DE3500994A1

DE3500994A1 - System zur externen, nichtinvasiven herzstimulation und -ueberwachung

Info

Publication number: DE3500994A1
Application number: DE19853500994
Authority: DE
Inventors: Leendert J.K. van Needham Mass. Opijnen; Paul Mauric Newton Center Mass. Zoll
Original assignee: ZMI CORP
Current assignee: ZMI CORP
Priority date: 1984-01-19
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1985-07-25
Also published as: GB8501047D0; GB2153084A; FR2558377A1; JPS60153876A

Description

DR. DIETER V. BEZOLD-- - '

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER PATENTANWÄLTE

MARIA-THCRESIA-STRASSK 22
POSTfACH 861)260

D-8OOO MUENCHEN 86

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEENS

TELEFON (0891 4706006

TELEX 522 638

TELECRAMM SOMBEZ

IAX CR Il + III (0891 2716063

11682/MvB/An

ZMI Corporation
325 Vassar Street, Cambridge, Massachusetts (US)

System zur externen , nichtinvasiven Herzstimulation

und -Überwachung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein externes, nichtinvasives Ilerzschrittermacher- und Monitorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die externe Herzstimulation ist eine in der Unfallretfcung bei Patienten mit Herzstillstand häufig verwendete nichtinvasive Methode zur Aufrechterhaltung der Herztätigkeit. Aus der US-PS 4 349 030 ist ein externer Herzschrittmacher bekannt, der eine vorübergehende Stimulation eines sich bei Bewußtsein befindenden Patienten ohne die mit früheren Systemen verbundenen Schmerzen dadurch bewirkt, daß Stimulationsimpulse konstanten Stromes von einer Dauer von 5 bis 40 ms oder mehr mit etwa 25 bis 300 V sowie Elektroden mit an der Haut anliegenden Elementen, die eine geringe Stromdichte gewährleisten, verwendet werden.

^BAD

I¹O-. I SlIlH-K MÖNCHEN NR. 69148-000 · BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700200401 KTO. 6060257378 SWIFT HYPODE MM

Die Verwendung der handelsüblichen EKG-Monitore zur Feststellung der Wirksamkeit von externen Stimulationsimpulsen ist im allgemeinen schwierig und unbefriedigend, da die Spannungsunterschiede von etwa 1 bis 2V oder mehr an den EKG-Meßelektroden, die durch die Stimulationsimpulse entstehen, die Funktion der Monitore hinsichtlich der Anzeige der im Bereich von etwa 0,5 bis 4,0 mV liegenden EKG-Potentiale der Ventrikelerregung unterbrechen. Die Unterbrechung verursacht im allgemeinen eine große und jQ länger dauernde Auslenkung, die über die Skala oder den Anzeigebereich hinausgeht und für eine beträchtliche Zeitspanne, gewöhnlich über eine Sekunde, nicht wieder zur Grundlinie zurückkehrt und es dadurch unmöglich macht, zu entscheiden, ob der Impuls eine Her/stimuli ti on des

, r- Patienten bewirkt hat oder nicht, ι ο

Man hat EKG-Monitore auch bereits mit Schaltungen zum Schutz gegen Defibrillationsimpulse versehen, bei denen mehrere tausend Volt an den Körper angelegt und hohe 2Q Spannungen an den Meßelektroden des Herzmonitors entstehen. Es können bis zu 8 s vergehen, bis nach der Stimulation wieder ein EKG-Potential aufgezeichnet werden kann.

Manche Herzmonitore sind mit Schaltungen versehen, dia nc die kurzen, jedoch kleinen Rechteckimpulse von einorn inplantierbaren Schrittmacher wahrnehmen, jedoch nicht zählen. In der revidierten vorgeschlagenen Norm für Herzmonitore, Herzfrequenzmeß- und Alarmsysteme der Association for the Advancement of Medical Instrumentation werden „Φ Standardwerte für die Erholungszeit nach der durch Defibrillationsschocks entstandenen Unterbrechung und für die Unterdrückung der durch implantierte Schrittmacher erzeugten Impulse angegeben.

