DE3153780C2 - Verfahren zur Steuerung eines implantierbaren Herzschrittmachers - Google Patents
Verfahren zur Steuerung eines implantierbaren HerzschrittmachersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines im
plantierbaren Herzschrittmachers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein aus der DE 27 38 871 A1 bekannter Herzschrittmacher besitzt einen Mikropro
zessor mit einem Taktgeber, dessen Funktion und Zweck darin besteht, die Ge
schwindigkeit zu steuern, mit der der Mikroprozessor seine Operationen ausführen
soll. Der Mikroprozessor, dem ein geeigneter Speicher zugeordnet ist, dient zum
Steuern sowohl des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen
als auch der Dauer der einzelnen Stimulationsimpulse. Derartige Mikroprozessoren
bieten zwar eine erhebliche Flexibilität, jedoch verbrauchen sie auch einiges an
Energie. Es wurde herausgefunden, daß, je schneller der Mikroprozessortakt und je
kürzer jeder Befehlszyklus ist, desto größer der Energieverbrauch ist. Somit sollte
der Mikroprozessor nicht in einer Dauergeschwindigkeit betrieben werden, die höher
ist als sie zur Erfüllung der vorgegebenen Aufgaben sein muß. Es wurde deshalb
empfohlen, den Mikroprozessor mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu betreiben,
und zwar in Abhängigkeit davon, wieviel Aktivität von ihm gefordert wird. Ein le
digliches Schalten zwischen langsamen und schnellen Geschwindigkeiten ist jedoch
nicht möglich, nicht zuletzt deshalb, weil es eine bestimmte Geschwindigkeit gibt,
unterhalb der die Gefahr besteht, daß der Mikroprozessor ohne Verlust an Informati
on nicht zu betreiben ist. Aber auch bei einer solchen geringen Geschwindigkeit
wird immer noch zu viel an Energie verbraucht.
Aus der DE 28 25 626 A1 ist ferner ein Herzschrittmacher bekannt geworden, der
nicht mit Hilfe eines Mikroprozessors arbeitet. Dieser Herzschrittmacher verwendet
einen niederfrequenten Oszillator und einen hochfrequenten Oszillator, die in der
Weise zusammenarbeiten, daß die gewünschten Stimulierungsimpulse dem Patienten
zugeführt werden können. Der Grund für die Verwendung von zwei Oszillatoren
liegt darin, daß zwei Zeitintervalle vorhanden sind, die für die Zwecke der Steuerung
der Stimulierungsimpulse signifikant sind. Einer dieser Intervalle ist die Zeit zwi
schen aufeinanderfolgenden Stimulierungsimpulsen, während das andere Zeitinter
vall die Zeit dei Dauer jedes Stimulierungsimpulses ist. Weil das Zeitintervall zwi
schen den Stimulierungsimpulsen relativ lang ist, wird hierfür ein niederfrequenter
Oszillator verwendet. Der hochfrequente Oszillator wird deshalb nur dann zuge
schaltet, wenn er benötigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung eines im
plantierbaren Herzschrittmachers der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem
dessen Energieverbrauch erheblich abgesenkt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Steuerung eines implantierbaren
Herzschrittmachers der genannten Art mit den im Anspruch 1 angegebenen Merk
malen vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, die Steuereinheit in einen
sogenannten "Schlafzustand" zu den Zeiten zu bringen, in denen die verschiedenen
Zustände der zugeordneten externen Schaltkreise derart ist, daß sie keinerlei Unter
stützung ihres Betriebs durch die Steuereinheit erfordern. Dies führt während dieser
Betriebsphase der Steuereinheit zu einer erheblichen Reduzierung von deren Ener
gieverbrauch. Damit keine Daten verlorengehen, wird zwar immer noch Energie
zugeführt, jedoch lediglich in einem minimalen Umfange.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsbeispieles näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung in Form eines Blockschaltbil
des den funktionellen Aufbau eines Herzschrittmachers gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Steuereinrichtung 1 besitzt einen Mikroprozessor 3, der einen maskenprogram
mierten Speicher und einen Arbeitsspeicher aufweist.
Mit dem Prozessor 3 sind zugeordnete Schaltkreise 4 in Form eines oder mehrerer
integrierter Schaltkreise zugeordnet und verbunden. Im gezeichneten Falle können
der Mikroprozessor 3 und die zugeordneten Schaltkreise 4 zu einem einzigen integ
rierten Schaltkreis kombiniert werden.
Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der Schaltkreistypen die CMOS-
Technik, es können jedoch auch andere Techniken, wie die I2L-Technik, in gleicher
Weise verwendet werden.
