DE2701104A1 - Herzschrittmacher - Google Patents
HerzschrittmacherInfo
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- DE2701104A1 DE2701104A1 DE19772701104 DE2701104A DE2701104A1 DE 2701104 A1 DE2701104 A1 DE 2701104A1 DE 19772701104 DE19772701104 DE 19772701104 DE 2701104 A DE2701104 A DE 2701104A DE 2701104 A1 DE2701104 A1 DE 2701104A1
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- 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
PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN7n, - « ,
Medtronic France S.A. 120, avenue Charles-de-Gaulle F-922OO Neuilly-sur-Seine
Herzschrittmacher
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Herzschrittmacher mit Schaltmitteln zur Erkennung und gegebenenfalls Stimulation
von Herzkammeraktion sowie mit Schaltmitteln zur Stimulation
von Herzvorhofaktion.
Bei bekannten Schrittmachern dieser Art (beispielsweise US-PS
3 595 242) überwacht der Schrittmacher das ventriculäre endocardiale
EKG und programmiert in Abhängigkeit davon sowohl die Vorhof- als auch die Kammerstimulation. Eine vorbestimmte
erste Zeitspanne nach dem letzten QRS - Komplex wird, falls
erforderlich, eine Vorhofstimulation ausgelöst, während es
bei Ablauf einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach dem letzten QRS-Komplex zur Auslösung der nächsten Kammerstimulation
kommt. Beide Zeiten für Vorhof- und Kammerstimulation
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werden also von einem gemeinsamen Bezugspunkt in Form der
letzten vorausgegangenen Kammeraktion bestimmt.
Solche Schrittmacher sind nur begrenzt befriedigend. Beispielsweise
werden bei einem totalen AV-Block und bei Vorhoftachychardie
sowohl Vorhof als auch Ventrikel stimuliert. Auch geht der Schrittmacher bei einer Frequenzerhöhung im Vorhof
nicht mit.
Bekannt sind ferner vorhofgesteuerte Schrittmacher, bei denen
die Vorhofdepolarisation mit einer im oder auf dem Vorhof angebrachten
Elektrode erfaßt und sine vorbestimmte, zum Beispiel 150 ms botragende, Zeit später ein Reizimpuls auf die
Kammer gegeben wird. Diese Schrittmacher sind jedoch nur
ventrikelstimulierend, während im Vorhof keine Stimulation erfolgt. Bekannt sind andererseits auch Schrittmacher, die
nur den Vorhof stimulieren, da in gewissen Krankheitszuständen
nur der Vorhof langsam schlägt und eine Vorhofstimulation
ausreicht, um auch eine genügend hohe Ventrikelfrequenz zu erhalten.
Derartige Vorhofschrittmacher sind Kammerschrittmachern
hämodynamisch vorzuziehen, da hier bei intakter AV-Überleitung
der Vorhofrhythmus erhalten bleibt und Emboliegefährdungen erheblich
kleiner werden. Eine solche Vorhofstimulation verbietet sich jedoch, wenn die AV-Überleitung unzuverlässig ist.
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2er (θ
Schließlich ist auch ein sogenannter Synchronbedarfsschrittmacher bekannt (The Journal of Thoracic and
Cardiovascular Surgery, Band 61, No. 3, März 1971,
Seiten 466 bis 471), der eine Modifikation des vorstehend erwähnten vorhofgesteuerten Kammerschrittmachers
darstellt. Im Falle dieses Schrittmachers erfolgt eine Kammerdemandierung in der Weise, daS innerhalb
eines vorgegebenen zeitlichen Fensters eintretende Kammerdepolarisationen dazu führen, daß der an sich
fällige Kammerreizimpuls unterdrückt wird. Bei diesem Schrittmacher ist jedoch keine Möglichkeit gegeben,
bei Vorhofbradykardie im Vorhof zu stimulieren. Da
es sich bei diesem bekannten Schrittmacher um ein externes Gerät handelt, kann zwar der Ausgang des
Reizimpulsgenerators statt an die Kammerelektrode auch an die Vorhofelektrode angeschlossen werden.4 Das
bedeutet, daß in einem solchen Falle nur eine Vorhofreizung, aber keine Ventrikelreizung erfolgt. Damit
wird eine Betriebsweise erzielt, die bei verschiedenen Krankheitszuständen, insbesondere AV-Überleitungsstörungen,
unbrauchbar ist. Infolgedessen ist die Einsatzfähigkeit dieses Schrittmachers gleichfalls
beschränkt.
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- 2t - }
Die Herzaktionen in Vorhof und Kammer lassen sich grundsätzlich
nach Bradykardie und Normalfunktion so einteilen, daß
Vorhof und Kammer ausreichend schnell schlagen (erster Quadrant); der Vorhof zu langsam ist und stimuliert werden muß,
während die Kammer ordnungsgemäß nachfolgt (zweiter Quadrant); der Vorhof ausreichend funktioniert, aber die Kammer nicht
nachgeführt wird (dritter Quadrant) sowie Vorhof und Kammer einer Stimulation bedürfen (vierter Quadrant). Keiner der
bekannten Schrittmacher ist in allen vier Bradykardiequadranten
mit Erfolg einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmacher
zu schaffen, der im Bedarfsfall Vorhof und/oder Kammer stimulieren
kann und in der Lage ist, bei schneller werdendem Vorhof die Kammer nachzuführen. Der Schrittmacher soll also eine
einwandfreie Funktion in allen vier genannten Bradykardiequadranten
sicherstellen können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schrittmacher der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung
von Schaltmitteln zur Erkennung von Vorhofaktion sowie von
weiteren Schaltmitteln zum Auslösen einer Kammerstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeitspanne
nach entweder erkannter spontaner oder bereits durch Stimulation hervorgerufener Vorhofaktion eine spontane Kammeraktion
folgt, und Schaltmitteln zum Auslösen einer Vorhofstimulation,
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falls nicht innerhalb einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder durch Stimulation hervorgerufener
Kammeraktion eine spontane Vorhofaktion erfolgt.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Grundidee, den
normalerweise ablaufenden Herzzyklus außerhalb des Herzens vollständig elektronisch nachzubilden und bei physiologischen
Störungen im Sinne der Schrittmacherbedürftigkeit in Vorhof
oder Kammer diesen extern mitlaufenden Kontrollzyklus dem Herzen aufzuzwingen, wobei das Herz, soweit es vernünftig
arbeitet, die Möglichkeit hat, jede einzelne Teilfunktion des Schrittmachers zu unterdrücken. Der Schrittmacher kann also
bei Bedarf nur im Vorhof, nur in der Kammer oder sowohl in
Vorhof als auch in Kammer stimulieren. Bei Bedarf wird eine schnellere Vorhof frequenz auf die Kammer übergeleitet. Bei
Bedarf, nämlich bei ganz ordnungsgemäßen Herzfunktionen,
wird weder im Vorhof noch in der Kammer stimuliert.
Vorzugsweise sind die Schaltmittel zum Auslösen von Kammer-
und Vorhofstimulation derart miteinander verknüpft, daß das Ende der ersten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der zweiten
vorbestimmten Zeitspanne auslöst und das Ende der zweiten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der ersten vorbestimmten
Zeitspanne auslöst. Immer dann, wenn nach einer spontanen P-Welle oder einer provozierten Vorhofkontraktion innerhalb
der vorbestimmten ersten Zeitspanne keine Ventrikelkontraktion
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folgt, wird also ein Reizimpuls auf den Ventrikel gegeben. Dieser Impuls unterbleibt bei rechtzeitiger spontaner Ventrikelaktivität.
Bei Ablauf der zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach einem Ventrikelimpuls, sei er spontan erfolgt oder durch
Schrittmacherdepolarisation hervorgerufen, folgt ein Vorhofreizsignal,
falls nicht rechtzeitig eine spontane Vorhofaktivität ermittelt wurde. Dieses Spiel wiederholt sich im dauernden
Wechsel.
Zweckmäßig weisen die Schaltmittel zum Auslösen von Kammerstimulation
und die Schaltmittel zum Auslösen von Vorhofstimulation jeweils einen monostabilen Multivibrator auf, der
die erste bzw. die zweite vorbestimmte Zeitspanne vorgibt.
Die erste und die zweite vorbestimmte Zeitspanne betragen vorzugsweise
120 ms bis 2OO ms bzw. 600 ms bis 75O ms.
Vorteilhaft ist es, zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode vorzusehen
und das Schrittmachergehäuse als gemeinsame neutrale Elektrode auszunutzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schaltmittel zur Stimulation von Vorhofaktion einen über eine erste Schaltstufe
aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe entladbaren Ausgangskondensator auf. Dies gewährleistet nach rasch abge-
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schlossener Aufladung des Ausgangskondensators eine hohe Eingangsimpedanz
der Vorhofsignalerkennungsschaltung und damit
eine verbesserte P-Erkennung. Werden die Schaltmittel zur
Kammerstimulation im Gegensatz dazu in konventioneller Weise ausgelegt, kann ferner im EKG zwischen Vorhof- und Ventrikelimpuls
sicher unterschieden werden. Ein besonders einfacher Schaltungsaufbau wird dabei erhalten, wenn mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals
beide Schaltstufen ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe ein Zeitverzogerungsglied vorgeschaltet
ist. Ein und dasselbe Signal sorgt dann zunächst für das unverzügliche Ansprechen der Entladeschaltstufe und die
daran entsprechend zeitverzögert anschließende Betätigung der Ladeschaltstufe.
Den Schaltmitteln zur Erkennung von Kammeraktion ist vorzugsweise
eine Sperrstufe zugeordnet, mittels deren die Kcmmeraktionserkennung
bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.
