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Die Erfindung betrifft elektrische Gewebestimulationsgeräte,
und spezieller betrifft sie Ausgangsschaltungen und
Meßverstärkerschaltungen für Gewebestimulationsgeräte.
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Elektrische Körpergewebe-Stimulationsgeräte wie Nerven- oder
Muskel-Stimulationsgeräte, Herzschrittmacher und dergleichen
sind im Stand der Technik wohlbekannt. Elektrische Energie
wird Körpergewebe unter Verwendung von Batterien,
Kondensatoren, Generatoren für elektrostatische Ladung und
Wechselstromgeneratoren entweder aus wissenschaftlichem
Wissensdurst oder zur Behandlung verschiedener Verletzungen und
Krankheiten zugeführt. Kondensatorentladungsimpulse
elektrischer Energie in Körpergewebe hinein werden therapeutisch
seit der Erfindung der Leidener Flasche verwendet, und ihre
Verwendung dauert bei implantierbaren Körperstimulatoren,
insbesondere Herzschrittmachern, bis heute an.
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Frühe implantierbare Herzschrittmacher, wie die im US-Patent
Nr. 3,057,356 dargestellten, und bis heute folgende
Schrittmacher umfassen kleine, vollständig implantierbare,
transistorierte und batteriebetriebene Impulsgeneratoren, die mit
flexiblen Zuleitungen verbunden sind&sub1; die direkt in Kontakt
mit Herzgewebe stehende Elektroden tragen.
Bedarfsorientierte Herzschrittmacher verwenden herkömmlich eine
Timerschaltung, eine Stimulierschaltung und eine gesonderte
Meßschaltung, die alle Strom von der Spannungsquelle ziehen. Die
Stimulierschaltungen derartiger Impulsgeneratoren umfassen
herkömmlicherweise Konstantstrom- oder
Konstantspannungs-Ausgangsschaltungen, die über eine relativ hohe Impedanz
auf das Batteriepotential geladen werden und über Elektroden
entladen werden, die in Kontakt mit Myokardgewebe stehen, um
die Depolarisation des Gewebes zu stimulieren. Die
Ausgangskondensatoren werden typischerweise in den Intervallen
zwischen aufeinanderfolgenden Entladungen wieder aufgeladen.
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Die Entladung eines Ausgangskondensators über das
Myokardgewebe führt zu Nachwirkungen, und zwar aufgrund der Störung
des elektrischen Gleichgewichtszustands an der
Gewebe/Elektrode-Grenzfläche und wegen der Polarisation der
Eigendipolmomente des Gewebes. Auf der Nachrelaxation dieser
Stimulierung beruhende Nachwirkungen, typischerweise als
"Polarisation" gekennzeichnet, zeigen sich an herkömmlichen
Schrittmacher-Meßverstärkern, die mit der Stimulierelektrode
verbunden sind, als Spannungssignale, die für eine Zeitdauer
folgend auf die Ausgabe eines Stimulierimpulses andauern.
Bei herkömmlichen Schrittmachern stören diese Nachwirkungen
die Fähigkeit des Schrittmachers, Depolarisationen des
Herzens während der Ausgabe von Stimulierimpulsen, dicht auf
diese folgend, oder durch sie hervorgerufen, zu messen.
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Im Stand der Technik erfolgten verschiedene Versuche, um den
"Polarisations"-Nachwirkungen des Stimulierimpulses
entgegenzuwirken und gleichzeitig den Ausgangskondensator mittels
eines schnellen Wiederaufladeimpulses wiederauf zuladen, der
über die Stimulierelektroden folgend auf die Hinterflanke
des Ausgangsimpulses ausgegeben wird, wie beispielhaft in
den US-Patenten Nr. 4,476,868, 4,406,286, 3,835,865 und
4,170,999 angegeben. Wenn jedoch einfach ausreichender Strom
durch die Elektrode/Gewebe-Grenzfläche geleitet wird, um den
Ausgangskondensator wieder aufzuladen, führt dies nicht
notwendigerweise das Elektrode/Gewebe-System in seinen
vorigen elektrischen Gleichgewichtszustand zurück.
Alternativ wurde vorgeschlagen, den Nachwirkungen der Ausgabe eines
Stimulierimpulses dadurch entgegenzuwirken, daß einfach die
an der Ausgabe eines Impulses teilhabenden Elektroden
folgend auf die Ausgabe eines Impulses miteinander verbunden
werden, wie in dem für Bourgeois erteilten US-Patent Nr.
4,498,478 offenbart, oder mittels einer Folge von Impulsen
niedriger Energie entgegenzuwirken, wie im für Economides et
al erteilten US-Patent Nr. 4,811,738 offenbart.
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Das Dokument EP-A-0 236 562 offenbart ein
Herzschrittmachersystem, das vom Herz ausgelöste Potentiale mittels der
Position der Schrittmacherzuleitung in einer Herzkammer erfaßt.
Die natürliche Herzelektrodenaktivität wird in einem
Bipolarmodus erfaßt, und ein Schrittmacherimpuls wird gesperrt,
falls ein Herzschlag innerhalb einer Warnperiode erkannt
wird.
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Die Erfindung denkt an die Verwendung eines die Felddichte
klemmenden Operationsverstärkers sowohl zum Ausführen einer
Körpergewebestimulierung als auch zum Messen elektrischer
Aktivität im Körpergewebe. Daher ist es eine Aufgabe der
Erfindung, eine Stimulierimpuls-Ausgabeschaltung zu schaffen,
die Körpergewebe, insbesondere Myokardgewebe, dafür
ausreichend stimulieren kann, daß ein gewünschtes
Gewebeansprechverhalten, wie eine Depolarisation, erzielt wird, während
Nachimpuls-Störungen des Elektrode/ Gewebe-Gleichgewichts
zustands verringert werden, wie sie normalerweise zwischen
Stimulierimpulsen und/oder Gewebedepolarisationen vorliegen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen
vereinfachten Stimulierimpulsgenerator zu schaffen, der ohne
Ausgangskondensator arbeitet und die Kompliziertheit von
Schaltungskomponenten vermeidet, wie sie beim Stand der Technik dazu
vorhanden waren, "Polarisations"-Effekte zu korrigieren oder
zu kompensieren. Die Beseitigung des herkömmlichen
Ausgangskondensators sorgt für einen zusätzlichen wesentlichen
Vorteil dahingehend, daß beliebige Ausgangssignalverläufe
einfach dadurch definiert und an das erregbare Gewebe gelegt
werden können, daß das definierende Steuerspannungssignal
verändert wird. Signalverläufe mit verlängerten Impulsen,
Rampenspannungs-Signalverläufe und
Konstantspannungs-Signalverläufe können z.B. alle leicht erhalten werden.
Überschwellenwert- und Unterschwellenwert-Impulse können erzeugt
und ausgegeben werden.
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Die leichte Einstellbarkeit des
Stimulierimpuls-Signalverlaufs in Verbindung mit der Möglichkeit,
Gewebedepolarisationen dicht folgend auf die Ausgabe eines Stimulierimpulses
zu messen, sorgt auch für ein Meß- und Stimuliersystem, das
mit Vorteil bei einem Schrittmacher verwendet wird, wie er
in WO 92/10236 offenbart ist. Diese Anmeldung offenbart auch
einen Schrittmacher, der den Erfolg von Stimulierimpulsen
beim Einfangen des Herzgewebes überwacht und die
Stimulierimpulsenergie entsprechend einstellt.
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Es ist noch weiter eine Aufgabe der Erfindung, das
Erfordernis des Bereitstellens von Austast- und
Refraktärintervallen während der Ausgabe eines Stimulierausgangsimpulses
und darauffolgend zu beseitigen oder zu verringern,
insbesondere in Zusammenhang mit Einzel- und
Doppelkammer-Herzschrittmachersystemen.
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Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, den
Verstärker sowohl als Meßverstärker zum Messen natürlicher
Herzdepolarisationen als auch als Ausgangsimpulsgenerator eines
Körpergewebe-stimulationsgeräts, wie eines
Herzschrittmachers, zu verwenden.
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Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zum Stimulieren von Gewebe
geschaffen, mit einer ersten Elektrode zur Anbringung in der
Nähe des zu stimulierenden Gewebes, einer zweiten Elektrode
und einem Impulsgenerator, der mit der ersten und der
zweiten Elektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Impulsgenerator folgendes aufweist:
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- eine aktive Schaltung mit einem ersten und einem zweiten
Eingang und einem Ausgang und einer Einrichtung zum
Aufrechterhalten des ersten und des zweiten Eingangs auf
derselben Spannung, einer virtuellen Last, die zwischen die
erste Elektrode und den ersten Eingang geschaltet ist, wobei
die zweite Elektrode mit dem zweiten Eingang verbunden ist,
und einer Spannungsquelleneinrichtung zum Ausgeben
pulsierender Spannungssignale (V IN) mit festgelegten
Signalverläufen an den zweiten Eingang, und wobei die
Aufrechterhaltungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die den ersten
und den zweiten Eingang dadurch auf derselben Spannung hält,
daß sie elektrische Energie über die virtuelle Last und die
erste Elektrode ausgibt, wobei ein Spannungsimpuls durch die
Spannungsquelleneinrichtung auf die Ausgabe eines
pulsierenden Spannungssignals (V IN) hin an die erste Elektrode
geliefert wird.
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In Zusammenhang mit der Erfindung kann die Impedanz der
virtuellen Last so gewählt werden, daß der Verstärker über
eine niedrige Eingangsimpedanz von z.B. 100 Ohm oder weniger
verfügt. Die Impedanz der virtuellen Last sowie die
Kapazitäts- und Widerstandscharakteristik des
Gewebe/Elektrode-Systems legen den Strom fest, wie er an die Sondenelektrode
als Funktion des festgelegten Spannungssignals gegeben wird.
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Die Impedanz der virtuellen Last kann so eingestellt
werden, daß sie die Meßcharakteristik des Verstärkers
verändert, wie es in WO 92/02274 offenbart ist. Die
Stimulierimpulscharakteristik kann dadurch verändert werden, daß das
festgelegte Spannungssignal variiert wird, wie es an den
zweiten Eingang des Verstärkers gegeben wird, und durch
Einstellung der Impedanz der virtuellen Last und der
Rückkopplungsimpedanz. Durch Einstellen dieser Parameter kann eine
große Vielfalt von Meß- und Stimuliercharakteristiken auf
einfache Weise erzielt werden und die Vorrichtung kann zur
Verwendung mit Elektroden verschiedener Typen optimiert
werden.
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Die obigen und noch weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die nur
beispielhaft erfolgt, deutlich.
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Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Verbindung
eines Schrittmacher-Impulsgenerators und einer
Stimulierzuleitung mit dem Herz zeigt;
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Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen die
Felddichte klemmenden Verstärker veranschaulicht, der zur
Verwendung lediglich als Meßverstärker konfiguriert ist;
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Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, bei dem der
erfindungsgemäße Verstärker sowohl als Meßverstärker als auch als
Ausgangsschaltung für ein Herzschrittmacher-System verwendet
wird;
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen Herzschrittmacher
mit automatischer Schwellenwerteinstellung zeigt, der die in
der Fig. 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung verwendet;
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein alternatives
Ausführungsbeispiel eines die in der Fig. 3 veranschaulichte
Schaltungsanordnung verwendenden Herzschrittmachers zeigt;
und
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Fig. 6 ist ein Satz von im Labor aufgenommenen Echtzeit-EKG-
Kurven und zugehörigen zeitbezogenen Diagrammen, die den
Betrieb des in der Fig. 4 veranschaulichten Schrittmachers in
Verbindung mit der Erfassung von Depolarisationen
veranschaulichen, die durch Stimulierimpulse hervorgerufen
werden.
DETAILLIERTE BESCEREIBUNG DES
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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In der folgenden Beschreibung wird auf veranschaulichende
Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung Bezug
genommen. Es ist zu beachten, daß andere Ausführungsformen
verwendet werden könnten, ohne vom Schutzbereich der
Erfindung abzuweichen. Z.B. wird die Erfindung in Zusammenhang
mit einem Einkammer-VVI-Schrittmachersystem zum Behandeln
von Bradykardie offenbart. Es ist zu beachten, daß die
Technik für Stimulierung und Erkennung von Myokarddepolarisation
auch auf andere Formen von Schrittmachern und
Herz-Stimulationsgeräten angewendet werden könnte, wozu Doppelkammer-
Schrittmacher (DDD, VDD, DVI usw.), auf die Pulszahl
ansprechende Schrittmacher (Einzel- und Doppelkammer) und
Antitachyarrhythmie-Vorrichtungen gehören. Die Erkennung von
Signalen aus anderem Körpergewebe und/oder die Stimulierung
anderen Körpergewebes als Myokardgewebe kann ebenfalls unter
Verwendung der Erfindung erzielt werden. Z.B. können die
Konzepte der Erfindung bei elektrischen Stimuliersystemen
zum Stimulieren anderer Organ- und Skelettmuskelsystem und/
oder des Nervensystems eines Patients verwendet werden.
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Fig. 1 ist eine Wiedergabe eines implantierten
Schrittmachers 14 in Beziehung zu einem Zuleitungssystem 12 und einem
Herz 10. Typischerweise ist der Schrittmacher 14 unter der
Haut eines Patients außerhalb des Brustkastens im
Brustbereich angebracht. Eine Stimulierzuleitung 12 ist pervenös
durch den rechten Vorhof in die rechte Kammer des Herzens
hindurchgeführt. Die Stimulierzuleitung 12 wird dazu
verwendet, Stimulierimpulse zum Herz zu führen und elektrische
Signale, die von Depolarisationen des Herzgewebes
herrühren, zum Schrittmacher 14 zu leiten.
