DE2755702A1 - Implantierbarer herzschrittmacher - Google Patents
Implantierbarer herzschrittmacherInfo
- Publication number
- DE2755702A1 DE2755702A1 DE19772755702 DE2755702A DE2755702A1 DE 2755702 A1 DE2755702 A1 DE 2755702A1 DE 19772755702 DE19772755702 DE 19772755702 DE 2755702 A DE2755702 A DE 2755702A DE 2755702 A1 DE2755702 A1 DE 2755702A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- circuit
- repetition rate
- pacemaker
- capacitor
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/362—Heart stimulators
- A61N1/365—Heart stimulators controlled by a physiological parameter, e.g. heart potential
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
- A61N1/37217—Means for communicating with stimulators characterised by the communication link, e.g. acoustic or tactile
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Description
-4- 2 7 b b 7 U
Patentanwälte
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
8 München 60
Unser Zeichen; A 1796 13.Dezember 1977
AMERICAN HOSPITAL SUPPLY CORPORATION 1 American Plaza, 11th floor
Evanston, 111.V.St.A.
Evanston, 111.V.St.A.
Implantierbarer Herzschrittmacher
Die Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher und insbesondere auf einen implantierbaren Herzschrittmacher.
Herzschrittmacher sind seit einiger Zeit bekannt, und sie werden dazu verwendet, das Herz anzuregen, indem eine
elektrische Ladung an das Herz angelegt wird, die veranlaßt, daß sich die Herzkammer zusammenzieht, wenn die
normale Körperfunktion diese Herzkammerkontraktion nicht
bewirkt. Schrittmacher sind in den Körper implantiert worden. In der Regel befinden sich die Sch rittmacherschaltung
und die Energiequelle unter der Haut im Bereich zwischen den Rippen oder im Bauchbereich, und von der
Impulserzeugungseinheit geht ein Elektrodensystem aus, Schw/Ba
so98?λ / mm
2 7 5 b 7 Ü 2
das an der Herzaussenseite befestigt ist, oder durch das Blutgefäßsystem in das Innere des Herzens führt, wo eine
Elektrode in einer unteren Herzkammer angebracht wird.
Bbgibt verschiedene Arten implantiorbarer Herzschrittmacher.
Ein Typ ist ein mit fester Folgefrequenz oder asynchron arbeitender Herzschrittmacher. Er erzeugt Anregungsimpulse,
die über das Elektrodensystem mit einer festen, vorbestimmten Folgefrequenz unabhängig vom natürlichen Herzrhythmus an das
Herz angelegt werden. Ein solcher Herzschrittmacher kann überall dort benutzt werden, wo ein totaler AV-Block vorliegt.
Ein anderer Typ eines Herzschrittmachers wird als Bereitschaftsschrittmacher
bezeichnet; dieser Schrittmacher erzeugt nur dann einen Anregungsimpuls, wenn der natürliche
Herzschlag über einer minimalen Folgefrequenz nicht auftritt. Typisch für dieses System ist ein Schrittmacher,
bei dem der natürliche Herzschlag vom gleichen Elektrodensystem in der Herzkammer festgestellt wird und bei dem die
Feststellung einer R-Welle dazu benutzt wird, den nächsten Impuls in einer Folge von Impulsen zu verhindern. Auf
diese Weise bleibt der Schrittmacher untätig, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.
Ein weiterer Typ eines Herzschrittmachers ist ein Gleichlaufschrittmacher
. Diese Art von Schrittmacher ist in der USA-Patentschrift 3 662 759 beschrieben. Dieser Schrittmacher
erzeugt einen Anregungsimpuls, wenn das Herz nicht auf natürliche Weiee schlägt. Wenn ein natürlicher Herzschlag
festgestellt wird, dann wird ein schmaler, nicht anregend wirkender Impuls erzeugt und zum Herzen übertragen,
damit angezeigt wird, daß die Impulserzeugungseinheit arbeitet und daß das Elektrodensystem nicht unterbrochen ist.
27BS7Ü2
Ein untersuchender Arzt kann auf diese Weise feststellen, daß auch bei natürlichem Herzschlag zur Zeit der Untersuchung
die Impulserzeugungseinheit und das Elektrodensystem wirksam sind und richtig arbeiten.
Beim Einsetzen eines Herzschrittmachers ist es erwünscht, daß die Impulsfolgefrequenz der Impulserzeugungseinheit
eingestellt werden kann, nachdem das Elektrodensystem und die Impulserzeugungseinheit implantiert worden sind. Die
Impulserzeugungseinheit ist nach dem Implantieren offensichtlich nicht mehr einfach zugänglich. Es gibt viele
Gründe dafür, daß es wünschenswert ist, die Impulsfolgefrequenz einzustellen. Beispielsweise kann für einen
Patienten unmittelbar nach der Implantation eine höhere Folgefrequenz besser sein, doch kann es nach einigen Tagen
erwünscht sein, die Folgefrequenz auf einen normalen Wert herabzusetzen. Auf Grund von Verbesserungen in der Ausführung
können implantierte Herzschrittmacher über lange Zeitperioden wirksam bleiben, und es kann erwünscht sein,
die Folgefrequenzen nach mehreren Jahren zu ändern, da sich manche Patienten, wenn sie älter werden, bei einer
anderen Folgefrequenz, als der zur Zeit der ursprünglichen Implantation eingestellten Folgefrequenz besser fühlen.
Implantierbäre Herzschrittmacher mit extern einstellbaren Schrittfolgefrequenzen sind bekannt. Bei einer bekannten
Ausführungsform enthält die Zeitsteuerschaltung eines Oszillators, der die Impulsfolgefrequenz bestimmt, ein
lineares Potentiometer, das durch Verwendung einer "Keith11-Hautnadel
eingestellt werden kann.DasNadelende hat einen dreieckigen Querschnitt, der in die Welle des Potentiometers
zum Verändern des Widerstandswerts in der Zeitsteuerschaltung
ORIGINAL IN6PECTED
809824/ 1 om
2 7 5 b 7 O
eingreifen kann. Es ist offensichtlich, daß die Nadel zur Folgefrequenzsteuerung richtig angebracht» durch die Haut
gestochen und wieder zurückgezogen werden muß.
Bei einem weiteren bekannten Schrittmacher wird ein externes Magnetelement, das Magnetimpulse mit einer
Folgefrequenz von 330 Hz erzeugt, dazu benutzt, einen Reed-Schalter zur Änderung des Ausgangsstroms oder zur
Einstellung der festen Schrittfolgefrequenz zu betätigen. Eine Anzahl von Impulsen in jeder Programmierfolge dient
dabei als Code, der vom implantierten Schrittmacher erkannt wird und die gewünschten Parameteränderungen
bewirkt. Codezahlen werden dabei automatisch ausgewählt, wenn ein Stromwert und eine Fölgefrequenz in die Programmiereinheit eingegeben werden. Dieses System ist in der USA-Patentschrift 3 557 796 beschrieben.
In der USA-Patentschrift 3 9^5 387 ist ein implantierbarer
Herzschrittmacher beschrieben, der mit einem Asynchronbetrieb mit fester Folgefrequenz arbeitet, jedoch die Änderung seiner
Folgefrequenz gestattet, indem eine Zählrschaltung über vor·
bestimmte Schritte in Abhängigkeit von Taktimpulsen weitergeschaltet wird. Zur Fortschaltung der Zählerschaltung wird
ein einziger Taktimpuls erzeugt, indem ein Magnet über dem Ort der implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht
wird. Jedesmal dann, wenn es erwünscht ist, die Impulserzeugungseinheit auf eine andere Schrittfolge einzustellen,
muß der externe Magnet angebracht und in der beschriebenen Weise wieder entfernt werden.
Es ist auch ein implantierbarer Herzschrittmacher bekannt, bei dem ein vcn einem extern angebrachten Magnet betätigter
809824/1003 original
2 7 b b 7 Ü
magnetischer Reed-Schalter dazu benutzt wird, eine Zählerschaltung
durch vorbestimmte Schritte weiterzuschalten, damit die Amplitude der Anregungsimpulse schrittweise systematisch
verändert wird, wobei ein Durchlauf durch die gleichen Schritte erfolgt, nachdem alle Amplitudenwerte durchlaufen worden
sind. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, den Schwellenwert des Patienten ohne chirurgischen Eingriff zu bestimmen.
