DE3242895A1

DE3242895A1 - Zweikammer-herzschrittmacher

Info

Publication number: DE3242895A1
Application number: DE19823242895
Authority: DE
Inventors: David K. 2120 Pennant Hills New South Wales Money; Tibor A. 2047 Drummoyne New South Wales Nappholz; Bruce R. 2073 Pymble New South Wales Satchwell
Original assignee: Telectronics Pty Ltd
Current assignee: Telectronics Pty Ltd
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1982-11-16
Publication date: 1984-05-17
Also published as: GB2129687A; GB2129687B; US4378020A

Description

Die Erfindung betrifft Zweikammer-Herzschrittmacher, und insbesondere Herzschrittmacher, die von außen her programmierbar sind.

Einkainraer-Herzschrittinacher, insbesondere diejenigen, die eine ventrikulare Stimulation abgeben, erfreuen sich seit Jahren einer breiten Anwendung. Seit kurzem wird Zweikammer-Schrittmachern eine beträchtliche Aufmerksamkeit gewidmet. Ein derartiger Schrittmacher ist sowohl mit atrialen als auch ventrikularen Elektroden ausgestattet. (Wo dies zweckmäßig erscheint können unipolare oder bipolare Leitungen angewandt werden). Jede Elektrode dient nicht nur dem Beaufschlagen eines Stimulus auf die entsprechende Kammer, sondern ebenfalls dem Abtasten der spontanen Herztätigkeit.

Typischerweise werden zwei Verzögerungsschaltungen vorgesehen. Die VA (ventrikular-atrial) Verzögerungsschaltung oder Taktgeber wird durch einen spontanen ventrikularen Herzschlag oder einen ventrikularen Stimulus getriggert, wobei der letztere in dem Fall erzeugt wird, daß sich die Herzventrikeln nicht spontan zusammenziehen. Im Anschluß an die VA-Verzögerung wird ein atrialer Stimulierungsimpuls erzeugt. Wenn jedoch eine spontane atriale Kontraktion vor dem Ablauf der VA-Verzögerung auftritt, wird kein atrialer Stimulus erzeugt. Die AV (atrialventrikular) Verzögerungsschaltung wird entweder durch eine spontane.atriale Kontraktion oder durch das Erzeugen eines atrialen Stimulus getriggert, wobei der letztere in dem Fall erzeugt wird, daß sich die Atria nicht spontan zusammenzieht. Im Anschluß an den Ablauf der AV-Verzögerung wird ein ventrikularer Stimulus erzeugt; wenn während der AV-Verzögerung eine spontane ventrikulare Kontraktion auftritt, wird kein Stimulus erzeugt. Ein typischer Zweikammer-ScnVittmacher kann in mehreren-unterschiedlichen Weisen betrieben werden, wie weiter unten beschrieben, unter äußerer Programmsteuerung. Die unterschiedlichen Weisen wäerden durch selektives Abschalten des atrialen Kammerabtastens, ventrikularen Kammerabtastens und der atrialen Stimuluserzeugung erreicht.

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Es kann nicht nur die Betriebsweise eines typischen Zweikammer-Herzschrittmachers programmiert werden, sondern ebenfalls mehrere weitere Parameter. Wie in dem Fall eines Einkammer-Schrittmachers kann durch den Arzt ein äußerer Programmierer benutzt werden, um derartige Schritte, wie die Schrittmacherrate, Empfindlichkeit usw. zu steuern. Zwei der wichtigsten Parameterwerte in dem Fall eines Zweikamxner-Schrittmachers sindei VA-Verzögerung und die AV-Verzögerung. Wenn diese Werte einmal unter äußerlicher Steuerung eingestellt worden sind, werden diese von dem Schrittmacher benutzt bis eine andere Programmierungsfolge stattfindet. Es besteht ein einfaches Verhältnis, zwischen den VA- und AV-Verzögerungen und der gesamten Schrittmacherrate. Die letztere ist einfach die Rate des ventrikularen Stimulus, dessen Reziprokal als das R-R"-Intervall bekannt ist.

Die tatsächlichen Parameterwerte, die den Schrittmacherbetrieb direkt steuern, sind die VA- und AV-Verzögerungen. Die meisten Ärzte denken jedoch nicht an Herzschrittmachen in diesen Ausdrücken. Da die für das Bestimmen der VA-Verzögerung erforderliche Arithmetik von den anderen beiden Parameterwerten nicht so kompliziert ist, ist es vorteilhaft, dem Arzt zu gestatten, einen Schrittmacher mit den tatsächlichen Parametern zu programmieren, die er zur Charakterisieren seiner Arbeitsweise benutzt. Nach dem Stand der Technik waren Zweikammer-Herzschrittmacher jedoch nicht mit Ausdrücken wie AV-Verzögerungs- und Schrittmacherrateparametern programmierbar. (Das R~R~Xntervall, auch bekannt als die "Warteperiode" ist einfach das Reziproke der Schrittmacherratei Es besteht kein Unterschied, ob eine Rate oder ein Intervallwert programmiert wird, da die Umwandlung von dem einen zu dem anderen Wert einfach zu der Bildung eines Reziprokwertes - entweder in dem Programmierer oder dem Schrittmacher - führt. Das Problem besteht darin, daß der Schrittmacher einen VA-Wert benötigt und der Arzt gewöhnlich nicht in diesen Worten denkt).

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Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen äußerlich programmierbaren, implantierbaren Zweikammer-Herzschrittmacher zu schaffen, dessen AV- und VA-Verzögerungen durch programmierte Parameterwerte für die AV-Verzögerung und die Schrittmacherrate gesteuert werden. (Ein weiterer Vorteil des angewandten Schemas ist es, daß in dem Schrittmacher weniger Speicherraum erforderlich ist, um die programmierte Information zu speichern, wie weiter unten beschrieben).

