DE2219550A1

DE2219550A1 - In einen Körper einpflanzbarer Stimulator mit Schaltung zur Ausnutzung der Batterie

Info

Publication number: DE2219550A1
Application number: DE19722219550
Authority: DE
Inventors: David Lee Wauwatosa Wis. Bowers (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-04-26
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1972-11-16
Also published as: JPS4740129A; NL7205570A; US3783877A; GB1354656A; IT953728B; CA991269A; FR2134525A1

Description

1 River Rosd
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

In einen Körper einpflanzbarer Stimulator mit Schaltung zur . Ausnutzung der Batterie

Die Erfindung betrifft einen Stimulator zur Einpflanzung in einen Körper.

Die er3ten einpflanzbaren Körperorganstimulatoren, wie beispielsweise Herzschrittmacher, verwendeten mehrere in Reihe verbundene Batteriezellen al3 Versorgungsquelle für den Stimulus impuls gene rat or. Gelegentlich geschah es, daß eine Zelle in der Reihenschaltung vorzeitig versagte, während die anderen Zellen noch lange nicht erschöpft waren. Das Versagen einer oder mehrerer Zellen in einem Herzschrittmacher führte jedoch gewöhnlich zu einer Änderung der Reizimpulsfrequenz oder in ei; nigen Fällen zu einer für die wirksame Stimulierung unzureichenden Impulsenergie. In diesem Falle mußte der Stimulator durch chirurgische Maßnahmen so bald wie möglich ersetzt werden. Logische und statistische Gesicntspunkte führen zwangsläufig dazu, da^ bsi einer Anzahl in Reihe geschalteter Zellen

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die Wahrscheinlichkeit für einen Defekt einer Zelle und für die Inaktivierung der anderen vergrößert wird. Daher wurde vorgeschlagen, weniger Zellen in Reihe zu verbinden, solche in Reihe geschalteten Gruppen untereinander parallel zu schalten und Spannungsverdoppelerscnaltungen und Verdreifacherschaltungen zu verwenden, um eine genügend hohe Spannung für eine wirksame Stimulierung zu erzeugen. In dieser Anordnung wird in jeder in Reihe gescnalteten Gruppe eine identische Diode verwendet, um zu verhindern, daß die intakten Zellen Strom an die defekten Zellen einer anderen Gruppe liefern. Die Zellen in jeder Gruppe teilen ständig den Verbraucherstrom untereinander auf und alle Zellen entladen sich mit praktisch der gleichen Geschwindigkeit. Bei Abwesenheit eines katastrophenähnlichen Defektes durch eine Zelle erreichen alle Zellen das Ende ihrer Lebensdauer etwa zum gleichen Zeitpunkt. Es ergibt sich dabei keine bessere Vorwarnung über eine bevorstehende Erschöpfung der Batterie und in einigen Fällen tritt auch eine größere Erschöpfungsgeschwindigkeit auf, als in dem Falle, in dem alle Batteriezellen in Reihe miteinander verbunden sind.

Dieser vorstehende Lösungsweg besitzt noch einen weiteren Nachteil, der sich aus den innewohnenden Eigenschaften der Zellen ergibt, die üblicherweise bei Stimulatoren verwendet werden. Diese Zellen haben im allgemeinen beispielsweise eine Kapazität von etwa 1000 mAh. Wenn sie voll ausgenutzt würde, wiürde diese Kapazität die meisten Herzstimulatoren etwa fünf Jahre lang in Betrieb halten. Dieser Nennwert der Kapazität in Milliampere-Stunden ist jedoch bei den niedrigen Mittelwerten des Ausgangsstromes nicht realisierbar, wie sie bei Herzstimulatoren vorherrschen und Vielehe üblicherweise bei etwa 30 oder ^O Mikroampere liegen, da die Zellen bei Verbrauchern mit geringer Stromentnahme hohe innere Verluste besitzen, welche über eine ausgedehnte Zeitperiode die volle Ausnutzung der Nennkapazität verhindern. Dies hat es notwendig gemacht, die Stimulatoren durch chirurgischen Eingriff viel früher zu ersetzen, als dies der

Fall ist, wenn der aus den Zellen entnommene Strom etwas höher ist und die volle Kapazität der Zelle vollständig ausgenutzt ist.

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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung -ist die Überwindung dieser Nachteile und die gleichzeitige Beibehaltung der früheren und gegenwärtigen Anordnungen der Verbindung der Batterie in Stimulatoren durch Schaffung einer Anordnung zur Ausnutzung der Batterie, Vielehe es gestattet, daß ein Reihensatz von Zellen den gesamten, für den Stimulator erforderlichen Strom mit einer annehmbaren hohen Entnahmegeschwindigkeit -liefert und weiterhin gestattet, allmählich die Strombelastung auf einen anderen Reihensatz von Zellen zu überführen, wenn der erste Satz infolge, einer Erhöhung der inneren Impedanz einen vorgegebenen Abfall der Ausgangsspannung zeigt, welche den Ausgangsstrom beschränkt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Generatoren für das Stimulussignal aus in Reihe miteinander verbundenen Zellengruppen mit Strom zu versorgen, die untereinander narallel geschaltet sind und in jeder Reihengruppierung eine Diode mit anderen Eigenschaften bezüglich des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung

besitzen, so daß die Diode mit dem kleinsten Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung als Toreinrichtung oder Gatter wi-rkt zur Entladung der zugeordneten Zellen, bevor irgendeine andere Seriengruppe von Zellen, welche als Reserve bereitsteht, -in der Lage ist, einen merklichen Strom zu liefern.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, in einem Stimulator Mittel vorzusehen, um im wesentlichen die gesamte Strombelastung während des größten Teils der Lebensdauer des Stimulators einer bevorzugten Batterie oder einer anderen Kraftquelle aufzubürden und dann die Belastung zu überführen auf eine Quelle mit geringerer Kapazität, welche Strom durch den Körper schickt, um ein Gefühl oder eine Reaktion zu erzeugen, welche dem Patienten mitteilt, daß die bevorzugte Batterie erschöpft worden ist und der Stimulator auf einem beschränkten Reservevorrat arbeitet.

Ein besseres Verständnis der erfindungsgemäßen Anordnung und weiterer Aufgaben ergibt sich aus der nachstehend ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit _t

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den Abbildungen.

Allgemein ausgedrückt, erfordert die Erfindung die Verbindung von Wechselspannungs- oder Gleichspannungsquellen, beispielsweise ' zwei Sätzen von Batterien, in Parallelschaltung zur Zuführung von Strom mit der erwünschten Spannung zur elektrischen LeistungsVersorgung eines Stimulators. In Reihe mit jeder Batteriegruppe ist eine Diode verbunden. Die Dioden besitzen verschiedene Charakteristiken bezüglich des Spannungsabfalles in Vorwärtsrichtung. In diesem Falle wird eine in Reihe geschaltete Gruppe so lange Stro.m führen und den Verbraucherstrom an den Stimulator liefern, bis .die Spannung ihrer Batterien unter die Spannung der zugeordneten Diode in Durchlaßrichtung absinkt. Danach wird die Diode mit dem nächstkleineren Spannungsabfall in Durchlaßrichtung mit dem Stromdurchgang beginnen und Strom an den Stimulator liefern. Alle Batteriegruppen werden daher nacheinander anstatt gleichzeitig entladen. Die Grundzüge der Erfindung sind anwendbar auf die überführung der Belastung sowohl zwischen Wechselspannungsquellen als auch zwischen Gleichspannungsquellen.

In einer Ausführungsform wird eine Halbleitereinrichtung, beispielsweise ein Transistor, im Ersatz für eine Diode verwendet. Sie arbeitet jedoch ebenfalls mit einer Diode zusammen, die in Reihe mit einer anderen Gruppe von Batterien liegt und veranlaßt, daß sich die Batterien nacheinander entladen, genau wie in dem Fall, bei dem nur Dioden verwendet werden.

Fig. 1 zeigt eine Blockschaltzeichnung eines einpflanzbaren Stimulators bei dem die Erfindung verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Anordnung zur Ausnutzung der Batterie für die Verwendung in Stimulatoren.

Fig. 3 zeigt die Kennlinien für die verschiedenen, in der Schal-!, tung nach Fig. 2 verwendeten Diodentypen.

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Pig. 4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Anordnung zur Ausnutzung der'Batterie.

Fig. 5 zeigt die Kennlinien der verschiedenen-, in der Schaltung nach Fig. 4 verwendeten Dioden.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Batterien mit verschiedenem Nennwert für die Kapazität in Mi Hi amp ere -Stunden.

Fig. 7 ist eine andere Aus führungsform der Erfindung unter Verwendung von Batterien mit verschiedenem Nennwert der Kapazität in Milliampere-Stunden und mit einer Einrichtung, welche dem Patienten anzeigt, daß die Batterie mit der hohen Kapazität nahezu erschöpft ist und der Stimulator auf einem beschränkten Reservevorrat arbeitet.