Zu Prüfzwecken können die erste und/oder die zweite vorbestimmte Zeitspanne zweckmäßig verkürzt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen
die Schaltmittel zur Erkennung von Vorhofaktion und/oder de Schaltmittel zur Erkennung von Kammeraktion ein Refraktärglied
auf, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz
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einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet. Beim Einfallen solcher hochfrequenter Störsignale werden die Schaltmittel
zur Vorhof- und/oder Kammeraktionserkennung blockiert; die Schrittmacherfunktionen werden festfrequent.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform und
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer abgewandelten zweiten Ausführungsform.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dient eine Elektrode 10
der Zufuhr von Reizsignalen zum Vorhof sowie zur Erfassung
von natürlicher Vorhofaktivitat. In entsprechender Weise ist
eine Elektrode 12 an die Herzkammer anschließbar, um dieser Reizimpulse zuzuleiten und natürlich auftretende Kammerimpulse
zu ermitteln. Die Vorhofelektrode 10 steht über einen Vorhof
Signalverstärker 14, ein mittels positiver Impulsflanken
ansteuerbares, der Störunterdrückung dienendes, nachtriggerbares
Monoflop 15 mit einer Verweilzeit von 100 ms sowie ein
aus Kondensator 16 und Widerstand 17 bestehendes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 18 eines NOR-Gatters 19
in Verbindung.
Die Kammerelektrode 12 ist über einen Kammersignal verstärker
20 und einen Inverter 22 an den einen Eingang 23 eines NOR-Gatters 24 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 24 steht
über ein mittels positiver Impulsflanken ansteuerbares, gleichfalls
für eine Störunterdrückung sorgendes, nachtriggerbares Monoflop 26 von 100 ms und ein von einem Kondensator 27 und
einem Widerstand 28 gebildetes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 29 eines NOR-Gatters 30 in Verbindung.
Der Ausgang des NOR-Gatters 19 ist mit dem Eingang eines mittels negativer Flanken ansteuerbaren, eine Refraktärphase vorgebenden
Monoflops 32 von 400 ms verbunden, dessen Ausgang an den Eingang eines mittels negativer Flanken triggerbaren Mono-
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flops 34 mit einer Verweilzeit von 150 ms angeschlossen ist.
Das Monoflop 34 bestimmt den PQ-Abstand. Sein Ausgang Q steht
über ein Differentiationsglied, gebildet von einem Kondensator
35 und einem Widerstand 36, mit dem einen Eingang 37 eines NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der Ausgang des NOR-Gatters
38 ist an den anderen Eingang 39 des NOR-Gatters 30 angeschlossen.
Der Ausgang des NOR-Gatters 30 führt zum Eingang eines mittels
negativer Flanken triggerbaren, für die Refraktärphasenvorgabe
vorgesehenen Monoflops 42 von 300 ms, dessen Ausgang Q über
ein aus einem Kondensator 43 und einem Widerstand 44 bestehendes Differentiationsglied an den einen Eingang eines NOR-Gatters
46 angeschlossen ist. Über eine Leitung 47 steht der Ausgang
Q des Monoflops 42 ferner mit dem anderen Eingang 49 des NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der zweite Eingang 50 des NOR-Gatters
46 ist über ein Differentiationsglied, bestehend aus einem Kondensator 52 und einem Widerstand 53, an einen zweiten
Ausgang 54 des Monoflops 32 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 46 führt zum Eingang eines mittels negativer Flanken
ansteuerbaren, nachtriggerbaren Monoflops 56 von 700 ms,
das den QP-Abstand bestimmt. Der Ausgang Q des Monoflops 56
steht über eine Leitung 57 mit dem zweiten Eingang 58 des NOR-Gatters
19 sowie mit dem Eingang eines als Impulsformer dienenden, mittels positiver Flanken triggerbaren Monoflops 60
von 0,5 ms in Verbindung. Der Ausgang Q des Monoflops 60 ist
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mit der Basis eines pnp-Transistors 62 über eine Serienschaltung
aus Widerstand 63 und Kondensator 64 verbunden. Die Basis des Transistors 62 steht ferner über eine Diode 65 mit der
positiven Seite der Spannungsversorgungsquelle in Verbindung. Außerdem ist der Ausgang Q des Monoflops 60 über einen Widerstand
67 an die Basis eines npn-Transistors 68 angeschlossen. Die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 62,68 liegen
in Reihe zwischen +- Spannung und Masse. An den Verbindungspunkt 69 der beiden Kollektoren der Transistoren 62 und 68 ist
die eine Seite eines Ausgangskondensators 70 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Vorhofelektrode 10 in Verbindung
steht.
Der Eingang eines mittels positiver Flanken triggerbaren Impulsformer-Monoflops
72 von 0,5 ms ist an den Ausgang des NOR-Gatters 38 angeschlossen. Der Ausgang Q des Monoflops 72 führt
über einen Widerstand 73 zur Basis eines Ausgangstransistors 74,
dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Serie mit einem Widerstand 75 zwischen der positiven Seite der Betriebsspannung und Masse
liegt. Der Kollektor des Transistors 74 ist an die eine Seite eines Ausgangskondensators 76 angeschlossen, dessen andere Seite
mit der Kammerelektrode 12 verbunden ist.
Der Ausgang Q des Monoflops 56 ist ferner mit dem Eingang eines
Monoflops 78 mit einer Verweilzeit von 40 ms verbunden, das mittels positiver Flanken getriggert werden kann und dessen Ausgang
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-ντο an den zweiten Eingang 79 des NOR-Gatters 24 angeschlossen
ist.
Grundsätzlich arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 1
wie folgt:
Am Eingang des Monoflops 32 tritt eine Information in Form
eines Impulssprungs auf, wenn über den Eingang 58 des NOR-Gatters 19 die Information zugeleitet wird, daß der Vorhof stimuliert
wurde, oder wenn über den Eingang 18 des Gatters 19 die
Information gekommen ist, daß eine spontane Vorhofaktion stattgefunden
hat. Am Eingang des Monoflops 32 erscheint also ein Impulssprung, der die Zeit von 400 ms anstellt, immer dann,
wenn der Vorhof durch einen Reizimpuls depolarisiert wird oder
der Vorhof sich spontan erregt. Simultan mit dem Setzen des Monoflops 32 wird über dessen Ausgang Q der Eingang des Monoflops
34 angesteuert und dessen Zeit von 150 ms eingeleitet. Nach Ver*-
streichen der 150 ms des Monoflops 34 geht über den dynamischen
Eingang 35,36,37 des Gatters 38 ein Impuls an den Ausgang dieses Gatters, der über das als Impulsformerstufe für 0,5 ms wirkende
Monoflop 72 der in konventioneller Weise ausgeführten Ausgangsstufe
73 bis 76 für die Ventrikelstimulation zugeleitet und über die Elektrode 12 auf den Ventrikel gegeben wird.
Der Impuls am Ausgang des Gatters 38 geht ferner an den Eingang
des Gatters 30, von dem er auf den Eingang des Monoflops 42 über-
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tragen wird. Er startet dort die Refraktärzeit von 300 ms.
Darüber hinaus gelangt der Impuls zum Eingang 45 des Gatters 46 und weiter zum Eingang des Monoflops 56, das getriggert
wird. Die Verweilzeit des Monoflops 56 von 700 ms beginnt zu laufen.
Am Eingang des Monoflops 42 tritt in Analogie zu den Verhältnissen
am Eingang des Monoflops 32 eine Information dann auf, wenn vom Ausgang des Gatters 38 ein Ventrikelimpuls abgegeben
worden ist oder wenn über den Eingang 29 eine Information über
eine stattgefundene Spontandepolarisation der Kammer das Gatter
30 erreicht. Bezüglich der Ansteuerung des Monoflops 42 macht es also keinen Unterschied, ob der Ventrikel erregt wird oder
spontan aktiviert wurde. Mit dem Einlaufen des Impulssprungs am Eingang des Monoflops 42 wird das nachtriggerbare Monoflop
56 erneut angestoßen. Infolgedessen müssen nach einer Kammerdepolarisation,
gleichgültig ob diese spontan oder stimuliert erfolgt ist, 700 ms verstreichen, bevor der Ausgang Q des Monoflops
56 steigt und über die Leitung 57 ein Vorhofimpuls ausgegeben
wird.
Falls die Vorhofaktion spontan schneller wird, als es der Interventionsfrequenz
des Schrittmachers entspricht, betritt die P-Welle nach Verstärkung im Vorhofsignalverstärker 14 über das
Monoflop 15 abermals durch den Eingang 18 des Gatters 19 das Monoflop 32. Über den Ausgang 54 dieses Monoflops geht der be-
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treffende Impuls auf den dynamischen Eingang 50 des Gatters 46. Er wird von dort auf das Monoflop 56 übertragen. Daher
kann nach einem spontanen Vorhofimpuls für eine Zeitspanne von mindestens 700 ms (der Verweilzeit des Monoflops 56) zunächst
kein weiterer Vorhofimpuls abgegeben werden. Da dieser spontane Vorhofimpuls aber über das Monoflop 34 nach 150
ms erneut den Ventrikel aktiviert und über die Gatter 38 und 30 sowie das Monoflop 42 das Monoflop 56 nachtriggert, kommt
es tatsächlich erst 700 ms + 150 ms = 850 ms nach der spontanen
P-Welle zur erneuten Triggerung des Vorhofs.
Ein Vorhofimpuls soll nach 150 ms - der Verweilzeit des Monoflops
34 - zu einer Kammerdepolarisation führen. Möglicherweise erfolgt diese Kammerdepolarisation aber bereits zur Sollzeit
spontan. Der kammerdepolarisierende Impuls hat in diesem Falle keine physiologische Wirkung. Er soll daher zur Stromersparnis
und aus sonstigen Gründen entfallen. Für diesen Zweck ist die Rückkopplung vom Ausgang des Monoflops 42 über die Leitung 47
auf den Eingang des Gatters 38 vorgesehen.
Diese Rückkopplung bewirkt folgendes: Ist bei dem Monoflop 34 der Impuls von 150 ms kurz vor dem Abbruch und würde infolgedessen
über den Ausgang des Gatters 38 an die Kammer ein Ventrikelimpuls gegeben, wird dies dadurch verhindert, daß die
bereits eingetroffene Kammererregung zu diesem Zeitpunkt am
Eingang des Monoflops 42 die Verweilzeit von 300 ms des Mono-
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flops 42 erneut gesetzt hat. Das am Ausgang Q des Monoflops 42 erscheinende Potential blockiert jetzt über die Leitung
das Gatter 38. Der nach Ablauf der 150 ms betragenden Verweilzeit
des Monoflops 34 erscheinende Impulssprung kann infolgedessen das Gatter 38 nicht zum Ventrikel hin passieren. Der
nicht erforderliche, für eine Kammerdepolarisation sorgende Impuls unterbleibt also, wenn innerhalb der Verweilzeit von
150 ms bereits eine Kammerdepolarisation spontan stattfand.
