DE1589600A1 - Elektrischer Herz-Schrittmacher - Google Patents

Description

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28. April 1967

O-ordis Corporation
Miami, Florida, U.S.A.

Elektrischer Herz-Schrittmacher

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Herz-Schrittmacher zur Erzeugung künstlicher Reizimpulse, die über eine in eine Herzkammer eingebettete Herzkammerelektrode an das Herz gelegt ■ werden.

Bei einem^normalen Herzen wird sauerstoffreiches Blut von, ' üen Xungen denf-linken Herzvorhof zugeführt, der dieses in die linke Herzkammer entlässt, die es in das Körpergewebe pumpt. Gleichzeitig nimmt der rechte Herzvorhof sauerstoffarmes Blut aus den Venen auf und gibt es an die rechte Herzkammer weiter, die es durch die Lungen pumpt, in denen die Stoffwechselprodukte, insbesondere Kohlendioxyd, abgegeben werden und Sauerstoff aufgenommen wird. Infolgedessen wirkt jede Herzhälfte als Zweistufenpuuipe» wobei sich jeweils die beiden IJ^erzvornöfe und die beiden Herzkammern gleichzeitig zusammenziehen, .■■■■■■■.."■. ■"■■■ - " - 2 -

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Während der Kontraktion des Vorhofes tritt vorübergehend ein elektrochemisches Potential auf, das auch schon kurz vor der Kontraktion vorhanden ist und im Elektrokardiagramm üblicherweise als "P-Zacke" bezeichnet wird. Nach einem als AV-Überleitungszeit.bezeichneten Intervall in der Größenordnung von i/iOtel Sekunde tritt ein anderes elektrochemisches Potential auf das als "QRS-Komplex" bezeichnet wird, und zwar tritt dieses Potential in der Herzkammer auf und leitet bei einem normalen Herzen die Kontraktion der Herzkammer ein. ITach jeder Kontraktion bleiben die Herzkammern während eines bestimmten' Zeitintervalles.unempfindlich gegen elektrische Einflüsse - dieses Zeitintervall wird mit QT-Dauer und in dieser Anmeldung im· folgenden als "Herzpause" bezeichnet und ist ungefähr 3/iOtel Sekunden lang. Unmittelbar an diese Herzpause schließt sich ein nur wenige Millisekunden dauernder Zeitraum an, in dem das Herz durch einen an es angelegten elektrischen Reizimpuls geschädigt werden kann, obwohl es nicht mit einer Kontraktion reagiert.

Ih der älteren Anmeldung derselben Anmelderin (amtl. Aktenzeichen ) ist ein Herz-Schrittmacher beschrieben, der

in den Körper eines Patienten eingebettet wird und auf die P-Zacke des Herzvorhofes anspricht, sofern eine solche auf-, tritt,worauf dieser Schrittmacher nach einer simulierten AV-Überleitungszeit einen künstlichen Reizimpuls an die Herzkammer abgibt und go deren Kontraktion hervorruft. Dieser · • _ 3 _—

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Herz-Schrittmacher- ersetzt also die natürliche, physiologische Portpflanzung des Reizes vom Yorhof zur Herzkammer, sofern diese normale Reizleitung ausgefallen ist. Der künstliche Reizimpuls wird von einem zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufweisenden Multivibrator erzeugt, dessen Transistoren über :Kreuz so geschaltet sind,' daß jede Basis des einen mil/ftem Kollektor des anderen verbunden ist; in ·.-.■· Abwesenheit eines natürlichen Potentials im Vorhof kippt dieser Multivibrator mit einer vorgegebenen Kippfrequenz, so daß er beispielsweise siebzig Impulse/ftinute abgeben kann. Im' Ein-Zustand dieses Multivibrators leitet der eine Transistor, während im Aus-Zust^nd der andere Transistor leitet. Die volle Periode des Multivibrators !".setzt sich aus der Dauer .des Ein- "sowie aus der Dauer des Aus-Zustandes zusammen, und während der gangen Periode leitet stets einer der beiden Transistoren. Im Aus-Zustand läßt sich der Multivibrator . von einem Fremdsignal äus-steuern, das ein Simulator für die AY-Überleitungszeit unter Umständen abgibt, worauf der Multi-' vibrator in seilen Ein-Zustand kippt, was dann möglicherweise früher eintritt,".wie wenn er frei schwingen würde. Während des Ein-Zustandes ist der Multivibrator hingegen unempfindlich gegen Fremdsignale. Infolgedessen entspricht die Dauer des Ein-Zustandes des Multivibrators der Herzpause des Herzens. Die Dauer des Ein-Zustandes wird lediglich von der Dimensionierung der Sehaltelemente bestimmt. In Abwesenheit"eines

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vom Vorhof abgegebenen Signales wird auch die Dauer des ·.-·.-■ Aus-Zustandes lediglich von den Schaltelementen bestimmt, sie kann jedoch abgekürzt werden, wenn ein vom Vorhof ausgesandtes Signal den Multivibrator über den Simulator für die AV-Überleitungszeit erreicht. In Abwesenheit von Vorhof-Signälen werden also die künstlichen Reizimpulse mit einer vorgegebenen, festen Impulsfolgefrequenz abgegeben, während sie beim Auftreten von Vorhofsignalen synchron mit diesen erfiLgen, wenn auch ".um die AV-Überleitungszeit verzögert.

