DE3117075C2

DE3117075C2 - Vorhofsynchroner Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE3117075C2
Application number: DE3117075A
Authority: DE
Inventors: Toby H. 55303 Anoka Minn. Markowitz
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1981-04-29
Publication date: 1983-07-28
Also published as: CA1156314A; DE3117075A1; US4344437A; SE451670B; FR2481603B1; SE8102738L; FR2481603A1; NL8102114A

Abstract

Vorhofsynchroner Schrittmacher mit Mindestraten-Kammerstützbetriebsart, der eine Schaltungsanordnung zum Verhindern des Auftretens von enggekoppelten Kammerimpulsen aufweist, die andernfalls während der vulnerablen Repolarisationsperiode der Kammern auftreten könnten. Eine Triggerkopplungsschaltung ist mit einem variablen oder programmierbaren Zeitglied für den oberen Ratengrenzwert bzw. das Mindestperiodenintervall und einer zugehörigen Schaltanordnung ausgestattet, um auf eine relativ niedrige Höchstrate zu schalten, während im Kammerstützbetrieb gearbeitet wird, und um auf eine höhere programmierte Höchstrate zu schalten, während die Schrittmacherfunktion im vorhofsynchronen Betrieb abläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen vornofsynchroner Herzschrittmacher mit einem an eine Vorhofelektrode anschließbaren Vorhofmeßverstärker zum Erfassen von Vorhofkontraktionen, der über ein Verzögerungsglied, dessen Verzögerungszeit dem gewünschten Zeitabstand zwischen einer Vorhofkontraktion und einer darauf folgenden Kammerkontraktion entspricht, einen an eine Kammerelektrode anschließbaren Reizimpulsgeber triggert, ferner mit einem Folgefrequenz-Begrenzer, der die Impulsfolgefrequenz des Reizimpulsgebers auf eine vorgegebene Maximal-Folgefrequenz begrenzt und mit

ίο einem an die Kammerelektrode anschließbaren Kammermeßverstärker zum Erfassen von Kammerkontraktionen, der den Reizimpulsgeber beim Erfassen einer Kammerkontraktion in seinen Ausgangszustand zurückversetzt, dergestalt, daß der Reizimpulsgeber bei fehlenden Vorhofkontraktionen wie auch bei unter einer vorgegebenen Mindest-Foigefrequenz liegender Folgefrequenz der Vorhofkontraktionen Reizimpulse mit der Mindest-lmpulsfolgefrequenz abgibt.

Solche Herzschrittmacher sind bekannt (DE-OS 25 54 933). Sie sind für den Einsatz bei Patienten ausgelegt, bei deren Herz eine normale Vorhof-Selbstschrittmachertunktion auftritt, wobei jedoch aufgrund eines Defekts in der Leitung vom Vorhof zur Kammer die Kammern nicht schlagen oder nicht mit dem Vorhofrhythmus Schritt halten. Vorhofsynchrone Schrittmacher sind so aufgebaut, daß sie die natürlich auftretenden Vorhofkontraktionen des Herzens erfassen und als Zeitreferenz für die Erzeugung von elektrischen Reizimpulsen für die Herzkammer benutzen. Dies geschieht, indem die Vorhofkontraktion erfaßt und ein Kammerreizimpuls nach einer kurzen Zeitverzögerung angeliefert wird, die so gewählt ist, daß ein Vorhof/Kammer-Synchronismus erhalten wird. Es ist eine Kammermeß- und Sperrbetriebsart vorgesehen, so

J5 daß dann, wenn eine spontane Kammerkontraktion innerhalb des geeigneten, einer Vorhofkontraktion folgenden A-V-Zeitintervalls (d. h. Vorhof/Kammer-Zeitintervall) eintritt, die Kammerkontraktion erfaßt und die Impulserzeugerschaltungen gesperrt und für

mi diesen Herzschlagzyklus zurückgetieMt werden, weil kein Reizimpuls benötigt wird. Bei dem bekannten vorhofsynchronen Schrittmacher ist ferner für eine

Kammerstütz-(Mindestraten-)Schrittmacherfunktion
gesorgt, so daß das Herz auf der Mindestrate gehalten

4~> wird, falls die natürliche Vorhofkontratkionsrate zu stark absinkt, wie dies beispielsweise bei Vorhofbradykardie der Fall ist. Auch bei einer Fehlfunktion der Vorhofleitung oder des Vorhofmeßverstärkers ist es wichtig, daß der Schrittmacher im Kammerstützbetrieb weiterarbeitet.

Wenn bekannte vorhofsynchrone Schrittmacher im Mindestraten-Kammerstüizbetrieb arbeiten, kommt es jedoch unter gewissen Umständen vor, daß der Schrittmacher einen Kammerreizimpuls zu rasch nach einer vorhergegangenen Kammerkontraktion anliefert. Diese zu enge Kopplung eines Reizimpulses kann dazu führen, daß der Reizimpuls in die vulnerable Periode der Kammern während deren Repolarisation von der vorausgegangenen Kammerkontraktion fällt. Dies kann gefährliche Folgen haben. Unter anderem kann es zu Kammerflimmern kommen. Außerdem kann in solchen Fällen das Elektrokardiogramm vom Arzt oder Hilfskräften leicht als Hinweis auf eine Schrittmacherfehlfunktion mißinterpretiert werden.

ti^; Die Ursache dieses Problems ist die Dissoziation von Vorhof- und Kammeraktivität im Herzen während des Kammerstützbetriebs sowie das anschließende Erfassen einer Vorhofkontratkion (P-Welle), die sehr dicht nach

einem Kammerereignis auftritt Dies kann im Falle von Vorhofbradykardie geschehen, wo die natürliche Vorhofrate auf einen Wert abfällt, der unter der minimalen Kammerstützrate liegt, die beispielsweise 60 Schläge/min betragen kann. Unter diesen Umständen wird die Herzkammer mit der Kammerstützrate von 60 Schlägen/min stimuliert Nimmt man jedoch an, daß im Herz keine retrograde Leitung vorliegt stimuliert sich der Vorhof mit seiner niedrigeren Rate weiterhin selbst

Wenn der Vorhof und die Kammern jetzt unabhängig und mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, liegt die P-WeIIe des Elektrokardiogramms nicht mehr länger fest d.h. diese Welle ist nicht mehr mit dem QRS-Wellenkomplex synchronisiert Bei anschließenden Impulsen driftet die P-Welle in den QRS-Komplex hinein und durch diesen hindurch. Schließlich wird eine F-WeIIe gerade dann auftreten, wenn der Vorhofmeßverstärker am Ende seiner an ein Kammerereignis anschließenden Refraktärperiode oder sehr kurz danach eingeschaltet wird. Der Vorhofmeßverstürker erfaßt dann die P-Welle und bewirkt die Anlieferung eines KammerreizimpulseE nach einer Zeitspanne, die der A-V-Verzögerungsperiode entspricht Infolgedessen wird die Kammer mit einem raschen Kammerr«/izimpuls in einem zu kurzen Zeitintervall nach der vorangegangenen Kammerkontraktion beaufschlagt; dieser rasche Reizimpuls kann in die vulnerable Periode fallen.

Es ist nicht praktisch, das vorstehend erläuterte Problem dadurch zu lösen, daß man die Refraktäi periode der Vorhofmeßschaltung weiter verlängert Dadurch läßt sich zwar die am raschesten erfaßte P-Welle mit Sicherheit so verschieben, daß sie jenseits der auf eine Kammerdepolarisation folgenden vulnerablen Periode liegt. Ein solches Vorgehen würde jedoch den oberen Vorhofnachlaufratengrenzwert des Schrittmachers wesentlich senken. Dies ist unerwünscht, weil viele Patienten mit Symptomen, die einen vorhofsynchronen Schrittmacher erfordern, noch normal belastet werden können, so daß ihre natürliche Herzrate bis auf 150 Schläge/min oder mehr ansteigen kann. Bei einer verlängerten Vorhofrefraktärperiode wären die Vorhofmeßschaltungen jedoch nicht in der Lage, die nächste P-Welle bei diesen hohen normalen Herzraten zu empfangen.

Es ist zwar möglich, zu eng gekoppelte Kammerreizimpulse durch die Anwendung eines Schrittmachers mit Vorhof- und Kammermeßverstärker sowie mit Vorhof- und Kammerreizimpulsgenerator zu vermeiden, weil dabei der Vorhof so gereizt wird, daß die Mindestrate aufrechterhalten wird, wodurch der Vorhof und die Kammern synchronisiert bleiben. Infolgedessen kommt es nicht zu einer Dissoziation der P- und R-Wellen. Ein derartiger Schrittmacher hat jedoch in der Regel eine Wesentlich größere Stromaufnahme als ein vorhofsynchroner Schrittmacher. Er hat infolgedessen den Nachteil einer verkürzten Batterielebensdauer und/ oder eines größeren Volumens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorhofsynchronen Schrittmacher zu schaffen, der unter Verwendung eines Vorhofmeßverstärkers mit normaler Refraktärperiode beim Arbeiten im festfrequenten Betrieb mit Mindest-Folgefrequenz verhindert, daß ein Kammerreizimpuls in die vulnerable Periode während der Repolarisation der Kammer von der vorausgegangenen Kammerkontraktion fällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stelleinrichtung, ale den Folgefrequenz-Be-

grenzer im vorhofsynchronen Betrieb des Herzschrittmachers auf eine erste, im festfrequenten Betrieb des Herschrittmachers bei der vorgegebenen Mindest-Folgefrequenz hingegen auf eine zweite Maximal-Folgefrequenz einstellt wobei die erste dieser Maximal-Folgefrequenzen höher ist als die zweite.

Bei dem Herzschrittmacher nach der Erfindung ist also der obere Ratengrenzwert verstellbar gemacht; die Stelleinrichtung schaltet während des vorhofsynchronen Schrittmacherbetriebs auf den oberen, normal hohen Grenzwert, der programmiert werden kann und typischerweise 150 Schläge/min beträgt, während sie automatisch auf einen niedrigeren oberen Ratengrenzwert beispielsweise auf 100 Schläge/min, umschaltet, wenn im Kammerstützbetrieb gearbeitet wird. Sobald der Vorhofsynchronismus wieder hergestellt ist wird der obere Ratengrenzwert selbsttätig auf den höheren programmierten Wert zurückgebracht Auf diese Weise kann wirkungsvoll vermieden werden, daß die Vorhofmeßschaltung eine einer R-Welle unmittelbar folgende P-WeIIe erfaßt während gleichzeitig eir^'orhofsynchroner Betrieb bei hohen Herzraten während Gelastungen des Patienten nicht ausgeschlossen ist

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erf-ndung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines vorhofsynchronen Schrittmachers mit einer Kammerstützscmittmacherrate,

F i g. 2 eine grafische Darstellung der mittleren Ausgangsrate, aufgetragen über der Vorhofrate beim Betrieb des Schrittmachers nach F i g. 1,

F i g. 3 Signaldiagramme, die erkennen lassen, wie bei bekannten Schrittmachern enggekoppelte oder dicht aufeinanderfolgende Kammerreizimpulse auftreten können,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Schrittmachers ;7iit den beanspruchten Merkmalen und

Fig.5 ein Signaldiagramm für die Arbeitsweise des Schritt:.iachers nach F i g. 4, bei dem dicht aufeinanderfolgende Stimulationsimpulse verhindert sind.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau und die Arbeitsweise eines P-wellensynchronen oder vorhofsynchronen Schrittmachers der für eine Schrittmacherstützfunktion mit Mindestkammerrate sorgt. Der Schirttmacher mit den beanspruchten Merkmalen entspricht generell den F i g. I und 2, weist jedoch in den F i g. 1 und 2 nicht speziell dargestellte Mittel auf, die das oben diskutierte Problem von enggekoppelten Kammerreizimpulsen ausräumen. Diese speziellen Mittel sind weiter unten unter Bezugnahme auf die F i g. 4 und 5 diskutiert.

Der Schrittmacher wird in Verbindung mit einem bei 10 angedeuteten Herden benutzt. Eine Leiumg 11 verläuft zum Vorhof des Herzens; sie weist eine mit dem Vorhof in Kontakt stehende Elektrode 12 auf. Die Leitung 11 erstreck*, sich zu einem Vorhofanschluß 13 des Schrittmachers. Line Leitung 14 verläuft zu der Kammer des Herzens. Sie trägt an ihrem Ende eine Elektrode 15, die mit Gewebe im Kammerbereich des Herzens in Kontakt steht. Die Leitung 14 reicht zu einem Kammeranschluß 16 des Schrittmachers.

Innerhalb des Schrittmachers steht der Anschluß 13 mit einem Vorhofmeßverstärker und -detektor 20 in Verbindung, dessen Aufgabe es ist, Vorhofdepolarisationen (P-Wellen) zu ermitteln. Der Ausgang des

Verstärkers und Detektors 20' ist über einen Leiter 21 an einen Eingang eines Vorhof/Kammer-Verzögerungszeitglieds 22 angeschlossen. Der Triggerausgang des Zeitglieds 22 ist über einen Leiter 23 mit einem Zeitglied 24 für einen oberen Ratengrenzwert verbunden. Der Ausgang dieses Zeitgliedes steht mit einer Ausgangsschaltung 30 in Verbindung. Kammerreizimpulse, die von der Ausgangsschaltung 30 erzeugt werden, laufen über einen Leiter 31 zum Anschluß 16 und zur Herzkammer.

Eine Abzweigung des Leiters 31 steht mit einem Kammermeßverstärker und -detektor 40 in Verbindung, dessen Aufgabe es ist, für Kammerkontraktionen kennzeichnende /?-Wellen zu ermitteln, obwohl der Verstärker und Detektor 40 auch auf die von der ^|5 Ausgangsschaltung 30 angelieferten Reizimpulse anspricht. Der Ausgang des Kammermeßverstärkers 40 steht über einen Leiter 41 mit Rückstelleingängen des Vorhof/Kammer-Zeitgiieds 22 und des Zeitgiieds 24 für den oberen Ratengrenzwert in Verbindung. Eine Zweigleitung ist ferner an einen Rückstelleingang eines Zeitglieds 42 für einen unteren Ratengrenzwert angeschlossen. Der Ausgang dieses Zeitgliedes steht ebenfalls mit der Ausgangsschaltung 30 in Verbindung.

F i g. 2 zeigt die Kammerschrittmacherrate, die von ²ⁱ dem Schrittmacher gemäß F i g. 1 in Abhängigkeit von variierenden Vorhofherzschlagraten aufrechterhalten wird. In F i g. 2 ist beispielsweise angenommen, daß der obere Ratengrenzwert bei 175 Schlägen/min und der untere Ratengrenzwert bei 60 Schlägen/min liegt. Es versteht sich jedoch, daß für diese Grenzwerte auch andere Zahlenwerte vorgesehen sein können und daß im Falle von programmierbaren Schrittmachern diese Grenzwerte ebenso wie andere Betriebsparameter des Schrittmachers programmiert werden können. Für diesen Zweck lassen sich bekannte Hochfrequenzübertragungs- und Programmierverfahren einsetzten.

Wenn in dem Beispiel der Fig.2 die spontante Vorhofschrittmacherrate des Herzens zwischen 60 und 175 Schlägen/min liegt, stimmt die Kammerrate mit der Vorhofrate auf einer 1 :1-Basis überein. In diesem Bereich arbeitet der Schrittmacher im P-wellensynchronen Betrieb. Die auf eine Vorhofkontraktion zurückgehende P-WeIIe wird auf der Leitung 11 aufgenommen und von dem Verstärker 20 erfaßt, der dann das Zeitglied 22 triggert. Das Zeitgiied 22 bestimmt die geeignete Vorhof/Kammer-Zeitverzögerung, an deren Ende ein Triggerimpuls über den Leiter 23 geht. Falls dieser Triggerimpuls nicht in einem engen Intervall bezogen auf das letzte Kammerereignis auftritt, wird er ^M über das Zeitglied 24 weitergegeben, um die Erzeugung eines Ausgangsreizimpulses mittels der Schaltung 30 zu triggern. Eine stimulierte Kammerkontraktion erfolgt daher in Synchronismus mit der spontanten Vorhofkontraktion. Wenn vor der Abgabe des Kammerreizimpulses eine spontane Kammerkontraktion erfolgt, wird sie von dem Verstärker 40 ermittelt. Auf dem Leiter 41 erscheint ein Rückstellsignal, mittels dessen die Zeitglieder 22, 24 und 42 zurückgestellt werden, um einen nicht benötigten Kammerimpuls zu sperren. In ^M jedem Fall wird die 1 :1-Entsprechung zwischen der Kammerrate und der Vorhofrate in dem richtigen Vorhof/Kammer-Synchronismus zwecks maximaler Leistungsfähigkeit aufrechterhalten.

Wenn die Vorhofrate unter den unteren Grenzwert ^b5 absinkt, der bei dem Beispiel der F i g. 2 60 Schläge/min beträgt, würde ein P-wellensynchroner Schrittmacherbetrieb zu einer unerwünscht niedrigen Herzrate führen. Infolgedessen stellt sich der Schrittmacher bei einer Vorhofrate unter 60 Schlägen/min auf einen Kammerbedarfsschrittmacherbetrieb mit d«m unteren Ratengrenzwert um.

Dies geschieht mit Hilfe des Zeitglieds 42 für den unteren Ratengrenzwert oder eine äquivalenten Anordnung. Bei jedem Kammerereignis wird, unabhängig davon, ob es sich um eine spontane Kontraktion oder einen Reizimpuls handelt, das Zeitglied 42 mittels eines über dem Leiter 41 laufenden Signals zurückgestellt. Das Zeitglied 42 läßt dann seinen Zeitgrenzwert ablaufen, welcher dem Intervall entspricht, das zwischen Schlägen verstreicht, die mit dem unteren Ratengrenzwert auftreten. Im Falle eines unteren Grenzwertes von 60 Schlägen/min beträgt das Ablaufintervall 1000 ms. Wenn dieses Intervall des Zeitglieds 42 abgelaufen ist, triggert das Zeitglied die Ausgangsschaltung 30, damit diese einen Reizimpuls abgibt. Falls eine natürlich auftretende Kammerkoniraktion vor dem Ende des Ablaufintervalls erscheint, wird das Zeitgiied 42 zurückgestellt.

Das bei bekannten Schrittmachern auftretende Problem einer zu engen Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Kammerreizimpulsen ist in dem Signaldiagramm der Fig.3 dargestellt. In Fig.3 stellt die waagrechte Achse die Zeit dar. Sechs charakteristische Parameter veranschaulichen das Funktionieren des Herzens .jnd des Schrittmachers. Die oberste Darstellung zeigt vom Herzen abgegebene P-Wellen, wie sie von dem Vorhofmeßverstärker erfaßt und verstärkt werden. In dem in Fig.3 wiedergegebenen Teil des Ablaufdiagramms sind fünf P-Wehen dargestellt. Dabei ist angenommen, daß die erste P-WeIIe einen vorhofsynchronen Schrittmacherbetrieb zur Folge hat. Das Auftreten der ersten P-Welle startet das Vorhof/Kammer- Verzögerungszeitglied, das in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ein Zeitintervall von 175 ms hat. Am Ende dieser Zeitspanne wird der Kammerreizimpuls abgegeben. Gleichzeitig wird der Vorhofmeßverstärker für etwa 125 ms ausgetastet oder refraktär gemacht; die Zeitglieder für den oberen und den unteren Ratengrenzwert werden zurückgestellt.

Das Zeitglied für den oberen Ratengrenzwert ist auf 343 ms eingestellt, was einer oberen Herzrate von 175 Schlägen/min entspricht. Das bedeutet, daß die Schaltungsanordnung am Ende der dem oberen Ratengrenzwert entsprechenden Zeitperiode von 343 ms bereit ist, (in Abhängigkeit von einer P-Welle) einen Reizimpuls anzuliefern. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn der Patient belastet wird und infolgedessen die Herzrate hoch geht. Jedes Ausgangssignal des Vorhof/Kamnier-Verzögerungszeitglied, das vor dem Ablauf des Zeitintervalls des Zeitgliedes für den oberen Ratengrenzwert auftritt, würde jedoch einfach bis zu dem Zeitablauf verzögert; dann würde der Kammerreizimpuls abgegeben. Dies ist für die Form der Kurve nach Fig.2 jenseits des oberen Ratengrenzwertes von 175 Schlägen/min verantwortlich. In diesem Bereich werden rasche P-Wellen ermittelt; die entsprechenden Kammerimpulse werden jedoch mittels des Zeitgiieds für den oberen Ratengrenzwert verzögert, um die Rate auf dem oberen Grenzwert von 175 Schlägen/min zu halten. Infolge der Verzögerungswirkung werden einige P-Wellen blockiert. Die momentane Schrittmacherrate entspricht dem oberen Ratengrenzwert. Weil aber einige P-Wellen blockiert werden, hat der Ratenmittelwert die in F i g. 2 dargesteDte Eigenschaft. Diese Art des Verhaltens des oberen Ratengrenzwertes ist im

einzelnen aus der US-PS 40 59 116 bekannt.

Entsprechend dem Beispiel der Fig.3 hat die erste P-WeIIe zur Abgabe eines vorhofsynchronen Kammerreizes geführt, jetzt sei jedoch angenommen, daß die spontante Vorhofrate des Patienten niedrig ist und das Periodenintervall etwa 1100 ms beträgt, was näherungsweise 54,5 Schlägen/min entspricht. Infolgedessen wird bei der aweiten P-WeIIe der Fig.3 das Vorhof/Kammer-Intervall eingeleitet. Bevor dieses Intervall jedoch auslaufen kann, ist das Zeitglied für den unteren Ratengrenzwert von 1000 ms abgelaufen; dieses Zeitglied bewirkt einen Kammerreizimpuls. Dies wiederholt sich für die nächsten Kammerreizimpulse in dem dargestellten Beispiel. In jedem Fall ist das P-Wellenintervall zu lang, so daß eine Schrittmacherufnktion mit der Rate von 60 Schlägen/min erfolgt.

Die beiden oberen Kurvenzüge der F i g. 3 lassen die Dissoziation zwischen dem Arbeiten von Vorhof und Kammer während dieses Stützbetriebes mit dem unteren Ratengrenzwert erkennen. Die P-WeIIe und der Kammerreizimpuls sind nicht in Synchronismus miteinander; sie treten mit unterschiedlichen Frequenzen auf. Dies bewirkt, daß die P-WeIIe zeitlich betrachtet für jeden aufeinanderfolgenden Zyklus in den Kammerreizimpuls hinein und durch diesen hindurch drifted. Die P-WeIIe fällt schließlich, bezogen auf den Kammerreizimpuls, auf einen Zeitpunkt unmittelbar nach dem Ende der Vorhofrefraktärdauer. Dies ist in Fig.3 bei der fünften P-WeIIe veranschaulicht. Diese startet ein Vorhof/Kammer-Zeitintervall, und das Ende dieses Intervalls fällt noch etwas in das Zeitintervall des Zeitgliedes für den oberen Ratengrenzwert, so daß der Kammerimpuls verzögert wird, bis das Zeitglied für den oberen Ratengrenzwert abgelaufen ist. Bei einem oberen Ratengrenzwert von 175 Schlägen/min bedeutet dies die Anlieferung eines enggekoppelten Kammerreiz-

I- impulses, der von dem vorhergehenden Impuls einen Abstand von nur 343 ms hat. Dieser enggekoppelte Impuls kann in unerwünschter Weise in die vulnerable Periode der Ventrikel während deren Repolarisation von der vorangegangenen Kontraktion fallen. Dies kann gefährlich sein und unter gewissen Umständen zu Kammerflimmern führen. Das Elektrokardiogramm eines Patienten mit einem solchen Schrittmacher kann verwirrend sein und leicht als Fehlfunktion des Schrittmachers ausgelegt werden, weil der enggekoppelte Impuls in der Mitte von Impulsen erscheint, die im übrigen normalen gegenseitigen Abstand haben.

Aus einem Studioum der Ereignisfolge bei der fünften P-Welle der F i g. 3 folgt, daß der unerwünscht engen Kopplung zwischen den Kammerreizimpulsen in gewissem Umfang dadurch begegnet werden kann, daß das Ablaufintervall des Zeitgliedes für den oberen Ratengrenzwert vergrößert wird. Dies hätte zur Folge, daß der letzte gezeigte Reizimpuls verzögert oder in F i g. 3 nach rechts verschoben wird, so daß er außerhalb der vulnerablen Periode fällt, Dadurch würde jedoch der obere Ratengrenzwert abgesenkt, so daß der Schrittmacher nicht P-Wellen folgen könnte, die rascher als beispielsweise mit 100 Schlägen/min auftreten. Dies würde die Brauchbarkeit des Schrittmachers schwerwiegend begrenzen, weil Schrittmacher dieser Art häufig bei Patienten benutzt werden, bei denen während Belastung Herzraten von 150 oder mehr auftreten können. Unter diesen Umständen ginge der Synchronismus bereits bei einer niedrigen Rate verloren. Der physiologische Nutzen des Schrittmachers wäre stark vermindert

Beide oben geschilderte unerwünschte Effekte

werden erfindungsgemäß ausgeräumt. In Fig.4 ist mit 10 wiederum ein Herz angedeutet, in das eine

Vorhofleitung 11 mit einer Elektrode 12 und eine Kammerleitung 14 mit einer Elektrode 15 eingeführt

sind. Die Leitung 11 ist mit dem Anschluß 13 verbunden, während die Leitung 14 mit dem Kammeranschluß 16 in

Verbindung steht. Innerhalb des Schrittmachers ist der Vorhofanschluß

13 mit dem Eingang des Vorhofmeßverstärkers und -detektors 20 verbunden, der P-Wellen ermittelt, die kennzeichnend für Vorhofkontraktionen sind. Der Vorhofmeßverstärker 20 gibt Signale über den Leiter 21 zu dem Starteingang des Vorhof/Kammer-Verzöge rungszeitglieds 2Z Wird das Zeitglied 22 nicht durch ein Signal zurückgestellt, das seinem Rückstelleingang über den Leiter 41 zugeht, gibt das Zeitglied 22 an seinem Triggerausgang einen Triggerimpuls ab, der gegenüber dem Startsignal vom Leiter 21 um das Vorhof/Kammer-

^2D Verzögerungsintervall zeitlich versetzt ist. Dieses

Triggersignal wird über den Leiter 23 der unten im

einzelnen erläuterten Steuerschaltung für den oberen

Ratengrenzwert zugeführt. Der Kammeranschluß 16 ist über den Leiter 31 mit

dem Ausgang der Ausgangsimpulserzeugerschaltung 30 verbunden, die in bekannter Weise die Kammerreizimpulse erzeugt. Die Schaltung 30 gibt ihre Impulse in Abhängigkeit von Kammerschrittmacher- oder Vorhoftriggersignalen ab, die ihrem Eingang über einen Leiter 32 zugehen. Eine Abzweigung des Leiters 31 führt zu dem Kammermeßverstärker und -detektor 40, dessen Aufgabe es ist, an seinem Ausgang auf den Leiter 41 gehende Signale zu erzeugen, die kennzeichnend für Kammerereignisse, d. h. entweder eine Kammerkon-

^r> traktion oder einen Kammerreizimpuls, sind.

Sowohl der Vorhofmeßverstärker 20 als auch der Kammermeßverslärkcr 40 sind mit Schaitungsstufen versehen, die im Anschluß an die Erfassung des Vorhof- bzw. Kammerereignisses für Refraktärdauern des

ίο Meßverstärkers sorgen. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform wird der Vorhofverstärker beim Auftreten eines Vorhof- oder Kammerereignisses funktionsunfähig gemacht; er bleibt dann während der Refraktärdauer des Kammerverstärkers und einer

⁴' Überlappungsperiode danach refraktär.

Eine Abzweigung des Leiters 41 führt zu dem Rückstelleingang des Zeitglieds 42 für den unteren Ratengrenzwert Das Zeitglied 42 erzeugt an seinem Ausgang ein auf den Leiter 43 gehendes Signal am Ende seines Ablaufintervalls entsprechend dem unteren Kamirerstützratenintervall.

Es ist eine Programmsteuerschaltung 50 vorhanden, die in bekannter Weise Steuersignale in Form von Hochfrequenzenergie aufnimmt die von einer außer halb des Körpers liegenden Stelle aus übermittelt und von einer Antenne 51 empfangen wird. Die Steuerschaltung 50 entschlüsselt und verarbeitet die empfangenen Hochfrequenzsignale und gibt Programmsignale über einen Datenbus 52 an das Zeitglied 22, einen Datenbus 53 an das Zeitglied 42 für den unteren Ratengrenzwert sowie einen Datenbus 54 an die Steuerung für den oberen Ratengrenzwert Der Einfachheit halber sind in der Zeichnung Einzelleitungen dargestellt Es versteht sich jedoch, daß die den drei Zeitschaltungen zugehen den Programmsignale vorzugsweise in Form von digitalen Steuerwörtern vorliegen und die Datenbusse 52, 53 und 54 infolgedessen mehrere parallele Datenleitungen umfassen können, fiber die die digitalen

Steuersignale zürn Programmieren der Intervalle laufen. Mittels der Programmsteuerschaltung läßt sich für das Zeitglied 22 eine von mehreren möglichen Zeitverzögerungen auswählen, die für den Patienten geeignet ist. In ähnlicher Weise können die oberen und unteren Ratenwerte (Sch'äge/min) den Bedrüfnissen des jeweiligen Patienten angepaßt werden.

Innerhalb drfr oberen Ratenwertsteuerung oder Triggerkopplungsschaltung befindet sich ein Zeitglied 60 für den oberen Ratengrenzwert. Diesem Zeitglied gehen Startsignale über einen Leiter 61 von einer ODER-Schaltung 62 zu. Das Zeitglied 60 gibt ein Ablaufsignal von seinem Ausgang auf einen Leiter 63 am Ende des oberen Ratenintcrvalls, das bei einem oberen Ratengrenzwert von 175 Schlägen/min beispielsweise 343 ms beträgt. Der Leiter 63 ist an einen Eingang einer UND-Schaltung 64 angeschlossen, deren anderer Eingang mit dem Leiter 23 verbunden ist. Der A.usgang der UND-Schaltung 64 steht über einen Leiter 65 mit einem Eingang einer ODER-Schaltung 70 und mit dem Rückstelleingang eines Flip-Flops 71 in Verbindung.

Eine Abzweigung des Leiters 41 ist an einen Eingang der ODER-Schaltung 62 angeschlossen, während eine Abzweigung des Leiters 43 mit dem anderen Eingang dieser ODER-Schaltung verbunden ist. Eine Abzweigung des Leiters 43· führt ferner zu einem Eingang der ODER-Schaltung 70 und zu dem Setzeingang des Flip-Flops 71.

Der Datenbus 54 steht mit einer Mehrzahl von UND-Schaltungen 72a bis 72n in Verbindung. Die exakte Anzahl der UND-Schaltungen entspricht der Anzahl der parallelen Bits der Programminformation. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Zeichnung nur die Schaltungskomponenten für die niedrigst- und höchstwertigen Bits dargestellt. Die anderen Eingänge der UND-Schaltungen 72a bis 72n sind über einen Letter 73 an den (^-Ausgang des Flip-Flops 71 angeschlossen. Die Ausgänge der UND-Schaltungen 72a bis 72/? stehen über Leiter 74a bis 74n mit Eingängen von ODER-Schaltungen 75a bis 75/i in Verbindung. Die Anzahl der ODER-Schaltungen entspricht wieder der Anzahl der Bits der digitalen Steuerung für den Zeitgeberprogrammwert. Die Ausgänge dieser ODER-Schaltungen sind über Leiter 76a bis 76/7 an die Programmeingänge des Zeitglieds 60 für den oberen Ratengrenzwert angeschlossen.

Es ist eine Schaltung 80 vorgesehen, die ein digitales Ausgangssteuerwort entsprechend einem Zeitratenintervall von 100 Schlägen/min erzeugt, was einem Periodenintervall von 600 ms entspricht. Dieses Steuerwort wird auf Leiter 81a bis 81/7 gegeben, die mit Eingängen von UND-Schaltungen 82a bis 82/7 verbunden sind. Die Ausgänge dieser UND-Schaltungen sind über Leiter 83a bis 83n an die anderen Eingänge der ODER-Schaltungen 75a bis 75n angeschlossen. Die anderen Eingänge der UND-Schaltungen 82 stehen über einen Leiter 84 mit dem (^-Ausgang des Flip-Flops 71 in Verbindung.

Wenn im normalen vorhofsynchronen Betrieb gearbeitet wird (entsprechend dem Bereich von 60 bis 175 Schlägen/min in Fig.2), werden P-Wellen vom Meßverstärker 20 erfaßt; sie starten das Zeitglied 22. Am Ende des Vorhof/Kammer-Verzögerungsintervalls geht ein Triggerimpuls auf den Leiter 23. Dieser Triggerimpuls wird über die UND-Schaltung 64 und die ODER-Schaltung 70 dem Impulsgenerator 3D zugeführt, wodurch dieser veranlaßt wird, einen Kammerreizimpuls /u erzeugen und abzugeben. Dabei wird davon ausgegangen, daij das Intervall des Zeitglieds 60 für den oberen Ratcngren/.wert abgelaufen ist, bevor der Triggerimpuls uuf dem Leiter 23 erscheint. Diese

j Bedingung ist in dem genannten 1 : !-Arbeitsbereich der Darstellung gemäß F i g. 2 erfüllt. Im Falle eines \orhofsyiichronen Betriebs mit einer Rate, die den oberen Ratengrenzwert übertrifft, liefert das Zeitglied 22 das Triggersignal an den Leiter 23: das Triggersignal

in wird jedoch von der UND-Schaltung 64 aufgehalten, bis das Intervall des Zeitglieds 60 abgelaufen ist. Danach ' wird das Triggersignal durchgeschaltet, wodurch der Generator 30 veranlaßt wird, seinen Ausgangsimpuls abzugeben. Auf diese Weise verhindert das Zeitglied 60

π die Abgabe von Schrittmacherinipulsen mit einer Rate über dem Programmwert.

Wenn der Triggerimpuls über den Leiter 65 zur ODER-Schaltung 70 und zum Generator 30 läult, stellt er auf das Flip-Flop 71 zurück Dadurch werden die

-'<> UND-Schaltungen 72 entsperrt sowie die UND-Schaltungen 82 gesperrt, so daß das obere Ratengrenzwertintervall. das an das Zeitglied 60 anlegbar ist, der von der Programmsteuerschaltung 50 kommende Programmwert ist.

:> Das Auftreten eines Kammerreizimpulses oder einer natürlichen Kammerkontraktion wird von dem Meßverstärker 40 erfaßt. Der Meßverstärker 40 gibt ein Signal auf den Leiter 41, um die Zeitglieder 22 und 42 zurückzustellen und das Zeitglied 60 erneut zu starten.

ι» Im Kammerstützbetrieb mit dem unteren Ratengrenzwert arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig.4 wie folgt. Wenn kein Kammerereignis auftritt, bevor das Zeitglied für den unteren Ratengrenzwert abgelaufen ist, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt.

υ Beispielsweise sei angenommen, daß der programmierte Wert für das Zeitglied 42 1000 ms beträgt, was einer Schrittmacherrate von 60 Schlägen/min entspricht. Das Zeitglied 42 sendet danri ein Signal über den Leiter 43 und die ODER-Schaltung 70 zum Generator 30, was

4(i diesen veranlaßt, einen Ausgangsreizimpuls abzugeben, wenn das Zeitglied 42 abläuft. Ein weiterer Impuls wird vom Zeitglied »42 1000 ms später verursacht, falls nicht zuvor entweder eine spontane Kammerkontraktion stattfindet oder ein Kammerreiz emittiert wird, der

-ti durch die Steuerstrecke mit dem Vorhofmeßverstärker 20, dem Verzögerungszeitglied 22 und der UND-Schaltung 64 verursacht wird.

Zum gleichen Zeitpunkt, zu welchem das Zeitglied 42 für den unteren Ratengrenzwert den Generator 30 veranlaßt, einen Ausgangsimpuls abzugeben, setzt das Signal auf dem Leiter 43 das Flip-Flop 71. Das Flip-Flop 71 gibt seinerseits ein Signal auf den von dem (^-Ausgang abgehenden Leiter 84, um die UND-Schaltungen 82a bis 82/7 zu entsprechen. Mittels eines über

den Leiter 73 laufenden Signals werden die UND-Schaltungen 72a bis 72n gesperrt Dieses Umschalten des Flip-Flops 71 schaltet den Code für eine Rate von 100 Schlägen/min von der Schaltung 80 zu den Programmeingängen des Zeitglieds 60 durch. Das Zeitglied 60 für

den oberen Ratengrenzwert bleibt für das Periodenintervall von 600 ms (100 Schläge/min) programmiert, solange die Anregung des Herzens unter dem Einfluß des Zeitglieds 42 für den unteren Ratengrenzwert erfolgt. Wenn der Vorhofsynchronismus wieder herbei-

geführt ist und ein Schrittmachersignal über den Leiter 65 zu der Ausgangsschaltung geht, wird das Flip-Flop 71 zurückgestellt; die Zeitvorgabe von 100 Schlägen/min {entsprechend 600 ms) wird beseitigt; der programmier-

Ii

7 3 ms !>iese

te obere Ratengrcn/wert wird vom Datenbus 54 /u dem Zcitglied 60 für den oberen Ratetigrenzwert durchgeschdltet.

Die Arbeitsweise des Sdiritimiu hers nach F- i g. ■!■ und das Ausräumen des Problems von enggekoppeken Kammerimpulsen, das bei bekannten Schrittmachern anzutreffen ist, ergeben sich aus F i g. 5. In F i g. 5 stellt die waagrechte Acnse wiederum die Zeit dar; die sechs Herz- und Schriitmacherparameter der Fig.} sind auch in Fig. 5 dargestellt, dieses Mai jedoch für die Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach I i g. 4. Zu Erläuterungszwecken zeigen die erste P-WcIU' und der Kammerreizimpuls den vorhofsynchroneii Sciniwmacherbetrieb. Die nächsten Impulse veranschaulichen dagegen die Schrittmacherfunktion bei der unteren Kammerstützrate. Dies ist darauf zurück/.uführei.. dab die P-Wellen mit Periodenintervallen von etwa 10
auftreten, was grob 5o Schlägen/min entspricht.
Rate liegt unter dem programmierten 1000 ms-Perii
intervaii (60 Scrräge/min) für das Zeiig'ueu fü:
unteren Ratengrenzwert. Dementsprechend werden der zweite, dritte, vierte und fünfte Kammerreizimpiils mit Intervallen von 1000 ms abgegeben. Die AWellen und die Kammerreizimpulse trennen sich voneinander, wobei die P-WeIIe durch die Kammerreizimpulsdauer 2". driftet. Bei der fünften P-WeIIe der Fig. j triii die F-WeIIe unmittelbar nacii dem linde der Refraktiirperiode des Vorhofmeßverstä'rkers im Anschluß an den Kammerreizimpuis auf. Es sei daran erinnert, daL; im Falle der bekannten Anordnung nach F i g. 3 diese so Situation zur Abgabe des enggekoppelten zweiten Kammerimpulses führte, der von dem vorhergehenden Impuls nur durch das obere Ratengrenzwert-Periodenintervall von 343 ms getrennt war. Bei der Anordnung nach F i g. 4 wird dieses Probelm dagegen ausgeräumt, a weil das Zeitglied für den oberen Ratengrenzwert auf eine niedrigere obere Rate von 100 Schlagen min. entsprechend einem Penodeninterva!! v<>?, MKj ms. umgeschaltet wurde.

Dies ergibt sich aus Fig.5, wo das Zeitglied für den ->!■ oberen Ratengrenzwert ein kurzes Intervall von 343 ms im ersten Zyklus vorgibt,der durch die Vorhofmeßsuekke getriggert wurde. Der zweite dargestellte Herzschlagzyklus wurde durch das Zeitglied für den unteren Ratengrenzwert getriggert. und das Flip-Flop 71 wuni gesetzt, um auf den Programmwert für das Zeitglied 6> umzuschalten. Daher wird bei dem zweiten, dritte:, vierten und fünften Zyklus der F i g. 5 die Kammerablai. rate auf das 600 ms-Intervall (100 Schläge/min) umgeschaltet. Infolgedessen wird im fünften Zyklus wo die P-WeIIe unmittelbar nach der Refrp.ktärdauer dt Vorhofverstärkers erscheint, das Vorhof/Kammer-Vcr zögerungszeitglied getriggert. Dieses Zeitglied läuft ab. Die UND-Schaltung 64 verzögert jedoch die Abgabe eines Schrittmacherimpulses an die Ausgangsschaltung bis zum Ende der Ablaufperiode des Zeitglieds 60. da; sich auf dem Wert von 600 ms befindet. 600 ms nacr dem letzten Kammerrei/impuls wird das Triggt;rsignai zum Ausgang durchgcschaltet; es wird ein weitere; Kammerimpuls abgegeben. Es ist zu erkennen, daß ii Fig. 5 der sechste Kammerimpuls zwar dem fünfter Impuls näher liegt als dies für die vorhergehender. Impulse der Fall ist. Der zeitliche Abstand ist jedocr

ufii ·' ausieicneiiu giuu um

vci meiden, daß der Impuls ir

die vulnerable Periode des Herzens fällt. Auf diese Weise wird das Problem von enggekoppehen Impulsen die in die vulnerable Periode fallen, ausgeräun...

Weil der sechste Kammerreizimpuls, der :n Fig.' dargestellt ist, auf eine Triggerung über die Voriiofstrek ke zurückzuführen war. wird das Flip-Flop 7! zurückgestellt: es wird wieder der normale ober. Ratengrenzweri von 175 Schlägen/min (entsprechena 343 ms) hergestellt. In dem letzten in F i g. 5 veranschaulichten Herzschlagzyklus ist wieder Vorhofsynchronismus erreicht. Der Kammerreizimpuls wird im AnschluL· an die Erfassung der P-WeIIe in Synchronismus abgegeben; es ist die kürzere obere Ratenzeitglied-Ablaufperiode anwendbar. Wenn sich das Zeitglied für der. oberen Ratengrenzwert im normalen Programmbetrieb befindet, ist der Schrittmacher bereit, P-Wellen des Herzens mit einer hohen Rate bis hinaus zu dem programmierten Grenzwert zu folgen. F.r kann aber auf den niedrigeren Arbeitsgrenzwert umgeschaltet werden, wenn eine Kammersf.'iz-Schrittmachcrfunktion erforderlich ist, um zu verhindern, daß enggekoppelte Kammerimpulse in die vulnerable Periode des Herzens fallen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorhofsynchroner Herzschrittmacher mit einem an eine Vorhofelektrode anschließbaren Vorhofmeßverstärker zum Erfassen von Vorhofkontraktionen, der über ein Verzögerungsglied, dessen Verzögerungszeit dem gewünschten Zeitabstand zwischen einer Vorhofkontraktion und einer darauf folgenden Kammerkontraktiori entspricht, einen an eine Kammerelektrode anschiießbaren Reizimpuisgeber triggert, ferner mit einem Folgefrequenz-Begrenzer, der die Impulsfolgefrequenz des Reizimpulsgebers auf eine vorgegebene Maximal-Folgefrequenz begrenzt, und mit einem an die Kammerelektrode anschließbaren Kammermeßverstärker zum Erfassen von Kammerkontraktionen, der den Reizimpulsgeber beim Erfassen einer Kammerkontraktion in seinen Ausgangszustand zurückversetzt dergestalt, daß der Reizimpulsgeber bei fehlenden Vorhofkoatraktionen wie auch bei unter einer vorgegebenen Mindest-Foigefrequenz liegender Folgefrequenz der Vorhofkontraktionen Reizimpulse mit der Mindest-lmpulsfolgefrequenz abgibt, gekennzeichnet durch eine Stelleinrichtung (71, 72a bis 72n, 75a bis 75/7, 80,82a bis 82nJ. die den Folgefrequenz-Begrenzer (60) jn vorhofsynchronen Betrieb des Herzschrittmachers auf eine erste, im festfrequenten Betrieb des Herzschrittmachers bei der vorgegebenen Mindest-Foigefrequenz hingegen auf eine zweite Maximal-Folgefrequenz einsteiit, wobei die erue dieser Maximal-Folgefrequenzen höher ist als die zweite.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicllein^chtung (71, 72a bis 72/7, 75a bis 75/7, 80, 82a bis 82//,; eingangsseitig an das Verzögerungsglied (22) und an eine die Mindest-Foigefrequenz vorgebende Steuerstufe (42) angeschlossen ist.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Folgefrequenz-Begrenzer (60) als programmierbares Zeitglied ausgelegt und die Stelleinrichtung (71, 72a bis 72n, 75a bL 75/J, 80, 82a bis 82/7,/ an eine Programmsteuerschaltung (50) zur wahlweise Vorgabe der ersten Maximal-Folgefrequenz angeschlossen ist.

4. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (71,72a bis 72/7,75a bis 75/7, 80,82a bis 82/^eine mittels Ausgangstriggersignalen des Verzögerungsgliedes (22) und der Steuerstufe (42) umschaltbare bistabile Schaltung (71) und eine zwischen die Ausgangsseite der bistabilen Schaltung und Programmeingänge des Folgefrequenz-Begrenzers (60) geschaltete Programmgatteranordnung (72a bis 72n. 75a bis 75/7,82a bis 82/7,1 aufweist.

5. Herzschrittmacher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (71, 72a bis 72/7, 75 bis 75/7. 80, 82a bis 82n) eine Schaltungsstufe (80) zur Erzeugung eines der zweiten Maxiinal-Folgefrequenz entsprechenden Digitalwertes aufweist.