Im folgenden sei die Betriebsweise der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1 in den vier verschiedenen Bradykardiequadranten geschildert.
Zunächst sei angenommen, daß sowohl der Vorhof als auch die
Kammer ausreichend schnell schlagen und daher keine Stimulation erforderlich ist (1. Quadrant). Das von der Vorhofelektrode
10 aufgenommene spontane P-Signal gelangt zum Eingang des Monoflops 32 und unterdrückt über dessen Ausgang 54 und
den Eingang 50 des Gatters 46 durch Rücksetzen des Monoflops 56 sowie durch Nachrücksetzen dieses Monoflops über ^05 Monoflop
34 die Ausgabe einer P-Information über den Ausgang Q
des Monoflops 56. Die zeitgerecht einfallende Kammeraktion unterdrückt ihrerseits durch Hochsetzen des Monoflops 42 über
die Leitung 47 und den Eingang 49 des Gatters 38 die Ausgabe eines Impulses an die Kammer. Bei zeitlich ausreichend frequent
einfallender Vorhofaktion und zeitlich richtig abge-
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stimmter Aktion der Kammer unterbleiben infolgedessen Vorhof-
und Ventrikelstimu lotion.
Für den Fall, daß bei Vorhofbradykardie der Vorhof stimuliert
werden muß, die Überleitung zurKammer jedoch intakt ist (2. Quadrant), wird nach Beendigung der 700 ms betragenden Verweilzeit
des Monoflops 56, da zwischenzeitlich eine erneute Rücksetzung unterbleibt, über den Ausgang Q des Monoflops 56
und die Leitung 57 die Information auf den Eingang des Monoflops 60 gegeben, daß eine Vorhofdepolarisation mittels eines
Impulses durchgeführt werden soll. Die Verweilzeit des Monoflops 34 von 150 ms wird gestellt. Rechtzeitig bevor diese
15O ms abgelaufen sind, tritt jedoch eine spontane Kammerdepolarisation
auf, die über den Kammersignalverstärker 20, das Gatter 24, das Monoflop 26 und das Gatter 30 dem Monoflop 42
zugeführt wird. Das Monoflop 42 wird getriggert und blockiert
über die Leitung 47 die Übertragung des Kammerreizimpulses vom
Ausgang Q des Monoflops 34 zum Monoflop 72. Auf diese Weise wird der Kammerimpuls retrograd unterdrückt.
Wenn umgekehrt der Vorhof ausreichend schnell läuft, möglicherweise
sogar erheblich schneller als normal bis zu einer Frequenz von 15O Schlägen /min schlägt, die Kammerüberleitung
aber schlecht ist (3. Quadrant), passiert folgendes:
Spontane P-Signale gelangen von der Vorhofelektrode 10 aus
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zum Eingang des Monoflops 32 und stellen die durch dieses
Monoflop vorgegebene Refraktärzeit von 400 ms. Gleichzeitig
wird das Monoflop 34 getriggert. Über das Gatter 38 wird
noch Ablauf der Verweilzeit des Monoflops 34 von 1 5O ms
über das Monoflop 72 der Impuls zur Kammerdepolarisation zur
Kammerausgangsstufe 73 bis 76 gegeben. Der Vorhof kann bei
der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehenen Dimensionierung seine Frequenz zwischen 70 und 15O (letzteres
entsprechend der vom Monoflop 32 vorgegebenen Refraktärzeit
von 4OO ms) ändern. Die Kammer wird jeweils im Abstandder
Verweilzeit des Monoflops 34 (15O ms) nachgeführt. DieVorhofstimulation
unterbleibt, weil nach jedem spontanen Vorhofimpuls das Monoflop 56 nachgestellt wird, somit also zunächst
7OO ms verstreichen müssen, und weil nach Depolarisation der Kammer eine Nachtriggerung des Monoflops 56 über den Ausgang
des Gatters 30, das Monoflop 42 und den Eingang 45 des Gatters 46 erfolgt. Daher könnte erst nach 850 ms (entsprechend der
Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34 und 56) ein Vorhofimpuls
abgegeben werden. Die Vorhofreizung unterbleibt aber,
da der Vorhof zuvor bereits spontan funktioniert hat.
Schließlich sei der Fall betrachtet, daß sowohl der Vorhof
als auch die Kammer nicht schlagen und daher stimuliert werden müssen (4. Quadrant). Die Vorhofreizung erfolgt jetzt in
der zuvor beschriebenen Weise. Da die Kammer innerhalb ihrer Sollzeit von 150 ms nicht nachfolgt und die Verweilzeit von
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3OO ms des Monoflops 42 über den Kammersignalverstärker ZO,
das Gatter 24 und das Monoflop 26 nicht gesetzt wird, unterbleibt die retrograde Unterdrückung der Impulsübergabe durch
das Gatter 38. Der das Monoflop 34 nach Ablauf von 15O ms
verlassende Impulssprung erscheint am Eingang 37 des Gatters 38 und geht von dessen Ausgang über das Monoflop 72 zur Ausgangsstufe
73 bis 76. Über die Kammerelektrode 12 wird die Kammer depolarisiert.
