SU1053836A1

SU1053836A1 - Implanted electrocardiostimulant

Info

Publication number: SU1053836A1
Application number: SU802966205A
Authority: SU
Inventors: Сергей Семенович Григоров; Леонид Евгеньевич Смольников; Вадим Анатольевич Атопков; Юрий Иннокентьевич Абашиев; Вячеслав Викторович Дудин; Наталья Михайловна Егорова; Валентина Евгеньевна Смольникова
Original assignee: Всесоюзный кардиологический научный центр АМН СССР
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1983-11-15

Abstract

ИМПЛАНТИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОСТИМУЛЯТОР , содержащий источник питани , св занные с ним блок управлени и коммутирующий мост из , двух резисторов и двух транзисто .ров, первый из которых подключен к блоку управлени , и последовательно соединенные конденсатор и -нагрузку , включенные в диагональ коммутирующего моста, отличающий с тем, что, с целью увеличени срока , он снабжен диодом и схемой задержки, CBff3aHHofl с источником питани , блоком управлени и вторым транзистором, при этом диод включен параллельно перв ому резистору. ел со Об со An implanted electrocardiogram containing a power source, a control unit connected to it and a switching bridge of two resistors and two transistors, the first of which is connected to the control unit, and a series-connected capacitor and -load included in the diagonal of the switching bridge distinguished with in order to extend the period, it is equipped with a diode and a delay circuit, CBff3aHHofl with a power source, a control unit and a second transistor, while the diode is connected in parallel with the first resistor. ate with about

