NL192027C - Implanteerbare automatische medische inrichting voor het controleren van de toestand van het hart. - Google Patents

Description

1 192027

Implanteerbare automatische medische inrichting voor het controleren van de toestand van het hart

De inrichting heeft betrekking op een implanteerbare automatische medische inrichting voor het controleren van de toestand van het hart van een patiënt en voor het leveren van elektrische pulsen bij het bepalen van 5 een harttoestand, voorzien van een hartaftastketen om de elektrische toestand van het hart te bewaken, geheugenorganen om frequentie-informatie die indicatief is voor een voorafbepaalde hartfrequentie, op te slaan, vergelijkingsorganen welke met de geheugenorganen en de hartaftastketen zijn verbonden om een hartfrequentie met de voorafbepaalde hartfrequentie te vergelijken, aritmie-beslissingsorganen die in responsie op de vergelijkingsorganen een cardioverterwerking tot stand brengen wanneer de vergelijkings-10 organen aangeven dat de hartfrequentie groter is dan de voorafbepaalde hartfrequentie, en klokorganen voor het opwekken van klokpulsen met een bepaalde frequentie.

Een dergelijke medische inrichting is bekend uit het Britse octrooischrift 2.116.845. Met deze bekende medische inrichting wordt voor het meten van de hartwerking van een persoon de harttoestand daarvan, d.w.z. de hartslagfrequentie, vergeleken met een voorafbepaalde frequentie, en als een te groot verschil 15 tussen deze frequenties aanwezig is, d.w.z. een afwijking of onregelmatigheid van het hart, wordt een elektrische puls aan het hart toegevoerd.

Echter is deze bekende meting nogal grof. Zo kan bij voorbeeld een kort durende tachycardie van 10-12 hartslagen reeds worden geïnterpreteerd als zijnde een levensbedreigende aritmie en kan derhalve aanleiding zijn voor het afgeven van een nodeloze cardioverterende elektrische puls met grote energie aan 20 het hart.

Aangezien het voor een dergelijke geïmplanteerde medische inrichting van belang is zo weinig mogelijk batterij-energie te verbruiken om een operatief ingrijpen voor het verwisselen van de batterijen in de medische inrichting zo lang mogelijk uit te stellen, is het wenselijk dat voorkomen wordt dat onnodige elektrische pulsen aan het hart worden afgegeven.

25 Het is derhalve het doel van de uitvinding te voorzien in een schakeling, die het bovengenoemde bezwaar ondervangt.

Een verder doel van de uitvinding is deze schakeling zodanig uit te voeren dat het meten van de hartslagfrequentie alsook het vastleggen van een aantal pulsen van de voorafbepaalde frequentie in een bepaalde tijdsperiode met een enkele schakeling plaatsvindt, en deze enkele schakeling of gecombineerde 30 schakeling zodanig uit te voeren dat behalve een zeer gering energieverbruik en een meer compacte medische inrichting tevens de betrouwbaarheid van de vergelijking toeneemt teneinde te voorkomen dat onnodige signalen worden afgegeven voor het laten afgeven van cardioverterende elektrische pulsen.

Deze doelen worden bereikt, doordat volgens de uitvinding voorzien is in een frequentiemiddelingsketen die tussen de aftastketen en de vergelijkingsorganen is gekoppeld om de gemiddelde frequentie van het 35 hart te bepalen en tevens is verbonden met de klokorganen, welke frequentiemiddelingsketen is voorzien van een aantal trappen en van een aantal poortorganen die in responsie op een eerste toestandregelsignaal het aantal trappen zodanig elkaar opvolgend verbinden dat zij als teller zijn geschakeld, teneinde in de tijdsduur dat zij als teller zijn geschakeld, het aantal door de klokorganen geleverde telpulsen te tellen, en die in responsie op een tweede toestandsregelsignaal het aantal trappen zodanig elkaar opvolgend 40 verbinden dat zij als schuifregister zijn geschakeld voor het ontvangen van een door de hartaftastketen gemeten elektrische toestand (R-golf) van het hart, en doordat voorzien is in een processor om tijdens het in de schuifregistertoestand zijn geschakeld van het aantal trappen daaraan een verschuivingsregelsignaal te leveren binnen een voorafbepaalde tijd nadat aan het aantal trappen de elektrische toestand (R-golf) van het hart is toegevoerd teneinde de inhoud van het in de schuifregistertoestand geschakelde aantal trappen 45 over één trap naar links te verschuiven om een gedeeld-door-twee-inhoud te verkrijgen, waarbij deze gedeeld-door-twee-inhoud wordt toegevoerd aan de vergelijkingsorganen.

Opgemerkt wordt dat uit de Europese octrooiaanvrage 0.031.638 op zichzelf een frequentiemiddelingsketen bekend is, die zowel als teller alsook als schuifregister kan worden toegepast. Echter mist de frequentiemiddelingsketen een schakelwijze om de inhoud van het in de schuifregistertoestand geschakelde 50 aantal trappen over één trap naar links te verschuiven ten einde een gedeeld-door-twee-inhoud te verkrijgen, waarbij juist deze gedeeld-door-twee-inhoud de grotere betrouwbaarheid geeft om zoveel als mogelijk is een foutief, d.w.z. een te vroeg of een te laat, afgeven van een cardioverterende elektrische puls aan het hart tegen te gaan om derhalve een zo exact mogelijke werkende medische inrichting te verkrijgen.

Verder wordt nog opgemerkt dat uit het Britse octrooischrift 1.543.441 op zich zelf een frequentie-55 middelingsketen bekend is voor het middelen van de hartslag uit het ECG-signaal, doch hier wordt geen gebruik gemaakt van een gecombineerd teller/schuifregister, laat staan van de mogelijkheid om de hierboven genoemde gedeeld-door-twee-inhoud van de negisterinhoud te realiseren.

192027 2

De uitvinding zal onderstaand aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en onder verwijzing naar de tekening nader worden uiteengezet. Hierin tonen: figuur 1 een blokschema van een geïmplanteerd cardiovertorstelsel volgens de uitvinding; figuren 2A, 2B, 2C en 2D tijddiagrammen ter toelichting van de werking van de digitale frequentie-5 middelingsketen volgens figuur 1; figuur 3A, respectievelijk 3B een teller en een schuifregister, van nut ter toelichting van de gecombineerde werking van de digitale frequentiemiddelingsketen volgens de uitvinding, welke deze ketencomponenten tot een enkele keten combineert; en figuur 4 een schema van de trappen en regelpoorten van de digitale frequentiemiddelingsketen volgens 10 de uitvinding, weergegeven in figuur 1.

Een bij wijze van voorbeeld gekozen omgeving waarin een frequentiemiddelingsketen 10 volgens figuur 1 kan worden toegepast, is een geïmplanteerde cardiovertor. In de geïmplanteerde cardioverter tast een conventionele hartaftastketen 12 hartsignalen via (niet afgebeelde) elektroden die met het hart van de 15 patiënt zijn verbonden, af. De keten 12 omvat een conventionele ECG-versterker voor het versterken van de hartsignalen, die indicatief zijn voor de spieractiviteit van het hart. Hartsignalen zijn van het type als weergegeven in figuur 2A, waarin een reeks ECG-golfvormen is aangegeven.

De keten 12 verwerkt de ECG-golfvormen volgens figuur 2A voor het verschaffen van een R-golfsignaal, als aangegeven in figuur 2B, en levert dit signaal aan de frequentiemiddelingsketen 10, welke de vorm heeft 20 van een tel/schuifregister. Het R-golfsignaal is een periodiek signaal, dat een reeks pulsen, bijvoorbeeld elektrische gebeurtenissen, omvat waarvan de gemiddelde frequentie wordt gemeten teneinde de componenten van de geïmplanteerde cardiovertor te activeren.

Een klokketen 14 wekt een reeks nauwkeurig getempeerde hoogfrequente klokpulsen op, als aangegeven in figuur 2C. Ofschoon niet op schaal weergegeven is de klokfrequentie 100 Hz, terwijl de R-golf kan 25 optreden met 60 slagen per minuut, dat is 1 Hz. Onmiddellijk na een schuifwerking (welke later zal worden toegelicht) vergelijkt een vergelijkingsinrichting 16, die onder bestuur van een microprocessor 18 werkt, de digitale informatie-inhoud in het tel/schuifregister 10 met de digitale informatie-inhoud van een geheugen 20. Aan het geheugen 20 wordt vooraf een waarde toegevoerd, welke bijvoorbeeld representatief is voor een het leven bedreigende gebeurtenis, een ’’fibrillatiefrequentie”, en het geheugen kan eenvoudig bestaan uit 30 een dood geheugen (ROM) of een vrij toegankelijk geheugen (RAM). Indien de inhoud van de teller 10 de fibrillatiefrequentie onmiddellijk na een verschuiving overschrijdt, levert de vergelijkinginrichting 16 een signaal voor het omleggen van een grendelinrichting 22, die op zijn beurt een aritmie-beslissingsketen 24 voedt en in werking stelt.

De beslissingsketen analyseert dan de frequentie van het hart door de inhoud van het tel/schuifregister 35 10 continu te controleren teneinde de frequentie en de periodiciteit daarvan te bepalen. Indien de beslissingsketen 24 vaststelt dat het hart fibrilleert, bekrachtigt de keten de cardiovertorketen 26 in gereedheid voor het toevoeren van een schok met grote energie aan het hart van de patiënt. Voorts wordt opgemerkt, dat dezelfde keten een gemakkelijke toegang verschaft tot een nauwkeurige gemiddelde hartfrequentie aan de uitgang van het tel/schuifregister 10.

40 Een inventief aspect van het cardiovertorstelsel volgens figuur 1 is de frequentiemiddelingsketen, welke wordt gevormd door het tel/schuifregister 10, de klokketen 14, de vergelijkingsinrichting 16 en het geheugen 20. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm bestaat de klokketen 14 uit een kristalbestuurde oscillator, welke de klokpulsen van 100 Hz levert. Het geheugen 20 is zodanig geprogrammeerd, dat de vergelijkingsinrichting 16 de grendelinrichting 22 trekt wanneer een gebeurtenis bijvoorbeeld de hartfrequentie 100-300 slagen per 45 minuut overschrijdt.

Teneinde toe te lichten op welke wijze het tel/schuifregister 10 de gemiddelde frequentie meet, wordt verwezen naar de figuren 2D en 2E. De tijdstippen tO, t1, t2, t3, t4 en t5 ... markeren het optreden van gebeurtenissen, bijvoorbeeld R-golven. Wanneer wordt aangenomen, dat het stelsel gereed is gemaakt voor een initiële werking, is de inhoud van de trappen van het tel/schuifregister 10 gelijk aan ”nul”. De eerste 50 gebeurtenis bij tO transformeert de keten 10 op een doeltreffende wijze naar de verschuivingstoestand gedurende ongeveer 1-2 millisec, gedurende welke tijd de inhoud daarvan over een plaats naar links wordt verschoven (aannemende, dat de linker richting de minder significante bits bevat, als aangegeven) teneinde de inhoud door twee te delen. Na de verschuiving wordt de keten 10 weer teruggetransformeerd tot een teller, waarop de klokpulsen van 100 Hz worden geteld. Wanneer wordt aangenomen dat de gebeurtenissen 55 van de hartslag precies met de constante frequentie van 60 slagen per minuut (1 Hz) optreden, wordt op het tijdstip t1 de keten 10 opnieuw een ogenblik omgezet in een schuifregisterketen waarna een schuifwerking optreedt. Na de verschuiving op een tijdstip t1 bevat de teller een 50-telling. Op het tijdstip t2 treedt 3 192027 weer een schuif/door-twee-delende werking op, waarop de teller een 75-telling bevat. Op het tijdstip t3, na de verschuiving/door-twee-delen-werking, bevat de teller een 87,5-telling. Op het tijdstip t4 bevat de teller een 93,75-telling. Op het tijdstip t5 bevat de teller een 96,875-telling, enzovoort. Zoals blijkt nadert de telling in de teller na betrekkelijk weinig gebeurtenissen, een 100-telling, welke indicatief is voor de gemiddelde 5 frequentie van één gebeurtenis per seconde of zestig gebeurtenissen per minuut.

Indien de periodieke gebeurtenissen bijvoorbeeld een ogenblik onregelmatig worden, zoals het geval zal zijn indien het hart een slag mist of indien de aftastelektroden een hartslag niet aftasten zal de teller een 150-telling aangeven bij de eerste regelmatige periodieke slag na de eerste gemiste slag (bijvoorbeeld 100-telling plus 200-telling gedeeld door twee), 125-telling bij de tweede regelmatige periodieke slag na de 10 gemiste slag, 112,5-telling bij de derde, 106,25-telling bij de vierde, 103,125-telling bij de vijfde, enzovoort, totdat de gemiddelde frequentie van 100-telling weer wordt aangegeven. De keten 10 levert dezelfde resultaten indien het hart een ogenblik hoge slagfrequenties of tachycardie vertoont. Derhalve blijkt, dat een ogenblik durende onregelmatigheden na een paar slagen worden gemodereerd.

De figuren 3A, 3B en 4 tonen voorkeursuitvoeringsvormen van het tel/schuifregister 10 volgens figuur 1. 15 In de figuren 3A en 3B zijn meer in het bijzonder binaire tel- en schuifregisterketens aangegeven. Elk van deze ketens bestaan uit een reeks respectieve flip-flop trappen 30a of 30b, 32a of 32 b en 34a of 34b van het D-type, waarvan er in elke keten ter illustratie slechts drie zijn weergegeven. In werkelijkheid kunnen de ketens elk willekeurig aantal trappen omvatten. De binaire teller van figuur 3A telt de klokpulsen aan de ingang 36, terwijl het schuifregister de inhoud van de flip-flop trappen 30b, 32b en 34b in responsie op een 20 verschuivingsregelsignaal, dat op de geleider 38 optreedt, verschuift.

In figuur 4 zijn de functies van zowel de binaire teller als het schuifregister gecombineerd in drie flip-flop trappen 30c, 32c en 34c door gebruik te maken van een aantal regelpoorten om de trappen of volgens een tellerconfiguratie of volgens een schuifregisterconfiguratie met elkaar te verbinden. De regelpoorten reageren op een toestandregelsignaal, dat op een geleider 37 aanwezig is en de R-golfpulsen, welke het 25 toestandregelsignaal vormen. In responsie op een ”tel”toestandregelsignaal op de geleider 37, dat een logisch R-golfsignaal met laag niveau is, dat door de invertor 35 wordt omgezet in een logisch signaal met hoog niveau, verbinden de regelpoorten 40, 42, 44, 46, 50, 52 en 54 de trappen 30c, 32c en 34c zodanig, dat zij op dezelfde wijze werken als de binaire teller volgens figuur 3A. Bij een dergelijke werking worden de poorten 60, 62, 64, 70, 72 en 74 buiten werking gesteld teneinde daardoor een schuifregisterconfiguratie 30 van de flip-flop trappen 30c, 32c en 34c te beletten.

Bij een verbinding volgens de tellerconfiguratie ontvangt de ingang 41 klokpulsen uit de kristal bestuurde klokoscillator 14 volgens figuur 1, zodat de flip-flop trappen 30c, 32c en 34c het aantal klokpulsen tussen de R-golfpulsen tellen. Zoals reeds is aangegeven, geeft de telling na een verschuiving de gemiddelde frequentie van het R-golfsignaal aan.

35 Wanneer het R-golfsignaal (figuur 2D) hoog wordt, worden de regelpoorten 60, 62, 64, 70, 72 en 74 in werking gesteld om de trappen als een schuifregister uit te voeren en worden tegelijkertijd de regelpoorten .40, 42, 44, 46, 50, 52 en 54 buiten werking gesteld om de tellerconfiguratie te belemmeren. Binnen een of twee milliseconden na het optreden van R-golfpuls levert de processor 18 (figuur 1) een verschuivingsregelsignaal over de geleider 39 via de in werking zijnde regelpoorten 60, 62 en 64 teneinde daardoor de inhoud 40 Q0, Q1, Q2 ... van de flip-flop trappen 30c, 32c en 34c over een trap naar links te verschuiven. Deze verschuiving heeft het effect van het door twee delen van de inhoud van het schuifregister.

Onmiddellijk na het door twee delen worden de uitgangssignalen Q0, Q1, Q2 ... toegevoerd aan de vergelijkingsinrichting 16 (figuur 1) waar zij worden vergeleken met een digitale waarde welke vooraf in het geheugen 20 is geprogrammeerd, zoals boven is toegelicht. Wanneer de vooraf geprogrammeerde waarde 45 wordt overschreden, vinden de slagfrequentie analysewerkingen van de beslissingsketen 24 plaats. Daarna voert de keten van figuur 4 afwisselend de werking van het transformeren van de trappen in de schuif- en telconfiguratie uit en herhaalt het proces zich.

Boven is een voorbeeld van een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding voor een beoogd doel beschreven. Binnen het kader van de uitvinding zijn echter modificaties mogelijk. Zo zijn bijvoorbeeld flip-flops van 50 het D-type beschreven en weergegeven, doch de uitvinding kan worden toegepast met J-K- flip-flops of andere typen flip-flops door de ketenverbindingen van de hier beschreven regelpoorten, zodanig te modifiëren dat de flip-flops trappen afwisselend als een teller en een schuifregister werken. Men kan ook andere ketencomponenten in plaats van flip-flops gebruiken om de alternatieve functionele handelingen in een enkele keten te verkrijgen.

Claims (1)

192027 4 Implanteerbare automatische medische inrichting voor het controleren van de toestand van het hart van een patiënt en voor het leveren van elektrische pulsen bij het bepalen van een harttoestand, voorzien van een 5 hartaftastketen om de elektrische toestand van het hart te bewaken, geheugenorganen om frequentie· informatie die indicatief is voor een voorafbepaalde hartfrequentie, op te slaan, vergelijkingsorganen welke met de geheugenorganen en de hartaftastketen zijn verbonden om een hartfrequentie met de voorafbepaalde hartfrequentie te vergelijken, aritmie-beslissingsorganen die in responsie op de vergelijkingsorganen een cardioverterwerking tot stand brengen wanneer de vergelijkingsorganen aangeven dat de 10 hartfrequentie groter is dan de voorafbepaalde hartfrequentie, en klokorganen voor het opwekken van klokpuisen met een bepaalde frequentie, met het kenmerk, dat voorzien is in een frequentiemiddelingsketen (10) die tussen de aftastketen (12) en de vergelijkingsorganen (16) is gekoppeld om de gemiddelde frequentie van het hart te bepalen en tevens is verbonden met de klokorganen (14) welke frequentiemiddelingsketen (10) is voorzien van een aantal trappen (30c, 32c, 34c) en van een aantal poortorganen 15 (40, 42, 44, 46; 50, 52, 54; 60, 62, 64; 70, 72, 74) die in responsie op een eerste toestandregelsignaal (via 37) het aantal trappen zodanig elkaar opvolgend verbinden dat zij als teller zijn geschakeld teneinde in de tijdsduur dat zij als teller zijn geschakeld, het aantal door de klokorganen (14) geleverde telpulsen te tellen, en die in responsie op een tweede toestandsregelsignaal (via 37) het aantal trappen zodanig elkaar opvolgend verbinden dat zij als schuifregister zijn geschakeld voor het ontvangen van een door de 20 hartaftastketen (12) gemeten elektrische toestand (R-golf) van het hart, en dat voorzien is in een processor (18) om tijdens het in de schuifregistertoestand zijn geschakeld van het aantal trappen daaraan (via 39) een verschuivingsregelsignaal te leveren binnen een voorafbepaalde tijd nadat aan het aantal trappen de elektrische toestand (R-golf) van het hart is toegevoerd teneinde de inhoud van het in de schuifregistertoestand geschakelde aantal trappen over één trap naar links te verschuiven om een gedeeld-door-twee-25 inhoud te verkrijgen, waarbij deze gedeeld-door-twee-inhoud wordt toegevoerd aan de vergelijkingsorganen (16). Hierbij 4 bladen tekening