DE2151426A1

DE2151426A1 - Frequenzsteuerung fuer einen eingepflanzten Reserve-Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2151426A1
Application number: DE19712151426
Authority: DE
Inventors: Bowers David Lee
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-10-19
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1972-04-20
Also published as: CA990360A; FR2111560A5; NL7114305A; IT945998B; US3717153A

Description

Frequenzsteuerung für einen eingepflanzten Reserve-Herzschrittmacher

Eingepflanzte elektronische Herzschrittmacher sind bei Patienten verwendet worden, deren Herzen defekte Leitungssysteme besitzen. Die ersten Schrittmacherkonstruktionen lieferten künstliche stimulierende Impulse an das Herz mit einer festen Folgefrequenz. Manchmal gab es dabei einen Wettstreit mit den natürlichen Herzstimulierungen, welche gelegentlich bei einigen Patienten wieder erscheinen. Dann wurde ein Schrittmachertyp

209817/0937

(demand pacer) entwickelt, welcher auf Bedarf arbeitet. Diese Art Schrittmacher lieferte nur einen oder mehrere stimulierende Impulse an das Herz, wenn ein natürlicher Herzschlag ganz übergangen wurde oder während einer physiologisch nicht mehr zulässigen Zeitdauer verzögert wurde. Ein Nachteil dieses Schrittmachers auf Abruf besteht darin, daß er niemals die Herzschlag- ' frequenz unter die eingestellte Mindest folge frequenz des Schrittmachers absinken läßt. Die ausgewählte Folgefrequenz war dabei gewöhnlich groß genug, um zu gestatten, daß das Herz die metabolischen Anforderungen erfüllt, die mit einer ziemlich lebhaften körperlichen Aktivität einhergehen. Die gleiche Folgefrequenz war gewöhnlich zu groß für einen Patienten, der ruhen oder schlafen wollte.

Es wurden dann Reserveschrittmacher (standby pacer) entwickelt, um die obigen Nachteile zu überwinden. Diese Art Schrittmacher ist ähnlich dem Abrufschrittmacher insofern, daß er »inen künstlichen stimulierenden Impuls liefert, wenn der natürliche stimulierende Impuls des Herzens aussetzt oder übermäßig verzögert ist. Der Reserveschrittmacher besitzt jedoch eine Hysterese. Das bedeutet, er gestattet ein Absinken der Herzfolgefrequenz oder -Schlagfrequenz durch einen Bereich, der einer geringen körperlichen Aktivität entspricht, bevor irgendein künstlicher Schrittmacherimpuls geliefert wird. Wenn die Herzschlagfrequenz unter ein festgelegtes Minimum absinkt, liefert der Reserveschrittmacher gemäß den Erfordernissen einen oder mehrere stimulierende Impulse mit einer höheren FoIgefrequenz, welche einer ziemlich heftigen körperlichen Aktivität entspricht.

Manchmal wünschen die Ärzte während der Behandlung von Patienten mit eingepflanzten Schrittmachern, die Herzschlagfrequenz oberhalb der eigenständigen Frequenz des eingepflanzten Schrittmachers anzuheben, unabhängig davon, ob es ein Schrittmacher mit festgelegter Folgefrequenz oder ein Abrufs chrittmacher oder ein Reserveschrittmacher ist. Beispielsweise ist oft eine hohe Schlagfrequenz des Herzens erwünscht, wenn der Patient sich ge-

209817/0937

rade in der Genesung von anderen Krankheiten befindet und wenn Funktionsprüfungen des Herzens durchgeführt werden.

Frühzeitig in der Geschichte der Entwicklung von Herzschrittmachern wurde eine Art eines Schrittmachers mit fester Folgefrequenz so eingerichtet, daß seine eigenständige Schrittmacherimpulsfrequenz durch eine Steuereinrichtung erhöht werden konnte, die sich außerhalb des Körpers befand. Der eingepflanzte Schrittmacher enthielt eine Spule, in der eine Spannung durch elektromagnetische Strahlung von dem äußeren Steuerteil induziert werden konnte. Die äußere Einrichtung enthielt eine Sendespule, welche durch einen äußeren Impulsgenerator angetrieben wurde. Wenn die äußere Einrichtung auf eine schnellere Folgefrequenz eingestellt wurde als der eigenständigen Folgefrequenz des Schrittmachers entsprach, dann Ing diese erstere den Schrittmacher ein und betrieb ihn mit der eingestellten Folgefrequenz der äußeren Einrichtung. Die induzierten Spannungsimpulse in der Spule des Herzschrittmachers beeinflußten eine Vorspannungsschaltung und bewirkten, daß der Impulsgenerator des Schrittmachers einen Impuls früher abgab als in dem Falle, in dem er ausschließlich durch seine Zeitgeberschaltung gesteuert wurde.

Bisher gab es keinen Lösungsweg, um die Folgefrequenz eines eingepflanzten Abruf- oder Reserveschrittmachers zu erhöhen, ohne dabei die Eigenschaft des Abrufs oder Reservebetriebs zu opfern. Die bekannte Art der Steuerung zur Erhöhung der Folgefrequenz eines Schrittmachers mit festgelegter Frequenz erhöhte die Folgefrequenz zu jedem Zeitpunkt. Daher ergab sich ein Wettstreit, wenn das Herz einen oder mehrere natürliche Schläge dazwischenfügte. Dies ist unbequem für den Patienten und besitzt einige gut bekannte nachteilige physiologische Wirkungen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Folgefrequenz-Steuereinrichtung zu schaffen, die in den Körper eingepflanzt oder außerhalb des Körpers lokalisiert werden kann, um die eigenständige Folgefrequenz eines eingepflanzten Herzschrittmachers des Abruftyps oder des Reservetyps zu ändern.

209817/0937

215Η2Θ

-I₁-

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fernfolgefrequenzsteuerung zu liefern, welche während einer vorgegebenen Zeitperiode nach dem Auftreten eines natürlichen Herzschlages gehemmt ist,· so daß es keinen Wettstreit zwischen den durch Fernwirkung induzierten künstlichen Stimuli und den natürlichen Stimuli gibt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Herzschrittmacher-Fernsteuerung zu schaffen, die eine Hysteresis oder Verzögerung nach einem natürlichen Herzscnlag gestattet, so daß das Herz über einem Bereich von Folgefrequenzen unterhalb der hohen eingestellten Folgefrequenz arbeiten kann, bevor das Herz künstlich durch die Ferneinrichtung stimuliert wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der einpflanzbare Herzschrittmacher so modifiziert ist, daß er einen elektromagnetischen Impuls für jeden natürlichen Herzschlag und für jeden durch den Schrittmacher stimulierten Herzschlag abstrahlt. Die neuartige Folgefrequenz-Fernsteuereinrichtung sendet ebenfalls Steuerimpulse zu dem Schrittmacher und veranlaßt diesen, der durch die Fernsteuerung eingestellten Frequenz zu folgen. Die Folgefrequenz-Fernsteuereinrichtung besitzt eine Spule, welche Impulse von dem Herzschrittmacher empfängt und entsprechende Signale erzeugt, die eine Hemmung des Fernimpulsgenerators während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Auftreten eines Herzschlages bewirkt. Die Verzögerungs- oder Hysteresisperiode kann konstant gehalten werden oder sie kann sich proportional zu der Folge frequenzeinstellung der Fernsteuerung ändern.

Ein besseres Verständnis dieser allgemeinen und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile ergibt sich durch die nachstehende nähere Erläuterung beispielhafter Aus führungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Abbildungen. Im Rahmen der Beschreibung und in den Ansprüchen wird der Ausdruck "Reserveschrittmacher im Austausch und in Äquivalenz zu dem Ausdruck "Abruf-

209817/0937

-215H2Q

schrittmacher" verwendet, da. die Erfindung unabhängig von der Bezeichnungsweise auf beide Arten von Schrittmacher anwendbar ist.

Pig. 1 ist eine Schaltzeichnung eines einpflanzbaren Reserve-Herzschrittmachers als Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schaltzeichnung für eine Ausführungsform einer Folgefrequenz-Fernsteuereinrichtung für einen TyP des Reserveschrittmachers.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer äußeren Steuerung für einen eingepflanzten Reserveschrittmacher.

Fig. 4 zeigt einige Wellenformen und ihren zeitlichen Verlauf relativ zu einem konventionellen Reserveschrittmacher.

Fig. b zeigt einige Wellenformen und ihren zeitlichen Verlauf, bezogen auf einen Reserveschrittmacher, der durch die neue Steuereinrichtung gesteuert ist.

