DE2602252A1

DE2602252A1 - Schutzschaltung fuer herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2602252A1
Application number: DE19762602252
Authority: DE
Inventors: Joseph A Ballis; David L Thompson
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-22
Publication date: 1976-07-29
Also published as: SE7600693L; BR7600372A; GB1541501A; FR2298909A1; DE2602252C2; FR2298909B1; AR214174A1; SE419943B; NL7600529A; PL113834B1

Description

PATENTANWALT DIPL.-LNG. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 3i

P-223/245 2 2, Jan to/ö

MEDTRONIC, INC. 3O55 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 5544O/V.St.A.

Schutzschaltung für Herzschrittmacher

Die Erfindung betrifft elektronische Herzschrittmacher und befaßt sich insbesondere mit einer solchen Schrittmachern zugeordneten Kauterisationsschutzschaltung.

Es sind Herzschrittmacher bekannt (US-PS 3 057 356), die dem Herzen elektrische Reize derart zuführen, daß es sich in einem gewünschten Takt in der Größenordnung von 72 Schlagen pro Minute kontrahiert. Ein derartiger Herzschrittmacher kann in den menschlichen Körper implantiert werden und dort über ausgedehnte Zeiträume hinweg arbeiten. Typischerweise werden solche Schrittmacher in dem pektoralen oder abdominalen Bereich des Patienten im Rahmen eines chirurgischen Eingriffs implantiert, wobei in diesem Bereich ein Einschnitt ausgeführt und der Schrittmacher zusammen mit seiner internen Stromversorgung in den Körper des Patienten eingebracht wird.

Fig. 1 zeigt den Ausgangsteil eines bekannten elektronischen Herzschrittmachers. Die Ausgangsschaltung weist einen Tran-

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ORIGINAL JNSPECTED

FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN

sistor Q'12 auf, der in einem Takt entsprechend der gewünschten Anregung des Herzens des Patienten, beispielsweise 72 Schlagen pro Minute, und für eine zur Anregung des Herzens ausreichende Zeitdauer periodisch auf- und zugesteuert wird. Basis und Kollektor des Transistors sind mit einem Vorspannwiderstand R'19 bzw. mit einem Kondensator C'8 und einem Ladewiderstand R¹20 verbunden. Das Ausgangssignal wird von dem Kollektor des Transistors Q'12 über den Kondensator C8 ausgekoppelt. Eine Zenerdiode CR'10 ist parallel zum Ausgang der Schaltungsanordnung gelegt, um für einen Defibrillationsschutz zu sorgen. Beim normalen Arbeiten des Herzens wird eine elektrische Ladung an dem Muskelgewebe des Herzens aufgebaut, d. h. es erfolgt eine Polarisation, Anschließend findet eine Entladung, d. h. eine Depolarisation, statt. Während eines Flimmerns gehen Depolarisationen von zahlreichen Stellen aus, die miteinander in Wechselwirkung treten. Das Herz nimmt eine willkürliche Bewegung an. Wenn überhaupt, wird nur sehr wenig Blut in dem Arteriensystem des Patienten umgewälzt. Um die normale Herztätigkeit wieder einzuleiten, wird an das Herz des Patienten ein Defibrillationsimpuls von verhältnismäßig großer Amplitude angelegt. Typischerweise wird ein Elektrodenpaar auf beide Seiten des Brustkorbs des Patienten aufgelegt, wodurch der Defibrillationsimpuls dem Herzen zugeführt wird, um das normale rhythmische Arbeiten des Herzens wieder beginnen zu lassen. Der Defibrillationsimpuls hat, gesehen vom Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung aus, eine Amplitude in der

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Größenordnung von 15OO V. Es ist zu befürchten, daß eine derart hohe Spannung die Schaltungselemente der Schaltungsanordnung beschädigt oder zerstört, falls nicht für einen entsprechenden Schutz gesorgt ist. Um dies zu verhindern, wird in den Ausgangskreis die Zenerdiode CR'10 gelegt. Auf diese Weise wird die der Schrittmacherschaltung zugeführte Spannung auf einen sicheren Wert, beispielsweise auf 8V, begrenzt.

Bei dem für das Implantieren oder Herausnehmen des Herzschrittmachers in den bzw. aus dem Körper des Patienten benutzten chirurgischen Eingriff kann der für die Schrittmachertasche ausgeführte Einschnitt kauterisiert werden, um die die Tasche umgebenden kleinen Blutgefäße zu verschließen. Fig. 2 zeigt einen Patienten mit implantiertem Herzschrittmacher 10, wobei eine Kauterelektrode 12 verwendet wird, um den Schrittmachereinschnitt zu kauterisieren. Typischerweise wird der Elektrode 12 mittels einer Kauterisationseinheit, beispielsweise einer Bovie Electrosurgical Unit, ein elektrisches Signal zugeführt, wie es in Fig. 3A dargestellt ist. Das Hochfrequenzsignal hat eine gedämpfte Wellenform. Unter dem Begriff "gedämpft" soll dabei verstanden werden, daß der Strom in Form von Impulsen zugeführt wird, die mit einer Höchstamplitude beginnen und deren Amplitude logarithmisch absinkt. Diese Impulsgruppen werden als Wellenzüge bezeichnet; die Anzahl dieser Wellenzüge je Sekunde stellt die WeI-lenzugfrequenz dar. Die Rate, mit der die Impulse innerhalb

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jedes Wellenzuges auftreten (d, h. die Anzahl der Impulse je Sekunde) bildet die Frequenz der Einheit, die beispielsweise zwischen 500 und 8OO kHz liegt. In der folgenden Tabelle sind die Werte für verschiedene Eigenschaften der beiden Grundströme zusammengestellt. Bei diesen Werten handelt es sich um Näherungswerte; sie sind jedoch charakteristisch für die übliche Praxis.

Schwingungs- Wellenzug- Spitzenaus- max.AusStrom frequenz frequenz gangsspanng. gangs-

(unbelastet) leistung

Schneiden 5OO-8OO kHz 3OOOO-5OOOO/s 3000-3500 V 250 W

Koagulie- 500-800 kHz 10000-15OOO/s 5000-7500 V 15OW ren

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird zwischen der Kauterelektrode oder Zange 12 und einer an das Gesäß des Patienten angelegten Kautermasseplatte 16 ein elektrisches Feld 18 ausgebildet. Fig. 2 läßt erkennen, daß der künstliche Herzschrittmacher 10 und seine Elektrode 14 im Bereich des Feldes 18 liegen. Dadurch wird leicht ein Signal im Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung induziert.

Aus Versuchen mit Hunden ist es bekannt, daß ernste Probleme nicht notwendigerweise auftreten, wenn dieses elektrische Kauterisationsfeld den Impulsgenerator für eine kurze Zeitdauer sperrt, daß mit solchen Problemen aber gerechnet werden muß, wenn in den Ausgangsteil der Herzimpulsgenerator-

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schaltung gewisse externe Signale induziert werden. Im Verlauf weiterer Experimente ergab sich, daß dann, wenn eine unsymmetrische Wellenform, wie sie beispielsweise in Fig. 3B dargestellt ist, in den Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung entsprechend Fig. 1 induziert und über die Schrittmacherelektroden dem Herzen zugeführt wird, ein Herzflimmern ausgelöst werden kann.

