SE449444B - Frekvensbegrensad hjertstimulator - Google Patents

Description

20 25 30 35 449 444 2 Denna form av frekvensrusningsskydd har fått allmän använd- ning och hindrar enkla komponentfel i stimulatorn att åstadkomma ett livshotande frekvensrusningstillstând.

Ehuru denna teknik har fått allmän användning i moderna, digitala hjärtstimulatorer, är den ej inriktad på lågfrekvensfelfunktionssätt eller på andra problem, som hjärtstimulatorer, vilka arbetar under styrning av lagrade data, möter.

En ytterligare patentskrift, som allmänt har avseende på frekvensgränstekniker för hjärtstimulatorer, är US patentskriften 3 903 897, som allmänt beskriver en AV-sekvensstimulator med begränsningskretsar för en övre och en undre frekvens. I denna hjärtstimulator förbises synkroniseringspulser, vilka erhålles ur förmaks- eller kammardepolariseringen, bortom de förinställda övre och undre frekvensgränserna. Om dessa frekvensgränser över- skrides, åstadkommes asynkrona stimuleringspulser i ett återgångsfunktionssätt. Denna frekvensbegränsningsteknik är ej inriktad mot och är ej heller tillämpbar på de problem som hjärtstimulatorer möter, vilka arbetar under styrning av lagrade data, utan avser endast verkan pâ hjärtstimulatorn av flera depolariseringar, som över- skrider den övre frekvensgränsen eller faller under den undre frekvensgränsen.

Hjärtstimulatorer, som arbetar under styrning av lagra- de data, är kända inom tekniken från US patentskrift 4 267 843, inlämnad den 6 november 1978. Programmerbara hjärtstimulatorer av denna typ har ett antal kritiska driftsparametrar lagrade i ett flyktigt halvledarminne.

Förlusten av denna information genom skenprogrammering eller genom andra åtgärder kan resultera i att utsignal- pulser avges vid en frekvens utanför fysiologiskt säkra gränser.

Den frekvensbegränsade hjärtstimulatorn enligt före- liggande uppfinning innefattar däremot kretsar för säker- ställande av att förlusten av i ett lokalt minne lagrad information fortfarande kommer att resultera i att stimule- ringspulser avges till hjärtat, vilka pulser ligger mellan 10 l5 20 25 30 35 449 444 3 en fysiologiskt säker övre resp undre gräns.

Denna funktion uppnås genom införande av en ny frek- vensgränslogikenhet mellan stimulatorns pulsformningsdel och stjmulatorns utgångs- eller pulsavgivningsdel. I denna konfiguration mottager frekvensgränslogikenheten en stimulatorfrekvensinsignal från pulsformningskretsarna och alstrar en utpulsfrekvenssignal, vilken är instängd mellan förinställda gränser. Konstruktionen av frekvens- logikenheten, som uppnår denna funktion, inbegriper en övervakningsenhet för detektering av tillståndsövergångar hos insignalen samt en tidkretsanordning för säkerstäl- lande av att insignalen uppfyller förinställda tidskrite- rier.

För den händelse att insignalen överskrider en fysio- logiskt säker övre frekvensgräns hindrar tidskretsarna stimuleringspulser att nå hjärtat tidigare än inom ett förinställt maximifrekvensintervall.

För den händelse att stimulatorlogikenheten alstrar en infrekvenssignal under en fysiologiskt säker gräns, såsom definierad genom ett bortfallsfrekvensintervall, kommer frekvensgränslogikenheten att verka för åstad- kommande av stimuleringspulser vid en förinställd minimi- frekvens.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l är ett blockschema, som visar den funktionella uppbyggnaden av den frekvensbegränsade hjärtstimulatorn. Fig 2 är ett tidsdiagram, som visar arbetssättet för frekvensgräns- logikenheten enligt uppfinningen. Fig 3 är ett diagram över utpulsfrekvensen som funktion av inpulsfrekvensen under stimulering. Fig 4 är ett diagram vid inhibering.

Fig 5 är ett logikkretsschema över en realisering av den frekvensbegränsade hjärtstimulatorns frekvensgränslogik- enhet.

Den i fig l visade frekvensbegränsade stimulatorn innefattar en stimulatorlogikenhet 10 för alstring av pulser med en frekvens, som är beroende av innehållet i ett minne 22 samt avkänd hjärtaktivitet, som överföres UI 10 l5 20 30 449 444 4 till en avkänningsförstärkare 30 från hjärtat. Denna puls- formande del av stimulatorn lämnar pulser till en frek- vensgränslogikenhet 12. Frekvensgränslogikenheten över- vakar infrekvensen via en frekvensingång 24 samt åstad- kommer en överensstämmande utfrekvens, om infrekvensen ligger mellan förinställda övre och undre frekvensgränser.

Utfrekvensen lämnas till en utgångsförstärkare l4 via en anslutning 32.

Frekvensgränslogikenheten 12 är styrd från stimulator- logikenheten 10 med hjälp av tre styrsignaler, som är betecknade ÃTERSTÄLL (25), FREKVENSGRÄNSLPPHÄVNING (26) och STIMULERING/INHIBERING (28) samt en klocksignal 27, såsom visat i fig l. Var och en av dessa av stimulator- logikenheten utvecklade styrsignaler modifierar arbets- sättet för frekvensgränslogikenheten 12.

Klocksignalen 27, som erhålles från en kristalloscilla- tor med frekvensen 32,768 kHz, lämnar den grundläggande tidsinformationen av frekvensen 1,024 kHz för de olika frekvensgränserna. Stimulerings/inhiberingssignalen 28 är en styrsignal om en bit, som informerar frekvensgräns- logikenheten om stimulatorn arbetar på ett inhiberat funktionssätt eller lämnar stimuleringspulser till hjärtat.

En logisk 0 på stimulerings/inhiberingsstyrledningen 28 svarar mot att stimulatorn arbetar på det inhiberade sättet samt hindrar infrekvenssignaler från att alstra en mot- svarande utfrekvenssignal.

Frekvensgränsupphävningsstyr:ignalen 26 har spännings- nivån logisk l under normal drift av den implanterade hjärtstimulatorn, vilket tillåter frekvensgränslogik- enheten att arbeta på skyddat sätt. För vissa diagnostiska ändamål är det emellertid önskvärt att utsignalens stimulans- frekvens tillåtes gå bortom de normalt fysiologiskt säkra frekvenserna. En logisk 0 hos frekvensgränsupphävnings- styrsignalen 26 kommer att overksamgöra frekvensgräns- logikenheten och tillåta utfrekvensen att följa den mot- svarande infrekvensen bortom de förinställda maximi- och minimifrekvenserna. Återställningsstyrsignalen 25 är en styrsignal om en bit, 10 15 20 25 30 35 449 444 _ 5 som har spänningsnivån logisk 0 under stimulatorns normala drift. Om stimulatorlogikenheten 10 ger upphov till en infrekvensledningen 24 pålagd frekvens, som ligger under de fysiologiskt säkra gränserna, kommer frekvensgräns- logikenheten att låsa vid en minimifrekvens och alstra utpulser vid en minimistimulansfrekvens till dess att detta funktionssätt återställes genom påläggande av en spänningsnivå logisk 1 på återställningsingången 25.

Den frekvensbegränsade hjärtstimulatorn, som är visad i fig l, innefattar sammanfattningsvis en Erekvensgräns- logikenhet, som mottager en infrekvenssignal från den frekvensbestämmande stimulatorlogikenheten 10 liksom ett antal klock- och styrsignaler samt alstrar en utfrekvens, som ligger mellan fysiologiskt säkra gränser för hjärtat, varigenom komponentfel eller felprogrammering av stimula- torlogikenheten 10 hindras från att ge upphov till stimula- torinducerad takykardi eller bradykardi. l fig 2, vartill nu hänvisas, visas grafiskt arbets- sättet för frekvensgränslogikenheten 12 som gensvar på låga infrekvenser och höga infrekvenser.