„p. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und ein System anzugeben, das eine durch

BAD

Schrittmacherimpulse ungestörte Überwachung der Herztätigkeit eines Patienten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Herzmonitor mit Erfolg zur Überwachung einer externen elektrischen Stimulation verwendet werden kann, wenn der Monitor mit einer Vorrichtung zur Wahrnehmung eines externen elektrischen Stimulationsimpulses und einer Vorrichtung, die kurz darauf die Wiedergabe oder Anzeige des EKG-Signales des Patienten gestattet, versehen wird. Dadurch kann dann klar entschieden werden, ob die externe Stimulierung eine Herzreaktion erzeugt hat oder nicht.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schalter verwendet, um zu verhindern, daß die großen Signale vom Schrittmacher die Wiedergabe der Herzsignale stören; die Monitorschaltung enthält ein Energiespeicherelement und der Schalter wird entweder geöffnet, um die Elektroden vom Energiespeicherelement zu trennen oder geschlossen, um die an die Elektroden erfaßten Signale zur Masse abzuleiten. Bei einer Ausführungsform wird ein Spannungssensor verwendet, um den Stimulationsimpuls wahrzunehmen und den Schalter zu betätigen, wenn die wahrgenommene Spannung höher als ein Schwellenwert ist oder sich schnell ändert; ein zweiter Schalter wird dazu verwendet, die Effekte der von Null verschiedenen Einschalt- und Ausschaltzeiten des ersten Schalters und der Schwellenwertspannung des Uberlastungsdetektors zu mildern. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Steuersignal vom Schrittmacher zur Wahrnehmung oder Feststellung des Stimulationsimpulses verwendet.

Im folgenden werden der Aufbau und die Arbeitsweise von

BAD OBiGlNAL

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-9-

derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:
5

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines externen, nichtinvasiven Herzstimulations- und Monitorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teiles eines Vorverstärkers eines Monitors des Systems gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teiles eines Vorverstärkers einer anderen Ausführungsform für den Monitor des Systems gemäß Fig. 1;

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf eines EKG-Potentials, wie es von einem EKG-Monitor wiedergegeben wird, der keine Maßnahmen zur Erzeugung einer Wiedergäbe des EKG-Signals während des Herzschlages, der unmittelbar auf die Application eines Stimulationsimpulses folgt, enthält;

Fig. 5 und 6 den zeitlichen Verlauf von EKG-Potentialen, wie sie von EKG-Monitoren wiedergegeben werden, die Maßnahmen zur Erzeugung einer Wiedergabe des EKG-Signals während des Herzschlages, der unmittelbar auf die Applikation eines Stimulationsimpulses folgt, aufweisen; und 30

Fig. 7 ein Diagramm der zeitlichen Beziehung eines

Stimulationsimpulses und eines Steuersignales, das in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwendet wird.
35

-ιοί Aufbau

In Fig. 1 ist ein Schrittmacher 10 dargestellt, der so aufgebaut sein kann, wie es in der US-PS 4 349 030 beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug gneommen wird, und der an einen Patienten 14 über externe Stimulationselektroden 16 angeschlossen ist. An den Patienten ist ferner ein EKG-Monitor 12 über eine linke und eine rechte EKG-Elektrode 18 und eine Masse- oder Gleichtakt-Spannungselektrode 20 angeschlossen. Der Monitor ist beispielsweise ein S & W-Monitor (Typ 2010, Diascope 2, der Firma Simonsen & Weel, Dänemark), der in der unten beschriebenen Weise abgeändert worden ist. Er enthält einen Vorverstärker 22, einen Nachverstärker 24, einen X,Y-Speicher 26 und eine Kathodenstrahlröhre 28. Ferner ist in Fig. 1 ein Streifenschreiber 30 dargestellt, der mit dem Nach- oder Endverstärker 24 des Monitors 12 verbunden ist.

^Der Vorverstärker 24 enthält einen Tiefpaßfilter 32, einen Operations- oder Instrumentenverstärker 34 zum Verstärken der Differenzspannung zwischen der rechten und der linken Elektrode 18, einen Verstärker 36 mit unsymmetrischen Aufbau zum Verstärken des Ausgangssignales des Differenzverstärkers 34 und einen pulsbreitenmodulierten Oszillator 38. Ein Schrittmacherdetektor 40 und ein Überlastdetektor 42 sind beide an eine Triggerartifaktgenerator-Steuereinrichtung 44 angeschlossen. Der Nachverstärker 24 enthält einen ersten Verstärker 46, einen zweiten Verstärker 48, einen Artifaktgenerator 50 und einen Schalter 52, durch den der zweite Verstärker 48 wahlweise entweder mit dem ersten Verstärker 46 oder mit dem Artifaktgenerator 50 verbunden werden kann.