Fig. 1 zeigt einen Reserveschrittmacher, der so abgeändert ist, daß seine . chrittmacherfolgefrequenz von außen gesteuert werden kann. Das Herz 10 ist mittels eines Paars isolierter Leitungen 11 an die Ausgangs anschlüsse 12 und 13 des Reserveschrittmachers angeschlossen. Die Leitungen 11 dienen einmal zur Zuführung künstlicher Schrittmacherimpulse zu dem Herzen und andererseits zur Feststellung der Anwesenheit natürlicher Herzsignale. Mit Ausnahme der Leitungen 11 sind die in der Fig. 1 gezeigten Schaltungselemente gewöhnlich in einem festen Epoxydharz eingekapselt und mit einem körperverträglichen Material, beispielsweise SiIikongummi, überzogen.

Diese Art eines Schrittmachers ist so eingerichtet, daß sie dem Herzen nur dann stimulierende Impulse zuführt, wenn die natür-

209817/0937

215U29

lichen Herzschläge verzögert sind oder ausbleiben. Daher sind Einrichtungen vorgesehen zur Erfassung des Auftretens natürlicher Herzschläge und zur Hemmung des künstlichen Impuls generators. Daher führt eine Leitung 14 von dem Herzanschluß 12 zu einem Meßvorverstärker und Filter 15, das in Form eines Blocks am vorderen Ende des Schrittmachers gezeigt ist. Eine Erläuterung der Art und Weise wie die natürlichen Herzsignale, welche an dem Vorverstärker 15 über den Herzleiter 14 zugeführt werden, zu einer Steuerung eines Impulsgenerators bestehend aus den Transistoren Q4 und Q5 weiterverarbeitet werden, folgt nachstehend.

Vorverstärker und Filter 15 bilden eine Herzsignal-Detektoroder -Erfassungseinrichtung. Das Filter hat eine Bandbreite zwischen 20 und 40 Hz. Jedes natürliche oder künstlich induzierte Herzsignal ist reich an Grundfrequenzen an diesem Bereich. Wenn ein Herzsignal oder eine R-Welle empfangen wird, wird das Filter 15 angestoßen und erzeugt ein abklingendes Aus gangs signal 16 der an der Ausgangsseite des Filters dargestellten Form. Ein alternierendes abklingendes Signal 16 wird von dem Filter erzeugt, unabhängig davon, ob das hereinkommende R-Wellensignal vom Herzen positiv oder negativ ist.

Das abklingende Signal 16 wird wechselspannungsmäßig durch einen Kondensator Cl auf einen gattergesteuerten Schwellwerttrigger 17 gekoppelt, welcher in Blockform gezeigt ist. Der Trigger 17 erhält eine Vorspannung durch einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen Rl und R2. Für jede positive Auslenkung des abklingenden Signals 16 wird an dem Trigger 17 ein Ausgangsimpuls der Form 18 abgegeben. Der Ausgangsimpuls 18 erscheint jedesmal dann am oberen Ende des Widerstandes R4, wenn eine natürliche Herzwelle auftritt. Der Trigger 17 wird gehemmt und erzeugt kein Ausgangssignal, wenn ein künstlicher stimulierender oder Schrittmacherimpuls dem Herzen zugeführt wird. Die Hemmung oder Gatterung der Signale wird erreicht durch ein Transistorgatter Ql,. welches nachstehend erläutert wird.

209817/0937

Die Impulse 18 treten mit der Folgefrequenz auf, mit der R-WeI-len am Herzen festgestellt werden und werden der Schaltung 19 zur Zurückweisung von Interferenz oder Inteiferenzsperre zugeführt, welche ebenfalls in Blockform dargestellt ist. Für die Zwecke der Erfindung sind die Einzelheiten der Schaltung 19 zur Zurückweisung von Interferenzen nicht maßgeblich. Es genügt zu beachten, daß die Zurückweisungsschaltung 19 ähnlich einem Tiefpaß-Folgefrequenzfilter ist, welches ein Ausgangssignal für Eingangsimpulse abgibt, die im Zusammenhang mit der normalen Herzaktivität stehen und Signale hoher Folgefrequenz ausschließt, die im Zusammenhang mit gewissen Arten von Interferenzen, beispielsweise Elektrorasierern, elektrischen Bohrmaschinen und Automobilzündsystemen stehen. Die Zurückweisungsschaltung 19 sprcht nicht auf Frequenz an, sondern auf die Impuls folgefrequenz. Für die gegenwärtigen Zwecke ist es hinreichend zu beachten, daß die Eingangsimpulse 18 mit einer genügend großen Amplitude und mit einer genügend niedrigen Folgefrequenz einen Ausgangsimpuls 20 erzeugen.

Die Ausgangsimpulse 20 werden der Basis eines Transistors Q2 zugeführt, welcher für die Dauerndes Impulses 20 Strom durchläßt. Wenn der Transistor Q2 Strom durchläßt, bewirkt er die Rückstellung einer weiter unten zu beschreibenden Hysteresisschaltung. Vor der Erörterung der Hysteresisschaltungen wird jedoch zunächst eine Erläuterung der Zeitgeberschaltung für die künstlichen Schrittmacherimpulse und die sie ansteuernde Schaltung gegeben. Auf der rechten Seite der Fig. 1 ist ein Herzkopplungs kondensator C7 sichtbar. Dieser Kondensator C7 ist über einen . honen Ladewiderstand R18 an die positive Seite der Batterien angeschlossen. Die Zeitkonstante von Rl8 und C7 ist so bemessen, daß der Kondensator sich auf eine genügend hohe Spannung zur Stimulierung des Herzens in den Intervallen zwischen den Herzschlägen auflädt. Der Kondensator C7 wird durch die Batterien über eine Reihenschaltung aufgeladen, welche die Teile R18, C7, den Leiter Ik, das Herz 10 enthält und dann an die negative Seite der Batterien 21 zurückgeführt ist. Wenn das Herz einen

209817/0937

2151428

künstlichen Schlag anfordert, wird der Transistor Q6 stromdurchlässig gemacht und entlädt schnell den Kondensator C7 durch das Herz und stimuliert dieses dadurch. Der Weg für die Entladung beginnt mit dem positiven Ende des Kondensators C7_S führt über die Serienschaltung von Q6, R17, eine Spule Ll, das Herz 10 und von dort zurück zur negativen Seite von C7 auf dem Leiter Ik. Die geringe Aufladegeschwindigkeit von C7 führt zu einem Strom, der nicht ausreicht, um das Herz zu stimulieren. Wenn jedoch der Schalttransistor Q6 eingeschaltet wird, fließt ein relativ starker Strom vom Kondensator C7 und das Herz wird stimuliert. Die Breite des Stimulierungsimpulses beträgt etwa 1 bis 2 Millisekunden. Jedesmal, wenn ein stimulierender Impuls abgegeben wird, sendet die Spule Ll einen elektromagnetischen Impuls außerhalb des Körpers des Patienten. C6 wird verwendet, um Hochfrequenz-Interferenzsignale abzudämpfen oder abzuschwächen.·

Der Schalttransistor Q6 wird gesteuert durch einen Zeitgeberoder Taktimpulsgenerator, welcher die Transistoren Q4 und Q5 enthält. Der Taktimpulsgenerator besitzt eine Zeitgeberschaltung. Diese enthält die Widerstände RIO und RIl, C3> die Dioden D2 bis Ok und den Widerstand RI3. Die Dioden und der Widerstand RI3 liegen auch noch parallel zur Spule Ll. Der Verbindungspunkt von RI3 und Ll ist an die negative Seite der Batterien 21 angeschlossen. Wenn durch das Herz keine künstlichen stimulierenden Impulse angejbrdert werden, wird C3 sich auf einen vorgegebenen Spannungswert in der Nähe der Batteriespannung aufladen und wird gewöhnlich auf diesem Wert verbleiben,

Eine Seite von C3 ist verbunden mit dem Emitter eines Transistors Q4, dessen Basis über den Widerstand R12 mit dem Punkt A verbunden ist, welcher einen Spannungsteiler einschließlich der Widerstände R8 und R9 darstellt. Das Verhältnis dieser Widerstände ist so bemessen, daß der Punkt A positiver ist als das obere Ende des Kondensators C3 und in diesem Falle die Emitterbasisstrecke von Qk nicht in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Aus noch zu erklärenden Gründen wird jedoch beim Verfehlen eines

209817/0937

natürlichen Herzschlages oder bei einer Verzögerung während einer festgelegten Zeitdauer der Punkt A negativer werden, und in diesem Falle beginnt sich der Kondensator C3 über die Emitterbasisstrecke von Q4 zu entladen und schaltet diesen Transistor ein. Dadurch wird jedoch die Emitterkollektorstrecke des Transistors Q4 stromdurchlässig und bewirkt, daß an ihrem Kollektor ein Impuls 22 erscheint. Die Impulsdauer beträgt etwa 2 Millisekunden und dieser Wert ist erwünscht zur Stimulierung des Herzens. Die Verriegelungsspannung, welche diese Multivibratorschaltung weiter stromdurchlässig hält, erscheint über dem Widerstand R12 und ist additiv zur Vorspannung über den Widerstand R8.