Bei dem Herzschrittmacher entsprechend der älteren Anmeldung ist dem als Reizimpulsgeber dienenden Multivibrator ein · Rückkopplung-sverstärker nachgeschaltet, der verhindert, daß während der gesamten Dauer des Ein-Zustandes des Multivibrators.

ein· künstlicher Reizimpuls an die Herzkammer gelegt wird. Dieser RückfKopplungsverstärker gibt einen nur wenige Millisekunden langen Impuls ab, wenn der Multivibrator von seinem Aus- in seinen Ein-Zustand kippt. Der Ausgangsimpuls des Rückkopplungsverstärker.s wird dann durch einen die Gleichstromkomponente zurückhaltenden Koppelkondensator an die Herzkammer-elektrode gelegt, die von einem Chirugen in den Herzmuskel eingebettet worden iät. ·

Bei einigen Herzfehlern fallen ■/, - P-Zacke und Vorhof-Kon-traktion völlig aus oder treten nur in abnormal großen zeitlichen

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Abstäiiden voneinander auf, wohingegen die die Kontraktion der ■Herzkammer auslösenden .QRS-KQmplexe ständig auftreten, wenn' auch mit.zu niedriger Impulsfolgefrequenz, um, dem Herzkranken ein normales Leben zu ermöglichen.Im Hinblick darauf liegt nuns der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Herz-. Schrittmacher der eingangs erwähnten Art zuschaffen, der v.on ■ seiner festen Impulsfolge frequenz infolge ^.P-Zacken ■ ■ abweicht, wenn diese überhaupt (und in normaler Weise auftreten, der es ^eäoch gleichzeitig dem Herzen auch beim Ausfallen der P-Zaeken ermöglicht·, sich als Folge normal auftretender QRS-Komplexe zusammenzuziehen, und der notfalls stets dann einen künstlichen Impuls abgibt, wenn überhaupt kein QRS-Komplex auftritt oder dieser einen zu großen zeitlichen Abstand von dem vorhergehenden hat. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen steuerbaren Reizimpulsgeber mit im unbeeinflussten' Zustand vorgegebener Reizimpulsfolgefrequenz gelöst, der bei einer Aussteuerung durch ein Fremdsignal einen künstlichen Reizimpuls abgibt und an den Anfang einer neuen Periode springt, und dessen Ausgang mit der Herzkammerelektrode gekoppelt und dessen Steuereingang an eine: Herzpotentiale empfangende Elektrode anschließbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steuereingang des Reizimpulsgebers über einen Schalter wahlweise an mehrere, unterschiedliche Herzpotentiale empfangende Elektroden anschließbar ist. Daraus folgt nämlich, da-ß im eiien Fall die P-Zacken des Yorhofs den Schrittmacher steuern, während

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im anderen Pall lediglich QRS-Komlexe aus der Herzkammer an den St.euereingang gelangen. Bei der die QRS-Koinplexe empfangenden Elektrode kann es sich um die Herzkacnnerelektrode handeln, über die die künstlichen Reizimpulse an den Herzmuskel gelegt werden.

Zweckmäßigerweise wird das von der jeweils wirksamen Elektrode im Herzen empfangene Potential, d. h. die P-Zacke oder der . · QRS-Komplex,zunächst verstärkt, dann durch einen Simulator für die AV-Überleitungszeit verzögert und schließlich an einen als Reizimpulsgeber dienenden Multivibrator gelegt, der in Abwesenheit eines merklichen Herzpotentials mit vorgegebener Reizimpulsfolgefrequenz künstliche Reizimpulse an die Herzkammer abgibt, die dann beispielsweise sebzig Kontraktionen/ Minute auslösen. Das verstärkte und verzögerte Premdsignal bewirkt ein Kippen des Multivibrators von seinem Aus- in seinen Ein-Zustand, in dem er jeweils einen künstlichen Reizimpuls an das Herz abgibt. Geht das Fremdsignal auf einen QRS-Komplex zurück, so fällt der künstliche Reizimpuls in die natürliche.Herzpause des Herzens, das sich ja gerade infolge eines natürlichen Reizes zusammengezogen hat, -'so daß der künstliche Reizimpuls keine weitere Kontraktion auslösen.: kann. Ist jedoch eine abnormal lange Zeit seit dem letzten QRS-Komplex verstrichen, so gibt der Reizimpulsgeber einen künstlichen Reizimpuls an die Herzkammer ab, der eine Herzkammer

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!contraction auslöst.