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Es existieren zwei grundlegende Meßkonfigurationen, wie sie
unter Verwendung der Stimulierzuleitung 12 verwendet werden
können. Eine unipolare Elektrodenkonfiguration verwendet
eine Spitzenelektrode 22, die auf eine Gehäuseelektrode 24
bezogen ist. Typischerweise beträgt der Abstand zwischen der
distalen Spitzenelektrode 22 und der Elektrode 24 in Form
des Schrittmachergehäuses zwischen 10 und 30 cm. Eine
bipolare Elektrodenkonfiguration verwendet eine Ringelektrode
21 und die Spitzenelektrode 22. Typischerweise sind die
Spitzen- und die Ringelektrode 22 und 21 zwischen 0,5 und
3,0 cm voneinander beabstandet. Bei
Doppelkammer-Schrittmachern werden Elektroden für unipolare und/oder bipolare
Meßvorgänge auf ähnliche Weise am Vorhof oder am Herzsinus oder
darin angebracht.
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Fig. 2 offenbart einen Verstärker zur Verwendung in
Verbindung mit der Erfindung. Diese Form eines Verstärkers ist
auch in den oben zitierten PCT-Patentanmeldungen
beschrieben.
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Die aktive Schaltungsanordnung des Verstärkers 38 versucht,
an ihren zwei Eingängen gleiche Spannungspegel
aufrechtzuerhalten. Der Durchlauf einer Dipolarisations-Wellenfront
ändert die Verteilung der elektrischen Ladungen und das
elektrische Feld in der Nähe der Elektrode 22. Diese Störung
führt in der aktiven Schaltungsanordnung des Verstärkers
dazu, daß sie Strom über den Rückkopplungswiderstand 48 und
den virtuellen Lastwiderstand 44 liefert, um an ihren
Eingängen gleiche Spannungen aufrechtzuerhalten. Dieser an die
Elektrode 22 gelieferte Strom dient sowohl dazu, den
Gleichgewichtszustand wiederherzustellen, wie er tatsächlich dem
Durchlauf der Depolarisations-Wellenfront vorhergeht, und
das Auftreten dieser Depolarisations-Wellenfront zu
signalisieren.
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Wie es im schematischen Diagramm von Fig. 2 dargestellt ist,
kann der Meßverstärker in der Praxis mit einem
Operationsverstärker 38 versehen sein, dessen nichtinvertierender
Eingang 40 mit der Gehäuseelektrode 24 verbunden ist. Der
invertierende Eingang 42 ist über den variablen Widerstand 44,
der dazu verwendet wird, einen virtuellen Lastwiderstand
für das System einzustellen, mit der Spitzenelektrode 22
verbunden. Dieser Widerstand beträgt vorzugsweise zwischen
10 und 1000 Ohm und er hat vorzugsweise weniger als 100 Ohm
zur Verwendung in Verbindung mit Elektroden kleiner
Oberfläche, die typischerweise eine Oberfläche von ungefähr 5
Quadratmillimetern oder weniger aufweisen.
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Der Erfinder hat ermittelt, daß dann, wenn ein
erfindungsgemäßer Verstärker mittels einer polierten
Platinsondenelektrode mit einem Hundeherz verbunden wird, R-Zacken, wie sie
im Verlauf eines normalen Sinusrhythmus auftraten, einen
Spitzenstrombedarf durch die virtuelle Last von ungefähr
0,5 Mikroampere pro Quadratmillimeter Elektrodenfläche
auferlegen. Es ist bevorzugt, daß der Spitzenstrombedarf in die
Nähe von 2,5 Mikroampere oder weniger fällt, was mit einer
Platinelektrode von ungefähr 2 - 5 Quadratmillimetern
Oberfläche erzielt werden kann. Aus anderen Metallen
hergestellte Elektroden weisen abweichende Stromerfordernisse auf und
verfügen daher über andere optimale Bemessungsbereiche.
Elektroden, die direkt mit dem Myokard in Kontakt stehen,
erfordern typischerweise einen größeren Spitzenstrom pro
Quadratmillimeter Oberfläche und haben daher typischerweise
etwas kleinere optimale Oberflächen oder sie verwenden
Stromnebenschlüsse zum Rückführen des übermäßig großen
Stroms.
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Für den Verstärker 38 ist ein Rückkopplungspfad durch einen
Rückkopplungswiderstand 48 gebildet, der eine
Ausgangsspannung B auf einer Leitung 49 festlegt, die proportional zum
Strom durch die virtuelle Last 44 und den
Rückkopplungswiderstand 48 ist. Ein Differenzverstärker 54 kann wahlweise
vorhanden sein, um die Größe der Potentialdifferenz zwischen
den Elektroden 22 und 24 und damit die Spannung über die
virtuelle Last 44 zu messen. Der nichtinvertierende Eingang
50 dieses Differenzverstärkers 54 ist mit der
Spitzenelektrode 22 verbunden, während die Gehäuseelektrode 24 mit dem
invertierenden Eingang 52 verbunden ist. Die
Ausgangsspannung A des Differenzverstärkers 54 ist proportional zur
Spannung über den Widerstand 44 der virtuellen Last.
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Der Spannungsmeßwert A und der Strommeßwert B können dazu
verwendet werden, die Leistung zu berechnen, wie sie als
Ergebnis des Durchlaufs einer Herzdepolarisations-Wellenfront
über die virtuelle Last zugeführt wird. Die Erkennung des
Durchlaufs der Depolarisationswellenfront auf Grundlage der
über die virtuelle Last zugeführten, gemessenen Leistung
kann für Meßzwecke in Zusammenhang mit der Erfindung
verwendet werden. Jedoch kann auch so gearbeitet werden, daß das
Stromsignal B alleine zum Erkennen einer Depolarisation
verwendet wird, und bei den nachfolgend erörterten speziellen
Ausführungsbeispielen wird nur dieses Signal verwendet.
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Die Leistungsberechnung wird durch einen
Analogmultiplizierer 56 ausgeführt, der den Leistungswert berechnet und eine
Ausgangsspannung C proportional zur berechneten Leistung
erzeugt. das Stromsignal B oder das Leistungssignal C wird
einem Komparator 58 über einen Schalter 57 zugeführt. Der
Komparator 58 vergleicht das ausgewählte Eingangssignal mit
einer durch eine Spannungsquelle 46 festgelegten
Schwellenspannung VREF. Wenn das Stromsignal B oder das
Leistungssignal C, je nach Auswahl, VREF überschreitet, erzeugt der
Komparator
58 auf der Leitung 32 ein Meßsignal SD betreffend
die V-Erkennung.
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Die Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein
Ausführungsbeispiel einer kombinierten Eingangs/Ausgangs-Stufe
veranschaulicht, die den die Felddichte klemmenden, in der
Fig. 2 veranschaulichten Verstärker verwendet. Der negative
Eingang des Operationsverstärkers 100 ist über den
virtuellen Lastwiderstand 104 mit der Sondenelektrode 22 verbunden.