Fir. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines typischen einpflanzbaren Stimulators, in dem die neuen selektiven Schaltungen für die Batterieausnutzung verwendet werden können. Dies kann ein Herzstimulator sein, der üblicherweise als künstlicher, elektronischer Sc?irittmacher bekannt ist. Stimulatoren dieser Art sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Taktgeberschaltungen, Impulsreneratorsehaltungen und Spannungsvervielfacherehaltungen besitzen, die hier zusammengefaßt durch den Block 10 bezeichnet sind. Der Kürze halber wird dieser Block nachstehend als Impulsgenerator 10 bezeichnet. Typiseherweise liefern ■Herzimpuls generatoren Reizimpulse an das Herz 11 mit einer Frequenz von etwa 72 Impulsen pro Minute, einer Impulsamplitude zwischen 4,0 bis 6,0 Volt, einer Impulsbreite zwiscnen etwa 0,5 und 1,0 '-lillisek. und einer Impulsenergie zwischen etwa 30 bis 60 MikroJoule. Die Peizimpulse werden einem Herzen 11 von den Ausgangsanschlüssen 12 eines Impulsgenerators mittels einer oder.zweier Leiter 13 zugeführt, Vielehe auf dem Herzen oder in einer seiner Kammern enden. Wenn nur eine Leitung verwendet wird, kann einer der AnOChIUsSe₁12 mit einer indifferenten Elektrodenplatte

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verbunden sein, welche in dieser Abbildung nicht gezeigt ist und in der Nähe des Stimulators im Körpergewebe eingepflanzt ist. Auf diese Weise kann der dem Herzen mittels der einzigen Leitung zugeführte Strom durch das Körpergewebe zwischen der ;' Platte und dem Herzen oder einem, anderen stimulierten Organ zu dieser indifferenten Elektrodenplatte und zum Stimulator zurückfließen.

Die Batterieversorgung für den Impulsgenerator 10 ist allgemein durch die Bezugsziffer 14 bezeichnet. Die Ausgangsanschlüsse der Batterieversorgung sind mit 15 und 16 bezeichnet und gemäß der Fig. 1 ist der Impulsgenerator 10 mit diesen Anschlüssen 15 und 16 verbunden. Die BatterieVersorgung 14 und der Impulsgenerator 10 sind umschlossen in einem Rechteck 17 mit strichpunktierten Linien. Dieses symbolisiert das isolierende Kunstharz, in welches die Batterieversorgung und der Impulsgenerator üblicherweise eingekapselt werden. Die Einkapselung wird gewöhnlich mit Silikongummi überzogen, um die ganze Anordnung für den Körper verträglich zu machen.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung für wahlweise Batterieausnutzung. Die Anschlüsse zur Verbindung des Verbrauchers, beispielsweise eines Impulsgenerators 10, sind ebenfalls mit den Bezugs ziffern 15 und 16 bezeichnet. Die Schaltung enthält mindestens zwei Sätze 18 und 19 von Batterien. Jeder Satz 18 und 19 kann eine einzige Zelle enthalten, oder zwei oder mehr Zellen können in Reihe miteinander verbunden sein. Batterieanschlüsse mit der gleichen Polarität sind mit einem gemeinsamen Leiter 20 verbunden. Die entgegengesetzten Batterieanschlüsse sind mit den Anoden der Dioden Dl bzw, D2 verbunden, welche in Reihe mit den Batteriesätzen 18 bzw. 19 liegen. In diesem Beispiel wird angenommen, daß die Batterien 18 und 19 ähnlich sind. Das heißt, sie haben die gleiche Ausgangsspannung und die gleiche Nennkapazität in Mi Hi ampere stunden. Wenn sie die gleichen elektrischen Eigenschaften besitzen, wird erwartet, daß ihre inneren Impedanzen im wesentlichen gleich sind.

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über die Batterieausgangsanschlüsse 15 und· 16 ist vorzugsweise· ein Filterkondensator 21 verbunden. Der von Herzstimulatoren moderner Konstruktion entnommene Mittelwert des Stroms beträgt etwa 3P-Mikroampere. Die einzelnen Stromimpulse können, jedoch eine Amplitude von einem Milliampere besitzen und eine Dauer von 1 bis 2.Millisekunden. In diesem Falle .dient der Filterkondensator 21 dazu, die SpannungsSchwankungen infolge der inneren Quellenimpedanz zu glätten und in an sich bekannter Weise eine praktisch konstante Spannung an den Impulsgenerator zu liefern.