Schwdsrigkeiten "bringen auch, die zahlreichen elektrischen Einflüsse mit sich, denen der ,-,Mensch im modernen Leben ausgesetzt ist. Eine solche Beeinflussung findet beispielsweise statt, venn ein Mensch unter einer Hochspannungsleitung steht r» oder ein elektrisches Gerät ergreift, dessen Gehäuse nicht richtig geerdet ist, so daß innerhalb des Körpers elektrische Felder beträchtlicher Stärke induziert werden. Derartige äußere Einflüsse beeinträchtigen zwar in der Regel die normale Körpertätigkeit nicht, jedoch können sie auf die Betriebsweise des empfindlichen, elektronischen Schrittmachers Auswirkungen haben, und zwar gleichgültig,ob dieser Schrittmacher in den Körper des Patienten eingebettet ist oder nicht. Solche äußeren, elektrischen Einflüsse bewirken vor allem eine Potenüaländerung im Herzmuskel, vas schon die Abgabe eines künstlichen Reizimpuls? durch den Schrittmacher an das Herz auslösen ..kann. Aber selbst bei einer starken Beeinflussung des erfindun-gsgemäßen Herz-' Schrittmachers beschränkt dieser die Impulsfolgefrequenz der ausgelösten künstlichen Reizimpulse auf eine erträgliche Höhe, z. B. auf 150 Impulse/Minute oder weniger, d.h. also in der Regel auf Vierte, die wesentlich unter der Impulsfolgefrequenz der Störeinflüsse liegen·

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Der Reizimpuls, der benötigt wird, um eine Kontraktion der Herzkammer auszulösen, ist sehr kurz; er kann nur wenige Millisekunden lang sein. Das heißt also, die Impulsdauer steht in scharfem Gegensatz zu dem Intervall zwischen den einzelnen Impulsen, das ungefähr 0,85 Sekunden lang sein kann, sofern siebzig Impulse/Minute abgegeben werden. Bei dem erfindungsgemäßen

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Schrittmacher wird mit Vorteil von einer Komihation eines Multivibrators mit einem Rückkopplungsverstärker, wie er in dem Schrittmacher nach der erwähnten älteren Anmeldung verwendet wird, Gebrauch gemacht; der Multivibrator hat einen^ ein bis zwei Millisekunden lang dauernden Ein-Zustand, während der ' Aus-Zustand, yF-enn der Multivibrator frei schwingt, ungefähr 0,85 Sekunden dauert. Infolgedessen wird der Multivibrator .

bei dem erfindungsgemäßen Schrittmacher nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus zwei Tranistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zusammengesetzt, so daß nur im kurzen Ein-Zustand beide Transistoren leiten, während im sehr viel länger anhaltenden Aus-Zustand beide sperren. Auf diese Weise wird der Batterie weniger Energie entzogen und deshalb ihre Lebensdauer wesentlich erhöht.

Bei dem Schrittmacher nach der erwähnten älteren Anmeldung . entsprach diejenige Zeit,in der der eine Transistor sperrt und der andere leäet,der simulierten Herzpause. In Gegensatz hierzu

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weist der erfindungsgemäße Schrittmacher zweckmäßigerweise eine in Sperrichtung vorgespannte Diode auf, deren Vorspannung γ on einem abgegebenen künstlichen Reizimpuls bewirkt " wird und die während des Intervalls zwischen den Reizimpulsen ·. nach und nach abnimmt. Bei einer entsprechenden Dimension!erung \ der Schaltelemente fällt diese Yorspannung v^ährend der gewünsch-' _: ten Herzpause von ungefähr 0,3 Sekunden so weit ab, daß sie ;■'..:).? -. nicht mehr größer als die Amplitude der vom AV-Siinulator abge-•gebenen Impulse ist, so daß diese Impulse von diesem Zeitpunkt "an, jedoch nicht früher, die Diode passieren und an den Multivibrator gelangen, wo sie die Abgabe eines künstlichen Heiz-», impulses auslösen. ... . .

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Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellende Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüche und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführurigsbeispieles für die Schaltung eines erfindungs-gemäßen Schrittmachers.

Der dargestellte Schrittmacher hat eine in den Vorhof eines Herzens eingebettete Vorhofelektrode 1, um die sogenannten P-Zacken zu empfangen; entsprechende Signale werden dann über einen in der Stellung B befindlichen Schalter S und einen PiIterwiderstand R sowie Kondensatoren 01 und 02 an · den Eingang eines zweistufigen, üblichen Verstärkers mit zwei

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Transistoren Q1 und Q2 "bekannter Schaltung gelegt. Steuer- -.-;- · leistung und Vorspannungen, für diesen Verstärker sowie die anderen Schaltelemente des Schrittmachers liefern Batterien B1 "bis B5. Zweekniäßigerweise handelt es sich bei jeder Batterie um eine».· Quecksilberzelle mit jev/eils einer Spannung von 1,4 Volt. Eine.- Zener-Diode Z1 mit einer Durchbruchsspannung von ungefähr 3 Volt ist in den Eingang .rdes Verstärkers Q1» Q2 gelegt, um die Schaltung gegen zu hohe äußere Spannungen zu schützen. Der Pilterwiderstand bringt eine untere Grenzfrequar von ungefähr 10 Hz und eine obere Grenzfrequenz von unge-

