DE3884739T2

DE3884739T2 - Nichtinvasiver Herzschrittmacher mit rampenförmiger Welle.

Info

Publication number: DE3884739T2
Application number: DE88117771T
Authority: DE
Inventors: Rahul Mehra
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2008-10-26
Also published as: AU610941B2; DE3884739D1; EP0314078B1; EP0314078A1; AU2438788A; US5018522A; CA1317999C

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Herzschrittmachen und insbesondere das externe, nicht-invasive Herzschrittmachen.
Externes, nicht-invasives Herzschrittmachen ist eine gut eingeführte Technik, mit der im Notfall ein wirksames Herzschrittmachen erfolgen kann. Bisher haben jedoch die Schmerzen und die unerwünschte Stimulation von Skelettmuskeln, die mit dem nicht-invasiven Schrittmachen einhergehen, die Akzeptanz dieser Technik begrenzt.
Neuere Konstruktionen von externen Schrittmachern, wie die in der US-A-4 349 030 beschriebene, haben durch das Vorsehen von Konstantstrom-Schrittmacherimpulsen mit verlängerter Dauer dem Problem der mit dem externen nicht-invasiven Schrittmachen verknüpften Schmerzen Rechnung getragen. Typischerweise sind diese Impulse 20 bis 40 ms lang, und es wird während der Dauer des Impulses ein relativ konstanter Strompegel aufrechterhalten. Die aus dieser Druckschrift bekannten Merkmale sind im ersten Teil des Patentanspruchs 1 genannt.
Die Erzeugung von linear ansteigenden Stromimpulsen ist als solche aus J. Markus "Sourcebook of Electronic Circuits", McGraw-Hill Book Company, 1968, Seite 523, und aus D. Nührmann, "Impuls- und Videotechnik, Infrarot-Systeme, digitale Signalverarbeitung und NF-Technik", Franzis-Verlag GmbH, München, 1984, Seiten 23 und 24 bekannt. Diese Druckschriften betreffen jedoch nicht das Gebiet des Herzschrittmachens.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen nicht-invasiven Schrittmacher zu schaffen, der dafür vorgesehen ist, das Leiden und die Schmerzen zu verringern, die mit dem Schrittmachen über die Brust verbunden sind, während dem Herz zuverlässig Schritte vorgegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäß vorgesehene verbesserte, externe, nicht-invasive Herzschrittmacher kann von Patienten für eine längere Zeitspanne toleriert werden. Insbesondere wird mit der vorliegenden Erfindung die Intensität der Muskelstimulation, die mit dem externen, nicht-invasiven Herzschrittmachen verbunden ist, durch Vorsehen eines linear ansteigenden Stromimpulses verringert. Im Gegensatz zu Konstantstromimpulsen wird bei den meisten Patienten durch die Verwendung eines ansteigenden Stromimpulses im Vergleich zu rechteckigen Stromimpulsen der gleichen Amplitude und Dauer die Stimulation der Skelettmuskeln bedeutend verringert. Zusätzlich wird angenommen, daß die Verwendung einer ansteigenden Wellenform anstelle einer Konstantstrom-Wellenform die Fähigkeit der meisten Patienten verbessert, längere Perioden von nicht-invasivem Schrittmachen zu tolerieren. Versuche an Tieren haben gezeigt, daß der ansteigende Stromimpuls bei der Stimulation des Herzens nur geringfügig weniger wirksam ist als der Konstantstromimpuls. Es wird angenommen, daß die Verwendung einer ansteigenden Strom-Wellenform einen nicht-invasiven Schrittmacher ergibt, der allgemein für eine längere Zeitspanne toleriert werden kann als ein Konstantimpulsgenerator.
