DE1282802B

DE1282802B - Geraet zur elektrischen Stimulierung des Herzens

Info

Publication number: DE1282802B
Application number: DEH58492A
Authority: DE
Inventors: Alfred Gemmer
Original assignee: Fritz Hellige und Co GmbH
Current assignee: Fritz Hellige und Co GmbH
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1966-02-09
Publication date: 1968-11-14
Also published as: US3460542A

Description

Gerät zur elektrischen Stimulierung des Herzens Die elektrische Stimulierung des Herzens mit Hilfe von Defibrillatoren und Schrittmachern gewinnt in der Therapie von Herzrhythmusstörungen steigende Bedeutung. Die wichtigsten Indikationen für die Anwendung von Schrittmachern sind Reizleitungsstörungen zwischen Vorhof und Ventrikel mit intermittierendem oder komplettem Herzblock. Anders als bei der Defibrillation, bei welcher meist nur ein einziger, allerdings stärkerer Spannungsstoß gegeben wird, sollen Schrittmacher für eine längere, nicht näher begrenzte Zeit ständig das Herz zu seiner normalen Tätigkeit stimulieren, indem die von den Schrittmachern gelieferten elektrischen Impulse die natürliche Erregungsbildung im Sinus, dem Automatiezentrum des Herzens, ersetzen oder verstärken. Die Entwicklung hat nun dazu geführt, daß die Stimulierung mittels Schrittmacher bei den meisten Formen der Tachycardie, der Bradycardie, bei Arrhythmien und schließlich bei einer stärkemäßig ungenügenden natürlichen Herzerregung in Betracht gezogen wird, um die Herztätigkeit normaler Frequenz anzuregen oder zu unterstützen.
Die vorliegende Erfindung entstand hauptsächlich aus der Aufgabenstellung, ein Schrittmachergerät zu schaffen, das bei allen auftretenden Fällen von Herzrhythmusstörungen einsetzbar ist. An sich ist es bekannt, mit der auftretenden natürlichen Herzaktionsspannung die Stimulierungsimpulse des Schrittmachers selbst synchron zu steuern bzw. auszulösen, z. B. mittels eines von der R-Zacke der Herzaktionsspannung abgeleiteten Impulses. Diese synchrone Erregung lag jedoch bisher im allgemeinen nur dann nahe, wenn die spontane natürliche Herzerregung noch in einem normalen Frequenzbereich lag. Häufiger wurde dagegen bisher von einer asynchronen Fremdsteuerung des Schrittmachers Gebrauch gemacht da sie grundsätzlich in allen Fällen der Tachycardie der Bradycardie oder in Fällen von Arrhythmien für zweckmäßig erachtet wurde, um das unregelmäßig, zu schnell oder zu langsam schlagende Herz zu einer Tätigkeit mit normaler Herzfrequenz, z. B. mit 70 Herzschlägen pro Minute, anzuregen. Indessen wäre aus physiologischen Gründen eine möglichst synchrone, von dem noch auftretenden Sinusrhythmus gesteuerte Stimulierung des Herzens einer asynchronen Stimulierung vorzuziehen.
Mit vorliegender Erfindung wird nun ein Gerät zur elektrischen Stimulierung der Herztätigkeit vorgeschlagen, das bei den verschiedenen Arten von Störungen des normalen Herzrhythmus einsetzbar ist und auch bei Tachycardie eine synchrone Fremderregung ermöglicht. Die kennzeichnenden Merkmale des vervollkommneten Gerätes zur elektrischen Stimulierung der Herztätigkeit gemäß der Erfindung sind aus den Ansprüchen zu ersehen. Vor allem ist die Eigenschaft des Gerätes charakteristisch, daß bei Tachycardie die Stimulierungsimpulse mit einem Bruchteil der Folgefrequenz, vorzugsweise mit der halben Folgefrequenz, der spontanen vorhandenen natürlichen Herztätigkeit erzeugt werden.
An Hand einer schematischen Schaltungsskizze wird das erfindungsgemäße Gerät näher beschrieben, wobei die Netzanschlüsse mit N bezeichnet sind. Wie die Figur veranschaulicht, benötigt man zur Stimulierung der Herztätigkeit eines Patienten 1 ein bei 31 an das Netz angeschlossenes Gerät 33, das als wesentliche Teile zunächst einen Monitor, der die Kontrolle der Herzfunktion des Patienten 1 und die Diagnosestellung ermöglicht und einen Schrittmacherteil 7 besitzt, der Impulse mit wählbarer oder synchron vom Herzen selbst gesteuerter Frequenz an zwei in der Nähe des Herzens des Patienten befestigte Elektroden 7 a und 7 b liefert. Das Gehäuse des Geräts 33 ist, wie bei 30 angedeutet, geerdet. Die durch die natürliche Herzfunktion des Patienten entstehenden Herzaktionsspannungen werden mittels Körperelektroden 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, von welchen hier nur die Extremitätenelektroden gezeigt sind, abgeleitet und dem Verstärker 3 zugeführt. Die aus den Ableitungen gewonnenen Signale werden verstärkt, um nachfolgende Meß- und Anzeigegeräte steuern zu können.