' fähr 200 Hz sowie eine geringfügige zeitliche Verzögerung mit

...sich. ■

Eine P-Zacke als äußeres Fremdsignal wird nach geringfügiger

das

Verzögerung durcH^Filter und Verstärkung durch den Verstärker" Q1, Q2 über einen Koppelkondensator 04 an die Basis .;i eines von zwei Transistoren -·03 und Q4 gelegt, welche so geschaltet :.i

sind, daß sie einen monpstabilen Multivibrator ergeben, der

" · als

die AV-Überleitungszeit simuliert und im-folgendenTAV-Simulator

bezeichnet werden soll. Die tiberkreuz-Schaltung des Kollektors des einen Transistors mi"fc der Basis des anderen Tranistors ist so gewählt, da& im stabilen Zustand der Transistor Q 4 •leitet, während der Transistor Q3 sperrt; im metastabilen ;■;■ Zustand liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt. Je ·;. nach Polarität des vom Verstärker abgegebenen Preindsignales

wird dieses über eine Diode D1 an die Basis des Transistors

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Q3 oder über eine Diode D2 an die Basis des Transistors Q4 gelegt. Die beiden Dioden sind entgegengesetzt gepolt, so daß jedes, Fremdsignal unabhängig von seiner Polarität den ;-monostabilen Multivibrator Q3»Q4 von sinem stabilen in seinen metastabilen Zustand zu steuern vermag. Die Anode der Diode D1 sowie die Kathode der Diode D2 sind Über einen Widerstand E7 an einen Punkt geeigneten Potentials gelegt, das von einem Spannungsteiler R6, E8 erzeugt wird, welcher an den Batterien B4 und■ B5 liegt. Auf diese Weise-" wird.-erreicht, daß die Punktion des ÄV-Simulators unabhängig von der Polarität des Premdsignals ist. Ein positives Fremdsignal gelangt über · die Diode D1 an die Basis des Transistors Q3, während ein negatives Premdsignal in gleicher Weise über die Diode D2 an die Basis des Transistors Q4 gelegt wird. In beiden Pällen kippt der AY-Simulator Q3, Q4 inseinen metastabilen Zustand, sofern er zuvor seinen stabilen Zustand eingenommen hatte. Die Konstruktion bringt den Vorteil mit sich, dass der Chirurg die Vorhofelektrode 1 nicht in einen ganz bestimmten Teil des Herzens einbetten muß, in dem die empfangene -P-Zacke bekanntermaßen ehe stets gleichbleibende, vorherbestimmbare Polarität aufweist. ■

Jedes mal, wenn der nionostabile Multivibrator Q3,Q4 von seinem stabilen in seinen metastabilen Zustand kippt, gibt er einen positiven Impuls a und infolgedessen hinter einem Kondensator ; C6 einen positiven lladelimpuls b sowie einen negativen ITadel-

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impuls c a"b. Wäre niht eine Diode D3 in den Eingang eines freischwingenden Multivibrators Q5, Q6 geschaltet, so würde der -positive Nadelimpuls b diesen kippen lassen. Infolge der Schaltung der Diode D3 wird der positive Uadelimpuls jedoch . "blockiert, so daß er als Trigger-Impuls wirkungslos bleibt, fftitt jedoch nach Ablauf der simulierten.AV-Überleitungszeit in der Größenordnung von O,12 Sekunden der negative ITadenimpuls c auf, nämlich dann, wenn der monostabile Multivibrator Q3,Q4 in seinen stabilen Zustand zurückkippt, so läßt die Diode D3 diesen negativen Nadelimpuls durch, sofern sie nicht in Sperrichtung vorgespannt ist, was später noch beschrieben werden wird. Der . Nadelimpuls c gelangt dann an die Basis des Transistors Q5» so daß dieser leitet.

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Im Gegensatz zu dem Herzschrittmacher der erwähntenälteren Anmeldung verwendet der freischwingende Multivibrator Q5»Q6 der vorliegenden Anmeldung Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Wenn also der Transistor Q5 zu leiten beginnt, so bewirkt eine Regeneration, daß auch der Transistor Q6 zu leiten.beginnt, und zwar über eine Diode D4, die lediglich dazu dient, den letztgenannten Transistor vor äußeren, in Sperrrichtung wirkenden. Spannungen zu schützen. Die !Bemessungv.._;. zweier /Schaltelemente, nämlich eines Kondensators C9 und eines Widerstandes R17 bestimmt die Zeit, während der die beiden ·■"--· Transistoren leiten, und diese Zeit soll ungefähr 2 Millisekunden betragen; im folgenden wird sie als Dauer des Ein-Zustandes des Multivibrators Q5i Q6 bezeichnet, der nach Ablauf dieser Zeit von selbst in seinen Aus- Zustand zurückkippt,—-in dem beide Transistoren sperren* Die Dauer des Aus- Zustandes, d.h. des Intervalls zwischen zwei Impulsen, hängt in Abwesenheit eines über den Kondensator 06 angelegten Premdsignales nur von der •Bemessung der Schaltelemente des freischwingend'en Multivibrators Q5, Q6 ab, und bei einer Impulsfolge von 70 Impulsen/Minute beträgt das zwischen zwei Impulsen liegende Intervall ungefähr 0,85 Sekunden. Ein kürzeres Intervall tritt dann auf,wenn

