DE2452516B2 - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung. Ein solcher Schrittmacher ist aus der US-PS 57 796 bekannt

Zu einem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung elektronischer Herzschrittmacher verwendete man sogenannte nichtsynchronisierte Schrittmacher, die das Herz mit vorgegebener konstanter Frequenz stimulieren. Diese konstante Frequenz entspricht nicht immer dem natürlichen Herzrhythmus. Dies führt dazu, daß dieser nichtsynchronisierte elektronische Schrittmacher störend auf den natürlichen Herzschlag einwirken kann.

Hiervon ausgehend wurden Schrittmacher der eingangs genannten Art entwickelt. Nur bei Bedarf, das heißt bei Ausfallen der natürlichen Herzschläge, geben sie stimulierende Impulse ab bzw. beenden das Abgeben dieser Impulse bei Wiederauftreten eines natürlichen Herzschlagimpulses. Bei diesen Bedarfsherzschrittmachern wird also nach dem Ausbleiben eines natürlichen Herzimpulses bzw. nach Ablauf der Zeitspanne, in welcher ein solcher Impuls hätte auftreten sollen, wieder ein stimulierender Impuls erzeugt. Dies führt dazu, daß jedesmal bei Auftreten einer zeitlichen Unregelmäßigkeit des Herzschlags mit nachfolgendem Aussetzen für die Stimulationsimpulse eine neue Zeitbasis zugrunde gelegt wird. Ein schwaches und seinen Rhythmus gerade wiederfindendes Herz wird dadurch außer Takt gebracht Das Herz wird daran gehindert, langsam und behutsam seinen eigenen Rhythmus zu finden und wieder selbständig zu arbeiten.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herzschrittmacher so auszubilden, daß die Stimulationsimpulserzeugung derart an einen mit konstanter Frequenz arbeitenden Taktgeber gekoppelt ist, daß die Zeitbasis der die Herzelektrode beaufschlagenden Impulse unverändert bleibt.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der ', Erfindung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen. Der zwischen dem weiteren Verstärker und dem logischen Glied liegende Impulsdehner dehnt den natürlichen Herzschlagimpuls um eine bestimmte Zeitspanne und sperrt damit

tu während dieser Zeitspanne das logische Glied für den Durchgang künstlicher stimulierender Impulse. Dadurch wird erreicht, daß die vom Impulsgeber mit konstanter Frequenz erzeugten Impulse bezüglich ihrer Zeitbasis unverändert bleiben, so daß bei jedem Ausfall der Herztätigkeit im Unterschied zu bekannten Bedarfsherzschrittmachern die künstlichen Impulse das Herz mit unveränderter Zeitbads erreichen. Damit kann das Herz ungestört seinen natürlichen Rhythmus wiederfinden. Für die bestimmte Zeitspanne bleibt es unbeein- flußt und wird erst anschließend wieder, falls notwendig, mit einem künstlichen Impuls gereizt.

Der vorgeschlagene Bedarfsherzschrittmacher liefert somit stimulierende Impulse, die in einem festen zeitlichen Verhältnis zu der festen Oszillatorfrequenz stehen und nicht mit dem natürlichen Herzrhythmus synchronisiert sind. Bei diesem Schrittmacher wird das verstärkte natürliche Herzsignal dazu verwendet, jeden Schrittmacherimpuls zu unterdrücken, der zwischen einem natürlichen Herzschlag und etwa 0,3 Sekunden später auftritt, so daß die Erzeugung eines Stimulationsimpulses während des Auftretens der T-Welle eines natürlichen Herzschlags verhindert wird. Die Impulsfolge des Herzschrittmachers ist damit eine Kette von zeitlichen exakt aufeinanderfolgenden Impulsen, deren Frequenz sich aus der Kombination von Oszillator und Frequenzteiler ergibt, wobei aber diejenigen Impulse vollständig fehlen, die zeitlich mit einem natürlichen Herzschlag in Konflikt geraten würden. Mit anderen Worten gesagt, der vorgeschlagene Herzschrittmacher unterdrückt die Bildung von mit dem natürlichen Herzrhythmus zeitlich zusammenfallenden Impulsen. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Bedarfsherzschrittmachern, die einen stimulierenden Impuls in zeitlicher Abhängigkeit von dem jeweils vorausgegan genen natürlichen Herzschlag liefern.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Am Beispiel der in der Zeichnung beschriebenen Ausführungform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines vorgeschlagenen Herzschrittmachers und