Die Erfinder haben festgestellt, daß das Ansprechverhalten auf externes, nicht-invasives Schrittmachen in hohem Grade individuell verschieden ist. Obwohl die allgemeine Muskelstimulation durch Verlängern der Anstiegsszeit des Schrittmacherimpulses verringert wird, variiert die Auswirkung einer solchen Verlängerung von Patient zu Patient. Auch steht die Zeitdauer, für die ein Patient externes Schrittmachen tolerieren kann, in Bezug zu den Schmerzen, die durch den Schrittmacher verursacht werden. Die Schmerzen ändern sich darüberhinaus in komplizierter Art mit der Anstiegszeit und sind von Patient zu Patient verschieden. Die optimale Anstiegszeit variiert daher von Patient zu Patient. Bei dem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechenden Schrittmacher ist die Anstiegszeit vorzugsweise einstellbar, um es zu ermöglichen, daß die Schrittmacheranwendung für jeden Patienten optimiert werden kann. Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung des Schrittmachers ist eine Einstellung der Anstiegszeit und der maximalen Impulsstromamplitude möglich, um die am besten verträgliche Wellenform zu erzeugen, die mit einem zuverlässigen Schrittmachen des Herzen vereinbar ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine typische Konstantstrom-Ausgangswellenform nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine ansteigende Strom-Wellenform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 mit den Fig. 3a, 3b, 3c und 3d das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schrittmachers, der den Schrittmacherimpuls der Fig. 2 erzeugt; und die
Fig. 4 das Schaltbild für die Energieversorgungseinheit des erfindungsgemäßen Schrittmachers.
Die Fig. 1 zeigt die typische bekannte Konstantstrom-Wellenform der Art, die bei den derzeitigen externen, nicht-invasiven Herzschrittmachern Verwendung findet. Typischerweise hat der Impuls eine Dauer von 20 bis 40 ms. Die Anstiegszeit 10 und die Abfallzeit 14 des Impulses liegen typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 2 ms. Der Impuls erreicht schnell seinen vorgegebenen maximalen Strompegel 12, und dieser Strompegel wird während der ganzen Dauer des Impulses aufrechterhalten.
Die Fig. 2 zeigt den Ausgangs-Stromimpuls eines erfindungsgemäßen Schrittmachers. Die Gesamtdauer des Impulses sollte wenigstens bei 20 ms liegen und vorzugsweise wenigstens bei etwa 40 ms.
Der Stromimpuls der Fig. 2 unterscheidet sich von dem bekannten darin, daß der Impuls, anstelle schnell auf seinen maximalen Strompegel 20 anzusteigen, einen verlängerten, allmählichen Anstieg aufweist. Die Anstiegszeit 16 der linear ansteigenden Wellenform sollte, wenn fest, einen wesentlichen Anteil an der Dauer der Wellenform haben und vorzugsweise wenigstens die Hälfte der Dauer der Wellenform betragen. Die Gesamtdauer der Wellenform sollte, wenn fest, wenigstens etwa 40 ms sein. Im allgemeinen tritt die maximale Verringerung der Muskelstimulation bei einer vollständigen Sägezahn-Wellenform auf, z.B. mit 40 ms Dauer und etwa 40 ms Anstiegszeit. Die Schrittmacherwirksamkeit beginnt jedoch bei Anstiegszeiten von über 30 ms bedeutender abzunehmen. Wenn die Anstiegszeit auch fest ist, so ist eine Anstiegszeit zwischen 20 und 40 ms anzuraten, vorzugsweise 30-40 ms.
Nach dem Erreichen des maximalen Strompegels 20 bleibt der Ausgangsimpuls für eine kurze Zeitdauer 18 auf diesem Strompegel und kehrt dann mit einer kurzen Abfallzeit 21, die 1 oder 2 ms betragen kann, schnell auf 0 zurück. Die Zeitdauer 18, während der der Impuls auf seinem maximalen Strompegel ist, beträgt vorzugsweise, wenn fest, 0-10 ms. Auf der Basis von Untersuchungen, die die Erfinder durchgeführt haben, scheint eine Verlängerung der Abfallzeit 21 der ansteigenden Wellenform im allgemeinen keinen besonderen zusätzlichen Nutzen zu haben, kann jedoch bei manchen Patienten wünschenswert sein.
Die Fig. 3 zeigt die Verbindung zwischen den Schaltbildern der Fig. 3a, 3b, 3c und 3d.
In der Fig. 3a ist die Schaltung dargestellt, die mit dem Erfassen der Herzschläge des Patienten verknüpft ist. An den Eingang eines Verstärkers 109 sind über Widerstände 102 und 103 und Koppelkondensatoren 148 und 149 EKG-Elektroden 100 und 101 angeschlossen. Dioden 104 und 105 dienen dazu, den Verstärker 109 beim Anlegen von Hochspannung an die Elektroden 100 und 101 zu schützen. Dioden 150 und 151 begrenzen die Eingangsspannung am Verstärker 109 auf einen Dioden-Spannungsabfall. Die Koppelkondensatoren 148 und 149 ermöglichen es, daß die Elektroden 100 und 101 auch zum Schrittmachen des Herzens verwendet werden. Der Verstärker 109 sorgt in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen 106, 107, 108, 110, 111, 112, 113 und 114 sowie dem Kondensator 116 für die Erstverstärkung des EKG-Signales. Der Gleichspannungs-Offset des Verstärkers 109 wird durch die Widerstände 106, 107, 108, 145 und 114 bestimmt und über den Widerstand 107 eingestellt. Die Gleichtaktunterdrückungsfähigkeit des Verstärkers 109 wird durch die Widerstände 112 und 113 in Verbindung mit dem Kondensator 116 bestimmt. Die Einstellung erfolgt über den Widerstand 113. Insgesamt ergibt der Verstärker 109 eine Verstärkung von etwa 2x.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 109 wird über einen Widerstand 117 und einen Kondensator 118 zu einem Verstärker 121 geführt. Der Widerstand 117 und der Kondensator 118 wirken als Tiefpaßfilter, der es Frequenzen von etwa 70 Hz und darunter ermöglicht, durch den Verstärker 121 zu laufen. Der Verstärker 121 arbeitet in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen 115 und 120 als nicht-invertierender Verstärker mit einer Verstärkung von etwa 50x. Das Ausgangssignal des Verstärkers 121 wird über einen Widerstand 122 und einen Kondensator 123 zum Eingang eines Verstärkers 127 geführt. Der Verstärker 127 wirkt in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen 125 und 126 und Kondensatoren 123 und 124 als Bandpaßverstärker mit einer Verstärkung von etwa 4x bis 8x. Der durch die Schaltung definierte Bandpaß erstreckt sich von etwa 0,5 Hz bis zu etwa 40 Hz.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 127 wird zu Verstärkern 136 und 137 geführt, die als Bezugsspannungsvergleicher wirken, die die negative und die positive Amplitude des Ausgangssignales des Verstärkers 127 mit positiven und negative Bezugsspannungen vergleichen. Ein Verstärker 131 ergibt in Verbindung mit zugehörigen Widerständen 129 und 130 einen Vergleichsverstärker 137 mit einer positiven Bezugsspannung, die von 0,5 mV bis etwa 10 mV einstellbar ist. R128 und R129 dienen als innere obere und untere End-Kalibrationswiderstände. Der Widerstand 130 dient zur Empfindlichkeitskontrolle des Schrittmachers. Das Ausgangssignal des Verstärkers 131 wird über den Widerstand 132 auch zu einem Verstärker 133 geführt, der in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen 134 und 135 die negative Bezugsspannung festlegt, die an den Vergleichsverstärker 136 angelegt wird. Der einstellbare Widerstand 135 sorgt für eine innere Kalibrationseinstellung, um die Ungleichheit zwischen dem positiven und dem negativen Bezugssignal zu minimieren. Wenn entweder der positive oder der negative Abschnitt des Signals vom Verstärker 127 den Bezugswert übersteigt, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das eine erfaßte Ventrikularkontraktion anzeigt und das, in Verbindung mit Widerständen 138 und 139 und Dioden 140 und 141, weitergeführt wird, um die Zeitgeberschaltung zurückzusetzen, die im folgenden beschrieben wird. Widerstände 142 und 143 dienen als Widerstände zum Hochsetzen der Spannung. Kondensatoren 152 und 153 dienen dazu, ein saubereres Rücksetzsignal von den Vergleichsverstärkern 136 und 137 zu erhalten. Mit dem einstellbaren Widerstand 130, der zur Empfindlichkeitskontrolle dient, ist ein Schalter 146 verbunden. Wenn der Schalter 146 geöffnet ist, erfolgt kein Erfassen der Herzaktivität, und der Schrittmacher arbeitet in einem Asynchron-Mode. Für den Fall, daß das asynchrone Schrittmachen gewählt wird, zieht ein Widerstand 144 die Leitung 147 auf Erdpotential.
Die Fig. 3b zeigt die mit der grundlegenden Zeitgebung der Schrittmacherimpulse verknüpfte Schaltung. Die nachtriggerbaren monostabilen Multivibratoren 200 und 202 dienen, zusammen mit den zugehörigen Kondensatoren 204 und 206 und Widerständen 208, 210 und 212 dazu, die grundlegende Schrittmacherrate festzulegen. Der variable Widerstand 208 dient zur Steuerung der Schrittmacherrate. Das vom Multivibrator 200 festgelegte Zeitintervall sollte wenigstens zwischen etwa 1200 ms und 500 ms variabel sein, es können jedoch für manche Zwecke auch Schrittmacherintervalle von 300 ms Kürze erwünscht sein. Die negative Flanke des Signales von den Vergleichsverstärkern 136 und 137 auf der Leitung 147 reinitiiert die Zeitperiode des Multivibrators 200, wodurch das grundlegende Impulsintervall bestimmt und der Q-Ausgang des Multivibrators 200 auf hohen Pegel gesetzt wird. Nach Ablaufen des vom Kondensator 204 und den Widerständen 208 und 210 festgelegten Zeitintervalls geht der Q-Ausgang des Multivibrators 200 auf niedrigen Pegel. Der Oszillator 241 erzeugt in Verbindung mit dem zugehörigen Kondensator 245 und Widerstand 243 auf der Leitung 160 eine 30 kHz-Rechteckwelle. Wenn der Q-Ausgang des Multivibrators 200 auf niedrigen Pegel geht oder beim darauffolgenden Positivübergang auf der Leitung 160, wird der Multivibrator 202 initiiert. Der Multivibrator 202 zählt dann ein 5 ms-Intervall aus, das vom Widerstand 212 und Kondensator 206 festgelegt wird, und erzeugt an seinem -Ausgang einen 5 ms-Impuls mit niedrigem logischem Pegel, der den Multivibrator 200 nachtriggert. Die beiden Multivibratoren bilden demnach einen nachtriggerbaren, frei laufenden Oszillator. Der entsprechende 5 ms-Hochpegelimpuls am Q-Ausgang des Multivibrators 202 triggert einen nicht nachtriggerbaren monostabilen Multivibrator 214 und setzt dessen Q-Ausgang auf hohen Pegel.
Der Multivibrator 214 bestimmt zusammen mit dem zugehörigen Kondensator 216 und Widerstand 218 ein 100 ms-Intervall, während dessen der Schrittmacherimpuls erzeugt wird. Der Impuls am - Ausgang des Multivibrators 214 mit niedrigem logischen Pegel dient dazu, die Erzeugung eines Schrittmacherimpulses auszulösen. Der Positivübergang des Ausgangsimpulses mit hohem logischen Pegel vom Q-Ausgang des Multivibrators 214 wird dazu verwendet, einen zweiten nicht nachtriggerbaren monostabilen Multivibrator 220 zu triggern, der zur Ratenbegrenzung des Schrittmachers dient. Der Impuls mit hohem logischem Pegel am Q-Ausgang des Multivibrators 214 aktiviert auch einen Transistor 215, über einen Widerstand 217 eine LED 219 einzuschalten. Die LED 219 dient zur visuellen Anzeige der Erzeugung eines Schrittmacherimpulses.
Der Multivibrator 220 erzeugt in Verbindung mit dem zugehörigen Kondensator 222 und Widerstand 224 einen 260 ms-Impuls mit hohem logischen Pegel am Q-Ausgang des Multivibrators 220, der ein weiteres Triggern des Multivibrators 214 verhindert. Diese Anordnung unterbindet eine Fehlfunktion der Ratensteuerungs-Multivibratoren 200 und 202 mit einer Erzeugung von Schrittmacherimpulsen von über 230 Schlägen pro Minute. Die Einstellung des Wertes des Widerstandes 224 ermöglicht die Wahl einer höheren oder niedrigeren Ratengrenze.
Der Impuls am Q-Ausgang des Multivibrators 214 mit hohem logischen Pegel dient auch dazu, den Ausgang eines ODER-Gatters 221 auf hohen Pegel zu setzen, wodurch wiederum die Leitung 147 über den digitalen Schalter 232 mit Masse verbunden wird. Dadurch wird verhindert, daß durch in der Folge erfaßte Kontraktionen des Herzens die Zeitperiode für wenigstens die 260 ms- Periode, die vom Multivibrator 214 bestimmt wird, erneut gestartet wird, wodurch eine Nach-Schritt-Austastperiode erzeugt wird.
Jedesmal, wenn der nachtriggerbare Multivibrator 200 durch das Erfassen eines Signales von den Vergleichsverstärkern 136 und 137 (Fig. 3a) getriggert wird, wird auch ein nicht nachtriggerbarer monostabiler Multivibrator 234 getriggert. Der Multivibrator 234 erzeugt in Verbindung mit dem Kondensator 236 und dem Widerstand 238 an seinem Q-Ausgang ein 100 ms-Signal mit hohem logischem Pegel. Dadurch wird ein Transistor 240 eingeschaltet, wodurch Strom durch eine LED 242 und einen Widerstand 244 fließt. Die LED 242 zeigt die Erfassung eines Herzschlages an. Die visuelle Anzeige der Erfassung eines Herzschlages unterstützt die Einstelllung des Empfindlichkeitskontrollwiderstandes 130 (Fig. 3a) auf einen geeigneten Wert, um den Herzschlag zuverlässig zu erfassen.
Der auf hohen Pegel gehende Q-Ausgang des Multivibrators 234 setzt auch den Ausgang des ODER-Gatters 221 auf hohen Pegel und zieht die Leitung 147 über den digitalen Schalter 232 und den zugehörigen Widerstand 233 auf Masse. Auch der Multivibrator 234 dient somit zur Erzeugung eines 100 ms-Nach-Schritt-Austastintervalls. Über einen Schalter 235 kann die Austastfunktion abgeschaltet werden.
Die Fig. 3c zeigt den Hochspannungsoszillator und die Oszillator-Steuerschaltung. Ein Multivibrator 246 ist in Verbindung mit einem Zeitgeberwiderstand 248 und einem Zeitgeberkondensator 250 dafür vorgesehen, an seinem Q- und -Ausgang 133 kHz-Rechtecksignale abzugeben, die gegeneinander um 90 Grad phasenverschoben sind. Verstärker 252 und 254 werden als FET- Treiber zum Ein- und Ausschalten von FETs 256 und 258 in Reaktion auf die bei Q und des Oszillators 246 erzeugten Signale verwendet. Die FETs 256 und 258 erzeugen phasenverschobene 12 Volt-, 133 kHz-Signale für einen Transformator 260. Der Transformator 260 wandelt die ±12 Volt-Signale in ±200 Volt-Signale um, die daraufhin durch eine Diodenbrücke mit den Dioden 270, 272, 274 und 276 gleichgerichtet und im Kondensator 278 gespeichert werden.
Die im Kondensator 278 gespeicherte Spannung wird durch Widerstände 280 und 282, die einen Spannungsteiler bilden, um einen Faktor 100 geteilt. Die geteilte Spannung wird in einem Differenzverstärker 284 mit einem 2 Volt-Bezugssignal verglichen, das von einem Widerstand 283 und einer Diode 285 erzeugt wird. Wenn die im Kondensator 278 gespeicherte Spannung 200 Volt erreicht, wird der Oszillator 246 über einen Differenzverstärker 286 abgeschaltet, wodurch auf der Leitung 288 ein Rücksetzsignal erzeugt wird. Das Rücksetzsignal auf der Leitung 288 setzt den Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gatters 290 auf niedrigen Pegel, so daß auch der FET 258 abgeschaltet wird, wenn der Oszillator auf Reset gehalten wird. Dieses Merkmal verhindert eine unnötige Batterieentladung.
Der Differenzverstärker 286 dient in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen 292, 294, 296 und 298 auch als Komparator. Der Differenzverstärker 286 ist dafür vorgesehen, in Reaktion auf ein Signal mit hohem logischen Pegel auf der Leitung 300, die an die Ausgangsschaltung angeschlossen ist und die während der Erzeugung eines Schrittmacherimpulses auf hohem Pegel liegt, ein Rücksetzsignal für den Oszillator 246 zu erzeugen. Dies verhindert, daß den Schrittmacherimpulsen Signale vom Oszillator 246 überlagert werden. Ein Kondensator 302 und ein Widerstand 304 dienen dazu, Hochfrequenz-Schaltstörungen aus dem Rücksetzsignal zu filtern.
Während der Erzeugung eines Schrittmacherimpulses wird der Kondensator 278 über die Ausgangsschaltung entladen. Ein Schalter 306 koppelt den Kondensator 278 von der Ausgangsschaltung ab. Ein Schalter 308 ermöglicht es dem Kondensator 278, über den Widerstand 310 entladen zu werden, und ist dafür vorgesehen, die Wartung des Schrittmachers zu erleichtern.
Die Fig. 3d zeigt den Impulsgenerator des Schrittmachers einschließlich der Schaltung zur Erzeugung der linear ansteigenden Ausgangs-Wellenform. Ein monostabiler Multivibrator 315 legt in Verbindung mit dem zugehörigen Widerstand 317 und Kondensator 319 die Impulsbreite des Schrittmachers fest. Der Widerstand 317 dient zur Einstellung der Impulsbreite, die zwischen 0 und 40 ms oder wenigstens zwischen 20 und 40 ins einstellbar sein kann.
Die linear ansteigende Wellenform wird von einem Differenzverstärker 312 und zugehörigen Widerständen 314, 316, 318 und den Kondensator 320 erzeugt. Die 100 ms-Rechteckwelle, die am -Ausgang des Multivibrators 214 (Fig. 3b) erzeugt wird, triggert den Multivibrator 315.
Der negativ gehende logische Impuls, der am -Ausgang des Multivibrators 315 erzeugt wird, wird vom Differenzverstärker 312 und die dazugehörende Schaltung mit den Widerständen 316 und 318 und dem Kondensator 320 integriert. Der variable Widerstand 314 ermöglicht einen Anstieg mit einstellbarer Anstiegszeit. Mit dem variablen Widerstand 321 wird in Verbindung mit der Diode 323 die Abfallzeit des Ausgangsimpulses eingestellt.
Die vom Verstärker 312 bereitgestellte ansteigende Wellenform wird über einen Widerstand 324 und eine Diode 322 zu einem Verstärker 326 geführt. Der Verstärker 326 ist als Konstantstromverstärker vorgesehen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 326 wird dazu verwendet, den FET 328 anzusteuern, der den Stromfluß durch den Patienten regelt. Der Verstärker 326 erzeugt in Verbindung mit dem FET 328 eine linear ansteigende Strom-Wellenform mit einem Anstieg, der durch das Ausgangssignal des Verstärkers 312 festgelegt ist. Ein Widerstand 330 wird zum Regulieren des Ausgangsstromes und Widerstände 332, 334 und ein Kondensator 336 werden zum Ausfiltern von transienten Störungen verwendet, die vom Verstärker 326 erzeugt werden. Ein Widerstand 338 ermöglicht es dem Verstärker 326, den durch den FET 328 fließenden Strom aufzunehmen und dadurch den Strom zu regeln.
Um die Patientenelektroden 342 zwischen den Schrittmacherimpulsen auf Masse zu legen, wird ein FET 340 verwendet. Der FET 340 wird während der Schrittmacherimpulse von einem Verstärker 344 abgeschaltet. Ein Widerstand 346 und eine Diode 348 stellen sicher, daß nach dem Schrittmacherimpuls der FET 340 langsam wieder eingeschaltet wird, um ein Abschneiden des Schrittmacherimpulses zu vermeiden. Der Ausgang des Vergleichsverstärkers 344 wird auch zu dem Verstärker 286 (Fig. 3c) geführt und dazu verwendet, den Oszillator 246 (Fig. 3c) während der Schrittmacherimpulse abzuschalten, wie es oben angegeben ist. Ein Widerstand 381 dient als Widerstand zum Anheben der Spannung. Ein Kondensator 373 wird zur Gleichtaktunterdrückung verwendet.
Ein FET 352 und ein zugehörender Transistor 354 sowie Widerstände 356 und 358 werden dazu verwendet, den Ausgang des Kondensators 278 (Fig. 3c) während eines Schrittmacherimpulses mit der Patientenelektrode 342 zu verbinden. Der FET 352 wird vom FET 360 eingeschaltet, der vom Verstärker 362 angesteuert wird. Der Vergleichsverstärker 362 schaltet den Transistor 360 in Reaktion auf das Anstiegs-Ausgangssignal des Verstärkers 312 während des Schrittmacherimpulses ein. Der Widerstand 375 dient als Widerstand zum Anheben der Spannung. Der Kondensator 371 wird zur Gleichtaktunterdrückung verwendet. Die Diode 364 und der Widerstand 366 stellen sicher, daß der FET 360 langsam abgeschaltet wird. Der Transistor 354 wird immer dann eingeschaltet, wenn der Strom durch den FET 352 200 Milliampere übersteigt, und er dient dazu, den Strom im Falle eines Bauteilefehlers irgendwo in der Schaltung auf 200 Milliampere zu begrenzen.
Die Ausgangsschaltung der Fig. 3d erfordert in solchen Fällen eine Modifikation, in denen aufgrund behördlicher Vorschriften A-C-gekoppelte Ausgangsstufen erforderlich sind. Es wird angenommen, daß eine solche Modifikation innerhalb des fachmännischen Könnens liegt.
Die Fig. 4 zeigt die Energieversorgungs- und Bezugsschaltungen, die bei dem Schrittmacher verwendet werden. Über eine Diode 377 und einen Widerstand 379 sorgt die Batterie für eine 12 Volt-Energieversorgung. Ein Spannungsregler 368 und zugehörige Kondensatoren 370, 372, 374 und Dioden 376 und 378 wandeln das 12 Volt-Signal von der Batterie in das positive 5 Volt-Signal um, das zum Betreiben der digitalen Schaltung im Schrittmacher verwendet wird. Kondensatoren 370, 372, 374 und Dioden 376 und 378 dienen zur Filterung und Spannungsbegrenzung.
Ein Spannungsregler 380 und zugehörige Widerstände 382, 384, 386 und 388 ergeben ein positives 5 Volt-Signal, das in der linearen Schaltung der Fig. 3a bis 3d verwendet wird. Der variable Widerstand 386 wird dazu verwendet, das positive 5 Volt-Signal zu kalibrieren.
Das 12 Volt-Signal von der Batterie wird über eine LED 392, die als Anzeige dafür dient, daß der Schrittmacher eingeschaltet ist, an einen Spannungsinverter 390 angelegt. Der Spannungsinverter 390 invertiert in Verbindung mit Kondensatoren 394, 396 und 298 das 12 Volt-Signal von der Batterie und führt es über eine Diode 402 zu einem Spannungsregler 400. Der Spannungsregler 400 erzeugt in Verbindung mit Widerständen 404, 406, 408 und 410 und Kondensatoren 412, 414 und 416 ein negatives 5 Volt-Signal für die lineare Schaltung, die in den Fig. 3a-3d gezeigt ist. Der variable Widerstand 406 wird für die Kalibrierung des positiven 5 Volt-Signales verwendet.
Die Konstruktion des Schrittmachers ermöglicht es, daß die Form der Schrittmacherimpulse für jeden Patienten eingestellt wird. Im allgemeinen steigen die Schmerzen und die Muskelstimulation mit ansteigender Impulsamplitude an, können jedoch oft durch Verlängern der Anstiegszeit des Ausgangsimpulses verringert werden. Das Verlängern der Dauer des Ausgangsimpulses erlaubt im allgemeinen die Anwendung kleinerer Schrittmacherimpulsamplituden. Im allgemeinen sollte eine Einstellung des Gerätes mit einer vollständigen Sägezahn-Wellenform mit einer Anstiegszeit von wenigsten etwa 40 ms und einem Einstellen des Amplitudenkontrollwiderstandes 330 auf den niedrigsten maximalen Strompegel beginnen, der mit einer zuverlässigen Erfassung des Herzens verbunden ist, wie es durch einen EKG-Monitor angezeigt wird. Die Anstiegszeit und die Amplitude kann dann verstellt werden, um festzustellen, ob eine kleinere Anstiegszeit eine weitere Verringerung der Impulsamplitude ermöglicht, die zum zuverlässigen Schrittmachen des Herzens erforderlich ist. Die Einstellung der Amplitude und der Anstiegszeit sollte fortgeführt werden, bis der Patient bei zuverlässigem Schrittmachen seine optimale Verträglichkeit zu erkennen gibt. Nach dem Schrittmachen für eine bestimmte Zeit kann der Schrittmacher erneut eingestellt werden, falls dies erforderlich ist. Es wird angenommen, daß die Fähigkeit mancher Patienten, das Schrittmachen für eine längere Zeitspanne zu tolerieren, lediglich durch ein regelmäßiges Ändern der Impulswellenform verbessert werden kann. BAUTEILELISTE Verstärker Oszillatoren Spannungsregler Logische Gatter Monost. Multivibratoren Digitaler Schalter Transistoren Widerstände (X) Dioden LED'S Kondensatoren (F) Forts. Widerstände (X)