Das im Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung durch das auf die Kauterisation zurückzuführende starke Feld induzierte Signal wird von der Zenerdiode CR'1O gleichgerichtet, so daß die in Fig. 3B veranschaulichte unsymmetrische Welle entsteht. Die durchgeführten Versuche lassen erkennen, daß unsymmetrische Wellenformen wesentlich stärker als symmetrische Wellenformen in der Lage sind, das Herz anzuregen und dadurch ein Herzflimmern auszulösen, wodurch die normale rhythmische Polarisation und Depolarisation des Herzens unterbrochen wird und das Herz in verhältnismäßig unkontrollierter Weise zu vibrieren beginnt.

Während des normalen Arbeitens des Herzens wird eine negative Ladung auf der Außenwand der Herzmuskelzellen ausgebildet, während es innerhalb der Zellen zur Ausbildung einer positiven Ladung kommt. Wenn dann eine spontane Depolarisation auftritt und die positiven und negativen Ladungen sich aufeinander zu zu bewegen scheinen, kontrahieren die Herzzellen rasch. Die Polarisation verschwindet. Die Zellen ex-

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pandieren und werden langsamer repolarisiert. Die Koordination der rhythmischen Polarisation und Depolarisation der Herzmuskelzellen wird durch die eigenen Schrittmacherzellen des Herzens bewirkt; das Herz pumpt dann in rhythmischer Weise Blut durch das Arteriensystem. Obwohl der Mechanismus, der das Herz zu flimmern veranlaßt, nicht vollständig verstanden wird, ist es möglich, daß ein Zusammentreffen zwischen der oben erläuterten unsymmetrischen Welle und der Repolarisation der Herzmuskelzellen besonders geeignet ist, das Herz zum Flimmern zu veranlassen.

Die oben beschriebenen Kauterisationsvorgänge können besonders leicht unsymmetrische Signale in der Ausgangsschaltung von unipolaren Herzschrittmachern induzieren. Derartige Schrittmacher weisen eine erste oder Reizelektrode auf, die über eine Vene in die Herzkammer des Patienten eingeführt ist, sowie eine zweite oder indifferente Elektrode, die sich benachbart dem Schrittmacher befindet. Während des Implantierens oder des Herausnehmens eines Schrittmachers kann die Kauterelektrode an die Schnittstelle angelegt werden, die zu der Schrittmachertasche des Patienten führt. Da die Kauterelektrode dabei dem Schrittmachergehäuse und insbesondere der indifferenten Elektrode nahekommt, ist die Amplitude des unsymmetrischen Signales besonders hoch, das im Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung erscheint. So werden beim Kauterisieren des Einschnittes nach Einführen des Schrittmachers oder vor Herausnahme desselben die Kauterzangen sehr

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dicht an das Schrittmachergehäuse herangeführt, wenn nicht mit diesem in Kontakt gebracht, was zu dem sehr ernsten Problem führt, daß das unerwünschte, unsymmetrische Signal in der Ausgangsschaltung des Schrittmachers induziert wird.

Aus der US-PS 3 757 791 ist ein künstlicher Herzschrittmacher bekannt, der getrennte, miteinander synchronisierte Vorhof- und Kammerimpulsgeberschaltungen aufweist. Im Ausgangsteil jeder dieser Impulsgeberschaltungen befinden sich zwei in Reihe geschaltete, entgegengesetzt gepolte Zenerdioden, um die betreffenden Schaltungen vor übermäßig großen Signalen zu schützen, die an den Ausgangselektroden von einer externen Quelle her auftreten. Es ist insbesondere angegeben, daß bei Verwendung einer Defibrillationseinrichtung dem Herzen des Patienten eine sehr hohe Spannung zugeführt werden kann und daß diese Zenerdioden vorgesehen sind, um die Schrittmacherschaltung zu schützen und die großen Spannungssignale kurzzuschließen. Es finden sich jedoch keine Hinweise auf irgendeine Beziehung zwischen der beschriebenen Defibrillationsschutzschaltung und den Problemen, zu denen es bei Kauterisiervorgängen kommt, bei denen dem Herzen unsymmetrische Signale zugeführt werden können. Insbesondere findet sich keine Anregung dahingehend, daß eine Wechselbeziehung zwischen den Defibrillationsschutzmaßnahmen und einer Formung der durch Kauterisieren induzierten Signale besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unerwünschten

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Auswirkungen von Signalen minimal zu halten, die in einer Herzschrittmacherschaltung durch Kauterisiervorgänge induziert werden. Die durch Kauterisation im Ausgangsteil einer Herzschrittmacherschaltung induzierten Signale sollen symmetrisch gemacht werden. Die Ausgangsschaltung eines Herzschrittmachers soll mit einem Defibrillationsschutz versehen werden, während gleichzeitig die im Ausgangsteil durch Kauterisieren induzierten Wellen symmetrisch gemacht und amplitudenmäßig herabgesetzt werden. Es soll eine Kauterisationsschutzschaltung für einen Herzschrittmacher geschaffen werden, die im Herzstimulationsausgang des Schrittmachers zu einer besonders kleinen Impedanz und insbesondere Induktanz führt, wodurch die Lebensdauer der Schrittmacherbatterie verlängert und die Form der Reizimpulse von Verzerrungen freigehalten wird.

Erfindungsgemäß liegen im Ausgangsteil einer Herzschrittmacherschaltung Mittel, die verhindern, daß Signale unsymmetrisch gemacht werden, die dort durch ein auf eine Kauterisation zurückzuführendes Feld induziert werden. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich in der Ausgangsschaltung des Herzschrittmachers ein Ausgangstransistor mit unterschiedlichen Leitfähigkeitseigenschaften in einer ersten Richtung oder Durchlaßrichtung und einer zweiten Richtung oder Sperrichtung, der ein dort induziertes Signal unsymmetrisch zu machen sucht; parallel zu diesem Ausgangstransistor ist eine Diode derart geschaltet, daß sie dem unsymme-

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trischen Verhalten des Ausgangstransistors entgegenwirkt, wodurch die Leitfähigkeit des Schrittmachers gegenüber Kauterisationssignalen symmetrisch gemacht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt parallel zum Ausgangstransistor ein Kondensator, dessen Wert so gewählt ist, daß er für die interessierenden Frequenzen einen niederohmigen Weg bildet. Auch dadurch wird verhindert, daß durch Kauterisation induzierte Signale durch den Ausgangstransistor unsymmetrisch gemacht werden.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Amplitude der durch Kauterisation induzierten Signale auf einen sicheren Wert herabgesetzt, indem weitere Schaltungselemente vorgesehen werden, beispielsweise eine Induktivität, die in den Ausgangsteil der Herzschrittmacherschaltung eingefügt ist, um den Stromfluß der hochfrequenten Komponenten zu der Schrittmacherreizelektrode zu vermindern. Zusätzlich ist in den Ausgangskreis ein für eine Verstimmung sorgendes kapazitives Element gelegt, um den Resonanzkreis, der von den Kapazitäten an den pn-Übergängen der genannten Dioden und des Ausgangstransistors sowie von der erwähnten Induktivität gebildet wird, auf eine Frequenz zu verstimmen, die gegenüber der Frequenz des durch Kauterisation induzierten Signals versetzt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegen parallel zum

