DE2314315C2 - Atrial and ventricular pacemaker on demand - Google Patents
Atrial and ventricular pacemaker on demandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen bedarfsgesteuerten atrialen und ventrikularen Herzschrittmacher mit einem freilaufenden, durch natürliche und künstliche ventrikulare Reizimpulse triggerbaren Ventrikel-Impulsgeber, dessen Impulsperiode vermittels eines Potentiometers veränderbar ist, sowie mit einem Atrium-Impulsgeber mit einem ebenfalls durch natürliche und künstliche ventrikulare Reizimpulse triggerbaren monostabilen Multivibrator, dessen Kippzeit vermittels eines weiteren Potentiometers veränderbar ist (DE-OS 20 61 182).The invention relates to a demand-controlled atrial and ventricular cardiac pacemaker with a free-running ventricular pulse generator that can be triggered by natural and artificial ventricular stimulus pulses, whose pulse period can be changed by means of a potentiometer, as well as with an atrium pulse generator with a monostable that can also be triggered by natural and artificial ventricular stimulation pulses Multivibrator whose tilting time can be changed by means of a further potentiometer (DE-OS 20 61 182).
Bei einem Schrittmacher der angegebenen Art führt eine Veränderung der Impulsrate des Ventrikel-Impulsgebers auch zu einer Veränderung des Zeitintervalls zwischen dem atrialen und dem ventrikularen Reizimpuls, so daß dann, wenn dieses Zeitintervall bei veränderlicher Impulsrate konstant gehalten werden soll, ein entsprechendes Einstellen eines zugeordneten Potentiometers erfolgen muß. Dies bedingt den Nachteil, daß eine zusätzliche Fehlerquelle für die optimale Einstellung des Herzschrittmachers auf die Gegebenheiten des Patienten gegeben ist.In a pacemaker of the type specified, a change in the pulse rate of the ventricular pulse generator results also to a change in the time interval between the atrial and the ventricular stimulus pulse, so that when this time interval is kept constant with a variable pulse rate a corresponding setting of an associated potentiometer must be carried out. This requires the Disadvantage that an additional source of error for the optimal setting of the pacemaker on the Conditions of the patient is given.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und einen biidarfsgesteuerten
atrialen und ventrikularen Herzschrittmacher der eingangs angegebenen Art so fortzubilden, daß die
Impulsrate des Ventrikel-Impulsgebers veränderbar sein soll, ohne daß sich dabei das Zeitintervall zwischen
dem atrialen und ventrikularen Reizimpuls verändert
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nun in kennzeichnender Weise dadurch gelöst, daß das weitere
Potentiometer aus einem ersten und einem dazu in Reihe geschalteten zweiten Potentiometer besteht,
wobei mit dem zweiten Potentiometer die Kfppreit desThe invention is now based on the object of avoiding this disadvantage and developing an atrial and ventricular pacemaker of the type specified at the beginning so that the pulse rate of the ventricular pulse generator can be changed without changing the time interval between the atrial and ventricular stimulus pulses
According to the invention, this object is now achieved in a characterizing manner in that the further potentiometer consists of a first and a second potentiometer connected in series, the Kfppreit des with the second potentiometer
ίο monostabilen Multivibrators unabhängig von der Impulsperiode des Ventrikel-Impulsgebers veränderbar ist, und daß das erste Potentiometer und das Potentiometer des Ventrikel-Impulsgebers im Gleichlauf miteinander gekoppelt sind, dergestalt, daß sich bei ihrer Betätigung die Kippzeit des monostabilen Multivibrators und die Impulsperiode des Ventrikel-Impulsgebers gleichsinnig um denselben Betrag ändertίο monostable multivibrators regardless of the Pulse period of the ventricular pulse generator is variable, and that the first potentiometer and the Potentiometers of the ventricular pulse generator are coupled to one another in synchronism, in such a way that when their actuation, the tilting time of the monostable multivibrator and the pulse period of the ventricular pulse generator changes in the same direction by the same amount
Dieses kennzeichnende Merkmal des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers wird dadurch forgtgebildet, daß das erste Potentiometer und das Potentiometer des Ventrikel-Impulsgebers eine gemeinsame Welle aufweisen. This characteristic feature of the pacemaker according to the invention is formed by that the first potentiometer and the potentiometer of the ventricular pulse generator have a common shaft.
Nach einer weiteren Fortbildung ergibt sich, daß das erste Potentiometer und das Potentiometer des Ventrikel-Impulsgebers gleich sind und daß die Kippzeit des monostabilen Multivibrators eine lineare Funktion der Einstellung des ersten Potentiometers und die Impulsperiode des Ventrikel-Impulsgebers eine lineare Funktion der Einstellung des Potentiometers des Ventrikel-Impulsgebers ist.After a further training it is found that the first potentiometer and the potentiometer of the Ventricular pulse generator are the same and that the tilt time of the monostable multivibrator is a linear function the setting of the first potentiometer and the pulse period of the ventricular pulse generator are linear The function of setting the potentiometer of the ventricular pulse generator is.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below described. It shows
Fig. 1 einen bedarfsgesteuerten atrialen und ventrikularen Herzschrittmacher nach dem Stand der Technik;1 shows a demand-controlled atrial and ventricular State-of-the-art pacemakers;
Fig.2 ein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Herzschrittmachers, bei dem bei Änderung der Impulsrate des Ventrikel-Impulsgebers das Zeitintervall2 shows an embodiment of the claimed cardiac pacemaker in which, when the pulse rate is changed the time interval of the ventricular pulse generator
<o zwischen dem atrialen und dem vemrikularen Reizimpuls unverändert bleibt.<o between the atrial and the vemricular stimulus remains unchanged.
Nachfolgend werden lediglich die Teile des Schaltkreises nach Fig. 1 erläutert, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Der Herzschrittmacher weist ein Paar Elektroden £1 und £2 auf, die der ventrikularen Reizung und dem Feststellen eines spontanen Herzschlages dienen, und ein Paar Elektroden £3 und £4 auf, die der atrialen Reizung dienen. Ein spontaner ventrikuhrer Herzschlag fürht zu dem Auftreten eines Signals an den Elektroden £1 und £2, und dieses Signal wird verarbeitet und führt zu einem Impuls, der durch den Kondensator 53 auf die Basis des Transistors T6 und durch den Kondensator 54 auf die Basis des Transistors TiO weitergeleitet wird. Wenn der Schalter S geschlossen ist, arbeitet der Schrittmacher in kontinuierlicher Weise und es werden keine Reizimpulse auf die Basen der Transistoren T6und TiO gegeben. In ähnlicher Weise verhindern die Transistoren TZ und T4 bei Vorliegen eines 60 Hz Rauschens das Zuführen von Impulsen auf die Basen der Transistoren T6 und Γ10, so daß der Herzschrittmacher in kontinuierlicher Weise arbeiten kann.Only those parts of the circuit according to FIG. 1 which are necessary for an understanding of the present invention are explained below. The pacemaker has a pair of electrodes £ 1 and £ 2, which are used for ventricular stimulation and the detection of a spontaneous heartbeat, and a pair of electrodes £ 3 and £ 4, which are used for atrial stimulation. A spontaneous ventricular heartbeat leads to the appearance of a signal at electrodes £ 1 and £ 2, and this signal is processed and leads to a pulse which is transmitted through capacitor 53 to the base of transistor T6 and through capacitor 54 to the base of the Transistor TiO is passed on. When switch S is closed, the pacemaker operates in a continuous manner and no stimulus pulses are given to the bases of transistors T6 and TiO . Similarly, if 60 Hz noise is present, transistors TZ and T4 prevent pulses from being fed to the bases of transistors T6 and Γ10, so that the pacemaker can operate continuously.
Der Kondensator 57 wird normalerweise durch die Batterien 1—5 über die Potentiometer 35, 37 und Widerstände 61 und 63 aufgeladen. Wenn der Spannungsabfall an dem Kondensator ausreichend ist, um die Transistoren Tl und TS leitend zu machen, fließt ein starker Strom durch dieselben unter ErhöhungCapacitor 57 is normally charged by batteries 1-5 through potentiometers 35, 37 and resistors 61 and 63. When the voltage drop across the capacitor is sufficient to make the transistors T1 and TS conductive, a large current flows through them with an increase
des Potentials an dem Widerstand 63, Daraufhin wird der Transistor 7*9 leitend und der Kondensator 65 entlädt sich durch den Transistor, die Elektroden und das Herzgewebe unter Reizung der Ventrikeln, Nachdem der Transistor 7*9 wieder nichtleitend geworden ist, lädt sich der Kondensator 65 erneut in Vorbereitung auf das Erzeugtn eines weiteren Reizimpulses auf. Die Einstellung des Potentiometers 35 bestimmt den Betrag des Ladestroms für den Kondensator 57. Dieses bestimmt andererseits das ventrikulare Pausenintervall. Jedes Mal, wenn der Spannungsabfall an dem Kondensator 57 hoch genug ist, um die Transistoren 7*7 und 7*8 leitend zu machen, entlädt sich der Kondensator durch dieselben, so daß ein weiterer Taktzyklus beginnen kann. Die Dauer der Entladung wird vermittels der Einstellung des Potentiometers 37 bestimmt Da ein starker Strom durch den Widerstand 63 fließt, wennimmer die Transistoren Tl und TS leiten, ist es offensichtlich, daß das Einstellen des Potentiometers 37 die Breite des ventrikularen Reizimpulses bestimmt of the potential at the resistor 63, the transistor 7 * 9 then becomes conductive and the capacitor 65 discharges through the transistor, the electrodes and the heart tissue, irritating the ventricles. After the transistor 7 * 9 has become non-conductive again, the capacitor charges 65 again in preparation for generating a further stimulus pulse. The setting of the potentiometer 35 determines the amount of the charging current for the capacitor 57. This, on the other hand, determines the ventricular pause interval. Every time the voltage drop across capacitor 57 is high enough to render transistors 7 * 7 and 7 * 8 conductive, the capacitor discharges through them so that another clock cycle can begin. The duration of the discharge is determined by means of the setting of the potentiometer 37. As a large current flows through the resistor 63 whenever the transistors Tl and TS guide, it is apparent that the setting of the potentiometer 37 determines the width of the ventricular stimulation pulse
Wenn vor Ablauf des ventrikularen PauseniniervaJls ein spontaner Herzschlag festgestellt wird, »eitet der Transistor 7*6 und der Kondensator 57 ent'Sdt sich durch denselben. In einem derartigen Fall wird kein ventrikularer Reizimpuls erzeugt der sonst erzeugt worden wäre, wenn der Spannungsabfall an dem Kondensator 57 den hierzu erforderlichen Pegel erreicht hätte. So beginnt ein neuer Zyklus, wobei ein ventrikularer Reizimpuls nur dann erzeugt wird, wenn das ventrikulare Pausenintervall verstreicht, bevor ein weiterer spontaner Herzschlag festgestellt wird.If before the expiration of the ventricular pause valve a spontaneous heartbeat is detected, the transistor 7 * 6 opens and the capacitor 57 dissolves through the same. In such a case, no ventricular stimulus pulse is generated that would otherwise be generated would have been if the voltage drop across the capacitor 57 had the level required for this would have achieved. A new cycle begins, with a ventricular stimulus only being generated when the ventricular pause interval elapses before another spontaneous heartbeat is detected.
Der Schaltkreis für das Erzeugen des atrialen Reizimpulses weist in ähnlicher Weise einen Taktgeberkondensator 58 und ein Potentiometer 62 auf, das zur Steuerung der Impulsfolgefrequenz verwendet wird. Das Feststellen eines spontanen Herzschlages oder das Feststellen eines Stimulierungsimpulses führt zu einer Impulsabgabe an die Basis des Transistors 7" 10. Daraufhin entlädt sich der Kondensator 58 vollständig durch den Transistor. Sodann lädt sich der Kondensator durch das Potentiometer 62 auf. Wenn der Spannungsabfall an dem Kondensator ausreichend isi, um die Transistoren 7*11 und Γ12 leitend zu machen, tritt ein Impuls an den Stimulierungselektroden £3 und E4 auf, dessen Dauer durch Einstellen des Potentiometers 95 bestimmt wird. Nach dem Erzeugen des atrialen Reizimpulses bleiben die Transistoren TIl und Γ12 leitend und der Kondensator 58 bleibt geladen. Erst das nächste Leitendwerden des Transistors TlO leitet die Entladung des Kondensators 58, das Nichtleitendwerden der Transistoren Γ11 und 7"12 und den Beginn eines neuen Impulsfolgefrequenzintervalls in die Wege. Da ein atrialer Reizimpuls lediglich dann erzeugt werden kann, wenn der Kondensator 58 sich durch den Transistor TlO entladen hat, und der Transistor TiO nur leitend ist, wenn ein spontaner Herzschlag festgestellt wird oder ein atrialer Stimulierungsimpuls erzeugt ist, ergibt sich, daß im Anschluß an jeden Herzschlag lediglich ein atrialer Reizimpuls erzeugt werden kann,The circuitry for generating the atrial stimulus pulse similarly includes a clock capacitor 58 and a potentiometer 62 which is used to control the pulse repetition rate. The detection of a spontaneous heartbeat or the detection of a stimulation pulse leads to a pulse output to the base of the transistor 7 "10. Thereupon the capacitor 58 discharges completely through the transistor. The capacitor then charges through the potentiometer 62. When the voltage drop across the Capacitor is sufficient to make the transistors 7 * 11 and Γ12 conductive, a pulse occurs at the stimulation electrodes £ 3 and E4, the duration of which is determined by setting the potentiometer 95. After the atrial stimulation pulse has been generated, the transistors TIl and Γ12 remain conductive and the capacitor 58 remains charged. Only the next time the transistor T10 becomes conductive, the discharge of the capacitor 58, the non-conductive transistors φ11 and 7 "12 and the beginning of a new pulse repetition frequency interval are initiated. Since an atrial stimulation pulse can only be generated when the capacitor 58 has discharged through the transistor T10, and the transistor TiO is only conductive when a spontaneous heartbeat is detected or an atrial stimulation pulse is generated, it follows that in connection with every heartbeat only one atrial stimulus can be generated,
Vermittels des Herzschrittmachers nach F i g. 1 ist es möglich, die AV-Verzögerung (Atrium-Ventrikel-Verzögerung) ohne Verändern der Herzschrittmacherfrequenz zu ändern. Wenn der eingestellte Widerstandswert des Potentiometers erhöht wird, erhöht sich z. B. die Impulsfolgefreqiien? (und die AV-Verzögerung ist somit verringert), jedoch hat dies keine Wirkung auf den ventrikularen Impulsgeberkreis und somit bleibt die Schrittmacherfrequenz die gleiche. Es ist jedoch nicht möglich, die Schrittmacherfrequenz ohne Verändern der A V-Verzögerung zu ändern, By means of the pacemaker according to FIG. 1 it is possible to change the AV delay (atrial-ventricular delay) without changing the pacemaker rate. If the set resistance value of the potentiometer is increased, z. B. the pulse repetition frequencies? (and thus the AV delay is reduced) but this has no effect on the ventricular pulser circuit and thus the pacing rate remains the same. However, it is not possible to change the pacemaker rate without changing the AV delay,
Wenn der eingestellte Widerstandswert des Potentiometers 35 erhöht wird und z, B, keine entsprechende Anpassung der Einstellung des Potentiometers 62 erfolgt ergibt sich, daß die VV-ImpuIspause (Ventrikel-Ventrikel-Impulspause) zunimmt, während die VA-Im- pulspause die gleiche bleibt Dies führt andererseits zu einer Zunahme in der AV-Verzögerung zusammen mit einer Abnahme in der Herzschrittmacherfrequenz. If the set resistance value of the potentiometer 35 is increased and, for example, no corresponding adjustment of the setting of the potentiometer 62 takes place, the result is that the VV pulse pause (ventricle- ventricle pulse pause) increases while the VA pulse pause remains the same This, on the other hand, leads to an increase in AV delay along with a decrease in pacemaker rate.
Bei dem Schrittmacher gemäß Fig.2 ist es möglich, die Schrittmacherfrequenz ohne Beeinflussung derWith the pacemaker according to Figure 2 it is possible the pacemaker rate without affecting the AV-Verzögerung zu verändern. Das Potentiometer 35 gemäß F i g. 1 wird durch einen festen Widerstand 356 und ein Potentiometer 35a ersetzt Das Potentiometer 62 gemäß F i g. 1 wird durch zwei in Reihe geschaltete Potentiometer 62a und 626 ersetzt Die gestrichelteChange AV delay. The potentiometer 35 according to FIG. 1 is replaced by a fixed resistor 356 and a potentiometer 35a The potentiometer 62 according to FIG. 1 is replaced by two potentiometers 62a and 626 connected in series. The dashed line Linie 35a—52a stellt eine Welle dar, die die Potentiometer 35a und 62a miteinander im Gle'.Jilauf koppelt. Die Einstellungen dieser zwei Potentiometer werden in der gleichen Weise verändert, wenn die die Schrittmacherfrequenz einstellende Welle gedreht wird. AnsonstenLine 35a-52a represents a shaft which couples the potentiometers 35a and 62a with one another in parallel. the Settings of these two potentiometers are changed in the same way when the pacemaker rate adjusting shaft is rotated. Otherwise arbeitet der Schrittmacher gemäß der Fig.2 in der gleichen Weise wie derjenige gemäß F i g. 1.the pacemaker works according to FIG same way as that according to FIG. 1.
Es ist somit festzustellen, daß beim Verändern der Einstellung des Potentiometers 626 die VA-Impulspause (und somit die AV-Verzögerung) verändert wird, ohneIt can thus be seen that when the setting of the potentiometer 626 is changed, the VA pulse pause (and thus the AV delay) is changed without daß die Schrittmacherfrequenz in irgendeiner Weise beeinflußt wird. Dies deshalb, weil das Potentiometer 626 lediglich die Ladung des Kondensators 58 in dem atrialen Impulsgeberkreis beeinflußt Dies trifft ebenfalls für den Schrittmacher gemäß F i g. 1 zu, bei demthat pacemaker rate in some way being affected. This is because the potentiometer 626 only changes the charge on the capacitor 58 in the atrial pulse generator circuit affected. This also applies to the pacemaker according to FIG. 1 to where eine Veränderung in der Einstellung des Potentiometers 62 die AV-Verzögerung verändert ohne die Herzschrittmaclierfrequenz zu beeinflussen, wie weiter oben beschrieben. Im Unterschied zu dem Herzschrittmacher gemäß F i g. 1 gestattet jedoch der Schrittmacher nacha change in the setting of potentiometer 62 changes the AV delay without affecting the pacemaker rate, as above described. In contrast to the pacemaker according to FIG. 1, however, the pacemaker allows Fig.2 eine Veränderung der Schrittmacherfrequenz, ohne daß irgendeine Veränderung in der AV-Verzögerung bewirkt wird. Wenn die Welle 35a—62a so gedreht wird, daß eine Erhöhung der Impedanz des Potentiometers 35a bewirkt wird, benötigt der Kondensator 57 eine2 shows a change in the pacemaker rate, without causing any change in the AV delay. When the shaft 35a-62a rotated When the impedance of the potentiometer 35a is caused to increase, the capacitor 57 needs one längere Zeitspanne, um sich auf den Aktivierungspegel der Transistoren T7und T8 aufzuladen.longer period of time to charge to the activation level of transistors T7 and T8.
Dies führt zu einer Zunahme des Impulsfolgefrequenzintervalls. Da die Impedanz des Potentiometers 62a ebenfalls erhöht wird, benötigt der Kondensator 58This leads to an increase in the pulse repetition rate interval. As the impedance of the potentiometer 62a is also increased, the capacitor 58 requires auch eine längere Zeit, um sich auf den Aktivierungspegel der Transistoren 7Ml und 7*12 im Anschluß an seine Entladung durch den Transistor Γ10 aufzuladen. Wenn beide /?C-Ladekreise linear und die Potentiometer 35a und C-Ia identisch sind, führt jegliche Zunahme oderalso a longer time to charge to the activation level of the transistors 7Ml and 7 * 12 following its discharge through the transistor Γ10. If both /? C charging circuits are linear and potentiometers 35a and C-Ia are identical, any increase will result in or Abnahme des Impulsfolgefrequenzintervalls (d. h. des VV-Intervalls) zu einer identischen Zunahme oder Abnahme in der VA-Impulspause. Da die AV-Verzögerung gleich der Differenz zwischen diesen zwei Intervallen ist, ergibt sich, daß die AV-VerzögerungDecrease in the pulse repetition rate interval (i.e., the VV interval) to an identical increase or Decrease in the VA pulse pause. Since the AV delay is equal to the difference between these two Intervals, it turns out that the AV delay nicht durch die Veränderung in der Schrittmacherfrequenz beeinflußt wird,is not affected by the change in pacemaker rate,
Der feste Widerstand 356 in dem ventrikularen Impulsgeber ist vorgesehen, um eine minimale Impulsfolgefrequenz sicherzustellen, und zwar unabhängigThe fixed resistor 356 in the ventricular pulse generator is provided to ensure a minimum pulse repetition rate, independently davon, wie niedrig die Einstellung des Potentiometers 35a ist. Es kann ein ähnlicher fester Widerstand in Serie mit den Potentiometern 62a und 626 vorgesehen werden, wenn dies zweckmäßig ist In ähnlicher Weisehow low the setting of potentiometer 35a is. There can be a similar fixed resistor in series with potentiometers 62a and 626 when convenient. In a similar fashion
ist es möglich, ein weiteres Potentiometer in Reihe mit dem Potentiometer 35a vorzusehen, obwohl eine Anpassung auf die Einstellung dieses Potentiometers notwendigerweise die AV-Verzögerung zusammen mit der Herzschrittmacherfrequenz beeinflussen würde. Es ist der Gleichlauf wenigstens eines Potentiometers init is possible to have another potentiometer in series with potentiometer 35a, although a Adjustment to the setting of this potentiometer necessarily along with the AV delay affect the pacemaker rate. It is the synchronization of at least one potentiometer in dem ventrikularen Impulsgeberkreis zu wenigstens einem Potentiometer in dem atrialen Impulsgeberkreis, der es gestattet, daß die Schrittmacherfrequenz ohne Beeinflussen der AV-Verzögerung verändert werden kann.the ventricular pulse generator circuit to at least one potentiometer in the atrial pulse generator circuit, which allows the pacing rate to be changed without affecting the AV delay can.
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