Der Lastwiderstand 104 ist als einstellbarer Widerstand
dargestellt, wobei eine Einstellung dieses Lastwiderstands
104 ein Abstimmen des Meßverstärkers ermöglicht, wie es in
der oben zitierten PCT-Anmeldung WO 92/02274 erörtert ist.
Durch Verringern der Impedanz der virtuellen Last 104 wird
der Signalbeitrag des Herzgewebes entfernt von der Elektrode
22 verringert und der relative Beitrag des Gewebes in
unmittelbarer Nähe der Elektrode 24 wird erhöht. Es wird
angenommen, daß zu den Zwecken der Erfindung eine Impedanz der
virtuellen Last von 100 Ohm oder weniger bevorzugt ist,
wobei eine Impedanz 104 der virtuellen Last bis nahe an Null
in der Praxis verwendet werden kann. Die indifferente
Elektrode 24, die die Form des gesamten Gehäuses des
Schrittmachers oder eines Teils desselben einnehmen kann, ist über
einen einstellbaren Widerstand 134 mit dem positiven Eingang
des Operationsverstärkers 100 verbunden. Der
Rückkopplungswiderstand 102 legt am Ausgang des Verstärkers 100 eine
Spannung proportional zum durch den virtuellen
Lastwiderstand 104 geführten Strom fest. Die Funktion des Verstärkers
100 zum Messen von Herzdepolarisationen entspricht der
Funktion des Verstärkers 38, wie oben für die Fig. 2 erörtert,
und wie ausführlich in den oben zitierten PCT-Anmeldungen
erörtert.
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Der Ausgang des Verstärkers 100 ist mit dem Eingang eines
Differenzverstärkers 106 verbunden, der als einstellbare
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Verstärkungsstufe mit herkömmlicher Konstruktion arbeitet,
wobei die Verstärkung durch einen variablen Widerstand 108
eingestellt wird. Ein Operationsverstrker 112 stellt den
Versatz des Verstärkers 106 ein, der mittels einer variablen
Spannung eingestellt werden kann, die von einem variablen
Widerstand 114 geliefert wird. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 106 wird, falls erwünscht, an eine
Verstärkerausgangsleitung 118, zur Verwendung als analoges Signal,
gegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 106 wird auch an
einen Erkennungsblock 110 geliefert, der das Auftreten eines
Signals vom Verstärker 106 erkennt, das einen vorgegebenen
Meßschwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert kann
ein einfacher Spannungspegel-Schwellenwert sein, oder es
kann ein zusammengesetztes Ausgangssignal aus einem eine
Faltungsoperation ausführenden Schwellenwertdetektor sein.
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Der Erkennungsblock 110 kann einer Schaltung entsprechen,
die dazu verwendet wird, Meßschwellenwerte bei irgendeinem
bekannten Schrittmacher zu errichten, und sie wird aus
diesem Grund hier funktionsmäßig veranschaulicht. Auf ein
Ausgangssignal vom Verstärker 106 hin, das einen vorgegebenen
Schwelenwert überschreitet, sei es positiv oder negativ,
wird auf der Leitung 32 ein Meßerkennungssignal (SD)
erzeugt. Um zu verhindern, daß Meßerkennungssignale auf die
Ausgabe des Stimulierimpulses selbst hin erzeugt werden,
kann der Erkennungsblock während des Stimulierimpulses und
für die nächsten wenigen, darauffolgenden Millisekunden
mittels eines Signals auf einer Leitung INH 138 gesperrt
werden. Wenn der Verstärker nicht dazu verwendet wird, eine
Einfangserkennung auszuführen, wie dies unten erörtert wird,
kann das Signal auf der Leitung INH 138 für bis zu 100
Millisekunden nach dem Stimulierimpuls andauern, entsprechend
den digitalen Austastintervallen, wie sie bei vielen
bekannten Schrittmachern verwendet werden. Alternativ kann, wenn
der Verstärker 26 dazu verwendet wird, Einfangserkennung
auszuführen, das Signal auf der Leitung INH 138 nur
ausreichend lang dafür anstehen, daß der Verstärker 100 den
Gleichgewichtszustand an den Elektroden wiederherstellen
kann, d.h. für ungefähr 5 ms.
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Die Verwendung des Operationsverstärkers 100 zum Ausgeben
eines Stimulierimpulses wird dadurch bewerkstelligt, daß dem
positiven Eingang des Verstärkers 100 eine positive Spannung
auferlegt wird, wie oben erörtert. Operationsverstärker 124
und 130 wirken in Verbindung mit zugeordneten Widerständen
120, 122, 126, 128 und 132 so, daß sie einen einstellbaren,
gesteuerten Strom durch einen Widerstand 134 als Funktion
der an den negativen Eingang des Verstärkers 124 auf der
Leitung 47 angelegten Spannung, markiert mit "VIN" liefern.
Der Strom durch den Widerstand 134 legt ein Spannungssignal
fest, das an den positiven Eingang des Operationsverstärkers
100 gegeben wird und einen Stromfluß durch den
Rückkopplungswiderstand 102 auslöst, der den invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 100 auf dieselbe Spannung treibt,
wie sie an den nichtinvertierenden Eingang angelegt ist.
Diese Spannung am virtuellen Knoten (die Spannung am
invertierenden Eingang des Verstärkers 100) wird an den
virtuellen Lastwiderstand 104 und die Sondenelektrode 22 gelegt,
um das Herz zu stimulieren.
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Die Einstellung des an den Verstärker 100 gegebenen
Spannungssignals kann mittels der Einstellung des Widerstands
132, des Widerstands 134 oder durch Änderung des über die
Leitung VIN 47 gelieferten Signals bewerkstelligt werden.
Allgemein gesagt, reagiert die in dieser Figur
veranschaulichte Ausgangsschaltung dadurch auf eine Spannung auf der
Leitung VIN 47, daß sie einen Strom durch den virtuellen
Lastwiderstand 104 erzeugt, der dazu ausreicht, die Eingänge
des Verstärkers 100 auf derselben Spannung zu halten.
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In Zusammenhang mit Herzstimulierung ist es beabsichtigt&sub1;
daß Rechteckwellen von 2 Millisekunden oder kürzerer Dauer
im allgemeinen an den negativen Eingang des Verstärkers 124
angelegt werden, um an die Elektrode 22 angelegte
Spannungsimpulse auszulösen. Jedoch können auch rampenförmige
Spannungssignalverläufe, sinusförmige Spannungssignalverläufe
oder beliebige Spannungssignalverläufe an den Verstärker 124
gegeben werden, mit entsprechenden, vom Verstärker 100
erzeugten Spannungssignalverläufen. Es kann eine
Schaltungsanordnung zum Erzeugen rechteckiger Spannungsimpulse,
rampenförmiger Spannungsimpulse, sinusförmiger Spannungsimpulse
und/oder anderer beliebiger Spannungsimpulse verwendet
werden, um den Signalverlauf des stimulierenden Stroms zu
bestimmen. Es wird davon ausgegangen, daß eine derartige
Schaltungsanordnung in der Technik wohlbekannt ist, weswegen
sie hier nicht im einzelnen offenbart wird. Für die meisten
Schrittmacherzwecke ist es beabsichtigt, daß einfache
Rechteckspannungsimpulse an die Leitung VIN 47 gegeben werden,
wobei entweder die Impulsamplitude oder die Impulsdauer
erhöht wird, um den Energiepegel des durch den Verstärker 100
an die Elektrode 22 gegebenen Stimulierimpulses zu
erhöhen.
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Wie vorstehend erörtert, gibt der Verstärker 100 folgend auf
die Zuführung des Stimulierimpulses zur Elektrode 22 einen
Strom an den Lastwiderstand 104 aus, um den "Polarisations"-
Nachwirkungen entgegenzuwirken, wie sie der Zuführung des
Stimulierimpulses zugeordnet sind (Potential zwischen den
Elektroden, folgend auf das Anlegen eines
Stimulierimpulses), und um das Elektrode-Gewebe-System schnell in seinen
vorigen Gleichgewichtszustand zurückzuführen. Folgend auf
die Ausgabe des Stimulierimpulses kann der Verstärker 100
schnell (innerhalb 10 ms oder weniger) dazu verwendet
werden, das Auftreten einer Depolarisation zu erfassen, wie sie
durch den Stimulierimpuls ausgelöst wird, und um natürliche
Depolarisationen des Herzgewebes zu erfassen.
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Da der Verstärker 100 während der Ausgabe des
Stimulierimpulses aktiv ist, erscheint an seinem Ausgang eine Spannung,
die den Stimulierstrom anzeigt. Dergestalt bildet die
veranschaulichte Schaltung eine einfache Meßeinrichtung für die
Charakteristik, die der Elektrode/Gewebe-Schnittstelle und
der Unversehrtheit der Stimulierzuleitung zugeordnet ist.
Das den an die Elektrode 22 gelieferten Strom anzeigende
Signal, wie vom Verstärker 106 verstärkt, kann auf einer
Leitung 118 zu einer Aufzeichnungs- und Analyseschaltung,
falls eine solche vorhanden ist, geführt werden. Auf
ähnliche Weise kann, da der Verstärker 100 kontinuierlich ab der
Ausgabe des Stimulierimpulses aktiv ist, der Strom durch den
virtuellen Lastwiderstand 104, unmittelbar folgend auf den
Stimulierimpuls zum Entgegenwirken gegen "Polarisations"-
Nachwirkungen auch über den Verstärker 106 zu
Aufzeichnungs- und Analysezwecken auf die Leitung 118 gegeben werden. Der
Strom, wie er in den ersten wenigen Millisekunden folgend
auf die Ausgabe des Stimulierimpulses an die Elektrode 22
gegeben wird, kann Information hinsichtlich des Zustands des
der Elektrode 22 benachbarten Gewebes oder andere nützliche
Information liefern.
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Die gemessenen, hervorgerufenen Depolarisations- und
natürlichen Depolarisations-Wellenfronten führen
selbstverständlich auch zu entsprechenden Spannungssignalen am Ausgang des
Verstärkers 100, die dazu verwendet werden können,
Depolansationen unter Verwendung der Erkennungsschaltung 110 zu
erkennen, oder sie können unter Verwendung beliebiger
bekannter Signalverlaufanalyse-Techniken aufgezeichnet und
analysiert werden, wozu die Messung der Amplitude, der Breite,
der Kippgeschwindigkeit usw. des in Verbindung mit der
erkannten Depolarisat ion auftretenden Spannungssignals gehört.
Es wird angenommen, daß diese Form einer Analyse besonders
in Verbindung mit der Verwendung der Erfindung in
Zusammenhang mit einer implantierbaren Tachyarrhythmie-Vorrichtung
von besonderem Wert ist, wo eine Signalverlaufsanalyse
wahrscheinlich von Bedeutung ist, wenn es darum geht, natürlich
geleitete und atypisch geleitete
Depolarisationswellenfronten zu unterscheiden.
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Fig. 4 zeigt die Hauptschaltungselemente innerhalb eines die
Erfindung verwendenden Schrittmachers, der so ausgebildet
ist, daß er ermittelt, ob die ausgegebenen Stimulierimpulse
Erfolg beim Einfangen des Herzens haben. Der Meßverstärker
26 ist so angeschlossen, daß er elektrische Herzsignale
zwischen der Spitzenelektrode 22 und der Gehäuseelektrode 24
mißt. Der Stimulierimpuls-Signalverlaufsgenerator 34 ist
vorzugsweise an den Meßverstärker 26 angeschlossen und dient
dazu, den Signalverlauf des Stimulierimpulses festzulegen,
wie oben erörtert.
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Es ist auch ein zweiter die Felddichte klemmender
Meßverstärker 27 veranschaulicht, der mit der Ringelektrode 21
(Fig. 1) und dem Schrittmachergehäuse 24 verbunden ist. Der
Verstärker 27 kann dem in der Fig. 2 veranschaulichten
Meßverstärker entsprechen, und er wird dazu verwendet, die
Einfangerkennungsfunktion auszuführen, wie sie im oben
zitierten Dokument WO 92/01236 für "Elektronische Einfangerkennung
für einen Schrittmacher" offenbart ist.
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Im Betrieb erfaßt der Meßverstärker 26 das Auftreten einer
Herzdepolarisation und erzeugt daraufhin ein
Meßerkennungssignal (SD) auf der Leitung 32. Das Auftreten des Signals
SD setzt den Ersatzintervalltimer 30 zurück und nimmt so
eine Neusynchronisierung des Schrittmachers auf den
zugrundeliegenden Rhythmus des Patientenherzens vor. Wenn
innerhalb des Ersatzintervalls keine Kammerdepolarisationen
erfaßt werden, erzeugt der Timer 30 mit Ablauf des
Ersatzintervalls
ein Kammerstimuliersignal auf der Leitung 29. Das
Kammerstimuliersignal (VP) wird über die Leitung 36 an die
Signalverlaufsgenerator-Schaltung 34 für den
Stimulierimpuls gegeben, und es triggert die Erzeugung eines
vorgegebenen Spannungssignals, wie oben erörtert, das den an die
Sondenelektrode 22 gelieferten Strom steuert. Typischerweise
wird der Ersatzintervalltimer 30 durch Telemetrie
fernprogrammiert, um die Dauer des Kammerersatzintervalls
einzustellen, die dem gewünschten maximalen Zeitintervall
zwischen Herzschlägen entspricht.