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Ausgang eine zweite Diode zum Schutz der Herzschrittmacherschaltung gegenüber dort induzierten, relativ großen Defibrillationsimpulsen sowie eine in Reihe damit geschaltete, entgegengesetzt gepolte dritte Diode, die sicherstellt, daß durch Kauterisation induzierte Signale nicht unsymmetrisch gemacht werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen eine erste und eine zweite Induktivität im Ausgangskreis einer Herzschrittmacherschaltung, um zu verhindern, daß der Schrittmacherschaltung Signale zugeführt werden, die auf Grund eines durch Kauterisation verursachten Feldes induziert werden. Die Induktivitäten haben einen verhältnismäßig hohen Kopplungsfaktor, so daß die durch Kauterisation induzierten Ströme jeder der Induktivitäten so zugeführt werden, daß in den Induktivitäten Felder in gleicher Richtung induziert werden. Die Induktivitäten arbeiten auf diese Weise im Gleichtakt; ihre äquivalenten Induktanzen multiplizieren sich, wodurch der Strom begrenzt wird, der andernfalls an die Schrittmacherschaltung gelangt. Bezüglich der Anlegung eines Schrittmacherreizimpulses arbeiten die beiden Induktivitäten dagegen im Differentialbetrieb oder Gegentakt, so daß die wechselseitige Kopplung zwischen erster und zweiter Induktivität entgegengesetzt und damit die Induktanzen sehr gering, wenn nicht praktisch gleich Null, sind.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Kopplungs-

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faktor zwischen der ersten und der zweiten Induktivität in der Größenordnung von 1; die Induktivitäten sorgen für eine große Frequenzbandbreite in der Größenordnung von 10 MHz. Die beiden Induktivitäten können die Form von Spulen haben, die auf einen ringförmigen Ferritkern aufgewickelt sind, der eine Permeabilität von ungefähr 120 hat. Die Ringspulen weisen eine Resonanzfrequenz im Bereich von 5 bis 10 MHz auf. Eine derartige Ringspule bewirkt praktisch keine Verzerrung der Reizimpulse der Herzschrittmacherschaltung, begrenzt jedoch erheblich den Strom, der ihr auf Grund von Signalen zugeführt wird, die durch Kauterisieren induziert werden.

Die Schrittmacherschaltung nach der Erfindung gewährleistet daher, daß durch Kauterisieren induzierte Signale im wesentlichen symmetrisch gemacht werden und eine verhältnismäßig kleine Amplitude haben; auf diese Weise wird verhindert, daß derartige induzierte Signale ein Herzflimmern auslösen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des Ausgangsteiles einer bekannten Schrittmacherschaltung,

Fig. 2 eine Darstellung der Relativlage einer Kauterelektrode gegenüber einem Schrittmacher-Impulsgenera-

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tor und einer Leitung, die in einem Patienten implantiert sind,

Fig. 3A₁ 3B das Ausgangssignal einer typischen Kauteri-3C und 3D sationseinheit, ein mittels der Ausgangsschaltung nach Fig. 1 umgeformtes unsymmetrisches Signal, eine typische Wellenform eines Herzschlages bzw. ein symmetrisches Ausgangssignal der Kauterisationseinheit, wie es bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung im Schrittmacherausgangskreis erscheint ,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild des Ausgangs

teils einer erfindungsgemäßen Schrittmacher-Impuls gen era torschaltung ,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren

Ausführungsform des Ausgangsteils einer Schrittmacher-Impulsgeneratorschaltung, und

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild der vollständi

gen Schrittmacher-Impulsgeneratorschaltung einschließlich des erfindungsgemäßen Ausgangsteils, der durch Kauterisation induzierte Signale symmetrisch macht.

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In Fig. 4 ist der Ausgangsteil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Herzschrittmachers 10 veranschaulicht. Bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes, wie es zwischen der Kauterelektrode 12 und der Masseplatte 16 gemäß Fig. 2 auftritt, wird ein Signal an zwei entgegengesetzt gepolten Dioden CR1O und CR12 induziert. Das induzierte Signal wechselt von der einen zur anderen Polarität, so daß die Dioden CR1C und CR12 das Wechselspannungssignal in beiden Richtungen gleichrichten und ein symmetrisches Ausgangssignal erhalten wird, wie es in Fig. 3D dargestellt ist. Auf diese Weise werden unsymmetrische Signale entsprechend dem Signal in Fig. 3B verhindert, die auftreten, wenn nur eine einzige Diode in den Ausgangsteil einer Schrittmacherschaltung gelegt wird, wie dies bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 der Fall ist. Wie im folgenden noch näher erläutert ist, führt die Schrittmacherschaltung der Basis eines Ausgangstransistors Q12 ein Steuersignal zu, wodurch der Transistor selektiv auf- und zugesteuert wird, um Impulse geeigneter Amplitude mit einer Folgefrequenz entsprechend derjenigen des gewünschten Herzschlags zu erhalten.

Ein zweiter Grund für die Unsymmetrie der durch ^Cauterisation induzierten Signale am Ausgang der Herzschrittmacherschaltung besteht darin, daß die Leitfähigkeit des Ausgangstransistors Q12 unsymmetrisch ist. Typischerweise hat der Transistor QI2 eine Rückstromverstärkung β , die kleiner als die Durchlaßverstärkung /3, ist, sowie eine effektive Kollektor-Basis-Kapazi-

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tat C . , die in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist. Die Kollektor-Basis-Kapazität C . des Transistars Ql2 bildet für Kauterisationssignale einen Stromweg zur Basis des Transistors Q12. Während des positiven Teils des Kauterisationssignals wird der Strom daher über die Kollektor-Basis-Kapazi-tät C . , einen Widerstand R19 und den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q12 geführt, wodurch der Transistor in Durchlaßrichtung aufgesteuert wird. Während des negativen Teils wird der Strom über den Widerstand R19, die Kollektor-Basis-Kapazität C und den Basis-Kollektor-Übergang des Transistars Q12 geführt, wodurch der Transistor Q12 in der Sperrichtung aufgesteuert wird. Der über den Basis-Kollektor-Übergang fließende Strom bewirkt, daß eine Überschußladung in der Basis des Transistors Q1 2 gespeichert wird, wodurch dessen Kapazität C , erhöht wird. Dies sorgt für eine erhöhte Leitfähigkeit in dem zur Basis führenden Stromweg für den nächsten positiven Teil des Kauterisationssignals. Wegen des Unterschiedes in den Werten ß- und β des Transistors Q12 ist das Leitvermögen für das Kauterisationssignal unsymmetrisch; das Rückwärtslextvermögen ist in der Regel wesentlich geringer als das Vorwärtsleitvermögen. Um den Einfluß des ungleichen Leitvermögens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung kleinstmöglich zu halten, .ist eine Diode CR14 in der in Fig. 4 veranschaulichten Weise angeordnet. Diese Diode wirkt dem größeren Leitvermögen in der Vorwärtsrichtung entgegen. Infolgedessen wird das Leitvermögen der Schrittmqcherausgangsschaltung für Kauterxsationssxgnale symmetrischer gemacht, ohne daß die Amplitude des Ausgangssignals ver-

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mindert wird.