Es ist ferner ein Schutzschaltertreiber 54 vorgesehen, der einen oder mehrere Schalter enthält, die zwischen die

BAD ORIGINAL

Komponenten des Verstärkers 36 geschaltet sind und so betätigt werden, daß Störungen vermieden werden, die ansonsten durch die Applikation externer Schrittmacherstimulationsimpulse auftreten und die Wiedergabe des tatsächlichen EKG-Signales für den auf die Stimulation folgenden Herschlag verhindern wurden. Der Aufbau des Schutzschaltertreibers 54 und seine Verbindung mit dem Schrittmacher 10 und der Artifaktgeneratorsteuereinrichtung 44 sind bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und unterschiedlich, wie unten erläutert werden wird und in Fig. 1 durch verschiedene gestrichelte Linien angedeutet ist.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform des Vorverstärkers 24 mit Ausnahme des Tiefpaßfilters 32 im Detail dargestellt. Der Instrumentenverstärker 34 enthält Verstärker 55, 56 (z.B. TL072), denen Eingangsspannungen von der linken bzw. der rechten Elektrode 18 durch den Tiefpaßfilter 32 (Fig. 1) zugeführt werden und die Ausgangsspannungen an die Eingänge des Verstärkers 58 (TL072) liefern.

Der Verstärker mit unsymmetrischem Ausgang enthält Verstärker 60 und 62 (z.B. TL074). Ein normalerweise geschlossener, bilateraler MOS-Analogschalter 64 (z.B. HI5043) ist zwischen einen Widerstand R38 und die Verbindung von Kondensatoren C16 und C17 geschaltet, und ein Kondensator 65 (0,01 μΈ) ist zwischen die Verbindung des Schalters 64 mit dem Widerstand R38 und Masse geschaltet. Ein normalerweise offener bilateraler MOS-Analogschalter 66 (Z.B.HI5043) ist mit einem Widerstand 67 von 4,7 kß zwischen den (+)-Eingang des Verstärkers 62 und Masse geschaltet. Die Schalter 64 und 66 werden beide durch das Ausgangssignal auf einer Leitung 68 der Artifaktgeneratorsteuerschaltung 64 gesteuert. Die Leitung 68 ist mit einem flankengetasteten monostabilen Multi-

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vibrator 70 (z.B. Typ 4047) verbunden, der seinerseits mit dem Steuereingang des Schalters 64 direkt und mit dem Steuereingang des Schalters 66 über eine Verzögerungsschaltung 72 verbunden, die eine schnelle Einschalt- und eine langsame Abschaltzeit aufweist und einen Kondensator 74 von 0,033 mF, einen Widerstand 75 von 1ΜΩ sowie eine Diode 77 (1N4148) enthält, um die gewünschte Abschalt-Zeitverzögerung zu bewirken.

Der Schrittmacherdetektor 40 enthält einen Verstärker 76 (Z.B.TL074), der so geschaltet ist, daß er ein Ausgangssignal an einen Triggerverstärker 78 in der Artifaktgeneratorsteuereinrichtung 44 liefert, wenn sich das Ausgangssignal des Verstärkers 60 schnell ändert. Der Überlastdetektor 42 enthält einen Verstärker 80 (z.B. TL072), der ein Ausgangssignal an den Triggerverstärker 78 in der Artifaktgeneratorsteuereinrichtung 44 liefert, wenn das Ausgangssignal des Vestärkers 58 etwa +_ 8V überschreitet.

Der impulsbreitenmodulierte Oszillator 38 enthält einen Verstärker 82 (709C), dem das Ausgangssignal des Verstärkers 62 zugeführt ist und der eine breitenmodulierte Rechteckschwingung an einen Opto-Isolator 84 (z.B.

Typ OPI 1264B) liefert, der den Vorverstärker 22 vom Nachverstärker 24 trennt. Die Artifaktgeneratorsteuereinrichtung 44 enthält ebenfalls einen Opto-Isolator 86 (z.B. OPI 1264B), um sie vom Nachverstärker 24 zu isolieren.

Alle in Fig. 2 dargestellten Komponenten mit Ausnahme der Schalter 64, 66, des Kondensators 65, des Widerstands 67, der Leitung 68, des monostabilen Multivibrators 70 und der Verzögerungsschaltung 72 sind im Standard-Vorverstärker des oben erwähnten S & W-Monitors enthalten. Die eben erwähnten Bauelemente bilden den Schutzschalter-

BAD ORiGiNAL

1 treiber 54 und die Verbindungen zwischen diesem und dem Standard S & W-Vorverstärker. Die Werte bzw. Typen der übrigen Widerstände, Kondensatoren und Dioden des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles sind in der

5 folgenden Tabelle angegeben:

Widerstände	Ohm
R28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35	22 k
R20	2,2 k
R16, 17, 36	100 k
R14	1 ,8 k
R1 , 15	4,7 k
R18, 19, 25, 39	1 ,5 M
R37	470 k
R38	1,5 k
R21, 22	68 k
R 13	20 k
R5	10 k
R4, 27	100 k
R6, 12, 26	T, 0 k
R7	7,5 k
R8	3,3 k
R9, 24	3,9 k
R23	33 k

Kondensatoren Farad

C7, 10 3,3 η

₃₀ C8, 9, 13 100 η

C12 10n

C17 330 η

C11 470 ρ

C16 1 u

35 ^{C3 15}° ^P

	Dioden	-14-	„ -. - - - -	Typ
	8-16		3500994	IN4148
	, 18		FD300
Dir	2		IN821
D17
Z1

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform des Monitor-Vorverstärkers 22, mit der Ausnahme des Tiefpaßfilters 32 genauer dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht dem der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß der Schalter 66, die

Leitung 68, der Multivibrator 70 und die Verzogerungsschaltung 72 der Fig. 2 nicht verwendet werden und der Steuereingang des Schalters 64 über einen Opto-Isolator (z.B. OPI 1264B) und einen Opto-Isolator-Treiber (z.B. ein Transistor 2N3904 und zwei Widerstände von

1 kß) mit einem Impulsformer 92 (z.B. einem monostabilen Multivibrator mit fester Pulsbreite) verbunden ist, der seinerseits über eine Leitung 93 mit dem Triggerverstärker (28) des in der oben erwähnten Patentschrift beschriebenen Schrittmachers verbunden ist, welcher dahin-

gehend abgewandelt wurde, daß ein Verzögerungselement zwischen seinen Triggerverstärker und seinen monostabilen Multivibrator (30) geschaltet ist. Der Ausgang des Opto-Isolators 88 ist ferner über eine. Diode 94 (z.B. 1N4148) und eine Leitung 96 mit dem Eingang der Artifaktgenerator-

steuereinrichtung 44 verbunden. Der Eingang des Opto-Isolators 88 ist durch einen Widerstand 89 vonikfi mit der angegebenen Spannungsquelle verbunden und der Ausgang des Opto-Isolators 68 ist über einen Widerstand 91 von 100 k°, mit der angegebenen Spannungsquelle ver-

bunden. Alle in Fig. 3 dargestellten Komponenten, mit Ausnahme des Schalters 64, des Kondensators 65, des Opto-Isolators 88 (und der ihm zugeordneten Widerstände), des Treibers 90, des Impulsformers 92, der Diode 94 und der Leitung 96 sind in dem Standard-Vorverstärker des

oben erwähnten S & W-Monitors vorhanden. Die eben aufgeführten Elemente bildenden Schutzschaltertreiber 54 und

dessen Verbindungen mit den im S & W-Vorverstärker enthaltenen Komponenten.

Arbeitsweise

Der externe Herzschrittmacher 10 arbeitet bis auf die unten bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erwähnten Ausnahmen wie es in der oben genannten Patentschrift beschrieben ist.

Zuerst sei generell die Arbeitsweise eines unmodifizierten Monitors 12 ohne Schutzschaltertreiber 54 beschrieben werden und daran anschließend die Arbeitsweise der gemäß der Erfindung modifizierten Vorverstärker, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind.

Die Differenzspannung zwischen den Signalen von den Elektroden 18 gelangt durch das Tiefpaßfilter 32, das Störungen oder Rauschen herabsetzt, zum Instrumentenverstärker 34, dessen Ausgangssignal eine Spannung ist, die von der Größe der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 18 abhängt. Diese Ausgangsspannung wird durch den Verstärker 36 mit unsymmetrischem Ausgang verstärkt, indem die Gleichtaktspannung durch den Blockkondensator C17 unterdrückt wird; Frequenzen unter 0,5 Hz werden durch den Kondensator C17 und den Widerstand R39 abgeschnitten; hohe Frequenzen werden durch den Kondensator C13 und den Widerstand R25 abgeschnitten; der Kondensator C16 begrenzt die Empfindlichkeit für hohe Frequenzen und die Dioden D18, DI7 klemmen den Eingang des Verstärkers 62 an Masse, wenn die Spannung größer als +0,6V oder kleiner als-0,6V ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 wird dem impulsbreitenmodulierten Oszillator 38 zugeführt, der Rechteck-Schwingungsimpulse liefert, deren positive und negative Teile eine Breite haben, die vom Wert des zugeführten

Signales abhängt. Die Rechteckschwingungsimpulse gelangen über den Opto-Isolator 84 zum Nachverstärker 24, der die ihm zugeführten Rechteckschwingungsimpulse gleichrichtet und das Signal (wenn der Verstärker 46 über den Schalter 52 mit dem Schalter 48 verbunden ist) verstärkt und es dem Streifenschreiter 30 zur Aufzeichnung und dem X,Y-Speicher 26 zuführt, weichletzteres kontinuierlich aktualisiert und gelesen wird, um das auf der Kathodenstrahlröhre 28 wiedergegebene Bild zu erzeugen.

Wenn der Überlastdetektor 42 oder der Schrittmacherdetektor 40 eine überspannung oder einen Schrittmacherimpuls wahrnehmen, liefert die Artifaktgeneratorsteuereinrichtung 44 ein Ausgangssignal über den Opto-Isolator 86 an den Artifaktgenerator 50, der dann über den Schalter 52 mit dem Verstärker 48 verbunden wird, und einen Impuls konstanter Spannung von 25 ms liefert, der einen Artifakt 97 (Fig. 4) auf der Kathodenstrahlröhre 28 und dem Streifenschreiber 30 erzeugt.

Der Schrittmacherdetektor 40 ist so ausgelegt, daß er spitze Impulse (typischerweise mit einer Dauer von weniger als 2 ms)von implantierten Schrittmachern wahrnimmt. Der verstärker 76 des Schrittmacherdetektors 40 empfängt nur sich schnell ändernde Signale vom Ausgang des Verstärkers 60, da Signale, die sich langsam ändern, durch den Kondensator C12 wegen der Zeitkonstante des Kondensators C12 und der Widerstände R15 und R14 gesperrt werden. Wenn der Wert eines sich schnell ändernden Signales (z.B. eines spitzen Schrittmacherimpluses) am Eingang des Verstärkers 76 größer als +0,6V oder kleiner als -0,6V ist, passiert das Signal die Diode D9 oder die Diode D8 und der Verstärker 76 liefert ein Ausgangssignal an die Triggerartifaktgeneratorsteuereinrichtung 44.

OHlGINAL

Wenn das Ausgangsssignal des Instrumentenverstärkers 34 größer als etwa +8V oder kleiner als etwa -8V ist, liefert der Verstärker 80 des Überlastdetektors 42 ein Ausgangssignal an die Triggerartifaktgeneratorsteuereinrichtung 44.

Bei Verwendung des unmodifizierten Vorverstärkers mit dem externen Schrittmacher 10 erholen sich bei einer typischen Überlastsituation der Instrumentenverstärker 34 und der Verstärker 60 schnell, da in ihnen keine wesentliche Energiespeicherung stattfindet. Die Überlastungsenergie wird hingegen zwischen dem Vorverstärker 60 und dem Verstärker 62 im Kondensator C16 und im Blockkondensator C17 gespeichert, die sich nach dem Ende des 40 ms-Schrittmacherimpulses wegen der großen Zeitkonstante des Kondensators C17 und des Widerstandes R39 langsam entladen. Fig. 4 zeigt die Aufzeichnung eines EKG's durch einen Streifenschreiber während einer Zeitspanne, während der ein externer Stimulationsimpuls vom Schrittmacher 10 appliziert worden ist. Man sieht, daß die Kurve in negativer Richtung über den Meßbereich hinausgeht und sich dann langsam erholt und wieder zur Grundlinie zurückkehrt, was verhindert, daß das EKG-Signal während des unmittelbar folgenden Herzschlages dargestellt wird, so daß man nicht feststellen kann, ob der Stimulationsimpuls gewirkt hat.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird zur Verringerung der Zeit, die der Monitor braucht, um sich nach der Applikation eines externen Impulses zu erholen, der Schalter 64 geöffnet, um das Aufladen der Kondensatoren C16 und C17 zu begrenzen, sobald ein Impuls durch den Überlastdetektor 42 oder den Schrittmacherdetektor 40 wahrgenommen worden ist, und der Schalter 66 betätigt, um die im Kondensator 17 gespeicherte Ladung schnell abzuleiten. Wenn der Schalter 66 nicht vorhanden wäre,

_BAD

würde das Signal des direkt folgenden Herzschlages zwar auf dem Aufzeichnungsstreifen sichtbar sein, die Grundlinie würde jedoch, wie Pig. 5 zeigt, einige Zeit brauchen, um auf Null zurückzukehren. Der Kondensator C16 wird durch den Verstärker 60 schnell entladen, die rechte Seite des Kondensators C17 muß jedoch auf Null zurückkehren, bevor die Grundlinie auf Null zurückkehrt. Der Kondensator C17 wird durch den Widerstand 67 entladen, der einen viel kleineren Wert alsR39 hat und sogar

IQ ein Kurzschluß sein könnte. Um sicherzustellen, daß der Schalter 66 eine kurze Zeitspanne (d.h. einige wenige ms) geschlossen bleibt, nachdem der Schalter 64 geschlossen hat, wird für den Schalter 66 durch die Verzögerungsschaltung 72 eine Abfallverzögerung vorgesehen. Fig.6 zeigt

IQ eine Aufzeichnung des StreifenSchreibers bei Verwendung der beiden Schalter 64 und 66, man sieht hieraus, daß die Kurve des aufgezeichneten EKG nach Ende des Artifakts 97 schnell wieder zur Grundlinie zurückkehrt. Der externe Stimulationsimpuls ist 40 ms lang, seine Wirkung im

on Patienten-Monitor-System kann jedoch noch einige Zeit danach andauern. Der Multivibrator 70 liefert einen Impuls, der den normalerweise geschlossenen Schalter 64 für eine entsprechende Zeit lang offen hält.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird der Schalter 64 durch einen Schaltsteuerimpuls etwas vor einem externen Schrittmacherimpuls geöffnet und während des Schrittmacherimpulses sowie eine gewisse Zeitspanne nach dessen Beendigung offen gehalten. Der Schaltsteuerimpuls wird von einem

QQ Schaltimpulsformer 92 geliefert, von einem) Opto-Treiber 90 verstärkt und über den Opto-Isolator 98 zum Steuereingang des Schalters 64 übertragen. Die zeitliche Beziehung zwischen dem Schrittmacherimpuls 98 und dem Schaltsteuerimpuls 100, der vom Impulsformer 92 geliefert wird,

gg ist in Fig. 7 dargestellt.

Die Zeitspanne t., die Verzögerung zwischen dem Anfang des Schaltsteuerimpulses 1OO und dem Anfang des Schrittmacherimpulses 98 beträgt etwa 1 bis 5 ms und gewährleistet nur, daß der Schalter 64 vor der Applikation des Schrittmacherimpulses an den Patienten 14 geöffnet ist. Diese Verzögerung wird durch die Verzögerungsvorrichtung erzeugt, die zwischen den Triggerverstärker und den monostabilen Pulsbreitenmultivibrator im Schrittmacher eingefügt worden war. Die Zeitspanne t„, die

JO Verzögerung zwischen dem Ende des Schrittmacherimpulses 96 und dem Ende des Schaltsteuerimpulses 98 beträgt zwischen 5 und 20 ms und dient dazu, das Schließen des Schalters 64 zu verzögern, bis die nach dem Ende des Schrittmacherimpulses verbleibende Störung der Differenzspannung an den Elektroden 18 genügend abgeklungen ist, um die Auswanderung der Grundlinie genügend zu verringern. Diese Verzögerung wird dadurch erreicht, daß man der Breite des Impulses 100 durch die im Schaltimpulsformer 92 verwendeten Schaltungselemente einen geeigneten Wert gibt. Die resultierende EKG-Aufzeichnung ist in Fig. 6 dargestellt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird der von Fig. 3 we*- gen der leichteren Abänderungsmöglichkeit eines vorhandenen Vorverstärkers vorgezogen, die Ausführungsform gemäß Fig. 3 hat andererseits gegenüber der nach Fig. 2 den Vorteil einer direkten und einfachen Erfassung der extern applizierten Schrittmacherimpulse.

Andere Ausführungsformen

Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch noch auf andere Weise realisieren. So könnte z.B. bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Schalter 66 entfallen, wenn gg die Verschiebung der Grundlinie, die auftritt, wenn nur der Schalter 64 verwendet wird, annehmbar ist. Anstatt

zu verhindern, daß die von den Elektroden erfaßte Spannung durch den Schalter 64 zum Gleichtakt-Kondensator CI7 gelangt, könnten auch andere Maßnahmen zur Verhinderung der Speicherung von Energie getroffen werden, z.B.

ein Schalter, der die Signale nach Masse ableitet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann der Schalter durch Schalter ersetzt werden, die am (+)-Eingang des Verstärkers 62, am (+)-Eingang des Verstärkers 60 oder an den Eingängen der beiden Verstärker 55 und 56 angeordnet sind (im letzteren Falle sind dann zwei Schalter erforderlich). Die an diesen Stellen angeordneten Schalter sind dann normalerweise geöffnet und werden bei Betätigung nach Masse geschlossen.

Durch die Erfindung wird also ein System zur externen, nichtinvasiven Herzstimulation und Überwachung der Herztätigkeit geschaffen, das einen Herzmonitor enthält, der Mittel zur Wahrnehmung eines externen elektrischen Stimulationsimpulses und Mittel, um schnell danach das EKG-Signal des Patienten während des unmittelbar auf die Stimulation folgenden Herzschlages anzuzeigen, enthält, so daß festgestellt werden kann, ob die Stimulation gewirkt hat.

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Claims

ZMI Corporation 325 Vassar Street, Cambridge, Massachusetts (US)

System zur externen, nichtinvasiven Herzstimulation

und -überwachung

Patentansprüche

Externes, nichtinvasives Herzschrittmacher- und Monitor-System mit
einer nichtinvasiven Einrichtung (10) zur Applikation von externen Stimulationsimpulsen an einem Patienten

(14) mit geeigneter zeitlicher Beziehung zur elektrocardiographischen Aktivität des Patienten, einer ersten Erfassungsvorrichtung (22) zum Erfassen elektrischer Signale vom Herz des Patienten; einer durch die erste Erfassungsvorrichtung (22) gesteuerten Anzeigevorrichtung (26, 28, 30) zur Darstellung der elektrischen Signale vom Herz des Patienten,

gekennzeichnet durch
eine zweite Erfassungsvorrichtung (40, 42; 93) zur Wahrnehmung des Auftretens des externen Stimulationsimpulses und

BAD

eine durch die zweite Erfassungsvorrichtung gesteuerte Vorrichtung (52, 54), welche es der Anzeigevorrichtung (26, 28, 30) gestattet, die elektrischen Signale vom Herz des Patienten während mindestens eines Teiles des unmittelbar auf den Stimulationsimpuls folgenden Zeitintervalles anzuzeigen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erfassungsvorrichtung an den Patienten anlegbare Elektroden (18, 20) enthält, und daß die die Darstellung gestattende Vorrichtung eine Schalteranordnung (52, 54) enthält, welche durch die zweite Erfassungsvorrichtung gesteuert ist und die Darstellung mindestens eines Teiles der Störungen der elektrischen Signale verhindert, welche von der Applikation des externen Stimulationsimpulses herrühren und von den Elektroden erfaßt werden.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung ein Energiespeicherelement enthält, und daß die Zeitvorrichtung einen Schalter enthält, der unter Steuerung durch die zweite Erfassungsvorrichtung verhindert, daß die von den Elektroden erfaßten Signale während des Stimulationsimpulses zum Energiespeicherelement gelangen.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein normalerweise geschlossener (Ruhekontakt-) Schalter ist, der die Elektroden von dem Energiespeicherelement trennt, wenn er geöffnet wird.
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein normalerweise geöffneter (Arbeitskontakt-) Schalter ist, und daß die Schaltvorrichtung eine Anordnung enthält, die bewirkt, daß die von den Elektroden erfaßten Signale während des Stimulations-

BAD

impulses nach Masse abgeleitet werden, bevor sie das Energiespeicherelement erreichen.
6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Erfassungsvorrichtung eine Spannungserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Differenzspannung an den Elektroden enthält, und daß die Schaltvorrichtung durch die Spannungserfassungsvorrichtung gesteuert

ist.
10
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserfassungsvorrichtung eine Anordnung enthält, die feststellt, wenn die Spannungsdifferenz an den Elektroden größer als ein Schwellenwert ist.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserfassungsvorrichtung eine Anordnung zur Feststellung einer schnellen Änderung der Spannung enthält.
9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung ein Energiespeicherelement enthält, und daß die Schaltvorrichtung einen ersten Schalter enthält, der auf die Spannungserfassungsvorrichtung anspricht und verhindert, daß die von den Elektroden erfaßten Signale während eines Stimulationsimpulses zum Energiespeicherelement gelangen.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter ein normalerweise geschlossener Schalter ist, der beim Öffnen die Elektroden vom Energiespeicherelement trennt, und daß die Schaltvorrichtung ferner einen normalerweise geöffneten Schalter enthält, der zwischen das Energiespeicherelement und Masse geschaltet ist und durch die Spannungserfassungsvorrichtung schließbar ist, um Ladungen, die durch die Störungen verursacht und in dem Energiespeicher-

_ 4-

element gespeichert worden sind, vor der Öffnung des normalerweise geschlossenen Schalters durch die Spannungserf assungsvorrichtung zu entladen.
11. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Vorrichtung (50, 52) zur Wiedergabe eines Artifakts (97), der die Applikation eines Stimulationsimpulses anzeigt, enthält.
12. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung eine Vorrichtung enthält, die einen ersten Steuerimpuls vorgegebener Dauer liefert, um den Schalter für eine vorgegebene Zeitspanne zu betätigen.
13. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung eine Vorrichtung enthält, die auf die Spannungserfassungsvorrichtung anspricht und einen ersten Steuerimpuls vorgegebener Dauer liefert, um den normalerweise geschlossenen Schalter für eine vorgegebene Zeitspanne zu öffnen.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung eine auf die Spannungserfassungsvorrichtung ansprechende Vorrichtung zum Erzeugen eines zweiten Steuerimpulses enthält, der eine vorgegebene Zeitspanne nach dem ersten Steuerimpuls endet und ejη Schließen des normalerweise geöffneten Schalters für eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Schließen des normalerweise geschlossenen Schalters bewirkt.
15. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erfassungsvorrichtung eine Anordnung enthält, der ein Signal vom Monitor zugeführt ist, welches das Auftreten eines Stimulationsimpulses anzeigt, und daß die Schalteranordnung durch diese Anordnung gesteuert ist.

BAD ORiQlNAL
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine Einrichtung enthält, die einen Steuerimpuls an die Schalteranordnung liefert, welcher über Stimulationsimpuls hinaus andauert.
17. System nach Anspuch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine auf dem Steuerimpuls ansprechende Vorrichtung enthält, um einen Artifakt zu erzeugen, der die Applikation eines Stimulationsimpulses anzeigt.
18. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wiedergabe gestattende Vorrichtung eine Vorrichtung enthält, die den Beginn der Wiedergabe der elektrischen Signale vom Herz eines Patienten eher als 400 ms nach dem Ende des Stimulationsinipulses gestattet.
19. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Stimulationsimpulses größer als 5 ms ist.

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