Erfindungsgemäß wird diese erste Aufgabe durch das Vorsehen eines Subtrahierkreises in dem Schrittmacher erzielt. Die programmierten Parameterwerte sind die AV-Verzögerung und die Warteperiode. Der Subtrahierer bildet die Differenz zwischen der Warteperiode und der AV-Verzögerung, wobei die Differenz die AV-Verzögerung darstellt, die zum Steuer der Zeitdauer zwischen einem ventrikularen Herzschlag (spontan oder stimuliert) und dem Erzeugen eines atrialen Stimulus angewandt wird. Durch Vorsehen eines "on-board" Subtrahierers kann der Arzt den Schrittmacher mit den Ausdrücken programmieren, die ihm geläufig sind, doch kann der Schrittmacher so gesteuert werden, daß er direkt durch die von ihm benötigten Parameterwerte betrieben werden kann.

Ein weiteres Problem bei Zweikammer-Schrittmachern nach dem Stand der Technik bezieht sich auf deren übermäßig langes ventrikulares Verstärkeraustasten im Anschluß an einen atrialen Schrittmacherimpuls. Um einen atrialen Stimulierungsimpuls einer langen Größe zu verhindern, der auf das Herz des Patienten beaufschlagt wird, und von dem ventrikularen Abtastkreis als eine ventrikulare Kontraktion gedeutet wird, wird der Abtastkreis gewöhnlich für eine Refraktionsperiode außer Betrieb gesetzt, die sofort nach dem atrialen Stimulus beginnt. Ein typischer atrialer Stimulus kann eine Störung in der ventrikularen Abtastschaltung über 100 Millisekunden aufgrund der Art der Elektroden-Erholungswellenform hervorrufen. U» Qen ventrikularen Abtastkreis für 100 Millisekunden im Anschluß an

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jeden atrialen Stimulus zu sperren, so daß der atriale Stimulus nicht als eine ventrikulare Kontraktion getastet wird, kann tatsächlich zu einem Nichtfeststellen eines ventrikularen Schlages führen, sollte dieser während der langen Refraktionsperiode auftreten.

Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in dem ERstellen eines Zweikammer-Herzschrittmachers, bei dem das Erofrdernis des Verhinderns, daß ein atrialer Stimulus als ein ventrikularer Schlag gedeutet werden kann, keinen Anlaß dazu gibt, daß eine beachtliche Anzahl an spontanen ventrikularen Schlägen nicht abgetastet wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch ersielt, daß jede atriale Stimulus-Erholungswellenform kürzer als nach dem Stand der Technik eingestellt wird,, Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt die Erholungswellenform des atrialen Stimulikerungsimpulses eine Dauer von nur 10~15 Millisekunden, und die mit der Führungskante des Impulses beginnende Refraktionsperiode, während der die ventrikulare Abtastschaltung außer Betrieb gesetzt wird, beträgt nur 25 Millisekunden. Die zusätzlichen 10-15 Millisekunden werden aus Sicherheitsgründen vorgesehen. Im allgemeinen ist das Erzeugen eines atrialen Stimulus und einer zugeordneten Refraktionsperiode beabsichtigt, die beide nicht länger als 40 Millisekunden dauern.

Bei einem typischen Schrittmacher nach dem Stand der Technik liegt ein Ausgangskondensator in Reihe mit jeder Elektrodenleitung vor» Im Anschluß an das Erzeugen eines Impulses wird der Kondensator auf das Batteriepotential aufgeladen« Wenn ein Stimulierungsimpuls erzeugt werden soll, läßt man sich den Kondensator durch die Elektrodenleitung und das Herzgewebe entladen« Der Kondensator wird gewöhnlich durch einen Widerstand von 15 Kilohm auf die Batteriespeisung zurückgeführt. Die Führungskante des Stimulierungsimpulses ist gewöhnlich recht scharf und es ist die Erholungswellenform an der nacheilenden Kante, deren Neigung zu einer übermäßig langen Störung in der ventrikularen Abtastschaltung führt.

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Erf indungsgemäß wird der Kondensator durch eine viel kleinere Impedanz, typischerweise 400 Ohm, auf die Batteriespeisung zurückgeführt, so daß die Erholungswellenform an der nacheilenden Kante des Impulses verkürzt wird. Auf diese Weise kann ein atrialer Stimulierungsimpuls mit einer Erholungswellenform erzeugt werden, deren Gesamtdauer lediglich in der Größenordnung von 10-15 Millisekunden liegt und somit muß der ventrikulare Abtastkreis nur während dieser Zeit außer Funktion gesetzt werden.

Es ist zu bemerken, daß eine ähnliche Verfahrensweise nach dem Stand der Technik in Verbindung mit der ventrikularen Impulserzeugung angewandt wurde. In einigen Fällen ist der in Reihe mit der ventrikularen Elektrodenleitung geschaltete Ausgangskondensator auf die Batteriespeisung durch eine niedrige Impedanz zurückgeführt worden. Der Grund hierfür liegt darin, die Eingangsimpedanz des ventrikularen Schaltkreises so lange wie möglich hoch zu halten, die Eingangsimpedanz ist gewöhnlich niedriger während sich der Ausgangskondensator auflädt, und durch eine Zunahme der Aufladungsgeschwindigkeit beläuft sich die Eingangsimpedanz auf einen relativ geringen Wert während einer geringeren Zeit. Diese Arbeitsweise ist als "aktive" Wiederaufladung des Ausgangskondensators bekannt; "aktiv" deswegen, weil der Ausgangskondensator durch eine niedrigere Impedanz zu der Batteriespeisung im Gegensatz zu der herkömmlichen höheren Impedanz zurückgeführt wird. Erfindungsgemäß wird eine ähnliche Verfahrensweise in Verbindung mit der atrialen Impulsschaltung angewandt, obgleich aus einem völlig anderen Grund, wie weiter oben beschrieben.