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der Multivibrator Q5, Q6 infolge eines vom Herzen abgenommenen Fremdsignales, das verstärkt und vom AY-Simulat'or verzögert; . über die Diode D3 an den Multivibrator gelegt wird, an den . Beginn einer neuen Periode springt. Die Dauer des Intervalls zwischen zwei Impulsen wird bei fehlender Störung von außen . von den folgenden Schaltelementen bestimmt: Kondensator Q7 und; ; Widerstände R15|R16,R19 und R20, von denen dem Widerstand R15 . ]; die meiste Bedeutung zukommt. Jedes dieser Schaltelemente "^: :"··: kann, zur Veränderung des Intervalls "zwischen zwei Impulsen /. -v '"< variiert werden. Immer dann, wenn der Multivibrator Q5_f Q6 . einen Impuls^_abgibt, beginnt ein neues Intervall, und. zwar . ' ,; unabhängig davon, ob dieser Impuls von außen ausgelöst wurde, . oder ob der Multivibrator von selbst kippte.- . /

In all den Fällen, in denen der Schrittmacher völlig in den . Körper des Patienten eingebettet ist, hat die Lebensdauer ; ... der Batterie eine große Bedeutung. Der Schrittmacher "gemäß der erwähnten älteren Anmeldung umfaßt ein von außen betätigtes Batterieladegerät, jedoch wird aus diesem Grunde die Schaltung wesentlich komplizierter. Im Gegensatz hierzu haben die Batterien des erfindungsgemäßen Schrittmachers eine hohe

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Lebensdauer, und zwar wegen der Konstruktion des freischwingenden Multivibrators Q5, Q6 mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Bei diesem Multivibrator beträgt die Dauer · des Ein- Zustandes ungefähr 1-2 Millisekunden, während der Au§T Zustand während ungefähr 0,85 Sekunden anhält, so daß die Gesamtzeit, während der die Transistoren leiten, gegenüber dem Schrittmacher der älteren Anmeldung wesentlich herabgesetzt ist, da bei diesem Schrittmacher ste-ts einer der beiden Transis-"' . toren leitet. '"'.

Der Äusgangsimpuls des freischwingenden Multivibrators Q5?. Q6 erzeugt einen Spannungsabfall an Widerständen R16 und R2Ö. An einem Abgriff 2 wird ein vorbestimmter Bruchteil dieses Spannungsabfalles abgegriffen und an die Basis eines Leistungstransistors Q7 gelegt, der dann leitet, so daß ein Strom vom positiven Pol der Batterien B1-B5 durch einen Vorspannungswiderstand R25 zum negativen Pol der Batterien fließen kann. Der · am Vorspannungswiderstand R25 auftretende Spannungsabfall wird über einen Koppel-Kondensator CIl an eine in die Herzkammer eingebettete Herzkammerelektrode J gelegt. Der Stromkreis für die künstlichen Reizimpulse wird über eine in den.Bauch oder

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die Brust des Patienten eingebettete Masse-Elektrode 4 geschlossen». Bei dieser kann es sich um ein metallisches Gehäuseteil des in den Patienten eingebetteten Schrittmachers handeln. Je nach lage der Abgriffe an den Widerständen R20 und R25 kann der Ausgangsstrom des erfindungsgemäßen Schrittmachers konstant sein, wie dies üblicherweise wünschenswert ist.

Ein Kondensator C8 verbindet den Abgriff 2 mit dem negativen Pol der Batterien. Er dient lediglich als Bypass für kleine Storspannungsstoße, um zu verhindern, daß diese den Leistungstransistor Q7 aussteuern. '

Zwischen der Masse-Elektrode 4 und der Herzkammer-Elektrode 3 liegt noch__v.eine Zener-3)iodo Z2 mit einer Durch.hr.u.chsspannung von ungefähr 8 Volt, die die Schaltung des erfindungsgemäßen Schrittmachers vor einer Beschädigung durch äußere Spannungen schützt,.die beispielsweise bei einer nicht angebrachten medizinischen Behandlung des Patienten auftreten oder durch äußere Streufelder hervorgerufen werden können. .

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Bei jedem elektronischen Schrittinacher, der von Vorhof- oder Herzkammersignalen gesteuert wird, ist es erforderlich, die Herzpause des Herzens zu simulieren. Bei dem Schrittinacher nach der erwähnten älteren Anmeldung entsprach der Herzpause die Bauer-..d?e-s Ein- Zustandes des freischwingend-e^Multivibrators. Im Falle des erfindungsgemäßen Schrittmachers beträgt die Dauer des Ein- Zustandes des Multivibrators Q5, Q6 ungefähr" 2 Millisekunden,d;.h. also wesentlich weniger als die Dauer der natürllc.h-e-n-'-'Herzpause. Es ist deshalb erford-Qr-M^Qh, diese . .' · Herzpause in anderer Weise zu simulieren. ,- . · .

Bei der"erfindungsgemäßen Schaltung dienen dazu Widerstände R17, R18,R21-R23 sowie Kondensatoren C9 und ClO und die Dioden D3 und D5. Die Wirkungsweise dieser Teilschaltung soll nun beschrie- ' ben werden. ' . .

In der kurzen Zeit, in der die Transistoren Q5_f Q6 leiten, .

