DE69405008T2

DE69405008T2 - Ladeschaltung für einen kondensator bei einem implantierbaren defibrillator

Info

Publication number: DE69405008T2
Application number: DE69405008T
Authority: DE
Inventors: Yain N Chang; Scott Mazoch
Original assignee: Intermedics Inc
Current assignee: Intermedics Inc
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: DE69405008D1; ES2105871T3; US5447522A; WO1995011058A1; EP0730481B1; EP0730481A1

Description

Technisches Fachgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein implantierbare Kardial-Stimulatoren, und insbesondere eine Kondensator-Ladeschaltung in einem implantierbaren Defibrillator.

Hintergrundinformation

Implantierbare Defibrillatoren werden bei Patienten implantiert, die identifiziert werden können als solche, die wahrscheinlich an Herzrhythmusstörungen leiden, wie an Herzkammerflimmern, die einen plötzlichen Tod verursachen können. Der Defibrillator erfaßt das Auftreten von Herzkammerflimmern und liefert automatisch eine Defibrillations-Therapie. Implantierbare Defibrillatoren enthalten in ihrer allgemeinsten Form entsprechende elektrische Zuleitungen zum Aufnehmen von durch das Herz erzeugten elektrischen Signalen und zum Liefern elektrischer Stöße an das Herz, um für eine Defibrillations-Therapie zu sorgen. Es sind auch Batterien und Energiespeicherkondensatoren enthalten, und eine Steuerschaltung ist mit den Leitungen, Batterien und Kondensatoren verbunden zum Erfassen der elektrischen Aktivität des Herzens und zum Aufladen der Kondensatoren und Auslösen der Auslieferung von Stößen durch die Leitung. Implantierbare Defibrillatoren können auch eine Schaltung zum Schaffen einer Kardioversions-Therapie zur Behandlung von Tachykardie und zur Schaffung von Schrittmacher- Therapie zum Behandeln von Bradykardie enthalten.
Zur Defibrillations-Therapie gehört allgemein die rasche Zulieferung einer relativ großen Menge elektrischer Energie mit hoher Spannung zu dem Herzen. Gegenwartig verfügbare Batterien, die zur Benutzung bei implantierbaren Defibrillatoren geeignet sind, sind nicht fähig, Energie von solchem Niveau direkt zu liefern. Demzufolge ist es üblich, einen Hochspannungs-Energiespeicherkondensator vorzusehen, der über eine entsprechende Ladeschaltung durch die Batterie geladen wird. Um die Verschwendung von Batterieenergie zu vermeiden, wird der Hochspannungs-Energiespeicherkondensator nicht im Ladungszustand gehalten, sondern wird stattdessen während eines durch die Steuerschaltung identifizierten Zeitraums nach der Fibrillation unmittelbar vor dem Ausliefern des Stoßes geladen.
Zur Ladeschaltung bei einem implantierbaren Defibrillator gehören manchmal Steuerschaltungen zum zyklischen Unterbrechen eines von der Batterie durch die Primärwicklung eines Spannungserhöhungs-Transformators fließenden Gleichstroms, um während der Rücklaufzeit in der Sekundärwicklung des Transformators einen Übergangsstrom zu induzieren. Der in der Sekundärwicklung induzierte Rücklaufstrom wird gleichgerichtet und an die Klemmen eines Hochspannungs-Energiespeicherkondensators angelegt, wodurch das vollständige Aufladen des Energiespeicherkondensators während einer Anzahl von Schaltzyklen erreicht wird. Beispiele für Ladeschaltungen bei einem implantierbaren Defibrillator werden in US-PS 4 800 883 und 4 548 209 gezeigt. Eine Ladeschaltung für einen externen Defibrillator wird in US-PS 5 285 779 gezeigt.
Es ist erwünscht, die Energie von der Batterie zum Speicherkondensator so wirksam wie möglich zu übertragen, um die zum Aufladen des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators erforderliche Zeit herabzusetzen. Dadurch wird eine außerordentliche Verzögerung bei der Zulieferung einer Therapie nach dem Erfassen von Herzkammerflimmern durch den implantierbaren Defibrillator vermieden. Die Kondensator-Ladegeschwindigkeit wird durch die Tatsache beeinflußt, daß die durch die Batterie der Ladeschaltung zugelieferte Spannung während der Lebensdauer der Batterie abfällt. Bei einer üblichen Ladeschaltung mit festliegender Schaltfrequenz fällt bei abfallender Batteriespannung der von der Batterie während des Aufladens durchschnittlich gezogene Strom während der Lebensdauer der Batterie ebenfalls ab, so daß sich eine Erhöhung der zum Aufladen des Energiespeicherkondensators erforderlichen Zeit ergibt.