Der Schwellenwert kann sich ebenfalls wie die Folgefrequenz mit dem Alter oder mit unterschiedlichen Bedingungen nach
der Implantation ändern.
Beim erfindungsgemäßen Schrittmacher werden zwei magnetische
Reed-Schalter, die zweckmässigerweise als Patientenschalter und als Arztschalter bezeichnet werden, in die implantierte
Impulserzeugungseinheit eingebaut; diese Schalter können mit Hilfe eines Magnetfeldes von außen betätigt werden. Der
Arztschalter wird durch seine Lage und durch eine wenigstens teilweise vorgenommene magnetische Abschirmung wesentlich
weniger empfindlich als der Patientenschalter gemacht. Daher betätigt nur ein sehr starkes und ungewöhnliches Magnetfeld
den Arztschalter, jedoch betätigt das gleiche Magnetfeld auch den Patientenschalter.
Im dargestellten AusfUhrungsbeispiel arbeitet der Herzschrittmacher
normalerweise in einer Betriebsart, in der Anregungsimpulse erzeugt und zum Herzen übertragen werden,
wenn natürlich auftretende Herzschläge ausbleiben. In der dargestellten AusfUhrungsform ist ein Gleichlaufimpuls vorgesehen,
der gemäß den obigen Erläuterungen ein nichtanregend wirkender Impuls ddt, der in zeitlicher Beziehung
mit einem natürlichen Herzschlag erzeugt wird, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.
8 o 9 8 7 i /1 η η 3 OW3INAL 1NerecTED
2 7 b b 7 Ü
Dem Patienten wird ein schwächerer Magnet (mit typischerweise 70 Gauß bei 3,5 cm) gegeben, der in der Nähe der
implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht werden kann, damit nur der Patientenschalter betätigt wird, Auf
Grund der relativ geringen Stärke des Magnetfeldes des dem Patienten gegebenen Magnets,(der trotzdem stärker als
irgendein möglicherweise anzutreffendes Streumagnetfeld ist , kann der Patient den Arztschalter nicht betätigen.
Wenn der Patientenschalter geschlossen wird, wird die Impulserzeugungseinheit in die Betriebsart mit fester
Impulsfolgefrequenz umgeschaltet. Aus mehreren Gründen kann es erwünscht sein, in diese Betriebsart mit fester
Impulsfolgefrequenz durch den. Patienten selbst umzuschalten.
Wenn es erwünscht ist, die Grundfolgefrequenz des Systems zu ändern, dann muß ein wesentlich stärkerer Magnet
(typischerweise 400 Gauß bei 3,5 cm) angewendet werden, wobei in diesem Fall sowohl der Patientenschalter als
auch der Arztschalter betätigt werden. Die Betätigung des Patientenschalters hat zur Folge, daß die Impulserzeugungseinheit
in der Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet; gleichzeitig bewirkt die Betätigung
des Arztschalters die Kopplung von Impulsen aus der Impulserzeugungseinheit
zu einer Zählerschaltung, die zyklisch eine vorbestimmte Anzahl von Zählerständen durchlaufen
kann. Jeder Zählerstand in Zählerstufen mit höherer Wertigkeit bestimmt eine andere Grundfolgefrequenz der
Ausgangsimpulse (d.h. der Herzanregungsimpulse).
Die Ausgangssignale der höherwertigen Zählerstufen werden
in einem bevorzugten System direkt über bewertete Widerstände abgegriffen, damit ein repräsentatives Analogsignal erzeugt
80982 4/1003 ORIGINAL INSPECTED
2 7 5 b 7 O
- ίο -
wird. Dieses Analogsignal wird mit einem weiteren Signal kombiniert, das den Zustand der Energieversorgungsquelle
der Impulserzeugungseinheit repräsentiert, und das resultierendeSignal
wird dazu verwendet, einen Grundfrequenz-Ladestrom zu erzeugen, der in einem Oszillator einem Zeitsteuerkondensator
zugeführt wird, damit die Grundfolgefrequenz der Herzimpulse festgelegt wird.
Wie noch genauer erläutert wird, ist es bekannt, daß die Folgefrequenz eines Herzschrittmachers eine wirksame Anzeige
für den Zustand der Versorgungsenergiequelle oder der Batterien ist. Typischerweise sollten die Batterien dann ersetzt
werden, wenn sich die Grundfolgefrequenz auf einen um 10%
unterhalb des ursprünglichen Werts liegenden Wert verschoben hat.
Nach der Erfindung wird dann die Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit programmiert, und die tatsächliche
Arbeitsfolgefrequenz wird vom Ausgangssignal der höherwertigen Zählerstufen und auch von einer Information über
den Zustand der Batterien bestimmt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nur die drei höchstwertigen Stufen des Zählers zur Festlegung eines
Ausgangszuständes benutzt. Die Signale aus den höherwertigen Stellen werden zur Erzeugung eines Analogsignals benutzt, das
den gewünschten Betriebszustand für die Grundfolgefrequenz repräsentiert. Der Zähler ist ein siebenstufiger,asynchroner Zähler,
der seinen Ausgangsstand nach Beendigung einer Zählung von 16 erhöht und nach einem zyklischen Durchlauf durch die
acht möglichen Ausgangszustände der drei höchstwertigen Stufen erneut zyklisch durchläuft. Die Impulserzeugungseinheit
ORfGlNAL IWPECTED 809824/1003
verbleibt daher in einem gegebenen Ausgangszustand, bis
16 Schrittmacher-Ausgangsimpulse erzeugt worden sind. Da die Grundfolgefrequenz in einem relativ weiten Bereich
verändert werden kann, kann sich die Zeitdauer, in der das System in einem gegebenen Ausgangszustand verbleibt, im
Bereich von 9 bis 16 Sekunden ändern.
Solange der Betätigungsmagnet an seiner Stelle bleibt und beide Reed-Schalter geschlossen bleiben, wird die Impulserzeugungseinheit durch die verschiedenen Grundfolgefrequenzen fortgeschaltet. Typischerweise reicht der Bereich
der Grundfolgefrequenzen von'60 Schlägen pro Minute bis
Schlägen pro Minute, wobei jeder Zustand um 6 Herzschläge pro Minute von den angrenzenden Stufen entfernt liegt. Dies
hat sich als brauchbarer Bereich herausgestellt, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung
der Anwendung eines für den Arzt bestimmten Magnets auf einen implantierten Herzschrittmacher,
Fig.2 eine schematische DarstäLlung zur Veranschaulichung
der richtigen Anbringung eines Magnets relativ zum Schrittmacher von Fig.1,
Fig.3 ein idealisiertes Diagramm zur Darstellung der Änderung
der Grundfolgefrequenz eines Herzschrittmachers, abhängig von der Zeit nach der Implantation,
ORIGINAL IN6PECTED 80982Λ/1003
2 7 5 b 7 Ü
Fig.4 ein Blockschaltbild eines Herzschrittmachers mit der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
Flg.5 ein Schaltbild der Anordnung von Fig.4 und
Fig.6 ein Schaltbild einer Ausgangsstufe der Zählerschaltung,
die die Grundfolgefrequenz bestimmt.
In Fig.1 gibt das Bezugszeichen 10 allgemein die Umrißlinie
einer implantierten Impulserzeugungseinheit eines Herzschrittmachers an. Die Einheit ist typischerweise
in einem korrisionsbeständigen, flUssigkeitsundurchlässigen Gehäuse, gewöhnlich im Bauchbereich oder im Rippenbereich
eines Patienten angebracht. Von der Impulserzeugungseinheit 10 führt ein Katheter 11 zu einer Elektrode,
die so angebracht ist, daß sie mit der Wand der anzuregenden Herzkammer in Kontakt steht.
In der Darstellung von Fig.1 ist über der implantierten Impulserzeugungseinheit 10 ein starker Magnet 12 angebracht.