Da für die Batterien 18 und 19 die gleichen Nennwerte angenommen sind, würden sie sich gleichzeitig und in gleichem Maße entladen, wenn die Spannungskennlinie der"Dioden Dl und D2 in Vorwärtsrichtung gleich wäre, wie dies in dem Stand der Technik der Fall ist. Gemäß der Erfindung besitzen jedoch die Dioden Dl und D2 verschiedene Stromspannungskennlinien gemäß den Kurven nach Fig. 3> welche zu den Dioden Dl und D2 gehören und entsprechend bezeichnet sind.

Gemäß einem Beispiel der Erfindung kann die Diode Dl eine "Heißträgerdiode" sein, welche üblicherweise als Schottky-Diode bezeichnet wird. Die Diode D2 ist in diesem Falle eine konventionelle Silizium-Diode. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besitzt die Diode Dl einen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung von etwa 0,16 Volt bei einem Strom von 0,001 Milliampere und ein Ansteigen der Spannung mit der Stromstärke gemäß Fig. 3· Andererseits besitzt die konventionelle Silizium-Diode D2 einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von etwa 0,4 Volt bei 0,001 Milliampere. Aus der Betrachtung der Kennlinien ist ersichtlich, daß die Diode D2 keinen bedeutenden Strom durchlassen wird, bevor nicht die Schottky-Diode Dl nahezu ein Milliampere entsprechend der gestrichelten Linie 22 liefert. Daher wird vor einer nennenswerten Erschöpfung der Batterie 18 die Diode Dl vor der Diode D2 stromdurchlässig werden und die Batterie 18 wird den größten Teil oder sogar den gesamten Teil des Verbraucherstromes an die Ausgangsanschlüsse 15 und 16 liefern. Während einer langen Zeitdauer von möglicherweise zwei Jahren oder mehr wird die Diode Dl

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und die Batterie l8 effektiv im Nebenschluß über der Diode D2 und der Batterie 19 liegen. In diesen Falle wird die letztere keinen Strom liefern, wenn nicht die Belastung der Batterie Ί8 in diesem Beispiel in die Nähe von der Stromstärke von ein Milliampere kommt oder sie übersteigt. Wenn der Impulsgenerator 10 in einer.unbeabsichtigten Weise arbeitet und Strom merklich oberhalb einer Stromstärke von einem Milliampere entnimmt, dann kann selbstverständlich die Pilterwirkung des Kondensators 21 nicht ausreichend sein, um die Spannungsschwankungen zu glätten und der Spannungsabfall der Siliziumdiode D2 in Vorwärtsrichtung kann so weit überschritten werden, daß sie einen geringeren Teil' oder Bruchteil des Gesamtstromes durchlassen wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß beim Absinken der Spannung an der Batterie 18 auf einen Wert, bei dem sie nicht mehr die Vorspannung für Dl liefern kann, die Spannung über der Diode D2 ansteigen wird und diese stromdurchlässig machen wird. Gewöhnlich wird die übertragung des Verbraucher stromes von der Batterie 18 zur Batterie 19 über einer gewissen Zeitperiode ablaufen, welche ein kleines Zeitintervall der Lebensdauer des Stimulators darstellt. Am Ende dieses Zeitintervalls ist die Diode Dl in Sperrichtung vorgespannt, so daß kein Strom von der Batterie 19 in umgekehrter Richtung durch die Diode Dl und die erschöpfte Batterie 18 fließt. Die Batterie liefert dann weiterhin Strom gemäß den Anforderungen des Impulsgenerators 10 so" lange,, bis diese Batterie erschöpft ist und der Austausch des Stimulators angezeigt ist. Wie bereits früher angedeutet, wird bei Batterien 18 und 19 mit dem gleichen Nennwert der Kapazität in Milliampere-Stunden die übertragung oder der Übergang der Stromentnahme etwa bei der Hälfte d—er Lebensdauer des Stimulators stattfinden. Wie bereits erwähnt, besteht ein Vorteil dieser Anordnung darin, daß der gerade verwendeten Batterie ein höherer Strom entnommen wird, wie in dem Fall, in dem beide Batterien gleichzeitig verwendet werden. Die Gesamtlebensdauer der Batterie wird dadurch verlängert, da es dann möglich ist, die Batterien in einer Betriebsart mit größerem Wirkungsgrad zu verwenden und eine bessere Ausnutzung der Batte-

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riekapazität erhalten.