Wenn Q^ Strom führt, erscheint eine Spannung obenan seinem Kollektorwiderstand Rl4, und diese Spannung wird über den Impulsbreiten-Steuerwiderstand Rl6 an die Basis von Q6 geführt. Dadurch wird bewirkt, daß sich der Herzkopplungskondensator C7 entlädt und das Herz stimuliert. Wenn der Stimulusimpuls endet, dann lädt sich der Zeitgeberkondensator C3 wieder neu auf und wiederholt daher den Zeitgeberzyklus, wenn nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode ein natürlicher Herzschlag auftritt.

Wenn Q4 Strom führt, führt auch Q5 Strom und das an seinem Emitter erscheinende Potential wird über einen Leiter 23 und einen Widerstand R3 an die Basis des Hemmungstransistors Ql links auf der Abbildung geführt. Wenn Ql Strom führt, wird der Eingang des Schwellwert triggers 17 auf Massepotential her abgedrückt. In diesem Fall kann er keinen Strom durchlassen und daher nicht die künstlichen Schrittmachersignale erfassen oder darauf ansprechen.

Ein Filternetzwerk, enthaltend Kondensator C5 und Widerstand R15, verhindert, daß der Emitter des Transistors Q5 ein gleitendes Potential oberhalb des Erdpotentials einnimmt und ergibt gleichzeitig eine Emitterimpedanz während des Stromdurchlaßzustandes von Q5.

209817/0937

215U26

Nachstehend wird die Art und Weise erörtert, in der der Spannungszustand des Punktes A im Spannungsteiler R8 und R9 selektiv geändert wird, je nachdem, ob ein künstlicher Schrittmacherimpuls vom Herzen angefordert wird oder niht. Dies wird durch eine Hysteresisschaltung erreicht, die den Kondensator C2 enthält. Die Aufladeschaltung für C2 ist eine Reihenschaltung, beginnend an der positiven Seite der Batterie 21 über die Diode Dl und den Transistor Q2 zur negativen Seite der Batterie. Die Diode Dl ist in Durchlaßrichtung vorgespannt, wenn der Kondensator C2 sich auflädt. Wie bereits erörtert, führt der Transistor Q2 jeweils dann Strom, wenn ein natürlicher Herzschlag auftritt und in diesem Falle wird der Kondensator C2 schnell geladen. C2 ist über die Emitterbasisstrecke eines Transistors Q3 in der Hysteresisschaltung verbunden. Der Kollektor von Q3 ist mit dem Punkt A verbunden und sein Emitter ist praktisch verbunden mit dem oberen Ende von R8 oder der positiven Seite der Batterie 21. Wenn daher Q3 Strom führt, ist R8 effektiv kurzgeschlossen und besitzt einen minimalen Spannungsabfall, welcher die Sättigungsspannung der Emitterkollektorstrecke von Q3 ist. Der Punkt A befindet sich dann nahe bei der positiven Batteriespannung. Für eine Periode nach einem natürlichen Herzschlag hält C2 den Transistor Q3 weiter in Durchlaßrichtung vorgespannt infolge eines Spannungsabfalls, der über den Entladewiderständen Ro und R7 auftritt. C2 muß sich durch R6, R7 und den Emitter von Q3 entladen, da die Diode Dl jetzt in Sperrichtung gespannt ist. Solange wie Q3 Strom führt, wird der Punkt A relativ positiv gehalten, da ein Mindestspannungsabfall am Widerstand R8 liegt. Wenn sich C2 über R6 und R7 auf einen gewissen niedrigen Wert entlädt, wird der Hysteresistransistor Q3 sperren und das Erscheinen einer Spannung über R8 und ein Absinken des Potentials am Punkt A bewirken. Dieses gestattet, daß der Taktkondensator C3 den Transistor Qk in Durchlaßrichtung spannt und, wie oben beschrieben, Herzimpulse abgegeben werden. Solange Q3 gesperrt bleibt, wird der Taktkondensator C3 sich ' wiederholt aufladen und entladen mit einer Periode, die kürzer ist als die Entladeperiode von C2 in der Hysteresisschaltung.

209817/0937

215U26

Das Ergebnis ist, daß nach der ursprünglichen durch die Hysteresisschaltung bewirkten Verzögerung Q 4 mit einer höheren Geschwindigkeit stromdurehlässig gemacht wird als es der Geschwindigkeit der Hysteresisschaltung entspricht.

Der normale Hysteresisbetrieb des eingepflanzten Schrittmachers kann veranschaulicht werden anhand der Fig. 4. Diese zeigt die zeitliche Beziehung der Wellenformen der tatsächlichen und der künstlichen Herzstimuli. Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Folge von Elektrokardiοgraphwellen mit Spitzen 25 einer R-WeHe natürlicherweise aufgetreten sind. Weiterhin sei angenommen, daß die Aufrechterhaltung des erwünschten natürlichen Rhythmus das Vorhandensein eines natürlichen Signals bei 26 erfordern würde, daß dieses natürliche Signal jedoch nicht auftritt oder während einer nicht mehr zulässigen Periode verzögert ist. Die Hysteresisperiode wird dann ablaufen und danach wird dem Herzen ein künstlicher stimulierender Impuls 27 zugeführt. Die Hysteresisperiode ist angezeigt mit einer Dauer von 1 Sekunde, was einer Folgefrequenz von 60 Impulsen pro Minute entspricht. Es sind jedoch Schrittmacher mit längerer oder kürzerer Hysteresisperiode verfügbar in Abhängigkeit von der Spezifikation des Arztes über die erwünschte Mindestschlagfrequenz des Herzens für den Patienten.

In Fig. 4 kann man sehen, daß ein weiterer künstlicher Impuls in einer Periode, die kürzer ist als die Hysteresisperiode, geliefert wird, wenn nicht eine natürliche Herzwelle in einer vorgegebenen Zeitperiode nach dem künstlichen Impuls 27 auftritt. In diesem Falle sind die Verhältnisse so dargestellt, daß der zweite und weitere künstliche Impulse innerhalb 0,857 Sekunden geliefert werden, was einer Folgefrequenz von 70 Impulsen pro Minute entspricht. Jedesmal dann, wenn eine natürliche Herzwelle auftritt, wird die Hysteresisschaltung zurückgestellt und ein künstlicher Impuls wird erst nach Ablauf der Hysteresisperiode zugeführt. Daher kann das Herz auf eine niedrige Folgefrequenz absinken, bevor ein künstlicher Impuls zugeführt wird, und danach werden die benötigten künstlichen Impulse in einem kürzeren

209817/0937

2151428

- 12 Intervall oder mit einer höheren Folgefrequenz geliefert.

Im Zusammerhang- mit Fig. 1 folgt nunmehr eine Erörterung der Einrichtung zur Sendung eines Signals von dem eingepflanzten Schrittmacher aus dem Körper hinaus, welches das Auftreten einer natürlichen Herzwelle anzeigt. Zu diesem Zweck ist der Schrittmacher mit einem Kondensator C^J ausgestattet, der sich in einer Zeit auflädt, die kurz ist im Vergleich mit dem Zeitintervall zwischen natürlichen oder künstlich stimulierten Herzschlägen. Der Aufladestromkreis für C4 beginnt an dem positiven Anschluß der Batterie und enthält eine Reihenschaltung bestehend aus R5, C%_t Spule Ll und zurück zum negativen Anschluß der Batterie 21. Die Aufladezeitkonstante ist kurz, verglichen mit der Zeit zwischen sowohl natürlichen als auch künstlichjstimulierten Herzschlägen. Wie bereits erläutert, führt jeweils beim Auftreten eines natürlichen Herzschlages der Transistor Q 2 Strom und stellt die Hysteresisschaltung zurück. Gleichzeitig entlädt sich der Zeitkondensator C4 über den Transistor Q2 und die Spule Ll, welche alle in Reihe geschaltet sind. Die Entladewellenform an der Spule Ll strahlt einen elektromagnetischen Impuls aus dem Patienten heraus ab entsprechend jedem natürlichen Herzsignal. Wenn kein natürlicher Herzschlag vorhanden ist, führt der Transistor Q2 keinen Strom, und die Spule Ll sendet erst dann, wenn ein künstlicher Impuls auftritt, wodurch entsprechend der obenstehenden Erläuterung ein Signal über der Spule Ll erzeugt wird.