En vågform A representerar den infrekvens som finns tillgänglig på ledaren 24, alstras av stimulatorlogik- enheten 10 samt avges till frekvensgränslogikenheten 12.

Den motsvarande undre vågformen B representerar utfrekven- sen 32 från frekvensgränslogikenheten som gensvar på den insignalsvågformen. I figuren representerar pulser 40 och 42 kammarstimuleringspulser, som är skilda åt av intervall på 0,8 s, vilka svarar mot en stimulerings- frekvens på ungefär 72 slag/min. Frekvensgränslogik- enheten reagerar genom att avge motsvarande kammarstimule- ringspulser 44 och 46 till utgångsbuffertförstärkaren 14 för tillförsel till hjärtat. Om inga infrekvenspulser detekteras under ett bortfallsintervall på 2 s, så kommer lågfrekvenslogikenheten att avge kammarstimuleringsutpulser på ledningen 32 vid en förinställd minimifrekvens, vilken i figuren är visad som 1,25 s, vilket motsvarar en stimule- ringsfrekvens på 53,3 slag/min för en klocksignal av frek- vensen l,024 kHz.

LW 10 20 25 30 35 449 444 6 Om infrekvensen till frekvensgränslogikenheten 12 över- skrider en övre frekvens, såsom visat i fig 2 i en vågform C, så kommer utfrekvensen 32 från frekvensgränslogikenheten l2 att ligga på en övre frekvensgräns, som svarar mot intervallet 0,390 s och är visad som vågform D, som mot- svarar stimuleringsfrekvensen 153,3 slag/min. Detta med lhänvisning till fig 2 beskrivna arbetssätt är schematiskt visat i fig 3, som visar utfrekvensen som funktion av infrekvensen för arbetssättet stimulering. När hjärt- stimulatorn är inhiberad, skulle emellertid inga stimule- ringsutpulser avges till buffertförstärkaren 14 av frek- vensgränslogikenheten. Detta är visat i fig 4. Vid båda arbetssätten kommer emellertid frekvensgränslogikenheten 12 att fortsätta att övervaka infrekvensen, som kan alstras för användning på annat ställe i stimulatorlogik- enheten 10. vid inhiberad stimulering, såsom visat i fig 4, kommer således utsignalen från frekvensgränslogik- enheten 12 att vara 53,3 slag/min enbart om infrekvensen till frekvensgränslogikenheten ligger under 53,3 slag/min.

I fig 5, vartill nu hänvisas, visas ett sätt att realisera den nya frekvensgränslogikenheten enligt före- liggande uppfinning. Infrekvensen på infrekvensanslut- ningen 24 föres genom logikenheten till utfrekvensanslut- ningen 32, om infrekvensvågformen uppfyller vissa för- inställda repetitionsfrekvenskriterier. Om infrekvensen minskar under en förinställd miniminivå, så kommer den i fig 5 visade logikenheten att alstra utsignaler vid en förinställd minimifrekvens. Om infrekvensen å andra sidan överstiger ett förutbestämt maximum, så kommer den i fig 5 visade logikenheten att verka för att hindra stimuleringspulser från att nå utfrekvensanslutningen 32 bortom en förinställd frekvens.

En pulsräknare 60 om 12 steg mottager närmare bestämt klockpulser av frekvensen 1,024 kHz från en klockingångs- ledning 27. Räknarens 60 Q-utgångar får hög nivå i följd och kombinatorisk logik, som verkar på Q-utsignalerna, kan användas för alstring av logiska tillstånd vid för- inställda tidsintervall. Såsom visat i schemat matas 10 l5 20 25 30 35 449 444 7 exempelvis utsignalerna Q5, Q8 och Q9, som svarar mot räknetillstånden 24, 27 resp 28 hos räknaren 80, till en NAND-grind 62, vilken kommer att alstra en utsignalnivå logisk l på en ledare 64 periodiskt. Den i schemat visade pulsräknaren om 12 steg kommer vid klockning med en klock- signal av frekvensen l,024 kHz att alstra en logisk l på utgångsledningen 64 med intervall om 0,39 s. Likaledes kommer insignalerna Q8, Qll till en NAND-grind 66 att åstadkomma ett tillstånd logisk 1 på en ledare 68 med intervall om 1,125 s, och de kombinerade insignalerna till en NAND-grind 70 kommer att alstra en utsignal på en ledare 72 med intervall om 2 s. Under drift âterställes räknaren 60 för varje detekterad logisk övergång på insignalledningen 24 och vissa av de kombinatoriska ut- signaler som just beskrivits alstras ej under normal stimulatordrift.

Under drift övervakar en kanttriggad logikenhet 74 infrekvensen 24 och alstrar en kort utpuls, som finns tillgänglig i en nod 76 under varje i positiv riktning gående övergång hos infrekvenssignalen. I kombination med andra aktiverar denna signal en NAND-grind 78, som återställer räknaren 60 via en NAND-grind 80 vid bakkanten av varje infrekvenssignal. Som följd härav räknar räknarenl 60 från 0 vid den positiva kanten av varje infrekvens- signal. Ledningen 64 för maximifrekvensgränsen ändrar tillstånd vid slutet av ett tidsintervall på 390 ms, vilket är inställt medelst räknarutsignalerna Q5, Q8 och Q9. Detta logiska tillstånd utnyttjas för verksamgöring av en NAND-grind 82 via en vippa 77, som tillåter till NAND-grinden 82 kopplade infrekvenssignaler att stega fram utsignalen från en NAND-grind 86 och därmed alstra en utsignal på utgångsledaren 32. Det av räknaren 60 upprättade tidsintervallet tillåter följaktligen utfrekvensen att följa infrekvensen så länge infrekvensen ej överstiger den maximala frekvens som är inställd medelst räknarens 60 tidsintervall.

Den undre frekvensgränsen verkar på följande sätt.

Om ingen kant detekteras av kantdetektorn 74 inom ett 10 15 20 25 30 449 444 8 tidsintervall på 2 s, upprättat av utgången Ql2 från räkna- ren 60, så kommer en vippa 88 att låsa och pâlägga en logisk 0 på vippans 88 Ö-utgång, varigenom räknaren 60 återställes. Vippan fördröjer återställningen av räknaren 60 med en klockeykel för att hindra ett rusningstillstånd ll. Detta ger också med räknarens utsignal för tillståndet 2 tidsstyrningen för minimifrekvenspulsbredden. Den logiska övergången, som låser vippan 88, avger också en minimi- frekvenssignal till en inverterare 90, som stegar fram en utgångsgrind 86 och alstrar en stimulanspuls 2 s efter den senast detekterade tillstândsövergången på infrekvens- ledningen. Denna signal låser en vippa 92 av RS-typ och alstrar en logisk nivå på NAND-grinden 66, som tillåter ytterligare pulser från räknaren 60 i motsvarighet till räknetalen för Q8 och Qll att kopplas via en ledare 94 till utfrekvensanslutningen 32. Det skall också påpekas, att utpulsen från grinden 86 triggar kantdetektorn 75.

Denna krets triggar vid bakkanten av varje utpuls och återställer maximifrekvensvippan 77 för overksamgöring av utsignalen under ett tidsintervall på 390 ms.

Efter en fördröjning på 2 s efter den senast detekte- rade logiska övergången hos infrekvensen kommer således logiken för lågfrekvensgränsen att arbeta som en asynkron tidkrets, som alstrar stimulansutsignaler vid en nod 32 med förinställd frekvens, som motsvarar l;l25 s eller ungefär 53,3 slag/min. För att komma ur denna lågfrekvens- med måste en nivå logisk l påläggas återställningsled- ningen 25 för återställning av vippan 92. Detta kan ske genom att den behandlande läkaren omprogrammerar hjärt- stimulatorn eller genom stimulatorlogiken.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 449 444' PATENTKRAV

1. Frekvensbegränsad hjärtstimulator, k ä n n e - t e c k n a d av en oscillator för åstadkommande av klockpulser vid en klockfrekvens, minnesorgan för lagring Åav parameterdata, stimulatorlogikorgan för alstring av en infrekvenssignal som gensvar på lagrade parameterdata och klockpulserna samt frekvensgränslogikorgan för att som gensvar på infrekvenssignalen och klockpulserna alstra en utfrekvenssignal, som är lika med infrekvens- signalen, om infrekvenssignalen ligger mellan en övre maximifrekvensgräns och en undre bortfallsfrekvensgräns, alstra en utfrekvens, som är i huvudsak lika med maxi- mifrekvensgränsen, om infrekvenssignalen överstiger maximifrekvensgränsen, och alstra en utfrekvens vid en minimifrekvens, om infrekvensen är lägre än bort- fallsfrekvensen.

2. Stimulator enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att frekvensgränslogikorganen innefattar övervakningsorgan för detektering av insignals- tillståndsövergångar och alstring av en räknaråterställ- ningssignal som gensvar på tillståndsövergångar, räknar- organ för att som gensvar på klockpulserna alstra en minimifrekvensintervallsignal, en maximifrekvensinter- vallsignal och en bortfallsfrekvensintervallsignal, första organ för att som gensvar på maximifrekvensinter- vallsignalen grindstyra insignalen till utsignalorganen, när insignalsperioden överstiger maximifrekvensintervallet, andra organ för att som gensvar på bortfallsintervall- signalen hindra räknaråterställningssignalerna att åter- ställa räknaren samt tredje organ för att som gensvar på bortfallsintervallsignalen alstra en utfrekvens vid en frekvens, som motsvarar minimifrekvensintervallet.

3. Stimulator enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att frekvensgränslbgikorganen innefattar övervakningsorgan för detektering av insignals- tillståndsövergångar och alstring av en räknaråterställ- _ V -..fi-u-qv-fi.. (Il 10 15 20 25 449 444 l0 ningssignal som gensvar på tillståndsövergångar, räknar- organ för att som gensvar på klockpulserna alstra en första minimifrekvensintervallsignal, en andra maximifrekvens- intervallsignal och en tredje bortfallsfrekvensinterval1- -signal, första logikorgan för att som gensvar på maximi- frekvensintervallsignalen grindstyra insignalen till utsignalorganen, när insignalsperioden överstiger maximi- frekvensintervallet, andra logikorgan för att som gensvar på bortfallsintervallsignalen hindra räknarâterställnings- signaler att återställa räknaren och tredje logikorgan för att som gensvar på bortfallsintervallsignalen alstra en utfrekvens vid en frekvens, som motsvarar minimifrek- vensintervallet.

4. Stimulator enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att frekvensgränslogikorganen innefattar övervakningsorgan för detektering av insignalens tillstånd, räknarorgan för att som gensvar på klockpulserna alstra en första minimifrekvensintervallsignal, en andra maximifrekvensintervallsignal och en tredje bortfalls- frekvensintervallsignal, första logikorgan för att som gensvar på maximifrekvensintervallsignalen grindstyra insignalen till utsignalorganen, när insignalsperioden överstiger maximifrekvensintervallet, andra logikorgan för att som gensvar på bortfallsintervallsignalen hindra räknaråterställningssignaler att återställa räknaren samt tredje logikorgan för att som gensvar på bortfallsinter- vallsignalen alstra en utfrekvens vid en frekvens, som motsvarar minimifrekvensintervallet.