.Wegen der geringfügig verschiedenen Spannungsabfälle in Varwärtsriciitung über den beiden Dioden wird eine geringfügige Differenz der Ausgangsspannung an den Anschlüssen 15 und 16 vorna_nden sein, und diese wird sich in einer geringen Änderung der Folgefrequenz des Stimulusimpulses widerspiegeln. Dies wird dem Arzt und dem Patienten anzeigen, daß jetzt der zweite Batteriesatz in Gebrauch ist und daß etwa die Hälfte der Gesamtlebenszeit der Batterie abgelaufen ist. Es kann dann der Zeitpunkt, an dem der Stimulator wegen Erschöpfung der Batterie ersetzt werden muß, mit größerer Genauigkeit vorausgesagt werden, als es bisher möglich war.

Fig. 4 zeigt ein anderes System zur selektiven und nacheinanderfolgenden Ausnutzung der Stimulatorbatterie. Die Batterien l8 und Iy und der Kondensator 21 sind hier mit der gleichen Bezugsziffer wie in Fig. 2 bezeichnet, da diese Elemente bezüglich der vorliegenden Erörterung als ähnlich betrachtet werden können. In Fig. 4 werden drei Dioden D2, Ό^ι\ und D5 verwendet. Alle Dioden können identische konventionelle Silizium-Dioden sein oder Korn-binationen von solchen Dioden, Schottky-Dioden, Germanium-Diodeη. oder irgendwelche anderen Dioden mit den richtigen Spannungskennlinien. Durch die Reihenschaltung geeigneter Dioden, beispielsweise konventioneller Dioden D3 und D4, wird jedoch ihre Gesamtspannungscharakteristik in Vorwärtsrichtung diejenige der Diode D5 übersteigen. Dies ist aus Fig. 5 ersichtlich, welche die Kurven der kombinierten Kennlinien und auch der einzelnen Kennlinien enthält. In diesem Falle wird die Diode D5 und die Batterie 19 zunächst am Anfang den Verbtfaucherstrom an die Anschlüsse 15 und l6 liefern. Der hohe Gesamtspannungsabfall in Vorwärtsrichtung für die in Reihe geschalteten Dioden D3 und D4 wird so lange verhindern, daß Strom von der Batterie 18 geliefert wird, bis die Batterie 19 im wesentlichen erschöpft ist oder vor diesem Zeitpunkt einer starken Stromentnahme vom Verbraucherstrom ausgesetzt wird. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Diode D5 einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtμng von etwa O;^l\ Volt bei etwa 0,001 Milliampere

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besitzt und daher die Batterie 19 während dieses Zeitraumes den Verbraucherstrom liefert. Wenn die Batterie 19 sich erschöpft oder kurzzeitig ihr ein Strom von -mehr als ein Milliampere entnommen wird, übersteigt die Spannung über dieser Diode den Wert von etwa .0,8 Volt. Hierdurch werden die in Reihe verbundenen Dioden D3 und Oh in Vorwärtsrichtung vorgespannt und aus der Batterie 18 wird Strom entnommen. Daher verbleibt die Batterie 18 während etwa der Hälfte der Gesamtlebensdauer der Batterie des Stimulators in Reservestellung und wird einen Teil des Stromes oder den Gesamtstrom liefern, wenn sich die Batterie 19 nahezu in erschöpftem Zustand befindet. Die Schaltung nach Fig. 4 ist genau so vorteilhaft, so weit es die Verlängerung der Lebensdauer betrifft, wie bei dem Beispiel nach Fig. 2, wegen der höheren Stromentnahme, die sich aus der Verwendung der Batterien nacheinander anstelle der gleichzeitigen Verwendung ergibt, welche eintritt bei Parallelschaltung der Batterien mit ähnlichen in Reihe geschalteten Dioden oder Verbindung aller Batterien in einer einzigen Reihenschaltung, Der geringfügige Abfall der Spannung am Ausgangsanschluß, welcher bei Verwendung der Dioden D3 und d4 auftritt, x^ird die Impuls folge frequenz des Stimulators ändern und dem Patienten anzeigen, daß etwa die Hälfte der erwarteten Lebensdauer der Batterie verstrichen ist.

Man wird erkennen, daß zu den Schaltungen nach Fig. 2 oder 4 weitere Batterien und weitere in Serie verbundene Dioden zugefügt werden können, so daß mehr als zwei Batterien nacheinander bis zur Erschöpfung verwendet werden können, welche verschiedene Nennwerte der Kapazität besitzen können. Es ist in solchen Fällen lediglich erforderlich, in Reihe mit ihnen eine oder mehrere Dioden zu verwenden, welche verschiedene Kennlinien bezüglich der Spannung in Vorwärtsrichtung oder der Impedanz besitzen.

Die Prinzipien der Erfindung· werden verwendet in der Batterieversorgung gemäß Fig. 6. Diese Anordnung verwendet eine Batterie 25, welche einen Nennwert der Kanazität von 1.000 Milliampere-Stunden besitzen kann zusammen mit einer anderen Batterie 26,

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welche beispielsweise einen Nennwert der Kapazität von 100 Milliampere-Stunden aufweisen kann. In Reihe mit der Batterie 26 ist eine Silizium-Diode ü6 verbunden. -Diese Diode kann einen kleinsten Wert des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung· von etwa 0,4 V besitzen. In Reihe mit der Batterie 25 liegt die Emitter-Kollektor-Schaltung eines Transistors Ql. über die Ausgangsanschlüsse 15 und Ϊ6 ist ein großer Filterkondensator ge-, schaltet, beispielsweise ein Kondensator mit einer Kapazität von 10 Mikro-Farad oder darüber. In die Basisschaltung des Transistors Ql kann ein Widerstand 28 ■ . mit einem Widerstandswert in der Größenordnung von etwa 4,7 Megohm eingfügt werden, so daß der Vorspannungsstrom von Emitter nach Basis den Transistor Ql stromduchlässig macht und bewirkt, daß eine niedrige Sättigungsspannung von etwa 0,2 V zwischen dem Emitter und Kollektoranschluß auftritt und um den Verbraucheranschlüssen 15 und 16 Strom zuzuführen. Um die Impulsstrom-StabiIität zu verbessern, wird vorzugsweise im Nebenschluß zum Widerstand 28 ein kleiner Pilterkondensator 29 geschaltet. In einem typischen Beispiel wird unter Annahme eines Silizium-Transistors Ql die Emitter-Kollektor-Spannung etwa 0,2 V betragen und die " Batterie 25 wird praktisch den gesamten Strom an den Impulsgenerator als Verbraucher liefern. Wenn infolge Erschöpfung der Batterie die von der Batterie 25 verfügbare Spannung absinkt, wird sich der Transistor Ql allmählich abschalten. Damit wird der überbrückungseffekt dieses Transistors für die Batterie 26 und die Schaltung der Diode D6 weggenommen werden. Es wird sich ein Spannungsanstieg von mehr als 0,4 V über der Diode E>6 ergeben und dies wird dazu führen, daß die Batterie 26 die Belastung in der gleichen Weise übernimmt, wie i-m Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 kann die durchsahnittliehe " Stromentnahme in der Größenordnung von 30 Mikroampere liegen. Der momentane Strom während der Erzeugung eines Impulses kann jedoch bis zu 5 Milliampere betragen und . in diesem Falle könnte die relativ große Impedanz der Quelle der Batterie 25 und des ■

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Transistors Ql die Spannungsregelung ernstlich beeinträchtigen. Aus diesem Grunde wird in diesem Falle ein großer stabilisierender Filterkondensator 21' verwendet.

In der Anordnung nach Fig. 6 ist beabsichtigt-, daß die Batterie 25 den Verbräucherstrom während des größeren Teils der gesamten Lebensdauer der beiden Batterien 25 und 26 liefert und die Batterie 26 nur während etwa 10 % der Gesamtlebensdauer der Batterie zur Stromabgabe herangezogen wird..Die Veränderung der Folgefrequenz der Stimulusimpulse, welche auftritt, wenn die bevorzugte Batterie 25 erschöpf.t ist und die Batterie 26 verwendet wird, dient als Anzeige dafür., da$ der Stimulator in der nicht zu fernen Zukunft ersetzt werden sollte, da er auf der begrenztenJReserveversorgung arbeitet.