F ι g. 2 ein schematisiertes Schaltbild eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Herzschrittmachers.

Zu dem in F i g. 1 gezeigten Herzschrittmacher gehören die Elektroden 11 und 12, von denen mindestens eine mit einem chirurgischen Eingriff mit dem Herz eines Patienten in Berührung gebracht wird. Insbesondere wird man die Elektrode 11 mit der

ω Herzkammer chirurgisch in Kontakt bringen, während die Elektrode 12 auch subkutan an einer anderen Stelle des Patienten eingepflanzt werden kann. Alternativ kann man auch die Elektrode 12 mit dem Herzen des Patienten in Berührung bringen. Die Elektroden 11 und

i'^r> 12 sind über Leitungen mit der eigentlichen Schaltung des Herzschrittmachers verbunden. Diese Leitungen sind in ein feuchtigkeitsfestes und gegenüber dem menschlichen Körper reaktionsfreies Material, wie

Silikon oder einen anderen geeigneten Kunststoff, eingehüllt.

Der Herzschrittmacher enthält weiter eine mit konstanter Frequenz arbeitende Impulsqtelle. Diese Impulsquelle 16 ist ein stabiler Frequenzgeber und enthält einen Impulsgeber 18, wie einen Oszillator, der an seinem Ausgang Impulse mit relativ hoher Frequenz liefert, und einen Frequenzteiler 20, der mit seinem Eingang an den Ausgang des Impulsgebers 18 angeschlossen ist Der Frequenzteiler 20 hat die Form ι ο eines binären elektronischen Frequenzteilers, der die Frequenz der Impulse nacheinander auf eine relativ niedrige Frequenz, die der gewünschten Stimulationsfrequenz entspricht, bringt Die zum Betreiben des Oszillators 18 und des Frequenzteilers 20 notwendige elektrische Energie wird in bekannter Weise aus einer geeigneten Quelle, wie einer Batterie, abgenommen. Der Oszillator 18 kann beispielsweise ein Kristalloszillator mit einer Frequenz von 19 66IkHz sein, der Frequenzteiler 20 ein binärer Frequenzteiler mit einem Teilungsverhältnis von 14 : 1. Am Ausgang dieser aus dem Oszillator 18 und dem Frequenzteiler 20 bestehenden Kombination läßt sich damit eine Impulsfolge mit einer Frequenz von zweiundsiebzig Impulsen pro Minute abnehmen. Die Frequenz läßt sich natürlich durch Einsetzen eines anderen Oszillators 18 höher oder niedriger legen. Ein Quarzkristalloszillator mit einer Betriebsfrequenz von 16 384 Hz würde zum Beispiel in Kombination mit einem binären 14 : 1-Teiler eine Impulsfolge mit einer Frequenz von 1 Hz oder 60 jü Schlägen pro Minute ergeben. Diese Impulsfolge steht auf einer Leitung 22 zum Anschluß an einen anderen, jetzt noch zu beschreibenden Teil des Herzschrittmachers.

