DE2747730A1

DE2747730A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2747730A1
Application number: DE19772747730
Authority: DE
Inventors: Thomas L Jirak; Pieter M J Mulier
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-25
Publication date: 1978-04-27
Also published as: US4120307A; GB1592868A; NL7711525A; AU2962077A; FR2368943B1; CA1095993A; FR2368943A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher mit einer Stromquelle, einem Impulsgenerator, einer an das Herz anschließbaren Ausgangsstufe und einer Überwachungsstufe zum Erfassen einer Änderung des Zustandes der Stromquelle.

Implantierbare elektromedizinische Geräte, wie Herzschrittmacher, werden häufig aus voll integrierten Stromquellen gespeist, die zusammen mit den elektronischen Baugruppen als einzige Einheit implantiert werden. Wenn derartige Schrittmacher implantiert sind, besteht keine bequeme Möglichkeit, den Zustand der Stromquelle zu testen, um den jeweiligen Lade- oder Entladezustand zu ermitteln. Weil das Leben des Patienten häufig von der einwandfreien Arbeitsweise des Schrittmachers abhängt, die ihrerseits von dem Zustand der Stromquelle abhängig ist, ist es notwendig, daß dem Patienten und/oder dem Arzt Mittel zur Verfügung stehen, die ein genaues Ermitteln des bevorstehenden Endes der Lebensdauer der Stromquelle erlauben.

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Die Lebensdauer der Stromquelle und das Erfordernis eines Austausches wurden auf statistischem Wege vorausgesagt. Einige Geräte erreichen jedoch die statistische Lebensdauer selbst dann nicht, wenn ein reichlich bemessener Sicherheitsfaktor vorgesehen wird. Außerdem wird es als günstiger erachtet, einen implantierten Schrittmacher, der einwandfrei arbeitet, nicht zu stören oder zu beseitigen, solange dies nicht absolut notwendig ist. Obwohl der für die Herausnahme eines implantierten Schrittmachers erforderliche chirurgische Eingriff verhältnismäßig geringfügig ist, besteht stets die Gefahr von Komplikationen oder Unfällen; diese Gefahr wird besser vermieden.

Es sind Mittel bekannt, die dem Patienten anzeigen, daß die Stromquelle des Schrittmachers erschöpft ist. Zu diesen bekannten Einrichtungen gehören Schaltungen, die ein Anzeichen für eine Erschöpfung der Stromquelle erfassen und die Ausgangs frequenz des Schrittmachers auf eine andere, für gewöhnlich niedrigere Frequenz, beispielsweise von 70 auf 65 Schläge pro Minute,1inear ändern. Diese Änderung läßt sich von Patienten erkennen, wenn er sich den Puls fühlt. Viele Patienten unterlassen es jedoch, regelmäßig den Puls zu fühlen. Die Stromquelle des Schrittmachers eines solchen Patienten kann daher gefährlich erschöpft sein, bevor der Patient feststellt, daß der Schrittmacher wegen unzureichender Stromversorgung nicht mehr einwandfrei arbeitet. Ein uniLirt'ichünd mit Strom versorgter Schrittmacher kann zu ernst-

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haften Komplikationen und sogar zum Tod führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, die dem Patienten zuverlässig anzeigen, daß die Stromquelle seines Schrittmachers erschöpft ist und sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Die Erschöpfung der Stromquelle soll für den Patienten erkennbar gemacht werden, ohne daß seitens des Patienten ständig Kontrollmaßnahmen, beispielsweise häufiges Fühlen des Pulses, erforderlich werden .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine an die Überwachungsstufe angeschlossene und auf diese Stufe ansprechende Arrhythmieauslösestufe zum periodischen Ändern der Periode zwischen Impulsen des vom Impulsgenerator erzeugten und an die Ausgangsstufe angelegten Impulszuges.

Erfindungsgemäß wird also dem Herzen bei drohender Erschöpfung der Stromquelle des Schrittmachers ein Arrhythmiesignal zugeführt, um ein· leichte und ungefährliche, jedoch merkliche Arrhythmie als Warnung für eine Erschöpfung der Stromquelle auszulösen. Die leichte Arrythmie kann auf verschiedenartige Weise herbeigeführt werden.

