DE2252312A1

DE2252312A1 - Herzschrittmacher mit bedarfsanpassung

Info

Publication number: DE2252312A1
Application number: DE2252312A
Authority: DE
Inventors: Jeremiah John Patrick Duggan; Joel Wall
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1973-05-30
Also published as: ZA727201B; IT966409B; US3807410A; GB1378065A; JPS4863588A; DE2252312C2; JPS5532387B2

Description

PATENTANWALT D-I BERLIN 33 17.10.1972

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MANFRED MIEHt . Telefon: «hid 700950 ₄-

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Diplom-Chemiker _

AO-2451 US/02/2021

AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Herzschrittmacher mit Bedarfsanpässung

Es wird ein Herzschrittmacher mit Bedarfsanpassung zur Anregung des Herzens eines Patienten geschaffen. Der Schrittmacher prüft oder überwacht die sich ändernde Herzschlagfrequenz des Patienten und die Veränderung des natürlichen Ausfallintervalls des Herzens. Der Schrittmacher regelt die Erzeugung von Impulsen zur Herzanregung mit einer Frequenz, die mit der natürlichen, zuletzt festgestellten Herzschlagfrequenz und des Ausfallintervalls übereinstimmt. Die anfängliche Frequenz der Anregung, die auf das Herz angewendet wird, soll so geregelt werden, daß sie innerhalb einer kleinen vorherbestimmten Frequenzdifferenz von der zuletzt festgestellten natürlichen Herzschlagfrequenz liegt. Auf diese' Weise werden plötzliche starke Änderungen der Herzschlagfrequenz vermieden, wenn ein Übergang von einem natürlichen Herzschlag zu einem angeregten Herzschlag erfolgt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anregung der Herztätigkeit, wie sie allgemein unter der Bezeichnung Herzschrittmacher bekanntgeworden ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Bedarfsherzschrittmacher, der es ermöglicht, die Herzschlaganregung bei Bedarf mit einer Frequenz herbeizuführen, die der letzten natürlichen Herzschlagfrequenz des Patienten angepaßt ist.

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Bei verschiedenen bisher bekanntgewordenen Bedarfs-Herzschrittmachern gelangt ein relativ eng festgelegtes oder vorher bestimmtes Zeitintervall zur Anwendung, welches als Warteperiode (in medizinischen Kreisen auch als "Ausfallintervall") bezeichnet wird, tritt während dieses Intervalls ein natürlicher Herzschlag nicht in Erscheinung, dann gibt der Schrittmacher sofort einen Anregungsimpuls auf das Herz des Patienten ab. Bei dein sogenannten Bedarfsschrittmacher mit "Dosierungshysterese" ist das Zeitintervall zwischen dem letzten, auf natürliche Weise auftretenden Herzschlag bis zu dem ersten Anregungsimpuls länger als das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen. Allerdings ist der zeitliche Abstand zwischen einzelnen aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen im allgemeinen genau festgelegt oder er ändert sich nur innerhalb sehr kleiner Grenzen.

In praktisch allen im Handel verfügbaren Bedarfsherzschrittmachern kann die Änderung von natürlicher Herzschlagfolge zur Anregungsfrequenz bemerkenswert groß sein. Betrachtet man beispielsweise einen Patienten, dem ein herkömmlicher Bedarfs-Herzschrittmacher eingepflanzt worden ist und der zeitweise eine natürliche Herzschlagfrequenz von 100 Schlagen pro Minute infolge äußerer Anregungen (d.h. also körperlicher Bewegung, Angst usw.) aufweist, dann ergibt sich folgendes: Hört bei diesem Patienten der Herzschlag auf, dann liefert der Bedarfsherzschrittmacher eine Anregung mit einer beliebigen, eingestellten vorherbestimmten Frequenz. Diese Herzschlagfrequenz liegt im allgemeinen in der Nähe von 70 Schlagen in der Minute und kann sich um etwa fünf Schläge je Minute für einen vorgegebenen Schrittmacher ändern. In jedem Falle besteht hier eine erhebliche Änderung der Herzanregung; sie beträgt in diesem Falle annähernd 25% der Herzschlagfrequenz.