Mit dem Prozessor 3 ist ein geeigneter Zeit- bzw. Taktimpulsgenerator 5, wie bei
spielsweise ein Widerstands-Kapazitäts-Oszillator, verbunden, dessen Frequenz die
Betriebsgeschwindigkeit des Prozessors 3 bestimmt.
Es versteht sich, daß der Taktimpulsgenerator 5 auch auf andere Weise verwirklicht
werden kann, insbesondere mit Hilfe eines Quarzes.
Der Prozessor 3 besitzt eine Vielzahl von Ausgängen 6a, 6b, 6c, 6d, die mit dem
Herzschrittmacher 2 über Eingangsverbindungen 7a, 7b, 7c, 7d verbunden sind. Die
Anzahl der Ausgänge ist zur Steuerung des Herzschrittmachers 2 ausreichend. Das
Signal oder das Zurückstellen auf Null für einen Ausgang 6a, 6b, 6c, 6d wird vom
Prozessor 3 in Abhängigkeit vom Programm des im Speicher gespeicherten Arbeits
programms bestimmt.
Der Herzschrittmacher 2 besitzt ebenfalls analoge oder numerische Ausgänge 8a, 8b,
mit denen Verbindungsleitungen 9a, 9b mit der Steuereinrichtung verbunden werden
können. Beim durch die Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ausgän
ge 8a, 8b gezeigt; es versteht sich jedoch, daß auch eine beliebige Anzahl von Aus
gängen angewendet werden kann.
Die Verbindungen 9a, 9b sind mit den Eingängen von Kippschaltungen 10a bzw. 10b
verbunden. Vorzugsweise sind die Signale an den Eingängen der Kippschaltungen
10a, 10b numerische Zeitsignale mit steilem Anstieg, um den Energieverbrauch der
Kippschaltungen 10a, 10b zu begrenzen. In diesem Falle können die Signale einen
Binärcode darstellen, der den Zustand einer bestimmten Anzahl von Parametern
zeigt, die von der Steuereinrichtung zu überwachen sind. Beim implantierbaren
Herzschrittmacher sind diese Parameter beispielsweise der Innenwiderstand der
Speisebatterie, die funktionellen Merkmale des Herzschrittmachers usw.
Die Ausgänge 11a, 11b der Kippschaltungen 10a, 10b sind mit den Eingängen 12a,
12b des Prozessors 3 über die Verbindungsleitungen 13a, 13b verbunden.
Die Kippschaltungen 10a, 10b besitzen auch Rückstelleingänge 14a, 14b zum Rück
stellen auf Null, die mit den Ausgängen 15a, 15b des Prozessors 3 über Verbin
dungsleitungen 16a, 16b verbunden sind.
Auf diese Weise kann der Prozessor 3 über die Eingänge 12a, 12b und die Ausgänge
11a, 11b jeweils einzeln den Zustand der Kippschaltungen 10a, 10b prüfen. Gleich
falls kann der Prozessor 3 die Kippschaltungen 10a, 10b über die Ausgänge 15a, 15b
und die Eingänge 14a, 14b auf Null zurückstellen.
Die Steuereinrichtung 1 besitzt andererseits einen Taktimpulsgenerator 17 oder nu
merischen bistabilen Oszillator, der unterschiedlich zum Taktimpulsgenerator 5 ist
und mit einer geringeren Frequenz als derjenigen des Taktimpulsgenerators 5 arbei
tet. Die Ausführungsform des Taktimpulsgenerators 17 kann Gegenstand zahlreicher
Varianten entsprechend dem Ermessen eines Fachmannes sein, beispielsweise
quarzgesteuert oder dergleichen. Die Betriebsfrequenz des Taktimpulsgenerators 17
wird zur maximalen Effizienz insbesondere der minimalen Periode, die von der
Steuereinrichtung gemessen wird, gewählt.
Vom Ausgang 18 des Taktimpulsgenerators 17 werden die Impulse des Taktgenera
tors über Verbindungsleitungen 20a, 20b an die Eingänge 19a, 19b von Zählwerken
21a, 21b angelegt.
Es versteht sich, daß die Anzahl der Zählwerke je nach Bedarf beliebig sein kann.
Die Zählwerke 21a, 21b besitzen jeweils einen Eingang 25a, 25b, der mit einem
Ausgang 26a, 26b des Prozessors 3 über Verbindungsleitungen 38a, 38b verbunden
ist. Eine Sammelschiene 39 ist mit einem Ausgang 40 des Prozessors 3 und mit Ein
gängen 41a, 41b der Zählwerke 21a, 21b verbunden. Der Prozessor 3 kann über die
Verbindungsleitungen 38a, 38b und die Eingänge 25a, 25b in den Zählern 21a, 21b
die Änderung einer Anfangszählung steuern, die er auf die Sammelschiene 39 über
den Ausgang 40 vorher gebracht hat und die über die Eingänge 41a, 41b zu den
Zählern 21a, 21b übertragen worden ist.
Die Zähler 21a, 21b besitzen Ausgänge 22a, 22b, die über Verbindungsleitungen
23a, 23b mit den Eingängen 24a, 24b des Prozessors 3 verbunden sind.
Die Ausgänge 22a, 22b ermöglichen es über die Verbindungsleitungen 23a, 23b der
Signale zum Prozessor 3 festzustellen, daß der Inhalt der Zähler 21a, 21b einen fes
ten und bestimmten Wert oder eine Endzählung erreicht hat.
Somit ist die Dauer vom Augenblick der Änderung des Zählers bis zum Augenblick,
in dem er die Endzählung erreicht hat, gleich der Differenz, die zwischen dem An
fangswert und der Endzählung, multipliziert mit der Periode des Taktimpulsgenera
tors 17, besteht.
Der Prozessor 3 kann entweder nur einen oder beide Zähler 21a, 21b steuern, um die
Vielfache der Betriebsfrequenz des Taktimpulsgenerators 17 unabhängig zu messen.
Es ist nicht notwendig, daß der Prozessor 3 während der Zeitmessung dieser Inter
valle in Gang gehalten ist. Der Prozessor 3 kann während dieser Zeitmessung in sei
nem vorhergehenden bzw. Ausgangszustand sein und das Ende der Zeitmessung
über die Ausgänge 22a, 22b und der Eingänge 24a, 24b erfassen.
Die beiden Kippschaltungen 10a, 10b besitzen einen logischen Ausgang 27a, 27b.
Die beiden Zähler 21a, 21b besitzen einen logischen Ausgang 28a, 28b. Die Aus
gänge 27a, 27b, 28a, 28b sind über Verbindungsleitungen 29a, 29b, 30a, 30b mit den
Eingängen eines logischen UND-Gatters 31 verbunden, dessen einer zusätzlicher
Eingang 32 über eine Verbindungsleitung 33 mit einem Ausgang 34 des Prozessor 3
verbunden ist. Der Ausgang 35 des Gatters 31 ist über eine Verbindungsleitung 36
mit dem Stopeingang 37 des Prozessors 3 verbunden.
Die logischen Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b sind "1", wenn die Kippschaltungen 10a,
10b kein Signal von den Ausgängen 8a, 8b empfangen haben oder die Zähler 21a,
21b die Endzählungen nicht erlangt haben. Sobald die Kippschaltungen 10a, 10b
Signale empfangen haben, sind die logischen Ausgänge 27a, 27b "0". Entsprechend
sind die logischen Ausgänge 28a, 28b der Zähler 21a, 21b "O", sobald sie die End
zählungen erreicht haben.
Der logische Ausgang 35 des Gatters 31 ist "1", wenn, und nur wenn die logischen
Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b "1" sind und wenn in Kombination dazu der logische
Ausgang 34 des Prozessors 3 "1" ist.
Der Prozessor 3 geht in Betrieb, sobald der logische Ausgang 35 im Zustand "0" ist,
das heißt, der Stopeingang des Prozessors 3 ist inaktiv. Der Prozessor 3 arbeitet bis
zu dem Zeitpunkt, an dem der logische Ausgang 35 in den Zustand "1" zurückkehrt.
Von diesem Augenblick an ist der Prozessor 3 in seinem vorhergehenden bzw. Aus
gangszustand, wobei der Taktimpulsgenerator 5 angehalten ist. Somit ist der Ener
gieverbrauch der Steuereinrichtung sehr gering und nur von Kriechströmen abhän
gig.
Während der vorhergehenden Phase des Prozessors 3 setzt der Taktimpulsgenerator
17 seinen Betrieb fort und die Zähler 21a, 21b setzen die Messung der Zeitdauer fort,
die durch den Prozessor 3 voreingestellt worden ist.
Sobald einer der logischen Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b in den Zustand "0" über
geht, geht gleichzeitig der logische Ausgang 35 in den Zustand "0" über und der
Prozessor 3 kann arbeiten.