Description

Изобретение относитс к медици а именно к имплантируемым электро кардиостимул торам. Известны имплантируемые электрокардиостймул Уоры , содержащие источник питани , блок управлени и выходной каскад Ч , Недостатки известныхустройств большие габариты и вес. Наиболее близким к предлагаемо вл етс имплантируемый электрокардиостимул тор , содержащий исто ник питани , блок управлени , ком мутирующий мост из двух резисторо и двух транзисторов, конденсатор нагрузку 2 . Недостаток известного устройст ва - непродолжительный срок служб Цель изобретени - увеличение срока службы Поставленна цель достигаетс тем,что имплантируемый электро . кардиостимул тор, содержащий исто ник питани , св занные с ним блок управлени и коммутирующий мост: из двух резисторов и двух транзис торов , первый .из которых подключ к блоку управлени , и последовател но соединенные .конденсатор и нагрузку , включенные в д-иагональ ком мутирующего моста, снабжен диодом и схемой задержки, св занной с ис ником питани , блоком управлени и вторым тра нзистором, при этом д включен параллельно .-первому резис тору. . . На фиг. 1 показана структурна схема устройства; на фиг. 2 - форм выходного напр жени стимул тора; на фиг. 3 - принципиальна , схема имплантируемого электрокардиостимул тора . Устройство содержит источник 1 питани , блок 2 управлени , ключ 3 схему 4 задержки, коммутирующий мост 5, первый б и второй 7 транзисторы коммутирующего моста 5, диод 8, конденсатор 9, первый 10 и второй 11 резисторы коммутирующего моста 5, нагрузку 12. Подключенный непосредственно к источнику 1 питани блок 2 управлени задает частоту следовани стимулов, формирует пр моугольные импульсы, управл ющие рабйсгой ключа 3, и Ьбеспечивает переключение первого, транзистора б коммутирующего Mocta 5. Схема 4 задержки под ключаетс к источнику 1 питани ил отключаетс от него с помощью ключа 3, расположенного в (цепи питани схемы 4.задержки. Переключение второго транзистора 7 коммутирующего моста 5 управл ет схема 4 задержки , выход которой соединен с базой второго транзистора 7. Устройство работает при подключении к нему нагрузки 12. В установившемс режиме в отсутствие импульсов с блока 2 управлени первый транзистор 6 выключен, а ключ 3 находитс в положении,Разомкнуто , т.е. цепь питани схеми 4 задержки разорвана и второй транзистор 7 коммутирующего моста 5 закрыт. Циод 8 также закрыт. В это врем - в Yiayse между импульЬами с блока 2 управлени - происходит дозар д конденсатора 9 через резисторы 10 и 11,до напр жени источника 1 питани При по влении имtтyльca с выхода блока 2 управлени первый транзистор 6 открываетс , а ключ 3 переходит в положение Замкнуто. На выходе схемы 4 задержки по вл етс сигнал длительностью Т, запрещающий отпирание второго транзистора 7. Поскольку конденсатор 9 зар жен до напр жени питани , а первый транзистор б открыт и насыщен, то отрицательна обкладка конденсатора 9 оказываетс подключенной через насыщенный первый транзистор б к катоду диода 8, который открываетс и шунтирует первый резистор 10. Импульс U.g(,t , форма которого представлена на фиг, 2, характеризуетс следующими параметрами: (J, T;f - а)/1плитуда и длительность первой ступени соответственно; а t Tj - амплитуда и длительность второй ступени соответственно; Ти Т,( + Т - длительность стимула; Т - период следовани стимуловj t - текущее врем . Перва ступень стимула с амплитудой 0 , приблизительно равной напр жению Е источника 1 питани , формируетс на нагрузк4 12 В момент Тд времени открываетс второй транзистор 7. Диод 8 при этом закрываетс , так как отрицательный полюс источника 1 питани через насыщеннЕлй второй транзистор 7 подклют чаетс к анолу этого диода. Подравр д конденсатора 9 при этом продолжаетс уже по другому контуру, а именно 12-7-1-6, причем источник 1 питани оказываетс соединенным последовательно с конденсатором 9, что обеспечивает формирование в нагрузке 12 второй ступени стимула с амплитудой . В.момент i; .Ти блок 2 управлени размыкает цепь питани схемы 4 задержки и выключает транзисторы б и 7. Далее в течение интервала времени Т-Ти, соответствующего Паузе, эти транзисторы остаютс закрытыми. Затем весь цикл работы стимул тора повтор етс .Примером реализации рассмотренной выше структурной схемы стимул тора вл етс принципиальна схема, представленна на фиг. 3. Подключенный к источнику 1 питани блок управлени содержит сле дующие элементы: транзисторы 13 и 14, конденсатор 15, резисторы ..1620 , диод 21, При этом транзистор 14 вл етс одновременно управл емым ключом в цепи питани схемы задержки. Схема задержки представл ет собой одновибратор, элементами котор го вл ютс транзисторы 22 и .23, конденсаторы 24 и 25, резисторы 26-31, диод 32 - диод и два ключа, образованные транзисторами 33 и 34 и резисторами 35-37 В состав коммутирующего моста помимо элементов, указанных на фиг. 1, вход т нагрузка 38, резисторы 39 и 40, стабилитрон 41. В установивгкемс.ч режимеСхема работает следующим образом. В паузе между стимулирующими импульсами транзистор 13 закрыт, так как напр жение на его база-эми терном переходе меньше порога отпи рани , потенциал, базы транзистора 13 определ етс рези6то{)ным дели телем 16-17-18, причем сопротивлё ни резисторов 16 и 17 по крайней мере на два пор дка превышают сопр тивление резистора 18, а потенциал эмиттера определ етс напр жением на конденсаторе 15, который в пауз атимулами зар жаетс 4 Поско ку транзистор 13 закрыт, то закрыт также ТЕ анзистор 14 и диод 21. При этом одновибратор можно считать зашуитированным по цепи питани : резистором 18 в силу указанных выш особенностей резисторного делител 16-17-18 (например, при напр жении питани схемы, равным 2,6 В, падение напр жени на резисторе 18 не 1ВыходиТ за пределы 5720 мВ).. Сле о вательно, транзистор 23 закрыт, а это значит, что закрыты и транзисторы ключей 33 и 34. Транзисторы 6 и 7 коммутирующего моста также закрыты. 3 паузе меиаду стимулами конденсатор 24 зар жаетс до напр жени источника 1 питани через высокоомный резистор 31 и база-эмиттерный переход транзистора 2;2, После окончани зар да конденсатора 24 до. конца указанной паузы -ТОК через этот переход равен нулю. Наличие диода 32-предотвращает во врем паузы разр д конденсатора 24 через резисторы 29 и 30. Диод 8 также выключен, посколь ку его катод соединен с положи .тельным полюсом источника 1 питани . Поэтому э паузе между стимула ми конденсатор 9 дозар жаетс до напр жени источника 1 питани по контуру: 9-11-1-10-38-9. В процессе зар да конденсатора напр жение между базой и эмиттером транзис;тора 13 в некоторый момент времени становитс равным порогу отпирани последнего. В этот момент, соответствугощий началу Формировани стимула, транзисторы 13 и 14 открываютс , что обусловливает открывание диода 21, так как,его анод оказываетс подключенным через открытый транзистор 14 к положительной обкладке конденсатора 15. Диод 21 шунтирует резистор 16, что вызывает возрастание отпирающего тока базы транзистора 13, Начинаетс процесс разр да конденсатора 15 через транзисторы 13 и 14, диод 21 и резистор 20, Этот процесс продолжаетс до тех пор, пока транзисторы 13 и 14 снова не закрываютс , что соответствует окончанию стимула. При включении транзистора 14 -происходит- подключение одновибратора ПО цепи питани к источнику 1 и включение транзистора 23. с помощью дифференцирующей цепи, состо щей из конденсатора 25 и резистора 28., Одновременно включаетс транзистор 6, так как в его базу через резистор 40 поступает отпирающий сигнал, Одновибратор переходит в состо ние квазиустойчивого равновеси , длительность которого равна длительности Tj первой ступени, В этом состо нии работа транзистора 23 в режиме насыщени обеспечиваетс за счет то-, ка, поступающего в его базу через резисторы 26 и 27. Включа сь, транзистор 23 открывает на врем Т транзисторы ключей 33-и 34, .причем 33 - с помощью резистора 30 и диоЛа 32, а 34 - с помощью резисторов 36 и 37, что, в свою очередь, не позвол ет на это врем открыватьс транзистору.7, так как его баэа-эмиттерный переход зашунтирован открытым транзистором 34 . Диод 8 открываетс , поскольку его като,т-оозываетс подключенным через открытый транзистор 6 к отрицательной обкладке зар женного конденсатора 9 . Начинаетс подр.азр д конденсатора 9 по контуру: 38-8-6-9-38,. во врем которого в нагрузке 38 формируетс перва ступень стимулирующе го импульса с амплитуддй, равной напр жению источника 1 питани . В рдновибраторе также начинаетс перезар д кон енсатора 24, обеспечивающий на интервале Т запирание транзистора 22, по контурам: конденсатор 24, (Резистор 29, транзистор 14, источник 1 питани , параллельно соеди .ненные переход база-эмиттер транзистора 33 и резистор 35, насы:щен ный транзистор 23, конденсатор 4. В конце интервала, т.е. в момент Т,напр жение на переходе базаэмиттер транзистора 22 становитс . равным порогу отпирани , что обес- ,This invention relates to medicine, in particular to implantable pacemakers. Implantable electrocardiostimuli Uora are known, containing a power source, a control unit, and an output stage H, drawbacks of known devices of large size and weight. Closest to the present invention is an implantable pacemaker containing a power source, a control unit, a switching bridge of two resistors and two transistors, and a load capacitor 2. A disadvantage of the known device is a short service life. The purpose of the invention is to increase the service life. The goal is achieved by the fact that an implantable electro. a pacemaker containing a power source, a control unit connected to it and a switching bridge: of two resistors and two transistors, the first of which are connected to the control unit, and connected in series to the capacitor and the load included in the signal box a mutating bridge, equipped with a diode and a delay circuit associated with the source of power, the control unit and the second transistor, while g is connected in parallel with the first resistor. . . FIG. 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2 - forms of the output voltage of the stimulator; in fig. 3 - principle, the scheme of the implantable pacemaker. The device contains a power source 1, a control unit 2, a key 3 delay circuit 4, a switching bridge 5, a first b and a second 7 switching bridge transistors 5, a diode 8, a capacitor 9, the first 10 and second 11 switching bridge resistors 5, a load 12. Connected Directly to the power supply 1, the control unit 2 sets the following frequency for the stimuli, generates square-wave pulses that control the switching key 3, and b ensures the switching of the first switching transistor B Mocta 5. The delay circuit 4 is connected to the power supply 1 or off. It is removed from it using a switch 3 located in the power supply circuit of the delay circuit 4. Switching the second transistor 7 of the switching bridge 5 is controlled by a delay circuit 4 whose output is connected to the base of the second transistor 7. The device operates when the load 12 is connected to it. steady state in the absence of pulses from the control unit 2, the first transistor 6 is turned off, and the key 3 is in the Open, i.e. delay circuit power supply 4, and the second transistor 7 of the switching bridge 5 is closed. Cyod 8 is also closed. At this time — in Yiayse between the pulses from the control unit 2 — the capacitor 9 is discharged through resistors 10 and 11, to the voltage of the power source 1. When the driver appears from the output of the control unit 2, the first transistor 6 opens, and the key 3 goes into position Closed. At the output of the delay circuit 4, a signal of duration T appears, prohibiting the unlocking of the second transistor 7. Since capacitor 9 is charged before the supply voltage and the first transistor b is open and saturated, the negative plate of capacitor 9 is connected through the saturated first transistor b to the cathode diode 8, which opens and shunts the first resistor 10. The impulse Ug (, t, the shape of which is shown in FIG. 2) is characterized by the following parameters: (J, T; f - a) / 1 the amplitude and duration of the first stage, respectively; and t Tj - amplitude and the duration of the second stage, respectively; Ti and T, (+ T is the duration of the stimulus; T is the period of following the stimuli; t is the current time. The first step of the stimulus with amplitude 0, approximately equal to the voltage E of the power supply source 1, is formed by the load 12 12 At the time TD the second transistor 7 opens. Diode 8 is then closed, since the negative pole of the power source 1 is connected via the saturated second transistor 7 to the anole of this diode. In this case, the subdivision of the capacitor 9 continues along a different circuit, namely 12-7-1-6, with the power source 1 being connected in series with the capacitor 9, which ensures the formation of a second stimulus with amplitude in the load 12. B. moment i; T. The control unit 2 opens the power supply circuit of the delay circuit 4 and turns off the transistors b and 7. Further, during the time interval T-Ti corresponding to the Pause, these transistors remain closed. Then the whole cycle of the stimulator operation is repeated. An example of the implementation of the stimulator structural scheme discussed above is the schematic diagram shown in FIG. 3. The control unit connected to the power supply 1 contains the following elements: transistors 13 and 14, capacitor 15, resistors ..1620, diode 21, In this case, transistor 14 is a simultaneously controlled key in the power circuit of the delay circuit. The delay circuit is a one-shot, the elements of which are transistors 22 and .23, capacitors 24 and 25, resistors 26-31, diode 32 — a diode and two switches formed by transistors 33 and 34 and resistors 35-37. In addition to the elements indicated in FIG. 1, the load 38 enters, the resistors 39 and 40, the Zener diode 41. In setting the dial mode in the mode, the circuit works as follows. During the pause between the stimulating pulses, the transistor 13 is closed, since the voltage at its base-emitter junction is less than the threshold, the potential of the base of the transistor 13 is determined by the 16-17-18 resistor, and the resistances of the resistors 16 and 17 is at least two orders of magnitude higher than the resistance of the resistor 18, and the potential of the emitter is determined by the voltage on the capacitor 15, which pauses with the stimuli charged 4 After the transistor 13 is closed, the TE anzistor 14 and the diode 21 are also closed The one-shot can be considered as horned power supply: resistor 18 due to the above features of the resistor divider 16-17-18 (for example, when the supply voltage of the circuit is 2.6 V, the voltage drop across the resistor 18 is not 1 Output out of the limits of 5720 mV) .. Consequently , the transistor 23 is closed, which means that the transistors of the keys 33 and 34 are also closed. The transistors 6 and 7 of the switching bridge are also closed. 3 pause meiadu stimuli, the capacitor 24 is charged to the voltage of the power source 1 through the high resistance resistor 31 and the base-emitter junction of the transistor 2; 2 the end of the specified pause-TOK through this transition is zero. The presence of the diode 32 prevents the discharge of the capacitor 24 through the resistors 29 and 30 during the pause. The diode 8 is also turned off, since its cathode is connected to the positive pole of the power supply 1. Therefore, during a pause between the stimuli, the capacitor 9 is dispensed until the voltage of the power supply 1 over the circuit: 9-11-1-10-38-9. In the process of capacitor charging, the voltage between the base and the emitter of the transistor, torus 13 at some point in time becomes equal to the threshold unlocked by the latter. At this moment, corresponding to the beginning of the formation of the stimulus, transistors 13 and 14 open, which causes the opening of diode 21, since its anode is connected through the open transistor 14 to the positive side of the capacitor 15. The diode 21 shunts the resistor 16, which causes an increase in the base unlocking current transistor 13. The capacitor 15 is discharged through transistors 13 and 14, diode 21 and resistor 20. This process continues until transistors 13 and 14 close again, which corresponds to the end of the stimulus. When the transistor 14 is turned on, the one-shot ON of the power supply circuit is connected to the source 1 and the transistor 23 is turned on by means of a differentiating circuit consisting of a capacitor 25 and a resistor 28. Simultaneously, the transistor 6 is turned on, as its base goes through the resistor 40 signal, the single-oscillator enters a quasi-stable equilibrium state, the duration of which is equal to the duration Tj of the first stage. In this state, the operation of the transistor 23 in the saturation mode is ensured by the current entering its base black Without the resistors 26 and 27. Turning on, the transistor 23 opens for the time T the transistors of the keys 33 and 34, and 33 with the help of resistor 30 and dioL 32, and 34 with the help of resistors 36 and 37, which, in turn, does not allow the transistor to open for this time. 7, because its bae-emitter junction is shunted by the open transistor 34. Diode 8 opens, because its cathode, t-ozovatsya connected through an open transistor 6 to the negative plate of the charged capacitor 9. The beginning of the capacitor 9 contour: 38-8-6-9-38 ,. during which, in the load 38, the first stage of the stimulating pulse is formed with an amplitude equal to the voltage of the power supply source 1. In the impedance oscillator, a recharge of the capacitor 24 also begins, providing at the interval T the locking of the transistor 22, along the circuits: capacitor 24, (Resistor 29, transistor 14, power source 1, parallel to the connected base-emitter junction of transistor 33 and resistor 35, sat : puppy transistor 23, capacitor 4. At the end of the interval, i.e. at time T, the voltage at the transition of the base of the emitter of transistor 22 becomes equal to the unlock threshold, which ensures that

печивает регенеративное переключен ние транзисторов 22 и 23, при этом транзистор 22 включаетс , а гран- зистор 23 выключаетс . После чего начинаетс формирование второй ступени.bakes regenerative switching of the transistors 22 and 23, with the transistor 22 turned on and the granistor 23 turned off. After that, the formation of the second stage begins.

Выключение транзистора 23 вызывает запирание транзисторов ключей 33 и 34, что позвол ет открытьс транзистору 1 После чего диод 8 закрываетс , таК как его анод оказываетс подключенным через открытый транзистор 7 к отрицательному полюсу источника 1 питани . Так как транзистор б по-прежнему открыт комденсатор 9 продолжает подразр жатьс , но уже по другому контуру: нагрузка 38, транзистор 7, источник питани 1, транзистор 6, нагрузка 38, .Причем источник 1 питани оказываетс включенным последовательно с конденсатором 9, что позвол ет сформировать в нагрузке 38 вторуюступень стимулирующего импульса с амплитудой, приблизительно равной удвоенному напр жению источника 1 питаМи . В конце действи стимула транзисторы 13 и 14 блока управлени закрывзютс , одновибратор обесточиваетс , транзисторы б и 7 закрываютс и начинаетс следующий цикл.Turning off the transistor 23 causes the transistors of the keys 33 and 34 to be locked, which allows the transistor 1 to open. Then the diode 8 closes, as its anode is connected through the open transistor 7 to the negative pole of the power supply 1. Since the transistor b is still open, the capacitor 9 continues to be submerged, but on a different circuit: load 38, transistor 7, power source 1, transistor 6, load 38, and the power source 1 is connected in series with the capacitor 9, which allows In the load 38, a second stage of a stimulating pulse with an amplitude approximately equal to twice the voltage of the power source 1 is generated. At the end of the stimulus, the transistors 13 and 14 of the control unit are closed, the one-shot is de-energized, the transistors B and 7 are closed, and the next cycle begins.

Стабилитрон 41 во врек работы стимул тора всегда обеспечен и предназначен дл защиты схемы отг повреждени при возможном воздействии на больного высоковольтным дефибрилл тором во врем самой операции по имплантации стимул тора.A Zener diode 41 at the pace of operation of the stimulator is always provided and is intended to protect the damage otg circuit with a possible impact on the patient with a high-voltage defibrillator during the operation itself on implantation of the stimulator.

Так как емкость конденсатора 9 вл;fётc -хот и брлыаой, .но-конечной величины 7пор дка нескольких микрофарад то вершины ступеней реального стимула Д1е вл ютс строго горизонтальными, характеризуютс некоторыми спадами (тем меньЬшми, чем болыпе величина указанной емкости.). Допустимый спад плоской вершины не должен превышать 10-20% от амплитуды соответствующей ступени . Следует также отметить, что если дл питани стимул тора используютс источники с высоким внутренним сопротивлением (литиевые батареи, j то .параллельно этим источникам целесообразно подключать дополнительный конденсатор емкостью несколько микрофарад. Since the capacitance of a capacitor 9 of a horse; ho c and a blunt, finite-magnitude 7 or several microfarads, the tops of the steps of the real stimulus Dile are strictly horizontal, characterized by some drops (the smaller than the larger value of the specified capacitance.). The allowed decay of a flat top should not exceed 10-20% of the amplitude of the corresponding step. It should also be noted that if sources with a high internal resistance (lithium batteries, j are used to power the stimulator), it is advisable to connect an additional capacitor with a capacity of several microfarads in parallel with these sources.

Использование двухступенчатого и шульса вместо пр моугольного позвол ет снизить расход энергии на стимул цию, а следовательно, увеличить срок службы имплантируемого электрокардиостимул тора.The use of a two-stage and a pulse instead of a rectangular one allows to reduce the energy consumption for stimulation and, consequently, increase the service life of the implantable pacemaker.

Claims

IMPLANTED ELECTROCARDIOTIMULATOR containing a power source, a control unit and a switching bridge of two resistors and two transistors connected to it, the first of which is connected to the control unit, the capacitor is connected in series and the “load included in the diagonal of the switching bridge distinguishes with ^! I mean that, in order to increase the service life, it is equipped with a diode and a delay circuit connected with a power source, a control unit and a second transistor, while the diode is connected in parallel with the first resistor.

SU., „1053836>