DE2331499A1

DE2331499A1 - RECHARGEABLE PACEMAKER WITH AUTOMATIC BREAKS

Info

Publication number: DE2331499A1
Application number: DE2331499A
Authority: DE
Inventors: Robert Ellentuch Fischell
Original assignee: Johns Hopkins University
Current assignee: Johns Hopkins University
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-17
Also published as: JPS4964283A; CH578355A5; CH583569A5; IT985803B; FR2190403A1; NL7308947A; IL42616A; AU5742673A; GB1419533A; CH583570A5; GB1419531A; FR2190403B1; ZA734385B; CA1020633A; GB1419532A; IL42616A0

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL-ING-W-EITLe DR. HEK. NAT. K. HOFFMANNDR. ING. E. HOFFMANN · DIPL-ING-W-EITLe DR. HEK. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWH-TiPATENTANWH-Ti

11 /. 9 911 /. 9 9

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARAB E UASTRAS S E 4 · TELEFON (0811) 911087D-8000 MÖNCHEN 81ARAB E UASTRAS S E 4 TELEPHONE (0811) 911087

2424

Tne John Hopkins University, Baltimore, Maryland / USATne John Hopkins University, Baltimore, Maryland / USA

Aufladbarer Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden PausenRechargeable pacemaker with automatically starting pauses

Die Erfindung betrifft einen intrakorporalen Herzschrittmacher zum Implantieren in den Körper eines Patienten, mit aufladbarer Batterie, eine Kopplungseinrichtung zum Eingeben von magnetischer Eingangs-Wechselenergie in die Batterie zum Aufladen dieser aus einer äußeren Quelle, und mit durch die Batterie gespeisten Elektronikschaltungen zum Erzeugen von herzanregenden Impulsen zum Eingeben in das Herz des Patienten.The invention relates to an intracorporeal pacemaker for implantation in the body of a patient, with chargeable Battery, a coupling device for introducing AC magnetic input energy into the battery to charge it from an external source, and with electronic circuitry fed by the battery for generating heart stimulating pulses for entering into the patient's heart.

309883/0475 - 2 -309883/0475 - 2 -

- 2 - 233U39- 2 - 233U39

In jüngster Zeit wurde ein bedeutender Portschritt auf dem Gebiet der implantierbaren Herzschrittmacher erzielt durch die Verwendung einer kleinen, langlebigen, sekundären (d.h. aufladbaren Einzellenbatterie, welche die Betriebsenergie für hermetisch abgeschlossene, betriebssichere transistorierte Impulserzeugungsschaltungen liefert, die in der Lage sind, herzstimulierende Impulse für den Patienten in festgelegter Geschwindigkeit zu erzeugen. Ein Beispiel eines solchen aufladbaren Herzschrittmachers für eine bestimmte Geschwindigkeit ist in Barnhart et al., ¹¹A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker", APL Technical Digest, Band 9, Nr. 3, Januar-Februar 197o, Seiten 2-9 offenbart.Recently, a significant step forward in the field of implantable cardiac pacemakers has been achieved through the use of a small, long-life, secondary (i.e., rechargeable, single-cell battery that provides the operating power for hermetically sealed, fail-safe transistorized pulse generation circuits that are capable of generating heart stimulating pulses for the An example of such a rechargeable pacemaker for a ^{fixed rate is found in Barnhart et al., 11} A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker, "APL Technical Digest, Vol. 9, No. 3, January-February 197o, Pages 2-9.

Es ist bekannt, daß viele Patienten unter einem Herzblock-Zustand leiden, der eine gelegentliche Verwendung eines Herzschrittmachers erfordert. Mit anderen V/orten, das Herz des Patienten beginnt zeitweise wieder in seinem normalen eigenen Rhythmus ohne künstliche Stimulierung zu schlagen. Es gibt Beweise, daß in einem solchen Fall zu bestimmten Zeiten des Herzschlagzyklus das gleichzeitige Eingeben eines Schrittmacher-Impulses in das Herz ein ventrikuläres Flimmern und mit hoher Wahrscheinlichkeit den Tod des Patienten herbeiführen kann. Daher ist kürzlich der sogenannte Schrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen vorgeschlagen worden, welcher in der Weise funktioniert, daß er die Erzeugung eines Schrittmacher-Ausgangsimpulses in der kritischen Zeit verhindert, wenn ein Herz sonst normal funktioniert. Dies wird bei bekannten Herzschrittmachern mit automatisch einsetzender Pause dadurch bewerkstelligt, daß der vom Herzen erzeugte R-Welle genannte Spitzenspannungsimpuls überwacht wird, und wenn der natürliche Puls einsetzt, wird die Schrittmachereinheit daran gehindert, einen elektrischen Ausgangsimpuls zum Stimulieren des Herzens zu erzeugen. Wenn das Herz andererseits kein ordnungsgemäßes R-Wellenausgangssignal erzeugt, wird die Schrittmachereinheitnicht behindert undIt is known that many patients suffer from a heart block condition that requires occasional use of a pacemaker. In other words, the patient's heart temporarily starts beating again in its own normal rhythm without artificial stimulation. There is evidence that in such a case the simultaneous input of a pacemaker pulse at certain times of the heartbeat cycle ventricular fibrillation into the heart and a high probability of death of the patient. Therefore the so-called pacemaker with automatically starting pauses has recently been proposed, which in the manner works by preventing a pacemaker output pulse from being generated at the critical time when a heart is otherwise works normally. In known cardiac pacemakers with an automatically occurring pause, this is achieved in that the peak voltage pulse called the R-wave produced by the heart is monitored, and when the natural pulse sets in, the pacemaker unit is prevented from producing an electrical output pulse to generate stimulating the heart. On the other hand, when the heart does not have a proper R-wave output generated, the pacemaker unit is not obstructed and

Ί09Β83/0475Ί09Β83 / 0475

"⁵- 233H99" ⁵ - 233H99

erzeugt den notwendigen Ausgangsimpuls zum Sti-mulieren des ventrikulären Schiagens in einwandfreier Geschwindigkeit.generates the necessary output impulse to stimulate the ventricular beat at an impeccable rate.

Angesichts der obigen Ausführungen ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte mechanische Konstruktion für Herzschrittmacher mib doppelter hermetischer Dichtung/ elektromagnetischem Schutz vorzusehen, die sowohl für mit vorbestimmter Geschwindigkeit als auch mit automatisch einsetzenden Pausen funktionierende aufladbare Herzschrittmachereinheiten" verwendbar ist.In view of the above, the aim of the present invention is to provide an improved mechanical construction for pacemakers mib double hermetic seal / electromagnetic protection to be provided, both for with predetermined Speed as well as rechargeable pacemaker units functioning with automatically starting pauses " is usable.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte mechanische Konstruktion vorzusehen, die insbesondere für aufladbare Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen geeignet ist, wobei die gesamte Schrittmachereinheit in einer doppelten hermetischen Dichtung eingeschlossen ist und die Elektronikkomponenten elektromagnetisch abgeschirmt sind, ohne daß die Fähigkeit, die Schrittmacherbatterie aus einer äußeren magnetischen Wechselfeldquelle induktiv wieder aufzuladen, wesentlich reduziert würde.Another object of the invention is to provide an improved mechanical Provide construction that is particularly suitable for rechargeable cardiac pacemakers with automatically starting pauses with the entire pacemaker unit enclosed in a double hermetic seal and the electronic components Electromagnetically shielded without the ability to power the pacemaker battery from an external magnetic To recharge the alternating field source inductively, would be significantly reduced.

Noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine aufladbare Schrittmachereinheit mit automatisch einsetzenden Pausen mit verbesserter Elektronik-Schaltkreiskonstruktion vorzusehen, einschließlich Vorkehrungen zum genauen Überwachen eines einwandfrei funktionierenden Batterieaufladungsvorganges und der Verhinderung, daß die Funktion des zum Stimulieren des Herzens Impulse erzeugenden Schrittmacherstromkreises den Stromkreisbereich überschneidet, welcher die beim Schlagen des Herzens erzeugte elektrische Welle überwacht,um die Steuerung der Schrittmachereinheit ordnungsgemäß zu hemmen.It is yet another object of the present invention to provide a rechargeable pacemaker unit with automatic pauses with improved electronic circuit design, including provisions for closely monitoring a proper functioning battery charging process and preventing the function of stimulating the heart The pulse-generating pacemaker circuit intersects the area of the circuit that generated that generated when the heart was beating electrical wave monitored to control the pacemaker unit to inhibit properly.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine erste innere Hülse, die zwischen den Elektronikschaltungen und der äußeren QuelleAccording to the invention this is achieved by a first inner sleeve, those between the electronic circuits and the external source

_ 4 _ 309883/0475_ 4 _ 309883/0475

¹ '■ ¹ '■

ί fί f

angeordnet und aus einem Material hergestellt ist, das die Schaltungen gegen die magnetische Eingangs-Wechselenergie und Quellen magnetischer Interferenz abzuschirmen vermag, wobei die Koppeleinrichtung außerhalb der ersten Hülse angeordnet ist, und eine zweite äußere Hülse, die die Koppeleinrichtung, die Batterie und die Elektronikschaltungen umgibt und gegen fließende Medien des Körpers abschirmt, und die aus einem Material hergestellt ist, das das Zuführen der Ladeenergie durch die Kopplungseinrichtung in die Batterie aus der äußeren Quellt ohne wesentliche Dämpfung gestattet.is arranged and made of a material that the circuits against the magnetic input alternating energy and Able to shield sources of magnetic interference, the coupling device being arranged outside the first sleeve, and a second outer sleeve surrounding the coupling device, the battery and the electronic circuitry and against flowing Media shields the body, and which is made of a material that allows the supply of charging energy through the Coupling device allowed in the battery from the external source without substantial attenuation.

Die nachstehend genauer beschriebene und dargestellte Ausführungsform der Erfindung enthält mit anderen Worten eine äußere Hülle, bzw. ein Behälterelement, welches vergleichsweise transparent für das zum Aufladen der Sehrittmacher-batterie verwendete magnetische Wechselfeld ist, jedoch nichtsdestotrotz eine wirksame, korrosionsabweisende hermetische Dichtung gegen das Eindringen korrodierender fließender Medien des Körpers bildet und auch für den Körper des Patienten vertrag-lieh ist. Außerdem ist zum Schutz für die Elektronik-Schaltung der Einheit und zum Verhindern, daß die Funktion der Schaltung durch äußerlich erzeugte elektromagnetische Interferenz, einschließlich des relativ intensiven magnetischen Wechselfeldes zum Aufladen der Batterie nachteilig beeinflußt wird, der Hauptkörper der Schrittmacherelektronik in einer zweiten oder inneren Hülse eingeschlossen, welche aus einem magnetisch durchlässigen und elektrisch leitenden Material hergestellt ist, das einen wirksamen, elektromagnetischen Schutz für die Elektronik bildet. Diese zweite oder innere Hülse schützt auch die Elektronik vor möglicherweise aus der Batterie auslaufenden korrodierenden Lösungen. Das ist besonders wesentlich für Schrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen, da nachweislich Fälle vorgekommen sind, wo äußerlich erzeugte elektromagnetische Interferenz wie z.B. Radar, Mikrowellen-Heizelemente oder auch ZündungsrauschenThe embodiment described and illustrated in more detail below In other words, the invention contains an outer shell or a container element which is comparatively transparent for the one used to charge the chipmaker battery magnetic alternating field is, however, an effective, corrosion-resistant hermetic seal against the Penetration of corrosive flowing media into the body forms and is also contract-borrowed for the patient's body. aside from that is to protect the electronic circuit of the unit and to prevent the circuit from being operated externally generated electromagnetic interference, including the relatively intense alternating magnetic field for charging the battery is adversely affected, the main body of the pacemaker electronics enclosed in a second or inner sleeve, which is made of a magnetically permeable and electrically conductive material that has an effective, electromagnetic protection for the electronics. This second or inner sleeve also protects the electronics from possibly Corrosive solutions leaking from the battery. This is especially essential for pacemakers with automatic onset of breaks, as there have been demonstrably cases where externally generated electromagnetic interference such as e.g. radar, microwave heating elements or ignition noise

303883/0475303883/0475

. -5- 23314Ü9. -5- 23314Ü9

von Automobilen ein irrtümliches Abschalten solcher Schrittmacher mit automatischem Pausieren verursacht und dadurch den Tod des Patienten herbeigeführt hat.of automobiles causes such pacemakers to switch off by mistake with automatic pausing and thereby the Caused death of the patient.

Beim Betrieb von Herzschrittmachereinheiten, sowohl solchen mit vorbestimmter Geschwindigkeit als auch solchen mit automatisch einsetzenden Pausen ist es für den Patienten und/oder einen anwesenden Arzt angebracht, wenn ihnen eine ordnungsgemäße Wiederaufladung des Schrittmachers angezeigt wird. Jedoch ist eine solche telemetrische Fähigkeit bei den bekannten pausierenden Einheiten bisher nicht erfolgreich verwendet worden. Der erfindungsgemäß verbesserte Schrittmacher mit automatiah einsetzenden Pausen enthält ein neuartiges telemetrisches System, welches eine genaue Anzeige erstattet, wenn die in der bei Bedarf pausierenden Einheit enthaltene aufladbare Batterie ordnungsgemäß aufgeladen wird. Das Funktionieren dieses telemetrischen Systems hängt nicht davon ab, ob der Schrittmacher gerade pausiert oder nicht.When operating cardiac pacemaker units, both those with a predetermined speed and those with automatic Onset of breaks, it is appropriate for the patient and / or an attending physician to provide them with a proper recharge of the pacemaker is displayed. However, such telemetry is common to the well-known pausing ones Units have not previously been used successfully. According to the invention improved pacemaker with automatic pauses contains a novel telemetric system, which gives an accurate indication when the rechargeable battery contained in the pausing unit is working properly being charged. The functioning of this telemetry system does not depend on whether the pacemaker is currently paused or not.

Eine weitere Verbesserung der elektrischen Konstruktion der bekannten pausierenden Schrittmacher wird durch Vorsehen einer transistorierten Umschalt-Schaltung erreicht, welche den Ausgang der impulserzeugenden Schaltung mit dem koaxialen Katheter elektrisch verbindet und von ihm trennt und auch die Ausgangsimpulse des Schrittmachers in das Herz des Patienten eingibt, außerdem die vom Herzen beim Schlagen des Herzens ausgehende· elektrische Welle aufnimmt, bzw. überwacht und zur Schrittmachereinheit zurückkoppelt, um eine Pause einzuleiten, wenn dies angebracht erscheint. Insbesondere verbindet die Umschalt-Schaltung den Ausgang der impulserzeugenden Schaltung mit dem Katheter nur, wenn die impulserzeugende Scte. ltung einen herzstimulierenden Impuls erzeugt, um zu verhindern, daß die impulserzeugende Schaltung den Katheter elektrisch auflädt und dadurch verhindert, daß die durch jeden Herzschlag des Patienten erzeugte elektrische Welle ordnungsgemäß überwacht wird.Another improvement in the electrical construction of the known Pausing pacemaker is achieved by providing a transistorized switching circuit that controls the output the pulse generating circuit electrically connects and disconnects from the coaxial catheter and also the output pulses of the pacemaker enters the patient's heart, as well as the information transmitted by the heart when the heart is beating picks up or monitors electrical wave and feeds it back to the pacemaker unit to initiate a pause, if this seems appropriate. In particular, the switching circuit connects the output of the pulse generating circuit to the Catheter only if the pulse-generating Scte. a cardiac stimulant Pulse generated to prevent the pulse generating circuit from electrically charging the catheter and thereby preventing the through every heartbeat of the patient generated electric wave is properly monitored.

309883/0475309883/0475

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und besehrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.Further details of the invention should be based on an exemplary embodiment will be explained and besehrieben in more detail, reference being made to the accompanying drawings.

Fig. la und Ib zeigen - so aneinandergelegt, daß Fig. laFig. La and Ib show - placed next to each other that Fig. La

rechts ist - ein bei einer Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen aufladbaren Herzschrittmachers mit automatischen Pausen verwendetes Schaltschema, on the right is one in one embodiment of the rechargeable cardiac pacemaker according to the invention switching scheme used with automatic pauses,

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die mechanische Konstruktion einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herzschrittmachereinheit mit automatischen Pausen, mit einem weggebrochenen Teil zum Aufzeigen der Verbindung des koaxialen Katheterelements mit der Schrittmachereinheit und der hermetischen Dichtung der Einheit, undFigure 2 is a top plan view of the mechanical construction of an embodiment of the present invention Pacemaker unit with automatic pauses, with one part broken away to show the connection of the coaxial catheter element to the pacemaker unit and the hermetic seal of the unit, and

Fig. 3 ist ein seitlicher Schnitt durch die Schrittmachereinheit von Fig. 2 nach Linie III-III in Fig. 2, mit Blick in Richtung der Pfeile.Figure 3 is a side section through the pacemaker unit of Fig. 2 along line III-III in Fig. 2, looking in the direction of the arrows.

Die mechanische Konstruktion :ies dargestellten Schrittmachers wird anschließend zuerst beschrieben, mit besonderem Augenmerk auf die erfindungsgemäße, doppelt hermetisch abgedichtete elektromagnetische Hülsenkonstruktion, d.h.:The mechanical construction: this illustrated pacemaker will then be described first, with particular attention to the double hermetically sealed electromagnetic according to the invention Sleeve construction, i.e .:

a) einer äußeren hermetischen Dichtung, bzw. einem Behälter, welcher die beeinträchtigende Wirkung von Körperflüssigkeiten verhindert, wodurch die Elektronikbestandteile der Schrittmache reinheit korrodieren könnten, wobei die äußere Hülse jedoch mit Absicht so konstruiert ist, daß das magnetische Wechselfeld zum Aufladen der Schrittmacherbatterie nicht ernstlich gedämpft wird, unda) an outer hermetic seal, or a container, which the adverse effect of body fluids prevents the pacemaker electronics from corroding, but the outer sleeve is intentionally designed so that the alternating magnetic field used to charge the pacemaker battery will not be serious is dampened, and

309883/0475309883/0475

23314392331439

b) einer zweiten oder inneren Hülse, die eine zweite hermetische Dichtung bildet und eine wirksame Abschirmung des Schrittmachers gegen elektromagnetische Interferenz ist, einschließlich des zum Aufladen der Schrittmacherbatterie benötigten magnetischen Wechselfeldes und eines möglichen Auslaufens korrodierender Lösungen aus der Batterie.b) a second or inner sleeve which forms a second hermetic seal and an effective shield of the pacemaker Electromagnetic interference, including the magnetic used to charge the pacemaker battery Alternating field and a possible leakage of corrosive solutions from the battery.

In Fig. 2 und j5 der Zeichnungen ist der Elektronikteil der dargestellten Ausführungsform des Schrittmachers in Form zweier gedruckter Schaltungstafeln Io und eines dazwischen angeordneten Schaltungsteils 11 gezeigt und enthält z.B. die die herzstimulierenden Ausgangsimpulse erzeugende Taktgeberschaltung, die beschriebene Transistor-Umschalt-Schaltung, die Ladeschaltung mit assoziierter telemetrischer Schaltung zum Überwachen der Ladung, und die zum Verstärken und Formen der vom Herzen ausgehenden elektrischen Welle (dem sogenannten R-Wellensignal) dienende Schaltung, die das Signal zum Hemmen des Schrittmachers verwendet, wenn das Herz des Patienten in einwandfreier Geschwindigkeit natürlich schlägt.In Figures 2 and 5 of the drawings, the electronic part is that illustrated Embodiment of the pacemaker in the form of two printed circuit boards Io and one arranged between them Circuit part 11 shown and contains, for example, the heart-stimulating output pulses generating clock circuit, the transistor switching circuit described, the charging circuit with associated telemetric circuit for monitoring the Charge, and that used to amplify and shape the electrical wave emanating from the heart (the so-called R-wave signal) circuit that uses the signal to inhibit the pacemaker when the patient's heart is at a safe speed of course beats.

Diese Elektronik-Schaltung ist in Fig. la und Ib schematisch dargesbellt. Ihr Funktionieren wird nachstehend genauer beschrieben. This electronic circuit is schematic in Fig. La and Ib depicted. Their functioning is described in more detail below.

Die Elektronikteile lo, 11 und ein Ausgangstransformator 12 sind in einem hohlen, im wesentlichen rechtwinkligen Gehäuse aus Metall enthalten, welches in idealer Weise sowohl magnetisch äußerst durchlässig als auch elektrisch leitend ist (Widerstand in der Regel geringer als Io Mikroohmzentimeter) und dessen Wände relativ dick sind (Dicke größer als ungefähr o,127 mm), so daß die Elektronikschaltungen lo, wirksam gegen außen erzeugte magnetische Interferenz einschließlich des intensiven magnetischen Wechselfelds zum Aufladen abgeschirmt und auch widerstandsfähig gegen Korrosion durch Auslaufen des Batterieelektrolyts sind.The electronic parts lo, 11 and an output transformer 12 are contained in a hollow, substantially rectangular, metal housing which is ideally both magnetic is extremely permeable as well as electrically conductive (resistance usually less than Io micro-ohm centimeter) and its walls are relatively thick (thickness greater than about 0.17 mm) so that the electronic circuits lo, effective against externally generated magnetic interference including the intense magnetic The alternating field is shielded for charging and also resistant to corrosion due to battery electrolyte leakage.

309883/0475 " ^δ "309883/0475 " ^δ "

Das innere Gehäuse I3 kann z.B. aus einem Material wie z.B. reinem Nickel von ο,25^ bis o,5o8 mm Dicke hergestellt sein und eine zwischen looo zu Io ooo liegende magnetische Permeabilität aufweisen. Ein anderes lediglich gut leitendes Material wie z.B. reines Gold (Widerstand ~ Mikroohmzentimeter) //ürde bei genügender Dicke, d.h. o,254 mm oder stärker auch für die innere hermetische Dichtung/die elektromagnetische Hülse 13 genügen.The inner housing I3 may be made of a material such as e.g. pure nickel from 0.25 to 0.508 mm thick and a magnetic permeability between looo and Io ooo exhibit. Another material that is only a good conductor, such as pure gold (resistance ~ micro-ohm centimeter) // would if the thickness is sufficient, i.e. 0.254 mm or more, also for the inner hermetic seal / electromagnetic sleeve 13 suffice.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schrittmachereinheit werden die Elektronikschaltungen lo, 11 und der Ausgangstransformator 12 in der inneren Hülse 13 angebracht und letztere dann mit einem geeigneten Füllmaterial lh, z.B. Siliziumgummi der bekannten medizinischen Silastikverbindung gefüllt. Anschließend wird das offene Ende des Behälters 13 mit einem in geeigneter Weise ausgebildeten Stirnkappenelement 15 bedeckt, das vorzugsweise auch aus einem magnetisch durchlässigen und elektrisch leitenden Material wie reinem Nickel hergestellt ist. Gemäß Fig. 3 ist an der Stirnkappe 15 eine rechteckige Schulter 16 ausgebildet, welche mit dem offenen Ende des Metallbehälters 13 zusammenpaßt und dieses abdichtet. Die Kappe wird z.B. um die Schulter 16 durch Elektronenstrahlschweißung mit dem Behälter 13 dauerhaft verbunden, um eine hermetische Abdichtung herzustellen.In the manufacture of the pacemaker unit according to the invention, the electronic circuits 10, 11 and the output transformer 12 are placed in the inner sleeve 13 and the latter is then filled with a suitable filler material 1h , for example silicon rubber of the known medical silastic compound. The open end of the container 13 is then covered with a suitably designed end cap element 15, which is preferably also made of a magnetically permeable and electrically conductive material such as pure nickel. According to FIG. 3, a rectangular shoulder 16 is formed on the end cap 15 which fits together with the open end of the metal container 13 and seals it off. The cap is permanently connected to the container 13, for example around the shoulder 16 by electron beam welding, in order to produce a hermetic seal.

An der metallischen Stirnkappe 15 ist ebenfalls eine äußere rechteckige Schulter 17 ausgebildet, welche mit einer äußeren hohlen Hülse 16 zusammenpaßt und diese abdichtet. Die Hülse ist im ganzen rechtwinklig mit abgerundeten Ecken und Kanten und aus einem dünnwandigen Material xvie korrosionsbeständigem Stahl von z.B. o,127 bis o,25^ mm Dicke und vernachlässigbarer magnetischer Permeabilität (z.B. weniger als 2) und einem relativ hohen elektrischen Widerstand (z.B. zwischen 5° und loo Mikroohmzentimeter) hergestellt. Wie bereits besprochen, ist der Zv/eckOn the metallic end cap 15 is also an outer one rectangular shoulder 17 formed which mates with an outer hollow sleeve 16 and seals this. The sleeve is on the whole rectangular with rounded corners and edges and made of a thin-walled material xvie corrosion-resistant steel of e.g. 0.17 to 0.25 mm thick and negligible magnetic Permeability (e.g. less than 2) and a relatively high electrical resistance (e.g. between 5 ° and 100 micro-ohm centimeters) manufactured. As already discussed, the Zv / corner

3 O 9 8 8 3 / O U 7 53 O 9 8 8 3 / O U 7 5

dieses äußeren Gehäuses 18 vorzüglich die gesamte Schrittmachereinheit gegen das Eindringen von Körperflüssigkeiten hermetisch abzudichten, die insbesondere auf die Elektronikbestandteile der Schrittmachereinheit eine korrodierende Wirkung ausüben könnten. Da jedoch dieser äußere Behälter 18 magnetisch nicht permeabel, dünnwandig und elektrisch widerstandsfähig ist, ist er auch vergleichsweise transparent, d.h. er bewirkt eine geringe Dämpfung des magnetischen Feldes zum Aufladen der Schrittmacherbatterie, wie nachstehend beschrieben. Das äußere Gehäuse kann auch aus anderem dünnen Metall (Dickegrad von ungefähr 0,0762 bis 0,508 mm) wie Titan oder der mit Haynes 25 bezeichneten Legierung hergestellt sein. Eine Glas-, Keramik- oder aus sonstigem, nichtleitendem, nicht permeablen, hermetisch abdichtenden Material hergestellte Hülse für das äußere Gehäuse 18 würde auch vollständig zufriedenstellend sein, und zwar auch bei einer beträchtlich größeren Dicke (maximale Dicke ungefähr 1,27 mm), da diese Materialien in keiner Weise elektrisch leitend oder magnetisch permeabel sind.this outer housing 18 especially the entire pacemaker unit to hermetically seal against the ingress of body fluids, in particular on the electronic components corrosive effects on the pacemaker unit. However, since this outer container 18 is not magnetic Permeable, thin-walled and electrically resistant, it is also comparatively transparent, i.e. it has a low effect Attenuation of the magnetic field to charge the pacemaker battery, as described below. The outer case can also be made of other thin metal (thickness from approximately 0.0762 to 0.508 mm) such as titanium or the one designated Haynes 25 Alloy be made. A glass, ceramic or other, non-conductive, non-permeable, hermetically sealing Material made sleeve for the outer housing 18 would also be entirely satisfactory, too with a considerably greater thickness (maximum thickness approximately 1.27 mm), as these materials are in no way electrically conductive or are magnetically permeable.

Das äußere Gehäuse 18 ist ebenfalls an einem Ende offen, wo es die äußere Schulter 17 der Stirnkappe I5 aufnimmt und z.B. durch Elektronenstrahlschweißung zum Herstellen einer hermetischen Dichtung mit dieser verbunden wird. Es liegt jedoch auf der Hand, daß vor Aufbringen der Stirnkappe I5 am äußeren Behälter 18 die bei I9 gezeigte aufladbare Batterie mit Eingangstransformator 2o im äußeren Behälter 18 angebracht und dann mittels einer medizinischen Silastik-Verbindung oder dgl. 19a darin eingeschlossen wird. Die Batterie I9 kann z.B. eine Einzellen-Nickel-Kadmiumbatterie sein, die eine Nennspannung von 1,25 V mit einer Kapazität von 2oo Milliamperestunden erzeugen kann. Der Eingangstransfibrmator 2o könnte dagegen vorzugsweise die Form eines flachen Platten- bzw. Kernelementes aus magnetisch permeablem (d.h. Ferrit-)Material haben, das von einer Isolierwicklung mit mehreren Wicklungen umgeben ist. Gemäß Fig. 3 kann der Transformator 2o z.B. durch Anleimen oben an der Innenfläche des äußeren Gehäuses 18 angebracht werden.The outer housing 18 is also open at one end where it receives the outer shoulder 17 of the end cap I5 and e.g. Electron beam welding is connected to produce a hermetic seal with this. However, it is up to the Hand that before attaching the end cap I5 to the outer container 18 shows the rechargeable battery with input transformer shown at I9 2o attached in the outer container 18 and then by means of a medical Silastic connection or the like. 19a therein is included. The battery I9 can, for example, be a single-cell nickel-cadmium battery that can generate a nominal voltage of 1.25V with a capacity of 200 mAh. The input Transfibrmator 2o could, however, preferably the In the form of a flat plate or core element made of magnetically permeable (i.e. ferrite) material, which is supported by an insulating winding is surrounded with several windings. According to Fig. 3, the transformer 2o can e.g. of the outer housing 18 can be attached.

309883/0475309883/0475

- Io -- Io -

An der Stirnkappe 15 ist auch eine (an der Einheit gemäß Fig. 2 an der linken oberen Ecke gelegene) öffnung hergestellt, welche zum Durchführen einer Verbindung zwischen der Schrittmachereinheit und einem allgemein mit 21 bezeichneten koaxialen Katheterelement konventioneller Bauart dient. Die Käthetereinheit 21 weist, wie bekannt, ein zentrales Leitungselement 22 auf, das von einem äußeren umkleidenden Leiterelement 23 umgeben ist, wobei die koaxial angeordneten Leiterelemente 22, 23 durch elektrisches Isoliermaterial 24 voneinander getrennt sind. Um die Kathetereinheit 21 ist auch eine äußere elektrisch isolierende Hülse vorgesehen, wie sie bei 25 dargestellt ist, die aus einem Material wie z.B. einem medizinischen Silastikstoff hergestellt ist.On the end cap 15 there is also a (on the unit according to FIG the upper left corner) opening, which is used to carry out a connection between the pacemaker unit and a coaxial catheter element, generally designated 21, of conventional design is used. The catheter unit 21 has As is known, a central line element 22 which is surrounded by an outer sheathing conductor element 23, the coaxially arranged conductor elements 22, 23 by electrical Insulating material 24 are separated from one another. Around the catheter unit 21 is also an outer electrically insulating sleeve as shown at 25, made from a material such as medical grade silica is.

Die Leitungselemente 22, 23 der Kathetereinheit sind mit der inneren Elektronikschaltung der Schrittmachereinheit elektrisch verbunden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben. Diese Verbindung besteht aus einem Paar von Ko var-Durchführungse lernen -The lead elements 22, 23 of the catheter unit are electrical with the internal electronic circuit of the pacemaker unit connected as described in detail below. This connection consists of learning a pair of co var implementations -

,an
ten, die der Stirnkappe 15 angebracht sind, und von denen eine in Pig. 2 und 3 bei 26 dargestellt ist. Diese Durchführungseinheiten 26 stellen eine elektrische Verbindung zwischen dem Katheter 21 und der Elektronik her, ohne die hermetische Dichtung zwischen der Stirnkappe und dsr¹ inneren Hülse I3 zu stören. Die Stirnkappe 15 ist vorzugsweise mit einem geeigneten Vergießmaterial 26a ausgefüllt, das nicht nur als elektrischer Isolator dient, sondern auch einen Teil der hermetischen Dichtung für die Einheit darstellt und letztere vor mechanischen Erschütterungen schützt.,at
th attached to the end cap 15 and one of which in Pig. 2 and 3 is shown at 26. This management units 26 provide an electrical connection between the catheter 21 and the electronics forth without the hermetic seal between the end cap and interfering dsr inner sleeve ¹ I3. The end cap 15 is preferably filled with a suitable potting material 26a, which not only serves as an electrical insulator, but also forms part of the hermetic seal for the unit and protects the latter from mechanical vibrations.

Um den Schrittmacher verträglicher für die Einpflanzung in einen menschlichen Körper zu machen, wird die gesamte Schrittmachereinheit nach der Herstellung vorzugsweise mit einem durchgehenden Überzug 27 aus geeignetem Kunststoffmaterial versehen, z.B. medizinischem Silastik- und/oder Epoxyharz, und zwar in einerIn order to make the pacemaker more compatible for implantation in a human body, the entire pacemaker unit is used after manufacture, preferably provided with a continuous covering 27 of suitable plastics material, e.g. medical grade silastic and / or epoxy resin, all in one

- 11 309883/0475 - 11 309883/0475

oder mehreren Lagen, um eine Korrosion der äußeren Metallhülse zu verhindern und eine Reizung des Körpergewebes herabzusetzen. Jm die Schrittmachereinheit so klein wie möglich gestalten zu können und gleichzeitig die gewünschte hermetische Dichtung der Elektronikschaltungen lo, 11 durchzuführen, können diese Schaltungen, falls gewünscht, in der bekannten Hybrid-Schaltungstechnik hergestellt werden; d.h. die Schaltungen lo, 11 können in einer verschlossenen Metallhülse bzw. einem solchen Behälter hergestellt sein, welcher selbst als hermetische Dichtung/elektromagnetische Hülse für die Schaltungen dient.or multiple layers to prevent corrosion of the outer metal sleeve and reduce irritation of the body tissue. In order to be able to make the pacemaker unit as small as possible and at the same time achieve the desired hermetic seal of the To carry out electronic circuits lo, 11, these circuits, if desired, made in known hybrid circuit technology; i.e. the circuits lo, 11 can be in a closed metal sleeve or such a container, which itself as a hermetic seal / electromagnetic Sleeve for the circuits is used.

Kurz gesagt, die mechanische Konstruktion des vorgeschlagenen Herzschrittmachers weist eine äußere hermetische Dichtung (die Wand IG) auf, die aus einem Material sehr hohen elektrischen Widerstands und vernachlässigbarer magnetischer Permeabilität hergestellt ist, welches außerdem korrosionsbeständige Eigenschaften aufweist, die die Möglichkeit ausschließen, daß Körperflüssigkeiten in den Schrittmacher eindringen und die inneren Elektronikanlagen, wie z.B. den Eingangstransformator 2o, den Ausgangstransformator 12 und die Schaltungen Io und 11 zerstören. Da diese äußere hermetische Dicht mg l8 dünnwandig ist und einen elektrischen Widerstand darstellt, wird das periodische magnetische Ladesignal nicht wesentlich gedämpft, welches während des Ladevorganges dem Eingangstransformator 2o eingegeben wird. Das innere Gehäuse IJ ist umgekehrt aus einem hochleitenden undmagnetisch permeablen Material hergestellt, welches eine innere hermetische Dichtung zum Schutz des Ausgangstransformators 12 und der Elektronikschaltungen Io und 11 gegen elektromagnetische Interferenz dient, welche aufgrund des Ladequellenfeldes hoher Energie und eventuell äußerer Hochfrequenzquellen wie den oben genannten, entstehen kann.In short, the mechanical design of the proposed The pacemaker has an outer hermetic seal (the wall IG) that is made of a very high electrical material Resistance and negligible magnetic permeability is established, which also has corrosion-resistant properties has, which exclude the possibility that body fluids penetrate the pacemaker and the internal electronics, such as the input transformer 2o, the Destroy output transformer 12 and circuits Io and 11. Since this outer hermetic seal mg l8 is thin-walled and represents an electrical resistance, the periodic magnetic charging signal is not significantly attenuated, which the input transformer 2o is entered during the charging process. The inner housing IJ is reversed from a highly conductive one and made magnetically permeable material which has an internal hermetic seal to protect the output transformer 12 and the electronic circuits Io and 11 against electromagnetic Interference is used, which due to the charging source field of high energy and possibly external high frequency sources such as the above, can arise.

Nach dieser Beschreibung der mechanischen Konstruktion der dargestellten Ausführungsform des Herzschrittmachers werden anschließend die in Fig. la und Ib dargestellten Elektronikschaltungen besprochen. Wie nachstehend genauer beschrieben, dienenAfter this description of the mechanical construction of the illustrated embodiment of the cardiac pacemaker are then the electronic circuits shown in Fig. La and Ib discussed. As described in more detail below, serve

309883/0475309883/0475

- 12 -- 12 -

233H39233H39

diese Schaltungen zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen zum Stimulieren des Herzens unter Kontrolle einer Schaltung, welche die Herzschläge des Patienten überwacht und die Erzeugung von herzstimulierenden Impulsen hemmt, wenn das Herz des Patienten in natürlicher Weise und akzeptabler eigener Geschwindigkeit schlägt.these circuits to generate output pulses for Stimulating the heart under the control of a circuit that monitors the patient's heartbeats and the generation of cardiac stimulating impulses when inhibits the patient's heart naturally and at an acceptable rate of its own beats.

Gemäß Fig. la wird die elektrische Energie für die Elektronikschaltung der vorgeschlagenen Schrittmachereinheit durch eine bei 19 gezeigte aufladbare Einzellenbatterie des Nickel-Kadmium-Typs vorgesehen. Die Batterie I9 wird in einwandfreiem Betr ~jozustand durch Aufladeenergie gehalten, welche durch die Haut des Patienten aus einer geeigneten äußeren Aufladeenergiequelle induktiv eingegeben wird, und zwar durch den Eingangstransformator 2o mit Ferritkern und dargestelltem Aufladekopf 2oa, wie bei Barnhart et al. in "A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker", in API Technical Digest, Band 9, Nr. 3, Januar-Februar I970, Seiten 2-9 beschrieben. Die an der oberen Sekundärwicklung des Eingangstransformators 2o auftretende, zum Wiederaufladen dienende Eingangsenergie wird durch den konventionellen Vo11weIlen-Brückendioden-Gleichrichter gleichgerichtet. Der an den Diagonalen des Gleichrichters 30 auftretende Ladeausgangsstrom wird der Batterie I9 durch eine Reihe von Ladeschaltkreisen eingegeben, welche aus einem konventionellen Feldeffekt-Transistor Jl zur Strombegrenzung, einem Stromüberwachungswiderstand 32 und einem kleinen (z.B. drei Ohrc) Spannungsabfall-Widerstand 33 bestehen. Ein Filterkondensator JK ist parallel geschaltet zum Ausgang des Vollwellen-Gleichrichters 30 und zwar zwischen einer Ausgangsklemme des Widerstands 33 und dem Punkt, an dem das Ausgangselement des Feldeffekt-Transistors 3I mit dem Stromüberwachungswiderstand 32 verbunden ist.According to FIG. 1 a, the electrical energy for the electronic circuit of the proposed pacemaker unit is provided by a rechargeable single-cell battery of the nickel-cadmium type shown at 19. The battery 19 is kept in good operating condition by charging energy which is inductively input through the patient's skin from a suitable external charging energy source, namely through the input transformer 2o with a ferrite core and the charging head 2oa shown, as in Barnhart et al. in "A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker", in API Technical Digest, Volume 9, No. 3, January-February 1970, pages 2-9. The input energy that occurs at the upper secondary winding of the input transformer 2o and is used for recharging is rectified by the conventional full-wave bridge diode rectifier. The charging output current occurring on the diagonals of the rectifier 30 is input to the battery I9 through a series of charging circuits, which consist of a conventional field effect transistor Jl for current limitation, a current monitoring resistor 32 and a small (e.g. three ears) voltage drop resistor 33. A filter capacitor JK is connected in parallel with the output of the full-wave rectifier 30 between an output terminal of the resistor 33 and the point at which the output element of the field effect transistor 3I is connected to the current monitoring resistor 32.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator 35 konventioneller Bauart ist durch Leitungen 36 und 37 so verbunden, daß er Betriebsspannung aus dem Ausgang des Vollwellen-Brückengleichrichters 30A voltage controlled oscillator 35 of conventional design is connected by lines 36 and 37 so that it has operating voltage from the output of the full wave bridge rectifier 30

309883/0475309883/0475

- 13 -- 13 -

- 15 - 2331 Λ 9 9- 15 - 2331 Λ 9 9

empfängt. Der Oszillator 35 ist über die Leitungen 36, 38 so geschaltet, daß er ein Steuerspannungssignal erhält, welches über den Stromüberwachungswiderstand 32 gebildet wird. Das Ergebnis dessen ist, daß die vom Oszillator 35 erzeugte Ausgangsfrequenz sich gemäß dem Wert des der Batterie 19 eingegebenen Ladestroms ändert. Z.B. ist in einer praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der spannungsgesteuerte Oszillator 35 so konstruiert, daß er eine Ausgangsfrequenz von Io kHz erzeugt, und zwar bei einem vorbestimmten Sättigungsladestrom von 4o mA. Das telemetrische Ausgangsfrequenzsignal des Oszillators 35 liefert also, wenn es über die Wicklung 2ob von einer (nicht gezeigten) äußeren Empfängereinheit erfaßt wird genaue Anzeigen und zwar sowohl, daß eine Aufladung stattfindet als auch den genauen Wert des Ladestroms. Der Ausgang des Oszillators 35 könnte beispielsweise über eine separate Wicklung 39 mit dem Eingangstransformator 2o verbunden sein, wodurch er mit dem äußeren Empfänger induktiv gekoppelt wäre. In dieser Weise könnte der Eingangstransformator 2o dem zweifachen Zweck dienen, nämlich die Ladeenergie mit dem Schrittmacher, und das telemetrische Signal des Schrittmachers mit dem äußeren Empfänger zu verbinden .receives. The oscillator 35 is via the lines 36, 38 so switched so that it receives a control voltage signal which is formed via the current monitoring resistor 32. That The result of this is that the output frequency generated by the oscillator 35 changes according to the value of the charging current input to the battery 19. E.g. is in a practical embodiment According to the present invention, the voltage controlled oscillator 35 is constructed to have an output frequency of Io kHz generated at a predetermined saturation charge current of 40 mA. The telemetric output frequency signal of the oscillator 35 thus delivers when it passes through the winding 2ob of an external receiver unit (not shown), accurate indications are detected, both that charging is taking place as well as the exact value of the charging current. The output of the oscillator 35 could, for example, be via a separate winding 39 be connected to the input transformer 2o, whereby he would be inductively coupled to the outer receiver. In this way the input transformer 2o could serve the dual purpose of namely to connect the charging energy with the pacemaker, and the telemetric signal of the pacemaker with the external receiver .

Der Widerstand 33 kleinen Wertes, der in dem Ladestromkreis mit der Batterie I9 verbunden ist, dient auch zum äußeren Überwachen des LadeVorgangs. Kurz gesagt, bewirkt ein über den Widerstand 33 beim Aufladen auftretender Spannungsabfall eine Verkürzung der Zeit zwischen den Impulsen und auf diese Weise eine Erhöhung der von der Taktgeber-Schaltung erzeugten Ausgangsimpulsgeschwindigkeit. Dadurch ist es wiederum für den Patienten und/oder den überwachenden Arzt möglich, die stattfindende Wiederaufladung dadurch festzustellen, daß sich die Impulsgeschwindigkeit des Patienten erhöht.The small-value resistor 33, which is connected to the battery I9 in the charging circuit, is also used for external monitoring the charging process. In short, a voltage drop across the resistor 33 during charging causes a shortening the time between pulses and thus an increase in the output pulse rate generated by the clock circuit. This in turn makes it possible for the patient and / or the supervising doctor to re-charge the battery that is taking place by detecting that the patient's pulse rate is increasing.

Die in der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers verwendete Taktgeber-Schaltung enthält das Transistorpaar 4o, 41, das mit den Widerständen 42, 43 und 44, demIn the embodiment of the pacemaker according to the invention shown clock circuit used contains the transistor pair 4o, 41, which with the resistors 42, 43 and 44, the

3 0 3 8 8 3/04753 0 3 8 8 3/0475

- 14 -- 14 -

- 14 - 2331439- 14 - 2331439

taktgebenden Kondensator 45 und dem Ausgangstransformator 12 einen konventionellen Kippgenerator-Schaltkreis bildet.clocking capacitor 45 and the output transformer 12 forms a conventional ripple generator circuit.

Es wird z.B. angenommen, daß die Transistoren 4o, 41 anfangs beide nicht leitend sind, und daß der Transistor 46 in der (nachstehend genauer beschriebenen) Geschwindigkeitssteigerungs-Schaltung ebenfalls abgeschaltet ist. Der Taktgeber-Kondensator 45 wird daher über die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 und die Widerstände 44 und 42 aufgeladen, wobei der Widerstand 42 im Vergleich zum Widerstand 44 (z.B. 47o Ohm) einen relativ großen Wert (z.B. 1,2 Megohm aufweist. Dieser durch Widerstand 42 laufende Ladestrom erhält den Transistor 4o in nichtleitendem Zustand, bis Kondensator 45 bis zu einem vorbestimmten Grad aufgeladen ist, zu welcher Zeit der Transistor 4o einschaltet und Transistor 41 durch Rückkopplung ebenfalls leitend wird. Wenn die Transistoren 4o, 41 leitend sind, ist eine Seite des Kondensators 45 (die untere Seite in Fig. la) mit der negativen Zuführungsleitung 26a verbunden, während die andere Seite dieses Kondensators über die Vereinigungsstelle von Emit·ο·:r und Basis des Transistors 4o und den Widerstand 33 mit der positiven Klemme der Batterie I9 verbunden ist. Dieser Zustand dauert so lange, wie die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 die Versorgungsspannung aufrechterhalten kann, z.B. ist in einer praktischen Ausführungsform der dargestellten Schrittmacherschaltung dieser Zeitintervall als eine Millisekunde vorbestimmt. Anschließend ist die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 gesättigt und der Transistor 41 kann nicht mehr genügend Strom führen, um seinen Kollektor an Masse zu halten. Darum nimmt der Strom durch Kondensator 45 ab und schaltet den Transistor 4o aus, der durch Rückkopplung Transistor 41 ausschaltet. Jetzt ist die Schaltung fertig für einen impulserzeugenden Zyklus.For example, it is assumed that transistors 4o, 41 are initially both are not conductive, and that the transistor 46 in the (hereinafter described in more detail) speed increase circuit is also switched off. The clock capacitor 45 is therefore across the primary winding of the output transformer 12 and the resistors 44 and 42 are charged, with resistor 42 having a relatively large value (e.g. 1.2 megohms. This charging current running through resistor 42 keeps transistor 4o non-conductive until capacitor 45 is charged to a predetermined level, to which Time the transistor 4o turns on and transistor 41 by feedback also becomes conductive. When the transistors 4o, 41 are conductive, one side of the capacitor 45 (the lower side in Fig. la) connected to the negative supply line 26a, while the other side of this capacitor crosses the junction of Emit · ο ·: r and base of transistor 4o and the Resistor 33 connected to the positive terminal of battery I9 is. This state lasts as long as the primary winding of the output transformer 12 maintains the supply voltage may, for example, in a practical embodiment is that shown Pacemaker circuit this time interval predetermined as one millisecond. Then the primary winding of the Output transformer 12 is saturated and transistor 41 can no longer carry enough current to keep its collector at ground. Therefore the current through capacitor 45 decreases and turns off transistor 4o, which turns off transistor 41 by feedback. Now the circuit is ready for a pulse generating one Cycle.

Daraus folgt, daß die dargestellte impulserzeugende Schaltung, wenn sie nicht gehemmt ist, eine Reihe von positiv verlaufenden Steuerimpulsen parallel zur Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 erzeugt, wobei jeder Impuls eine Amplitude vonIt follows that the illustrated pulse generating circuit, when uninhibited, has a number of positive going Control pulses generated in parallel to the secondary winding of the output transformer 12, each pulse having an amplitude of

309883/0475309883/0475

- .15 -- .15 -

ungefähr 5 Volt und eine Impulsbreite von 1 Millisekunde aufweist. Der Ausgangstransformator 12 bewirkt außerdem, daß jeder herzstimulierende Ausgangsimpuls des Schrittmachers einen ie gativ verlaufenden Teil von ungefähr der gleichen Größe wie der positiv verlaufende Herz-Steuerimpulsteil aufweist, um den Netboionenstrom im Blut in Nähe der (noch zu beschreibenden) Katheterelektroden so klein wie möglich zu halten. In der Regel beträgt eine PuIswiederhölungsgeschwindigkeit für die impulserzeugende Schaltung 72 Impulse pro Minute, wie in erster Linie durch Widerstand 45 und Kondensator 45 bestimmt.approximately 5 volts and a pulse width of 1 millisecond. The output transformer 12 also causes each cardiac stimulating The output pulse of the pacemaker has a negative running part of approximately the same size as the positive running heart control pulse part to the netboionenstrom in the blood in the vicinity of the catheter electrodes (to be described) as small as possible. As a rule, a pulse repetition speed is for the pulse generating circuit 72 pulses per minute, as primarily through resistor 45 and capacitor 45 is determined.

Eine Seite der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 ist mit dem umkleidenden Leiterelement 23 des koaxialen Katheters gemäß Pig. Ib durch Leitung 47 unmittelbar verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators mit dem zentralen bzw. inneren Katheterlelter 22 verbunden ist, und zwar über Leitung 48 und einem in Reihe geschalteten transistorisierten, bipolaren Umschalt-Schaltkreis konventioneller Bauart mit Transistorpaar 49, 5o und Widerständen 51» 52. Ein Gleichstrom-Isolierkondensator 53 ist zwischen den Ausgangstransformator 12 und der bipolaren Umschalt-Schaltung 49, 50 angeordnet, um eine versehentliche Anlegung der Batteriespannung unmittelbar an das Herz des Patienten zu vermeiden.One side of the secondary winding of the output transformer 12 is connected to the sheathing conductor element 23 of the coaxial catheter according to Pig. Ib directly connected by line 47 while the other end of the secondary winding of the output transformer is connected to the central or inner catheter sleeve 22, namely via line 48 and a series-connected transistorized, conventional design bipolar switching circuit with transistor pair 49, 50 and resistors 51 »52. A direct current isolating capacitor 53 is arranged between the output transformer 12 and the bipolar switching circuit 49, 50, to avoid accidental application of battery voltage directly to the patient's heart.

Das durch das Transistorpaar 49, 5o gebildete Ausgangsschaltglied ist nur dann geschlossen, wenn ein Ausgangsimpuls an der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 zum Eingeben in das Herz des Patienten erscheint. Während des positiven Teils des von der Taktgeberschaltung ausgehenden Ausgangsimpulses ist die Transistorstufe 49 leitend und verbindet den Ausgangstransformator 12 mit der Ausgangsleitung 48, wogegen während des negativen Teils des herzstimulierenden Ausgangsimpulses der andere Transistor 50 leitend ist. Zu allen sonstigen Zeiten ist dieser Umschalt-Schaltkreis 49, 50 offen und besitzt eine hohe Eingangsimpedanz für die den Herzschlag überwachende Schaltung, wie nachgehend genauer beschrieben.The output switching element formed by the transistor pair 49, 5o is only closed when an output pulse is applied to the secondary winding of the output transformer 12 for input into the heart of the patient appears. During the positive part of the output pulse from the clock circuit, the transistor stage is on 49 conductive and connects the output transformer 12 with of the output line 48, while the other transistor 50 is conductive during the negative part of the heart-stimulating output pulse is. At all other times this switching circuit 49, 50 is open and has a high input impedance for the heartbeat monitoring circuit, as described in more detail below.

3Ü9883/CH73Ü9883 / CH7

- 16 -- 16 -

-16- 233: '39-16-233: '39

Mit anderen Worten ist das transistorierte Glied 49, 5o mit der Überwachungsschaltung elektrisch parallel geschaltet, so daß, wenn dieses Umschaltglied nicht vorgesehen wäre, die durch den Ausgangstransformator 12 dargestellte niedrige Impedanz die Wirkung haben würde, den Herzschlag-Ausgangsimpuls zu vermindern und dadurch eine einwandfreie Überwachung desselben zu verhindern.In other words, the transistorized element 49, 5o is connected electrically in parallel with the monitoring circuit, so that if this switching element would not be provided by the output transformer 12 would have the effect of reducing the heartbeat output pulse and thereby to prevent proper monitoring of the same.

Wie bereits bemerkt, werden die soeben beschriebenen, von der Taktgeberschaltung ausgehenden, herzstimulierenden Ausgangsimpulse mittels eines konventionellen koaxialen Katheters 21 gemäß Pig. Ib in das Herz des Patienten eingegeben. Der Katheter 21 endet an einem mit dem äußeren Katheterleiterelement 27> und Ausgangsleitung 27 elektrisch verbundenen, näheren Elektrodenelement 54 und einem entfernteren Elektrodenelement 55, welches mit dem inneren Katheterleiter 22 und Ausgangsleitung 48 elektrisch verbunden ist. Es sollte hier bemerkt werden, daß die Ausgangsleitung 47 in Nähe der positiven Klemme der Batterie I9 vorzugsweise nicht mit der positiven Spannungszuführung 55a verbunden ist, sie ist anstelledessen mit dieser positiven Spannungszuführung körperlich dicht am Katheter verbunden, und zwar über die transistorierte Schaltung, die die Betriebsspannung von der Batterie I9 empfängt, um die Wirkung der Ausgangsstromstöße auf diese Schaltung so klein wie möglich zu halten. Dies ist in Fig. 'la und Ib dadurch dargestellt, daß sich die Leitung 47 von Fig. la zu Fig. Ib erstreckt, ehe sie mit der positiven Spannungszuführungsleitung 55a verbunden ist.As already noted, the heart-stimulating output pulses just described, emanating from the clock circuit, are generated by means of a conventional coaxial catheter 21 according to Pig. Ib entered into the patient's heart. The catheter 21 ends at a closer electrode element 54, which is electrically connected to the outer catheter conductor element 27 and output line 27, and a more distant electrode element 55, which is electrically connected to the inner catheter conductor 22 and output line 48. It should be noted here that the output line 47 is preferably not connected in the vicinity of the positive terminal of the battery I9 to the positive voltage supply 55a, is instead connected to the positive voltage supply physically close to the catheter, through the transistorized circuit which Receives operating voltage from battery I9 in order to keep the effect of the output current surges on this circuit as small as possible. This is shown in FIGS. 1 a and 1 b in that the line 47 extends from FIG. 1 a to FIG. 1 b before it is connected to the positive voltage supply line 55 a.

Nach Beschreibung der Entstehung der herzstimulierenden Impulse wird anschließend der Schaltungsbereich beschrieben, der die vom Herzen durch den Herzschlag hervorgerufene elektrischen Impulse überwacht und diese überwachten Impulse dazu verwendet, um die Taktgeberschaltung zu hemmen, wenn das Herz in akzeptabler Eigengeschwindigkeit schlägt.After describing the origin of the heart-stimulating impulses, the circuit area is then described which the monitors electrical impulses caused by the heartbeat and uses these monitored impulses to: to inhibit the clock circuit when the heart beats at an acceptable rate.

- 17 3Ü9883/0475 - 17 3Ü9883 / 0475

- ι? - 233 K99- ι? - 233 K99

Der koaxiale Katheter ist am Herzen in der Weise angeordnet, daß er nicht nur die herzstimulierenden Impulse des Schrittmachers eingibt, um ein gesteuertes Schlagen des Herzens zu initiieren, sondern auch das durch das Schlagen im Herzen erzeugte elektrische Signal wird über die Elektroden 54, 55 abgetastet und erscheint am Eingang eines aus Transistorstufen 56, 57 und bestehenden konventionellen Dreistufen-Kaskadenverstärkers. Dieses vom Herzen erzeugte Signal beäbeht aus dem sogenannten "QRS-T-Komplex', der synchron mit der ventrikulären Kontraktion verläuft, das heißt, daß die Kontraktion mit dem Auftakt (Vorderflanke), der Q-WeHe anfängt und mit dem Abklingen (Hinterflanke),der T-WeHe endet.The coaxial catheter is arranged on the heart in such a way that it does not only receive the heart stimulating impulses from the pacemaker inputs to initiate a controlled beating of the heart, but also that produced by the beating in the heart electrical signal is sampled across the electrodes 54, 55 and appears at the input of one of transistor stages 56, 57 and existing conventional three-stage cascade amplifier. This The signal generated by the heart comes from the so-called "QRS-T complex", which is synchronous with the ventricular contraction, i.e. the contraction begins with the beginning (leading edge), the Q-WeHe begins and with the decay (rear flank), the T-WeHe ends.

Beim Anlagen an die Basis der ersten Transistorverstärkungsstufe 56 über den Koppelkondensator 59 hat der R-WellenEingangsteil des Herzsignals in der Regel einen Wert von mindestens 3 Millivolt. Die dreistufige Verstärkerschaltung 56-58 weist einen kombinierten Verstärkungsgrad von ungefähr 2oo auf, so daß der Verstärker-Ausgang durchschnittlich eine positiv verlaufende Impulshöhe von 600 Millivolt aufweist, wodurch das Vorhandensein des R-Wellenteils bei jedem Herzschlag angezeigt wird. Eine Zenerdiodenschaltung 6o von doppelter Polarität ist über den koaxialen Katheter 21 mit dem Eingang der Schrittmacherschaltung zu dem Zweck verbunden, sowohl die der Umschaltung dienenden Ausgangstransistoren 49, 5o als auch die der Verstärkung dienenden Eingangstransfefcorenstufen 56-5C gegen jedes relativ hohe Signal zu schützen, das im Katheter auftreten könnte, z.B. wenn das Herz durch äußere Schock-Defibrillation defibrilliert wird. Bei einer praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Zenerdiodenschaltung so eingestellt, daß die Eingangspannungshöhe auf nominal Io Volt beschränkt ist.When applied to the base of the first transistor amplification stage 56 via the coupling capacitor 59, the R-wave input part has of the heart signal usually has a value of at least 3 millivolts. The three stage amplifier circuit 56-58 has a combined gain of approximately 200 so that the amplifier output has an average positive going pulse height of 600 millivolts, thus eliminating the presence of the R-wave portion is displayed with each heartbeat. A double polarity zener diode circuit 6o is across the coaxial catheter 21 connected to the input of the pacemaker circuit for the purpose of both the output transistors 49 serving for switching, 5o as well as the input transfer stages serving for amplification 56-5C to protect against any relatively high signal that is in the catheter could occur, e.g. if the heart is defibrillated by external shock defibrillation. In a practical application of the circuit according to the invention is the zener diode circuit adjusted so that the input voltage level is limited to nominal Io volts.

Die am Kollektor der letzten Verstärkerstufe 5& erscheinende ■■/erstarkte Version des Herzschlagsignals wird dem sogenanntenThe 5 & appearing at the collector of the last amplifier stage ■■ / strengthened version of the heartbeat signal is called the

- 18 3Ü9Ö83/0A75 - 18 3Ü9Ö83 / 0A75

- ιέ - 2331 ■· 39- ιέ - 2331 ■ 39

Brechungstromkreis eingegeben, der aus folgenden Teilen besteht: Transistorstufen 6l, 62 und 63, die zusammen eine konventionelle, monostabile Detektorschaltung bilden, Umschalt-Transistor 64, und das eine zweite konventionelle monostabile Schaltung bildende Transistorpaar 65, 66. Der gemeinsame Zweck dieser Brechungsschaltung ist, zu verhindern, daß der Schrittmacher durch eine T-Welle hohen Niveaus gehemmt wird , die im Herzausgangssignal ziemlich nahe an der Spannungshöhe der vorhergehenden R-Weile erscheinen kann, d.h. es ist erwünscht, daß die Schrittmacherschaltung nur durch die R-Welle gehemmt wird. Da die T-Welle stets in weniger als 3oo Millisekunden nach der R-Welle erscheint, erfüllt der Brechungsschaltkreis diese Funktion im wesentlichen durch Ausschalten oder Wirkungslosmachen des den Impuls hemmenden Schaltungsteils des Schrittmachers (siehe rechter Schaltungsbereich in Fig. Ib), und zwar für einen etwas länger als 300 Millisekunden dauernden Intervall nach jedem Auftreten einer abgetasteten R-Welle.Breaking circuit entered, which consists of the following parts: Transistor stages 6l, 62 and 63, which together form a conventional, monostable detector circuit, switching transistor 64, and the pair of transistors 65, 66 forming a second conventional one-shot circuit. The common purpose of this refraction circuit is to prevent the pacemaker from being inhibited by a high level T-wave that is quite present in the cardiac output appear close to the voltage level of the previous R-period i.e., it is desirable that the pacing circuit be inhibited only by the R-wave. Since the T-wave is always in less than 300 milliseconds after the R-wave appears, the refractive circuit performs this function essentially by turning off or Disabling of the pulse-inhibiting circuit part of the pacemaker (see right circuit area in Fig. Ib), for one that lasts a little longer than 300 milliseconds Interval after each occurrence of a sampled R-wave.

Die monostabilen Detektor-Transistorstufen 6l, 62 und 63 sind normalerweise nichtleitend. Transistorstufe 61 ist so konstruiert, daß sie eingeschaltet bzw. leitend wird, wenn die Amplitude des eingegebenen Eingangsimpulssignals einen vorgewählten Schwellenwert (z.B. ungefähr 600 Millivolt) überschreitet, der das Auftreten einer R-Welle anzeigt. Bei eingeschaltetem Transistor 6l ist Transistor 63 ebenfalls leitend und sieht einen Basisstromweg für die Transistorstufe 62 vor, wodurch auch dieser letztere Transistor eingeschaltet wird. Bei eingeschaltetem Transistor 62 verbleibt Transistor 63 ebenfalls für eine festgelegte Zeitdauer leitend, nachdem das Eingangssignal aus der Basis des Transistors 6l verschwunden ist. Dieser Intervall, während dessen Transistor leitend verbleibt, wird durch die Werte des RC-Taktgeber-Schaltkreises bestimmt, der aus Kondensator Gj und in Reihe geschaltetem Widerstand 68 besteht. Beispielsweise kann der Kondensator 67 einen Wert von o,l Microfarad und der Widerstand 6L sinen Wert von ?.2o Kiloohm aufweisen, um den Intervall, während dem Transistor 63The monostable detector-transistor stages 61, 62 and 63 are normally non-conductive. Transistor stage 61 is designed to be turned on or conductive when the amplitude of the input pulse signal input exceeds a preselected threshold value (e.g., approximately 600 millivolts) indicative of the occurrence of an R-wave. When transistor 61 is switched on, transistor 63 is also conductive and provides a base current path for transistor stage 62, whereby this latter transistor is also switched on. When the transistor 62 is switched on, transistor 63 also remains conductive for a defined period of time after the input signal has disappeared from the base of transistor 61. This interval, during which the transistor remains conductive, is determined by the values of the RC clock circuit, which consists of capacitor Gj and resistor 68 connected in series. For example, capacitor 67 can have a value of 0.1 microfarads and resistor 6L can have a value of? .2o kiloohms, around the interval during transistor 63

- IQ 3 ü y ¹J ti 3 / 0 A 7 5 - IQ 3 ü y ¹ J ti 3/0 A 7 5

leitend verbleibt, auf ungefähr loo Millisekunden festzulegen und dadurch jede Breitenänderung des R-Wellen-Eingangssignales aufnehmen zu können. Auf diese Weise erscheint am Ausgang (Kollektor) von Transistor 63 ein loo Millisekunden breiter, positiv verlaufender Impuls von ungefähr 1 Volt in der Amplitude für jede normale, vom Herzen erzeugte und am koaxialen Katheter 21 aufgefangene R-Welle.remains conductive, to be set to approximately 100 milliseconds and thereby any change in width of the R-wave input signal to be able to record. In this way, a loo millisecond appears wider at the output (collector) of transistor 63, positive going pulse of approximately 1 volt in amplitude for any normal, heart-generated and coaxial catheter 21 caught R-wave.

Dieser Ausgangsimpuls der Transistorstufe 65 wird über Strombegrenzungswiderstand 69 der Basis des Umschalttransist.ors 64 eingegeben und versetzt letzteren in leitenden Zustand, in dem der jeweils zwischen Basis und Kollektor der monostabilen Transistoren 65 und 66 geschaltete taktgebende Kondensator 70 zurückgeführt bzw. entladen wird. Jetzt ist die Transistorstufe 65 in leitendem Zustand, was wiederum den anderen Transistor 66 dieses monostabilen Paares einschaltet, wodurch Transistorstufe 65 in leitendem Zustand verbleibt (nachdem Umschalttransistor 64 ausschaltet, um die Rückstellung wieder aufzuheben), bis der taktgebende Kondensator 7o genügend geladen ist, um Transistorstufe 65 und durch Rückkopplung Transistorstufe 66 auszuschalten. Die RC-Taktgeperparameter für die monostabilen Elemente 65, 66 sind vorgewählt, so daß es nach Ausschalten von Transistor 64 ungefähr 2oo Millisekunden dauert, bis Kondensator 7o genügend geladen ist, um Transistoren 65 und 66 in ihren normalen abgeschalteten Zustand zurückzuführen. Als Ergebnis ist der Ausgangsimpuls der monostabilen Elemente 65, 66 (am Kollektor der Transistorstufe 66) ein negativ verlaufender, rechtwinkliger Impuls, dessen vordere Planke den Beginn jeder Eingangs-R-Welle begrenzt, und der eine Breite von ungefähr 300 Millisekunden aufweist, der Summe von a) der loo Millisekunden während derer die monostabilen Elemente 65, 66 durch Umschalttransistor 64 in gelöschter Stellung gehalten werden, und b) der Monostabil-Element-Periode von 2oo Millisekunden. Dieser am Kollektor von Transistor 66 erscheinende monostabile Ausgangsimpuls von 300 Millisekunden verbleibt längerThis output pulse of the transistor stage 65 is via the current limiting resistor 69 entered the base of the switching transistor 64 and puts the latter in the conductive state, in which the clock-generating capacitor 70 connected between the base and collector of the monostable transistors 65 and 66 is fed back or is discharged. Now the transistor stage 65 is in the conductive state, which in turn the other transistor 66 of this monostable Pair turns on, whereby transistor stage 65 remains in the conductive state (after switching transistor 64 turns off to to cancel the reset) until the clock-generating capacitor 7o is charged enough to transistor stage 65 and through Turn off feedback transistor stage 66. The RC clock parameters for the monostable elements 65, 66 are preselected, so that after turning off transistor 64, approximately 2oo It takes milliseconds for capacitor 70 to be charged enough to keep transistors 65 and 66 in their normal off state traced back. As a result, the output pulse of the monostable elements 65, 66 (at the collector of the transistor stage 66) a negative-going, right-angled pulse, the leading edge of which delimits the beginning of each input R-wave, and the has a width of approximately 300 milliseconds, the sum of a) the 100 milliseconds during which the monostable elements 65, 66 by switching transistor 64 in the cleared position and b) the monostable element period of 200 milliseconds. This appearing at the collector of transistor 66 monostable output pulse of 300 milliseconds remains longer

- 2o 309883/0475 - 2o 309883/0475

als 3oo Millisekunden, so lange wie jeweils kürzer als 300 Millisekunden dauernde Impulse oder Signale abgetastet werden. Bei dem 300 Millisekunden annehmenden Beispiel halten alle Signale mit einer 2oo Schläge pro Minute (SPM) übersteigenden Geschwindigkeit, d.h. 60 sec/min geteilt durch 3oo tn/sec = 2oo SPM., die monostabilen Elemente leitend. Wenn die T-Welle abgetastet wird, aber weniger als 300 Millisekunden nach der R-Welle auftritt, verhindert diese Schaltung, daß der Schrittmacher durch die T-Welle gehemmt wird. Nachstehend wird aufgezeigt, daß der Schrittmacher nur gehemmt wird, wenn Transistor 66 eingeschaltet ist (d.h. durch die Vorderflanke des am Kollektor 66 austretenden Impulses). Auf diese Weise kommt es zustande, daß nach dem ersten Impuls alle am Katheter auftretenden Störsignale von (in diesem Beispiel) größeren Geschwindigkeiten als 2oo SPM den Schrittmacher nicht hemmen. Dies verleiht der Schrittinacherschaltung eine beträchtliche Störfestigkeit deren Bereich durch Verstellen der Elemente 62, und 65, 66 geändert werden kann.than 300 milliseconds, as long as pulses or signals lasting less than 300 milliseconds are sampled. In the example assuming 300 milliseconds, all signals keep the monostable elements conducting at a speed exceeding 2oo beats per minute (SPM), ie 60 sec / min divided by 3oo tn / sec = 2oo SPM. If the T-wave is sensed but occurs less than 300 milliseconds after the R-wave, this circuit prevents the T-wave from inhibiting the pacemaker. It will be shown below that the pacemaker is inhibited only when transistor 66 is on (ie, by the leading edge of the pulse exiting collector 66). In this way it comes about that, after the first pulse, all interference signals occurring at the catheter with speeds greater than 200 SPM (in this example) do not inhibit the pacemaker. This gives the stepper circuit a considerable immunity to interference, the range of which can be changed by adjusting the elements 62, and 65, 66.

Der am Kollektor der Transistorstufe 66 auftretende negativ verlaufende AusgangsImpuls von 3oo Millisekunden aus den monostabilen Elementen wird durch einen aus Kondensator 71 und den in Reihe geschalteten Widerständen gebildeten differenzierenden Schaltkreis der Basis der Transistorstufe 73 in der dargestellten Impulshemmungsschaltung eingegeben, wo der resultierende die Voruerflanke des Ausgangs der monostabilen Elemente und den Beginn einer R-WeHe anzeigende negative Impuls den Transistor 73 sofort einschaltet. Als Resultat dessen erscheint ein positiv verlaufendes Impulssignal am Kollektor von Transistor 73 und ist über Leitung 7^ zwischen Fig. la und Ib mit der Basis des Transistors 75 verbunden, der zusammen mit Transistor 76 eine zweite konventionelle, monostabile Multivibratorschaltung bildet. Dadurch werden die Transistoren 75, 76 leitend und Taktgeber-Kondensator 77 beginnt sich aufzuladen. Anschließend bei einer vorgewählten LadehöheThe negative going occurring at the collector of the transistor stage 66 Output pulse of 300 milliseconds from the monostable Elements is formed by a differentiating circuit formed by capacitor 71 and the series-connected resistors the base of transistor stage 73 in the illustrated pulse inhibitor circuit entered where the resulting leading edge of the output of the monostable elements and the beginning of an R-WeHe indicating negative pulse turns transistor 73 on immediately. As a result, a positive pulse signal appears at the collector of transistor 73 and is via line 7 ^ between Fig. la and Ib connected to the base of the transistor 75, which together with transistor 76 forms a second conventional, monostable multivibrator circuit. This will make the Transistors 75, 76 conductive and clock capacitor 77 begins to charge. Then at a preselected loading height

- 21 8'3/(M75 - 21 8'3 / (M75

233Ί499233-499

erreicht die Basis des Transistors 75 einen Zustand, in dem Transistor 75 und 76 beide in ihren normalen, nicht leitenden Zustand zurückkehren.the base of the transistor 75 reaches a state in which the transistor 75 and 76 both in their normal, non-conductive state to return.

Das am Kollektor der Transistorstufe 75 als Ergebnis dieses Vorganges erscheinende Ausgangssignal ist ein ungefähr 500 Millisekunden dauernder Impuls mit negativ verlaufender, rechteckiger Welle, der der Transistorstufe 46 eingegeben wird und die Leitfähigkeit derselben steuert. Wie nachstehend genauer beschrieben, wird die Transistorstufe 46 während der Breite des 500 Millisekunden dauernden Ausgangsimpulses der Elemente 75» 76 leitend und bewirkt in dieser Zeit eine Zurückstellung bzw. Entladung des Taktgeber-Kondensators 45, wodurch die Taktgeber-Schaltung des Schrittmachers gehemmt wird.That at the collector of transistor stage 75 as a result of this The output signal that appears in the process is an approximately 500 millisecond pulse with a negative-going, rectangular one Wave that is input to transistor stage 46 and the conductivity the same controls. As will be described in more detail below, transistor stage 46 is turned on for the width of 500 milliseconds continuous output pulse of the elements 75 »76 conductive and causes during this time a reset or discharge of the clock capacitor 45, whereby the clock circuit of the Pacemaker is inhibited.

Auf diese Weise dient der die Transistorstufen 75, 76 und 46 enthaltende Teil der Schrittmacherschaltung zum Bestimmen, ob und wann die Hemmungssteuerung angelegt bzw. von der Taktgeber-Schaltung genommen werden soll. Im allgemeinen ist der Taktgeber so lange gehemmt, wie das Herz des Patienten normal in einwandfreier Geschwindigkeit, z.B. zwischen 60 und I80 Schlägen pro Mi- , nute schlägt.In this way, the portion of the pacemaker circuit containing transistor stages 75, 76 and 46 is used to determine whether and when to apply and remove the inhibition control from the clock circuit. In general, the clock is inhibited as long as the patient's heart is normal at a perfect speed, e.g. between 60 and 180 beats per minute, nute beats.

Wenn die Transistorstufe 46 (einmal pro Herzschlag) eingeschaltet ist, bewirkt sie, daß der Taktgeber-Kondensator 45 der Taktgeberschaltung mit Aufladen aufhört und, wie oben bemerkt, in einen Zustand zurückgeführt wird, in dem seine Ladung durch Widerstand 44, die Primärwicklung des Ausgangstränsformators 12 und Transistor 46 ausgeglichen wird. Dieser Null- bzw. ausgeglichene Ladungszustand des Taktgeber-Kondensators 45 ist so vorbestimmt, daß er einer Taktgabe entspricht, welche gleichwertig mit 500 Millisekunden vor der normalen Erzeugung eines herzstimulierenden Ausgangsimpulses durch den Taktgeber des Schrittmachers ist. Da, wieWhen the transistor stage 46 is on (once per heartbeat), it causes the clock capacitor 45 of the clock circuit ceases with charging and, as noted above, is returned to a state in which its charge is resistive 44, the primary winding of the output phase transformer 12 and transistor 46 is compensated. This zero or balanced state of charge of the clock generator capacitor 45 is predetermined so that it corresponds to a clock pulse which is equivalent to 500 milliseconds before the normal generation of a heart-stimulating output pulse by the pacemaker's clock. There how

- 22 309883/0475 - 22 309883/0475

_ ₂₂ _ /.όό ivjy_ ₂₂ _ /.όό ivjy

bereits bemerkt, der Steuertransistor 46 auch nach Auftreten einer R-WeHe in seinem leitenden bzw. angeschalteten Zustand gehalten wird, und zwar flir eine vorgewählte Zeitdauer von 5oo Millisekunden, wird der Taktgeber 4o, 41 so gesteuert, daß er keinen Ausgangsimpuls erzeugt, bis insgesamt ungefähr looo Millisekunden, bzw. eine volle Sekunde verlaufen sind, nachdem ein normaler bzw. nicht stimulierter Herzschlag abgetastet wurde. Auf diese Art und Weise ist der Schrittmacher so lange gehemmt, wie das Herz normal, d.h. mit mehr als ungefähr 60 Schlägen pro Minute schlägt. In diesem Sinne ist daher auch der als Geschwindigkeitssteigerungs-Schaltkreis bezeichnete Teil der dargestellten Schaltung auch dazu vorgesehen, eine Hysterese bzw. Verzögerung zu erzeugen, wodurch der Schrittmacher die Erzeugung eines heustimulierenden Ausgangsimpulses verzögert, nachdem der normale ScHagausgang des Herzens erfaßt wurde, um festzustellen, ob das Herz wieder in einer 60 Schlagen pro Minute entsprechenden oder größeren Geschwindigkeit schlagen wird. Mit anderen Worten, am Ende der leitenden Zeit des Transistors 46 von 5oo Millisekunden wird der Ladekondensator 45 ausgelöst und fängt and, sich über die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 und Widerstände 42 und 44 aufzuladen. Wenn das Herz dann innerhalb der folgenden 500 Millisekunden keine weiteren Herzschlag-Ausgangssignale abgibt, lädt sich dadurch Kondensator 45 bis zum Anschaltpegel des Transistors 4o auf, wodurch Transistor 4o angeschaltet wird und die Erzeugung eines herzstimulierenden Ausgangsimpulses des Schrittmachers auslöst. Auf diese Art und Weise erzeugt der Schrittmacher jedesmal seine 72 Normalimpulse pro Minute, wenn die normale Herzgeschwindigkeit unter 60 Schlägen pro Minute absinkt.already noted, the control transistor 46 even after the occurrence of a R-WeHe is kept in its conductive or switched-on state for a preselected period of 500 milliseconds, the clock generator 4o, 41 is controlled so that it does not have an output pulse generated until a total of about looo milliseconds or a full second have elapsed after a normal or unstimulated heartbeat was sensed. In this way the pacemaker is inhibited for as long as the heart beats normally, i.e. at more than about 60 beats per minute. In this sense, the part of the circuit shown that is referred to as the speed-increasing circuit is also included provided to generate a hysteresis or delay whereby the pacemaker is able to generate a hay stimulating output pulse delayed after the normal blowout of the heart was recorded to determine whether the heart was recovering at a rate equal to or greater than 60 beats per minute will beat. In other words, at the end of the conductive time of the transistor 46 of 500 milliseconds, the charging capacitor 45 becomes triggered and begins to move across the primary winding of the output transformer 12 and resistors 42 and 44 to charge. If the heart does not do any more within the next 500 milliseconds Emits heartbeat output signals, thereby charging capacitor 45 up to the turn-on level of transistor 4o, whereby transistor 4o is switched on and the generation of a heart-stimulating output pulse of the pacemaker triggers. In this way and The pacemaker generates its 72 normal pulses per minute every time the normal heart rate falls below 60 beats drops per minute.

Jeder am Ausgang des Transformators 12 auftretende Impuls schaltet den bipolaren Transistor-Umschalter 49, 5o an, der den Impuls über Leitungen 48 und 22 mit dem Katheter verbindet. Zwischen den Impulsen ist der bipolare Transistor 49, 50 offen, wie bereits bemerkt, und hält die Sekundärwicklung des TransformatorsEvery pulse occurring at the output of the transformer 12 switches the bipolar transistor switch 49, 5o, which the pulse connects via lines 48 and 22 to the catheter. Between the pulses, the bipolar transistor 49, 50 is open, like already noticed and holds the secondary winding of the transformer

- 23 309883/0475 - 23 309883/0475

233U99233U99

12 davon ab, als Stromableitungsdämpfung der vom Katheter abgetasteten R-Wellen zu wirken. Durch Beseitigung des Gleichstronjweges niedrigen Widerstandes zwischen den Elektroden 54 und 55 des Katheters 21 wird auch ein eventuell zwischen 54 und 55 fließender Korrosionsstrom (z.B. falls 54 und 55 aus verschiedenen Metallen bestehen), beseitigt.12 of it, as current dissipation attenuation of the scanned by the catheter R waves act. By eliminating the Gleichstronjweg low resistance between the electrodes 54 and 55 of the catheter 21 is also a possibly between 54 and 55 flowing Corrosion current (e.g. if 54 and 55 are from different Metals), eliminated.

Wie bereits beschrieben, würde jedesmal bei Erzeugung eines herzstirnulierenden Ausgangsimpulses durch das Transistorpaar 4o, 41 ein Teil desselben in der Leitung 48 durch Kondensator 59 erfaßt und würde die Elemente 61 bis 63 und 65 bis 66 aktivieren. Jedoch ist der Ausgangsimpuls außerdem über die RC-Schaltung 78, 79 und Draht 80 mit der Basis der Transistorstufe 8l verbunden, wo er diese Transistorstufe einschaltet. Der Transistor 65 wirkt als Kurzschluß und verhindert, daß der vom Kondensator 71 kommende Impuls den Transistor 8l aktiviert. Wegen der Durchgangszeit durch Transistoren 56, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 65 und 66 wird Transistor 81 vor Transistor 66 angeschaltet. Bei Silicium-Transistoren wird Transistor 8l ungefähr 4o Mikrosekundenvor Transistor 66 angeschaltet. Als Resultat dessen lädt sich Kondensator 7I des oben beschriebenen, differenzier-anden Schaltkreises in weniger als einer Millisekunde auf, wenn Stufe 66 angeschaltet ist und verbleibt geladen, wenn Stufe 81 ausschaltet. Wenn also das Herz des Patienten auf diesen herzstimulierenden Ausgangs impuls hin schlägt und dieser Schlag durch die Schrittmacherschaltung festgestellt wird, hat das zur Folge, daß der am Kollektor von Transistorstufe 66 erscheinende Impuls zum Aufzeichnen des Vorhandenseins dieses Herzschlages nicht differenziert wird und daher kein Leiten der Transistorstufe 73 bewirkt. Daraus folgt, daß der stimulierte Herzschlag, d.h. der auf die Eingabe eines herzstimulierenden Impulses erzeugte Herzschlag nicht über den Kollektor der Transistorstufe 66 registriert und mit einem natürlichen Herzschlag verwechselt wird.As already described, each time a cardiac stimulating output pulse is generated by the transistor pair 40, 41, a part of the same in the line 48 would be detected by the capacitor 59 and would activate the elements 61 to 63 and 65 to 66. However, the output pulse is also connected via the RC circuit 78, 79 and wire 80 to the base of the transistor stage 81, where it turns on this transistor stage. The transistor 65 acts as a short circuit and prevents the pulse coming from the capacitor 71 from activating the transistor 81. Because of the transit time through transistors 56, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 65 and 66, transistor 81 is turned on before transistor 66. For silicon transistors, transistor 81 turns on approximately 40 microseconds before transistor 66 . As a result, capacitor 71 of the differentiating circuit described above charges in less than a millisecond when stage 66 is on and remains charged when stage 81 is off. So if the patient's heart beats on this heart-stimulating output pulse and this beat is detected by the pacemaker circuit, the result is that the pulse appearing at the collector of transistor stage 66 to record the presence of this heartbeat is not differentiated and therefore no conduction of the Transistor stage 73 causes. It follows from this that the stimulated heartbeat, ie the heartbeat generated in response to the input of a heart-stimulating pulse, is not registered via the collector of the transistor stage 66 and is confused with a natural heartbeat.

- 24 309883/0475 - 24 309883/0475

In Fig. la steht ein magnetischer Zungenschalter S2 oder dgl. in Wirkverbindung zwischen der Basis von Transistorstufe 75 und der negativen Klemme der Batterie I9, und kann in dem Fachmann bekannter Art und Weise durch eine (nicht gezeigte) geeignete äußere magnetische Feldquelle zwischen einer geöffneten und geschlossenen Stellung hin und her geschaltet werden. Dieser Zungenschalter 82 verhindert in durch Fernsteuerung geschlossenem Zustand, daß Transistorstufe 75 und demnach auch Transistorstufe 46 eingeschaltet wird. Daraus folgt, daß die dargestellte Schrittmacherschaltung so umgewandelt werden kann, daß keine bei Bedarf automatisch einsetzenden Pausen mehr eintreten, sondern daß sie mit festgelegter Geschwindigkeit funktioniert, wobei die Taktgeber-Schaltung laufend vorgewählte 72 Impulse pro Minute als herzstimulierende Impulse in das Herz des Patienten eingibt.In Fig. La is a magnetic reed switch S2 or the like. In operative connection between the base of transistor stage 75 and the negative terminal of the battery I9, and can be found in the specialist known manner by a (not shown) suitable external magnetic field source between an open and closed Position can be switched back and forth. This reed switch 82 prevents it from being closed by remote control State that transistor stage 75 and therefore also transistor stage 46 is switched on. It follows that the pacemaker circuit shown can be converted in such a way that there are no more pauses that occur automatically when required, but that they works at a fixed speed, with the clock circuit continuously preselected 72 pulses per minute as cardiac stimulating Inputs impulses into the patient's heart.

- 25 309883/0475 - 25 309883/0475

Claims

- ²⁵ ~ 233 I499

Patent claims

IJ Intracorporeal pacemaker for implantation in the body of a patient, with a rechargeable battery, a coupling device for inputting magnetic input alternating energy into the battery for charging it from an external source, and with electronic circuits fed by the battery for generating heart-stimulating pulses for inputting the heart of the patient, characterized by a first inner sleeve (13) * which is arranged between the electronic circuits (lo, 11) and the external source and is made of a material that shields the circuits from the magnetic input alternating energy and sources of magnetic interference capable, wherein the coupling device is arranged outside the first sleeve, and a second outer sleeve (18) which surrounds the coupling device, the battery (19) and the electronic circuits and shields against flowing media of the body, and which is made of a material that the feeding En the charging energy through the coupling device in the battery (19) from the external source is allowed without substantial attenuation.

2. pacemaker according to claim 1, characterized in that the first sleeve (ljj) the Surrounds electronic circuits (lo, 11) and forms a second hermetic seal for them.

3. pacemaker according to claim 1, characterized in that the first inner sleeve (13) made of a material characterized by relatively high magnetic permeability and low electrical resistance is made, and that the second outer sleeve (18) from

- 26 309883/0475

" ²⁶ " 233 U99

made of material characterized by relatively high electrical resistance and low magnetic permeability is.

4. pacemaker according to claim 3, characterized in that the first inner sleeve (13) is made of nickel with a pike substantially exceeding 0.127 mm.

5. Cardiac pacemaker according to claim 3. » characterized in that the second outer sleeve (l3) made of corrosion-resistant steel with a thickness essentially between 0.0762 and 0.508 mm is.

6. pacemaker according to claim 3j characterized by g e t that the outer sleeve (18) made of titanium of a substantially between 0.0762 and O.5o3 mm lying thickness is manufactured,

7. pacemaker according to claim 3> characterized in that the outer sleeve (l8) from the alloy Haynes (25) from an essentially O.O762 and a thickness of 508 mm is made,

8. pacemaker according to claim 3 * thereby g e identifier rejects that the outer sleeve (l8) Glass is made.

9. pacemaker according to claim 3 *, characterized in that the outer sleeve (l8) from Ceramic is made.

10. Cardiac pacemaker according to claim 1, characterized in that the coupling device is an inductive coupling device.

309-883/0475309-883 / 0475

233 i A99233 i A99

11. A pacemaker according to claim lo, characterized in that the inductive coupling device rejects (2o) has a first winding (2oa) which is arranged in the patient's body and is intended to To charge the battery (19) inductively couple energy from the outer cuelle to the battery.

12. A pacemaker according to claim 1, characterized in that the pacemaker rejects an automatic pausing type with means (32) for monitoring the patient's heartbeat, which is the Pausing electronic circuits (lo, 11) and thereby preventing a generation of the heart-stimulating pulse if the heart is not inputting heart-stimulating pulses of course beats at an acceptable rate.

13. Rechargeable pacemaker with automatically deploying Breaks according to claim 12, further characterized t, through a coaxial catheter (21) which is to be placed in a at a predetermined location in the heart of the patient Electrode pair (5 ^ # 55) ends and the through the Zlektronic circuit (lo, 11) enters the stimulating heart impulses generated and scans the electrical signal of the R-wave, which emanates from the patient's heart when the heart beats.

14. Heart rate maker according to claim 1, characterized in that g e mark refuses that the first sleeve (13) is a substantially rectangular, hollow metallic container is with an open end that the electronic circuits (lo, 11) can accommodate and enclose that the second sleeve (l3) a substantially rectangular, hollow,

- 28 309883/0475

metallic body with an open end that the rechargeable battery (19) * capable of accommodating the coupling device and the first metallic sleeve, marked xreiterhin an integral end cap member (15) for attachment to the open end of the first and second sleeves (13, 18) and to cover them.

15. A pacemaker according to claim lK, characterized in that the end cap element (15) first and second shoulder regions (16, 17) are formed in the V / iron that they are the open ends of the first and second metallic sleeves (13, l8), respectively capture and seal.

16. Cardiac pacemaker for implantation in the body of a patient with a rechargeable battery, a coupling device for magnetic input alternating charging energy with the battery from an external source and through the Battery-powered electronic circuitry for generating and inputting heart-stimulating pulses into the Heart of the patient, characterized by a telemetric device, which when coupling charging energy with the battery (19) takes effect and a display outside the patient's body indicates that the charge is being carried out takes place, the telemetric device being a device that is operatively connected to the coupling device (35) contains which operating energy is only consumed while the battery is being charged, in order to provide a telemetric To generate an output signal that charging of the battery (19) is given.

17. Cardiac pacemaker according to claim 16, further characterized by a device (32) for Monitoring the heartbeat and inhibiting the pulse generating one

309883/0475 - 29 -

233U99

Electronic circuit when the heart beats naturally without input of the stimulating impulse.

18. pacemaker according to claim l6, characterized in that the telematics device Associated display generating device (35), one only effective when the battery (I9) is being charged, and one outside the body of the patient receivable electrical telematic output signal generating electrical signal generating device is.

19. pacemaker according to claim l8, characterized in that the coupling device is a inductive coupling device (2o) with a first winding (2oa) which is wound around a core element and in the body of the patient is arranged where they inductively charge the battery (19) energy from the external source with the battery couples, and where the telemetric electrical output signal from the signal generating device (35) with a second winding (2ob) connected to the core element and to the receiving device outside the body of the Patient is inductively coupled.

20. pacemaker according to claim l6, characterized thereby. denotes that the generating device provided in the telemetric device is an oscillator circuit (35), the output signal frequency of which is proportional to the size of the applied to the battery (19) Charging voltage behaves, the output frequency signal of the oscillator device to be transmitted even outside of the Body of the patient is connected to the coupling device.

309883/0475309883/0475

21, cardiac pacemaker according to claim Id, characterized in that the generation device The telemetric output signal generated (35) indicates whether .3 the battery (19) has been charged to an acceptable charging voltage level will.

22, cardiac pacemaker according to claim 16, characterized by a first sleeve (13) which is arranged and made of such a material that it includes both electronic circuits [lo, 11} and the device (35) for generating a telemetric Able to shield signals from the magnetic input alternating wave energy and sources of magnetic interference, the coupling device being arranged outside the first sleeve (13), and a second, the first sleeve (13) the electronic circuit, the device (35) for generating a telemetric The sleeve surrounding the signal and the coupling device (i8j forms an outer hermetic seal for the pacemaker and is made of a material that provides minimal attenuation of the charging energy by the coupling device and the telemetry output signal,

23. Pacemaker in the? ;; Claim 21, characterized in that the first sleeve (13; the EIe,; - electronic circuits (lo, 11) and the device (35) for generating the telemetric signal surrounds and a «second forms an inner hermetic seal for the pacemaker,

24. Pacemaker with automatically starting Breaks, with a first electronic switching area for generating heart-stimulating output pulses for input in the patient's heart, and a second electronic

- -31 309083/0475

-51- 233U99-51- 233U99

Switching range for monitoring the patient's heartbeat and inhibiting the generation of heart-stimulating impulses the first electronic circuit in the presence of a natural heartbeat with acceptable agility, characterized by a catheter (21) which ends in electrodes (54, 55) which at predetermined Place in the heart of the patient are arranged and generated by the first electronic switching area (lo), heart-stimulating Pulses entered and the electrical emanating from the patient's heart when the heart beats Sample the R-wave signal, and a switching device (64) for optionally connecting the switching area (4o, 41) generating the electronic pulses to the catheter (21), only when an output pulse is generated by the pulse generator Switching range (lo).

25. Cardiac pacemaker with automatically starting pauses according to claim 24, characterized in that that the catheter (21) is a coaxial catheter, and further characterized by a rechargeable battery (19) for inputting an operating voltage into the first and second electronic switching areas (lo, 11) and a device (2o) for inductive coupling of alternating magnetic charging energy from an external source with the battery (19)

26. Cardiac pacemaker with automatically starting pauses according to claim 24, characterized gekennzeichne.t that the pulse-generating or clock electronic circuit has an output step-up transformer (I2) with primary and secondary winding to increase the amplitude of each heart-stimulating pulse before entering it into the Contains the patient's heart. .

^ ^: 7. Pacemaker with automatically starting pauses n: I nspruch 24, characterized in that

309883/0475 - ^? -

-32- 233H99

that the switching device (64) is a bipolar transistor switching element is connected between the secondary weighing of the output transformer (12) and the catheter (21) is, the above switching element (64) is only closed when a heart-stimulating output pulse is generated by the pulse generating circuit (4o, 4l) and on the secondary winding of the output transformer (12) appears.

28. Cardiac pacemaker with automatically starting pauses, according to claim 26, characterized by lehnet, that the switching device (64) is a bipolar Tran sistor switch member between the secondary winding of the output transformer (12) and the catheter (21) switched is, the above switching element (64) is only closed when a heart-stimulating output pulse is generated by the pulse generating circuit (4o, 4l) and on the secondary winding of the output transformer (12) appears.

29. The pacemaker according to claim 25 * further characterized by a device (35) for generating a telemetric signal which is connected to the inductive coupling device and receives operating energy only when the battery (19) is being charged and generates a telemetric signal indicating the charging of the battery , which is connected to the inductive coupling means and inductively coupled outside the body of the patient, a first sleeve 0-3) is arranged and made of a material such that they both both electronic circuits (lo, 11) as well as the means (35) to generate a telemetric 3i-yn- la the magnetic input six-charge energy and

309883/0475 -YY-

233U99

Able to shield sources of magnetic interference, the coupling device outside the first sleeve (13) is arranged, and a second, the first sleeve (13) the electronic circuit, the device (35) for generating a telemetric signal and the coupling device surrounding sleeve (18) which has an outer hermetic seal for the pacemaker and is made of a material that has minimal attenuation of the charging energy by the coupling device and the telemetric output signal.

30. Cardiac pacemaker according to claim 25, characterized in that the device (35) for generating of a telemetric signal is an oscillator circuit connected to the inductive coupling device (2o) in There is an operative connection and an operating voltage is only received when the battery (19) is being charged and then an output signal the existence of which provides an indication that the battery is being charged and its frequency is proportional to the magnitude of the charging current applied to the battery, the output frequency signal of the oscillator is connected to the inductive coupling device and inductively coupled outside the patient's body, and that the first sleeve (13) surrounds the first and second electronic switching areas and the oscillator and is hermetic Forms seal for the pacemaker unit.

31. Cardiac pacemaker according to claim 30, characterized in that it identifies I think that the pulse generating or clock electronic circuit is an output step-up transformer (12) with primary and secondary windings to increase the amplitude of each cardiac stimulating pulse Entering the same into the patient's heart.

309883/0475309883/0475

233U99

32. pacemaker according to claim 3o, characterized in that the switching device (64) is a bipolar transistor switching element between the secondary weight of the output transformer (12) and the Catheter (21) is connected, the above switching element (64) is only closed when a heart-stimulating output pulse is generated by the pulse generating circuit (4o, 4l) and on the secondary weighing of the output transformer (12) appears.

33 pacemaker according to claim 31 * characterized in that that the switching device (64) is a bipolar transistor switching element, which is between the Secondary weighing of the output transformer (12) and the Catheter (21) is connected, the above switching element (64) is only closed when a heart-stimulating output pulse is generated by the pulse generating circuit (4o, 4l) and on the secondary weighing of the output transformer (12) appears.

34. Cardiac pacemaker according to claim 24, characterized in that the second electronic switching area (l8) contains a circuit (64etc) which prevents the first electrical switching area (13) from being interrupted in the event of pulse signals and noise of greater speed than a predetermined speed, to a predetermined maximum acceptable rate 'of a natural heartbeat corresponds.

309883/0475309883/0475