NL8701123A - Implanteerbaar cardioversie- of defibrillatorstelsel. - Google Patents

Description

* ^ r ^ VO 9147

Titel: Implanteerbaar cardioversie- of defibrillatorstelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een implanteerbaar cardioversie-of def ibrillatorstelsel, waarbij een puls met grote energie aan het hart van de patiënt wordt toegevoerd. De puls met grote energie wordt bij een hoge frequentie gesplitst, zodat de puls een golfpakket omvat, dat be-5 staat uit een aantal hoogfrequente cardioversiepulsen.

In de laatste jaren is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van cardioversiemethoden voor het op een doeltreffende wijze aan een cardioversie, inclusief defibrillatie, onderwerpen van verschillende hartkwalen en arrhytmias. Gedane pogingen hebben geresulteerd tot 10 het ontwikkelen van implanteerbare elektronische defibrillators, welke in responsie op de detectie van een abnormaal hartritme, voldoende energie via met het hart verbonden elektroden leveren om dit te depolariseren en op het normale hartritme terug te brengen.

"Cardioversie”, zoals hier gebruikt, beoogt te omvatten de correc-15 tie van een aantal arrhytmische hartomstandigheden, zowel letaal als niet-letaal. Deze arrhytmische hartomstandigheden omvatten atriale tachycardia, atriale "flutter", atriale fibrillatie, junctie-ritmen, ventriculaire tachycardia, ventriculaire "flutter", ventriculaire fibrillatie, en eventuele andere niet met een hartstimulator verband 20 houdende arrhytmische omstandigheden, welke kunnen worden gecorrigeerd door aan het hart elektrische schokken mede te delen. De uitdrukking "defibrillatie" is omvat in de uitdrukking "cardioversie" als een werkwijze voor het toevoeren van elektrische schokken aan het hart teneinde fibrillerende atria of fibrillerende ventrikels te defibrilleren.

25 De bekende implanteerbare cardioversiestelsels omvatten meer in het bijzonder de detectie van een arrhytmia toestand, welke op zijn beurt het laden van een opzamelcondensator door een hoogspanningsinventorketen (of gelijkstroora-gelijkstroom omzetketen) inleidt. Zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift no. 4.164.946. Na het laden van de opzamel-30 condensator en na het vaststellen, dat aan het hart van de patiënt via implanteerbare elektroden een cardioversie- of defibrillatieschok moet worden toegevoerd, wordt de condensator over de implanteerbare elektroden gekoppeld en wordt de condensatorspanning daaraan toegevoerd. De conden-satorontlading verschaft een enkele hoogspanningspuls, in de vorm van 8701123 - 2 - Λ, /% een exponentieel af nemende golf vorm, over de elektroden en via het hartweefsel teneinde het hart te depolariseren.

De bij dergelijke cardioversiestelsels toegevoerde puls met grote frequentie is een enkele gelijkstroompuls en derhalve is de. impedantie 5 van het hart in hoofdzaak een functie van.de gelijkstroomimpedantie-component of weerstand van het hart. De impedantie van het hart in responsie op een enkele daaraan toegevoerde gelijkspanningspuls is betrekkelijk klein en uniform en derhalve wordt de puls niet op een optimale wijze over het gehele hart gedispergeerd doch in plaats daar-10 van aan een betrekkelijk gelocaliseerd gebied van het hart toegevoerd. Dientengevolge moet teneinde een groter oppervlak van het hart te depolariseren zonder de elektrodegeometrie te wijzigen, een grotere energie worden gebruikt, waaraan bij implanteerbare inrichtingen inherente grenzen worden gesteld.

15 De uitvinding heeft betrekking op een cardioversiestelsel, dat de over de implanteerbare elektroden geleverde exponentieel afnemende golf-vorm splitst bij een hoge frequentie, bij voorkeur hoger dan 1 kHz.

Een elektronische schakelaar is in serie tussen de opzamelcondensator en de implanteerbare elektroden aanwezig en aan de schakelaar wordt een 20 kloksignaal toegevoerd om de schakelaar bij een hoge frequentie te openen en te sluiten. Dientengevolge omvat de aan het hart toegevoerde puls een ' enkel golfpakket, bestaande uit een aantal hoogfrequente cardioversie-pulsen.

Bij de uitvinding is onderkend, dat de impedantie van het hart-25 weefsel (bestaande uit het myocardium, vet en bloed) bij verschillende frequenties verandert. Bij hoge frequenties zijn de impedanties van verschillende componenten van het hartweefsel verschillend, waarbij gebieden met grote impedantie en gebieden met kleine impedantie over het gehele hart zijn gedispergeerd. Dientengevolge wordt door het hart 30 met hoogfrequente pulsen te pulseren de energie over het gehele hart verdeeld, hetgeen derhalve leidt tot lagaja:energieëisen voor een doeltreffende cardioversie.

Derhalve beoogt de uitvinding te voorzien in een cardioversiestelsel, dat arrhytmias detecteert en het hart van een patiënt aan een 35 cardioversie onderwerpt door het toevoeren van een golfpakket, bestaande 8701123 .¾ - 3 - ' uit een aantal hoogfrequente pulsen over de implanteerbare elektroden.

Een verder doel van de uitvinding is het aan het hart van de patiënt toevoeren van hoogfrequente pulsen door de exponentieel afnemende golfvorm bij een hoge frequentie te splitsen. Het splitsen geschiedt 5 door een elektronische schakelaar, welke bij een hoge frequentie, bij voorkeur meer dan één kHz wordt geschakeld.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1.een schema van het cardioversiestelsel volgens de uitvin-10 ding; en fig. 2 de exponentieel afnemende golfvormen van de bekende inrichtingen en volgens de uitvinding.

Het cardioversiestelsel volgens de uitvinding is schematisch weergegeven in fig. 1. Het stelsel omvat een aantal ketenelementen, welke 15 men terugvindt in de Amerikaanse octrooiaanvrage serialno. 478.038.

Een arrhytmiadetectorketen 2 is gekoppeld met (niet weergegeven) implanteerbare elektroden, welke op hun beurt met het hart van de patiënt zijn verbonden. De arrhytmiadetectorketen 2 kan een arrhytmiatoestand detecteren en in responsie daarop een INVST-uitgangssignaal leveren. De 20 arrhytmiadetectorketen 2 kan een hartfrequentiedetectorketen en een waarschijnlijkheidsdichtheidsfunctie- (PDF) -keten omvatten, een en ander zodanig, dat wanneer de hartfrequentie een voorafbepaalde drempelwaarde overschrijdt en aan de waarschijnlijkheidsdichtheidsfunctiesvoorwaarden wordt voldaan, het INVST-signaal aan een hoogspanningsinvertor en be-25 sturingsketen 4 wordt toegevoerd. De frequentieanalyse- en PDF-ketens zijn beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvrage. Het is duidelijk, dat andere inrichtingen voor het detecteren van een arrhytmia kunnen worden gebruikt voor het leveren van een startsignaal (of INVST-signaal) aan een hoogspanningsinvertorketen 4.

30 De hoogspanningsinvertor 4 , ook bekend als een gelijkstroom- gelijkstroomomzetter, is een conventioneel element, dat op het terrein van de implanteerbare defibrillator bekend is. In dit verband wordt bijvoorbeeld verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift 4.164.946, dat de gelijkstroom-gelijkstroomomzetter (element 30 in dit octrooi-35 schrift) beschrijft. Bij ontvangst van het INVST-signaal laadt de hoog- 8701123 - 4 - spanningsinvertor 4 een inwendige energieopzamelcondensator 6, die tot een voorafbepaald niveau wordt geladen. Wanneer de hoogspanningsinvertor 4 begint te werken bij ontvangst van het INVST-signaal begint de hoogspanningsinvertor de condensator 6 te laden en wordt een INV 5 running-signaal via het logische invertorelement 8 geleverd, dat met een ingang van een EN-poort 10 is verbonden.

De EN-poort 10 bezit twee verdere ingangen. De ingang 12 wordt gevoed vanuit een R-golf detector, zoals in de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvrage is beschreven. Bij detectie van elke R-golf wordt aan 10 de ingang'12 van de EN-poort 10 een signaal toegevoerd. De ingang 13 van de EN-poort 10 is verbonden met de flip-flop 14, welke bij ontvangst van het INVST-signaal uit de arrhytmiadetector 2 wordt ingesteld. De flip-flop 14 wordt teruggesteld bij ontvangst van het CT-signaal, zoals later zal worden beschreven.

15 Bij het detecteren van een arrhytmia-toestand en het leveren van . een INVST-signaal begint de hoogspanningsinvertor te werken en levert deze een INV running-signaal, dat door het logische invertorelement 8 wordt omgekeerd teneinde een laag ingangssignaal aan de EN-poort 10 toe te voeren. Wanneer de werking van de invertor wordt beëindigd bijvoor-20 beeld aan het eind van het laden van de opzamelcondensator 6, wordt de uitgang van het logische invertorelement 8 hoog. Een daaropvolgende ingangs R-golf naar de EN-poort 10 veroorzaakt, dat een puls via een geschikt RC-pulsvormingsnetwerk 16 en een buffer 18 aan een transistor 20 wordt toegevoerd. De transistor 20 wordt dan in werking gesteld en 25 over een geleider 22 wordt een patiënttrekkerpuls (TREG) toegevoerd voor het ontsteken van een patiënt-SCR 24. Bij het ontsteken van de patiënt-SCR 24 kan de volledig geladen condensator dan over de geleider 26 worden ontladen, welke zijn verbonden met de (niet weergegeven) elektroden, die bij het hart van de patiënt behoren.

30 In serie tussen de condensator 6 en de elektrodegeleideraanslui- tingen 26 is een vermogensveldeffecttransistor (FET) 28 verbonden.

De vermogens FET 28 is gekoppeld met een klokpulsgenerator 30, welke aan de poortelektrode van de FET 28 hoogfrequente klokpulsen toevoert.

De klokpulsen worden aan de FET 28 toegevoerd bij ontvangst van het 35 TRIG-signaal wanneer de transistor: 20 wordt ingeschakeld.

870 1 1 2 3 » 3*·· -¾ - 5 -

De klokpulsen uit de klokpulsgenerator 30 dienen om de vermogens FET met een hoge frequentie in en uit te schakelen overeenkomstig de frequentie van de klokpulsgenerator 30. Bij voorkeur levert de klokpulsgenerator 30 de invoeringspulsen aan de F.ET 28 bij een frequentie, welke 5 tenminste gelijk is 1 kHz en bij voorkeur tussen 10 kHz en 1 MHz is gelegen.

Derhalve schakelt de TREG-puls uit de transistor 20 de SCR 24 in en leidt de werking van de klokpulsgenerator 30 in. De condensator 6 wordt dan over de elektrodegeleider 26 ontladen bij een- frequentie, 10 welke evenredig is met de klokpulsfrequentie van de klokpulsgenerator 30. Een paar weerstanden 32, die parallel aan de klemmen 26 zijn verbonden, detecteert de ontlading via de CT-geleider. Deze CT-geleider is verbonden met de terugstelklem van de flip-flop 14 en bij detectie van de ontlading stelt een CT-puls de flip-flop terug.

15 Parallel aan de elektrodegeleider 26 is ook een paar weerstanden 34 verbonden, welke de over de elektrodegeleider 26 gevoerde, pulsontla-ding detecteren. Dit pulsterugkoppelsignaal (PF-signaal) wordt toegevoerd aan een omhullende detector 36. De omhullende detector 36 detecteert de omhullende van de hoogfrequente exponentieel afnemende pulsen 20 en levert het gedetecteerde omhullende signaal aan een positieve ingangs-klem van de vergelijkingsinrichting 38. De vergelijkingsinrichting 38 bezit een negatieve klem, welke op een referentiespanning is aangesloten. Wanneer de spanning van de gedetecteerde omhullende onder de referentiewaarde daalt, levert de vergelijkingsinrichting 38 een uitgangssignaal, 25 dat door de invertor 40 wordt omgekeerd, waaraan door het pulsvormingsnet-werk 42 een bepaalde vorm wordt gegeven en over een buffer 44 wordt gevoerd voor het verschaffen van een TRG-signaal. Het TRG-signaal wordt toegevoerd aan een uitschakelklem van de klokpulsgenerator 30 om te beletten, dat de klokpulsgenerator verdere klokpulsen aan de FET 28 30 toevoert. Het TRG-signaal wordt ook toegevoerd aan een afknot-SCR 46 om de afknot-SCR 46 te ontsteken. Wanneer de afknot-SCR 46 wordt ontstoken, wordt de exponentieel afnemende puls over de elektrodeaanslui-tingen 26 afgeknot of kortgesloten, zodat aan de elektroden geen verdere energie wordt toegevoerd. Dit geschiedt omdat het ongewenst is te ver-35 eisen, dat de puls exponentieel tot een nul-niveau af neemt, zoals ver- 8701123 - 6 - meld in de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvrage.

Tijdens het bedrijf leidt de detectie van een arrhytmiatoestand door de arrhytmiadetector 2 de werking van de hoogspanningsinvertor-keten 4 in. Wanneer de invertorketen het laden van de condensator 6 5 heeft voltooid wordt bij ontvangst van een R-golf via de geleider 12 de EN-poort 10 onderhouden en wordt een trekkerpuls (TRIG-puls) door de transistor 20 geleverd om de patiënt-SCR 24 te ontsteken en de klok-pulsgenerator 30 in te leiden. De condensator 6 wordt dan over de elek-trodegeleideraansluitingen 26 ontladen en de exponentieel afnemende 10 golfvorm wordt door de hoogfrequentiewerking van de vermogens FET 28 gesplitst.

Fig. 2(a) toont de gesplitste exponentieel afnemende golfvorm op een overdreven wijze. In wezen bestaat de golfvorm volgens fig. 2(a) uit een golfpakket voorzien van. een aantal hoogfrequente cardioversie-15 of defibrillatiepulsen, welke over de elektrodegeleider 26 worden toegevoerd. Fig. 2(b) toont een exponentieel afnemende golfvorm, die niet volgens de uitvinding wordt gesplitst en derhalve overeenkomt met het type puls, dat bij de bekende defibrillatiestelsels worden toegevoerd.

8701123

Claims (10)

1. Cardioversiestelsel voor het automatisch aan een cardioversie-behandeling onderwerpen van het hart van een patiënt, voorzien van een opzamelcondensator, organen om de opzamelcondensator tot een voorafbepaald spanningsniveau te laden, organen om de opzamelcondensator te 5 ontladen en een paar implanteerbare- elektroden, die over de opzamelcondensator zijn verbonden, waardoor de ontlading van de opzamelcondensator over deze elektroden een exponentieel afnemende spanning opwekt gekenmerkt door splitsingsorganen, welke elektrisch tussen de opzamelcondensator en de implanteerbare elektroden zijn verbonden om de 10 exponentieel afnemende spanning over' de implanteerbare elektroden te splitsen.

2. Cardioversiestelsel volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de splitsingsorganen zijn voorzien van een elektronische schakelaar, welke in serie tussen de opzamelcondensator en de implanteerbare elektroden 15 is verbonden, en klokorganen, welke met de elektronische schakelaar zijn gekoppeld om de elektronische schakelaar bij een voorafbepaalde frequentie te openen en te sluiten.

3. Cardioversiestelsel volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de elektronische schakelaar een. veldeffecttransistor omvat.

4. Implanteerbaar cardioversiestelsel voor het automatisch aan een cardioversiebehandeling· onderwerpen van het hart van een patiënt gekenmerkt door detectieorganen voor het detecteren van arrhytmias van het hart, en cardioversieorganen, die in responsie op de detectieorganen tenminste één golfpakket van hoogfrequente cardioversiepulsen 25 opwekken en dit aan het hart toevoeren.

5. Implanteerbaar cardioversiestelsel volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de hoogfrequente cardioversiepulsen optreden bij een frequentie van meer dan één kHz.

6. Implanteerbaar cardioversiestelsel volgens conclusie 5 met het 30 kenmerk, dat de hoogfrequente cardioversiepulsen optreden bij een frequentie tussen 10 kHz en 1 MHz,

7. Werkwijze voor het automatisch aan een cardioversiebehandeling onderwerpen van het hart van een patiënt via implanteerbare elektroden, 8701123 - a - met het kenmerk, dat een arrhytmische toestand van het hart wordt gedetecteerd, en het hart automatisch aan een cardioversie wordt onderworpen in responsie op de detectie van de arrhytmia door tenminste één cardioversiegolfpakket, bestaande uit hoogfrequente cardioversiepulsen 5 over de implanteerbare elektroden te voeren.

8. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat het toevoeren het toevoeren van een exponentieel afnemend spanningsgolfpakket, bestaande uit hoogfrequente cardioversiepulsen, omvat.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de cardio-1Ό versie omvat het' toevoeren van een spanning met een voldoende waarde om het hart te depolariseren aan de implanteerbare elektroden, en het bij een voorafbepaalde frequentie splitsen van de spanning.

10. Werkwijze volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat het toevoeren het koppelen van een volledig geladen condensator over de implanteer- 15 bare elektroden omvat. 8701123