DE3226345A1

DE3226345A1 - Implantable pacemaker having a detector controlling the same

Info

Publication number: DE3226345A1
Application number: DE19823226345
Authority: DE
Inventors: Håkan Dr.-Ing. 16138 Bromma Elmqvist
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-07-14
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1984-01-19

Abstract

In order in a pacemaker to render as small as possible the power consumption of the detector for detecting the cardiac signals, and further to reduce the number of components used, it is provided according to the invention that the detector (3) consists of an analog/digital converter (5) and a digital signal processing device (6, 7) which determines whether a heartbeat is present or not. It is possible in an advantageous fashion to use a delta modulator as analog/digital converter. <IMAGE>

Description

Implantierbarer Herzschrittmacher mit einem diesenImplantable pacemaker with one of these

steuernden Detektor Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Herzschrittmacher mit einem Detektor, dem die von einer Elektrode erfassten Herzsignale zugeführt sind und dessen den Herzschlag charakterisierendes Ausgangssignal zum Steuern des Herzschrittmachers dient. Bei einem Herzschrittmacher, dessen Funktion sich an den Bedarf eines Patienten anpassen soll, ist ein Herzschlagdetektor zum Erfassen der spontanen Herzschlage notwendig.controlling detector The invention relates to an implantable cardiac pacemaker with a detector to which the heart signals detected by an electrode are fed and its output signal characterizing the heartbeat for controlling the Pacemaker is used. In the case of a pacemaker whose function is based on the A heartbeat detector is used to detect the needs of a patient spontaneous heartbeat necessary.

Dieser besteht, wie beispielsweise aus der DE-OS 2644793 bekannt, in der Regel aus einer Vielzahl von Komponenten wie Verstärker- und Signalamplituden-Detektor, der als IC-Kreis oder aus Transistooen aufgebaut sein kann, sowie einer Vielzahl Filterkomponenten, in der Regel mindestens drei Kondensatoren und drei Widerstände. Die vom Patienten herstammenden Herzsignale haben in aller Regel ähnliche Form, jedoch kommen individuelle Variationen vor.Durch den Detektor werden gewünschte Teile der Herzsignale selektiert und detektiert, wenn das Signalniveau eine vorgegebene Amplitude übersteigt.This consists, as known for example from DE-OS 2644793, usually from a large number of components such as amplifier and signal amplitude detector, which can be constructed as an IC circuit or from transistors, as well as a variety Filter components, usually at least three capacitors and three resistors. The heart signals from the patient are usually of a similar shape, however, there are individual variations. Desired by the detector Parts of the heart signals are selected and detected when the signal level is a predetermined one Amplitude exceeds.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem implantierbaren Herzschrittmacher der eingangs genannten Art die Anzahl der erforderlichen diskreten Komponenten weiter zu vermindern und darüber hinaus den Stromverbrauch weiter zu senken.The present invention is based on the object of an implantable Pacemakers of the type mentioned above, the number of required discrete Components to reduce further and, moreover, the power consumption continues to increase reduce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Detektor zum Erfassen der Herzsignale aus einem Analog/Digital-Wandler und einer digitalen Signalbehandlungseinrichtung besteht, die bestimmt, ob ein Herzschlag vorliegt oder nicht. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, dass die empfangenen analogen Herzsignale direkt in digitale Signale umgewandelt werden bevor geprüft wird, ob das empfangene Signal durch einen Herzschlag ausgelöst worden ist oder nicht Vorteilhafterweise kann die Signalbehandlungseinrichtung aus einem digitalen Filter und einem Logik-Glied bestehen. Als diskrete Komponenten werden lediglich ein Kondensator und ein Widerstand benötigt. Als Filter können solche von rekursivem Typ gewählt werden, wie sie beispielsweise aus der Zeitschrift IEEE TRANSAC-TIONS ON AUDIO AND ELECTROACOUSTICS, VOL. AU-19, Nu.3, September 1971 bekannt sind. Eine denkbare Alternative für das digitale Filter sind transversiale oder entsprechende Typen von Filtern.According to the invention, this object is achieved in that the detector for acquiring the heart signals from an analog / digital converter and a digital one Signal treatment device exists that determines whether a heartbeat is present or not. The essence of the invention is that the received analog Heart signals are converted directly into digital signals before it is checked whether the received signal has been triggered by a heartbeat or not the signal processing device can consist of a digital filter and a logic element exist. Only a capacitor and a resistor are used as discrete components needed. Filters of the recursive type can be selected as filters, such as, for example from the magazine IEEE TRANSAC-TIONS ON AUDIO AND ELECTROACOUSTICS, VOL. AU-19, No. 3, September 1971. A conceivable alternative for the digital filter are transversial or equivalent types of filters.

Das in der Signalbehandlungseinrichtung vorhandene Logik-Glied bestimmt aus dem gefilterten Wert, ob ein Herzsignal vorgelegen hat oder nicht. Das geschieht durch den Vergleich mit einem vorgegebenen Wert. Entweder kann das durch Vergleich der Amplituden in digitaler Form erfolgen, das heisst, der der Amplitude entsprechenden digitale Wert muss einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten. Ebenso möglich ist es auch, dass das Muster des gefilterten digitalen Signalverlaufes mit einem vorgegebenen Muster verglichen wird. Die Eigenschaften der Filter und des rJoqik-Gliedes werden durch Filter faktoren und die Konstruktion des Logik-Gliedes bestimmt und können fe,t eingestellt oder vorteilhafterweise von ausserhalb des Herzschrittmachers steuerbar sein. Die Eigenschaften können auch an die empfangenen Herzsignale adaptierbar sein.The logic element present in the signal handling device is determined from the filtered value whether a heart signal was present or not. This happens by comparison with a given value. Either by comparison of the amplitudes take place in digital form, that is, the one corresponding to the amplitude digital value must exceed a predeterminable threshold value. It is also possible it also that the pattern of the filtered digital signal waveform with a predetermined Pattern is compared. The properties of the filters and the rJoqik link will be determined and can be determined by filter factors and the construction of the logic element fe, t set or advantageously from outside the pacemaker controllable be. The properties can also be adaptable to the received heart signals.

Um den Stromverbrauch des- Detektors weiter zu senken, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass als Anals Analog/Digital-Wandler ein Delta-Modulator vorgesehen ist. In seiner einfachsten Form kann dieser Delta-Modulator aus einem Spannungskomparator und einem Einbit-Register bestehen, welches über einen Taktgeber getaktet wird. Das bedeutet, dass die vom Komparator kommenden Werte nach gleichen Zeitintervallen in das Register eingegeben werden.In order to further reduce the power consumption of the detector, one advantageous development of the invention provided that as an analogue / digital converter a delta modulator is provided. In its simplest form, this can be a delta modulator consist of a voltage comparator and a one-bit register, which has a Clock is clocked. This means that the values coming from the comparator are after entered into the register at the same time intervals.

Von diesem Delta-Modulator erhält man mit der Taktfrequenz eine Folge logischer Niveaus, entweder "Nullen" oder "Einsen". Eine konstante Eingangsspannung erzeugt eine Folge alternierender Logik-Niveaus, während ein Eingangssignal mit einer von Null verschiedenen Ableitung einen Ueberschuss des einen Logig-Niveaus erzeugt.A sequence is obtained from this delta modulator with the clock frequency logical levels, either "zeros" or "ones". A constant input voltage generates a sequence of alternating logic levels while using an input signal a derivative different from zero an excess of the one logic level generated.

Beispielsweise zur Kontrolle der Herzschrittmacherfunktion ist in Weiterbildung vorgesehen, dass die Information der Signalbehandlungseinrichtung oder eines Teiles davon an eine externe Einrichtung überführbar ist, beispielsweise dadurch, dass der Elektrode ein moduliertes Signal aufgezwungen wird.For example, to check the pacemaker function is in Further development provided that the information of the signal handling device or a part thereof can be transferred to an external device, for example by forcing a modulated signal onto the electrode.

Anhand zweier Figuren wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein chematisches Blockschaltbild eines implantierbaren Herzschrittmachers nach der Erfindung und Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform des Analog/Diqital-Wandlers.On the basis of two figures, an embodiment of the Invention described and explained in more detail. 1 shows a chemical block diagram an implantable cardiac pacemaker according to the invention and FIG. 2 shows a special one Embodiment of the analog / digital converter.

In Figur 1 ist mit 1 ein implantierbarer Herzschrittmacher bezeichnet, der bei 2 einen Anschluss für eine Elektrode aufweist, über die u.a. die vom Herzen ausgehenden Signale dem Herzschrittmacher zugeführt werden.In Figure 1, 1 denotes an implantable cardiac pacemaker, which at 2 has a connection for an electrode via which, among other things, the heart outgoing signals are fed to the pacemaker.

Der Herzschrittmacher selbst ist in zwei Blöcke 3 bzw.The pacemaker itself is divided into two blocks 3 resp.

4 aufgeteilt,von denen der Block 3 den digitalen Detektor umfasst und der Block 4 die übrige Herzschrittmacherelektronik wie beispielsweise den Impulsgenerator und auch die Batterien. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der in Block 3 dargestellte Detektor aus einem Analog/Digital-Wandler 5, einem Digital-Filter 6 und einem digitalen Logik-Glied 7.Der Analog/Digital-Wandler, das Filter und das Logik-Glied werden über eine Leitung 8 von einem im Block 4 enthaltenen und hier nicht expliziert dargestellten Taktgeber getaktet.4, of which block 3 comprises the digital detector and block 4 the remaining pacemaker electronics such as the pulse generator and also the batteries. In the present exemplary embodiment, there is a block 3 shown detector from an analog / digital converter 5, a digital filter 6 and a digital logic element 7. The analog / digital converter, the filter and that Logic element are contained in block 4 via a line 8 and here clock not explicitly shown clocked.

Ueber Leitungen 61 bzw. 71 können die Filtereigenschaften geändert werden bzw. wird der Schwellwert oder das digitale Muster für die Erkennung eines vorliegenden Herzsignales in das digitale Logik-Glied eingegeben.The filter properties can be changed via lines 61 or 71 become or becomes the threshold value or the digital pattern for the recognition of a present heart signal entered into the digital logic element.

Ueber eine Leitung 62 beispielsweise können die Filtereigenschaften zu der übrigen Herzschrittmacherelektronik übertragen werden. Das Ausgangssignal des digitalen Logik- Gliedes ist gleichzeitig. das Ausgangssignal des Detektors 3 und wird zur Steuerung des Herzschrittmachers über die Leitung 72 dem Block 4 des Herzschrittmachers zugeführt, wo es in bekannter Weise zur Funktionssteuerung des implantierten Herzschrittmachers 1 dient.The filter properties can, for example, be via a line 62 be transmitted to the rest of the pacemaker electronics. The output signal of the digital logic element is simultaneous. the output of the detector 3 and is used to control the pacemaker via line 72 to block 4 of the pacemaker, where it is used in a known manner for function control of the implanted cardiac pacemaker 1 is used.

Ueber eine Leitung 21 können beispielsweise die im Block 4 des Herzschrittmachers 1 erzeugten Stimulierungsimpulse an den Anschluss 2 für die Elektrode abgegeben werden.Via a line 21, for example, those in block 4 of the pacemaker can be used 1 generated stimulation pulses are delivered to connection 2 for the electrode will.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Herzschrittmacher lediglich mit einem Elektrodenanschluss dargestellt.In this embodiment, the pacemaker is only shown with an electrode connection.

Ebenso ist es jedoch möglich,den erfindungsgemassen Detektor auch bei Herzschrittmachern mit mehreren Elektrodenanschlüssen, beispielsweise einem AV-sequenziellen Herzschrittmacher, zu verwenden.However, it is also possible to use the detector according to the invention in the case of pacemakers with several electrode connections, for example one AV sequential pacemaker, to use.

In Figur 2 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel für den Analog/Digital-Wandler 5 dargestellt. Er besteht aus einem Delta-Modulator, der sich durch seine Einfachheit und seinen besonders niedrigen Stromverbrauch auszeichnet. Der Delta-Modulator besteht in seiner einfachsten hier dargestellten Form aus einem Spannungskomparator 51 und einem Einbit-Register 52, das durch eine Kippstufe mit dynamischem Eingang gebildet ist.In Figure 2 is a special embodiment for the analog / digital converter 5 shown. It consists of a delta modulator, which stands out for its simplicity and its particularly low power consumption. The delta modulator consists in its simplest form shown here from a voltage comparator 51 and a one-bit register 52, which is formed by a flip-flop with dynamic input is.

Das Register 52 wird über die Leitung 8 getaktet, wodurch die vom Komparator kommenden logischen Werte mit gleichmässigem Zeitabstand eingegeben werden. Ueber eine Leitung 53 wird ein Strom auf den Eingang des Komparators 51 zurückgeführt, dessen Amplitude und Richtung durch den Registerinhalt bestimmt ist.Im vorliegenden Fall wird der Strom durch die am Widerstand R anliegenden Spannung erhalten. Als separate Komponenten enthält der Detektor 5 lediglich den Widerstand R und einen Kondensator C.The register 52 is clocked over the line 8, whereby the vom Logical values coming from the comparator can be entered with an even time interval. A current is fed back to the input of the comparator 51 via a line 53, whose amplitude and direction is determined by the contents of the register In this case, the current is obtained from the voltage across the resistor R. as The detector 5 contains only the resistor R and a separate component Capacitor C.

Das digitale Ausgangssignal des Detektors 5 wird an die digitale Signalbehandlungseinheit 6,7 weitergeleitet. Der Analog/Digital-Wandler sollte dabei eine "Samplings"-Frequenz von wenigstens 3O Hz und eine Auflösung von 4 bit haben, wobei das Bit niedrigster Wertigkeit einen Wert zwischen 0,05 und 1 mV haben sollte.The digital output signal of the detector 5 is sent to the digital signal processing unit 6.7 forwarded. The analog / digital converter should have a "sampling" frequency of at least 30 Hz and a resolution of 4 bits, the bit being the lowest Valence should have a value between 0.05 and 1 mV.

9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite9 claims 2 figures Blank page

Claims

Patent claims implantable cardiac pacemaker with a detector, to which the cardiac signals detected by an electrode are fed and to which the Output signal characterizing the heartbeat for controlling the pacemaker serves that the detector (3) consists of a Analog / digital converter (5) and a digital signal handling device (6,7) that determines whether or not there is a heartbeat.

2. pacemaker according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z E i c h n e t that the signal handling device has at least one digital filter (67 and a logic element (7).

3. pacemaker according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i t h e t that the filter (6) is of recursive type.

4. pacemaker according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that the properties of the signal handling device can be changed wirelessly from outside the pacemaker.

5. pacemaker according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z it is clear that the change is programmable.

6. pacemaker according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z it is true that the change is adaptable.

7. pacemaker according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h e k e n n n e i c h n e t that the information of the signal handling device (6,7) or a part thereof can be transferred to an external institution.

8. pacemaker according to one of claims 1 to 7, d a d u r c h e k e k e n n n n e i n e t that the analog / digital converter (5) is a delta modulator is provided.

9. pacemaker according to claim 1 to 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i h n e t that the analog / digital converter (5) and / or the signal processing device (6,7) are implemented using IC technology.