Es ist auch erwünscht, den Stromfluß von der Batterie zu dem Kondensator während der Anfangsaufladezeit zu begrenzen, um eine Sättigung des Spannungserhöhungs-Transformators und einen außerordentlichen Stromfluß durch das Schaltergerät zu vermeiden. Zum Zeitpunkt des Ladebeginns befindet sich der Speicherkondensator anfangs in einem entladenen Zustand. Bei Unausgeglichenheit des Spannungs/Sekunden-Produkts zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators wird ein hoher Strom von der Batterie gezogen, bis ein Spannungsaufbau in dem Energiespeicherkondensator beginnt.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein implantierbarer Defibrillator eine Batterie, einen Spannungserhöhungs-Transformator mit einer an der Batterie angeschlossenen Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, und einen an der Sekundärwicklung angeschlossenen Hochspannungs-Energiespeicherkondensator. Ein Kondensatorlader enthält Schaltermittel in Stromverbindung mit der Batterie und der Primärwicklung, um zyklisch Stromfluß durch die Primärwicklung zuzulassen und zu unterbrechen. Steuermittel in Schaltverbindung mit der Batterie und mit dem Schaltermittel veranlassen das Schaltermittel, zyklisch Strom in einer solchen Weise zuzulassen und zu unterbrechen, daß der Durchschnittsstrom im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Batteriespannung abnimmt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält der Kondensatorlader ein Stromfühlermittel in Schaltverbindung mit der Primärwicklung zum Erfassen des Stromflusses durch die Primärwicklung. Das Steuermittel befindet sich in Schaltverbindung mit dem Stromfühlermittel und mit dem Schaltermittel und läßt das Schaltermittel den Strom in Abhängigkeit von dem Überschreiten einer vorher eingestellten Stromgrenze durch den erfaßten Stromfluß unterbrechen.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Aufladens eines Hochspannungs-Energiespeicherkondensators in einem implantierbaren Defibrillator durch eine Niedrigspannungs-Batterie vorgestellt. Von der Batterie durch die Primärwicklung eines Spannungserhöhungs-Transformators fließender Strom wird ein- und ausgeschaltet, um einen Rücklauf-Übergangsstrom in einer Sekundärwicklung des Transformators zu induzieren. Dieser Rücklauf-Übergangsstrom wird gleichgerichtet und an die Klemmen des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators angelegt. Die Batteriespannung wird überwacht und die Schaltfolge des Stromes durch die Primärwicklung wird in Abhängigkeit von dem Abnehmen der Batteriespannung so verändert, daß der durchschnittliche Strom durch die Primärwicklung im wesentlichen konstant bleibt, während die Batteriespannung abnimmt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Ladeverfahren für den Speicherkondensator ein Überwachen des Stromes durch die Primärwicklung und Abschalten des Stromflusses durch die Primärwicklung in Abhängigkeit davon, daß der überwachte Strom eine vorgegebene Grenze übersteigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladeschaltung zum Laden des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators eines implantierbaren Defibrillators zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Ansteigen der zum Laden des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators eines implantierbaren Defibrillators erforderlichen Zeit bei durch teilweise Leerung der Batterie abnehmender Batteriespannung zu verhindern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen übergroßen Stromfluß beim Ladungsbeginn des Hochspannungs- Energiespeicherkondensators eines implantierbaren Defibrillators zu vermeiden, wenn der Kondensator sich anfangs in einem entladenen Zustand befindet.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführung mit Bezug auf die Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines implantierbaren Defibrillators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild des Kondensator-Ladeblocks der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des von einer neuen Batterie während des Aufladens eines Energiespeicherkondensators gezogenen Stromes bei dem Ladeverfahren nach dem Stand der Technik.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des von einer teilweise entleerten Batterie während des Ladens eines Energiespeicherkondensators gemäß dem Ladeverfahren des Standes der Technik gezogenen Batteriespannung.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des von einer teilweise geleerten Batterie während des Ladens des Energiespeicherkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung gezogenen Batteriespannung.
Fig. 6 ist ein mehr ins einzelne gehendes schematisches Schaltbild des Kondensator-Ladeblocks der Fig. 1.