Der Prozessor 3 bestimmt nun, welches oder welche der Elemente 10a, 10b, 21a,
21b im Auslöse- bzw Triggerausgangszustand ist. Der Ausgang 34 wird in den Zu
stand "0" gesetzt, um den Prozessor 3 in Betrieb zu halten. Danach kann der Prozes
sor 3 die Kippschaltungen 10a, 10b auf Null zurückstellen und/oder in die Zähler
21a, 21b die verschiedenen Anfangswerte ihrer Endzählungen eingeben. Der Prozes
sor 3 führt nun die Operationen aus, die durch das Triggern bzw Auslösen impliziert
sind, oder eine andere Operation, und kehrt dann, wie weiter oben bereits erwähnt, in
seinen vorhergehenden Zustand zurück, in dem sein Ausgang 34 in den Zustand "1"
zurückgestellt wird.
Es versteht sich, daß die Betriebsdauer des Prozessors 3 in Funktion des Auslösens
bzw. Triggerns des Prozessors 3 variieren kann. Andererseits kann der Prozessor 3
ebenso gut auf verschiedene und gleichzeitige Auslösegründe hin antworten.
Die Steuereinrichtung zum Betreiben des Herzschrittmachers, insbesondere ein
Mikroprozessor oder ein Mikrorechner, kann Gegenstand verschiedener Ausfüh
rungsformen sein.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrisch gespeisten, insbe
sondere medizinischen Gerätes oder Instrumentes, insbesondere eines Herzschritt
machers. In diesem Zusammenhang wird der Zustand von mit dem Herzschrittma
cher verbundenen Kippschaltungen und von Zählern, mit denen ein Taktimpulsgene
rator verbunden ist, ermittelt. Ein Prozessor wird dann und nur dann in Betrieb ge
setzt, wenn der Zustand mindestens einer der Kippschaltungen oder mindestens einer
der Zähler einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Der Prozessor wird in einem Be
triebsrhythmus betrieben, der höher ist als der des Taktimpulsgenerators, und der
Prozessor wird in den vorhergehenden Zustand versetzt, sobald die Operationen, die
aus seinem Inbetriebsetzen resultieren, durchgeführt sind.
Bei diesem Verfahren können der Taktimpulsgenerator und die verbundenen Zähler
in Tätigkeit bleiben, solange der Prozessor in seinem vorhergehenden Zustand ist.
Der Prozessor der Steuereinrichtung des Herzschrittmachers funktioniert
zwar mit hoher Geschwindigkeit, jedoch kurzzeitig und diskontinuierlich nur in ei
ner Betriebsphase. Dieser intermittierende Betrieb des Prozessors ermöglicht eine
Reduzierung des elektrischen Speiseenergieverbrauchs. Dieser Vorteil wird durch die
Tatsache noch verstärkt, daß der oder die Zähler extern und nicht im Prozessor selbst
integriert sind, der diese Funktion der Zeitmessung nicht verwirklicht. Die Betriebs
geschwindigkeit des Prozessor ist erhöht und die Antwort auf äußere Ereignisse ist
schnell. Somit kann das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung auf drei gleich
zeitige Ereignisse in mindestens 1,5 Millisekunden antworten, mit einem niedrigen
elektrischen Energieverbrauch von 1 Mikroampere bei 3,5 Volt. Diese Vorteile erhält
man insgesamt, wobei man der Steuereinrichtung eine große funktionelle Flexibilität
verleiht.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung eines implantierbaren Herzschrittmachers mit
einer Steuereinrichtung (1) und mit mindestens einer Einheit, die eine
Gerätefunktion realisiert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (1) dann aus einem Ruhezustand in einen
Betriebszustand gesetzt wird, wenn die mindestens eine Einheit die
Gerätefunktion realisiert hat, und daß sie in den Ruhezustand zurückge
setzt wird, sobald Operationen, die aus dem Setzen in den Betriebs
zustand resultieren, durchgeführt sind, wobei die Gerätefunktion die
Zeitsteuerung eines Intervalls ist und wobei die Dauer dieses Intervalls
von der Steuereinrichtung (1) voreingestellt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die minde
stens eine Einheit während des Ruhezustands der Steuereinrichtug die
Gerätefunktion ausführt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gerätefunktion, die von der mindestens einen Einheit
ausgeführt wird, das Abtasten einer natürlichen Herzaktivität ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8022117A FR2492262B1 (fr) | 1980-10-16 | 1980-10-16 | Procede et dispositif de commande d'un appareil ou instrument notamment un stimulateur cardiaque implantable |
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Publications (1)
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DE3153780C2 true DE3153780C2 (de) | 2003-04-03 |
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Legal Events
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