DE2255423A1

DE2255423A1 - Bedarfsherzschrittmacher mit passiver hysteresis-schaltung

Info

Publication number: DE2255423A1
Application number: DE2255423A
Authority: DE
Inventors: Sherwood Sheldon Thaler
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1973-06-07
Also published as: DE2255423B2; NL177894C; NL177894B; IL40646A; US3794045A; IL40646A0; DE2255423C3; NL7302246A; ZA727527B

Description

Diplom-Checiker

AO/2251

US/02/2034 2255423

AMERICAN OP T-IC AL CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Bedarfsherzschrittmacher mit passiver Hysteresis-Schaltung

Es wird ein Bedarfsherzschrittmacher mit Hysteresis-Frequenz geschaffen, ohne dass zusätzliche aktive Elemente erforderlich sind. Das Bezugspotential, mit dem die Spannung parallel zu einem Zeitgeberkondensator verglichen wird, wird von dem Abgriff eines Spannungsteilers abgeleitet, wobei ein zusätzlicher Kondensator parallel zu einer Verzweigung des Spannungsteilers geschaltet ist. Wann immer die Spannung parallel zu dem Zeitgeberkondensator das Bezugspotential überschreitet, wird der Herzschrittmacher getriggert, und der Kondensator in dem Span-^ nungsteilerkreis entlädt sich geringfügig. Dies führt zu einer Senkung der Bezugsspannung, so dass das Pausenintervall verkürzt wird. Das Pausenintervall wird kürzer und kürzer während aufeinanderfolgender Zyklen, wenn stimulierende Impulse erzeugt werden, bis ein unterer Grenzwert erreicht ist. Wenn aufeinanderfolgende spontane Herzschläge festgestellt werden, lädt sich der Kondensator kontinuierlich auf, bis das Pausenintervall den maximalen Grenzwert erreicht hat. Dies erfordert für das Pausenintervall 2-6 Sekunden, um von einem Extrem zu dem Anderen zu wechseln.

Die Erfin dung betrifft Bedarfsherzschrittmacher, und insbesondere eine passive Hysteresis-Schaltung für die Anwendung in denselben.

Ein herkömmlicher Bedarfsherzschrittmacher liefert elektrische, herzstimulierende Impulse an ein Herz eines Patienten lediglich, wenn keine natürlichen Herzschläge auftreten.

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Wenn nur ein einziger natürlicher Herzschlag ausbleibt, wird nur ein einziger elektrischer Impuls abgegeben. Wenn mehr als ein natürlicher Herzschlag ausbleiben, wird eine entsprechende Anzahl elektrischer Impulse abgegeben. Es spielt keine Rolle, wieviele elektrische Stimuli erzeugt werden, und dieselben treten angenähert in dem gleichen Zeitabstand voneinander und von dem letzten natürlichen Herzschlag auf, wie es dann geschehen würde, wenn dieselben alle natürlichen Herzschläge wären.

Ein typischer Bedarfsherzschrittmacher ist normalerweise für das Erzeugen elektrischer Impulse bei vorherbestimmten Zeitintervallen angenähert mit einer Frequenz der natürlichen Herzschläge ausgelegt. Nach Feststellen eines natürlichen Herzschlages wird der nächste ansonsten zu erzeugende elektrische Stimulus unterdrückt. Zur gleichen Zeit startet die Vorrichtung erneut ihren Zeitzyklus, so dass der nächste elektrische Impuls - wenn benötigt - erzeugt wird, nachdem das vorherbestimmte Zeitintervall verstrichen ist, ausgehend von dem gerade festgestellten Herzschlag. Das Ergebnis ist ein gesamter "integrierender" Betrieb, d.h. ein gemeinsames ausschliessliches Zusammenwirken von natürlichen Herzschlägen und stimulierenden Impulsen.

In dem Fall eines Herzschrittmachers der für das Stimulieren von Herzschlägen bei einer Frequenz von 72 Schlägen/Minute vorgesehen ist (entsprechend einem Zwischenschlagintervall von 833 Millisekunden) kann der Schrittmacher mit einem Kondensator-Ladekreis ausgestattet sein. Der Kondensator wird immer dann entladen, wenn ein spontaner Herzschlag festgestellt oder ein stimulierender Impuls erzeugt wird. Sodann beginnt sich der Kondensator auf einen Auslösepegel zu laden, der nach 833 Millisekunden erreicht ist. Wenn ein spontaner Herzschlag nicht innerhalb von 833 Millisekunden gegenüber dem vorherigen Herzschlag festgestellt wird, wird ein stimulierender Impuls erzeugt, und ein neuer Zeitzyklus