Bestes Verfahren zum Ausführen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen implantierbaren Defibrillators 10 dargestellt. Der Defibrillator 10 wird durch eine digitale zentrale Verarbeitungseinheit 12 gesteuert, die unter Steuerung durch in einer Speichereinheit 14 gespeicherter Software arbeitet. Die zentrale Verarbeitungseinheit 12 und die Speichereinheit 14 arbeiten in gut bekannter Weise über den Daten- und Adreßbus 16 zusammen. Die zentrale Verarbeitungseinheit 12 ist über einen (nicht dargestellten) externen Programmierer programmiert, der über eine Übertragungseinheit 18 mit dem Defibrillator 10 in Verbindung steht. Eine mit der Übertragungseinheit 18 verbundene Antennenwickllung 20 empfängt durch einen Sendeabschnitt des externen Programmgebers ausgestrahlte elektromagnetische Energie, wobei die elektromagnetische Energie zum Übertragen von Programmierinstruktionen moduliert ist. Die aufgenommene Energie wird in der Übertragungseinheit 18 demoduliert und die Daten und die Programmierbefehle werden über den Daten- und Adreßbus 16 zu der CPU-Einheit 12 weitergeleitet. Die Antennenwicklung 20 dient auch zum Ausstrahlen modulierter Elektromagnetenergie von einem Sendeabschnitt der Verbindungseinheit 18, um Daten zu dem externen Programmgeber zu übertragen. Derartige Daten können Information über die Parameter und Betriebsweisen des Defibrillators 10 und über erfaßte physiologische Information befördern. Die Vorhofschrittgeber/ Erfassungs-Einheit 22 und die Kammerschrittgeber/Erfassungs- Einheit 24 arbeiten mit der CPU-Einheit 12 über den Daten- und Adreßbus 16 zusammen, um duale Kammerschrittgeber-Therapien zusätzlich zu den Kardioversions- und Defibrillations-Therapien zu schaffen, welche die Grundziele des Defibrillators 10 sind. Eine Vorhofleitung 26 mit einer oder mehreren Elektroden 28 zum Einsetzen in eine Vorhofkammer des Herzens 30 ist elektrisch mit der Vorhofschrittgeberlerfassungs-Einheit 22 verbunden, um Schrittgeberimpulse für den Vorhof zu liefern und um natürlich auftretende Depolarisationssignale und andere Signale zur Verwendung durch die CPU-Einheit 12 zur Therapieregelung zu erfassen. Eine Ventrikulär- oder Kammerleitung 32 mit einer oder mehreren Elektroden 34 zum Einsetzen in eine Vorkammer des Herzens 30 ist elektrisch mit einer Kammerschrittgeber/Erfassungs-Einheit 24 verbunden zum Zuliefern von Schrittgeberimpulsen zu der Vorkammer und zum Erfassen natürlich auftretender Depolarisationssignale und anderer Signale zur Verwendung durch die CPU-Einheit 12 zur Therapieregelung. Es sollte zu verstehen sein, daß die Leitungen 26 und 32, wie sie hier gezeigt sind, nur für eine typische Doppelkammer-Schrittgeber anordnung repräsentativ sind und für dem Fachmann bekannte bipolare oder unipolare Schrittgebung oder andere Schrittgeber- Betriebsarten ausgelegt sein können.
Die Defibrillations-Therapie wird durch Steuersignale von der CPU-Einheit 12 eingeleitet, die über den Daten- und Adreßbus 16 an eine Hochspannungs-Schnittstelle 36 angelegt werden. Die Schnittstelle 36 isoliert u.a. die Hochspannungs-Abschnitte des Defibrillators 10 von der CPU-Einheit 12 und der anderen Niederspannungsschaltung. Durch die Schnittstelle 36 gepufferte Steuersignale werden an die Kondensator-Ladeinheit 38 angelegt, die eine an der Batterie 40 angeschlossene Eingangsleitung und ein Paar Hochspannungs-Ausgangsleitungen 42 und 44 besitzt, die an dem Hochspannungs-Energiespeicherkondensator 46 angeschlossen sind. Es sollte einzusehen sein, daß, obzwar die Batterie 40 in dem vereinfachten Blockschaltbild der Fig. 1 nur mit dem Kondensatorlader 38 verbunden dargestellt ist, die Batterie 40 auch Strom für alle aktiven Geräte der Digital- und Analogschaltung des Defibrillators 10 liefert. Die Leitungen 42 und 44 verbinden den Energiespeicherkondensator 46 auch mit der Hochspannungs-Ausgabesteuereinheit 48, welche die Zuführung der Hochspannungsladung von dem Kondensator 46 zu den Defibrillationsleitungen 50 und 52 in Abhängigkeit von Steuersignalen steuert, die von der Schnittstelle 36 auf Leitung 54 erhalten werden. Die Leitungen 50 und 52 sind mit einer oder mit mehreren Endokardialelektrode(n) 56 und einer oder mehreren Fleckelektroden 58 versehen. Es sollte verstanden werden, daß die Leitungen 50 und 52 in der dargestellten Weise nur für eine typische Defibrillations-Leitungsanordnung repräsentativ sind und entsprechend bei anderen Defibrillations-Betriebsweisen in einer dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Weise anders angeordnet sein können.
In Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild des Kondensatorladers 38 dargestellt, welches die allgemeinen Prinzipien der Erfindung darstellt. Die positive Klemme der Batterie 40 ist an einer Klemme der Primärwicklung 60 des Spannungserhöhungs-Transformators 62 angeschlossen. Die negative Kleinme der Batterie 40 liegt an Masse. Die andere Klemme der Primärwicklung 60 ist mit der Drain-Elektrode des FET-Transistors 64 verbunden. Die Source-Klemme des FET-Transistors 64 ist über einen Stromerfassungswiderstand 66 an Masse gelegt. So kann eingesehen werden, daß der Stromfluß von der Batterie 40 in die Primärwicklung 60 durch den FET-Transistor 64 gesteuert werden kann. Die Steuerschaltung 68 hat eine erste mit der Batterie 40 verbundene Eingangsleitung 70 zum Zwecke der Überwachung der Ausgangsspannung der Batterie 40, und eine zweite Eingangsleitung 72 zum Zwecke der Überwachung des Spannungsabfalls über dem Stromerfassungswiderstand 66 und damit des Stromes durch die Primärwicklung 60. Die Steuerschaltung 68 besitzt eine mit der Gate-Klemme des FET-Transistors 64 verbundene Ausgangsleitung 74. Auf Empfang eines Steuersignals von der Schnittstelle 36 hin legt die Steuerschaltung 58 eine sich periodisch ändernde Spannung an das Gate des FET-Transistors 64 über Leitung 74 an, um den FET-Transistor 64 wiederholt bei einer ausgewählten Frequenz ein- und ausschalten zu lassen und dadurch den Strom durch die Primärwicklung 60 zu einer Veränderung entsprechend der Schaltfrequenz zu bringen. Bei jedem Schaltzyklus wird in die Primärwicklung 60 des Transformators 62 Energie während der Zeit eingespeichert, in der der FET- Transistor 64 eingeschaltet ist. Unmittelbar nach dem Abschalten des FET-Transistors 64 wird ein Übergangs-Rücklaufstrom in der Sekundärwicklung 75 des Stromerhöhungs-Transformators 62 induziert. Der Übergangsstrom in der Sekundärwicklung 75 wird durch die Diode 76 gleichgerichtet, und der gleichgerichtete Strom wird über die Klemmen des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators 46 angelegt.
Die Steuerschaltung 68 funktioniert zur Veränderung der Schaltfrequenz des FET-Transistors 64 in Abhängigkeit von der Spannung der Batterie 40, wie sie durch die Eingangsleitung 70 erfaßt wird. Wenn die Batteriespannung abfällt, wird die Schaltfrequenz herabgesetzt, um den durchschnittlich von der Batterie 40 gezogenen Strom auf einem relativ konstanten Pegel zu halten, wie später weiter erklärt wird. Die Steuerschaltung 68 funktioniert auch zum Begrenzen des zum Fließen durch die Primärwicklung 60 zugelassenen Maximalstromwerts auf Zyklus-um- Zyklus-Basis, um eine Sättigung des Transformators 62 zu verhindern. Ein Auftreten von Sättigung ist besonders während der Anfangsladezyklen wahrscheinlich, wenn der Kondensator 46 vollständig entladen ist.