Der Magnet 12 hat eine ausreichende Stärke (beispielsweise
400 Gauß bei 3,5 cm), damit zwei magnetische Reed-Schalter S1 und S2 nach Fig.2 betätigt werden. Wie
Fig.2 zeigt, ist der Schalter S1 parallel zu den vom Magnet 12 -erzeugten Magnetflußlinien angeordnet, die sich
vom Nordpol N zue Südpol S erstrecken.Der Schalter S2 ist
dagegen so ausgerichtet, daß er senkrecht zu den Flußlinien liegt, und dadurch weniger empfindlich ist. Damit
der Schalter S2 noch unempfindlicher wird, 1st er von einer magnetischen Hülse 14 umgeben.
8o'98?4 /1 om
2 7 b b 7 O
Der Schalter S1 kann von einem Magnet mit geringerer Feldstärke betätigt werden; er wird manchmal als der
Patientenschalter bezeichnet, während der Schalter S2 als der Arztschalter bezeichnet wird.Wenn der Arzt das
relativ starke Magnetfeld zur Anwendung bringt, werden beide Schalter S1 und S2 geschlossen. Wenn Jedoch ein
schwächeres Magnetfeld, beispielsweise durch den Patienten angewendet wird, wird nur der Schalter S1 geschlossen.
Außerdem kann das Feld des Patientenmagnets horizontal verlaufen, während das stärkere Magnetfeld des Arztmagnets
einen vertikalen Verlauf haben kann, damit die gewünschte Selektivität erzielt wird.
Bevor nun das System beschrieben wird, sei auf Fig.3
Bezug genommen, in der zwei Kurven 16, 17 dargestellt sind, die die Beziehungen zwischen der Grundfolgefrequenz
eines.*Herzschrittmachers ( an der Ordinate ) und der Zeit
( an der Abszisse ) im Anschluß an die Implantation angeben. Die von der Kurve 16 angegebene Beziehung gilt dabei für
eine höhtre Grundfolgefrequenz, während die Kurve 17 für eine niedrigere Grundfolgefrequenz gilt. Unter der
Annahme, daß ursprünglich die Impulsfolgefrequenz nach der Kurve 17 eingestellt wurde, würde ein untersuchender
Arzt oder ein Schrittmacherspezialist feststellen, daß die Batterien des Schrittmachers ausgewechselt werden
müssen, wenn die Folgefrequenz unter 9096 (gemäß der gestrichelten Linie 18) der ursprünglichen Nennfolgefrequenz
gemäß der Linie 17A fällt.
8O98n/ions
In Fig.4 ist das anzuregende Herz mit dem Bezugszeichen 20
angegeben. Zwischen derlmpulserzeugungseinheit und dem Herzen ist eine einzige Leitung 21 angebracht. Ein Rückweg wird
vom Körper selbst gebildet, und eine unter der Haut liegende Elektrode ist normalerweise an der Impulserzeugungseinheit
als Bestandteil des Gehäuses angebracht. Eine Defibrilierungs-Zenerdiode und ein Filter 22 gegen elektromagnetische Störungen
sind zwischen die Leitung 21 und den Hauptteil der Schaltung eingefügt. Von einer Ausgangsschaltung 23
wird über eine Leitung 24 und einen Ausgangskondensator 25 ein anregender Ausgangsimpuls zum Filter 22 und zur
Schrittmacherleitung 21 übertragen. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangskondensator 25 und dem Filter 22 ist
eine Abtastleitung zum Eingang eines Verstärkers 27 geführt, der eine noch genauer zu beschreibende stabilisierende Rückkopplungsschaltung
28 aufweist.
Am Ausgang des Verstärkers 27 sind ein Schwellenwertdetektor für einen positiven Schwellenwert und ein Schwellenwertdetektor
30 für einen negativen Schwellenwert parallel zum gleichzeitigen Empfang der Verstärkerausgangssignale
angeschlossen, und die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren sind an ein ODER-Glied 31 angeschlossen. Der Ausgang des
ODER-Glieds 31 ist an eine wiederauslösbare monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 angeschlossen, deren Ausgang
über eine Verzögerungsschaltung 33 und einen Kondensator 34 an eine Hemmschaltung 35 angeschlossen ist. Der Ausgang der
Verzögerungsschaltung 33 ist auch mit einer Seite des Patientenschalters S1 verbunden, dessen andere Seite an
Masse liegt. Wenn der Patientenschalter geschlossen ist, kann somit das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33
80982Λ/1003 original inspected
nicht zur Hemmschaltung 35 übertragen werden.
Der Ausgang der Hemmschaltung 35 ist mit einem Schwellenwertdetektor
36 verbunden, der seinerseits über den Arztschalter
S2 an eine Folgefrequenz-Programmierschaltung angeschlossen ist.Der Ausgang der Programmierschaltung
ist an eine Ladeschaltung 38 angeschlossen, deren Ausgangssignal den Ladestrom eines Zeitsteuerkondensators 40
zur Festlegung einer Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit bestimmt. Die Spannung am Zeitsteuerkondensator
AO wird vom Schwellenwertdetektor 36 abgetastet, und wenn die Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert
erreicht hat, wird eine Entladeschaltung 46 betätigt,
damit die Ausgangsschaltung 23 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses erregt wird.Eine Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung
47 verhindert ein Arbeiten des Systems über einer vorbestimmten Grundfolgefrequenz, die normalerweise bei
120 Herzschlägen oder Impulsen pro Minute liegt.
Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33 wird
auch von einem GIeichlaufimpulsgenerator 48 empfangen,
der die Ausgangsschaltung 23 so erregt, daß diese einen nichtanregenden Impuls erzeugt, der an das Herz angelegt
wird. Die Impulsdauer eines Anregungsimpulses kann 0,75 ms betragen,- während die Dauer eines GIe ichlauf impulses in
der Größenordnung von 20/Us liegen kann.
Im Normalbetrieb arbeitet der Herzschrittmacher von Fig.4
bei geöffneten Schaltern S1 und S2 in einer Betriebsart, in der die SchrittmatcherimpulaB nicht in Konkurrenz mit
den natürlichen Herzschlägen auftreten.
809824/ιnns
2 7 5 b 7 O
Wenn das Herz normal arbeitet, wird von der in die Herzkammer implantierten Elektrode eine R-Welle abgetastet,
und ein Signal wird über die Leitung 21 zur Filterschaltung 22 und über die Leitung 26 zum Verstärker 27 übertragen.
Der Verstärker 27 erzeugt ein Ausgangssignal, das das abgetastete Signal repräsentiert, das entweder positiv
oder negativ sein kann. In jedem Fall stellt einer der Schwellenwertdetektoren 29, 30 die Anwesenheit einer R-Welle
fest, und über das ODER-Glied 31 wird ein Impuls übertragen, der die monostabile Schaltung 32 auslöst.
Die monostabile Schaltung 32 kann herkömmlich aufgebaut sein; ihre Hauptaufgabe besteht darin, Störungen zu unterdrücken,
die auf Grund der 60 Hz-Frequenz auftreten. Die monostabile Schaltung 32 kann also von 60 Hz-Störungen
nicht erneut ausgelöst werden, so daß ein Anhalten des Schrittmachers in Anwesenheit von Netzstörungen verhindert
wird.
Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 32 wird
von der Verzögerungsschaltung 33 geringfügig verzögert. Dies verhindert eine Betätigung der Schaltung durch einen
Anregungsausgangsimpuls unmittelbar im Anschluß an seine Erzeugung. Wenn eine R-Welle festgestellt wurde, dann betätigt
das abgetastete Signal nach der Verstärkung den GIeichlaufimpulsgenerator 48, der seinerseits die Ausgangsschaltung
23 so erregt, daß diese in zeitlich festgelegter Beziehung zum natürlich auftretenden Herzsignal einen nichtanregenden Impuls erzeugt. Wenn keine natürliche R-Welle festgestellt
wird, dann stellt die Entladeschaltung 46 fest, daß die Spannung am Zeitsteuerkondensator 40 an einem von
der Programmierschaltung 37 bestimmten Zeitpunkt einen gewissen Wert erreicht hat, und unter diesen Umständen erzeugt
die Entladeschaltung 46 ein Signal, das die Ausgangsschal-
809824/1003 Λ_
ORIGINAL INSPECTED
275b7ü2
tung 23 zur Erzeugung eines dem Herzen zugeführten Anregungssignal betätigt. Die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47
ist so ausgelegt, daß ein Betrieb der Entladeschaltung 46 bei einer vorbestimmten maximalen Folgefrequenz verhindert
wird, die, wie erwähnt wurde, bei 120 Impulsen pro Sekunde liegen kann. Die Aufgabe der Hemmschaltung 35 besteht darin,
einen Ausgangsimpuls für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode
im Anschluß auf das Auftreten einer natürlichen R-WeHe oder eines angeregten Herzschlags zu verhindern.