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Im Gegensatz dazu soll gemäß dem Erfindungsgedanken eine Anregung im Bereich und in Übereinstimmung mit der Frequenz von 100 Schlägen je Minute (bei dem hier betrachteten Beispiel) zur Anwendung kommen. Die Frequenz wird dann automatisch und allmählich bis auf eine minimale Anregungsfrequenz herabgesetzt. Das Minimum dieser Frequenz kann beispielsweise 70 Schläge je Minute betragen. Der Miniinalwert der Frequenz kann in demjenigen Fall nicht erreicht werden, in welchem ein natürlicher Herzschlag während eines oder mehrerer Ausfallintervalle mit unterschiedlicher Länge und in der Art, wie sie von dem Schrittmacher erzeugt worden sind, auftritt und wenn natürliche Herzschläge während nachfolgender Ausfallintervalle sich anschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bedarfsherzschrittmacher zu schaffen, der einen veränderlichen Frequenzoszillator benutzt, der von der natürlichen Herzschlagfrequenz des Patienten gesteuert ist. Dabei soll bei Zunahme der natürlichen Herzschlagfrequenz des Patienten die Frequenz des Oszillators proportional zunehmen. Im anderen Fall soll bei Abnahme der natürlichen Herzschlagfrequenz des Patienten (wobei das Ausmaß der Frequenzabnahme innerhalb wählbarer Grenzen liegt) die Oszillatorfrequenz ebenfalls proportional abnehmen. Neigt das Ausmaß der Frequenzabnahme dazu, diese vorgegebene Grenze zu übersteigen, dann liefert der Schrittmacher eine Herzschlaganregung, die bis auf den Betrag der Frequenzabnahme auf diese Grenze zu abfällt. Das bedeutet also, daß das Herz im Bedarfsfalle mit einer Anfangsfrequenz angeregt wird, die mit der letzten vorhergehenden natürlichen Herzschlagfrequenz übereinstimmt. Dabei ist eine minimale Oszillatorfrequenz vorgesehen, damit bei unbegrenzten Pausen des natürlichen Herzschlags des Patienten die Anregung für das Herz einen vorherbestimmten Betrag nicht unterschreitet.

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Die hier als Parameter erwähnte Herzschlagfolge bzw. Herzschlagfrequenz kann auch in Ausdrücken des reziproken Parameters, also nach Maßgabe der Herzschlagintervalle, definiert werden. Läuft ein erstes von dem Schrittmacher erzeugtes Ausfallintervall ab, ohne daß innerhalb dieses Intervalls ein natürlicher Herzschlag aufgetreten ist, dann wird ein Anregungsimpuls innerhalb einer kleinen festgelegten Zeitverzögerung nach dem zu erwartenden aber nicht aufgetretenen natürlichen Herzschlag erzeugt. Das nachfolgende oder zweite vom Schrittmacher erzeugte Ausfallintervall, welches von dem angeregten Herzschlag ausgehend gemessen wird, ist automatiscn immer größer als das erste Ausfallintervall. Es kann nun wänrend dieses längeren zweiten Intervalls ein natürlicher Herzschlag erfolgen; tritt dieser Fall ein, dann wird der taktgebende Mechanismus des Schrittmachers nach diesem Ereignis zurückgestellt und es wird ein neues Ausfallintervall erzeugt. Die Dauer dieses neuen Intervalls, die sich von allen vorhergehenden Intervallzeiten unterscheiden kann, hängt von der Dauer der vorhergehenden Intervalle ab und muß sich diesen anpassen.

Angenommen, es würden keine natürlichen Herzschläge während irgendwelcher progressiv zunehmenden Intervalle auftreten, dann ist eine obere Grenze der Intervallzeiten erreicht. Diese entspricht der oben beschriebenen unteren Frequenzgrenze.

Der besondere Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht also in der Vermeidung möglicher physiologischer Belastungen für den Patienten dadurch, daß man eine Herzanregung bei einer Anfangsfrequenz zur Verfügung stellt, die ganz dicht bei dem letzten natürlichen Betrag der Herzschlagfrequenz des Patienten liegt und nicht bei einem wesentlich höheren oder niedrigeren Betrag.

Ein Zweck der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines Herzschrittmachers mit Bedarfsanpassung.