Dieser Herzschrittmacher enthält weiter eine zwisehen die Ausgangselektrode 11 und die Impulsquelle 16 geschaltete Steuerung in der Form eines logischen Gliedes 38. Damit wird die Impulsquelle 16 bei Fehlen eines natürlichen Herzschlages mit der Elektrode 11 verbunden, während bei Auftreten eines solchen w Herzschlages die Impulsquelle 16 und die Elektrode 11 zeitweilig voneinander getrennt werden. Die Elektrode 11 ist über eine Leitung 26 auch an den Eingang eines Verstärkers 28 angeschlossen, der in seiner Schaltung und seiner Funktionsweise den Verstärkern in Bedarfs-Herzschrittmachern gleicht Eine ins einzelne gehende Beschreibung des Verstärkers 28 kann daher als überflüssig angesehen werden. Ein von der Elektrode 11 aufgenommenes Herzschlagsignal wird über die Leitung 26 dem Eingang des Verstärkers 28 zugeleitet, der das den Herzschlag anzeigende Signal auf eine zur Anwendung in der folgenden Schaltung geeignete Amplitude verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 28 ist über eine Leitung 30 mit dem Eingang eines Impulsdehners 32 verbunden. Dieses Teil 32 funktioniert kurz gesprochen so, daß es bei Ausbleiben eines Herzsignals ein logisches Ausgangssignal Eins abgibt und bei Auftreten eines Herzsignals für eine bestimmte Zeit, zum Beispiel 0,3 Sekunden, ein logisches Ausgangssignal Null liefert Der Aufbau und die wi Funktion des Impulsdehners 32 wird nun im einzelnen beschrieben. Über eine Leitung 36 werden die logischen Ausgangssignale vom Ausgang des Impulsdehners 32 an den Eingang eines als Und-Tor ausgebildeten logischen Gliedes 38 angelegt. Der andere Eingang des Und-Tores «> 38 ist über die Leitung 22 an die Impulsquelle 16 angeschlossen. Damit werden die auf der Leitung 22 stehenden Impulse bei Auftreten eines logischen Signals Eins auf der Leitung 36 über das Tor 38 weitergeleitet, und sie werden durch dieses Tor unterdrückt sofern das logische Signal Null auf der Leitung 36 steht. Der Ausgang des Und-Tores 38 ist über eine Leitung 42 an den Eingang eines Verstärkers 44 angeschlossen, an dessen Ausgang die Elektrode 11 liegt Der Verstärker 44 ist wie der Verstärker 28 von derjenigen Bauart, wie der in Herzschrittmachern allgemein zum Verstärken d^r der Schrittmacherelektrode zugeleiteten Stimulationsimpulse verwendet wird. Von einer nicht dargestellten Potentialquelle erhält er eine geeignete Vorspannung. Der Verstärker 44 ist damit von bekannter Schaltung und eine ins einzelne gehende Beschreibung ist daher offensichtlich überflüssig. Die Elektrode 12 ist an Masse oder das Bezugspotential des Verstärkers angeschlossen, der mit seinem Potential in bekannter Weise auf den verbleibenden Teil der Schaltung abgestimmt ist

F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Impulsdehners 3Z Dieses Schaltungsteil enthält einen Eingangs- oder Koppelkondensator 40, der mit einem Pol an die vom Verstärker 28 kommende Leitung 30 angeschlossen ist und dessen anderer Pol an einer Verbindungsstelle 42 liegt Der Impulsdehner 32 enthält weiter noch einen Vollweggleichrichter in Form einer ersten Gleichrichterdiode 44, deren Kathode an dem Verbindungspunkt 42 liegt und deren Anode an Masse oder Bezugsspannung gelegt ist Zum Gleichrichter gehört weiter noch eine zweite Gleichrichterdiode 46, deren Anode ebenfalls am Verbindungspunkt 42 liegt und deren Kathode mit einer Leitung 48 verbunden ist

