DE2010724B2

DE2010724B2 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2010724B2
Application number: DE2010724A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1969-03-26
Filing date: 1970-03-06
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2010724C3; SE356903B; DK130771B; JPS4940992B1; GB1307912A; NL155453B; BE747983A; DE2010724A1; IL33744A; DK130771C; BR7017673D0; US3595242A; IL33744A0; FR2040175A5; NO126899B; ES377899A1; AT302522B; CH534524A; NL7003205A

Description

Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.4-33 ist ein Herzschrittmacher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einem bekannten Schrittmacher (US-PS 33 228) ist sowohl eine Elektrode für den Herzvorhof als auch eine Elektrode für die Herzkammer vorgesehen. Bei entsprechender Stellung eines Wählschalters wird von der am Vorhof angebrachten Elektrode ein der P-Zacke entsprechender Impuls abgeleitet, der über Verstärker- und Verzögerungseinrichtungen die Erzeugung eines der Herzkammer zugeführten Reizstromimpulses bewirkt. Wenn der natürliche Herzschlag ausbleibt, werden Reizstromimpulse für die Herzkammer in konstanten Zeitabständen von einem freilaufenden Oszillator erzeugt. Es gibt jedoch Fälle, in denen die P-Zacke aufgrund einer ungenügenden Vorhoftätigkeit nicht mehr erfaßbar ist, natürliche Kammerkontraktio-

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Konkurrenz zwischen den Reizstromimpulsen des freilaufenden Oszillators und den natürlichen Herzschlagimpulsen kann bei der bekannten Anordnung dadurch vermieden werden, daß man den Wählschalter auf die an der- Herzkammer vorgesehene Elektrode umschaltet, so daß die künstlichen Reizstromimpulse dann von der R-Zacke ausgelöst werden und aufgrund der Zeitverzögerung in eine Phase der Herztätigkeit fallen, in der sie — bei Vorliegen des natürlichen Herzschlages — unschädlich sind.

Bei einem Bedarfsherzschrittmacher, wie er Gegenstand der eingangs angegebenen älte-en deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.4-33 ist, wird ein künstlicher Reizstromimpuls nur dann erzeugt wenn nach einem Herzschlag des Patienten eine Zeitspanne verstreicht, die größer ist als der zeitliche Impulsabstand der normalen Herzschlagfolge, ohne daß in dieser Zeitspanne ein Herzschlag aufgetreten ist, d.h., die künstlichen Reizstromimpulse werden nur dann erzeugt, wenn die natürlichen Herzschläge ausfallen.

Es gibt Patienten, die an Vorhof-Bradykardie leiden, wobei jedoch die Reizleitung vom Vorhof zur Kammer normal ist. Bei einem solchen Patienten führt die niedrige Vorhoffrequenz auch zu einer Verlangsamung der Kammerfrequenz. Bisher ist diese Störung durch die Verwendung von künstlichen Herzschrittmachern behandelt worden, mit denen die Herzkammer angeregt wird. Es wäre jedoch besser, bei solchen Patienten die Vorhöfe anzuregen, wodurch außer der Vorhoffrequenz

JO über die natürlich arbeitende Reizleitung vom Vorhof zur Kammer auch die Kammerfrequenz gesteuert wird. Bei einer solchen Anregung der Vorhöfe wäre der Patient jedoch nicht gegen eine unvorhergesehene Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung ge-

J5 schützt. Daher muß auch für eine Anregung der Kammern im Bedarfsfall gesorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß neben der Zuführung eines Reizstromimpulses zu der Herzkammer bei Ausfall der natürlichen Kammerkontraktion auch eine Zuführung eines Reizstromimpulses ausschließlich zum Herzvorhof möglich ist, falls nur die natürliche Vorhofkontraktion ausfällt oder sich verzögert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Herzschrittmacher nach der Erfindung hat den Vorteil, daß bei Patienten, die nur unter Vorhof-Bradykardie leiden, während die Vorhof-Kammer-Reizleitung normal arbeitet, nur die Vorhöfe angeregt werden, woraufhin die weitere Herztätigkeit auf natürliche

Vi Weise ohne weitere künstliche Stimulierung abläuft. Nur wenn aufgrund einer Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung dieser natürliche weitere Ablauf gestört ist, wird auch der an der Herzkammer angeordneten Elektrode ein Reizstromimpuls zugeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus der nachfolgenden Zeichnung hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine bedarfsabhängig arbeitende Herzschrittmacherschaltung gemäß der eingangs genannten