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Ein Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Bedarfsherzschrittmachers mit einer Anpassungsart, die sich der natürlichen Herzschlagfrequenz angleicht.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Bedarfsherzschrittmachers, welcher einem Patienten dann eine Anregung liefert, wenn eine Anforderung bei konstanter oder abnehmender Frequenz auftritt, d.h. also wenn die Anregung ihrem Werte nach anfangs kleiner ist als der letzte in Erscheinung tretende Betrag der natürlichen Herzschlagfrequenz, und zwar um einen kleinen vorherbestimmten Betrag.

Schließlich besteht noch ein Zweck der Erfindung in der Schaffung eines Bedarfsherzschrittmachers, der einem Patienten eine Herzanregung liefert, die bei konstanten oder sich vergrößernden Intervallen angefordert wird.

Ein Ausführunsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltdiagramm einer ersten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes;

Fig. 2 ein Schaltschema zur Erläuterung einzelner Funktionen der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Figur 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verlaufs der Herzschlagfrequenz in Abhängigkeit von der Zeit bei den bisher bekanntgewordenen Herzschrittmachern und

Fig. 4 eine der Figur 3 entsprechende graphische Darstellung, die sich auf den Erfindungsgegenstand bezieht.

Wie Fig. 1 zeigt, wird die Frequenz des Oszillators 41 durch die Folge- oder Intervallsteuerung 46 geregelt. Der Ausgang des Oszillators 41 speist über die Leitung 49 den Impuls-

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generator 42.

Der Impulsgenerator 42 kann auf das Herz 43 mindestens einen Anregungsimpuls 60 geben und gleichzeitig Eingänge auf den Austastkreis 44 über die Leitung 48 und auf die Herzschlagfrequenzsteuerung 46 über die Leitung 47 sowie über das "ODER"-Gatter 70. Der Ausgang des Austastkreises 44 wird auf den Herzschlag-Detektor 45 gegeben, um eine Gleichrichtung von Herzschlägen zu verhindern, die von dem Schrittmacher angeregt sind. Der Ausgang (P-fi-R-S-T) des Herzens 43 wird auf den Herζschlag-Detektor 45 gegeben, der im anderen Falle sämtliche Herzschläge gleichrichten würde, unabhängig davon, ob sie angeregt oder auf natürliche Weise erzeugt sind. Auf diese Weise wird die Austastfunktion des Kreises 44 dazu benutzt, den Herzschlag-Detektor 45 daran zu hindern, einen Eingang auf den Impulsformgeber 4O zu geben, sobald ein durch den Schrittmacher angeregter Herzschlag auftritt. Der Herzschlag-Detektor 45 liefert einen Eingang auf die anpassungsfähige Herzschlag-Frequenzsteuerung 46 ebenfalls über das "ODER"-Gatter 7O. Dieser Vorgang führt zur Rückstellung des taktgebenden Stromkreises in der Steuerung 46 bei jedem auftretenden Herzschlag; er soll im folgenden noch näher beschrieben werden. Der Impulsformgeber 40 formt den Ausgang eines natürlichen Herzschlages des Herzschlag-Detektors 45 und liefert einen exakt rechteckigen Impuls konstanter Impulsbreite auf die Frequenz-/Intervallsteuerung 46, deren Einzelheiten ebenfalls im folgenden noch näher beschrieben werden sollen.

Der Impulsgenerator 42 kann einen großen Kondensator enthalten, der eine Ladung speichert, die ausreicht, das Herz zum Schlagen zu bringen, sobald eine Entladung erfolgt, wobei Transistor-Schalter zur Anwendung gelangen, wie sie in der US-PS 3 528 428 von Berkovits beschrieben sind. Der Herz-

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schlag-Detektor 45 kann einen transxstorxsxerten Verstärker sowie einen Filterkreis umfassen, wie er ebenfalls in dieser US-Patentschrift beschrieben ist= Der Impulsformgeber 40 und der Äustastkreis 44 können beide gewöhnliche Univibrator-Kreise sein, wie sie in der Elektronik allgemein bekannt sind. Das "ODER"-Gatter 70 ist der übliche Standard-"ODER"-Kreis. , -