Zum Impulsdehner 32 gehören weiter noch ein Zeitglied in Form eines zwischen der Leitung 48 und Masse liegenden ÄC-Gliedes. Dies sind eine Kapazität 50 und ein Widerstand 54, die parallel zueinander zwischen der Leitung 48 und Masse liegen. Die Leitung 48 führt weiter noch zu einem Widerstand 58, der seinerseits mit der Basis 59 eines NPN-Siliziumtransistors 60 verbunden ist Der Kollektor 61 dieses Transistors 60 liegt an einem Pol eines Ausgangswiderstandes 62, der mit seinem anderen Ende an eine Quelle positiver Vorspannung von vorzugsweise etwa 6 V angeschlossen ist Der Emitter 63 des Transistors 60 liegt an Masse oder dem Bezugspotential. Der Kollektor 61 ist weiter noch mit dem Eingang eines Inverters 66 verbunden, an dessen Ausgang die zu einem Eingang des als Und-Tor ausgebildeten logischen Gliedes 38 führende Leitung 36 liegt

Der Herzschrittmacher gemäß F i g. 1 arbeitet in der folgenden Weise. Die Impulsquelle 16 erzeugt auf der Leitung 22 eine Impulsfolge mit konstanter Frequenz, die einen solchen Wert hat, wie er für die Herzstimulation gewünscht wird. Die Frequenz liegt vorzugsweise bei 1 Hz oder 60 Impulsen pro Minute. Dies wird mit der Kombination aus Oszillator 18 und Frequenzteiler 20 erreicht, wobei der Oszillator 18 Impulse mit einer äußerst hohen Frequenz liefert und der Frequenzteiler 20 diese Impulse nacheinander auf die gewünschte niedrige Frequenz herabbringt Der Quarzkristalloszillator 18 schwingt sehr genau auf einer Frequenz gemäß dem vorliegenden Beispiel bei 19 661 kHz. Dieses Signal wird in vierzehn in dem Frequenzteiler 20 enthaltenen binären Frequenzteilungsschritten geteilt Das heißt zuerst auf 9831 Hz, dann auf 4915 Hz und dann zwölf weitere Male bis zu einer Frequenz von 72 Impulsen pro Minute. Natürlich kann der Oszillator 18 auch auf anderen Frequenzen arbeiten, so daß dann auf der

Leitung 22 eine Impulsfolge anderer Frequenz stehen wird.

Bei Ausbleiben eines natürlichen Herzschlages werden die auf der Leitung 22 stehenden Impulse durch das Und-Tor durchgelassen und im Verstärker 44 verstärkt. Damit können über die Elektrode 11 stimulierende Impulse an das Herz angelegt werden. Auf der anderen Seite wird bei Auftreten eines natürlichen Herzschlages dieser von der Elektrode 11 aufgenommen und die Schaltung einschließlich des Impulsdehners 32 aktiviert Damit werden die stimulierenden Impulse für eine vorgegebene Zeitspanne unterdrückt Diese Zeitspanne sollte bei etwa 0,3 Sekunden liegen. Damit wird während der T-Welle eines natürlichen Herschlages das Zuführen eines stimulierenden Impulses zum Herz verhindert. Im speziellen gilt, daß der von der Elektrode 11 aufgenommene natürliche Herzschlag über die Leitung 26 dem Verstärker 28 zugeleitet wird, in dem er verstärkt und dem Eingang des Impulsdehners 32 zugeleitet wird. Dieses Teil 32 legt seinerseits das loglische Ausgangssignal Null auf die Leitung 36 und damit an das Und-Tor 38. Dies geschieht während der oben genannten Zeitspanne. Das logische Signal Null sperrt natürlich das Und-Tor 38 für den Durchgang weiterer auf der Leitung 22 stehender Impulse zum Verstärker 44 und zur Elektrode U. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne und bei weiterem Fehlen eines von der Elektrode 11 kommenden natürlichen Herzschlagsignals legt der Impulsdehner 32 das logische Signal Eins auf die Leitung 36 und öffnet damit das Und-Tor 38 für den Durchgang von Impulsen von der Leitung 22 zum Verstärker 44 und der Elektrode 11.