Wenn gewünscht wird, daß die Schaltungsanordnung in einem Asynchronbetrieb arbeitet, bei dem die Grundfolgefrequenz
konstant ist, wird über der Impulserzeugungseinheit 10 ein relativ schwacher Magnet angebracht, damit der Patientenschalter
S1 geschlossen wird. Dadurch wird der Signalausgang der Verzögerungsschaltung 33 kurzgeschlossen, und die Entladeschaltung
46 kann die Ausgangsschaltung 23 entsprechend der programmierten internen Zeitsteuerung betätigen.
Wenn es erwünscht ist,die Grundfolgefrequenz zu ändern,
wird ein ausreichend starker Magnet zum Schließen der beiden Schalter S1 und S2 verwendet. Das Schließen des Schalters S1
bewirkt das Arbeiten der Anordnung im Asynchronbetrieb, wie oben angegeben wurde. Das Schließen des Schalters S2
gibt den .Schwellenwertdetektor 36 frei, damit dieser Impulse in zeitlicher Beziehung zu den Ausgangsimpulsen erzeugt
und zur Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 überträgt.
Die Programmierschaltung 37 enthält einen siebenstufigen asynchronen Zähler, der 16 Eingangsimpulse zählt und dann
die drei höchstwertigen Stufen weiterschaltet, die eine Änderung der Ausgangsfolgefrequenz ergeben. Die drei
höchstwertigen Stellen der Zäh]a?schaltung werden zusammen
809824/ 1 003
275S702
mit bewerteten Widerständen dazu benutzt, ein eine gewünschte Grundfolgefrequenz repräsentierendes Analogsignal
zu erzeugen, wie noch erläutert wird. Dieses Signal wird mit einem schematisch als Block 49 angegebenen
Signal kombiniert, das den Zustand der Batterie anzeigt. Diese Signale werden in der Ladeschaltung 38 kombiniert,
damit in entsprechender Weise die Ladezeit des Zeitsteuerkondensators 40 modifiziert wird. Nachdem 16 Ausgangsimpulse
aufgetreten sind, ändert sich die. fünfthöchstwertige Stelle der Zählerschaltung in der Programmierschaltung 37, und die
Folgefrequenz wird auf den nächsten Schritt vergrößert. Der Vorgang läuft in dieser Weise weiter, bis der Magnet entfernt
wird und der Schalter S2 öffnet. Nach öffnen der beiden Schalter S1 und S2 kehrt die Anordnung wieder in die
Betriebsart zurück, in der keine mit den natürlichen Herzschlägen in Konkurrenz tretende Anregungsimpulse erzeugt
werden, doch hängt jetzt die von der Programmierschaltung 37 bestimmte Grundfolgefrequenz von dem Zustand ab, in dem
sie belassen wurde, als sich der Schalter S2 öffnete.
In Fig.5 sind zur Kennzeichnung gleicher Schaltungseinheiten
oder Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.4 verwendet.
Das Herz ist also wieder mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Das Signal von der Ausgangsschaltung 23 wird
über die Leitung 24 durch den Ausgangskopplungskondensator 25 und die Zenerdioden- und Störfilterschaltung 22 zum Herzen 20
übertragen. Die Herzaktivität wird von der Herzelektrode abgetastet, und dem Eingangsverstärker 27 wird ein Signal
über die Leitung 26 zugeführt. Vor der Eingabe in den Eingangs-
ORIGINAL INSPECTED
809824 / 1 003
2 7 5 b 7 O 2
verstärker durchläuft das Signal zwei Differenzierschaltungen 50 und 51, damit eine selektive .Filterung niedriger
Frequenzen erzielt wird. Der Eingangsverstärker 27 enthält als aktive Elemente einen ersten Transistor 22 in Basisschaltung, einen Transistor 53 und einen Transistor 54;
diese Transistoren bilden einen dreistufigen Verstärker. Das Signal wird vom Kollektor des Transistors 54 über eine
Leitung 55 abgenommen und durch die RUckkopplungsschaltung 28, die einen Integrator aus dem Widerstand 54 und dem Kondensator 58 sowie ein drittes Differenzierglied aus einem
Widerstand 56 und einem Kondensator 51 besteht, zur Basis des ersten verstärkenden Transistors 52 zurückgekoppelt.
Die RUckkopplungsschaltung ergibt eine Gegenkopplung zur Stabilisierung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers,
und sie ergibt eine vorbestimmte hohe Grenzfrequenz und zusätzlich eine vorbestimmte tiefe Grenzfrequenz. Außerdem
ermöglicht die eben beschriebene Schaltungsanordnung eine Unterscheidung der T-Welle, und sie beschleunigt die Erholung des Verstärkers nach dem Auftreten eines angeregeten
Ausgangsimpulses. Nach dem Auftreten eines Ausgangsimpulses
bleibt kurzzeitig an der Anregungselektrode eine Polarisierungsspannung zurück.
Das vom Kollektor des Transistors 54 abgenommene Ausgangssignal wird über ein viertes Differenzierglied 59 zum
Schwellenwertdetektor 29 für den positiven Schwellenwert und über ein fünftes Differenzierglied 60 zum Schwellenwertdetektor für einen negativen Schwellenwert gekoppelt.
Das vierte und das fünfte Differenzierglied tragen auch zur selektiven Bandpaßfilterung der Schaltungsanordnung bei.
Die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren 29 und 30 werden an die Transistoren 62 bzw. 63 angelegt, die zusammen die
Funktion des ODER-Glieds 31 von Fig.4 haben.
809826/1003
2 7 5 b 7 O 2
Die Transistoren 62, 63 sind so verbunden, daß sie ein Halteglied bilden und in einer mit der Wirkungsweise eines
steuerbaren Siliziumgleichrichters vergleichbaren Weise arbeiten. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 30 für
den negativen Schwellenwert ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 63 und der Basis
des Transistors 62 verbunden. Ein Strom aus dem Schwellenwertdetektor für den negativen Schwellenwert hat zur Folge,
daß der Transistor 62 leitend gemacht wird, der seinerseits bewirkt, daß der Transistor 63 leitet. Der Ausgang des
Schwellenwertdetektors 29 für den positiven Schwellenwert ist am Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors
62 und der Basis des Transistors 63 angeschlossen; sein Ausgangsstrom bewirkt, daß der Transistor 63 leitet,
dessen leitender Zustand seinerseits zur Folg· hat, daß der Transistor 62 leitet. Der Ausgang dieses Halteglieds
ist über eine Leitung 65 mit dem Eingang der monostabilen, wieder auslösbaren StörunterdrUckungsschaltung 32
verbunden, die einen Transistor 66 enthält, der einen Schwellenwertdetektor für die Spannung an einem Kondensator
67 bildet. Die Wiederauslösungsfunktion wird vom Halteglied 31 ausgeführt.
Wenn das Halteglied leitet, ist die Serienschaltung aus dem Kondensator 67 und einem Widerstand 68 direkt parallel
zur Versorgungsspannung geschaltet. Der Widerstand 68 hat
einen relativ kleinen Wert, so daß sich der Kondensator 67 schnell auflädt. Wenn der Kondensator geladen ist, fließt
kein Strom mehr zum Halteglied, so daß die Transistoren 62, 63 nichtleitend werden. Wenn der Kondensator 67 mit dem
Aufladen beginnt, beginnt der Transistor 66 abgesehen von
27557U2
einer Verzögerung zu leiten, die von einem zvi sehen der
Systemmasse und der Basis des Transistors 66 liegenden Kondensator 69 eingeführt wird.