Der Zweck der neuen äußeren Folgefrequenz- oder Schlagfrequenzsteuerung besteht darin, die Folgefrequenz des eingepflanzten Schrittmachers zu erhöhen, so daß das Herz mit einer Frequenz schlägt, die anders ist als die von der Hysteresisschaltung bestimmte Frequenz oder die eigenständige Folgefrequenz des Zeitgebergenerators mit den Transistoren Q4 und Q5. Nachstehend wird dargelegt, daß die Folgefrequenz des eingepflanzten Schrittmachers dadurch geändert wird, daß von der äußeren Steuereinheit elektromagnetische Impulse in die Spule Ll induziert werden. Jedesmal dann, wenn die Folge frequenz der äußeren Steuerung

209817/0937

■215U28

höher eingestellt wird als die eigenständige Folgefrequenz des eingepflanzten Schrittmachers, wird die äußere Steuerung die innere Einheit einfangen oder dominieren.

Wenn die Spule Ll elektromagnetische Impulse von der äußeren Folgefrequenzsteuerung erhält, wird durch Transformatowirkung eine Spannung über der Spule erzeugt. Die gleiche Spannung wird an der Serienschaltung der Dioden D2 bis D4 und R13 aufgebaut, welche effektiv parallel zu der Spule Ll geschaltet sind. Daher bewirkt ein solcher empfangener Impuls, daß das Potential an der Anode der Diode D2 ansteigt und dieses Potential wird dem Potential auf dem Kondensator C3 zugefügt, der in Reihe mit den Dioden liegt. Diese zugefügte Spannung ist ausreichend, um den Emitter des Taktimpulsgeneratortransistors Q4 in Durchlaßrichtung zu spannen und diesen Transistor eher einzuschalten als es der Fall ist, wenn die Vorspannung für Q 4 einzig und allein durch die Spannung auf C3 erhalten wird. Die zugefügte Spannung ist ausreichend, um eine Vorspannung von Q¹I in Durchlaßrichtung bei vollgeladenem C3 zu erzielen, obwohl der Punkt A relativ positiv ist, da der Transistor Q3 der Hysteresisschaltung immer noch einen Nebenschluß zum Widerstand R8 bildet. Daher kann unter beliebigen Umständen Q4 stromdurchlässig gemacht werden durch die über der Spule Ll erzeugten Spannungsimpulse und die eingepflanzte Einheit wird dazu veranlaßt, das Herz jeweils mit der Folgefrequenz zu stimulieren, auf welche die äußere Steuerung eingestellt ist.

Eine Ausführungsform einer äußeren Folgefrequenzsteuerung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Diese Frequenzsteuerung besitzt ihre eigene Hysteresis. D.h. sie dominiert nicht nur die eigenständige Impulsfolgefrequenz des eingepflanzten Schrittmachers sondern behält eine unabhängige Hysteresis funktion bei, obwohl sie mit einer höheren eingestellten Frequenz arbeitet. Die Arbeitsweise wird verständlich aus der Fig. 5· Diese zeigt die zeitliche Beziehung zwischen natürlichen und künstlichen Impulsen, wenn die äußere Steuereinheit auf den eingepflanzten Schritt-

209817/0937

215H26

macher wirkt. Zunächst sei angenommen, daß die eigenständige Impulsfolgefrequenz des eingepflanzten Schrittmachers beispielsweise 70 Impulse pro Minute (p.p.m.) beträgt und daß es beispielsweise erwünscht ist, diese Frequenz auf 90 Impulse pro Minute durch Anwendung der äußeren Steuerung zu steigern. Es sei angenommen, daß entsprechend der Abbildung eine natürliche R-Welle 30 aufgetreten ist. An diese schließt sich eine Hysteresisperiode an, welche durch die äußere Steuereinheit eingestellt ist und in dem Beispiel 0,750 Sekunden beträgt. Dies entspricht einer künstlich induzierten Impuls folgefrequenz von Impulsen pro Minute. Am Ende der Hysteresisperiode wird ein künstlicher Impuls 31 induziert. Wenn diesem Impuls nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine natürliche Herzwelle folgt, dann tritt der nächste künstliche Impuls 32 nach 0,667 Sekunden auf, was 90 Impulsen oder Herzschlägen pro Minute entspricht. Nachfolgende Impulse werden mit dieser kurzen Periode so lange auftreten, bis der nächste natürliche Herzschlag eintritt und zu diesem Zeitpunkt die Hysteresisschaltung zurückgestellt wird. In einigen Anwendungsfällen ist es erwünscht, die Hysteresisperiode gleich groß zu machen wie die Periode für die künstlichen Impulse. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die äußere Steuerung das Herz mit einer ausgewählten Frequenz stimuliert, welche verschieden ist von der eigenständigen Frequenz des eingepflanzten Schrittmachers und gewöhnlich höher gewählt wird, und daß es die äußere Einheit ebenfalls gestattet, daß die Herzschlagfrequenz unter die hohe Frequenz der äußeren Steuerung absinkt, üblicherweise kann sie jedoch nicht weiter absinken als auf die Hysteresis frequenz des eingepflanzten Schrittmachers, bevor irgendein künstlicher Impuls von außerhalb des Patienten induziert wird.

Die äußere Steuerung nach Fig. 2 besitzt einige der charakteristischen Eigenschaften des zuvor beschriebenen eingepflanzten Reserveschrittmachers. Eine beachtenswerte Ausnahme ist, daß' die äußere Einheit Steuerimpulse einer Senderspule L2 übermit-r telt, welche in unmittelbarer Nähe des eingepflanzten Schritt-

209817/0937

215U26

machers an dem Körper angebracht sein kann. Der Eingang der äußeren Einheit besitzt auch eine Impulsempfängerspule L3· Die Spulen L2 und L 3 können flache Spulen sein, wobei die Empfängerspule L 3 konzentrisch innerhalb der Senderspule L2 liegt und sie können in einem einzigen Päckchen enthalten sein. Die Empfängerspule L3 besitzt vorzugsweise einen Ferritkern, um die Flußdichte zu erhöhen, die sich aus der Absendung von elektromagnetischen Impulsen von der Spule Ll in dem eingepflanzten Schrittmacher ergibt, wenn entweder der Kondensator C^ beim Auftreten eines natürlichen Herzschlages oder während der Abgabe eines internen Stimulierungsimpulses entladen wird.

In der äußeren Steuerung nach Fig. 2 enthält der Detektor zur Aufnahme der Impulse von dem internen Schrittmacher die Spule L3 und einen MeßfühlerVorverstärker 35· Für jeden erfaßten Impuls entsteht ein abklingender Aus gangs impuls 36, welcher wechselspannungsmäßig über einen Kondensator C8 an ein Gatter 37 gekoppelt ist. Das Gatter 37 ist durch einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R20 und R21 vorgespannt. Wenn das Gatter 37 durch einen Eingangsimpuls 36 angesteuert wird, erzeugt es einen Ausgangsimpuls 38 am oberen Ende des Widerstandes R22. Diese Impulse 38 werden der Basis des Transistorpaars Q8 und Q9 in Darlington-Schaltung zugeführt und schalten diese ein. Der Basisvorspannungswxderstand R2 3 für den Transistor Q9 liegt parallel mit einem Filterkondensator C9 . Die Kollektoren der beiden Transistoren sind miteinander und mit einem gemeinsamen Kollektorwiderstand R24 verbunden. Daher erhält die äußere Spule L3 das gesendete Signal, und die Transistoren Q8 und Q9 führen Strom jedesmal dann, wenn die Spule Ll des eingepflanzten Schrittmachers einen Impuls|sendet, der entweder dem Auftreten einer natürlichen Herzwelle oder einer stimulierten im Innern erzeugten Herzwelle entspricht. Wie nachstehend erörtert, ist das Gatter 37 gehemmt und Q8 und Q9 führen daher keinen Strom, wenn die äußere Steuerung einen Impuls erzeugt, der an den eingepflanzten Schrittmacher gesendet wird.

209817/0937

215U25

Die Zeitgeberschaltung für den äußeren Steuerimpuls nach Fig. 2 enthält die Transistoren QlO und QIl. Die Basis von QlO und der Kollektor von QIl sind mit einem Punkt B einer Spannungsteilerschaltung verbunden, welche die Widerstände R25 und R26 umf.aßt. R26 ist überbrückt durch einen Pilterkondensator ClO. Der Leiter zwischen den Transistoren QlO und QIl und dem Punkt B enthält einen Widerstand R27> welcher die gleiche Aufgabe besitzt wie R12 in Pig. I.

Die Impulsperiode für die äußere Steuerung wM eingestellt mit einer Zeitgeberschaltung, die einen Festwiderstand R28 in Reihe mit einem Einstellwiderstand R29 und einem Zeitgliedkondensator CIl enthält. Wenn die äußere Steuerung eingeschaltet ist, lädt sich CIl von den Batterien 29 über die Widerstände R29 und R28 und die Rückleitung zur negativen Seite der Batterien auf. Wenn CIl auf eine Spannung aufgeladen ist, die höher ist als die Summe der Durchlaßvorspannung am Punkt B und des Spannungsabfalls der Diode der Emitterbasisstrecke von QlO, wird der Transistor in Durchlaßrichtung vorgespannt und führt Strom in der Emitterkollektorstrecke und erzeugt einen Impuls, der oben an R31 erscheint. Der in Durchlaßrichtung vorgespannte Transistor QIl arbeitet regenerativ mit QlO und schaltet den letzteren sehr scharf ein. QIl besitzt einen Emitterwiderstand R30 parallel zu einem Filterkondensator C12.

Rechteckimpulse, die am Kollektorwiderstand R31 des Transistors QlO erscheinen, werden über einen Widerstand R32 der Basis des Treibertransistors Q12 zugeführt. Der Wert des Widerstandes R32 bestimmt die Breite des an Q12 zugeführten Impulses. Ein Kondensator C13 ist so geschaltet, daß er vergleichsweise langsam über einen Widerstand R33 aufgeladen wird, der unmittelbar mit der Batterie 39 verbunden ist. Der Aufladestromweg für C13 wird geschlossen über einen Widerstand 34 zur negativen Seite der Batterie 39. Zwischen den Impulsen lädt sich C13 langsam auf eine Spannung nahe der Batteriespannung auf und wird schnell entladen, wenn Q12 stromdurchlässig gemacht wird. Der Entladeweg für

209817/0937

C13 führt durch Q12, den Emitterwiderstand R35 und die ,:ingangsanscilüsse 39 und 40 eines Treiberverstärkers 4l, der durch einen Widerstand R34 überbrückt ist. Das Aus gangs signal des Treiberverstärkers kl besteht aus Impulsen, die der Senderspule L2 zugeführt werden. Diese Impulse werden elektromagnetisch auf die Spule Ll in der eingepflanzten Einheit gekoppelt.

Wenn von der Spule L2 zu dem eingepflanzten Schrittmacher ein Steuerimpuls gesendet wird, liefert dieser einen stimulierenden Impuls an das Herz. Dies führt dazu, daß durch die eingepflanzte Spule Ll ein elektromagnetischer Impuls gesendet wird, der durch die äußere Spule L3 erfaßt wird. Wenn dieses Rückkopplungssignal in der Weise weiterverarbeitet würde, bei der ein Stromdurchlaß der äußeren Transistoren Q8 und Q9 verursacht würde, würde der Takt des äußeren Impulsgenerators dadurch beeinträchtigt, daß CIl ganz oder teilweise entladen würde. Wenn daher die äußere Steuerung einen Impuls erzeugt, wird das Gatter 37 gehemmt. Dies wird dadurch erreicht, daß das Impulssignal über den Leiter 28 und R38 an die Basis des Hemmungstransistors Q13 geführt wird und diesen für die Impulsdauer stromdurchlässig macht. Der Stromdurchlaß von Q13 erdet praktisch den Eingang des Gatters 37, so daß es das Signal nicht durchläßt, welches Q8 und Q9 einschalten würde. Diese Transistoren sollten nur dann Strom durchlassen, wenn die eingepflanzte Spule Ll ein Signal sendet, das natürlichen Herzsignalen oder intern künstlich erzeugten Herzstimulierungssignalen entspricht.

Bezüglich der Impulstaktgebersehaltung ist ersichtlich, daß der einstellbare Zeitgliedwiderstand R29 verbunden ist mit einem anderen einstellbaren Widerstand R36. Dieser ist mit CIl verbunden und besitzt eine Diode D5 in seiner Schaltung, deren Kathode mit den Kollektoren der Transistoren Q8 und Q9 verbunden ist. Wenn daher die Empfängerspule L3 einen Impuls von dem eingepflanzten Schrittmacher feststellt, werden Q8 und Q9 stromdurchlässig gemacht und in diesem Falle entlädt sich CIl bevor 3eine Spannung den Wert erreicht, welcher, die Durchlaßspannung

209317/0937

215H26

für QlO und die Erzeugung eines Treiberimpulses gestatten würde. Der Stromweg für diese Entladung von CIl führt von dem Kondensator über den Einstellwide-rstand R36, die Diode D5 und die Kollektoremitterstrecken von Q8 und Q9.

Die auf CIl bei der vorzeitigen Entladung verbleibende Spannung hängt von dem eingestellten Widerstandswert von R36 ab. Wenn R36 auf einen Widerstandswert null eingestellt wird, begrenzen nur die Impedanzen von D5> Q8 und Q9 den Stromfluß und in diesem Falle wird sich CIl praktisch vollständig entladen. In diesem Falle wird dann eine längere Zeit zur Neuaufladung von CIl benötigt und daher wird eine gewisse Hysteresis oder Verzögerung auftreten, bevor QlO nach der Erfassung eines von dem eingepflanzten Schrittmacher gesendeten Impulses Strom durchläßt. Andererseits wird CIl eine größere Restspannung nach dem Stromdurchlaß der Transistoren Q8 und Q9 besitzen, wenn R36 auf einen vergleichsweise hohen Wert eingestellt wird. Es wird dann eine geringere Zeit benötigt, um nach diesem Ereignis den Kondensator CIl aufzuladen. Dies bedeutet, daß QlO in einer kürzeren Zeit Strom führen wird, nachdem ein von dem eingepflanzten Schrittmacher gesendeter Impuls erfaßt ist. Es wird daher dann von der Spule L2 ein Steuerimpuls frühzeitiger an die eingepflanzte Spule Ll gesendet und daher wird der eingepflanzte Schrittmacher veranlaßt, einen Stimulierungsimpuls früher zu liefern.

Die variablen Widerstände R29 und R36 sind vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden entsprechend der gestrichelten Linie 42, so daß die Hysterese proportional ist den hohen Impulsfolgefrequenzen oder irgendeiner programmierbaren Funktion.

Mit der Kombination des Reserveschrittmachers und der äußeren Impulsfrequenzsteuerungen sind die verschiedensten Betriebsarten erreichbar. Der Arzt kann die erwünschte Betriebsart auswählen in Abhängigkeit von der Art der Kontrolle, die er.für die Behandlung oder Untersuchung des bestimmten Patienten wünscht. Im allgemeinen beinhaltet die Auswahl der Betriebsart lediglich das

209817/0937

215H26

Drehen von Stellknöpfen an der äußeren Steuerung, um den Zeitgliedwiderstand, beispielsweise R29, einzustellen und den Hysteresiswiderstand R36 und dadurch die erwünschte Impulsfrequenz der äußeren Steuerung und die erwünschte Hysteresisgeschwindigkeit zu erhalten.

Die gebräuchlichste Betriebsart besteht darin, daß der interne Schrittmacher eine voreingestellte eigenständige Impulsfrequenz besitzt und eine feste Hysteresisfrequenz oder Hysteresisdauer. Die äußere Steuerung wird auf eine hohe Impulsfolgefrequenz oberhalb derjenigen des inneren Schrittmachers und oberhalb der äußeren Hysteresis frequenz eingestellt. Die äußere Steuerung treibt dann den internen Schrittmacher mit der hohen eingestellten Schrittmacherfrequenz der äußeren Steuerung. Wenn ein natürlicher Herzschlag auftritt, dann wird die Hysteresisschaltung in der äußeren Steuerung zurückgestellt und nach dem Ablauf der Hysteresisperiode wird ein Schrittmacherimpuls der äußeren Steuerung geliefert. Wenn nicht ein weiterer natürlicher Impuls auftritt, dann wird die äußere Steuerung weiterhin Schrittmacherimpulse mit ihrer hohen eingestellten Folgefrequenz erzeugen. Die Hysteresis des internen Schrittmachers wird keine Auswirkung haben, wenn die äußere Hysteresis, die interne Schrittmacherfolgefrequenz und die eingestellte äußere Schrittmacherfrequenz alle schneller sind als es der internen Hysteresisgeschwindigkeit entspricht.

Eine andere Betriebsart ergibt sich aus einer solchen Einstellung der Schrittmacherimpulsfolgefrequenz der äußeren Steuerung, daß die innere Schrittmacherfrequenz zwischen dieser Einstellung und der Hysteresisgeschwindigkeit des äußeren Steuerteils liegt. Alle Frequenzen sind selbstverständlich oberhalb der internen Schrittmacherhysteresisfrequenz. Es sei angenommen, daß die äußere Steuerung Impulse mit ihrer hohen eingestellten Folgefrequenz liefert. Es sei weiterhin angenommen, daß dann eine natürliche Herzwelle auftritt. Hierdurch erfolgt eine Rückstellung der äußeren und inneren Hysteresisperioden, Die äußere Hysteresisperiode ist jedoch kürzer als die innere, so daß die äußere

209817/0937

215H26

Steuerung einen herzstimulierenden Steuerimpuls abgeben wird. Wenn nicht bald danach eine natürliche Herzwelle auftritt, wird die äußere Steuerung nachfolgende stimulierende Impulse mit ihrer hohen eingestellten Polgefrequenz liefern. Daher wird die interne Schrittmacherfrequenz außer Kraft gesetzt durch die höhere äußerlich eingestellte Frequenz.

Eine weitere Betriebsart beinhaltet eine Einstellung der. äußeren hohen Folgefrequenz unterhalb der hohen Folgefrequenz des inneren Schrittmachers und eine Einstellung der äußeren Hysteresis auf eine kürzere Periode als die innere Schrittmacherhysteresisperiode. In ihrer Auswirkung führt diese Betriebsart dazu, die Hysteresis frequenz der äußeren Steuerung in Beziehung zu setzen zu der eigenständigen Impulsfrequenz des Schrittmachers. Wenn bei dieser Betriebsart der innere Schrittmacher mit seiner hohen eigenständigen Folgefrequenz stimuliert und eine natürliche Herzwelle auftritt, wird von der inneren Spule Ll ein Signal abgestrahlt. Dieses wird die äußere Hysteresisperiode zurückstellen. Am Ende dieser Periode, welche kürzer ist als die innere Hysteresisperiode, wird bei Nichtauftreten eines natürlichen Herzschlags die äußere Steuerung einen stimulierenden Impuls liefern und dann wird der innere Schrittmacher nachfolgende Impulse mit seiner eigenständigen Schrittmacherimpulsfrequenz liefern. In diesem Falle ist diese letztere Impulsfrequenz höher als die Schrittmacherfrequenz der äußeren Steuerung.

Bei einer anderen Betriebsart wird die innere Hysteresisperiode kürzer eingestellt als die äußere Hysteresisperiode und die innere Schrittmacherfrequenz ist höher als die äußere. Das Auftreten einer natürlichen Herzwelle wird dann die kürzere innere Hysteresisperiode in Gang setzen und bei ihrer Beendigung wird der innere Schrittmacher den nächsten und nachfolgende stimulierende T.-T,ulse mit seiner hohen Schrittmacherfrequenz liefern. Die äußere Steuerung wird weiter gehemmt bleiben, da ihre Hysteresisperiode nie die Gelegenheit bekommt abzulaufen. Bei dieser Betriebsart ist die äußere Steuerung nicht überflüssig, da sie stets in Bereitschaft steht, um einen künstlichen stimulierenden

209817/0937

■215H2Q

Impuls zu liefern und sie würde als Notschrittmacher verwendet, bis der innere Schrittmacher ersetzt werden kann, beispielsweise wenn seine Batterie leerläuft, und er gelegentlich einen Herzschlag verfehlt.

Wenn die Schrittmacherfrequenz und die Hysteresis frequenz der äußeren Steuerung unterhalb der Hysteresis- und Schrittmacherfrequenz des inneren Schrittmachers eingestellt werden, dann wird der letztere gehemmt bleiben, kann aber als Reserve für einen eingepflanzten Reserveschrittmacher verwendet werden.

Die Arbeitsweise der äußeren Steuerung nach Fig. 4 kann folgendermaßen zusammengefaßt werden: R29 wird eingestellt, um Impulsfrequenzen zu erzeugen, die verschieden undjüblicherweise größer sind als die Impulsfrequenzen des eingepflanzten Schrittmachers. Der Bereich erstreckt sich gewöhnlich von oberhalb 70 Impulsen pro Minute bis l40 Impulse pro Minute, abhängig von den Wünschen des Arztes und den Erfordernissen des Patienten. Die Impulse hoher Frequenz werden von der Spule L2 der äußeren Steuerung an die Spule Ll in dem eingepflanzten Schrittmacher gesendet und dadurch wird die Frequenz des eingepflanzten Schrittmachers eingefangen oder dominiert. Jedesmal dann, wenn ein natürlicher oder intern stimulierter Herzschlag auftritt, wird durch die Eingangsspule L3 ein Impuls festgestellt und bewirkt nach geeigneter Weiterverarbeitung eine vorzeitige Entladung von CIl. In diesem Falle wird die äußere Hysteresisschaltung zurückgestellt. Wenn am Ende der äußeren Hysteresisperiode kein natürlicher Herzschlag auftritt, dann wird die äußere Steuerung einen ersten stimulierenden Impuls liefern und dann erforderlichenfalls eine Folge von Impulsen mit höherer Frequenz.

Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform einer äußeren Frequenzsteuerung. Teile in dieser Figur, welche ähnlich sind Teilen in den vorhergehenden Figuren, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In dieser Anordnung ist ein regulärer äußerer Reserveschrittmacher 45 so angepaßt, daß er als äußere Frequenzsteuerung für einen eingepflanzten Schrittmacher 46 dient.

209817/0937

Die herkömmliche Verwendung eines äußeren Reserveschrittmachers besteht darin, daß er zeitweilig als Schrittmacher für das Herz dient bis zur Installation"einer eingepflanzten Einheit oder als Sicherheitsmaßnahme für Patienten mit einem Cardiac-Problem. Der äußere Schrittmacher ist gewöhnlich mit dem Herzen mit Hilfe eines leitfähigen Katheters, nicht gezeigt, verbunden, der von den Ausgangsanschlussen 47 und 48 durch ein Blutgefäß zum Herzen führt. Ein solcher Schrittmacher besitzt gewöhnlich eine Frequenzsteuerung 49, eine Reserve- oder Festfrequenzsteuerung 50 und eine Stroms te uerung 51. Diese Art Schrittmacher arbeitet ähnlich wie ein eingepflanzter Reserveschrittmacher in der Hinsicht, daß er einen künstlichen stimulierenden Impuls immer dann liefert, wenn der natürliche Herzschlag verfehlt wird oder während einer vorgegebenen Zeitdauer verzögert ist. In dieser Ausführungsform laufen die Leitungen 52 und 53 normalerweise zum Herzen, um künstliche Impulse zu liefern und natürliche Wellen aufzunehmen und sind überbrückt durch einen Widerstand R40, der ein Teil eines Spannungsteilers mit Widerstand R4l ist.

Die Spule L3, welche die von der eingepflanzten Spule Ll gesendeten Impulse beim Auftreten eines natürlichen Herzsignals oder von internen Schrittmacherimpulsen erfaßt, treibt einen Verstärker 54. Die Ausgangssignale vom Verstärker 54 erzeugen über dem Widerstand R40 in einem Spannungsteiler R40 und R4l eine Spannung, die in ihrer Amplitude ähnlich ist einem Signal, welches man am Herzen feststellen würde, wenn die Einheit anstatt als äußerer Steuerteil als Schrittmacher verwendet würde. Die Schrittmachersignale von der äußeren Reservesteuerung erscheinen über R4O und triggern einen Spulentreiber 55, der vergleichbar ist in seiner Funktion den Treibertransistoren Q6 und Q12 in den Figuren 1 und 2. Mit anderen Worten wird jedesmal bei der Erfassung eines Signals von Ll dieses von der äußeren Schrittmachereinheit 45 erfaßt und diese dadurch gehemmt. Wenn in der Empfängerspule L3 kein Signal erfaßt wird, gibt die äußere Einheit 45 über ihre Leitungen 53 und 52 ein Signal zu dem Spulentreiber 55 und der Spule L2, welche einen elektromagnetischen

209817/0937

215H26

Impuls hoher Amplitude an die eingepflanzte Schrittmachers pule Ll sendet und dadurch bewirkt, daß der Schrittmacher einen künstlichen stimulierenden Impuls an das Herz liefert. In Wirklichkeit dient daher der Verstärker 54 als Detektor für intern erzeugte Signale, der die äußere Steuerung 45 an der Abgabe eines Schrittmachertriggersignals an den Spulentreiber 55 hemmt, wenn natürliche Herzwellen oder interne Schrittmacherimpulse mit einer Frequenz vorhanden sind, die höher ist als die eingestellte Schrittmacherfrequenz oder Hysteresisfrequenz der äußeren Steuerung.

Die äußere Frequenzsteuerung nach Fig. 2 und Fig. 3 besitzen keine Auswirkung auf den eingepflanzten Schrittmacher, wenn die Impulsfrequenz der äußeren Frequenzsteuerung unter die eigenständige Frequenz und die Hysteresis frequenz des eingepflanzten Schrittmachers eingestellt werden.

Zur Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung ist in der vorstehenden Beschreibung angenommen, daß die Frequenz fernsteuerung außerhalb des Körpers angeordnet ist und daß die Leistungszufuhr für den Reserveschrittmacher im Körpergewebe eingepflanzt ist und mit dem Herzen über relativ lange Leiter oder einen durch Gefäße verlaufenden leitenden Katheter verbunden ist. Jedoch kann die neue Frequenzsteuerung auch angepaßt werden für eine Einpflanzung im Körpergewebe entfernt von dem Schrittmacher. Es ist dazu lediglich notwendig, die Steuereinheit gegen Eindringen von Körperflüssigkeiten abzudichten und eine geeignete Vorrichtung zur Änderung der Impulsperiode der Steuerung vorzusehen, welche von außerhalb des Körpers betätigt werden kann. Beispielsweise kann anstelle eines variablen Potentiometers oder Widerstandes wie R29 zur Änderung der Impulsperiode . ein Netzwerk mit einem Widerstand und einem magnetischen Zungenschalter verwendet werden.- Die Zungenschalter können selektiv betätigt werden mit Hilfe eines äußeren Magneten, so daß die Auflade- oder Ent lade zeit des Zeitgliedkondensators CIl und damit die Impulsperiode geändert werden. Ein einstellbares Potentiometer, das mit einer Nadel betätigt werden kann, welche das

209817/0937

215H26

Gewebe durchdringt,kann ebenfalls für die Änderung der Impulsfrequenz verwendet werden. Ebenso können Pestkörperspeichersysteme, die durch entfernt betätigbare Schalter oder Induktion gesteuert werden, in einer solchen eingepflanzten Frequenzfernsteuerung enthalten sein. Ebenso können die verschiedensten Arten von Kondensatorumschaltüngen verwendet werden.

Portschritte in der Technologie der Pestkörper und in den Leistungsversorgungen werden erwartungsgemäß eine solche Verringerung der Abmessungen von Reserveschrittmachern gestatten, daß es bald praktisch ausführbar sein wird, einen Schrittmacher direkt am Herzen zu befestigen und ihn mit dem Herzen ohne Verwendung von flexiblen Leitungen zu verbinden. Leistungsquellen mit langer Lebensdauer und eine haltbare Pestkörperschaltung werden erwartungsgemäß zu einem sehr seltenen Austausch führen und dazu, daß nur selten die Notwendigkeit zu einem Zugang zu dem Schrittmacher besteht. Andererseits ist es wahrscheinlich, daß die optimale Schrittmacherfrequenz für einen Patienten sich über einen solchen langen Zeitraum ändert. In diesem Falle kann die neue Frequenzferneinstellung unterhalb der Hautoberfläche an einer leicht zugänglichen Stelle und entfernt von dem Schrittmacher an dem Herzen eingepflanzt werden und die Herzfrequenz des Patienten kann ohne chirurgische Eingriffe nach Willen geändert werden. Die Frequenzfernsteuerung wäre dann erforderlichenfalls austauschbar duch einen oberflächlichen chirurgischen Eingriff unter Verwendung örtlicher Betäubung. Der Austausch von Leitern, die zum Herzen führen, könnte umgangen werden.

Zusammenfassend sind zwei verschiedene Arten von Frequenzfernsteuerungen für eingepflanzte Reserve-Herzschrittmacher beschrieben. Jede erfordert, daß der eingepflanzte Schrittmacher so abgeändert wird, daß er einen elektromagnetischen Strahlungsimpuls beim Auftreten eines natürlichen oder künstlich stimulierten Herzschlages absendet. Wenn das Signal einem natürlichen Herzschlag entspricht, wird die Fernsteuerung während einer

20-9817/0337

Hysteresisperiode gehemmt und danach ein künstlicher stimulierender Impuls dem Herzen zugeführt. Das Herz wird stets stimuliert mit einer Frequenz, die durch die eingestellte Frequenz der Fernsteuerung bestimmt ist, wenn diese Steuerungsfrequenz höher ist als die Frequenz des internen Schrittmachers. Es besteht kein Konflikt zwischen den Hysteresiseigenschaften des internen Reserveschrittmachers und des Fernsteuerüngsteils. Ein Wettstreit zwischen natürlichen und künstlichen Herzstimuli wird vermieden.

209817/0937

Claims

- 26 Patentansprüche

[ 1. JPrequenzsteuerungsgerät zur Fernsteuerung der Schrittmacherimpulsfrequenz eines Herzschrittmachers, dadurch gekenzeichnet , daß der Schrittmacher eine Einrichtung (Ll) zur Abstrahlung eines Signals jedesmal dann besitzt, wenn ein natürlicher Herzstimulus oder ein künstlich erzeugter Herstimulus auftritt und dessen Impulsfrequenz durch Steuersignale steuerbar ist, welche an den Schrittmacher von der Frequenzfernsteuerung gesendet werden, wobei diese Frequenzfernsteuerungseinrichtung einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Steuerimpulssignalen mit einer ausgewählten eingestellten Folgefrequenz besitzt,welche verschieden ist von der eigenständigen Schrittrnacherimpulsfolgefrequenz des Schrittmachers, eine erste Impulszeitgliedeinrichtung zur Steuerung der Impulsperiode des Impulsgenerators, eine Einrichtung zur Sendung von Signalen an den Schrittmacher entsprechend diesen Steuerimpulssignalen, eine Detektoreinrichtung in der Frequenzfernsteuerung für die vom Schrittmacher empfangenen Signale, welche dem Auftreten entweder eines natürlichen oder künstlichen Herzstimulussignals entsprechen und eine auf diese Detektorsignale ansprechende Einrichtung zur Rückstellung der Impuls Zeitgebereinrichtung zur Wiederherstellung der Impulsperiode beim Auftreten eines erfaßten Signals entsprechend einem natürlichen Herzsignal oder einem künstlich erzeugten Herzsignal.
2. Frequenzsteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Hysteresiseinrichtung besitzt, die bei erfaßten Signalen vom Schrittmacher die Zeitgliedperiode der ersten Impulszeitgebereinrichtung ändert, wobei diese Hysteresiseinrichtung so aufgebaut ist, daß sie ihre Hysteresiszeitperiode herstellt, welche verschieden ist von der eingestellten Periode des Impulsgenerators und auslösbar ist bei Erfassen eines Impulses, wobei der Impulsgenerator während der Hysteresisperiode gehemmt

209817/0937

215H26 .

ist und auf den Ablauf der Hysteresisperiode so anspricht, daß er enthemmt wird und einen Impuls erzeugt, der den Schrittmacher zur künstlichen Stimulierung des Herzens veranlaßt, wobei der Impulsgenerator dann Impulse mit einer durch seine erste Zeitgliedeinrichtung beherrschten Frequenz erzeugt, solange die Periode, während der keine Impulse am Detektor vorhanden sind, größer ist als die Hysteresisperiode, und bei einem Detektorimpuls die Hysteresisperiode neu eingestellt wird.
3. Impulssteuerungseinriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin umfaßt: einen zweiten Reserveschrittmacher zur Fernsteuerung eines ersten ReserveSchrittmachers, der in den Körper einpflanzbar ist, wobei der zweite Reserveschrittmacher Ausgangsanschlüsse und einen Impulsgenerator besitzt zur Abgabe von Impulsen an die Ausgangsanschlüsse mit einer gewählten Frequenz, welche verschieden ist von der eigenständigen Impulsfrequenz eines ersten einpflanzbaren Reserveschrittmachers und dieser Scnrittmacher eine Hemmung besitzt, so daß ein Ausgangsimpuls erst dann erzeugbar ist, nachdem seine normale Impulsperiode abläuft, wenn ein Signal entsprechend einem Herzschlag an den Ausgangsanschlussen festgestellt ist, eine Einrichtung zum Empfangen von Impulssignalen, welche durch das Körpergewebe von einem einpflanzbaren Schrittmacher gesendet sind und dem Auftreten eines natürlichen oder stimulierten Herzschlages entsprechen, eine Einrichtung zur Abgabe von Signalen entsprechend diesen empfangenen Signalen an die Ausgangsanschlüsse zur Hemmung des zweiten Reserveschrittmachers bis zum Ablauf seiner Impulsperiode,eine Signalsendereinrichtung, welche Signale von dem zweiten Reserveschrittmacher erhält, wenn dieser nicht gehemmt ist und entsprechend Signale an den einpflanzbaren Schrittmacher sendet zur Steuerung seiner Schrittmacherimpulsperiode synchron mit der Periode der äußeren Frequenzsteuerung»