In Fig. 3 ist in graphischer Form der Strom dargestellt, der von der Batterie eines implantierbaren Defibrillators nach dem Stand der Technik gezogen wird, wenn die Batterie neu ist und maximale Ausgangsspannung ergibt. Von der Batterie abgezogener Strom ist an der Vertikalachse als IBAT aufgetragen und erscheint als eine Sägezahn-Wellenform mit einer Zyklusperiode T&sub1;. Die Schaltfrequenz des Kondensatorladers wird so ausgewählt, daß bei einer Zykluslänge T&sub1; eine von der Batterie gezogene durchschnittliche Stromgröße IAVE den Stromnennwert nicht überschreitet, um dadurch maximale Lebensdauer für die Batterie zu gewährleisten.
In Fig. 4 ist nun die Situation dargestellt, die beim Stand der Technik auftritt, wenn die Batterie nicht mehr neu und ihre Ausgangsspannung abgefallen ist, während die Schaltfrequenz festgelegt bleibt. Die Zykluslänge bleibt bei T&sub1;, jedoch wird die Steigungsgröße der Stromkurve vermindert entsprechend der Gleichung
V = LδI/δT
Als Ergebnis der abgesenkten Spannung ist IAVE in Fig. 4 niedriger als in Fig. 3, was bedeutet, daß weniger Leistung von der Batterie zu dem Speicherkondensator des implantierbaren Defibrillators übertragen wird. Das ergibt einen Anstieg der zum vollen Aufladen des Speicherkondensators nötigen Zeit, wodurch die Zulieferung von Defibrillations-Therapie verzögert wird. Diese unerwünschte Situation wird durch die vorliegende Erfindung überwunden.
In Fig. 5 ist die Situation dargestellt, die sich bei Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf die in Fig. 3 und 4 dargestellten Probleme des Standes der Technik ergeben. Fig. 5 nimmt an, daß die Batterie nicht mehr neu ist und eine herabgesetzte Ausgangsspannung besitzt, die gleich der bei der in der in Fig. 4 dargestellten Situation ist. Jedoch wurde die Schaltfrequenz als Funktion der Batteriespannung so vermindert, daß die Zykluslänge T&sub2; groß genug ist, um den Strom den gleichen Spitzenwert und damit den gleichen Durchschnittswert wie in der Situation mit neuer Batterie nach Fig. 3 erreichen zu lassen. Mit der vorliegenden Erfindung bleibt die Rate, mit der Energie durch die Batterie während des Aufladens des Speicherkondensators zugeführt wird, während der Lebensdauer der Batterie relativ konstant, und damit wird eine Erhöhung der Aufladezeit bei teilweiser Entleerung der Batterie vermieden.
In Fig. 6 ist der Kondensatorlader nach Fig. 2 mit mehr Einzelheiten dargestellt. Fig. 6 unterscheidet sich von Fig. 2 in erster Linie dadurch, daß der FET-Transistor 64 in seiner bevorzugten Form als ein SENSEFET dargestellt ist, was eine spezialisierte, doch gut bekannte Form eines FET-Transistors ist, mit einer Erfassungsklemme, durch welche ein kleiner Stromanteil mit einem festgelegten Verhältnis zu dem Stromfluß durch die Source-Klemme fließt. SENSEFETs von International Rectifier, Motorola und anderen Lieferanten sind im Handel erhältlich. Zusätzlich zeigt Fig. 6 die Steuerschaltung 68 der Fig. 2 mit mehr Einzelheiten.
Die Steuerschaltung 68 enthält einen Oszillator 80 mit einer Schwingungsfrequenz, die durch die RC-Zeitkonstante bestimmt wird, welche durch den Zeitgabewiderstand 82 und den Zeitgabekondensator 84 bestimmt wird. Die Schwingungsfrequenz wird auch durch die Spannung der Batterie 40 bestimmt, welche über einen Widerstand 82 und die Leitung 70 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 80 ist an die "Setz"-Eingangsklemme S des Flip-Flops 86 und an eine Eingangsklemme eines NOR-Gliedes 88 angelegt. Die -Ausgangsklemme des Flip-Flops 86 ist an die andere Eingangsklemme des NOR-Gliedes 88 angelegt. Die Ausgangsklemme des NOR-Gliedes 88 ist mit dem Ansteuerpuffer 90 verbunden, der wiederum mit einer Ausgangsklemme über Leitung 74 mit der Gate-Klemme des SENSEFET 64 verbunden ist. Die Source-Klemme 92 des SENSEFET 64 liegt an Masse, während die Erfassungsklemme 94 des SENSEFET 64 mit einer Klemme des Stromerfassungswiderstandes 66 verbunden ist. Die andere Klemme des Widerstandes 66 liegt an Masse. Die Verbindungsstelle des Erfassungswiderstandes 66 mit der Erfassungsklemme 94 ist über den Strombegrenzungswiderstand 96 an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 98 angelegt. Eine Festspannungs-Referenzquelle VREF 100 ist mit ihrem Ausgang an den invertierenden Eingang des Komparators 98 angeschlossen. Der Ausgang des Komparators 98 ist mit der "Rückstell"-Klemme des Flip-Flop 86 verbunden.
Die Steuerschaltung 68 läßt den Energiespeicherkondensator 46 nach Empfang eines Befehlsignals von der Schnittstelle 36 unter Steuerung durch die CPU 12 mit Laden beginnen. Bei der bevorzugten Ausführung besteht das Ladebefehlssignal aus dem Anlegen von Strom an die Steuerschaltung 68. Der Oszillator 80 beginnt mit der durch die Spannung der Batterie 40 und die Festwerte des Widerstands 62 und des Kondensators 84 bestimmten Frequenz zu schwingen und erzeugt eine Impulsreihe mit kurzer Dauer relativ zur Zyklusdauer. Bei einer neuen Batterie 40 beträgt die Schwingungsfrequenz etwa 200 kHz Bei jedem Hoch-Ausgangsimpuls des Oszillators 80 wird ein Hoch-Zustand direkt an einen Eingang des NOR-Glieds 88 angelegt, wodurch sich ein Tief- Zustand am Ausgang des NOR-Glieds 88 während der Länge dieses Oszillatorimpulses ergibt. Das Ansteuersignal an das Gate des SENSEFET 64 geht entsprechend tief und der SENSEFET 64 wird während der Zeitdauer des Oszillatorimpulses abgeschaltet. Der Hoch-Ausgangsimpuls vom Oszillator 80 wird auch an den "Set"- Eingang 5 des Flip-Flops 86 angelegt, wodurch der -Ausgang des Flip-Flops 86 in einem Tief-Zustand verriegelt wird. Wenn die Abschlußkante des Oszillatorimpulses tief wird, werden beide Eingänge am NOR-Glied 88 tief, der Ausgang des NOR-Glieds 88 geht hoch und der SENSEFET 64 wird eingeschaltet. Der SENSEFET 64 bleibt in einem Leitzustand, bis die Anstiegskante des nächsten Ausgangsimpulses vom Oszillator 80 erzeugt wird, an welcher Stelle SENSEFET 64 während der Länge des Oszillatorimpulses abgeschaltet wird, und der Zyklus wird wiederholt. Es kann so gesehen werden, daß der SENSEFET 64 zyklisch während einer bezogen auf die Ein-Zeit jedes Zyklus kurzen Zeitlänge mit einer durch den Oszillator 80 bestimmten Frequenz abgeschaltet wird. Der von der Batterie 40 gezogene Strom folgt dem in Fig. 3 für die neue Batterie 40 gezeigten Muster.
Wenn die Batterie 40 während ihrer Lebensdauer geleert wird, fällt ihre Ausgangsspannung ab, wodurch sich eine Abnahme der Oszillationsfrequenz des Oszillators 80 ergibt. Es kann intuitiv erfaßt werden, daß der Zeitgabekondensator 84 sich langsamer aufladen wird, da die an dem Widerstand 82 über Leitung 70 angelegte Spannung der Batterie 40 abfällt, und sich dadurch eine Abnahme der Schwingungsfrequenz ergibt. Der aus der Batterie 40 gezogene Strom wird so dem in Fig. 5 gezeigten Muster folgen, wenn die Batterie 40 altert. Mit anderen Worten wird bei Abfall der Batteriespannung die Ladefrequenz proportional abfallen. Während der nutzbaren Lebensdauer der Batterie kann die Ausgangsspannung um etwa 50% abfallen, so daß sich eine angenäherte Halbierung der Ladefrequenz von etwa 200 kHz auf etwa 100 kHz ergibt.
Unter bestimmten Bedingungen ist es erwünscht, den von der Batterie 40 gezogenen maximalen Strom zu begrenzen. Insbesondere kann während des Beginns der Aufladeperiode der ohne Strombegrenzung gezogene Strom den Sättigungspunkt des Transformators 62 übersteigen und möglicherweise auch den Nennstrom des SENSEFET 64 übersteigen. Aus diesem Grund wird der Strom durch den SENSEFET 64 durch den Komparator 98 überwacht durch Vergleichen der Spannung über dem Widerstand 66 mit der Spannung der Festspannungsreferenz 100. Wegen der internen Auslegung des SENSEFET 64 beträgt der Strom durch den Widerstand 66 einen kleinen Bruchteil des Batteriespannung durch die Source-Klemme 92 mit einem Verhältnis von etwa 1:3000. Die Spannungsreferenz 100 schafft einen Spannungswert, der so ausgelegt ist, daß er den maximal erwünschten Strom durch die Source-Klemme 92 repräsentiert. Wenn die überwachte Spannung über den Widerstand 66 die Referenzspannung überschreitet, wird das Ausgangssignal des Komparators 98 hoch und legt an den "Rücksetz"-Eingang des Flip-Flops 86 einen Hoch-Zustand an. Das läßt den -Ausgang des Flip-Flops 86 so in einem Hoch-Zustand verriegeln, daß das nachfolgende Eingangssignal am NOR-Glied 88 hoch wird. Das Ausgangssignal des NOR-Glieds 88 geht aus diesem Grunde tief und schaltet den SENSEFET 64 ab, bis er wiederum durch die Abflußkante des nächsten Oszillatorimpulses angeschaltet wird. Es sollte verstanden werden, daß der Strom Zyklus-um-Zyklus überwacht und begrenzt wird. In anderen Worten, solange der Strom niemals in irgendeinem bestimmten Ladezyklus die vorgegebene Grenze überschreitet, wird der SENSEFET 64 nur kurz auf eine Erzeugung des nächsten Ausgangsimpulses vom Oszillator 80 hin abgeschaltet. Wenn jedoch der am Widerstand 66 erfaßte Strom während irgendeines bestimmten Zyklus den vorgegebenen Grenzwert überschreiten sollte, wird der SENSEFET 64 durch den Komparator 98 abgeschaltet, sobald der Strom den Grenzwert überschreitet, und der SENSEFET 64 bleibt dann für den Rest des betreffenden Zyklus abgeschaltet. Es wird deshalb sichergestellt, daß ein Ziehen einer außerordentlichen Stromgröße ein Überfahren der Schaltungssteuerung ergibt, die sonst nur eine Funktion der Batteriespannung ist.
Die verschiedenen Einzelelemente der Steuerschaltung 68, wie Oszillator 80, Flip-Flop 86, NOR-Glied 88, Ansteuerpuffer 90, Komparator 98 und Spannungsreferenz 100 können mit gut bekannten handelsüblichen Einzelbestandteilen aufgebaut werden. Diese Funktionen sind jedoch bequemerweise in einer einzigen integrierten Schaltung im Handel erhältlich, die durch Motorola hergestellt und als Teil Nummer MC33129 als hochwertige Strommodus-Steuerung vertrieben wird.
Die vorliegende Erfindung wurde besonders im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführung dargestellt und beschrieben, jedoch ist zu verstehen, daß dadurch keine Begrenzung für den Schutzumfang der Erfindung beabsichtigt ist. Der Schutzumfang der Erfindung wird nur durch die angefügten Ansprüche bestimmt. Es sollte auch verstanden werden, daß Veränderungen der bestimmten hier beschriebenen Ausführungen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern, für den normalen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich werden, und doch noch im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen sollen.

Claims

1. Implantierbarer Defibrillator (10) mit einer Batterie (40), einem Spannungserhöhungs-Transformator (62), der eine an der Batterie angeschlossene Primärwicklung (60) und eine Sekundärwicklung (75) besitzt, einem an der Sekundärwicklung angeschlossenen Hochspannungs-Energiespeicherkondensator (46) und einem Kondensatorlader (38) einschließlich Schaltermitteln (64) in Schaltverbindung mit der Batterie und der Primärwicklung zum zyklischen Zulassen und Unterbrechen von Stromfluß durch die Primärwicklung; aekennzeichnet durch:

Steuermittel (68) in Schaltverbindung mit der Batterie und mit dem Schaltermittel und mit direkter Abhängigkeit von der Batteriespannung, um das Schaltermittel zu veranlassen, zyklisch den Strom so zuzulassen und zu unterbrechen, daß der durchschnittliche Stromwert im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Batteriespannung während der Lebensdauer der Batterie abnimmt.

2. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, bei dem das Steuermittel (68) das Schaltermittel (64) veranlaßt, den Strom zyklisch mit einer Frequenz zu unterbrechen, die als Funktion der Batteriespannung während der nutzbaren Lebensdauer der Batterie variabel ist.

3. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, bei dem das Steuermittel (68) das Schaltermittel (64) veranlaßt, zyklisch Strom so zuzulassen und zu unterbrechen, daß die Ein-Zeit jedes Zyklus als Funktion der Batteriespannung während der nutzbaren Lebensdauer der Batterie variabel ist.

4. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, 2 oder 3, der weiter Stromerfassungsmittel (66, 96, 98, 100) in Schaltungsverbindung mit der Primärwicklung (60) enthält, um den Stromfluß durch die Primärwicklung zu erfassen, wobei das Steuermittel weiter auch in Schaltungsverbindung mit dem Stromfühlermittel ist, um das Schaltermittel zu veranlassen, den Strom in Abhängigkeit davon zu unterbrechen, daß ein erfaßter Strom einen vorgegebenen Stromgrenzwert überschreitet.

5. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Steuermittel (68) Mittel (80, 86, 88) zum Erzeugen einer Folge von abwechselnden Ein-Signalen und Aus- Signalen enthält und das Schaltermittel auf die Ein- und Aus-Signale reagiert.

6. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 5, bei dem das Mittel zum Erzeugen einer Folge von abwechselnden Ein-Signalen und Aus-Signalen die Periode zwischen einem Ein- Signal und einem darauffolgenden Aus-Signal in Abhängigkeit von der Batteriespannung ändert.

7. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 6, bei dem das Mittel zum Erzeugen einer Folge von abwechselnden Ein-Signalen und Aus-Signalen die Zeitlänge zwischen einem Ein- Signal und einem darauffolgenden Aus-Signal bei abnehmender Batteriespannung erhöht.

8. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 5, bei dem das Mittel zum Erzeugen einer Folge von abwechselnden Ein-Signalen und Aus-Signalen mindestens die Aus-Signale mit einer auf die Batteriespannung bezogenen Frequenz erzeugt.

9. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 8, bei dem das Mittel zum Erzeugen einer Folge von abwechselnden Ein-Signalen und Aus-Signalen mindestens die Aus-Signale mit einer Frequenz erzeugt, welche mit der Batteriespannung abnimmt.

10. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 4, bei dem das Steuermittel den Strom auf Zyklus-um-Zyklus-Basis in Abhängigkeit von einem erfaßten Stromfluß unterbricht, der einen vorgegebenen Stromgrenzwert überschreitet.

11. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 10, bei dem das Stromerfassungsmittel einen Stromerfassungswiderstand (66) enthält, durch den mindestens ein Anteil des Primärwicklungsstroms fließt.

12. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 11, bei dem das Steuermittel einen Komparator (98) zum Vergleichen der Spannung über dem Stromerfassungswiderstand (66) mit einer für einen vorgegebenen Stromgrenzwert repräsentativen Referenzspannung (100) enthält.

13. Verfahren zum Aufladen eines Hochspannungs-Energiespeicherkondensators in einem implantierbaren Defibrillator aus einer Niedrigspannungs-Batterie, wobei der Hochspannungs-Energiespeicherkondensator elektrische Klemmen besitzt und der implantierbare Defibrillator einen Spannungserhöhungs-Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung enthält, mit den Schritten:

Ein- und Ausschalten des Stroms von der Batterie durch die Primärwicklung des Spannungserhöhungs-Transformators zum Induzieren eines Rücklaufstroms in der Sekundärwicklung des Transformators;

Gleichrichten des Rücklaufstroms und Anlegen des gleichgerichteten Stromes an die Klemme des Hochspannungs-Energiespeicherkondensators;

gekennzeichnet durch den Schritt:

Überwachen der Batteriespannung und Verändern der Schalt- Rate des Stroms durch die Primärwicklung in Abhängigkeit von einer Abnahme der Batteriespannung in solcher Weise, daß der durchschnittliche Stromwert durch die Primärwicklung bei abnehmender Batteriespannung im wesentlichen konstant bleibt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiter den Schritt enthält: Überwachen des Stromes durch die Primärwicklung und Abschalten des Stromes durch die Primärwicklung in Reaktion auf einen eine vorgegebene Stromwertgrenze überschreitenden erfaßten Stromwert.