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liegt der jKpndensator ClO nahezu an der ganzen Bätteriespannung und wird^r"^:d^:e^ihalb nahezu auf 7 Volt aufgeladen-'.-^^iese Aufladung erfolgt außerordentlich schnell über den Transistor Qö.und die Dioden D4 und D5, die nun in Durchlaßrichtung betrieben

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werden. Während der Dauer des .Aus- Zustandes der beiden Transistoren fließt die Ladung des Kondensators ClO nach und nach über die Widerstände R22 und R23 ab (die Ladung des Kondensators C9 fließt' wesentlich schneller ab, so daß sein Einfluß auf die simulierte Herzpause vernachlässigt werden kann). Die Kathode der Diode D3 ist über den Widerstand R18 mit dem positiven Pol ^: des Kondensators ClO verbunden, so daß, wenn der letztere auf-^ geladen ist, die Diode D3 in Sperrichtung vorgespannt ist. Sie sperrt also selbst für einen negativen Nadelimpuls, der über den Kondensates»· C6 vom AV-Simulator abgegeben wird-r-^enn sich nun der Kondensator ClO nach und nach entlädt, so fällt die Vorspannung der Diode D3 langsam ab, so daß dann der Punkt erreicht, wird, in dem die Vorspannung nicht mehr größer als ein negativer Nadelimpuls c ist, der hinter dem Kondensator C6 auftritt. In diesem Zeitpunkt des Entladezyklus kann dann der Multivibrator Q5f Q6 wieder getriggert werden, so daß beide Transistoren Q5> Q6 leiten und den nächsten künstlichen Reizimpuls abgeben. Durch ettfiTeritsprechende Abstimmung der verscti^e'd^nen Widerstände der Schaltung, die alle veränderlich sein können, und der Kapazitäten der Kondensatoren C9 und ClO aufeinander kann die simulierte Herzpause leicht auf die gewünschte Dauer ein-

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gestellt werden, "beispielsweise auf eine Dauer von O,325 Sekunden,

Ein Herzkranker benötigt einen künstlichen Schrittmacher dann,' wenn die natürlichen Reaktionen seines Herzens ab und zu oder ständig ausfallen. Bei der Konstruktion eines künstlichen ,; :_v. Schrittmachers muß also stets bedacht v/erden_K daß.-die von der"⁴* " *λ Vorhof-Elektrode empfangene P—Zacke jederzeit ausfallen kann, * / und in diesem Fall arbeitet der Schrittmacher nach der er- ~. _:: wähnten älter.en Anmeldung mit seiner vorgegebenen Impulsfolge-. frequenz,' beispielsweise also mit 70 Impulsen/Minute oder aber,

wenn P-Zacken auftreten, möglicherweise mit den unerwünschten Impulsfolgefrequenzen "di'fser P-Zacken. Aber selbst,.^/,ehn keine P-Zacke.": im Vorhof auftritt, ;,i kann die Herzkammer-doch immer· '"-■ noch in der Lage sein, einen sponta.nen QRS-Komplex zu erzeugen,,\ '. der eine Kontraktion der Herzkammer in ganz normaler ¥eise ' . .·:. auslöst. Unter diesen Umständen kann es bei dem Schrittmacher , '" nach der erwähnten älteren Anmeldung vorkommen, daß sich die * . ; Herzkammer unter dem Einfluß zweier nicht in Beziehung, zu- . · ν;" einander stehender Reize zusammenzieht, nämlich unter dem Einfluß ihrer eigenen, natürlichen QRS-Komplexe sowie unter demjenigen der künstlichen Reizimpulse des Schrittmachers, der in diesem Pail mit vorbestimmter Impulsfolgefrequenz läuft.

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Das Ergebnis ist ein unerwünscht hoher Puls, der zudem noch äußerst unregelmäßig sein kann.

Bei dem erfindungagemäßen Schrittmacher kann diese Schv/ierigkeit mit Hilfe des Schalters S umgangen werden, der den Eingang des Verstärkers statt an die Vorhof-Elektrode 1 an die Herzkammerelektrode 3 legt, wenn er von der Stellung B in die Stellung A umgeschaltet wird. In der Stellung A wird jeder von der Herzkammer-Elektrode 3 empfangene QRS-Komplex verstärkt und vom AV-Simulator an den Multivibrator Q5_f Q6 gelegt, sofern er einen größeren zeitlichen Abstand als die Dauer der simulierten Herzpause vom vorhergehenden Potentialsprung in der. Herzkammer hat, gleichgültig, ob es sich bei dem letzteren um einen QRS-Komplex oder um einen künstlichen Reizimpuls gehandelt hat. Infolgedessen kippt der Multivibrator Q5_f Q6 sofort von seinem Aus- in seinen Ein- Zustand. Fällt jedoch dae von der Herzkammer-Elektrode 3 empfangene Signal in die simulierte Herzpause, so wird der vom AV-Simulator abgegebene Impuls von der Diode D3 blockiert. Ist dies jedoch nicht der Fall und kippt der Multivibrator Q5_f Q6, so gelangt sein Ausgangsimpuls als künstlicher Reizimpuls an die Herzkammer-Elektrode 3. Da die vom AV-Simulator bewirkte Verzögerung

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ungefähr-l/lO Sekunde beträgt, während die natürliche Herzpause des Herzens, die auf die zuletzt erfolgte Kontraktion folgt,.

erreicht ungefähr 0,25 Sekunden lang ist, *~-^~™r**y^/der vom Multivibrator ■ •abgegebene künstliche Reizimpuls, welcher von einem natürlichen QRS-Koiaplex ausgelöst worden ist, das Herz in seiner natürlichen und ihm t "/.eigenen * Herzpäuse, so daß dieser künstliche Reizimpuls keine Kontraktion bewirken kann. '" . ·. ..·.."

Es wurde auch festgestellt, daß die Abgabe derartiger künstlicher Reizimpulse an das Herz während seiner natürlichen Herzpause selbst über längere Zeiten hinweg unschädlich ist. Andererseits stellt die Abgabe eines solchen künstlichen Reizimpulses an das Herz sicher, daß die erforderliche Herzkammer-! kontraktion stets stattfindet, und zwar entweder unter dem Einfluß des natürlichen QRS-Komplexes und der natürlichen Reizleitung, oder bei ausfallender, natürlicher Reizleitung unter dem Einfluß des erfindungsgemäßen Schrittmachers, denn bei fehlendem, natürlichem QRS-Komplex kippt der Multivibrator Q5» . Q6 mit vorgegebener Impulsfolgefrequenz und gibt stets in einem solchen Zeitpunkt einen künstlichen Reizimpuls an das Herz ab, wenn sich dieses nicht gerade in seiner natürlichen Herzpäuse befindet, so daß eine Herzkammerkontraktion ausgelöst

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wird. Andererseits stellt jedoch der Simulator für die künstli-' ehe Hgrzpause, der sich im wesentlichen aus der !Diode D3 und dem Kondensator ClO sowie den zugehörigen Widerständen zusammensetzt, sicher, daß nicht zwei Reize im Herzen auftreten, deren zeitlicher Abstand voneinander kleiner als ungefähr 0,4 Sekunden ist. - · " . ^:y_: ' ■ ·. ·^:.·"Λ· ■ · ;

Wenn die Herzkammer-Elektrode 3 gleichzeitig als Pühlerelektrode für Steuersignale dient, so kann sie selbstverständlich nicht unterscheiden, ob ein im Herzen auftretendes Potential von einem künstlichen Reizimpuls oder von einem natürlichen QRS- . · Komplex herrührt. Infolgedessen wird dann, wenn der Schalter S sich in Stellung A befindet, auch jeder künstliche Reizimpuls von der Herzkammer-Elektrode 3 an den Eingang des erfindungsgemäßen Schrittmachers gelegt, so daß er verstärkt an den monostabilen Multivibrator Q3, Q4 gelangt. Nur dann, wenn sich dieser in seinem stabilen Zustand befindet, tritt nach entsprechender Verzögerung um die simulierte AV-Überleitungszeit ein Nadelimpuls an der Diode D3 auf. Außerdem läßt diese diesen Nadelimpuls nur dann durch, wenn sie nicht gerade die Herzpause simuliert, und nur dann triggert dieser Nadelimpuls den frei-

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schwingenden Multivibrator Q5» Q6, so daß dieser einen neuen, künstlichen Reizimpuls an das Herz abgibt. Gelangt das im Herzen empfangene Potential jedoch an den monostabilen Multivibrator Q3» Q4i wenn sich dieser in seinem metastabilen Zustand befindet, ■ so blockiert er dieses Fremdsignal. Aber selbst dann, wenn das "Fremdsignal vom monostabilen Multivibrator Q3, Q4 durchgelassen wird, kann es noch von der Diode D3 blockiert werden, wenn diese gerade die Herzpause simuliert. Die _t*<erfindungsgemäße Schaltung stellt also sicher, daß selbst dann, wenn die Vorhofelektrode 1 oder die Herzkammer-Elektrode 3 äußere Störfelder empfangen, nicht zwei Reizimpulse vom Schrittmacher an das Herz gelegt werden, wenn deren zeitlicher Abstand voneinander kleiner als 0,4 Sekunden ist. ^:

Befindet sich der ganze Schrittmacher innerhalb des Körpers des Patienten, so ist eine manuelle Betätigung des Schalters S unmöglich. Zweckmäßigerweise wird dann ein Reed-Schalter verwendet, der in seinen beiden Stellungen einen kleinen Bereich hat, in dem er mechanisch stabil ist. Diese Stabilität kann durch eine geeignete Vorspannung hervorgerufen werden, beispielsweise durch eine magnetische Vorspannung. Dann läßt sich

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der Schalter S durch das "PeId eines äußeren Magneten umschalten, der nahe an den Schrittmacher herangebracht wird und dessen Feld die über dem Schrittmacher befindlichen Körperpartien durchdringt. Es ist aber auch möglich, einen temperaturgesteuerten oder einen solchen Schalter zu verwenden, der auf HP- oder UHF-Frequenzen oder gar auf mechanische Stöße anspricht, ·

In ähnlicher Weise könnten auch die Widerstände verändert werden,, die die Eigen-Impulsfolgefrequenz des freischwingenden Multivibrators und die Größe seines Ausgangsstromes bestimmen.

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Claims (13)

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1. Elektrischer Herzschrittmacher zur Erzeugung künstlicher Reizimpulse, die über eine in eine Herzkammer eingebettete Herzkammerelektrode an das Herz gelegt werden, gekennzeichnet durch.einen steuerbaren Reizimpulsgeber (Q5,Q6) mit im""·.· unbeeinflußten Zustand vorgegebener R'eizimpulsfolgefrequenz von insbesondere ca. 70 Impulsen/Min, der bei einer Aussteuerrung durch ein Fremdsignal einen künstlichen Reizimpuls abgibt und an den Anfang einer heuen Periode springt und dessen_Ausgang mit der Herzkammerelektrode (3) gekoppelt und dessen Steuereingang an eine Herzpotentiäle empfangende Elektrode (1,3) anschließbar ist. .. "

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (D3) des Reizimpulsgebers (Q5,Q6) über einen Schalter (S) wahlweise an mehrere, unterschiedliche Herzpotentiale empfangende Elektroden (1,3) anschließbar ist.

3. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (1,3) und dem" ' ReTz" impuls geber (Q5,Q6) eine steuerbare Verzögerungsvorrichtung (Q3,Q4)

". zum Simulieren der AV-Überleitungszeit geschaltet tat.

UnttrlaQtn (Art. 711 Ab·. S Nr. 1 UM 3 de· XnderunD4N*f.C*1

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4. Schrittmacher nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung ein monostabiler Multivibrator (Q3»Q4) ist, dessen metastabiler Zustand v/ährend eines Intervalls-in der Größenordnung von l/lO s-e-c-v^aufrechterhalten bleibt. .

5. Schrittmacher nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator zwei symmetrisch geschaltete Transistoren enthält, wobei die Basis eines Jeden mit dem Kollektor des anderen verbunden ist, und daß der Eingang [ dieses Multivibrators zwei parallel zueinander geschaltete, jedoch ,umgekehrt gepolte Dioden enthält, -verivdenen jede mit der Basis eines der beiden Transistoren verbunden ist.

6. Schrittmacher nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (1,3) und dem Eingang des monostabilen Multivibrators (Q3iQ4) ein Verstärker (Ql,Q2) liegt. ■'■-■■ '/j-"'"

7. Schrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des monostabilen . ' Multivibrators (Q3»Q4) derart mit dem Reizimpulsgeber

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(0.5,0.6) gekoppelt ist, daß der letztere bei der Rückkehr des monostabilen Multivibrators aus seinem metastabilen inseinen stabilen Zustand einen künstlichen Reizimpuls abgibt.

8. Schrittmacher nach einem oder mehreren der vorstehenden ■ Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Elektro-r den (1,3) und den Reizimpulsgeber (Q5_fQ6) ein Simulator (ClO,R22,R23,D3) für die Herzpause geschaltet ist, der einen Durchlaß^·..' und einen Sperrzustand aufweist, von dem er selbsttätig nach Ablauf der Herzpause in seinen Durchlaß- · zustand zurückfällt, und daß dieser Simulator derart mit dem Reizimpulsgeber, gekoppelt ist, daß er .bei Abgabe eines ' künstlichen Reizimpulses in seinen Sperrzustand gesteuert wird.

9. Schrittmacher nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reizimpulsgeber ein freischwingender Multivibrator (Q5»Q6) ist.

10. Schrittmacher nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Reizimpulsgeber zwei Transistoren (Q5»Q6) entgegen-

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gesetzten Leitfähigkeitstyps hat, von denen der Kollektor ;. eines jeden über ein RC-Glied (C7|R19;C9|R17) mit der Basis desr^anderen verbunden ist, und daß '.-Aperste Schaltelemente (C9,R17) zur Bestimmung der Impulsdauer und zweite Schaltelemente (jC7-,R15,R16,Rl9,R2O) zur Bestimmung des Intervalls, zwischen den Impulsen vorgesehenjstind, wobei die Zeitkonstante der zweiten Schaltelemente, groß gegenüber derjenigen der ersten Schaltelemente ist.; ·.:■'}■'(

11. Schrittmacher nach den Ansprüchen 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der. Simulator für die Herzpause eine Diode (D3) aufweist, die in Sperrichtung über eine Hilfskapazität. (ClO) vorspannbar ist, welche einen Ladekreis (D5,Q6,D4) bat, der bei Abgabe eines künstlichen Reizimpulses derart strom-.. durchflossen ist, daß die aufgeladene Hilfskapazität die Diode sperrt, und die ferner einen Entladekreis (R21,R22) zu der zu simulierenden Herzpause entsprechenden,langsamen Entladung—aufweist.

12. Schrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (D3) im Eingang des Reizimpulsgebers (Q5,Q6) vor der Basis des ersten Transistors (Q5) liegt.

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13. "Schrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 -

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12, gekennzeichnet durch eine Vorhof- und eine Herzkammerelektrode (1 "bzw. 3) als Steue^r'elektroden für den .Reiz- " impulsgeber (Q5,Q6), ·-- . -..· , ^;v

INSPECTED

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