Przedmiotem wynalazku jest uklad stymulatora serca, sterowany licznikiem analogowym, z regulowanymi parametrami pobudzania, impulsem napieciowym o stalej energii, z kompensacja zmian napiecia zasilania i rezystancji obciazenia, oraz z ukladem zabezpieczajacym przed rozregulowaniem.Stymulator serca jest generatorem impulsów do sztucznego elektrycznego pobudzania pracy serca. Przy leczeniu okreslonych zaklócen rytmu serca stymulator wszczepia sie zwykle w cialo pacjenta. Stymulator pracuje zsamowzbudna czestotliwoscia asynchroniczna lub synchroniczna ze skurczami serca, sterowana fala R lubP.Oprócz koniecznych pradów sterowania i przelaczania w wiekszosci znanych stymulatorów wystepuja równiez straty energii. Jezeli w stopniu wyjsciowym ograniczy sie prad pobudzania i (za pomoca mniejszego kondensatora wyjsciowego) obciazenie, wystepuja straty na rezystancjach roboczych, poniewaz nie cale napiecie baterii jest wykorzystywane. Stalo-napieciowe wyjscie (z duzym kondensatorem sprzegajacym) nie ma wpraw* dzie tych wad, ale przy awarii jednej z czterech baterii, energia pobudzania maleje praktycznie do polowy.Trzeba zatem poczatkowo pracowac z nadmierna energia pobudzania, dwukrotnie wieksza od energii pobudza* nia, która przy trzech bateriach równiez powinna zapewnic pobudzanie serca.Zwrócono równiez uwage na to, ze przez poszerzenie impulsu przy zmniejszonym napieciu baterii uzyskuje sie lepsza sprawnosc. W jednym ze znanych rozwiazan prad pobudzania mierzy sie przez calkowanie na kondensatorze, a impuls konczy sie po osiagnieciu okreslonego stalego ladunku. Wada jest przy tym to, ze ten kondensator jest sam czescia impedancji okreslajacej czestotliwosc generatora impulsów i zmiany rezystancji w obwodzie pobudzania maja wplyw zwrotny na czestotliwosc.W innym znanym rozwiazaniu wytwarza sie impuls pradowy o stalej energii, przy czym generator impulsów o szerokosci odwrotnie proporcjonalnej do napiecia zasilania, zawiera indukcyjnosc, która magazynuje energie pobudzajaca i oddaje ja po zakonczeniu impulsu jak przekladnik blokowany. Wady technologiczne zwiazane ze stosowaniem dlawika pozwalaja na stosowanie tej zasady tylko wtedy, gdy napiecie pobudzania jest wyzsze niz napiecie baterii. »2 89 789 W kolejnym rozwiazaniu czestotliwosc pobudzania jest okreslona przez samodzielny generator impulsów, a zmienna szerokosc impulsów przez monowibrator, którego okreslajaca czas pojemnosc mierzy równiez ladunek przeplywajacy w obwodzie pobudzania. Wada jest przy tym wieksza liczba elementów, wystepujace przy prac/ :ez obciazenia bardzo szerokie impulsy wyjsciowe oraz bardzo plaska górna czesc impulsu, co ogranicza mozliwosc sterowania parametrów pobudzania.W nastepnym znanym rozwiazaniu w obwód rozladowania okreslajacego czas kondensatora wprowadza sie zalezna od napiecia rezystancje nieliniowa. Kolejny znany stymulator zawiera kosztowny, elektroniczny przyrzad sterujacy. W obu tych ostatnich stymulatorach nie ma mozliwosci wplywania na mechanizm sterowania poprzez elektrody pobudzajace.Z nielicznymi wyjatkami wiekszosc podanych w literaturze patentowej ukladów stymulatora serca nie ma mozliwosci poszerzania impulsów przy malejacym napieciu baterii. Na skutek tego brak im nie tylko sprawnych srodków dla lepszego wykorzystania energii, ale równiez dla kontroli napiecia baterii. Podczas gdy przy spadku napiecia baterii o 25% wystepuje normalnie zmiana czestotliwosci o okolo 10%, taki spadek napiecia wymaga wzrostu szerokosci impulsu o okolo 100%. Wartosc uzytkowa ukladu stymulatora serca zalezy jednak w istotny sposób równiez od mozliwosci kontrolowania stanu baterii.W znanych stymulatorach serca pojemnosc stosowanych zródel pradu, w