Wenn ds Halteglied abschaltet, beginnt die Ladung am
Kondensator 67, über die Widerstände 70, 71 abzufliesseu. Es ist diese Entladezeitkontante, die die Periode der
monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 bestimmt. Die Hauptaufgabe dieser Schaltung besteht darin, Störungen
auf Grund der 60 Hz-Frequenz zu unterdrücken, so daß sie vor Ablauf ihrer Haltezeit von 60 Hz-Störungen nicht
erneut ausgelöst wird.Dadurch wird ein Anhalten des Schrittmachers
im Fall von Netzleitungsstörungen verhindert. Das Signal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung
enthält eine Verzögerung von 1,5 ms, damit ein Zustand verhindert wird, der sonst von einem zur Eingangsschaltung
zurückgeführten Anregungsimpuls verursacht werden könnte,
der die Erzeugung eines Gleichlaufimpulses, und nicht die
Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirkt, wie es erforderlich
ist. Diese Funktion wird mit Hilfe des der Verzögerungsschaltung 33 in Fig.4 zugeschriebenen Kondensators
69 bewirkt, indem das Einschalten des Transistors verzögert wird.
Der Patientenschalter S1, der aus einem normalerweise
offenen magnetischen Reed-Schalter besteht, liegt parallel zum Ausgang des Transistors 66. Wenn der Schalter S1 geschlossen
ist, können keine Impulse durch die monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 und die Verzögerungsschaltung
33 laufen.
8098?W1Π03
275b7ü2
Das Ausgangssignal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 ist eine Impulsvorderflanke, die über einen
Kondensator 73 an denEingang der einenTransistor 74 enthaltenden
Hemmschaltung 35 gekoppelt wird. Am Emitter des Transistors 74 tritt während seiner Aktivierung eine vom
Kondensator 141 und vom Widerstand 140 der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 erzeugte exponentiell abnehmende
Spannung auf, wie noch erläutert wird. Diese Spannung hat zur Folge, daß der Emitter-Basis-Ubergang des Transistors
im Verlauf einer die Hemmzeitperiode der Schaltung festlegenden vorbestimmten Zeitperiode in Sperrichtung vorgespannt
wird. D.h. in anderen Worten, daß der Transistor während der Hemmzeitperiode nicht in den leitenden Zustand
übergehen kann.
Die Durchlaßvorspannung des Transistors 74 wird vom Verhältnis der Widerstände 75, 76 an seiner Basis bestimmt. Das Eingangssignal
der Hemmschaltung 35 ist also ein Spannungswert, dessen Größe von der von den Widerständen 75 und 76
gebildeten Spannungsteilerschaltung bestimmt wird. Wenn die exponentiell abnehmende Emitterspannung des
Transistors 74 auf einen unter dem vom Spannungsteiler bestimmten Wert um einen zur Durchlaßvorspannung des
Transistors 74 ausreichenden Wert sinkt, dann wird an seinem Kollektor ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses
Signal wird dem Schwellenwertdetektor 36 zugeführt. Der Schwellenwertdetektor 36 besteht im Prinzip aus
zwei Widerständen 78 und 79. Das Ausgangssignal der Hemmschaltung 35 übergeht das normale Auslösen des
Schwellenwertdetektors 36 nach einer Zeitperiode, die auf die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 bezogen
ist, wie noch erläutert wird. Das Ausgangssignal des
ORIGINAL INSPECTED
809824/100Ί
Transistors 74 wirkt als Durchlaßvorspannung des normalerweise gesperrten Transistors 79» so daß die Abgabe eines
Ausgangssignals verursacht wird, das über eine Leitung 80 dem Arztschalter S2 zugeführt wird. Die andere Klemme des
Arztschalters S2 ist mit dem Triggereingang eines siebenstufigen asynchronen Zählers 85 verbunden, der einen Teil
der Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 bildet. Von den sieben Stufen des Zählers 85 sind die drei höchstwertigen
Stufen mit Q5, Q6 und Q7 bezeichnet. Diese Ausgänge sind an Widerstände 87, 88 bzw. 89 angeschlossen. Die anderen
Enden dieser Widerstände sind gemeinsam am Verbindungspunkt zwischen zwei Widerständen 90 und 91 angeschlossen.
Das andere Ende des Widerstandes 91 liegt an der Versorgungsspannung .
Der Zähler 85 wird jedesmal dann ausgelöst, wenn der Schwellenwertdetektor 36 betätigt wird, während der Arztschalter S2 geschlossen ist. Der Schwellenwertdetektor 36
wird entweder in der angegebenen Weise von der Hemmschaltung 35 oder von einem Signal vom Zeltsteuerkondensator 40 betätigt. Dies bedeutet, daß der Schwellenwertdetektor 36 den Zähler 85 veranlaßt, abhängig von einem
natürlichen Herzschlag oder einem angeregetenHerzsignal vom Zeitsteuerkondensator 40 um einen Zählerstand weiterechaltet, vorausgesetzt, daß der Arztschalter S2 geschlossen ist . Da der Ausgang Q5 die fünfthöchstwertige Stelle
des siebenstufigen Zählers ist, ändert sie sich nur jeweils nach 16 (=24) Zählerständen. Die Stufen Q5, Q6 und Q7
bilden daher einen 3-Bit-Zähler (2*=8 Schritte oder Datenzahlen), der für jeweils 16 Ausgangsimpulse aus dem
Schwellenwertdetektor 36 um einen Zählerstand weiterge-
809824/1003
275b7Ü2
schaltet wird. Jeder der acht Schritte des von den Stufen Q5,
q6 und Q7 gebildeten Zählers stellt eine andere Betriebsstufe dar, was bedeutet, daß sich die Grundfolgefrequenz
der Zeitsteuerschaltung in einer vorbestimmten Weise ändert, wie hier zu erläutern ist.
In Fig.6 ist eine Schaltung dargestellt, die für jede
der Stufen des Zählers 85 repräsentativ ist. Das bedeutet, daß ein P-Kanal-MOS-Transistor 85A und ein N-Kanal-MOS-Transistor
85B so miteinander verbunden sind, daß für jede Flipflop-Schaltung imZähler ein Pufferausgang
entsteht. Die Transistoren 85A und 85B sind komplementäre MOS-Bauelemente, von denen bekannt ist, daß an ihnen ein
sehr kleiner Spannungsahfall auftritt, wenn sie leiten. Wenn sich also die zugehörige Flipflop-Schaltung im
Zustand M1M befindet, hat das Ausgangssignal einen
sehr nahe des Systemmassewerts liegenden Wert. Wenn sich dagegen die Flipflop-Schaltung im Zustand w0"
befindet, dann ist das Ausgangssignal im wesentlichen gleich der negativen Versorgungsspannung (-V). Diese
Schaltung bildet zusammen mit der Bewertung der Widerstände 87, 88 und 89 einen Digital-Analog-Umsetzer,
so daß das Signal an der Ausgangsleitung 89B ein Analog-Signal ist, das die Grundfolgefrequenz repräsentiert, die
durch den Stand des Zählers 85 bestimmt wird. Die Widerstände 87, 88 und 89 sollten so gewählt sein, daß der
Wert jedes Widerstandes für die nächsthöherwertige Stelle halb so groß wie der Wert eines gegebenen Widerstandes
ist. Beispielsweise könnte der Widerstand 87 den Wert 100 M Ohm haben, der Widerstand 88 könnte den Wert 5OM Ohm
haben, und der Widerstand 89 könnte den Wert 25M Ohm haben.
80982Λ/ 1003
2 7 5 b 7 Ü 2
Die Werte der Widerstände 87 bis 89 sind also binär bewertet, wobei der Widerstand mit dem niedrigsten Wert dem höchstwertigen
Bit zugeordnet ist.
Das analoge Ausgangssignal wird einer Summierschaltung zugeführt, an die auch die negative Versorgungsspannung
angelegt ist. Die andere Klemme des Transistors 90 ist über eine Serienschaltung aus Dioden 93, 9^ und einem
Widerstand 95 an Systemmasse und auch an die Basis eines Transistors 96 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors
96 ist mit einer Klemme des Zeitsteuerkondensators 40
verbunden.