Das an den entgegengesetzt gepolten Dioden CR1O und CR1 2 auftretende Signal ist in Fig. 3D veranschaulicht. Der Strompegel eines solchen Signals kann von hinreichender Amplitude sein, um ein Herzflimmern zu verursachen. Das Herz ist als stromempfindlich (statt als spannungsempfindlich) insofern anzusprechen, als an den Schrittmacherelektroden in Abhängigkeit von deren Konstruktion verschiedene Spannungsabfälle auftreten, wodurch es schwierig wird, die dem Herzen zugeführte Spannung genau zu messen. Infolgedessen erfolgen die meisten Messungen der an das Herz angelegten Signale in Form von Strommessungen, die leichter durchzuführen sind. Um für einen zusätzlichen Schutz zu sorgen, ist es erwünscht, den Strompegel des an das Herz angelegten Signals zu vermindern. Dies erfolgt, indem entsprechend Fig. 4 eine Induktivität L1 in den Ausgangsteil gelegt wird. Diese Induktivität stellt für die verhältnismäßig hochfrequenten Stromsignale, die bei Kauterisationseinheiten verwendet werden, eine hohe Impedanz dar. Beispielsweise liegen die Signale von Funkenstrecken-Kauterisationseinheiten im Bereich zwischen 500 und 800 kHz. Die Induktivität L1 wird dabei so bemessen, daß sie die Amplitude von Signalen über 500 kHz begrenzt. Selbst wenn die Kauterelektrode 12 sehr nahe an die indifferente Elektrode des Schrittmachers 1O herangebracht wird, erfolgt daher eine Begrenzung des induzierten Kauterisationsstromes durch die Induktivität L1. Ein Weglaufen oder Flimmern des Herzens wird auf diese Weise verhindert.

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In Fig. 4 ist strichpunktiert eine konzentrierte Sperrschichtkapazität C1O dargestellt, die stellvertretend für die Anoden-Kathoden-Kapazitäten der Dioden CR1O, CR12 und CR14 sowie die Kollektor-Emitter-Kapazität des Transistors Q12 steht. Diese Kapazitäten bilden zusammen mit der Strambegrenzerinduktivität L1 einen Schwingkreis. Die äquivalente Kapazität C1O liegt in der Größenordnung von 100 pF, während die Induktivität L1 einen Wert von 470/jH hat. Dadurch wird ein Schwingkreis gebildet, der auf die interessierenden Frequenzen abgestimmt ist und dessen Resonanzfrequenz beispielsweise bei etwa 734 kHz liegt. Um diesen Kreis zu verstimmen, ist ein weiterer Kondensator C12 mit einem Wert von 1OOOO pF parallel zum Ausgang geschaltet. Dadurch wird der Schwingkreis verstimmt, und zwar für die beispielshalber genannten Werte auf eine Frequenz von etwa 73,4 kHz. Diese Frequenz ist von dem interessierenden Frequenzbereich hinreichend weit entfernt, um das an die Schrittmacherelektroden angeführte unerwünschte Signal wesentlich zu dämpfen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ausgangsteils einer Schrittmacherschaltung 110. Der Impulsgenerator mit den Batterien und der Taktsteuerung für die Erzeugung der Reizimpulse ist durch den Block 112 dargestellt; er kann entsprechend Fig, 6 ausgelegt sein. In der in Verbindung mit Fig. 4 erläuterten Weise wird der Basis eines Ausgangstransistors Q112 ein gesteuerter Impuls zugeführt; der Transistor wird leitend gemacht, so daß zwischen Emitter und Kollektor des Transistors

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ein Ausgangsimpuls erscheint. Ein Ausgangskondensator C1O8, der typischerweise einen Wert in der Größenordnung von 5 bis 2O/jF hat, wird über einen Widerstand R120 auf die Batteriespannung aufgeladen, die beispielsweise ungefähr 5,4 V beträgt. Der an die Basis des Transistors Q112 angelegte Steuerimpuls ist rechteckförmig und hat eine Impulsbreite in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0 ms. Durch den Impuls wird die angekoppelte Seite des Ausgangskondensators C108 auf Masse gelegt, so daß an einer negativen Klemme 114 ein negativer Impuls von entsprechender Impulsbreite und Amplitude erscheint. Der restliche Teil dieser Schaltung dient dem Schutz gegen Elektrokauterisation, Defibrillation und elektromagnetische Störeinflüsse. Entgegengesetzt gepolte Zenerdioden CR11O und CR112 sorgen für einen Defibrillationsschutz, indem ein bei einem Defibrillationsvorgang induziertes Signal, das typischerweise einen Wert von mehreren 100 V hat, auf einen Wert in der Größenordnung von 8 V begrenzt wird. Auf diese Weise wird beispielsweise ein Durchschlagen der Kondensatoren der Schaltungsanordnung wie etwa des Kondensators C108 und eines Kondensators C112 verhindert. Zusätzlich sind zwei Kondensatoren C114 und C116 vorgesehen, die miteinander in Reihe geschaltet sind und parallel zum Ausgang des Transistors Q112 liegen, um für einen Schutz gegen elektromagnetische Störungen zu sorgen. Diese Kondensatoren können beispielsweise einen Wert in der Größenoranung von 1000 bis 50OO pF naben, so daß typische elektromagnetische Störsignale in der Größenordnung von 3 MHz bis 2,5 GHz im wesentlichen unter-

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drückt werden. Der Kondensator C112, dessen Wert typischerweise bei ungefähr 1OÜOO pF liegt, ist gleichfalls parallel zum Ausgang des Transistors Q112 geschaltet, um die im Ausgang der Schaltung induzierten hochfrequenten Signale zu dämpfen. Daneben verstimmt der Kondensator C112 den Resonanzkreis, der von den Kapazitäten der genannten Dioden und zwei Induktivitäten L¹I und L'2 gebildet wird. Eine Diode CR114, typischerweise in Form einer Siliziumdiode, ist parallel zu der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q112 geschaltet. Sie verhindert, daß durch einen Kauterisiervorgang induzierte Ströme rückwärts in den Impulsgenerator 112 gelangen und dabei möglicherweise den Generator 112 beschädigen und/oder bewirken, daß der Transistor Q112 als Gleichrichter arbeitet, wodurch über die zum Herzen des Patienten führenden Ausgangsleitungen ein unsymmetrisches Signal induziert werden kann, das möglicherweise ein Herzflimmern auslöst. Der insoweit beschriebene Teil der Schaltungsanordnung entspricht weitgehend demjenigen nach Fig. 4.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die Kauterisationsschutzschaltung für den Impulsgenerator 112 die beiden Induktivitäten L'1 und L'2 auf, deren gegenseitiger Kopplungsfaktor verhältnismäßig hoch ist. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, werden die am Transistor Q112 auftretenden Ausgangsreizsignale über die Induktivitäten L'1 und L'2 der Klemme 114 und einer weiteren Klemme 116 zugeführt. An die Klemmen 114, 116 ist sine niederonmige, zweipolig« Leitung angeschlossen.

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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können die Induktivitäten L'1 und L'2 als Ringspule ausgebildet sein. Dabei können die Induktivitäten L'1 und L'2 als bifilare, segmentierte oder schichtförmige Wicklungen auf einem ringförmigen Ferritkern ausgebildet sein. Ein solches Bauelement läßt sich recht klein ausführen, so daß es ohne weiteres in eine Schrittmacherschaltung eingefügt werden kann, wo Größe und Kompaktheit wegen der Implantation in den Körper des Patienten von ausschlaggebender Bedeutung sind. Die Windungszahl einer solchen Spule ist verhältnismäßig klein, wodurch der Widerstand der die Ringspule bildenden Induktivitäten L'1 und L'2 entsprechend gering gehalten wird. Der ohmsche Widerstand der Induktivitäten LM und L'2 läßt sich auf diese Weise um den Faktor 10 herabsetzen. Damit werden die Dämpfung der Schrittmacherimpulse und die Entladung der Schrittmacherbatterien klein gehalten. Um für eine wirkungsvolle Kopplung zwischen den Induktivitäten L'1 und L'2 zu sorgen, hat der Kern vorzugsweise eine Permeabilität in der Größenordnung von 120. Die Ringspule sollte außerdem eine sehr große Bandbreite in der Größenordnung von 10 MHz und eine extrem hohe Resonanzfrequenz im Bereich von 5 bis 10 MHz oder höher haben. Die verhältnismäßig große Bandbreite und die hohe Resonanzfrequenz sorgen dafür, daß die Signale, die über die Spule an das Herz des Patienten gehen, nicht verformt oder in anderer Weise verzerrt werden.