Die Herzschlagsteuerung und der Oszillator 41 sind in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise zusammengeschaltet„ Die elektrischen Verbindungen der einzelnen Stromkrexselemente sind folgende. Der Ausgang des Impulsforxngebers (Univibrator) 4O ist an das eine Ende eines Widerstandes 27 angeschlossen, dessen anderee Ende einerseits an dem einen Ende des Kondensators 26 und andererseits an dem einen Ende des Widerstandes 25 liegt. Das andere Ende des Kondensators 26 liegt an Erde und das andere Ende des Widerstandes 25 ist an die Anode einer Diode 24 angeschlossen. Die Kathode der Diode 24 liegt an dem einen Ende der Parallelschaltung aus Kondensator 22 und Widerstand 23 (Verbindungspunkt A). Das andere Ende dieser Parallelschaltang ist an Erde gelegt. Der Verbindungspunkt A liegt auch noch an der Kathode der Diode .21,

deren Anode an den Verbindungspunkt des einen Endes des Widerstandes 19 mit der Kathode der Zenerdiode 20 angeschlossen ist. Die Anode der Zenerdiode 20 liegt an Erde^ während das andere Ende des Widerstandes 19 an dem positiven Pol einer Spannungsquelle liegt.

Der Verbindungspunkt A ist an das eine Ende des Widerstandes 17 angeschlossen, dessen anderes Ende an der Basis des Transistors 16 liegt. Der Kollektor des Transistors 15 liegt an der positiven Klemme einer Spannungsquelle; der Emitter dieses !Transistors liegt an dem einen Ende des Widerstandes 18, dessen anderes Ende an Erde gelegt ist. Der Emitter des Transistors 16 liegt außerdem an dem einen Ende des Widerstandes 15.

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Das andere Ende des Widerstandes 15 liegt an einem Verbindungspunkt, der den Kollektor des Transistors 28, das eine Ende des Kondensators 15 sowie die Anodenklemme eines Unijunktions-Transistors 13 umfaßt. Die Basis des Transistors 2b ist an die Leitung 47 angeschlossen. Das andere Ende des Kondensators 14 und der Emitter des Transistors 28 liegen an Erde. Die Kathode des Unijunktion-Transistors 13 ist an das eine Ende des Widerstandes 12 angeschlossen, dessen anderes Ende an Erde liegt. Die Kathode liegt an der Leitung 49, die einen Ausgang auf den Impulsgenerator 4 2 liefert. Die Gatterelektrode des Transistors 13 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 10 und 11 miteinander gelegt, während das andere Ende des Widerstandes 11 an dem positiven Pol einer Spannungsquelle liegt und das andere Ende des Widerstandes 10 an Erde gelegt ist.

Bei dem nun folgenden Beispiel sei angenommen, daß während des Betriebs das Herz 4 3 normal schlägt. Ein Univibrator erzeugt in regelmäßiger Folge wiederkehrend exakt rechteckige Impulse 60 in einer Impulsfolge. Es ist jeweils ein Impuls für jeden festgestellten Herzschlag vorgesehen. Diese Impulsfolge wird durch einen Kondensator 26 und einen Widerstand 27 auf einen Mittelwert gebracht. Da nun der Impuls 60 hinsichtlich seiner Breite und Höhe konstant ist, ist die üurchschnitts-Gleichspannung an dem Kondensator 26 direkt proportional dem Sollwertzyklus der Impulsfolge. Die Durchschnittsspannung ist eine Gleichspannung an dem Kondensator 26, die auf diese Weise mit der Anzahl der Impulse 60 schwankt.

Die Spannung an dem Kondensator 22 wird entweder (1) durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 20 vermindert um einen kleinen Spannungsabfall der Durchlaßspannung durch die Diode 21 oder (2) durch die Spannung an dem Kondensator 26, vermidert um den kleinen Spannungsabfall an dem Wider-

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stand 25 und der Diode 24, beeinflußt. Der Widerstand 25 wirkt auf ähnliche Weise wie der Widerstand"27 durch Bildung eines Durchschnittswertes. Die Spannung an dem Kondensator 22 lädt sich auf die größere dieser beiden Spannungen auf. Die Dioden 21 und 24 wirken gegenseitig als Sperrdioden. Ist beispielsweise die Gleichspannung an dem Kondensator 26 höher als die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 20, dann wird die Diode 24 stromdurchlässig und die Diode 21 wird im Sinne einer Sperrung oder Stromumkehrung vorgespannt. Die Dioden 24 und 21 kehren ihre Aufgaben der Stromdurchlässigkeit und Sperrung für die anderen Spannungsverhältnisse um.