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Das durch den Ersatzintervalltimer 30 erzeugte Signal VP auf
der Leitung 36 wird über eine Leitung 49 auch an einen
elektronischen Einfangerkennungstimer 33 gegeben. Das Signal VP
setzt den Timer 33 zurück, der danach das Zeitfenster für
die Einfangserkennung festlegt. Während des
Einfangserkennungsfensters (T2) erzeugt der Timer 33 auf einer Leitung 43
ein Signal, das ein Gatter 41 freigibt. Das Auftreten des
Signals SD vom Verstärker 26 oder vom Verstärker 27 während
des Einfangserkennungsfensters führt zu einem
Einfangserkennungssignal (ECD) vom Gatter 41 auf der Leitung 37. Im
Fall eines typischen modernen Schrittmachers beträgt die
Dauer eines Schrittmacherimpulses ungefähr 1 ms oder
weniger, wobei der Verstärker 26 das elektrische Gleichgewicht
des Elektrode/Gewebe-Systems, das der Sondenelektrode 22
zugeordnet ist, in ausreichender Weise wiederherstellt, daß
die Gewebedepolarisation innerhalb einiger weniger Sekunden
danach gemessen werden kann. Bei Ausführungsbeispielen, bei
denen ein mit der Ringelektrode und der Gehäuseelektrode
verbundener Meßverstärker 27 zur Einfangserkennung
verwendet wird, kann das Einfangserkennungsfenster ungefähr 10 ms
nach dem Kammerstimulierimpuls beginnen und es kann 80 bis
100 ms danach enden. Bei Ausführungsformen, die den
Verstärker 26 zur Einfangserkennung verwenden, müßte das zugehörige
Einfangserkennungsfenster typischerweise etwas früher
beginnen
(z.B. 5-8 ms folgend auf die Ausgabe des
Stimulierimpulses), um die Tatsache wiederzuspiegeln, daß die
hervorgerufene Depolarisationswellenform, wie sie zwischen der
Spitzenelektrode und der Gehäuseelektrode gemessen wird, dichter
folgend auf den Stimulierimpuls auftritt.
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Die Verwendung des Verstärkers 26 zu
Einfangserkennungszwecken ist machbar, insbesondere in solchen Fällen, in
denen der Einfang mit kleineren Impulsamplituden erzielt wird,
so daß der Verstärker den Gleichgewichtszustand an den
Elektroden innerhalb von ungefähr 5 ms oder weniger folgend auf
den Stimulierimpuls wiederherstellen kann. Der Betrieb des
veranschaulichten Schrittmachers zum Ausgeben eines
Schrittmacherimpulses niedrigster Energie, die zuverlässig einen
Einfang auslöst, unterstützt die Erzielung dieses
Ergebnisses.
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Das Zeitintervall ab dem Abschluß des
Kammerstimulierimpulses bis zum Beginn des elektronischen
Einfangserkennungsfensters ist hier als T1 bezeichnet. Mit Ablauf von T1
beginnt das Einfangserkennungsfenster T2. Die Periode T1
beginnt mit Vollendung des Kammerstimulierimpulses. Die Dauer
der Periode T1 sollte kurz sein, und Versuche legen es nahe,
daß bei Systemen, die die Felddichte klemmende
Meßverstärker verwenden, 5-10 ms ein geeigneter Wert sind. Die Dauer
der Periode T2 soll ausreichend lang dafür sein, daß die
Erkennung beliebiger vom Schrittmacher ausgelöster
Depolarisationen möglich ist. Versuche legen es nahe, daß 30-100 ms
eine geeignte Dauer für T2 sind.
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Ein Einfangserkennungssignal (ECD) wird erzeugt, wenn der
Meßverstärker 26 ein Signal SD während des
Einfangserkennungsfensters T2 erzeugt. Dieses Einfangserkennungssignal
kann auf verschiedene Arten verwendet werden, und dies wird
in Zusammenhang mit einem Schrittmacher mit automatischer
Schwellenwerteinstellung veranschaulicht. In diesem Fall
wird das Einfangserkennungssignal ECD einer Logik 35 für
automatische Schwellenwerteinstellung über eine Leitung 37
mitgeteilt. Die Logik 35 für automatische
Schwellenwerteinstellung steuert den Energieinhalt der durch den
Impulsgenerator 34 an das Zuleitungssystem ausgegebenen
Stimulierimpulse. Im Fall, daß ein Stimulierimpuls ausgegeben wird
und kein Einfangserkennungssignal folgt, erzeugt die Logik
35 für automatische Schwellenwerteinstellung ein
Steuersignal auf einer Leitung 45, um die Amplitude oder die Dauer
des durch den Signalverlaufsgenerator 34 für den
Stimulierimpuls festgelegten Spannungssignals zu erhöhen, wodurch
entsprechend die Amplitude oder Dauer des an die Elektrode
22 gegebenen Stroms erhöht wird. Die Logik 35 für
automatische Schwellenwerteinstellung kann auch die Amplitude oder
die Dauer des festgelegten Spannungssignals auf eine
verlängerte Periode hin verringern, in der alle Stimulierimpulse
das Herz erfolgreich eingefangen haben&sub1; um eine Bestimmung
der minimalen Energie zu ermöglichen, die dazu erforderlich
ist, das Herz erfolgreich in Schritt zu halten. Die Logik 35
für automatische Schwellenwerteinstellung kann auch auf
einen Fehlschlag eines Stimulierimpulses betreffend den
Einfang des Herzens dadurch reagieren, daß sie schnell einen
zusätzlichen Stimulierimpuls mit erhöhtem Energieinhalt
auslöst, und sie kann damit fortfahren, Impulse mit erhöhtem
Energieinhalt auszulösen, bis ein Einfang erzielt wird, wie
es unten anhand der Fig. 6 veranschaulicht wird.
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Beispiele bekannter Vorrichtungen zum Einstellen des
Energieinhalts der vom Impulsgenerator 34 erzeugten
Stimulierimpulse sind im für Callaghan et al erteilten US-Patent Nr.
4,858,610, im für Callaghan et al erteilten US-Patent Nr.
4,878,497 und im für DeCote erteilten US-Patent Nr.
4,729,376 offenbart. Selbstverständlich muß bei der
Erfindung die Einstellung so erfolgen, daß die an den Verstärker
26 gegebenen, festgelegten Spannungssignale verändert
werden, anstatt daß dies durch eine spezielle
Schaltungsanordnung erfolgt, wie sie in diesen Patenten offenbart ist,
jedoch können die allgemeinen offenbarten Vorgehensweisen
immer noch verwendet werden.
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Alternative Stimulierfunktionen, die auf die Erkennung oder
Nichterkennung von Herzdepolarisationen während des
Einfangserkennungsfensters modifiziert werden können, sind im
für Callaghan et al erteilten US-Patent Nr. 4,795,366 und im
für Wittkampf erteilten US-Patent Nr. 4,305,396 beschrieben.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines Mikroprozessor-gestützten
Schrittmachers, der die Erfindung verwendet. Der Betrieb des
die Feldstärke klemmenden Verstärkers 26 in Verbindung mit
den Elektroden 22 und 24 und dem
Stimulierimpuls-Signalverlaufsgenerator 34 entspricht dem Betrieb derselben
Komponenten, die oben in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 erörtert
wurden. Der Verstärker 26 liefert ein Meßerkennungssignal
auf der Leitung 32, das an eine Timer- und
Logikschaltungsanordnung 300 für den Schrittmacher gegeben wird. Das
analoge Signal vom Operationsverstärker innerhalb des
FDC-Verstärkers 26 wird auf einer Leitung 118 für Speicherung und
Signalverlaufsanalyse an einen Analog/Digital-Umsetzer 306
gegeben.
