DE2150144A1 - Herzschrittmascher - Google Patents

Description

FATE TfTANVTA. X. T

Din* ing. E. HOLZEB 89 AUGSBURG

»HJXIPPINB-WKI-SKB-STRASS» 1«

W.552

Augsburg, den β. Oktober 1971

Medical Electronics Research Corporation,

5920 Rodman Street, Hollywood, Florida 53023,

V.St.A.

Herzschrittmacher

Die Erfindung betrifft allgemein Herzschrittmacher und insbesondere implantierbare,nur bei Bedarf arbeitende elektronische Herzschrittmacher mit langer Lebensdauer.

Gegenwärtig wird das Leben von Tausenden von Herzpatienten durch Herzschrittmacher erhalten und verlängert,

ORIGINAL INSPECTED

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welche der Herzkammer künstliche Reizimpulse zuführen, wenn das Herz nicht in der Lage ist, Kammerkontraktionen mit normaler Pulsfrequenz auszuführen.

Bei Herzschrittmachern unterscheidet man kontinuierlich arbeitende Herzschrittmacher einerseits und nur bei Bedarf arbeitende Herzschrittmacher andererseits. Die kontinuierlich arbeitenden Herzschrittmacher erzeugen eine kontinuierliche Folge künstlicher Herzreizimpulse mit einer normalen Frequenz von 60 Impulse/min· bis 85 Impulse/min, Die Bedarfsherzschrittmacher erzeugen einen» eine Kammerkontraktion hervorrufenden? künstlichen Impuls nur dann, wenn keine normale Kammerdepolarisation erfolgt oder wenn diese unregelmäßig ist.

Ältere Beispiele für Bedarfsherzschrittmachersysteme sind aus der GB-PS 826 766 und aus der US-PS 3 345 990 bekannt. Diese älteren Systeme sind jedoch grundsätzlich nicht implantierbar, sie sind zu schwer und zu groß und haben ohne Wartung keine lange Lebensdauer. Der Transistor und moderne Batterien haben den implantierbaren Herzschrittmacher möglich gemacht, Beispiele für kontinuierlich arbeitende, implantierbare Herzschrittmacher sind aus den US-PS 3 057 356, 3 109 340, 3 474 353

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und 3 518 997 bekannt. Neuere Bedarfsherzschrittmacher sind beispielsweise aus den US-PS 3 253 596, 3 431 912, 3 ^33 und 3 478 IkS bekannt.

Bei der Verwendung implantierbarer Herzschrittmacher wird zusätzlich gefordert, daß sie eine geringe Stromaufnahme haben und über einen Zeitraum von mehreren Jahren sowohl in bezug auf den Betrieb der elektronischen Schaltung wie auch in bezug auf die Dauerhaftigkeit der tragbaren Energiequelle äußerst zuverlässig arbeiten« Darüberhinaus muß eine einfache und zuverlässige Einrichtung zur Peststellung der Erschöpfung der Energie in der tragbaren Energiequelle bzvr_a Batterie vorgesehen sein» Außerdem sollte die Pause zwischen künstlich erzeugten Impulsen so gesteuert werden können, daß sie von einer veränderlichen Herzbelastung unabhängig ist. Bekannte Herzschrittmacher weisen jedoch bislang keine Sohaltung auf, welefee alle diese Forderungen erfüllt. Alle erwünschten Eigenschaften sollten aber innaerhalb eines Herzschrittmachers vereinigt seinlwelcher dafür eine einzelne redundante Batterie mit niedrige» Spannung aufweisen und gleichzeitig so klein und leicht sein müßte, daß er in den Körper eingepflauet werden kann.

Bei bekannten Herzschrittmachern steht bislang keine s&rcu-

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lierte elektronische Refraktärphase zur Verfügung, welche eine lange Refraktärzeit zur Verhinderung des Rückstellens eines Taktgenerators während elektrischer Reizung des Herzens und eine kurze Refraktärzeit zur Anpassung an verfrühte Kammerkontraktionen beinhaltet. Mit nur einer kurzen, simulierten Refraktärzeit ist es möglich, die Taktsteuerung des künstlichen Herzreizimpulses zu ändern. Mit nur einer langen, simulierten Refraktärzeit kann andererseits bei Tachykardie, d.h„ bei sehr schnellen Herzschlägen eine kontinuierliche r künstliche Reizung erfolgen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Bedarfsherzschrittmacher zu schaffen, welcher im implantierten Zustand eine sehr lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und mit einer redundanten, tragbaren Energiequelle niedriger Spannung versehen ist, welche ebenfalls eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist„ Außerdem soll der Herzschrittk macher einen niedrigen Stromverbrauch und als Bedarfsherzschrittmacher eine veränderbare Refraktärzeit haben, und bei Vorhandensein hochfrequenten Rauschens kontinuierlich künstliche Impulse liefern, jedoch bei normaler Herzschlagfrequenz bis einschließlich Tacbykardie die Erzeugung künstlicher Impulse sperren. Der Herzschritt-

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macher soll außerdem einen Impulsgenerator mit niedriger Stromaufnahme aufweisen, welcher die Impulspause und die Impulsdauer bei Änderungen der Impulsbelastung im wesentlichen konstant hält» Der Herzschrittmacher soll schließlich eine eigene Anzeigeeinrichtung aufweisen, damit der Batteriezustand auf einfache Weise festgestellt werden kann.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung einen Herzschrittmacher, welcher gekennzeichnet ist durch einen r ticks teilbaren Impulsgenerator, der nach einer bestimmten Pause im Anschluß an seine Rückstellung einen künstlichen Herzreizimpuls erzeugt, ferner durch eine De"i>tii<:tor:uihaLtimt; zur Feststellung eines künstliche oder natürliche Herzreizimpulse darstellenden Signals, weiter durch el:t^:; '-!"inlTitellschaltung, welche in Abhängigkeit von cine;n Teat;;eateilten natürlichen H-rzreizsignal den Impulsgenerator zurückstellt, der sich bei Erzeugung eines künstlichen Herzreizimpulses selbst zurückstellt, fernerhin durch eine Sperrschaltung, welche die Rückstellschaltung während einer Zeitspanne nach dem Pest;55teilen jedes natürlichen o-A&r <\ künstlichen herx;rei-;.^:iigrialo am Rückstellen des Impulsgenerators hindert, und -ohließlich durch eine tragbare elektrische Energiequelle, der-jn Ausgangs spannung

- 5 -:AD ORIGINAL

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niedriger ist aujLs die für eine künstliche Herzpeizung erforderliche Spannung,

Der Herzschrittmacher nach der Erfindung weist in seiner bevorzugten Ausfuhrungsform ein geringes Gewicht und eine hohe Zuverlässigkeit auf, ißt implantierbar und wird von einer tragbaren redundanten Energiequelle niedriger Spannung versorgt, entnimmt dieser einen sehr schwachen

^ Strom und erfüllt trotzdem alle wichtigen Forderungen, Ψ

die an einen Bedarfsherzschrittmacher gestellt werden, einschließlich einer einstellbaren Refraktärzeit und einer kontinuierlichen Reizung bei Vorhandensein hochfrequenten Rauschens bzw, bei Tachykardie. Der Herzschrittmacher nach der Erfindung ist mit Einrichtungen versehen, mittels welchen der Sustand der Energiequelle durch einen eigenen üchaltbetrieb extern ausgelesen werden kann, und liefert unabhängig von der belaßtung eine gesteuerte Impulsbreite und -pause.

Die Impulserzeugung und die Taktsteuerung der Impulspausen wird bei dem Hersschrittmacher nach der Erfindung durch Kondensatorauflacle- und ^entladesyklen in Verbindung mit einem Rückkopplungsschalter erreicht, welcher in den Rückkopplungszweig einer Impulsbreiten Steuereinrichtung geschaltet ist» Der Herzschrittmacher nach der Erfindung

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weist Einrichtungen zum abfühlen jedes künstlichen Herzreizimpulses und jedes natürlichen Herzschlagsignals der Herzkammer und zum Rückstellen der Taktsteuerung des Impulsgenerators durch die Kondensatorentladung beim Auftreten jedes abgefühlten Impulses und Signals auf.