Es ist wichtig zu beachten, daß ein zusätzliches Anheben der ventrikularen Ausgangsstufe sicherstellt, daß verschiedene Gegenstände von der Speisung, wobei der wichtigste das Wiederaufladen des Entkopplungskondensators ist, daran gehindert werden, durch den ventrikularen Kanal nach dem atrialen Schrittmachen abgetastet zu werden.

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Λθ - η -

Diese Modifizierung gestattet höhere ventrikulare Empfindlichkeiten während der gleichen ventrikularen Austastzeit.

Ein weiteres Problem bei Zweikammer-HerζSchrittmachern besteht in dem Verhindern übermäßig schneller ventrikularer Stimuli= Sogar im Fall eines Einkammer-Schrittmachers besteht die Möglichkeit, daß der die Rate, bei der ventrikulare Impulse erzeugt werden, steuernde Oszillator einen Fehler auslöst und in diesem Fall können ventrikulare Stimuli mit einer gefhrlich schnellen Rate erzeugt werden» Aus diesem Grund wird ein getrennter durchgehender Schutzmechanismus vorgesehen, um sicherzustellen, daß keine ventrikularen Impulse mit einer Rate erzeugt werden, die schneller als ein maximaler sicherer Wert ist. Es ist offensichtlich, daß bei einem Zweikammer-Herzschrittmacher noch eine weitere Quelle vorliegt, die einen unkontrollierbaren Zustand eines ventrikularen Impulses verursachen kann; übermäßig schnelle spontane atriale Kontraktionen oder ein elektronischer Fehler, die zxx einem Kurzschliessen der VA-Verzögerung führen, können ein üfeermäßig schnelles Triggern der AV-Verzögerung verursachen, die ihrerseits dazu beitragen kann, daß aufeinanderfolgende Stimuli bei einer zu schnellen Rate erzeugt werden.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Zweikammer-Herzschrittmacher vorzusehen, in dem ein einzelner, einfacher Fehlersicherheits-Mechanismus arbeitet, der die Rate der ventrikularen Stimuli unter allen oben beschriebenen Fehlerbedingungen begrenzt«

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert.

Ein atriale Stimulierungselektrode 20 ist in das Herz eines Patienten eingesetzt, um eine atriale Kontraktion zu stimulieren. Wenn der Schalter 42 geschlossen ist, fließt Strom von der Schrittmacherbatterie durch den Widerstand 38, Kondensator 40 und die atriale Elektrodenleitung, um den Kondensator aufzuladen. (Schalter 42 ist lediglich symbolisch gezeigt, es versteht sich, daß in einem Schrittmacher ein elektronischer Schalter vorgesehen ist). Der Schalter wird geschlossen

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gehalten durch ein Auflade-Steuerelement 44, um so den Kondensator im Anschluß an einen atrialen Stimulierungsimpuls wieder aufzuladen. Wenn, wie durch das Heruntersehalten des Ausgangs der VA-VErzögerungsschaltung 30 bestimmt, ein atrialer Stimulus erzeugt werden soll, schaltet die Ausgangsstufe 36 des atrialen Impulses den Kondensator 40 auf ein negatives Potential gleich der Batteriespannung; der Kondensator entlädt sich durch das Herz des Patienten unter Stimulieren eines atrialen Herzschlages. Die Ausgangsstufe für den atrialen Impuls, arbeitet jedoch nur, wenn deren Z-Steuereingang ein niedriges Potential aufweist. Wenn der Z-Eingang hoch ist, werden keine atrialen Stimuli erzeugt.

Der Ausgang der VA-Verzögerungseinheit 30 ist normalerweise hoch. Wenn der Ausgang des OR-Tors 66 zuerst hoch geht und die VA-Verzögerungstaktung triggert, bleibt der Ausgang der Verzögerungseinheit JO hoch. Nach einem Zeitintervall, der durch die fünf Bits am Eingang L der Verzögerungseinheit bestimmt wird, wird der Ausgang jedoch niedrig gepulst. Die Führungskante des negativen Impulses triggert die Ausgangsstufe 36 für den atrialen Impuls und schaltet den Kondensator 40 etwa 0,5 Millisekunden auf ein negatives Potential, vorausgesetzt, daß der Z-Eingang ein niedriges Potential aufweist. Die nacheilende Kante bedingt ein Wiederaufladen des Steuerelements 44, um den Schalter 42 10-15 Millisekunden zu schließen. Nach 10-15 Millisekunden öffnet das Wiederauflade-Steuerleement den Schalter 42, so daß die Eingangsimpedanz der"atrialen Stimulierungselektrode 20 auf mehr als 100 Kilohm zurückgeführt wird.

Die atriale elektrische Aktivität an der Elektrode 20 erscheint an dem Eingang des RF-Filters 22 und nach dem Filtern wird das Signal durch den atrialen Verstärker 24 verstärkt. Der Verstärker arbeitet jedoch nur, wenn der X-Steuereingang ein niedriges Potential aufweist. Der Ausgang des Verstärkers wird durch den Komparator 26 mit einem Schwellenwert verglichen

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und ein Standard Interferenz-Feststellkreis 28 tritt in Funktion, um hochfrequente Geräusche zurückzuweisen. Impulse an dem Ausgang des Komperators 26, die mit 200 Millisekunden jeweils auftreten, werden durch den Kreis 28 ignoriert. Das Nettoergebnis, wie es üblich ist, besteht darin, daß ein spontaner atrialer Herzschlag zu einem kurzen positiven Impuls an dem Ausgang des Interferenz-Feststellkreises 28 führt. Dieser Impuls wird zum Rückstellen des VA-Verzögerungskreises 30 angewandt. Selbst wenn der Verzögerungskreis ein VA-Intervall getaktet hat im Anschluß an den letzten ventrikularen Herzschlag und zu einem atrialen Stimulus führt, der erzeugt werden soll, wird der Taktmechanismus zurückgestellt, so daß kein atrialer Stimulierungsimpuls erzeugt wird. Es besteht kein Bedarf für einen derartigen Impuls, da ein spontaner atrialer Herzschlag festgestellt worden ist.

