, und daß der Verstärker das von der darauffolgenden T-Zacke des
Herzsignales herrührende Eingangssignal, dessen Komponenten eine relativ niedrige Frequenz von etwa 2,5 Hz aufweisen,
zurückweist. Es ist aus Gründen, die dem Mediziner bekannt sind, unerwünscht, daß Anregungsimpulse durch die T-Zacke
ausgelöst werden. '
Das R-Zackensignal und damit das Ausgangssignal des Verstärkers 12 kann ein Impuls beliebiger Polarität sein,
welcher den monostabilen Multivibrator triggert, der durch
- 16 - BAD ORIGINAL
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komplementäre Transistoren 23 (pnp) und 24 (npn) gebildet ist. Im Ruhezustand sind beide Transistoren
durch eine Vorspannung gesperrt, wodurch Batteriestrom gespart wird. Wenn die Impulse aus dem Verstärker 12
negativ sind, so wird der Multivibrator über einen Transistor getriggert, welcher normalerweise über eine Vorspannung
gesperrt ist. Der letztgenannte Transistor schaltet bei Anliegen eines negativen Eingangsimpulses durch
und sein Kollektor wird positiv und schaltet den Transistor 24 mittels eines Widerstandes 28, eines Kondensators
26 sowie eines Widerstandes 27 ein. Die Basis des Transistors 23 wird dadurch negativ und dieser
Transistor schaltet stark ein, indem er seinen Kollektor an das Potential der -2,7 V Leitung anlegt. Ein
Widerstand 28 verhindert ein länger ausgedehntes Eingangssignal, welches die Triggertatigkeit stört. Der
Kondensator 26, welcher anfangs ungeladen war, lädt sich nun über Widerstände 29 und 27 so lange auf, bis der Strom
durch den Widerstand 29 unterhalb einen bestimmten Wert abfällt, welcher einen ausreichenden Spannungsabfall an
dem Widerstand 29 erzeugt und damit den Transistor 24 in leitendem Zustand hält (etwa 0,5 V). Wenn der Strom
des Transistors 24 abzusinken beginnt, so fällt der Strom in dem Transistor 23 ebenfalls ab und beide Transistoren
kehren durch kumulative Wirkung in ihren Ruhezustand zurück.
- 17 009843/ 1314
/ι
Bei Nichtvorhandensein eines Kondensators 31» dessen
Wirkung im folgenden noch beschrieben wird, bleibt der Kollektor des Transistors 23 während einer bestimmten
Zeitspanne, welche durch die Aufladungszeit des Kondensators 26 bestimmt ist und welche mit den im folgenden
angegebenen Werten etwa 15 ms beträgt, auf -2,7 V. Der Kondensator 26 wird daran anschließend durch einen
Transistor 32 schnell entladen (in etwa 1 ms), welcher dann stark eingeschaltet ist, wenn sein Emitter über den
Kondensator 26 durch die Hinterflanke der Signalschwingung des Kollektors des Transistors 23 negativ gemacht wird.
Wenn die Impulse aus dem Verstärker 12 positiv sind, so wird der Multivibrator über einen Transistor 33 getriggert,
welcher durchschaltet und die Basis des Transistors 23 negativ macht und somit den Transistor 23 einschaltet.
Ein zu einem Widerstand 35 in Reihe und zu einem Entladungselementtransistor 37 parallel geschalteter
Kondensator ~5k bilden gemeinsam einen Sägezahnoszillator
Ein weiterer Entladungselementtransistor 36 bildet für den
Oszillator 19 eine Rückstellschaltung 17. Die Transistoren und 37 sind gesteuerte Siliziumschalter, welche auch als Einwegtransistoren
bezeichenbar sind bzw. als ünijunction-Transistoren bekannt sind.und welche jeweils Anode, Kathode
- 18 009843/13U
und Torelektrode aufweisen. Der Kondensator J>k lädt sich
über den Widerstand 35 auf diejenige Spannung auf, bei welcher einer der beiden Transistoren 36 bzw. 37 von
selbst leitet und welche dann erreicht ist, wenn die Anode eines Transistors um etwa 0,6 V positiver ist als seine
Torelektrode und welche sich anschließend schnell über den Anoden-Kathodenpfad entlädt. Auf diese Weise wird an dem
Kondensator 3*1 eine Sägezahnschwingung erzeugt. Die Entladung
des Kondensators J>k entweder über den Transistor 36
oder über den Transistor 37 ist davon abhängig, welche der -beiden Torelektroden negativer ist.
Im Leerlauf wird der Kondensator 3^ durch den Transistor
37 entladen, da dessen Torelektrode über einen Widerstand 38 und einen Widerstand 39 auf -3,1I V gehalten
wird, während die Torelektrode des Transistors 36 durch einen Widerstand Ί0 und einen Widerstand Al auf -2,1 V
gehalten wird. Damit ergibt sich eine Sägezahnimpulsdauer von etwa 85Ο ms entsprechend 70 Impulsen/min. Der Spannungs
anstieg an dem Kondensator 3^ beträgt etwa zwischen -2,8 V
und -6,2 V. Jeweils am Ende eines Sägezahnimpulses erzeugt
der Entladungsstrom des Kondensators 31* einen Impuls an
einem Widerstand 42, welcher einen Impulsgenerator 20 triggert. Das Ausgangssignal dieses Impulsgenerators wird
zu der Anschlußklemme 11 und damit zu der Herzelektrode
- 19 00 98 A 3 / 1 3U
weitergeleitet, welche die Herzkammerkontraktion anregt.