Ein Vorgehen zur Auslösung einer leichten, ungefährlichen Herzarrhythmie besteht darin, die Frequenz des dem Herzen zugeführten Schrittmachersignals wiederholt zu ändern. Dies

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kann geschehen, indem für eine periodische Änderung der Ausgangsfrequenz des Schrittmachersignals gesorgt wird, beispielsweise indem das Schrittmachersignal periodisch am Durchlaufen zum Herzen gehindert wird, so daß eine merkbare, geringfügige Anzahl von Schrittmacher impulsen unter-

drückt wird. Eine leichte Arrhythmie kann auch dadurch ausgelöst werden, daß die Schlagrate zwischen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Schlagraten geändert wird, die jeweils für eine kurze Zeitdauer vorgesehen werden; beispielsweise kann ein regelmäßiges Schrittmachersignal von 7O Schlägen pro Minute in alternierende Signale von 6O Schlägen pro Minute und 8O Schlagen pro Minute für jeweils 30 Sekunden Dauer geändert werden.

Es ist auch möglich, die Impulspause zwischen mehreren Werten zu ändern. Beispielsweise kann eine regelmäßige Impulspause von 830 ms in alternierende Impulspausen von 6OO ms und 10OO ms geändert werden. Wesentlich ist es, daß eine leichte, ungefährliche jedoch merkliche Arrhythmie im Her zen ausgelöst wird.

Gewisse Bedingungen oder Parameter einer Stromquelle können deren Erschöpfungszustand anzeigen, wenn die Stromquelle sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Beispielsweise beginnt im Falle einer Batterie die Ausgangsspannung gegen das Ende der Lebensdauer der Batterie hin abzunehmen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist daher die Überwachungs-

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stufe eine Anordnung zum Ermitteln einer Abnahme der von der Stromquelle abgegebenen Spannung auf, um anzuzeigen, daß sich die Stromquelle dem Ende ihrer Lebensdauer nähert.

Bei einer Überwachungsstufe zum Erfassen einer Änderung des Zustandes einer Stromquelle kann der Fall eintreten, daß ein Störsignal oder eine andere Ursache die Anordnung veranlaßt, ein Arrhythmiesignal dem Herzen zuzuführen, das irrtümlich das bevorstehende Ende der Lebensdauer der Stromquelle vortäuscht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen die Überwachungsstufe und die Arrhythmieauslösestufe eine Sperrstufe geschaltet, die die Arrhythmieauslösestufe bei Abwesenheit eines eine Änderung des Zustandes der Stromquelle anzeigenden Signals der Überwachungsstufe sperrt. Die Sperrstufe kann als Rückstellstufe ausgelegt sein, um eine aktive Arrhythmieauslösestufe in den inaktiven Zustand zurückzustellen.

Zahlreiche bekannte Batterien, die zur Speisung von Herzschrittmachern benutzt werden, haben die Eigenschaft, daß ihre Spannung beim Erschöpfen der Batterie über eine lange Zeitdauer hinweg langsam absinkt. Es kann sein, daß ein Patient Anzeichen für ein bevorstehendes Ende der Batterie lebensdauer innerhalb eines langen Zeitraumes in dem Glauben unbeachtet läßt, daß keine Eile besteht, die erschöpften Batterien auszutauschen, oder daß der Patient davor zurückschreckt, sich dem zum Austausch der implantierten

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Einheit erforderlichen chirurgischen Eingriff zu unterziehen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist daher die Überwachungsstufe eine Anordnung zum Erfassen von fortschreitenden Änderungen des Zustandes der Stromquelle auf. Dem Patienten können dadurch fortschreitende Warnungen im Falle einer fortschreitenden Erschöpfung der Stromquelle vermittelt werden. Beispielsweise können mehrere Überwachungsschaltungen vorgesehen sein, die Anzeigesignale für fortschreitende Abnahmen der Batteriespannung liefern. Diese Anzeigesignale veranlassen eine fortschreitend betätigbare Arrhythmieauslösestufe, die Frequenz des erzeugten Schrittmachersignals in fortschreitend stärker bemerkbarer Weise zu ändern, beispielsweise indem die Zeitdauer erhöht wird, während deren das Schrittmachersignal am Durchlauf zu der mit dem Herzen verbundenen Ausgangsstufe gehindert wird. Der Patient wird daher zunehmend wirkungsvoller gewarnt, wenn die Batterie sich fortschreitend stärker erschöpft .

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

Fig. 1 eine Ausführungsform der Warneinrichtung in

Verbindung mit einer bekannten Schrittmacherschaltung, und

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Fig. 2 eine abgewandelte AusfUhrungsform der Er

findung zum Erfassen von fortschreitenden Änderungen des Zustandes der Stromquelle.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind ein Schrittmachersignalgenerator 10 und eine Ausgangsstufe mit einem Transistor 12 vorgesehen. Ein Ausgangskondensator 14 liegt in bekannter Weise zwischen dem Kollektor des Transistors 12 und einem Anschluß 13. Der Emitter des Transistors 12 ist mit Masse und mit einem Anschluß 15 verbunden. Die Anschlüsse 13 und 15 können mit dem Herzen unter Verwendung einer beliebigen Leitungsanordnung verbunden werden, über die dem Herzen elektrische Signale zufuhrbar sind. Ein Vorspannwiderstand 16 verbindet den Kollektor des Ausgangstransistors 12 mit dem einen Anschluß 20 der Stromquelle. Die Anschlüsse 2O lassen sich mit der positiven Seite (+V) einer Stromquelle verbinden. An die Basis des Transistors 12 ist ein Eingangswiderstand 18 angeschlossen. Die Stromquelle kann Batterien oder andere bekannte Energiequellen aufweisen, die sich in Verbindung mit Herzschrittmachern eignen. Die insoweit beschriebene Ausgangsstuf· ist in herkömmlicher Weise aufgebaut.

Änderungen des Zustandes der Stromquelle werden erfaßt, um die Erschöpfung der Stromquelle festzustellen und eine Anzeige für das bevorstehend« Ende der Lebensdauer der Stromquelle zu erhalten. Dem Patienten wird dann zwangsweise

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kenntlich gemacht, daS die Stromquelle erschöpft wird. Mit einem Anschluß 2O der Stromquelle ist eine Spannungsüberwachungsstufe 22 verbunden. Ein Parameter einer Stromquelle, der sich zum Ermitteln des Erschöpfungszustandes überwachen läßt, ist die Ausgangsspannung der Batterie. Wenn die Batterie erschöpft wird, sinkt die Ausgangsspannung ab. Durch Überwachen der Ausgangsspannung liefert die Spannungsüberwachungsstufe 22 ein Anzeigesignal, wenn die Batteriespannung auf einen vorbestimmten Wert abgefallen ist.

Die SpannungsUberwachungsstufe 22 weist Widerstände 24, 30 und 34 auf, die mit einem Anschluß 20' der Stromquelle verbunden sind. Der Emitter eines Transistors 36 ist mit dem gleichen Anschluß 20' verbunden.. Ein Kondensator 33 und der Widerstand 34 stehen mit der Basis des Transistors 36 in Verbindung, die ferner an den Kollektor eines Transistors 28 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 28 ist mit dem Widerstand 30 verbunden, während der Emitter des Transistors 28 an den Widerstand 24 angeschlossen ist. Ein Widerstand ist ebenfalls mit dem Emitter des Transistors 28 verbunden. Eine Diode 32 ist mit der Basis des Transistors 28 und mit dem Widerstand 26 verbunden. Die Verbindungsstelle von Diode 32 und Widerstand 26 ist an den Ausgang, des Schrittmachersignalgenerators 10 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 36 ist an einen Widerstand 38 angeschlossen, der mit Masse verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 36 bildet den Ausgang der SpannungsUberwachungsstufe 22. Die Wider-

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stände 24 und 26 stellen einen Spannungsteiler dar, über den der Emitter des Transistors 28 vorgespannt wird. Die parallel zu dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 28 und zum Widerstand 26 liegende Oiode 32 hat im wesentlichen den gleichen Temperaturkoeffizienten wie d»r Basis-Emitter-Übergang des Transistors 28, wodurch die Temperaturempfindlichkeit der Spannungsüberwachungsstufe 22 auf einem Kleinstwert gehalten wird.

Der Schrittmachersignalgenerator 10 erzeugt in bekannter Weise eine Folge von negativ gehenden Impulsen, von denen einer am Ausgang des Generators 1O dargestellt ist. Die Verbindungsstelle von Diode 32 und Widerstand 26 führt zurück zum Ausgangsanschluß des Schrittmachersignalgenerators 1O, so daß dann, wenn die negativ gehenden Ausgangsimpulse des Schrittmachersignalgenerators 1O erzeugt werden, die Spannungsüberwachungsstufe 22 entsperrt wird, indem sie über die (nicht gezeigte) Ausgangsstuf· des Generators 10 wirkungsmäßig an Masse gelegt wird. Dies bewirkt eine wesentliche Senkung des Energieverbrauchs durch die Überwachungsstufe 22, weil die Überwachungsstufe Strom nur aufnimmt, wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt wird. Für eine weitere Senkung des Energieverbrauchs durch die Überwachungsstufe 22 kann dadurch gesorgt werden, daß diese Stufe unter Verwendung von CMOS-Logikbausteinen aufgebaut wird.

Der Ausgang des Schrittmachersignalgenerators 10 ist ferner

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mit dem Triggereingang eines Binärzählers 40 verbunden. Die Ausgangssignalimpulse werden von dem Binärzähler 40 gezählt, der bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform sieben Stufen aufweist und infolgedessen bis zu 128 Impulsen hochzählt, worauf er zwecks Einleitung eines neuen Zählvorgangs auf Null zurückspringt. Ein Teil der Zählerstufen, z.B. Q₃-Qg, ist mit den Eingängen einer NOR-Schaltung 42 verbunden, die ein hochliegendes Ausgangssignal abgibt, wenn sämtliche Eingänge, d. h. die damit verbundenen Stufen des Zählers 4O, niedrig liegen. Der Ausgang der NOR-Schaltung 42 ist mit einer NOR-Schaltung 44 verbunden, um das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 42 zu invertieren. Der Ausgang der NOR^Schaltung 44 ist an den einen Eingang einer NOR-Schaltung 46 angeschlossen. Der andere Eingang der NOR-Schaltung 46 ist so geschaltet, daß er in der im folgenden erläuterten Weise ein Anzeigesignal von der Spannungsüberwachungsstufe 22 aufnimmt. Der Ausgang der NOR-Schaltung 46 ist mit einem Eingang einer NOR-Schaltung 48 verbunden. Der andere Eingang der NOR-Schaltung 48 ist über ein RC-Verzögerungsglied 19, das von einem Widerstand 21 und einem Kondensator 23 gebildet wird, mit dem Ausgang des Schrittmachersignalgenerators 10 verbunden. Der Ausgang der NOR-Schaltung 48 steht mit dem Widerstand 18 in Verbindung. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 48 wird daher vom Ausgangstransistor 12 aufgenommen und zwecks Reizung dem Herzen zugeführt.

Die höchste Stufe des Binärzählers 40, bei dieser Ausfüh-

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rungsform die siebt· Stuf· (Q7), ist mit einer Rückstellstufe 5O verbunden, die zwischen den Kollektor des Tran sistor· 36 und den anderen Eingang der NOR-Schaltung 46 ge schaltet ist. Die Rückstellstufe 50 weist ein von NOR-Schaitungen 56, 58 gebildetes RS-Flip-Flop auf. Der eine Eingang der NOR-Schaltung 56 bildet den R-Eingang des Flip-Flops. Der andere Eingang der NOR-Schaltung 56 ist mit dem Ausgang der NOR-Schaltung 58 verbunden. Der Ausgang der NOR-Schaitung 56 steht mit dem einen Eingang der NOR-Schaltung 58 in Verbindung. Der andere Eingang der NOR-Schaltung 58 bildet den S-Eingang des Flip-Flops. Ein Kondensator 52 liegt in Reihe mit einem Widerstand 54 zwischen der Stufe Q7 des Zählers 4O und Masse. Der R-Eingang des Flip-Flops ist zwischen dem Kondensator 52 und dem Widerstand 54 angeschlossen. Der Kondensator 52 ist mit der Stufe Q7 des Binärzählers 40 verbunden, um den R-Eingang des Flip-Flops zu triggern. Der S-Eingang ist an den Kollektor des Transistors 36 angeschlossen; er wird durch das Vorhandensein eines Signals der Spannungsüberwachungsstufe 22 getriggert, das er kennen läßt, da6 die Spannung der Stromquelle auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Es erwies sich als zweck mäßig, das Flip-Flop aus zwei NOR-Schaltungen aufzubauen; statt dessen kann aber auch Jede andere form von RS-Flip-Flop benutzt werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Der Schrittmachersignalgenero tor10 erzeugt «in· Folg« von ne-

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gativ gehenden Impulsen, die an das Herz mittels des Ausgangstransistors 12 über die Anschlüsse 13, 15 angelegt werden. Jedesmal, wenn der Signalgenerator 10 einen Impuls erzeugt, wird die Spannungsüberwachungsstufe 22 aktiviert, indem sie über die (nicht gezeigte) Ausgangsstufe des Signalgenerators 1O wirkungsmäßig an Masse gelegt wird. Der erzeugte Impulszug wird gleichzeitig mittels des Binärzählers 4O gezählt. Wenn die Spannung am Batterieanschluß 2O unter einen vorbestimmten Wert abgefallen ist, der von dem Spannungsteiler 24, 26 vorgegeben wird, wird der normalerweise gesperrte Transistor 28 stromführend. Dadurch wird der Transistor 36 stromführend gemacht; am Widerstand 38 erscheint ein Anzeigesignal. Der Kondensator 33 unterdrückt Einschwingsignale, die andernfalls an den Flanken jedes Ausgangsimpulses des Signalgenerators 1O auftreten würden und die den Transistor 36 ohne Rücksicht auf die Batteriespannung leitend machen würden. Wenn am Widerstand 38 eine Spannung ansteht, liegt der Ausgang der NOR-Schaltung 58 niedrig.

Während der ersten vier Zählschritte des Binärzählers 4 liegen die Ausgänge der Stufen Q3, Q4, Q5 und Q6 niedrig, so daß am Ausgang der NOR-Schaltung 42 ein hochliegendes Signal erscheint, das mittels der NOR-Schaltung 44 in ein niedrigliegendes Signal invertiert und der NOR-Schaltung 46 zugeführt wird. Wenn an beiden Eingängen der NOR-Schaltung niedrigliegend· Signale vorhanden sind, und zwar ein Signal

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von der NOR-Schaltung 44 und ein Signal vom Ausgang der NOR-Schaltung 58 des Flip-Flops 50, liegt der Ausgang der NOR-Schaltung 46 hoch. Die NOR-Schaltung 48 verhindert daher, daß die vom Signalgenerator 10 erzeugten Signale den Ausgangetransistor 12 erreichen. Dies ist während der ersten vier Zählschritte des Zählers 4O der Fall, wenn von der Überwachungsstufe 22 an das Flip-Flop 50 ein Signal angelegt wird, das kennzeichnend für eine Erschöpfung der Batterie ist. Auf diese Weise wird im Herzen eine leichte Arrhythmie ausgelöst, um den Patienten zu warnen, daß die· Stromquelle des Schrittmachers (bei dieser Ausführungsform eine Batterie) sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert. Das RC-Verzögerungsglied 19 kompensiert Verzögerungen innerhalb der Überwachungsstufe 22, so daß der Impuls vom Signalgenerator 10 erst dann an der NOR-Schaltung 46 erscheint, wenn die NOR-Schaltung 48 im richtigen Sperr- oder Entsperrzustand steht.

Es ist denkbar, daS die Spannungsüberwachungsstuf· 22 unbeabsichtigt mittels eines Störsignals oder auf andere Weise ausgelöst wird und ein Signal erzeugt, das fälschlich eine Erschöpfung der Batterie anzeigt. Um die NOR-Schaltung 48 in den Entsperrzustand zurückzubringen, wenn momentan eine Falschanzeige aufgetreten ist, ist die Rückstellstufe 50 mit der Stufe Q7 des Binärzählers 40 verbunden. Normalerweise, wenn am S-Eingang der NOR-Schaltung 58 ein Anzeigesignal vorhanden ist, liegt der Ausgang der NOR-Schaltung 58 niedrig.

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Der Zustand des Ausgangs der NOR-Schaltung 56 hat darauf keinen Einfluß, weil ein hochliegendes Ausgangssignal an einer NOR-Schaltung, wie der Schaltung 58, nur dann auftreten kann, wenn beide Eingänge niedrig liegen. Wenn daher der Zählwert den Wert 64 erreicht und dem R-Eingang der NOR-Schaltung 56 ein hochliegender Eingangsimpuls zugeführt wird, bleibt der Ausgang der NOR-Schaltung 58 ungeändert. Wenn am R-Eingang der NOR-Schaltung 56 kein hochliegendes Eingangssignal vorhanden ist und der Ausgang der NOR-Schaltung 58 niedrig liegt, ist der Ausgang der NOR-Schaltung 56 hoch. Steht jedoch am Widerstand 38 kein hochliegendes Spannungsanzeigesignal an, liegt ein Eingang der NOR-Schaltung 58 niedrig. Wenn dem R-Eingang der NOR-Schaltung 56 ein Impuls zugeführt wird, springt der Ausgang der NOR-Schaltung auf niedrig, weil sein anderer Eingang niedrig liegt, da der Ausgang der NOR-Schaltung 58 niedrig ist. Dies bewirkt, daß die NOR-Schaltung 58 hoch geht, weil am S-Eingang kein hochliegendes Anzeigesignal vorhanden ist. Ein hochliegendes Signal am Ausgang der NOR-Schaltung 58, das der NOR-Schaltung 46 zugeht, bewirkt, daß der Ausgang der NOR-Schaltung 46 niedrig wird, wodurch die NOR-Schaltung 48 auch während der ersten vier Zählschritte des Zählers entsperrt wird. Die Rückstellstufe 50 sperrt auf diese Weise die erläuterte Blockierwirkung, indem sie die NOR-Schaltung 48 in den inaktiven oder nichtsperrenden Zustand zurückstellt.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der der

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Schrittmachersignalgenerator 10 mit einem Eingang der NOR-Schaltung 48 verbunden ist, deren Ausgang an den Transistor 12 angeschlossen ist. Der Transistor 12 wird mittels der Widerstände 16 und 18 vorgespannt. Mit seinem Kollektor ist der Ausgangskondensator 14 verbunden, um dem Herzen über die Anschlüsse 13 und 15 in der oben erläuterten Weise ein bchrittmachersignal zuzuführen.

Da viele bekannte Stromquellen und unter ihnen auch bestimmte Arten von Batterien, wie sie häufig zur Speisung von Schrittmachern verwendet werden, langsam in ihrer Leistung nachlassen, besteht die Möglichkeit, daβ ein Patient annimmt, daQ die von der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ausgelöste leichte Arrhythmie kein Kennzeichen 'dafür ist, daß die Batterie sofort ausgetauscht werden muß. Die Ausführungsform nach Fig. 2 liefert bei fortschreitender Erschöpfung der Stromquelle eine zunehmend stärker bemerkbare Warnung. Drei Spannungsüberwachungsschaltungen 6O, 62, 64 sind mit dem Anschluß 20* der Stromquelle und mit dem Ausgang des Schrittmachersignalgenerators 10 verbunden. Jede Sponnungs-Uberwachungsschaltung 6O, 62, 64 ist ähnlich der Überwachungsstufe 22 nach Fig. 1 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß jede Überwachungsschaltung so ausgelegt ist, daß sie ein Anzeigesignal bei einem anderen Spannungspegel abgibt. Beispielsweise liefert die SpannungsUberwachungsschaltung 60

eine Anzeige bei einem vorbestimmten Spannungspegel; die SpannungsUberwachungsschaltung 62 gibt ein Anzeigesignal

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bei einem niedrigeren Spannungspegel ab; die Spannungsüberwachungsschaltung 63 spricht auf einen noch niedrigeren Spannungspegel an. Jede Überwachungsschaltung kann so ausgelegt werden, daß sie eine Anzeige für eine Erschöpfung der Batterie bei einem gewünschten Spannungspegel liefert, indem die Verhältnisse der Widerstandswerte zwischen den Widerständen eingestellt werden, die den Widerständen 24,26 der Überwachungsstufe 22 entsprechen.

Mit dem Ausgang des Signalgenerators 1O ist wiederum der

Binärzähler 40 verbunden. Der Binärzähler 4O zählt Ausgangsimpulse des Schrittmachersignalgenerators in der oben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise. Er kann je nach dem speziellen Anwendungsfall die gleiche Anzahl von Stufen wie der Zähler nach Fig. 1 oder eine davon abweichende Stufenzahl haben. Die Anzahl der Stufen wird dadurch bestimmt, welcher Teil eines Zählwertes einer vorbestimmten Mehrzahl von vom Signalgenerator 10 erzeugten Impulsen blockiert werden soll, um dem Patienten einen geeigneten Hinwei· auf da· bevorstehende Ende der Lebensdauer der Batterie zu geben.

Die dem Kollektor des Transistors 36 nach Fig. 1 entsprechenden Ausgänge der Spannungsüberwachungsschaltungen 60, 62, 64 und der Ausgang jeder Stufe des Binärzählers 40 sind mit einer Decodierlogik 66 verbunden, die aus einer Gruppe von Gattern in Verbindung mit einer Gruppe von Rückstellschaltern 50 bestehen kann, wobei jeweils ein Schalter für

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jede vorgesehene SpannungsUberwachungsschaltung vorhanden ist. Der Ausgang der Decodierlogik 66 ist mit dem anderen Eingang der NOR-Schaltung 48 verbunden. Die Gatter der Decodierlogik 66 sind an den Zähler derart angeschlossen, daß bei Triggern jeder Gattergruppe durch ein Anzeigesignal von der zugehörigen SpannungsUberwachungsschaltung eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen mittels der NOR-Schaltung 48 am Durchlauf zum Ausgang gehindert wird.

Wenn bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Ausgangsspannung der Stromquelle fortschreitend auf die jeweiligen Werte abnimmt, die von den betreffenden SpannungsUberwachungsschaltungen 6O, 62, 64 erfaBt werden, wird eine von der Decodierlogik 66 vorgegebene, wachsende Anzahl von Impulsen daran gehindert, über den Ausgang das Herz zu erreichen, um für eine wirkungsvollere Warnung vor einer Erschöpfung der Stromquelle zu sorgen. Wenn beispielsweise die Ansprechspannung der Überwachungsschaltung 6O erreicht wird, können von jeweils 64 Impulsen zwei Impulse blockiert werden. Nimmt die Spannung der Stromquelle weiter auf den Ansprechwert der Überwachungsschaltung 62 ab, können zwei weitere Impulse blockiert werden. Erreicht die Spannung der Stromquelle schließlich den Ansprechpegel der SpannungsUberwachungsschaltung 64, können insgesamt sechs oder acht Impulse am Durchlauf zum Ausgang gehindert werden, wodurch eine fortschreitend stärker bemerkbare, leichte Arrhythmie ausgelöst wird, um den Patienten zu warnen, da6 die Stromquelle

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- 22 -fortschreitend stärker erschöpft wird.

Es wurden verschiedene spezielle Ausführungsformen der beschriebenen Vorrichtung mit Erfolg getestet. Eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 war bei einer Speisespannung von 5,4 V mit den folgenden Komponenten ausgestattet:

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Schaltungskomponenten

Bezeichnung der Komponente

Widerstände:	16	10 k η
	18	12 k η
	21	ίσο kn
	24	3OO k Π
	26	1OO k Λ
	30	220 k Λ
	34	1 Mn.
	38	1Mn.
	54	1 M Λ
Kondensatoren:	14	1O pF
	23	0,01
	33	1000 pF
•	52	510 pF
Transistoren:	12	ZN 37OO
	28	ZN 2484
	36	ZN 29Ο7

Schaltungskomponenten

Oiode:

32

Gatter: 42,44 46,48,56,58

Binärzähler 4O

Bezeichnung der Komponente

MLED 600**»

SSS 42Ο4»* CMOS 2-fach-NOR CD 4001A* CMOS 4-fach-NOR

CD 4O24A»

CMOS Welligkeits-

zähler

* RCA

·* Solid State Scientific ♦** Motorola

Es versteht sich, daß Abwandlungen der veranschaulichten Ausführungsbeispiele möglich sind. Beispielsweise können die Spannungsüberwachungsstufen oder -schaltungen durch jede beliebige Schaltung ersetzt werden, die in der Lage ist, einen Zustand der Stromquelle zu ermitteln, der ein Anzeichen für eine Verschlechterung der Stromquelle ist, um ein Anzeigesignal zu erzeugen, wenn dieser Zustand einen bestimmten Wert erreicht. Außerdem kann auf Grund einer erfaßten Verschlechterung der Stromquelle dem Herzen jede beliebige Form eines für eine leichte, ungefährliche Arrhythmie sorgenden Signals zugeführt werden. Statt beispielsweise periodisch Schrittmacherimpulse zu blockieren, kann eine auf das Zustandsanzeigesignal ansprechende Schaltungsanordnung vorgesehen werden, die die Ausgangsfrequenz zwischen unterschiedlichen Frequenzwerten ändert, beispielsweise indem mit dem Zeitglied des Signalgenerators eine Schaltstufe verbunden wird, die auf das Zustandsanzeigesignal hin die Takteigenschaften des Signalgenerators ändert. Zu weiteren Variationen gehören die Änderung des Taktes beider Stufen eines astabilen Multivibrators, der als Signalgenerator vorgesehen wird, um alternierende Impulse mit unterschiedlichen Impulsintervallen zu erzeugen, wobei ein oder mehrere Impulse mit dem jeweiligen Intervall als ein Ausgangsimpuls angelegt werden, bevor auf das andere Intervall umgeschaltet wird. Die beschriebene Anordnung eignet sich für jeden beliebigen bekannten Schrittmacher, beispielsweise einen asynchronen Schrittmacher, Bedarfsschrittmacher oder synchronen Schrittmacher.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN

27 4 / /3U

BÜRO: 1000 MÜNCHEN »3 · EIFENSTRASSE Ji

Ger. Ρ-21Θ

Ansprüche

.) Herzschrittmacher mit einer Stromquelle, einem Impulsgenerator, einer an das Herz anschließbaren Ausgangsstufe und einer Überwachungsstufe zum Erfassen einer Änderung des Zustandes der Stromquelle, gekennzeichnet durch eine an die Überwachungsstufe (22, 6O, 62, 64) angeschlossene und auf diese Stufe ansprechende Arrhythmieauslösestufe (4O bis 48, 66) zum periodischen Ändern der Periode zwischen Impulsen des vom Impulsgenerator (1ο) erzeugten und an die Ausgangsstufe (12 bis 16) angelegten Impulszuges.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsstufe (22, 6O, 62, 64) eine Anordnung (24 bis 36) zum Ermitteln einer Abnahme der von der Stromquelle abgegebenen Spannung aufweist.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (24 bis 36) zum Ermitteln einer Abnahme der von der Stromquelle abgegebenen Spannung,einen an die Stromquelle anschließbaren Spannungsteiler (24, 26) und eine zwischen dem Spannungsteiler und der

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KHNiPiUCHER: OHM/40110.»» ■ KABEL: EItCTMCPATtNT MÜNC HtN

Arrhythmieauslosöstufe (40 bis 48) liegende Schalteinrichtung (28, 36) aufweist, die an die Arrhythmieauslösestufe ein fur einen Abfall der Spannung der Stromquelle kennzeichnendes Signal gibt.

4. Herzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Arrhythmieauslosestufe (40 bis 48, 66) die Frequenz des an die Ausgangsstufe (12 bis 16) angelegten Impulszuges änderbar ist.

5. Herzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrhythmieauslbsestufe (40 bis 48, 66) eine Anordnung (4O, 48, 66) zum periodischen Blockieren der Weitergabe des erzeugten Schrittmacherimpulszuges an die Ausgangsstufe (12 bis 16) aufweist.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrhythmieauslbsestufe (40 bis 48, 66) eine Zanleinrichtung (4O) zum Zählen einer Mehrzahl von durch den Herzschrittmacher erzeugten Impulsen und eine auf die Uberwachungsstufβ (22, 60, 62, 64) ansprechende Gatterschaltung (42 bis 48) zum Sperren eines Teils der Mehrzahl von gezahlten Impulsen aufweist.

/. HfiYbchnttinuaiei ncich Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, tun; die,- Z-ih 11.· mr i.^ h tuny als mehrstufiger Binarzuhler (40)

U . I . . j U 1 cj .J t l-jt .

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8. Herzschrittmacher nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterschaltung (42 bis 48)· ein erstes Gatter (42) mit mehreren, an mindestens einige (Q3 bis Q6) der Stufen (Q1 bis Q7) des Binärzählers (4O) angeschlossenen Eingängen und ein zweites Gatter (46) mit einem an den Ausgang des ersten Gatters (42) angeschlossenen Eingang und einem mit der Überwachungsstufe (22) verbundenen Eingang aufweist.

9. Herzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterschaltung (42 bis 48) ein mit dem Ausgang des zweiten Gatters (46) verbundenes und an den Impulsgenerator (10) anschließbares drittes Gatter (48) zum Absperren des erzeugten Schrittmacherimpulszuges von der Ausgangsstufe (12 bis 16) aufweist.

10. Herzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsstufe eine Anordnung (6O, 62, 64) zum Erfassen von fortschreitenden Änderungen des Zustandes der Stromquelle aufweist .

11. Herzschrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsstufe eine Anordnung (60, 62, 64) zum Erfassen von fortschreitenden Abnahmen der Spannung der Stromquelle aufweist.

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12. Herzschrittmacher nach Ansprüchen 6 und 11, gekennzeichnet durch eine auf die Überwachungsstufe (6O, 62, 64) ansprechende Decodiereinrichtung (66), mittels deren auf Grund der Erfassung von fortschreitenden Abnahmen der Spannung der Stromquelle ein Teil der gezählten Impulse für zunehmend längere Zeitdauern sperrbar ist.

13. Herzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Überwachungsstufe (22) und die Arrhythmieauslösestufe (40 bis 48) eine Sperrstufe (5O) geschaltet ist, die die Arrhythmieauslösestufe bei Abwesenheit eines eine Änderung des Zustandes der Stromquelle anzeigenden Signals der Überwachungsstufe sperrt.

14. Herzschrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arrythmieauslösestufe (4O bis 48) zwischen einem aktiven Zustand, in dem sie in Abhängigkeit von dem Signal der Überwachungsstufe (22) die Periode zwischen Impulsen des an die Ausgangsstufe (12 bis 16) angelegten Impulszuges ändert, und einem inaktiven Zustand umschaltbar ist, und daß die Arrhythmieauslösestufe bei Abwesenheit des Signals der Überwachungsstu-

fe mittels der Sperrstufe (5O) in den inaktiven Zustand rückstellbar ist.

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