Während einer simulierten Refraktärzeit verhindert die Abfühleinrichtung das Zurückstellen des Impulsgenerator-Takt Steuerintervalls. Die simulierte Refraktärzeit besteht aus zwei Teilen, nämlich einer langen Refraktärzeit während künstlicher Reizung und einer kurzen Refraktärzeit v.^rährend normalen Herzschlages bis einschließlich Tachykardie. Auf diese V'eise halten natürliche Herzschlagimpulse in einen Bereich von normaler Herzschlagfrequenz bis Tachykardie den Herzschrittmacher nach der Erfindung in einem Bereitschaftszustand. Nur dann, wenn der natürliche Herzschlag nicht vorhanden ist oder wenn dessen Frequenz unterhalb eines bestimmten Wertes absinkt oder wenn ein Herzschlag mit höherer Frequenz oder hochfrequentes Rauschen festgestellt wir-d, erzeugt der Herzschrittmacher nach der Erfindung künstliche Herzreizimpulse.

Der Impulsgenerator des Herzschrittmachers nach der Erfindung weist eine Ge^entakt-Spannungsverdopplungs-

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ausgangsschaltung auf, welche die Verwendung einer redundanten Energiequelle niedriger Spannung gestattet. Diese niedrige Spannung macht die Impulspause unabhängig von der Quellenspannung, welche dadurch festgestellt wird, daß der Impulsgenerator unter Verwendung eines externen Magnets und eines internen flußempfindlichen Schalters extern in einen kontinuierlichen Impulsbetrieb getriggert wird. Durch eine besondere Auslegung der Schaltung des Herzschrittmachers nach der Erfindung werden die Impulspause und die Impulsdauer gesteuert.

Darüberhinaus ist die Schaltung des Herzschrittmachers nach der Erfindung so ausgelegt, daß dieser einen sehr niedrigen Stromverbrauch hat.

Hehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Elektrokardiogramm eines

normalen Herzschlages,

Fig. 2 ein vollständiges Schaltbild

eines Herzschrittmachers nach der Erfindung,

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fig, 3 ein Schaltbild eines abgewandelten

Impulsgenerators für den Herzschrittmacher nach der Erfindung, und

Pig* 4 ein Schaltbild eines weiteren

abgewandelten Impulsgenerators für den Herzschrittmacher nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das Elektrokardiogramm eines normalen Herzschlages mit einer Periode von 0,86 s, welches eine unmittelbar vor der Kontraktion des Herzvorhofes erzeugte P-Zacke, ferner ein QRS-Gruppen-Signal, welches die Kontraktion der Herzkammer verursacht, und daran anschließend eine S-T-Welie aufweist. Eine Refraktärzeit dauert nach der QRS-Gruppe etwa 0,3 s. Während dieser Zeit spricht das Herz auf einen künstlichen Reiz nicht an« Eine anfällige Zeitspanne sehr kurzer Dauer schließt sich an die Refraktärzeit an. In diööer Zeitspanne könnte eine künstliche Reizung Herzschäden verursachen.

In Pic» 2 ist ein Schaltbild eines vollständigen Bedarfsherzschrittmachers nach der Erfindung dargestellt, wobei Punktionsblöcke durch gestrichelte Linien angedeutet

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Eine redundante Energiequelle 12, welche eine niedrige Spannung hat, liefert über obere bzw. untere (oder geerdete) Leitungen 14 bzw. 16 elektrische Energie an den Herzschrittmacher.

Impulsleitungen 18 und 20 leiten künstliche elektrische Herzreizimpulse von einem Impulsgenerator 22 zur Herzkammer eines als Belastung des Herzschrittmachers dargestellten Herzens 24 und natürliche QRS-Signale von dem Herzen über Reihenkondensatoren innerhalb des Impulsgenerators zu einem rückgekoppelten Verstärker 26, welcher einen hohen Verstärkungsfaktor hat und einen niedrigen Strom aufnimmt. Normalerweise ist die Impulsleitung 20 an eine in den Körper eingebettete Platte oder an eine Außenfläche eines implantierten Herzschrittmachers angeschlossen, während die Leitung 18 über eine nicht dargestellte Katheterelektrode mit dem Kammermuskel des Herzens 24 in Berührung ist.

Der Impulsgenerator 22 erzeugt Impulse mit einer Dauer von 1 ms und mit einer bestimmten Pause von etwa 86o ms, welche zwischen den Impulsen verstreicht, sofern der Generator nicht zurückgestellt wird und mit dieser

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Pause beginntο Das Zurückstellen wird durch Abfühlen, Verstärken und Verarbeiten desjenigen Signals erreicht, welches sich immer dann auf den Leitungen 18 und 20 ergibt, wenn ein natürliches QRS-Signal oder ein künstlicher Reizimpuls erzeugt wird.

Der Verstärker 26 empfängt Signale, welche die natürlichen QRS-Signale oder künstliche elektrische Herzreizimpulse darstellen, an einem Eingang 28 und gibt diese hochverstärkt an einem Ausgang 30 ab. Gesonderte Pfade negativer Gleichstromrückkopplung und negativer '.'echselstromrückkopplung innerhalb des Verstärkers 26 dienen zur Stabilisierung und erlauben innerhalb des Verstärkers 26 eine hohe Verstärkung trotz Kennlinienänderungen der aktiven Elemente und der Energiequelle 12₀

Die hohe Verstärkunc,scharakteristik des Verstärkers treibt diesen hoch in die Sättigung, wenn der Eingang 28 gro3e Signale empfängt, Vielehe während künstlicher Reizung auftreten. Der Verstärker 26 wird während einer Zeitspanne in der Sättigung gehalten, welche beträchtlich länger ist, als die Dauer der künstlichen elektrischen Eerzreizimpulse, die in ihn eingegeben werden. Dadurch wird das letzte Aus- ^an_:issignal aus dem Verstärker 26 über die Beendigung jedes

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künstlichen Impulses hinaus verzögert. Da die am F.ingang 28 von natürlichen 'jRS-.jignalen empfangenen Signale einen niedrigeren Pegel ala die Signale von künstlichen Impulsen haben, ist die Sättigung des V ar stärker & 26 minimal und die Signalverzögerung während natürlicher llerzreisung vernachlässigbar_e Diese veränderliche oättigungsvei''"'.'. ;erun.j des Verstärkers 26 bildet einen wesentlichen Anteil einer simulierten Refraktärzeit und gibt dieser simulierten

Refraktärseit eine veränderliche Charakteristik. f

Daß Signal am Ausgang 30 des Verstärkers ?.(■> wird in einen Vergleieher 32 eingegeben, welcher an einem Ausgang 3^ ein Uni polar signal abgibt, das den Betrag angibt, um Vielehen die elektrische Größe des Ausgangssignals der; Ve-rrAJir] er;; 2G einen Schwellenwert in der Umgebung eines Ruhepe· /,·].. .'im Ausgang 30 überschreitet,,

Hit Den Unipolarimpuls aus dem Ausgang J>k des Vergleichers j beginnt den ablauf eines festen Anteiles der simulierten Refraktärzeite Dieser festgelegte Seitanteil wird durch eine Sperrschaltung 3C getriggert, kurz nach dem diese als Eingangssignal den Unipolarimpuls aus dem Vergleicher 32 empfangen hat. Der feste Anteil der simulierten Refraktärzeit wird durch einen Sperrzustand der Sperrschaltun.j 36

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bestimmt, während w_eichem ein Ausgang 3ö der Sperrschaltung jC gesperrt ist. In dem kurzen Intervall zwischen
der Eingabe eines Unipolarimpulses in die Sperrschaltung J>6 und der Ausbildung des Sperrzustandes erscheint der Unipolarimpuls am Ausgang der Sperrschaltung 36, wo er das Zurückstellen des Impulsgenerators 22 und den Wiederbeginn der Impulspause des Impulsgenerators 22 über eine Rückstellschaltung HO zwischen dem Impulsgenerator 22 und der Sperrschaltung 36 bewirkt«,