In der Figur ist z. B. als ein solches Anzeigegerät ein Oszilloskop 6 gezeigt, das über die Verbindungsleitung 10 an den Ausgang des Verstärkers 3 angeschlossen ist.
Für eine synchrone Steuerung des Schrittmachers 7 ist es erforderlich, in an sich bekannter Weise aus den verstärkten Meßsignalen Impulse abzuleiten, wobei die Impulsfolgefrequenz zunächst gleich derjenigen des Herzschlages wird. Dies geschieht in einem durch die Leitung 8 mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Triggerteil 4, dessen Aufbau und Schaltung als an sich bekannt vorausgesetzt werden darf. Die Triggerimpulse werden z. B. aus dem QRS-Komplex der Herzspannungskurve gewonnen, und sie dienen im beschriebenen Ausführungsbeispiel zunächst vor allem zur Steuerung des Herzfrequenzanzeigers 5, der mit der Leitung 9 am Ausgang des Triggerteiles 4 liegt. Der Herzfrequenzanzeiger besitzt eine Integrierschaltung, um die einzelnen Impulse zu zählen, die auf ein bestimmtes Zeitintervall fallen. Es wird der Mittelwert der Frequenz, z. B. die Zahl der Impulse pro Minute, angezeigt. Solange der beschriebene Elektrokardiograph des Gerätes als Monitor dient, können durch den Frequenzmesser 5 bei Unterschreiten (Bradycardie) und bei Überschreiten (Tachycardie) eines gewissen wählbaren Intervalls der Herzfrequenz Alarmrelais 5 a oder 5 b in Tätigkeit gesetzt werden, ersteres bei Bradycardie, letzteres bei Tachycardie. Bei einer vervollkommneten Ausbildung kann auch noch ein drittes Relais vorgesehen sein, das bei Auftreten von Arrhythmien ansprechen soll.
Für das besondere Ziel der Erfindung, also für die elektrische Stimulierung des Herzschlags, dienen diese Alarmrelais 5 a und 5 b oder äquivalente, durch die Triggerimpulse betätigte Schaltelemente zur Betätigung des Schrittmachers 7, der ebenfalls in an sich bekannter Weise aufgebaut werden kann. Um zunächst die bis jetzt am häufigsten gebräuchliche asynchrone Fremdsteuerung des Schrittmachers zu erhalten, ist zwischen dem entsprechenden Relais 5 a und dem Schrittmacher 7 noch ein frequenzbestimmendes Organ einzuschalten, z. B. ein monostabiler Multivibrator, um z. B. bei Bradycardie das Herz asynchron zu stimulieren. Wie die Figur zeigt, dient dazu der monostabile Multivibrator 25 in der Verbindungsleitung 24, 27 zwischen dem Alarmrelais 5 a für Bradycardie und dem Schrittmacher 7.
Nach dem Hauptgedanken der Erfindung soll nun bei Tachycardie die Herz aktion synchron mit dem natürlichen Herzschlag stimuliert, die Frequenz der Stimulierungsimpulse jedoch auf einen bestimmten Bruchteil, meist auf den halben Wert der natürlichen Frequenz vermindert werden. Beim erfindungsgemäßen Gerät der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform steht dazu der Schrittmacher 7 mit einem Ausgang des Triggerteiles 4 über eine Leitung 15, 26 in Verbindung, in welcher noch ein bistabiler Multivibrator oder ein äquivalentes Flip-Flop-Organ 22 liegt. Bei einer erforderlichen Frequenzhalbierung wird durch jeden Triggerimpuls, der synchron mit einem Herzschlag im Triggerteil 4 erzeugt wird, der bistabile Multivibrator von einer Schaltlage in die andere Schaltlage umgesteuert, so daß an dessen Ausgang in der Leitung 26 Rechteckimpulse erscheinen, deren Folgefrequenz halb so groß ist wie die Frequenz der am Eingang des Multivibrators ankommenden Triggerimpulse. Die Rechteckimpulse dienen dann zur Betätigung des Schrittmachers 7, der so eingerichtet ist, daß er nur jeweils am Anfang entweder nur eines positiven Rechteckimpulses oder nur eines negativen Rechteckimpulses in Tätigkeit tritt und Stimulierungsimpulse an die Elektroden 7 a und 7 b liefert. Um zu gewährleisten, daß diese Art der Stimulierung nur bei Tachycardie eintritt, liegt im Verbindungszweig zwischen dem Triggerteil 4 und dem bistabilen Multivibrator 22 noch ein Schalter 20, der nur dann geschlossen ist, wenn das Alarmrelais 5 b und das Arbeitsrelais 18 bei Tachycardie ansprechen.
Ein anderer Anlaß für die synchrone Stimulierung ist gegeben, wenn die spontane Herzerregung zuwenig ausgeprägt ist, wenn sie auch die normale Frequenz hat. Damit dann eine synchrone Stimulierung einsetzen kann, ist eine weitere Steuerleitung 11, 21 bzw.
14 und 21 zwischen den Ausgängen des Verstärkers 3 einerseits, des Triggerteils 4 andererseits und dem Eingang des Schrittmachers 7 vorgesehen, welche noch als ein logisches Schaltungsglied ein Und-Tor 13 enthält. Letzteres wird sowohl von dem Ausgang des Verstärkers 3 als auch von dem Ausgang des Triggerteils 4 über die Leitungen 11 bzw. 14 angesteuert, und es ist so geschaltet, daß an seinem Ausgang nur dann Steuerimpulse für den Schrittmacher entstehen, wenn sowohl ein Triggerimpuls vom Triggerteil 4 ankommt, der die Synchronizität mit der spontanen Herzerregung gewährleistet, als auch ein weiterer Impuls über die Leitung 11, der anzeigt, daß die Herzaktionsspannung eine vorbestimmte Amplitude nicht überschreitet. Um letztere Bedingung zu erfüllen, enthält die Leitung 11 noch ein Organ 11 a, welches als Spannungs- oder Stromschwelle ausgebildet ist, und ein Negationsglied 12, welches somit an seinem Ausgang nur dann ein Signal für das Und-Tor 13 liefert, wenn die am Verstärkerausgang auftretenden Signale nicht die zum Überschreiten der Strom- oder Spannungsschwelle 11 a erforderliche Amplitude haben.
Die zuletzt betrachtete Art der synchronen Steuerung des Schrittmachers soll nur dann möglich sein, wenn weder Bradycardie noch Tachycardie vorliegt.
Deshalb sind in der Verbindungsleitung 21 zwischen dem Schrittmacher 7 und dem Und-Tor 13 noch zwei Schalter 16 und 17 angeordnet, von welchen ersterer durch das Tachycardierelais 18 und letzterer durch das Bradycardierelais 19, das mit dem Alarmrelais 5 a für Bradycardie über die Leitung 24 verbunden ist, betätigt wird, was in der Zeichnung durch die Verbindungslinien 18 a bzw. 19 a angedeutet ist.
Bei den drei erwähnten Möglichkeiten der Stimulierung der Herzaktion handelt es sich um gegenseitig sich ausschließende Alternativen, gleichwohl werden sie durch die beschriebene Schaltung gewährleistet.
Als vierte Möglichkeit wäre noch die Stimulierung bei Arrhythmien zu erwähnen. Wenn dann nur eine asynchrone Steuerung gewünscht ist, so kann dieser Fall wie der Fall der Bradycardie behandelt werden.
In der Figur ist dies durch eine weitere gestrichelte Leitung 24 a zwischen dem Herzfrequenzmesser 5 und dem monostabilen Multivibrator 25 angedeutet.
Über diese Verbindungsleitung 24 sollen Steuerimpulse für den Multivibrator auch für den Fall des Auftretens von Arrhythmien geliefert werden, die nicht eindeutig Bradycardien oder Tachycardien zugeordnet werden können. Auf der Seite des Herzfrequenzmessers ist dann, wie weiter oben bereits erwähnt, eventuell ein drittes Alarmrelais erforderlich, das dann nur in solchen Fällen von Arrhythmien in Tätigkeit tritt.
Die Schalter 16 und 17 könnten noch durch logische Schaltungsglieder ersetzt und deren Ausgänge so mit dem logischen Schaltungsglied 13, einem Und-Tor, verbunden werden, daß das beschriebene funktionelle Zusammenwirken voll erhalten bleibt.
Die genannten Schalter wären dann durch Negationsglieder zu ersetzen, welche an ihrem Ausgang nur dann Steuersignale liefern, wenn Steuersignale am Eingang ausbleiben, also entweder keine Tachycardie oder keine Bradycardie vorliegt. Entsprechendes gilt für den Schalter 20; dazu müßten lediglich die Leitungen 15 und 23 an den Eingang eines als Und-Tor wirkenden logischen Schaltungsgliedes geführt werden, dessen Ausgang mit dem bistabilen Multivibrator 22 verbunden ist.
Schließlich ist als weitere wichtige Schaltungsmöglichkeit mit der gestrichelten Verbindungsleitung 32 zwischen dem Schrittmacher 7 und dem Verstärker 3 angedeutet, daß über geeignete elektronische Schaltungsglieder der Verstärker kurzzeitig stillgelegt werden kann, wenn ein Schrittmacherimpuls ausgelöst ist, damit dieser nicht über die Elektroden 7 a, 7 b und die Körperelektroden 2 a bis 2 d in den Eingang des Verstärkers zurückgelangt.
Die möglichen und brauchbaren Schaltungen des Verstärkers 3, des Triggerteiles 4, der Integrierschaltung für den Herzfrequenzmesser 5, des bistabilen Multivibrators 22 und des monostabilen Multivibrators 25 sowie des Schrittmachers 7 und der erwähnten logischen Schaltungsorgane können als bekannt vorausgesetzt werden. Bei der Erfindung geht es vor allem um die Art ihrer Zusammenschaltung und ihrer Kombination, um zu gewährleisten, daß möglichst selbsttätig für jede Art einer möglichen Herzrhythmusstörung sofort die nach Stärke und Frequenz bestgeeignete Art der Stimulierung mittels eines Schrittmachers einsetzen kann. Die Überwachung von Patienten mit Herzrhythmusstörungen wird somit beträchtlich erleichtert, was für Kliniken einen begrüßenswerten Fortschritt bedeutet.