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beginnt,

Bei einem Bedarfsherzschrittmacher mit Hysteresis-Frequenz ist die Betriebweise geringfügig.unterschiedlich. Der Herzschrittmacher kann so vorgesehen sein, dass derselbe keine Impulse erzeugt unter der Voraussetzung, dass spontane Herzschläge bei einer Frequenz nicht unter 62 pro Minute auftreten. Wenn der Herzschrittmacher jedoch stimulierende Impulse erzeugen soll ,--werden «darauffolgende Impulse mit einer höheren Frequenz, z.B. einer Frequenz von 72 Herzschlägen/Änufee^jszeugfc^ Die niedrigere Frequenz entspricht einem Zwisehenschiägintervall vpn 968 Millisekunden. Obgleich das Herz normal schlägt, wartet der Schrittmacher 968 Millisekunden um festzustellen, ob ein spontaner Herzschlag auftritt; lediglich, nachdem 968 Millisekunden ohne das Auftreten eines spontanen Schlages verstrichen sind, erzeugt der Schrittmacher einen stimulierenden Impuls. Wenn dies eintritt, wartet der Schrittmacher die 968 Millisekunden nicht langer ab, bevor ein weiterer Impuls erzeugt wird; vielmehr wartet der Schrittmacher lediglich 833 Millisekunden, um festzustellen, ob ein spontaner Herzschlag auftritt. Wenn innerhalb dieses kürzeren Zeitintervalls kein spontaner Herzschlag auftritt, wird ein stimulierender Impuls erzeugt. Wenn der Schrittmacher somit einmal ausgelöst ist, wird das Herz mit einer höheren Frequenz von 72 Schlägen/Minute stimuliert. Nur wenn vor Ablauf von 833 Millisekunden, anschliessend an den vorhergehenden Herzschlag, ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, unterdrückt der Schrittmacher die Erzeugung des nächsten stimulierenden Im-ü pulses und die Zeitschaltung wird so geschaltet, dass die^Warte* Periode sich wieder auf 968 Millisekunden erstreckt. Bei Patienten mit einer Vielzahl an krankhaften Zuständen sind Herzschrittmacher mit Hysteresis-Frequenz bevorzugt.

Bei einem typischen Bedarfherzschrittmacher, der mit Hysteresis-Frequenz vorgesehen ist, kann die Veränderung des öau- . senintervalls durch Verändern der Bezugsspannung gesteuert werden, mit der die Spannung parallel zu einem Zeitgeber-

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Ladekondensator verglichen wird. Während das Herz normal schlägt, befindet sich die Bezugsspannung bei einem höheren Pegel, und es erfordert eine relativ lange Zeit, bis die Kondensatorspannung den Auslöse|bezugsschwellen)irert erreicht hat. Sobald andererseits ein stimulierender Impuls erzeugt worden ist, wird die Bezugsspannung gesenkt. Dies ermöglicht es, dass die Kondensatorspannung den Schwellenwert In einer geringeren Zeltspanne erreicht. Die Veränderung der Bezugsspannung kann vermittels eines aktiven (Transistor) Kreises erfolgen, der an- und abgeschaltet wird in Abhängigkeit davon, ob der letzte Herzschlag ein spontaner oder ein stimulierender war. So kann z.B. die aktive Einrichtung angeschaltet sein, wan η immer der vorhergehende Herzschlag spontan war, wobei in diesem Falle die Bezugsspannung auf einen geringfügig höheren Pegel erhöht wird.

Das Hauptproblem bei Herzschrittmachern mit Hysteresis-Frequenz nach dem Stand der Technik besteht darin, dass zusätzliche aktive Einrichtungen benötigt werden. Die Zuverlässigkeit jedes elektronischen Systems, insbesondere von Herzschrittmachern, verringert sich mit der Zunahme der Anzahl der Bestandteile und insbesondere der Anzahl der aktiven Bestandteile. Es besteht somit eine grossere Versagerquote bei einem Bedarfsherzschrittmacher mit Hysteresis-Frequenz, als bei einem dieselbe nicht aufweisenden Bedarfsherzschrittmacher.

Ein e der Erfindung zugrundeliegende allgemeine Aufgabe besteht darin, eine Hysteresisschaltung für einen Bedarfsherzschrittmacher zu schaffen, die keine zusätzlichen aktiven Bestandteile erfordert.

Einige Schrittmacher mit Hysteresis-Frequenz nach dem Stand der Technik arbeiten nach dem Schnappprinzip (snap-action mode), wie weiter oben beschrieben. Das Pausenintervall wird plötzlich verlängert, wenn immer ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, während der Schrittmacher nach dem Schrittmacherprinzip arbeitet , oder das Pausenintervall wird immer dann plötzlich verkürzt, wenn dae Herz normal geschlagen hat und ein Ausbleiben eines Herzschlages festgestellt wird. Bei anderen Schrittmachern mit Hysteresis-