Der Impulsgenerator 22 ist mit einer internen Kondensatorladeschaltung ^l\2 zur Taktsteuerung versehen, deren
Zeitkonstante die Pause zwischen den Impulsen festlegt,
liLne Entladeschaltung 43 entlädt den Kondensator,
was zur Erzeugung eines Impulses und zum Wiederbeginn der Iripulop-uise führt. Die Rucks tel Ljchaltung 40 bewirkt bei Empfang eines Unipolarsignals außerdem eine Entladung des kondensator!:;. Die Ent Ladestrecke bay/, -ücüaLtung 43, die zur Erzeugung eines IiupuL.;es verwendet wird, ist in den
Rüokkopplurijozweig einer monostcibilen liiipulsbreitensteuerschaLtung h^}\ geschaltet, welche die Dauer des künstlichen iierzreizLi.ipuL.jes aus dem Generator 22 steuert und welche außerdem die i'ause zwischen derartigen Impulsen von Belastungs effekten aufgrund, von Änderungen in der Belastung 2^l\ von

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Patient zu Patient oder in dem gleichen Patienten zwischen den Leitungen 18 und 20 unabhängig macht. Schließlich empfängt eine Gegentakt-Spannungsverdopplungsschaltung den gesteuerten Impuls aus der monostabilen Schaltung und verdoppelt die Größe der Ausgangsspannung, so daß der zwischen den Leitungen 18 und 20 vorhandene Impuls nahezu doppelt so groß ist wie die von der Energiequelle gelieferte Spannung.

Der Impulsgenerator 22 erzeugt also bei Nichtvorhandensein natürlicher Herzschlagsignale fortgesetzt Impulse mit bestimmter Impulspause und -breite,, Wenn jedoch ein natürliches Ilerzschlacsignal empfangen wird, wird der Impulsgenerator 22 augenblicklich auf den Beginn einer Impulspause zurückgestellt, ohne daß ein künstlicher Impuls erzeugt wird, sofern nicht der betreffende natürliche Impuls innerhalb einer simulierten veränderlichen Refraktärzeit im Anschluß an den letzten natürlichen oder künstlichen ' Reizimpuls erscheint,, In letzterem PaLL wird der Impulsgenerator nicht zurückgestellt. Die festen Impuls sät tigun;:santeile der Refraktärzeit, Vielehe insgesamt etwa 350 ms betragen, stellen sicher, daß keine von dem Verstärker empfangenen SignaLe ein Zurückstellen des Impulsgenerator^ bewirken, wenn sie innerhalb einer Langen Refraktärzeit

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im Anschluß an ein^n künstlichen Reizimpuls erschienen sind. Die Impulspause reicht deshalb von dem letzten künstlichen Herzreiziinpuls bis mindestens über diese lange Refraktärzeit hinaus.

Im Falle von Tachykardie (Herζjagen) schlägt das He:·,: bis zu 220 mal pro ilinute, im Gegensatz zu einer normalen Herzschlagfrequenz von 60 Herzschläge/min, bis ü!5 Herzschläge/min· VJährend des Tachykardie-Zustandes soll keine künstliche Reizung erfolgen. Es soll jedoch eine kontinuierliche Reizung erfolgen, wenn am Eingang des Verstärkers 26 Rausch-, Γ-tör- oder Herzschlagsignale anliegen, deren Frequenz oberhalb der Tachykardiefrequenz liegt. Die kürzere, feste Refraktorzeit, Vielehe etwa 250 ms lang ist, ■;est.';ttet bis zu einem -/ort von 220 llerzschläge/min. infolge natürlicher Tachykardiekontraktionen das Zurückstellen des Impulsgenerators 22. Hohe Frequenzen am Lingang des Verstärkers 26, welche durch Rauschen, Störungen oder durch schnellere Herzschläge erzeugt worden sind, beispielsweise durch Arrhythmie, halten die Sperrschaltung 36 fortwährend im :'perrzustand, hindern die Rückstellschaltung 40 am i^pfang einee Unipolarimpulssignals und gestatten dem !impulsgenerator 22, fortxfährend künstliche lupulse zu erzeugen, ",.eitere Merkmale des Herzschrittmachers nach der· Erfindung werden anhand der Betriebsweise jedes Blockes der in

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Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erläutert.

Die Stromquelle 12 weist Batterien 50 und 52 auf» bei welchen es sich typischerweise jeweils um zwei in Reihe geschaltete Quecksilberzellen handelt» Die negativen Anschlußklemmen der Batterien 50 und 52 sind mit der Leitung 16 und die positiven Anschlußklemmen jeweils mit Emittern von Transistoren 5^ und 56 verbunden. Die Basen dieser Transistoren sind über einen Widerstand 58 schaltungsmäßig geerdet, d.h. mit der Leitung 16 verbunden. Ihre ■Kollektoren sind jeweils mit der Leitung 14 verbunden. Die Transistoren 5¹* und 56 weisen jeweils zwischen ihrem Emitter und Kollektor einen niedrigen Sättigungsspannungsabfall auf, so daß in ihnen zwischen den Batterien 50 und und den Leitungen 16 und 14 nur eine geringe Spannung abfällt bzw. nur wenig Leistung verbraucht wird. Wenn eine der Batterien kurzgeschlossen oder unterbrochen ist, arbeiten die Transistoren 5^» 56 jedoch wie eine ODER-Schaltung, so daß die Leitungen 14 und 16 weiterhin von der verbleibenden guten Batterie versorgt werden. Ein Kondensator 59 zwischen den Leitungen 14 und 16 hält Einschwingvorgänge fern.

Der Verstärker 26 empfängt am Eingang 28 sowohl die QRS-Gruppen-Signale von der Leitung 18 wie auch die Signale

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welche sieh durch künstliche elektrische Herzreizimpulse ergeben, die von dem Impulsgenerator 22 erzeugt worden sind. Die Leitung 28 speist einen zweistufigen, galvanisch gekoppelten Verstärker, der aus einem npn-Transistor 60 als erster Stufe und einem kollektorgekoppelten pnp-Transistor 62 als zweiter Stufe besteht. Kollektor und Emitter des Transistors sind über hochohmige Widerstände 64 und 66 mit den Leitungen 14 und l6 verbundene Kollektor und Emitter des Transistors 62 sind über einen hochohmigen Widerstand 68 bzw. über einen hochohmigen Widerstand 70 in Reihe mit einem hochohmigen Widerstand 72 mit den Leitungen 16 bzw. 14 verbundene Die Basis des Transistors 60 erhält über einen Widerstand 74 vom Emitter des Transistors 62 aus eine Vorspannung, welcher zusätzlich zur Vorspannungserzeugung am Transistor 60 ebenfalls zur Gleichstromstabilisierung des Verstärkers beiträgt. Der Emitter des Transistors 60 ist über einen Kondensator 76 mit der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen 70 und 72 verbunden und bildet eine Wechselspannungsrückkopplung für den Verstärker 26. Der Emitter des Transistors 62 ist über einen Kondensator 71 und einen normalerweise geschlossenen Schalter 73 schaltungsmäßig geerdet· Der Schalter 73 fügt in seiner offenen Stellung einen Reihenwiderstand 75 zwischen Erde und Kondensator 71 ein«,

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Der Verstärker 26 wird bei Empfang eines von einem künstlichen elektrischen Impuls herrührenden Signales stark in einen Sättigungszustand getrieben und bleibt während einer beträchtlichen Zeitspanne nach dem Verschwinden des Impulssignals an seinem Eingang in diesem Zustand. Nach dem Herauskommen aus diesem Sättigungszustand schwingt der Verstärker in einen entgegengesetzten Sättigungszustand über und bleibt während einer beträchtlichen Zeitspanne in diesem Zustand. Er erzeugt einen Impuls an seinem Ausgang 30 dann, wenn er aus der Sättigung herauskommt, insgesamt etwa 130 ms nach der Eingabe des Signals in den Verstärker 26. Diese Sättigungscharakteristxk erhält der Verstärker 26 durch die wechsel- und Gleiehstromrüekkopplung in Verbindung mit einer durch die Kondensatoren 71 und 76 erzeugten Phasenänderung, durch welche in dem Fachmann bekannter Weise ein sprungartiges überschwingen erzeugt wird.

Da das Ansprechen des Verstärkers auf niedrige Frequenzen begrenzt ist, wird nur die QRS-Gruppe des natürlichen Herzsignals erkannt. Der Verstärker 26 geht bei Empfang natürlicher QRS-Signale nicht in die Sättigung, weil deren Größe wesentlich geringer ist als die Größe der Signale von künstlichen Reizimpulsen. Durch die QRS-Signale

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wird deshalb keine Verstärkerverzögerung hervorgerufen.

Die über einen Differenzierkondensator 78 vom Kollektor des Transistors 62 her zum ausgang 30 des Verstärkers 26 gelangenden Signale haben beide Polaritäten. Die QRS-Gruppen-Signale können nur eine Polarität haben. Der Vergleicher muß eine Zweiweggleichrichtung der Impulse am Ausgang durchführen, da die Rückstellschaltung 40 nur auf eine Polarität ansprechen kann.

Der Ausgang 30 ist deshalb mit der Basis eines npn-Transistors 80 und mit dem Emitter eines npn-Transistors 82 verbunden und hat außerdem über einen Widerstand 84 eine Verbindung nach Erde, Die Kollektoren der Transistoren 80 und 82 sind miteinander verbunden und speisen über einen Widerstand 86 einen pnp-Transistor 88 und über einen Widerstand 90 die, die hohe Spannung führende Leitung 14. Der Emitter des Transistors 88 steht mit der Leitung 14 über einen normalerweise geschlossenen Schalter 85 in Verbindung, während sein Kollektor mit dem Ausgang 34 und über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 92 und einem Widerstand 94 mit der Basis des Transistors 82 und über einen Widerstand 96 mit Erde verbunden ist. Eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 89,

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einem widerstand 87 und einer Zenerdiode 91 verbindet in der normalerweise offenen Stellung des Schalters 85 den Emitter des Transistors 88 mit der Leitung 14.

Wenn ein Impuls einer Polarität am Ausgang 30 erscheint, wird einer der Transistoren 80 und 82 eingeschaltet, dadurch der Transistor 88 eingeschaltet und es werden durch Rückkopplung die Transistoren 82 und 80 für die Dauer einer Zeitspanne eingeschaltet gehalten, welche durch die Zeitkonstante des Kondensators 92 und der Widerstände 94 und 96 festgelegt ist»

Die Transistoren 80, 82 und 88 sind im ausgeschalteten Zustand, außer während eines Ausgangsimpulses aus dem merstärker 26, und es wird von dem Vergleicher kein Strom zur Erzeugung einer Vorspannung aufgenommen, außer während eines Ausgangssignals aus dem verstärker Dadurch wird die Stromaufnahme des Vergleichers 32 minimal gehalten. Die Durchlaßspannungen der Transistoren 80 und bilden eine Schwelle, durch welche ein Rauschen teilweise ausgefiltert wird.

Der Ausgang 3^ des Vergleichers 32 ist mit der Sperrschaltung 36 verbunden, welche aus einer leitenden Verbindung vom Ausgang 3¹J über eine Reihendiode 98 und einen Wider-

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stand 100 zu einer Kapazität 102 und einem Widerstand hin besteht, welch letzterer mit einem npn-Transistor verbunden ist, dessen Emitter geerdet ist« Ein veränderlicher Widerstand 107 zwischen Erde und Basis des Transistors dient zur Entladung des Kondensators 102 über den Grenzpunkt des Transistors 106 und zur Einstellung der Refraktärzeit. Außerdem führt vom Ausgang 3¹* ein hochohmiger Widerstand 108 zum Kollektor des Transistors 106, von welch letzterem der Ausgang 38 der Sperrschaltung 36 abzweigt.

Die Sperrschaltung 36 leitet Impulse vom Ausgang 3^ des Vergleichers 32 über den Ausgang 38 so lange zur Rückstellschaltung, bis der Transistor 106 eingeschaltet worden ist. In diesem Zeitpunkt wird der Ausgang 38 geerdet. Demzufolge gelangt der erste Impuls aus dem Vergleicher 32 zur Rückstellschaltung 40 und lädt außerdem den Kondensator 102 so weit auf, bis der Transistor 106 einschaltet und das Weiterleiten weiterer Impulse aus dem Vergleicher 32 zur Rückstellschaltung 40 hin so lange sperrt, bis der Kondensator 102 sich über den Widerstand und den Transistor 106 entladen hat. Dadurch wird der feste Anteil der Refraktärzeit festgelegt. Jeder Impuls aus dem Vergleicher 32 lädt in der Zwischenzeit, obwohl er nicht zur Rückstellschaltung 40 gelangt, den Kondensator 102 wieder auf und beginnt von neuem mit der Takt-

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steuerung des festen Anteils der Refraktärzeit_β

Des weiteren empfängt dann der Verstärker 26 Signale sowohl von natürlichen QRS-Herzkammerreizungen wie auch von künstlich erzeugten Impulsreizungen. Die erstgenannten Signale werden ohne Verzögerung verstärkt' und triggern den festen Anteil der Refraktärzeit und bewirken außerdem über die Rückstellschaltung 40 das Zurückstellen des Impulsgenerators 22, wenn die Sperrschaltung 36 bei Erscheinen des QRS-Signals nicht in einem Sperrzustand gewesen ist. Wenn ein künstlicher Reizimpuls erzeugt wird, gelangt ein Impulssignal mit dem gleichen Ergebnis wie bei dem QRS-Signal durch den Verstärker 26 hindurch, jedoch mit der Ausnahme, daß das Sättigungsverhalten des Verstärkers 26 eine Folge von Impulsen an seinem Ausgang erzeugt, welche im wesentlichen nach dem Hindurchleiten des künstlichen Reizimpulses erscheinen und Vielehe den festen Anteil der simulierten Refraktärzeit erneut triggern, um eine längere Gesamtdauer des Sperrzustandes zu bewirken.

Eine Änderung der Charakteristik der simulierten Refraktärzeit wird durch Umschalten der Schalter 73 und in die normalerweise offene Schaltstellung erreicht, in welcher der Widerstand 75 zwischen Erde und Konden-

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sator 71 und die Parallelschaltung aus dem Widerstand 87, dem Kondensator 89 und der Zenerdiode 91 zwischen die Leitung 14 und den Emitter des Transistors 88 geschaltet ist. Das Hinzufügen des Widerstandes 75 su der Schaltung des Verstärkers 26 ändert den Phasenabgleich und die Däi.ipfung des geschlossenen Kreisverstärkers, so daß ein sprungartiges Impulsüberschwingen verhindert wird, welches eine Sättigung mit Signalen von künstlich angeregten Herzschlägen verursacht. Der Kondensator 89 lädt sich jedesmal dann auf, wenn der Kondensator 102 geladen ist, und entlädt sich über den Widerstand 87 mit geringerer Geschwindigkeit als der Kondensator 102, Durch jeden Impuls aus dem Verstärker 26 wird der Kondensator 102 auf einen veränderlichen Spannungspegel aufgeladen, welcher in umgekehrtem Verhältnis zu der im Kondensator 89 verbleibenden Ladung steht. Beim Erscheinen von schnelleren Signalen am Eingang des Verstärkers 26 entlädt sich der Kondensator zwischen Impulsen am Vergleicher 32 aus dem Verstärker 26 weniger, was zu einer geringeren Aufladung und Spannung auf dem Kondensator 102 führt. Die Sperrzeitspanne, die von der Sperrschaltung 36 erzeugt wird, ist bei häufiger empfangenen Herzsignalen ebenfalls kürzer.

Die simulierte Refraktärzeit ändert sich also mit

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II»

der Frequenz, mit welcher der Verstärker 26 Signale entweder aufgrund von natürlichen Herzschlägen oder aufgrund von künstlich angeregten Herzschlägen empfängt. Das gestattet eine verhältnismäßig lange simulierte Refraktärzeit für normale Herzschlagfrequenzen, welche entweder natürlich oder künstlich induziert x»/orden sind, und gestattet darüberhinaus eine simulierte kurze Refraktärzeit bei Tachykardie-I!erzschlägen_s um einen fortwährenden Sperrzustand zu verhindern. Die Zenerdiode 91 begrenzt die Ladung auf dem Kondensator 89, so daß sich eine simulierte Minimalrefraktärzeit ergibt und so daß Signale höherer Frequenz oder Rauschsignale, welche von dem Verstärker empfangen werden, einen fortwährenden Sperrzustand und eine fortwährende Erzeugung künstlicher Impulse erzeugen, wie zuvor.

Selbstverständlich können in jedem Herzschrittmacher nach der Erfindung die Schalter 73 und 85 auch weggelassen werden, und ein Herzschrittmacher kann so aufgebaut werden, daß er mit oder ohne Widerstände 75 und 87, Kondensator 89 und Zenerdiode 91 mit einer jeweils gewünschten simulierten Refraktärzeit arbeitet.

Es ist außerdem klar, daß der Kondensator 89 statt

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mit der Leitung; l4 auch mit der Leitung 16 verbunden sein kann bzw. daß sämtliche drei Bauelemente der Parallelschaltung statt zwischen den Kondensator 102 und die leitung 14 an beliebiger Stelle in den Aufladungszweig des Kondensators 102 eingefügt werden können.

Ein Reed-Relais 110 bildet einen normalerweise geöffneten Schaltkontakt zwischen dem Ausgang 38 und Erde. Es kann durch einen externen Magnet derart betätigt werden, daß es den Schaltkontakt schließt und dadurch den Ausgang und vorübergehend auch den Eingang der Rückstellschaltung erdet.

Die Rückstellschaltung 40 besteht aus einem npn-Transistor 112, dessen Basis mit dem Ausgang 38 verbunden ist. Emitter und Kollektor des Transistors 112 sind jeweils mit dem Kollektor und der Basis eines pnp-Transistors 114 verbunden, dessen Kollektor geerdet ist und dessen Emitter über einen Widerstand ILo mit seiner Basis verbunden ist. V/enn demzufolge der Eingang der Rückstellschaltung 4o geerdet ist oder kein Impulssignal an diesem Eingang anliegt, sind beide Transistoren 112 und 114 abgeschaltet und haben keinen ßinfLuß auf eine spannung am Emitter des Translators 114. Wenn durch die Leerschaltung 36 ein Impuls

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hindurchkornrat, werden beide Transistoren 112 und 114 eingeschaltet und der Emitter des Transistors 114 dadurch geerdet.

Die Transistoren 112 und 114 sind, außer beim Zurückstellen des Impulsgenerators, abgeschaltet und tragen deshalb zu einer niedrigen Stromentnahme der Schaltung bei.

Der Emitter des Transistors 114 ist mit der nicht geerdeten Seite eines geerdeten Taktsteuerkondensators 118 geringer Kapazität verbunden. Die gleiche Seite des Kondensators 118 ist über einen hochohmigen Stellwider-120 und einen hochohmigen Pestwiderstand 122 mit der Leitung 14 verbunden. Eine Kombination aus den Widerständen 120 und 122 und dem Kondensator 118 bildet eine, einen niedrigen Strom aufnehmende RC-Ladeschaltung, v/elche durch die Rückstellschaltung ¹IO immer dann schnell ) entladen vjerden kann, wenn an dessen Eingang ein Impuls zur Erdung des Emitters des Transistors 114 vorhanden ist.

Die Verbindungleitung zwischen dem Kondensator 118 und dem Widerstand Ii22 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 124 verbunden. Die Basis bzw, der Kollektor des

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Transistors 124 ist rait dem Kollektor bzw. der Basis eines npn-Transistors 126 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Eine Bezugsspannungsschaltung mit geringer Stromentnahme wird durch einen hochohmigen Widerstand 128 zwischen der Leitung 14 und dem Kollektor des Transistors 126 und durch einen hochohmigen Widerstand 130 zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 126 gebildete Wenn die Spannung an dem Kondensator 118 so weit erhöht wird, bis sie gleich der Spannung an dem Kollektor des Transistors plus der Durchlaßspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors 124 ist, wird der Kondensator 118 über die Transistoren 126 und 124 und einen Kollektorwiderstand nach Erde hin schnell und vollständig entladen. Während dieses Entladungsintervalls ist der Kollektor des Transistors geerdet, so daß während der Entladung am Kollektor dieses Transistors ein negativer Impuls erzeugt wird. Dieser Impuls wird von dem Kollektor des Transistors 126 über einen Kondensator 134 und über einen Widerstand 136 zur Basis eines pnp-Transistors 138 geleitet, dessen emitter mit der Leitung 14 verbunden ist. Ein Vorspannungswiderstand verbindet die Leitung 14 mit der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator 134 und dem widerstand 136. Der Kollektor des Transistors 138 ist über eine Rückkopplungsschaltung,

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welche eine Parallelschaltung eines Kondensators 142

mit einer Reihenschaltung aus einem widerstand 144 und

einer Diode 146 aufweist, mit der Basis des Transistors verbunden.

Die Widerstände 120 und 122 und der Kondensator bilden zusammen mit einer Entladungsstrecke für den Kondensator 118 über die Transistoren 124 und 126 einen periodischen Impulsgenerator, dessen Periode durch die Aufladezeit des Kondensators 118 über die Widerstände und 122 festgelegt ist. Impulse können unendlich lange _oesperrt gehalten werden, indem der Kondensator 118 über die Rückstellschaltung 40 entladen bzw. im entladenen Zustand gehalten wird. Wenn andererseits der Impulsgenerator fortwährend arbeitet und eine i^rolge von Impulsen erzeugt, beispielsweise wenn das Reed-Relais 110 aktiviert ist und die Basis des 'Transistors 112 erdet, ist bei einer konstanten Spannung der Quelle 12 die Periode zwischen den Impulsen konstant auf etwa 0,8 s eingestellt. Die Seitspanne zwischen einzelnen Impulsen wird jedoch iiiit abnehmender Spannung der Quelle 12 in bekanntem Maße größer werden, weil die Durchlaßspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors 124 ein kennzeichnender Anteil der Spannung der Quelle 12 ist. Dadurch steigt der Prozent-

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satε der Versorgungsspannung» welche an dem Kondensator anliegen muß, um den Transistor 124 zum Leiten zu bringen» Diese inhärente Abhängigkeit der Impulsfrequenz von der Spannung gestattet ein genaues und einfaches überwachen der Impulsfrequenz bei niedriger Spannung allein durch Hinzufügen des Relais 110.

Die Dauer des Impulses, welcher am Kollektor des Transistors 138 erzeugt wird und zur Basis des Transistors 126 gelangt, wird durch die Taktsteuerschaltung 134, 13b und l40 und den rückkopplungszweig vom Kollektor des Transistors 138 zur Basis des Transistors 126, d.h. durch eine Schaltung, welche bereits einen Teil des Impulsgenerators bildet, auf etwa 1 ms einreguliert. Diese besondere Rückkopplungsanordnung verstärkt den Ein-Zustand der Transistoren 124 und 126 und trägt dazu bei, die Breite des Impulses am Kollektor des Transistors gegenüber wechselnden belastungen am Kollektor des Transistors I38 im wesentliehen konstant zu halten. Die Regulierung der Impulspause wird durch Abtrennen des Taktsteuerkondensators II8 vom Ausgang erreicht. Die Impulsdauer nimmt mit der Quellenspannung ab. Das ist ein Kennzeichen, welches zusätzlich den Zustand der Energiequelle anzeigt und diesen von anderen möglichen Herz

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schrittraacherfehlern unterscheidet.

Der Kollektor des Transistors 138 verbindet eine Gegentakt-Spannungsverdopplungsschaltunc ^6 über einen Spannungsteiler, welcher aus Widerständen 148 und 150 gebildet ist, mit Erde. Die Verbindungsleitung zwischen diesen Widerständen ist mit der Basis eines mit geerdetem Emitter versehenen Transistors 152 verbunden, dessen Kollektor mit einer Seite eines Spannungsverdopplungskondensators 15^ verbunden ist. die andere Seite dieses Spannungsverdopplungskondensators 15^ ist mit der Impulsleitung 18 verbunden. Der Kollektor des Transistors 152 ist außerdem über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 156 und einem .Widerstand I58 mit dem Eingang 23 des Verstärkers 26 verbunden, wodurch eine Verbindung zwischen der Leitung l8 und dem Eingang des Verstärkers 26 hergestellt ist. Schließlich ist der Kollektor des Transistors über Widerstände I60 und 162 mit einer eine hohe Spannung führenden Leitung 164 verbunden, welche zum Schutz gegen Kurzschluß durch einen Reihenwiderstand 166 und einen Parallelkondensator I68 von der Leitung Ik entkoppelt ist. Die Verbindung zwischen den Widerständen I60 und 162 ist über einen Kondensator 170 mit der Basis eines pnp-Transistors 172 verbunden, dessen Emitter mit der Leitung dessen Kollektor mit der Impulsausgangsleitung 20

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und dessen Basis über einen Widerstand 1?4 mit der Leitung verbunden ist. Die Inpulsleitungen 18 und 20 sind jeweils über Widerstände 1J6 und I78 mit Erde und über eine Zenerdiode ISO, welche einen zu hohen Spannungsabfall an ihnen verhindert, miteinander verbunden«

Während der Zeitspanne, während welcher keine Impulse erzeugt oder empfangen werden, lädt sieh der Kondensator auf die volle Spannung in den Leitungen 164 und l6 auf. Während der Impulspause, wenn der Kondensator II8 entladen wird, schalten dann die Transistoren 152 und 172 diesen Kondensator 154 mit der Spannung zwischen den Leitungen 164 und l6 an den Iupulsleitungen 1<3 und 20 in Reihe, so daß an letzteren ein Impuls erzeugt wird, dessen Spannung doppelt so groß ist wie die Spannung der Quelle 12,

Zusätzlich zu dem Strom, der zur Erzeugung eines Herzreizimpulses erforderlich ist, erfordert der Impulsgenerator 22 wegen der großen Impedanzen der Bezugswiderstände 128 und 130 und der Ladungsv»^Tiderstände 120 und 122 zusammen mit dem Kondensator Ho sowie aufgrund des Aus-Zustandes der Transistoren 124, 126, 133» 152 und 172 nur einen sehr geringen Hebenstrom, ausgenommen während eines Impulses, wenn die Transistoren gesättigt sind und eine geringe

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Leistung verbrauchen.

Damit ist dargelegt worden, wie die Spannungsverdopplung des Impulsgeneratorausganges zu einer Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Batterie und zu einer Eigenanzeige des Batteriezustandes beiträgt. Die Spannungsverdopplung gestattet eine niedrigere Versorgungsspannung und demzufolge eine geringere Stromentnahme. Es werden weniger Batterien benötigt bzw. es können redundante Batterien vorgesehen werden. Die niedrigere Versorgungsspannung steigert außerdem die Abhängigkeit der Impulspause von der Versorgungsspannung und ermöglicht es dadurch, daß ein Elektrokardiograph den Batteriezustand an Hand der Batteriespannung überwachen kann. Das Reed-Relais 110 kann durch einen externen I-lagnet aktiviert werden, um diese Ilessung zu ermöglichen. Da außerdem die SpannungsVerdopplung ohne einen Transformator, v/elcher an sich ein unzuverlässiges Bauteil darstellt, erreicht wird, verlängert sich die erwartete Lebensdauer.

In Fig. 3 ist eine andere /.usführungsform des in ?ig. 1 dargestellten Impulsgenerators gezeigt. Der Impulsgenerator in Fig. 3 weicht von dem Impulsgenerator 22 in Fig. 2 über den Kondensator 13¹I hinaus ab, wo dieser

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mit eine^i VJiderstand 182 verbunden ist, der andererseits mit der Leitung I^ verbunden ist₀ Der Kondensator 13^ iat außerdem mit dem Kollektor eines mit einem geerdeten Emitter versehenen npn-xranaistors 104 und mit einer Anschlußklemme eines Bpannun^nverdopplun^skundensators verbunden, dessen andere Anschlußklemme mit der Impulsleituno 18 verbunden ist. Da:-' ELn^an^.arijjnal am Einplane des Verstärkers 2υ wird außer.lern von de.; Kondensator 134 über den Kondensator 156 abgenommen«, ..ia Kondensator 188 verbindet den Kondensator lji'l- "bor ^aüii=;i l/ideratand 190 mit der Easia eines pu^-Tran^istor:; L^d₃ dessen Emitter mit der Leitung K^l verbunden ist. I¹^r kollektor dea i'ransiütors 192 ist mit der IiapuLi: teitutiö 20 und über einen !.'!!erstand 194 mit 'Irde verbunden,, Ein Widers Lind l')6 verbindet die arulere Aua^an^nLupuluLleuus lc! nit Erde. Eine '.'...'ioohen d\.o Lei tun /en l°> und Λ" ./'-ociialtebe !isner~ d'ode Ij i dient ils überfipannunjsüohut.:. Dor Kollektor des Transistors iy2 ist tußerdem mit der Rückkopplun;.;süühalturitj, Vielehe aus dem V/iderstand l^l\'\ und der Diode 1^6 vor zu,.,!;., eise ohne den Kondensator V\2 gebildet ist, und darüberhinaus über einen Widerstand 200 mit der Basis den Transistors 184 verbunden.

Der Betrieb der in Fic. 3 dargestellten Schaltung ist

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zwar gleich demBetrieb der in Figo 2 dargestellten Schaltung, die gleiche Funktion wird jedoch zuverlässiger und mit geringerem Gewicht sowie geringerem leistungsverbrauch erreicht, da ein Transistor v.^reniger vorhanden ist. Während des Berei bschaftzustandes, wenn keine lupulse erzeugt oder empfangen werden, lädt sich der Kondensator 186 auf die volle Spannung der Quelle 12 auf. Während eines Impulsen schalten dann die Transistoren 184 und IQ2 diesen Kondensator 106 mit der Spannung der Klemme 12 an den ausgangsiiiioulsklemraen 18 und 20 in Reihe und erzeugen dort einen Spannungsimpuls, welcher doppelt so groß ist wie die Spannung der C-uelle 12»

In Flg. 4 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Impuls generators gezeigt» Die Lade- und Entladeschaltung^ ITir den Kondensator 118 sind grundsätzlich die gleijhoii wie in FLg₁ 1, nit der Ausnahme, da." der i'.ollektcr des Transistors 126 über eine Parallelschaltung aus einer Diode 202 mit niedriger Durchlaßspannung und einem Kondensator 204 mit der Dasis des Transistors 124 verbunden ist, wobei die Diode 202 so angeordnet ist, daß sie von der Basis iiur·: Kollektor hin leitet. Ein Widerstand 206 verbindet die Laitung Ik mit dem Kollektor de3 Transistors 126 und ein impulsleitender

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Kondensator 2Ou rührt von dem Kollektor des Transistors über einen Widerstand 210 zur Basis eines pnp-Transistors 212, dessen Emitter mit der Leitung 14 und dessen Kollektor über einen Widerstand 214 mit Erde verbunden ist. Die Impulsleitung 20 ist mit den· Kollektor des Transistors 212 und die Impulsleitung 13 ist über einen Spannungsverdopplungskondensator 21b mit dem Kollektor des Transistors verbunden. Die Rückkopplungsschaltung aus den Bauelementen 144 und 146 ist zwischen den Kollektor des Transistors und die Basis des Transistors 126 geschaltet. Zur Verbindung des Kollektors des Transistors 126 mit dem Eingang des Verstärkers Ζύ kann ein Kondensator 218 vorgesehen sein. Ein Widerstand 220 verbindet die Leitung 1^JI mit der Verbindungsleitung zwischen dei.» V.'iderstand 210 und dem Kondensator 208.

Während des 3ereit-3cnaftszustandes, wLihrend welchem kein Impuls erzeugt oder empfangen v/ird, lait sich der Kondensator 21G auf die volle Spannun^ zwischen den Leitungen 14 und 16 über die Belastung zwiscaen den Klemmen Io und 20 auf. '..'enn dann der Kondensator 118 während des Impulßsustandes entladen wird, schalten die Transistoren 126 und 212 den Kondensator 216 mit der Spannung der Quelle 12 an der Belastung 24 in Reihe« Die

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Diode 202 verhindert, daß der Widerstand 206 die sehr hohe Impedanz der Bezugswiderstände 128 und 130 während des Bereitschaftszustandes beeinflußt. Die Diode kann durch einen Feldeffekttransistor bzw. durch ein beliebiges Bauelement ersetzt werden, welches einen geringen Widerstand aufweist und nur während der Entladung des Kondensators 118 leitend ist.

Die in figo 4 dargestellte Schaltung erzeugt mit einem Minimum an Bauelementen rückstellbar Impulse bei äußerst geringer Stromentnahme. Die Schaltung selbst kann als Generator zur kontinuierlichen Erzeugung einer Folge

von Impulsen bzw. als kontinuierlich arbeitender Herzschrittmacher verwendet werden, welcher die Fähigkeit, nur bei Bedarf Reizsignale zu liefern, nicht haben muß_o Zur Erzielung dieser Schaltung mit einem Minimum an Bauelementen muß ein Teil der Steuermöglichkeit der Impulsbreite und der Impulspause bei wechselnder Belastung geopfert v/erden„

Anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Herzschrittmachers nach der Erfindung ist dargelegt worden, wie einem Herzpatienten durch einen einfachen leichten Herzschrittmacher mit langer Lebensdauer im

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eingepflanzten Zustand, mit hoher i'.uver U'.sj L^keit, mit eigener Datteriezustandaäber^achun^, mib gesteuerten Aussan^üimpulsen, mit automatischer Knderuru;; der simulierten ROiTraktilrzeit und mit kontinuierlicher Herzreizunc beim Vorhandensein von Rausciisignalon ;eholfen werden kann.

Im Rahmen ler Erfindung bietet rrioh dem Fachmann über die beschriebenen Ausführungsbei;.;piele hinaus selbstverständlich eine Vielzahl von Vareinfachungs- und Verbesseruncsmöglichkeiten sowohl hinr i.ohfclich des Aufbaues al'3 auch der Betriebsweise de:; e

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Claims (20)

2150U4 Patentansprüche;

1.) Herzsohrictmactuir·, gekennzeichnet durch einen rückstellbaren Impulsgenerator (22), der nach einer bestimmten Pause Im Anschluß an seine Rückstellung einen künstlichen Herzreizimpuls erzeugt, ferner durch eine Detektorschaltung {26, 32) zur Feststellung eines künstliche oder natürliche Herzreizimpulse darstellenden Signals, welter durch eine Rückstellschaltung (40), welche in Abhängigkeit von einem festgestellten natürlichen HerzreizsL^nal den impulsgenerator zurückstellt, der sich bei Erzeugung eines künstlichen Herzreizimpulseö selbst zurückstellt, fernerhin durch eine Sperrsohaltung (^6), welche die Rückstellschaltung während einer Zeitspanne nach dem Feststellen jedes natürlichen oder künstlichen Herzr-alzsignals am Rückstellen des Impulsgenerators hindert, und schließlich durch eine tragbare elektrische Energiequelle (12), deren Ausgangsspannung niedriger ist als die für eine künstliche Herzreizung erforderliche Spannung.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der impulsgenerator (22) eine einen geringen Strom aufnehmende, nichtinduktive Gegentakt-

- .-58

αϊ-;8 0

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Spannungsverdoppelungsausgangsschaltung (46) aufweist, welche den künstlichen Herzreizimpuls des Impulsgenerators etwa doppelt so groß wie die maximale Ausgangsspannung der Energiequelle (12) macht.

3· Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (22) so ausgelegt ist, daß er die bestimmte Pause und die Breite des Impulses trotz Änderung der Belastung (24) am Impulsgenerator im wesentlichen konstant hält.

4. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schaltungsaufbau, in welchem sich die Mehrzahl der aktiven Bauelemente normalerweise im ausgeschalteten Zustand befindet und somit nur einen niedrigen Stromverbrauch hat.

5. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26, 32) beginnend mit der Feststellung eines jeden Herzreizsignals eine Vielzahl von Ausgangsimpulsen erzeugt und damit während einer Verzögerungszeitspanne fortfährt, welche mit dem Pegel des festgestellten Herzreizsignals größer wird,

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Ho

wobei natürliche Herzreizsignale eine vernachlässigbare Verzögerungszeitspanne, künstliche Herzreizsignale hingegen eine beträchtliche Verzögerungszeitspanne hervorrufen, und daß die Sperrschaltung (36) so ausgelegt ist, daß sie nach dem letzten Ausgangsimpuls aus der Detektorschaltung (26, 32) eine festgelegte Sperrzeitspanne erzeugt.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26> 32) einen * Verstärker (26) mit großem Verstärkungsfaktor und mit einer Sättigungscharakteristik aufweist, welche aus künstlichen Herzreizsignalen wechselnde Sättigungszustände des Verstärkers erzeugt, wobei diese Sättigungszustände, welche während der Verzögerungszeitspanne andauern, mit jedem Übergang des Verstärkers in einen Sättigungszustand und aus diesem heraus einen Ausgangsimpuls an der Detektorschaltung erzeugen.

7· Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26, 32) eine Vergleicherschaltung (32) zur Erzeugung eines Unipolarsignals aufweist, welches die Abweichung des Ausgangssignals des Verstärkers (26) von einer Rauschschwelle in der Umgebung eines Ruhezustandes am Verstärkerausgang (30) angibt, wobei das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung

• ho ~ ?1; :· η ι ft / π - it (I

den Wiederbeginn der Sperrzeitspanne der Sperrschaltung 06) bewirkt,

8. Herzschrittmacher nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung 06) einen Kondensator (102), eine Ladeschaltung (89, 98, 100) zur Aufladung dieses Kondensators auf den Pegel des Unipolarsignals jeweils beim Erscheinen desselben und eine Entladeschaltung (104, IO6, 107) aufweist, welche diesen Kondensator während eines die Sperrzeitspanne festlegenden Intervalles entlädt, wobei die Rückstellschaltung (40) immer darm gesperrt ist, wenn die Ladung des Kondensators (102) oberhalb eines bestimmten Wertes ist.

9· Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die von der Sperrsohaltung 06) erzeugte) Sperrzeitspanne veränderbar i'i'p, 75; 85, 37, 89, 91) ist und mit abnehmenden Frequenzen der festgestellten Signale abnimmt, so daß eine längere simulierte Refraktärzeit bei normalen Herzschlagfrequenzen und eine kürzere simulierte Refraktärzeit bei Tachykardie-Herzschlagfrequenzen erzeugt wird.

10. Herzschrittmacher nach Anspruch 9, dadurch

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ie

gekennzeichnet, daß die 3perrschaltung (36) eine RC-Taktsteuerschaltung (102, 104), deren Ladungsänderung von einem stabilen Ladezustand aus bei Peststellung jeweils eines Herzreizimpulses einstellbar ist, wobei das allmähliche Zurückkehren zu dem stabilen Ladezustand die veränderbare Sperrzeitspanne festlegt, und eine weitere RC-Taktsteuerschaltung (87, 89) mit einer größeren Zeitkonstanten als die eine RC-Schaltung aufweist, wobei sich die Ladung der weiteren RC-Taktsteuerschaltung bei Peststellung jeweils eines Herzreizimpulses von einem stabilen Ladezustand aus ändert, und wobei die Ladungsänderung der einen RC-Schaltung bei jedem festgestellten Signal mit der Ladungsab~ weichung der weiteren RC-Schaltung von deren stabilem Ladezustand abnimmt.

11. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Energiequelle (12) bei deren Erschöpfung abnimmt, daß weiter der Impulsgenerator (22) einen Kondensator (118) sowie eine diesem zugeordnete Aufladungsstrecke (42) zwischen den Anschlußklemmen (14, 16) der Energiequelle aufweist, und daß eine Entladestrecke (4^) zur Entladung dieses Kondensators über mindestens eine Übergangs-

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zone eines aktiven Halbleiterelementes (124) vorgesehen ist, wobei die Durchlaßspannung dieses Überganges im Verhältnis zu einer Bezugsspannung einen Punkt der Kondensatoraufladung festlegt, bei welchem ein Entladezyklus beginnt und bei welchem ein elektrischer Herzreizimpuls erzeugt wird, und wobei eine Abnahme der Ausgangsspannung der Energiequelle zu einer Vergrößerung der Pause zwischen den elektrischen Herzreizimpulsen führt.

12. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1

bis 11, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel (110), welche auf ein externes Magnetfeld ansprechen und bewirken, daß kontinuierlich künstliche Impulse zur Bestimmung des Erschöpfungsgrades der Energiequelle erzeugt werden.

13. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1

bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (12) parallelgeschaltete redundante Batterien (50_f 52) aufweist und daß jeweils ein nur in einer Richtung leitendes Schaltungselement (54, 56) zwischen jede Batterie und eine Anschlußklemme (14) der Energiequelle geschaltet ist.

14. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1

bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (22)

C ö ß 1 ίί Π ^{λ 8 Π

21501U

fr

einen frei schwingenden astäbilen Multivibrator (4j5), welcher mit der vorgewählten Periode der künstlichen Herzreizimpulse arbeitet, und einen monostabilen Multivibrator (44) aufweist, welcher bei einer Änderung des Zustandes des astabilen Multivibrators einen Impuls mit der bestimmten Impulsbreite erzeugt und welcher einen den astabilen Multivibrator enthaltenden Rückkopplungszweig aufweist, der die Impulsbreite unabhängig von Belastungsänderungen konstant hält, und welcher * außerdem die Periode des astabilen Multivibrators belastungsunabhängig hält.

15. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Kondensator (118) mit einer zugeordneten Ladeschaltung (42), welche ihm Energie aus der Energiequelle (12) zuführt, weiter durch das Vorhandensein eines Bezugsspannungssignals, an den Anschlußklemmen (14, 16) der Energiequelle, ferner k durch eine Umschaltschleife (43) zur Entladung des Kondensators (118) immer dann, wenn das Signal auf diesem Kondensator ein bestimmtes Verhältnis zu dem Bezugsspannungssignal erreicht hat, wobei die Umschaltschleife eine Impulsklemme aufweist, die während der Entladung des Kondensators (118) mit einer Klemme der Energiequelle

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2150H4 Η?

verbunden ist, weiterhin durch einen weiteren Kondensator (154), welcher zwischen die Impulsklemme und eine Klemme der Belastung (24) geschaltet ist, fernerhin durch eine Ladeschaltung für den weiteren Kondensator, welche diesen während der Aufladung des einen Kondensators auf das Potential der Energiequelle auflädt, wobei die Impulsklemme auf dem Potential einer weiteren Anschlußklemme der Energiequelle ist, und schließlich durch eine Schaltung zur Verbindung der weiteren Anschlußklemme der Energiequelle während der Entladung des einen Kondensators mit einer weiteren Klemme der Belastung.

16. Herzschrittmacher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltschleife (43) ein Bauelement mit gesteuerter Leitfähigkeit, zu welchem ein Kondensator parallelgeschaltet ist und welches nur während der Entladung des einen Kondensators (II8) leitet, außerdem einen Transistor eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und einen weiteren Transistor des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei Emitter, Basis und Kollektor des einen Transistors Jeweils mit einer Anschlußklemme des einen Kondensators (II8) und außerdem mit dem Bauelement mit gesteuerter Leitfähigkeit verbunden sind, damit eine Leitung vom Emitter

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des einen Transistors durch dieses Bauelement hindurch zur Basis des weiteren Transistors hin erfolgt, und wobei Emitter und Kollektor des weiteren Transistors jeweils mit der einen Anschlußklemme der Energiequelle (12) verbunden sind und eine Verbindung zu einer weiteren Anschlußklemme des Kondensators und zur anderen Anschlußklemme des Bauelementes mit gesteuerter Leitfähigkeit sowie eine Verbindung zu der Impulsklemme aufweisen, und wobei schließlich die Ladestrecke für den weiteren Kondensator (154) Impedanzen aufweist, welche zwischen die weitere Anschlußklemme der Energiequelle und die Impulsklemme und zwischen die eine Anschlußklemme der Energiequelle und die weitere Klemme der Belastung (24) geschaltet sind.

17· Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welcher als Bedarfsherzschrittmacher arbeitet, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26, 32) zur Erzeugung einer einstellbaren Refraktärzeit, welche eine Schaltung zur Erzeugung einer Vielzahl von Signalen jeweils bei Peststellung eines Herzreizsignales aufweist, wobei diese Vielzahl von Signalen während einer Zeitspanne vorhanden ist, die mit dem Pegel der festgestellten Herzreizsignale größer wird und wobei diese Zeitspanne

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für künstliche Signale langer und für natürliche Signale wesentlich kürzer ist, und daß die Einrichtung zur Erzeugung der Refraktärzeit Schaltungselemente aufweist, welche eine festgelegte Zeitspanne triggern, während welcher bei Auftreten jedes Signals der Vielzahl von Signalen das Zurückstellen gesperrt ist.

18« Herzschrittmacher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (26, 32) zur Erzeugung einer Vielzahl von Signalen den Verstärker (26) aufweist, der bei Feststellung künstlicher Reizsignale längere Zeit gesättigt und bei Feststellung natürlicher Reizsignale nicht gesättigt ist, und daß die Schaltungselemente zum Triggern der festgelegten Zeitspanne eine RC-TaktSteuerschaltung aufweisen, welche bei jeder Änderung am Ausgang (30) des Verstärkers erregt wird und einen stabilen Ladungszustand verläßt, auf welchen sie anschließend nach und nach zurückkehrt, wobei der Ladungszustand während des allmählichen Rückkehrens auf den stabilen Ladungszustand das Zurückstellen sperrt, während der stabile Ladungszustand die Rückstellung nicht sperrt.

19. Herzschrittmacher nach Anspruch I7, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (26, 32) das Zurückstellen des Impulsgenerators (22) während einer Pause sperrt, die sich umgekehrt mit der Auftrittsfrequenz der festgestellten Herzreizsignale ändert, wobei diese Pause bei normalen Herzschlagfrequenzen länger und bei Tachykardie-Herzschlagfrequenzen kürzer ist, so daß während eines Tachykardie-Zustandes eine künstliche Reizung verhindert wird.

20. Herzschrittmacher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (22) mit jedem künstlichen Reizimpuls, welcher nach einer bestimmten Pause Im Anschluß an das Rückstellen des Impulsgenerators erscheint, rückstellbar ist und, wenn er nicht zurückgestellt ist, Impulse mit der bestimmten Frequenz erzeugt, wobei die bestimmte Pause der Impulsperiode entspricht, welche durch die bestimmte Frequenz festgelegt ist, und daß die Detektoreinrichtung (26, 32) natürliche und ) künstlich erzeugte Herzreizsignale abfühlt und den Impulsgenerator beim Auftreten derartiger Reizeignale zurückstellt, wobei die Detektorschaltung das Zurückstellen des Impulsgeneratore während einer veränderbaren, simulierten Refraktärzeit im Anschluß an das zuletzt abgefühlte Signal sperrt.

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