2G9817/ftd37

215H26
4. Frequenzsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß über die Ausgangsanschlüsse des zweiten Schrittmachers eine Spannungsteiler-Widerstandseinrichtung geschaltet ist_s die Signalempfängereinrichtungen enthält: eine Empfängerspule, einen Verstärker, dessen Eingang mit der Empfängerspule verbunden und dessen Ausgang zur Erzeugung einer Spannung über den Widerstand geschaltet ist j wenn ein Detektorsignal vorhanden ist, wobei diese Spannung den zweiten Schrittmacher hemmt, und die Signalsendereinrichtung eine ImpulsVerstärkervorrichtung und eine Senderspule besitzt, die ImpulsVerstärkervorrichtung mit den Anschlüssen des zweiten Schrittmachers verbunden ist und dadurch Impulse von dem zweiten Schrittmacher erhält, wenn dieser nicht gehemmt ist, und die Sendereinrichtung zur Steuerung des einpflanzbaren Schrittmachers aussteuert.
5. Einpflanzbarer Herzschrittmacher mit Möglichkeit der Änderung seiner eigenständigen Herzschrittmacher-Impulsfrequenz durch Signale mit ausgewählter Impulsfrequenz von einem entfernt angeordneten Steuerteil, dadurch gekennzeichnet , daß der Schrittmacher umfaßt: eine Schrittmacherimpulsgeneratoreinrichtung, die Herzschrittmacherimpulse mit einer eigenständigen Frequenz erzeugt und zur Hemmung während einer vorgegebenen Periode beim Auftreten eines natürlichen Herzsignals eingerichtet ist, eine Zeitgebereinrichtung zur Steuerung der Schrittmacherimpulsgeneratorperiode, eine Signalempfängereinrichtung in dem einpflanzbaren Schrittmacher zum Empfang von einer entfernt angeordneten Frequenzsteuereinrichtung gesendeten Steuersignale, wobei die Zeitgebereinrichtung auf die erhaltenen Signale durch Änderung der Periode zwischen den Impulsen und Änderung der Frequenz des Schrittmacherimpulsgenerators entsprecnend der Frequenz der äußeren Steuereinheit anspricht, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals beim Auftreten eines natürlichen Herzwellensignals oder eines künstlichen Schrittmachersignals und eine Einrichtung zur Sendung eines

209817/0937

entsprechenden die Fernsteuerung hemmenden Signals außerhalb des einpflanzbaren Schrittmachers.
6. Einpflanzbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitgebereinrichtung miteinander verbundenen Zeitgliedwiderstand und Zeitgliedkondensator besitzt, wobei die Spannung auf dem Zeitgliedkondensator den Zeitpunkt bestimmt, an dem der Schrittmacherimpuls generator einen lit.pulfs abgibt, and die Signalempfängereinrichtung eine Spule besitzt, über der eine Spannung: entwickelt wird, wenn ein Signal empfangen tfird, wobei 'ese Spannung additiv zu der Spannung an dem Zeitgliedkondensator ist und dadurch der Schrittmacherimpulsgenerator einen Impuls erzeugt vor Beendigung seines eigenständigen Intervalls zwischen den Impulsen.
7. Einpflanzbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalei:Pfördereinrichtung eine Spule, einen mit der Spule verbundenen Impulskondensator und eine Auflade3chaltung für den Impulskondensator besitzt sowie eine mit dem Impulskondensator und der Spule verbundene Schaltereinrichtung, eine Einrichtung zur Erfassung des Auftretens eines natürlichen Herzstimulus und Erzeugung eines Steuersignals bei Erfassung eines solchen Stimulus enthält, wobei die Schaltereinrichtung so aufgebaut ist, daß sie durch das Steuersignal stromdurchlässig gemacht wird und den Kondensator durch die Spule entlädt zur Sendung eines Signals zur Anzeige eines Herzstimulus an eine Frequenzfernsteuereinrichtung.
8. Einpflanzbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Einrichtung besitzt zur Erfassung des Auftretens eines natürlichen iierz3timulus und zur Erzeugung eines Steuersignals bei Erfassung dieses Stimulus, eine Hysteresiseinrichtung, xvelche beim Auftreten dieses Steuersignals eine Verzögerungsperiode

209817/0937

auslöst, während der der Zeitgliedkondensator unwirksam ist zur Festlegung der Impuls zeit des Schrittmacherimpuls generators .
9. Frequenzfernsteuereinrichtung durcn Steuerung der Impulsfrequenz künstlicher Herzstimulusimpulse eines einpflanzbaren Schrittmachers nach den Ansprüchen 5, 6j 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß er eine Einrichtung zur Absendung eines Signals außerhalb des Körpers vom Auftreten jedes natürlichen Herzstimulus und jedes von dem Schrittmacher erzeugten künstlichen Stimulusimpulses besitzt und der Schrittmacher so eingerichtet ist, daß seine Impulsfrequenz in Abhängigkeit von der Frequenz steuerbar ist, mit der Steuersignale an ihn gesendet werden, wobei die Frequenzfernsteuereinrichtung eine Impulserze^ungsvorrichtung, eine Signalerzeugungsvorrichtung zur Abstrahlung; von Signalen an einen einpflanzbaren Herzschrittmacher entsprechend den Impulsen von der Impulserzeugervorrichtung, Impulszeitgebereinrichtungen zur Steuerung der Impulserzeugervorrichtung zur Erzeugung von Impulsen mit einer gewissen Periode zwischen den Impulsen, Detektoreinrichtungen zur Erfassung von Signalen, welche von einem einpflanzbaren Schrittmacher entsprechend dem Auftreten entweder eines natürlichen Herzstimulus oder eines künstlich erzeugten Stimulus des Schrittmachers eingerichtet sind und eine Einrichtung enthält, die auf das Erfassen entweder eines natürlichen Herzstimulus oder eines künstlichen Stimulus von dem Schrittmacher durch Rückstellung der Impulszeitgebereinrichtung anspricht.
10. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die auf das Erfassen der Stimuli der Impulszeitgebereinrichtung anspricht, die Hemmung des Fernimpuls generators während einer vorgegebenen Periode steuert.

209817/09 3 7

_ 7.Λ _
11. Pernsteuereinricntung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Impuls zeitgebere inrichtung einen Kondensator und einen damit verbundenen Widerstand enthält, der die Spannung zwischen den Impulsen bestimmt, eine Halbleiterschaltereinrichtung, die mit dem Kondensator verbunden ist und durch eine vorgegebene Spannung auf dem Kondensator stromdurchlässig gemacht wird zur Ansteuerung des Impuls generators zur Erzeugung eines Impulses und zur Abgabe eines entspreeilenden gesendeten Signals, einen Vorspannungsteiler zur Erzeugung einer Vorspannung, welche mit dem Halbleiterschalter verbunden ist, wobei die auf die Erfassung der Stimuli ansprechende Einrichtung eine Schaltereinrichtung ist, die so anspricht, daß sie verhindert, daß die Differenz zwischen der Spannung am Kondensator und der Vorspannung die Spannung übersteigt, welche die Halbleiterschal tereinrientung stromdurchlässig machen würde, wodurch der Impulsgenerator während einer vorgegebenen Periode nach einem erfaßten Signal an der Erzeugung eines Impulses gehemmt ist.
12. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Impuls zeitgebereinrichtung einen Kondensator, einen mit dem Kondensator verbundenen und die Spannung auf dem Kondensator zwischen den Impulsen bestimmenden Widerstand und eine Halbleiterschaltereinrichtung verbunden mit dem Kondensator besitzt, welche durch eine vorgegebene Spannung auf dem Kondensator stromdurchlässig wird und eine Erzeugung eines Impulses durch den Generator und die Abgabe eines entsprechenden abgestrahlten Signals veranlaßt, wobei diese auf die Erfassung von Stimuli ansprechende Einrichtung eine Schaltereinrichtung ist, die mit dem Kondensator verbunden ist und während der Erfassung eines Stimulus stromdurchlässig wird und dadurch die Entladung des Kondensators und eine Verzögerung des Zeitpunktes ermöglicht, zu dem der Kondensator eine Spannung erreicht, die die ,ialbleiterschaltereinricntung stromdurchlässig macht.

209817/0937

Leerseite