DE2701104A1

DE2701104A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2701104A1
Application number: DE19772701104
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Med Funke
Original assignee: Medtronic France SAS
Current assignee: Medtronic BV
Priority date: 1977-01-12
Filing date: 1977-01-12
Publication date: 1978-07-13
Also published as: JPS5650591B2; AU512855B2; AU3237078A; CA1098587A; FR2377190B1; GB1594902A; NL7806850A; NL177080C; SE7800351L; FR2377190A1; JPS5389292A; NL177080B; DE2701104C2

Description

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN_7n, - « ,

BÜRO: «000 MÜNCHEN 83 · ELfENSTRASSE 32

Medtronic France S.A. 120, avenue Charles-de-Gaulle F-922OO Neuilly-sur-Seine

Herzschrittmacher

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Herzschrittmacher mit Schaltmitteln zur Erkennung und gegebenenfalls Stimulation von Herzkammeraktion sowie mit Schaltmitteln zur Stimulation von Herzvorhofaktion.

Bei bekannten Schrittmachern dieser Art (beispielsweise US-PS 3 595 242) überwacht der Schrittmacher das ventriculäre endocardiale EKG und programmiert in Abhängigkeit davon sowohl die Vorhof- als auch die Kammerstimulation. Eine vorbestimmte erste Zeitspanne nach dem letzten QRS - Komplex wird, falls erforderlich, eine Vorhofstimulation ausgelöst, während es bei Ablauf einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach dem letzten QRS-Komplex zur Auslösung der nächsten Kammerstimulation kommt. Beide Zeiten für Vorhof- und Kammerstimulation

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FERNSPRECHER.: 0811/601203» · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

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werden also von einem gemeinsamen Bezugspunkt in Form der letzten vorausgegangenen Kammeraktion bestimmt.

Solche Schrittmacher sind nur begrenzt befriedigend. Beispielsweise werden bei einem totalen AV-Block und bei Vorhoftachychardie sowohl Vorhof als auch Ventrikel stimuliert. Auch geht der Schrittmacher bei einer Frequenzerhöhung im Vorhof nicht mit.

Bekannt sind ferner vorhofgesteuerte Schrittmacher, bei denen die Vorhofdepolarisation mit einer im oder auf dem Vorhof angebrachten Elektrode erfaßt und sine vorbestimmte, zum Beispiel 150 ms botragende, Zeit später ein Reizimpuls auf die Kammer gegeben wird. Diese Schrittmacher sind jedoch nur ventrikelstimulierend, während im Vorhof keine Stimulation erfolgt. Bekannt sind andererseits auch Schrittmacher, die nur den Vorhof stimulieren, da in gewissen Krankheitszuständen nur der Vorhof langsam schlägt und eine Vorhofstimulation ausreicht, um auch eine genügend hohe Ventrikelfrequenz zu erhalten. Derartige Vorhofschrittmacher sind Kammerschrittmachern hämodynamisch v^orzuziehen, da hier bei intakter AV-Überleitung der Vorhofrhythmus erhalten bleibt und Emboliegefährdungen erheblich kleiner werden. Eine solche Vorhofstimulation verbietet sich jedoch, wenn die AV-Überleitung unzuverlässig ist.

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Schließlich ist auch ein sogenannter Synchronbedarfsschrittmacher bekannt (The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, Band 61, No. 3, März 1971, Seiten 466 bis 471), der eine Modifikation des vorstehend erwähnten vorhofgesteuerten Kammerschrittmachers darstellt. Im Falle dieses Schrittmachers erfolgt eine Kammerdemandierung in der Weise, daS innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Fensters eintretende Kammerdepolarisationen dazu führen, daß der an sich fällige Kammerreizimpuls unterdrückt wird. Bei diesem Schrittmacher ist jedoch keine Möglichkeit gegeben, bei Vorhofbradykardie im Vorhof zu stimulieren. Da es sich bei diesem bekannten Schrittmacher um ein externes Gerät handelt, kann zwar der Ausgang des Reizimpulsgenerators statt an die Kammerelektrode auch an die Vorhofelektrode angeschlossen werden.⁴ Das bedeutet, daß in einem solchen Falle nur eine Vorhofreizung, aber keine Ventrikelreizung erfolgt. Damit wird eine Betriebsweise erzielt, die bei verschiedenen Krankheitszuständen, insbesondere AV-Überleitungsstörungen, unbrauchbar ist. Infolgedessen ist die Einsatzfähigkeit dieses Schrittmachers gleichfalls beschränkt.

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Die Herzaktionen in Vorhof und Kammer lassen sich grundsätzlich nach Bradykardie und Normalfunktion so einteilen, daß Vorhof und Kammer ausreichend schnell schlagen (erster Quadrant); der Vorhof zu langsam ist und stimuliert werden muß, während die Kammer ordnungsgemäß nachfolgt (zweiter Quadrant); der Vorhof ausreichend funktioniert, aber die Kammer nicht nachgeführt wird (dritter Quadrant) sowie Vorhof und Kammer einer Stimulation bedürfen (vierter Quadrant). Keiner der bekannten Schrittmacher ist in allen vier Bradykardiequadranten mit Erfolg einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmacher zu schaffen, der im Bedarfsfall Vorhof und/oder Kammer stimulieren kann und in der Lage ist, bei schneller werdendem Vorhof die Kammer nachzuführen. Der Schrittmacher soll also eine einwandfreie Funktion in allen vier genannten Bradykardiequadranten sicherstellen können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schrittmacher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von Schaltmitteln zur Erkennung von Vorhofaktion sowie von weiteren Schaltmitteln zum Auslösen einer Kammerstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder bereits durch Stimulation hervorgerufener Vorhofaktion eine spontane Kammeraktion folgt, und Schaltmitteln zum Auslösen einer Vorhofstimulation,

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falls nicht innerhalb einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder durch Stimulation hervorgerufener Kammeraktion eine spontane Vorhofaktion erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Grundidee, den normalerweise ablaufenden Herzzyklus außerhalb des Herzens vollständig elektronisch nachzubilden und bei physiologischen Störungen im Sinne der Schrittmacherbedürftigkeit in Vorhof oder Kammer diesen extern mitlaufenden Kontrollzyklus dem Herzen aufzuzwingen, wobei das Herz, soweit es vernünftig arbeitet, die Möglichkeit hat, jede einzelne Teilfunktion des Schrittmachers zu unterdrücken. Der Schrittmacher kann also bei Bedarf nur im Vorhof, nur in der Kammer oder sowohl in Vorhof als auch in Kammer stimulieren. Bei Bedarf wird eine schnellere Vorhof frequenz auf die Kammer übergeleitet. Bei Bedarf, nämlich bei ganz ordnungsgemäßen Herzfunktionen, wird weder im Vorhof noch in der Kammer stimuliert.

Vorzugsweise sind die Schaltmittel zum Auslösen von Kammer- und Vorhofstimulation derart miteinander verknüpft, daß das Ende der ersten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der zweiten vorbestimmten Zeitspanne auslöst und das Ende der zweiten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der ersten vorbestimmten Zeitspanne auslöst. Immer dann, wenn nach einer spontanen P-Welle oder einer provozierten Vorhofkontraktion innerhalb der vorbestimmten ersten Zeitspanne keine Ventrikelkontraktion

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folgt, wird also ein Reizimpuls auf den Ventrikel gegeben. Dieser Impuls unterbleibt bei rechtzeitiger spontaner Ventrikelaktivität. Bei Ablauf der zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach einem Ventrikelimpuls, sei er spontan erfolgt oder durch Schrittmacherdepolarisation hervorgerufen, folgt ein Vorhofreizsignal, falls nicht rechtzeitig eine spontane Vorhofaktivität ermittelt wurde. Dieses Spiel wiederholt sich im dauernden Wechsel.

Zweckmäßig weisen die Schaltmittel zum Auslösen von Kammerstimulation und die Schaltmittel zum Auslösen von Vorhofstimulation jeweils einen monostabilen Multivibrator auf, der die erste bzw. die zweite vorbestimmte Zeitspanne vorgibt.

Die erste und die zweite vorbestimmte Zeitspanne betragen vorzugsweise 120 ms bis 2OO ms bzw. 600 ms bis 75O ms.

Vorteilhaft ist es, zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode vorzusehen und das Schrittmachergehäuse als gemeinsame neutrale Elektrode auszunutzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schaltmittel zur Stimulation von Vorhofaktion einen über eine erste Schaltstufe aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe entladbaren Ausgangskondensator auf. Dies gewährleistet nach rasch abge-

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schlossener Aufladung des Ausgangskondensators eine hohe Eingangsimpedanz der Vorhofsignalerkennungsschaltung und damit eine verbesserte P-Erkennung. Werden die Schaltmittel zur Kammerstimulation im Gegensatz dazu in konventioneller Weise ausgelegt, kann ferner im EKG zwischen Vorhof- und Ventrikelimpuls sicher unterschieden werden. Ein besonders einfacher Schaltungsaufbau wird dabei erhalten, wenn mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals beide Schaltstufen ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe ein Zeitverzogerungsglied vorgeschaltet ist. Ein und dasselbe Signal sorgt dann zunächst für das unverzügliche Ansprechen der Entladeschaltstufe und die daran entsprechend zeitverzögert anschließende Betätigung der Ladeschaltstufe.

Den Schaltmitteln zur Erkennung von Kammeraktion ist vorzugsweise eine Sperrstufe zugeordnet, mittels deren die Kcmmeraktionserkennung bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.

Zu Prüfzwecken können die erste und/oder die zweite vorbestimmte Zeitspanne zweckmäßig verkürzt werden.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schaltmittel zur Erkennung von Vorhofaktion und/oder de Schaltmittel zur Erkennung von Kammeraktion ein Refraktärglied auf, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz

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einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet. Beim Einfallen solcher hochfrequenter Störsignale werden die Schaltmittel zur Vorhof- und/oder Kammeraktionserkennung blockiert; die Schrittmacherfunktionen werden festfrequent.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer abgewandelten zweiten Ausführungsform.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dient eine Elektrode 10 der Zufuhr von Reizsignalen zum Vorhof sowie zur Erfassung von natürlicher Vorhofaktivitat. In entsprechender Weise ist eine Elektrode 12 an die Herzkammer anschließbar, um dieser Reizimpulse zuzuleiten und natürlich auftretende Kammerimpulse zu ermitteln. Die Vorhofelektrode 10 steht über einen Vorhof Signalverstärker 14, ein mittels positiver Impulsflanken ansteuerbares, der Störunterdrückung dienendes, nachtriggerbares Monoflop 15 mit einer Verweilzeit von 100 ms sowie ein aus Kondensator 16 und Widerstand 17 bestehendes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 18 eines NOR-Gatters 19 in Verbindung.

Die Kammerelektrode 12 ist über einen Kammersignal verstärker 20 und einen Inverter 22 an den einen Eingang 23 eines NOR-Gatters 24 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 24 steht über ein mittels positiver Impulsflanken ansteuerbares, gleichfalls für eine Störunterdrückung sorgendes, nachtriggerbares Monoflop 26 von 100 ms und ein von einem Kondensator 27 und einem Widerstand 28 gebildetes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 29 eines NOR-Gatters 30 in Verbindung.

Der Ausgang des NOR-Gatters 19 ist mit dem Eingang eines mittels negativer Flanken ansteuerbaren, eine Refraktärphase vorgebenden Monoflops 32 von 400 ms verbunden, dessen Ausgang an den Eingang eines mittels negativer Flanken triggerbaren Mono-

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flops 34 mit einer Verweilzeit von 150 ms angeschlossen ist. Das Monoflop 34 bestimmt den PQ-Abstand. Sein Ausgang Q steht über ein Differentiationsglied, gebildet von einem Kondensator 35 und einem Widerstand 36, mit dem einen Eingang 37 eines NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der Ausgang des NOR-Gatters 38 ist an den anderen Eingang 39 des NOR-Gatters 30 angeschlossen.

Der Ausgang des NOR-Gatters 30 führt zum Eingang eines mittels negativer Flanken triggerbaren, für die Refraktärphasenvorgabe vorgesehenen Monoflops 42 von 300 ms, dessen Ausgang Q über ein aus einem Kondensator 43 und einem Widerstand 44 bestehendes Differentiationsglied an den einen Eingang eines NOR-Gatters 46 angeschlossen ist. Über eine Leitung 47 steht der Ausgang Q des Monoflops 42 ferner mit dem anderen Eingang 49 des NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der zweite Eingang 50 des NOR-Gatters 46 ist über ein Differentiationsglied, bestehend aus einem Kondensator 52 und einem Widerstand 53, an einen zweiten Ausgang 54 des Monoflops 32 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 46 führt zum Eingang eines mittels negativer Flanken ansteuerbaren, nachtriggerbaren Monoflops 56 von 700 ms, das den QP-Abstand bestimmt. Der Ausgang Q des Monoflops 56 steht über eine Leitung 57 mit dem zweiten Eingang 58 des NOR-Gatters 19 sowie mit dem Eingang eines als Impulsformer dienenden, mittels positiver Flanken triggerbaren Monoflops 60 von 0,5 ms in Verbindung. Der Ausgang Q des Monoflops 60 ist

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mit der Basis eines pnp-Transistors 62 über eine Serienschaltung aus Widerstand 63 und Kondensator 64 verbunden. Die Basis des Transistors 62 steht ferner über eine Diode 65 mit der positiven Seite der Spannungsversorgungsquelle in Verbindung. Außerdem ist der Ausgang Q des Monoflops 60 über einen Widerstand 67 an die Basis eines npn-Transistors 68 angeschlossen. Die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 62,68 liegen in Reihe zwischen +- Spannung und Masse. An den Verbindungspunkt 69 der beiden Kollektoren der Transistoren 62 und 68 ist die eine Seite eines Ausgangskondensators 70 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Vorhofelektrode 10 in Verbindung steht.

Der Eingang eines mittels positiver Flanken triggerbaren Impulsformer-Monoflops 72 von 0,5 ms ist an den Ausgang des NOR-Gatters 38 angeschlossen. Der Ausgang Q des Monoflops 72 führt über einen Widerstand 73 zur Basis eines Ausgangstransistors 74, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Serie mit einem Widerstand 75 zwischen der positiven Seite der Betriebsspannung und Masse liegt. Der Kollektor des Transistors 74 ist an die eine Seite eines Ausgangskondensators 76 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Kammerelektrode 12 verbunden ist.

Der Ausgang Q des Monoflops 56 ist ferner mit dem Eingang eines Monoflops 78 mit einer Verweilzeit von 40 ms verbunden, das mittels positiver Flanken getriggert werden kann und dessen Ausgang

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-ντο an den zweiten Eingang 79 des NOR-Gatters 24 angeschlossen ist.

Grundsätzlich arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wie folgt:

Am Eingang des Monoflops 32 tritt eine Information in Form eines Impulssprungs auf, wenn über den Eingang 58 des NOR-Gatters 19 die Information zugeleitet wird, daß der Vorhof stimuliert wurde, oder wenn über den Eingang 18 des Gatters 19 die Information gekommen ist, daß eine spontane Vorhofaktion stattgefunden hat. Am Eingang des Monoflops 32 erscheint also ein Impulssprung, der die Zeit von 400 ms anstellt, immer dann, wenn der Vorhof durch einen Reizimpuls depolarisiert wird oder der Vorhof sich spontan erregt. Simultan mit dem Setzen des Monoflops 32 wird über dessen Ausgang Q der Eingang des Monoflops 34 angesteuert und dessen Zeit von 150 ms eingeleitet. Nach Ver*- streichen der 150 ms des Monoflops 34 geht über den dynamischen Eingang 35,36,37 des Gatters 38 ein Impuls an den Ausgang dieses Gatters, der über das als Impulsformerstufe für 0,5 ms wirkende Monoflop 72 der in konventioneller Weise ausgeführten Ausgangsstufe 73 bis 76 für die Ventrikelstimulation zugeleitet und über die Elektrode 12 auf den Ventrikel gegeben wird.

Der Impuls am Ausgang des Gatters 38 geht ferner an den Eingang des Gatters 30, von dem er auf den Eingang des Monoflops 42 über-

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tragen wird. Er startet dort die Refraktärzeit von 300 ms. Darüber hinaus gelangt der Impuls zum Eingang 45 des Gatters 46 und weiter zum Eingang des Monoflops 56, das getriggert wird. Die Verweilzeit des Monoflops 56 von 700 ms beginnt zu laufen.

Am Eingang des Monoflops 42 tritt in Analogie zu den Verhältnissen am Eingang des Monoflops 32 eine Information dann auf, wenn vom Ausgang des Gatters 38 ein Ventrikelimpuls abgegeben worden ist oder wenn über den Eingang 29 eine Information über eine stattgefundene Spontandepolarisation der Kammer das Gatter 30 erreicht. Bezüglich der Ansteuerung des Monoflops 42 macht es also keinen Unterschied, ob der Ventrikel erregt wird oder spontan aktiviert wurde. Mit dem Einlaufen des Impulssprungs am Eingang des Monoflops 42 wird das nachtriggerbare Monoflop 56 erneut angestoßen. Infolgedessen müssen nach einer Kammerdepolarisation, gleichgültig ob diese spontan oder stimuliert erfolgt ist, 700 ms verstreichen, bevor der Ausgang Q des Monoflops 56 steigt und über die Leitung 57 ein Vorhofimpuls ausgegeben wird.

Falls die Vorhofaktion spontan schneller wird, als es der Interventionsfrequenz des Schrittmachers entspricht, betritt die P-Welle nach Verstärkung im Vorhofsignalverstärker 14 über das Monoflop 15 abermals durch den Eingang 18 des Gatters 19 das Monoflop 32. Über den Ausgang 54 dieses Monoflops geht der be-

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treffende Impuls auf den dynamischen Eingang 50 des Gatters 46. Er wird von dort auf das Monoflop 56 übertragen. Daher kann nach einem spontanen Vorhofimpuls für eine Zeitspanne von mindestens 700 ms (der Verweilzeit des Monoflops 56) zunächst kein weiterer Vorhofimpuls abgegeben werden. Da dieser spontane Vorhofimpuls aber über das Monoflop 34 nach 150 ms erneut den Ventrikel aktiviert und über die Gatter 38 und 30 sowie das Monoflop 42 das Monoflop 56 nachtriggert, kommt es tatsächlich erst 700 ms + 150 ms = 850 ms nach der spontanen P-Welle zur erneuten Triggerung des Vorhofs.

Ein Vorhofimpuls soll nach 150 ms - der Verweilzeit des Monoflops 34 - zu einer Kammerdepolarisation führen. Möglicherweise erfolgt diese Kammerdepolarisation aber bereits zur Sollzeit spontan. Der kammerdepolarisierende Impuls hat in diesem Falle keine physiologische Wirkung. Er soll daher zur Stromersparnis und aus sonstigen Gründen entfallen. Für diesen Zweck ist die Rückkopplung vom Ausgang des Monoflops 42 über die Leitung 47 auf den Eingang des Gatters 38 vorgesehen.

Diese Rückkopplung bewirkt folgendes: Ist bei dem Monoflop 34 der Impuls von 150 ms kurz vor dem Abbruch und würde infolgedessen über den Ausgang des Gatters 38 an die Kammer ein Ventrikelimpuls gegeben, wird dies dadurch verhindert, daß die bereits eingetroffene Kammererregung zu diesem Zeitpunkt am Eingang des Monoflops 42 die Verweilzeit von 300 ms des Mono-

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flops 42 erneut gesetzt hat. Das am Ausgang Q des Monoflops 42 erscheinende Potential blockiert jetzt über die Leitung das Gatter 38. Der nach Ablauf der 150 ms betragenden Verweilzeit des Monoflops 34 erscheinende Impulssprung kann infolgedessen das Gatter 38 nicht zum Ventrikel hin passieren. Der nicht erforderliche, für eine Kammerdepolarisation sorgende Impuls unterbleibt also, wenn innerhalb der Verweilzeit von 150 ms bereits eine Kammerdepolarisation spontan stattfand.

Im folgenden sei die Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in den vier verschiedenen Bradykardiequadranten geschildert.

Zunächst sei angenommen, daß sowohl der Vorhof als auch die Kammer ausreichend schnell schlagen und daher keine Stimulation erforderlich ist (1. Quadrant). Das von der Vorhofelektrode 10 aufgenommene spontane P-Signal gelangt zum Eingang des Monoflops 32 und unterdrückt über dessen Ausgang 54 und den Eingang 50 des Gatters 46 durch Rücksetzen des Monoflops 56 sowie durch Nachrücksetzen dieses Monoflops über ^⁰⁵ Monoflop 34 die Ausgabe einer P-Information über den Ausgang Q des Monoflops 56. Die zeitgerecht einfallende Kammeraktion unterdrückt ihrerseits durch Hochsetzen des Monoflops 42 über die Leitung 47 und den Eingang 49 des Gatters 38 die Ausgabe eines Impulses an die Kammer. Bei zeitlich ausreichend frequent einfallender Vorhofaktion und zeitlich richtig abge-

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stimmter Aktion der Kammer unterbleiben infolgedessen Vorhof- und Ventrikelstimu lotion.

Für den Fall, daß bei Vorhofbradykardie der Vorhof stimuliert werden muß, die Überleitung zurKammer jedoch intakt ist (2. Quadrant), wird nach Beendigung der 700 ms betragenden Verweilzeit des Monoflops 56, da zwischenzeitlich eine erneute Rücksetzung unterbleibt, über den Ausgang Q des Monoflops 56 und die Leitung 57 die Information auf den Eingang des Monoflops 60 gegeben, daß eine Vorhofdepolarisation mittels eines Impulses durchgeführt werden soll. Die Verweilzeit des Monoflops 34 von 150 ms wird gestellt. Rechtzeitig bevor diese 15O ms abgelaufen sind, tritt jedoch eine spontane Kammerdepolarisation auf, die über den Kammersignalverstärker 20, das Gatter 24, das Monoflop 26 und das Gatter 30 dem Monoflop 42 zugeführt wird. Das Monoflop 42 wird getriggert und blockiert über die Leitung 47 die Übertragung des Kammerreizimpulses vom Ausgang Q des Monoflops 34 zum Monoflop 72. Auf diese Weise wird der Kammerimpuls retrograd unterdrückt.

Wenn umgekehrt der Vorhof ausreichend schnell läuft, möglicherweise sogar erheblich schneller als normal bis zu einer Frequenz von 15O Schlägen /min schlägt, die Kammerüberleitung aber schlecht ist (3. Quadrant), passiert folgendes:

Spontane P-Signale gelangen von der Vorhofelektrode 10 aus

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zum Eingang des Monoflops 32 und stellen die durch dieses Monoflop vorgegebene Refraktärzeit von 400 ms. Gleichzeitig wird das Monoflop 34 getriggert. Über das Gatter 38 wird noch Ablauf der Verweilzeit des Monoflops 34 von 1 5O ms über das Monoflop 72 der Impuls zur Kammerdepolarisation zur Kammerausgangsstufe 73 bis 76 gegeben. Der Vorhof kann bei der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehenen Dimensionierung seine Frequenz zwischen 70 und 15O (letzteres entsprechend der vom Monoflop 32 vorgegebenen Refraktärzeit von 4OO ms) ändern. Die Kammer wird jeweils im Abstandder Verweilzeit des Monoflops 34 (15O ms) nachgeführt. DieVorhofstimulation unterbleibt, weil nach jedem spontanen Vorhofimpuls das Monoflop 56 nachgestellt wird, somit also zunächst 7OO ms verstreichen müssen, und weil nach Depolarisation der Kammer eine Nachtriggerung des Monoflops 56 über den Ausgang des Gatters 30, das Monoflop 42 und den Eingang 45 des Gatters 46 erfolgt. Daher könnte erst nach 850 ms (entsprechend der Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34 und 56) ein Vorhofimpuls abgegeben werden. Die Vorhofreizung unterbleibt aber, da der Vorhof zuvor bereits spontan funktioniert hat.

Schließlich sei der Fall betrachtet, daß sowohl der Vorhof als auch die Kammer nicht schlagen und daher stimuliert werden müssen (4. Quadrant). Die Vorhofreizung erfolgt jetzt in der zuvor beschriebenen Weise. Da die Kammer innerhalb ihrer Sollzeit von 150 ms nicht nachfolgt und die Verweilzeit von

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3OO ms des Monoflops 42 über den Kammersignalverstärker ZO, das Gatter 24 und das Monoflop 26 nicht gesetzt wird, unterbleibt die retrograde Unterdrückung der Impulsübergabe durch das Gatter 38. Der das Monoflop 34 nach Ablauf von 15O ms verlassende Impulssprung erscheint am Eingang 37 des Gatters 38 und geht von dessen Ausgang über das Monoflop 72 zur Ausgangsstufe 73 bis 76. Über die Kammerelektrode 12 wird die Kammer depolarisiert.

Um eine sichere Erkennung des einem Vorhofimpuls folgenden Kammerkomplexes sicherzustellen, wird mittels des am Ausgang Q des Monoflops 56 auftretenden Vorhofsollimpulses gleichzeitig das 40 ms-Monoflop 78 gestellt. Dies bewirkt, daß über den Eingang 79 des Gatters 24 die Übergabe von im Ventrikel empfangenen Impulsen während der Torzeit des Monoflops 78 unterdrückt wird. Vom Kammersignalverstärker 20 aufgenommene Vorhofimpulse werden durch dieses Zeitfenster von der logischen Berücksichtigung im Kammerblock ausgeschlossen.

Während auf der Kammerseite der Kammerimpuls durch schnelle Entladung des Ausgangskondensators 76 und langsames Wiederaufladen dieses Kondensators über den Widerstand 75 erzeugt wird, ist für das Rückladen des vorhofseitigen Ausgangskondensators 7O der dynamisch geschaltete Transistor 62 vorgesehen. Das Wiederaufladen geschieht über diesen Transistor sehr niederohmig und ist dementsprechend rasch abgeschlossen. Da-

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durch wird erreicht, daß im EKG weniger Verzerrungen auftreten, der Vorhofimpuls vom Ventrikelimpuls im EKG leicht unterschieden werden kann und nach Abschluß der Rückladung des Kondensators 70 der VorhofSignalverstärker 14 eine wesentlich erhöhte Eingangsimpedanz hat, was die P-Erkennung weiter verbessert.

Es versteht sich, daß die Rückladung des Ausgangskondensators 76 grundsätzlich ebenfalls niederohmig über einen Schalttransistor entsprechend dem Transistor 62 erfolgen kann. Da jedoch der Kammersignalverstärker 20 ohnehin zuverlässig arbeitet, wird es in der Regel günstiger sein, die Ausgansstufen in der beschriebenen Weise unterschiedlich auszulegen, um im EKG den Vorhofimpuls vom Kammerimpuls sicher zu differenzieren und damit die postoperative Störungsdiagnostik zu erleichtern.

In der Praxis ist es erwünscht, die Schrittmacherfunktionen auch dann zu kontrollieren, wenn sich der Patient in sauberem Eigenrhythmus befindet und der Schrittmacher in allen Quadranten völlig unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß die beiden Eingangsverstärker 14 und über einen Magnetschalter blockiert werden und abgewartet wird, bis die Reizimpulse im Vorhofbereich und in der Kammer erregbare Phasen treffen. Es kann dann erkannt werden, ob der Vorhofimpuls jeweils eine P-Welle und der Kammerimpuls jeweils

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-Vfeinen QRS-Komplex provoziert.

Statt dessen kann auch die bei der beschriebenen Ausführungsform 15O ms betragende PQ-Verzögerungszeit über einen Magnetschalter drastisch, beispielsweise auf 50 ms, verkürzt werden, um eine vorhandene intakte Überleitung zu überspielen und die Kammer auf jeden Fall elektrisch zu provozieren, falls der Schrittmacher effektiv ist. Gleichzeitig wird dabei die Verweilzeit des Monoflops 56 von 7OO ms auf beispielsweise 450 ms verkürzt, so daß als Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34 und 56 eine Zeit von insgesamt 5OO ms erhalten wird, was einer Frequenz von 12O Schlägen /min entspricht. Damit wird das Herz sicher überfahren; die Stimulation kann einwandfrei überprüft werden.

Eine Schaltungsanordnung, die prinzipiell derjenigen nach Fig.1 entspricht, läßt sich auch unter Verwendung von integrierten Schaltungen aufbauen, wie sie für auf dem Markt befindliche Bedarfsherzschrittmacher verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es sind dort zwei integrierte Schaltungen 84 und 86 vorgesehen. Jede der Schaltungen 84, 86 umfaßt einen Impulsgenerator mit durch spontane Kammer- bzw. Vorhofsignale rückstellbarem Zeitglied (entsprechend dem Monoflop 56) sowie die Impulsformer - und Ausgangsstufen (entsprechend den Monoflops 60 und 72 sowie den Ausgangsstufen 63 bis 70 bzw. 73 bis 76) .Die Refraktärglieder 32

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bzw. 42, die Störunterdrückungsglieder 15 bzw. 26 und die Verstärker 14 bzw. 2O sind zu integrierten Schaltungen 88 bzw. 90 zusammengefaßt.

Die integrierten Schaltungen 84 und 86 sind miteinander in Reihe geschaltet, wobei ein vor der Ausgangsstufe der Schaltung 84 abgehender erster Ausgang 91 über eine Diode 92 und einen Kondensator 93 mit dem Eingang der integrierten Schaltung 86 verbunden ist. Die integrierte Schaltung 86 wirkt über einen dem Ausgang 91 entsprechenden ersten Ausgang 95, eine Leitung 96 und eine Diode 97 auf den EIN-Eingang 98 einer Speicherzellle zurück, die von zwei miteinander gekoppelten NOR-Gattem 99, 1C)O gebildet und dem Eingang der integrierten Schaltung 84 vorgeschaltet ist.

Der Eingang 98 entspricht funktionsmäßig dem Eingang des Monoflops 32 nach Fig. 1. An diesem Knotenpunkt trifft nämlich eine Information darüber ein, ob ein Schrittmacherimpuls den Vorhof erregen sollte, oder ob eine spontane P-Welle eingetroffen ist. Über den Eingang 98 der Speicherzelle 99, 1OO wird die mit einer Frequenz von 4OO Schlagen /min, entsprechend einem Impulsabstand von 150 ms, freilaufende Schaltung 84 eingeschaltet, so daß 150 ms nach Auftreten der P-Information am Eingang 98 von dem zweiten Ausgang 103 der Schaltung 84 aus über ein Gatter 1Ο4 und eine Leitung 1O5 ein Reizimpuls zur Kammerelektrode 12 überführt wird. Der Schrittmacher arbeitet

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- 2f\ -in dieser Form als vorhofgesteuerter Kammerschrittmacher.

Über den ersten Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 wird die mit einer Frequenz entsprechend 7OO ms freilaufende Schaltung 8 6 nach Art eines normalen Bedarfsschrittmachers zurückgesetzt, so daß 700 ms verstreichen müssen, bis ein Vorhofimpuls über den zweiten Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 und eine Leitung 108 auf die Vorhofelektrode 1O gegeben werden kann. Zur gleichen Zeit wirkt aber ein Ausgangsimpuls über den Ausgang 95 der Schaltung 86 auf den Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100 zurück, so daß der Generator der Schaltung 84 erneut eingeschaltet wird und eine Zeit von 150 ms verstreicht.

Da eine einem Impulsabstand von 150 ms entsprechende Wiederholfrequenz unsinnig wäre, wird über den Ausgang 91 der Schaltung 84 und eine Diode 110 so auf den AUS-Eingang 112 der Speicherzelle 99, 100 zurückgewirkt, daß von der integrierten Schaltung 84 jeweils nur ein Impuls abgegeben werden kann. Es bedarf danach erneut eines Eingangssignals am Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100, um die Schaltung 84 erneut zu triggern und die Zeit von 150 ms ablaufen zu lassen.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet in den vier Bradykardiequadranten wie folgt:

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Im ersten Quadranten - ausreichende oder schnelle Vorhoffrequenz und schnelle Befolgung durch spontane Ventrikelaktionen - wird die P-Welle von der Vorhofelektrode 10 aufgegriffen und über die integrierte Schaltung 88, eine Entkopplungsdiode 114 und einen Kondensator 115 dem Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100 zugeführt . Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und möchte nach 150 ms einen Impuls über den Ausgang 103 an die Kammer abgeben. Da jedoch innerhalb dieser Zeit von 150 ms die integrierte Schaltung 9O über die Kammerelektrode 12 bereits ein Spontansignal aus der Kammer empfangen hat, geht über eine Leitung 116 und eine Diode 117 ein Sperrsignal an den Eingang 112 der Speicherzelle 99, 1OO sowie an den einen Eingang des Gatters 1O4. Letzteres bewirkt eine Blockierung der Ausgabe des Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 auf die Kammerelektrode 12. Auch Vorhofimpulse können nicht abgegeben werden, da über die integrierte Schaltung 9O die eintreffende Kammerantwort über eine Diode 119 auf den Eingang der integrierten Schaltung 86 gegeben und diese Schaltung für 700 ms zurückgestellt wird. Das nach 150 ms am Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 ungehindert austretende Signal wird dazu benutzt, über die Diode 92 die zuvor schon über eine Leitung 121 und eine Diode 122 getriggerte Zeit von 7OO ms erneut zu triggern. Daher muß eine Zeit von insgesamt 850 ms verstreichen, bevor ein weiteres Vorhofreizsignal abgegeben werden könnte. Diese Abgabe unterbleibt jedoch, weil die P-Welle mit höherer Frequenz einfällt. Der

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- 33 Schrittmacher bleibt infolgedessen inaktiv.

Im zweiten Quadranten, das heißt für den Fall, das der Vorhof zu langsam schlägt und stimuliert werden muß, während die Überleitung rechtzeitig erfolgt, kommt 7OOms nach einem P-Signal ein Impuls am Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 zustande, der über die Leitung 108 dem Vorhof zugeführt wird. Die in diesem Quadranten aber rechtzeitig eintretende Ventrikeldepolarisation bewirkt, daß in der zuvor erläuterten Weise der 150 ms später am Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 erscheinende Reizimpuls durch das Gatter 104 am Durchtritt gehindert wird. Da die Zeitspanne von 7OO ms vom Ausgang 91 her nachgetriggert wird, erfolgt nach insgesamt 85Oms eine erneute Vorhofdepolarisation. Es tritt wiederum rechtzeitig eine Ventikelantwort auf, die über den Ausgang der integrierten Schaltung 90 und das Gatter 104 die Weitergabe eines Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 an die Kammerelektrode 12 unterbindet.

Bei ausreichender oder schneller Vorhofaktion und schlechter Überleitung (Quadrant 3) wirkt der Schrittmacher als vorhofgesteuerter Kammerschrittmacher. Eine P-Welle gelangt über die integrierte Schaltung 88 zum Eingang 98 und schaltet die Speicherzelle 99,1OO ein. Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und gibt nach 150 ms über das Gatter 104 einen Impuls auf den Ventrikel. Dieser Impuls kann das Gatter 104 durchlaufen, da eine rechtzeitige Kammerdepolarisation, die über die

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integrierte Schaltung 9O das Gatter 104 sperren würde, nicht eingetreten ist.

Bei Vorhofbradykardie und Kammerbradykardie (Quadrant 4) wird ein Vorhofimpuls über den Ausgang 1O7 der integrierten Schaltung 86 abgegeben. Gleichzeitig wird vom Ausgang 95 her über die Leitung 96 und die Diode 97 die Speicherzelle 99, 1OO eingeschaltet, so daß 15O ms später am Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 ein Impuls erscheint. Dieser wird über das Gatter 104 zur Kammerelektrode 12 übertragen, weil zu diesem Zeitpunkt keine Ventrikelkontraktion stattgefunden hat, die über die integrierte Schaltung9O das Gatter 104 sperren würde.

In Analogie zu der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist ein funktionsmäßig dem Monoflop 78 entsprechendes, beispielsweise aus RC-Gliedern aufgebautes Schaltglied 124 vorgesehen, das während eines Vorhofimpulses und kurze Zeit danach, beispielsweise für eine Zeitspanne von 20 ms, den Ventrikelverstärker der integrierten Schaltung 90 inhibiert, damit Vorhofimpulse im Ventrikelverstärker nicht fehlerkannt werden können.

Die vorhofseitige Reizimpuls - Ausgangsstufe kann zweckmäßig in der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Weise so ausgelegt sein, daß der Ausgangskondensator schnell wieder aufgeladen wird, um die Unterscheidung der P-Signale zu begünstigen

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- 25 - und die Eingangsimpedanz des P-Verstärkers zu erhöhen.

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Claims

Ansprüche :

Elektrischer Herzschrittmacher mit Schaltmitteln zur Erkennung und gegebenenfalls Stimulation von Herzkammeraktion sowie mit Schaltmitteln zur Stimulation von Herzvorhofaktion, gekennzeichnet durch Schaltmittel (14,15; 88) zur Erkennung von Herzvorhofaktion sowie durch weitere Schaltmittel (34, 84) zum Auslösen einer Kammerstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten ersten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder bereits durch Stimulation hervorgerufener Vorhofaktion eine spontane Kammeraktion folgt, und Schaltmittel (56,86) zum Auslösen einer Vorhofstimulation, falls nicht innerhalb einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne nach entweder erkannter spontaner oder durch Stimulation hervorgerufener Kammeraktion eine spontane Vorhofaktion folgt.
2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Schaltmittel (34,56;84,86) zum Auslösen von Kammer- und Vorhofstimulation derart miteinander verknüpft sind, daß das Ende der ersten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der zweiten vorbestimmten Zeitspanne auslöst und das Ende der zweiten vorbestimmten Zeitspanne den Beginn der ersten vorbestimmten Zeitspanne auslöst.

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ORIQiNAL JNSPECTED
3. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (34,84) zum Auslösen von Kammerstimulation und die Schaltmittel (56,86) zum Auslösen von VorhofStimulation jeweils einen monostabilen Multivibrator aufweisen, den die erste bzw. die zweite vorbestimmte Zeitspanne vorgibt.
4. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Zeitspanne 120 ms bis 200 ms beträgt.
5. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte zweite Zeitspanne 600 ms bis 750 ms beträgt.
6. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode (10,12) vorgesehen ist und das Schrittmachergehäuse die gemeinsame neutrale Elektrode bildet.
7. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zur Stimulation von Vorhofaktion einen über eine erste Schaltstufe (62) aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe (68)

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entladbaren Ausgangskondensator (70) aufweisen.
8. Schrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals beide Schaltstufen (62,68) ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe (62) ein Zeitverzögerungsglied (63,64) vorgeschaltet ist.
9. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Schaltmitteln (20,26; 90) zur Erkennung von Kammeraktion eine Sperrstufe (24, 78;124) zugeordnet ist, mittels deren die Kammeraktionserkennung bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.
10. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Prüfzwecken die erste und/oder die zweite vorbestimmte Zeitspanne verkürzbar sind. . -
11. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (14,15;88) zur Erkennung von Vorhofaktion und/oder die Schaltmittel (2O,26;9O) zur Erkennung von Kammeraktion ein Refraktärglied (15,26) aufweisen, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet.

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