Die Spannung der Zenerdiode 20 ist so gewählt, daß sich ein annehmbares Minimum für die Begrenzung der Höhe oder der Frequenz des Oszillators 41 ergibt. Dies soll im folgenden noch näher beschrieben werden. Die Spannung an dem Kondensator 26 repräsentiert die natürliche Durchschnitts-Herzschlagfrequenz des Patienten. Fällt die natürliche Herzschlagfrequenz des Patienten aus, dann entlädt sich die Spannung an dem Kondensator 26 bis auf die Spannung der Zenerdiode über den Widerstand 23 entsprechend der nicht mehr erzeugten Impulse 60 ab. In diesem Falle würde sich die Diode 24 im Zustand der umgekehrten Vorspannung befinden, während die Diode 21 sich im Durchlaßzustand befände.

Ist beispielsweise der Kondensator 26 auf eine hohe Spannung in Abhängigkeit von einer hohen natürlichen Herzschlagfrequenz aufgeladen, also beispielsweise 100 Herzschläge je Minute, und würde jetzt der natürliche Herzschlag aufhören, dann würde sich der Kondensator 22 über den Widerstand 23 auf einen zulässigen Minimalwert herab entladen, der von der Zenerdiode geliefert wird.

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Die Spannung der Zenerdiode kann einer Herzschlagfrequenz von 7D Herzschlägen je Minute entsprechen. Der Widerstand 2 3 kann für einen weiten Bereich von Widerstandswerten ausgelegt sein, um unterschiedliche Einstellungsbeträge für die Entladung bis zu dem Minimalwert von 70 Herzschlägen je Minute zu erzielen.

Die Spannung an dem Kondensator 22 wird auf einen Pufferverstärker gegeben, der aus einem Transistor 16 und aus den Widerständen 17 und 18 besteht. Dieser Verstärker dient zur Verhinderung übermäßig starker Stromentnahmen aus dem Kondensator 22. Der Ausgang aus dem Pufferverstärker stellt eine Regelspannung dar, die im allgemeinen auf den Oszillator gegeben wird, und liegt vorzugsweise an dem Widerstand 15. Diese Spannung steuert das sich ändernde Ausmaß von Anregungen bei der Vorrichtung nach der Erfindung.

Der Widerstand 15 und der Kondensator 14 bilden zusammen mit dem Unijunktionstransistor und den Widerständen 10_r 11 und einen herkömmlichen Unijunktions-Kippschwinggenerator. Erreicht die Spannung an dem Kondensator 14 die Spannung an der Gatterklemme oder übersteigt sie die Spannung, die durch die Spannungsteilerwirkung der Widerstände 10 und 11 eingestellt ist, dann wird der Unijunktionstransistor 13 stromdurchlässig und der Kondensator 14 entlädt sich über den Unijunktionstransistor 13 und den Widerstand 12. Der Stromfluß durch den Widerstand 12 gibt einen Spannungsausgangsimpuls auf den Impulsgenerator 42 über die Leitung 49.

Die Aufladung, auf welche der Kondensator 14 gebracht wird, ist in diesem Falle gegeben durch die auf den Widerstand gegebene Regelspannung. Liefert der Kondensator 22 eine hohe Regelspannung, dann lädt sich der Kondensator 14 rascher auf einen Schwellenwertpegel auf, der gegeben ist durch die Widerstände 10 und 11, als für den Fall, daß die Spannung aus dem Kondensator 22 einen niedrigeren Wert gehabt hätte. Je höher also die Spannung an dem Kondensator 22 ist, die

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einen höheren Durchschnittswert für die natürliche Frequenz der Herzschläge darstellt, um so schneller lädt sich der Kondensator 14 auf einen Schwellenwertpegel auf, der eine höhere denkbare Anregungsfrequenz liefert, ,die nur bei Bedarf geliefert werden muß.

Für das Merkmal der Bedarfsanpassung, bei dem Schrittmacher nach der Erfindung ist der Transistor 28 maßgebend. Der Transistor 28 liegt parallel zu dem taktgebenden Kondensator 14. Er liefert einen Entladungsstrompfad für den Kondensator 14 nach Maßgabe eines jeweiligen Auftretens eines Herzschlags unabhängig davon, ob es ein natürlicher Herzschlag oder ein durch den Schrittmacher angeregter Herzschlag ist. Handelt es sich um eine Anregung durch den Schrittmacher, dann wird ein Impulsausgang aus dem Impulsgeber 42 über das "ODER"-Gatter 70 auf die Basis des Transistors 28 gegeben, der diesen einschaltet. Auf die gleiche Weise wird beim Auftreten eines natürlichen Herzschlages ein Impuls-Ausgang des Herzschlag-Detektors 45 über das "ODER"-Gatter 70 auf den Transistor 28 gegeben, der diesen stromdurchlässig macht. Wird der Transistor 28 abhängig von Herzschlägen, die auf natürlichem· Wege erzeugt sind, stromdurchlässig, dann entlädt sich der Kondensator 14, bevor er den Schwellenwertpegel erreicht, der durch die Größe der Widerstände IO und 11 gegeben ist. Auf diese Weise wird das Herz nicht durch einen Impuls angeregt, wenn es nicht erforderlich ist, woraus die vorzügliche Bedarfsanpassung bei dem Herzschrittmacher deutlich wird.

Das Merkmal der Bedarfsanpassung beim Erfindungsgegenstand kann auch an Hand von Ausdrücken der von dem Schrittmacher erzeugten Ausfallsintervalle demonstriert werden, die erzeugt werden, um sich durch ihre Dauer den unterschiedlichen natürlichen Ausfallsintervallen zwischen natürlichen

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Herzschlägen anpassen zu können. Die denkbare einzige Dauer eines jeden vom Schrittmacher erzeugten Ausfallsintervalls ergibt sich durch Änderung der Ladungsmenge des Kondensators 14. Ein einziger Impuls wird im Bedarfsfalle erzeugt, wenn während eines ersten vom Schrittmacher erzeugten Äusfallsintervalls kein natürlicher Herzschlag auftritt und wenn ein natürlicher Herzschlag innerhalb des nachfolgenden und längeren vom Schrittmacher erzeugten Ausfallsintervalls auftritt und wenn ein natürlicher Herzschlag innerhalb eines jeden nachfolgenden vom Herzschrittmacher erzeugten Ausfallintervalls auftritt.

Im folgenden soll noch einmal auf das obige Beispiel Bezug genommen werden, in welchem der Fall angenommen war, daß das Herz mit der natürlichen Herzschlagfrequenz von 100 Schlagen je Minute schlägt und für den Fall, daß der normale natürliche Herzschlag aufhört. Beim Erfindungsgegenstand sind Stromkreiselemente ausgewählt und vorgesehen, die anfangs dem Herzen bei einem etwas kleineren Wert als dem letzten auf natürliche Weise entstehenden Wert der Herzfrequenz eine Anregung geben oder bei diesem Beispiel bei etwa 98 Schlagen je Minute. Zu diesem Zeitpunkt war der Kondensator 22 beim Ausfall des Herzens aufgeladen und auf eine Regelspannung gebracht, die zur Folge hatte, daß der Kondensator 14 auf die Trigger-Schwellenwertspannung aufgeladen worden ist, die durch die Widerstände 10 und 11 gegeben ist, wobei die Entladung langsam genug erfolgt, um durch einen natürlichen Herzschlag vorweggenommen zu werden, der bei einer natürlichen Herzschlagfrequenz von 100 Schlägen je Minute auftritt. Der Kondensator 22 beginnt indessen zu diesem Zeitpunkt sich aus dem zuletzt eingestellten Wert der Regelspannung über den Widerstand 23 zu entladen in Abhängigkeit davon, daß kein Strom mehr aus dem Kondensator

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heraus geliefert wird. Die auf den Widerstand Ib gelieferte Regelspannung nimmt jetzt ab und der Schwellenwert, der durch die Widerstände 10 und 11 gegeben ist, wird in immer länger werdender Zeit erreicht, je nachdem, wie der Kondensator 14 nach und nach aufgeladen wird. Der Wert ändert sich von 98 > Schlägen je Minute herunter bis zu einem annehmbaren Mindestwert, der sich aus der Höhe der Spannung an der Zenerdiode 20 ergibt. Selbstverständlich kann jeder beliebige Wert ausgewählt und eingestellt werden, es können also 70 Herzschläge je Minute sein. Die Änderung von 100 Schlägen je Minute auf 70 Schläge je .Minute kann verhältnismäßig rasch oder verhältnismäßig langsam vorgenommen werden und es hängt.dies von dem Maß der Entladung des Kondensators 22 über den Widerstand 23 ab. Bei manchen Patienten kann es erwünscht sein, daß eine solche Änderung und eine solche Herzschlagfrequenz über eine Periode von 5 Minuten ausgedehnt wird. Es bestehen keinerlei Schwierigkeiten für das Einstellen einer solchen konstanten Situation für die Entladungszeit. Andererseits kann es für andere Patienten erwünscht sein, daß eine solche Änderung der Herzschlagfrequenz in kürzerer Zeit als in einer Minute erfolgt; auch in diesem Falle würde es kein Problem sein, für diese Entladungszeit konstante- Verhältnisse herbeizuführen.

Diese Art des Betriebes ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Der Kurventeil 400 zeigt ein Ansteigen der natürlichen Herzschlagfrequenz, während der Kurventeil 410 einen ansteigenden Shwellwert für die veränderliche Anregungsfrequenz proportional der Spannung des Kondensators 22 wiedergibt. Diese beiden Kurven sind durch etwa zwei Herzschläge je Minute von einander getrennt, könnten aber auf fast jede beliebige Differenzfrequenz eingestellt werden.

In dem Kurventeil 420 fällt die natürliche Herzschlagfrequenz langsam genug ab, um den abnehmenden Schwellwert 430

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für die Anregungsfrequenz folgen zu lassen. In diesem Falle erfolgt die Entladung von Strom aus dem Kondensator 22 über den Widerstand 23 schneller als die Speisung von Strom in den Kondensator aus dem Kondensator 26, der den Mittelwert bildet.

In dem Punkt 4 70 der Kurve hört der natürliche Herzschlag auf und die Frequenz fällt (um nur zwei Herzschläge, wie dies durch den konstanten Frequenzdifferenzbetrag 440 angedeutet ist) auf den Schwellwert 430 für die Anregungsfrequenz ab. In diesem Zeitpunkt wird die Regelspannung zur "Aufrechterhaltung des Stromes" nicht weiter von dem Kondensator 26 geliefert, der sich seinerseits zusammen mit dem Kondensator 22 über den Widerstand 23 entlädt. Die Änderung von etwa 100 Schlagen je Minute auf 70 Schläge je Minute erfolgt über die Zeitperiode T. Die Zeit T kann, wie bereits erwähnt, lang oder kurz gewählt werden. An dieser Stelle sei bemerkt, daß der Kurventeil 45O für die Herzschlagfrequenz den Charakter einer Kondensator-Entladungsspannung aufweisen kann. Der Pegel 460 stellt 70 Herzschläge je Minute dar, der von der Zenerdiode 20 eingestellt ist.

Für die Zwecke eines Vergleichs stellt die Fig. 3 das Aufhören des natürlichen Herzschlags im Kurvenpunkt 320 bei ungefähr 100 Herschlagen je Minute dar. Die Anregungsfrequenz, die zur Folge hat, daß das Herz fortfährt zu schlagen, ist so wiedergegeben, daß die Einstellung auf 70 Herzschläge je Minute festgeesetzt ist. Beachtlich ist der scharfe Abfall der Frequenz von 100 auf 70, wie dies durch die Frequenzdifferenz 310 im Vergleich zu der regelbaren allmählich verlaufenden Schleife im Punkt 450 in Fig. 4 angedeutet ist.

Schließlich sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß eine Situation eintreten kann, in welcherdie natürliche Herzschlagfrequenz rasch abnimmt und der natürliche Herzschlag nicht aussetzt. Der Schrittmacher mit Bedarfsanpassung nach der Erfindung reagiert dabei so, als hätte das Herz ausgesetzt.

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In dieser Situation versucht die Herzschlagfrequenz rascher abzunehmen, als die konstante Entladungszeit für den Kondensator 22. Der Schrittmacher liefert also in diesem Falle einen Anregungsimpuls, obwohl er nicht wirklich angefordert war (ein natürlicher Herzschlag könnte durchaus aufgetreten sein). Öie jüngsten Erfahrungen mit Bedarfsschrittmachern zeigen, daß diese Situation nicht bedenklich ist. Tatsächlich kann dies physiologische Vorteile für bestimmte Patienten bieten, weil dadurch eine absolut feststehende Begrenzung dafür gesetzt wird, wie schnell die Herzschlagfrequenz abnehmen kann. Diese Grenze kann indessen beliebig gewählt werden. Durch vernünftige Wahl einzelner Komponenten kann man eine Grenze setzen, die mit den Erfordernissen für einen bestimmten Patienten vereinbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann vornehmen kann, ohne den Rahmen der Erfindung verlassen zu müssen. So kann beispielsweise der Oszillator durchaus auch anders aufgebaut sein wie der dargestellte Oszillator. Ferner können andere Hilfsmittel zur Erzielung von Durchschnittswerten für die natürliche Herzschlagfrequenz benutzt werden einschließlich der digitalen Rechenstromkreise für die Summen- und Subtraktionsbildungen sowie andere Hilfsmittel zur Erzeugung eines niedrigeren Wertes für die Begrenzung des unteren Pegels.

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Claims

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Patentansprüche

Bedarfsherzschrittmacher zur Erzeugung mindestens eines Anregungsimpulses auf das Herz eines Patienten, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuereinrichtung zur kontinuierlichen Durchschnittsbildung einer letzten natürlichen Herzschlagfrequenz des Patienten, die aus einer Schaltanordnung aus Kondensator (26) und Widerstand (27) besteht, welche dazu dient, bei Anforderung mindestens eines Anregungsinipulses die Erzeugung einer Bedarfsanpassung innerhalb eines Intervalls zu erzeugen, welches gemessen ist von dem letzten natürlichen Herzschlag, welcher der letzten natürlichen Herzfrequenz angepaßt ist.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuereinrichtung (46) ein elektrischer Anpassungskreis (44,70) zugeordnet ist, der dazu dient, die Erzeugung von Anregungsimpulsen bei Bedarf mit einer progressiv abnehmenden Frequenz oberhalb einervorherbestimmten Mindestfrequenz zu regeln.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuereinrichtung außerdem noch ein elektrischer Kreis zugeordnet ist, der dazu dient, die progressiv abnehmende Frequenz so einzuregeln, daß sie anfangs um einen kleinen vorbestimmten Betrag kleiner ist als die letzte natürliche Herzschlagfrequenz.
4. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß dem Anpassungskreis eine Begrenzungsvorrichtung zugeordnet ist, die dazu dient, das Ausmaß der Änderung der progressiv abnehmenden Frequenz auf einen vorbestimmten maximalen Betrag der Änderung zu begrenzen.
5. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine elektrische Einrichtung zur kontinuierlichen Durchschnittsbildung eines natürlichen Ausfallsintervalls des Herzens des Patienten und ferner gekennzeichnet durch eine elektrische Einrichtung, die auf diese Einrich-

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anspricht und dazu dient, mindestens einen Anregungsimpuls zu erzeugen, sobald ein natürliches Ausfallintervall dazu neigt, den Durchschnittswert der.letzten natürlichen Ausfallintervalle um einen vorherbestimmten Betrag zu übersteigen. (Figur 2) .
6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 mittels dessen wiederholte mit demselben erzeugte Ausfallin-feervalle, von denen jedes von dem letzten vorhergehenden Herzschlag an gemessen ist, erzeugt werden können, die mindestens einen Anregungsimpuls an das Herz des Patienten liefern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung der Dauer eines jeden mit dem Herzschrittmacher erzeugten Ausfallintervalls im Verhältnis zu den Perioden der letzten natürlichen Äusfallintervalle sowie eine Anordnung zur Erzeugung des Anregungsimpulses, sobald ein natürlicher Herzschlag nicht innerhalb des von dem Herzschrittmacher erzeugten Ausfallintervalls auftritt (Fig. 1).

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