DE2528817C2 - Elektrische Herzstimulationsvorrichtung - Google Patents

Description

!atoren wegen des hohen Energiebedarfs stark eingeschränkt ist, den die zum Defibrillieren benutzten elektrischen Schocks haben. Selbst nach dem Ermitteln eines vorhandenen Flimmerzustandes benötigen derartige bekannte Defibrillatoren eine bestin-mte Ladedauer, bevor sie einen Deflbrillationsschock abgeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Herzstimulationsvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, eine elektrische Fragmentation zu beseitigen, bevor sie ein Herzflimmern oder andere Herzarrhythmien verursacht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalerfassungseinrichtung für eine Überwachung der Ventrikeldepolarisation mit einer Vielzahl von Elektroden an einer Vielzahl von Ventrikelmuskelbereichen ausgelegt ist und daß bei Erfassung einer Depolarisation in zumindest einem der überwachten Ventrikelmuskelbereiche alle mit Stimulationselektroden versehene Ventrikelmuskelbereiche gleichzeitig mit einem Stimulationssignal beaufschlagt werden.

Mit der Herzstimulationsvorrichtung nach der Erfindung wird eine Antifragmentation erreicht, die einem Kammerflimmern entgegenwirkt. Anders als konventionelle Defibrillatoren (US-PS 38 05 795), welche die gesamte Herzaktivität mit dem Ziel unterdrücken, das Herz aus dem Zustand vollständiger Depolarisation mit normaler Schlagfrequenz wieder starten zu lassen, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine effektive Herzkontraktion gewährleistet, die ausreichenden Blutdruck aufrechterhält.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Herzstiniulationsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines Teils der Vorrichtung nach F i g. 1 und

Fig.3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 sind mehrere Anschlüsse 10 bis 14 vorgesehen, die an Elektroden angeschlossen werden können, die in nicht veranüchaulichter Weise an verschiedenen Stellen des Herzens angebracht sind. Diese Elektroden arbeiten als Meß- und Stimulationselektroden.

Die Anschlüsse 10,11, 12,13 und 14 sind mit mehreren Eingangssignalversiärkern 20, 21, 22, 23 bzw. 24 verbunden. Bei den Eingangssignalverstärkern 20 bis 24 kann es sich um beliebige bekannte Verstärker, beispielsweise einstufige Transistorverstärker, handeln.

Die Ausgänge der Verstärker 20 bis 24 sind an die fünf Eingänge einer ODER-Schaltung 25 angeschlossen. Der Ausgang der ODER-Schaltung 25 ist mit einer Zeitsteuerschaltung 26 verbunden. Der Ausgang der Zeitsteuerschaltung 26 steht seinerseits mit einei Ausgangsimpulsschaltung 27 in Verbindung. Der Ausgang der Impulsschaltung 27 ist an die Eingänge mehrerer Ausgangsverstärker 30 bis 34 angeschlossen. Die Ausgänge der Verstärker 30, 31, 32, 33 und 34 stehen mit den Anschlüssen 10,11,12,13 bzw. 14 in Verbindung.

Wenn im Betrieb ein Depolarisationssignal an einem der Anschlüsse 10 bis 14 auftritt, nachdem es von der betreffenden, am Herzen angebrachten Elektrode ermittelt wurde, wird es durch den betreffenden der Verstärker 20 bis 24 verstärkt und an die ODER-Schaltung 25 weitergegeben, Das Signal läuft über die ODER-Schaltung 25 in die Zeitsteuerschaltung 26. Die Schaltung 26 ist im folgenden an Hand der F i g. 2 näher erläutert Zum Verständnis der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sei festgehalten, daß die Zeitsteuerschaltung 26 nach Art eines astabilen Multivibrators mit einer vorbestimmten Arbeitsfrequenz und Refraktärperiode arbeitet Wenn ein Eingangssignal an einem der Anschlüsse 10 bis 14 die Zeitsteuerschaltung 26 während der vorbestimmten Refraktärperiode erreicht, gibt die Schaltung 26 kein Ausgangssignal an die Ausgangsimpulsschaltung 27 ab. Die Zeitsteuerschaltung 26 ist mit den normalen QRS-Wellen des Herzens synchronisiert; sie liefert einen Ausgangsimpuls, wenn die QRS-Welle ein Eingangssignal an der Schaltung 26 verursacht Wird an einer der mehreren Stellen des Herzens jedoch eine Depolarisation zu einem anderen Zeitpunkt als während der Refraktärperiode ermittelt, hat dieses der Schaltung 26 zugeführte Eingangssignal zur Folge, daß ein Ausgangsimpuls abgeht, der die Ausgangsimpulsschaltung 27 ansprechen läßt.

Nach Empfang eines Eingangssignals liefert die Ausgangsimpulsschaltung 27 einen Ausgangsstimulationsimpuls von vorbestimmter Breite, der von jedem der Verstärker 30 bis 34 verstärkt wird und zu jedem der Anschlüsse 10 bis 14 läuft, so daß jeder der am Herzen sitzenden Elektroden ein Impuls zwecks Stimulation des Herzens zugeführt wird. Ein unerwünschter Beginn der Depolarisation eines Bereichs des Myokards wird also von einer oder mehreren der Elektroden erfaßt, wodurch ein Herzstimulationsimpuls an alle Elektroden geht Diese Stimulation des Herzens führt zu einer Antifragmentation, indem das vollständige Herz vergleichsweise schnell mitgenommen wird, weil die intraventrikulären Störungen über die unter Spannung stehenden Leitungen umgangen werden. Infolgedessen wird die beginnende Dispersion der Refraktivität herabgesetzt; die vulnerable Phase wird enger. Auf diese Weise wird einem Flimmern bereits während des Entstehens entgegengewirkt.

F i g. 2 zeigt schematische Schaltbilder für die Blöcke 26 und 27 der F i g. 1. Die Zeitsteuerschaltung 26 ist links der lotrechten gestrichelten Linie in F i g. 2 veranschaulicht, während die Ausgangsimpulsschaltung 27 rechts dieser gestrichelten Linie dargestellt ist.

Ein Eingang 40 kann an den Ausgang der ODER-Schaltung 25 der F i g. 1 angeschlossen werden. Der Eingang 40 ist über einen Kondensator 41 mit der Basis eines Transistors 42 verbunden. Die Basis des Transistors 42 ist ferner über einen Widerstand 43 an eine negative Sammelleitung 45 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 42 steht gleichfalls mit der Sammelleitung 45 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit der Basis eines Transistors 46 sowie über einen Widerstand 48 mit einer positiven Sammelleitung 44 verbunden. Der Emitter des Transistors 46 ist an die negative Sammelleitung 45 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors 46 über einen Widerstand 47 mit der Sammelleitung 44 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 46 steht ferner über einen Kondensator 49 mit der Basis eines Transistors 50 sowie über einen Widerstand 51 mit der Sammelleitung 44 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 50 ist an die Sammelleitung

45 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 50 ist über einen Widerstand 52 mit der Sammelleitung 44, über einen Kondensator 53 mit der Basis des Transistors

46 sowie über einen Kondensator 54 mit der Basis eines Transistors 55 verbunden. Der Emitter des Transistors 55 ist an die Sammelleitung 44 angeschlossen. Die Basis

des Transistors 55 ist über einen Widerstand 56 mit der Sammelleitung 44 verbunden. Der Kollektor des Transistors 55 steht über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 57 und einem Widerstand 58 mit der Sammelleitung 45 in Verbindung. Die Basis des Transistors 55 ist ferner über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 61 und einem Kondensator 62 an den Kollektor eines Transistors 63 angeschlossen. Die Basis des Transistors

63 ist ihrerseits an die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 57 und 58 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 63 steht ferner über einen Widerstand

64 mit der Sammelleitung 44 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 63 ist über einen Widerstand 65 an die Sammelleitung 45 angeschlossen. Er steht ferner mit einem Ausgang 66 in Verbindung. Der Ausgang 66 kann an die Verstärker 30 bis 34 der F i g. 1 oder 3 angeschlossen werden. Die negative Sammelleitung 45 ist mit einem negativen Speisespannungsanschluß 67 verbunden, während die positive Sammelleitung 44 mit einem positiven Speisespannungsanschluß 68 in Verbindung steht

Im Betrieb laufen QRS-Signa\e und Depolarisationssignale, die an den Anschlüssen 10 bis 14 der F i g. 1 erscheinen, über die Verstärker 20 bis 24 und die ODER-Schaltung 25 zum Eingang 40 der Anordnung nach F i g. 2. Dieses Eingangssignal geht an die Basis des Transistors 42, der aufgesteuert wird und seinerseits den Transistor 46 sperrt Die Transistoren 46 und 50 und die zugehörigen Schaltungskomponenten bilden einen astabilen Multivibrator. Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 50 ist ein asymmetrischer Rechteckimpuls, der bei der bevorzugten Ausführungsform einen Aus-Abschnitt oder Teil mit hohem Pegel von 840 ms und einen Ein-Abschnitt oder Teil mit niedrigem Pegel von 160 ms aufweist Wenn ein Impuls an der Basis des Transistors 42 infolge eines Eingangssignals während des 840 ms dauernden Aus-Intervalls erscheint, wird der Transistor 46 umgesteuert und dabei gesperrt. Wenn das Potential am Kollektor des Transistors 46 ansteigt wird der Transistor 50 auf Grund der Ladung, die seiner Basis über den Kondensator 49 zugeführt wird, in die Sättigung ausgesteuert Eingangsimpulse, die innerhalb des 840 ms langen Aus-Intervalls fallen, verkürzen also dieses Aus-Intervall, wodurch die Arbeitsfrequenz des astabilen Multivibrators erhöht wird. Das 160 ms lange Ein-Intervall wird als die Refraktärperiode bezeichnet

Die Rückflanke des am Kollektor des Transistors 50 auftretenden Impulses geht über den Kondensator 54 an die Basis des Transistors 55. Die Transistoren 55 und 63 bilden zusammen mit den zugehörigen Schaltungskornponenten einen monosiabücri Multivibrator bekannter Bauart der in der üblichen Weise arbeitet und für eine vorbestimmte Impulsdauer ein Ausgangssignal am Ausgang 66 erscheinen läßt Der Ausgang 66 ist mit den Eingängen der Verstärker 30 bis 34 nach F i g. 1 verbunden. Die Rückflanke des am Kollektor des Transistors 50 auftretenden Impulses bewirkt infolgedessen, daß Stimulationsimpulse über alle Anschlüsse 10 bis 14 an alle Elektroden gehen, die an unterschiedlichen Stellen des Herzens angebracht sind.

Bei der Zeitsteuerschaltung 26 kann es sich auch um einen mit der R-Welle synchronisierten Impulsgenerator handeln. Das heißt, die Anordnung hat eine vorbestimmte Arbeitsfrequenz und eine vorbestimmte Refraktärperiode. Impulse, die außerhalb der Refraktärperiode fallen, verkürzen die Arbeitsfrequenz der Schaltungsanordnung und führen zu einem Ausgangsstimulationsimpuls. Impulse, die während der Refraktärperiode auftreten, haben keine an das Herz abgehenden Stimulationsimpulse zur Folge. Indem man durch geeignete Auswahl der Arbeitsfrequenz und der Refraktärperiode die Ausgangsimpuise mit dem QRS-Komplex synchronisiert, werden unerwünschte Nebenwirkungen von rhythmischen Stimulationen vermieden. Die für die oben beschriebene Ausführungsform gewählte Arbeitsfrequenz von 1 Hz stellt nur ein Beispiel dar, wird jedoch vorzugsweise vorgesehen, weil damit bei einer Refraktärperiode von 160 ms eine Synchronisation bis zu einer Höchstfrequenz von 375 Impulsen pro Minute möglich wird.

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der gesonderte Leitungen vorgesehen sind, urn die Herzdepolarisationen zu erfassen und das Herz zu stimulieren. In F i g. 3 sind die bekannten Elektroden wiederum nicht veranschaulicht.

Anschlüsse 70 bis 74 können mit mehreren Mcßelektroden verbunden werden, die in gegenseitigem Abstand am Herzen angebracht sind. Die Anschlüsse 70, 71, 72, 73 und 74 sind mit den Verstärkern 20 bis 24 verbunden. Die Verstärker 20 bis 24 stehen wiederum über die ODER-Schaltung 25 mit der Zeitsteuerschaltung 26 in Verbindung, die ihrerseits an die Ausgangsimpulsschaltung 27 angeschlossen ist. Der Ausgang der Schaltung 27 ist mit den Eingängen der Verstärker 30 bis 34 verbunden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 stehen die Ausgänge der Verstärker 30 bis 34 mit Anschlüssen 80, 81, 82,83 bzw. 84 in Verbindung. Die Anschlüsse 80 bis 84 können an eine zweite Gruppe von Elektroden angeschlossen werden, die in gegenseitigem Abstand an dem Herzen angebracht sind, um diesem Stimulationssignale zuzuführen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig.3 entspricht genau der vorstehend für die F i g. 1 und 2 erläuterten Arbeitsweise, mit der einzigen Ausnahme, daß die Stimulationssignale Elektroden zugeführt werden, die von den die Meßfunktion erfüllenden Elektroden getrennt sind.

Die vorliegend erläuterte Vorrichtung wurde an Tieren klinisch getestet. Sie erwies sich als wirksames Mittel, Arrhythmien zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrische Herzstimulationsvorrichtung mit einer Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Depolarisation an mehr als einem Bereich des Herzens und mit einem mit der Signalerfassungseinrichtung verbundenen Signalgeber, der bei Erfassung einer Depolarisation alle Stimulationselektroden mit einem Stimulationssignal beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) für eine Überwachung der Ventrikeldepolarisation mit einer Vielzahl von Elektroden an einer Vielzahl von Ventrikelmuskelbereichen ausgelegt ist und daß bei Erfassung einer Depolarisation in zumindest einem der überwachten Ventrikelmuskelbereiche alle mit Stimulationselektroden versehene Ventrikelmuskelbereiche gleichzeitig mit einem Stimulationssignal beaufschlagt werden.

2. Herzstimulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) einen Multivibrator (46, 50) mit einer vorbestimmten Refraktärperiode aufweist und der Signalgeber (27,30 bis 34) mit einer Einrichtung (55,63) versehen ist, die die Stimulationsimpulse auf eine Zeitdauer begrenzt, die kürzer als die Refraktärperiode ist und innerhalb der Refraktärperiode liegt.

3. Herzstimulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (46, 50) als astabiler Multivibrator ausgelegt ist.

4. Herzstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (27, 30 bis 34) mit einer Anordnung (42) zum Synchronisieren der Stimulationssignale mit den QÄS-Signalen des Herzens versehen ist.

5. Herzstimulationsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der astabile Multivibrator (46, 50) eine in Abhängigkeit von Signalen der Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) änderbare Arbeitsfrequenz hat.

6. Herzstimulationsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Refrsktärperiode des Multivibrators (46, 50) auf einen eine Synchronisation der Stimulationssignale mit QRS-Signalen des Herzens erlaubenden Zeitwert eingestellt ist.

7. Herzstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) eine Vielzahl von Meßelektroden aufweist, die von den an den Signalgeber (27,30 bis 34) angeschlossenen Elektroden getrennt sind.

8. Herzstimulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Signalgeber (27, 30 bis 34) angeschlossenen Elektroden zugleich als Meßelektroden für die Erfassung einer Depolarisation ausgebildet und Teil der Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) sind.

9. Herzstimulationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungseinrichtung (20 bis 26) und der Signalgeber (27,30 bis 34) jeweils eine Verstärkeranordnung (20 bis 24; 30 bis 34) aufweisen.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Herzstimulationsvorrichtung mit einer Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Depolarisation an mehr als einem Bereich des Herzens und mit einem mit der Signalerfassungseinrichtung verbundenen Signalgeber, der bei Erfassung einer Depolarisation alle Stimulationselektroden mit einem Stimulationssignal beaufschlagt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in Form eines kombinierten venti'ikelsynchronen Atriumstimulators und ventrikelsynchronen Ventrikelstimulators bekannt (US-PS 37 47 604), dessen Signalerfassungseinrichtung Depolarisationen an zwei Bereichen des Herzmuskels, nämlich zum einen im Atrium und zum anderen im Ventrikel, erfaßt. Der das Atrium stimulierende Teil des Signalgebers wird durch die Ventrikeldepolarisation derart getriggert, daß er nach einem Zeitintervall — entsprechend dem zeitlichen Abstand zwischen der Ventrikel- und der Atriumdepolarisation eines normal schlagenden Herzens — einen Stimulationsimpuls an das Atrium abgibt Ferner wird durch die Ventrikeldepolarisation auch der den Ventrikel stimulierende Teil des Signalgebers so getriggert, daß er nach einem vorgegebenen anderen Zeitintervall (der sogenannten Wariezeit) einen Stimulationsimpuls an den Ventrikel abgibt, sofern nicht vorher eine weitere Ventrikeldepolarisation stattgefunden hat.

Ferner sind elektromedizinische Muskelstimulationsvorrichtungen bekannt (US-PS 31 08 597 und US-PS 36 67 477), bei denen Stimulationssignale einer Mehrzahl von Bereichen des Muskels zugeführt werden.

Lokalisierte oder diffuse krankhafte Veränderungen des Herzmuskels, zu denen es aus einer Reihe von verschiedenen Gründen kommen kann, führen oft zu einer ausgeprägten Dispersion der Refraktivität. Infolgedessen erfährt das Herz unter bestimmten Umständen keine vollständige, gleichzeitige Depolarisation; vielmehr tritt eine ungleichmäßige Repolarisation auf, die mit einer dispersen vulnerablen Phase verbunden ist. Eine Depolarisationsanregung während dieser vulnerablen Phase führt letztlich zu einer elektrischen Fragmentation und dem darauf folgenden Beginn von Kammerflimmern.

Es ist bekannt, daß durch geeignetes Anlegen eines elektrischen Schocks an das Herz das Herzflimmern zu einer synchronen Tätigkeit aller Herzmuskelfasern zurückgeführt werden kann; d. h. das Herz läßt sich defibrillieren. Das Defibrillieren durch dem Herzen zugeführte elektrische Impulse ist auf eine regelmäßige Entwicklung der Ausbreitung der elektrischen Anregung zurückzuführen, die dadurch bewirkt wird, daß alle Herzmuskelfasern, die unter Verursachung der Arrhythmie außer Tritt gefallen sind, gleichzeitig geschaltet werden. Es sind zahlreiche Defibrillationsvorrichtungen bekannt, die einen Defibrillationsimpuls liefern, nachdem die Arrhythmie begonnen hat.

Es zeigte sich jedoch, daß die elektrische DefibriUation keine ideale therapeutische Maßnahme für Arrhythmieprobleme darstellt. Vor allem steht die elektrische DefibriUation in den meisten Fällen nicht sofort zur Verfügung. Selbst wenn implantable Defibrillationseinrichtungen benutzt werden, geben diese Stimulationssignale erst ab, nachdem der gefährliche Arrhythmiezustand bereits vorliegt. Obwohl implantable Defibrillatorcn entwickelt wurden, um ein vorhandenes Kammcrflimmcrn so rasch wie möglich zu beenden, können die bekannten Vorrichtungen dafür erst sorgen, nachdem das tatsächliche Flimmern ermittelt ist. Hinzu kommt, daß die Betriebsdauer derartiger implantabler Defibril-