DE2255423B2 - Bedarfsherzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bedarfsherzschrittmacher, der bei Ausfall der natürlichen Herzschläge mit einer gegenüber der natürlichen Herzschlagfrequenz vergrößertem Impulsfrequenz arbeitet, bestehend aus einem mit den Elektroden zu verbindenden Ausgang, aus einem Impulsgenerator, der mit dem Ausgang verbunden ist, aus einem Schaltkreisteil, an dem ein zwecks Steuerung des Pausenintervalls zwischen Stimulierungsimpulsen Bezugspotential ableitbar ist, aus einem Schaltkreisteil, an dem ein Zeitgeberpotential ableitbar ist, das sich mit dem Auftreten eines natürlichen Herzschlages von einem Anfangswert aus schrittweise in einer Richtung ändert und aus einem Schaltkreisteil zum Betätigen des Impulsgenerators mittels einer der Differenz zwischen dem Zeitgtberpotential und dem Bezugspotential entsprechenden Spannung (DE-OS 20 59 401).

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

Wenn nur ein einziger natürlicher Herzschlag

ausbleibt, wird nur ein einziger elektrischer Impuls abgegeben. Wenn mehr als ein natürlicher Herzschlag ausbleibt wird eine entsprechende Anzahl elektrischer Impulse abgegeben. Sie treten angenähert in dem gleichen Zeitabstand voneinander und von dem letzten natürlichen Herzschlag auf.

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 Herzschlags 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 Betrieb, bei dem die natürlichen Herzschläge und die stimulierten Impulse zusammenwirken.

in dem Fall eines Herzschrittmachers der für das Stimulieren von Herzschlägen bei einer Frequenz von 72 Schlägen/Minute vorgesehen ist (entsprechend einem Pausenintervall 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 beginnt.

Bei einem Bedarfsschrittmacher mit Hysteresis-Frequenz ist die Betriebsweise geringfügig unterschiedlich. Ein solcher Herzschrittmacher kann so ausgebildet sein, daß keine Impulse erzeugt werden, wenn 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/Minute erzeugt. Die niedrigere Frequenz entspricht einem Pausenintervall von 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 länger ab, bevor ein weiterer Impuls erzeugt wird; vielmehr wartet der Schrittmacher nunmehr lediglich 833 Millisekunden, um festzustellen, ob ein spontaner Herzschlag auftritt. Wenn innerhalb dieses kürzeren Zeitintervalls kein spontaner Herzschlag auftritt, wird ein zweiter 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 stimulierenden Impuls, ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, unterdrückt der Schrittmacher die Erzeugung des nächsten stimulierenden Impulses und die Zeitschaltung wird so geschaltet, daß die Warteperiode sich wieder auf 968 Millisekunden einstellt. Bei Patienten mit einer Vielzahl an krankhaften Zuständen sind Herzschrittmacher mit Hysteresis-Fre-

quenz bevorzugt

Bei einem typischen Bedarfsherzschrittmacher, der mit Hysteresis-Frequenz arbeitet, kann die Veränderung des Pausenintervalls durch Verändern der Bezugsspannung gesteuert werden, mit der die Spannung parallel zu einem Zeitgeber-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 Ausiösebezugsschweüenwert erreich! hat Sobald andererseits ein stimulierender Impuls erzeugt worden ist, wird die Bezugsspannung gesenkt Dies ermöglicht es, daß die Kondensatorspannung den Schwellenwert in einer geringeren Zeitspanne erreicht Die Veränderung der Bezugsspannung kann vermittels eines aktiven Transistorkreises erfolgen, der leitend und nicht leitend gemacht wird in Abhängigkeit davon, ob der letzte Herzschlag ein spontaner oder ein stimulierter war. So kann z. B. die aktive Einrichtung angeschaltet sein, wann immer der vo. hergehende Herzschlag spontan war, wobei in diesem Falle die Bezugsspannung auf einen geringfügig höheren Pegel eingestellt wird.

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

Bei einem Schrittmacher mit Hysteresis-Frequenz nach dem Stand der Technik (DE-OS 20 25 499) wird wie weiter oben beschrieben, das Pausenintervall plötzlich, d. h. in einem einzigen Schritt verlängert, nachdem ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, oder wieder in einem einzigen Schritt verkürzt, nachdem ein Ausbleiben eines Herzschlages festgestellt wird.

Bei anderen Schrittmachern mit Hysteresis-Frequenz (DE-OS 20 59 401) ist jedoch die Veränderung des Pausenintervalls allmählich bzw. schrittweise. 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 so lange erzeugt, als nicht in weniger als 833 Millisekunden nach dem vorhergehenden stimulierenden Impuls ein spontaner Herzschlag auftritt.

Umgekehrt gilt, bei allmählicher Veränderung des Pausenintervalls, daß das Pausenintervall von 833 auf 870 Millisekunden verlängert werden kann, wenn während des Betriebes des Schrittmachers nach dem Schrittmacherprinzip ein spontaner Herzschlag festgestellt wird. Wenn sodann innerhalb von 870 Millisekunden ein weiterer spontaner Herzschlag festgestellt wird, kann das Pausenintervall auf 91? Millisekunden verlängert werden. Abschließend kann das Pausenintervall wieder auf ein Maximum vcn 968 Millisekunden verlängert werden, wenn innerhalb von 912 Millisekunden nach dem zweiten ein darauffolgender dritter spontaner Herzschlag festgestellt wird. Die allmähliche Veränderung des PausenintervaUs kann durch allmähliehe 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 Veränderung des PausenintervaUs erforderliche Schaltung ist jedoch allgemein komplexer als diejenige, die zum Erzielen einer plötzlichen Veränderung des Pausenintervalls erforderlich ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Bedarfsschrittmacher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Steuerung einer allmählich bzw. schrittweisen Veränderung des PausenintervaUs zwischen Stimulierungsimpulsen ohne Verwendung aktiver Bauteile möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrittmacher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schaltkreisteil, an dem ein Bezugspotential ableitbar ist, zwei in Reihe geschaltete Widerstände und einen zu einem der zwei Widerstände parallel geschalteten Kondensator aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltkreisteil, an dem das Bezugspotential ableitbar ist, so dimensioniert, daß das Bezugspotential sowohl in Gegenwart kontinuierlich erzeugter Stimulierungsimpulse als auch in Gegenwart kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge in nicht weniger als 2 Sekunden zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltkreisteil, an dem das Bezugspotential ableitbar ist, so dimensioniert, daß das Bezugspotential sowohl in Gegenwart kontinuierlich erzeugter Stimulierungsimpulse als auch in Gegenwart kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge in nicht mehr als 6 Sekunden zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist.

Dieser Bedarfsschrittmacher arbeitet dergestalt, daß während eines normalen Schlages des Herzens die Spannung parallel zu dem Kondensator durch die relativen Impedanzen der zwei Verzweigungen des Spannungsteilers bestimmt wird. Wenn kein spontaner Herzschlag zu der Zeit festgestellt wird, zu welcher der Ladekondensator den Auslösungspegel erreicht hat, wird der Transistor leitend, und es wird ein Impuls in der oben beschriebenen Weise abgegeben. Da der Bezugsspannungskondensator mit dem Transistorschalter verbunden ist, entlädt sich der Kondensator geringfügig über den Schalter, bevor der Schalter abschaltet. Als Ergebnis hiervon fällt die Bezugsspannung geringfügig ab. Obgleich der Kondensator in dem Bezugsspannungskreis sodann beginnt, sich durch den Spannungsteiler zu dem maximalen Bezugsspannungswert aufzuladen, erreicht die Bezugsspannung nicht den maximalen Wert in einem einzigen Zyklus. Als Folge hiervon nimmt die Differenz zwischen der Bezugsspannung und der Ladekondensatorspannung auf den Auslösungspegel des Transistors in weniger als dem maximalen Pausenintervall des Herzschrittmachers ab. Wenn

innerhalb dieses verkürzten Pausenintervalls kein Herzschlag festgestellt wird, wird ein weiterer stimulierender Impuls erzeugt, und der Kondensator entlädt sich weiter durch den Transistor. Während jedes der aufeinanderfolgenden Zyklen entlädt sich der Bezugs-Spannungskondensator auf noch niedrigere Pegel, bis ein Endzustand erreicht ist, der in dem minimalen Pausenintervall des Schrittmachers resultiert. Wenn umgekehrt spontane Herzschläge festgestellt werden, wird der Transistor nicht leitend und der Bezugsspannungskondensator fährt fort sich aufzuladen. Nachdem einige natürliche Herzschläge festgestellt worden sind, hat sich der Bezugsspannungskondensator auf einen maximalen Wert aufgeladen (bestimmt durch die relativen Impedanzen der zwei Verzweigungen des Spannungsteilers) und der Herzschrittmacher wartet automatisch auf das maximale Pausenintervall, bevor ein stimulierender Impuls erzeugt wird.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem Bedarfsschrittmacher mit Hysteresisfrequenz das Anwenden eines passiven Bauteils in Form zweier Widerstände und einem Kondensator zu einer besseren Verläßlichkeit führt als das Anwenden eines Multivibrators, wie es nach der DE-PS 20 59 401 vorgesehen ist. Weiterhin benötigen passive gegenüber aktiven Bauteilen weniger Energie, was bei implantierten Herzschrittmachern einen offensichtlichen Vorteil darstellt.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend vergleichend zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Bedarfsherzschrittmacher nach dem Stand der Technik gemäß DE-OS 20 59 401:

F i g. 2 einen Bedarfsherzschrittmacher nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 sieht man, daß die Herztätigkeit durch die rechten Anschlußklemmen festgestellt und über die Bauelemente 4, 5 und 6 zu der linken Seite des Schaltkreises geführt wird. Hier nun empfängt die Basis des Transistors 77? 8 ein von dem Herzen kommendes elektrisches Eingangssignal. Dieses Signal entspricht nun entweder einem natürlichen Herzschlag oder einem durch den Schrittmacher stimulierten Herzschlag. In jedem dieser beiden Fälle wird ein derartiges Signal dazu angewandt, den Transistor 77? 8 leitend zu machen. Sobald der Transistor TRS leitend ist, wird der zuvor geladene Kondensator CIl durch denselben entladen. Der Transistor TR 9 steuert einen monostabilen Multivibrator TR 10, TR 11, der seinerseits den Transistor TR 13 und den Herzanregungsimpuls steuert Der Transistor TR 9 wird lediglich dann leitend, wenn seine Basisspannung ausreichend kleiner als seine Emitterspannung ist, und dieser Spannungszustand hängt von der momentan vorliegenden Spannung an dem Kondensator C11 ab.

Ein Schwellen- oder Auslösungswert ergibt sich an der Verbindungsstelle der Widerstände R 25, R 26 und R 29 und wird hier als Punkt A bezeichnet Der Spannungswert an dem Punkt A ist eine Variable und bestimmt den Zeitpunkt des Auftretens jeder der Herzanregungsimpulse. Der Emitter des Transistors TR 9 ist mit dem Punkt A verbunden.

Es sei nun angenommen, daß der Widerstand R 29 von dieser Verbindungsstelle gelöst sei. Bei dieser hypothetischen Situation ist das an dem Emitter des Transistors TR 9 liegende Potential relativ konstant und wird durch die Werte der Widerstände R 25 und R 26 bestimmt Der Kondensator C12 liegt parallel zu dem

Widerstand R 25 und wird auf das parallel zu dem Widerstand R 25 liegende Potential aufgeladen. Bei der hypothetisch angenommenen Situation erfolgt keine kontrollierte Veränderung des Pausenintervalls zwischen Herzanregungsimpulsen.

Die Verbindung des Widerstandes Λ 29 mit der Verbindungsstelle der Widerstände R 25 und R 26 führt nun jedoch zu einer Änderung der hier geschilderten Umstände. Dann bilden nämlich die Transistoren TR 10 und 77? 11 und die zugeordneten Schaltelemente einen kleinen transistorisierten monostabilen Multivibrator, d. h. einen aktiven elektronischen Schaltkreis. Der von diesem Multivibrator auf den Leiter 1 kommende Impuls wird über die Diode D5 und den Widerstand R 29 dem Punkt A zugeführt. An dem Punkt A wird somit das Potential dann erhöht, wenn der Strom durch die Diode D 5, den Widerstand /?29 und den Widerstand R 26 zur Erdung fließt.

Es sei nun angenommen, daß ein pulsierender Strom auftritt. Der Kondensator C12 verändert seine Spannung — die Spannung an dem Kondensator C12 nimmt ab — um so das stärker positive Potential aufzunehmen, das durch den Stromimpuls der Stelle A aufgezwungen wird. Nach Verschwinden des Stromimpulses durch den Widerstand R 26 wird das an der Stelle A vorliegende Potential vorübergehend hoch gehalten, und zwar aufgrund der an dem Kondensator C12 vorliegenden verringerten Spannung. Schließlich wird der Kondensator C12 erneut über die Widerstände Λ 25 und Λ 26 aufgeladen und nimmt erneut das Potential an, das derselbe zuvor gehabt hat. Kurzzeitig jedoch bringt der Kondensator C12 den Emitter des Transistors TR 9 unter eine geringfügig positive »Vorspannung«. Während dieses Vorganges sei nun der Kondensator CH betrachtet. Da der Kondensator CIl zuvor durch den Transistor TR 8 entladen worden ist, braucht derselbe nicht in dem gleichen Ausmaß erneut aufgeladen zu werden, das derselbe zuvor hatte, um die Basisspannung des Transistors 77? 9 ausreichend klein zu machen und so den Transistor TR 9 leitend zu machen. Je höher oder je positiver die Spannung an der Stelle A ist, um so weniger muß der Kondensator CIl wieder aufgeladen werden, bevor der Transistor TR9 ausgelöst wird. Nachdem somit einige wenige aufeinanderfolgende Herzanregungsimpulse durch den Multivibrator TR 10, TT? 11 erzeugt worden sind — und zwar deswegen, weil keine natürliche Herzschlagfunktion vorliegt — erreicht die Spannung an der Stelle A ihren vorgesehenen höchsten positiven Wert und der Transistor 77? 9 wird wiederholt dadurch ausgelöst, daß der Kondensator C11 in geringstmöglicher Zeit aufgeladen wird.

Der Schwellenwert an der Stelle A schwankt zwischen maximalen und minimalen Grenzwerten als eine Funktion des Vorliegens oder Nichtvorliegens von Stromimpulsen ausgehend von dem aktiven Multivibrator TR 10, TR 11.

Zusammenfassend läßt sich also bezüglich des Schrittmachers nach F i g. 1 feststellen, daß dort aktive elektronische Bauteile und zwar die Transistoren TR10 und 77? 11 erforderlich sind für die Steuerung der Intervallveränderung zwischen Herzstimulierungsimpulsen.

Der in der F i g. 2 dargestellte Bedarfsherzschrittmacher weist einen Herzschlagdetektor 80 auf, dessen Hauptaufgabe in dem Feststellen eines spontanen Herzschlagsignals an den Elektroden Ei und El und dem nachfolgenden Beaufschlagen eines Triggerimpulses auf die Basis des Transistors T6 besteht

Der Herzschrittmacher wird durch fünf in Serie geschaltete Batterien 3—7 gespeist. Der Herzschlagdetektor 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 ist, dem Anschluß der Batterien 5 und 7 und von allen fünf in Serie geschalteten Batterien abgenommen. Die Elektroden Ei und E 2 sind über die Leiter 9 und 11 mit dem Herzschlagdetektor verbunden, und der Herzschlagdetektor beaufschlagt im Falle des Feststellen eines Signals an den Elektroden Ei und El die Basis des Transistors Γ6 mit einem positiven Impuls. Der Widerstand 55 ist ein Vorspannungswiderstand für den Transistor.

Der Kondensator 57 stellt einen Zeitgeberkondensator dar und der Ladestrom fließt von den fünf in Serie geschalteten Batterien durch die Potentiometer 35 und 37, den Kondensator und die Widerstände 61 und 63. Der Ladestrom ist ausreichend klein, so daß die Spannung parallel zu dem Widerstand 63 nicht den Transistor T9 leitend macht. Zwischen den Stimulierungsimpulsen lädt sich der Kondensator 65 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 79, die Elektroden und das Herzgewebe.

Wann immer ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, leitet der Transistor Γ6 und der Kondensator 57 wird durch denselben entladen. Sodann beginnt ein neuer Aufladezyklus. Die Einstellungen der beiden Potentiometer steuern die Größe des Ladestroms und somit das Pausenintervall. Sobald die Spannung parallel zu dem Kondensator 57 die Spannung an der Basis des Transistors Tl — das Bezugspotential — um die Spannung überschreitet, die erforderlich ist, um einen Transistor 7"7 in Vorwärtsrichtung zu betreiben, wird der Transistor leitend. Das Leiten des Transistors 77 führt zu einem Leiten des Transistors Γ8. Wenn 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 7"9 leitend zu machen und es fließt Strom von den Batterien durch den Widerstand 59 und den Transistor. Sobald der Transistor Γ9 leitend ist, entlädt sich der Kondensator 65 durch denselben, um den erforderlichen Stimulierungsimpuls zu liefern. Die Breite des Stimulierungsimpulses wird durch die Einstellung des Potentiometers 37 bestimmt Der Kondensator 57 entlädt sich durch das Potentiometer und die Transistoren 7"7 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, werden dieselben nicht leitend. Es fließt kein Strom mehr von der Batterie durch die Transistoren und Widerstände 61 und 63 und der Impuls hört auf. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich der Kondensator 65 erneut aufzuladen, in Vorbereitung eines weiteren stimulierenden Impulses.

Als Schaltkreisteil an dem das Bezugspotential ableitbar ist, ist ein Spannungsteiler vorgesehen, der Widerstände 82 und 83 und einen zusätzlichen Kondensator 84 aufweist Dies sind die einzigen Bauteile, die erforderlich sind, um dem Bedarfsschrittmacher die Betriebsdaten einer Hysteresis-Frequenz zu vermitteln. Diese wenigen Bauteile, von denen keines ein aktives ist, führen nicht nur zu einem Betrieb nach Art einer Hysteresis-Frequenz, sondern ergeben ebenfalls eine Betriebsart, bei der das Pausenintervall sich schrittweise über eine Reihe von Zyklen von einem Extrem in das andere verändert.
Hierbei wird die Basis des Transistors Tl nicht länger

ίο bei einem festgelegten Potential gehalten. Wenn die Transistoren Tl und TS nicht während mehrerer Betriebszyklen leiten, ist das Bezugspotential an der Basis des Transistors Tl das größtmögliche und wird vermittels der relativen Impedanzen der Widerstände

ι ι 82 und 83 bestimmt. Der Kondensator 84 wird auf einen derartigen Pegel geladen, daß die Spannung parallel zu demselben gleich der Spannung im Endzustand parallel zu dem Widerstand 83 ist. Das Potentiometer 35 ist dergestalt eingestellt, daß der Kondensator 57 zwecks Aufladen auf einen Pegel zum Leiten der Transistoren Tl und TS 950 Millisekunden benötigt. Wenn 950 Millisekunden vergangen sind, ohne daß ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, werden die Transistoren Tl und TS leitend und es wird ein stimulierender Impuls erzeugt.

Zu der gleichen Zeit jedoch, wo sich der Kondensator 57 über die Transistoren Tl und TS entlädt entlädt sich der Kondensator 84 geringfügig über die gleichen Transistoren und die Widerstände 61 und 63. Wenn somit die Transistoren Tl und TS nicht mehr leiten (nachdem sie während einer durch Einstellen des Potentiometers 37 bestimmten Zeitdauer geleitet haben), ist die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 geringfügig kleiner als sie vor dem Einschalten der Transistoren war. Der Kondensator 84 beginnt sich erneut mit dem von den Batterien durch den Widerstand 82 fließenden Strom aufzuladen. Es ist jedoch ein Überschuß von einer Sekunde erforderlich, um die Kondensatorspannung auf den Pegel zu bringen, der vor dem Erzeugen eines stimulierenden Impulses vorlag. Somit muß sich der Kondensator 57 in weniger als 950 Millisekunden aufladen, bevor er den neuen (niedrigen) Auslösungspegel erreicht Das neue Pausenintervall 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 Leitendwerden des Transistors Tl erforderlich ist. Wenn kein weiterer spontaner Herzschlag festgestellt wird, werden die Transistoren Tl und TS leitend, und der Kondensator 84 entlädt sich erneut durch dieselben zusammen mit dem Kondensator 57. Zu Ende des Stimulierungsimpulses 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 fließt aufzuladen, erfordert dies nun sogar weniger Zeit für den Kondensator 57 den neuen Auslösungspegel zu erreichen. Jeder stimulierende Impuls bedingt einen weiteren höheren Spannungsabfall parallel zu dem Kondensator 84, wobei die Endspannung parallel zu dem Kondensator zu Ende jedes stimulierenden Impulses bei aufeinanderfolgenden Impulsen schrittweise niedriger wird. Die Größe der Schritte nimmt jedoch

ab, da die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 zu Beginn jedes stimulierenden Impulses während der aufeinanderfolgenden Zyklen schrittweise niedriger wird. Schließlich ist nach mehreren Zyklen ein Endzustand erreicht; stimulierende Impulse werden bei einer festliegenden Frequenz mit Pausenintervallen von 800 Millisekunden erzeugt.

Sobald spontane Herzschläge festgestellt werden, werden die Transistoren Tl und TS in ähnlicher Weise nichtleitend und die Spannung parallel zu dem Kondensator 84 nimmt weiter zu, bis der maximale Wert der Bezugsspannung (bestimmt durch die relativen Größen 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 auch dann allmählich bzw. schrittweise verändert, wenn spontane und stimulierte Herzschläge zusammen, d. h. in kurzer Abwechselung einander folgend auftreten. So können z. B. zwei stimulierte Schläge auftreten, die zu einem verringerten, jedoch nicht zu dem kürzestmöglichen Pausenintervall führen, wonach einsetzende spontane Herzschläge wieder eine schrittweise Zunahme des Pausenintervalls bewirken, ohne daß es seinen maximalen Wert, zu dem noch weitere natürliche Herzschläge notwendig wären, erreicht. Im allgemeinen erfordert es mehrere Herzschläge der gleichen Art (stimuliert oder natürlich), um einen Übergang des Pausenintervalls von einem Extrem in das andere hervorzurufen. Wann immer eine Änderung in dem Betrieb des Herzschrittmachers eintritt, nimmt das Pausenintervall zu oder nimmt ab in Richtung auf zwei Grenzwerte. Der Kondensator 84, der mit dem Bezugsspannungseingang des Transistorschalters (Komparator) verbunden ist, bewirkt, daß der Herzschrittmacher schrittweise Veränderungen in der Hysteresis-Frequenz zeigt, ohne daß zusätzliche Bauteile erforderlich sind, vielmehr kommt man mit einer minimalen Anzahl passiver Bauteile aus.

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

Es ist ebenfalls möglich, den Kondensator 84 parallel zu dem Widerstand 82 statt parallel zu dem Widerstand

83 zu schalten. Wenn der Kondensator parallel zu dem ί Widerstand 82 geschaltet ist, nimmt die Spannung parallel zu dem Kondensator zu, wann immer die Transistoren Tl und TS leiten, da Strom von den Batterien durch den Kondensator und den Transistor fließt. Eine Zunahme der Spannung parallel zu dem

ίο Kondensator (Widerstand 82) führt zu einer Abnahme parallel zu dem Widerstand 83 und zu einer Senkung der Bezugsspannung. Somit ist die Arbeitsweise der Schaltung praktisch die gleiche, und es spielt keine Rolle, zu welchem Widerstand der Kondensator parallel geschaltet ist. Dies wurde erwartet, da 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.

Es ist zu beachten, daß parallel zu dem Kondensator

84 keine Spannung vorliegt, bevor der gesamte Schaltkreis angeschaltet worden ist. Folglich sollten die Transistoren Tl und TS anfänglich leitend sein und so gehalten werden, daß ein Ergebnis des niedrigen auf die Basis des Transistors Tl beaufschlagten Potentials. Zu diesem Zweck ist es in einigen Fällen erstrebenswert, in Reihe geschaltete Dioden vorzusehen, die zwischen der positiven Anschlußklemme der Batterie 6 und der Basis

jo des Transistors Tl geschaltet sind. Die Dioden stellen sicher, daß die Basis des Transistors Tl anfänglich bei einem Pegel gehalten wird, der hoch genug ist, um das kontinuierliche Leiten der Transistoren Tl und TS zu verhindern. Nachdem der Kondensator 84 aufgeladen ist, obwohl die Spannung parallel zu dem Kondensator, wie weiter oben beschrieben, schwankt, sind beide Grenzwerte so hoch, daß die »Startdioden« während des sich anschließenden Schrittmacherbetriebes nicht leiten. Im übrigen stören diese Dioden, selbst wenn sie geringfügig leiten, den Betrieb nicht oder doch nur in zu vernachlässigendem Maße. In den meisten Fällen jedoch sind derartige Startdioden nicht erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bedarfsherzschrittmacher, der bei Ausfall der natürlichen Herzschläge mit einer gegenüber der natürlichen Herzschlagfrequenz vergrößerten Impulsfrequenz arbeitet bestehend aus einem mit den Elektroden zu verbindenden Ausgang, aus einem Impulsgenerator, der mit dem Ausgang verbunden ist aus einem Schaltkreisteil, an dem zwecks Steuerung des Pausenintervalls zwischen Stimulierungsimpulsen ein Bezugspotential ableitbar ist aus einem Schaltkreisteil, an dem ein Zeitgeberpotential ableitbar ist das sich mit dem Auftreten eines natürlichen Herzschlages von einem Anfangswert aus schrittweise in einer Richtung ändert und aus einem Schaltkreisteil zum Betätigen des Impulsgenerators mittels einer der Differenz zwischen dem Zeitgeberpotential und dem Bezugspotential entsprechenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreisteil, an dem ein Bezugspotential ableitbar ist, zwei in Reihe geschaltete Widerstände (82, 83) und einen zu einem der zwei Widerstände parallel geschalteten Kondensator (84) aufweist.

2. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Schaltkreisteil an dem das Bezugspotential ableitbar ist, so dimensioniert ist daß das Bezugspotential sowohl in Gegenwart kontinuierlich erzeugter Stimulierungsimpulse als auch in Gegenwart kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge in nicht weniger als 2 Sekunden zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist.

3. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreisteil, an dem das Bezugspotential ableitbar ist, so dimensioniert ist, daß das Bezugspotential sowohl in Gegenwart kontinuierlich erzeugter Stimulierungsimpulse als auch in Gegenwart kontinuierlich festgestellter spontaner Herzschläge in nicht mehr als 6 Sekunden zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist.