DE69726675T2 - Pulsform mit niedriger schrittenenergie für implantierbaren schrittmacher - Google Patents

Pulsform mit niedriger schrittenenergie für implantierbaren schrittmacher Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft implantierbare Herzschrittmacher und insbesondere eine verbesserte Stimulationswellenform und eine verbesserte Stimulations-Ausgangsschaltung zum Verringern der Energie der Wellenform.
  • In der Geschichte implantierbarer Herzschrittmacher wurden beim Erhöhen der Lebensdauer, der Zuverlässigkeit und der Vielseitigkeit implantierbarer Impulsgeneratoren und der zugeordneten Leitungssysteme große Fortschritte gemacht. In der Frühzeit implantierbarer Herzschrittmacher erfolgte die Batterieentleerung schnell, was zu einer Erschöpfung der Batterien des Schrittmachers innerhalb eines Jahres nach der Implantation führte. Der hohe Energieverbrauch war auf eine große Vielzahl von Faktoren, einschließlich einer Batterie-Selbstentladung, Unzulänglichkeiten am Übergang zwischen der Elektrode und Gewebe und des Stromverbrauchs elektronischer Schaltungen, zurückzuführen. Jedem Problembereich wurde erhebliche Aufmerksamkeit gewidmet, und wenn Verbesserungen in einem Bereich zu einer erhöhten Lebensdauer und Zuverlässigkeit führten, wurde die Aufmerksamkeit auf die anderen Bereiche konzentriert. In diesem evolutionären Prozeß wurde eine Anzahl früher Untersuchungen ausgeführt, um zu bestimmen, ob die optimale Stimulationsimpuls-Wellenform gefunden werden konnte, die das Mitnehmen bzw. den Capture des Herzens beim niedrigsten Aufwand an Impulsenergie erreicht. Gleichzeitig wurde die Aufmerksamkeit jedoch auf andere Faktoren, insbesondere eine hohe Energiedichte, eine niedrige Selbstentladung, die Batterietechnologie, die Materialien für die Stimulationselektrode, Größen und Konfigurationen, Impulsschaltungen mit veränderlicher Impulsenergieausgabe und Mitnahmeschwellen-Bestimmungstechniken, konzentriert, woraus sich dramatische Verbesserungen der Lebensdauer, der Zuverlässigkeit und der Größe von IPGs ergaben. Die durch eine verhältnismäßig einfache Ausgangsschaltung mit einer monophasigen kapazitiven Entladung erreichte Stimulationsimpulsform mit einer exponentiell abnehmenden Spannung wurde als der Standard bei der Schrittmacher-IPG-Technologie akzeptiert. Mit der weitverbreiteten Verwendung mehrfach programmierbarer Parameter, einschließlich einer programmierbaren Impulsbreite und -amplitude, haben sich Ärzte daran gewöhnt, die Stimulationsschwellen des Patienten zu bestimmen und das Energieniveau auf einen minimalen Wert zuzüglich eines angemessenen Sicherheitsbereichs zu legen. Die Frage, ob eine ideale Stimulationsimpulsform zum Mitnehmen des Herzens beim geringsten Energieaufwand für einen IPG bestimmt werden kann, wurde daher von diesen Verbesserungen ausgeschlossen.
  • Inzwischen wurden auf dem Gebiet externer temporärer Schrittmacher zur Stimulation des Herzens durch in Kontakt mit dem Brustkorb des Patienten gebrachte Elektroden bis zur heutigen Zeit Anstrengungen fortgesetzt, den Typ und die Form eines Stimulationsimpulses, einschließlich seiner Amplitude, seiner Breite und seiner Wellenform, zu bestimmen, der dem Patienten am wenigsten Schmerzen zufügt. Zum Mitnehmen des Herzens durch die Haut und Körpergewebe hindurch ist es erforderlich, daß die angewendete Stimulationsimpulsenergie mehrere Größenordnungen höher ist als diejenige, die erforderlich ist, um das Herz mit Stimulationsimpulsen mitzunehmen bzw. einzufangen, die durch sich in Kontakt mit dem Herzen befindende Stimulationsleitungen nach dem neuesten Stand der Technik angewendet werden. Um die dem Patienten zugeführten Schmerzen zu verringern, wird die Energie über typischerweise anodale Konstantstromimpulse langer Dauer ausgebreitet, die bei der ansteigenden Flanke auf das Konstantstromplateau rampenförmig erhöht werden und dann bei der abfallenden Flanke rampenförmig verringert werden. Diese Wellenformen und Impulserzeugungsschaltungen sind beispielsweise in US-A-5 018 522 und in US-A-4 349 030, die auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurden, offenbart. Ein Vorläufer, nämlich eine abgerundete Rechteckwellenform, wurde von Zoll u. a. in dem Artikel "External Electrical Stimulation of the Heart", Annals of the New York Academy of Sciences, 932–937 (1964) und auch von Thalen u. a. in "The Artificial Cardiac Pacemaker", S. 211–219 bei 214 (1969) erwähnt. Patienten, die mit solchen externen Schrittmachern ausgestattet sind, werden typischerweise streng überwacht, und während dem Batterieenergieverbrauch einige Beachtung geschenkt wird, besteht der primäre Brennpunkt darin, die Energie im Interesse des Wohlbefindens des Patienten zu verringern, während sichergestellt wird, daß die Mitnahme nicht durch ein Verschieben der Hautelektroden oder das Ändern von Herz-Schwellenwerten verlorengeht. Die Batteriepakete können in wenigen Sekunden ausgetauscht werden, um sich der Entleerung nähernde Batterien auszutauschen, ohne daß der Patient in erheblichem Maße gefährdet wird.
  • Bei frühen Untersuchungen zur Stimulationsimpulsform beschreibt der Artikel "The Efficiency of Electrical Pulses for Cardiac Stimulation" von Angelokos in Cardiologie, 44: 355–365 (1964) Ergebnisse von Experimenten mit einer Anzahl von Wellenformen, wobei der Brennpunkt insbesondere auf Rechteckwellen und ansteigende Dreieckswellen gelegt ist. Die wesentlichen Schlußfolgerungen bestanden darin, daß unabhängig von der Form die wirksamsten Stimulationsimpulse die kürzesten waren oder daß die Impulsbreite wichtiger als die Form war, was mit einer Stärke-Dauer-Analyse der Daten unter Verwendung elektrischer Stromwerte korreliert. Andererseits hat Angelokos gefolgert, daß von den beiden ansteigende Dreieckswellenform-Impulse wirksamer waren als andere getestete Impulse. Von anderen Untersuchungen wird von Roy u. a. in "A More Efficient Waveform for Cardiac Stimulation" in Med. & Biol. Eng., Band 9, S. 495 – 501 (1971) und von Klafter in "An Optimally Energized Cardiac Pacemaker" in IEEE Trans. Biomed. Eng., S. 350–6, 1973 berichtet. In beiden Berichten wurde gefolgert, daß eine Sägezahn-Wellenform wirksamer war als die Rechteckwellen-Impulswellenform.
  • Trotz dieser Schlußfolgerungen wurde bei Entwürfen implantierbarer Schrittmacher-Impulsgeneratoren weiterhin der durch kapazitive Entladung erzeugte abfallende Rechteckwellen-Spannungsimpuls mit einer scharf zunehmenden ansteigenden Flanke verwendet, der der Rechteckwellenform ähnlicher sieht. Anders als externe Stimulationsimpuls-Wellenformen sind implantierbare oder intern abgegebene Stimulationsimpulse an der Stimulationselektrode mit einer kleinen Oberfläche in bezug auf die Rückführungselektrode mit einer größeren Oberfläche typischerweise ins Negative gehend oder kathodal. Eine solche typische ins Negative gehende oder kathodale Stimulationsimpuls-PP-Wellenform, der eine verzögerte, ins Positive gehende Wiederaufladeimpuls-RP-Wellenform folgt, ist in 1 dargestellt, die aus US-A-4 406 286, das auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, wiedergegeben ist. Der Stimulationsimpuls PP wird durch das exponentielle Entladen eines Ausgangskondensators durch die Stimulationselektroden und die Impedanz des Herzgewebes des Patienten erzeugt. Die Amplitude VP der ansteigenden Flanke fällt daher ab, wenn der Kondensator über die Impulsbreite TP um den Betrag VR entladen wird. Nach einer zeitlichen Verzögerung TD wird der schnelle Wiederaufladespannungsimpuls RP über das Intervall TFR angelegt, um den Ausgangskondensator auf die Spannung VP wiederaufzuladen. Diese Formen sind den in den frühen Untersuchungen beschriebenen Sägezahnformen recht unähnlich.
  • Eine Stimulations-Ausgangsschaltung zum Erzeugen des Stimulationsimpulses PP und des Wiederaufladeimpulses RP aus 1 ist in Einzelheiten im Patent mit der Endnummer 286 offenbart. Im Patent mit der Endnummer 286 erreicht der Ausgangskondensator 17 zunächst die Spannung VP, indem er verhältnismäßig langsam von der Quellenspannung Vcc am Kollektor des Ausgangstransistors 32 über einen Lastwiderstand 28 aufgeladen wird, während der Ausgangskondensator 17 elektrisch in Reihe mit den Leitungselektroden 13, 14 geschaltet ist, die in Kontakt mit dem Herzen stehen, also während er elektrisch in Reihe mit der Herzimpedanz geschaltet ist. Die abrupte kurze Anstiegszeit (im absoluten Sinne) der ansteigenden Flanke des Stimulationsimpulses PP wird durch das schnelle Schalten des Ausgangstransistors 32 und eines weiteren Transistors 27 hervorgerufen, der die kathodale Entladung des Ausgangskondensators 17 durch die Stimulationselektroden 13, 14 in einem Reihen-Entladeweg, der den Lastwiderstand 28 umgeht, ermöglicht. Das schnelle Durchschalten des Transistors 32 bei der Sättigung führt zur abrupten ansteigenden Flanke und zur kurzen Anstiegszeit des Stimulationsimpulses PP.
  • In 2 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer anderen typischen Schrittmacher-IPG-Ausgangsschaltung aus dem Stand der Technik dargestellt, die über Stimulationselektroden 102, 104 unter Verwendung des Source-Drain-Leitungswegs eines Feldeffekttransistors (FET) 106 mit dem Herzen 100 eines Patienten gekoppelt ist, um das Entladen des Ausgangskondensators 112 zu bewirken. Der Ausgangskondensator 112 wird in einem Ladeweg 122 von der Ladeschaltung 110 geladen, während der Leitungsweg des FETs 106 nichtleitend oder offen ist, was im allgemeinen während des Stimulations-Escapeintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen auftritt. Die Ladung auf dem Kondensator 112 wird negativ gemacht, indem die "Masse" der Schaltung auf VDD gelegt wird. Die Schrittmacher-Zeitgeber- und Steuerschaltung 124 definiert das Stimulations-Escapeintervall in einer auf dem Fachgebiet wohlbekannten Weise und führt dem Gate-Anschluß des FETs 106 einen Stimulations-Auslöseimpuls fester Amplitude zu, wenn ein Stimulationsimpuls abzugeben ist. Der Auslöseimpuls weist eine die Stimulations-Impulsbreite oder das Stimulations-Impulsintervall definierende vorbestimmte Impulsbreite auf, und der FET 106 reagiert durch Schalten in den geschlossenen Zustand aus dem offenen Zustand, wodurch der Source-Drain-Entladeleitungsweg geschlossen wird. Der Auslöseimpuls weist eine solche Größe auf, daß der FET sofort in Sättigung getrieben wird, und die volle Spannung am Ausgangskondensator 112 wird an den Kopplungskondensator 116 angelegt (der im Stand der Technik gelegentlich auch als der Ausgangskondensator bezeichnet wird). Der Stimulationsimpuls PP des in 1 dar gestellten Typs wird dabei durch die Entladung des Ausgangskondensators 112 über das Stimulations-Impulsintervall des Auslöseimpulses gebildet. Der Entladeweg 114 umfaßt den Source-Drain-Leitungsweg des FETs, den Kopplungskondensator 116, die Stimulationselektrode 102, den Übergang zwischen der Elektrode und Gewebe, der sich darauf bezieht, das Herz 100 und jedes dazwischen liegende Körpergewebe, die Stimulationselektrode 104 und den Übergang zwischen der Elektrode und Gewebe, der sich darauf bezieht, sowie das Massepotential. Der verhältnismäßig hohe Widerstandswert des Wiederaufladewiderstands 120 zieht wenig Strom vom Stimulationsimpuls.
  • Eine geringfügige Polarisationsladung baut sich auf der Kapazität in den Übergängen zwischen der Elektrode und Gewebe und auf dem Kopplungskondensator 116 auf. Diese Ladung wird durch das Schließen des schnellen Wiederaufladeschalters 118 (von der Schrittmacher-Steuer- /Zeitgeberschaltung 124 bewirkt) während der Zeit TPR des Wiederaufladeimpulses RP abgeführt, wie beispielsweise in 1 dargestellt ist. Jegliche Restladung wird über das Stimulations-Escapeintervall über den Widerstand 120 abgeführt.
  • Nachdem der Stimulationsimpuls PP durch die Rückkehr des Source-Drain-Leitungswegs des FETs 106 in den offenen oder nichtleitenden Zustand beendet wurde, wird der Ausgangskondensator 112 über den Ladeweg 122 auf die Spitzen-Kondensatorspannung wiederaufgeladen.
  • Der in 1 dargestellte Stimulations-Ausgangsimpuls PP und die Stimulationsimpuls-Erzeugungsschaltungen des vorstehend erwähnten Patents mit der Endnummer 286 und aus
  • 2 haben den Vorteil, daß sie einfach bereitzustellen und einfach hinsichtlich der Impulsbreite und der Amplitude zu steuern sind. Aus diesen und anderen Gründen haben sich diese Schaltungen und Impulsformen seit der Anfangszeit der Herzstimulation als die Ausgangsimpulsformen der Wahl für implantierbare Schrittmacher-IPGs durchgesetzt.
  • Unsere neue Wellenform kann als ein Rückgreifen auf diese frühen Untersuchungen angesehen werden, welche erkannt haben, daß schnelle Anstiegszeiten nicht hilfreich sind, um eine Gewebsmitnahme zu erhalten, wobei es sich um ein Konzept handelt, das von IPG-Herstellern etwa 20 Jahre lang, möglicherweise deswegen, weil der Brennpunkt auf programmierbar veränderlichen Impulsbreiten und Amplituden lag, verworfen wurde.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen wirksameren Ausgangsimpuls eines implantierbaren Impulsgenerators und eine Schaltung zum Bereitstellen eines solchen Ausgangsimpulses bereitzustellen, so daß die Ausgangsimpulsspannung nicht abgeführt wird und die Batterielebensdauer des implantierbaren Schrittmachers verlängert werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine neue physiologisch bevorzugte Stimulationsimpuls-Wellenform bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Wellenform mit einer für die Gewebsstimulation geeigneten Amplitudenkurve bereitzustellen, die sich bei implantierbaren Impulsgeneratoren der heutigen Generation leicht erzeugen läßt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein implantier barer Impulsgenerator nach Anspruch 1 vorgesehen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Gewebestimulationsimpuls nach Anspruch 5 vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise wird die an den Stimulationselektroden abgegebene Stimulations-Impulsenergie verringert und die Restladung des Ausgangskondensators am Ende des Stimulations-Impulsintervalls erhöht, indem die Entladung des Ausgangskondensators während des Anfangsteils des Stimulations-Impulsintervalls eingeschränkt wird.
  • Andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung lassen sich leicht verstehen, wenn diese beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die nur als Beispiel dienen, in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung besser verständlich werden, in der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren gleiche Teile bezeichnen, wobei:
  • 1 eine Darstellung eines herkömmlichen implantierbaren Schrittmachers, Stimulationsimpulses und Wiederaufladeimpulses ist,
  • 2 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer Ausgangsschaltung eines implantierbaren Schrittmachers aus dem Stand der Technik ist,
  • 3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Ausgangsschaltung eines implantierbaren Schrittmachers gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
  • 4 eine graphische Darstellung einer Gate-Spannung eines Ausgangstransistors ist, die sich gemäß der vorliegenden Erfindung über die Stimulationsimpulsbreite ändert,
  • 5 eine graphische Darstellung der Stimulationsimpulsspannung ist, die sich gemäß der vorliegenden Erfindung über die Stimulationsimpulsbreite ändert,
  • 6 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Gate-Spannungs-Steuerschaltung ist, die in der Ausgangsschaltung des implantierbaren Schrittmachers aus 3 verwendbar ist,
  • 7 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer alternativen Gate-Spannungs-Steuerschaltung ist, die in der Ausgangsschaltung des implantierbaren Schrittmachers aus 3 verwendbar ist,
  • 8 eine graphische Darstellung der Änderung des Anfangsteils und des restlichen Teils des Stimulations-Impulsintervalls mit einer Stimulationsimpulsspannungs-Amplitudenänderung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
  • 9 ein heuristisches Diagramm der bevorzugten Ausführungsform und der elektrischen Impulsstimulationsvorrichtung ist, die diese Erfindung in Zusammenhang mit einem menschlichen Körper verwenden würde, und
  • 10 ein Blockdiagramm eines implantierbaren Impulsgenerators ist, der in Zusammenhang mit dieser Erfindung verwendet werden könnte.
  • 3 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Ausgangsschaltung eines implantierbaren Schrittmachers gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Gate-Spannungs-Steuerschaltung 140 in die Ausgangsschaltung aufgenommen ist und ansprechend auf das Stimulationsimpuls-Auslösesignal während eines durch den Auslöseimpuls definierten Anfangsteils des Stimulationsimpulsintervalls eine veränderliche Gate-Spannung an den Gate-Anschluß eines FETs 106 anlegt. Die veränderliche Gate-Spannung macht den Source-Drain-Leitungsweg des FET-Ausgangstransistors leitend, um den Ausgangstransistor 112 im Entladeweg 114 steuerbar zu entladen und an die Stimulationselektroden 102, 104 eine Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung anzulegen. Es sei bemerkt, daß die Ausgangsschaltung aus 3 für die Zwecke der Erläuterung vereinfacht ist und auch auf andere Weise konfiguriert werden kann, um einen kathodalen oder anderen geeigneten Stimulationsimpuls gemäß dieser Erfindung bereitzustellen.
  • Die 4 und 5 zeigen graphisch die sich über die Stimulationsimpulsbreite ändernde veränderliche Gate-Spannung GV und die sich auch gemäß der vorliegenden Erfindung über die Stimulationsimpulsbreite ändernde Stimulationsimpulsspannung. Hierbei handelt es sich in etwa um den Spannungspegel (die Spannungsamplitude), der gemäß der bevorzugten Ausführungsform als eine Stimulationsimpulsspannung an das Herz anzulegen ist. 5 zeigt die tatsächliche Elektrodenspannung, und 4 zeigt die Gate-Spannung. Der Einfachheit halber ist der normalerweise kathodale Stimulationsimpuls PP als ein ins Positive gehender Impuls invertiert dargestellt. Die Gate-Spannungs-Steuerschaltung legt während eines durch den Stimulationsauslöseimpuls TP definierten Anfangsteils des Stimulationsimpulsintervalls eine zunehmende Gate-Spannung GV an den Gate-Anschluß des FETs 106 an, wie in 4 dargestellt ist. Die zunehmende Gate-Spannung beginnt bei einer anfänglichen Gate-Spannung IGV, die ausreicht, um den FET 106 im linearen Leitungsbereich leitend zu machen, und sie nimmt zu, bis die Gate-Spannung GV den Sättigungspegel des FETs 106 erreicht, wodurch der Anfangsteil der Stimulationsimpulsbreite oder des Stimulationsimpulsintervalls definiert wird. Zum Vergleich ist in 4 dargestellt, daß der Auslöseimpuls TP im Stand der Technik stets innerhalb der Sättigungszone des FETs 106 liegt.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung macht die zunehmende Gate-Spannung im linearen Bereich der Leitung den Source-Drain-Leitungsweg des Ausgangs-FETs 106 im linearen Betriebsbereich leitend, um Spannung am Ausgangskondensator 112 im Entladeweg 114 zu entladen. Die Spannung des Stimulationsimpulses PPI nimmt, beim Kopplungskondensator 116 betrachtet, von einem anfänglichen Stimulationsimpuls-IPP-Spannungspegel, der oberhalb von Null liegt, jedoch unterhalb der Spitzenspannung des Ausgangskondensators 112 liegt, wie in 5 dargestellt ist, zu. Wenn die Spannung des Stimulationsimpulses PPI über dem Anfangsteil zunimmt, nimmt der Spannungspegel am Ausgangskondensator 116 von seiner Spitzenspannung, der unterbrochenen Linie aus 5 folgend, ab. Zum Vergleich ist in 5 auch der Stimulationsimpuls PP aus dem Stand der Technik dargestellt, der von derselben anfänglichen Spitzenspannung über die volle Impulsbreite exponentiell abnimmt, jedoch infolge der Sättigung des FETs 106 bei einer höheren Rate. Wenn die zunehmende Gate-Spannung GV die in 4 dargestellte Sättigungsbereichsamplitude erreicht, wird der FET 106 vollständig leitend gemacht, und der verbesserte Stimulationsimpuls PPI erreicht einen Zwischen-Stimulationsimpuls-Spannungspegel entsprechend dem Entladepegel der Entlade-CD-Spannung des sich linear entladenden Kondensators, wie in 5 dargestellt ist. Danach nimmt die Amplitude der PPI-Spannung während des restlichen Teils des Stimulationsimpulsintervalls exponentiell ab. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform nimmt sie auf irgendeinen Teil der Spitzenspannung ab, bevor sie plötzlich auf Null abfällt, wenn das Intervall endet. Daher nimmt die über die Stimulationselektroden 102, 104 abgegebene Stimulationsimpulsenergie ab, und die Restladung des Ausgangskondensators 112 am Ende des Stimulationsimpulsintervalls wird erhöht, wie in 5 dargestellt ist, indem die Entladung des Ausgangskondensators 112 während des Anfangsteils des Stimulationsimpulsintervalls eingeschränkt wird.
  • Wenngleich es angemessen ist, eine bestimmte Schaltung zum Erzeugen der in 5 und 6 dargestellten Wellenform zu beschreiben, um zu zeigen, daß dies möglich ist, ist es wahrscheinlich, daß Elektroingenieure andere Schaltungsentwürfe entwickeln werden, um diese Wellenform in der Zukunft zu erzeugen, sobald die von ihr ermöglichten Energieeinsparungen gewertschätzt werden. Dementsprechend beschreiben wir die Wellenform eingehender, weil es gerade der in den 4 und 5 dargestellte sich über die Wellenform ändernde Spannungspegel ist, der den nutzbaren Vorteil dieser Erfindung bereitstellt. Wir möchten nicht darauf beschränkt sein, daß wir eine Schaltung beansprucht haben, sondern wir beanspruchen vielmehr die zur Gewebestimulation verwendete erfindungsgemäße Wellenform.
  • Wie in den 4 und 5 ersichtlich ist, dauert der "Anfangsteil" (IF) etwa 25–60% der Gesamt-Impulsbreite, und er dauert bevorzugter 30–50% von dieser. Der "restliche Teil" (RF) dauert den Rest der Impulsbreitenzeit. Zum Mitnehmen einer Herzkammer werden beispielsweise die Impulsbreite und die Amplitude, gewöhnlich nach einer Formel, die Chronaxie- und Rheobase-Werte darstellt, geändert, so daß erwartet wird, daß sich der Absolutwert der Breite entsprechend dem von jemandem, der diese Erfindung implementiert, verwendeten Einfangserfassungsprozeß ändert. Diese Prozesse sind häufig iterativ und suchen einen minimalen Energieverwendungswert für die Kombination der Impulsbreite und der Amplitude, welche die stimulierte Kammer "mitnimmt".
  • Es sei auch bemerkt, daß die "Wellenform" oberhalb von null Volt endet. Dies unterscheidet sich auch von der Art, in der Roy u. a. und Forscher seiner Zeit ihre Sägezahnwellen abgeschlossen haben.
  • Die Verwendung unserer Impulswellenform erfordert keine neuen Formen einer Mitnahmeerfassung, sondern sie kann vielmehr mit jedem beliebigen Mitnahmeerfassungsalgorithmus verwendet werden, um Impulse mit noch niedrigerem Energieaufwand zu finden.
  • Es wird angenommen, daß diese Wellenform zum Stimulieren anderen Gewebes außer Herzgewebe verwendet werden kann, weil sie einen Weg bereitstellt, eine niedrigere Spannung an der ansteigenden Flanke abzugeben und dadurch ermöglicht, daß die Zellen die folgende elektrische Welle leichter akzeptieren.
  • Unsere Experimente erfolgten an Hundeherzen und zeigten die Gültigkeit unserer Idee in bezug auf diese, wobei sich im schlechtesten Fall modellierte Energieeinsparungen von 13 ergaben. Wir nehmen jedoch an, daß bei Verfeinerungen viel größere Einsparungen möglich sind.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Gate-Spannungs-Steuerschaltung 140', die in der Ausgangsschaltung des implantierbaren Schrittmachers aus 3 verwendbar ist, welche anhand ihrer Funktionen dargestellt ist und auf viele Arten in analogen oder digitalen Schaltungsanordnungen implementiert werden kann. Der Schalter 144 wird durch den Auslöseimpuls von der Schrittmacher-Steuer-/Zeitgeberschaltung 124 geschlossen, und Strom und Spannung werden von der Spannungsquelle V+ dem Gate-Anschluß des FETs 106 über einen Widerstand 146, einen Kondensator 148 und ein in Gegenrichtung geschaltetes Diodenpaar 150, 152, die in Reihe geschaltet sind, zugeführt. Der Strom fließt zunächst durch den Kondensator 148 und die in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode 152 und liefert die in 4 dargestellte anfängliche Gate-Spannung IGV. Wenn daraufhin der Kondensator 148 durch den Widerstand 146 geladen wird, nimmt die veränderliche Gate-Spannung im Anfangsteil zu, wie in 4 dargestellt ist. Die Spannung baut sich bis zu einer maximalen Sättigungsspannung "V+" auf, und die veränderliche Verstärkungsspannung bringt den FET 106 über den in 4 dargestellten restlichen Teil in Sättigung.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm einer alternativen Gate-Spannungs-Steuerschaltung 140'', die in der Ausgangsschaltung des implantierbaren Schrittmachers aus 3 verwendbar ist, wobei ein Operationsverstärker 154 verwendet wird, um die veränderliche Gate-Spannung zum Schalten des FETs 106 bereitzustellen, wenn der Schalter 156 durch den Auslöseimpuls von der Schrittmacher-Steuer- /Zeitgeberschaltung 124 geschlossen wird. Der Rückkopplungswiderstand 162 und der Kondensator 160 liefern zusammen mit den Vorspannungswiderständen 158 und 164 am Ausgang 166 des Operationsverstärkers 154 eine veränderliche Verstärkungsspannung, die der in 4 dargestellten Form folgt.
  • Die 6 und 7 sind lediglich zwei Beispiele der veränderlichen Steuerschaltung 140, die auf viele verschiedene Arten implementiert werden können.
  • 8 zeigt eine graphische Darstellung der Änderung des Anfangsteils und des restlichen Teils des Stimulationsimpulsintervalls mit einer Amplitudenänderung der Stimulationsimpulsspannung gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Schaltung aus 3 kann die Schrittmacher-Steuer-/Zeitgeberschaltung 124 bewirken, daß die Ladeschaltung 110 den Ausgangskondensator 112 auf verschiedene Spitzenspannungen lädt, wie es bei implantierbaren Schrittmacher-IPGs üblich ist. In 8 sind drei Spitzenspannungen PV1, PV2, PV3 in bezug auf drei anfängliche Stimulationsimpulsspannungen IPP1, IPP2 bzw. IPP3 dargestellt.
  • Die verbesserten Wellenformen, die in den 5 und 8 dargestellt sind, sind geeignet, das Herz oder anderes elektrisch ansprechendes Gewebe bei der gleichen Impulsbreite und Spitzenspannung PV mitzunehmen, sie verbrauchen jedoch weniger Energie als andere gegenwärtig verwendete Wellenformen. Die Energieeinsparungen verlängern die Batterielebensdauer und können daher die Nutzungsdauer des Schrittmachers verlängern.
  • Die Wellenform selbst ist recht verschieden von üblicherweise bei Stimulations- und Defibrillationsimpulsen zum Stimulieren von Herzgewebe verwendeten Wellenformen, und sie bieten die Möglichkeit, Energie zu sparen, und sie weisen möglicherweise auch eine bessere Überlebensfähigkeit auf. Die hier dargelegten Wellenformen sind Verbesserungen gegenüber Wellenformen, die in vor mehr als 20 Jahren ausgeführten Untersuchungen vorgeschlagen, jedoch nicht akzeptiert wurden. Sie ermöglichen ein schnelles rampenförmiges Erhöhen von null Volt, und ein schnelles Wiederabfallen auf null Volt, so daß sehr wenig Modifikationen an gegenwärtigen Impulsgeneratoren erforderlich sind und eine kontinuierliche Verwendung von gegenwärtigen IPGs mit den Merkmalen, die die gegenwärtig verwendeten Wellenformen gefordert haben, möglich ist.
  • In 9 ist ein menschlicher Körper 80 mit einer implantierten medizinischen Vorrichtung 82, in diesem Beispiel einem hermetisch gedichteten, biokompatiblen, implantierten Impulsgenerator oder Schrittmacher, versehen. Für diese Erfindung könnte jeder beliebige Stimulator für elektrisches Gewebe, beispielsweise Herzdefibrillatoren und neuronale Stimulatoren oder Muskelstimulatoren, die erfindungsgemäße Wellenform verwenden, die erste Anwendung für diese Wellenform besteht jedoch in der Stimulation bzw. den Schrittmachern, so daß dies detailliert beschrieben wird. Der Schutzumfang der Erfindung braucht jedoch nicht darauf beschränkt zu sein. Der Schrittmacher ist durch eine Leitung 84 in der Schlüsselbeinvene 86 mit dem Herzen 88 verbunden, wie es in der heutigen Zeit für das Implantieren von Schrittmachervorrichtungen üblich ist. Der Programmierkopf 9 mit handbetätigten Schaltern in der Art von 8 ist vorzugsweise durch ein ausgeglichenes Übertragungsdrahtsystem oder eine Kabelanordnung 7 mit einer "Programmiereinrichtung" oder einem Computer verbunden, die oder der verwendet wird, um Impulsgeneratoren zu programmieren und Informationen von ihnen zu erhalten. Eine solche Vorrichtung wie eine Programmiereinrichtung 25 kann eine Tastatur und eine Anzeigeeinrichtung zur Kommunikation mit einem Bediener (nicht dargestellt) aufweisen. Ein solches System wird verwendet, um telemetrisch mit der implantierten Vorrichtung 82 zu kommunizieren.
  • 10 ist ein Blockschaltbild, das eine mögliche Form eines Schrittmachers 10 zeigt, welche die vorliegende Erfindung verwirklichen kann. Eine detaillierte Beschreibung seiner allgemeinen Funktion folgt.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit einer Mikroprozessor-basierten Architektur beschrieben wird, sei zu verstehen gegeben, daß sie auch in einer anderen Technologie, wie einer digitalen Logik-basierten, kundenspezifisch integrierten Schaltungsarchitektur (IC-Architektur), Analogschaltungen usw. implementiert werden könnte, falls dies erwünscht ist.
  • Schrittmacher, die im Atrium stimulieren, verwenden häufig zwei Leitungen in der Art der Leitungen 14, 15. Für diese als Beispiel dienende Ausführungsform könnten auch andere Konfigurationen verwendet werden, wie Durchschnittsfachleute verstehen werden. Die Leitung 14 weist eine Elektrode 24 auf, die sich in der Nähe ihres distalen Endes, innerhalb des rechten Ventrikels 16 positioniert, befindet. Die Elektrode 24 ist durch einen Leiter 14 über einen Eingangskondensator 26 mit dem Knoten 28 und mit den Ein-/Ausgangsanschlüssen einer Ein-/Ausgangsschaltung 30 gekoppelt. Die Leitung 15 weist eine distale Elektrode auf, die innerhalb des rechten Atriums 17 positioniert ist. Die Elektrode 22 ist durch einen Leiter 15 über einen Eingangskondensator 75 mit einem Knoten 76 und mit den Ein- /Ausgangsanschlüssen der Ein-/Ausgangsschaltung 30 gekoppelt.
  • Die Schaltung 30 enthält die betriebswirksamen Eingangs- und Ausgangs-Analogschaltungen für digitale Steuer- und Zeitgeberschaltungen zum Erfassen vom Herzen abgeleiteter elektrischer Signale in der Art des Herzelektrogramms (EGM oder EKG). Sie kann auch eine Ausgabe von Sensoren empfangen (nicht dargestellt, sie können jedoch mit den Leitungen 14 und 15 verbunden sein oder sich im Schrittmacherkörper oder Anschlußblock usw. befinden), und es ist dieser Teil, der, von den Software-implementierten Algorithmen in einer Mikrocomputerschaltung 32 gesteuert, Stimulationsimpulse an das Herz anlegt. Hierbei ist es die Schaltung, die den Auslöseimpuls aus den 3 und 6 zuführt.
  • Die Mikrocomputerschaltung 32 ist häufig als eine auf der Platine vorhandene bzw. vorgesehene Schaltung 34 und eine außerhalb der Platine vorhandene Schaltung 36 konfiguriert. Die auf der Platine vorhandene Schaltung 34 weist einen Mikroprozessor 38, einen Systemtakt 40, einen auf der Platine vorhandenen RAM 42 und einen auf der Platine vorhandenen ROM 44 auf. Die außerhalb der Platine vorhandene Schaltung 36 weist eine außerhalb der Platine vorhandene RAM/ROM-Einheit 46 auf. Die Mikrocomputerschaltung 32 ist durch einen Datenkommunikationsbus 48 mit einer digitalen Steuer- /Zeitgeberschaltung 50 gekoppelt. Die Mikrocomputerschaltung 32 kann aus kundenspezifischen IC-Vorrichtungen, die durch Standard-RAM/ROM-Komponenten erweitert sind, oder in einem Chip auf einer Hybridleiterplatte hergestellt werden.
  • Fachleute werden verstehen, daß die in 2 dargestellten elektrischen Komponenten gemäß bevorzugten Ausführungsformen durch eine geeignete implantierbare Batterieleistungsquelle 55 mit Energie versorgt werden. Eine Batterietestschaltung 56 liefert der Steuereinrichtung oder dem Mikrocomputer direkt Informationen, gemäß den meisten Ausführungsformen über eine Vref-Wert-Schaltung in der Art von 58 oder eine geeignet konfigurierte POR-Schaltung, die einen Lebensdauerendeindikator oder andere Batterielebensdauer/Leistungspegel-Schaltungen, welche auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, enthält.
  • Eine Antenne 52 ist für die Zwecke der Aufwärts-/Abwärtstelemetrie über eine Funkfrequenz-(RF)-Sende-/Empfangsschaltung (RF TX/RX) 54 mit einer Ein-/Ausgangsschaltung 30 verbunden. Die Fernübertragung sowohl analoger als auch digitaler Daten zwischen der Antenne 52 und einer externen Vorrichtung in der Art einer externen "Programmiereinrichtung" (in der Art der Vorrichtung bei der Bezugszahl 25 in 1) wird gemäß bevorzugten Ausführungsformen durch solche Mittel erreicht, wie sie in US-A-5 127 404 "Telemetry Format for Implantable Medical Device" beschrieben sind. Weiterhin ist gemäß bevorzugten Ausführungsformen ein Reed-Schalter 51 mit der Ein- /Ausgangsschaltung 30 verbunden, um eine Patientennachsorge durch Deaktivieren des Meßverstärkers 146 zu ermöglichen und Telemetrie- und Programmierfunktionen möglich zu machen, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Üblicherweise muß ein Reed-Schalter geschlossen werden, um Daten durch Fernübertragung auszugeben, einige Vorrichtungen enthalten jedoch keine Reed-Schalter, wobei bevorzugt wird, andere bekannte Vorrichtungen oder Verfahren zu verwenden, die annehmbar sind, um die Zuverlässigkeit von Telemetriedaten oder des Einleitens zu garantieren, und um eine unangemessene Verwendung zu unterbinden.
  • Eine Kristalloszillatorschaltung 56 ist zum Bereitstellen der Haupt-Zeittaktsignale für die digitale Steuer- und Zeitgeberschaltung 50 bevorzugt. Die meisten Zeiträume hängen für das Ein- und Ausschalten unter Programmsteuerung von einem Takt ab, und die Länge der Zeiträume wird im allgemeinen mit Bezug auf eine Anzahl von Taktzyklen festgelegt. Eine Vref/Bias-Schaltung 58 erzeugt eine stabile Spannungsreferenz und Bias-Ströme für die analogen Schaltungen der Ein-/Ausgangsschaltung 30. Eine ADC- /Multiplexerschaltung (ADC/MUX) 60 digitalisiert analoge Signale und Spannungen zum Bereitstellen einer Telemetrie und einer Austauschzeitangabe- oder Lebensdauerende-Funktion (EOL-Funktion). Eine Einschalt-Rücksetzschaltung (POR) 62 initialisiert den Schrittmacher 10 während des Hochfahrens mit programmierten Werten und setzt die Programmwerte beim Erfassen eines Batterieschwächezustands oder transient bei Vorhandensein bestimmter unerwünschter Zustände, wie beispielsweise einer unannehmbar hohen elektromagnetischen oder elektrischen Interferenz (EMI), auf Sollzustände zurück.
  • Die Betriebsbefehle zum Steuern des Zeitablaufs des in 10 dargestellten Schrittmachers sind über den Bus 48 mit der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 gekoppelt, worin Digitalzeitgeber das Gesamt-Escapeintervall des Schrittmachers festlegen und getrennte atrielle und ventrikuläre Escapeintervalle sowie verschiedene Refraktär- (PVARP-), Austast- (PVAB-) und andere Zeitfenster aufweisen können, um die Arbeitsweise der Peripheriekomponenten innerhalb der Ein-/Ausgangsschaltung 50 zu steuern.
  • Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 ist mit Meßverstärkern (SENSE) 64 und 67 und mit Elektrogrammverstärkern (EGM-Verstärkern) 66 und 73 zum Empfangen von der Elektrode 24 über die Leitung 14 und den Kondensator 26 aufgenommener verstärkter und verarbeiteter Signale und zum Empfangen von der Elektrode 22 über die Leitung 15 und den Kondensator 75 aufgenommener verstärkter und verarbeiteter Signale, welche die elektrische Aktivität des Ventrikels 16 bzw. des Atriums 17 des Patienten darstellen, gekoppelt. In ähnlicher Weise erzeugen die Meßverstärker 64 und 67 Meßereignissignale für das Rücksetzen des Escapeintervall-Zeitgebers innerhalb der Schaltung 50. Das vom EGM-Verstärker 66 entwickelte Elektrogrammsignal wird bei solchen Gelegenheiten verwendet, bei denen die implantierte Vorrichtung von der externen Programmiereinrichtung bzw. dem externen Transceiver (nicht dargestellt) abgefragt wird, um durch Aufwärtstelemetrie eine Darstellung des analogen Elektrogramms der elektrischen Herzaktivität des Patienten zu übertragen, wie im Thompson u. a. erteilten US-Patent US-A-4 556 063 mit dem Titel "Telemetry System for a Medical Device" beschrieben ist.
  • Die Ausgangsimpulsgeneratoren 68 und 71 führen dem Herzen 11 des Patienten über Ausgangskondensatoren 74 und 77 und Leitungen 14 und 15 ansprechend auf stimulierte Auslösesignale, die von der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 entwickelt werden, jedesmal dann, wenn das Escapeintervall abläuft oder ein extern übertragener Stimulationsbefehl empfangen worden ist, oder ansprechend auf andere gespeicherte Befehle, wie auf dem Gebiet der Schrittmacher wohlbekannt ist, Stimulationsimpulse zu.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schrittmacher 10 in der Lage, in verschiedenen nicht frequenzadaptierenden Modi, welche DDD, DDI, VVI, VOO und VVT einschließen, sowie in entsprechenden frequenzadaptierenden Modi, wie DDDR, DDIR, WIR, VOOR und WTR, sowie den A-Analogien (atriellen Analogien) von diesen, nämlich AAI/R, AAT/R, AOO/R usw. zu arbeiten. Weiterhin kann der Schrittmacher 10 programmierbar konfiguriert werden, so daß er so arbeitet, daß er seine Frequenz nur ansprechend auf eine ausgewählte Sensorausgabe oder ansprechend auf beide Sensorausgaben ändert, falls dies gewünscht ist. Viele andere Merkmale und Funktionen von Schrittmachern sowie anderer elektrischer Impulsgeneratoren können aufgenommen werden, ohne über den Schutzumfang dieser Erfindung hinauszugehen.
  • Wenngleich die als bevorzugt angesehenen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt wurden, sollte offensichtlich sein, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Daher sollen die folgenden Ansprüche alle diese Änderungen und Modifikationen abdecken, die in den wahren Schutzumfang der Erfindung fallen können.

Claims (15)

  1. Implantierbarer Impulsgenerator mit einer Einrichtung, die dafür ausgelegt ist, einen Stimulationsimpuls-Ausgangsimpuls zu erzeugen, der einen Anfangsteil (IF) mit einer ansteigenden bzw. nach oben gehenden Spannungssteigung in bezug auf die Zeit und einen restlichen Teil (RF) mit einer abfallenden Spannungssteigung in bezug auf die Zeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangssteigung nach einer im wesentlichen sofortigen Anstiegszeit auf einen anfänglichen Stimulationsimpulswert (IPP), der in etwa 10–50% der Sättigungsspannungsamplitude beträgt, beginnt, und wobei der restliche Teil zu einer Zeit eingeleitet wird, zu der die Sättigungsspannungsamplitude erreicht wird.
  2. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 1 zum Bereitstellen von Herzstimulationsimpulsen durch einen Entladeweg (114), der implantierbare Stimulationselektroden (102, 104) aufweist, die dafür ausgelegt sind, mit dem Herzen eines Patienten gekoppelt zu werden, in Reaktion bzw. ansprechend auf ein Impulsauslösesignal, das ein vorbestimmtes Stimulationsimpulsintervall definiert, wobei der Impulsgenerator eine Stimulations-Ausgangsschaltung einschließt, welche aufweist: einen Ausgangskondensator (112), der dafür ausgelegt ist, in einem Ladeweg geladen und in dem Entladeweg (114) entladen zu werden und eine Ladeschaltungseinrichtung (110) zum Laden des Ausgangskondensators auf einen vorbestimmten Spitzenspannungspegel durch den Ladeweg, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltungseinrichtung (140), die ansprechend auf das Stimulationsimpuls-Auslösesignal bewirkt, daß der Ausgangskondensator (112) in dem Entladeweg (114) steuerbar entladen wird und der Stimulationsimpuls-Ausgangsimpuls bereitgestellt wird, wobei der Anfangsteil bei einem anfänglichen Impulsspannungspegel beginnt, der kleiner ist als der vorbestimmte Spitzenspannungspegel und größer als Null und über den Anfangsteil des Stimulationsimpulsintervalls auf einen Zwischen-Impulsspannungspegel ansteigt und danach während des restlichen Teils des Impulsintervalls in der Spannungsamplitude exponentiell abnimmt, wodurch die über den Stimulationselektroden (102, 104) abgegebene Stimulationsimpulsenergie abnimmt und die Restladung bzw. restliche Ladung des Ausgangskondensators (112) am Ende des Stimulationsimpulsintervalls durch Beschränken der Entladung des Ausgangskondensators während des Anfangsteils des Stimulationsimpulsintervalls erhöht wird.
  3. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 2, wobei der Zwischen-Impulsspannungspegel einem exponentiellen Entladepegel des Ausgangskondensators (112) entspricht, der während seiner Entladung im Anfangsteil des Stimulationsimpulsintervalls erreicht wird.
  4. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 3, wobei die exponentiell abnehmende Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung der exponentiellen Entladung des Ausgangskondensators (112) durch die Impedanz über die Stimula tionselektroden (102, 104) entspricht.
  5. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 2, wobei der Zwischen-Impulsspannungspegel einem linearen Entladepegel des Ausgangskondensators (112) entspricht, der während seiner Entladung im Anfangsteil des Stimulationsimpulsintervalls erreicht wird.
  6. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 5, wobei die linear abnehmende Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung der linearen Entladung des Ausgangskondensators (112) durch die Impedanz über die Stimulationselektroden (102, 104) entspricht.
  7. Implantierbarer Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, der ferner eine Ausgangsschaltungseinrichtung (106) mit einem Leitungsweg im Entladeweg (114) aufweist, die mit dem Ausgangskondensator (112) gekoppelt ist und ein Steuer-Gate aufweist, wobei die Entladeschaltungseinrichtung (140) eine Entladespannungs-Steuereinrichtung aufweist, die ansprechend auf das Impulsauslösesignal betreibbar ist und mit dem Steuer-Gate gekoppelt ist, um eine veränderliche Gate-Spannung bereitzustellen, um den Leitungsweg der Ausgangsschaltungseinrichtung (106) leitend zu machen.
  8. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 7, wobei die Entladespannungs-Steuerschaltungseinrichtung (140) weiter aufweist: eine Gate-Spannungs-Steuereinrichtung zum Bereitstellen einer zunehmenden Gate-Spannung für den Gate-Anschluß während des Anfangsteils, wodurch der Leitungsweg des Ausgangstransistors in einem linearen Arbeitsbereich leitend gemacht wird, um den Ausgangskondensator in dem Entladeweg bei einer erhöhten Rate zu entladen, und zum Bereitstellen der Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung beginnend beim anfänglichen Stimulationsimpuls-Spannungspegel, bis die zunehmende Gate-Spannung den Leitungsweg des Ausgangstransistors für den restlichen Teil des Stimulationsimpulsintervalls in Sättigung leitend macht, wodurch die Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung über den Anfangsteil mit einer zunehmenden Spannung bereitgestellt wird und über den restlichen Teil des Stimulationsimpulsintervalls mit einer exponentiell abnehmenden Spannung bereitgestellt wird.
  9. Stimulations-Ausgangsimpulsschaltung nach Anspruch 8, wobei die Gate-Spannungs-Steuereinrichtung weiter aufweist: eine Diodenschaltung (150, 152), die mit dem Gate-Anschluß gekoppelt ist, um eine feste Gate-Spannung an den Gate-Anschluß anzulegen, um die Steuerschaltung in dem linearen Arbeitsbereich anfänglich leitend zu machen (wobei die Steuerschaltung ein Transistor ist), und um den anfänglichen Stimulationsimpuls-Spannungspegel ansprechend auf den Auslöseimpuls bereitzustellen, und eine kapazitive Ladeschaltung (146, 148), die mit der Diodenschaltung und dem Gate-Anschluß gekoppelt ist und auf den Auslöseimpuls anspricht, um eine zunehmende Gate-Spannung als das veränderliche Steuersignal über den ersten Teil des Stimulationsimpulsintervalls bereitzustellen, bis die kapazitive Ladeschaltung auf einen Sättigungs-Gate-Spannungspegel aufgeladen wurde, wodurch der Transistor in Sättigung leitend ist.
  10. Stimulationsausgangsschaltung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei: die Ausgangsschaltung einen Feldeffekttransistor (106) aufweist, bei dem der Gate-Anschluß und ein Source-Drain-Leitungsweg elektrisch in Reihe mit dem Ausgangskondensator (112) und den Stimulationselektroden (102, 104) gekoppelt sind, und wobei die Entladespannungs-Steuerschaltungseinrichtung (140) auf das Auslösesignal anspricht, um dem Gate-Anschluß über den Anfangsteil eine veränderliche Gate-Spannung zuzuführen, um den Feldeffekttransistor (106) in einem im wesentlichen linear zunehmenden Leitungsbereich zu betreiben und um dem Gate-Anschluß über den folgenden Teil eine feste Gate-Spannung zuzuführen, um den Feldeffekttransistor (106) in Sättigung zu betreiben, um eine exponentielle Entladung der Ladespannung des Ausgangskondensators durch diesen zu ermöglichen.
  11. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 1 zum Bereitstellen von Herzstimulationsimpulsen durch implantierbare Stimulationselektroden (102, 104) für das Herz eines Patienten über einen Elektrode-Gewebe-Übergang und die Impedanz eines Entladewegs (114) durch das Herz des Patienten ansprechend auf ein Stimulationsimpuls-Auslösesignal mit einer vorbestimmten Impulsbreite, wobei der Impulsgenerator eine Stimulations-Ausgangsschaltung einschließt, welche aufweist: einen Ausgangskondensator (112), der dafür ausgelegt ist, in einem Ladeweg geladen und in dem Entladeweg entladen zu werden, um den Stimulationsimpuls-Ausgangsimpuls über die Impulsbreite bereitzustellen, eine Entladeschalteinrichtung (106) mit einem Leitungsweg in einer Entladeschaltung, wobei der Ausgangskondensator und die Stimulationselektroden, abhängig von einem Schaltsteuersignal, einen offenen Zustand, um den Entladestromfluß zu blockieren, und einen veränderlichen geschlossenen Zustand, um einen veränderlichen Stromfluß zu ermöglichen, aufweisen, eine Ladeschaltungseinrichtung (110) zum Laden des Ausgangskondensators auf einen vorbestimmten Ladespannungspegel, während sich die Entladeschalteinrichtung in dem offenen Zustand befindet, und eine Entladeschaltungseinrichtung (140), die ansprechend auf das Stimulationsimpuls-Auslösesignal bewirkt, daß der Entladeschalteinrichtung ein veränderliches Steuersignal zugeführt wird, um die Entladeschalteinrichtung teilweise zu schließen und den Ausgangskondensator bei einer progressiv zunehmenden Spannung, beginnend bei einem anfänglichen Stimulationsimpuls-Spannungspegel, der kleiner ist als der vorbestimmte Ladespannungspegel und größer als Null, über den anfänglichen Teil des Stimulationsimpulsintervalls zu entladen, bis die Entladeschalteinrichtung vollständig geschlossen wurde, und um anschließend das exponentielle Entladen der Spannung des Ausgangskondensators für den restlichen Teil des Stimulationsimpulsintervalls durch den Entladeschalter zu ermöglichen.
  12. Stimulations-Ausgangsimpulsschaltung nach Anspruch 11, wobei die Entladeschalteinrichtung ein Feldeffekttransistor (106) mit einem Gate-Anschluß und einem den Leitungsweg bereitstellenden Source-Drain-Weg ist, wobei die Entladeschaltungseinrichtung aufweist: eine Gate-Spannungs-Steuereinrichtung zum Bereitstellen einer veränderlichen Gate-Spannung für den Gate-Anschluß über den ersten Teil, um den Feldeffekttransistor in einem im wesentlichen linear zunehmenden Leitungsbereich zu betreiben, und zum Bereitstellen einer festen Gate-Spannung für den Gate-Anschluß über den zweiten Teil, um den Feldeffekttransistor in Sättigung zu betreiben, um das exponentielle Entladen der Ladespannung des Ausgangskondensators durch diesen zu ermöglichen.
  13. Implantierbarer Impulsgenerator nach Anspruch 11, wobei die Entladeschalteinrichtung ein Ausgangstransistor mit einem Gate-Anschluß und dem Leitungsweg ist und wobei die Entladeschaltungseinrichtung aufweist: eine Gate-Spannungs-Steuereinrichtung zum Bereitstellen einer veränderlichen Gate-Spannung für den Gate-Anschluß über den ersten Teil, um den Transistor-Leitungsweg in einem im wesentlichen linear zunehmenden Leitungsbereich zu betreiben und dem Gate-Anschluß über den zweiten Teil eine feste Gate-Spannung zuzuführen, um den Transistor in Sättigung zu betreiben und das exponentielle Entladen der Ladespannung des Ausgangskondensators über den Leitungsweg zu ermöglichen und dadurch die Stimulationsimpuls-Ausgangsspannung über den Anfangsteil mit einer zunehmenden Spannung bereitzustellen und über den restlichen Teil des Stimulationsimpulsintervalls mit einer exponentiell abnehmenden Spannung bereitzustellen.
  14. Stimulations-Ausgangsimpulsschaltung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Gate-Spannungs-Steuereinrichtung weiter aufweist: eine Diodenschaltung (150, 152), die mit dem Gate-Anschluß gekoppelt ist, um eine feste Gate-Spannung an den Gate-Anschluß anzulegen, um den Transistor in dem linearen Arbeitsbereich anfänglich leitend zu machen und den anfänglichen Stimulationsimpuls-Spannungspegel ansprechend auf den Auslöseimpuls bereitzustellen, und eine kapazitive Ladeschaltung (146, 148), die mit der Diodenschaltung und dem Gate-Anschluß gekoppelt ist und auf den Auslöseimpuls anspricht, um eine zunehmende Gate-Spannung als das veränderliche Steuersignal über den ersten Teil des Stimulationsimpulsintervalls bereitzustellen, bis die kapazitive Ladeschaltung auf einen Sättigungs-Gate-Spannungspegel geladen ist, wodurch der Transistor in Sättigung leitend ist.
  15. Gewebestimulationsimpuls mit einem Anfangsteil (IF) mit einer ansteigenden bzw. nach oben gehenden Steigung in bezug auf die Zeit und einem restlichen Teil (RF) mit einer abfallenden Spannungssteigung in bezug auf die Zeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg im Anfangsteil nach einer im wesentlichen sofortigen Anstiegszeit auf einen anfänglichen Stimulationsimpulswert (IPP), der im wesentlichen 10–50% eines Sättigungsamplitudenwerts erreicht, beginnt, wobei der restliche Teil zu einer Zeit eingeleitet wird, zu der die Impulsamplitude die Sättigungsspannungsamplitude erreicht hat.
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