JPS5969081A - Rapid signal output means directly connected to living body stimulating apparatus - Google Patents

Rapid signal output means directly connected to living body stimulating apparatus

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JPS5969081A
JPS5969081A JP57176471A JP17647182A JPS5969081A JP S5969081 A JPS5969081 A JP S5969081A JP 57176471 A JP57176471 A JP 57176471A JP 17647182 A JP17647182 A JP 17647182A JP S5969081 A JPS5969081 A JP S5969081A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は生体刺激装置のための出力段に関し、特に心
臓のペースメーカによって発生されるような急速に変化
する信号を出力するだめの直接結合された出力段に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to an output stage for a biostimulator, and more particularly to a directly coupled output stage for outputting rapidly changing signals such as those generated by a cardiac pacemaker. .

代表的な心臓のペースメーカにおいては、1つまたはλ
つ以上のコンデンサに電荷が蓄積される。整調パルスが
9望された時1戎荷蓄積コンデンサは刺激および中性の
電極リードと直列に接続され、そのコンデンサはリード
および電極/電解液境界面を通って患者の組織内に放電
される。(一般的に、コっの電極が心臓の組織に接近し
て置かれる必要はないが、少くとも/っは必要である。
In a typical cardiac pacemaker, one or λ
Charge is stored on one or more capacitors. When a pacing pulse is desired, a charge storage capacitor is connected in series with the stimulating and neutral electrode leads and the capacitor is discharged through the leads and the electrode/electrolyte interface into the patient's tissue. (Generally speaking, it is not necessary for the electrodes to be placed in close proximity to the heart tissue, but at least one is necessary.

)刺激電極リードに直接接続されたコンデンサはバッテ
リ電源および刺激′電極を通して再充電する。正味電荷
が心臓に出力されることはないということが一般的に受
は入れられる設計目標である。コンデン→J°を通る平
均電流がゼロであるので交流結合を設けることは刺激’
ili、’ 甑を通る1[味鼠流)dがないということ
を保障する。
) A capacitor connected directly to the stimulation electrode lead recharges through the battery power and the stimulation electrode. It is a generally accepted design goal that no net charge is output to the heart. Since the average current through the capacitor → J° is zero, providing an AC coupling is a stimulus'
ili,' Guarantee that there is no 1 d passing through the koshiki.

この型の交流結合を使用したものにおいては少くともa
つの主な欠点がある。その第7のものは、結合コンデン
サの価洛が1坊いということに加うるに、かさばる物で
あるためペースl −力の大きさ8よび重用が大きいも
のとなる。このことは外11(の生体刺激装置(心臓の
ペースメーカ、または1112の5のもの)の場合には
重大な欠点ではない。他の欠点は外部の生体組織の刺激
−′f::簡にも等しく当てはまる。(外部の刺Ok、
装fケとC;を生体の外部にあるが、内部にあるリード
を通って信号を与える装着を意味する。)少くとも心臓
のペースメーカの場合においては電極リードは心臓にお
ける電気的な動作を検知するために使用される。刺激鼾
極上の電位は整調パルスの開始において急激に変化し、
電極に接続されているコンデンサが再充電する時にはそ
の電位は徐々に戻る。この充電過程の間心臓の動作信号
はマスクされる。代表的には、中性電極(接地)に対す
る刺激電極の電位は充電→ノ・イクルの間は数lOOミ
リボルトであり、一方心臓の′iL気的勅作は単に数ミ
、lJボルトの信号をもたらすにすぎない。代表的な心
臓のペースメーカを検知する回路と共に使用されるフィ
ルターは、心臓の動作に影響を与える信号を最小に減少
している間、充電電流の信号を阻止するように設計され
ている。感知ザイクルの開始時においては普】111不
感期間があり、そのすぐ後に整調パルスの発生が続く。
In those using this type of AC coupling, at least a
There are two main drawbacks. In addition to the fact that the value of the coupling capacitor is 100% higher, the seventh one is bulky, has a force of 8, and is of great importance. This is not a serious drawback in the case of biological stimulators (cardiac pacemakers, or those in 1112). Other drawbacks include stimulation of external biological tissue. Equally applicable (external spines OK,
Devices F and C; are external to the living body, but refer to devices that provide signals through leads inside the living body. ) Electrode leads, at least in the case of cardiac pacemakers, are used to sense electrical activity in the heart. The potential on the stimulated snoring pole changes rapidly at the onset of the pacing pulse;
When the capacitor connected to the electrode recharges, its potential gradually returns. During this charging process the cardiac operating signals are masked. Typically, the potential of the stimulating electrode with respect to the neutral electrode (ground) is a few 100 millivolts during charging → no cycle, whereas the cardiac impulse produces a signal of only a few millivolts, lJ volts. It only brings. Filters used with typical cardiac pacemaker sensing circuits are designed to block charging current signals while minimizing signals that affect cardiac operation. At the beginning of the sensing cycle there is a normal 111 dead period, immediately followed by the generation of the pacing pulse.

この期間は!i0から10oミリ秒続き、さらに長いこ
とすらある。この問題は単室の整調の場合にCま特に重
蚊ではない。なぜならば心臓の動作は、少くとも不感期
間と同じ投さである心臓の不応Mの間、検知回路によっ
て無視されるべきたからである。しかしながら、二室の
ペースメーカの場合において完全に独立した電極の対が
一つの室lこ対して設けられていない場合には問題はよ
り重大であり、lっの心臓室における電気的動作は別の
室にパルスが与えられた後まもなく検出されなければな
らない。このような場合ζこおいて不感期間を減するた
めに禎、ノ車1.f光′准が重要となる。
During this period! It lasts 10o milliseconds from i0, and may even be longer. This problem is not particularly serious in the case of single-room shakedowns. This is because the cardiac motion was to be ignored by the sensing circuit during the cardiac refractory M, which is at least as long as the dead period. However, the problem is more severe in the case of a two-chamber pacemaker, where completely independent pairs of electrodes are not provided for each chamber, and the electrical activity in one chamber is different from the other. It must be detected shortly after the chamber is pulsed. In such a case, in order to reduce the dead period, the following steps should be taken: 1. The f light's quasi is important.

直接結合された出力段を設けた組織刺激装置があるとい
うことを理解ずべきである。例えば骨格成長刺激装置は
、骨格の成長が促がされるべきである骨折部位に直流′
電流を与える。明らかに直流の出力段はこの場合におい
ては必須である。関係する組織刺激装置は急速に変化す
る信号を与えるものであり、どの信号も(AC,パルス
、等)70秒以内に(生体的な影宵を有するように)識
別しうるように変化する。この型の代表的な刺激装置は
心臓のペースメーカであり、それにおいて刺激パルスは
1秒程闇ごとに発生される。
It should be understood that there are tissue stimulation devices that have a directly coupled output stage. For example, a skeletal growth stimulator uses direct current to the fracture site where skeletal growth is to be stimulated.
Gives a current. Obviously, a direct current output stage is essential in this case. The tissue stimulators involved provide rapidly changing signals, with any signal (AC, pulse, etc.) changing appreciably (with biological effects) within 70 seconds. A typical stimulator of this type is a cardiac pacemaker, in which stimulation pulses are generated every second or so.

この発明の一般的な目的は急速なイ〔)号の生体刺激装
置のための直接接続された出力段を提供することであり
、それ故結合コンデンサの必要性を除きかつそれに付随
する欠点を除くことである。
The general object of this invention is to provide a directly connected output stage for a rapid A biostimulator, thus eliminating the need for coupling capacitors and eliminating the disadvantages associated therewith. That's true.

結合コンデンサを使用することの上述の欠点、にもかか
わらず、例えば心臓のペースメーカの分野においては出
力結合コンデンサを省略することはほとんど異端とみな
される。例えばアメリカン・ジャーナル・オブ・カーデ
オロギ−(’I’he American Journ
al of Cardiology )  / 976
年6月のフィッシャー(Fisher )等の「連続的
な直流電流の漏れによって特徴づけられるペースメーカ
の故障」を参照されたし。結合コンデンサが必須である
という信仰は心臓のペースメーカの設計者の心にそれ程
根深いものであるので、コンデンサが実際に必要である
かどうがということについては現在においてさえ、明白
な思想がほとんど力えられていない。しかしながら注意
深く分析すれば、結合コンデンサが必要であるかどうか
という問題だけでなく、それが為すと思イっれている仕
事さえ本当に為すかどうがという問題をも提起する。
Despite the above-mentioned disadvantages of using a coupling capacitor, omitting an output coupling capacitor is almost considered heretical, for example in the field of cardiac pacemakers. For example, 'I'he American Journal
al of Cardiology) / 976
See "Pacemaker Failure Characterized by Continuous Direct Current Leakage," by Fisher et al., June 2013. The belief that coupling capacitors are essential is so deeply ingrained in the minds of cardiac pacemaker designers that even today there is little clear thinking as to whether a capacitor is actually necessary. It has not been done. Careful analysis, however, raises the question not only of whether a coupling capacitor is necessary, but also of whether it really does even the job it is supposed to do.

急速な信号のどんな生体刺激装置においても、少くさも
刺激電極が刺激されるべき組織に接近して41r!え込
まれる。中性の電極がその近くに植え込すれ、才たはそ
れから離れた組織内に植え込まれイ4)る。しかし信号
電流は必然的にユつの電極間を流れる。ここで起ること
は、電極IJ−ド内の電子電流が生体の電解液との境界
面においてインオ流に変換されるということである(生
体の流体は普通は塩類である)0電極/電解液の境界面
における等価なインピータンスは雷1極間の生体訂1絖
それ自身のものとは同じではなく、後者は別の抵抗とし
て表わしうる。各電極の境界面においてインピーダンス
は実際、配分されたRe回路網であり、無限の抵抗が直
列に接続され、各抵抗を横切って実効、コンデンサが平
列に@続されている。これは整調電流パルスが流れる等
価回路であり、配分された容量は充電する。
In any biological stimulator with rapid signals, the stimulation electrode is as close to the tissue to be stimulated as the 41r! Embarrassed. A neutral electrode is implanted near it, or in tissue distant from it. However, the signal current necessarily flows between the two electrodes. What happens here is that the electron current in the electrode is converted to an inocurrent at the interface with the biological electrolyte (the biological fluid is usually a salt). The equivalent impedance at the liquid interface is not the same as that between the lightning poles itself, and the latter can be expressed as a separate resistance. At the interface of each electrode the impedance is actually a distributed Re network, with an infinite number of resistors connected in series and an effective capacitor connected in parallel across each resistor. This is the equivalent circuit through which the pacing current pulse flows and the allocated capacitance charges.

電気化学的な影響を最小にするために、組織に対するど
んな正味電荷転送もあるべきではない。
There should be no net charge transfer to the tissue to minimize electrochemical effects.

このことは、電極/電解液の境界面において蓄積された
電荷が回収されるということを要求する。正味の電流の
流れがないということを確実にすることによって結合コ
ンデン→ノ゛は理論的には全電荷回収をもたらす。
This requires that the charge accumulated at the electrode/electrolyte interface be recovered. By ensuring that there is no net current flow, the coupled capacitor →'s theoretically results in total charge recovery.

しかしながら結合コンデンサ、ずなイ)ぢそれらがその
コンデンサと直列であるので電極リードを通るゼロの正
味電流知゛は実際重要なことではない。理論的には電荷
は各電極/電解液の境界面において配分された8%内に
蓄積され、この113.荷は電荷蓄積フンデン→ノ゛と
しての整調パルスがバッテリを通して再充電されたあと
回収され、そして電極リードを通して反対方向に電流が
流れる。しかし結合コンチン日ノを通る正味電流がなか
ったという理由は、イオンの流れが刺激された組織内に
発生しなかったということ゛を意味しない。
However, since the coupling capacitors are in series with the capacitor, the knowledge of zero net current through the electrode leads is not really important. Theoretically, charge is stored within 8% distributed at each electrode/electrolyte interface, and this 113. The charge is recovered after the pacing pulse as a charge storage node is recharged through the battery and current flows in the opposite direction through the electrode leads. However, just because there was no net current through the bound continuum does not mean that ion flow did not occur within the stimulated tissue.

4く理論的な1ノベルで、電極を通って出力される7秒
、70ミリアンペアの電流パルスの場合について考察す
る。さらに反対方向への電流の流れが同じ期間および同
じ鮭を不するように動作的に制御されうると仮定する。
In a theoretical novel, consider the case of a 7 second, 70 milliampere current pulse output through an electrode. Assume further that the flow of current in the opposite direction can be operatively controlled to cause the same period of time and the same salmon.

対称的な矩形波電流信号は電極を通って流れ、その場合
結合コンデンサを通る平均電流はゼロである。電流が7
つの方向に流れる時、電荷は電極/1M液境界面におい
て、配分されたコンデンサに蓄積される。しかしながら
この電荷は反対方向に流れる電流によって回収されるま
でそこζこ滞在してはいない。そのかわりいくつかの電
荷は配分されたコンデンサで漏れ、生体組織を通って流
れ、そして取り戻し不可能に消失する。同一の電流パル
スが反対方向に流れるようにされた時、配分された容量
上に残った電荷が回収される。しかし元の電荷のいくつ
かが漏れ出るので、回収された電荷の残りは組織内のど
こか他の所から引き出されなければならない。結合コン
デンサを通る正味電、流はゼロであるが、しかし組織内
における2つの重重しくないイオンの流れが実際にある
。その7つは本来的な漏れによるものであり、そして他
は消失した電荷を補った回収によZ)ものである。最初
の漏れは望ましいものではないが、組織を通る付加的な
イオンの流れに問題を混ぜることによっては何もイ0ら
れない。漏れによって為されるどんな損傷も保障されな
い。その代り保障されたイオンの流れはより損傷を為す
。結合コンデンサを流る正味電荷はゼロであるが、正味
イオン流すなイ)ち電荷転送は七〇でない。これは実際
正しいことを為さない一つの悪い場合である。
A symmetrical square wave current signal flows through the electrodes, where the average current through the coupling capacitor is zero. The current is 7
When flowing in one direction, charge is stored in distributed capacitors at the electrode/1M liquid interface. However, this charge does not remain there until it is collected by a current flowing in the opposite direction. Instead, some charge leaks in the distributed capacitor, flows through the biological tissue, and is irretrievably lost. When the same current pulse is made to flow in the opposite direction, the charge remaining on the distributed capacitance is recovered. However, some of the original charge leaks out and the remainder of the recovered charge must be extracted from elsewhere within the tissue. The net current through the coupling capacitor is zero, but there is actually a flow of two non-heavy ions within the tissue. Seven of them are due to inherent leakage, and the others are due to recovery that compensates for the lost charge. Although the initial leak is undesirable, nothing is lost by mixing the problem with additional ion flow through the tissue. Any damage caused by leakage is not covered. Instead, a guaranteed ion flow will cause more damage. The net charge flowing through the coupling capacitor is zero, but there is no net ion flow, so the charge transfer is not 70. This is a bad case of not actually doing the right thing.

要約すれば組織内の最も可能な゛′電荷平衡°゛(最小
の正味電荷転送)は電極を通るゼロの正味電流量によっ
て必ずしも影響されない。
In summary, the best possible "charge balance" (minimum net charge transfer) within the tissue is not necessarily affected by zero net current flow through the electrodes.

結合コンデンサが使用されない、すなわち出力段が電極
に直列接続されていないというもののもう7つの例につ
いて考察する。その例はこの発明の原理を示すものであ
る。代−表的な整d周パルスは量において10ミリアン
ペアであり。
Consider another example in which no coupling capacitor is used, ie the output stage is not connected in series with the electrodes. The example illustrates the principles of the invention. A typical regular d-period pulse is 10 milliamps in volume.

O0左ミリ秒の期間を有する。電流一時間の積すなわち
Sミリアンペア−ミリ秒に等しい積分値まで結合コンデ
ンサが電極を通して前充電することが可能であるという
かわりに、電極リート1が互いに/1(j絡されると仮
定する。整調パルスの間電極を通って出力された電荷の
qq%は、電極の短絡に続いてリードを経由して最初の
gミリ秒の間に回収されるということが実験の結果外か
つている。このことは組織内の正味電流の流れがピーク
パルス電流の約/チに過ぎないきいうことを意味する。
O0 left has a duration of milliseconds. Assume that instead of allowing the coupling capacitor to be precharged through the electrodes to an integral value equal to the product of current hour, i.e. S milliamps-milliseconds, the electrodes 1 are connected to each other by /1(j). Experiments have shown that qq% of the charge output through the electrode during the pulse is recovered during the first g milliseconds via the lead following electrode shorting. means that the net current flow in the tissue is only about 1/2 of the peak pulse current.

結合コンデンサが使用される場合、電荷の回収は比較的
遅く、なぜならば結合コンデンサは普通抵抗を通してバ
ッテリ電源に戻るからである。例えば700ミリ秒のよ
うな比較的長い電荷回収の時間の間、配分された’4%
−上の電荷のいくらか(′i漏れ出て、それ故この軍1
荷は・電荷回収:iM)程の終りに頃、組織内での付加
的なイオン流によって単に回収されうる。この−重重し
くないイオン流を生ずるのはコンデンサそれ自身であり
、その理由はコンデンサを通るゼロの正味市、流量を達
成する唯1つの方法が、配分された茶屋から漏れ出る電
荷を取り戻すために付加的なイオン流が生ずることであ
るからである。しかしもし雷1極リードが一緒に短絡さ
れたならばその短絡を通して配分された容量が急速に放
電する。その放電は非常に速いので、」二連したように
電荷の約99%がgミリ秒以内に回収される。電荷の約
/%が配分された容量から漏れ出てかつその損傷を増す
けれども、配分された容量の放雷1が急速であるのでよ
り少い漏れであるとい・うだけでなり、組織内の全体的
に不必要なイオンの流れが反対方向に生ずるということ
によってその損傷は混合されない。
If a coupling capacitor is used, charge recovery is relatively slow because the coupling capacitor typically returns to the battery power supply through a resistor. During a relatively long charge recovery time, e.g. 700 ms, the allocated '4%
- some of the charge on (′i leaks out, hence this force 1
The charge can simply be recovered by additional ion flow within the tissue at the end of the charge recovery (iM) phase. It is the capacitor itself that produces this non-heavy ion flow, the reason being that the only way to achieve zero net flow through the capacitor is to recapture the charge that leaks out of the apportioned chamber. This is because an additional ion flow is generated. However, if the lightning single pole leads are shorted together, the capacitance distributed across the short will rapidly discharge. The discharge is so fast that approximately 99% of the charge is recovered within g milliseconds, as in a duplicate. Although approximately % of the charge leaks out of the distributed capacitance and adds to its damage, it is only because the distributed capacitance discharges 1 that it leaks less because it is rapid. The damage is not compounded by the fact that a totally unnecessary ion flow occurs in the opposite direction.

この場合において電極を8ミリ秒以上の間短絡したまN
に保っておくための必然的な理由がない。最初の電荷の
99%以上が回収されるということはなく、最初のg 
ミIJ秒の間最初の電荷の約/チが漏れ出て回収される
ことはない。
In this case, do not short-circuit the electrodes for more than 8 milliseconds.
There is no compelling reason to keep it that way. Never more than 99% of the initial charge is recovered, and the initial g
Approximately 1/2 of the initial charge does not leak out and be recovered during 1J seconds.

反対方向に流れる電流はgミリ秒が満了した時までに低
レベルに落ちる。短終電極が不必要なイオン流を生ずる
ことがないので(電荷回収は受動的であり能動的ではな
い)、どんな害も及はさないけれども、電極をそれ以上
長く短絡さぜておく理由がない。このことは高価で大き
い結合コンデンサの使用を避けるというだけでなく、不
感期間を非常に減少する(心臓のペースメーカの関係に
おいて)ということを意味する。
The current flowing in the opposite direction drops to a low level by the time g milliseconds expire. There is no reason to leave the electrodes shorted for any longer than this, although they do not cause any harm as short terminal electrodes do not create unnecessary ion currents (charge recovery is passive, not active). do not have. This means not only avoiding the use of expensive and large coupling capacitors, but also greatly reducing dead periods (in the context of cardiac pacemakers).

ケ(地絡回路すなわち電極を一緒に結合しかつ受動の宙
、荷の消失を可能とするように使用される機構が開放さ
れるやいなや、電極は心臓の動作を感知するために使用
され得、その結果の信号は出力コンデン→)゛のP]充
電電流の流れによってマスクされない(回収不能の電荷
のために境界面の電圧成分は今だ残るけれども)。
(As soon as the ground fault circuit, the mechanism used to couple the electrodes together and allow for the dissipation of the passive load, is opened, the electrodes can be used to sense the movement of the heart; The resulting signal is not masked by the flow of charging current on the output capacitor →)' (although a voltage component at the interface still remains due to unrecoverable charge).

もちろん電極は7ミリ秒以上の間この方法で短絡された
ま\であり所望の期間の自動的な不応期を提供する。代
表的なlb室抑止(VVI )の心臓ペースメーカにお
いては、感知回路は整調パルスが発生された後多分!;
 0 :: IJ秒位の間心臓の動作に応答すべきでは
なく、そして電荷を回収する短絡回路はその感知回路を
不動作とするための便利な機構である。概してこの発明
では0.0l−1I−00ミリ秒の間電極を短絡するこ
とを意図している。その範囲の低い方における短かい期
間には、8.な狭いパルス内で、すなわち1つのパルス
に断続的に続いて数回短絡し、間をおいて感知するのを
特徴とする特に心臓のペースメーカの場合においてはg
−J−OミIJ秒の短絡休止期間が好ましい。
Of course, the electrodes remain shorted in this manner for more than 7 milliseconds, providing an automatic refractory period of the desired duration. In a typical LB ventricular inhibited (VVI) cardiac pacemaker, the sensing circuit may be activated after the pacing pulse is generated. ;
It should not respond to cardiac motion for about 0::IJ seconds, and a short circuit that recovers charge is a convenient mechanism for disabling the sensing circuit. Generally, the present invention contemplates shorting the electrodes for 0.01-11-00 milliseconds. For short periods at the lower end of the range, 8. Especially in the case of cardiac pacemakers, g
A short-circuit pause period of -J-O-IJ seconds is preferred.

この発明は、大きいコンデンサのような幾つかの要素を
取り除くことが望まれる植め込み可能装置に使用する場
合に特に有効である。この発明は唯1つの電圧源が設け
られた代表的な心臓のペースメーカの場合に非常に有効
であるということを評価すべきである。反対の極性のλ
つの電源が設けられているならば、結合コンデンサを使
用することが、2つの電圧源を刺激電極へ切り変えるこ
とによって避けられ得る吉いうことが考えられる。一方
の電圧源は刺激電極へのパルスの印加を制御するために
使用され。
The invention is particularly useful when used in implantable devices where it is desired to eliminate some elements such as large capacitors. It should be appreciated that this invention is highly effective in the case of typical cardiac pacemakers where only one voltage source is provided. λ of opposite polarity
It is conceivable that if two voltage sources are provided, the use of a coupling capacitor can be avoided by switching the two voltage sources to the stimulation electrodes. One voltage source is used to control the application of pulses to the stimulating electrodes.

そして他方の電圧源は配分された容量の実際の放電を制
御するために使用される。しかし普通の心臓のペースメ
ーカには2つの電圧源が設けられてはいない。唯1つの
極性の電圧源だけが使用され、そして結合コンデンサは
電荷平衡の目的のために心安であると信じられ°Cきた
。上述した理由でそのコンデンサは事実必要とされず、
望ましくないものでさえあるO この全ては、コンデンサを使用することが避りられ得る
ということは意味しない。事実この発明の心臓のペース
メーカの図示実施例におG)ては1.2つの大きなコン
デンサが使用されている。一方のコンデンサ、代表的に
はS〜/3/IF、は市、 [E (?J線を安定化す
るたy)に−g−スメーカ内のバッテリを横切って接続
されている。このコンデンサは整調パルスの出力または
充電の回収とは関係なく、整111・1パルスからもた
らされる過渡現象がペースメーカ内の他の回路の付勢屹
影響をt5えないようにするだけのために使用する。
The other voltage source is then used to control the actual discharge of the allocated capacity. However, common cardiac pacemakers are not provided with two voltage sources. It has been believed that only one polarity voltage source is used and a coupling capacitor is safe for charge balancing purposes. For the reasons mentioned above, the capacitor is in fact not needed;
O All this does not mean that the use of capacitors can be avoided, even undesirable. In fact, in the illustrated embodiment of the cardiac pacemaker of the invention, 1.2 large capacitors are used. One capacitor, typically S~/3/IF, is connected across the battery in the manufacturer to [E (?y) to stabilize the J line. This capacitor has nothing to do with pacing pulse output or charge recovery, and is used only to ensure that transients resulting from the pacing pulse do not affect the energization of other circuits within the pacemaker. do.

第λのコンデンサ、代表的には/!;IIF、は整調パ
ルスの印加の間出力されるべき實1荷を蓄電するよ・)
にイ史Jflされる。心臓のペースメーカ内番こ使用さ
れる普通のバッテリは、整1.’il/々ルス番こ必要
な比較的太゛電流を供給することができない。
The λth capacitor, typically /! ;IIF stores the actual charge to be output during the application of the pacing pulse.)
It will be recorded in history. The normal battery used in cardiac pacemakers is 1. It is not possible to supply the relatively large current required by the current circuit.

この比較的大電流を得るための普通の技術はバッテリか
ら蓄電コンデンサに充電することであり、そして整調パ
ルスが望まれた時はいつもこのコンデンサを電極リード
に急速に放電することである。この発明ではこのような
コンデンサを使用しているがそれは結合コンデンサでは
ない。何故ならば、結合コンデンサは整調パルスを刺激
電極へ直接出力はするけれども、パルスの終りにおいて
電荷はそれを通して回収されない。コンデンサは整調パ
ルス間で電極を通して再充電しない。むしろコンデンサ
はペースメーカ内の回路を通してもう7つの整調パルス
のために準備してもう7度充電し、電極リードを通る電
流の流れは関係しない。電荷平衡は2つの電5極を互い
に短絡することによって達成される。
A common technique for obtaining this relatively large current is to charge a storage capacitor from a battery and then rapidly discharge this capacitor into the electrode leads whenever a pacing pulse is desired. Although this invention uses such a capacitor, it is not a coupling capacitor. This is because although the coupling capacitor outputs the pacing pulse directly to the stimulation electrode, no charge is recovered through it at the end of the pulse. The capacitor does not recharge through the electrodes between pacing pulses. Rather, the capacitor charges seven more times in preparation for seven more pacing pulses through circuitry within the pacemaker, and current flow through the electrode leads is not involved. Charge balance is achieved by shorting the two electrode pentodes together.

蓄電コンデンサは結合コンデンサとしては作用ぜす、何
故ならば刺激リードを通って流れる全ての電流がそれを
通って流れないからである。
The storage capacitor acts as a coupling capacitor because all the current flowing through the stimulation lead does not flow through it.

普通の従来の心臓のペースメーカはしはしば倍1u I
CE回路を含んでいる。このような回路は、(バッテリ
を横切る第3のフィルターコンチン′IJに加・うるに
)2つの大きな蓄電コンデンサの使用をもたらす。この
λつのコンデンサは別々ニハツテリの電位に充電され、
一方のコンチン日ノ°(1結合コンデン4ノーであり、
それ放電極リードを通して充電連衡のために充電される
。整調パルスが要求された時、そしてもし倍の量のパル
スが重重れたならなげ2つのコンデンサは電極リードと
1#(列に接続される。この発明の図示実施例において
も倍電圧が提供される。しかしながら、30μFのλつ
の大きな蓄電コンデンサを使用するかわりに唯/っの/
SμFの構成要素が、代表的には0./1tFの小さな
ポンプコンデンサと−hNに使用される。そのポンプコ
ンデンサはバッテリ電源の一倍に等しい蓄電コンデンサ
の電位を制御する。それ故正味の結果は7つの大きなコ
ンデンサが省略されイ()るということであり。
Ordinary conventional heart pacemaker is often 1u I
Contains CE circuit. Such a circuit results in the use of two large storage capacitors (in addition to the third filter Contin'IJ across the battery). These λ capacitors are charged separately to a potential of
One contin day no ° (1 bound conden 4 no,
It is charged through the discharge electrode lead for charge coupling. When a pacing pulse is required, and if a double amount of pulses is superimposed, two capacitors are connected in series with the electrode leads. In the illustrated embodiment of the invention, a voltage doubler is also provided. However, instead of using two large storage capacitors of 30 μF,
The components of SμF are typically 0. A small pump capacitor of /1 tF and -hN is used. The pump capacitor controls the potential of the storage capacitor equal to one time the battery power supply. The net result is therefore that seven large capacitors are omitted.

他の半分の大きさに減じているということである。しか
し倍電圧を達成するために2つの太キなコンデンサが使
用されたが、充電平衡を制御するためにそれらのいずれ
かを使用しなければ。
This means that the size has been reduced to half of the other size. However, although two large capacitors were used to achieve the voltage doubler, one of them was not used to control charge balance.

生体組織での望ましくないイオン流は避けられる。換言
すれば、構成要素の正味減少がなく。
Unwanted ion flux in living tissue is avoided. In other words, there is no net decrease in components.

自流結合の使用が不感期間をかなり減す”るのを可能と
するということを言4つないと宅でも、生理的観点から
すれば直接結合を提供することは良いことである。
From a physiological point of view it is good to provide a direct connection, not least because the use of a free-flow connection makes it possible to considerably reduce the dead period.

過去に行なわれた7つの実験において電極が7クラ1.
 / IJットルの塩分溶液内におかれ、生体組織を模
擬した。o、s ミリ秒、10ミリアンペアのパルスが
毎秒lの繰り返し速度で発生され、リード内の正味電流
は、各パルスの印加に続いて異った短絡の休止期間の量
測定された。
In seven experiments conducted in the past, the electrodes were 1.
/ IJ was placed in a saline solution to simulate living tissue. o,s msec, 10 mA pulses were generated at a repetition rate of l/s, and the net current in the lead was measured by the amount of different short-circuit rest periods following the application of each pulse.

以下の表は正味電流、すなイっち電荷の不平衡を短絡の
異った休止期間に対して示す。
The table below shows the net current, ie the charge imbalance, for different short-circuit rest periods.

短絡の休止期間   正味電流 /     ミリ秒        /、?0μA7.
73 ミリ秒     0.62μAコ   ミリ秒 
     o、ylIμAノ、73   ミリ秒   
      0./ !;μA31.2    ミリ秒
          θ、73μA、タ    ミリ秒
         θ、oqμAg    ミリ秒  
       θ、θりμへこの発明のさらなる目的、
特徴、および長所は1図面と関連して以下の訂、Nll
な説明を考察すれば明白となるであろう。
Short-circuit rest period Net current / ms /,? 0μA7.
73 milliseconds 0.62 μA milliseconds
o, ylIμAノ, 73 ms
0. /! ;μA31.2 milliseconds θ, 73μA, Tami milliseconds θ, oqμAg milliseconds
A further object of this invention to θ, θri μ,
Features and advantages are listed below in connection with one drawing.
This will become clear if we consider the following explanation.

第一図の従来のペースメーカの出力段は、3ボルトの電
圧源72とそれを横切って接続されたフィルタコンチン
→jAgとを含んでいる。ベースメーカ回路を付勢する
ための2つの電圧母線がVトおよびV−で示されている
。コンデンサAgは代表的にはs〜/汐μFであり、上
述したようにそれを使用することは、整調パルスの出力
または充電平衡とは他の理由のために必要である。
The output stage of the conventional pacemaker of FIG. 1 includes a 3 volt voltage source 72 and a filter contin →jAg connected across it. Two voltage buses for energizing the base maker circuit are shown Vt and V-. Capacitor Ag is typically s~/μF, and its use, as discussed above, is necessary for reasons other than pacing pulse output or charge balancing.

第2図に示された回路の他の部分はそれ自身出力段てあ
り、心臓の動作(actiVity )を感知し整調パ
ルスと同期を取るための回路は図示されてない。整調パ
ルスの間では2つのトランジスタ/lおよび/qはオフ
に保たれている。コンデンサ/Sは抵抗/3および/7
を通してλつの電圧IU線間で充電される。そのコンデ
ンサの右側はもう1つの整調パルスを発生ずるための必
要が生ずる前に左側に対して十分に負となっている。同
時にコンデンサρりは4J(抗、23゜刺激および中性
の電極リード、コつの電極、および心臓組織を経て充電
される。電極/電解液の境界面において、配分された容
量から電荷が回収されるのはこの期間であり、コンデン
サ2左の右側は左側に対して負電圧に充電される。
The other portions of the circuitry shown in FIG. 2 are output stages themselves; the circuitry for sensing cardiac activity and synchronizing the pacing pulses is not shown. During the pacing pulse the two transistors /l and /q are kept off. Capacitor /S is resistance /3 and /7
Through λ, two voltages IU are charged between the lines. The right side of the capacitor becomes sufficiently negative with respect to the left side before the need arises to generate another pacing pulse. At the same time, the capacitor is charged by 4 J (anti, 23°) through the stimulation and neutral electrode leads, the two electrodes, and the heart tissue. At the electrode/electrolyte interface, the charge is recovered from the distributed capacitance. It is during this period that the left side of capacitor 2 is charged to a negative voltage with respect to the left side.

ツェナーダイオード70は1.2つの電極を横切って過
度の電圧が生ずるのを防ぐための普通の保護タイオード
であり、ここではこれ以上の説明は不要である。整調パ
ルスが出力されるべきである時、正のパルスがトランジ
スタ//のベースに力えられる。そのトランジスタはオ
ンとなり、それを通ってコンデンサ/Sの左側を負電圧
母線に短絡する。この負の電圧ステップはコンデンサ2
左を通してトランジスタ/7の工ミツターに与えられ、
このトランジスタ/9も同様lこオンする。コンデンサ
/Sおよびコ左は今や中性の電、極INDおよび刺激の
電極STIM間で直列に接続され、そして負のパルスが
刺激電極に与えられて心臓を整調する。
Zener diode 70 is a common protection diode to prevent excessive voltages across the 1. two electrodes and does not need further explanation here. When a pacing pulse is to be output, a positive pulse is applied to the base of transistor //. That transistor turns on, shorting the left side of capacitor /S through it to the negative voltage bus. This negative voltage step is caused by capacitor 2
through the left to the generator of transistor/7,
This transistor /9 is also turned on. Capacitors /S and CO are now connected in series between the neutral electrode, the pole IND, and the stimulating electrode STIM, and a negative pulse is applied to the stimulating electrode to pace the heart.

パルスの終り1こトランジスタl/はオフとなり、それ
をもってトランジスタ/?もオフとなる。コンデンサl
まは今や抵抗/3および17を通して再充電しコンデン
サ2S;ji抵抗コ3および心臓組織を通して再充電す
る。(抵抗、2Jは代表的にはisキロオームである。
At the end of the pulse, transistor l/ is turned off, with transistor /? is also turned off. capacitor l
Now recharges through resistor /3 and 17 and capacitor 2S; ji through resistor /3 and heart tissue. (Resistance, 2J, is typically kiloohm.

それはあ1り大きすぎるべきではなく、さもなければコ
ンデンザユSが充電するのに時間がががりすぎるであろ
う。)コンデンサの各々を全供給電圧に充電し、次に整
調パルスが出方さゎ7るべきである時にそれらをiM列
に接続するというこの技術は、パルスの振幅をバッテリ
の振幅のコ倍にする。コンデンサ/Sおよび2にの各々
は30μFの大きさを持ち、一つのコンデンサは千れら
が整調パルスを出力するよう直列に接続された時には/
 !r 1tFと等価な容量となる。
It should not be too large, otherwise it will take too long for the condenser S to charge. ) This technique of charging each of the capacitors to the full supply voltage and then connecting them to the iM string when the pacing pulse is about to occur increases the amplitude of the pulse to a factor of 7 that of the battery. do. Each of the capacitors /S and 2 has a size of 30 μF, and one capacitor is connected in series to output the pacing pulse.
! The capacitance is equivalent to r 1tF.

コンデンサ2左は2つの作用を為す。第1にそれは2つ
の蓄電コンデンサの一方が電圧のコ倍を達成しかつ大電
流パルスのための十分な電荷を蓄積するように使用され
るきいうこLである。第コは、コンデンサ2Sが交流の
結合コンデンサとして使用されるということである。コ
ンデンサを通る正味電流はゼロでなければならないので
、電極を通る正味電流の流れは必然的にゼロである。」
二連したように、しかしながら、結合コンデンサが必要
であると考えられていたと言う事実にもかかわらずそれ
は充電平衡をもたらさない。事実、各々の電極/電解液
の境界面におい”〔、配分された容量からの漏れのため
に完全な充電平衡が不可能であり、コンデンザコ5は実
際には電極/電解液の境界面における不必、要なイオン
の流れを生ずる。ゼロの正味電流量を制御することによ
つ゛〔、もしそうしない場合に比べ”Cより大きい電荷
の正味転送を生ずる。
Capacitor 2 left serves two functions. First, it is the keyhole L that is used so that one of the two storage capacitors achieves voltage multiplication and stores sufficient charge for large current pulses. The third point is that the capacitor 2S is used as an AC coupling capacitor. Since the net current through the capacitor must be zero, the net current flow through the electrodes is necessarily zero. ”
As a duplex, however, it does not provide charge balancing, despite the fact that a coupling capacitor was considered necessary. In fact, at each electrode/electrolyte interface, perfect charge balance is not possible due to leakage from the distributed capacitance, and the condenser , produces the necessary ion flow. By controlling the amount of net current to zero, "[produces] a net transfer of charge that is greater than otherwise."

コンデンサ、2左は他の理由のために必要とされる、す
なわち連続的な直流電圧が刺激的な電伶に印加されるの
を阻止することに、ペースメーカ内のスイッチインクト
ランジスタが失敗した場合が考えられる。しかしながら
特に集積回路のペースメーカの場合には°スイッチは普
通コンデンサよりも信頼性が高い。
The capacitor, 2 left, may be needed for other reasons, i.e. if the switch ink transistor in the pacemaker fails in preventing continuous DC voltage from being applied to the stimulating voltage. Conceivable. However, switches are usually more reliable than capacitors, especially in integrated circuit pacemakers.

第1図のペースメーカは、第2図に示された従来のペー
スメーカよりもより具体的に示され”Cおり、ペースメ
ーカの動作に必要な構成要素のすべCが示され°Cいる
けれども、それらの構成要素のいくつかは当業者に良く
知られたものなのでヰにブロックで示はれている。刺激
的および中性の電41snMおよび工NDはそれぞれリ
ード6乙および61/−に接続され”Cおり、それらを
横切つ゛C同様のツェナーダイオード70が配置され゛
〔いる。第2図の抵抗、23とは違つ°C1抵抗Aコは
代表的には10OKオームの高インピーダンスの要素で
あり、それは蓄電コンデンサを再充電するためには使用
されない。第1図のコンデンサAllは第2図のコンデ
ンザ6gト同じ作用を果し、それは3ボルトの電源のた
めのフィルタコンデンサである。第1図のコンデンサ3
6は苔Wc″jンチンザであり、それが放電する時にペ
ースメーカのパルスが出力さ右、るようにする。刺激型
棒に与えられた電荷の全てはこのコンデンサ3Aから出
力されたものである。
Although the pacemaker of Figure 1 is shown more specifically than the conventional pacemaker shown in Figure 2, and all of the components necessary for pacemaker operation are shown, they are Some of the components are well known to those skilled in the art and are therefore shown in blocks. Stimulating and neutral conductors 41snM and ND are connected to leads 6 and 61/-, respectively. A Zener diode 70 similar to C is placed across them. Unlike the resistor 23 in Figure 2, the °C1 resistor A is a high impedance element, typically 10 OK ohms, and it is not used to recharge the storage capacitor. Capacitor All of FIG. 1 performs the same function as capacitor 6g of FIG. 2; it is a filter capacitor for a 3 volt power supply. Capacitor 3 in Figure 1
Reference numeral 6 is a moss Wc''n, which causes a pacemaker pulse to be output when it discharges. All of the charge applied to the stimulation rod is output from this capacitor 3A.

それ故、第2図の従来の回路においては2つの3θμF
コンデンザ/左および、2左が使用され°〔/SμFと
等価な直列コンデンサを与え°〔いるが、コンデンサ3
乙は単に/SμFを必要さするだけである。このコンデ
ンサ3乙は、以後説明するようにバッテリ電圧の2倍に
充電され、第2図の回路における2つの3θμFコンデ
ンザの場合と同様、同じ形状の刺激電流パルスを出力す
る。
Therefore, in the conventional circuit shown in Fig. 2, two 3θμF
Capacitors /left and 2 left are used to give a series capacitor equivalent to /SμF, but capacitor 3
B simply requires /SμF. This capacitor 3B is charged to twice the battery voltage, as explained below, and outputs a stimulation current pulse of the same shape as the two 3θ μF capacitors in the circuit of FIG.

第1図のコンデンサ3θはθ、/μFの非常に小さなポ
ンプコンデンサである。以後説明されるようにこのコン
デンサは電源電圧の2倍に等しい電圧寸でコンデンサ3
6に注入するため1こ使用される。
The capacitor 3θ in FIG. 1 is a very small pump capacitor of θ,/μF. As will be explained hereinafter, this capacitor has a voltage dimension equal to twice the supply voltage.
1 bottle is used to inject 6.

増幅器ygは一普通の感知増幅器であり、心臓内の電気
的な働きに応答し、それは自然の心臓の鼓動を検出する
。タイマSOの出力は正常では低い。ペースメーカは、
整調パルスが要求された時だけ発生されるという点にお
い”C″要求(VVエモード)に作用する。もしタイマ
SOが7分間に60の鼓動の整調速度を提供するよう調
節されるならば、そのタイマの出力は、自然の心臓の鼓
動が1秒ごとに少くとも1度検出される限り低い寸\に
留まる。しかしながら心臓の鼓動が生ずることなく1秒
が終った時はいつもタイマ5θの出力はO,Sミリ秒の
間高くなる。
Amplifier yg is a common sense amplifier that responds to electrical activity within the heart, which detects natural heart beats. The output of timer SO is normally low. The pacemaker is
Affects the "C" request (VV emode) in that the pacing pulse is generated only when requested. If timer SO is adjusted to provide a pacing rate of 60 heart beats in 7 minutes, the output of that timer will be as low as \1 as long as a natural heartbeat is detected at least once every second. Stay in. However, whenever one second passes without a heartbeat occurring, the output of timer 5θ goes high for O,S milliseconds.

このことは整調パルスの発生をもたらす。This results in the generation of a pacing pulse.

心臓が正常に鼓動し”CおりタイマSOの出力が低い限
りにおい′〔、インバータ/4’の出方は高電位であり
NANDゲー)/2の一方の入力を可能化する。ゲート
12の他方の入力は/ KH2の発振器ioに接続され
゛〔いる。それ故ゲートlコの出力は/KHzの速度で
高電位および低電位を交互にパルス出力される。ゲート
出方が低電位である時、トランジスタコθはオンに保た
れ、そし°〔トランジスタ/J’Aおよび/gBはオフ
に保たれる。これら後者の2つのトランジスタ/gAお
よび/gBは普通の伝送ゲートを備えており、インバー
タ/6はそれらのゲート端子に反対の電位レベルを与え
るように制御する。ゲート7.2の出力はまたレベルト
ランスレータグθの入力にも接続されている。この通常
の装値はその入力(ゲー)/−の出力)が低電位である
時その出力に低電位を出力するように作用する。それ故
、トランジスタ20がオンで、トランジスタ/ffAお
よび/gBがオフである時、レベルトランスレータおよ
びインバータ’it2はトランジスタ3.2Aおよび3
.2Bをオンのま\とし、ぞし°〔トランジスタ、?&
Aおよび311Bをオフのt′>とする。それ故、正の
電源PJ線からトランジスタコθ、コンデンサ30およ
びトランジスタ321.32Bを経−C負の母線へ電流
が流れ、コンデンサ3θは充電し、そのコンデンサの左
側は右側に対し°C正となる。
As long as the heart beats normally and the output of the timer SO is low, the output of the inverter /4' is at a high potential and the output of the inverter /4' is at a high potential, enabling one input of the NAND gate /2. The input of is connected to the oscillator io of /KH2. Therefore, the output of gate l is alternately pulsed at high and low potentials at a rate of /KHz. When the gate output is at low potential , transistor θ is kept on, and transistors /J'A and /gB are kept off. These latter two transistors /gA and /gB are equipped with ordinary transmission gates and are connected to the inverter. /6 are controlled to give opposite potential levels to their gate terminals. The output of gate 7.2 is also connected to the input of a level translator tag θ. When the output of )/- is at a low potential, it acts to output a low potential at its output. Therefore, when transistor 20 is on and transistors /ffA and /gB are off, the level translator and inverter 'it2 is transistor 3.2A and 3
.. Leave 2B on and go [transistor? &
Let A and 311B be off at t'>. Therefore, current flows from the positive power supply PJ line through transistor θ, capacitor 30 and transistor 321.32B to the -C negative bus, charging capacitor 3θ, and the left side of the capacitor becomes °C positive with respect to the right side. Become.

レベルトランスレークqθを設けた唯一の理由は、Nチ
ャネルトランジスタJFBを完全にオフするためには、
そのゲートを回路内における最も負の電位に保たなけれ
ばならないからである。最も負の電位とは必ずしも■−
母線の電位ではない。なぜならばコンデンサ3乙はバッ
テリ電源の一倍まで充電し、七ね故そのコンデンサの下
側は負の母線のV−[位よりもさらに負となるからであ
る。このため、コンデンサ3乙の下側の電位はレベルト
ランスレー290寸で拡張され、NANDゲート/2の
出力が低電位である時には、レベルトランスレータの出
力はそのλつの負電位の入力、すなわち■−電位または
コンデンサ36の下側の電位のいずれかの常に低い方で
ある。NANDゲー)7.2の出力が高電位である時、
レベルトランスレータグθの出力はV十母線の電位に等
しい。
The only reason for providing the level translation rake qθ is that in order to completely turn off the N-channel transistor JFB,
This is because the gate must be kept at the most negative potential in the circuit. The most negative potential is not necessarily ■−
It is not the potential of the bus bar. This is because the capacitor 3 charges up to 1 times the battery power supply, and the lower side of the capacitor becomes more negative than the negative bus line V-[. Therefore, the potential on the lower side of the capacitor 3B is expanded by the level translator 290, and when the output of the NAND gate/2 is at a low potential, the output of the level translator is equal to the negative potential input of the two negative potentials, that is, - It is always the lower of the potential or the potential of the bottom side of capacitor 36. When the output of NAND game) 7.2 is at a high potential,
The output of the level translation tag θ is equal to the potential of the V0 bus.

レベルトランスレータおよびインパーク412の出力は
、伝送ゲートを含むデバイス、?lIAおよび3 + 
Bをオフに保ち、その時伝送ゲートを含むデバイス32
AおよびJJBはオンである。
The output of the level translator and impark 412 is a device that includes a transmission gate, ? lIA and 3+
B is kept off, then the device 32 containing the transmission gate
A and JJB are on.

それ故、コンデンサ3θの充電中にはコンデンサ、?θ
はコンデンサ36に結合され°〔いない。
Therefore, while charging the capacitor 3θ, the capacitor, ? θ
is not coupled to capacitor 36.

発振器の動作の交流の牛サイクルの間はゲート/Jの出
力は高電位である。デバイスコθのゲートに与えられる
高電位はそのデバイスをオフに保つ。その時デバイス3
コAおよびJ2Bもオフであり、そして導通するのはデ
ノくイス/gA、IgB、3グAおよび39Bである。
During the alternating current cycle of oscillator operation, the output of Gate/J is at a high potential. The high potential applied to the gate of device θ keeps the device off. At that time device 3
Core A and J2B are also off and conducting are Denox/gA, IgB, 3gA and 39B.

その結果、■+およびV−母線間でコンデンサ30およ
び36、そし°〔コつの伝送ゲート力らなる直列接続が
存在する。コンデンサ30の電荷はコンデンサ36に伝
えられ、コンデンサ36を横切る電圧が増加する。立ち
上がりはステップ状である。動作の交流の半サイクルの
間コンデンサ30は充電される。これらのサイクルの間
コンデンサ30の電荷はコンデンサ3乙に伝えられる。
As a result, there is a series connection between capacitors 30 and 36 between the + and V- buses, and the transmission gate force. The charge on capacitor 30 is transferred to capacitor 36 and the voltage across capacitor 36 increases. The rise is step-like. Capacitor 30 is charged during an AC half cycle of operation. During these cycles the charge on capacitor 30 is transferred to capacitor 3B.

コンデンサ30は常に、その左側端がその右側端に対し
て正であるように充電されるので、電荷がコンデンサ3
Aに出力されるごとにそのコンデンサ36の下部端はそ
の上部端に対し゛〔負となる。コンデンサ36を横切る
電圧変化はコンデンサ36が充電されるにつれてますま
す小さくなるが、1秒よりもかなり短い時間にコンデン
サ36はバッテリ電源の一倍に充電されるようになる。
Capacitor 30 is always charged such that its left end is positive with respect to its right end, so that the charge on capacitor 3
Each time the capacitor 36 is output to A, the lower end of the capacitor 36 becomes negative with respect to its upper end. The voltage change across capacitor 36 becomes smaller and smaller as capacitor 36 charges, but in much less than one second capacitor 36 becomes charged to one time the battery power.

整調パルスが要求されたということを感知増幅器回路が
決定した時、タイマタθの出力はθ、Sミリ秒間高電位
となる。インバータ/Fの出力は低電位となり、そし°
〔ゲート/、2の111力は高電位となる。このことは
次にレベルトランスレータlOの出力を高電位にし、グ
ー)<zpの一方の入力を可能化する。ゲートlll1
.の他方の入力はタイマSOの出力に直接接続され°〔
おり、それ故ゲー)V+の出力はθ。Sミリ秒の間高電
位となる。そのゲート4(&の出力はトランジスタ3g
のゲートに接続されるので、このトランジスタは導通し
、そし°C蓄電コンデンサ36の電荷がこのデバイス3
gを通して刺激電極に与えられ、心臓組織および中性電
極を通し−[V+電源に電流が流れる。コンデンサ36
が放電される時間であるこのパルスの期間は0゜5ミリ
秒であるが、それはゲートlI4/の出力が高電位であ
る期間であるからである。トランジスタ3gはSONデ
バイスであるということに留意すべきであり、そのこと
はそのオン抵抗が今までのところ、考えられる他のトラ
ンジスタのオン抵抗よりも少く、SO倍であるというこ
とを意味する。刺激パルスが患者の心臓に与えられるべ
きであるときに、電極リードにおける非常に低い抵抗が
必要であり、この理由で、トランジスタ、7 gは大き
いデバイスである。
When the sense amplifier circuit determines that a pacing pulse is required, the output of timer θ goes high for θ, S milliseconds. The output of the inverter/F becomes a low potential, and then
[The 111 force of gate/, 2 becomes a high potential. This in turn brings the output of the level translator IO to a high potential, enabling one input of gu)<zp. gate lll1
.. The other input of is connected directly to the output of timer SO
Therefore, the output of V+ is θ. High potential for S milliseconds. The output of its gate 4 (& is the transistor 3g
Since the transistor is connected to the gate of the device 3, this transistor conducts and the charge on the °C storage capacitor 36 is transferred to the device 3.
g to the stimulating electrode, current flows through the heart tissue and the neutral electrode to the −[V+ supply. capacitor 36
The duration of this pulse, which is the time during which is discharged, is 0.5 milliseconds, since that is the period during which the output of gate lI4/ is at a high potential. It should be noted that transistor 3g is a SON device, which means that its on-resistance is so far less than the on-resistance of other possible transistors, by a factor of SO. When stimulation pulses are to be delivered to the patient's heart, a very low resistance in the electrode leads is required, and for this reason the transistor, 7g, is a large device.

整調パルスが出力されている時間の間、ゲートlユの出
力は高電位である。それ故コンチンザ36はトランジス
タ3gを経て刺激電極リードに接続されているだけでな
く、伝送ゲート、3’lA、JグB1コンデンサ301
および伝送ゲート/ざA、/gBを通して負の電源母線
にも接続される。しかしながらこのことは重要でない。
During the time that the pacing pulse is being output, the output of the gate is at a high potential. Therefore, the continuor 36 is not only connected to the stimulation electrode lead via the transistor 3g, but also to the transmission gate, 3'lA, and the JgB1 capacitor 301.
It is also connected to the negative power supply bus through the transmission gates /gA and /gB. However, this is not important.

なぜならば刺激!極す−ドからコンデンサ30に、コン
デンサ30の比較的小さい大きさのために無視し得る電
流しか向けられないからである。
Because it's stimulating! This is because only negligible current is directed from the pole to capacitor 30 due to the relatively small size of capacitor 30.

パルサq6はその入力に与えられるo、s ミリ秒の正
パルスの後縁でトリガされる。パルサがトリガされると
、それは負パルスを発生し、その負パルスの期間がt極
す−ドA&、AAを短絡する期間を制御し、それ放電極
/電解液境界面において、配分されたコンデンサに貯え
られた電荷が回収され得る。パルサの出力はトランジス
タ6θのゲートに与えられ、そしてパルサ出力が低電位
になった時このデバイスはオンする。
Pulsar q6 is triggered on the trailing edge of a positive pulse of o,s milliseconds applied to its input. When the pulser is triggered, it generates a negative pulse, and the duration of that negative pulse controls the duration of shorting the electrodes A & AA, which discharges the distributed capacitor at the electrode/electrolyte interface. The charge stored in can be recovered. The output of the pulser is applied to the gate of transistor 6θ, and the device turns on when the pulser output goes to a low potential.

トランジスタ1.0も太きいものであり、非常に低いオ
ンインピーダンスを有し、それ散層も速い放電すなわち
配分された容量の回収が短絡された電極リードを通して
行なわれる。パルサ出力が角度高電位となるや否やトラ
ンジスタAOはオフする。電極リードの短絡の期間はコ
ンデンサ36の再充電とは無関係である。O,Sミリ秒
の整調パルスの終りにおいては、ゲートlIlの出力は
低電位となり、それ故トランジスタ3gはオフにされる
。このことはコつの電極リードを回路の他の部分から孤
立させ、別の整調パルスのために準備してコンデンサ3
θを充電し始める。
Transistor 1.0 is also thick, has a very low on-impedance, and has a fast dissipation, i.e. recovery of the allocated capacitance, through the shorted electrode leads. As soon as the pulser output reaches a high potential, transistor AO turns off. The period of electrode lead shorting is independent of capacitor 36 recharging. At the end of the O,S millisecond pacing pulse, the output of gate II1 is at a low potential, so transistor 3g is turned off. This isolates the two electrode leads from the rest of the circuit and prepares the capacitor 3 for another pacing pulse.
Start charging θ.

コつの電極リードが一緒に短絡されている間、感知増幅
器すgは不動作となるというこきに留意すべきである。
It should be noted that while the two electrode leads are shorted together, the sense amplifier sg is inactive.

示されてはいないけれどもこの増幅器は刺激および中性
リードの電位差に応答し、そわらが−緒に短絡されてい
る間、感知動作が不動作となる。通常のディマント型ペ
ースメーカにおいてはおよそ100ミリ秒の絶対不応期
が所望される。感知増幅器は刺激パルスそれ自身からも
たらされる心臓の動作(actl、vity)を検出す
べきでなく、またその刺激パルスが自然な心臓の鼓動と
して検出されるべきでもなく解釈されるべきでもない。
Although not shown, this amplifier is responsive to a potential difference between the stimulus and neutral leads, and sensing operation is disabled while the straws are shorted together. An absolute refractory period of approximately 100 milliseconds is desired in a typical demant pacemaker. The sense amplifier should not detect cardiac motion (actl, vity) resulting from the stimulation pulse itself, nor should the stimulation pulse be detected or interpreted as a natural heart beat.

不応期制御は、リードが互いに短絡されている間感知増
幅器を不動作にするために伺加的な回路を設けてはなら
ないという点において1自動”である。通常のVVIベ
ースメーカにとって、パルサ&4の出力におけるパルス
期間は300ミリ、秒と同じ位の高さであるように調節
され得る。短い不応期が望まれる他の場合においては、
パルスはより短くあるべきである。」二連したようにg
ミリ秒程度のパルスは実際上、全電荷の回収をもたらす
Refractory period control is 1' automatic in that no additional circuitry must be provided to disable the sense amplifier while the leads are shorted together.For a typical VVI base manufacturer, the pulser & The pulse duration at the output of can be adjusted to be as high as 300 milliseconds. In other cases where a short refractory period is desired,
Pulses should be shorter. ” g like two in a row
Pulses on the order of milliseconds effectively result in total charge recovery.

トランジスタ乙θに対する低い1オン”インピーダンス
の重要性は評価されるべきである。
The importance of a low 1"on" impedance for transistor A should be appreciated.

トランジスタが例え、3θθミリ秒間オンに保たれたと
しても、急速に電荷を回収することが必要である。上述
したように従来のペースメーカ回路と共に問題の7つは
、実際の電荷回収の間、配分された容量からの漏れがあ
り、そして漏れ去った電荷は回収不可能であるというこ
とである。従来の回路は反対のイオンの流れが不必要に
生じ、それは電極を通るゼロの正味電流を制御するとい
う以外に実際例の意味も為さず、そしてこのことはそれ
自体有用でない。第1図の回路においては電荷平衡過程
が能動ではなく受動(電極の短絡)であるので、どの電
荷も電極/電解液の境界面において配分された容量から
漏れ出すことがなく、反対のイオンの流れを不必要に補
うということもないが、さらに電荷の漏れを最小にする
ことが望ましい。この理由で電極リードの最も効果的な
短絡が望まれ、これはデバイスAOに対する非常に低い
6オン”インピーダンスを提供することによって達成さ
れる。
Even if the transistor is kept on for 3θθ milliseconds, it is necessary to quickly recover the charge. A problem with conventional pacemaker circuits, as mentioned above, is that during actual charge recovery, there is leakage from the allocated capacitance, and the leaked charge is not recoverable. Conventional circuits unnecessarily create opposing ion flows that serve no practical purpose other than controlling zero net current through the electrodes, which is not useful in itself. In the circuit of Figure 1, the charge balancing process is passive (electrode shorting) rather than active, so that no charge leaks out of the distributed capacitance at the electrode/electrolyte interface, and the opposite ion While not unnecessarily compensating for flow, it is also desirable to minimize charge leakage. For this reason, most effective shorting of the electrode leads is desired, and this is achieved by providing a very low 6 on'' impedance to the device AO.

スイッチ3gおよび10の双方は200オーム以下の1
オン”インピーダンスを有するべきである。これらのス
・fツチは、コンデンザーボンブと同様、本件用心“1
人によって本件出願と同日に出願された、6急速な(i
号の生体刺激装置のための面接結合された出力段”とい
う名称の係属中の出に1゛1番号第    号にさらに
詳しく記載されており、その出願は本願明細書に参考と
して組み込まれている。
Both switches 3g and 10 are 1 below 200 ohms.
These switches, like condenser bombs, should have a "on" impedance.
6 rapid (i) filed on the same day as the present application by a person
Inc. 1 ゛ 1 number is described in more detail in the name of the name of the name of the Interview and Interview Auto for the Biological Stimulation device, and the application is incorporated as a reference in this application statement. .

この発明は特定の実施例について記載したけれどもこの
実施例は単にこの発明の原理の応用を説明するためのも
のであるこさを理解すべきである。多くの変更を為すこ
とができ、そしてこの発明の精神から逸脱するこさなく
他の装置を工夫するこ吉ができる。
Although the invention has been described with respect to a particular embodiment, it should be understood that this embodiment is merely illustrative of the application of the principles of the invention. Many modifications may be made and other devices may be devised without departing from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例による心臓のペースメーカ
を示す回路図、第1図は従来の代表的なAC結合された
ペースメーカの出力段を部分的に示す回路図である。図
において、/θは発」辰器、lJはN A N i)ゲ
ート、/グ、/Aおよび41、λはインバータ、tgh
、1gB、、2o、y、2A、JλB。 JIA、3(IB、3gおよび6θはトランジスタ、3
0゜3Aおよび6gはコンデンサ、グθはレベルトラン
スレータ、1llIはゲート、tl、6はパルサ、グざ
は増幅器、左Oはタイマ、A、lは抵抗、611および
6乙は電TI 、lJ−ド、7θはツェナーダイオード
、7λは電圧源である。 ・−−−jJ
FIG. 1 is a circuit diagram showing a cardiac pacemaker according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a circuit diagram partially showing the output stage of a typical conventional AC-coupled pacemaker. In the figure, /θ is the generator, lJ is the N A N i) gate, /g, /A and 41, λ is the inverter, tgh
,1gB,,2o,y,2A,JλB. JIA, 3 (IB, 3g and 6θ are transistors, 3
0゜3A and 6g are capacitors. 7θ is a Zener diode, and 7λ is a voltage source.・---jJ

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)バッテリ電源と、患者の心臓に刺激パルスを−り
えるための一対の電極と、心臓の動作を感知するために
m n12軍極0少なくとも/っlこ接続された感知装
置と、蓄電コンデンサ装置と、刺激パルスの必政性を決
定するために前記感知装置に応答し、かつそれに応答し
て前dシ:蓄箱:コンテンサ装置を前記電極を横切って
接続して刺1))クパルスを前記患者の心JIMに与え
る接続装置6と、前記患者の心臓に刺激パルスを印加す
ることに続いて前記蓄電コンデンサを前記バッテリ電源
から充電する装置と、前tf1患者の心臓に刺激パルス
を印加することに続いて前へ己相、極を4いに直接結合
するよう動作する結合装置であって、前記バッテリ電源
とは無関係に、前記刺激パルスの結果とじて前記電極お
よび前記患者の組織間の境界面に蓄積された電荷を前記
電極を通して大部分回収することができるものとを備え
た心臓のペースメーカ。 (2)前記結合装置は、0.07〜I10θミリ秒の範
囲内の時間期間の開動作する特許請求の範囲第1項記載
の心臓のペースメーカ。 (3J  Mf記接続装置は、^11記結介装置の動作
と同時に前記蓄電コンデンサ装置を前記電極から外し、
それ故、前記患者の心臓に蓄積された電荷が前記電極を
通し、て回収されている間、前記蓄電コンデンサ装置が
前ij+4バッテリ餉、豫から充′rにされ得る特許請
求の範囲第ユ項記載の心臓のペースメーカ。 (4)  前記結合装置Wは前記電極を互いに短絡する
特許請求の範囲第2項記載の心臓のペースメーカ。 (5)患者の心臓に刺激電流を供給する′…、極装置と
、心臓の動作を感知するための感知装置と、刺激電流の
必U性を決定するために前記感知装+gtに応答し、か
つそれに応答して刺激電流を前記電極装置を通して流す
ようにする制御装置と、前記制御装丁への動作に続いて
、前記患者の心臓内に配分された容耽の受動放電を「1
J能とするよう動作する可能装置とを備えた心臓のペー
スメーカ。 (6)  前記ロエ能装置は、0,0/−1I00ミリ
秒の範囲内での時間期間の開動作される特許請求の範囲
第S項記載の心臓のペースメーカ。 (7)  曲目11.電極装f浜はλつの電極からなり
、前記可能装置は前RI2一つの電極を互いに短絡する
よう動作りる特許請求の範囲第S項記載の心臓のペース
メーカ。 (8)  ペースメーカは唯1つの筆圧源から付勢され
、前記flf制御装置は前記電極装置を通して一方向に
だけ電流の流れを生じるよう動作する特許請求の範囲第
S項記載の心臓のペースメーカ。 <9)  i+I *i4感知装置は前記電極装置に接
続され、前記可能装置が動作している間、心臓の動作の
感知を不能とした特許請求の範囲第S項記載の心臓のペ
ースメーカ。 (10Ail記可能装置は、θ、ol−yooミlJ秒
の範囲内での時間期間の開動作する特許請求の範囲第9
項記載の心臓のペースメーカ。 Oυ 前″′I電極装置は2つの電極からなり 目iJ
 7可能装置は前記λつの’に極を互いに短絡すよう動
作する特許請求の範囲第1O項記載の心臓のペースメー
カ。 02  ペースメーカは唯1つの電圧源から付勢され、
前記制御装置は前記電極装置を通して一方向にだけ電流
を流すように動作する特許請求の範囲第1/項記載の心
臓のペースメーカ。 O*  tV小の正味電荷を移入すべき部位に、急速に
変化する信号を与えるための生体組織刺激装置であって
、前記部位に刺激電流を与えるための電極装置と、急速
に変化する直接結合された刺激電流が前記′電極装置を
通って流れるようにする制御装置と、前記制御装置の動
作に続いて、前記部位における配分された容1dの受1
kJJ)jk電を可能とするよう動作する装置とを備え
た生体組織刺激装置。 04  前記可能装置は、O0θl−700817秒の
範囲内の時間1υ1間の開動作する特許請求の範囲aζ
/ 、? +、員記載の生体組織刺激装置。 θi 前記電極装置はaつのル;極からなり、前記i1
能装置(才前記一つの電極を互いに短絡するように動作
する特許請求の範囲第1J項記載の生体組織刺激装置。 θG  刺激装置は、唯/っの電圧源から付勢され、前
記’1lill i律ν与1色、は前記市、極装置を通
して一方向にたけ7jf、流を流すよう動作する特許請
求の範囲第13項1;1〕載の生体組織刺激装置。 (”l  MQ 配flill fIM 装!9はs 
fftl記可能装置ρが動作している間は動作不能とさ
れる特許請求の範囲iπi 、i 、+白i:+::載
の生体<U織刺激装置。 (+Pj  rlif A己’N Ml巴装置’g、は
、0.0 / 〜II 00ミリ秒〕石1)凹円の時間
期間の開動作される特許請求の範囲第17項記載の生体
組織刺激装置。 0L1)  前記゛電極・装置はλつの′電極からなり
、前記可能装置は前記λつの電極を互いに短絡するよう
動作する特許請求の範囲@ig項記載の生体組織刺激装
置。 翰 刺激装置は唯1つの霜、圧源から付勢され、前記制
御装置は、前記電極装置を通して一方向にだけ電流を流
すよう動作する特許請求の範囲第19項記載の生体組織
刺激装置。 QD  低い正味電荷の移入が望まれた部位を刺激する
ために、前記部位を通して電流を流すための一対の電極
と、電荷蓄積装置と、刺It亀流が出力されるべき時に
前記電荷蓄積装置を前記一対の電極と直列に接続する接
続装置と、この接続装置の動作に続いて、前記一対の電
極を互いに結合する結合装置とを備えた生体組織刺激装
[のための出力回路。 (ハ) 前記接続装置は、前記電荷蓄積装置と前記tW
、 4′!i、の一方との間に接続され、前記結合装置
は前記電極の他方を、前記接続装置とSit記一方の電
極との接続点に結合する特許請求の範囲第27項記載の
生体組織刺激装置のための出力回路。 (ハ) 前記結合装置は、0.0/−4100ミIJ秒
の範囲内の成る時間期間の開動作する特許請求の範囲第
一一項記載の生体組織刺激装置のための出力回路。 (ハ) 前り刺激装置は唯1つの′電圧源から付勢され
、前記電荷系4tイ装置は、前記電極を通して一方向に
電流が流れる時だけ前記電極に接続される特許請求のQ
+i)間第23項記載の生体組織刺激装置のための出力
回路。 Q、9  前記刺激装置は唯1つの電圧源から付勢され
、前記市荷蓄績装置は、前記電極を通して一方向に電流
が流れる時だけ前記電極に接続される特許請求の範囲第
22項記載の生体組織刺激装置のための出力回路。 (ハ) Mjl記結合装置は、o、oy−aoo ミ1
秒の範囲内の成る時間期間の開動作する特許請求の範囲
第コ/ 、tJ4記載の生体組織刺激装置のための出力
回路。 (ロ) i’lil i妃刺激装置は唯1つの電圧源か
ら付勢され、前記電荷蓄積装置は、前記電極を通して一
方向に電流が流れた時のみ前記電極に接続される特許請
求の範囲@λ/項記載の生体組織刺激装置のための出力
回路。
[Scope of Claims] (1) Connected to a battery power source, a pair of electrodes for transmitting stimulation pulses to the patient's heart, and at least one electrode for sensing cardiac movement. a sensing device connected across the electrode, a storage capacitor device, and a capacitor device responsive to and responsive to the sensing device to determine the necessity of a stimulation pulse; 1)) a connecting device 6 for applying stimulation pulses to the patient's heart JIM; a device for charging the storage capacitor from the battery power source following application of stimulation pulses to the patient's heart; A coupling device operative to directly couple four poles to one another as a result of the stimulation pulse, independent of the battery power source, the coupling device operable to directly couple the electrodes to each other as a result of the stimulation pulse, independent of the battery power supply. and a cardiac pacemaker capable of recovering a large portion of the charge accumulated at the interface between tissues of the patient through the electrodes. (2) The cardiac pacemaker according to claim 1, wherein the coupling device operates for a period of time in the range of 0.07 to I10θ milliseconds. (3J Mf connection device removes the storage capacitor device from the electrode at the same time as the operation of the 11 connection device,
Therefore, while the charge stored in the patient's heart is being recovered through the electrodes, the storage capacitor device can be charged from a previous battery. Heart pacemaker described. (4) The cardiac pacemaker according to claim 2, wherein the coupling device W shorts the electrodes together. (5) supplying a stimulating current to the patient's heart; a polar device; a sensing device for sensing the movement of the heart; and responsive to the sensing device +gt to determine the necessity of the stimulating current; and a control device responsive thereto for causing a stimulating current to flow through the electrode device;
A cardiac pacemaker comprising a device capable of operating in a controlled manner. (6) A cardiac pacemaker according to claim S, wherein the Loeto device is operated for a time period within the range of 0,0/-1100 milliseconds. (7) Track 11. A cardiac pacemaker as claimed in claim S, wherein the electrode arrangement consists of λ electrodes, and the enabling device is operative to short-circuit the electrodes of the front RI2 together. 8. The cardiac pacemaker of claim S, wherein the pacemaker is energized from only one source of pen pressure, and wherein the flf control device is operative to cause current flow in only one direction through the electrode device. <9) The cardiac pacemaker of claim S, wherein an i+I *i4 sensing device is connected to the electrode device and is disabled from sensing cardiac motion while the enabling device is operating. (Claim 9) The device capable of recording 10Ail is operated for a period of time in the range of θ, ol-yoo milliJ seconds.
Cardiac pacemaker as described in Section. Oυ front'''I electrode device consists of two electrodes.
10. A cardiac pacemaker as claimed in claim 1O, wherein the 7-enable device is operative to short the two poles together. 02 The pacemaker is energized from only one voltage source;
A cardiac pacemaker according to claim 1, wherein said control device is operative to pass current in only one direction through said electrode device. A biological tissue stimulator for applying a rapidly changing signal to a site to which a small net charge of O* tV is to be transferred, the device comprising: an electrode arrangement for applying a stimulating current to said site; and a rapidly changing direct coupling; a control device for causing a stimulated current to flow through said 'electrode device'; and, following operation of said control device, receiving 1d of the apportioned volume 1d at said site;
A biological tissue stimulator comprising: a device operative to enable kJJ) jk electricity; 04 The enabling device is operable to open for a time 1υ1 within the range O0θl-700817 seconds.
/ ,? +, biological tissue stimulator described by the member. θi the electrode device consists of a pole; the i1
The biological tissue stimulator according to claim 1J, which operates to short-circuit the one electrode to each other. The biological tissue stimulating device according to claim 13, wherein the biological tissue stimulating device operates to flow a flow of one color in one direction through the polar device. Dress! 9 is s
A biological tissue stimulation device according to claim 1, which is inoperable while the fftl-recordable device ρ is in operation. (+Pj rlif Aself'N Ml Tomoe device'g, is 0.0 / ~ II 00 milliseconds) Stone 1) Biological tissue stimulation according to claim 17, which is operated by opening the time period of the concave circle. Device. 0L1) The biological tissue stimulation device according to claim 1, wherein the electrode device comprises λ electrodes, and the enabling device is operative to short-circuit the λ electrodes to each other. 20. The biological tissue stimulator of claim 19, wherein the stimulator is energized from only one source of pressure, and the control device is operative to pass current in only one direction through the electrode device. QD: to stimulate a site where a low net charge transfer is desired, a pair of electrodes for passing a current through the site, a charge storage device, and a charge storage device to stimulate the current when the current is to be output. An output circuit for a biological tissue stimulation device comprising: a connecting device connected in series with the pair of electrodes; and a coupling device coupling the pair of electrodes to each other following operation of the connecting device. (c) The connection device connects the charge storage device and the tW.
, 4′! 28. The biological tissue stimulation device according to claim 27, wherein the coupling device couples the other of the electrodes to a connection point between the connection device and one of the electrodes. Output circuit for. (c) An output circuit for a living tissue stimulation device as claimed in claim 11, wherein the coupling device is open for a time period within the range of 0.0/-4100 milliJ seconds. (c) The pre-stimulator is energized from only one voltage source, and the charge system 4t device is connected to the electrode only when current flows in one direction through the electrode.
+i) An output circuit for the biological tissue stimulation device according to item 23. Q.9. The stimulation device is energized from only one voltage source, and the storage device is connected to the electrode only when current flows in one direction through the electrode. Output circuit for biological tissue stimulator. (c) The Mjl coupling device is o, oy-aoo mi 1
An output circuit for a biological tissue stimulator according to claim 4, which operates over a period of time in the range of seconds. (b) The i'lil i queen stimulator is energized from only one voltage source, and the charge storage device is connected to the electrode only when current flows in one direction through the electrode. An output circuit for the biological tissue stimulator described in λ/.
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