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Frequenz ist jedoch die Veränderung des Pausenintervalls allmählich. Während z.B. das Herz natürlich schlägt, kann ' das Pausenintervall 968 Millisekunden betragen. Wenn 968 Millisekunden ohne das Feststellen eines spontanen Herzschlages verstrichen sind, wird ein stimulierender Impuls erzeugt, und das Pausenintervall kann auf 912 Millisekunden abfallen. Wenn kein spontaner Herzschlag innerhalb der nächsten 912 Millisekunden festgestellt wird, wird ein weiterer stimulierender Impuls erzeugt, und das Pausenintervall kann auf 870 Millisekunden abfallen. Wenn während der nächsten 870 Millisekunden ein spontaner Herzschlag nicht festgestellt wird, wird ein weiterer stimulierender Impuls erzeugt, und . das Pausenintervall kann auf den letzten.geringsten Wert von 833 Millisekunden abfallen. Im Anschluss hieran werden stimulierende Impulse in Intervallen von 833 Millisekunden bei Nichtauftreten eines spontanen Herzschlages erzeugt, der in weniger als 833 Millisekunden nach dem vorhergehenden stimulierenden Impuls auftritt.

Umgekehrt gilt, wenn während des Betriebes des Schirittmachers nach dem Schrittmacherprinzip ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, dass das Pausenintervall von 833 auf 870 Millisekunden verlängert werden kann. Wenn sodann innerhalb von 870 Millisekunden ein weiterer spontaner Herzschlag festgestellt wird, kann das Pausenintervall auf 912 Millisekunden verlängert werden. Abschliessend kann das Pausenintervall auf ein Maximum von 968 Millisekunden verlängert werden, wenn innerhalb sgn 968 Millisekunden nach dem zweiten ein darauffolgender dritter Herzschlag festgestellt wird. Die allmähliche Veränderung des Pausenintervalls kann durch allmähliche Veränderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von der Folge der spontanen und stimulierten Herzschläge gesteuert werden. Allmähliche Veränderungen dieser Art sind erstrebenswert, da langsame Veränderungen in der Herzfrequenz schnellen Veränderungen zu bevorzugen sind. Die für das Ausführen einer allmählichen

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Veränderung des Pausenintervalls erforderliche Schaltung ist jedoch allgemein sogar komplexer als diejenige, die zum Erzielen einer plötzlichen Veränderung des Pausenintervalls erforderlich ist.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Schaltkreis für die Steuerung einer allmählichen Veränderung in dem Pausenintervall zu schaffen, der keine aktiven Bestandteile erfordert und der eines Minimums an passiven Bestandteilen bedarf.

Bei einem typischen Schrittmacher nach dem Stand der Technik wird die Bezugsspannung für den Zeitgeberkreis durch einen Spannungsteiler erhalten. Der Spannungsteilerabgriff ist mit einem Einlass eines Transistorkomparatorschalters verbunden. · Der Ladekondensator ist an eine weitere Anschlussklemme des Transistorschalters gekoppelt. Der Kondensator lädt sich von einer Spannungsquelle immer dann auf, wenn die Spannung parallel zu demselben die Abgriffsspannung vermittels des Triggerpotentials des Schalters überschreitet, der Schalter ausgelöst wird, sich der Kondensator hierdurch entlädt, und der Schalterstrom bedingt das Erzeugen eines stimulierenden Impulses. Wenn andererseits ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, bevor die Kondensatorspannung den ersten Auslösungspegel erreicht hat, wird der Kondensator durch einen anderen Schalter entladen und beginnt sich sofort wieder aufzuladen.

Bei der hier gezeigten erfindungsgemässen Ausführungsform ist ein zusätzlicher Kondensator parallel zu einer oder zwei Verzweigungen des Spannungsteilers vorgesehen. Während das Herz normal schlägt, wird die Spannung parallel zu dem Kondensator durch die relativen Impedanzen der zwei Verzweigungen des Spannungsteilers bestimmt. Wenn kein spontaner Herzschlag zu der Zeit festgestellt wird, zu welcher der Ladekondensator den Auslösungspegel erreicht hat, schaltet sich der Transistorschalter ein, und es wird ein Impuls in der oben beschriebenen Weise stimuliert. Da der Bezugsspannungskondensator mit einer Anschlussklemme des Schalters verbunden ist, entlädt sich der

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Kondensator geringfügig durch den Schalter, bevor der Schalter abschaltet. Als Ergebnis hiervon fällt die Bezugsspannüng geringfügig ab. Obgleich der kondensator indem Bezugsspannungskreis sodann beginnt, sich durch den Spannungsteiler zu dem maximalen Bezugsspannungswert aufzuladen, er-r reicht die Bezugsspannung nicht den maximalen Wert in einem einzigen Zyklus. Als Folge hiervon nimmt die Differenz zwischen der Bezugsspannung und ^er Ladekondei|satorspannung-auf den ; Auslösungspegel des Schalters in weniger als dem maximalen Zwischenschlagintervall des Herzschrittmachers ab. Wenn innerhalb dieses verkürzten Pausenintervalls kein Herzschlag fest« gestellt wird, wird βφη weiterer stimulierender Impuls erzeugt, und der Kondensator entlädt sich weiter durch den Transistorschalter, Während jeder einiger aufeinanderfolgender Zyklen entlädt sich der Bezugsspannungskondensator auf niedrigeren und niedrigeren Pegel, bis ein eingeschwungener Zustand erreicht ist, der in dem minimalen Zwischenschlagintervall des Schrittmachers resultiert. Wenn umgekehrt spontane Herzschläge festgestellt werden, wird der Transistorschalter nicht ihganggesitzt und der Bezugsspannungskondensator fährt fort sich aufzuladen. Nachdem einige natürliche Herzschläge festgestellt worden sind, hat sich der Bezugsspannungskondehsator auf einen maximalen Wert aufgeladen (bestimmt durch die relativen Impedanzen der zwei Verzweigungen des Spannungsteilers), und der Herzschrittmacherer wartet automatisch auf das maximale Zwischenschlagintervall zwischen spontanen Herzschlägen, bevor ein stimulierender Impuls erzeugt wird.

Es stellt ein Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, eine Bezugsspannung für einen vorbekannten Schritmacher-Zeitgeberkreis durch einen Spannungsteiler zu erhalten und einen Konden-s sator an den BezugsSpannungseingang des Schalters anzuschliessen, der dahingehen d wirkt, die Spannung parallel zu dem Ladekondensator zu der Bezugsspannung zu vergleichen.

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

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Figur 1 einen Bedarfeherζschrittmacher nach dem Stand der

Technik;

Figur 2 eine er.findungsgemässe AusfUhrungsform.

Der vorbekannte Schrittmacher gemäss Figur 1 entspricht der US-Patentschrift (!^Patentanmeldung s.N. 10,225). Es sind lediglich diejenigen Teile des Schaltkreises im Detail gezeigt, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Der Block 80 gemäss Figur 1 führt die Funktionen ein er grossen Schaltkreisgruppe in dem Schrittmacher der oben beschriebenen Art aus. Die Hauptaufgabe des Herzschlagdetektors 8O besteht in dem Feststellen eines Signals an den Elektroden El und E2, sobald ein spontaner Herzschlag auftritt und infolge Ansprechens hierauf, dem Beaufschlagen eines Triggerimpulses auf die Basis des Transistors T6.

Die Speisequelle für den Herzschrittmacher besteht aus fünf Batterien 3-7, die in Serie geschaltet sind. Der Herzschlag-Detektor 80 erfordert drei Vorspannungen, die von den fünf einzelnen in dem Herzschrittmacher vorliegenden Batterien geliefert werden. Die Vorspannungen werden von dem Anschluss der Batterien 3 und 4 (mit denen der Leiter 13 verbunden), dem Anschluss der Batterien 5 und 7 und von allen fünf in Serie geschalteten Batterien abgenommen. Die Elektroden El und E2 sind über die Leiter 9 und 11 mit dem Herzschlag-Detektor verbudnden, und der Herzschlagdetektor beaufschlagt im Falle des Feststeilens eines Signale an den Elektroden El und E2 einen positiven Impuls auf die Basis des Transistors T6. Der Widerstand 55 ist ein Vorspannungswiderstand für den Transistor.

Der Kondensator 57 stellt einen Zeitgeberkondensator dar und der Ladestrom fliesst von den fünf, durch Potentiometer 35 und 37 in Serie geschalteten Batterien, dem Kondensator und den Widerständen 61 und 63. Der Ladestrom ist ausreichend klein, so dass die Spannung parallel zu dem Widerstand 63 nicht den Transistor T9 einschaltet. Die Dioden 8 und 10

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und der Widerstand 12 sind über die Batterien in Serie . geschaltet, und die Spannung an dem Anschluss der Diode 10 und dem Widerstand 12 stellt die Bezugsspannung dar, die auf die Basis des Transistors T7 und den Kollektor des Transistors T8 übertragen wird. Die Bezugsspannung ist gleich der maximalen Ladespannung abzüglich der Abfälle parallel zu den Dioden 8 und 10. Zwischen den Stimulierungsimpulsen lädt sich der Kondensator 65 durch die Elektroden auf, und der Aufladeweg schliesst die Batterien, den.Widerstand 59, den Kondensator, die beiden Elektroden und das Herzgewebe ein. Die linke Seite des Kondensators lädt sich positiv auf, und wenn ein stimulierender Impuls benötigt wird, und der Transistor T9 leitet, fliesst Strom von dem Kondensator durch den Transistor T9, die Elektroden und das Herzgewebe.

Wann immer ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, leitet der Transistor T6 und der Kondensator 57 wird durch denselben entladen. Sodann beginnt ein neuer Atjfladezyklus. Die Einstellungen der beiden Potentiometer stepern die Grosse des Ladestroms und somit das Pausenintervallk Sobald die Spannung parallel zu dem Kondensator 57 die V Spannung an der Basis des Transistors T7 - die Bezugs- ''^ spannung - um die Spannung überschreitet, die erforderlich^ ist, um einen Transistor T7 in Vorwärtsrichtung zu betrei- ν ben, schaltet sich der Transistor an. Das Leiten des Transi-\ stors T7 führt zu einem Anschalten des Transistors T8. Wenn I beide Transistoren leiten, fliesst der Strom durch das Potentiometer 35, die zwei Transistoren und die Widerstände 61 und 63. Die Spannung parallel zu dem Widerstand 63 ist ausreichend, um den Transistor T9 anzuschalten, und Strom fliesst von den Batterien durch den Widerstand 59 und den Transistor. Sobald der Transistor T9 angeschaltet ist, entlädt sich der Kondensator 65 durch denselben, um den

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erforderlichen Stimulierungsimpuls zu liefern.Die Breite des Stimulierungsimpulses wird durch die Einstellung des Potentiometers 37 bestimmt. Der Kondensator 57 entlädt sich durch das Potentiometers und die Traneistoren T7 und T8. Die Transistoren leiten lediglich solange» wie der Entladungsstrom von dem Kondensator fliesst. Wenn der Strom auf einen Pegel abfällt, der nicht ausreichend ist, um ein Leiten der Transistoren aufrechtzuerhalten, schalten sich dieselben aus. Es fliesst kein Strom mehr von der Batterie durch die Transistoren und Widerstände 61 und 63 und der Impuls hört auf. Zu diesem Zeitpunkt lädt sich der Kondensator 65 erneut auf in Vorbereitung eines weiteren stimulierenden Impulses und ein neues Ladeintervall beginnt.

Es ist offensichtlich, dass die Bezugsspannung an der Basis des Transistors T7 allein durch den Spannungsteiler bestimmt wird, der die Dioden ' und 10 und den Widerstand 12 aufweist. Das Bezugspotential ist gleich der vollen Batterieladung, abzüglich der Abfälle parallel zu den Dioden. Das Bezugspotential verändert sich nicht (bis auf ein vernachlässigbares Mass) bei Leiten der Transistoren T7 und T8. Das Pausenintervall ist relativ konstant und verändert sich praktisch nicht in Abhängigkeit davon, ob der vorhergehende Herzschlag ein spontaner oder ein stimulierter war, d.h. ob der Kondensator 57 durch den Transistor T6 oder die Transistoren T7 und T8 entladen ist.

Der Schrittmacher nach der Figur 2 ist zum grössten Teil identisch mit demjenigen nach der Figur 1. Der Spannungsteiler (Dioden 8 und 10 und Widerstand 12) gemäss Figur 1 wird jedoch durch einen Spannungsteiler ersetzt, der Widerstände 82 und 83 und einen zusätzlichen Kondensator 84 aufweist. Dies sind die einzigen Elemente, die erforderlich sind, um dem Herzschrittmacher nach Figur 1 die Betriebsdaten einer Hysteresis-Frequenz zu vermitteln. Diese wenigen Elemente, von denen keines aktiv ist, führen nicht nur zu einem Betrieb nach Art einer Hysteresis-

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Frequenz (rate hysteresis type operation), sondern ergeben ebenfalls eine derartige Betriebsart, bei der das Pausenintervall sich allmählich über eine Reihe von Zyklen von. einem Extrem in das Andere verändert«■_■".

Bei der Schaltung gemäss Figur 2 wird die Basis des Transistors T7 nicht länger bei einem festgelegten Potential gehaöten. Wenn sich die Transistoren T? und T8 nicht während mehrerer Betriebszyklen angeschaltet haben, ist das Bezugspotential an der Basis des Transistors T7 das grösstmögliche und wird vermittels der relativen Impedanzen der Widerstände 82 und 83 bestimmt. Der Kondensator 84 wird auf einen derartigen Pegel geladen, dass die Spannung parallel zu demselben gleich der Spannung im ausgeschwungenen Zustand parallel zu dem Widerstand 83 ist. Das Potentiometer 35 1st dergestalt eingestellt, dass der Kondensator 57 zwecks Aufladen auf einen Pegel zum Anschalten der Transistoren T7 und T8 950 millisekunden benötigt. Wenn 950 Millisekunden vergangen sind, ohne dass ein spontaner Kerzschlag festgestellt wird« schalten sich die Transistoren T7 und T8 an, und es wird ein stimulierender Impuls erzeugt. .

Zu der gleichen Zeit hedoch, wo sich der Kondensator 57 durch die Transistoren T7 und T8 entlädt, entlädt sich der Kondensator 84 geringfügig durch die gleichen Transistoren und die Widerstände 61 und 63. Wenn sich somit die Transistoren T7 und TS abschalten (nachdem si eeinen durch Einstellen des Potentiometers 37 bestimmten Intervall geleitet haben), ist die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 geringfügig kleiner als sie vor dem Einschalten der Transistören war. Der Kondensator 84 beginnt sich erneut mit dem von den Batterien durch den Widerstand 82 fliessenden Strom aufzuladen. Es ist jedoch ein Oberschuss von einer Sekunde erforderlich, um die Kondensatorspannung auf den Pegel zu bringen, der vor dem Erzeugen eines stimulierenden Impulses

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vorlag. Somit muss sich der Kondensator 57 in weniger als 950 Millisekunden aufladen, bevor er den neuen (niedrigen) Auslösungspegel erreicht. Das neue Paueenintervall wird vermittels der anfänglichen Spannungen der Kondensatoren 57 und 84 und deren Ladegeschwindigkeiten bestimmt. Ein weiterer stimulierender Impuls wird erzeugt, wenn ein spontaner Herzschlag nicht zu dem Zeitpunkt festgestellt wird, wo die Spannung parallel zu dem Kondensator 57 die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 um die Potentialdifferenz überschreitet, die zum Auelösen des Transistors T7 erforderlich ist. Wenn kein weiterer spontaner Herzschlag festgestellt wird, schalten sich die Transistoren T7 und T8 an, und der Kondensator 84 entlädt sich erneut durch dieselben zusammen mit dem Kondensator 57. Zu Ende des Stimulierungsimpulsee ist die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 sogar geringer als sie zu Ende des vorhergehenden Stimulierungsimpulses war. Obgleich der Kondensator 84 erneut beginnt sich mit dem Strom, der durch den Widerstand 82 flieset, aufzuladen, erfordert dies nun sogar weniger Zeit für den Kondensator 57, den neuen Auelösungspegel zu erreichen. Jeder stimulierende Impuls bedingt einen weiteren höheren Spannungsabfall parallel zu dem Kondensator 84, wobei die Endpsannun g parallel zu dem Kondensator zu Ende jedes stimulierenden Impulses bei aufeinanderfolgenden Impulsen niedriger und niedriger wird. Die Grosse der Inkrementschritte nimmt jedoch ab, da die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 zu Beginn jedes stimulierenden Impulses während der aufeinanderfolgenden Zyklen niedriger und niedriger wird. Schliesslich ist nach mehreren Zyklen ein eingeschwungener Zustand erreicht; stimulierende Impulse werden bei einer festliegenden Frequenz mit Zwischenherζschlagintervallen von 800 Millisekunden erzeugt.

Sobald spontane Herzschläge festgestellt werden, schalten sich die Transistoren T7 und T8 in ähnlicher Weise nicht an, und die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 nimmt weiter zu, bis

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der maximale Wert der Bezugsspannung (bestimmt durch die relativen Grossen der Widerstände 82 und 83) erreicht ist. Zu dieser Zeit weist das Pausenintervall die maximale Dauer (950 Millisekunden) auf.

Es ist zu beachten, dass sich das Pausenintervall allmählich verändert, sogar wenn spontaneland stimulierte Herzschläge zusammen auftreten. So kön nen z.B. zwei stimulierte Schläge auftreten, die zu einem verringerten Pausenintervall führen, jedoch nicht zu dem kürzestmöglichen Pausenintervall, nachdem ein spontaner Herzschlag eine fortgesetzte Zunahme des Pausenintervalls ermöglicht, da die Ladung des Kondensators 84 nicht unterbrochen wird, obgleich des Pausenintervall nicht den maximalen Wert bis zu dem Zeitpunkt erreicht, zu dem mehrere natürliche Herzschläge festgestellt worden sind. Im allgemeinen erfordert es mehrere Herzschläge der gleichen · Art (stimuliert oder natürlich), um ein Schalten des Pausenintervalls von einem Extrem in das Andere zu steuern. Wann immer eine Änderung in dem Betrieb des Herzschrittmachers eintritt, nimmt das Pausenintervall zu oder nimmt ab in Richtung auf zwei Grenzwerte. Das Vorsehen des Kondensators 84, der mit dem Bezugsspannungseingang des Transistorschalters (Komperator) verbunden ist, bedingtι dass der Herzschrittmacher allmähliche Veränderungen in der Hysteresis-Frequenz zeigt, ohne dass es erforderlich ist, irgendwelche zusätzliche Komponenten vorzusehen, vielmehr mit einer minimalen Anzahl passiver Komponenten auszukommen.

Vorzugsweise sollte der elektrische Wert des Kondensators dergestalt sein, dass 2 - 6 Sekunden kontinuierlich erzeugte stimulierende Impulse für die Schrittmacherfrequenz benötigt werden, um von 62 Schlägen pro Minute auf 72 Schläge pro -Minute zu kommen.

Es ist ebenfalls möglich, den Kondensator 84 parallel zu dem Widerstand 82 statt denselben parallel zu dem Widerstand 83 zu schalten. Wenn der Kondensator parallel zu dem Widerstand 82 geschaltet ist, nimmt die Spannung parallel zu

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dem Kondensator au, wann inner die Transistoren T7 und ΤΘ leiten, da Strom von den Batterien durch den Kondensator und den Transistorschalter fliesst. Eine Zunahme der Spannung parallel zu dem Kondensator (Widerstand 82) führt zu einer Abnahme parallel zu dem Widerstand 83 und zu einer Senkung der Bezugspannung. Somit ist die Arbeitsweise der Schaltung praktisch die gleiche, und es spielt keine R-olle, zu welchem. Widerstand der Kondensator parallel geschaltet ist. Dies wurde erwartet, da, soweit es die AC-Analyse der Schaltung anbelangt, die Batterien (soweit ideal) als Kurzschluss betrachtet werden können und somit die gleiche Schaltung resultiert, ob der Kondensator zu der positiven Anschlussklemme der Batterie 6 oder der negativen Anschlussklemme der Batterie 3 zurückgeführt wird.

Der Grund dafür, warum die Dioden 8 und 10 gemiss figur 1 durch den Widerstand 82 gemäss der Figur 2 ersetzt worden sind, besteht darin» dass bei Anwenden der Dioden 8 und 10 der Abfall parallel zu denselben relativ konstant sein würde und somit das Bezugspotential festgelegt wäre. Es ist zu beachten, dass parallel zu dem Kondensator 84 keine Spannung vorliegt, bevor der gesamte Schaltkreis angeschaltet worden ist. Folglich sollten die Transistoren T7 und T8 anfänglich eingeschaltet und so gehalten werden« als ein Ergebnis des niedrigen auf die Basis des Transistors T7 beaufschlagten Potentials. Zu diesem Zweck ist es in einigen Fällen erstrebenswert, eine Reihe Dioden vorzusehen, wie die. Dioden 8 und 10, die zwischen der positiven Anschlussklemme der Batterie 6 und der Basis des Transistors T7 geschaltet sind. Die Dioden stellen sicher, dass die Basis des Transistors T7 anfänglich bei einem Pegel gehalten wird, der hoch genug ist, um das kontinuierliche Leiten der Transistoren T7 und T8 zu verhindern. Nachdem der Kondensator 84 aufgeladen ist, obwohl die Spannung parallel zu dem Kondensator, wie welter oben beschrieben,

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schwankt,sind beide Grenzwerte hoch genug, dergestalt, dass die "Startdiodenⁿ während des sich anschliessenden Schrittmacherbetriebes nicht leiten. Weiterhin greifen diese Dioden, selbst wenn dieselben geringfügig leiten, nicht in den Betrieb ein - wie weiter oben beschrieben mit Ausnahme eines vernachlässigten Hasses. In den meisten Fällen wurde gefunden, dass die Startdioden nicht zwingend notwendig sind, und aus diesem Grunde sind dieselben nicht in der Figur 2 gezeigt.

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Claims

- 16 Patentansprüche

IJ Herzschrittmacher, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Elektroden (E1,E2) zum Verbinden mit dem Herz eines Patienten, einen Impulskreis für das Lieferen eines Stimulierungsimpulses an die Elektroden (E1,E2), Einrichtung (80) zum Feststellen eines Signals an den Elektroden, die auf einen Herzschlag des Patienten ansprechen, Schaltanordnungen mit ersten und zweiten Anschlußklemmen, eine Einrichtung, die auf das Feststellen einer Herzschlagwirkung des Herzens eines Patienten anspricht und bedingt, daß die Spannung an der ersten Anschlußklemme kontinuierlich von einem anfänglich niedrigen Pegel anzusteigen beginnt, Einrichtungen zum Liefern einer Bezugsspannung an die zweite Anschlußklemme, eine auf die Spannung an der ersten Anschlußklemme ansprechende Einrichtung, die die Spannung an der zweiten Anschlußklemme um einen Wert übersteigt, der ausreichend ist, die Schaltanordnung zum Steuern des Betriebes des Impulskreises auszulösen, und Ladeelemente für die Bezugsspannung, die mit der zweiten Anschlußklemme zwecks Senken der Bezugsspannung auf einen vorherbestimmten Maximalwert, wenn die Schalteinrichtung nicht ausgelöst wird, aufweist.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die die Bezugsspannung liefernde Einrichtung eine Spannungsquelle (3-7) , Spannungsteiler (82,83,84), die parallel zu der Spannungsquelle (3-7) geschaltet sind und einen Abgriff aufweisen, und ein Bauelement zum Anschließen des Abgriffs an die zweite Anschlußklemme aufweist, sowie die die Bezugsspannung verändernde Einrichtung einen mit der zweite Anschlußklemme gekoppelten Kondensator aufweist.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet f daß der Spannungsteiler (82,83,84) und das die Bezugsspannung verändernde Element die Bezugsspannung

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zwischen zwei 'extremen Grenzwerten steuert, die Größe des Kondensators dergestalt ist, daß wenigstens zwei Sekunden für das Verändern der BezugsSpannung von einem extremen Grenzwert zu einem anderen bei Vorliegen kontinuierlich erzeugter stiumlierender Impulse oder bei Nichtauftreten kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge des Herzens eines Patienten erforderlich sind.
4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch' g e k en η zeichnet , daß die die Bezugsspannung verändernde Einrichtung dazu führt, daß die Bezugsspahnung von einem extremen Grenzwert zu einem anderen in nicht weniger als 2 Sekunden bei Vorliegen kontinuierlich erzeugter stimulierender '■. Impulse oder bei Nichtvorliegen kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge verändert wird.
5. Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bezugsspannung verändernde Einrichtung dazu führt, daß die.Bezugsspannung Von einem extremen Grenzwert zu einem anderen in nicht mehr als 6 Sekunden bei Vorliegen kontinuierlich erzeugter stimulierender Impulse oder bei Nichtvorliegen kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge verändert wird.
6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß eine Einrichtung für das Feststellen des Herzschlags eines Patienten, erste und zweite Anschlußklemmen, auf die Herζschlagwirkung eines Patienten ansprechende Bauelemente zwecks Verändern der Spannung an der ersten Anschlußklemme^kontinuierlich in der gleichen Richtung von einem anfänglichen Pegel eines extremen Grenzwertes zu einem abschließenden Pegel eines anderen extremen Grenzwertes, Einrichtungen zum Liefern einer Bezugsspannung an die zweite Anschlußklemme, ein auf die Spannungen an den ersten und zweiten Anschlußklemmen ansprechender Komparator, wobei die Spannungen voneinander abzüglich eines vorherbestimmten Wertes zum Steuern des Betriebs des Impulsgebers schwanken,

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sowie Einrichtungen zum Verändern der Bezugsspannüng der zweiten AHSchlußklemme, die auf jedenBetrieb des Komparators ansprechen vorgesehen sind, und sodann die Bezugsspannung kontinuierlich und allmählich wiederhergestellt wird.
7. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet , daß die die Bezugsspannung liefernde Einrichtung eine Spannungsquelle (3-7) , Spannungsteiler (82,83,84), die parallel zu der Spannungsquelle geschaltet ι sind und einen Abgriff aufweist, sowie Bauelemente zum Verbinden des Abgriffs mit der zweiten Anschlußklemme und die die Bezugsspannung verändernde Einrichtung einen Kondensator aufweist, der mit der zweiten Anschlußklemme gekoppelt ist.
8. Herzschrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe des Kondensators dergestalt ist, daß die Bezugsspannung in wenigstens zwei Sekunden bei Vorliegen kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge des Herzens des Patienten wiederhergestellt ist.
9. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Bezugsspannung zwischen zwei Grenzwerten verändert, die Einrichtung zum Ändern der Bezugsspannung bewirkt, daß die Bezugsspannung sich von einem Grenzwert zu einem anderen in nicht weniger als 2 Sekunden bei Auftreten kontinuierlich erzeugter stimulierender Impulse oder bei Nichtauftreten kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge verändert.
10. Herzschrittmacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die die Bezugsspannung verändernde Einrichtung dazu führt, daß die Bezugsspannung von einem extremen Grenzwert zu einem anderen in nicht mehr als 6 Sekunden bei Vorliegen kontinuierlich erzeugter stimulierender Impulse oder bei Nichtauftreten kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge verändert wird.

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11. Herzschrittmacher nach den Ansprüchen 1 und 6,dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß Einrichtungen zum Ableiten einer Bezugsspannung, zum Ableiten eines Zeitschaltpotentials, das sich kontinuierlich in der gleichen Richtung von einem anfänglichen Wert beginnend mit dem Auftreten einer Herzschlagwirkung verändert, Elemente, die auf eine» vorherbestimmte Differenz zwischen den Zeitschalt- und Bezugspotentialen zum Betrieb des Impulsgebers ansprechen, und.passive Bauelemente, die wirksam werden,wenn ein stimulierender Impuls an den Elektroden (E1,E2) erzeugt wird, zunächst zum Steuern einer Veränderung der BezugsSpannung in einer Richtung und sodann Steuern einer allmählichen und kontinuierlichen Veränderung derselben in der entgegengesetzten Richtung, vorge- · sehen sind.
12. Scnrittmächer nach Anspruch 11, dadurch g e kennzeichnet , daß die Bezugsspannung zwischen zwei extremen Grenzwerten sich verändern kann und die passiven Bauelemente eine Veränderung der Bezugsspannung von. einem extremen Grenzwer.t zu einem anderen exträmen Grenzwert in nicht weniger als 2 Sekunden steuern*
13. Herzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch g e k en η zeichnet, daß die Bezugsspannung sich zwischen zwei extremen Grenzwerten verändern kann und die passiven Bauelemente eine Veränderung der Bezugsspannung von einem ex*· tremen Grenzwert zu einem anderen extremen Grenzwert in nicht mehr als 6 Sekunden steuern.

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