DE2418631A1 - Geraet zur herzstimulation - Google Patents

Description

DORNIER SYSTEM GMBH
Friedrichshafen

Gerät zur Herzstimulation

Die Erfindung betrifft einen von außen anwendbaren Herzstimulator, bei dem auf unblutigem Wege durch den Brustkorb hindurch das Herz zu Systolen veranlaßt wird.

Die Stimulation des gesunden Herzens geht vom Sinusknoten in der Vorkammer in Form elektrischer Signale aus. Diese breiten sich mit einer Geschwindigkeit von einigen m/s Über die Herzkammerwände aus und veranlassen die Kontraktion des Herzmuskelgewebes.

Jede Erregungsbildung (und Erregungsfortleitung) im Herzen beruht darauf, daß das Ruhepotential einer Zelle auf ein sogenanntes Schwellenpotential reduziert wird. Die weitere Depolarisation der Zelle, die letztlich dann die Kontraktion erzeugt, sowie die Ausbreitung der Erregungswelle auf andere Zellen läuft von da an selbständig weiter. Die Aufrechterhaltung der normalen Zellmerabrandepolarisation ist ein aktiver Vorgang, der ständig Energie verbraucht. Dieser Prozeß kann durch diverse äußere Einflüsse gestört werden (beispielsweise durch Verletzung der Zellmembran), so daß ebenfalls ein Potentialverlust der Zellmembran zustande kommt.

Im Fall einer Störung der naturlichen Herzstimulation ist bekannt, die Herztätigkeit durch kunstliche Schrittmacher auch Über sehr lange Zeit aufrechtzuerhalten. Dabei ist es nicht notwendig, die Schrittmacherelektroden in der Nähe des naturlichen Stimulationszentrums im Vorhof anzubringen. Es genUgt vielmehr, die Spannungsimpulse an einer beliebigen Stelle der Kammer in das Myokard des Herzens einzuleiten.

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-5 Die Energie eines Spannungsimpulses liegt im Bereich von 10 Ws. Aus der kardiologischen Praxis ist weiter bekannt, daß bereits eine leichte Berührung der Herzkamaerwände durch nichtleitende Herzkatheder oder allein schon der Staudruck einer in die Herzkammer eingespritzten Kontrastflüssigkeit genügt, um eine Kontraktion des Herzens herbeizuführen.

Eine von der Außenseite des Körpers eingeleitete, nicht auf eine bestimmte Stelle des Herzens gerichtete elektrische Stimulation erfordert hohe Energie und ist bei weitem nicht so wirkungsvoll und unschädlich wie die direkte Herzstimulation mittels transvenös eingeführter oder auf das Herz aufgenähter (myokardialer) Elektroden.

In akuten Fällen steht die zur Einleitung einer transvenösen myokardialen Elektrostimulatibn erforderliche Zeit häufig nicht zur Verfugung. Hinzu kommt, daß diese Verfahren relativ aufwendig sind und nur von speziell ausgebildeten Ärzten durchgeführt werden können.

In seltenen Fällen ist es auch gelungen, durch einen Schlag auf den Brustkorb des Patienten die zum Stillstand gelangte oder abgeschwächte Herztätigkeit wieder anzuregen. Hierbei sind jedoch nur Zufallserfolge zu verzeichnen; ein Kausalzusammenhang zwischen Ursache und Wirkung konnte nicht festgestellt werden·

Versuche einer elektrischen Reizung des Herzens mittels auf die Brust Über dem Herzen aufgelegter Elektroden haben nur sehr unbefriedigende Erfolge gebracht, weshalb derartige Maßnahmen heute kaum mehr Anwendung finden.

Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, ein Gerät zur Herzstimuiotion von außen auf unblutigem Wege durch den Brustkorb hindurch zu schaffen, das insbesondere in nmr Hotfoll^Medizin verwendbar ist. Angeregt werden soll die elektrisch und a»efoeal*eh stillstehende oder zu langsam schlagende Karzkeeaer (©©geraennt© Asysiöli®)« Ursachen hierfür sind fehlende Err©gyngsbildung ©der fehlerad« Vssaiof-KanifflerUberleitung.

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ORiGiNAL INSPECTED

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Druckwellengenerator und «in Koppelgerät, das auf die Oberfläche des Körpers im Bereich des Herzens luftspaltlos aufsetzbar ist. Vom Druckwellengenerator ausgehende Druckwellen Üben mechanische Reize auf die Kammerwand des Herzens aus, die zu einer Herzstimulation fuhren. Mittels des Druckwellengenerators können Impulse ohne Gefahr fUr Patienten und Personal periodisch erzeugt werden, bis entweder die Herztätigkeit spontan aufrechterhalten wird oder die Maßnahmen zur Stimulation, mit einem kunstlichen Schrittmacher ergriffen werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung werden die Druckwellen mittels Funkenentladung erzeugt. Druckwellen können auch mittels eines Geschosses, das auf eine Prallplatte trifft, mittels eines aus einer Wasserkanone austretenden Wassertropfens mit hoher Geschwindigkeit, der auf eine Flüssigkeit trifft und durch Drahtexplosion und Sprengladung erzeugt werden. Sofern jedoch ein ortsunabhängiges Gerät fUr die Herzstimulation im Noteinsatz erforderlich ist, wird wegen der besseren Transportierbarkeit des Geräts der Erzeugung durch Funkenentladung der Vorzug gegeben.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist die dem Körper zugewandte Seite des Koppelgeräts eine elastische Membran auf, die mit einer metallischen Schicht bedampft ist. Die metallische Schicht und das vorzugsweise aus Metall bestehende Koppelgerät verhindern das Austreten elektromagnetischer Wellen und wirken wie ein Faradayscher Käfig.

Erfindungsgemäß ist es ferner vorteilhaft, wenn der dem Körper zugewandte Rand des Koppelgeräts elastisch ist und das Koppelgerät mittels eines Bandes am Körper befestigbar ist. Solche elastischen Bänder, die etwa handbreit sind, sind bekannt und werden beispielsweise fUr die Aufnahme von Elektrokardiogrammen verwandt.

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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung fokussiert das Koppelgerät die Druckwellen am Sinusknoten des Herzens. Hierzu kann das Koppelgerät beispielsweise im Querschnitt kreisringförmig und im Längsschnitt ellipsenförmig gestaltet sein, wobei der Druckwellengenerator sich in einem Brennpunkt der Ellipse und der Sinusknoten des Herzens sich im anderen Brennpunkt der Ellipse befindet. Die Energiedichte der Druckwellen kann durch die Fokussierung auf die Kammerwand im Bereich biologischer Grenzflächen (Lunge, Bronchien, Adern, Rippen) kleingehalten werden. Untersuchungen über die Wirkung hochenergetischer Stoßwellen auf biologische Gewebe haben ergeben, daß eine Stoßwellenbelastung nicht notwendigerweise zu Schädigungen des Organismus führt. Daraus ergibt sich, daß die im Verhältnis zu den Stoßwellen schwachen Druckwellen keine unerwünschten Nebenwirkungen haben. Die Energiedichte am Ort des stimulationsfähigen Gewebes braucht nicht sehr hoch zu sein und schließt somit eine Gefährdung der obengenannten Grenzflächen aus. Reflexionen an den Rippen führen zu einer Verminderung der nutzbaren Druckwellenenergie, haben aber sonst keinen negativen Einfluß.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Koppelgerät mit Wasser oder dergl. gefüllt ist und mindestens einen Wasserzulauf und Wasserablauf aufweist. Die Verwendung von Wasser als Koppelmedium ist vorteilhaft, da der Durchtritt der Druckwellen aus dem Wasserbad in das Körpergewebe wegen der Gleichheit der Schallwellenwiderstände nahezu reflexionsfrei erfolgt. Durch den Zu- und Ablauf des Wassers wird das Wasserbad auf konstanter Temperatur gehalten. Bei einem Wasserumlauf arbeitet die Funkenstrecke ständig unter konstanten elektrischen Verhältnissen. Unmittelbar in der Nähe der Funkenstrecke angeordnete Erdungselektroden schließen jede Gefahr fUr Patienten und Personal aus. Schon ein geringer Überdruck des Wassers im Koppelgerät reicht aus, um die Membran an die Oberfläche des Körpers luftspaltlos anzulegen.

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ORIGINAL INSPECTED

Bei einer weiteren vorteilhaften AusfUhrungsfomi der Erfindung ist die Funkenstrecke im Koppelgerät mittels eines Gelenklagers und eines Schiebelagers angeordnet. Hierdurch kann in gewissen Grenzen der Ausgangspunkt der Druckwellen örtlich verändert werden, wodurch fUr Patienten mit unterschiedlichen anatomischen Gegebenheiten ein einziges Koppelgerät verwendbar ist.

Erfindungsgeraäß ist es ferner vorteilhaft, wenn die Funkenstrecke von einer elastischen Membran umgeben ist, die mit einem inerten Gas gefüllt ist. Hierdurch werden Schockwellen an der Phasengrenze reflektiert und gelangen nicht in das Wasserbad. Damit die Funkenentladung unter konstanten elektrischen Verhältnissen stattfinden kann, sind Zu- und Ableitungen fUr den Austausch des inerten Gases vorgesehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der einzigen Figur, die nachfolgend beschrieben ist.

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät zur Herzstimulation in Schnittdarstellung. In der Figur ist ein menschlicher Körper mit 1, die Körperoberfläche mit 2 und das Herz mit 3 dargestellt. Am Herz befindet sich der Herzmuskel 4. Auf der Körperoberfläche 2 ist im Bereich des Herzens 3 ein Koppelgerät 5 angeordnet, das gegenüber dem Körper 1 mit einer elastischen Membran 6 verschlossen ist. Das Koppelgerät 5 weist im nichtgezeigten Querschnitt eine kreisringförmige Gestalt auf; im gezeigten Längsschnitt hat es eine eliipsenförmige Gestalt. In seiner Raumforn ist das Koppelgerät 5 somit Teil eines Rotationsellipsoids. In Koppelgerät befindet sich ein Druckwellengenerator 7, der als Funkenstrecke ausgebildet ist und Über eine Steuereinheit 8 von einer Stromquelle 9 versorgt wird. Dos Koppelgerät 5 ist mit einem flüssigen Medium 10 (beispielsweise Wasser) gefüllt· FUr den Zulauf des Wassers 10 ist eine Zufließleitung 11 und fUr den Ablauf eine Abfluß-

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leitung 12 vorgesehen. Nichtgezeigte Regeleinrichtungen im Zu- und Ablauf des Wassers sorgen dafUr, daß das Wasser im Koppelgerät 5 bei gleichbleibender Temperatur, die etwa der Körpertemperatur des zu behandelnden Patienten entspricht, ständig unter Überdruck steht, so daß die Membran 6 luftspaltlos an die Körperoberfläche 2 angepreßt wird.

Damit Druckwellen nicht in das Wasserbad 10 und von dort aus in den Körper gelangen, befindet sich die Funkenstrecke 7 innerhalb einer elastischen Membran 13, die mit einem inerten Gas 14 gefüllt ist. Flir das ständig· Umwälzen oder den Wechsel des inerten Gases sind Leitungen 15 und 16 vorgesehen. Der Wechsel des inerten Gases ist vorteilhaft, da hierdurch erreicht wird, daß die Funkenentladung ständig unter den gleichen physikalischen Bedingungen stattfindet. Ein mit der Funkenstrecke 7 verbundener Kopf 17 bildet zusammen mit einer Aussparung im Koppelgerät 5 ein Gelenklager 18, wodurch eine Winkelbewegung der Funkenstrecke 7 ermöglicht wird. Im Kopf 17 ist ferner ein Schiebelager 19 vorgesehen, %o daß die Funkenstrecke 7 an andere Stellen im Koppelgerät 5 gebracht werden kann. Durch Veränderung der Lage der Funkenstrecke 7 im Koppelgerät 5 wird ermöglicht, daß die Druckwellen den Herzmuskel fokussiert treffen. Die Wirkungsweise ist am besten, wenn die Funkenstrecke 7 in einem Brennpunkt des eine Ellipse bildenden Koppelgeräts 5 liegt, und der Herzmuskel im anderen Brennpunkt der Ellipse angeordnet ist. Hierdurch wird eine optimale Fokussierung ermöglicht.

Der Rand 20 des Koppelgeräts 5 ist als elastischer Ring ausgebildet» Ära Koppelgerät ist ferner ein Band 21 befestigt, das etwa handbreit ist und den Körper des zu behandelnden Poti»r«ten umschließt.

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Bei dem Einsatz des Geräts wird die Funkenstrecke 7 periodisch (mit der Frequenz des naturlichen Pulses) mit elektrischer Energie aus der Stromquelle 9 versorgt. Die elektrische Energie wird auf die erforderliche Spannung (ca· 1 kV) hochtransformiert, gleichgerichtet und in einer Kondensatorbatterie gespeichert. Diese Kondensatoren werden im erforderlichen Zeitabstand von ca. 1 Sekunde Über die Funkenstrecke entladen. Die Dauer des Impulses beträgt ca. 0,5 bis 2 ms.

29.3.1974
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INSF⁹ECTED

Claims (11)

1. Patentansprüche;

   •_v l./Von außen anwendbarer Herzstimulator, gekennzeichnet durch einen Druckwellengenerator (7) und ein Koppelgerät (5), das auf die Oberfläche (2) des Körpers (l) im Bereich des Herzens (3) luftspaltlos aufsetzbar ist.
2. 2. Herzstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellen mittels Funkenentladung erzeugbar sind.
3. 3. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät (5) an seiner dem Körper (1) zugewandten Seite eine elastische Membran (6) aufweist, die mit einer metallischen Schicht bedampft ist.
4. 4. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Körper (i) zugewandte Rand (20) des Koppelgeräts (5) elastisch ist und das Koppelgerät mittels eines Bandes (21) am Körper (l) befestigbar ist.
5. 5. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät (5) die Druckwellen am Herzmuskel (4) des Herzens (3) fokussiert.
6. 6. Herzstiaulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät (5) in Querschnitt kreisringfurmig und im Längsschnitt ellipsenförwig gestaltet ist, und daß sich der Druckwellengenerator (7) in »inen Brennpunkt der Ellipse und der Herzmuskel (4) des Herzens (3) im anderen Brennpunkt der Ellipse befindet.

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7. 7. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät (5) mit Wasser oder dergl. gefüllt ist und mindestens einen Druckwasserzulauf (ll) und einen Wasserablauf (12) aufweist.
8. 8. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Koppelgerät (5) befindliche flüssige Medium (10) im geschlossenen Kreislauf umpumpbar ist.
9. 9. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Funkenstrecke (7) Erdungselektroden angeordnet sind.
10. 10. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (7) im Koppelgerät (5) mittels eines Gelenklagers (17, 18) und eines Schiebelagers (19) verlagerbar ist.
11. 11. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine di© Funkenstrecke (7) umgebende eiastiscne Hembrarc (13), die mit inertem Gac (14) gefüllt ist ο

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