DE2104591C3 - Defibrillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Defibrillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs,

Ein beispielsweise aus der US-PS 32 36 239 bekannter Defibrillator dieser Art wird in Intensivpflegestationen von Krankenhäusern als Teil von komplexen Lebenserhaltungssystemen eingesetzt, zu denen unter anderem EKG-Aufzeichnungsgeräte, Schirmbildüberwachungsgeräte, akustische Überwachungsgeräte und dergleichen gehören. Typisch für die bekannten Defibrillatoren ist, daß sie nur vom Arzt auslösbar sind, wofür ein von Hand betätigter Auslöseschalter vorgesehen ist. Dieser Schalter läßt ein Relais zeitverzögert ansprechen, das seinerseits den Energiespeicher an die präkardial, also extern in der Herzgegend angelegte Elektrodenanordnung ankoppelt, wobei die Zeitverzögerung verhindern soll, daß der vom Arzt ausgelöste Defibrillationsimpuls das Herz zu einem gefährlichen Zeitpunkt erreicht. Die Auslösung des Defibrillationsimpulses erfolgt, nachdem der Arzt den Auslöseschalter gedrückt hat, unabhängig davon, ob das Herz von sich aus wieder normal zu arbeiten beginnt. Solange der Auslöseschalter nicht wieder vom Arzt geöffnet wird, gehen an das Herz selbst dann weitere Defibrillationsimpulse, wenn das Herz inzwischen wieder normal funktionieren sollte.

Zur Vermeidung von irreversiblen Schäden muß ein Defibrillationsimpuls innerhalb einer Zeitspanne von etwa einer Minute ausgelöst sein, nachdem es zu Herzflimmern gekommen ist. Daher sind die bekannten

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l^CllUllliaiUldl HUI U«J1 I MllllVUII, WU UI>1 1 attVUL UlItVl ununterbrochener ärztlicher Überwachung steht. Dabei hat man für die Überwachung der Herzfunktion zum Beispiel eine Kathedersonde benutzt (Digest on the 7th International Conference on Medicinal and Biological Engincering 1967, Stockholm, 20-4).

Da es unmöglich ist, den relativ großen Patientenkreis mit Herzerkrankungen ununterbrochen ärztlich zu überwachen, bezweckt die Erfindung eine Defibrillator, der in großem Umfang prophylaktisch eingesetzt werden kann, das heißt nicht nur vorübergehend bei Patienten, die während kritischer Phasen in Intensivpflegestatione." untergebracht sind und unter ständiger ärztlicher Überwachung stehen, sondern generell bei gefährdeten Patienten, auch wenn diese das Krankenhaus oder mindestens die Intensivpflegeslation bereits verlassen haben.

Die Aufgabe besteht darin, einen Defibrillator der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, daß die Einleitung der Entladung des Energiespeichers ohne Eingriff von außen möglich ist und die Elektrodenanordnung so ausgebildet ist, daß sie für den Patienten ohne weiteres mitführbar ist und der Energiebedarf für die Defibrillationsimpulse gesenkt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Defibrillator der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Durch die implantierbare Ausbildung der Elektrodenanordnung des erfindungsgemäßen Defibrillators ist der Energiebedarf auf einen Wert in der Größenordnung von 50 Joule gesenkt worden, der von herkömmlichen Energiespeichern geringer Größe gedeckt werden kann. Wegen des sich aus der implantierten Anordnung der Elektroden ergebenden geringen Energiebedarfs ergibt sich der Vorteil, daß bei fortschreitender Miniaturisierung auch der gesamte Defibrillator implantiert werden kann. Der erfindungsgemäße Defibrillator eignet sich für nach einem Myokardinfarkt aus der Herzbehandlungsstation entlassene Patienten und auch für Patienten, die zwar noch keinen Myokardinfarkt erlitten haben, bei denen jedoch ernsthafte Symptome einer Herzerkrankung vorhanden sind, beispielsweise medizinischen Behandlungen trotzende Herzkammer-Arrhythmien oder angina pectoris.

Aus der in Med & biol., Band 7, Seite 17 bis 29, Pergamon Press, 1969, veröffentlichten Studie ist es bekannt, zum Zwecke der Defibrillation Elektroden direkt an dem Herzen zu implantieren, wobei die Elektroden aus rostfreien Stahlplatten mit 2 cm Durchmesser bestehen können. Die Elektroden können durch Nähte an dem Herzmuskel befestigt werden.

Aus der Veröffentlichung Thoraxchirurgie II, 158 bis 166, 1963 ist es bekannt, bei Absinken des Pulses auf null Defibrillationsimpulse abzugeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Kombination von Überwachungssonde und schockauslösendem Teil der Elektrodenanordnung des Defibrillators,

Fig. 2 den typischen Druckverlauf für die rechte Kammer eines normal funktionierenden Herzens,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild des Defibrillators, und

Fig. 4 zur Erläuterung der Arbeitsweise des Sägezahngenerators des Defibrillators eine Darstellung der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.
Die einen Teil der Überwachungseinrichtung bil

Hauptabschnitt 12 und einen Druckaufnehmer 14 auf. Von dem Druckaufnehmer 14 führen elektrische Verbindungen zu einem Anschlußkasten 16. Der insgesamt mit 18 bezeichnete schockauslösende Teil der Elektrodenanordnung besitzt einen Hauptabschnitt 20, eine erste Ringelektrode 22 und eine zweite Ringelektrode 24. Im Betrieb der Vorrichtung sind die Elektroden 22 und 24 untereinander kurzgeschlossen und bilden eine insgesamt mit 26 bezeichnete zusammengesetzte Elek-

it ode. Der Hauptabschnitt 12 der Überwachungssonde 10 hat die Form eines flachen Streifens oder Bandes; der Druckaufnehmer 14 ist kugelig ausgebildet. Der schockauslösende Teil der Elektrodenanordnung 18 ist im wesentlichen zylindrisch.

Die Kombination aus Überwachungssonde 10 und schockauslösendem Teü der Elektrodenanordnung 18 befindet sich während des Betriebes in der rechter Herzkammer. *3:e wird über eine periphere Vene in das Herz durch einen chirurgischen Eingriff eingeführt, der weitgehend ähnlich dem Eingriff beim Implantieren einer Schrittmachersondi.· ist.

Eine zweite Elektrode ist bei 28 veranschaulicht. Es handelt sich dabei um eine flache Platte, die entweder unter die Haut der vorderen Brustwand geheftet oder unmittelbar an dem ventrikulären Myokard angebracht ist.

Wenn die Kombinationsanordnung 10,18 in das Herz eingeführt wird, sind die Elektroden 22 und 24 voneinander unabhängig. An die Elektroden 22 und 24 werden dabei elektrische Signale herkömmlicher Art angelegt. Das das Herz auf diese Signale nur dann günstig anspricht, wenn die Elektroden richtig liegen, eignet sich dieses Vorgehen zur Kontrolle der Lage der Kombinationsanordnung 10, 18. Die Lage kann auch auf andere Weise bestimmt werden, beispielsweise durch Fluoroskopie oder durch Aufzeichnung des Druckes. Nachdem festgestellt ist, daß die Lage gut ist, wird die Kombinationsanordnung 10,18 festgelegt. Die Elektroden 22 und 24 werden dann extern untereinander kurzgeschlossen. Daraufhin wird der elektronische Teil des Bereitschaft-Defibrillators mit der Kombinationsanordnung 10, 18 sowie der Elektrode 28 verbunden.

Fig. 2 zeigt den Verlauf des Druckes in der rechten Kammer eines normal arbeitenden Herzens. Die veranschaulichten Pulsschläge 30 und 32 wiederholen sich bei einem normal arbeitenden Herzen mit einer Frequenz von ungefähr 60 bis 70 Schlägen je Minute. Fig. 2 läßt sich deutlich erkennen, daß jeder Pulsschlag einen Spitzenwert 34 bzw. 36 hat und daß diese Spitzenwerte über einem voreingestellten Druck liegen, der durch die gestrichelte Linie 38 angedeutet ist. Die gestrichelte Linie 38 entspricht dem Grenzwert zwischen einem gesunden Herzen und einem Herz, das defibrilliert werden muß. Wenn die Spitzenwerte 34 und 36 unter den durch die Linie 38 angedeuteten Druck fallen, stellt die Sonde 10 eine Fehllunktion fest und wird die Defibrillation des Herzens eingeleitet.

Die in Fig. 3 veranschaulichte Schaltungsanordnung des Defibrillators kann in verschiedene Stufen unter- so teilt werden. Die erste Stufe ist ein Druckwandler 40, der einen Bestandteil der Überwachungssonde 10 nach Fig. 1 bildet. Daran schließt sich eine Kombination aus einem Verstärker und einem Sägezahngenerator an, die als Block 42 dargestellt ist. Mittels des Verstärkers können die vom Druckwandler 40 abgegebenen Signale verstärkt werden. Der Sägezahngenerator weist einen Transistor und einen Kondensator auf, der zwischen den Kollektor des Transistors und Masse geschaltet ist. Das vom Sägezahngenerator abgeben«: Signa! wild dann ög einem Ausgangsverstärker 44 zugeführt, dessen Ausgangssignal zur Basis eines Transistors einer Relaisstufe 46 gelangt. Die Relaisstufe befindet sich normalerweise im offenen Zustand; wenn sie schließt, wird einem Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler 48 ein Gleichspannungssignal aufgedrückt. Der Wandler 48 hebt die Eingangsspannung von ungefähr 15 V auf etwa 2500 V an. Das 2500-V-Gleichspannungssignal des Wandlers 48 wird einem Speicherkondensator 70 zugeführt, der Teil einer Zündschaltung 50 ist. Wenn die Zündschaltung 50 eine Entladung des Kondensators 70 bewirkt, wird das 2500-V-Signal an die Elektroden 26 und 28 nach Fig. 1 angelegt. Wenn infolgedessen die Drucküberwachungssonde 10 eine Herzfehlfunktion erkennt, schockt der Kondensator nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung das Herz mit ungefähr 2500 V. Diese Spannung entspricht einer Energie von ungefähr 50 Joule, was ausreicht, um das Herz zu defibrillieren.

Der Druckwandler 40 hat die Form einer Widerstandsbrücke, deren einer Widerstand von dem Druckaufnehmer 14 in der Spitze der Überwachungssonde 10 gebildet wird. Die restlichen Zweige der Brücke werden von den Widerständen gebildet, die in dem Anschlußkasten 16 nach Fig. 1 untergebracht sind. Der Druckwandler 40 ist so aufgebaut, daß der von dem Druckaufnehmer 14 erfaßte Druck in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, dessen Amplitude dem von dem Druckaufnehmer 14 erfaßten Druck unmittelbar proportional ist.

Das Ausgangssignal des Druckwandlers 40 wird in dem in üblicher Weise ausgelegten innerhalb des Blokkes 42 veranschaulichten mehrstufigen Verstärker verstärkt. Die verstärkten Impulse gelangen dann zu dem innerhalb des Blockes 42 dargestellten Sägezahngenerator. Mittels eines Potentiometers 52 werden die Eingänge des Verstärkers abgeglichen.

Wird der Sägezahngenerator nicht von außen beeinflußt, liefert er ein Ausgangssignal, wie es in Fig. 4 bei 54 gezeigt ist. Wenn jedoch dem Sägezahngenerator ein Signal zugeführt wird, das mindestens eine vorbestimmte Amplitude hat, fällt die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators auf der Leitung 56 (Fig. 3) sofort auf Null und beginnt dann erneut zu steigen. Werden infolgedessen an den Sägezahngenerator sich wiederholende Impulse mit einer vorbestimmten Mindestspannung angelegt, wird ein Ausgangssignal ähnlich dem Signal 58 nach Fig. 4 erhalten.

Wenn die von dem Druckwandler 40 überwachten Herzfunktionen normal sind und der Kurve nach Fig. 2 entsprechen, bewirkt das auf einen Impuls im Druck der rechten Herzkammer zurückzuführende verstärkte Signal, daß die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators auf Null abfällt. Das den Sägezahngenerator erreichende Schwellwertsignal kann durch Veränderung des Verstärkungsfaktors des innerhalb des Blockes 42 dargestellen Verstärkers eingestellt werden. Der Verstärker 44 hat einen Schwellwert, der mittels eines Potentiometers 62 so eingestellt wird, daß der Verstärker 44 das Relais 64 der Relaisstufe 46 erst nach einer Herzfehlfunktion von ungefähr 6 Sekunden Dauer betätigt. Wenn daher der Herzkammerdruck unter den der gestrichelten Linie 38 (Fig. 2) entsprechenden Druck abfällt und während der vorbestimmten Zeitspanne unterhalb dieses Schwellwertes bleibt, reicht die dem Sägezahngenerator zugeführte Spannung nicht aus, um einen Abfall der Generatorausgangsspannung auf Null zu bewirken. Die Gsr.erstcrausgarigEspsr.nung folgt vielmehr der Kurve 54 nach Fig. 4 und der Schwellwert des Verstärkers 44 wird erreicht. Mittels eines Potentiometers 50 werden die Eingangssignale abgeglichen, die dem Ausgangsverstärker 44 von der Leitung 56 und dem Potentionmeter 62 aus zugeführt werden.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 44 gelangt zu der Relaisstufe 46. Die Kontakte des Relais 64 dieser Stufe sind zunächst geöffnet, wodurch die 15-V-Quel!e von

dem Gleichspannungs-ZGleichspannungswandler 48 abgetrennt wird. Die Relaisstufe 46 ist so aufgebaut, daß die Kontakte erst schließen, wenn der durch die Wicklung 66 fließende Strom einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators muß den den Schwellwert des Verstärkers 44 darstellenden Wert 68 (Fig. 4) erreichen, bevor der Strom in der Wicklung 66 ausreicht, um das Relais 64 zum Schließen der Relaiskontakte zu veranlassen.

Wenn das Relais 64 anzieht, wird die 15-V-Quelle unmittelbar an den Gleichspannungs-ZGleichspannungswandler 48 angeschlossen. Aus den Fig. 2 bis 4 geht hervor, daß ungefähr 6 Sekunden verstreichen müssen, innerhalb deren eine dauernde Herzfehlfunktion vorliegt, bevor das Relais 64 vom offenen in den geschlossenen Zustand übergeht. Jeder »Zahn« der Kurve 58 entspricht nämlich einem Spitzenwert der Druckkurve der rechten Herzkammer und die Spitzen der Druckkurve wiederholen sich im Normalzustand mit einer Frequenz von ungefähr 60 bis 70 pro Minute. Der Herzdruck muß daher den Schwellwert für ungefähr 6 Sekunden unterschreiten, bevor dem Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler 48 eine Eingangsspannung zugeführt wird. Wenn das Herz zu einem beliebigen Zeitpunkt während dieser 6 Sekunden seine normale Funktion wieder aufnimmt, fällt die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators auf Null und beginnt die 6 Sekunden andauernde Periode von neuem.

Wenn das Relais 64 geschlossen hat und dem Wandler 48 ein Gleichspannungssignal von 15 V zugeführt wird, erscheint an den Ausgangsklemmen des Wandlers 48 ein Ausgangssignal von 2500 V. Diese Spannung wird dem Speicherkondensator 70 unmittelbar zugeführt. Gleichzeitig läuft das 2500-V-Signal zu einer Widerstandskette sowie über eine Glimmlampe 74, insbesondere eine Neonlampe zur Basis eines Transistors 72. Ein Thyristor (d. h. eine Vierschicht-Triode) 76 wird ausgelöst, wenn der Transistor 72 leitend wird.

Die Zündschaltung 50 arbeitet wie folgt: Das vom Wandler 48 kommende 2500-V-Signal wird an den Kondensator 70 angelegt. Wenn der Kondensator 70 voll geladen ist, wird der Transistor 72 auf Grund der jetzt leitenden Glimmlampe 74 stromführend. Die Widerstandsketten und die Glimmlampe 74 sind derart miteinander verbunden, daß die Glimmlampe 74 leitend wird, wenn die Spannung am Kondensator 70 den vollen Wert von 2500 V erreicht. Sobald die Glimmlampe 74 Strom führt, werden auch der Transistor 72 und der Thyristor 76 stromführend. Das 2500-V-Signal läuft daher über die Elektroden 26 und 28, wodurch das Herz mit einer Spannung geschockt wird, die ausreicht, um eine Defibrillation zu bewirken.

Wie hervorgehoben, ist es wichtig, daß zwischen der Ermittlung einer Herzfehlfunktion und der Abgabe eines Defibrillationsschocks an das Herz eine gewisse Zeitspanne verstreicht. Zu einer Verzögerung von ungefähr 6 Sekunden kommt es zwischen der ersten Ermittlung einer Fehlfunktion und dem Schließen des Relais 64. Eine weitere Verzögerung in der Größenordnung von 15 Sekunden ist auf die Ladezeit des Kondensators 70 zurückzuführen. Das heißt, wenn das Relais 64 sechs Sekunden nach der anfänglichen Fehlfunktion schließt, beginnt der Kondensator erst sich aufzuladen. Der bei der bevorzugten Ausführungsform vorgesehene Kondensator hat eine Ladezeit von ungefähr 15 Sekunden. Infolgedessen verstreichen ungefähr 21 Sekunden zwischen der ersten Feststellung einer Herzfehlfunktion und der Entladung des Kondensators über das Herz.

Durch Änderung der Anstiegszeit des Sägezahngenerators kann die Zeitverzögerung von 21 Sekunden nach Wunsch verlängert oder verkürzt werden. Falls zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Verzögerungszeitspanne das Herz wieder seine normale Funktion aufnimm;, beginnt die Verzögerungszeitspanne automatisch von neuem.

Anstelle eines einzigen Thyristors 76 können mehrere Thyristoren oder ein Vakuumrelais vorgesehen werden. Statt eines einzigen Speicherkondensators 70 kann eine Reihe von Kondensatoren verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Defibrillator mit einem elektrischen Energiespeicher, mit einer mit dem Energiespeicher verbundenen, an den Patienten anschließbaren Elektrodenanordnung und mit einer dauernd wirksamen Überwachungseinrichtung, die zwischen einer normalen und einer anomalen Herzfunktion unterscheidet und eine Schaltanordnung steuert, mittels derer der Energiespeicher zwecks Defibrillation über das Herz entladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (10, 40, 42) eine implaniierbare, mit einem Druckwandler (14) versehene Sonde (10) aufweist, die dem Druck in der rechien Herzkammer proportionale Signale erzeugt, und die einen Steuerimpuls an die Schaltanordnung abgibt, wenn der Druck in der rechten Herzkammer unter einen vorgegebenen Wert fällt, und daß die aus zwei Elektroden bestehende Elektrodenanordnung (18, 28) implantierbar ist, von denen die erste eine flache, plattenförmige, unter der Haut der vorderen Brustwand oder an dem ventrikulären Myokard des Patienten befestigbare Elektrode (28) und die zweite Elektrode (18) im wesentlichen zylindrisch zur Anordnung innerhalb des Herzens ausgebildet ist.