Mit Bezug auf F i g. 2 wird nun die Arbeitsweise des Impulsdehners 32 beschrieben. Bei Fehlen eines natürlichen Herzschlages steht kein Signal auf der Leitung 30, und der Transistor 60 ist abgeschaltet oder befindet sich im nichtleitenden Zustand. Die Spannung am Kollektor 61 ist damit hoch und entspricht einem logischen Null-Potential. Der Inverter 66 kehrt diese Spannung in ein logisches Signal Eins um. Über die Leitung 36 wird dieses an den Eingang des Und-Tores 38 gelegt. Bei Auftreten eines natürlichen Herzschlages liegt der entsprechende Signal auf der Leitung 30 und wird über die Dioden 44 und 46 gleichgerichtet und über die Leitung 48 und den Widerstand 58 an die Basis 59 des Transistors 60 gelegt. Das Potential dieses Signals

κι liegt ausreichend hoch, um den Transistor 60 anzuschalten. Damit fließt Strom über dessen Kollektor-Emitterstrecke mit dem Ergebnis, daß die Spannung am Kollektor 61 auf einen niedrigen Wert abfällt. Dies entspricht einem logischen Signal Eins. Im Inverter 66

i) wird es in eine logisches Signal Null gewandelt, und dieses wird über die Leitung 36 an den Eingang des Und-Tores 38 gelegt Die Kapazität 50 und dei Widerstand 54 bilden einen ÄC-Verzögerungskreis Dieser Kreis dehnt das Signal und hält es so lange übet dem Schwellwert der Basis-Emitterstrecke, wie das Null-Signal auf der Leitung 36 gehalten werden soll. Bei dem Transistor 60 handelt es sich im einzelnen um einer Siliziumtransistor mit einem Basis-Emitterspannungsab fall von etwa 0,5 V. Die Größen der Kapatität 50 und de;

2^r, Widerstandes 54 sind zusammen mit dem Wert de! Basiswiderstandes 58 so gewählt, daß der Transistor 6t für noch etwa 03 Sekunden nach dem Auftreten eine; Herzsignals im leitenden Zustand verbleibt Die Kurvenform der an der Basis 59 auftretenden Spannunj

jo hat eine verhältnismäßig gerade, vertikal vorlaufend« Kante und einen allmählichen Abfall, der die Amplitude für den durch die Kapazität 50 und den Widerstand 54 vorgegebenen Zeitraum über dem 0,5-V-Schwellweri hält Der in F i g. 2 gezeigte und aus dem Kondensatoi j 40 und den Dioden 44 und 46 bestehende Voll weggleich richter stellt sicher, daß die ins Negative wie auch die in: Positive gehenden Herzsignale den Impulsdehner 3i aktivieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einem Impulsgeber, mit einem an den Impulsgeber angeschlossenen Verstärker zur Verstärkung der vom Impulsgeber erzeugten Impulse, mit einer an den Verstärker angeschlossenen Elektrode zum Übertragen der stimulierenden Impulse auf das Herz und zum Abnehmen natürlicher Herzschlagimpulse, mit einem weiteren Verstärker zur Verstärkung der vom Herzen abzunehmenden natürlichen Herzschlagimpulse und mit einem logischen Glied zwischen dem Impulsgeber und dem Verstärker, wobei das logischen Glied einen solchen Aufbau hat, daß es den Durchgang eines vom Impulsgeber erzeugten Impulses bei Auftreten eines natürlichen Herzschlagimpulses an seinem Steuereingang sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (28) zwischen der Elektrode (11) und dem Steuereingang des logischen Gliedes (38) liegt und daß zwischen dem weiteren Verstärker (28) und dem Steuereingang des logischen Gliedes (38) ein Impulsdehner (32) eingeschaltet ist

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsdehner (32) einen Vollweggleichrichter (40, 44, 46) und ein KC-Glied (50,54) enthält

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (18) ein quarzgesteuerter Oszillator ist, und daß diesem ein Frequenzteiler (20) nachgeschaltet ist