DE2143356C3 - Implantierbarer Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Herz-Schrittmacher mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, die mittels eines Impulsgenerators die Reizstromimpulse an eine an das Herz anschließbare Elektrodenanordnung liefert, die in einer gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerten Kapselung untergebracht ist und die ein die Breite der Reizstromimpulse änderndes Stellglied aufweist, das mittels eines außerhalb des Körpers befindlichen Fernsteuergliedes betätigbar ist.

Ein solcher Herzschrittmacher ist aus der US-PS 11 111 bekannt. Bei diesem Herzschrittmacher ist die Schrittmacherfrequenz durch ein /?C-Zeitglied bestimmt, das aus einem Kondensator und drei in Reihe liegenden Widerständen besteht. Ein oder zwei dieser Widerstände können mittels eines oder zweier Schutzrohrkontaktschalter wahlweise kurzgeschlossen werden, die mittels außerhalb des Körpers auflegbarer Magnete betätigbar sind, um auf diese Weise eine Anpassung der Schrittmacherfrequenz an die physische Belastung des Patienten zu erlauben. Anstelle der Schrittmacherfrequenz sollen gegebenenfalls auf entsprechende Weise auch andere Schrittmacherparameter, z. B. die Spannung, der Strom, die Dauer oder die Gesamtenergie der Schrittmacherimpulse, änderbar sein.

Es ist ferner bekannt (FR-PS !444 363), bei einem implantierten Reizstromgerät ein frequenzbestimmendes Zeitglied mit einem veränderbaren Widerstand vorzusehen, der sich von außerhalb des Körpers mittt-ls eines Magneten verstellen läßt Im Falle eines anderen bekannten Herzschrittmachers (DE-OS 15 39 119) wird ein extern betätigbarer Schalter benutzt, um den Schrittmacher ein- und auszuschalten oder um auf eine Reservebatterie oder auf eine Reserveelektrode umzuschalten.

Schließlich ist ein Schwellwertanalysator für implantierte Herzschrittmacher bekannt (DE-OS 19 18 605), der mit einem Zungenschalter ausgestattet ist, der mitteis eines externen Stellgliedes in Schwingungen versetzt werden kann. Der Zungenschalter bewirkt in Verbindung mit einem Hilfskondensator und einem Hilfskondensator-Entladekreis eine stufenförmige Entladung eines zwischen dem Impulsgenerator des Schrittmachers und dem Herzen liegenden Kopplungskondensators. Die Gesamtentladung des Kopplungskondensators ist um so größer, je häufiger der Zungenschalter je Zeiteinheit zum Ansprechen gebracht wird. Anhand der Schwingungsfrequenz des Zungenschalters läßt sich daher die Schwellwertenergie für die Herzstimulierung bestimmen. Die Anordnung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und störanfällig.

Implantierte Herzschrittmacher müssen als Ganzes ausgetauscht werden, bevor die Batterien so weit erschöpft sind, daß die Betriebssicherheit nicht mehr gewährleistet ist. Ein solcher Austausch ist aber für den Patienten mit erheblichen Unannehmlichkeiten und Kosten verbunden. Es stellt sich daher in der klinischen Praxis das zweifache Problem, die Batterielebensdauer durch beschränkte Energieentnahme zu verlängern und diese Lebensdauer möglichst weitgehend auszunützen, ohne daß darunter die Sicherheit des Patienten leidet.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen implantierbaren Herzschrittmacher zu schaffen, der es gestattet, ohne Beeinträchtigung der Funkticn?sicherheit die Energieentnahme aus der Batterie auf die im Einzelfall gegebenen Erfordernisse des Patienten abzustimmen und eine bevorstehende Erschöpfung der Batterie zuverlässig zu erkennen, um auf diese Weise zum einen die Batterie nur so weit wie notwendig zu entladen und zum anderen den Schrittmacher nicht öfter austauschen zu müssen, als dies im Hinblick auf den Entladezustand der Schrittmacherbatterie unbedingi erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellglied die Impulsbreite bei im wesentlichen konstant gehaltener Impulsamplitude ändert und derart bemessen ist, daß die Impulsbreite wahlweise innerhalb eines Stellbereiches änderbar ist, der von Werten, die für eine Herzanregung sorgen, bis zu Werten reicht, bei denen keine Anregung mehr erfolgt

Bei Verwendung des Herzschrittmachers nach der Erfindung kann der Arzt nach der Implantation durch Verändern der Impulsbreite den Anregungs- bzw. Mitnahmepunkt bestimmen, d. h. die Impulsbreite, die bei im übrigen konstant gehaltenen Parametern gerade noch zur Anregung der Herztätigkeit ausreicht. Sodann kann die Impulsbreite zur Schaffung eines zusätzlichen Sicherheitsbereiches um einen vorbestimmten Betrag oder Prozentsate vergrößert werden. Es wird auf diese Weise möglich, die Impulsenergie und damit die der Batterie im Betrieb entzogene Energie den Bedürfnis-

sen des Patienten individuell anzupassen. Mit anderen Worten, der Batterie wird im anschließenden Betrieb nicht mehr Energie entzogen, als dies unter Aufrechterhaltung eines gewissen Sicherheitsfaktors unbedingt notwendig ist Später kann der Ladezustand der Batterie überprüft werden, indem wiederum bei im wesentlichen konstant gehaltener Impiilsamplitude die Impulsbreite so lange abgesenkt wird, bis keine Mitnahme des Herzens durch die Schrittmacherimpulse mehr erfolgt Aus einem Vergleich der urspiünglich für die Mitnahme erforderlichen Impulsbreite mit der jetzt unter Umständen größeren, die Mitnahme gerade noch bewirkenden Impulsbreite lassen sich Rückschlüsse auf den jeweiligen Ladezustand der Batterie ziehen. Es kann festgestellt werden, ob die Batterie bereits so weit entladen ist, daß der Schrittmacher ausgetauscht werden muß, oder ob der Schrittmacher unter Aufrechterhaltung des erwünschten Sicherheitsfaktors vorläufig noch im Patienten verbleiben kann. Da die Schwellwertenergie bei konstant gehaltener Impulsamplitude der Impulsbreite unmittelbar proportional ist, bereitet die Auswertung der Messungen keine Schwierigkeiten. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlmessungen wird klein gehalten.

Ein besonders einfacher Aufbau wird erzielt, wenn in 2=, weiterer Ausgestaltung der Erfindung das die Impulsbreite ändernde Stellglied und das außerhalb des Körpers befindliche Fernsteuerglied magnetisch koppelbar sind.

Je nach den im Einzelfall gegebenen medizinischen jo Gesichtspunkten wird bei der Impulsbreitenänderung zweckmäßig entweder die Impulsspannung oder der Impulsstrom im wesentlichen konstant gehalten.

Das Stellglied ist vorzugsweise Teil eines ÄC-Zeitgliedes des Impulsgenerators; es kann zweckmäßig y, einen veränderbaren Widerstand aufweisen, wie er beispielsweise an sich aus dem DE-GM 70 26 670 bekannt ist

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der -40 Zeichnung näher erläutert Die einzige Figur zeigt ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Herzschrittmachers.

Der dargestellte Herzschrittmacher wird in einem Material gekapselt das gegenüber Körperflüssigkeiten a > und Gewebe im wesentlichen inert ist Eine derartige Kapselung ist bekannt; sie ist infolgedessen in der Zeichnung der besseren Übersicht halber weggelassen.

Das gezeigte Gerät weist zwei der Stromzufuhr dienende Eingangsklemmen H, 12 auf. Eine Stromver- ><> sorgung 13 in Form einer oder mehrerer Batterien ist vorgesehen. Dabei ist die positive Seite an die Klemme

11 und die negative Seite an die Klemme 12 angeschlossen. Ein Kondensator 20 liegt parallel zur Stromversorgung 13, um die Speisespannung zu v> stabilisieren und die Spitzenstromentnahme aus der Stromversorgung 13 zu verringern. Ein Widerstand 23 liegt zwischen der Klemme 12 und einem Verbindungspunkt 25. Zwischen den Verbindungspunkt 25 und einen weiteren Verbindungspunkt 28 ist ein Kondensator 24 mi geschaltet Zwei Widerstände 26, 27 liegen in Reihe zwischen dem Verbindungspunkt 28 und der Klemme 11. Der Emitter eines Transistors 15 ist an die Klemme

12 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 15 an den Verbindungspunkt 28 angeschlossen ist. hi Der Kollektor eines Transistors 14 ist mit der Basis des Transistors 15 verbunden, während der Emitter des Transistors 14 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 26 und 27 angeschlossen ist Die Basis des Transistors 14 ist an den Verbindungspunkt 25 angeschlossen. Ein Widerstand 33 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 28 und der Basis eines Transistors 16. Der Emitter des Transistors 18 Lt an die Klemme 11 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 16 mit einer Ausgangsklemme 41 in Verbindung steht Ein Widerstand 34 ist zwischen die Ausgangsklemme 41 und die Eingangsklemme 12 geschaltet Ein weiterer Widerstand 35 liegt zwischen der Ausgangsklemme 41 und der Basis eines Transistors 17. Der Emitter des Transistors 17 ist an die Klemme 12 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 17 über einen Widerstand 36 mit der Klemme 11 in Verbindung steht Der Kollektor des Transistors 17 ist ferner über einen Ausgangskondensator 43 an eine zweite Ausgangsklemme 40 angekoppelt Die Ausgangsklemmen 40, 41 können an zwei Elektroden angeschlossen werden, die ihrerseits mit dem Körperteil verbunden werden können, dem die Reizstromimpulse zuzuführen sind. Der Emitter eines Transistors 32 ist mit der Klemme 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors 32 ist über die Reihenschaltung einer Diode 31 und eines veränderlichen Widerstandes, vorliegend veranschaulicht als Potentiometer 10, an den Verbindungspunkt 25 angeschlossen.

Bei dem Potentiometer 10 handelt es sich vorzugsweise um ein magnetisches Potentiometer, das von einer magnetischen Stellvorrichtung aus betätigbar ist, die von einer Stelle aus steuerbar ist, die außerhalb des Körpers liegt, in den der implantable Herzschrittmacher mit der veranschaulichten elektrischen Schaltungsanordnung eingebracht ist

Wenn an die Eingangsklemmen 11,12 Spannung von der Batterie 13 aus angelegt wird, beginnt sich der Kondensator 43 über einen Ladekreis aufzuladen, der von der Batterie 13 über den Widerstand 36, den Kondensator 43, die Ausgangsklemme 40, das Herz, die Ausgangsklemme 41, den Widerstand 34 und die Klemme 12 zur Batterie 13 zurückführt. Dabei wird der Ausgangskondensator 43 so aufgeladen, daß sein in der Zeichnung linker Belag positive Polarität hat.

Gleichzeitig beginnt sich der Kondensator 24 über einen Stromkreis zu laden, der von der Batterie 13 über die Klemme 11, die Widerstände 27, 26, den Verbindungspunkt 28, den Kondensator 24, den Verbindungspunkt 25, den Widerstand 23 und die Klemme 12 zur Batterie 13 führt. Dadurch wird die in der Zeichnung obere Elektrode des Kondensators 24 negativ gegenüber der unteren Elektrode. Die sich aufbauende Ladung sorgt für eine Vorspannung in Durchlaßrichtung am Emitter-Basis-Übergang des Transistors 14, so daß dieser aufgesteuert wird. Bei aufgesteuertem Transistor 14 macht sich der über den Kollektor dieses Transistors fließende Strom an der Basis des Transistors 15 bemerkbar. Der Transistor 15 wird plötzlich aufgesteuert, so daß der Verbindungspunkt 28 im wesentlichen das negative Potential der Stromversorgung 13 annimmt.

Das negative Potential am Verbindungspunkt 28 steuert über den Widerstand 33 den Transistor 16 auf, so daß dessen Kollektor im wesentlichen die positive Spannung der Stromversorgung 13 annimmt. Diese positive Spannung am Kollektor des Transistors 16 liegt über den Widerstand 35 an der Basis des Transistors 17 an. Der Transistor 17 wird aufgesteuert. Der Kollektor dieses Transistors nimmt im wesentlichen die negative Spannung der Stromversorgung 13 an. Infolgedessen

wird die Ausgangsklemme 41 auf praktisch den positiven Spannungswert der Stromquelle 13 gelegt, wähl end an dem linken Belag des Kondensators 43 über den Transistor 17 im wesentlichen der negative Spannungswert der Stromversorgung 13 anliegt. Die Stromversorgung 13 wird damit praktisch in Reihe mit der im Kondensator 13 gespeicherten Spannung gelegt, so daß es an den Ausgangsklemmen 40, 41 zu einem Spannungsverdopplungseffekt kommt. Der Kondensator 43 entlädt sich dann über einen Stromkreis, der von ¹⁽⁾ dem linken Belag des Kondensators 43 über den Transistor 17, die Klemme 12, die Batterie 13, die Klemme 11, den Transistor 16, die Ausgangssklemme41, das Herz und die Ausgangsklemme 40 zum rechten Belag des Kondensators 43 führt. '⁵

Wenn die negative Spannung am Verbindungspunkt 28 erscheint und den abgehenden Reizstromimpuls beginnen läßt, wird diese Spannung gleichzeitig über den Widerstand 30 an die Basis des Transistors 32 angelegt. Der Transistor 32 wird aufgesteuert. Dadurch ²⁽¹ wird ein Entladestromkreis für den Kondensator 24 geschlossen. Dieser Stromkreis führt von dem unteren Belag des Kondensators 24 über den Verbindungspunkt 28, den Transistor 15, die Klemme 12, die Batterie 13, die Klemme 11, den Transistor 32, die Diode 31, das Potentiometer 10 und den Verbindungspunkt 25 zum oberen Belag des Kondensators 24. Dieser Strom fließt weiter, bis der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 14 nicht mehr in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Infolgedessen wird der Transistor 14 gesperrt. Der ³" Transistor 14 sperrt seinerseits den Transistor 15. Der darauf zurückzuführende Potentialanstieg am Verbindungspunkt 28 hat zur Folge, daß alle übrigen Transistoren ebenfalls gesperrt werden. Der Ausgangsimpuls wird damit beendet

Aus Vorstehendem folgt, daß die Breite des Ausgangsimpulses durch die Zeitdauer bestimmt wird, die für die Entladung des Kondensators 24 erforderlich ist. Dadurch, daß das Potentiometer 10 mit dem Kondensator 24 in Reihe geschaltet ist, kann die /tC-Zeitkonsianie eingestellt werden, um auf diese Weise die Impulsbreite zu ändern. Es erwies sich als besonders zweckmäßig, für eine Impulsbreitenänderung von ungefähr 0,3 bis 3 ms zu sorgen.

Untersuchungen und mit dem vorgeschlagenen Gerät durchgeführte Testreihen haben gezeigt, daß die vom Herzen verbrauchte Energie nicht linear mit einer Erhöhung der Energie ansteigt, die von dem implantierten Herzschrittmacher zugeführt wird. Dies ist offenbar in erster Linie auf den komplexen Widerstand, den das Herz als Last für den Schrittmacher darstellt, und aul Polarisationseffekte zurückzuführen, die an der Elektrode und den Grenzflächen zwischen Elektrode und Herz auftreten. Bei Versuchen, bei denen Konstantspannungs-Ausgangsimpulse und Konstantstrom-Ausgangsimpulse verwendet wurden, wurde gefunden, daß die vom Herzen ausgenutzte Energie innerhalb eines großen Bereiches der von der implantierten Schaltungsanordnung angelieferten Energie im wesentlichen die gleiche ist. Dadurch, daß die Spannung des Ausgrngsimpulses konstant und die Impulsbreite geändert wird (oder der Strom des Ausgangsimpulses konstant und die Impulsbreite geändert wird), kann infolgedessen die Ausgangsenergie so verändert werden, daß für eine minimale Batterieentladung gesorgt ist und doch eine Mitnahme mit einem ausreichenden Sicherheitsfaktoi gewährleistet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Implantierbarer Herzschrittmacher mit einer elektrischen Schaltungsanordnung, die mittels eines Impulsgenerators Reizstromimpulse an eine an das s Merz anschließbare Elektrodenanordnung liefert die in einer gegenüber Körperflüssigkeiten und Gewebe im wesentlichen inerten Kapselung untergebracht ist und die ein die Breite der Reizstromimpulse änderndes Stellglied aufweist, das mittels eines außerhalb des Körpers befindlichen Fernsteuergliedes betätigbar ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) die Impulsbreite bei im wesentlichen konstant gehaltener Impulsamplitude ändert und derart bemessen ist, daß die Impulsbreite wahlweise innerhalb eines Stellbereiches änderbar ist, der von Werten, die für eine Herzan/egung sorgen, bis zu Werten reicht, bei denen keine Anregung mehr erfolgt

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Impulsbreite ändernde Stellglied (10) und das außerhalb des Körpers befindliche Fernsteuerglied magnetisch koppelbar sind.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) die Impulsbreite bei im wesentlichen konstant gehaltener Impulsspannung ändert.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) die Impulsbreite bei im wesentlichen konstant gehaltenem Impulsstrom ändert.

5. Herzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) Teil eines KC-Zeitgliedes (10, 23, J5 24, 26, 27) des Impulsgenerators der elektrischen Schaltungsanordnung ist.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied einen veränderbaren Widerstand (10) aufweist.