DE69119242T2 - Medizinisches stimulationsgerät mit einer operationverstärker-ausgangschaltung - Google Patents

Medizinisches stimulationsgerät mit einer operationverstärker-ausgangschaltung

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DE69119242T2
DE69119242T2 DE69119242T DE69119242T DE69119242T2 DE 69119242 T2 DE69119242 T2 DE 69119242T2 DE 69119242 T DE69119242 T DE 69119242T DE 69119242 T DE69119242 T DE 69119242T DE 69119242 T2 DE69119242 T2 DE 69119242T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft elektrische Gewebestimulationsgeräte, und spezieller betrifft sie Ausgangsschaltungen und Meßverstärkerschaltungen für Gewebestimulationsgeräte.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • - 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Verbindung eines Schrittmacher-Impulsgenerators und einer Stimulierzuleitung mit dem Herz zeigt;
  • Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen die Felddichte klemmenden Verstärker veranschaulicht, der zur Verwendung lediglich als Meßverstärker konfiguriert ist;
  • 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;
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen Herzschrittmacher mit automatischer Schwellenwerteinstellung zeigt, der die in der Fig. 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung verwendet;
  • Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines die in der Fig. 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung verwendenden Herzschrittmachers zeigt; und
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Ausgang des Verstärkers 100 ist mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 106 verbunden, der als einstellbare
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

1. Gerät zum Stimulieren von Gewebe, mit einer ersten Elektrode (22) zur Anbringung in der Nähe des zu stimulierenden Gewebes, einer zweiten Elektrode (24) und einem Impulsgenerator, der mit der ersten und der zweiten Elektrode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator folgendes aufweist:
- eine aktive Schaltung (26, 100, 102) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang und einer Einrichtung (100, 102) zum Aufrechterhalten des ersten und des zweiten Eingangs auf derselben Spannung, einer virtuellen Last (104), die zwischen die erste Elektrode (22) und den ersten Eingang geschaltet ist, wobei die zweite Elektrode mit dem zweiten Eingang verbunden ist, und einer Spannungsquelleneinrichtung (34, 134) zum Ausgeben pulsierender Spannungssignale (V IN) mit festgelegten Signalverläufen an den zweiten Eingang, und wobei die Aufrechterhaltungseinrichtung (100, 102) eine Einrichtung aufweist, die den ersten und den zweiten Eingang dadurch auf derselben Spannung hält, daß sie elektrische Energie über die virtuelle Last (104) und die erste Elektrode (22) ausgibt, wobei ein Spannungsimpuls durch die Spannungsquelleneinrichtung (34) auf die Ausgabe eines pulsierenden Spannungssignals (V IN) hin an die erste Elektrode (22) geliefert wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die aktive Schaltung (26) eine Überwachungsschaltungsanordnung (110) aufweist, die auf elektrische Energie anspricht, wie sie über die virtuelle Last zugeführt wird, und die ein Ausgangssignal (SD) erzeugt, wenn die zugeführte Energie vorgegebenen Bedingungen genügt.
3. Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Überwachungsschaltungsanordnung ferner eine Einrichtung (35) zum Festlegen eines Einfangserkennungs-Zeitintervalls folgend auf die Ausgabe des pulsierenden Spannungssignals (V IN) an den zweiten Eingang der aktiven Schaltung (26) und eine Einrichtung (41) aufweist, die auf ein während des Einfangserkennungs-Zeitintervalls auftretendes Ausgangssignal (SD) anspricht, um anzuzeigen, daß der an die erste Elektrode (22) gelieferte Spannungsimpuls beim Stimulieren des Gewebes erfolgreich war.
4. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem die erste Elektrode (22) für Implantation an oder im Herz ausgebildet ist.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die erste Elektrode (22) eine Oberfläche von 5 Quadratmillimetern oder weniger aufweist und die virtuelle Last (104) einen Widerstand von 1000 Ohm oder weniger aufweist.
6. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die aktive Schaltung (26) einen Operationsverstärker (100) mit einem Verstärkerausgang und einem ersten und einem zweiten Verstärkereingang aufweist, die erste Elektrode (22) elektrisch mit dem ersten Eingang des Verstärkers (100) verbunden ist, die virtuelle Last (104) elektrisch zwischen die erste Elektrode (22) und den ersten Eingang des Verstärkers (100) geschaltet ist und die zweite Elektrode (24) mit dem zweiten Eingang des Verstärkers (100) verbunden ist.
7. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder Anspruch 4 oder Anspruch 5 oder Anspruch 6, ferner mit einer Timerschaltung (30) zum Triggern der Erzeugung von Stimulierimpulsen.
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