Die Widerstände 90, 91 bilden eine Summierschaltung, die mit einer Klemme an die Versorgungsspannung (-V) und
mit der anderen Klemme über die Leitung 95 an den Digital-Analog-Umsetzer
angeschlossen ist. Die Summierschaltung summiert das analoge Eingangssignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer
in der Folgefrequenz-Programmierschaltung und ein einen Batteriewechsel anzeigendes Signal aus der
Energieversorgungseinheit. Das zuletzt genannte Signal wird dem Analogsignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer
überlagert, das die Programmierfolgefrequenz bestimmt. Auf diese Weise wird nicht nur die Grundfolgefrequenz
festgelegt, sondern es wird auch erreicht, daß die Grundfolgefrequenz eine Änderung entsprechend dem Zustand
der Batterie enthält. Wenn die gemessene Folgefrequenz die programmierte Grundfolgefrequenz um 1096 unterschreitet,
dann ist dies eine Anzeige, daß die Versorgungsbatterien schlechter geworden sind und ersetzt werden sollen.
Die Schaltung aus den Bauelementen 93 bis 98, wobei das Schaltungselement 98 ein Widerstand im Emitterkreis
des Transistors 96 ist, bilden die Ladeschaltung 38.
8098?*/1003
275S7U2
Die Dioden 93, 94 sind in Durchlaßrichtung vorgespannt.
Der Spannungsabfall an diesen Dioden verschiebt die Durchlaßvorspannung
am Emitter-Basis-Übergang des Transistors Der Spannungsabfall an der anderen Diode erscheint am
Widerstand 98 zur Bildung einer Konstantstromquelle.
Der Widerstand 95 wirkt mit dem Widerstand 98 so zusammen, daß im Verstärker die Wirkung eines Stromspiegels entsteht.Der
Widerstand 98 ergibt also eine vorbestimmte Mischung des Stroms aus der Stromquelle und aus dem
Stromspiegel zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40. Kurz gesagt ist ein Stromspiegel eine Schaltung, in der
sich ein Eingangsstrom ( an der Basis des Transistors 96) in proportionaler Weise im Ausgangssignal (am Kollektorkreis)
ausdrückt. Diese spezielle Ladeschaltung 38 ergibt ferner eine Stromverstärkung,
Wenn die Größe des Analogsignals zunimmt (obgleich seine Polarität negativ ist), das die Grundfolgefrequenz einstellt,
steigt der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung, so daß ein größerer Ladestrom für den Zeitsteuerkondensator 40 geliefert
wird und eine Zunahme der Grundfolgefrequenz eintritt, Wenn die Versorgungsspannung aus der Batterie abnimmt, nimmt
gleichzeitig auch der Ausgangsstrom zum Zeitsteuerkondensator 40 ab, und die Grundfolgefrequenz nimmt unabhängig vom
Stand des Zählers 85 zu. Auf diese Weise wird die Impulsfolgefrequenz entsprechend dem Zustand der Batterie verändert,
was für jede Einstellung der Grundfolgefrequenz durch den Zähler 85 gilt.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40 ein Ladestrom
im Unterschied zu der Spannung angewendet wird.Die Ursache
ist darin zu sehen, daß durch Verwendung einer Ladestrom-
80 9 8 2 Λ/1003
ORfGfNAL INSPECTED
quelle die Steigung der Ladespannung am Kondensator konstant
ist, was auch beim DurchlaufZeitpunkt durch die Auslöseschwelle der Schwellenwertschaltung 36 gilt; wäre dagegen
eine Ladungsspannungsquelle zum Aufladen des Kondensators verwendet worden, dann würde die Schwellenspannung am
Kondensator einen logarithmischen, nichtlinearen Abfall aufweisen, so daß ein Stabilitätsfehler beim Auslösewert
auf Grund einer niedrigeren, weniger kontrollierten Steigung am Schwellenwertabtastzeitpunkt auftreten würde und eine
geringere Auslösezeitstabilität für den Schwellenwertdetektor erzeugt würde.l
Der Zeitsteuerkondensator 40 ist über zwei in Serie geschaltete Widerstände 100 und 101 mit der negativen Klemme
der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Der positive Anschluß des Zeitsteuerkondensators 40 liegt an der Basis
des Transistors 78 im Schwellenwertdetektor 36. Der Emitter dieses Transistors liegt in einem Stromkreis mit dem
Transistor 105 in der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47. Die Funktion des Transistors 105 wird später noch genauer
beschrieben, doch sei hier angenommen, daß er leitet. Wenn die Spannung am Kondensator 40 einen Schwellenwert
überschreitet, leitet der Transistor 78, so daß auch der leitende Zustand des Transistors 79 herbeigeführt wird,
damit dem Zähler 85 ein Impuls zugeführt wird; dabei wird auch der Zeitsteuerkondensator 40 entladen, da der Kollektor
des Transistors 7,9 mit der negativen Klemme des Zeitsteuerkondensator 40 verbunden ist.
Die Entladeschaltung 46 enthält eine Stromquelle 105 sowie zwei Stromspiegelschaltungen 106 und 107» die von einer
gemeinsamen Diode 108 Gebrauch machen. Es ist auch ein
809824/1003
" 28 " 2 7 b b 7 Ü 2
dritter Stromspiegel 110 vorgesehen, der das Ausgangssignal
der Stromspiegel 106, 107 empfängt. Der Stromspiegel 106 enthält einen Transistor 111, dessen Kollektor
über eine Leitung 112 so angeschlossen ist, daß er den Zeitsteuerkondensator 40 entlädt. Der Entladestrom fließt
durch den Transistor 111 und den Stromspiegel 106.
Die Stromquelle 105 erzeugt einen konstanten Strom, der dem Stromspiegel 106, 107 zugeführt wird. Diese Schaltung
wird von einem vom Ausgangssignalwert des Schwellenwertdetektors
36 (d«h. vom Transistor 79) erzeugten Signal eingeschaltet. Vorströme für die Stromquelle 105 fHessen
über einen Widerstand 114 und durch den Stromspiegel 107,
damit die Stromquelle 105 gestartet bzw. stabilisiert wird.
Der Ausgangsstrom der Stromquelle 105 wird im ersten Stromspiegel 106 etwa mit dem Faktor 5 multipliziert, wobei
dieser Stromspiegel seinen Strom der Entladung des Zeitsteuerkondensators 40 entnimmt. Der Stromverstärkungsfaktor wird durch die Einstellung des Werts eines
Widerstandes 117.bestimmt, der den beiden Stromspiegeln 106, 107 gemeinsam angehört; diese Einstellung bestimmt den Entladestromwert
und somit die Entladezeit für den Zeitsteuerkondensator 40, die gleich der Dauer des Ausgangsanregungsimpulses
ist. Der Strom aus den Stromspiegeln 106, 107 wird im dritten Stromspiegel 110 summiert, der den Stromwert
in den Milliampere-Bereich, also den Bereich der Ausgangsstromgröße, anhebt« Der Strom wird über einen Ausgangstransistor
120 gekoppelt, der eines der aktiven Bauelemente der Ausgangsschaltung 23 von Fig.4 ist.
ORiGINAL IN6PECTED 809824/1003
~29~ 275S7Ü2
Der Kollektorstrom des Transistors 120 wird über einen Spannungsverdopplungskondensator
122, einen als Schalter für den Spannungsverdoppler wirkenden Transistor 123 und den Ausgangskopplungskondensator
25 an das Herz angelegt. Diese Schaltung liefert einen konstanten Strom an das Herz, jedoch ermöglicht
sie zur Berücksichtigung des Impedanzwerts das Anlegen einer Spannung an das Herz mit einem bis etwa zum doppelten Wert
der Versorgungsspannung reichenden Wert, damit der notwendige Strom geliefert wird. Die Transistoren 120 und 123 sind
normalerweise gesperrt, so daß am Kondensator 122 eine Spannung mit dem Nennwert der Versorgungsspannung von 3V
in der dargestellten Polarität auftritt. Wenn der Transistor 120 den Ausgangsstrom leitet, wird die positive
Klemme des Kondensators auf das Potential der negativen Versorgungsleitung gezogen, so daß die negative Klemme
des Kondensators 122 abhängig von der vom Herzen gebildeten Lastimpedanz und vom Ausgangsstrom eine Spannung von bis
zu etwa -6V annehmen kann. Wenn der Transistor 123 leitet, wird dieses Signal direkt über den Ausgangskopplungskondensator
25 an das Herz gekoppelt. Die in dem Schaltbild dargestelltet verschiedenen Vorspannungswiderstände
sind groß genug, so daß das Fließen des Stroms von 8mA (des normalen Ausgangsstroms) des Anregungssignals auf
den Weg aus dem Transistor 120, dem Kondensator 122, dem Transistor 23, dem Ausgangskopplungskondensator 25 und dem
Herzen beschränkt ist.
Es wird nun auf das Schaltbild des GIeichlaufimpulsgenerators
48 von Fig.4 Bezug genommen (siehe den unteren Mittelabschnitt von Fig.5). Dieser Generator empfängt das gleiche
Eingangssignal wie die Hemmschaltung 35; sie enthält einen
809824/1003
Transistor 131, der beim Empfang eines Impulses leitet.
Im Emitterkreis des Transistors 131 liegt ein Kondensator 133, der eine Verzögerungszeit von 20 us verursacht, nach
der ein zweiter Transistor leitet, und den Strom aus den beiden Stromspiegeln 106 und 107 zur negativen Versorgungsleitung
ableitet, so daß dadurch die Stromzufuhr zum dritten Stromspiegel 110 beendet wird, während auch die
Dauer des Ausgangsimpulses auf die angegebenen 20/as verkürzt wird. Das Entladen des Zeitsteuerkondensators 40
ist in jedem Fall gleich, und die Schaltung wird in der Weise wieder in den Ausgangszustand versetzt, als wäre
ein vollständiger Ausgangsimpuls erzeugt worden. Diese Anfangsbedingungen umfassen das erneute Einstellen der
Schwellenwerte, das Entladen des ZeitSteuerkondensators
usw. Es ist zu erkennen, daß der Transistor 79 so mit dem GIeichlaufimpulsgenerator 48 gekoppelt ist, daß der Transistor
79 leiten muß, bevor dem Verzögerungskondensator 133
des Gleichlaufimpulsgenerators über die Leitung 136, den
Widerstand 100 und den Transistor 131 eine Versorgungsspannung zugeführt wird; wenn der Transistor 79 nicht
leitet, beginnt der zur Erzeugung des 20 us andauernden Gleichlaufimpulses nicht, bis der Oszillator zurückgestellt
wird und der Schrittmacher-Ausgangsimpuls beginnt. Dies spart die kurze Gleichlaufimpulsdauer zum Starten
der Schwellenwertfeststellung im Schwellenwertdetektor 36, so daß sich die Startzeit des Schwellenwertdetektors nicht
vender GIeichlaufperiode subtrahiert, sondern unabhängig
von Geschwindigkeitsänderungen des Schwellenwertdetektors bleibt.
Die Hauptaufgabe der Folgeperiode-Begrenzungsschaltung 47 besteht darin, den Betrieb des Schrittmachers bei einer
809824/ 1003
über einer!vorbestimmten Folgefrequenz liegenden Folgefrequenz zu verhindern, die normalerweise auf einen Wert
unter 120 Hz eingestellt ist. Die Begrenzungsschaltung erreicht dies dadurch, daß der Betrieb des Schwellenwertdetektors 36 gesperrt wird. Die grundlegende Zeitsteuerfunktion wird mittels eines Widerstandes 140 und eines
Kondensators 141 erzielt, wobei der Wert des Widerstandes 140 viel größer als die Summe der Werte der Widerstände 100,
101, 103 und 144 ist. Die Spannung an der oberen Klemme des Kondensators 141 let auf die negative Versorgungsspannung bezogen, und die Spannung an der anderen Klemme
ändert sich von Werten unterhalb des Spannungswerts -V gegen den Spannungswert OV, so daß der Transistor 105
bei einer Änderung nach oben leitend gemacht wird. Der Transistor 105 muß sich im leitenden Zustand befinden,
damit ein Stromweg (Leitung 149) für den Schwellenwertdetektor 36 (d.h. den Transistor 78) geschaffen wird.
Im Betriebszustand wird ein Ausgangsimpuls durch den Transistor 79 des Schwellenwertdetektors 36 dazu benutzt,
den Kondensator 141 aufzuladen, und diese Ladung ergibt eine Spannung, bei der der Transistor 105 an einem Zeitpunkt leitet, der auf 550 ms (120 Impulse pro Minute)
nach dem Beginn des Zeitablaufs des Ausgangsimpulses voreingestellt ist. Auf Grund der Änderung des Signalwerts wird
der negative"Pegel verdoppelt, auf dem der untere Anschluß des Kondensators 141 liegt, und da er sich exponentiell
gegen Masse entlädt, ergibt sich ein guter Abgriffpunkt an einem sich relativ schnell ändernden Abschnitt der
Entladekurve, was eine genauere stabile Einstellung der 550 ms-Zeitperiode zum Herbeiführen des leitenden Zustandes
des Transistors 105 und zur Freigabe des Betriebs des
809824/ 1003
-32- 2 7 5 b 7 O 2
Schwellenwertdetektors 36 ermöglicht. Außerdem wird dadurch die Abhängigkeit von Änderungen des Versorgungsspannungswerts
beseitigt, da der Abgriffwert etwa in der Mitte zwier'ten
dem Anfangswert und dem Endwert auf der Entladekurve (dem zweifachen Wert der Versorgungsspannung) bei Versorgungsspannungsänderungen
bleibt. Außerdem wird ein Signal mit hohem Wert als Bezugspunkt für die 325 ms dauernde refraktäre
Periode geschaffen. Dies erfolgt dadurch, daß der Emitter des Transistors 74 in der Hemmschaltung 35 über die
Leitung 150 zum Folgefrequenz-Begrenzungskondensator 141 t
über den Widerstand 143 und über den Basis-Emitter-Ubergang
des Transistors 105 mit der Versorgungsspannung -V in Beziehung gesetzt wird (das Schließen des Stromkreises
zum Transistor 79 erfolgt über die Leitung 151).
In der dargestellten Ausführungsform ist eine Anordnung
von magnetischen Schaltern S1 und S2 zusammen mit verschiedenen Feldrichtungen für die Magnete angegeben worden. Der
Fachmann kann erkennen, daß zur Erzielung der gewünschten Selektivität oder Empfindlichkeit dieser Schalter auch
andere Anordnungen gewählt werden können. Beispielsweise könnten die Schalter S1 und S2 parallel zueinander und
parallel zur angrenzenden Hautoberfläche ausgerichtet sein, wobei beide Magnetfelder (wieder mit beträchtlich
unterschiedlicher Stärke) horizontal verlaufen. Eine weitere Alternative besteht darin, daß die Schalter
parallel zueinander und senkrecht zur Hautoberfläche angeordnet sind, wobei die verschiedenen Magnetfelder
in vertikaler Richtung verlaufen (bei Betrachtung in der Position von Fig.1.).
809824/100 3
Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem speziellen AusfUhrungsbeispiel beschrieben worden, doch ist für
den Fachmann erkennbar, daß Änderungen und Ergänzungen im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich sind.
809824/ 1003
Claims (9)
1.ιImplantierbarer Herzschrittmacher mit einem Impulsgenerator
zur Erzeugung von Herzanregungssignalen, wobei der Schrittmacher in einem Bereitschaftszustand arbeiten kann und
die Herzanregungssignale Übertragen kann, mit ersten und zweiten extern betätigbaren Schaltvorrichtungen, einer
Schaltungseinheit, die abhängig von der Betätigung der
ersten Schaltvorrichtung bewirkt, daß der Schrittmacher
in einer Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet, und einer Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit, die so ausgebildet 1st, daß sie vorbestimmte
Zustände durchlaufen' kann, die unterschiedliche Grundfolgefrequenzen für die Herzanregungssignalerepräsentieren,
dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltungseinheit vorgesehen ist, die abhängig von der Aktivierung der zweiten
Schaltvorrichtung mit den Herzanregungssignalen zeitlich in Beziehung stehende Signale derart Überträgt, daß die
Folgefrequenz-Programmierschaltungselnhelt durch ihre Zustände weiterschaltet, und daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit für eine vorbestimmte Anzahl
Schw/Ba 809R2W100 3
ORIGINAL INSPECTED
275b7U2
von Herzanregungssignalen in jedem ihrer Zustände verbleibt, wobei eine vorbestimmte Anzahl von Zuständen vorgesehen ist,
und die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit nach Beendigung aller Zustände erneut zyklisch die Zustände
durchläuft.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz-Programmirschaltungseinheit eine
Zählerschaltung enthält, die die Grundfolgefrequenz repräsentierenden Signale zählt, und daß eine Digital-Analog-Umsetzerschaltung
vorgesehen ist, die abhängig von den Ausgangssignalen der Zählschaltung ein Analogsignal erzeugt,
das die gewünschte Grundfolgefrequenz repräsentiert.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine ZeitSteuerschaltung enthält,
die abhängig von dem Analogsignal die Grundfolgefrequenz erzeugt.
4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung einen Kondensator enthält und
daß eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, die abhängig von dem Analogsignal den Kondensator auflädt, so daß die
Spannung am Kondensator im wesentlichen linear durch einen vorbestimmten Schwellenwert ansteigt.
5. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Batterievorrichtung zur Abgabe der elektrischen Versorgungsenergie,
eine Abtastvorrichtung zum Feststellen des Zustandes der Batterievorrichtung und zur Erzeugung
eines diesen Zustand anzeigenden Signals und eine Schaltungseinheit zum Kombinieren des den Zustand der Batterievorrichtung
anzeigenden Signals und des die programmierte Grundfolgefrequenz repräsentierenden Signals, wodurch die
80982^/1003
809824/1003 ORfGfNAL INSPECTED
809824/1003 ORfGfNAL INSPECTED
275b702
Folgefrequenz auf einen gewünschten Zustand programmiert
wird und bei Jedem Zustand eine Information hinsichtlich des ZusLandes der Batterie enthält.
6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine Zeitsteuerschaltung zur Erzielung einer Grundfolgefrequenz der Herzanregungsimpulse
mit einem ZeitSteuerkondensator enthält, und daß eine Koniantstromquelle vorgesehen ist, die abhängig von dem
kombinierten Signal einen gesteuerten konstanten Strom für den Zeitsteuerkondensator erzeugt.
7. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit eine
Zählerschaltung enthält und daß eine Schaltungseinheit vorgesehen ist, die in zeitlicher Beziehung mit den
Herzanregungssignalen Signale an die Zählerschaltung ankoppelt, damit die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit die Zustände zyklisch durchläuft.
8. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung zum Herabsetzen der Empfindlichkeit der zweiten Schaltvorrichtung, so daß das zur Betätigung
der zweiten Schaltvorrichtung erforderliche Magnetfeld wesentlich größer als 'das zur Betätigung der ersten Schaltvorrichtung erforderliche Nagnetfeld ist.
9. Herzschrittmacher.nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktfeder ersten Schaltvorrichtung senkrecht
zu den Kontakten der zweiten Schaltvorrichtung liegen.
1 nm
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US75057576A | 1976-12-14 | 1976-12-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2755702A1 true DE2755702A1 (de) | 1978-06-15 |
Family
ID=25018413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19772755702 Withdrawn DE2755702A1 (de) | 1976-12-14 | 1977-12-14 | Implantierbarer herzschrittmacher |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5374786A (de) |
BE (1) | BE861848A (de) |
DE (1) | DE2755702A1 (de) |
FR (1) | FR2374024A1 (de) |
NL (1) | NL7713772A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2929498A1 (de) * | 1978-07-20 | 1980-01-31 | Medtronic Inc | Implantierbares elektronisches geraet |
DE2944543A1 (de) * | 1978-11-06 | 1980-05-14 | Medtronic Inc | Programmierbares medizinisches geraet |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2828127A1 (de) * | 1978-02-24 | 1979-08-30 | Cardiac Pacemakers | Herzschrittmacher |
FR2424737A1 (fr) * | 1978-05-05 | 1979-11-30 | Cardiofrance Co | Procede de reglage d'un stimulateur cardiaque implantable, programmateur de reglage et stimulateur pour la mise en oeuvre du procede |
US4304237A (en) * | 1978-10-30 | 1981-12-08 | Vitatron Medical B.V. | Dual mode programmable pacer |
US4273133A (en) * | 1978-11-06 | 1981-06-16 | Medtronic, Inc. | Programmable digital cardiac pacemaker with means to override effects of reed switch closure |
AU533357B2 (en) * | 1978-11-06 | 1983-11-17 | Medtronic, Inc. | Digital cardiac pacemaker |
FR2440198A1 (fr) * | 1978-11-06 | 1980-05-30 | Medtronic Inc | Stimulateur implantable |
US4365290A (en) * | 1979-03-12 | 1982-12-21 | Medtronic, Inc. | Computer system with power control circuit |
DE2939197A1 (de) * | 1979-09-27 | 1981-04-16 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Signalverarbeitungsvorrichtung, insbesondere fuer herzschrittmacher |
US4365633A (en) * | 1980-02-22 | 1982-12-28 | Telectronics Pty. Ltd. | Patient-operated pacemaker programmer |
FR2604908B1 (fr) * | 1986-10-13 | 1990-06-22 | Saint Nicolas Cie Financiere | Procede de reglage d'un stimulateur cardiaque implantable en fonction de l'effort du patient porteur du stimulateur, stimulateur cardiaque implantable a parametres reglables et programmateur externe de commande d'un stimulateur cardiaque implantable reglable |
FR2875071B1 (fr) * | 2004-09-03 | 2006-11-24 | Inst Nat Rech Inf Automat | Dispositif de repartition de courant entre des cathodes d'une electrode multipolaire, notamment d'un implant |
-
1977
- 1977-12-13 NL NL7713772A patent/NL7713772A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-12-13 FR FR7737546A patent/FR2374024A1/fr not_active Withdrawn
- 1977-12-14 DE DE19772755702 patent/DE2755702A1/de not_active Withdrawn
- 1977-12-14 JP JP15040377A patent/JPS5374786A/ja active Pending
- 1977-12-14 BE BE183451A patent/BE861848A/xx unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2929498A1 (de) * | 1978-07-20 | 1980-01-31 | Medtronic Inc | Implantierbares elektronisches geraet |
DE2944543A1 (de) * | 1978-11-06 | 1980-05-14 | Medtronic Inc | Programmierbares medizinisches geraet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5374786A (en) | 1978-07-03 |
FR2374024A1 (fr) | 1978-07-13 |
NL7713772A (nl) | 1978-06-16 |
BE861848A (fr) | 1978-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2823804C2 (de) | Programmierbarer, einpflanzbarer Herzschrittmacher | |
DE2065013C3 (de) | Bedarfsherzschrittmacher | |
DE69233272T2 (de) | Verfahren und gerät zur energieregelung beim stimulieren in einem herzschrittmacher | |
DE3117075C2 (de) | Vorhofsynchroner Herzschrittmacher | |
DE1296283C2 (de) | Anordnung zur erzielung einer regelmaessigen herzschlagfolge | |
DE2741176A1 (de) | Herzschrittmacher mit automatisch veraenderlichem a-v intervall | |
DE2010724B2 (de) | Herzschrittmacher | |
DE2755706A1 (de) | Herzschrittmacheranordnung | |
DE2254928B2 (de) | Herzschrittmacher | |
DE3240430A1 (de) | Verfahren und herzschrittmacher zum beenden einer tachykardie | |
DE2701104C2 (de) | ||
DE2755702A1 (de) | Implantierbarer herzschrittmacher | |
DE2828127A1 (de) | Herzschrittmacher | |
DE2255421A1 (de) | Synchronisierter vorhof- und herzkammer-schrittmacher | |
DE2061182A1 (de) | Bifunktioneller bedarfsgesteuerter Herzschrittmacher | |
EP0557550B1 (de) | Frequenzadaptierender Herzschrittmacher | |
DE2825626C2 (de) | ||
DE2500109A1 (de) | Herzschrittmacher | |
DE3237199C2 (de) | Implantierbare medizinische Prothese | |
DE2619001C2 (de) | Herzschrittmacher | |
EP0490985B1 (de) | Medizinisches gerät zur stimulation von gewebekontraktionen | |
DE2943583A1 (de) | Herzschrittmacher zur behandlung von tachykardie | |
DE2644793A1 (de) | Herzschrittmacher | |
DE2629851A1 (de) | Prophylaktischer schrittmacher | |
DE2628629B2 (de) | Bedarfsherzschrittmacher mit einer Störerkennungsschaltung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |