DE2709281A1

DE2709281A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2709281A1
Application number: DE19772709281
Authority: DE
Inventors: John Matthew Adams; Heh-Sen Lin
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-15
Also published as: AU2212677A; AU499457B2; CA1083674A; GB1578633A; US4060090A; JPS626824B2; FR2342721B1; JPS52107190A; FR2342721A1; DE2709281C2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. CERHARD SCHW

BUKO: SOOO MÜNCHEN «3 ■ ELiENSTRASSE 32

£309281

MEDTRONIC, INC.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440/V.St.A.

Herzschrittmacher

Die Erfindung befaßt sich mit der künstlichen Reizung des Herzens und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Lieferung eines elektrischen Reizimpulses, der den Ventrikelteil des Herzens veranlaßt, eine Zeitspanne nach der Vorhofkontraktion zu kontrahieren, die von der Rate der Vorhofkontraktionen abhängt.

Es ist ein Schrittmacher bekannt (DT-OS 25 54 933), bei dem der Herzkammer ein elektrischer Reizimpuls zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Erfassen der Vorhofkontraktion zugeführt wird, wenn es zu keiner natürlichen Kontraktion des Ventrikels kommt. Diese feste Zeitabhängigkeit hinsichtlich des Anlegens des elektrischen Reizimpulses kann nachteilig sein, wenn die Herzrate beispielsweise auf Grund von Tachykardie oder körperlicher Anstrengung sehr hoch ist, weil mit zunehmender Herzrate die Zeitspanne zwischen den Vorhof- und Ventrikelkontraktionen kurzer wird. Falls der Patient jedoch an einem Herzblock leidet, bleibt die Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Vorhofkontraktion und dem Anlegen des elektrischen Reizimpulses fest, so daß die Ventrikelkontraktion im Zyklus später als er-

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FERNSPRECHER: Olll/tOlM»* ■ KAKL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

wünscht auftritt.

Mit der Erfindung soll diesem Mißstand abgeholfen werden. Bei hoher Herzrate soll für ein die natürlichen Verhältnisse besser approximierendes Ansprechverhalten des Herzens gesorgt werden.

Bei einem Herzschrittmacher, der dem Ventrikel nach Erfassen einer Vorhofkontraktion einen elektrischen Reiz zuführt, sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die auf die Rate der Vorhof kontraktionen ansprechen, um die Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Vorhofkontraktion und der Abgabe des elektrischen Reizes zum Ventrikel zu beeinflussen.

Bei einem Herzschrittmacher mit einer Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Reizes an den Ventrikel nach Erfassen einer Vorhofkontraktion sowie mit einer auf die Rate der Vorhof kontraktionen ansprechenden Einrichtung zum Beeinflussen der Zeitdauer zwischen dem Erfassen einer Vorhofkontraktion und der Abgabe des elektrischen Reizes an den Ventrikel durch die Reizgebereinrichtung, wobei die Reizgebereinrichtung eine Oszillatoreinrichtung mit einem Energiespeicher aufweist, der mit einer ersten Geschwindigkeit zunehmend Energie speichert, bis ein gewisser Energiebetrag eingespeichert ist, worauf ein Impuls abgegeben wird und die von dem Energiespeicher gespeicherte Energie auf einen Bezugswert mit einer zweiten Geschwindigkeit abnimmt, die wesentlich größer als die

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- * -ΛΟ

erste Geschwindigkeit ist, ist erfindungsgemäß die Beeinflussungseinrichtung mit dem Energiespeicher derart gekoppelt, daß die vom Energiespeicher gespeicherte Energie den gewissen Energiebetrag zu einem Zeitpunkt erreicht, der von der Rate der Vorhofkontraktionen abhängt.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Differenzverstärker vorgesehen, an dessen einem Eingang eine Bezugsspannung anliegt, während der andere Eingang mit einem Kondensator gekoppelt ist. Der Kondensator wird von dem Zeitpunkt des Erfassens der Vorhofkontraktion bis zu dem Zeitpunkt aufgeladen, zu dem die Ladespannung gleich der Bezugsspannung ist. Dann wird der elektrische Reiz abgegeben. Zwischen dem Zeitpunkt der Reizabgabe und dem Erfassen der nächsten Vorhofkontraktion wird der Kondensator entladen. Wenn die Herzrate ansteigt, nimmt die Zeitspanne zwischen den Vorhofkontraktionen ab. Der Kondensator entlädt sich daher während einer kürzeren Zeitdauer, oder, mit anderen Worten, auf eine größere Spannung; die zum Wiederaufladen des Kondensators auf die Bezugsspannung erforderliche Zeitspanne wird kleiner.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild des vorhofsynchronen, Ventrikel-

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gesperrten Schrittmachers mit variablem P-R-Zeitintervall, und

Fig. 2 einen Spannungsverlauf zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines vorhofsynchronen, ventrikelgesperrten Schrittmachers mit variablem P-R-Zeitintervall. Wie bei allen vorhofsynchronen Schrittmachern ist sowohl mit dem Vorhofteil als auch mit dem Kammerteil des Herzens eine Leitung verbunden. Diese Leitungen sind in Fig. 1 mit A bzw. V bezeichnet. Außerdem ist eine indifferente Elektrode vorgesehen, die ein Teil des Impulsgeneratorgehäuses des Schrittmachers sein kann. Die indifferente Elektrode I ist mit dem negativen Anschluß der im Gehäuse untergebrachten Batterien 12 verbunden und dient als Masse für die Anordnung. Der positive Anschluß der Batterien 12 stellt die positive Spannungsquelle +B dar.

Beide Anschlüsse oder Leitungen A und V dienen der elektrischen Signalübertragung; sie lassen die auf die Vorhof- und Kammerkontraktionen des Herzens zurückgehenden elektrischen Signale zur Schaltung 10 gelangen. Außerdem laufen über die Leitung V, welche die Herzkammer mit der Schaltung 10 verbindet, Signale von der Schaltung 10 zum Herzen, um den Ventrikel zu stimulieren.

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Die auf Grund einer Vorhofkontraktion erfaßte Spannung wird über die Leitung A einer Filterschaltung 14 zugeführt, die andere innerhalb des Herzens auftretende elektrische Signale sowie Artefakte und Rauschanteile ausfiltert und an einen Verstarker 16 nur einen Impuls gelangen läßt, der kennzeichnend für eine Vorhofkontraktion oder die P-Welle eines elektrokardialen Signals ist. Der Verstärker 16 ist mit Verstärker- und Filtermitteln sowie mit einer Refraktäranordnung versehen. Die Refraktäranordnung hat die Aufgabe, für eine vorbestimmte Zeitspanne nach Abgabe eines ersten Signals durch den Verstärker 16 die Lieferung nachfolgender Signale zu verhindern. Verstärker dieser Art sind u.a. aus der DT-OS 25 54 933 bekannt und bedürfen daher vorliegend keiner näheren Erläuterung.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 ist ein negativ gehendes Signal, das über einen Widerstand 18 der Basis eines Transistors 2O zugeführt wird und den Transistor 20 leitend macht. Das Aufsteuern des Transistors 20 bewirkt, daß Strom von der mit dem Emitter verbundenen Spannungsquelle +B über Widerstände 22 und 24 nach Masse fließt. An der Verbindungsstelle der Widerstände 22 und 24 liegt infolgedessen eine Bezugsspannung an, die der Basis eines Transistors 26 zugeführt wird. Der Transistor 26 bildet die eine Hälfte eines Differenzverstärkers, dessen andere Hälfte der Transistor 28 ist. Die Emitter der Transistoren 26 und 28 sind miteinander sowie über einen Widerstand 3O mit Masse verbunden. Der

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- * -Al

Kollektor des Transistors 28 ist mit der positiven Spannungsquelle +B gekoppelt, während der Kollektor des Transistors 26 an die Basis des Transistors 20 angeschlossen ist. Außerdem steht die Basis des Transistors 2O über einen Widerstand 32 mit der positiven Spannungsquelle +B in Verbindung.

Ein Kondensator 34 ist in Reihe mit einem Widerstand 36 zwischen die Basis des Transistors 28 und Masse geschaltet. Außerdem steht die Basis des Transistors 28 über einen Widerstand 38 mit dem Kollektor eines Transistors 4O in Verbindung, dessen Emitter an Masse liegt. Die Basis des Transistors 28 ist mit der Basis eines Transistors 42 verbunden, dessen Emitter über einen Stellwiderstand 44 mit dem Kollektor des Transistors 20 in Verbindung steht.

Bei dieser Schaltungsauslegung wird, solange der Transistor 2O leitet, der Kondensator 34 über eine Strecke geladen, die vom Kollektor des Transistors 20 über den Widerstand 44 und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 42 führt. Wie im folgenden noch näher erläutert ist, wird bei Sperren des Transistors 20 der Transistor 4O leitend; der Kondensator 34 entlädt sich dann über den Widerstand 38, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 4O und den Widerstand 36. Die vom Kondensator 34 gespeicherte Spannung wird der Basis des Transistors 28 zugeführt und mit der Basisspannung des Transistors 26, d. h. der Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 22 und 24, verglichen. Wenn die Basisspannung

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des Transistors 28 größer als die dem Transistor 26 zugeführte Basisspannung wird, hört der Transistor 26 zu leiten auf; der Transistor 28 wird leitend. Wenn der Transistor 26 sperrt, geht die Spannung an der Basis des Transistors 2O hoch, so daß der Transistor 20 nichtleitend wird; die Spannung am Kollektor des Transistors 20 nähert sich dem Massepotential.

Der Kollektor des Transistors 20 ist über einen Widerstand 46 mit der Basis des Transistors 48 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 48 ist an die Verbindungsstelle von Widerständen 50 und 52 angeschlossen. Die andere Seite des Widerstands 50 ist mit der positiven Spannungsquelle +B verbunden, während die andere Seite des Widerstands 52 an Masse angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 48 liegt ebenfalls an Masse. Solange der Transistor 20 leitet, leitet auch der Transistor 48. Wenn der Transistor 2O dadurch sperrt, daß die Spannung am Kondensator 34 größer als die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 22 und 24 wird, sperrt der Transistor 48, so daß die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 50 und 52 hochgeht. Dadurch wird der Transistor 40 leitend gemacht; die vom Kondensator 34 gespeicherte Spannung kann sich entladen.

Die Leitfähigkeit des Transistors 42 wird durch die vom Kondensator 34 gespeicherte Spannung vorgegeben. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit der Basis eines Transistors 54 ver-

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bunden. Der Kollektor des Transistors 54 liegt an Masse, während der Emitter des Transistors 54 über einen Widerstand 56 mit dem Kollektor des Transistors 20 in Verbindung steht. Außerdem ist der Emitter des Transistors 54 an die Basis eines Transistors 58 angekoppelt. Der Kollektor des Transistors 58 steht über einen Widerstand 60 mit dem Kollektor des Transistors 20 in Verbindung, während der Emitter des Transistors 58 an den Eingang eines Oszillators angeschlossen ist. Bei dem Oszillator 62 kann es sich um einen bei Schrittmacherschaltungen üblichen Oszillator handeln, wie er beispielsweise aus der DT-OS 25 54 933 bekannt ist. Der Oszillator 62 weist einen Kondensator 64 auf, der mit einer von den Komponenten des Oszillators bestimmten Zeitkonstante geladen wird, so daß nach einer fest vorgegebenen Zeitspanne, die ungefähr 0,855 Sekunden betragen kann, der Kondensator 64 auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist, die erfaßt wird und bewirkt, daß vom Ausgang des Oszillators 62 aus ein elektrischer Impuls über die Leitung V an die Herzkammer geht, so .daß für die für eine Kontraktion erforderliche elektrische Reizung gesorgt wird. Der Emitter des Transistors 58 ist mit der Ladeseite des Kondensators 64 des Oszillators 62 derart verbunden, daß dann, wenn der Transistor 58 stärker leitend gemacht wird, die vom Kondensator 64 gespeicherte Ladespannung gleich der Emitterspannung des Transistors 58 wird, statt den Spannungswert anzunehmen, auf den der Kondensator 64 über den internen Ladekreis des Oszillators 62 aufgeladen wird.

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Im folgenden sei die Arbeitsweise der insoweit beschriebenen Schaltung erläutert. Wenn der Vorhof kontrahiert, geht ein elektrisches Signal (die P-Welle) über die Leitung A und die Filterschaltung 14 zum Verstärker 16, der das Signal verstärkt und über den Widerstand 18 ein negativ gehendes Signal auf die Basis des Transistors 20 gibt. Dieses Signal bewirkt, daß der Transistor 2O leitend wird, wodurch eine Bezugsspannung an die Verbindungsstelle der Widerstände 22 und 24 angelegt wird. Die Werte der Widerstände 22 und 24 sind derart gewählt, daß die der Basis des Transistors 26 zugeführte Bezugsspannung gleich der oder etwas größer als die Spannung ist, auf die sich der Kondensator 64 auflädt, unmittelbar bevor vom Oszillator 62 ein Impulssignal abgegeben wird.

Das Leitendwerden des Transistors 2O bewirkt ferner, daß Strom über den Widerstand 44 und den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 42 fließt, wodurch der Kondensator 34 beginnt, sich mit einer durch die Einstellung des Widerstands 44 bestimmten Geschwindigkeit positiv zu laden. Weil der Transistor 42 in Basisschaltung angeordnet ist, ist die Spannung an der Basis des Transistors 42 nahezu gleich der Spannung am Kollektor des Transistors 42. Wenn sich daher der Kondensator 34 stärker positiv auflädt, nimmt die Spannung am Kollektor des Transistors 42 zu. Weil die Transistoren 54 und 58 in Emitterfolgeschaltung oder Kollektorschaltung angeordnet sind, folgt die Spannung an den Emittern

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dieser Transistoren eng der Spannung an den Basen der Transistoren. Da die Transistoren 54 und 58 komplementärsymmetrische Transistoren sind, heben die Basis-Emitter-Spannungsabfälle einander auf; die Spannung an der Basis des Transistors 54 ist daher gleich der Spannung am Emitter des Transistors 58. Wenn jedoch die Spannung am Kondensator 64 der Oszillatorschaltung 62 größer als die Spannung an der Basis des Transistors 58 wird, wird die Emitterspannung gleich der Spannung des Kondensators 64 und nicht gleich der Basisspannung des Transistors 58, und zwar mindestens bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung am Kondensator 34 größer als die Spannung am Kondensator 64 wird.

Die Werte der Widerstände 22 und 24 sind derart bemessen, daß die der Basis des Transistors 26 zugeführte Spannung nahezu gleich der Spannung ist, auf die der Kondensator 64 aufgeladen wird, bevor der Oszillator 62 einen Impuls auf die Leitung V gibt, um den Ventrikel elektrisch zu reizen. Wenn eine Vorhofkontraktion erfaßt und das betreffende Signal vom Verstärker 16 verstärkt wird, so daß der Transistor 20 leitet, beginnt der Kondensator 34 sofort, sich zu laden. Die vom Kondensator 34 gespeicherte Spannung macht sich über die Transistoren 42, 54 und 58 am Emitter des Transistors 58 bemerkbar und bewirkt, daß der Kondensator 64 auf diese Spannung aufgeladen wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kondensator 34 auf die an die Basis des Transistors 26 angelegte Spannung aufgeladen ist, hat die Spannung am Emitter

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- ή -At

des Transistors 58 eine ausreichende Größe, um für eine Aufladung des Kondensators 64 auf die Spannung zu sorgen, die hinreichend ist, um den Oszillator 62 zur Abgabe eines Impulses an seinem Ausgang zu veranlassen. Wenn die Spannung am Kondensator 34 einen der Basis des Transistors 26 zugeführten Spannungswert erreicht, sperrt außerdem der Transistor 26, während der Transistor 28 zu leiten beginnt. Bei Sperren des Transistors 26 wird die Spannung an der Basis des Transistors 20 nicht mehr langer auf einer Spannung gehalten, die niedriger als die Spannung +B ist; der Transistor 2O sperrt. Dies bewirkt seinerseits eine Sperrung des Transistors 48; der Basis" des Transistors 40 wird positive Spannung zugeführt, die den Transistor 4O leitend macht. Jetzt kann sich der Kondensator 34 entladen.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Oszillator 62 einen Impuls liefert, um eine Ventrikelkontraktion zu bewirken, wird die Spannung am Kondensator 64 nach Masse kurzgeschlossen. Anschließend beginnt der Kondensator 64, sich über die interne Ladestrecke des Oszillators 62 aufzuladen; nach einer Zeitspanne von 0,855 Sekunden ist eine ausreichende Ladung erreicht, um den Oszillator 62 zu veranlassen, von sich aus einen Impuls abzugeben, es sei denn, die Emitterspannung des Transistors 58 steigt auf einen ausreichenden Wert an, um den Oszillator 62 zu einer früheren Impulsabgabe zu veranlassen .

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- TB. -

Fig. 2 zeigt einen Signalverlauf, der das Verständnis der Arbeitsweise des Kondensators 34 und der zugeordneten Schaltungsteile erleichtert, die bewirken, daß eine in Abhängigkeit von der jeweiligen Rate variable Zeitspanne zwischen dem Ermitteln einer Vorhofkontraktion und der Anlieferung eines elektrischen Reizes verstreicht, der eine Ventrikelkontraktion bewirkt. Nur beispielshalber seien Herzschlagraten von 70 Schlagen pro Minute, 100 Schlägen pro Minute und 120 Schlagen pro Minute diskutiert. Im Falle einer Schlagrate von 7O Schlagen pro Minute beträgt die Zeitspanne zwischen den Vorhofkontraktionen 0,855 Sekunden; bei 100 Schlägen pro Minute hat diese Zeitspanne einen Wert von O,6O Sekunden; im Falle von 120 Schlägen pro Minute beläuft sich diese Zeitspanne auf 0,50 Sekunden.

Bei einer Herzschlagrate von 70 Schlagen pro Minute wird der Kondensator 34 auf die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 22 und 24 aufgeladen, die in Fig. 2 als B_T bezeichnet ist. Nach Aufladen des Kondensators 34 auf die Spannung B_ wird der Transistor 40 leitend gemacht; der Kondensator 34 beginnt, sich zu entladen, bis eine weitere Vorhofkontraktion erfaßt wird. Dann wird der Kondensator 34 über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 42 erneut auf B- aufgeladen. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Kondensator 34 um so stärker entladen wird, je langer die Zeit spanne zwischen den Vorhofkontraktionen oder, mit anderen . Worten, je niedriger die Herzschlagrate ist. Die Entladege-

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schwindigkeit des Kondensators 34 wird durch die Zeitkonstante entsprechend Widerstand 36 plus Widerstand 38 mal Kapazität des Kondensators 34 bestimmt. Entsprechend Fig. 2 entlädt sich der Kondensator 34 auf eine als B₇₀ bezeichnete Spannung. Die Zeitspanne, die der Kondensator benötigt, um sich von B_7n auf B_ zu laden, ist t₇_.

Wenn die Herzschlagrate beispielsweise auf 1OO Schläge pro Minute ansteigt, entlädt sich der Kondensator 34 auf eine Spannung B_10n, die infolge der kürzeren Entladedauer größer als die Spannung B₇₀ ist. Beim Erfassen der nächsten Vorhofkontraktion beginnt der Kondensator 34, sich erneut auf die Spannung B- zu laden. Weil jedoch bei einer Herzschlagrate von 1OO Schlagen pro Minute die Spannung zu Beginn des Ladevorgangs größer ist, ist die Zeitspanne *_1ΟΟ· die der Kondensator benötigt, um sich auf die Spannung B_T zu laden, kurzer als die Zeitspanne t_7Q. Steigt die Herzschlagrate auf 120 Schläge pro Minute an, entlädt sich entsprechend Fig. 2 der Kondensator 34 nur auf eine Spannung B₁ p_O, die größer als die Spannungen B_1QO und B₇₀ ist. Die zum Aufladen von der Spannung B,. ^q ^αυ^ die Spannung B- erforderliche Zeitspanne *120 *^{st kurzer als d}*^e Zeitspanne t_1oo· Mit anderen Worten, der Ventrikelreiz wird eine kürzere Zeit nach Erfassen der Vorhofkontraktion abgegeben.

Im folgenden seien die restlichen Teile der Schaltung 1O erörtert, die es der Schaltung 10 erlauben, im Rahmen eines

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vorhofsynchronen, ventrikelgesperrten Schrittmachers zu arbeiten. Die Elektrode V ist mit einer Filterschaltung 66 verbunaen, die so ausgelegt sein kann, daS zu einem Verstärker 68 nur die einer Ventrikelkontraktion entsprechenden elektrischen Signale oder R-Wellen durchgelassen werden. Beide Verstärker 16 und 68 weisen einen Sperreingang auf. Diese beiden Sperreingänge sind untereinander und mit der einen Seite eines Schalters 69 verbunden, dessen andere Seite an Masse angeschlossen ist. Wenn der Schalter 69 geschlossen wird, werden beide Verstärker 16 und 68 gesperrt; der Oszillator 62 liefert Impulse mit der intern eingestellten, durch das Aufladen des Kondensators 64 bestimmten Rate. Der Schalter 69 kann in bekannter Weise von einem Arzt magnetisch geschlossen werden, wenn die Rate und Impulsbreite der vom Oszillator 62 abgegebenen Impulse kontrolliert werden sollen. Diese Kontrolle erlaubt es dem Arzt, sich von der einwandfreien Arbeitsweise des Schrittmachers zu überzeugen und die verbleibende Lebensdauer der Batterien 12 abzuschätzen.

Wenn eine Ventrikelkontraktion auftritt und mittels des Verstärkers 68 erfaßt wird, gibt der Verstärker ein auf Massepotential liegendes Ausgangssignal ab, das dem Eingang des Oszillators 62 unmittelbar zugeführt wird. Gleichzeitig geht ein Signal von dem Refraktärausgang des Verstärkers 68 zur Basis eines Transistors 7O. Der Emitter des Transistors 70 ist über einen Widerstand 72 mit Masse verbunden. Außerdem steht der Emitter des Transistors 70 mit der Basis eines

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Transistors 74 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 74 ist mit der positiven Spannungsquelle +B verbunden, während der Emitter des Transistors 74 an die Verbindungsstelle zwischen den Emittern der Transistoren 26 und 28 und dem Widerstand 30 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 70 ist mit der Basis eines Transistors 76 verbunden, dessen Emitter an die positive Spannungsquelle +B angeschlossen ist. Außerdem ist der Emitter des Transistors 76 über einen Widerstand 78 an die Basis des Transistors 76 angekoppelt. Der Kollektor des Transistors 76 steht mit dem Refraktäreingang des Verstärkers in Verbindung, um den Verstärker 16 zu veranlassen, gegenüber Signalen refraktor zu sein, die ihm während der Refraktärdauer zugeführt werden. Mit anderen Worten, der Verstärker 16 wird während der Refraktärdauer daran gehindert, Vorhofkontraktionssignale zu erfassen.

Wenn eine Ventrikelkontraktion als Signal auf der Leitung V ermittelt wird, geht ein Signal vom Refraktärausgang des Verstärkers 68 ab, um den Transistor 70 leitend zu machen. Der Transistor 70 bewirkt, daß an die Basis des Transistors 74 eine positive Spannung angelegt wird, die diesen Transistor leitend macht. Daher geht eine positive Spannung an die Verbindungsstelle der Emitter der Transistoren 26 und 28, die beide gesperrt werden. Wenn dies der Fall ist, sperrt der Transistor 20; der Transistor 40 wird leitend, so daß der

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Kondensator 34 sich entladen kann. Außerdem werden die Transistoren 42, 54 und 58 gesperrt.

Wenn der Transistor 70 leitend wird, fällt ferner die Spannung an der Basis des Transistors 76 auf den von den Widerständen 72 und 78 bestimmten Wert. Der Transistor 76 wird leitend, wodurch der Verstärker 16 für Vorhofkontraktionen refraktor gemacht wird, die während der Refraktärdauer auftreten.

Wenn der Transistor 58 auf Grund der Sperrung des Transistors 20 zu leiten aufhört, kann sich auf Grund des Massepotentials am Ausgang des Verstärkers 68 der Kondensator 64 des Oszillators 62 mit einer kurzen Zeitkonstante entladen. Auf diese Weise wird der Oszillator 62 zurückgestellt, so daß 0,855 Sekunden später der Kondensator 64 wieder auf eine Spannung aufgeladen ist, die den Oszillator 62 zu einer Impulsabgabe veranlaßt, falls nicht die Spannung am Emitter des Transistors 58 bewirkt, daß der Kondensator zu einem früheren Zeitpunkt auf eine solche Spannung aufgeladen wird.

Das Signal, das den Verstärker 68 aktiviert, kann entweder eine normale Ventrikelkontraktion, beispielsweise die R-Welle eines Elektrokardialsignals, oder eine frühzeitige Ventrikelkontraktion (PVC) sein. In jedem Fall ist es nicht erwünscht, dem Herzen den elektrischen Reiz zuzuführen; dementsprechend wird die gesamt· Schaltung 10 abgeschaltet;

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der Kondensator 64 wird entladen.

Die auf die beschriebene Weise ausgebildete Schaltungsanordnung 10 kann je nach den Umständen der Herzaktion des Patienten in jeder von sieben verschiedenen Betriebsarten arbeiten. Die sieben Betriebsarten sind: 1) Sperrbetrieb, bei welchem die Herzrate des Patienten über 7O Schlägen pro Minute liegt und eine natürlich auftretende Ventrikelkontraktion in einer Zeitspanne erfolgt, die kürzer als die Zeitspanne ist, die der Kondensator 34 benötigt, um sich auf die Spannung B- zu laden; 2) PVC-Sperrbetrieb, bei welchem eine vorzeitige Ventrikelkontraktion alle Funktionen der Schaltung 10 unterbindet; 3) Bedarfsbetrieb, bei dem die Herzrate unter 70 Schlägen pro Minute liegt; 4) P-Wellen-Synchronbetrieb, bei dem die Vorhofschlagrate des Herzens zwischen 7O und 12O Schlägen pro Minute liegt; 5) Betrieb mit oberer Ratenbegrenzung, bei welchem die Vorhofschlagrate des Herzens zwischen 12O und 160 Schlägen pro Minute liegt} 6) Asynchronbetrieb, bei welchem der Schalter 69 geschlossen ist, so daß der Oszillator 62 unabhängig von dem restlichen Teil der Schaltung arbeiten kann, und 7) Schutzbetrieb, bei dem die Vorhofrate 16O Schläge pro Minute überschreitet.

Im Sperrbetrieb und im PVC-Sperrbetrieb ermittelt der Verstärker 68 die auf natürliche Weise auftretende Ventrikelkontraktion oder eine vorzeitige Ventrikelkontraktion. Er gibt ein Massepotentialsignal ab, das eine Entladung des Kon-

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densators 64 erlaubt, während über die Transistoren 70, 74 und 76 Signale gehen, um die übrigen Teile der Schaltung zurückzustellen und den Verstärker 16 refraktor zu machen. Im Bedarfsbetrieb lädt sich der Kondensator 64 des Oszillators 62 auf den Wert auf, der notwendig ist, damit der Oszillator 62 alle 0,855 Sekunden ein elektrisches Reizsignal abgeben kann. Im P-Wellen-Synchronbetrieb ermittelt der Verstärker 16 Vorhofkontraktionen; er veranlaßt den Kondensator 34, mit dem Aufladen zu beginnen, während gleichzeitig die Transistoren 42, 54 und 58 leitend gemacht werden, so daß der Kondensator 64 durch die Spannung am Emitter des Transistors 58 aufgeladen werden kann, bis der Oszillator 62 auf Grund der Spannung am Transistor 58 einen Impuls abgibt. Innerhalb dieser Betriebsweise ist die variable Zeitsteuerung des Kondensators 34 und der zugehörigen Schaltungsanordnung aus physiologischen Gesichtspunkten von besonderem Nutzen. Der Betrieb mit oberer Ratenbegrenzung ist im einzelnen in der DT-OS 25 54 933 geschildert. Dabei wird dafür gesorgt, daß bestimmte, vom Verstärker 16 erfaßte Vorhofkontraktionen nicht zur Abgabe eines elektrischen Reizimpulses über die Leitung V führen, um die Rate der Ventrikelreizimpulse auf näherungsweise 120 pro Minute zu halten. Auch bei dieser Betriebsweise ist die auf den Kondensator 34 und die zugehörigen Schaltungsteile zurückzuführende variable Zeitspanne von Wichtigkeit. Der Asynchronbetrieb wird vom Arzt durch Schließen des Schalters 69 benutzt, um die Rate zu ermitteln, mit der der Oszillator 64 Impulse anliefert, ohne daß eine Be-

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einflussung durch die übrigen Schaltungsteile erfolgt. In den Schutzbetrieb wird übergegangen, wenn die Vorhofrate des Herzens 160 Schläge pro Minute überschreitet; der Oszillator 62 wird dann veranlaßt, Impulse mit einer konstanten Rate von 120 Schlagen pro Minute anzuliefern.

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Claims

Ansprüche

[ 1.jHerzschrittmacher mit einer Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Reizes an den Ventrikel nach Erfassen einer Vorhofkontraktion sowie mit einer auf die Rate der Vorhofkontraktionen ansprechenden Einrichtung zum Beeinflussen der Zeitdauer zwischen dem Erfassen einer Vorhofkontraktion und der Abgabe des elektrischen Reizes an den Ventrikel durch die Reizgebereinrichtung, wobei die Reizgebereinrichtung eine Oszillatoreinrichtung mit einem Energiespeicher aufweist, der mit einer ersten Geschwindigkeit zunehmend Energie speichert, bis ein gewisser Energiebetrag eingespeichert ist, worauf ein Impuls abgegeben wird und die von dem Energiespeicher gespeicherte Energie auf einen Bezugswert mit einer zweiten Geschwindigkeit abnimmt, die wesentlich größer als die erste Geschwindigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussungseinrichtung mit dem Energiespeicher derart gekoppelt ist, daß die vom Energiespeicher gespeicherte Energie den gewissen Energiebetrag zu einem Zeitpunkt erreicht, der von der Rate der Vorhofkontraktionen abhängt.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussungseinrichtung eine mit zwei Eingängen versehene Vergleicherschaltung aufweist, mit einem Vergleichereingang eine erste Eingangsschaltung ge-

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- χ -a.

koppelt ist, die diesen Eingang auf einem Bezugswert hält, und eine zweite Eingangsschaltung vorgesehen ist, die einen mit dem Bezugswert zu vergleichenden Wert dem anderen Eingang der Vergleicherschaltung zuführt, wobei die zweite Eingangsschaltung eine einen variablen Wert liefernde Einrichtung aufweist, die einen Wert abgibt, der vom Zeitpunkt der Erfassung jeder Vorhofkontraktion mit einer ersten Geschwindigkeit auf den Bezugswert zunimmt und mit einer zweiten Geschwindigkeit von jedem Zeitpunkt des Erreichens des Bezugswertes aus bis zum Erfassen der nächsten Vorhofkontraktion mit einer zweiten Geschwindigkeit abnimmt.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussungseinrichtung einen Differenzverstärker aufweist, mit einem Eingang des Differenzverstärkers eine eine Bezugsspannung liefernde Einrichtung gekoppelt ist, ein Energiespeicher vorgesehen ist, der eine für die eingespeicherte Energie kennzeichnende Spannung dem anderen Eingang des Differenzverstärkers zuführt, an die die Bezugsspannung liefernde Einrichtung und den Energiespeicher eine Schalteinrichtung angekoppelt ist, die bei Erfassen einer Vorhofkontraktion in einen ersten Zustand übergeht, die die Bezugsspannung liefernde Einrichtung in Abhängigkeit von dem ersten Zustand der Schalteinrichtung eine Bezugsspannung auf den einen Eingang des Differenzverstärkers gibt, der Energiespeicher auf Grund des

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ersten Zustandes der Schalteinrichtung die gespeicherte Energie mit einer ersten Geschwindigkeit erhöht, die Schalteinrichtung in dem ersten Zustand verbleibt, bis die vom Energiespeicher angelieferte Spannung gleich der Bezugsspannung ist, worauf die Schalteinrichtung in einen zweiten Zustand übergeht, und der Energiespeicher auf Grund des zweiten Zustandes der Schalteinrichtung Energie mit einer zweiten Geschwindigkeit entlädt, die kleiner als die erste Geschwindigkeit ist.
4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussungseinrichtung einen mit zwei Eingängen versehenen Vergleicher aufweist, auf dessen einen Eingang eine Bezugsspannung aufschaltbar ist, und da8 an den anderen Eingang des Vergleichers ein Kondensator angekoppelt ist, der durch Umschalten geladen und entladen werden kann, um dem anderen Eingang eine Spannung zuzuführen, die mit der Bezugsspannung verglichen wird, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei Erfassen einer Vorhofkontraktion in einen ersten Zustand übergeht, daß die Bezugsspannung angelegt und der Kondensator geladen wird, während der erste Zustand gegeben ist, daß der Vergleicher mit der Schalteinrichtung derart gekoppelt ist, daß die Schalteinrichtung einen zweiten Zustand einnimmt, wenn der Kondensator auf die Bezugsspannung aufgeladen ist, daß während des zweiten Zustandes die Bezugsspannung nicht angelegt und der

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Kondensator entladen wird, sowie daß eine Einrichtung vorhanden ist, die der Oszillatoreinrichtung die von dem Kondensator gespeicherte Spannung zuführt, während die Schalteinrichtung in dem ersten Zustand steht, so daß der Oszillator einen Impuls liefert, wenn der Kondensator auf die Bezugsspannung aufgeladen ist.
5. Vorhofsynchroner, ventrikelgesperrter Herzschrittmacher nach Anspruch 1 zum Anlegen eines elektrischen Reizes an eine mit dem Ventrikel gekoppelte Leitung zu einem Zeitpunkt, der von der Rate eines erfaßten elektrischen Signals auf einer mit dem Vorhof gekoppelten Leitung abhängt, wobei jedes erfaßte Signal eine Vorhofkontraktion erkennen läßt, gekennzeichnet durch «ine Einrichtung zum Erfassen des elektrischen Signals auf der mit dem Vorhof gekoppelten Leitung, eine mit der Erfassungseinrichtung gekoppelte Schalteinrichtung, die in einen ersten Zustand übergeht, wenn die Erfassungseinrichtung das elektrische Signal auf der mit dem Vorhof gekoppelten Leitung erfaßt, eine mit zwei Eingängen und einem Ausgang versehene Vergleichereinrichtung, deren Ausgang mit der Schalteinrichtung gekoppelt ist, um der Schalteinrichtung ein Signal zuzuführen, wenn die Spannung am zweiten Eingang gleich der Spannung-am ersten Eingang der Vergleichereinrichtung ist, wobei die Schalteinrichtung auf Grund dieses Signals in einen zweiten Zustand übergeht, eine Einrichtung, die während der Zeitspanne, während deren sich die Schaltein-

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richtung in dem ersten Zustand befindet, eine erste Bezugsspannung an den ersten Eingang der Vergleichereinrichtung gibt, eine mit dem zweiten Eingang der Vergleichereinrichtung gekoppelte erste Kapazität, eine Einrichtung, die der ersten Kapazität eine Spannung zuführt, während sich die Schalteinrichtung in dem ersten Zustand befindet, um für ein Aufladen der ersten Kapazität zu sorgen und damit dem zweiten Vergleichereingang eine Spannung zuzuführen, eine Entladestreckeneinrichtung, mittels deren an die erste Kapazität eine Entladestrecke anschaltbar ist, wenn die Schalteinrichtung sich in dem zweiten Zustand befindet, eine Oszillatoreinrichtung mit einer zweiten Kapazität, die während einer vorgegebenen ersten Zeitdauer auf eine zweite Bezugsspannung aufgeladen und dann während einer zweiten Zeitdauer, die wesentlich kürzer als die erste Zeitdauer ist, entladen wird, eine Einrichtung, die der mit dem Ventrikel gekoppelten Leitung einen elektrischen Reiz zuführt, wenn die zweite Kapazität auf die zweite Bezugsspannung geladen ist, und eine Einrichtung, die zum Laden der zweiten Kapazität eine Spannung liefert, die mit der Spannung in Beziehung steht, auf die die erste Kapazität aufgeladen wurde.
6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Beziehung zwischen der Spannung, auf die die erste Kapazität aufgeladen wird, und der Spannung, die von der zuletzt genannten Einrichtung an die zweite Kapazität

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angelegt wird, derart beschaffen ist, daß bei Aufladen der ersten Kapazität auf die erste Bezugsspannung die zweite Kapazität auf die zweite Bezugsspannung aufgeladen wird.
7. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bezugsspannung gleich der oder geringfügig größer als die zweite Bezugsspannung ist.
8. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichereinrichtung ein Differenzverstärker vorgesehen ist und daß die Schalteinrichtung ein Transistor ist, der anfänglich durch ein orfaßtes Signal auf der Vorhofleitung leitend gemacht wird und durch das Ausgangssignal von der einen Seite des Differenzverstärkers leitend gehalten wird.
9. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch •ine Einrichtung zum Erfassen des Auftretens eines durch eine Herzventrikelkontraktion verursachten elektrischen Signals auf der Ventrikelleitung und zur Abgabe eines eine solche Signalerfassung kennzeichnenden Signals, sowie durch eine Einrichtung, die dieses Signal der Vergleichereinrichtung und der Oszillatoreinrichtung zuführt, wobei die Vergleichereinrichtung auf Grund des Signals der der Ventrikelleitung zugeordneten Erfassungseinrichtung ein Signal an die Schalteinrichtung gibt, auf Grund dessen die Schalteinrichtung in den zweiten Zustand übergeht, und

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wobei die Oszillatoreinrichtung auf Grund des Signals von der der Ventrikelleitung zugeordneten Erfassungseinrichtung die zweite Kapazität entlädt.
10. Herzschrittmacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der Vorhofleitungssignale eine Refraktärstufe aufweist, die das Erfassen eines nachfolgenden Signals während «iner gewissen Refraktärdauer verhindert, und daß die Einrichtung zum Erfassen der Ventrikelleitungssignale eine mit der Einrichtung zum Erfassen der Vorhofleitungssignale gekoppelte Einrichtung aufweist, die die Refraktärstufe veranlaßt, die Refraktärdauer beginnen zu lassen.

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