Demzufolge werden bei NichtVorhandensein von Eingangsimpulsen aus dem Verstärker 3 bzw. wenn diese Impulse zwar vorhanden
sind, jedoch eine Frequenz von weniger als 70 Impulsen/min aufweisen (d.h. im Zustand C bzw. D), Ausgangsimpulse mit
einer Frequenz von 70 Impulsen/min erzeugt.
Wenn während der Dauer eines Sägezahnimpulses ein Eingangsimpuls empfangen wird, welcher den Multivibrator
triggert, wird der Kollektor des Transistors 24 um etwa 4 V negativ und treibt damit die Torelektrode des Transistors
vorübergehend über den Differenzierschaltkreis des Kondensators 16 und .des Widerstandes 40 von -2,1 V auf etwa -6 V.
Der Kondensator 34 entlädt sich deshalb über den Transistor 36»
bevor der Leerlaufsägezahnimpuls beendet ist und es wird an dem Widerstand 42 kein Impuls zur Triggerung des Impulsgenerators
20 erzeugt. Der Ausgang des Herzschrittmachers ist damit dann blockiert, wenn spontane Herzanregungsimpulse
mit einer Frequenz von 70 Impulsen/min bzw. mit einer größeren Frequenz erzeugt werden. Der Widerstand 41 verbindet
die Torelektrode des Transistors. 36 mit der positivsten
Leitung (0 V), so daß sichergestellt ist, daß bei Ausfall einer der drei zwischen die -6,75 V und -2,7 V-Leitungen
geschalteten Batterien der Transistor 37 weiterhin die Ausgangsimpulsfrequenz bei NichtVorhandensein von Eingangs-
- 20 009843/1 3U
impulsen steuert.
Wenn die Eingangsimpulsfrequenz gleich bzw. größer als 2OC Impulse/min (Zustand A) ist, so arbeitet die Schaltung
folgendermaßen. Im Ruhezustand ist der Transistor 24 nichtleitend und der Kondensator 31 ist auf 4 V zwischen den
-2,7 V und -6,75 V Leitungen aufgeladen. Wenn angenommen wird, daß an dem Transistor 33 ein positiver Eingangsimpuls
anliegt, so entlädt sich der Kondensator 31 über diesen
Transistor in etwa 2,5 ms, d.h. in einer viel kürzeren Zeit als die Dauer der R-Zacke beträgt. Das Vorhandensein des Kondensators
31 bewirkt damit keinen Triggervorgang. Der Kondensator
31 bleibt während der 15 ms, während welchen der Transistor 24 leitend ist, entladen. Anschließend lädt sich
der Kondensator 31 wieder über den Widerstand 44, einen Widerstand 43 und den Widerstand 30 sowie den Basisstrom
des Transistors 23 auf und der Transistor 23 bleibt deshalb während einer Zeitspanne von etwa 285 ms nach dem Ausschalten
des Transistors 24 leitend. Der Kollektor des Transistors 23 bleibt demgemäß während etwa 300 ms auf
-2,7 V und liefert ein Oszillatorsteuersignal·
Ein negativer Eingangsimpuls wirkt in gleicher Weise. Der Transistor 24 leitet in der vorher bereits beschriebenen
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Weise und beginnt den Kondensator 31 über einen Widerstand zu entladen® Der Kondensator 31 wird weiterhin entladen,
wenn der Transistor 33 durch die negative hintere Flanke der R-Zacke eingeschaltet ist. Der Kondensator 31 entlädt
sich anschließend in der bereits beschriebenen Weise.
Der Kollektor des Transistors 23 ist über einen Widerstand 46 mit der Basis eines Transistors 45 verbunden. Der
Transistor 45 ist normalerweise durch eine Vorspannung gesperrt, er wird jedoch während derjenigen 300 ms eingeschaltet,
während welchen sich der Kollektor des Transistors auf -2,7 V befindet. Während der Transistor 45 eingeschaltet
ist, ist ein Widerstand 47 wirksam ^u dem Widerstand 38
parallelgeschaltet und die Torelektrode des Transistors wird deshalb auf einer Spannung von etwa -4,1 V gehalten,
welche negativer ist, als ihre üblichen -3,4 V. Dadurch wird die Sägezahnperiodendauer von 850 ms auf 600 ms entsprechend
100 Ausgangsimpulsen/min vermindert; ausgenommen,
daß der Transistor 37 nach 300 ms auf -3,4 V zurückkehrt, so daß die 850 ms-Periode vorherrschend bleibt. Wenn jedoch
innerhalb der 300 ms-Zeitspanne (15 ms + 285 ms), während welcher der Transistor 23 eingeschaltet bleibt, ein weiterer
Impuls erscheintj so bleibt der Transistor 23 während '
weiterer 285 ms (gerechnet ab dem Zeitpunkt des Erscheinens
• - 22 009843/1314
dieses weiteren Impulses) eingeschaltet. Der Transistor bleibt demgemäß dann eingeschaltet, wenn nachfolgende
Impulse eine Periode von weniger als 285 ms aufweisen (etwa 200 Impulse/min). Während der Transistor 23 eingeschaltet
(d.h. durchgeschaltet) bleibt, verbleibt die Torelektrode des Transistors 37 auf -4,1 V und der Impulsgenerator
erzeugt Ausgangsimpulse mit einer Frequenz von 100 Impulsen/min.
Ein Kondensator 48 und der Widerstand 46 bilden gemeinsam
eine Verzögerungsschaltung, welche verhindert, daß der Transistor 37 schon leitet bevor der Transistor
sich in einem derartigen Zustand befindet, in welchem beide Transistoren gemeinsam leiten können. Das könnte
zur Erzeugung eines nicht gewünschten Ausgangsimpulses am Impulsgenerator 20 führen, wenn das Herz spontan mit der
normalen Frequenz von etwa 70 Schlägen/min arbeitete.
Der Einweg-Transistor 36 kann beispielsweise durch ein komplementäres Transistorpaar ersetzt werden, da
es nicht erforderlich ist, daß dieses bei einer bestimmten Spannung an dem Kondensator 34 von sich aus spontan leitet.
Ein Einweg- bzw, Unijunction-Transistor wird jedoch bevorzugt, weil er einen niedrigen Leckstrom aufweist.
- 23 0 09843/1314
Der Impulsgenerator 20 weist eine wirtschaftliche, komplementäre .monostabile Multivibratorschaltung auf,
welche ebenso wie die Grundschaltung aus den Transistoren und 22I aufgebaut ist und welche über eine mit dem Widerstand
42 und der Basis eines npn-Transistors (entsprechend
dem Transistor 24) verbunden ist. Sein Ausgangsimpuls, welcher
eine Impulsdauer von etwa 1 ms aufweist, wird über einen Transistorstromverstärker zu einem Transistorschalter
geleitet, welcher seinerseits einen Impuls von etwa 25 Mikrojoule
an die Anschlußklemme 11 abgibt. Es können jedoch auch anders aufgebaute Impulsgeneratoren verwendet werden.
Eine Anschlußklemme 49 bildet die eingangs erwähnte
indifferente Elektrode, welche an beliebiger Stelle mit dem Gewebe des Körpers in Verbindung steht.
Es ist bemerkenswert, daß die Verzögerung, welche durch den Kondensator 31 hervorgerufen wird, eine Blockierung
des Ausgangsimpulses während der ersten 300 ms der 850 ms
Periode verhindert j welche jeweils auf eine angeregte oder
spontane Kontraktion der Herzkammer folgt. Das ist jedoch vom medizinischen Standpunkt aus zulässig.
Weitere Schaltungselemente, wie beispielsweise die Vorspannungselemente, tragen die Bezugsziffern 49 bis
009843/1314
Or
Die Werte für die Dimensionierung der bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung verwendeten Schaltungselemente
sind als Beispiel in der folgenden Tabelle angegeben.
16 0,001 Mikrofarad
23 2N3962 pnp-Transistor niedriger Ordnung
24 2N2484 npn-Transistor niedriger Ordnung
25 2N3962 pnp-Transistor niedriger Ordnung
26 0,0068 Mikrofarad
27 1 M.ohm
28 1 M.ohm
29 1,2 M.ohm
30 680 K.ohm
31 0,18 Mikrofarad
32 2N2484 npn-Transistor niedriger Ordnung
33 2N2484 npn-Transistor niedriger Ordnung
34 0,1 Mikrofarad
35 10 M.ohm
36 D13T2 gesteuerter pnpn-Siliziumschalter
37 D13T2 gesteuerter pnpn-Siliziumschalter
38 2,2 M.ohm
39 2,2 M.ohm
40 1 M.ohm
41 3,3 M.ohm
42 1 K.ohm
U | |
Bezugszahl | Wert bzw. Type |
650 K.ohm | |
44 | 1,5 M.ohm |
45 | gesteuerter Siliziumschalter |
46 | 3,3 M.ohm |
47 | 3,9 M.ohm |
48 | 0,01 Mikrofarad |
50 | "2,7 M.ohm |
51 | 0,01 Mikrofarad |
52 | 0,01 Mikrofarad |
53 | 2,7 M.ohm |
54 | 560 K.ohm |
55 | 820 K.ohm |
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben,
welche besonders für die Herstellung durch
Dickschichtverfahren geeignet ist. Das erreicht man durch die Vermeidung hochohmiger Widerstandskomponenten,, Schaltungselemente, welche den Darstellungen in den Fig. 2 und 5
sowie 4 und 5 gemeinsam sind, sind jeweils mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Dickschichtverfahren geeignet ist. Das erreicht man durch die Vermeidung hochohmiger Widerstandskomponenten,, Schaltungselemente, welche den Darstellungen in den Fig. 2 und 5
sowie 4 und 5 gemeinsam sind, sind jeweils mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Das R-Zackensignal und damit das Äusgangssignal des
Verstärkers 12 kann ein Impuls beliebiger Polarität sein,
- 26 00984 3/13 U
welcher den monostabilen Multivibrator 15, welcher von zwei komplementären Transistoren 56 (npn) und 57 (pnp) gebildet
ist, mittels der Triggersehaltung 13 triggert, welche mit
Transistoren 58, 59 und 60 versehen ist. Im Ruhezustand
sind die beiden Transistoren 56 und 57 jeweils durch eine Vorspannung gesperrt, wodurch Batteriestrom gespart wird.
Wenn die Impulse aus dem Verstärker 12 negativ sind, so wird der Multivibrator durch den Transistor. 58 getriggert,
welcher normalerweise durch eine Vorspannung gesperrt ist.
Der Transistor 58 schaltet bei Anliegen eines negativen Eingangsxmpulses durch, der Transistor 56 leitet
bzw. schaltet ebenfalls durch und zieht einen Strom durch einen Widerstand 61 und durch die Basis des Transistors
Das bewirkt einen Stromfluß in dem Kollektor des Transistors und dieser Transistor schaltet ebenfalls durch. Die beiden
Transistoren 56 und 57 des Multivibrators sind durch einen Kondensator 62 miteinander gekoppelt, welcher zu einem
Transistor 63 parallel liegt. Während das negative Eingangssignal aus dem Verstärker 12 anliegt, bleibt die Ladung
des Kondensators 62 im wesentlichen gleich Null, da dieser mit den Kollektoren der durchsesehalteten Transistoren 58
und 57 verbunden ist. Bei Beendigung des Signales aus dem Verstärker 12 schaltet der Transistor 58 ab und der
Kondensator 62 beginnt sich über einen Widerstand 64 aufzuladen
und bewirkt, daft das Basis- und damit das Emitter-
- 27 009843/1.3 U.
potential des Transistors 56 stetig negativ abfällt. Ein
bestimmter Zeitpunkt ist dann erreicht, wenn das Emitterpotential
des Transistors 56 sich demjenigen Potential nähert, welches durch eine Potentiometerschaltung eingestellt
ist, die von einem Widerstand 65 und einem Widerstand 66 gebildet ist, wenn der vorherrschend durch
den Widerstand 66 hindurchfließende Strom von dem immer noch durchgeschalteten Transistors 57 bewirkt wird. In
diesem Zeitpunkt fällt nun der Strom des Transistors 56
P schnell ab, so wie sich der Kondensator 62 weiterhin auflädt,
und ein.ungenügender· Strom wird durch einen Vorspannungswiderstand 78 und die Basis des Transistors 57 aufrechterhalten, damit der Transistor 57 durchgeschaltet bleibt.
Der Kollektor des Transistors 57 beginnt negativ zu werden ■
und bewirkt damit, daß die Basis des Transistors 56 wegen der Kopplung über den- Kondensator 62 weiterhin negativ
bleibt« Das, erzeugt eine kumulative Wirkung und beide Transistoren 56 und 57 kehren zu ihrem ursprünglichen
^ Ruhezustand zurück.
Die Zeitspanne, während welcher .die Transistoren 56
ί . —
und 57 in leitendem Zustand gehalten werden, ist gleich der Zeitdauer des Signales aus dem Verstärker 12 (typisch sind 20 ms)
plus einer Zeitspanne, welche durch die Aufladung des Kondensators
62 festgelegt ist und welche bei den im folgenden
" 28 - ■ BAD
009843/131 4
angegebenen Werten der Schaltungselemente etwa 80 ms beträgt.
Der Kondensator 62 wird nach Beendigung des Verstärkersignals über den Transistor 63 schnell entladen (in
etwa 1 ms). Dieser Transistor wird dann stark eingeschaltet, wenn seine Basis bei Abschalten der Transistoren
und 57 infolge der Wirkung der Potentiometerschaltung 65,
66 und 64 positiv ist.
Wenn die Impulse aus dem Verstärker 12 positiv sind, so wird der Multivibrator 15 durch den Transistor 59 und
den als Phasenumkehrer arbeitenden Transistor 60 getriggert. Diese beiden Transistoren 59 und 60 bewirken die Durchschaltung
bzw. das Umschalten des Transistors 56 in seinen leitenden Zustand.
Die Rückstellschaltung 17 weist einen Transistor 70 auf, welcher durch den Kondensator 16· am Kollektor des
Transistors 57 mit dem Multivibrator 15 gekoppelt ist. ■ Eine Frequenzve.rschiebungsleitung 22 verbindet in dem
Oszillator 19 einen Transistor 67 mit einem Feldeffekttransistor 71. Der Oszillator 19 weist zwei kapazitive
Bauelemente 72 und 73, einen Konstantstromgenerator 74,
welcher zur Entladung der Kondensatoren 72 und 73 dient, sowie ein Schnelladungsschaltungselement 76 zur Aufladung
- 29 -
009843/1314
der Kondensatoren 72 und 75 auf.
Während die Transistoren 56 und 57 im Ruhezustand
bleiben, bleibt der Transistor 67 nichtleitend. Der Transistor 71 verhält sich deshalb zwischen Senke .und
Quelle wie ein niedriger Widerstand (typischerweise 200 Ohm), wobei die Torelektrode über einen Widerstand 77 mit der
Senkenelektrode verbunden ist. In diesem Zustand ist demzufolge der Kondensator 72 wirksam zu dem Kondensator 73
und dem Konstantstromgenerator 74 parallelgeschaltet. Diese
Bauelemente sind jeweils mit dem Schnelladungsschaltungselement 76 und mit der Reihenschaltung des Transistors 70 und
einer Diode 83 in Reihe geschaltet. Die Diode 83 dient als
Konstantspannungsquelle, welche dafür erforderlich ist, daß die Spannung, auf welche die Kondensatoren 72 und 73
bei Beginn der Oszillatorschwingung, welche im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist, aufgeladen werden,
jeweils gleich ist, gleichgültig, ob die Ladung über den Transistor 70 oder aber über das Schnelladungsschaltungselement
76 erfolgt.