Es wird ein vergleichbares"Untersystem zum Erzeugen ventrikularer Stimuli und zum Feststellen spontaner ventrikularer Kontraktionen vorgesehen. Die Einzelheiten des Betriebs der AV-Verzögerungseinheit 48 werden weiter unten beschrieben, für die vorliegenden Zwecke ist es jedoch ausreichend zu verstehen, daß wann immer ein ventrikularer Stimulus erzeugt werden muß der Ausgang des Tors 64 hochgepulst wird, um die Ausgangsstufe 94 für den ventrikularen Impuls anzuschalten. Die Ladung des Kondensators 7 4 bedingt nun einen Stromfluß durch die ventrikulare Stimulierungselektrode 76. Nachdem der Impuls erzeugt worden ist, schließt das Element 68 den Schalter 70, so daß sich der Kondensator 74 durch den Widerstand 72 wieder aufladen kann. Der Schalter wird erneut nach 10-15 Millisekunden geöffnet, um die Eingangsimpedanz der ventrikularen Stimulierungselektrode 16 auf mehr als 100 Kilohm zurückzuführen. Der Filter 78, Ventrikularverstärker 80, Komperator 82 und Interferenz-Feststellkreis 84 entsprechen den Elementen 22, 24, 26 und 28 in dem atrialen Stimulierungs-Unter-System. Der Ventrikularverstärker stellt ventrikulare Herzschläge nur fest, wenn der Y-Eingang zu dem Tor 9 2 ein niedriges Potential auf v/eist;" wenn dieses hoch ist, wird der Verstärker 80 an einem Betrieb gehindert.

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Vor einer Beschreibung des verbleibenden Schaltkreises sollte man die sechs Arten verstehen, in denen das System betrieben werden kann, in Abhängigkeit von der Höhe der Steuersignale an den X, Y und Z-Eingängen, wie weiter oben beschrieben.

Wenn die X und Z-Eingänge hoch sind und der Y-Eingang ist niedrig wird ein Ventrikulares Abtasten ermöglicht, jedoch werden sowohl ein atriales Abtasten als auch eine atriale Stimulierung vermieden. Dies ist als die WI Mode bekannt, die gesamte Einheit arbeitet als ventrikularer Standard-Bedarfsschrittmacher. Bezüglich der drei Buchstaben, die jede Betriebsart kennzeichnen, betrifft der erste die schrittzuma amende Kammer (wobei das Symbol "D" beide kennzeichnet), der zweite betrifft die Kammer, deren Tätigkeit abgetastet wird (wobei der Buchstabe "D" wiederum beide kennzeichnet) und der dritte stellt die Funktionen dar, die von dem Abtasten resultieren. \ Bei der WI-Betriebsart findet ein ventrikulares Schrittmacher, \ ventrikulares Abtasten und "inhibierter"■» Betrieb statt; nach dem Feststellen eines spontanen ventrikularen Herzschlages wird verhindert, daß der ventrikulare Taktschaltkreis (AV-Verzögerungseinheit 48) einen ventrikularen Stimulus triggert, da ein spontaner Herzschlag bereits aufgetreten ist.

Bei der DVI Betriebsart ist der X Eingang hoch und die Y- und Z-Eingänge sind beide niedrig; ein atriales Abtasten wird noch verhindert, jedoch werden nun atriale Stimuli als auch ventrikulare Stimuli erzeugt. Im Anschluß an das Feststellen eines ventrikularen Stimulus wird der VA-Verzögerungstaktgeber 30 getriggert. Zu Ende der AV-Verzögerung wird ein atrialer Stimulus erzeugt; derselbe wird immer nach dem Austakten erzeugt, da das atriale Abtasten inhibiert wird, so daß der Interferenz-Feststellkreis 28 die VA-Verzögerungseinheit 30 nicht zurückstellen kann. Nachdem ein atrialer Stimulus erzeugt worden ist, setzt die AV-Verzögerungstaktgebung ein und zu Ende der AV-Verzögerung wird ein ventrikularer Stimulus erzeugt. Da ein ventrikulares Abtasten stattfindet, jedoch 'der ventrikulare Stimulus nur dann erzeugt wird, wenn ein spon-

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taner ventrikularer Herzschlag nicht festgestellt wird bevor die AV-Verzögerung austaktet. Diese Betriebsweise ist allgemein als die "bifokale" Mode bekannt«

Wenn die X- und Y-Steuerbits beide niedrig und der Z-Kteuerbit hoch ist findet kein atriales Impulsgeben statt, sondern sowohl ein antriales als auch ventrikulares Abtasten - die VDI Betriebsart. V stellt das ventrikulare Schrittmachen und D das atriale und ventrikulare Abtasten und I das Inhibieren des ventrikularen Schrittmachens dar, falls ein spontaner ventrikularer Herzschlag festgestellt werden sollte. Diese Betriebsart ist ebenfalls als die "AV sync" bekannt, da das ventrikulare Schrittmachen mit der atrialen Tätigkeit oder Aktivität synchronisiert wird. Im Anschluß an das Feststellen einer spontanen atrialen Kontraktion, setzt die AV-Verzögerungstaktgebung ein.We'nn die AV-Verzögerungsperiode aus taktet bevor ein spontaner ventrikularer Herzschlag festgestellt wird, wird ein ventrikularer Stimulus erzeugt. Wenn zuerst ein ventrikularer Hzerzschlag festgestellt wird, wird kein ventrikularer Stimulus erzeugt. In jedem Fall wird der VA-Verzögerungstaktgeber 30 getriggert, dies hat jedoch keine Wirkung, da keine atrialen Stimuli erzeugt werden. Das System wartet einfach bis es einen spontanen atrialen Schlag feststellt und im Anschluß hieran beginnt die AV-Verzögerungstaktgebung erneut.

Wenn jedes Steuerbit eine 0 ist, arbeitet das System in der DDD-Betriebsart. Es findet sowohl ein atriales als auch ventrikulares Abtasten statt sowie ein atriales und ventrikulares Schrittmachen. Beide Impulsfolgen sind für den Bedarf, indem das Feststellen einer spontanen atrialen oder ventrikularen Tätigkeit zu einem Rückstellen des entsprechenden Taktgebers führt, so daß der nächste Stimulus, der sonst erzeugt worden wäre, inhibiert wird.

Wenn alle drei STeuerbits hoch sind, arbeitet das System in der VOO Betriebsart. Jeder ventrikulare Impuls triggert die VA-Verzögerung, und nach der AV-Austaktung wird ein ventrikularer Stimuls erzeugt und der Zyklus wiederholt sich.

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Dies stellt nichts anderes als ein kontinuierliches ventrikulares Schrittmachen dar.

Die letzte Betriebsweise, in der das System betrieben werden kann ist diejenige, bei der die X und Y Steuerbits hoch und das Z-Steuerbit niedrig ist. In dieser DOO Betriebsart findet sowohl ein kontinuierliches atriales Schrittmachen als auch ein kontinuierliches ventrikulares Schrittmachen statt. Es findet kein Abtasten der Herztätigkeit statt; zu Ende der VA-Verzögerung wird ein atrialer Stimulus erzeugt und die AV-Verzögerungstaktung beginnt. Zu Ende der AV-Verzögerung wird ein ventrikularer Stimulus erzeugt und das VA-Verzögerungstakten beginnt.

Links auf der Zeichnung ist ein Zungenschalter 10 gezeigt. Dieser Zungenschalter wird durch einen äußeren, allgemein bekannten Programmierer gepulst. Der Datenempfänger 12 interpretiert die Impulsschlüsse und liefert Adressen- und Datensignale an den Speicher 14. Der Speicher speichert vier Arten von Informationen. Es werden drei "Betriebsweise" Bits gespeichert und dies sind die Bits, die die Stufen von X, Y und Z Steuerleitungen, wie weiter oben beschrieben, bestimmen. Der Arzt kann somit die Betriebsweise bestimmen, in der der Schrittmacher arbeitet und er kann die Betriebsweise nach jeder Implantation verändern.

Weitere drei Bits werden in dem Speicher zum Darstellen der AV-Verzögerung gespeichert. Diese drei Bits werden durch den Buchstaben K dargestellt und dieselben sind als Eingänge zu der AV-Verzögerungseinheit 48 gezeigt. Acht mögliche AV-Verzögerüngswerte können durch den Arzt programmiert werden.

Der Arzt programmiert ebenfalls eine; von acht erlaubten _r grundlegenden Schrittmacherraten. Obgleich die Programmiereinheit selbst in typischer Weise numerische Indices aufweist, die die Rate darstellen, ergibt sich die Frage was tatäschlich programmiert wird, wenn der Arzt einen Ratewert auswählt, der einen R-R-Intervall darstellt. Dies ist das Reziprok der

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Rate und ist ebenfalls bekannt unter "Warteperiode". Der Datenempfänger 12 speichert drei Bits in dem Speicher 14, die den R-R Intervall darstellen und diese drei Bits werden durch den Buchstaben J gekennzeichnet.

Die letzten zwei Bits, die in dem Speicher gespeichert werden, sind mit M bezeichnet und stellen die maximale Schrittmacherrate dar. Es gibt drei maximale ventrikulare Raten, die der Arzt auswählen kann, und es sind zwei Bits* zum Darstellen derselben erforderlich. (Andere programmierbare Parameter, wie die atriale Empfindlichkeit sind insoweit nicht gekennzeichnet, als sie für den Erfindungsgegenstand nicht von Bedeutung sind. Es versteht sich jedoch, daß in der tatsächlichen Praxis ein voller Bereich Programmierungsfähigkeit vorgesehen werden kann).

Der Arzt kann aus acht unterschiedlichen Warteperiode auswählen sowie acht unterschiedlichen AV-Verzögerungen. Der Subtrahierer 16 bildet die Differenz zwischen der Warteperiode und der AV-Verzögerung und bildet somit einen Wert, der die für die progsammierten Werte erforderliche AV-Verzögerung und Warteperiode VA-Verzögerung wiedergibt«, Da es acht mögliche AV-Verzögerungswerte und acht mögliche Warteperiodewerte gibt, sollte bedacht werden, daß es 64 verschiedene Differenzen geben kann. Es ergibt sich jedoch bei herkömmlichen AV-VerzÖgerungs- und Warteperiodewerten, daß viele der Differenzen die gleichen sind. So ergeben z.B. ein R-R Invertall von 800 Millisekunden und eine AV-Verzögerung von 200 Millisekunden die gleiche SA'-Verzögerung von 600 Millisekunden und dies ergibt sich, wenn das R-R Intervall 700 Millisekunden und die AV-Verzögerung 100 Millisekunden beträgt. Es sind lediglich fünf Bits erforderlich, um alle der möglichen VA-Verzögerungswerte zu spezifieren und somit liegen nur fünf Bits an dem Ausgang des Subtrahierers vor, die durch den Buchstaben L gekennzeichnet sind. Diese fünf Bits werden auf den VA-Verzögerungstaktgeber 30 beaufschlagt, um das VA-Verzögerungsintervall zu steuern.

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Es ist zu beachten, daß die drei Bits für den AV-Verzögerungstaktgeber tatsächlich durch den Arzt programmiert werden, da er die AV-Verzögerung direkt auswählt. Der Schrittmacher erfordert fünf Bits, um den VA-Verzögerungswert darzustellen. Der Arzt denkt gewöhnlich nicht in Ausdrücken der VA-Verzögerung und charakterisiert einen Schrittmacher stattdessen bezüglich seiner AV-Verzögerung und R-R Intervall (oder Schrittmacherrate). Die Anwendung des Subtrahierers gestattet es dem Arzt Parameter zu programmieren, mit denen er vertraut ist. Es ist dieser Subtrahierer, der die VA-Verzögerungswerte ableitet. Ein weiterer Vorteil des Programmierens der AV-Verzögerungs- und R-R Intervallwerte, anstelle der AV-Verzögerung s- und VA-Verzögerungswerte besteht darin, daß nur sechs Speicherbits (K plus J) anstelle von acht (K plus L) erforderlich sind.

Wie erinnerlich wird die Ausgangsstufe 36 für etwa 0,5 Millisekunden angeschaltet, wenn der Ausgang der VA-VerzÖgerungseinheit 30 zunächst niedrig gepulst wird und das Steuerlement 44 schließt den Schalter 42, wenn sich die Ausgangsstufe ausschaltet. Das Steuerelement kehrt in seinen normalen Zustand nach etwa 10-15 Millisekunden zurück. Der negative Impuls an dem Ausgang der Verzögerungseinheit 30 triggert ebenfalls den Eingangsblock-Taktgeber 90. Dieser Taktgeber bedingt, nachdem er getriggert worden ist, ein Hochgehen seines Ausgangs für 25 Millisekunden. Das sich durch den OR-Tor 92 erstreckende hohe Potential setzt den Ventrikularverstärker 80 außer Funktion. Somit ist die ventrikulare Refraktionsperiode, während welcher ein ventrikulares Abtasten unterbrochen wird, so daß ein atrialer Stimulus nicht irrtümlich als ein ventrikularer Herzschlag interepretiert werden kann, viel kürzer als die Refraktionsperioden, die nach dem Stand der Technik Anwendung finden. Der Grund dafür, daß eine kürzere Periode möglich ist, besteht darin, daß der Widertand 38 einen Wert von lediglich 400 0hm besitzt. Die Erholungs- «ellenform für den atrialen Ausgangsimpuls ist von sehr kurzer Dauer, da das aktive Hochziehen des Kondensators 40

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eine sehr schnelle Wiederaufladung gestattet. Sobald sich der Kondensator wieder aufgeladen hat, besteht kein Erfordernis für ein weiteres Zurückhalten der ventrikularen Abtastung.

Der Ausgang der VA-Verzögerungseinheit 30 ist mit dem invertierenden Eingang des OR-Tores 46 geschaltet. Somit geht der Ausgang des Tors 46 zu Ende der VA-Verzögerung hoch, um den AV-Verzögerungstaktgeber 48 zu triggern. In dem Fall, in dem ein atriales Abtasten nicht verhindert wird, führt jede spontane atriale Kontraktion zu einem Impuls an dem Ausgang des Interferenz-Feststellkreises 28. Dieser Impuls dient zwei Funktionen. Zunächst stellt derselbe die VA-Verzögerungseinheit 30 zurück, so daß deren Ausgang nicht auf niedrig geht, wie dies anderersiets zu Ende eines VA-Intervalls geschehen würde, da eine spontane atriale Kontraktion festgestellt worden ist und som ± kein Bedarf für einen atrialen Stimulus gegeben ist, selbst dann,wenn das Z-Steuerbit niedrig ist, um einen solchen zu ermöglichen. Die zweite Funktion des Impulses am Ausgang des Interferenz-Feststellkreises 28 besteht darin, die AV-Verzögerungseinheit 48 durch das OR-Tor 46 zu triggern. Wann immer eine atriale Kontraktion stattfindet, ob sie nun durch die Erzeugung eines atrialen Stimulus oder spontan erfolgt, beginnt die AV-Verzögerungstaktung.

Der AV-Verzögerungstaktgeber unterscheidet sich von dem VA-Verzögerungstaktgeber. Der Ausgang des letzteren ist normalerweise hoch und er wird nur zeitweilig im Anschluß an ein Austakten niedrig gepulst. Unter der Annahme, daß der Ausgang eines maximalen Ratezeitgebers 60 hoch ist, so daß ein Eingang des Tors 64 in Funktion gesetzt wird, wenn der Ausgang des KV-Verzögerungstaktgebers niedrig wird, wird der invertierende Eingang des Tors 64 in Funktion gesetzt und sein Ausgang wird hoch. Wie weiter oben beschrieben, führt dies zu der Erzeugung eines ventrikularen Stimulus. Der gleiche Impuls wird durch das OR-Tor 66 ausgedehntem den AV-Verzögerungstaktgeber zurückzustellen, dessen Ausgang erneut hoch wird. Wenn ein spontaner ventrikularer Herzschlag festgestellt wird,

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wird der kurze Impuls an dem Ausgang des Interferenz-Feststellkreises 84 in ähnlicher Weise durch das OR-Tor 66 ausgedehnt, um den AV-Verzögerungstaktgeber zurückzustellen, dessen Ausgang erneut hoch geht. Auf diese Weise verhindert ein spontaner ventrikularer Herzschlag das Erzeugen eines ventrikularen Stimulus.

Ob ein spontaner ventrikularer Herzschlag auftritt oder ein ventrikularer Stimulus erzeugt wird, nichtsdestotrotz, wird der Impuls an dem Ausgang des OR-Tors 66 ausgedehnt, um den Eingang der VA-Verzögerungseinheit 30 zu triggern. Somit beginnt die ventrikulare-atriale Taktfolge, so daß ein weiterer atrialer Stimulus erzeugt werden kann (unter der Annahme, daß der Z-Steuerbit niedrig ist), wenn eine spontane atriale Kontraktion nicht festgestellt wird (unter der Annahme, daß der X-Steuerbit niedrig ist) vor dem Austakten der VA-Verzögerung.

Der gleiche Impuls an dem Ausgang des OR-Tors 66, der die VA-Verzögerung staktung triggert, wird auf den zuvor eingestellten Eingang des Maximum-Ratetaktgebers 60 beaufschlagt. Diese Vorrichtung ist einfach ein Herunterzähler, dessen Zählungen durch die Ausgangsimpulse von dem Oszillator 62 dekrementiert werden. Die anfängliche, in den Taktgeber eingegebene Zählung wird durch die zwei M-Bits bestimmt, wenn der zuvor eingestellte Eingnggepülst wird. Der Arzt kann eine von drei maximalen Raten auswählen, feofoei das ventrikulare Schrittmachen diese Rate selbst dann nicht überschreiten darf, .wenn etwas mit dem Datenempfänger 12 oder der AV-Verzögerungseinheit 48 nicht in Ordnung ist. Je niedriger, die durch den Arzt programmierte maximale Rate ist, um so langer benötigt der Taktgeber 60 auf einen Wert von 0 herunter dekrementiert zu werden, d.h. je höher die Zählung ist, die zuvor eingestellt wurde. Der Ausgang des Taktgebers 60 bleibt niedrig bis die Zählung auf null dekrementiert worden ist und derselbe verbleibt sodann hoch, bis der vorher eingestellte Eingang wiederum pulsiert wird. Somit kann, selbst dann, wenn der Aus-

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gang der AV-Verzögerungseinheit niedrig wird, kein ventrikularer Stimulus solange erzeugt werden, wie der Ausgang des Taktgebers 60 niedrig ist. Erst nachdem der Taktgeber 60 auf eine Zählung von null herunter dekrementiert worden ist, kann ein niedriges Signal an dem invertierenden Eingang des Tors 64 zu einem Hochgehen des Ausgangs des Tors führen. Da das Herunterzählen mit einem ventrikularen Herzschlag beginnt, insoweit als das Voreinstellen des Taktgebers 60 durch den Impuls an dem Ausgang des OR-Tors 66 gesteuert wird, ergibt sich, daß die anfängliche, in dem Taktgeber 60 zuvor eingestellte Zählung die maximale Rate bestimmt, bei der ventrikulare Impulse erzeugt werden können.

Dieser Versagensichere-Mechanimsus verhindert das Erzeugen von ventrikularen Stimuli bei einer gefährlich schnellen Rate, selbdt dann, wenn die AV-Verzögerung irgendwann auf einen vernachlässigbaren Wert abfällt (aufgrund eines Kurzschlusses, einem fehlerhaften Datenempfänger etc.) Aber der gleiche Mechanismus verhindert auch ein ventriklulares Voreilen, das andererseits durch atriale"Probleme" verursacht werden könnte. Unter der Annahme, z.B., daß die VA-Verzögerungseinheit nicht richtig arbeitet und daß die VA-Verzögerungsperiode viel kürzer diejenige ist, wie sie programmiert wurde. Obgleich es zutrifft, daß ein atrialer Impuls zu schnell nach einem ventrikularen Abtasten erzeugt wird, wenn das Z-Steuerbit niedrig ist, wird dieser Impuls nicht notwendigerweise in einem übermäßig schnellen ventrikularen Herzschlagen resultieren (ein tatsächlich gefährlicher Zustand); der AV-Verzögerungstaktgeber 48 wird zuvor getriggert, jedoch können keine ventrikularen Impulse mit einer Rate erzeugt werden, die schneller als diejenige ist, die der maximale Ratetaktgeber 60 gestattet. Der Taktgeber beginnt immer seine Zählung von dem letzten ventrikluaren Herzschlag und er gestattet nicht die Erzeugung eines ventikularen Stimulus, bevor er auf Null zurückgezählt hat. Ähnliches ttifft dann zu, wenn spontane atriale Kontraktionen mit einer zu schnellen Rate auftreten.

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Ebenfalls unter der Annahme, daß der Ausgang der Verzögerungseinheit 48 bereits auf niedrig gegangen ist, wenn jeder
Eingangstrigger auftritt, so daß ein erneutes Triggern stattfindet, können keine ventrikularen Stimuli bei einer Rate auftreten, die schneller als diejenige ist, die durch die maximalen Ratebits in dem Speicher 14 dargestellt werden.

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Claims

MANFRED MlEHE d-iooo berlin 33 11.11.82

ITIZVMIIXLL^IVIIUIL FALKENRIED 4

Patentanwalt Telefon:(030)83119 50

European Patent Attorney Telegramme: INDUSPROP BERLIN

Telex: 0185 443

US/71/2495 Case 10

TELECTRONICS PTY. LIMITED 2 Sirius Road, Lane Cove 2066, N.S.W.Australien

Zweikammer-Herzschrittmacher

Patentansprüche

1J Zweikammer-Herzschrittmacher, gekennzeichnet durch einen ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgeberve\Lne Anordnung, die im Anschluß an den Betrieb des ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgeber zum selektiven Erzeugen eines atrialen Stimulus und zum Triggern des ventrikularenatrialen Verzögerungstaktgebers wirksam wird, eine Anordnung, die im Anschluß an den Betrieb des atrialen-ventrikularen Verzögerungstaktgebers zum Erzeugen eines ventrikularen Stimulus und zum Triggern des ventrikularen-atrialen Verzögerung staktgebers wirksam wird, eine Anordnung, die auf äußerlich übertragene Signale zum Darstellen eines atrialenventrikularen Verzögerungswertes anspricht, der von dem atrialen-ventrikularen Verzögerungstaktgeber angewandt wird, eine Anordnung, die auf äußerlich übertragene Signale zum Darstellen eines ventrikularen-ventrikularen Schrittmacherintervalls anspricht und ein Subtrahierglied zum Ausbilden der Differenz zwischen dem ventrikularen-ventrikularen Schrittmacherintervall und dem atrialen-ventriukularen Verzögerung swert, wie sie durch den ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgeber angewandt werden.

2. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der atriale-ventrikulare Verzögerungswert und das ventrikulare-ventrikulare Schrittmacherintervall durch entsprechende Gruppen von Datenbits dargestellt werden, die durch das Subtrahierglied ausgebildete Differenz in ähnlicher Weise durch eine entsprechende Gruppe von Datenbits dargestellt wird und die Anzahl der benötigten Datenbits zur Darstellung der Differenz größer als die Anzahl der für das Darstellen des ventrikularen-ventrikularen Schrittmacherintervalls benötigte Anzahl an Datenbits ist»

3. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung zum Abtasten der ventrikularen Herzaktivität und in Ansprechen hierauf zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulus und zum Triggern des ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgebers / eine Anordnung zum Steuern der Dauer jedes atrialen Stimulus und öer 'entsprechenden Erholungswellenform auf weniger als 40 Millisekunden, und eine Anordnung zum Inhibieren des Betriebs der Abtastanordnung für nicht langer als 40 Millisekunden im Anschluß an den Beginn der Erzeugung jedes atrialen Stimulus.

4. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß derselbe einen maximalen Ratetaktgeber aufweist, der zusammen mit dem Triggern des ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgebers getriggert werden kann, sowie eine Vorrichtung zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulus im Anschluß an den Betrieb des atrialen-ventrikularen Verzögerungstaktgebers bis der Maximum-Ratetaktgeber ausgetaktet ist»

5. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin eine Abtastanordnung für die ventrikulare Herztätigkeit und in Ansprechen hierauf zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulus und zum Triggern des Betriebes des ventrikularenatrialen Verzögerungs-Taktgebers vorliegt, eine Anordnung zum

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Steuern der Dauer jedes atrialen Stimulus und der entsprechenden Erholungswellenform auf weniger als 40 Millisekunden, sowie eine Anordnung zum Inhibieren des Betriebs der Abtastvorrichtung für nicht länger als 40 Millisekunden im Anschluß an den Beginn des Erzeugens jedes atrialen Stimulus vorliegen.

6. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennze-ich.net , daß ein Maximum-Ratetaktgeber vorliegt, der zusammen mit dem Triggern des ventrikularenatrialen Verzögerungstaktgebers getriggert werden kann, sowie eine Anordnung zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulus im Anschluß an den Betrieb des ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgebers bis der Maximum-Ratetaktgeber ausgetaktet ist.

7. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Maximum-Ratetaktgeber zusammen mit dem Triggern des ventrikularen-atrialen Verzögerungstaktgebers getriggert werden kann, sowie eine Anordnung zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulus im Anschluß an den Betrieb des atrialen-ventrikularen Verzögerungstaktgebers vorliegt, bis der Maximum-Ratetaktgeber ausgetaktet ist.

3. Zweikammer-Herzschrittmacher': g e kennzeichnet durch eine Vorrichtung zum selektiven Erzeugen eines atrialen Stimulierungsimpulses, eine Anordnung zum selektiven Abtasten der atrialen Herztätigkeit, eine Anordnung zum Erzeugen eines ventrikularen Stimulierungsimpulses, eine Anordnung zum selektiven Abtasten der ventrikularen Herztätigkeit, eine Vorrichtung zum Steuern des Erzeugens eines atrialen Stimulierungsimpulses zu einer ersten vorherbestimmten Zeit im Anschluß an das Abtasten der ventrikularen Herztätigkeit, eine Anordnung zum Steuern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulierungsimpulses zu einer zweiten vorherbestimmten Zeit im Anschluß an das Abtasten der atrialen Herztätigkeit, wobei die die atrialen Stimulierungsimpulse erzeugende Vorrichtung einen Speicherkondensator aufweist, der sich entlädt, um einen

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atrialen Stimulierungsimpuls zu erzeugen und es der entsprechenden Wellenform gestattet, sich in weniger als 40 Millisekunden zu erholen, sowie eine Anordnung für das Steuern der Aufladung des Kondensators ohne Störung des Abtastens der darauffolgenden Signale, und eine Anordnung zum Inhibieren des Betriebs der Abtastvorrichtung für die ventrikulare Herztätigkeit für nicht langer als 40 Millisekunden im Anschluß an den Beginn der Entladung des Speicherkondensators ο

9. Zweikammer-Herzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß derselbe einen Taktgeber aufweist, der durch das Abtasten der ventrikularen Herztätigkeit oder das Erzeugen eines ventrikularen Stimulierungsimpulses triggerbar ist und eine Anordnung zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulierungsimpulses nachdem der Taktgeber ausgetaktet ist.

10. Zweikammer-Herzschrittmacher, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum selektiven Erzeugen eines atrialen Stimulierungsimpulses,, eine Anordnung zum selektiven Abtasten der atrialen Herztätigkeit, eine Anordnung zum Erzeugen eines ventrikularen Stimulierungsimpulses, eine Anordnung zum selektiven Abtasten des ventrikularen Herztätigkeit, eine Anordnung zum Steuern des Erzeugens eines atrialen ' Stiraulierungsimpulses zu einer ersten vorherbestimmten Zeit im Anschluß an das Abtasten der ventrikularen Herztätigkeit, eine Anordnung zum Steuern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulierungsiitvpulses zu einer zweiten vorherbestimmten Zeit im Anschluß an das Abtasten der atrialen Herztätigkeit, einen Taktgeber, der durch das Abtasten der ventrikularen Herztätigkeit oder das Erzeugen eines ventrikularen Stimulierungsimpulses triggerbar ist, eine Anordnung zum Verhindern des Erzeugens eines ventrikularen Stimulierungsimpulses nachdem der Taktgeber ausgetaktet ist«

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