Di© Bedeutung der Verwendung einer Ringspule in der Kauterisa-

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tionsschutzschaltung gemäß Fig. 5 läßt sich an Hand der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung und insbesondere der Funktionsweise der Ringspule besser verstehen. Während eines Kauterisationsvorganges können bei Vorhandensein des durch das Kauterisieren induzierten Feldes Signale von verhältnismäßig hoher Spannung und großem Strom gleichzeitig über die Leitung an die Klemmen 114 und 116 gelangen. Infolgedessen werden hohe Ströme im wesentlichen gleichzeitig und in der gleichen Richtung in beiden Induktivitäten L'1 und L'2 induziert. Die Ringspule arbeitet daher im Gleichtakt, wobei Feldlinien von jeder der Induktivitäten auf Grund ihrer gegenseitigen Kopplung in der gleichen Richtung induziert werden. Dies sucht di von den Induktivitäten L'1 und L'2 gebildete Induktanz zu erhöhen oder zu multiplizieren. Wenn daher die Frequenz der induzierten Signale zunimmt, wächst auch die Induktanz der Induktivitäten L'1 und L'2 an. Auf diese Weise wird der Strom begrenzt, der zu dem übrigen Teil der Kauterisationsschutzschaltung und zum Impulsgenerator 112 durchgelassen wird.

Wenn andererseits der Transistor Q112 aufgesteuert wird, um einen Schrittmacherimpuls zu erzeugen, wird das Signal über die Induktivität L^r1 zur negativen Klemme 114 gegeben; es gelangt von der positiven Klemme 116 zur Induktivität L'2. Auf diese Weise verlaufen die im Kopplungsbereich der Induk<tivitäten ausgebildeten Feldlinien in einer sich gegenseitig auslöschenden Richtung; die dem Schrittmacherimpuls gegenüber gebildete Induktanz wird beträchtlich verringert. Wegen die-

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ses Arbeitens im Differentialbetrieb oder Gegentakt ist die Induktanz gegenüber dem Schrittmacherimpuls sehr klein, wenn nicht im wesentlichen gleich Null. Der Schrittmacherimpuls wird daher durch eine solche Induktanz nicht verformt oder in anderer Weise verzerrt.

Die Kauterisationsschutzschaltung gemäß Fig. 5 eignet sich in besonderer Weise für einen bipolaren Schrittmacher. Die Ringspule arbeitet im Gleichtakt oder Sperrbetrieb, um den von den Ausgangsklemmen zum Impulsgenerator fließenden Strom, wie er durch Kauterisiervorgänge induziert wird, wesentlich zu dämpfen. Andererseits arbeitet die Ringspule im Differentialbetrieb, so daß das impulsförmige Ausgangssignal des Impulsgenerators mit einem Kleinstmaß an Verformung oder anderweitiger Verzerrung weitergegeben wird. In dieser Betriebs-r art setzt die Ringspule dem Impulsgeneratorausgangssignal nur eine sehr geringe oder praktisch keine Induktanz entgegen. Die Schrittmacherimpulse haben infolgedessen eine kurze Anstiegszeit. An ihrer Rückflanke kommt es nicht zu Abklingschwingungen. Der Widerstand, der den Schrittmacherimpulsen entgegengesetzt wird, ist sehr klein. .

Fig. 6 zeigt schema tisch ein vollständiges, Schaltbild, einer Ausführungsform der Herzschrittmacher-Impulsgenerato.rschaltung mit dem an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterten Kauterisationsschutz. ,Der Herzschrittmacher 10 sitzt in einer Abschirmung 11 , die bei der veranschaulichten Ausführungsform

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die indifferente Elektrode der Schaltungsanordnung bildet. Der Herzschrittmacher 10 wird aus einer Spannungsquelle gespeist, die mehrere in Reihe geschaltete Zellen BT1 bis BT4 aufweist, zu denen ein Kondensator C1 parallelgeschaltet ist und die ein positives Potential an eine Sammelleitung 13 sowie ein negatives Potential an eine Sammelleitung 15 anlegen. Bei dem Herzschrittmacher 10 handelt es sich um einen Bedarfsschrittmacher. Er spricht auf die R-Welle des Herzens an, die über die Reizelektrode aufgenommen und über die Leitung 14, die Strombegrenzungsspule L1 und eine Leitung 17 angelegt wird und. die kennzeichnend für die Kontraktion der Herzkammer ist. Die R-Welle wird erfaßt; liegt sie oberhalb einer vorbestimmten Amplitude, wird die Impulserzeugung durch den Herzschrittmacher 10 gesperrt, so daß das Herz normal und ohne Unterstützung durch den Schrittmacher weiterarbeiten kann. . .--..-

,Die R-Welle gelangt über einen Filterkre.is, bestehend aus einem Kondensator C11.· und Widerständen Rl und R2, zur Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors Q1. Die Meßschaltung und insbesondere der Feldeffekttransistor Q1.si.nd mittels zweier entgegengesetzt gepolter Dioden^ CR1 _und CR2 geschützt., die die Amplitude des Signals begrenzen, das dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors Q1 zugeführt wird. Das verstärkte Ausgangssignal des Feldeffekttransistors,Q1 gelangt an die Basis eines Transistors Q2, der eine zweite Verstärkerstufe bildet. Ein Kondensator C5, der in Reihe mit Widerständen R6

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und R8 zwischen die Sammelleitungen 13 und 15 geschaltet ist, ist normalerweise aufgeladen. Wenn der Transistor Q2 durch die größere oder kleinere Leitfähigkeit des Feldeffekttransistors Q1 mehr oder weniger leitend gemacht wird, ändert sich die Spannung am Kondensator C5 entsprechend. Liegt die erfaßte Amplitude des Herzsignals über einem vorbestimmten Pegel, beispielsweise -3 mV, wird die Ladung am Kondensator C5 um einen Spannungswert geändert, der ausreicht, um einen normalerweise gesperrten Transistor Q3 aufzusteuern. Die Meß- und Verstärkerschaltung gemäß Fig. 6 spricht auf positive und negative Herzsignale an. Liegt ein Herzsignal mit solcher Polarität vor, daß ein Spannungsabfall am Kollektor des Transistors Q2 hervorgerufen wird, fließt ein Strom über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q3 und den Kondensator C5, wodurch der Transistor Q3 aufgesteuert wird. Wenn andererseits ein Herzsignal entgegengesetzter Polarität an den Eingang der Meß- und Verstärkerschaltung geht, steigt das Potential am Kollektor des Transistors Q2 an, was den Transistor Q3 zu sperren und den Kondensator C5 zu entladen sucht. Wenn das Potential am Kollektor des Transistors Q2 jedoch auf die normale Ruhespannung zurückkehrt, erfolgt eine Wiederaufladung des Kondensators C5 über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q3_f so daß der Transistor Q3 jetzt aufgesteuert wird.

Ein magnetisch betätigter Schalter S1 liegt zwischen der Basis des Transistors Q3 und.der positiven Sammelleitung 13. Wird der Schalter S1 magnetisch betätigt, wird die Meß- und

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Verstärkerschaltung gesperrt. Der Schalter S1 erlaubt es daher dem Arzt, die Meß- und Verstärkerschaltung außer Funktion zu setzen, indem der Schalter S1 mit Hilfe eines geeigneten Magnetfeldes umgestellt und auf diese Weise der Transistor Q3 gesperrt wird. Bei gesperrter Meß- und Verstärkerschaltung schwingt die Oszillatorschaltung frei; sie liefert dabei Reizsignale mit einer von der Batteriespannung abhängigen Frequenz. Der Arzt kann daher die Funktionsfähigkeit des Impulsgenerators und den Zustand der Batterien überprüfen, indem er die Freilauffrequenz überwacht und die jetzt gemessene Frequenz mit der Frequenz vergleicht, die zum Zeitpunkt der Implantation vorlag.

Der Kollektor des Transistors Q3 ist über einen Kondensator C7 an die Basis eines Transistors Q4 angekoppelt. Wenn die Amplitude des Herzsignals einen vorbestimmten Wert übertrifft, wird der Transistor Q3 leitfähig gemacht, wodurch die über den Kondensator C7 der Basis des Transistors Q4 zugeführte Spannung in Richtung auf das Potential der Sammelleitung 13 angehoben wird; der Transistor Q4 wird daher aufgesteuert. Auf diese Weise wird das Herzsignal erfaßt und verstärkt. Übertrifft es den vorbestimmten Wert, wird der Transistor Q4 aufgesteuert, wodurch des Arbeiten des im folgenden näher erläuterten Impulsgenerators unterbrochen und dessen Taktzyklus zurückgestellt wird.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 ist eine Refraktär-

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schaltung vorgesehen, die für eine Refraktärdauer sorgt, während deren der Schrittmachermeßkreis für eine Zeitdauer in der Größenordnung von 3OO ms beginnend mit der Erzeugung eines Schrittmacherimpulses im Ausgangskreis gesperrt, d. h. unfähig gemacht wird, ein R-Wellensignal des Herzens zu erfassen. Die Refraktärschaltung umfaßt einen Widerstand R4 und einen Kondensator C4, die parallelgeschaltet und zwischen den Source-Anschluß des Feldeffekttransistors Q1 und die Sammelleitung 15 gelegt sind. Normalerweise ist der Feldeffekttransistor Q1 bei Nichtvorliegen eines erfaßten Signals an seinem Gate-Anschluß in einem gewissen Maße leitfähig; der Kondensator C4 wird über einen Widerstand R3 und den Drain-Source-Kanal des Feldeffekttransistors Q1 auf einen von dem Widerstand R4 abhängigen Ruhespannungswert aufgeladen. Nach Anlegen eines positiven Eingangssignals an den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors G)1 wird dieser Transistor stärker leitfähig gemacht; der Kondensator C4 wird auf einen höheren Spannungswert als die Ruhespannung aufgeladen, da der Widerstand des Drain-Source-Kanals abnimmt. Während der Refraktärperiode wird der Feldeffekttransistor Q1 wegen der Sperrvorspannung nicht aufgesteuert, die an seiner Gate-Source-Strekke auf Grund des höheren Spannungswertes anliegt, auf ^den der Kondensator C4 aufgeladen wurde. Nach dem Verschwinden des Eingangssignals sucht sich der Kondensator C4 über den Widerstand R4 auf sein normales Vorspannungsruhepotential zu entladen; die an die Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors Q1 angelegte Sperrvorspannung wird herabgesetzt, so

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daß der Transistor durch ein weiteres, seinem Gate-Anschluß zugeführtes Eingangssignal wieder aufgesteuert werden kann. Die Werte von Kondensator C4 und Widerstand R4 sind so gewählt, daß eine der gewünschten Refraktärperiode entsprechende Kondensatorentladedauer erhalten wird.

Laßt das erfaßte Signal erkennen, daß das Herz des Patienten nicht mehr normal arbeitet, wird ein Kondensator C9 über Widerstände R11 und R27 mit einer Geschwindigkeit aufgeladen, die durch die RC-Zeitkonstante der Reihenschaltung bestimmt wird. Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators C9 gibt ihrerseits die Frequenz vor, mit der der Herzschrittmacher 10 dem Herzen des Patienten Impulse zuführt. Die am Kondensator C9 aufgebaute Ladespannung wird über einen Widerstand R13 an den Emitter eines Transistors Q5 angelegt. Wird ein vorbestimmter Wert erreicht, der über der Vorspannung an der Basis dieses Transistors liegt, wird der Transistor Q5 leitend gemacht. Der Transistor Q5 erhöht, nachdem er aufgesteuert ist, seinerseits die der Basis eines Transistors Q6 zugeführte Spannung, wodurch der Transistor Q6 gleichfalls aufgesteuert wird. Der Kollektor des Transistors Q6 steht mit der Basis eines Transistors Q7 in Verbindung. Sobald der Transistor Q6 aufgesteuert wird, senkt er die Spannung an der Basis des Transistors Q7 ab; der Transistor Q7 wird aufgesteuert. Wenn der Transistor Q7 leitfähig gemacht ist, steigt das Potential an der Verbindungsstelle zwischen dem Kollektor dieses Transistors und einem Widerstand R18 in Richtung auf das

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Potential der Sammelleitung 13 an. Über den Widerstand R1 8 und einen Widerstand R21 wird der Basis des Ausgangstransistors Q12 eine erhöhte Spannung zugeführt, so daß dieser Transistor für eine Impulsbreitendauer aufgesteuert wird, die in der folgenden noch näher erläuterten Weise vorgegeben wird,

Wenn die Spannung am Kollektor des Transistors Q7 ansteigt, wird über einen Widerstand R9 eine entsprechend positivere Spannung an die Basis eines Transistors Q9 angelegt. Der Transistor Q9 wird aufgesteuert, wodurch der Kondensator C9 zur Vorbereitung des nächsten Arbeitsspiels der Schrittmacheroszillatorschaltung entladen wird. Die erhöhte Spannung gelangt ferner über den Widerstand R18 sowie Widerstände R1 2 und R24 an einen Kondensator C1O, der aufgeladen wird. Das dem Emitter des Transistors Q5 zugeführte Potential nimmt mit der Aufladung des Kondensators C'1O ab. Nach einer die Impulsbreite des Reizsignals darstellenden, vorbestimmten Zeitdauer, die durch die Werte der Widerstände R18, R1 2 und R24 sowie des Kondensators C'10 vorgegeben wird, ist der Kondensator C'10 voll geladen; der Transistor Q5 wird gesperrt.

Eine Lichtemissionsdiode CR4 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors Q7 und der Sammelleitung 15 in Reihe mit den Widerständen R18 und R19. Das·Potential am Widerstand R21 wird daher trotz Erschöpfung der Batterie relativ konstant geholten. Wenn der Transistor Q7 leitfähig gemacht wird, steigt die Spannung an der Basis des Transistors Q12 an. Der Tran-

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sistor Q12 wird aufgesteuert. Das Aufladen des Kondensators C'10 beginnt, wodurch dem Emitter des Transistors Q5 über eine Leitung 20 ein abnehmendes Potential zugeführt wird. Nach einer Zeitdauer, die der Impulsbreite des Reizimpulses entspricht und beispielsweise 0,5 bis 1,2 ms beträgt, wird daher der Transistor Q5 gesperrt. Die Transistoren Q6, Q7 und Q12 werden infolgedessen zugesteuert. Der Ausgangsimpuls des Schrittmachers 10 am Transistor Q12 wird beendet. Wenn der Transistor Q7 gesperrt wird, erfolgt auch eine Sperrung des Transistors Q9, so daß sich der Kondensator C9 wieder aufladen kann, um in der vorstehend erläuterten Weise das nächste Arbeitsspiel einzuleiten. Der Kondensator C'10 wird entladen, wenn der Transistor Q4 aufgesteuert wird, weil entweder ein natürliches Herzsignal mit einer den vorbestimmten Wert übersteigenden Amplitude erfaßt oder der Transistor Q9 stromführend gemacht wird. Auf diese Weise wird für einen stromführenden Weg über den Widerstand R13 und den Transistor Q4 oder Q9 zu der negativen Sammelleitung 15 gesorgt. Der Kondensator C'10 ist für das nächste Arbeitsspiel des Oszillators vorbereitet, um geladen zu werden und die Impulsbreite des Herzreizsignals vorzugeben.

Die Oszillatorschaltung nach Fig. 5 weist einen Feldeffekttransistor Q1O auf, dessen Source-Anschluß über einen Widerstand R17 mit der Basis des Transistors Q5 verbunden ist und dessen Drain-Anschluß mit der negativen Sammelleitung 15 in Verbindung steht. Der Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors

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Q1O Ist über einen Widerstand R22 mit 13 verbunden, Er ist ferns'-an die Verbindung zwischen einer Diode CR5 und einem Kondensator C6 angeschlossen. Die Diode CR5 ist mit der negativen Sammelleitung 15 verbunden, während der Kondensator C6 über einen mit ihm in Reihe geschalteten Widerstand R26 an den Kollektor des Transistors Q7 angeschlossen ist. Der Feldeffekttransistor Q1O verhindert, daß die Oszillatorschaltung das Herz des Patienten in einem zu raschen Takt anregt, wenn eine der Schaltungskomponenten defekt werden sollte. Wenn beispielsweise eine Unterbrechung an einem Widerstand R16 eintritt, würde der Transistor Q5 vorzeitig aufgesteuert, was zur Folge hätte, daß dem Herzen des Patienten eine sehr rasche, möglicherweise gefährliche Folge von Reizimpulsen zugeführt würde. Im Betrieb ist der Feldeffekttransistor Q1O normalerweise so vorgespannt, daß er Strom führt. Um die Impulsbreite des Herzreizimpulses zu beenden, wird der Transistor Q5 in der oben erläuterten Weise gesperrt, wodurch auch die Transistoren Q6 und Q7 gesperrt werden. Während die Transistoren Q5, Q6 und Q7 aufgesteuert sind, wird der mit dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors Q1O verbundene Kondensator C6 aufgeladen. Wird der Transistor Q7 gesperrt, bewirkt die negative Ladung auf dem Kondensator C6, daß der Feldeffekttransistor Q1O gleichfalls gesperrt wird. Dadurch wird der Feldeffekttransistor Q1O für eine von der Entladedauer des Kondensators C6 abhängige Zeitdauer am erneuten Aufsteuern gehindert. Wie die Fig. 6 erkennen läßt, entlädt sich der Kondensator C6 in erster Linie über den Widerstand

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R22; eine Entladung findet jedoch auch über die Widerstände RI8, R26, R19 und R21 statt, wobei die Entladedauer in der Größenordnung von 5OO bis 6OO ms liegt. Während der Feldeffekttransistor Q1O gesperrt ist, können der Transistor Q5 und damit auch die Transistoren Q6, Q7 und Q12'nicht aufgesteuert werden. Wenn eine der Schaltungskomponenten der Oszillatorschaltung ausfallen sollte, so daß eine vorzeitige Aufsteuerung des Transistors Q5 droht,übernimmt der Feldeffekttransistor QIO eine Schutzfunktion, indem er eine vorzeitige Stromübernahme durch die genannten Transistoren verhindert und damit die Frequenz, mit der Reizimpulse dem Herzen des Patienten zugeführt werden können, auf einen Wert in der Größenordnung von 110 Schlägen pro Minute begrenzt.

Es versteht sich, daß der Herzschrittmacher 1O mit einer von den Werten des Kondensators C9 und der Widerstände R11 und R27 bestimmten Frequenz weiterschwingt und einen Impuls erzeugt, dessen Breite von den Werten der Widerstände R18, R12 und R24 sowie des Kondensators C'10 abhängt, bis der Basis des Transistors Q4 ein Sperrimpuls zugeführt wird. Dadurch wird der Transistor Q4 aufgesteuert. Der Kondensator C9 wird entladen. Die Impulsgeneratorschaltung hört zu" arbeiten auf. Das an das Herz des Patienten über die Schrittmacherleitung 14 angelegte Reizsignal ergibt sich aus der Entladung des Kondensa tors C8 während der Aufsteuerung des Transistors Q12 über einen Reihenstromkreis, der den Transistor Q12, die Sammelleitung 15, die Elektroden der Schrittmacherleitung 14, den Kör-

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per des Patienten, die Induktivität L1 und den Kondensator C8 umfaßt. Während des Intervalls zwischen den Reizsignalen lädt sich der Kondensator C8 über die Sammelleitung 13, einen Lastwiderstand R2O, den Kondensator C8, die Induktivität L1 , die Elektroden der Leitung 14, den Körper des Patienten und die Sammelleitung 15 wieder auf Batteriespannung auf. Die Amplitude des Wiederaufladesignals reicht nicht aus, um eine Kontraktion des Herzmuskels des Patienten auszulösen.

In der oben in Verbindung mit Fig. 4 erläuterten Weise sind zwei entgegengesetzt gepolte, in Reihe liegende Dioden CR1O und CR12 zwischen die Sammelleitung 15, die mit der die eine Elektrode bildenden Abschirmung 11 verbunden ist, und die Leitung 17 geschaltet, die mit der HF-Strombegrenzungsinduktivität L1 gekoppelt ist. Die für eine Kompensation des unsymmetrischen Leitvermögens sorgende Diode CR14 liegt zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Q12. Der für eine Verstimmung sorgende Kondensator C12 liegt parallel zu den Dioden CR1O und CR12.

Die Frequenzkomponenten und die Wiederholfrequenz oder Rate des Reizsignals unterscheiden sich stark von der Resonanzfrequenz der Induktivität L1 und des Kondensators C12, so daß keine Gefahr einer Resonanz der Ausgangsschaltung auf Grund des normalen Arbeitens des Impulsgenerators besteht.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann die Diode

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CR14 in Fig. 6 weggelassen und in die Ausgangsschaltung des Sc-hrittmachers ein Kondensator C1 4 eingefügt werden, der dort gestrichelt dargestellt ist. Der Wert des Kondensators C14 ist so gewählt, daß er für einen niederohmigen Weg für Signale sorgt, die im Schrittmacherausgang beispielsweise durch Kauterisiervorgänge induziert werden. Auf diese Weise werden die induzierten Signale am Ausgang des Transistors Q12 kurzgeschlossen. Der Transistor Q12, der unterschiedliche Leitfähigkeitseigenschaften in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung hat, wird nicht mit relativ großen S-ignalen beaufschlagt; er wird daher daran gehindert, diese Signale unsymmetrisch zu machen. Der Kondensator C12, der vorgesehen ist, um den von der Kapazität des Transistors Q12, dem Kondensator C8 und der Induktivität L1 gebildeten Resonanzkreis zu verstimmen, kann gleichfalls weggelassen werden; seine Funktion kann der Kondensator C1 4 übernehmen.

Während die Kauterisationsschutzschaltung vorstehend in Verbindung mit der Schrittmacherschaltung nach Fig. 6 erläutert wurde, versteht es sich, daß sie auch in Verbindung mit anderen Schrittmacherschaltungen benutzt werden kann, so unter anderem den aus den US-PSen 3 478 746, 3 391 697 und 3 656 bekannten Schrittmacherschaltungen.

Die Kauterisationsschutzschaltung gemäß den Fig. 4 und 5 wurde im Hinblick auf mögliche schädliche Einwirkungen der Kauterisation auf das Herz überprüft. Eine Kauterelektrode oder

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-zange wurde bis auf 13 mm an die die indifferente Elektrode des Schrittmachers 10 nach Fig. 6 bildende Impulsgeneratorabschirmung 11 herangebracht, ohne daß es zu einer gefährlichen Reizung der überprüften Herzen durch die Kauterisationssignale kam.

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Claims

- 34 Ansprüche

f 1 ΛHerzschrittmacherschaltung mit einer Ausgangsschaltstufe, die mit einer der gewünschten Herzstimulationsrate entsprechenden Frequenz auf- und zusteuerbar is"t, von deren Ausgang ein Herzreizsignal ableitbar ist und die in der einen Richtung eine größere Leitfähigkeit als in der entgegengesetzten Richtung hat, gekennzeichnet durch eine parallel zum Ausgang der Schaltstufe (Q12, Q112) liegende Anordnung (CR14, CR114, C14), die verhindert, daß die Unterschiedlichkeit der Leitfähigkeiten der Schaltstufe in den beiden Richtungen im Ausgang der Schaltung induzierte Signale unsymmetrisch macht.
2. Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang der Schaltstufe (Q12, Q112) ein erstes einseitig leitendes Schaltungselement (CR14, CR114) derart gelegt ist, daß es einem unsymmetrischen Arbeiten der Schaltstufe auf Grund der unterschiedlichen Leitfähigkeiten entgegenwirkt.
3. Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch'1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang der Schaltstufe (Q12) ein Kondensator (C14) gelegt ist, der so bemessen ist, daß er für die interessierenden Signale einen um die Schaltstufe herumführenden Nebenschlußweg bildet.

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4. Herzschrittmacherschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Schaltungskomponenten der Herzschrittmacherschaltung gegen Beschädigung durch von externen Feldern induzierte Signale relativ hoher Amplitude mit der Schaltstufe (Q12, Q112) ein zweites einseitig leitendes Schaltungselement (CR1O, CR11O) zusammengeschaltet ist, und daß zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen symmetrischen Wellenform von im Ausgang der Herzschrittmacherschaltung induzierten Signalen in Reihe mit dem zweiten einseitig leitenden Schaltungselement ein entgegengesetzt dazu gepoltes drittes einseitig leitendes Schaltungselement (CR12, CR112) parallel zum Ausgang der Schaltstufe gelegt ist.
5. Herzschrittmacherschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe einen Transistor (Q12, Q112) aufweist.
6. Herzschrittmacherschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang der Herzschrittmacherschaltung und die Herzreizelektrodenanordnung eine die Amplitude des durchfließenden Stromes innerhalb eines interessierenden Frequenzbereichs begrenzende Induktivität (L1, L'1, L¹2) geschaltet ist.
7. Herzsehrittmacherschaltung nach Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem von der Eigenkapazität der

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Schaltstufe (Q12, Q112) den einseitig leitenden Schalungselementen (CRI 4, CR114, CRIO, CR11O, CR12, CR112) und der Induktivität (L1, L'1, L'2) gebildeten Resonanzkreis ein·..-diesen Kreis verstimmende Kapazität (C12, C112) zuscrrmengeschaltet ist.
8. Herzschrittmacherschaltung mit einem Impulsgenerator, der eine Taktsteuerung, die den Impulsgenerator Ausgangsimpulse mit einer vorgewählten, dem gewünschten Herzschlag des Patienten entsprechenden Frequenz abgeben läßt, und einen Ausgangstransistor aufweist, dessen Durchlaßverstärkung sich von der Rückwärtsverstärkung unterscheidet, ferner mit einer an den Impulsgenerator angekoppelten und eine Abschirmung für diesen bildenden ersten Elektrode sowie einer die Ausgangssignale vom Impulsgenerator übernehmenden und an das Herz des Patienten elektrisch ankoppelbaren zweiten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Elektroden zwei in Reihe geschaltete, entgegengesetzt gepolte Dioden (CR1O, CR12) gelegt sind, von denen die eine den Impulsgenerator gegen bei einer Defibrillation induzierte Signale schützt und die andere bewirkt, daß das zwischen den beiden Elektroden erscheinende Ausgangssignal, das auf durch Kauterisieren induzierte Signale zurückgeht, eine im wesentlichen symmetrische Wellenform hat, und daß zwischen Emitter und Kollektor des Ausgangstransistors (Q12) eine weitere Diode (CR14) in solcher Richtung gelegt ist, daß eine Kompensation hinsichtlich des Unterschiedes

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zwischen Durchlaß- und Rückwärtsverstärkung des Ausgangstransistors erfolgt.
9. Unipolare Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Elektrode eine Induktivität (l_1 ) zum Dämpfen von durchlaufenden hochfrequenten Strömen verbunden ist.
10. Unipolare Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Kollektor-Emitter-Kapazität des Ausgangstransistors (Q12), den Anoden-Kathoden-Kapazitäten der Dioden (CR1O, CR12, CR14) und der Induktivität (L1) gebildete Schwingkreis eine Resonanzfrequenz im Bereich der durch Kauterisieren im Ausgang der Schaltung induzierten Frequenzen hat, und daß zwischen die beiden Elektroden eine Kapazität (C12) geschaltet ist, die den Schwingkreis auf eine von dem Bereich der induzierten Frequenzen abliegende Frequenz verstimmt.
11. Herzschrittmacherschaltung mit einem Impulsgenerator zum Erzeugen eines Steuersignals mit einer Wiederholfrequenz entsprechend der gewünschten Reizrate des Herzens des Patienten und einer Ausgangsschaltstufe, die auf das Steuersignal ansprechend einen Herzreiz-Ausgangsimpuls liefert, der über, zwei Leitungen an das Herz des Patienten geht, gekennzeichnet durch eine Ringspule mit zwei Induktivitäten (l_'1, L'2), die jeweils in Reihe mit einer der Leitungen

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liegen und mit hohem Kopplungsfaktor derart miteinander gekoppelt sind, daß sie bei Vorhandensein eines durch Kauterisieren induzierten Feldes in einer ersten Betriebsart, bei welcher die an die beiden Induktivitäten durch das auf Kauterisieren zurückzuführende Feld angelegten Signale über die Kopplung Felder in gleicher Richtung induzieren und die für die durch Kauterisieren induzierten Signale wirksamen Induktanzen entsprechend erhöht sind, sowie beim Anlegen eines Schrittmacherimpulssignals in einer zweiten Betriebsart arbeiten, bei welcher durch die gegenseitige Kopplung der beiden Induktivitäten einander entgegengerichtete Felder ausgebildet werden, so daß die Induktanzen der beiden Induktivitäten erheblich herabgesetzt sind.
12. Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspule einen Ringkern mit einer Permeabilität in der Größenordnung von 120 aufweist.
13. Herzschrittmacherschaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspule eine Bandbreite von mindestens 1O MHz hat.
14. Herzschrittmacherschaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspule eine Resonanzfrequenz von mindestens 5 MHz hat.

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