Claims

1. Nicht-invasiver Herzschrittmacher, mit

ersten und zweiten, hautkontaktierenden Elektrodeneinrichtungen für das elektrische Ankoppeln an einen Patienten,

einem Zeitgeber zum wiederholten Vorgeben eines Schaltintervalls,

einem Impulsgenerator, der mit dem Zeitgeber verbunden ist und darauf anspricht und der mit der ersten und zweiten Elektrodeneinrichtung verbunden ist und der Schrittmacherimpulse erzeugt, die sich für eine Dauer von wenigstens 20 ms erstrecken, um über die erste und zweite Elektrodeneinrichtung an den Patienten angelegt zu werden,

einem Erfassungsverstärker zum Erfassen von spontanen Depolarisationen des Patientenherzens, und mit

einer Rücksetzeinrichtung zum Rücksetzen der Zeitsteuerung des Impulsgenerators in Reaktion auf das Erfassen einer inneren Depolarisation des Herzens,

dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator dafür vorgesehen ist, Schrittmacherimpulse mit einer Stromamplitude zu erzeugen, die über eine Anstiegszeit von wenigstens etwa 20 ms allmählich von 0 auf eine maximale Stromamplitude ansteigen, wobei sich die Anstiegszeit über wenigstens die Hälfte der Dauer des Schrittmacherimpulses erstreckt.

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, wobei der Impulsgenerator Schrittmacherimpulse mit einer Dauer von wenigstens etwa 40 ms erzeugt, und wobei sich die Anstiegszeit der Schrittmacherimpulse auf wenigstens etwa 30 ms erstreckt.

3. Schrittmacher nach Anspruch 2, wobei sich die Anstiegszeit der Schrittmacherimpulse auf etwa 40 ms erstreckt.

4. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei die Stromamplitude der Schrittmacherimpulse beim Ablauf des Schrittmacherimpulses von dem maximalen Strompegel auf 0 in etwa 2 ms oder weniger zurückkehrt.

5. Schrittmacher nach Anspruch 1, wobei der Impulsgenerator eine Einrichtung zum Einstellen der Anstiegszeit der Schrittmacherimpulse aufweist.

6. Schrittmacher nach Anspruch 5, wobei der Impulsgenerator Schrittmacherimpulse mit einer Dauer von etwa 40 ms erzeugt, und wobei die Anstiegszeit der Schrittmacherimpulse wenigstens zwischen 30 und 40 ms einstellbar ist.

7. Schrittmacher nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Schalteinrichtung zum selektiven Abschalten des Rücksetzens der Zeitsteuerung des Impulsgenerators in Reaktion auf das Erfassen einer inneren Depolarisation des Patientenherzens und um zu veranlassen, daß der Schrittmacher in einem asynchronen Schrittmachermodus arbeitet.