Um eine sichere Erkennung des einem Vorhofimpuls folgenden
Kammerkomplexes sicherzustellen, wird mittels des am Ausgang Q des Monoflops 56 auftretenden Vorhofsollimpulses gleichzeitig
das 40 ms-Monoflop 78 gestellt. Dies bewirkt, daß über den Eingang 79 des Gatters 24 die Übergabe von im Ventrikel
empfangenen Impulsen während der Torzeit des Monoflops 78 unterdrückt wird. Vom Kammersignalverstärker 20 aufgenommene
Vorhofimpulse werden durch dieses Zeitfenster von der logischen Berücksichtigung im Kammerblock ausgeschlossen.
Während auf der Kammerseite der Kammerimpuls durch schnelle Entladung des Ausgangskondensators 76 und langsames Wiederaufladen
dieses Kondensators über den Widerstand 75 erzeugt wird, ist für das Rückladen des vorhofseitigen Ausgangskondensators
7O der dynamisch geschaltete Transistor 62 vorgesehen. Das Wiederaufladen geschieht über diesen Transistor sehr
niederohmig und ist dementsprechend rasch abgeschlossen. Da-
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-Vg-
durch wird erreicht, daß im EKG weniger Verzerrungen auftreten,
der Vorhofimpuls vom Ventrikelimpuls im EKG leicht unterschieden werden kann und nach Abschluß der Rückladung
des Kondensators 70 der VorhofSignalverstärker 14 eine wesentlich erhöhte Eingangsimpedanz hat, was die P-Erkennung
weiter verbessert.
Es versteht sich, daß die Rückladung des Ausgangskondensators 76 grundsätzlich ebenfalls niederohmig über einen Schalttransistor
entsprechend dem Transistor 62 erfolgen kann. Da jedoch der Kammersignalverstärker 20 ohnehin zuverlässig arbeitet,
wird es in der Regel günstiger sein, die Ausgansstufen in der beschriebenen Weise unterschiedlich auszulegen,
um im EKG den Vorhofimpuls vom Kammerimpuls sicher zu differenzieren
und damit die postoperative Störungsdiagnostik zu erleichtern.
In der Praxis ist es erwünscht, die Schrittmacherfunktionen
auch dann zu kontrollieren, wenn sich der Patient in sauberem Eigenrhythmus befindet und der Schrittmacher in allen Quadranten
völlig unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß die beiden Eingangsverstärker 14 und
über einen Magnetschalter blockiert werden und abgewartet wird, bis die Reizimpulse im Vorhofbereich und in der Kammer
erregbare Phasen treffen. Es kann dann erkannt werden, ob der Vorhofimpuls jeweils eine P-Welle und der Kammerimpuls jeweils
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-Vfeinen QRS-Komplex provoziert.
Statt dessen kann auch die bei der beschriebenen Ausführungsform 15O ms betragende PQ-Verzögerungszeit über einen Magnetschalter
drastisch, beispielsweise auf 50 ms, verkürzt werden, um eine vorhandene intakte Überleitung zu überspielen und die
Kammer auf jeden Fall elektrisch zu provozieren, falls der Schrittmacher effektiv ist. Gleichzeitig wird dabei die Verweilzeit
des Monoflops 56 von 7OO ms auf beispielsweise 450 ms verkürzt, so daß als Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34
und 56 eine Zeit von insgesamt 5OO ms erhalten wird, was einer Frequenz von 12O Schlägen /min entspricht. Damit wird das Herz
sicher überfahren; die Stimulation kann einwandfrei überprüft werden.
Eine Schaltungsanordnung, die prinzipiell derjenigen nach Fig.1
entspricht, läßt sich auch unter Verwendung von integrierten Schaltungen aufbauen, wie sie für auf dem Markt befindliche
Bedarfsherzschrittmacher verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es sind dort zwei
integrierte Schaltungen 84 und 86 vorgesehen. Jede der Schaltungen 84, 86 umfaßt einen Impulsgenerator mit durch spontane
Kammer- bzw. Vorhofsignale rückstellbarem Zeitglied (entsprechend dem Monoflop 56) sowie die Impulsformer - und Ausgangsstufen
(entsprechend den Monoflops 60 und 72 sowie den Ausgangsstufen 63 bis 70 bzw. 73 bis 76) .Die Refraktärglieder 32
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bzw. 42, die Störunterdrückungsglieder 15 bzw. 26 und die Verstärker 14 bzw. 2O sind zu integrierten Schaltungen 88
bzw. 90 zusammengefaßt.
Die integrierten Schaltungen 84 und 86 sind miteinander in Reihe geschaltet, wobei ein vor der Ausgangsstufe der Schaltung
84 abgehender erster Ausgang 91 über eine Diode 92 und einen Kondensator 93 mit dem Eingang der integrierten
Schaltung 86 verbunden ist. Die integrierte Schaltung 86 wirkt über einen dem Ausgang 91 entsprechenden ersten Ausgang 95,
eine Leitung 96 und eine Diode 97 auf den EIN-Eingang 98 einer Speicherzellle zurück, die von zwei miteinander gekoppelten
NOR-Gattem 99, 1C)O gebildet und dem Eingang der integrierten
Schaltung 84 vorgeschaltet ist.
Der Eingang 98 entspricht funktionsmäßig dem Eingang des Monoflops
32 nach Fig. 1. An diesem Knotenpunkt trifft nämlich eine Information darüber ein, ob ein Schrittmacherimpuls den
Vorhof erregen sollte, oder ob eine spontane P-Welle eingetroffen
ist. Über den Eingang 98 der Speicherzelle 99, 1OO wird
die mit einer Frequenz von 4OO Schlagen /min, entsprechend einem Impulsabstand von 150 ms, freilaufende Schaltung 84 eingeschaltet,
so daß 150 ms nach Auftreten der P-Information am
Eingang 98 von dem zweiten Ausgang 103 der Schaltung 84 aus
über ein Gatter 1Ο4 und eine Leitung 1O5 ein Reizimpuls zur
Kammerelektrode 12 überführt wird. Der Schrittmacher arbeitet
809828/0454
- 2f\ -in dieser Form als vorhofgesteuerter Kammerschrittmacher.
Über den ersten Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 wird die mit einer Frequenz entsprechend 7OO ms freilaufende
Schaltung 8 6 nach Art eines normalen Bedarfsschrittmachers zurückgesetzt, so daß 700 ms verstreichen müssen, bis ein Vorhofimpuls
über den zweiten Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 und eine Leitung 108 auf die Vorhofelektrode 1O gegeben
werden kann. Zur gleichen Zeit wirkt aber ein Ausgangsimpuls über den Ausgang 95 der Schaltung 86 auf den Eingang
98 der Speicherzelle 99, 100 zurück, so daß der Generator der Schaltung 84 erneut eingeschaltet wird und eine Zeit von 150
ms verstreicht.
Da eine einem Impulsabstand von 150 ms entsprechende Wiederholfrequenz
unsinnig wäre, wird über den Ausgang 91 der Schaltung 84 und eine Diode 110 so auf den AUS-Eingang 112
der Speicherzelle 99, 100 zurückgewirkt, daß von der integrierten Schaltung 84 jeweils nur ein Impuls abgegeben werden
kann. Es bedarf danach erneut eines Eingangssignals am Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100, um die Schaltung 84 erneut
zu triggern und die Zeit von 150 ms ablaufen zu lassen.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet in den vier Bradykardiequadranten wie folgt:
809828/0ASA
- 22 -
Im ersten Quadranten - ausreichende oder schnelle Vorhoffrequenz
und schnelle Befolgung durch spontane Ventrikelaktionen - wird die P-Welle von der Vorhofelektrode 10 aufgegriffen
und über die integrierte Schaltung 88, eine Entkopplungsdiode 114 und einen Kondensator 115 dem Eingang 98 der Speicherzelle
99, 100 zugeführt . Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und möchte nach 150 ms einen Impuls über den Ausgang
103 an die Kammer abgeben. Da jedoch innerhalb dieser Zeit von 150 ms die integrierte Schaltung 9O über die Kammerelektrode
12 bereits ein Spontansignal aus der Kammer empfangen hat, geht über eine Leitung 116 und eine Diode 117
ein Sperrsignal an den Eingang 112 der Speicherzelle 99, 1OO sowie an den einen Eingang des Gatters 1O4. Letzteres bewirkt
eine Blockierung der Ausgabe des Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 auf die Kammerelektrode 12. Auch Vorhofimpulse
können nicht abgegeben werden, da über die integrierte Schaltung 9O die eintreffende Kammerantwort über eine Diode 119
auf den Eingang der integrierten Schaltung 86 gegeben und diese Schaltung für 700 ms zurückgestellt wird. Das nach 150 ms
am Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 ungehindert austretende
Signal wird dazu benutzt, über die Diode 92 die zuvor
schon über eine Leitung 121 und eine Diode 122 getriggerte
Zeit von 7OO ms erneut zu triggern. Daher muß eine Zeit von
insgesamt 850 ms verstreichen, bevor ein weiteres Vorhofreizsignal
abgegeben werden könnte. Diese Abgabe unterbleibt jedoch, weil die P-Welle mit höherer Frequenz einfällt. Der
809828/0454
- 33 Schrittmacher bleibt infolgedessen inaktiv.
Im zweiten Quadranten, das heißt für den Fall, das der Vorhof
zu langsam schlägt und stimuliert werden muß, während die Überleitung rechtzeitig erfolgt, kommt 7OOms nach einem
P-Signal ein Impuls am Ausgang 107 der integrierten Schaltung
86 zustande, der über die Leitung 108 dem Vorhof zugeführt
wird. Die in diesem Quadranten aber rechtzeitig eintretende
Ventrikeldepolarisation bewirkt, daß in der zuvor erläuterten Weise der 150 ms später am Ausgang 103 der integrierten Schaltung
84 erscheinende Reizimpuls durch das Gatter 104 am Durchtritt gehindert wird. Da die Zeitspanne von 7OO ms vom Ausgang
91 her nachgetriggert wird, erfolgt nach insgesamt 85Oms
eine erneute Vorhofdepolarisation. Es tritt wiederum rechtzeitig
eine Ventikelantwort auf, die über den Ausgang der integrierten
Schaltung 90 und das Gatter 104 die Weitergabe eines Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 der integrierten
Schaltung 84 an die Kammerelektrode 12 unterbindet.
Bei ausreichender oder schneller Vorhofaktion und schlechter Überleitung (Quadrant 3) wirkt der Schrittmacher als vorhofgesteuerter
Kammerschrittmacher. Eine P-Welle gelangt über die integrierte Schaltung 88 zum Eingang 98 und schaltet die
Speicherzelle 99,1OO ein. Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und gibt nach 150 ms über das Gatter 104 einen Impuls
auf den Ventrikel. Dieser Impuls kann das Gatter 104 durchlaufen, da eine rechtzeitige Kammerdepolarisation, die über die
809828/0454
- 2-4 -
integrierte Schaltung 9O das Gatter 104 sperren würde, nicht
eingetreten ist.
Bei Vorhofbradykardie und Kammerbradykardie (Quadrant 4) wird
ein Vorhofimpuls über den Ausgang 1O7 der integrierten Schaltung
86 abgegeben. Gleichzeitig wird vom Ausgang 95 her über
die Leitung 96 und die Diode 97 die Speicherzelle 99, 1OO eingeschaltet, so daß 15O ms später am Ausgang 103 der integrierten
Schaltung 84 ein Impuls erscheint. Dieser wird über das Gatter 104 zur Kammerelektrode 12 übertragen, weil zu diesem
Zeitpunkt keine Ventrikelkontraktion stattgefunden hat, die über die integrierte Schaltung9O das Gatter 104 sperren
würde.
In Analogie zu der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist ein
funktionsmäßig dem Monoflop 78 entsprechendes, beispielsweise
aus RC-Gliedern aufgebautes Schaltglied 124 vorgesehen, das
während eines Vorhofimpulses und kurze Zeit danach, beispielsweise
für eine Zeitspanne von 20 ms, den Ventrikelverstärker der integrierten Schaltung 90 inhibiert, damit Vorhofimpulse
im Ventrikelverstärker nicht fehlerkannt werden können.
Die vorhofseitige Reizimpuls - Ausgangsstufe kann zweckmäßig
in der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Weise so ausgelegt sein, daß der Ausgangskondensator schnell wieder aufgeladen
wird, um die Unterscheidung der P-Signale zu begünstigen
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270110A
- 25 - und die Eingangsimpedanz des P-Verstärkers zu erhöhen.
809828/0454
Claims (11)
- Ansprüche :Elektrischer Herzschrittmacher mit Schaltmitteln zur Erkennung und gegebenenfalls Stimulation von Herzkammeraktion sowie mit Schaltmitteln zur Stimulation von Herzvorhofaktion, gekennzeichnet durch Schaltmittel (14,15; 88) zur Erkennung von Herzvorhofaktion sowie durch weitere Schaltmittel (34, 84) zum Auslösen einer Kammerstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder bereits durch Stimulation hervorgerufener Vorhofaktion eine spontane Kammeraktion folgt, und Schaltmittel (56,86) zum Auslösen einer Vorhofstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder durch Stimulation hervorgerufener Kammeraktion eine spontane Vorhofaktion folgt.
- 2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Schaltmittel (34,56;84,86) zum Auslösen von Kammer- und Vorhofstimulation derart miteinander verknüpft sind, daß das Ende der ersten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der zweiten vorbestimmten Zeitspanne auslöst und das Ende der zweiten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der ersten vorbestimmten Zeitspanne auslöst.809828/0454 ^ORIQiNAL JNSPECTED
- 3. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (34,84) zum Auslösen von Kammerstimulation und die Schaltmittel (56,86) zum Auslösen von VorhofStimulation jeweils einen monostabilen Multivibrator aufweisen, den die erste bzw. die zweite vorbestimmte Zeitspanne vorgibt.
- 4. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Zeitspanne 120 ms bis 200 ms beträgt.
- 5. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte zweite Zeitspanne 600 ms bis 750 ms beträgt.
- 6. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode (10,12) vorgesehen ist und das Schrittmachergehäuse die gemeinsame neutrale Elektrode bildet.
- 7. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Stimulation von Vorhofaktion einen über eine erste Schaltstufe (62) aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe (68)809828/045427011OAentladbaren Ausgangskondensator (70) aufweisen.
- 8. Schrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals beide Schaltstufen (62,68) ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe (62) ein Zeitverzögerungsglied (63,64) vorgeschaltet ist.
- 9. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Schaltmitteln (20,26; 90) zur Erkennung von Kammeraktion eine Sperrstufe (24, 78;124) zugeordnet ist, mittels deren die Kammeraktionserkennung bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.
- 10. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Prüfzwecken die erste und/oder die zweite vorbestimmte Zeitspanne verkürzbar sind. . -
- 11. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (14,15;88) zur Erkennung von Vorhofaktion und/oder die Schaltmittel (2O,26;9O) zur Erkennung von Kammeraktion ein Refraktärglied (15,26) aufweisen, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet.809828/0454
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MEDTRONIC B.V. - KERKRADE, KERKRADE, NL |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
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Free format text: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBEL-HOPF, U., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. GROENING, H.,DIPL.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |
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8331 | Complete revocation |