pierwszym rzedzie baterii rteciowych, nie jest optymalnie wykorzystywana. Mala sprawnosc techniczna tych stymulatorów, tó jest stosunek energii impulsu pobudzajacego do energii pobieranej z baterii wynoszacy ponizej lub w przyblizeniu 50%, okreslony jest przez pobór energii stymulatora i przez straty w stopniu wyjsciowym. Przez ograniczanie energii pobudzajacej za pomoca ograniczania pradu pobudzajacego, przez dobranie kondensatora sprzegajacego na wyjsciu, ladunek jest wykorzystywany równiez do oddawania energii w stopniu wyjsciowym na rezystancjach wlasnych ukladu.Baterie zasilajace sa dotychczas elementami o najwiekszym wspólczynniku uszkodzen i o najmniejszej, sredniej zywotnosci. W przypadku zuzycia baterii, pobudzanie serca staje sie watpliwe i stymulator musi byc wymieniany natychmiast, gdy tylko zauwazy sie spadek napiecia zasilajacego. Jezeli bowiem pojemnosc normalnie dzialajacych baterii rteciowych jest prawie calkowicie wyczerpana, to pod koniec wyladowania nastepuje szybki spadek napiecia, tak ze pozostaje juz bardzo malo czasu na wymiane stymulatora. Zwykle napiecie zasilania kontroluje sie poprzez kontrole czestotliwosci wyjsciowej generatora impulsów. Kontrola ta nastepuje jednak przez wysokoomowa i najsilniej zaklócajaca czesc ukladu. Przy bledach technologicznych, szczególnie w przypadku pekniec w zywicy zalewowej i powstawaniu wewnatrz obwodu mostków elektrolitycz¬ nych, bocznik taki powstaly przy ustalajacym czestotliwosc czlonie RC, prowadzi do rozregulowania stymulato¬ ra. W medycynie znanych jest szereg takich zagrazajacych zyciu lub smiertelnych przypadków. Ponadto przy stymulatorach sterowanych fala R lub fala P dla dokonania kontroli, trzeba za pomoca lacznika magnetycznego przerywac kluczowanie. Podczas takiej operacji kontrolnej istnieje pewne zagrozenie dla pacjenta, gdyz moze nastapic migotanie komory sercowej, jezeli impuls pobudzajacy przypadnie w podatnej fazie naturalnego procesu pobudzania serca.Niektóre stymulatory wyposazone sa w dodatkowe urzadzenie, aby podczas wszczepiania stymulator wylaczac, lub by sygnal wyjsciowy przy przyspieszonym rytmie pobudzania stopniowo regulowac dla okreslenia progu pobudzania. Przy tym wzrasta jednak liczba elementów ukladu oraz wzrastaja mozliwosci uszkodzen i koszty.Uklad stymulatora serca z generatorem impulsów polaczonym ze stopniem przylaczajacym, do którego poprzez kondensator sprzegajacy dolaczona jest rezystancja serca, na która sklada sie rezystancja elektrod, rezystancja przejscia i rezystancja tkanek, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze równolegle do kondensatora sprzegajacego dolaczone jest wejscie dyskryminatora o zaleznej od napiecia czulosci zadzialania, w sensie odwrotnej proporcjonalnosci. Wyjscie tego dyskryminatora jest polaczone z okreslajacym czas kondensa¬ torem generatora impulsów.W ukladzie wystepuje galwaniczne polaczenie pomiedzy elektrodami pobudzajacymi, a organami steruja¬ cymi stymulatora to jest kondensatora sprzegajacego i stopnia przelaczajacego.W ukladzie stymulatora wystepuje ponadto galwaniczne sprzezenie zwrotne napiecia na kondensatorze sprzegajacym, na okreslajacy czestotliwosc czlon rezystorowo-pojemnosciowy generatora impulsów.W stymulatorze serca wedlug wynalazku spadek napiecia baterii, na skutek zwarcia wewnetrznego, lub na skutek wzrostu rezystancji wewnetrznej, powoduje typowa zmiane czestotliwosci pobudzania, mierzalna na podstawie liczby impulsów. Istnieje ponadto mozliwosc oceny napiecia baterii na podstawie jeszcze drugiego kryterium, które nie jest zalezne od wysokoomowej czesci obwodu i które jest czytelne bez zaklócenia dzialania równiez przy czestotliwosci synchronicznej fali R lub P. Rezystancje przejscia elektrody i energie pobudzania mozna oceniac równiez po wszczepieniu stymulatora. Energia pobudzania nawet przy spadku napiecia89 789 3 zasilajacego pozostaje mozliwie dlugo jeszcze stala. Po wszczepieniu stymulatora istnieje mozliwosc dlawienia energii pobudzania, aby mozna ustalic biologiczny próg pobudzania wzglednie margines bezpieczenstwa pobudzania nadprogowego. W przypadkach awaryjnych istnieje mozliwosc krótkotrwalego zmniejszania lub zwiekszania energii pobudzania. W przypadku uszkodzenia w ukladzie elektronicznym, które prowadzi do rozregulowania stymulatora, energia pobudzania automatycznie ulega zmniejszeniu ponizej wartosci progowej zanim nastapi niebezpieczna czestotliwosc impulsów. Przy dluzszym skladowaniu jalowy pobór pradu jest dlawiony. Generator impulsów ma niezwykle maly pobór pradu, bez potrzeby stosowania rezystora o duzej wartosci. Sprawnosc techniczna ukladu jest mozliwie jak najwieksza. Wszystkie wymienione wlasciwosci sa uzyskane przy minimalnej ilosci elementów elektronicznych.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ukladu stymulatora serca.W ukladzie tranzystor przylaczajacy T1 sterowany jest przez generator impulsów przez multiwibrator ze sprzezeniem emiterowym, wykonany na komplementarnej parze tranzystorów T3, T4. W stanie wylaczonym polaryzacja bazy tranzystora T4 jest utrzymywana przez nieliniowy dzielnik napieciowy, zlozony z rezystora R8, który mozna równiez zastapic zródlem pradu stalego, oraz z diod D1, D2. Gdy kondensator C2 jest poprzez ' duzy rezystor R4 naladowany tak, ze nastepuje zadzialanie ukladu, wówczas przez rezystor R6, tranzystor T3 i diody D1, D2 plynie prad przelaczajacy tranzystor wyjsciowy T1. Niezaleznie od tego, prad okreslajacy czas impulsu plynie z kondensatora C2 przez rezystor R7 poprzez pare tranzystorów komplementarnych T3, T4. Przy danej pojemnosci kondensatora C2 czestotliwosc generatora impulsów jest zatem okreslona przez rezystor R4, a czas trwania impulsu — przez rezystor R7. Czas trwania impulsu ulega skróceniu, gdy poprzez tranzystor T2 nastepuje rozladowanie kondensatora C2. Tranzystor T2 kontroluje ladowanie kondensatora Cl. Kiedy jego napiecie wraz z napieciem rezystora R2 z dzielnika napieciowego R1, R2 osiagnie polaryzacje bazy potrzebna dla wprowadzenia tranzystora T2 wstan przewodzenia, impuls zostaje przerwany. Zaleznie od wartosci rezystancji serca Rh czas ladowania kondensatora Cl, a zatem i czas trwania impulsu, jest rózny, ale energia pobudzajaca pozostaje stala, poniewaz zawsze oddawany jest jednakowy ladunek przy jednakowym napieciu. Jezeli napiecie baterii, nie pokazanej na rysunku spada, wówczas odnosi sie to w taki sam sposób do spadku napiecia na rezystorze R2. Do kondensatora C1 musi doplynac wiekszy ladunek, zanim tranzystor T2 przejdzie wstan przewodzenia, a impuls pobudzajacy zostanie zakonczony. Ten zwiekszony ladunek utrzymuje energie impulsu wyjsciowego praktycznie na stalym poziomie. Ladunek kondensatora C1, zalezny od napiecia zasilajacego, plynie w czasie przerwy pomiedzy impulsami przez dzielnik napieciowy R|_|, R3 i wytwarza na rezystorze R3 zalezne od napiecia zasilajacego napiecie regulacyjne, które opóznia ladowanie kondensatora C2. W przypadku baterii zlozonej z pieciu ogniw rteciowych i przy normalnym progu pobudzania, licznik nawet przy spadku napiecia pobudzajacego do polowy, zapewnia jeszcze pobudzanie serca. Przy czestotliwosci podstawowej 72—74 impulsów/minute przewidziane sa znniany czestotliwosci w granicach 65—80 impulsów/minute.Poniewaz w przedstawionym ukladzie kondensator sprzegajacy laduje sie w zakresie 0,3—0,6 V, to taka sama róznica potencjalów musi istniec pomiedzy elektrodami pobudzajacymi E1 serca i obojetnymi elektrodami E2 przy obudowie stymulatora serca, jezeli pobudzanie serca ma byc calkowicie zablokowane i odpowiednio mniejsze, jezeli sygnal wyjsciowy stymulatora ma byc obnizony o jedna trzecia lub do polowy, albo do jednej trzeciej, aby sprawdzic margines bezpieczenstwa nadprogowego pobudzania serca. Przeciw przeplywowi przez klatke piersiowa pradów przy tak niskich napieciach, tym bardziej w klinicznych warunkach osrodka kardiologi¬ cznego, nie ma przeciwskazan medycznych, znane jest bowiem przeprowadzenie przez sredni personel medyczny, przeplywu znacznie silniejszych pradów w charakterze srodków terapeutycznych, co zalecane jest wraz z jontoforeza przy leczeniu angina pectoris.Poniewaz jednak prad sterowania nie powinien byc przepuszczany przez elektrode serca, pomiedzy kondensatorem C1 i rezystorem R2 dzielnika napieciowego wprowadzone sa dodatkowe elektrody obojetne E2, których polaczenie z kondensatorem C1 ma rezystancje w przyblizeniu 500 fi. Napiecie sterujace do zmian energii wyjsciowej dostarczane jest wtedy przez obie elektrody obojetne.Dzialanie ukladu jest nastepujace: Zawiera on generator impulsów, który wprowadza tranzystor przelacza¬ jacy w stan przewodzenia. Do jego wyjscia dolaczona jest rezystancja obciazenia, która nazwano rezystancja serca. Jako generator impulsów uzyty jest znany multiwibrator z komplementarna para tranzystorów ze sprzezeniem emiterowym, którego punkt pracy jest okreslony przez elementy nieliniowe, korzystnie diody pólprzewodnikowe. Pobór pradu takiego generatora impulsów jest zmniejszony przez niskie napiecie polaryzacji.W obwód wyjsciowy stymulatora serca rezystancja serca jest wlaczona w znany sposób przez kondensator sprzegajacy, który uniemozliwia przeplyw pradu stalego przez tkanke. Kondensator sprzegajacy jest wykonany jako czlon pomiarowy liczacy i sterujacy.Zadzialanie dyskryminatora napiecia powoduje rozladowanie kondensatora okreslajace czas trwania impulsu. Impuls pobudzajacy zostaje skrócony. Napiecie dyskryminatora jest zmienne i zalezne odwrotnie4 89 789 proporcjonalnie od napiecia baterii. Na skutek takiego rozwiazania ukladu, stopien wyjsciowy wspólpracuje z dyskryminatorem i generatorem impulsów jako licznik analogowy, który na podstawie rezystancji obciazenia i napiecia zasilajacego, jako zmiennych niezaleznych, zmienia czas pobudzania jako zmienna zalezna tak, ze powstaja impulsy pobudzajace o stalej energii. Okreslony, staly ladunek, a zatem i energia pobudzania, który konczy impuls, uzyskiwany jest tym szybciej, im nizsza jest rezystancja zewnetrzna, a w przypadku spadku napiecia zasilajacego, odpowiednio duzy ladunek musi najpierw doplynac do kondensatora sprzegajacego zanim zadziala dyskryminator i impuls trwa dluzej. Naladowanie kondensatora sprzegajacego odpowiada przy impulsie pobudzajacym spadkowi napiecia wierzcholka impulsu, co równiez po wszczepieniu stymulatora mozna obserwowac na oscylografie. Spadek ten wybiera sie tak duzy, przez ustalenie napiecia zadzialania dyksrymina- tora, ze jego stosunek do napiecia szczytowego mozna okresiic ilosciowo za pomoca oscylografu. Stosunek ten jest funkcja napiecia zasilajacego i dlatego stanowi kryterium sprawdzania napiecia. Na podstawie tak okreslone* go napiecia zasilania i odpowiedniego, znanego ladowania kondensatora sprzegajacego oraz czasu trwania impulsu, mozna obliczyc rezystancje zewnetrzna.Poniewaz kondensator sprzegajacy, stanowiacy element pomiarowy licznika, jest polaczony galwanicznie z elektrodami i z dyskryminatorem, mozna równiez od zewnatrz oddzialywac na przebieg napieciem sterujacym.Jezeli zewnetrzne napiecie sterujace powoduje naladowanie kondensatora sprzegajacego z ta sama polaryzacja jak prad pobudzania, to na skutek tego skraca sie czas trwania impulsu. Mozliwe jest ponadto zablokowanie generatora impulsów podczas dluzszego skladowania, przez co pobór pradu zostaje zmniejszony do minimum.Duze znaczenie ma mozliwosc uzyskania malego napiecia polaryzacji na kondensatorze sprzegajacym równiez za pomoca pradu stalego przeplywajacego przez klatke piersiowa, zawierajaca elektrody pobudzajace, przez zastosowanie nie nasuwajacych obaw napiec i natezen pradu. Przez stopniowe skracanie impulsu pobudzajacego mozna okreslic biofizyczny próg pobudzania serca, a zatem i rezerwe mocy stymulatora. Jezeli kondensator sprzegajacy zostanie przeladowany napieciem o odwrotnej polaryzacji — kondensator tantalowy znosi bez uszkodzen krótkotrwale przeladowanie tego typu w zakresie kilku dziesietnych czesci wolta — wów¬ czas wzrasta energia pobudzajaca. W przypadku ustania pobudzania serca, na skutek wzrostu progu pobudzania, mozna okreslic próg pobudzania preoperacyjne i ustalic potrzebny sygnal wyjsciowy stymulatora zastepczego lub szybciej przezwyciezyc zagrozenie. W przypadku rozregulowania sie stymulatora mozna pobudzanie serca na krótki czas wylaczyc, dopóki elektrody nie zostana uwolnione i nie zostanie dolaczony stymulator zewnetrzny.Przy szczytowo duzym wzroscie czestotliwosci, wlasny mechanizm regulacyjny stymulatora powoduje wylaczenie pobudzania, poniewaz przy skróconej przerwie pomiedzy impulsami pobudzajacymi, ladunek kondensatora sprzegajacego moze odplynac jedynie czesciowo.Zasada budowy ukladu stymulatora powoduje, ze przy spadku napiecia baterii kondensator sprzegajacy laduje sie silniej. W przerwie pomiedzy impulsami pobudzajacymi kondensator sprzegajacy rozladowuje sie przez rezystancje wyrównawcza. Na rezystancji tej powstaje przy tym napiecie sterujace, które równiez jest wykorzystywane aby w przypadku spadku napiecia baterii zmniejszyc czestotliwosc impulsów, gdy spadek ten sprowadza sie do wzrostu rezystancji wewnetrznej, jak to ma miejsce w przypadku wyczerpanej baterii. W tym przypadku podczas przerwy pomiedzy impulsami pobudzajacymi, przy praktycznie nieobciazonej baterii, napiecie na zaciskach jest normalne. Podczas impulsu pobudzajacego napiecie na zaciskach baterii spada, co licznik wyrównuje przez silniejsze ladowanie kondensatora sprzegajacego. Powstaje przy tym wieksze napiecie sterujace, które jest tak doprowadzane do generatora impulsów, ze zmniejsza jego czestotliwosc. Przy trwalym spadku napiecia baterii na skutek wewnetrznego zwarcia jednej lub dwóch baterii rteciowych, opisany mechanizm sterowania moze jednak skompensowac wzrost czestotliwosci, który tkwi w samym generatorze impulsów jedynie czesciowo i wystepuje jednak wzrost czestotliwosci impulsów pobudzajacych.Mozna jednak odróznic, czy mierzalny oscylografem spadek napiecia pobudzajacego jest spowodowany zwarciem baterii czy jej wyczerpaniem. Na skutek takiego oddzialywania zwrotnego stopnia wyjsciowego na czestotliwosc generatora impulsów w przypadku uszkodzenia izolacji, które powoduje zboczni kowanie rezystan¬ cji okreslajacej czestotliwosc czlonu RC, powstaje czynne sprzezenie zwrotne ujemne. Utrzymuje ono wzrost czestotliwosci w bezpiecznych jeszcze granicach, az na skutek dzialania opisanego juz mechanizmu, sygnal wyjsciowy zmaleje do wartosci podprogowej. Nawet w przypadku zwarcia wewnatrz obwodu, opisany proces regulacyjny kompensuje niebezpieczne rozregulowanie ukladu.Korzysci wyplywajace z zastosowania wynalazku polegaja na przedluzeniu zywotnosci stymulatora serca i na zwiekszeniu bezpieczenstwa pacjentów, co wynika z nowych mozliwosci regulacji i sterowania. PL