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Herzschrittmacher
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B e s c~h r e i~b u n g Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Es ist bei künstlichen Herzschrittmachern bekannt, daß Mittel vorgesehen
sind, welche sowohl auf vom Atrium als
auch vom Ventrikel abgeleitete
Signale hin diejenigen Zeitpunkte festlegen, zu denen Stimulationsimpulse an Atrium
oder Ventrikel abgegeben werden bzw. festlegen, daß die Abgabe derartiger Impulse
unterbleibt.
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Bei Herzschrittmachern, welche auf im Atrium erscheinende Impulse
hin in fester Zeitzuordnung Stimulationsimpulse an den Ventrikel abgeben oder ihre
interne Zeitsteuerung aufgrund von im Atrium aufgenommenen Signalen festlegen, besteht
. die Gefahr, daß bei vorzeitigen Kammerkontraktionen (Extrasystolen) eine Synchronisation
der im Schrittmacher enthaltenen Zeitgebermittel dadurch erfolgt, daß, ausgelöst
durch die Extrasystole und retrograde Überleitung ein Signal im Atrium aufgenommen
wird, welches zu fehlerhaftem Stimulationsverhalten führen kann.
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Einerseits kann nämlich aufgrund der internen Uberleitungszeit des
Schrittmachers bei AV-sequentiellem Betrieb und der infolgedessen ausgelösten nachfolgenden
Stimulation im Ventrikel eine erneute Kammerkontraktion induziert werden, welche
in die vulnerable Phase des Herzens fallen - und damit den Patienten schädigen -
kann.
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Die Aufnahme von zusätzlichen nicht auf eine Sinusaktivität zurückgehenden
Signalen kann ferner zu Fehlinterpretationen bei der Auswertung zur Beeinflussung
des Stör-oder des Tachykardieverhaltens des Schrittmachers führen, wobei durch ein
zusätzliches im Atrium aufgenommenes Signal fälschlicherweise das Vorliegen einer
Vorhoftachycardie oder eines Störungszustands angenommen werden kann.
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Insgesamt wird aufgrund von - in der Regel vereinzelt auftretenden
- vorze#tigen Ka##rkontraktionen das Synchro#nisationsverhalten inshesondere von
höher entwickelten Sc#rittiuachersystemen gestört, welches versuchen wird dem zu
stimulierenden Herzen einen vermeintlich veränderten Rhythmus aufzuzwingen, der
sich zeitlich an der Extrasystole orientiert, obgleich der bisherige Rhythmus des
Patienten durch Auftreten entsprechender physiplogischer Ausyleichszeiten (kompensatorische
Pause) an sich bestehen bleibt.
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Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
auch bei einem Herzschrittmacher, bei dem die zeitliche Steuerung der Impulsabgabe
möglichst weitgehend von Eigenaktionen des zu stimulierenden Herzens bestimmt wird,
solche ektopischen Kammersignale von der Synchronisation der atrialen Zeitgeber
des Schrittmachers derart auszuschließen, daß eine irreguläre Signalabgabe - und
insbesondere für den Patienten schädliche Stimulationsimpulse unterbunden sind.
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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, daß die sich
bei Auftreten einer Extrasystole ergebende soyenannte "kompensatorische Pause" in
vorteilhafter Weise für den Betrieb des Schrittmachers in dem Sinne ausgenutzt werden
kann, daß der Herzeigenrhythmus in den auf die Extrasystole folgenden Herzzyklen
beibehalten wird und damit auch eine weitere Synchronität des Schrittmachers bestehen
bleibt, wenn keine Synchronisation der atrialen Impulsabgabe des Schrittmachers
mit der Extrasystole erfolgt und insbesondere unerwünschte Überleitungen
verhindert
werden. Das gilt insbesondere im Hinblick auf die Unterdrückung retrograder AV-überleitungen,
welche zu Reentry-Tachykardien führen können, wozu Extrasystolen häufig Vorboten
darstellen.
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Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung die Kombination mit weiteren,
eine möglichst den physiologischen Bedingungen angenährte Stimulation ermöglichenden
Baugruppen, wie sie anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher beschrieben
werden.
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So wird durch Schaltmittel, welche bei gleichzeitig auftretenden Signalen
im Atrium und Ventrikel die Verarbeitun#g des Signals aus dem Atrium unterbinden,
den aus dem Ventrikel aufgenommenen Signalen unbedingte Priorität gewährt.
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Die Verlängerung der Refraktärzeit des Atriums erfolgt bevorzugt in
der Weise, daß auch bei einer programmierten kleineren Refraktärzeit aufgrund des
Zeitpunkts der die Ventrikelaktion aufgrund einer natürlichen Überleitung auslösenden
Atriumimpulses eine verbleibende Restrefraktärzeit voii mindestens 200 ms gewährleistet.
rlcll betreffenden Zeitraum wird günstigerweise auch die Signalaufnahme aus dem
Atrium für die Auswertung für Störungs-oder Tachykardiezustände unterbrechen, so
daß durch eine retrograde überleitung der Ventrikelaktion in das Atrium nicht das
Vorhandensein des entsprechenden Zustands vorgetäuscht und ein Setzen der zugeordneten
Schaltmittel bewirkt werden kann.
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Die erfindungsgemäßen Schaltmittel sind insbesondere notwendig, wenn
einer Betriebsart aktiviert ist, welche eine synchrone Stimulation des Ventrikels
bei Aufnahme von Eigenaktionen des Ventrikels kennzeichnenden Signalen bewirkt.
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Die Erfindung basiert auf dem Bestreben, eine universelle Schrittmacherstruktur
anzugeben, welche Fehlermöglichkeiten bekannter Systeme vermeidet, wobei die Realisierung
in einem implantierbaren System möglich sein soll. Das System soll eine weitestgehende
Auswertung der aufgrund von vom Herzen abgeleiteten Signalen zur Verfügung stehender
Informationen ermöglichen, wobei der Einfluß von Störsignalen gering gehalten ist.
Durch diee physiologisch korrekte Zuordnung aller die Betriebsarten des Schrittmachers
beteffenden Umschaltvorgänge wird eine große Patientensicherheit erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben
und werden einschließlich der Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild der
den erfindungsgemäßen Schrittmacher bildenden Baugruppen unter besonderer Berücksichtigung
der im Betrieb auftretenden logischen Verknüpfungen, Figur 2 ein Zeitdiagramm zur
Erläuterung des Funktionsablaufs bei dem in Fig. 1 dargestellten Schrittmacher,
Figur
3a Einzelheiten einer zur Erkennung von Störsignalen dienenden Baugruppe, Figur
3b Einzelheiten einer zur Erkennung von Tachykardien dienenden Baugruppe, Figur
4 Einzelheiten einer zum Einschalten verschiedener Betriebszustände dienenden Baugruppe,
Figur 5 Einzelheiten einer Anordnung zum Umschalten in einen Hysteresezustand als
Teil einer der in Fig. 1 dargestellten Anordnung hinzuzufüyenden Baugruppe, Figur
6 Einzelheiten einer Baugruppe zur Steuerung der Austastzeiten für die Eingangsstufen
in Fig. 1, Figur 7a Einzelheiten einer Baugruppe zur automatischen Berechnung der
Refraktärzeit des Ventrikels, welche dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 hinzuzufügen
ist, sowie Figur 7b Einzelheiten einer der in Fig. 7a dargestellten Baugruppen.
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Das in Figur 1 dargestellte in Blockschaltungsform wiedergegebene
Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers gibt den Signalfluß zwischen
den einzelnen Baugruppen und eine Anzahl von logischen Verknüpfungen wieder. Der
verwendeten Schrittmacherstruktur liegt das Konzept eines Schrittmachers zugrunde,
das auf grund von Zu- und Abschaltungen von Signalverbindungen in unterschiedlichen
Betriebsarten (Modes) benutzt werden
kann, wobei die Umschaltung
zwischen den einzelnen Betriebsarten (die im Folgenden mit den auf dem Gebiet der
Herzschrittmachertechnik eingeführten generischen Codes bezeichnet werden sollen)
programmiert und/oder signalab hängig erfolgen kann. In seinen komplexeren Modes
paßt der Schrittmacher sich dabei auf physiologische Weise dem natürlichen Herzverhalten
an.
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Die Realisierung des dargestellten Konzepts kann yleichermaßen mittels
diskreter oder programmierbarer Logik-Bauelemente erfolgen, wobei im Falle einer
hardwaremäßigen Lösung die erforderlichen Verknüpfungen - wie dargestellt - mittels
Logik-Gattern und Speichermitteln wie Flip-Flops und Latches erfolgen, während beispielsweise
bei einer Mikroprozessorlösung die Logik-Entscheidungen nicht parallel, sondern
nach Programm seriell vorgenommen werden.
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RAM-Speicherplätze übernehmen dabei die Funktion der Speichermittel-
zum Festhalten von für Betriebszustände charakteristischen Signalen. Einige der
dargestellten Funktionsbaugruppen, stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
dar.
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Aus Figur 2 ist der zeitliche Ablauf der Signalverarbeitung und Stimulationsvorgänge
ersichtlich, wobei in den übrigen Darstellungen entsprechende Zeitbezeichnungen
verwendet wurden, so daß diesbezüglich auf diese Figur stets Bezug genommen werden
kann. In der Darstellung fällt der Anfangszeitpunkt To zusammen mit dem Zeitpunkt
TA, der nach einem Umlauf (entsprechend einem Herzzyklus) erreicht wird und die
Aktivität des Atriums charakterisiert. Im Falle einer Stimulation im Ventrikel oder
Atrium folgt
eine Austastzeit tblankA für die im Atrium plazierte
Elektrode, wobei die Dauer dieser Austastzeit jeweils davon abhängig ist, ob im
Atrium oder im Ventrikel, d.h. in derselben oder in der jeweils anderen Kammer stimuliert
wurde. Das Ende dieser Austastzeit ist mit TblankA bezeichnet.
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Zwischen TA und TV befindet sich die AV-Überleitungszeit, wobei TV
den Zeitpunkt der Aktivität des Ventrikels charakterisiert. An TV schließt sich
entsprechend eine Austastzeit tblankV an, welche im Zeitpunkt Tblankv endet.
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Die Refraktärzeit des Atriums trefA beginnt mit To und endet bei TrefA,
während die Refraktärzeit des Ventrikels bei TV beginnt und bei TrefV endet. Die
Zeiten Tog und Ttachy sind aus dem Diagramm gemäß Figur 2 nicht direkt ersichtlich,
da diese durch entsprechende Folgeraten der Herzaktionspotentiale und/oder Störsignale
als Triggersignale festgelegt werden.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Herzschrittmacher bilden die Anschlüsse
A und Ein- und Ausgänge für Signale, welche vom Herzen aufgenommen werden bzw. in
Form von Stimulationsimpulsen an das Herz abgegeben werden. Mit A ist dabei der
Anschluß für eine im Atrium und mit V der Anschluß für eine im Ventrikel fixierte
Elektrode bezeichnet.
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Die zentrale Steuerung für die zeitliche Zuordnung der abzuyebenden
Impulse erfolgt über einen Zähler 1, welcher durch von einem Taktgenerator 2 erzeugte
Impulse inkrementiert wird und über einen "Reset"-Eingang in eine Aus-
gangsstellung
zurücksetzbar ist. In Abhängigkeit von vom Herzen aufgenommenen Signalen ist dieser
Zähler über einen zusätzlichen "Preset"-Eingang auf beliebige Zählerstände in Vorwärtsrichtung
- entsprechend einer zeitlichen Vòreilung - voreinstellbar. Ein Verändern des Zählerstandes
in Rückwärtsrichtung ist nicht notwendig. Nach Erreichen seines Endstandes setzt
der nachfolgende Impuls den Zähler auf 0, von wo aus der Zählvorgang fortgesetzt
wird. Das Zusammenwirken des Zählers mit den übrigen in Figur 1 dargestellten Bauelementen
wird weiter unten näher beschrieben. (Die Übertragung einzelner digitaler Signalimpulse
oder analoger Signale ist in den Figuren durch einfache Verbindungen dargestellt,
während doppelte Linien die Übertragung vollständiger Datenwörter symbolisieren.)
Die vom Atrium über eine dort fixierte Elektrode aufgenommenen Signale gelangen
über den Anschluß A an eine Eingangsstufe 101, welche einen Vorverstärker enthält,
der über einen Programmiereinyang (zugehöriger Pfeil P) in seinem Verstärkungsfaktor
einstellbar ist. Die Eingangsstufe bewirkt gleichzeitig eine Impulsformung in der
Weise, daß die vom Atrium aufgenommenen Signale in Form von impulsförmigen Logiksignalen
in den nachfolgenden Schaltstufen weiterverarbeitet werden können. Die Darstellung
der Logikpegel bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel erfolgt in positiver
Logik, d.h. das Vorhandensein eines Signals wird mit dem H-Zustand und die Abwesenheit
mit dem L-Zustand bezeichnet. Umschaltelemente (Zähler, Mono- und Flip-Flops) werden
durch die ansteigenden Vorderflanken der Signalimpulse aktiviert. Weiterhin weist
die Eingangsstufe 101 Filtermittel auf, mit einer
Filtercharakteristik,
die sie vorzugsweise für die aufzunehmenden Nutzsignale durchlässig macht.
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Die Eingangsstufe 101 wird außerdem von einer Austastschaltung 3 beeinflußt,
welche die Eingangsstufe für vorgegebene Zeiträume tblankA sperrt, wenn ein Stimulationsimpuls
an Atrium oder Ventrikel abgegeben wurde. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein
vom Schrittmacher abgeyebener Stimulationsimpuls als herzeigenens Signal verarbeitet
wird und das Betriebsverhalten des Schrittmachers fehlerhaft beeinflußt.
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Der Eingangsstufe nachgeschaltet ist eine Störerkennungsschaltung
102, welche ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Abstand zweier aufeinanderfolgender,
von der Eingangsstufe 101 verarbeiteter Signalimpulse einen vorgegebenen zeitlichen
Mindestabstand (Tog), entsprechend einer maximalen Folgefrequenz, unterschreitet.
Derartige eine Störung bildende Signale können ihre Ursache sowohl außerhalb (elektromagnetische
Einstreuungen oder Wechselströme) als auch innerhalb des Körpers des Patienten (Elektrodenartefakte)
haben. Die Störerkennungsschaltung 102 verhindert im Zusammenwirken mit weiter unten
zu beschreibenenden Mitteln, daß an der Atriumelektrode aufgenommene Impulse, welche
die vorgegebene Frequenz üersclreitell, zur verarbeitung zugelassen werden.
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Der Ausgang der Eingangsstufe 101 ist weiterhin mit dem Eingang einer
Tachykardieerkennungsstufe 103 verbunden, welche entsprechend ein Signal abgibt,
wenn die am Ausgang der Stufe 101 erscheinenden Impulse eine vorgegebene Fol-
gezeit
unterschreiten. Die "Tachykardierate" TTachy ist mit ca. 250 ms größer als die als
Kriterium für das Vorhandensein eines Störsignals festgelegte Zeitdauer Tog, welche
ca. 100 ms beträgt.
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Der Anschluß V, an den eine im Ventrikel zu fixierenden Elektrode
angeschlossen werden kann, ist mit dem Eingang einer weiteren Eingangsstufe 201
verbunden, die in ihren grundsätzlichen Funktionen der Eingangsstufe 101 für vom
Atrium aufgenommene Signale entspricht. Der Verstärkungsfaktor ist über einen zusätzlichen
Eingang (zugehöriger Pfeil P) einstellbar. Eine separate Störerkennungsschaltung
202 für die von der im Ventrikel fixierten Elektrode aufgenommenen Störsignale gibt
ein Ausgangssignal ab, wenn die vom Ventrikel aufgenommenen Signalimpulse eine höhere
als eine vorgegebene Frequenz aufweisen. Die Eingangsstufe 201 wird entsprechend
durch von der Austaststufe 3 abgegebene Signale zeitweise gesperrt.
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Stimulationsimpulse für das Atrium werden mittels einer Impulsformerschaltung
104 erzeugt, wobei die Amplitude der Stimulationsimpulse über einen zusätzlichen
Eingang (zugehöriger Pfeil P) einstellbar ist. Die Impulsformerstufe 104 wird durch
kurzzeitige Impulse mit logischem H-Peyel angesteuert und enthält auch die zur Heraufsetzung
der Eingangsimpulse auf den zur Stimulation notwendigen Pegel erforderlichen Verstärkungsmittel.
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Die von der Impulsformerstufe 104 abgegebenen Impulse gelangen einerseits
zum Anschluß A und andererseits zu einer kun-away-Schutzschaltung 105, welche in
dem dargestellten
Ausführungsbeispiel durch ein Monoflop gebildet
wird, dessen Impulsdauer auf die höchste zulässige Stimulationsrate im Atrium abgestimmt
ist. Auf einen Ausgangsimpuls von der Impulsformerstufe 104 hin gibt die Schutzschaltung
105 einen Impuls vorgegebener Breite an den invertierenden Eingang eines UND-Gatters
106 ab, welches daraufhin für die Dauer des letztgenannten Impulses hin für an seinen
anderen Eingang gelangende Signal impulse gesperrt ist.
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Eine Impulsformerstufe 204 für zum Stimulieren des Ventrikels bestimmte
Impulse ist ebenfalls über einen weiteren Eingang (zugehöriger Pfeil P) bezüglich
der Amplitude der abgegebenen Impulse beeinflußbar. Eine separate Run-away-Schutzschaltung
205 für den Ventrikel sperrt ein UND-Gatter 206 über dessen invertierenden Eingang,
wenn die Folgezeit der den Ventrikel stimulierenden Impulse den vorgegebenen Wert
unterschreitet.
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Die Zeiten, zu denen Stimulationsimpulse abgegeben werden können (mit
TA und TV bezeichnet), bestimmt der Zähler 1, wobei jeweils für Atrium und Ventrikel
separate Vergleicherschaltungen 120 bzw. 220 vorgesehen sind, welche einen Impuls
am Ausgang "=" erzeugen, wenn der Zählerstand des Zählers 1 mit einem vorgegebenen
Zählerstand in einem Speicher 121 für den Stimulationszeitpunkt des Atriums bzw.
einem entsprechenden Speicher 221 für den Ventrikel übereinstimmt. Die Vergleicherschaltung
220 gibt über einen zusätzlichen Ausgang "-" ein Signal ab, wenn der Zählerstand
des Zählers größer ist als der in dem Speicher 221 festgehaltene Wert für TV. Die
genannten Zeitmarken
TA uno T-v bilden Bezugszelten Be den Betr#eb
des Schritte machers und beenden im Demand-Betrieb die sogenannten ~Escape-Intervalle"
innerhalb denen eine entsprechende Eigenaktion des Herzens die Erzeugung eines Stimulationsimpulses
durch den Schrittmacher verhindert.
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Die Zeiten TA und TV für Atrium und Ventrikel in den Speichern 121
bzw. 221 werden in Form von Zahlenwerten progralumiert, welche diejenigen Zählerstände
repräsentieren, die der Zähler 1 im Stimulationszeitpunkt erreicht haben muß. Die
Zeitzuordnung zu den Zählerständen erfolgt in der Weise, daß die Stimulationszeitpunkte
mit einem ausreichend feinen Zeitraster einstellbar sind. Bei einem Zählertakt von
beispielsweise 1 kHz weist das zur Verfügung stehende Zeitraster eine Teilung in
Millisekunden auf. Die mittels der Speicher 121 bzw. 221 vorgebbaren Zählerstände
sind durch weiter unten darzustellende Mittel veränderbar.
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Die Eingangsimpulse für die Ausgangsstufe 104, welche das UND-Gatter
106 passieren, stammen vom Ausgang eines ODER-Gatters 107, an dessen Eingänge alternativ
die über die Abgabe eines Stimulationsimpulses an das Atrium entscheidenden Signale
gelangen. Einer der Eingänge des ODER-Gatters 107 ist mit dem Ausgang eines UND-Gatters
108 verbunden, das ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Vergleicherschaltuny 120
das Erreichen des Zeitpunktes TA angibt und damit anzeigt, daß im Demand-Zustand
der Vor#hofstimulation ein Zeitpunkt erreicht wurde, bei dem wegen fehlender eigener
Aktivität des Herzens ein Stimulationsimpuls erforderlich ist. Das UND-Gatter 108
wird über seinen
weiteren Eingang mittels eines Signals durchgeschaltet,
welches von einem Ausgang "timeA" des Betriebszustandsregister 4 abgegeben wird,
wenn eine Impulsabgabe nach Zeitablauf erwünscht ist. Bei freigegebener Signalaufnahme
(sensV bei Block 4) für die entsprechende Kammer erfolgt damit ein "Demand"-Betrieb
mit Inhibierung durch herzeigene Impulse, während bei gesperrter Signalaufnahme
eine Stimulation zu festen Zeiten erfolgt.
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Ein weiteres UND-Gatter 109 wird über einen entsprechenden Ausgang
"trigA" der Schaltung 4 bei durch Herzeigenaktionen im Vorhof getriggerter Signalabgabe
an den Vorhof aktiviert. Das Signal zum synchronen Auslösen des Stimulationsimpulses
im Vorhof gelangt an den Eingang des UND-Gatters 109 vom Ausgang eines weiteren
UND-Gatters 110, das seinerseits durch ein von einem Ausgang "sens" der Schaltung
4 an seinen Eingang gelangendes Signal aktiviert wird, wenn die Aufnahme von Signalen
aus dem Vorhof bei der gewählten Betriebsweise des Schrittmachers vorgesehen ist.
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Es ist ersichtlich, daß für den durch herzeigene Signale getriggerten
Betrieb diese Freigabe der Signalaufnahiae Voraussetzung ist. An das UND-Gatter
110 gelangt nicht nur das Ausgangssignal der Eingangsstufe 101, sondern an dessen
weiteren invertierenden Eingang auch das Ausgangssignal einer Refraktärstufe für
den Vorhof 5, welche ein Signal abgibt, wenn für einen Zeitraum trefA, der mit dem
Erreichen des dem Zeitpunkt TA entsprechenden Zählerstand durch den Zähler 1 beginnt,
die Verarbeitung der im Atrium aufgenommenen Signale zur Auswertung für die Abgabe
von
Stimulationsimpulsen gesperrt ist. Ein der Refraktärzeit TrefA
für das Atrium entsprechender Zahlenwert ist in einem Speicher 6 festgehalten und
über weiter unten dargestellte Programmiermittel durch äußere Signale veränderbar.
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Ein ODER-Gatter 207 und UND-Gatter 208 bis 210 bilden die entsprechenden,
über die Abgabe von Stimulationsimpulsen an den Ventrikel bzw. über die Signalaufnahme
aus dem Ventrikel entscheidenden Logik-Gatter. Das gewünschte Betriebsverhalten
des Schrittmachers. läßt sich ebenfalls über drei Ausgänge ~sensV", ~timeV" und
''trigv'' der Schaltung 4 bestimmen, wobei das an den weiteren Eingang des UND-Gatters
208 gelangende Signal die Stimulation freigibt, wenn der Stand des Zählers 1 dem
im Speicher 221 festgehaltenen, dem Zeitpunkt TV zugeordneten Zählerstand entspricht
und somit zu diesem Zeitpunkt ein Ausgangssiynal des Vergleichers 220 an das UND-Gatter
208 ausgegeben wird.
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Die synchrone Stimulation wird durch das UND-Gatter 209 ausgelöst,
dem das Ausgangssignal des UND-Gatters 210, welches die vom Ventrikel aufgenommenen
Signalimpulse weiterleitet, zugeführt wird. Das UND-Gatter 210 ist über seinen invertierenden
Eingang während der Ventrikel-Refraktärzeit trefV gesperrt, welche mittels eines
Vergleichers 7 festgelegt wird, wobei der erreichte Zählwert des Zählers 1 mit dem
in dem Speicher 8 festgehaltenen, die Zeitdauer TrefV repräsentierenden Zählwert
verglichen wird und zu dem Inhalt des Speichers 8 derjenige des Speichers 215, dessen
Inhalt TV" im Normalfall der Zeit
TV entspricht, hinzuaddiert wird.
(Unterschiede zwischen der Funktion der Speicher 6 für die Refraktärzeit des Atriums
und 7 für die Refraktärzeit des Ventrikels sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.)
Der Inhalt des Speichers 8 ist wie derjenige des Speichers 6 über äußere Programmiermittel
veränderbar.
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Die Ausgangssignale der UND-Gatter 110 bzw. 210 beeinflussen des weiteren
Schalter 122 und 222, mittels denen der Zähler 1 über seinen Reset-Einyang auf die
in den Speichern 121 (für den Wert TA) bzw. 221 (für den Wert TV) voreinstellbar
ist. Damit wird der Zähler 1 beim Erscheinen eines intrakardialen Signals im Atrium
auf den der Zeit TA bzw. beim Erscheinen eines Signals im Ventrikel auf den der
Zeit TV entsprechenden Zahlenwert voranyesetzt. Auf diese Weise wird der Schrittmacher
mit dem Herzverhalten synchronisiert, wenn die UND-Gatter 110 bzw.
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210 über ihre entsprechenden Signaleingänge für die Signalaufnahme
vom Herzen freigegeben sind. Sind die zuletzt genannten Gatter gesperrt, so erfolgt
die Stimulation gegebenenfalls asynchron.
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Die Inhalte der Speicher 4, 6 und 8 sowie der eines weiteren Speichers
9, welcher die programmierbaren Verstärkungsfaktoren bzw. Ausgangssignalamplituden
repräsentierenden Daten für die Stufen 101 und 201 sowie 104 und 204 (zugeordnete
Pfeile P) enthält, sind über die blockschaltungsmäßig dargestellten Programmiermittel
zu beeinflussen, welche nachfolgend kurz beschrieben werden sollen:
Die
von außerhalb des Schrittmachers über einen geeigneten Nachrichtensignalträger (radiofrequente,
optische oder sonstige Signale) in Form von Impulsen aufmodulierten, von einem entsprechenden
- nicht dargestellten - Sender abgegebenen Signale, gelangen zu einem Empfänger
10, der die verstärkten Signale einem Dekoder 11 zuleitet, mit dessen Hilfe die
zu übertragene ursprüngliche ProgrammieriInpulsfolge wieder hergestellt wird. In
einer Prüfstufe 12 wird mittels zusätzlich übertrayener redundanter Signale festgestellt,
ob die übertragene Information vollständig ist und letztere zutreffendenfalls an
einen Steuerbaustein 13 übermittelt, durch den mittels einer ersten Teilinformation
eine Auswahlschaltung 14 entsprechend aktiviert wird.
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Durch das Ausgangssignal der Schaltung 14 wird eine der Schaltstufen
15 bis 20 betätigt, so daß die zweite übertrayene Teil information in den mit der
aktivierten Stufe der Stufen 15 bis 20 verbundenen Speicher gelangt und dort festgehalten
wird. Die bereits erwähnten Speicherstufen 4, 6, 8, 9 sowie 221 und 222 halten die
für den Betrieb des Schrittmachers wesentlichen veränderbaren Daten fest, wie sie
in der vorangehenden Beschreibung aufgeführt wurden.
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Der Speicher 4 ist von zusätzlichen Signalen beeinflußbar, welche
aus der Signalverarbeitungsstufe 21 stammen, und eine Umschaltung der Betriebszustände
in Abhängigkeit von vom Schrittmacher selbst aus dem Herzen aufgenommenen Signalen
bewirkt, wobei die Eingangssignale der Stufe 21 von den Stufen 102 und 202 stammen
und im Atrium bzw. im Ven-
trikel aufgenommene Störsignale repräsentieren,
sowie von der Tachykardiestufe 103, welche ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Tachykardiezustand
festgestellt wurde.
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Die von der strichpunktierten Linie umgebenen Bauelemente zur Signalverarbeitung
und -speicherung sind jeweils nur zeitweise aktivert, da die zum Betrieb des Schrittmachers
notwendigen logischen Operationen mittels moderner mikroelektronischer Bauelemente
in sehr kurzen Zeiten ausgeführt werden können, so daß deren permanenter Betrieb
einen unnötigen Energieverbrauch zur Folge haben würde.
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Die außerhalb der genannten Linie befindlichen Bauelemente, die entweder
direkt mit den im Herzen fixierten Elektroden verbunden sind und damit die Signalaufnahme
vom Herzen kontrollieren, bzw. diejenigen Mittel, welche die Zeitgeber- und Zeitvergleichermittel
bilden, sind dauernd aktiviert, da durch letztere bestimmt wird, zu welchen Zeitpunkten
logische Operationen auszuführen sind.
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Die Aktivierung der innerhalb der strichpunktierten Linie befindlichen
Bauelemente erfolgt durch die von den Vergleichermitteln 120 bzw. 220 abgegebenen
Signale, wenn ein vorgeyeberler Zeitpunkt erreicht wurde, oder aber ##urt:t cìx
Ausgangssignale der Eingangsstufen 101 bzw. 201, wenn nämlich vom Herzen (außerhalb
der jeweiligen Refraktärzeit) ein Signal aufgenommen wurde. Die Zusammenfassung
der genannten Signale erfolgt über ein ODER-Gatter 30, welches über ein Monoflop
31 einen Schalter 32 betätigt, der die in der gewählten Darstellung innerha1b#der
strichpunktierten Linie angeordneten Bauelemente mit einer Energiequelle 33 verbindet,
wobei dieses "Verbinden" mit
einer Energiequelle in jedem Heraufsetzen
der Energieversorgung, also auch in einem Umschalten der betreffenden Bauelemente
von einem Bereitschafts-(Stand-by-) Zustand in einen Betriebszustand bestehen kann.
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Die Impulsdauer des Monoflops 31 ist dabei so bemessen, daß zum Ausführen
der notwendigen Schaltvorgänge ein ausreichend langer Zeitraum zur Verfügung steht.
Diskrete Logikbauelemente lassen sich energiesparend bei derart herabgesetzter Versorgungsspannung
betreiben, daß zwar keine Veränderungen vorgenommen werden können, gespeicherte
Signalzustände jedoch erhalten bleiben. Diese Bauelemente dienen der nachfolgenden
Signalverarbeitung in dem Sinne, daß sie festlegen, ob auf ein Eingangssignal oder
beim Erreichen eines vorgegebenen Zeitpunkts ein Stirnulationsiinpuls abgegeben
werden soll.
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Der von der Energiequelle 33, die im dargestellten Ausführungsbeispiel
von einer Batterie gebildet wird, ausgehende Pfeil E deutet an, daß die außerhalb
der strichpunktierten Linie angeordneten Bauelemente direkt von der Energiequelle
33 ohne Zwischenschaltung des Schaltelementes 32 versorgt werden.
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Mit der dargestellten Anordnung sind die Betriebsfunktionen üblicher
Schrittmachertypen mit synchroner oder asynchroner Stimulation im Atrium und/oder
Ventrikel erzeugbar, wobei je nach Zustand der Schaltmittel 4 und Freigabe der entsprechenden
Stimulationssignale bzw. Signalaufnahmemöglichkeit über die UND-Gatter 108 bis 110
bzw. 208 bis 210 auch jene Schrittmacherbetriebsarten höherer Ord-
nung
möglich sind, wie sie in Form einer Übersicht beispielsweise in dem Aufsatz Physioloyical
Cardiac Paciny", R. Sutton, J. Perrins und P. Citron in "PACE"; Vol. 3, März-April
1980, S. 207 bis 219 wiedergegeben sind.
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Das grundsätzliche Stimulationsverhalten der verschiedenen Schrittmacherbetriebsweisen
bei verschiedenartigen Herzsignalen ist ebenfalls in der vorgenannten Literaturstelle
angegeben.
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Weitere Einzelheiten zu den in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten
Schaltungsteilen können der am gleichen Tage eingereichten, diese Schaltungsteile
wegen der damit verbundenen Neuerungen näher beschreibenden Patentanmeldungen derselben
Anmelderin entnommen werden.
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Durch die funktionsmäßige Trennung des komplexen, nur zeitweise aktivierten
Logiksystems von den permanent betriebsbereiten Bauelementen, ist es in vorteilhafter
Weise möglich, für den Fall des Ausfalls des umfangreichen Logikteils ein einfaches
Ersatzsystem vorzusehen, durch welches ein Notbetrieb aufrecht erhalten werden kann.
OU-gleich zwar einerseits die Sicherheit einzelner Bauelemente gegen Ausfall in
der Vergangenheit wesentlich gesteigert werden konnte, wird andererseits angestrebt,
die Informationsverarbeitung in einem künstlichen Herzschrittmacher möglichst allen
therapeutischen Anforderungen gerecht werden zu lassen, um dem Patienten eine optimale
Stimulationstherapie zukommen zu lassen, und damit die erreichte Erhöhung der Zuverlässigkeit
zum Teil wieder kompensiert.
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Das dargestellte Konzept gestattet es, die Vorteile eines einfachen,
höchst betriebssicheren Systems mit einem solche höherer Verarbeitungsfähigkeit
derart zu verbinden, daß bei Ausfall des komplexen Datenverarbeitungssystems ein
einfaches Ersatzsystem bereitstellt, welches in der Lage ist, die Grundfunktionen
des Schrittmachers unter nahezu allen Umständen für einen nur durch die Betriebsdauer
der Energiequellen begrenzten Zeitraum sicherzustellen.
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Diese Ersatzschaltung kann prinzipiell durch verschiedenartige Signale
aktiviert werden. Eines dieser Signale ist ein von der komplexen Logikschaltung
ausgehendes Signal "Par", das bei einer mittels eines Mikroprozessors realisierten
Logikschaltuny dann erscheint, wenn innerhalb der durchgeführten Operationen ein
Plausibilitätsfehler ermittelt wurde, wie er beispielsweise durch eine Paritätsüberprüfung
mit Hilfe von redundanten Signalen in bekannter Weise erzeugt werden kann. Entsprechende
Signale lassen sich auch aus mit diskreten Logikbauelementen arbeitenden Schaltungen
gewinnen, wenn hier zusätzliche Elemente verwendet werden, welche unzulässige Betriebszustände,
beispielsweise in Form von Signalen, erkennen, die bei korrekt arbeitenden Logikmitteln
beispielsweise nicht gleichzeitig oder aber nicht mit einer oberhalb oder unterhalb
einer vorgegebenen Grenzfrequenz liegenden Rate etc erscheinen dürfen. Derartige
ein Fehlverhalten aufzeigenden Signale werden auch von den Ausgängen der Run-away-Schutzschaltungen
105 und 205 gewonnen und über ein ODER-Gatter 34 zusainmengefaßt. Bei der dargestellten
Anordnung kann es theoretisch in dem Fall zu einem Anspre-
chen
der Run-away-Schutzschaltungen bei ordnungsgemäß arbeitenden Taktgenerator 2 kommen,
wenn in die Speicher 121 oder 221 durch einen Fehler in dem durch die strichpunktierte
Linie umrandeten Teil der Logikschaltungen fehlerhafte Zahlenwerte eingelesen wurden.
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Dem ODER-Gatter 34 wird ein weiteres Signal M zugeführt, welches von
einem Reed-Schalter stammt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Auf diese
Weise ist es möglich, mittels eines von außen einwirkenden Magnetfeldes den Ersatzbetriebszustand
entsprechend der ~Magnetfrequenz" der bekannten Schrittmacher einzustellen.
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Der Ausgang des ODER-Gatters 34 aktiviert eine Speicher schaltung
35, welche Zeitpunkten TA' und TV' entsprechende Zahlenwerte enthält, die bei Aktivierung
dieser Speicherschaltung 35 mit Vorrang in die Speicher 121 bzw. 221 eingelesen
werden. Gleichzeitig wird von der Schaltung 35 ein Ausgangssignal abgegeben, welches
über invertierende Eingänge von UND-Gattern 111 und 211, die zwischen die Gatter
107 und 106 bzw. 207 und 206 einyeschaltet sind und diesen Signalweg sperren, während
über die somit aktivierten UND-Gatter 112 und 212 eine direkte Verbindung zu den
Ausgängen der Vergleicher 120 und 220 hergestellt wird.
-
Damit ist das im "D00"-Betrieb arbeitende Ersatzsystem nicht mehr
von der Signalverarbeitung der innerhalb der strichpunktierten Linie befindlichen
Elemente der Schaltung abhängig. Die Werte TA' und TV' werden dabei so gewählt,
daß sich eine für die Frequenzen annehmbare
Ersatz-Stimulationsfrequenz-
ergibt. Die Betriebsart ~D00" bezieht sich auf den Anschluß zweier Elektroden. Ist
jeweils nur eine der beiden Elektroden angeschlossen, so arbeitet der Schrittmacher
im Zustand AOO oder VOO und gibt damit entsprechend der gewählten Elektrodenkonfiguration
ebenfalls die zur Aufrechterhaltung der vitalen Funktionen notwendigen Stimulationsimpulse
ab.
-
Mittels zweier in die Aktivierungsleitung des Schalters 222 eingefügter
UND-Gatter 213 und 213a wird eine Synchronisation des Zählers 1 (und damit der Zeitsteuerung
des Schrittmachers) auf vom Ventrikel erscheinende Signale für die Zeit der Überleitung
vom Atrium zum Ventrikel verhindert (AV-Uberleitung zwischen TA und Tv in Figur
2), wenn gleichzeitig eine Signalaufnahme im Atrium möglich ist. Die entsprechenden
Zeitmarken beziehen sich (abhängig von der Betriebsart des Schrittmachers) auf Zeiträume
zwischen herzeigenen oder stimulierten Signalen. Dem UND-Gatter 213a werden das
Signal sensA des Speichers 4 und das Signal 2 des Vergleichers 220 an seinen Eingängen
zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 213a sperrt gegebenenfalls das UND-Gatter
213 über dessen invertierenden Eingang. Der weitere Eingang des UND-Gatters ist
mit den die Signalaufnahme für das Atrium am UND-Gatter 110 freigebenden Signalausgang
des Speichers 4 verbunden. Damit wird erreicht, daß eine Synchronisation bei regulärer
Ventrikeltätigkeit stets nur mit TA erfolgt und somit das Atrium bei AV-sequentieller
Stimulation die Führung behält bzw. bei fehlender Signalaufnahme aus dem Atrium
der Abstand aufeinanderfolgender Zeitpunkte TA konstant bleibt.
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Der hier beschriebene Schrittmacher stellt damit die physiologisch
richtige Synchronisation mit dem Atrium sicher, wenn dort ungestörte Signale zur
Verfügung stehen. Ist die Signalaufnahme im Atrium gestört, so erfolgt - entsprechend
den vorgesehenen Möglichkeiten der Betriebszustandsänderungen, die weiter unten
beschrieben werden - eine Umschaltung in einen eine Signalaufnahme im Ventrikel
ermöglichenden Betriebszustand, so daß auch in diesem Fall eine korrekte richtige
Stimulation gewährleistet ist.
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Obgleich bei freigegebener Signalaufnahme im Atrium für die Zeit t
zwischen TA und TV keine Synchronisation des Zählers 1 durch im Ventrikel aufgenommene
Signale erfolgt, wird die Refraktärzeit des Ventrikels dadurch in physiologisch
sinnvoller Weise gesetzt, daß diese sich trotz fehlender Synchronisation des Zählers
1 auf die Zeiten bezieht, zu denen die Herzaktion im Ventrikel festgestellt wurde,
was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert ist, daß das Ausgangssignal
des UND-Gatters 210 über ein ODER-Gatter 214 und ein Schaltelement 215 einen Speicher
216 mit einem zu diesem Zeitpunkt im Zähler 1 enthaltenen Zahlenwert lädt, so daß
dieser Zeitpunkt Tv'' als Bezugszeitpunkt jetzt für die Ermittlung der Refraktärzeit
TrefV durch den Vergleicher 7 dienen kann.
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Erfolgt eine Signalaufnahme ausschließlich im Ventrikel, so ist eine
Synchronisation des Zählers durch das Schaltelement 222 im Zeitpunkt TV freigegeben,
wodurch mittels des ODER-Gatters 214 in den Speicher 216 dann derjenige Zahlenwert
für TV übertragen wird, welcher auch im Speicher 221 vorhanden ist.
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Nach Ablauf der Refraktärzeit für aus dem Ventrikel aufgenommene Signale
erscheinende Impulse, welche von Extrasystolen herrühren, synchronisieren, den Zeitzähler
1 des Schrittmachers, was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht
wird, daß der Zähler 1 durch die Schaltermittel 222 auf den Wert Tv, der im Speicher
221 vorhanden ist, gesetzt wird. Darüberhinaus muß auch sichergestellt sein, daß
retrograd übergeleitete Erregungen nach Extrasystolen keine Synchronisation des
Schrittmachers bewirken. Dies wird dadurch erreicht, daß nach Erkennen der Extrasystole
(Ventrikelaktivtät vor dem Zeitpunkt To) die Atriumrefraktärzeit trefA für einen
Zyklus auf 400ms gesetzt wird, so daß für einen ausreichend langen Zeitraum (entsprechend
der retrograden Überleitungszeit) - ausgehend von der Zeitmarke TV das Atrium für
eine Signalaufnahme gesperrt ist.
-
Die Sperrung derartiger retrograder Überleitungen ist deshalb von
besonderer Bedeutung weil ein vom Schrittmacher auf das Signal# im Atrium hin mit
der vorgegebenen AV-Überleitungszeit abgegebener Stimulationsimpuls im Ventrikel
eine Stimulation in die vulnerable Phase zur hätte.
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Um hier den notwendigen Schutz zu bewirken, werden unmittelbar auf
eine Extrasystole hin die Signalaufnahmemittel für Vorhof und Ventrikel für einen
vorgegebenen Zeitraum refraktär geschaltet. Und zwar wird bei einem Eingangsimpuls
am UND-Gatter 217 vom Ausgang der Eingangsstufe 201 für den Ventrikel, der erscheint,
wenn auch der Vergleicher 220 am Ausgang "-" ein Signal abgibt, das an den zweiten
Eingang des UND-Gatters 217 gelangt, ein Monoflop
218 gestartet.
Dieses Monoflop gibt daraufhin einen Ausgangsimpuls von ca. 400 ms Dauer ab, welcher
an Eingänge des ODER-Gatter 219 gelangt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang
des Vergleichers 5 für die Refraktärzeit TrefA verbunden ist, und dessen Ausgangssignal
zu einem der Eingänge des UND-Gatters 110 übertragen wird.
-
Au#f diese Weise ist sichergestellt, daß bei jeder nach der Zeit TV
festgestellten Kammerkontraktion die Refraktärzeit für das Atrium neu gestartet
und für die Zeitdauer des von dem Monoflop 218 abgegebenen Impulses (vorzugsweise
400 ms) aufrechterhalten wird, so daß eine Synchronisation des Schrittmachers durch
retrograde Überleitungen verhindert ist. (Wie weiter unten näher erläutert ist,
sind für diesen Zeitraum auch die Stör- und Tachykardieerkennungsmittel gesperrt,
da diese bei einer retrograden Überleitung nicht ansprechen sollten. Die erforderliche
Signalverbindung wird durch die Leitung vom Ausgang des Monoflops 218 zum Block
3 gebildet.) Ein ODER-Gatter 219a sperrt auch den Ventrikel, wobei bevorzugt mittels
- nicht dargestellter Schaltmittel - statt der Impulszeit des Monoflops 218 auch
in Block 7 enthaltene Zeit heranziehbar ist.
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Für den Fall, daß gleichzeitig Signale im Atrium und Ventrikel aufgenommen
werden, hat der Ventrikel Vorrang. Damit ist gewährleistet, daß die Sicherheit gegen
schädliche Stimulation aufgrund unerwünschter überleitungen auch bei nicht eindeutiger
Signalerkennung zunächst einmal gegeben ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden alle Umschaltungen
(Programmänderungen, Betriebsartänderungen) zu Zeitpunkten vorgenommen, welche den
Betriebsablauf nicht stören, das sind solche Zeitpunkte, zu denen keine Stimulation
bewirkt werden kann und auch kein Eingangssignal erwartet wird, dessen Signalaufnahme
wiederum von den eingestellten Betriebsparametern abhängig sein könnte. Ein derartiger
Zeitpunkt ist derjenige auf TV folgende Zeitbereich, in dem beide Eingangsstufen
refraktär sind (vergleiche Fig. 2, aus der die Zeiten des Herzzyklus im Hinblick
auf den Betrieb des Schrittmachers in ihrer grundsätzlichen Verteilung ersichtlich
sind).
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Der mit TV beginnende Zeitraum ermöglicht dabei die für den Betrieb
des Schrittmachers notwendigen Umschaltungen in einer Weise, welche die physiologischen
Randbedingungen der Stimulation am wenigsten beeinträchtigen, da Umschaltungen zu
dieser Zeit in eine natürliche Ruheperiode des Herzens fallen. Im Zeitpunkt TV finden
auch solche Überprüfungen statt, die regelmäßig durchgeführt werden müssen, wie
die Bestimmung des Betriebszustands der Energiequelle (EOL-Block 36).
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Der Zeitpunkt TV wird bei normalem Herzverhalten stets durchlaufen
und wäre an sich ausreichend beispielsweise die übernahme der geänderten Betriebsparameter
(entsprechender Pfeil an Speicherblock 4) oder die Änderung der Programmierung aufgrund
der von außen her übertragenen entsprechenden Signale zu diesem Zeitpunkt zu bewirken
(Pfeil nach Block 13).
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Die in Figur 1 mit den Blöcken 21, 102, 103, 202 dargestellten Schaltungen
zur Ermittlung von Störsignalen im Vorhof oder Ventrikel bzw. zur Feststellung des
Tachykardiezustandes sind in den Figuren 3a und b im einzelnen dargestellt. Dabei
zeigt Figur 3a zum einen (in ihrem linken Bereich) die Detailschaltuny der Bausteine
102 bzw. 202 gemäß Figur 1 und in ihrem rechten Teil eine Schaltung, wie sie einen
Teil des Schaltungsblocks 21 in Figur 1 bildet - und zwar ist dieser Teil für die
Verarbeitung der Eingangssignale von Atrium und Ventrikel je einmal vorhanden. Ein
Verzögerungsglied 39 bewirkt, daß eine Umprogrammierung des Schrittmachers im Zeitpunkt
TV erst dann erfolgt, wenn alle anderen bei dieser Zeitmarke auszuführenden Funktionen
ausgeführt sind.
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Die an den Eingang der Schaltung in Figur 3a gelangenden, von den
Eingangsstufen 101 bzw. 201 in Figur 1 stammenden Impulse setzen einen Zähler 311
zurück, welcher durch Taktsignale des Taktgebers 2 (Figur 1) angesteuert wird.
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Erreicht der Zähler 311 einen Zählerstand n, so gibt er ein Ausgangssignal
ab. Die Zahl n ist dabei so gewählt, daß die durch den Zählerstand n erzeugte Frequenzteilung
des Eingangstaktes eine Ausgangsfrequenz erzeugen würde, welche gleich der oberen
Grenzfrequenz der vom Schrittmacher zugelassenen Eingangssignale ist. Eingangsimpulse,
welche eine höhere Rate aufweisen, erzeugen am Ausgang der Blöcke 102 bzw. 202 einen
konstanten Pegel, den den Störzustand anzeigt.
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Durch das Ausgangssignal n des Zählers 311 wird über ein UND-Gatter
312 ein nachgeschaltetes Flip-Flop 313 zurück-
gesetzt, wenn an
dem anderen Eingang des UND-Gatters 312 der Impuls erscheint, welcher den Zähler
311 zurücksetzt.
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(Dabei wird davon ausgegangen, daß der Zähler nicht über den Stand
n hinauszählt bzw. das Signal am Ausgang n beibehält, solange er nicht zurückgesetzt
wird. Wird der Zählerstand n nicht erreicht, wenn der nachfolgende Impuls an dessen
Eingang den Zähler zurücksetzt, so wird über ein weiteres UND-Gatter 314 das Flip-Flop
313 gesetzt, wobei der Ausgang "tl" des Zählers mit einem invertierenden Eingang
des UND-Gatters 314 verbunden ist. Eingangsimpulse, welche die Grenzrate zu Störsignalen
überschreiten, setzen demnach das Flip-Flop 313, das vom nächsten Impuls, der mit
einem größeren Zeitabstand als es der Störrate entspricht erscheint, zurückgesetzt
wird.
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Der Schaltzustand des Flip-Flops 313 wird in ein Flip-Flop 315 durch
einen zum Zeitpunkt t=TA erscheinenden Impuls übertragen, wobei das Ausgangssignal
des Flip-Flops 313 an den Eingang eines UND-Gatters 316 und den invertierenden Eingang
eines UND-Gatters 317 gelangt, welche mit dem Setz- bzw. Rücksetzeingang des Flip-Flops
315 verbunden sind. Während also das Auftreten von Störsignalen fortgesetzt ermittelt
wird, erfolgt eine Übernahme in das Flip-Flop 315 zur weiteren Verarbeitung jeweils
nur zum Zeitpunkt TA. Die Übernahme zum Zeitpunkt TA garantiert, daß die Störung
richtig erkannt wurde und somit eine durch Blankingperioden verursachte Fehlinterpretation
verhindert ist. Eine möglicherweise resultierende Umschaltung der Betriebsart folgt
dann im Zeitpunkt TV, zu Beginn der Refraktärzeit des Ventrikels. Eine Störerkennung
ist damit auch grundsätzlich während der Refraktärzeiten mit Ausnahme der Austastzeiten
möglich.
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Die in Figur 3a wiedergegebene strichpunktierte Linie deutet (entsprechend
der Darstellung in Figur 1) an, daß der Zähler 30 bei einem Betrieb mit teilweise
zur Energieersparnis in einen Wartezustand setzbaren Schaltungsteilen permanent
in Betrieb bleibt, während die rechts von der strichpunktierten Linie befindlichen
Elemente lediglich bedarfsweise aktiviert werden, wenn nämlich der Ausgang des Zählers
ein Signal an das ODER-Gatter 30 in Figur 1 ausgibt, welches eine Beendigung des
Warte zustands der übrigen Schaltglieder auslöst. Hiermit wird also ein Beispiel
für einen Betrieb gegeben, bei dem ein intern im Schrittmacher erzeugtes Zeitsignal,
welches den Ablauf einer Zeitspanne markiert, in der ein erwartetes Ereignis nicht
eingetreten ist, um daraufhin die Signalverarbeitungsmittel entsprechend diesem
Ergebnis zu verändern.
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Bei der in Fig. 3b dargestellten Ausführung der zur Feststellung des
Tachykardiezustands vorgesehenen Logik entsprechen die Bauelemente 331 bis 337 den
mit 311 bis 315 bezeichneten in Fig. 3a, wobei die Bezifferung in derselben Folge
vorgenommen worden ist. Der Zähler 331 zählt jedoch bis zu einer Zahl p, welche
so gewählt ist, daß eine Impulsfolyezeit definiert wird, welche die Grenze zu einer
Impulsrate im Atrium bildet, die einen Tachykardie-Zustand kennzeichnet. Die genannte
Folgezeit beträgt dabei 350 ms.
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Der Rücksetzeingang des Flip-Flops 333 ist jedoch nicht direkt mit
dem Ausgang des UND-Gatters 332 verbunden, sondern es ist hier ein ODER-Gatter 338
zwischengeschaltet, dessen weiterer Eingang mit dem Ausgang eines UND-Gatters 338
verbunden ist, dessen einer Eingang wiederum an den
Ausgang des
Flip-Flops 333 angeschlossen ist. Der andere Eingang des UND-Gatters 339 ist an
den Ausgang der Austast-Schaltung 3 angeschlossen und erhält ein Signal, wenn auf
einen Stimulationsimpuls hin die Atriumeingangsstufe 101 für Signale gesperrt wird.
Damit wird erreicht, daß ein Rücksetzen des Flip-Flops 333 jeweils dann vorgenommen
wird, wenn ein Stimulationsimpuls abgegeben wurde und eine Austastung der Atriumseingangsstufe
101 erfolgte. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das den Tachykardie-Zustand
kennzeichnende Flip-Flop 335 stets erst dann zurückgesetzt wird, wenn nach einer
Austastzeit der volle Zeitraum durchlaufen wurde, welcher zwischen zwei aufgenommenen
Impulsen im Atrium liegen muß, um das Ende einer Tachykardie festzustellen. Damit
können nicht durch die vorzeitige falsche Entscheidung der Annahme der Beendigung
des Vorliegens einer Tachykardie Stimulationsimpulse zu Zeiten abgegeben werden,
welche eine Gefährdung des Patienten bedeuten können.
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Durch die gewählte übernahme im Zeitpunkt TV über die weiteren Logikmittel
(Betriebsartspeicher 4) ist weiterhin sichergestellt, daß die Veränderung des Betriebsverhaltens
ebenfalls zu einem Zeitpunkt und in einer Weise erfolgt, welche eine optimale Synchronität
mit dem Herzverhalten des Patienten sicherstellen.
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Die von der Refraktärzeitsteuerung getrennte Ermittlung der Störungs-
und Tachykardiezustände im Vorhof gewährleistet, daß beide Signalzustände optimal
erfaßt werden, wobei durch das Zurücksetzen des Tachykardiezählers allein während
der Austastzeiten sichergestellt ist, daß die
Störerkennung unabhängig
davon fortgesetzt wird und nicht durch ein Zurücksetzen und die daraus resultierende
Bilduny eines verkürzten Meßzeitintervalls für die Störerkennung im Zusammenhang
mit den Austast-Impulsen ein Störsignal vorgetäuscht wird.
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In Figur 4 sind diejenigen Bauelemente dargestellt, welche einerseits
eine Programmierung vorgegebener Betriebsarten durch äußere Schaltmittel ermöglichen
und weiterhin die Umschaltung der Betriebsart im Falle von an den Eingängen A und
V einfallenden Störimpulsen bzw. im Falle einer Tachykardie im Vorhof bewirken.
Insbesondere hervorzuheben ist dabei die Möglichkeit, den im Falle des Eintretens
eines oder mehrerer der vorgenannten Ereignisse einzuschaltenden Betriebsart aus
einer oder mehreren für diesen Fall festgelegten Betriebsarten auszuwählen und diese
Auswahl vorher mittels Programmierung festzulegen.
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Bei der in Figur 4 dargestellten Schaltungsanordnung handelt es sich
um diejenigen Baugruppen, die in der Blockschaltung gemäß Figur 1 als Steuerschaltung
für die Betriebsarten in einem Element zusammengefaßt sind.
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Durch das über das Schaltelement 20 zu dem Block 4 gelangende Programmiersignal
wird einerseits mittels eines Schaltelementes 400 eine (permanente) Betriebsart
des Schrittmachers ausgewählt, die dann gültig ist, wenn keine Störsignale aufgenommen
werden und auch der Tachykardiezustand nicht vorhanden ist. Durch die Programmierung
ist einer der Betriebsarten auswählbar. Zusätzlich kann - ebenfalls durch die vorgenommene
Programmierung - durch weitere Schaltelemente 401 und 402 festgelegt werden, wel-
cher
von zwei möglicherweise zur Verfügung stehenden alternativen Betriebsarten im Falle
des Auftretens einer oder mehrerer der genannten Bedingungen in Funktion treten
soll, wobei beim Auftreten verschiedener Störungen der Schalter 401 bezüglich einer
ersten Art und der Schalter 402 bezüglich einer zweiten Art von Störungen setzbar
ist.
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Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählte Zuordnung kann
je nach den gestellten Anforderungen geändert, eingeschränkt oder erweitert werden.
So ist auch die Festlegung durch die Schalter 401 und 402 in der dargestellten Form
nicht zwingend, sondern kann durch zusätzliche Schaltelemente in der Weise verändert
werden, daß für unterschiedliche Störungs- oder Tachykardiezustände verschiedene
alternative Betriebsfunktionen aktiviert werden.
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über die Ausgangsleitungen des Schaltelementes 400, die mit den üblichen
Bezeichnungen für mögliche Schrittmacher-Betriebsfunktionen gekennzeichnet sind,
werden (unter vorläufiger Außerachtlassung der für die Einschaltung der alternativen
Betriebsfunktionen vorgesehenen Logik-Bauelemente) ODER-Gatter 403 bis 408 alternativ
aktiviert, wobei jedem dieser ODER-Gatter 403 bis 408 ein Flip-Flop 413 bis 418
zugeordnet ist, an deren Ausgängen die das Betriebsverhalten des Schrittmachers
bestimmenden Ausgang signale, welche mit den Ausgangsleitungen des Blocks 4 in Figur
1 übereinstimmen, festgelegt werden.
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Ein Setzen bzw. Zurücksetzen der Flip-Flops 413 im Falle einer Umprogrammierung
durch das Signal TV erfolgt, wobei ein Verzögerungsglied 419 dafür sorgt, daß die
für die
Erkennung und Auswertung der die Betriebsart beeinflussenden
Signale, die ebenfalls zum Zeitpunkt TV stattfindet, abgeschlossen sind, bevor eine
Betriebsartänderung eintritt.
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Kriterium für die Bemessung der Verzögerungszeit des Gliedes 419 ist
dabei, daß die Umschaltung der Betriebsart des Schrittmachers innerhalb derjenigen
Zeit abgeschlossen sein muß, während der beide Eingänge A und V refraktär sind.
(Es gilt auch für die übrigen von einem zum Zeitpunkt TV erscheinenden Impuls ausgelösten
Signale, daß innerhalb des gesamten dargestellten Schrittmacherkonzepts - je nach
Ausbauzustand - gegebenenfalls durch zusätzliche Verzögerung eine derartige Staffelung
der Signalverarbeitung erfolgt, daß solche Schritte erst dann eingeleitet werden,
wenn die vorangehenden Verarbeitungen, die für diese Schritte Voraussetzung sind,
abgeschlossen sind. Es gilt dabei die Reihenfolge: Beendigung der Verarbeitung für
den vorangegangenen Herzzyklus - Betriebsart-/Programmänderung - Festlegung der
weiteren Daten für den nächsten Zyklus.) Die Umschaltung der Flip-Flops erfolgt
über UND-Gatter 423 bis 428 bzw. 433 bis 438, wobei je nach dem am Ausgang der ODER-Gatter
403 bis 408 anliegenden Signalzustände eines der beiden mit dem Setz- bzw. Rücksetzeingang
der Flip-Flops 413 bis 418 verbundenen UND-Gatter aktiviert wird, wenn vom Ausgang
der Schaltung 419 der gegenüber der Zeit TV verzögerte Impuls ITV erscheint. Die
Ausgänge der ODER-Gatter 403 bis 408 sind zu diesem Zweck jeweils mit einem nichtinvertierenden
Eingang eines der UND-Gatter 423
bis 428 und einem invertierenden
Eingang der UND-Gatter 433 bis 438 verbunden.
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Die Funktionen der Flip-Flops 413 bis 418 sind die folyenden: Flip-Flop
413: Signalaufnahme im Atrium Flip-Flop 414: Zeitgesteuerte Auslösung von Stimulations
impulsen im Atrium Flip-Flop 415: Durch herzeigene Signale getriggerte Auslösung
von Stimulationsimpulsen im Atrium Flip-Flop 416: Signalaufnahme im Ventrikel Flip-Flop
417: Zeitgesteuerte Auslösung von Stimulationsimpulsen im Ventrikel Flip-Flop 418:
Durch herzeigene Signale getriggerte Aus lösung von Stimulationsimpulsen im Ventrikel
Es ist ersichtlich, daß aufgrund der bisher dargestellten Logikinittel in der Betriebsart
"A00" durch Setzen des Flip-Flops 414 das zeitgesteuerte Auslösen .von Atriumimpulsen
festgelegt ist. Eine Signalaufnahme aus Atrium oder Ventrikel erfolgt nicht und
infolgedessen ist auch keine Umschaltung bei hier auftretenden Störsignalen erforderlich.
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Entsprechendes gilt für die Betriebsarten VOO und ~D00", wobei hierbei
noch das Flip-Flop 417 alternativ oder zusätzlich aktiviert ist.
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Die Betriebsarten "AST" und "AAI" aktivieren bei unyestörtem Atrium
und, wenn keine Tachykardie vorhanden ist, über
UND-Gatter 440
bzw. 441, deren invertierender Eingang gemeinsam mit dem Ausgang eines ODER-Gatters
442 verbunden ist, an dessen Eingänge diese Zustände anzeigende Signale gelangen,
wenn im Atrium eine Störung auftritt bzw. der Tachykardiezustand ermittelt wurde,
die entsprechenden der Flip-Flops 413 bis 415. Ist am Ausgang des ODER-Gatters 442
ein Signal mit dem logischen H-Zustand vorhanden, so wird bei aktiviertem "AAT"-
oder "AAI"-Zustand über ein ODER-Gatter 443 und ein UND-Gatter 446 sowie das ODER-Gatter
445 der ~A00"-Zustand eingestellt, wie er auch direkt durch eine entsprechende Programmierung
gewählt werden kann.
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Durch Aktivierung der Betriebsarten ~V00" Dzw. 1,D00" werden diese
eingeschaltet, ohne daß eine Betriebsartsänderung durch über die Elektroden aufgenommenen
Signale möylich wäre. Die Betriebsart WI wird aktiviert, wenn dieser Zustand über
den Programmschalter 400 gesetzt ist und keine Störungen im Ventrikel vorliegen,
so daß ein Ausgangssignal vom UND-Gatter 447 an das ODER-Gatter 448 gelangt. Liegt
eine Störung im Ventrikel vor, so geht der Schrittmacher durch die Verknüpfung der
entsprechenden Signale über ein ODER-Gatter 449, ein UND-Gatter 450 sowie ein weiteres
ODER-Gatter 451 in den Betriebszustand ~V00" über.
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Die Betriebsart "VAT" ist bei ungestörtem Ventrikel (kein Signal am
invertierenden Eingang des UND-Gatters 452) durch entsprechende Programmierung einstellbar.
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In der Betriebsart "VAT" wird über das UND-Gatter 457 ein ODER-Gatter
454 aktiviert, wenn das UND-Gatter 453 nicht
durch das Ausgangssignal
des ODER-Gatters 442 über seinen invertierenden Eingang gesperrt ist. Im Falle einer
Störung im Atrium oder des Vorliegens von Tachykardie erfolgt eine Umschaltung in
den Zustand ~V00", was durch eine zum ODER-Gatter 443 führende Leitung bewirkt wird,
wobei die Umschaltbedingungen denjenigen in den Modes "AST" bzw.
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AAI entsprechen.
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In der Betriebsart "DVI" wird bei ungestörtem Ventrikeleingang (kein
Signal am invertierenden Eingang eines UND-Gatters 455), dessen Ausgangssignal zu
einem ODER-Gatter 456 geleitet, welches die dieser Betriebsart entsprechenden Aktivierungen
auslöst.
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Bei gestörtem Ventrikel gelangt das Signal über ein ODER-Gatter 457
an die Eingänge zweier UND-Gatter 458 und 459, deren weitere Eingänge (wobei der
weitere Eingang beim UND-Gatter 458 invertierend ist) mit dem Ausgang des Schalters
401 verbunden sind. Je nach dem, ob dieser durch Programmierung gesetzt (Verbindung
mit logischem H-Peyel) oder nicht gesetzt (entsprechend dem logischen L-Pegel) ist,
wird eines der UND-Gatter 458 bzw. 459 durchgeschaltet und aktiviert über das UND-Gatter
450 im Falle einer Störung im Ventrikel über das ODER-Gatter 451 den Zustand ~V00"
oder über UND-Gatter 460, dessen weiterer Eingang entsprechend mit der bei gestörtem
Ventrikel ein logisches ~Signal" führenden Leitung verbunden ist, über ein ODER-Gatter
461 den Zustand DOO. Damit kann von außerhalb des Schrittmachers her für den Fall
eines im Ventrikel aufgenommenen Störsignals durch eine entsprechende Voreinstellung
festgelegt werden, welchen Betriebs-
zustand der Schrittmacher
in diesem Fall einnehmen wird.
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Somit besteht eine zusätzliche therapeutische Möglichkeit in der Art,
daß der Arzt für den Fall, daß ein ursprünglich von ihm gewählter Betriebszustand
des Schrittmachers nicht beibehalten werden kann, einen Alternativzustand auswählen
kann, der sich im Fall des betreffenden Patienten als besonders günstig darstellt.
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Eine entsprechende Wahlmöglichkeit ist auch beim Betriebszustand "VDT/I"
vorgesehen, wobei das Fehlen von Störungen im Atrium und Ventrikel und auch das
Nichtvorliegen des Tachykardie-Zustands mittels eines UND-Gatters 462 ermittelt
wird, dessen beide invertierende Eingänge einerseits mit dem Ausgang des ODER-Gatters
442 bzw. mit der eine Störung im Ventrikel anzeigenden Leitung verbunden sind.
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Der Ausgang des UND-Gatters 462 führt zu einem UND-Gatter 463, dessen
Ausgangssignal die für den Betriebszustand "VDT/I" notwendigen logischen Verknüpfungen
auslöst. Im Falle einer Störung im Atrium allein wird über ein ODER-Gatter 464 und
ein UND-Gatter 465 bei Vorliegen einer Störung im Atrium bzw. Tachykardie und Abwesenheit
einer Störung im Ventrikel je nach Stellung des Schalters 401 über UND-Gatter 466
bzw. 467 entweder der Zustand "WI" oder der Zustand "DVI" aktiviert.
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Ist dagegen der Ventrikel gestört, während der Sinusrhythmus regulär
aufgenommen wird, gelangt über ein diese Signalzustände auswertendes UND-Gatter
468 in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 402 ein Signal zu UND-Gattern
469 und 470 alternativ zu den ODER-Gattern 451 bzw.
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454, so daß in diesem Fall alternativ die Betriebszu-
stände
~V00" oder "VAT" aktivierbar sind. Bei gestörtem Ventrikeleingangssignal bleibt
demnach dem behandelnden Arzt die Möglichkeit, entweder im Atrium auftretende Signale
noch zur Triggerung der Ventrikel-Stimulation heranzuziehen oder aber den Ventrikel
starrfrequent zu stimulieren. Der Betriebszustand "VDT/I" geht damit beispielsweise
in den "VAT"-Zustand über.
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Der Fall des ungestörten Betriebs im Mode DDD wird entsprechend der
Funktion des UND-Gatters 463 für den Fall ~VDT/I" über ein UND-Gatter 471 signalisiert.
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Bei gestörtem Atriumeingang bzw. vorliegender Tachykardie werden die
Umschaltungen entsprechend wie im vorgenannten Betriebszustand über das ODER-Gatter
464 ausgelöst, während bei gestörtem Ventrikel ebenfalls eine entsprechende Verknüpfung
über das ODER-Gatter 457 herbeigeführt wird.
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Es ist ersichtlich, daß die vorgenannten Mode-Umschaltungen und die
Möglichkeit der Vorprogrammierung alternativer Modes im Falle von Störungen der
Signaleingänge oder Tachykardie auf unterschiedliche Weise vorgegeben werden kann,
wobei insbesondere für die Terminieruny von Tachykardien auch Sonderbetriebsweisen
aktiviert werden können, die an dieser Stelle nicht detailliert beschrieben zu werden
orauchen, da sie dem Fachmann aus entsprechenden Veröffentlichungen bekannt sind.
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Die Möglichkeit, mit einer Mode-Änderung auch Betriebsparameter zu
verändern, ist für den Fall des DVI-modes durch die Verbindung vom Ausgang "DVI"
des Schalters 400
zu einem Eingang des ODER-Gatters 214 über ein
UND-Gatter 472 wiedergegeben. Bei Aktivierung dieses UND-Gatters 472 im Falle von
Tachycardie (Leitung zum Eingang "Tachy") beim "DVI"-Betrieb erfolgt eine zwangsläufige
Verkürzung der programmierten AV-Überleitunyszeit (To bis TV) auf einen unkritischen
Wert, der für diese Ausführung als in Block 216 enthalten angenommen werden soll.
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Die in Figur 5 dargestellte Schaltung stellt eine Zusatzschaltung
dar, welche in Zusammenhang mit der Blockschaltung gemäß Fig. 1 den Betrieb des
Schrittmachers mit Hysterese ermöglicht. Hysterese bedeutet in diesem Zusammenhang,
daß bei aufgenommenen Herzeigenaktionen die Zeitdauer TA heraufgesetzt wird, so
daß eine geringfügigere Verringerung der Impulsrate der Herzeigenaktionen nicht
zu Stimulationsimpulsen führt. Die Stimulation setzt erst dann wieder ein, wenn
die vergrößerte Zeitdauer THysA durch die Herzrate unterschritten wird.
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Die in Figur 5 dargestellten Flip-Flops 510 und 520 werden jeweils
gesetzt, wenn vom Ausgang des in Figur 1 dargestellten UND-Gatters 110 bzw. 210
ein Signal erscheint, d.h. im Atrium oder Ventrikel eine Herzeigenaktion aufyenommen
wurde. Beide Ereignisse führen über ein ODER-Gatter 500 und ein UND-Gatter 501 im
Zeitpunkt TV zum Setzen eines den Hysteresezustand speichernden Flip-Flops 502.
-
Mittels dieses Flip-Flops 502 wird in den Speicher 121 anstelle des
Normalwertes für die Impulsrate des Atriums TA der in einem Speicher 121' festgehalten
ist und durch Programmierung in den Schrittmacher übertragen wurde, mittels des
Schaltelementes 503 ein Wert THysA aus einem
Speicher 121" überführt
und den folgenden Datenvergleichs-und Entscheidungsoperationen zugrundegelegt.
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Ein Setzen des Flip-Flops 502 kann dabei nur dann erfolgen, wenn die
weiteren Eingänge des UND-Gatters 501 den logischen H-Zustand einnehmen, d.h. über
den Eingang Hys (durch Setzen eines entsprechenden Bits im Programmierspeicher 4)
der Hysterese-Zustand freigegeben wurde und entweder im Atrium oder im Ventrikel
jeweils sowohl eine Signalaufnahme vom Herzen als auch eine Stimulationsimpulsabyabe
nach Zeitablauf erfolgen kann, wie es durch die dargestellte Verknüpfung eines ODER-Gatters
504 mit zwei UND-Gattern 505 und 506, denen die vorgenannten Eingangsbedingungen
in Form von logischen Signalen vom Speicher 4 (Fig. 1) zugeführt sind, realisiert
ist.
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Die Flip-Flops 510 und 520 werden jeweils kurzzeitig, nachdem ihr
Zustand in das Flip-Flop 502 übertragen-wurde, durch den um einen Zeitraum mittels
eines Verzögerungsgliedes 540 verzögerten Impuls Tv zurückgesetzt, so daß für jeden
Herzzyklus wieder neu über das Vorliegen der Bedingungen für die Hysterese entschieden
werden muß. Wird bis zura Zeitpunkt TV keine Herzaktion in der Kammer, von der Signale
aufgenommen werden, erkannt, so wird - wie nachfolgend dargestellt - der ^nicht
gesetzte Zustand der Flip-Flops 510 bzw. 520 in das Flip-Flop 502 übertragen.
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Damit wird bei Betriebsarten, welche eine ausschließliche Signalaufnahme
entweder im Atrium oder im Ventrikel gestatten, durch diese Signale für sich der
Hysteresezu-Stdlld j(?wC#i is q(?s(#tzt oder zurückgesetzt werden.
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Wenn eine Signalaufnahme im Atrium und im Ventrikel möglich ist (beispielsweise
Betriebsart VDT/I oder DDD), soll der Hysteresezustand nicht schon dann zurückgesetzt
werden, wenn nur die AV-überleitung ausfällt, der normale Sinusrhythmus jedoch aufrechterhalten
bleibt, da die nachfolgende Stimulation im Ventrikel anschließend im Zeitablauf
erfolgen kann, ohne daß eine Änderung der atrialen Rate erforderlich ist. Durch
die weiteren Elemente der in Fig. 5 dargestellten Schaltung wird verhindert, daß
der Hysteresezustand allein deswegen zurückgesetzt wird, weil keine AV-Überleitung
stattfindet, obgleich spontane Atriumaktionen vorhanden sind und nur eine Stimulation
im Ventrikel notwendig ist.
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Ein Zurücksetzen des Flip-Flops 510 wird aber dann nicht auf das Flip-Flop
502 übertragen, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: 1. Es ist eine Signalaufnahme
vom Atrium als auch eine solche vom Ventrikel möglich.
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2. Es wird nur im Atrium ein zu einer Herzeigenaktion gehöriger Impuls
aufgenommen - es fehlt also lediylich die aufgrund einer physiologischen AV-Überleitung
hervorgerufene Ventrikelkontraktion.
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Eine Atriumstimulation bewirkt hingegen ein Zurücksetzen.
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Die erste Bedingung ist durch Verknüpfung der entsprechenden Eingangssignale
von dem Speicher 4 in Fig. 1 über
ein UND-Gatter 541 realisiert,
dessen Ausgangssignal dem invertierenden Eingang eines UND-Gatters 542 zugeführt
ist. Der weitere Eingang des UND-Gatters 542 ist mit dem invertierenden Ausgang
Q des Flip-Flops 520 verbunden. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 542 und das invertierte
Ausgangssignal Q des Flip-Flops 510 gelangen an Eingänge eines ODER-Gatters 544,
dessen Ausgangssignal mit dem Signalimpuls ITV mittels eines UND-Gatters 545 so
verknüpft ist, daß entsprechend den vorgenannten Bedingungen beim Fehlen eines herzeigenen
Signals im Atrium oder Ventrikel der zurückgesetzte Zustand des Flip-Flops 520 in
das Flip-Flop 502 übernommen wird, wenn eine Signalaufnahme nur dort möglich ist.
Anschließend wird durch den Schalter 546 wieder der ursprüngliche in dem Speicher
121' gespeicherte Zahlenwert TAnorm in den Speicher 121 als aktueller Wert TAakt
übertragen. Wie weiter unten dargestellt ist, wird auch die Refraktärzeit des Ventrikels
jeweils der aktuellen Atriumrate TAakt angepaßt.
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In Figur 6 ist die Austaststufe 3 gemäß Figur 1 in Einzelheiten dargestellt.
Die Ausgangssignale der UND-Gatter 106 und 206 gelangen an die Eingänge eines ODER-Gatters
601, dessen Ausgangssignal eine Monoflop-Schaltung 602 aktiviert, welche für 25
ms einen Ausgangsimpuls abgibt. Dieser Impuls gelangt über ODER-Gatter 611 bzw.
621 sowohl an die Eingangsstufe 101 für das Atrium als auch an die Einyangsstufe
201 für den Ventrikel und macht beide für diesen Zeitraum für eingehende Signale
undurchlässig. Die Sperrung beider Eingangsstufen für 25 ms erfolgt also unabhängig
davon, ob an das Atrium oder an den Ventrikel ein Stimulationsimpuls abgegeben wurde.
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Die dargestellte Schaltung weist darüber hinaus Mittel auf, welche
es gestatten, zwischen der stimulierten und der nicht stimulierten Kammer bezüglich
der Länge der Austastzeit zu unterscheiden. Dabei wird bei der dargestellten Anordnung
die Austastzeit für die stimulierte Kammer erhöht, um sicherzustellen, daß die Polarisationseffekte
an der Elektrode abgeklungen sind, bevor eine erneute Signalaufnahme erfolgen kann.
Zu diesem Zweck sind zwei jeweils einer Kammer zugeordnete Monoflop-Schaltungen
610 und 620 vorgesehen, welche auf einen Eingangsimpuls hin einen Ausgangsimpuls
abgeben, welcher der verlängerten Austastdauer für die stimulierte Kammer - bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel 60 ms - ent-spricht. Die Eingänge der Monoflop-Schaltungen
sind dabei direkt mit den Ausgängen der UND-Gatter 106 bzw. 206 verbunden, während
die Austastimpulse jeweils den zweiten Eingängen der ODER-Gatter 611 und 621 zugeführt
werden, wobei im Falle der Stimulation einer der Kaitunern sich die Aktivierungszeiten
der Stufen 602 und 620 bzw. 602 und 610 am Ausgang der ODER-Gatter 611 bzw. 621
überlagern.
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Durch die Verbindungsleitung vom Monoflop 218 (in Figur 1 enthalten)
zu einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 621 tritt wird bei einer Refraktärzeitverlängerung
im Atrium nach einer Extrasystole im Ventrikel der Eingangsverstärker auch für die
Störsignal und Tachykardieerkennung gesperrt.
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In Figur 7a ist eine Anordnung blockschaltungsmäßig dargestellt, welche
eine automatische Anpassung der Refraktdrzeit des Ventrikels an die programmierte
Herzrate bewirkt.
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Da bei programmierbaren Schrittmachern bei im wesentlichen fester
AV-Überleitungszeit mit sich verändernder Herzrate (Folye der Impulse TA) sich bei
fester Refraktärzeit für den Ventrikel der (ungeschützte) Zeitraum bis zum nächsten
TA'Impuls Schwankungen unterliegen würde, die genauso groß ist, wie die auftretende
Differenz bei der Änderung der gesamten Folgezeiten der Impulse im Atrium entsprechend
der gewählten Rate, ist es günstig, die Refraktärzeit des Ventrikel entsprechend
proportional zu variieren, um einerseits eine Stimulation zu ungünstigen Zeitpunkten
zu vermeiden - andererseits aber ein möglichst großes Zeitfenster zur Verfügung
zu haben, in der eine Signalaufnahme vom Ventrikel möglich ist.
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Zusätzlich zu den Baugruppen gemäß Fig. 1 ist zwischen den Speicher
8 und den Schalter 15 ein Umschalter 71 eingefügt, welcher durch ein Signal TrefVaut
ansteuerbar ist, das durch eine entsprechende Programmierung als Ausgangssignal
der Baugruppe 4 in Fig. 1 erzeugbar ist und anzeigt, daß die Berechnung der Refraktärzeit
für den Ventrikel automatisch erfolgen soll. In durch das vorgenannte Signal aktiviertem
Zustand verbindet der Umschalter 71 den Speicher für den der Zeit TrefV mit einer
Rechenschaltung 72, welche aktiviert durch den Vergleicher 220 bei Erscheinen des
Signals "=" aufgrund der im Speicher 121 enthaltenen Größe für die Atriumrate TA
einen Rechenvorgang ausführt und die ermittelten Daten für die Refraktärzeit des
Atriums in einem dafür vorgesehenen Speicher festhält.
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Einzelheiten der Rechenschaltung 72 gehen aus Fig. 7b hervor, welche
den Aufbau dieser Schaltung am Beispiel von
jeweils vier Bit enthaltenen
Datenworten darstellt. Die Berechnung von TrefVaut erfolgt nach der Formel: TrefVaut
= (1/2 - 1/8) ~ TA Diese Rechnung läßt sich in besonders einfacher Form binär durchführen,
wobei die Eingangssignale vom wichtigsten (MSB) Bit her in der angegebenen Reihenfolge
drei Subtrahierstufen für einzelne Bits zugeführt werden, die ein Ausgangssignal
und ein Übertragungssignal abgeben. Die Division durch zwei entspricht einer Verschiebung
um eine Stelle zu niedrigeren Bit-Werten hin, während die Division um acht eine
Verschiebung um drei Stellen ausmacht. Ein Rest bei der Division wird nicht berücksichtigt.
Die derart in ihrer Position verschobenen Daten werden in den einzelnen Subtrahierstufen
73 bis 75 voneinander abgezogen und die Ergebnisse den Speicherzellen eines 4-Bit-Speichers
76 zugeführt, welcher die Daten jeweils auf einen Impuls zum Zeitpunkt TV hin festhält.
Das Ausgangssignal Ü der höchstwertigen Subtrahierstufe 72 gelangt dabei in die
zweithöchstwertige Stufe des Speichers 76, während die anderen Bits entsprechend
ihrer Wertigkeit folgen. Der Berechnungsvorgang wird immer dann ausgeführt, wenn
sich der für TA festgehaltene und für die Steuerung des Schrittmachers maßgebliche
Wert ändert, was bei der dargestellten Ausführungsform jeweils im Zusammenhang mit
dem Zeitpunkt TV erfolgt.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine mögliche
Form der Realisierung der der Erfindung dar, wobei weitere Ausführungsformen - insbesondere
im Zusam-
menhang mit andere zusätzliche Betriebsmöglichkeiten
bietenden implantierbaren oder externen Schrittmachern -möglich sind und im Rahmen
der Erfindung liegen. Weiterhin ist das Ersetzen von diskreten Logikelementen durch
solche Bausteine, welche die zur Ansteuerung der Ausyangsstufen zur Erzeugung von
Stimulationsimpulsen notwendigen logischen Verknüpfungen in programmierter Form
oder auch durch geeignete Verbindung analog arbeitender Bauelemente lösen.
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