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Die Timer- und Logikschaltungsanordnung 300 für den
Schrittmacher enthält programmierbare Digitalzähler und eine
zugehörige Logik zum Steuern der Intervalle, die
Herzschrittmacherfunktionen zugeordnet sind. Am wichtigsten ist es, daß
die Schrittmacher-Timerlogik 300 den Ersatzintervalltimer,
den elektronischen Timer für das Einfangserkennungsfenster
und die Logik für automatische Schwellenwerteinstellung, wie
in Fig. 4 veranschaulicht, enthält. Die speziellen
Intervalle, wie sie von der Schrittmacher-Timerlogik 300 gestoppt
werden, werden durch einen Mikroprozessor 308 über einen
Adressen-/Datenbus 302 gesteuert. Auf die Erkennung einer
Depolarisationswellenfront hin, wie durch ein Logiksignal
auf der Leitung SD 32 angegeben, setzt die Schrittmacher-
Timerlogik 300 den Schrittmacher-Ersatzintervalltimer zurück
und startet jede beliebige andere Timerfunktion, die
erwünscht sein kann, gesteuert durch den Mikroprozessor 308.
Hierzu können die Einfangserkennungsfenster T1 und T2
gehören. Mit Ablauf des Kammerersatzintervalls wird auf einer
Leitung 304 ein Triggersignal erzeugt, das den
Stimulierimpuls-Signalverlaufsgenerator 34 dazu veranlaßt, einen
Spannungssignalverlauf auf der Leitung 47 zu liefern, wie durch
den Mikroprozessor 308 über den Adressen-/Datenbus 302
definiert. Z.B. kann der Mikroprozessor 308, wenn der Verstärker
26 während eines elektronischen Einfangserkennungsfensters
T2 keine Depolarisationswellenfront erkennt, wie es dem
Mikroprozessor 308 über den Adressen-/Datenbus 302 mitgeteilt
wird, die unmittelbare Ausgabe eines zweiten
Stimulierimpulses mit Ablauf des Intervalls T2 oder kurz danach, mit
erhöhter Amplitude oder Dauer, ansetzen. Auf die Erkennung
einer gemessenen Kontraktion während des elektronischen
Einfangserkennungsfensters T2 hin kann der Mikroprozessor 308
stattdessen die Schrittmacher-Timerlogik 300 dazu anweisen,
mit dem nächstfolgenden Kammerstimulierintervall zu
beginnen. Auf ähnliche Weise kann der Mikroprozessor 308
gelegentliche allmähliche Verringerungen des Energieinhalts der
Ausgangsimpulse anweisen, um zu ermitteln, ob die
ausgegebenen Stimulierimpulse eine angemessene Sicherheitstoleranz
aufweisen, wie es in einigen der oben zitierten Patente
erörtert ist. Das analoge Ausgangssignal vom Verstärker 26
wird an einen A/D-Umsetzer 306 gegeben, der unter der
Steuerung des Mikroprozessors 308 über den Adressen-/Datenbus 302
arbeitet. Diese Struktur ermöglicht die Einspeicherung des
Ausgangssignals vom Verstärker 26 während der Erzeugung von
Stimulierimpulsen und auf diese folgend sowie auf das
Erkennen
spontaner oder hervorgerufener Herzdepolarisationen hin.
Z.B. kann ein Teil eines Direktzugriffsspeichers 310 als
Umlaufpuffer konfiguriert sein, in den das digitalisierte
Ausgangssignal des Verstärkers 26 unter der Steuerung durch
eine DMA-Schaltungsanordnung 312 eingespeichert wird. Z.B.
können die vorangehenden 200 oder 300 Millisekunden eines
digitalisierten Signals dauernd im Umlaufpuffer enthalten
sein. Entweder auf die Ausgabe eines Stimulierimpulses oder
auf das Erkennen einer Dipolarisationswellenfront hin kann
der Mikroprozessor 308 den Umlaufpufferspeicher 100 oder 200
Millisekunden später einfrieren und den Inhalt des Puffers
an einen gesonderten Ort innerhalb des Speichers 310 zur
späteren Analyse übertragen. Auf diese Weise können der
Verlauf des Signais auf der Leitung 118, entsprechend dem
ausgegebenen Stimulierimpuls, der Signalverlauf entsprechend
dem Betrieb des Verstärkers 26 zum Wiederherstellen des
Elektrode-Gewebe-Systems in seinen vorigen
Gleichgewichtszustand sowie die ausgelösten oder spontanen Depolarisations-
Signalverläufe alle für eine Analyse unter Verwendung einer
Kurvenanpassung oder anderer Formen digitaler
Signalverlaufsanalyse aufbewahrt werden.
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Während das in der Fig. 5 veranschaulichte
Ausführungsbeispiel in Form eines Schrittmachers vorliegt, kann die
erörterte Signalspeicherungs- und Analyseschaltungsanordnung
auch gut in Zusammenhang mit einem implantierbaren
Antitachykardie-Schrittmacher, einem implantierbaren Kardioverter
oder einem implantierbaren Defibrillator verwendet werden,
wie oben erörtert, wobei Ergebnisse der
Signalverlaufsanalyse dazu verwendet werden, normal geleitete und ektopische
Schläge usw. voneinander zu unterscheiden.
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Der Betrieb der Erfindung in Zusammenhang mit einem
Schrittmacher mit automatischer Schwellenwerteinstellung, wie oben
erörtert, ist in der Fig. 6 in den Kurven 1
- 6
veranschaulicht.
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Die Kurve 1 entspricht dem Spannungssignal am Ausgang des
Verstärkers 26 auf der Leitung 118 (Fig. 3), wobei die an
die Elektrode 22 ausgegebenen Impulse und R-Zacken
veranschaulicht sind, die eine Herzdepolarisation
veranschaulichen.
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Die Kurve 2 entspricht dem Spannungssignal am Ausgang eines
Operationsverstärkers, der dem Verstärker 38 in Fig. 2
entspricht, dessen invertierender Eingang mit der Ringelektrode
21 verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang mit
dem Schrittmachergehäuse 24 verbunden ist. Die Kurve 3
veranschaulicht den Logikpegel am Ausgang des Meßverstärkers
26 (Fig. 5) auf der Leitung 32, und die veranschaulichten
Impulse entsprechen daher den oben in Verbindung mit der
Fig. 4 erörterten Signalen SD.
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Die Kurve 4 entspricht dem Logikpegel am Ausgang des
Verstärkers 27 auf der Leitung 39 (Fig. 4) und zeigt auf
ähnliche Weise das Auftreten erfaßter Kammerdepolarisationen
an.
