DE3232478C1 - Synchronisierbarer Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen synchronisierbaren Herzschrittmacher mit einem Zeitgeberkreis und einer Störerkennungsschaltung, die eine Untersuchungsstufe für jedes Signal und eine nachfolgende Diskriminatorstufe umfaßt, in der das Ausgangssignal der Untersuchungsstufe innerhalb eines vorgegebenen, etwa der Zeitdauer des Q-T-Komplexes des Herzaktionssignals entsprechenden Zeitintervall daraufhin geprüft wird, ob es noch vorhanden ist, wobei als Ergebnis dieser Prüfung entweder das Signal als Störsignal erkannt und unwirksam gemacht, oder als Herzsignal erkannt und an den Zeitgeberkreis weitergeleitet wird.

Herzschrittmacher mit Störerkennungsschaltungen dieser Gattung arbeiten nach dem »Prinzip der Zeitanalyse«. Bei diesem Prinzip der Zeitanalyse geht man von der Tatsache aus, daß ein Herzaktionssignal eine charakteristische Form besitzt, und daß normalerweise innerhalb eines Zeitintervalls von 180 bis 200 ms nach Beginn des Herzaktionssignals kein weiteres Herzaktionssignal auftritt. Das Prinzip der Zeitanalyse beruht auf der Prüfung, ob innerhalb dieses etwa der Zeitdauer des Q-T-Komplexes des Herzaktionssignals entsprechenden Zeitintervalls (Refraktärzeit) ein weiteres Signal anliegt. Ist dies der Fall, so wird dieses weitere Signal als Störsignal gewertet.

Bei einer bekannten Herzschrittmacherschaltung dieser Art (US-PS 39 85142) besteht die Untersuchungsstufe in der Störerkennungsschaltung aus zwei Zeitgliedern und einer Komparatorschaltung, in der das Eingangssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, wobei das Ausgangssignal dieser Komparatorschaltung vom Ergebnis dieses Vergleichs abhängt.

Diese bekannte Störerkennungsschaltung erkennt kontinuierliche und gepulste Störsignale, wenn sie langer als das vorgegebene Zeitintervall anhalten. Sie ist jedoch nicht in der Lage, symmetrische Störsignale als solche zu erkennen, wenn diese in ihrer Zeitdauer den Herzaktionssignalen entsprechen bzw. kürzer sind als die Refraktärzeit.

Eine andere bekannte Störerkennungsschaltung eines Herzschrittmachers arbeitet nach dem »Prinzip des Maximumsuchers« (US-PS 39 27 677). Bei dieser bekannten Störschutzschaltung wird eine Spannung entsprechend dem Anstieg des Signals am Verstärkereingang erzeugt, der zum Zweck der Gleichspannungsund Niederfrequenzunterdrückung ein Differenzierglied enthält. Der Maximalwert wird in einem Kondensator festgehalten, der sich mit einer bestimmten Zeitkonstanten entlädt. Jedes einsetzende Störsignal bewirkt diesen Ladevorgang, und jedes weitere auflaufende Störsignal hat zur Folge, daß sich der gespeicherte Wert des Maximum-Suchers nicht ändert. Ein Herzschrittmacher mit dieser Störerkennungsschaltung ist jedoch nicht in der Lage, alle amplitudenmodulierten Störsignale als solche zu erkennen. Vielmehr wird jedes amplitudenmodulierte Störsignal, das am Ausgang des Maximum-Suchers ein hinreichend großes Signal erzeugt, bei dieser Schaltung wie ein Herzsignal gewertet und bringt den Schrittmacher in den Wartezustand.

Ausgehend von dem eingangs genannten Herzschrittmacher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Störerkennungsschaltung in einem solchen Herzschrittmacher dahingehend zu verbessern, daß zusätzlich symmetrische Störsignale, die ansonsten in ihrer Zeitdauer den Herzaktionssignalen entsprechen bzw. kürzer sind als die Zeitdauer des Q-T-Komplexes des Herzaktionssignals (Refraktärzeit), als solche erkannt und unschädlich gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am Eingang der Störerkennungsschaltung ein aus einem Kondensator und einem hinter dem Kondensator gegen Masse geschalteten Widerstand bestehendes Differenzierglied vorgesehen ist, und daß in der Untersuchungsstufe das positive und das negative Maximum jedes differenzierten Signals gespeichert und aus diesen Spitzenwerten die Summe gebildet wird.

Im Gegensatz zu den bekannten Störerkennungsschaltungen berücksichtigt die Störerkennungsschaltung des erfindungsgemäßen synchronisierbaren Herzschrittmachers die typische Struktur eines intrakardialen Signals, gleichgültig ob es atrial oder ventrikulär abgeleitet wird. Die typische Struktur eines Herzsignals zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß das Signal mit einer mehr oder weniger großen positiven Anfangszacke beginnt, dann in sehr kurzer Zeit zu einer negativen Zacke abfällt, der wiederum ein positiver Anstieg mit verminderter Steilheit folgt. Hieran schließt sich eine flachere Welle an, die unterschiedliche Formen annehmen kann. Zum Ende der Herzaktion ergibt sich wieder eine flachere negative Welle, die als T-Welle bezeichnet wird.

Die Abfallszeit von dem Spitzenwert der positiven Anfangszacke zum Spitzenwert der negativen Zacke beträgt nach eigenen Messungen zwischen 0,5 und 10,9 ms, d. h. im Mittel 4,6 ms, während die sich daran anschließende Anstiegszeit bis zum Spitzenwert der folgenden Welle zwischen 3,8 und 35 ms beträgt. Zwischen der Abfallszeit und der Anstiegszeit besteht also ein Verhältnis von etwa 1 :4, und dementsprechend verhalten sich die negativen und die positiven Flankensteilheiten zueinander wie etwa 4:1. Der to erfindungsgemäße synchronisierbare Herzschrittmacher baut auf der Erkenntnis auf, daß weder exogene noch endogene Störsignaie die genannte charakteristische Eigenschaft der in einem bestimmten Verhältnis zueinander liegenden Flankensteilheiten der Herzsigna-Ie aufweisen. Er benutzt dieses Kriterium für die Erkennung von Störsignalen, indem er die Signale daraufhin untersucht, ob sie dem genannten Verhältnis der Flankensteilheiten von etwa 4:1 entsprechen. Infolgedessen spricht er nur auf unsymmetrische Signale an, und ist unempfindlich gegenüber symmetrischen Signalen, Signalen mit symmetrischer Steilheit und Signalen, bei denen der Steilheitsunterschied nicht groß genug ist, wie dies beispielsweise bei Herzsignalen des Fernfeldes der Fall ist.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen synchronisierbaren Herzschrittmachers und seine Wirkungsweise werden anhand des Schaltbildes näher erläutert.

Die Schaltung umfaßt eine aus dem Kondensator Ci und dem Widerstand R1 bestehende Differenzierstufe, eine aus dem Operationsverstärker Vi und den Widerständen R 2 und R 3 bestehende Verstärkerstufe, eine den Widerstand R 4, die beiden Dioden D1 und D 2 und die beiden Kondensatoren C 2 und C 3 aufweisende Speicherstufe, eine Addierstufe mit den Widerständen R 5 und R 6, dem aus dem Kondensator C 4 und dem Widerstand R 7 bestehenden Tiefpaß und dem Operationsverstärker V2, sowie eine Diskriminatorstufe mit den beiden monostabilen Multivibratoren MFi und MF2, und dem AND-Gatter &.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist wie folgt:

Ein aus dem Herzen abgeleitetes, dem Eingang 1 der Schaltung zugeführtes intrakardiales Signal wird über die Kombination Ci, Ri differenziert, wobei die flacheren Wellenanteile unterdrückt werden.

In der darauffolgenden Verstärkerstufe wird das differenzierte Signal entsprechend dem Widerstandsverhältnis R 21R 3 auf einen Pegel zwischen 0,5 und 1 V verstärkt.

Über die beiden Dioden D1 und D 2 werden die so Kondensatoren C 2 und C 3 aufgeladen, wobei das Spannungsmaximum an C 3 und das Spannungsminimum an C2 anstehen. Der Widerstand R 4 bewirkt, daß der Ausgang des Verstärkers Vi nicht zu sehr belastet wird; er hat bei hohen Frequenzen die Eigenschaften eines Tiefpasses.

Der Operationsverstärker V2 stellt zusammen mit den Widerständen R 5, R 6 und R 7 einen verstärkenden Addierer dar, der am Ausgang 2 die Differenz zwischen dem Spannungsmaximum und! dem SpamKiegsmiinimum wiedergibt. Auf diese Weise wird sich, abgesehen von einem kurzzeitigen Anfangssignal, am Verstärkeraosgang 2 bei jeder symmetrischen Störung oder jeder Störung mit symmetrischer Steilheit das Straimeosignai Null ergeben. Der Kondensator C4 wirkt beim Addierer im Sinne eines Tiefpasses.

Die Kondensatoren CZ und C3 werden über die Widerstände R 5 bzw. R& langsam entsprechend ihrer Zeitkonstante entladen, so daß bei Signalen, die im Herzrhythmus auftreten, die Speicherkondensatoren sich praktisch wieder entladen haben.

Das Signal am Ausgang 2 der Addierstufe wird nun in einer Diskriminator-Schaltung daraufhin untersucht, ob es sich um ein unsymmetrisches oder um ein symmetrisches bzw. sich wiederholendes symmetrisches Signal handelt. Dazu wird durch jedes Signal am Ausgang 2 ein monostabiler Multivibrator MFi im Sinne eines Verzögerungsgliedes mit etwa 40 ms Verzögerungszeit, was etwa der Zeitdauer des QRS-Komplexes entspricht, angesteuert. Der invertierte Ausgang Q dieses Multivibrators MFi steuert einen zweiten monostabilen Multivibrator MF2 mit einer Zeit von 260 ms über den dynamischen Eingang an. Erhöht sich dessen Ausgang Q von »0« auf »1«, dann wird nicht nur MFi über den Reset-Eingang für jedes weitere Signal gesperrt, sondern darüber hinaus wird auch die »1« am AND-Gatter & angelegt. Liegt gleichzeitig am zweiten Eingang des AND-Gatters & ein »!«-Signal vom Verstärker V2 an, dann entsteht am Ausgang 3 ein »1 «-Signal. Ein solcher Zustand ist nur möglich, wenn am Eingang der gesamten Schaltung ein unsymmetrisches, einmaliges und negatives Signal angelegen hat, wie es typisch für ein intrakardiales Herzsignal ist.

Jedes einmalige positive oder symmetrische Signal, und darüber hinaus ganz besonders jede gepulste oder amplitudenmodulierte Störung, wird durch die Addition von Maximum und Minimum am Ausgang 2 immer nur zu einem Signal führen, das kürzer als die Zeit des monostabilen Multivibrators MFi ist.

Das am Ausgang 3 anstehende Signal, das immer nur dann erzeugt wird, wenn es sich um ein Signal mit den Kriterien eines intrakardialen Herzsignals handelt, steuert den üblichen Zeitgeberkreis an, in dem aufgrund dieses Signals das Erwartungsintervall neu gestartet wird. Ist bis zum Ende des Erwartungsintervalls kein weiteres intrakardiales Herzsignal aufgetreten, dann wird von dem Impulsgeber des Schrittmachers ein entsprechender Stromimpuls an die Stimulationselektrode abgegeben, der dann eine Kontraktion des Herzmuskels hervorruft. Die Stimulationselektrode dient im übrigen auch dazu, die intrakardialen Spannungssignale aufzunehmen und an die Schrittmacherschaltung weiterzuleiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   L Synchromsierbarer Herzschrittmacher mit einem Zeitgeberkreis und einer Störerkennungsschaltung, die eine Untersuchungsstufe für jedes Signa! und eine nachfolgende Diskriminatorstufe umfaßt, in der das Ausgangssignal der Untersuchungsstufe innerhalb eines gegebenen, etwa der Zeitdauer des Q-T-Komplexes des Herzaktionssignals entsprechenden Zeitintervall daraufhin geprüft wird, ob es noch vorhanden ist, wobei als Ergebnis dieser Prüfung entweder das Signal als Störsignal erkannt und unwirksam gemacht, oder als Herzsignal erkannt und an den Zeitgeberkreis weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Störerkennungsschaltung ein aus einem Kondensator (Ci) und einem hinter dem Kondensator (Cl) gegen Masse geschalteten Widerstand (R 1) bestehendes Differenzierglied vorgesehen ist, und daß in der Untersuchungsstufe das positive und das negative Maximum jedes differenzierten Signals gespeichert und aus diesen Spitzenwerten die Summe gebildet wird.
2. 2. Synchronisierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsstufe einen von einer Diode (D 2) angesteuerten Speicherkondensator (C 3) für die Speicherung des positiven Maximums des Signals, und einen von einer Diode (D 1) angesteuerten Speicherkondensator (C 2) für die Speicherung des negativen Maximums des Signals, sowie einen von den Speicherkondensatoren (C3, C 2) über Widerstände (R 6, RS) angesteuerten als Addierer wirkenden Operationsverstärker (V2) umfaßt
3. 3. Synchronisierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer durch einen monostabilen Multivibrator (MF2) bestimmten Kippzeit die beiden Speicherkondensatoren (C2, C3) auf einen definierten Wert entladen werden.