μ älteren deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.4-33, wobei die für einen Herzschrittmacher nach der Erfindung zusätzlich benötigten Schaltelemente und Leitungen üick eingezeichnet sind,

F i g. 2 ein typisches Elektrokardiogramm,

F i g. 3 eine Vorhofreizschaltung, die zusammen mit der Schaltung nach F i g. 1 einen Herzschrittmacher nach der Erfindung bildet,

F i g. 4 das Schema, nach dem die F i g. 1 und 3 zusammenzusetzen sind, und

F i g. 5 ein Zeitdiagramm von Signalen, die in der aus F i g. 1 und 3 gebildeten Schaltung auftretea

Der Leiter 11 erstreckt sich direkt von der Elektrode E1 zu dem Kondensator 17. d. h. es befindet sich in dem ι ο Signalleitweg kein Feldeffekt-Schalttransistor 92. Die Elektroden Ei und E2 werden in das Herz des Patienten eingebettet Dabei sind die neutrale Elektrode E2 und die Elektrode El so angeordnet, daß sie die Herzkammern des Patienten anregen. Bei geschlossenem Schalter S arbeitet der Herzschrittmacher derart, daß er ständig elektrische Impulse mit einer festgelegten Frequenz abgibt Beim bedarfsabhän_bigen Betrieb ist der Schalter S offen; zwischen den Elektroden E1 und E2 fließt daher ein Strom zum Anregen der Kammern nur, wenn ein elektrischer Reiz erforderlich ist.

Wenn ein Reizimpuls erforderlich ist, dient der Kondensator 65 als Stromquelle. In diesem Zeitpunkt leitet der Transistor 7*9 und wird der Kondensator über die Elektroden entladen. Der Kondensator 57 v- ird über die Potentiometer 35 und 37 geladen, bis die an dem Kondensator liegende Spannung bewirkt, daß die Transistoren 7*7 und 7*8 leiten. Jetzt wird der Kondensator 57 über die Transistoren 7*7 und TS entladen, der Transistor T9 leitet und von dem Kondensator 65 wird ein Impuls an das Herz des Patienten abgegeben. Die Einstellung des Potentiometers 37 bestin'ttit die Entladezeit des Kondensators 57 bzw. die Dauer jedes Impulses. Die Einstellung des r-Potentiometers 55 bestimmt die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator 57 auf das Potential zu laden, bei dem die Transistoren 7*7 und 7*8 leitfähig werden, und damit das Impulsiniervall bzw. die Impulsperiode. Bei gesperrtem Transistor 7*6 würde der Kondensator 57 ■»< > ständig ge- und <*nUaden und würden dem Herz des Patienten Impulse in durch die Einstellung des Potentiometers 35 festgelegten Intervallen zugeführt werden.

Die Elektrode E1 ist über den Leiter 11 mit der Basis ^ des Transistors 7*1 verbunden. F i g. 2 zeigt ein typisches Elektrokardiogramm. Die Transistoren 7*1 und 7*2 leiten, wenn die Elektrode Ei eine Kammerkontraktion erfaßt, die zur Erzeugung einer R-Zacke führt. Zu starke Signale werden durch die Zenerdiode 67 kurzgeschlos- ^r> <> sen, damit der Transistor 7*1 nicht beschädigt wird. Wenn diese Transistoren leiten, wird an die Basis des Transistors T6 ein positiver Impuls angelegt, worauf der Kondensator 57 über den jetzt leitenden Transistor T% entladen wird und ein neues Austastintervall v> beginnt. Dieser Kondensator war in Aufladung auf ein Potential begriffen, das zum Erzeugen eines Impulses geführt hätte. Durch diese Überwachungsanordnung wird gewährleistet, daß beim Auftreten eines natürlichen Herzschlages kein Impuls erzeugt wird. Das m> Austastintervall ist so gewählt, daß die Impulse mit einer Periode erzeugt werden, die etwas länger ist als die gewünschte Periode der natürlichen Herzschläge, so daß ein Reizimpuls nur erzeugt wird, wenn kein natürlicher Herzschlag stattgefunden hat. &■">

Die übrigen Transistoren der Schaltung verhindern ein Leiten des Transistors 7*6 beim Auftreten von Rauschsignalen. Ein beim Auftreten von Kauschsignalen leitend werdender Transistor T6 würde nämlich die Erzeugung eines Impulses verhindern, wenn ein Impuls erforderlich ist Wenn daher der Herzschrittmacher Rauschsignale erfaßt, wird ein Arbeiten des Transistors 7*6 verhindert, wodurch der Herzschrittmacher Impulse mit einer festgelegten Frequenz abgeben kann.

Die in F i g. 3 gezeigte Schaltung entspricht weitgehend der Schaltung auf der rechten Seite der F i g. 1. In F i g. 3 sind die verschiedenen Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie die entsprechenden Elemente in Fig. 1, jedoch unter Nachsetzen eines Striches ('). Der Leiter 80 verbindet das Potentiometer 35' und den Widerstand 59' mit einem Pol der Batterie 7. In F i g. 1 sind das Potentiometer 35 und der Widerstand 59 mit demselben Pol verbunden. Der Leiter 81 verbindet die Basis des Transistors 7*7' mit dem anderen Pol der Batterie 7. In F i g. 1 ist die Basis des Transistors Tl mit demselben Pol verbunden. Der Leiter 82 verbindet die Basis des Transistors 7*6' mit der rechten Seite des Kondensators 53.

In F i g. 1 ist die Basis des Transistors TS ebenfalls mit der rechten Seite des Kondensators 53 verbunden. Der Leiter 83 stellt einen gemeinsamen Nulleiter für die Schaltungen nach F i g. 1 und 3 dar. Schließlich dient der Leiter 84 zur Abgabe eines Signals, das den Feldeffekt-Schalttransistor 92 unwirksam macht; dies wird nachstehend beschrieben.

Die in F i g. 3 gezeigte Elektrode £3 wird in das Herz des Patienten eingesetzt und dient zum Anregen der Vorhöfe. Die Schaltung nach F i g. 3 arbeitet ebenso wie die Schaltung auf der rechten Seite in Fig. 1, doch bewirkt jeder Reizimpuls eine Vorhofkontraktion anstatt einer Kammerkontraktion. Der Kondensator 57' wird über die Potentiometer 35' und 37' geladen. Nach einem vorherbestimmten Zeitintervall hat die Kondensatorspannung den Pegel erreicht, bei dem die Transistoren 7*7' und TS' leitend werden, so daß sie jetzt an den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 7*9' eine Durchlaßvorspannung anlegen. Die Ladung des Kondensators 65' fließt über den Transistor 7*9' und die Elektroden E 2 und Ei. Die Dauer jedes Impulses ist von der Einstellung des Potentiometers 37' abhängig, das die Zeit bestimmt, die zum Entladen des Kondensators 57' über die Transistoren TT und TS' erforderlich ist. Die Dauer der Impulslücke ist von der Einstellung des Potentiometers 35' abhängig, das die Zeit bestimmt, die zum Laden des Kondensators 57' auf den Pegel erforderlich ist, bei dem die Transistoren TT und TS' leitfähig werden.

Jeder infolge der Anzeige einer R-Zacke über den Kondensator 53 gehende Impuls bewirkt, daß außer dem Transistor 7*6 auch der Transistor T6' leitfähig wird. Gleichzeitig mit dem Entladen des Kondensators 57 über den Transistor 7*6 wird der Kondensator 57' über den Transistor T6' entladen. In diesem Fall wird das Austastintervall der Schaltung nach F i g. 3 nicht zu Ende geführt und kein Vorhof-Reizimpuls erzeugt, sondern ein neues Austastintervall eingeleitet.

In Fig.5 sind zwei R-Zacken dargestellt, die zwei aufeinanderfolgenden Schlagen (Kammerkontraktionen) des Herzens des Patienten entsprechen. Der Zeitabstand zwischen diesen Schlägen beträgt typiscli^rweise 760 ms. Es ist ferner gezeigt, daß der zweiten R-Zacke eine P-Zacke vorausgeht.

Das Potentiometer 35' hat einen solchen Wert, daß der Kondensator 57' 600 ms nach seiner letzten Entladung auf den Pegel geladen ist, der erforderlich ist, damit die Transistoren 7*7' und 7*8' leitend werden.

Dies bedeutet, daß der Vorhofreizimpuls 600 ms nach der ersten R-Zacke auftritt. Die Vorhöfe werden nach der P-Zacke eines mit normaler Frequenz erfolgenden Herzschlages angeregt. Das Auftreten einer P-Zacke zeigt an, daß sich die Vorhöfe zusammengezogen haben und an die Elektrode £3 kein Vorhofreizimpuls angelegt zu werden braucht. Wenn jedoch nach einer natürlichen Vorhofkontraktion, d. h. während des Refraktärintervalls der Vorhöfe, ein derartiger Impuls erzeugt wird, hat er keinen Einfluß auf den Herzschlag des Patienten. (Die Erzeugung eines Vorhofreizimpulses vor der natürlichen Vorhofkontraktion ist nicht erwünscht.)

Das Potentiometer 35 in F i g. 1 hat einen solchen Wert, daß das Austastintervall für das Anregen der Kammern 800 ms beträgt. In Fig. 5 tritt daher der mit Fl bezeichnete Impuls 800 ms nach der ersten R-Zacke auf, d. h. etwas später als die zwoite R-Zacke bei natürlichem Herzschlag auftreten würde. Wenn die Elektrode £1 die zweite R-Zacke erfaßt, werden beide Austastkreise zurückgesetzt und wird an die Elektrode El kein Impuls angelegt. Auf diese Weise wird die gewünschte bedarfsabhängige Arbeitsweise erhalten. Wenn innerhalb von 800 ms nach dem letzten Herzschlag kein weiterer Herzschlag auftritt, wird an die Elektrode £1 ein Impuls angelegt, der die Kammerkontraktion anregt.

Bei einem natürlich schlagenden Herzen regt der Herzschrittmacher die Kammern nicht an, jedoch wird ein Vorhofreiz erzeugt, weil die Schaltung nach F i g. 3 ein Austastintervall von 600 ms hat, das kürzer ist als das natürliche Impulsintervall. Wenn eine natürliche Vorhofkontraktion ausfällt, ist ein Vorhofreiz erforderlich, damit die Leistung des Herzens verbessert wird. Durch den Kammerreiz wird natürlich die Wirkung einer Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung aufgehoben. Eine normale Kammerkontraktion erfolgt etwa 120 bis 160 ms nach der Vorhofreizung. In der Schaltung nach F i g. 3 ist das Kammerreizungs-Austastintervall 200 ms langer als das Vorhofreizungs-Austastintervall in der Schaltung nach Fig. 1. Ehe ein Kammerreizimpuls erzeugt wird, ist also genügend Zeit für eine natürliche Kammerkontraktion vorhanden. Im allgemeinen soll das Kammerreizungs-Austastintervall um 160 bis 250 ms länger sein als das Vorhof reizungs-Austastintervall.

Die Funktion der Schaltung nach F i g. 3 ist an das Auftreten einer Kammerkontraktion, die durch die Schaltung nach F i g. 1 angezeigt wird, angepaßt. Es ist sehr zweckmäßig, wenn die Schaltung nach F i g. 3 in Abhängigkeit von dem Herzschlag des Patienten arbeitet. Bei der Verwendung eines selbstschwingenden Generators zum Anregen der Vorhöfe könnte der zeitliche Ablauf des Herzschlages des Patienten stark beeinträchtigt werden. Beispielsweise könnte sich der natürliche zeitliche Ablauf verändern, während der zeitliche Ablauf der Funktion der Schaltung unveränderlich bliebe. Aus diesem Grunde wird der Kondensator 57' nach jedem Herzschlag des Patienten entladen. Theoretisch wäre es möglich, eine Vorhofkontraktion bzw. eine P-Zacke anzuzeigen und den Kondensator 57' zu entladen, ehe das entsprechende Austastintervall beendet ist; in diesem Fall würde kein Vorhofreizimpuls erzeugt werden, wenn keiner erforderlich ist Die P-Zacke ist jedoch so klein, daß sie viel schwieriger anzuzeigen ist als die R-Zacke. Daher wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Wiedereinleitung des Austastintervalls der Schaltung nach F i g. 3 ) durch die Anzeige der R-Zacke bewirkt. Bei normal schlagendem Herzen führt diese Anordnung natürlich zum ständigen Beaufschlagen der Elektrode £3 mit Impulsen, wogegen an die Elektrode Ei keine Impulse angelegt werden. An die Elektrode £3 werden Impulse

ίο angelegt, weil die R-Zacke angezeigt wird, nachdem der Impuls die Elektrode £3 beaufschlagt hat. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Erzeugen eines Vorhofreizimpulses während des Refraktärintervalls der Vorhöfe den natürlichen Herzschlag eines Patienten nicht stört. Dies gilt nicht tür die Erzeugung eines Kammerreizimpulses nach einer Kammerkontraktion; dies ist der Hauptgrund für die Verwendung eines bedarfsabhängigen Herzschrittmachers.
In manchen Fällen führt die Vorhofkontraktion zu einer Beaufschlagung der Elektrode £1 mit einem elektrischen Signal, welches bewirkt, daß der Transistor Π leitend wird und die beiden Austastintervalle eingeleitet werden. Aus diesem Grunde ist der Feldeffekt-Schalttransistor 92 in dem Leiter 1! zwisehen der Elektrode £1 und dem Kondensator 17 in dem Basiskreis des Transistors Π angeordnet. Normalerweise leitet der Schalttransistor, weil er über den Widerstand 94 mit dem Nulleiter 9 verbunden ist. Der an die Elektrode £3 angelegte negative Impuls wird über

jo den Leiter 84 und die Diode 95 an den Kondensator 93 angelegt. Der Kondensator wird geladen und sperrt den Feldeffekt-Schalttransistor. Am Ende des Vorhofreizimpulses (nach einer Dauer von beispielsweise 2 ms) wird der Kondensator 93 über den Widerstand 94 entladen.

Das ÄC-Glied hat eine solche Zeitkonstante, daß der Feldeffekt-Schalttransistor noch etwa 6 Sekunden langer gespsrrt bleibt, damit nicht während einiger auf das Abklingen aller Einschwingvorgänge folgender Millisekunden unerwünschterweise eine Kammerkontraktion angezeigt werden kann. Auf diese Weise wird die Überwachungsvorrichtung während jedes Vorhofreizes und während eines kurzen darauffolgenden Zeitraums unwirksam gemacht. Der Kondensator 91 dient zum Kurzschließen von hochfrequenten Ein-Schwingvorgängen, die auf die Schaltfunktion des Feldeffekttransistors zurückzuführen sind, an den Leiter 9.

Die Dauer der in F i g. 5 gezeigten Austastintervalle von 600 ms und 800 ms ist nicht kritisch, sondern kann in weiten Bereichen gewählt werden. Im allgemeinen soll das Austastintervall der Schaltung nach F i g. 3 so lang sein, daß nach einer vorhergehenden R-Zacke in irgendeinem Zeitpunkt zwischen der P- und der R-Zacke ein Impuls an die Elektrode E3 angelegt wird.

Das Austastintervall für die Schaltung nach F i g. 1 soll so gewählt sein, daß an die Elektrode Ei ein Impuls angelegt wird, wenn nach der letzten R-Zacke eine Zeit verstrichen ist, die länger ist als die gewünschte Herzschlagperiode.

Man erkennt, daß der vorgeschlagene Herzschrittmacher einerseits den als Vorhof-Bradykardie bezeichneten Zustand korrigiert und andererseits vor einer Kammer-Asystolie schützt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einem Reizstromimpulse liefernden Impulsgenerator, dessen Ausgang mit einer an der Herzkammer angeordneten Elektrode verbindbar ist und bei dem der zeitliche Impulsabstand der erzeugten Reizstromimpulse geringfügig größer gewählt ist als der zeitliche Impulsabstand der natürlichen Herzschlagfolge, und mit einer auf einen natürlichen Herzschlag des Patienten ansprechenden Überwachungsvorrichtung, die auf einen solchen Herzschlag hin einen Steuerimpuls erzeugt, der zur Unterdrückung der Abgabe des nächstfälligwerdenden Reizstromimpulses den Impulsgenerator beaufschlagt und eine neue Impulsperiode desselben einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Reizstromimpulse liefernder Impulsgenerator (35', 37', 57', TT, TV, 79', 65') vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einer am Herzvorhof anzuordnenden Elektrode (£3) verbindbar ist und bei dem der zeitliche Impulsabstand der erzeugten Reizstromimpulse kleiner gewählt ist als der zeitliche Impulsabstand der natürlichen Herzschlagfolge, jedoch größer gewählt ist als der Impulsabstand zwischen einem natürlichen Vorhofimpuls und dem vorausgegangenen natürlichen Kammerimpuls, und daß der Steuerimpuls der Überwachungsvorrichtung (17, Π, Γ2) zur Unterdrückung der Abgabe eines Reizstromimpulses auch den zweiten Impulsgenerator (35', 37', 57', TT, TS', T9\ 65') beaufschlagt und eine neue Impulsperiode desselben einleitet.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulsgeneratoren (35,37,57, TT, TS, 7"9,65;35',37',57'. TT, TS', T9', 65') eine gemeinsame Leitung aufweisen, die zu einer am Herzen angeordneten Elektrode (E2) führt.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Überwachungsvorrichtung (17, Tt, T2) über einen von dem Ausgangskreis des zweiten Impulsgenerators (35', 37', 57', TT, TV, T9\ 65') auf Sperrung gesteuerten Transistor (92) mit dem Ausgang des ersten Impulsgenerators (35, 37, 57, TT, TS, T9,65) verbunden ist.