DE3939898A1 - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus "Biomedizinische Technik, 34 (1989), 191-196" ist ein Herzschrittmachersystem bekannt, das für die frequenzadap­ tive Ein- und Zweikammerstimulation entwickelt wurde und dessen Frequenzsteuerung auf der Grundlage der Messung des tieffrequenten Schwingungsspektrums erfolgt. Dazu werden die Signale pegellimitiert und frequenzselektiv verstärkt und der Spektralanteil für die körperliche Belastung aus­ gewertet.

Mit Hilfe eines im Schrittmachergehäuse integrierten pie­ zoelektrischen Wandlers sowie einer nachgeschalteten Si­ gnalverarbeitung lassen sich die durch die körperliche Be­ lastung auftretenden Bewegungsgrößen erfassen unnd eine optimale physiologische Anpassung des Schrittmachers an den gegebenen Belastungszustand des Patienten erzielen.

Die dem im Schrittmachergehäuse integrierten piezoelektri­ schen Wandler nachgeschaltete Signalverarbeitung erfordert jedoch einen zusätzlichen Strombedarf zu den übrigen Schaltungsteilen des Schrittmachers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herz­ schrittmacher anzugeben, dessen Stromverbrauch je nach Ak­ tivität des Patienten minimiert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Be­ schreibung und der Zeichnung.

Um zu vermeiden, daß das relativ stromaufwendige Auswerte­ programm der nachgeschalteten Signalverarbeitungsschaltung eines Aktivitätssensorsystems ohne Unterbrechung aktiviert ist, wird erfindungsgemäß ein unabhängiges Sensorsystem verwendet, welches Aktivitäten detektiert und bei Detek­ tion das Aktivitätssensorsystem einschaltet.

Vorteilhaft wird dazu ein Bewegungssensor eingesetzt, der z. B. aus einem Feder/Massesystem bestehen kann. Dieser Be­ wegungssensor liefert ein Aktivierungssignal für das Akti­ vitätssensorsystem, welches die erforderliche Frequenzan­ passung an die Aktivität des Patienten durchführt. Die Rückstellung auf eine festfrequente Ruhefrequenz erfolgt sodann, sobald über das Aktivitätssensorsystem wieder die Ruhefrequenz erreicht ist. Die Frequenzanpassung erfolgt erfindungsgemäß nach Über/Unterschreiten einer vorgegebe­ nen Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit, insbesondere mit Hysterese. Ein Bewegungssensor nach dem Prinzip eines Feder/Massesystem stellt vorteilhaft erst dann eine Kon­ taktgabe her, wenn die Bewegung des Herzschrittmachers ein den Ruhewert entsprechendes Beschleunigungsmaß übersteigt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Fre­ quenzanpassung nach Beendigung der detektierten Bewegung nicht über den Bewegungssensor, sondern über das Aktivitätssensorsystem.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann als Bewegungssensor ein Filter verwendet werden, das den Re­ spirationsanteil bei Impedanzmessung im Herzen auswertet und dann anspricht, sobald die Atmung von dem individuel­ len Gleichmaß, der Ruheatmung, abweicht. Ein solcher Sen­ sor würde bei schneller Atmung ansprechen und das Aktivi­ tätssensorsystem einschalten.

Das Ansprechen des Bewegungssensors kann vorteilhaft auch bewußt vom Patienten herbeigeführt werden, indem er einige Atemzüge forciert ausführt oder indem die Aktivität des Aktivitätssensorsystems durch einige forcierte Bewegungen des Oberkörpers ausgelöst wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Details des Herzschrittmachers mit Bewegungsde­ tektor

Fig. 2 Ausgangssignal einer Bewegungsdetektorschaltung,

Fig. 3 Zeitdiagramm, sowie

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines ratengesteuerten Herz­ schrittmachers gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild des zuvor dargestellten Herzschrittmachers 21 mit Details des Bewegungssensors 9 und dem nachgeschalteten Aktivitätssensorsystems 20. Der Bewegungssensor 9 besteht vorzugsweise aus einer an Federn 11 aufgehängten Masse 10, die in Ruhestellung Kontakte 12, 13 nicht berührt. Beispielsweise können die Kontakte 12 mit Bezugspotential V, die Kontakte 13 mit den Eingän­ gen eines NOR-Gatters 14 verbunden sein. Die Kontakte 12, 13 sind abwechselnd mit Bezugspotential V und mit den Eingängen des NOR-Gatters 14 verbunden. In diesem Beispiel werden zweidimensionale Richtungsänderungen aufgenommen. Es kann jedoch auch ein Bewegungssensor 9 mit dreidimen­ sionaler Detektierung der Richtungsänderung verwendet wer­ den. Der Ausgang des NOR-Gatters 14 führt über einen In­ verter 15 auf einen Speicher 16, der nach Überschreiten einer Schwellwertspannung einen nachgeschalteten Schmitt- Trigger 17 veranlaßt, über eine Steuersignalleitung 18 ei­ nen Schalter 19 zu schließen. Sobald der Schalter 19 ge­ schlossen ist, wird das nachgeschaltete Aktivitätssensor­ system 20 aktiviert.

Nach Beendigung der Bewegung kann in einem Ausführungsbei­ spiel der Schalter 19 durch den Schmitt-Trigger 17 zeit­ verzögert geöffnet werden und somit eine Rückschaltung auf die festfrequente Ruhefrequenz erfolgen. In Ruhe arbeitet der Herzschrittmacher dann nur in der sogenannten "Watch­ dog-Funktion". In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Schmitt-Trigger 17 durch ein Flip-Flop ersetzt, daß durch ein detektiertes Bewegungssignal gesetzt und durch ein Rücksetzsignal des nachgeschaltetn Aktivitätssensor­ systems 20 über die gestrichelt gezeichnete Leitung zu­ rückgesetzt wird.

Fig. 2 zeigt das Ausgangssignal der Bewegungsdetektor­ schaltung. In Ruhestellung hat der Speicher 16 keine La­ dung. Sobald der Patient Bewegungen ausführt, werden Kon­ takte 12, 13 verbunden, so daß der Speicher 16 entspre­ chend der Kurve geladen wird. Nach wenigen Bewegungen ist der Schwellwert SW der nachfolgenden Schmitt-Triggerschal­ tung 17 erreicht. Nach Beendigung der Bewegung fällt die Spannung wieder unter den Schwellwert SW ab.

Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm des Schalters 19. Nach Er­ reichen des Schwellwertes SW kann zeitversetzt oder unmit­ telbar dem Schalter 19 ein Schließsignal S(ein) zugeführt werden. Nach Beendigung der Bewegung wird dem Schalter 19 durch den Schmitt-Trigger 17 zeitverzögert ein Öffnungs­ signal S(aus) zugeführt. Somit erfolgt eine Rückschaltung auf die festfrequente Ruhefrequenz. Das Öffnungssignal S(aus) kann auch durch ein Rücksetzsignal des nachgeschal­ teten Aktivitätssensorsystems 20 erzeugt werden.

In Fig. 4 ist ein ratengesteuerter Herzschrittmacher 100 im Blockschaltbild dargestellt, der die zuvor im Detail dargestellten Schaltungsmittel aufweist. Dieser Herz­ schrittmacher stimuliert über Steuerstufen 101 bzw. 102 und Ausgangsstufen 103 bzw. 104 Atrium 105 bzw. Ventrikel 106 des Herzens 107 mittels entsprechender an die Aus­ gangsschaltungen angeschlossener Elektroden. Diese Elek­ troden nehmen auch für Herzeigenaktionen charakteristische Signale aus dem Herzen auf und führen diese jeweils einer Eingangsverstärker-Schaltung 108 bzw. 109 zu. Über nachge­ schaltete Detektionsstufen 110 bzw. 111 - jeweils getrennt für Atrium und Ventrikel - werden diese Signale aufberei­ tet.

Diese Daten werden einem Prozessorsystem 112 zugeleitet. Dieses Prozessorsystem ist mit der Steuerlogik über einen Daten-, einen Steuer- und einen zusätzlichen Bus verbunden, so daß die von der Prozessoreinheit die digitalisierten im Atrium und Ventrikel aufgenommenen Signale abgefragt wer­ den können und weiterhin digitale Steuersignale zu Auslö­ sung von Stimulationsimpulsen im Atrium und Ventrikel abgegeben werden können. Die Steuerlogik 112 verhält sich zum Prozessorteil 113 wie ein Steuerteil für eine periphe­ re Einheit, beispielsweise als Interface zur Aufnahme und Abgabe von externen Analogsignalen mit AD-DA-Wandler, vielfach auch als Eingangs-Ausgangs-Einheit bezeichnet.

Weiterhin ist mit der Steuerlogik ein Zweirichtungsüber­ tragungskanal 114, 115 verbunden, der mittels einer Induk­ tivität 116 sowohl vom Herzen aufgenommene Signale nach außerhalb des Patienten oder aber Steuersignale zur Pro­ grammierung des Herzschrittmachers von außerhalb des Pati­ enten her zum Schrittmacher übertragen kann. Weiterhin ist vorgesehen eine Batterie 117 zur Versorgung des gesamten Schrittmachers, ein Quarz 118 und ein Schwingkreis 119 als Zeitgeber bzw. Reservezeitgeber.

Ein Signalaufnahmeteil 120 dient zur Ermittlung eines phy­ siologischen Parameters innerhalb des Körpers des Patien­ ten, der ein Maß für die körperliche Belastung bildet. Bei dem dargestellten Ausführungbeispiel handelt sich dabei um einen Impulsgeber zur Abgabe von Meßimpulsen im rechten Ventrikel, aus denen über die im Ventrikel befindliche Elektrode der aktuelle elektrische Widerstand innerhalb des Ventrikels zu vorbestimmten Zeiten ermittelt werden kann. Weiterhin ist die Schaltung 120 versehen mit einer Leitung zum Abschalten dieser Baugruppe, so daß insbeson­ dere die Abgabe von Stromimpulsen unterbunden wird. Schließlich ist noch ein Bewegungsaufnehmer 121 vorgese­ hen, der körperliche Bewegungen des Patienten und insbe­ sondere Lageveränderungen, d.h. die in Übergang aus einer liegenden in einer stehenden Position erfaßt. Der Bewe­ gungsaufnehmer ist mit dem Prozessorsystem 112 zum direk­ ten Datenaustausch verbunden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (7)

1. Herzschrittmacher mit von einer innerhalb des Körpers des Patienten aufgenommenen, ein Maß für die körperliche Belastung bildenden Meßgröße gesteuerter Stimula­ tionsgrundrate, gekennzeichnet durch eine Detektionseinrichtung (10, 15), die räumliche Posi­ tion des Schrittmachers und damit des Patienten detek­ tiert, wobei ein Ausgangssignal der Detektionseinrichtung (10, 15) ein Schaltsignal (20) bildet, welches eine zu­ sätzliche Bedingung oder Steuergröße darstellt für die Ab­ hängigkeit der Stimulationsrate von der ein Maß für die körperliche Belastung bildenden Meßgröße.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung oder Steuergröße ein Schaltsignal bildet zum Umschalten zwi­ schen verschiedenen in einer Auswerteschaltung (16) vor­ handenen Speichern (17, 18), deren Speicherplätze, dessen verschiedene in Abhängigkeit vom Schaltsignal und von der Meßgröße zu adressierenden Speicherplätze Daten aufweisen, welche sich adressierten Speicherplätze durchgeführt wird.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (14 bis 17) das Umschaltsignal (SW) zur Abschaltung der Mittel (20) zur physiologischen Anpassung nach Unter­ schreitung einer vorgegebenen Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit erzeugt.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (14 bis 17) das Umschaltsignal (SW) zur Anschaltung der Mittel (20) zur physiologischen Anpassung nach Überschrei­ ten einer vorgegebenen Anzahl von Ereignissen pro Zeitein­ heit erzeugt.

5. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur phy­ siologischen Anpassung nach Unterschreiten einer vorgege­ benen Anzahl von Ereignissen pro Zeiteinheit zeitverzögert das Umschaltsignal (SW) zum Abschalten erzeugen.

6. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bewegungssensor (9) ein lageabhängiger Schalter ist.

7. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bewegungssensor (9) ein Filter ist, das den Respirationsanteil bei Impedanzmessung im Herzen aus­ wertet.