Die alternative Ausführungsform nach Fig. 7 verwendet ebenfalls die obenstehend erörterten Grundsätze der Erfindung. Sie unterscheidet sich jedoch durch ihre Fähigkeit, eine milde aber wahrnehmbare elektrische Gefühlswahrnehmung oder einen Effekt wie beispielsweise ein Muskelzucken in einem beschränkten Teil des Körpers des Patienten zu erzeugen und dadurch anzuzeigen, daß die bevorzugte Batterie erschöpft ist oder sich der Erschöpfung nähert. Der Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es den Patienten veranlaßt, einen Austausch des Stimulators zu erstreben, bevor es infolge Batterieerschöpfung zu einer Krisis kommt. In Fig. 7 kann die bevorzugte oder Hauptbatterie 35 eine Nennkapazität von 1.000 MÜliampere-Stunden besitzen. Mit ihr in Reihe verbunden ist eine Schottky-Diode D7. Wie bereits vorstehend erklärt, ist die Spannung in Durchlaßrichtung für diese Diode ettfa 0,2 V bei niedrigen Stromstärken. Die Batterie 35 liefert den Strom mit der gewünschten Spannung an den Filterkondensator 36 und die Ausgangsanschlüsse 15 und 16, welche die Verbindung mit einem Stimulusimpulsgenerator 10 herstellen.

'Wie in den zuvor beschriebenen Fällen können die Ausgangsanschlüsse 12 des Impulsgenerators unmittelbar durch intravaskulare oder myokardiale Leitungen 13 entsprechend der symbolischen

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Darstellung in Fig. 1 mit dem Herzen verbunden sein. Die Batterie 35 wird allein für die Zuführung der Stimulusenergie heran-■gezogen. Es ist jedoch eine Hilfsbatterie 37 in Reihenschaltung mit einer Diode D8 vorhanden, welche eine konventionelle Silizium-Diode mit einem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung von etwa 0,4 V sein kann. Die Batterie 37 besitzt vorzugsweise eine geringe Kapazität, beispielsweise 5-0 Milliampere-Stunden oder weniger. Der negative Anschluß der Batterie 37 ist mit einer Leitung 38 verbunden, welche in einem Anschluß 39 endet, der gegenüber dem Körpergewebe 3 liegt. Es kann auch in dem Körpergewebe in. der Nähe der Elektrode 39 eine indifferente Elektrodenplatte 40 eingepflanzt werden. Sie ist jedoch entfernt angeordnet vom Herzen oder einem anderen Organ, das aufgrund seiner Verbindung mit den Anschlüssen 12 des Impulsgenerators stimuliert wird. Anstelle der Platte 40 kann eine Stimulierungselektrode verwendet werden. Bei dieser Anordnung wird die Reihenschaltung einschließlich des Anschlusses 39, der Leitung 38, der Batterie 37, der Diode D8 und des Verbrauchers der Anschlüsse 15 und 16 und des gemeinsamen Leiters 4l so lange keinen Strom führen, wie die Spannung auf der Batterie 35 groß genug ist, um die Diode D7 ausreichend in Durchlaßrichtung vorzuspannen, so daß diese die vorerwähnte Schaltung im Nebenschluß überbrückt und die Diode D8 in Sperrrichtung spannt. Mit der Erschöpfung der Batterie 35 wird jedoch ein gewisser Strom von der Batterie 37 durch die Diode D8 und zurück zur Batterie über die Elektroden 40 und 39 zu fließen beginnen, zwischen denen Körpergewebe liegt, das auf diesen Strom ansprechen kann. Es wird daher ein geringer Stromfluß zwischen den Elektroden 39 und 40 beginnen und dies kann zunächst für den Patienten praktisch nicht wahrnehmbar sein. Jedoch mit weiterem Absinken der Spannung auf der Batterie 35 wird mehr Strom zu dem Verbraucher zwischen den Elektroden 39 und 40 fließen und das prickelnde Gefühl oder Muskelzucken, welches durch den Stromdurchgang durch das Gewebe bewirkt wird, wird für den Patienten stärker wahrnehmbar. Der Patient wird dadurch veranlaßt, einen Austausch des Stimulators durch seinen Arzt bei der frühestmöglichen Gelegenheit anzustreben.

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8. August 19 7 2 P 22 19 550.2 2O34-8XR-1297

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Zusammenfassend ist festzustellen, dass vorstehend verschiedene Beispiele von Schaltungen für die selektive Ausnutzung oder Verwendung von Leistungsquellen zur Versorgung von Organstimulatoren beschrieben wurden. Es wurden als beispielhafte Leistungsquellen' Batterien angegeben. Der Fachmann auf dem Gebiete der Elektronik wird jedoch erkennen, dass die technische Lehre der Erfindung auch auf die selektive Verwendung anderer Gleichstromquellen und Wechselstromquellen anwendbar ist. Für ihn ist auch ersichtlich, dass anstelle der erwähnten Dioden verschiedenste andere Arten von in einer Richtung stromdurchlässigen Einrichtungen verwendet werden können, vorausgesetzt, dass die richtigen verschiedenen Spannungseigenschaften in Durchlassrichtung erzeugbar sind. Für den Fachmann ist auch ersichtlich, dass die Polarität der Dioden, Batterien und Elektroden entgegengesetzt sein könnte, wie es in der Beschreibung der Beispiele dargestellt ist. Jede Schaltung verwendet Kombinationen von Dioden oder anderen nichtlinearen Einrichtungen, um den Verbraucherstrom von einer Leistungsquelle zu einer anderen zu übertragen. Es wurde eine Einrichtung gezeigt, mit der dem Patienten eine ausgeprägte Anzeige dafür gegeben werden kann, dass eine Hauptbatterie erschöpft ist und,dass er auf eine Reserveversorgung geschaltet ist. Die Schaltungen zeichnen sich dadurch aus, dass\sie eine höhere Stromentnahme von den Batterien gestatten und dadurch ihre Lebensdauer verlängern und eine bessere Ausnutzung ihrer Kapazität bewirken.

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Claims

8. August 1972 2O3M--8XR-1297 Neue Patentansprüche

1. Organstimulator zur Einpflanzung in den Körper und mit Vorrichtung für die Ausnutzung einer Batterie, dadurch gekennzeichnet , dass er umfasst:

(a) eine erste Spannungsquelle (18) und eine erste Einrichtung (Dl), welche einen gewissen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung besitzt, vorwiegend in einer Richtung stromdurchlässig ist und in Reihe mit der ersten Spannungsquelle (18) verbunden ist,

(b) eine zweite Spannungsquelle (19) und eine zweite Einrichtung (D2), die einen anderen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung besitzt als die erste Einrichtung (Dl), vorwiegend in einer Richtung stromdurchlässig, in Reihe mit der zweiten Spannungsquelle (19) und parallel zu der Reihenschaltung der ersten Spannungsquelle (18) und der ersten Einrichtung (Dl) ist, wobei diese parallelen . Schaltungen als Stromquelle mit der Organstimulatorschaltung (10) verbunden sind und im wesentlichen der gesamte V er br auch er strom dieser Spannungsquellen so lange lieferbar ist, bis der Spannungsabfall über ihrer Schaltung in Vorwärtsrichtung den Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung für die andere Schaltung übersteigt.

2. Organstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Einrichtung (Dl) eine "Heissträger"-Diode ist und die zweite Einrichtung (D2) eine Silizium-Diode mit einer anderen Spannungskennlinie in Vorwärtsrichtung als die erste Einrichtung.

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3. Organstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Einrichtung eine. Diode (D3) ist und die zweite Einrichtung aus mindestens zwei in Reihe verbundenen Dioden (D4, D5) besteht.

4. Organstimulator nach Anspruch 1, dadurch ge-' kennzeichnet , dass die erste Einrichtung eine Diode (D6) ist und die zweite Einrichtung ein Transistor (Ql).

5. Organstimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass:

(a) der Transistor einen Basis-Emitter- und Kollektor-Anschluss besitzt und der Emitter mit einem Anschluss einer Spannungsquelle verbunden ist,

(b) eine Widerstandeinrichtung (28) zwischen die Basis und den anderen Anschluss dieser Spannungsquelle verbunden ist und der Kollektor einen gemeinsamen Verbindungspunkt mit der Diode (D6) besitzt.

6. Organstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass er umfasst:

(a) ein Paar von Elektroden, die mit einer entsprechenden Seite der entsprechenden Spannungsquellen verbunden sind entgegengesetzt zu den Seiten der Spannungsquelle, welche mit der jeweiligen ersten bzw. zweiten Einrichtung verbunden ist,

(b) wobei diese Elektroden zum Kontakt mit Körpergewebe ausgelegt sind und zum Stromdurchgang zwischen den Elektroden zur Erzeugung eines wahrnehmbaren Körpergefühls oder einer Körperreaktion, wenn der Spannungsabfall in ■ Vorwärtsrichtung über der ersten, in Reihe mit der ersten Einrichtung verbundenen Spannungsquelle einen vorgegebenen Wert übersteigt.

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. .Organstimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6-, .

dadurch gekennzeichnet , dass, er

umfasst:

eine Stimulussignalerzeugereinrichtung zur -Versorgung durch eine wahlweise verwendbare erste und zweite Batterie und die erste Batterie einen bestimmten relativ grossen Nennwert der Kapazität in Milliampere-Stunden und die zweite .Batterie einen Nennwert in Milliampere-Stunden aufweist, der geringer ist als der Nennwert für die erste Batterie.

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