Claims

Patentansprüche: 1. Gerät zur elektriscllen Stimulierung des Herzens mit einem Elektrodensatz zur Abnahme der natürlichen Herzaktionsspannungen der Patienten, mit einem Verstärker für die aus den Herzaktionsspannungen gewonnenen Signale, mit einem an den Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Triggerteil, um aus jedem Herzschlagsignal einen Impuls zu gewinnen, mit einem an den Ausgang des Triggerteils angeschlossenen Impulszähler oder Herzfrequenzmesser, der Alarm relais besitzt, die bei Unterschreiten (Bradycardie) oder Überschreiten (Tachycardie) eines einstellbaren, normalen Herzfrequenzintervalls ansprechen, und mit einem Schrittmacherteil, der bei Tachycardie, Bradycardie oder bei zu geringer Amplitude der Herztätigkeit Stimulierungsimpulse liefert, die dem Herzen über Elektroden zugeleitet werden, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß eine elektronische Vorrichtung vorgesehen ist, die bei einer Tachycardie selbstätig die Frequenz der durch die Herzaktionsspannung synchron gesteuerten Stimulierungsimpulse auf einen bestimmten Bruchteil der Frequenz der vorhandenen natürlichen Herztätigkeit herabsetzt.
2. Gerät zur elektrischen Stimulierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Halbierung der Stimulierungsfrequenz gegenüber der bei Tachycardie auftretenden natürlichen Herzfrequenz, bestehend aus einem bistabilen Multivibrator oder Flip-Flop (22), der durch den Triggerteil (4) gesteuert und durch das bei Eintritt einer Tachycardie ansprechende Alarmrelais (5 b, 18) ausgeschaltet wird und von dessen Ausgang dann Steuerimpulse an den Schrittmacher (7) geliefert werden.
3. Gerät zur elektrischen Stimulierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmacher (7) einerseits mit einem von dem bei Bradycardie ansprechenden Alarmrelais (5, 19) gesteuerten monostabilen Multivibrator (25) mit einstellbarer Stimulierungsfrequenz, andererseits mit dem vom Triggerteil (4) gesteuerten bistabilen Multivibrator (22) und schließlich auch noch mit einer sowohl vom Ausgang des Verstärkers (3) als auch vom Triggerteil (4) gesteuerten, als Und-Tor wirkenden logischen Schaltvorrichtung (13) verbunden ist, die nur dann, wenn die Herzaktionsspannung unter einer vorbestimmten einstellbaren Amplitude bleibt, anspricht und den Schrittmacher (7) mit dem Triggerteil (4) direkt verbindet.
4. Gerät zur elektrischen Stimulierung des Herzens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei in der Verbindungsleitung (21) zwischen dem Und-Tor (13) und dem Schrittmacher (7) in Serie liegende Schalter (16 und 17), wovon ersterer durch das Tachycardierelais (5 b, 18) und letzterer durch das Bradycardierelais (5 a, 19) geöffnet wird, wenn Tachycardie oder Bradycardie vorliegt, so daß, wenn beide Schalter (16, 17) geschlossen sind und das Und-Tor (13) anspricht, der Schrittmacher (7) synchron mit den Herzschlägen direkt vom Triggerteil (4) gesteuert wird.
5. Gerät zur elektrischen Stimulierung des Herzens nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (11) zwischen dem Ausgang des Verstärkers (3) und dem Und-Tor (13) ein elektronisches Negationsglied (12) eingeschaltet ist, das nur dann Steuerimpulse an das Und-Tor (13) liefert, wenn die zur Ableitung der Triggerimpulse maßgebliche Herzaktionsspannung unter einem vorzugsweise einstellbaren Betrag bleibt.