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Die Kurve 7 entspricht den Signalen auf der Leitung 43 vom
Einfangserkennungstimer 33 (Fig. 4). Signale mit hohem
Logikpegel in der Kurve 4 entsprechen demgemäß den Dauern der
Eingangserkennungsfenster T2, und die Abstände zwischen den
ausgegebenen Schrittmacherimpulsen (62, 63, 72, 73, 74) und
den Fenstern T2 entsprechen den Intervallen T1.
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Die Kurve 6 entspricht dem Ausgangssignal des
Signalverlaufsgenerators 34 (Fig. 5) für Kammerstimulierimpulse. Der
Energieinhalt der ausgegebenen Schrittmacherimpulse spiegelt
sich in der Höhe der Impulsmarkierungen wieder. Das
Auftreten von Stimulierimpulsen spiegelt sich auch durch die
Störsignale
62, 63, 72, 73 und 74 wieder, die sich über die
Kurven 1-5 erstrecken und dem Ausgangssignal des Verstärkers
26 (Fig. 4) während der Ausgabe der Stimulierimpulse
entsprechen.
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Der erste Herzsignalverlauf 60a, 60b rührt von einer
normalen Sinusdepolarisation des Herzens her. Das Signal SD 61
auf der Kurve 3 und das Signal SD 65 auf der Kurve 4
spiegeln die Erkennung dieses Ereignisses wieder. In
Zusammenhang mit dem Schrittmacher von Fig. 5 setzt diese erkannte
Depolarisation den Ersatzintervalltimer 30 zurück. Mit dem
Ablauf des Ersatzintervalls erzeugt der Timer 30 ein
V-Stimuliersignal, das einen Kammerstimulierimpuis auslöst.
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Das Störsignal 62 und die Stimulierimpuls-Markierung 69 auf
der Kurve 6 kennzeichnen die Ausgabe eines
Stimulierimpulses. Danach wird, wie es bei 67 auf der Kurve 5
gekennzeichnet ist, ein Einfangserkennungsfenster T2 definiert. Es
ergibt sich keine Depolarisation, da der Stimulierimpuls
unzureichende Energie zum Einfangen des Herzens hat. Dieser
Einfangausfall ist aus der Tatsache heraus deutlich, daß der
Ausgabe des Stimulierimpulses bei 62 kein
V-Meßerkennungssignal auf der Kurve 4 folgt. In diesem Fall erzeugt die
Logik 35 für automatische Schwellenwerteinstellung (Fig. 4)
einen anderen Kammerstimulierimpuls, wie durch das
Störsignal 63 gekennzeichnet. Die Amplitude dieses
Stimulierimpulses ist erhöht, wie es durch die Stimulierimpuls-Markierung
70 in der Kurve 6 angezeigt ist.
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In diesem Fall fängt der zweite Stimulierimpuls das Herz
ein, wie es durch den Depolarisationssignalverlauf 64a, 64b
auf den Kurven 1 und 2 erkennbar ist. Diese
Kammerdepolarisation wurde innerhalb des Einfangserkennungsfensters 68,
folgend auf die Ausgabe des Stimulierimpulses bei 63
erkannt, wie es durch das V-Meßerkennungssignal 66 in der
Kurve
4 deutlich ist.
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Die dem Depolarisationssignalverlauf 71a, 71b zugehörigen
Kurven veranschaulichen eine Folge von drei bei 72, 73, 74
ausgegebenen Stimulierimpulsen. Die ersten zwei
Stimulierimpulse vermochten es nicht, das Herz einzufangen, wie es
aus dem Fehlen anschließender V-Meßerkennungssignale in der
Kurve 4 erkennbar ist. Die Stimulierimpulsenergie wird mit
jedem Impuls erhöht, wie es durch die
Stimulierimpuls-Markierungen 80, 81, 82 angezeigt ist. Der dritte, bei 74
ausgegebene Impuls ist hinsichtlich des Einfangens des Herzens
erfolgreich, wie es durch das V-Meßerkennungssignal 76
angezeigt ist.
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Es ist angenommen, daß das in der Fig. 6 veranschaulichte
Ausführungsbeispiel der Erfindung den Meßverstärker 27
verwendet, um Einfangserkennung auszuführen. Aus diesem Grund
sind in der Kurve 3 keine Signale SD folgend auf die
Stimulierschläge veranschaulicht, da angenommen ist, daß der
Detektor 110 (Fig. 3) für die R-Zacke während der Ausgabe des
Stimulierimpulses und kurz danach gesperrt ist. Wenn jedoch
der Verstärker 26 dazu verwendet würde, die
Einfangserkennung auszuführen, würden in der Kurve 3 auch Signale SD,
entsprechend denen bei 66 und 76, veranschaulicht sein, die
auf die Stimulierimpulse 63 und 74 folgen, und sie würden
dem Ausgangssignal des UND-Gatters 41 (Fig. 4) entsprechen.
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Während die vorstehend erörterten Ausführungsbeispiele
durchgehend die Feldstärke klemmende Verstärker dazu
verwenden, sowohl Depolarisationen zu erfassen als auch
Stimulierimpulse auszugeben, kann ein die Feldstärke klemmender
Verstärker auch dazu verwendet werden, Stimulierimpulse in
Verbindung mit bekannten Meßverstärkern, die mit
Stimulierelektroden verbunden sind, auszugeben. In diesen Fällen kann
eine gewisse Austastung des Meßverstärkers erforderlich
sein, jedoch bleibt die Fähigkeit zum Ausgeben von
Spannungsimpulsen mit beliebigen Signalverläufen erhalten, wie
auch die Fähigkeit, das Elektrode-Gewebe-System in einen
Zustand zurückzuführen, in dem Depolarisationen schnell
folgend auf Stimulierimpulse gemessen werden können.
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Zwar sind die offenbarten Ausführungsbeispiele
Kammerschrittmacher, jedoch kann die Erfindung auch gut in
gleicher Weise in Verbindung mit einem Vorhofschrittmacher oder
einem Doppelkammer-Schrittmacher, der sowohl im Vorhof als
auch in der Kammer stimuliert und mißt, verwendet werden.
Während die in der vorliegenden Anmeldung offenbarten
Schrittmacher solche sind, die Bradykardie behandeln sollen,
kann die Erfindung in ähnlicher Weise auch in Verbindung mit
einem Antitachykardie-Schrittmacher, einem implantierbaren
Kardioverter oder einem implantierbaren Defibrillator
ausgeübt werden. Auf ähnliche Weise kann die Erfindung auch in
Verbindung mit Nerven-Stimulationsgeräten oder
Muskel-Stimulationsgeräten von Wert sein, bei denen die Ausgabe von
Stimulierimpulsen, ausgelöst durch das Erkennen von
Nervenoder Muskelimpulsen erwünscht ist, oder bei denen beliebige
Ausgangssignalverläufe oder solche Signalverläufe erwünscht
sind, die nicht leicht mittels einer herkömmlichen
Ausgangsschaltung vom Kondensatortyp erzielbar sind. Daher soll der
Schutzbereich der folgenden Ansprüche nicht so ausgelegt
werden, daß er auf die hier offenbarten speziellen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist.