DE3141135C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen implantierbaren Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen aus der DE 27 38 871 A1 bekannten Herzschrittmacher besitzt der Mikroprozessor einen Taktgeber, dessen Funktion und Zweck darin besteht, die Geschwindigkeit zu steuern, mit der der Mikroprozessor seine Operationen ausführen soll. Der Mikroprozessor, dem ein geeigneter Speicher zugeordnet ist, dient zum Steuern sowohl des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen als auch der Dauer der einzelnen Stimulationsimpulse. Derartige Mikroprozessoren bieten zwar eine erhebliche Flexibilität, jedoch verbrauchen sie auch einiges an Energie. Es wurde herausgefunden, daß, je schneller der Mikroprozessortakt und je kürzer jeder Befehslzyklus ist, desto größer der Energieverbrauch ist. Somit sollte der Mikroprozessor nicht in einer Dauergeschwindigkeit betrieben werden, die höher ist als sie zur Erfüllung der vorgegebenen Aufgaben sein muß. Es wurde deshalb empfohlen, den Mikroprozessor mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu betreiben, und zwar in Abhängigkeit davon, wieviel Aktivität von ihm gefordert wird. Ein ledigliches Schalten zwischen langsamen und schnellen Geschwindigkeiten ist jedoch nicht möglich, nicht zuletzt deshalb, weil es eine bestimmte Geschwindigkeit gibt, unterhalb der die Gefahr besteht, daß der Mikroprozessor ohne Verlust an Information nicht zu betreiben ist. Aber auch bei einer solchen geringen Geschwindigkeit wird immer noch zu viel an Energie verbraucht.

Aus der DE 28 25 626 A1 ist ferner ein Herzschrittmacher bekannt geworden, der nicht mit Hilfe eines Mikroprozessors arbeitet. Dieser Herzschrittmacher verwendet einen niederfrequenten Oszillator und einen hochfrequenten Oszillator, die in der Weise zusammenarbeiten, daß die gewünschten Stimulierungsimpulse dem Patienten zugeführt werden können. Der Grund für die Verwendung von zwei Oszillatoren liegt darin, daß zwei Zeitintervalle vorhanden sind, die für die Zwecke der Steuerung der Stimulierungsimpulse signifikant sind. Einer dieser Intervalle ist die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Stimulierungsimpulsen, während das andere Zeitintervall die Zeit der Dauer jedes Stimulierungsimpulses ist. Weil das Zeitintervall zwischen den Stimulierungsimpulsen relativ lang ist, wird hierfür ein niederfrequenter Oszillator verwendet, und weil die Dauer jedes Stimulierungsimpulses relativ kurz ist, wird der hochfrequente Oszillator verwendet. Der hochfrequente Oszillator wird deshalb nur dann zugeschaltet, wenn er benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen implantierbaren Herzschrittmacher der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bei Verwendung eines Mikroprozessors dessen Energieverbrauch erheblich abgesenkt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem implantierbaren Herzschrittmacher der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, den Mikroprozessor in einen sogenannten "Schlafzustand" zu den Zeiten zu bringen, in denen die verschiedenen Zustände der zugeordneten externen Schaltkreise derart sind, daß sie keinerlei Unterstützung ihres Betriebs durch den Mikroprozessor erfordern. Dies führt während dieser Betriebsphase des Mikroprozessors zu einer erheblichen Reduzierung von dessen Energieverbrauch. Damit keine Daten verlorengehen, wird dem Mikroprozessor zwar immer noch Energie zugeführt, jedoch lediglich in einem minimalen Umfange.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung in Form eines Blockschaltbildes den funktionellen Aufbau eines Herzschrittmachers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

Die Steuereinrichtung 1 besitzt einen Mikroprozessor 3, der einen maskenprogrammierten Speicher und einen Arbeitsspeicher aufweist.

Mit dem Prozessor 3 sind zugeordnete Schaltkreise 4 in Form eines oder mehrerer integrierter Schaltkreise zugeordnet und verbunden. Im gezeichneten Falle können der Mikroprozessor 3 und die zugeordneten Schaltkreise 4 zu einem einzigen integrierten Schaltkreis kombiniert werden.

Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der Schaltkreistypen die CMOS-Technik, es können jedoch auch andere Techniken, wie die I²L-Technik, in gleicher Weise verwendet werden.

Mit dem Prozessor 3 ist ein geeigneter Zeit- bzw. Taktimpulsgenerator 5, wie beispielsweise ein Widerstands-Kapazitäts-Oszillator, verbunden, dessen Frequenz die Betriebsgeschwindigkeit des Prozessors 3 bestimmt.

Es versteht sich, daß der Taktimpulsgenerator 5 auch auf andere Weise verwirklicht werden kann, insbesondere mit Hilfe eines Quarzes.

Der Prozessor 3 besitzt eine Vielzahl von Ausgängen 6a, 6b, 6c, 6d, die mit dem Herzschrittmacher 2 über Eingangsverbindungen 7a, 7b, 7c, 7d verbunden sind. Die Anzahl der Ausgänge ist zur Steuerung des Herzschrittmachers 2 ausreichend. Das Signal oder das Zurückstellen auf Null für einen Ausgang 6a, 6b, 6c, 6d wird vom Prozessor 3 in Abhängigkeit vom Programm des im Speicher gespeicherten Arbeitsprogramms bestimmt.

Der Herzschrittmacher 2 besitzt ebenfalls analoge oder numerische Ausgänge 8a, 8b, mit denen Verbindungsleitungen 9a, 9b mit der Steuereinrichtung verbunden werden können. Beim durch die Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ausgänge 8a, 8b gezeigt; es versteht sich jedoch, daß auch eine beliebige Anzahl von Ausgängen angewendet werden kann.

Die Verbindungen 9a, 9b sind mit den Eingängen von Kippschaltungen 10a bzw. 10b verbunden. Vorzugsweise sind die Signale an den Eingängen der Kippschaltungen 10a, 10b numerische Zeitsignale mit steilem Anstieg, um den Energieverbrauch der Kippschaltungen 10a, 10b zu begrenzen. In diesem Falle können die Signale einen Binärcode darstellen, der den Zustand einer bestimmten Anzahl von Parametern zeigt, die von der Steuereinrichtung zu überwachen sind. Beim implantierbaren Herzschrittmacher sind diese Parameter beispielsweise der Innenwiderstand der Speisebatterie, die funktionellen Merkmale des Herzschrittmachers usw.

Die Ausgänge 11a, 11b der Kippschaltungen 10a, 10b sind mit den Eingängen 12a, 12b des Prozessors 3 über die Verbindungsleitungen 13a, 13b verbunden.

Die Kippschaltungen 10a, 10b besitzen auch Rückstelleingänge 14a, 14b zum Rückstellen auf Null, die mit den Ausgängen 15a, 15b des Prozessors 3 über Verbindungsleitungen 16a, 16b verbunden sind.

Auf diese Weise kann der Prozessor 3 über die Eingänge 12a, 12b und die Ausgänge 11a, 11b jeweils einzeln den Zustand der Kippschaltungen 10a, 10b prüfen. Gleichfalls kann der Prozessor 3 die Kippschaltungen 10a, 10b über die Ausgänge 15a, 15b und die Eingänge 14a, 14b auf Null zurückstellen.

Die Steuereinrichtung 1 besitzt andererseits einen Taktimpulsgenerator 17 oder numerischen bistabilen Oszillator, der unterschiedlich zum Taktimpulsgenerator 5 ist und mit einer geringen Frequenz, insbesondere einer geringeren Frequenz als derjenigen des Taktimpulsgenerators 5 arbeitet. Die Ausführungsform des Taktimpulsgenerators 17 kann Gegenstand zahlreicher Varianten entsprechend dem Ermessen eines Fachmannes sein, beispielsweise quarzgesteuert od. dgl. Die Betriebsfrequenz des Taktimpulsgenerators 17 wird zur maximalen Effizienz insbesondere der minimalen Periode, die von der Steuereinrichtung gemessen wird, gewählt.

Vom Ausgang 18 des Taktimpulsgenerators 17 werden die Impulse des Taktgenerators über Verbindungsleitungen 20a, 20b an die Eingänge 19a, 19b von Zählwerken 21a, 21b angelegt.

Es versteht sich, daß die Anzahl der Zählwerke je nach Bedarf beliebig sein kann.

Die Zählwerke 21a, 21b besitzen jeweils einen Eingang 25a, 25b, der mit einem Ausgang 26a, 26b des Prozessors 3 über Verbindungsleitungen 38a, 38b verbunden ist. Eine Sammelschiene 39 ist mit einem Ausgang 40 des Prozessors 3 und mit Eingängen 41a, 41b der Zählwerke 21a, 21b verbunden. Der Prozessor 3 kann über die Verbindungsleitungen 38a, 38b und die Eingänge 25a, 25b in den Zählern 21a, 21b die Änderung einer Anfangszählung steuern, die er auf die Sammelschiene 39 über den Ausgang 40 vorher gebracht hat und die über die Eingänge 41a, 41b zu den Zählern 21a, 21b übertragen worden ist.

Die Zähler 21a, 21b besitzen Ausgänge 22a, 22b, die über Verbindungsleitungen 23a, 23b mit den Eingängen 24a, 24b des Prozessors 3 verbunden sind.

Die Ausgänge 22a, 22b ermöglichen es über die Verbindungsleitungen 23a, 23b der Signale zum Prozessor 3 festzustellen, daß der Inhalt der Zähler 21a, 21b einen festen und bestimmten Wert oder eine Endzählung erreicht hat.

Somit ist die Dauer vom Augenblick der Änderung des Zählers bis zum Augenblick, in dem er die Endzählung erreicht hat, gleich der Differenz, die zwischen dem Anfangswert und der Endzählung, multipliziert mit der Periode des Taktimpulsgenerators 17, besteht.

Der Prozessor 3 kann entweder nur einen oder beide Zähler 21a, 21b steuern, um die Vielfache der Betriebsfrequenz des Taktimpulsgenerators 17 unabhängig zu messen. Es ist nicht notwendig, daß der Prozessor 3 während der Zeitmessung dieser Intervalle in Gang gehalten ist. Der Prozessor 3 kann während dieser Zeitmessung in seinem vorhergehenden bzw. Ausgangszustand sein und das Ende der Zeitmessung über die Ausgänge 22a, 22b und der Eingänge 24a, 24b erfassen.

Die beiden Kippschaltungen 10a, 10b besitzen einen logischen Ausgang 27a, 27b. Die beiden Zähler 21a, 21b besitzen einen logischen Ausgang 28a, 28b. Die Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b sind über Verbindungsleitungen 29a, 29b, 30a, 30b mit den Eingängen eines logischen UND-Gatters 31 verbunden, dessen einer zusätzlicher Eingang 32 über eine Verbindungsleitung 33 mit einem Ausgang 34 des Prozessors 3 verbunden ist. Der Ausgang 35 des Gatters 31 ist über eine Verbindungsleitung 36 mit dem Stopeingang 37 des Prozessors 3 verbunden.

Die logischen Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b sind "1", wenn die Kippschaltungen 10a, 10b kein Signal von den Ausgängen 8a, 8b empfangen haben oder die Zähler 21a, 21b die Endzählungen nicht erlangt haben. Sobald die Kippschaltungen 10a, 10b Signale empfangen haben, sind die logischen Ausgänge 27a, 27b "0". Entsprechend sind die logischen Ausgänge 28a, 28b der Zähler 21a, 21b "0", sobald sie die Endzählungen erreicht haben.

Der logische Ausgang 35 des Gatters 31 ist "1", wenn, und nur wenn die logischen Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b "1" sind und wenn in Kombination dazu der logische Ausgang 34 des Prozessors 3 "1" ist.

Der Prozessor 3 geht in Betrieb, sobald der logische Ausgang 35 im Zustand "0" ist, d. h., der Stopeingang des Prozessors 3 ist inaktiv. Der Prozessor 3 arbeitet bis zu dem Zeitpunkt, an dem der logische Ausgang 35 in den Zustand "1" zurückkehrt. Von diesem Augenblick an ist der Prozessor 3 in seinem vorhergehenden bzw. Ausgangszustand, wobei der Taktimpulsgenerator 5 angehalten ist. Somit ist der Energieverbrauch der Steuereinrichtung sehr gering und nur von Kriechströmen abhängig.

Während der vorhergehenden Phase des Prozessors 3 setzt der Taktimpulsgenerator 17 seinen Betrieb fort und die Zähler 21a, 21b setzen die Messung der Zeitdauer fort, die durch den Prozessor 3 voreingestellt worden ist.

Sobald einer der logischen Ausgänge 27a, 27b, 28a, 28b in den Zustand "0" übergeht, geht gleichzeitig der logische Ausgang 35 in den Zustand "0" über und der Prozessor 3 kann arbeiten.

Der Prozessor 3 bestimmt nun, welches oder welche der Elemente 10a, 10b, 21a, 21b im Auslöse- bzw. Triggerausgangszustand ist. Der Ausgang 34 wird in den Zustand "0" gesetzt, um den Prozessor 3 im Betrieb zu halten. Danach kann der Prozessor 3 die Kippschaltungen 10a, 10b auf Null zurückstellen und/oder in die Zähler 21a, 21b die verschiedenen Anfangswerte ihrer Endzählungen eingeben. Der Prozessor 3 führt nun die Operationen aus, die durch das Triggern bzw. Auslösen impliziert sind, oder eine andere Operation, und kehrt dann, wie weiter oben bereits erwähnt, in seinen vorhergehenden Zustand zurück, in dem sein Ausgang 34 in den Zustand "1" zurückgestellt wird.

Es versteht sich, daß die Betriebsdauer des Prozessors 3 in Funktion des Auslösens bzw. Triggerns des Prozessors 3 variieren kann. Andererseits kann der Prozessor 3 ebensogut auf verschiedene und gleichzeitige Auslösegründe hin antworten.

Claims (4)

1. Implantierbarer Herzschrittmacher, mit einem Mikroprozessor (3) zum Ausführen einer Reihe von gespeicherten Befehlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (3) einen Eingang (37) aufweist, der dann, wenn er angesteuert ist, einen Halt bei der Ausführung der gespeicherten Befehle bewirkt, daß mindestens ein Schaltkreis (10a, 10b, 21a, 21b) zum Ausführen jeweils einer bestimmten Herzschrittmacher-Funktion vorgesehen ist, der nach seiner Initialisierung unabhängig vom Mikroprozessor (3) arbeitet, und die Beendigung der Durchführung der bestimmten Herzschrittmacher-Funktion anzeigt und daß eine logische UND-Schaltung (31) vorgesehen ist, deren Eingänge mit den Ausgängen des mindestens einen Schaltkreises und einem Ausgang (34) des Mikroprozessors (3) verbunden sind und deren Ausgang den Mikroprozessor-Eingang (37) nur dann ansteuert und einen Halt bei der Befehlsdurchführung durch den Mikroprozessor (3) bewirkt, wenn alle vorhandenen Schaltkreise (10a, 10b, 21a, 21b) durch den Mikroprozessor (3) initialisiert sind und den Mikroprozessor-Eingang (37) nur dann rückstellt und eine Wiederaufnahme der Befehlsdurchführung durch den Mikroprozessor (3) ermöglicht, wenn mindestens einer der Schaltkreise anzeigt, daß die Durchführung der bestimmten Herzschrittmacher-Funktion beendet ist.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Herzschrittmacher-Funktion, die von dem mindestens einen Schaltkreis (10a, 10b, 21a, 21b) durchgeführt wird, die Zeitsteuerung eines Intervalls ist.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Intervalls, das von dem mindestens einen Schaltkreis (10a, 10b, 21a, 21b) zeitgesteuert ist, vom Mikroprozessor (3) voreingestellt ist.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Herzschrittmacher-Funktion, die von dem mindestens einen Schaltkreis (10a, 10b, 21a, 21b) ausgeführt wird, das Abtasten der natürlichen Herzaktivität ist.