Das Ladungsschaltungselement 76 ist ein gesteuerter Siliziumschalter, welcher manchmal auch als programmierbarer
Einweg- bzw. Unijunction-Transistor bezeichnet wird,
- 30 - .
009843/1314
3Λ
der Anode, Torelektrode und Kathode aufweist. Die Kondensatoren
72 und 73 entladen sich über den Transistor "Jk des
Stromgenerators bis auf die Spannung, bei welcher das Ladungsschaltungselement
76 von selbst leitend wirde Diese Spannung ist dann erreicht, wenn dessen Anode um etwa 0,5 V
positiver ist als dessen Torelektrode. Der Schalter 76 entlädt dann schnell die Kondensatoren 72 und 73 über den
Anoden-Torelektroden-Pfad, welcher einen in Reihe geschalteten Widerstand 79 aufweist. Auf diese Weise wird
an den Kondensatoren 72 und 73 eine Sägezahnschwingung erzeugt. Wenn der Transistor 57 eingeschaltet wird, bevor die
Kondensatoren 72 und 73 derart ausreichend entladen sind, daß der Schalter 76 leitet, so wird die Basis des Transistors
70 durch die Differenzierschaltung des Kondensators und zweier, zu diesem Kondensator in Reihe geschalteter
Widerstände 80 und 81 positiv gemacht, wodurch bewirkt wird, daß der Transistor 70 leitet und die Kondensatoren 72
und 73 über die Diode 83 schnell auflädt. Der Transistor 70
bleibt lange genug in leitendem Zustand (beispielsweise 4 ms) und stellt damit sicher, daß die Kondensatoren 72 und 73
innerhalb diaser Zeit bis auf etwa 0,5 V auf die Versorgungsspannung aufgeladen werden.
Im, Leerlauf entladen sich die Kondensatoren 72 und 73
- 31 -
3/131/,
über den Transistor 76. Die Sägezahnspannung an den
Kondensatoren 72 und 73 weist eine Dauer von etwa 850 ms
auf, was einer Impulsfrequenz von 70 Impulsen/min entspricht.
Der Spannungsanstieg an. den Kondensatoren 72 und
liegt zwischen -4,9 V und -1,7 V. Jeweils am Ende eines jeden Sägezahnimpulses erzeugt der Ladestrom der Kondensatoren 72 und 73 einen Impuls an dem Widerstand 793 welcher
den Impulsgenerator 20 triggert. Das Ausgangssignal des
letztgenannten wird zu der Anschlußklemme 11 und damit zur Herzelektrode weitergeleitet, welche die Herzkammer- ■
kontraktion anregt. Wenn demgemäß Eingangsimpulse aus dem
Verstärker 12 nicht vorhanden sind bzw. wenn diese Impulse
eine Frequenz von weniger als 70 Impulsen/min aufweisen,
so werden Anregungsimpulse mit einer, Frequenz von 70 Impulsen/min
erzeugt. -■ ' '.
Wenn ein Anregungsimpuls aus dem Impulsgenerator 20 zu der Anschlußklemme 11 gelangt^ so wird dieser von dem
Verstärker 12 festgestellt, welcher ein Umschalten des Multivibrators 15 mittels der Triggerschaltung 13 bewirkt.
Es ist deshalb erforderlich zu.verhindern, daß dieser künstliche Impuls die Rückstellschaltung 17 erregt bzw.
betätigt. Das wird durch einen Schalter verhindert, welcher einen zwischen die Basis des Transistors 70 und die -5,4 V
Leitung geschalteten Transistor 100 aufweist. Die Basis
-32 - ' ■". ;_'" -.- ■' -009843/1314
/ :: ;■■/ ..;:■. ■■■■ 33 ' ■ : ■■·■;
dieses Transistors. 100 ist mittels einer RC-Schaltung 97, 98
und 99 in geeigneter Weise mit dem Impulsgenerator 20 verbunden, beispielsweise als Emitterfolger,welcher während
der Erzeugung eines Anregungsimpulses einen positiven Spannungsimpuls erzeugt. Dieser positive Spannungsimpuls
lädt den Kondensator 99 auf und bewirkt, daß der Transistor während der Dauer des Anregungsimpulses und'für etwa ^O ms
danach leitend ist, während sich der Kondensator 99 über
die Widerstände 97 und 98 entlädt.: '
Wenn während eines Sägezahnimpulses ein Eingangsimpuls
empfangen wird, welcher den Multivibrator triggert, so werden
die Kondensatoren 72 und 73 über den Transistor 70 und
die Diode 83 aufgeladen und an dem. Widerstand 79 wird
kein Ausgangsimpuls erzeugt. Der Herzschrittmacherausgang
ist damit 'blockiert. : v
Der Transistor 67 wird 4 ms nach dem Einschalten des
jyiultivibrators leitend gemacht und so lange in leitendem
Zustand gehalten, wie der Multivibrator eingeschaltet ist * .
Der Kollektorstrom des Transistors 67 fließt durch den -.'■.*.
Widerstand 77 und bewirkt, daß die Torelektrode des
Transistors 71 auf einen Spannungswert kommt, welcher innerhalb 100 mV der -5,4 V Leitung liegt. Die Quelle des
0 09843/13T4
Transistors 71 wird am Anfang wegen des Kondensators 72 auf 0 V gehalten, da der Kondensator genau vor diesem
Betriebsspiel aufgeladen worden ist» Der Transist.or 71 ist demzufolge ausgeschaltet und der Kondensator 72 kann
sich nicht länger in den Stromgenerator 71* entladen. Die
Sägezahnspannungsschwingung welche an dem Kondensator 73
auftritt, geht nun auf eine höhere Frequenz über, während der Strom in dem Transistor 7^ konstant bleibt. Wenn der
Multivibrator abschaltet, bevor das zur Leitung erforderliche Spannungsniveau des Ladungsschaltungselementes 76 erreicht
worden ist, so kehrt der Transistor 71 zu einem niedrigen Widerstand zwischen Senke und Quelle zurück, wenn der
Transistor 67 aufhört zu leiten. Die auf dem Kondensator
aufrechterhaltene Ladung wird nun teilweise zu dem Kondensator 73 weitergeleitet und die Sägezahnschwingung fällt
so lange scharf negativ ab, bis die Ladungsweiterleitung
vollständig ausgeführt ist. Wenn dieser Fall eintritt, so beginnt die Sägezahnschwingung von neuem, jedoch mit
einer niedrigeren Anstiegsgesehwindigkeit,.da die Kondensatoren 72 und 73 nunmehr beide über den Transistor 7^
entladen sind. .
Wenn die Eingangsimpulsfrequenz etwa 36O Impulse/min
überschreitet (Zustand A), so arbeitet die Schaltung folgender-
009843/1314
maßen. Bei Empfang eines positiven bzw. negativen Impulses
wird der ■ Multivibrator "-.1S- eingeschaltet». Wenn der Impuls
vollständig angekommen ist, beginnt der Kondensator 62 sieh
negativ auf -4,9 V aufzuladen und bewirkt dadurch,' daß
der Strom in dem Transistor 56 langsam abnimmt, während
der Transistor 57 weiterhin durchgeschaltet bleibt. Wenn
ein weiterer Impuls aus dem Verstärker 12 empfangen wird,
bevor die Transistoren 56 und 57 gemeinsam abgeschaltet
sind,, werden abhängig davon, ob der Eingangsimpuls negativ
bzw. positiv ist, die Basis des Transistors 56 und eine
Seite -des Kondensators 62 auf etwa -0,1 V durch die Schaltwirkung des durchgeschalteten.-'Transistors'■ 58 bzw. des
Transistors 60 zurückgestellt· Da der Kondensator62mit
einer Ladung versehen ist, beginnt er nun sich schnell entweder über den Transistor 58 oder über den Transistor 60 und
die Diode 82 zu entladen. Um zu yermeiden, daß die Spannung an
dem Kollektor des Transistors 57 zu weit positiv überschwingt
(durch den geladenen Kondensator 62^ welcher den Kollektor
schnell positiv macht), begrenzt eine Diode 82 den positiven
Spannungsanstieg auf etwa 0,75 V. Auf diese Weise wird
für die Entladung des Kondensators 62 ein niedriger
Impedanzweg aufrechterhalten. Wegen des ursprünglichen ·
Eihgangsimpülses ist die Kollektorspannung des Transistors
auf etwa -0,1 V geblieben und der Transistor 57 war
weiterhin durchgeschaltet..Es standen'deshalb keine weiteren
009843/1314
positiven Impulse zur Umschaltung des Transistors 70
über die Wechselspannungskopplung des Kondensators 16 und des Widerstandes 80 zur Verfügung und es ist nicht möglich,
den Oszillator mittels eines weiteren Eingangsimpulses
zurückzustellen. Da ebenso der Multivibrator eingeschaltet geblieben ist, bleibt der Transistor 67 in seinem leitenden
Zustand und bewirkt so, daß der Transistor 71 nichtleitend ist und den Kondensator 72 von der 0 V Leitung isoliert
bzw. trennt. Die Oszillatorfrequenz wird demzufolge nur durch den Kondensator 73 gesteuert, welcher sich in den
Transistor 74 entlädt. Wenn die Frequenz der Eingangsimpulse
aufrechterhalten wird, kann der Oszillator nicht zurückgestellt werden und das Ladungsschaltungselement 76
wird etwa 6OQ ms nach Empfang des ersten Eingangsimpulses
leitend. Wenn deshalb eine hohe Eingangsfrequenz aufrechterhalten wird, so regt der Herζschrittmacher das Herz mit
einer bestimmten hohen Frequenz von etwa 100 Impulsen/min
an. ·
Der Wechselspannungskopplungszweig, welcher aus dem Kondensator 16, dem Widerstand 80 und dem Widerstand 81
besteht, weist einen Transistor 84 auf, so daß dann, wenn
der Multivibrator endgültig abschaltet, der Kondensator 16
schnell entladen wird. Ohne den Transistor 84 würde die Entladung des Kondensators 16 über die Widerstände 80, 81, 69,
- 36 00 9 8 A3/ 1 3U
und 65.erfolgen. Wenn der Transistor 57 nichtleitend wird,
wird die Basis des Transistors 84 mit Bezug auf seinen
Emitter positiv und der Kollektorstrom entlädt den Kondensator 16. . '.;"■'" ·■'-"■ '"'
Der Kondensator 73ist gemäß der Beschreibung zwischen
die Anode des Ladungsschaltungselementes 76 und die 0 V Leitung
geschaltet. Alternativ dazu kann es von Vorteil sein, den Kondensator 73 zwischen die Anode des Ladungsschaltungselementes 76 und die -5,4 V Leitung zu schalten, so daß
die Entnahme eines starken Spitzenstromimpulses aus der
Spannungsversorgung vermieden wird. Die Wirkungsweise der
Schaltung bleibt dabei gleich.
Eine Vielzahl von Vorspannungs- und anderen Schaltungselementen trägt, die Bezugszahlen 85 bis 96; diese sind im
einzelnen nicht beschrieben. Die für die verschiedenen '
Schaltungselemente gewählten Werte sind in der folgenden
Tabelle als Beispiel angegeben:
16 0,022 Mikrofarad '
5β npn-Transistor niedriger Ordnung
- 57 pnp-Transistor niedriger Ordnung
58 pnp-Transistor niedriger Ordnung
- -37 -' .■■■■'■ ,-, - . . ,' ■■■ ": -
'00984371314
- | 38 |
Bezugszahl | Wert bzw. Type |
59 | npn-Tranöistor niedriger Ordnung |
60 | pnp-Transistor niedriger Ordnung |
61 | 470 K.ohm |
62 | 0,047 Mikrofarad |
63 | npn-Transistor niedriger Ordnung ' |
64 | 2,2 M.ohm |
65 | 1 M.ohm . · |
66 | 470 K.ohm |
67 | npn-Transistor niedriger Ordnung |
68 | 0,047 Mikrofarad |
69 | 470 K.ohm |
70 | npn-Transistor niedriger Ordnung |
71 | Feldeffekttransistor |
72 | 0,1 Mikrofarad |
73 | 0,22 Mikrofarad |
74 | pnp-Transistor niedriger Ordnung |
75 | pnp-Transistor niedriger Ordnung |
76 | gesteuerter pnpn-Siliziumschalter |
77 | 1 M.ohm |
78 | 470 K.ohm |
79 | 220 K.ohm |
80 | 100 K.ohm |
81 | 100 K.ohm |
82 | Signal-Siliziumdiode |
- 38 -
009843/1314
Bezugszahl | Wert bzw. Type |
83 | Signal^Siliziumdiode |
8H | npn-Transistor niedriger Ordnung |
85 | 2,2 M.ohm |
86 | 0,0068 Mikrofarad |
87 | 0,0068 Mikrofarad |
88 | 2,2 M.ohm |
89 | 470 K.ohm |
90 | 500 K.ohm |
- 91 |
330 K.ohm |
'92 | 220 K.ohm |
93 | 470 K.ohm |
91» | 100 K.ohm |
95 | 2,2 M.ohm |
96 | 1 Mikrofarad |
97 | 270 K.ohm |
98 | 470 K.ohm |
99 | 0,1 Mikrofarad |
100 | npn-Transistor niedriger Ordnung |
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann
die Diode 85 weggelassen sein, was dazu führt, daß die
Kondensatoren 72 und 73nach Anregung durch einen künstlichen
Impuls durch den Transistor 70 auf eine negative Spannung
- 39 -
009 843/1314
aufgeladen werden, welche größer ist als diejenige Spannung,
welche sich bei Aufladung durch das Ladungsschaltungselement J6 nach Anregung durch einen natürlichen Herzschlag
ergibt. Das führt zu dem Ergebnis, daß die Wartezeit vor
Beginn der Anregung durch den Herzschrittmacher auf eine Zeitspanne erhöht wird, welche einem natürlichen Sinusrhythmus
von etwa 57 Impulsen/min entspricht.
009 843/ 13 1
Claims (1)
- Patentansprüche:• Γ 1 .^ftierzsGhrittmacher mit bedarfsweiser Blockierung;, welcher eine Generatorschaltung zur Erzeugung von Impulsen für das Anregen von Herzschlägen sowie eine Schaltung zur Überwachung der natürlichen Herzschläge durch Feststellen elektrischer Impulse aufweist/ gekennzeichne't durch eine Blockferschaltung (18) zum Sperren der Generatorschaltung während des Peststeilens elektrischer Impulse, deren ■ Frequenz oberhalb einer bestimmten Sohwellenfrequenz und unterhalb einer weiteren bestimmten Schwellenfrequenz liegt;"2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dessen Generatorschaltung Anregungsimpulse mit bestimmter normaler Anregungsfrequenz dann erzeugt, wenn keine elektrischen Impulse mit/Frequenzen oberhalb der einen bestimmten Schwellenfreqüenz festgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorschaltung (21) in Abhängigkeit von den durch die Überwachungsschaltung (I2O festgestellten elektrischen Impulsen, deren Frequenzen oberhalb der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz liegen, Anregungsimpulse mit einer weiteren bestimmten Anregungsfrequenz erzeugt, welche · größer ist als die bestimmte normale Anregungsfrequenz.■_■ -'41. - .". :■'■■■■■ ■ ■■/: : ·■■..-.■ ■■:00 984 3/1314J5. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Generätorschaltung (21) einen, eine periodische Schwingung ausführenden Oszillator (19) aufweist, daß weiter jeweils am Ende dieser periodischenSchwingung ein Anregungsimpuls erzeugt wird und daß schließlich die Blockierschaltung (18)'mit einer Schaltung (17) zur Rückstellung des Oszillators auf den Anfangswert seiner periodischen Schwingung versehen ist, wodurch P die Erzeugung eines weiteren Anregungsimpulses verhindert wird. '4. Schrittmacher nach Anspruch 4·, dessen Blockierschaltung einen monostabilen Multivibrator aufweist;, welcher durch einen von .der Überwachungseinrichtung festgestellten elektrischen Impuls von seinem Ruhezustand . in seinen EIN-Zustand umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Multivibrators (I5) ^ jeweils bei Umschalten des Multivibrators von einem ZustandW-■ -zum anderen Zustand die Rückstellschaltung (17) betätigt und daß der Multivibrator derart aufgebaut ist, und derart periodisch arbeitet, daß die Feststellung eines elektrischen Impulses mit einer Frequenz oberhalb der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz durch die Überwachungsschaltung (l4) bewirkt, daß der Multivibrator seinen EIN-Zustand-. 42 -009843/13Ubeibehält und damit eine Betätigung der Rückstellschaltung vorläufig verhindert.5· Schrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierschaltung (18) ein Schaltungselement (67) aufweist, welches abhängig davon arbeitet, ob der monostabile Multivibrator (15) seinen EIN-Zustand länger als eine bestimmte Zeitspanne beibehält, und welches dann, wenn das der Fall ist, an die Generatorschaltung (21) ein Frequenzverschiebungssignal abgibt, I welche- daraufhin Anregungsimpulse mit der höheren Anregungsfrequenz erzeugt.6. Schrittmacher nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorschaltung (21) zwei kapazitive Bauelemente (72, 73)* weiter Schaltungselemente (74), (90) zur Übertragung von Ladungen auf die kapazitiven Bauelemente (72, 73) mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bzw. zur Entladung dieser kapazitiven λ Bauelemente, ferner zwei Schaltungselemente (76, 70) zur sofortigen We'iterleitung der Ladung zu diesen, kapazitiven Bauelementen bzw. zur Ableitung von Ladungen von diesen kapazitiven Bauelementen jeweils in Abhängigkeit von der ■ durch die Übertragungsschaltungselemente (74, 90) festge-OR(GJNAL 009843/1314legten Richtung und schließlich ein Schaltungsteil (71) für das Isolieren eines der beiden kapazitiven Bauelemente (72) aufweist, wobei eines (76) der beiden zur sofortigen Weiterleitung der Ladung dienenden Schaltungselemente dann leitet und die Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirkt, wenn seine Ladung einen bestimmten Wert erreicht, während das andere (70) der beiden zur sofortigen Ladungsweiterleitung dienenden Schaltungselemente das Ausgangssignal der Rückstellschaltung (17) empfängt und auf dieses Signal hin leitend wird, und wobei schließlich das Schaltungsteil (71) zur Isolation eines. (72) der kapazitiven Bauelemente während der Peststellung von Impulsen oberhalb der weiteren bestimmten Schwellenfrequenz durch die Überwachungseinrichtung (14) erregt ist und eine Entladung des nichtisolierten kapa-zitiven Bauelementes (73) mit der höheren Warnfrequenz vornimmt. ; .7. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet., daß die eine bestimmte Schwellenfrequenz einen Wert in dem Bereich von 55 Impulsen/mint
bis 75 Impulsen/min aufweist.8. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 7,- 44 -009843/1314tffdadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte weitere Schwellenfrequenz einen Wert in dem Bereich von 200 Impulsen/min bis 400 Impulsen/min aufweist. .9· Schrittmacher nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die normale Anregungsfrequenz einen Wert im Bereich zwischen 65 Impulsen/min und . 75 Impulsen/min aufweist. „ '10. Schrittmacher nach einem der Ansprüche.2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnanregungsfrequenz einen Wert in dem Bereich zwischen 90 Impulsen/min und 110 Impulsen/min aufweist.11. Schrittmacher nach einem der Ansprüche2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere bestimmte Schwellenfrequenz einen Wert von 300 Impulsen/min, die normale ■ Anregungsfrequenz einen Wert von 70 Impulsen/min und die Warnanregungsfrequenz einen Wert von 100 Impulsen/min hat.12. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 2 bis. 10, dadurch gekennzeichnet,, daß die eine bestimmte Schwellenfrequenz gleich der normalen Anregungsfrequenz ist.0098A3/1314
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB09547/69A GB1300416A (en) | 1969-04-16 | 1969-04-16 | Improvements in or relating to cardiac pacemakers |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2018091A1 true DE2018091A1 (de) | 1970-10-22 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19702018091 Withdrawn DE2018091A1 (de) | 1969-04-16 | 1970-04-15 |
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