DE2331499A1

DE2331499A1 - Aufladbarer herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden pausen

Info

Publication number: DE2331499A1
Application number: DE2331499A
Authority: DE
Inventors: Robert Ellentuch Fischell
Original assignee: Johns Hopkins University
Current assignee: Johns Hopkins University
Priority date: 1972-06-28
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-17
Also published as: NL7308947A; CA1020633A; ZA734385B; GB1419531A; CH583570A5; GB1419532A; FR2190403B1; AU5742673A; IT985803B; GB1419533A; JPS4964283A; IL42616A; FR2190403A1; IL42616A0; CH578355A5; CH583569A5

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL-ING-W-EITLe DR. HEK. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWH-Ti

11 /. 9 9

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARAB E UASTRAS S E 4 · TELEFON (0811) 911087

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Tne John Hopkins University, Baltimore, Maryland / USA

Aufladbarer Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen

Die Erfindung betrifft einen intrakorporalen Herzschrittmacher zum Implantieren in den Körper eines Patienten, mit aufladbarer Batterie, eine Kopplungseinrichtung zum Eingeben von magnetischer Eingangs-Wechselenergie in die Batterie zum Aufladen dieser aus einer äußeren Quelle, und mit durch die Batterie gespeisten Elektronikschaltungen zum Erzeugen von herzanregenden Impulsen zum Eingeben in das Herz des Patienten.

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In jüngster Zeit wurde ein bedeutender Portschritt auf dem Gebiet der implantierbaren Herzschrittmacher erzielt durch die Verwendung einer kleinen, langlebigen, sekundären (d.h. aufladbaren Einzellenbatterie, welche die Betriebsenergie für hermetisch abgeschlossene, betriebssichere transistorierte Impulserzeugungsschaltungen liefert, die in der Lage sind, herzstimulierende Impulse für den Patienten in festgelegter Geschwindigkeit zu erzeugen. Ein Beispiel eines solchen aufladbaren Herzschrittmachers für eine bestimmte Geschwindigkeit ist in Barnhart et al., ¹¹A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker", APL Technical Digest, Band 9, Nr. 3, Januar-Februar 197o, Seiten 2-9 offenbart.

Es ist bekannt, daß viele Patienten unter einem Herzblock-Zustand leiden, der eine gelegentliche Verwendung eines Herzschrittmachers erfordert. Mit anderen V/orten, das Herz des Patienten beginnt zeitweise wieder in seinem normalen eigenen Rhythmus ohne künstliche Stimulierung zu schlagen. Es gibt Beweise, daß in einem solchen Fall zu bestimmten Zeiten des Herzschlagzyklus das gleichzeitige Eingeben eines Schrittmacher-Impulses in das Herz ein ventrikuläres Flimmern und mit hoher Wahrscheinlichkeit den Tod des Patienten herbeiführen kann. Daher ist kürzlich der sogenannte Schrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen vorgeschlagen worden, welcher in der Weise funktioniert, daß er die Erzeugung eines Schrittmacher-Ausgangsimpulses in der kritischen Zeit verhindert, wenn ein Herz sonst normal funktioniert. Dies wird bei bekannten Herzschrittmachern mit automatisch einsetzender Pause dadurch bewerkstelligt, daß der vom Herzen erzeugte R-Welle genannte Spitzenspannungsimpuls überwacht wird, und wenn der natürliche Puls einsetzt, wird die Schrittmachereinheit daran gehindert, einen elektrischen Ausgangsimpuls zum Stimulieren des Herzens zu erzeugen. Wenn das Herz andererseits kein ordnungsgemäßes R-Wellenausgangssignal erzeugt, wird die Schrittmachereinheitnicht behindert und

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erzeugt den notwendigen Ausgangsimpuls zum Sti-mulieren des ventrikulären Schiagens in einwandfreier Geschwindigkeit.

Angesichts der obigen Ausführungen ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte mechanische Konstruktion für Herzschrittmacher mib doppelter hermetischer Dichtung/ elektromagnetischem Schutz vorzusehen, die sowohl für mit vorbestimmter Geschwindigkeit als auch mit automatisch einsetzenden Pausen funktionierende aufladbare Herzschrittmachereinheiten" verwendbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte mechanische Konstruktion vorzusehen, die insbesondere für aufladbare Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen geeignet ist, wobei die gesamte Schrittmachereinheit in einer doppelten hermetischen Dichtung eingeschlossen ist und die Elektronikkomponenten elektromagnetisch abgeschirmt sind, ohne daß die Fähigkeit, die Schrittmacherbatterie aus einer äußeren magnetischen Wechselfeldquelle induktiv wieder aufzuladen, wesentlich reduziert würde.

Noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine aufladbare Schrittmachereinheit mit automatisch einsetzenden Pausen mit verbesserter Elektronik-Schaltkreiskonstruktion vorzusehen, einschließlich Vorkehrungen zum genauen Überwachen eines einwandfrei funktionierenden Batterieaufladungsvorganges und der Verhinderung, daß die Funktion des zum Stimulieren des Herzens Impulse erzeugenden Schrittmacherstromkreises den Stromkreisbereich überschneidet, welcher die beim Schlagen des Herzens erzeugte elektrische Welle überwacht,um die Steuerung der Schrittmachereinheit ordnungsgemäß zu hemmen.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine erste innere Hülse, die zwischen den Elektronikschaltungen und der äußeren Quelle

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angeordnet und aus einem Material hergestellt ist, das die Schaltungen gegen die magnetische Eingangs-Wechselenergie und Quellen magnetischer Interferenz abzuschirmen vermag, wobei die Koppeleinrichtung außerhalb der ersten Hülse angeordnet ist, und eine zweite äußere Hülse, die die Koppeleinrichtung, die Batterie und die Elektronikschaltungen umgibt und gegen fließende Medien des Körpers abschirmt, und die aus einem Material hergestellt ist, das das Zuführen der Ladeenergie durch die Kopplungseinrichtung in die Batterie aus der äußeren Quellt ohne wesentliche Dämpfung gestattet.

Die nachstehend genauer beschriebene und dargestellte Ausführungsform der Erfindung enthält mit anderen Worten eine äußere Hülle, bzw. ein Behälterelement, welches vergleichsweise transparent für das zum Aufladen der Sehrittmacher-batterie verwendete magnetische Wechselfeld ist, jedoch nichtsdestotrotz eine wirksame, korrosionsabweisende hermetische Dichtung gegen das Eindringen korrodierender fließender Medien des Körpers bildet und auch für den Körper des Patienten vertrag-lieh ist. Außerdem ist zum Schutz für die Elektronik-Schaltung der Einheit und zum Verhindern, daß die Funktion der Schaltung durch äußerlich erzeugte elektromagnetische Interferenz, einschließlich des relativ intensiven magnetischen Wechselfeldes zum Aufladen der Batterie nachteilig beeinflußt wird, der Hauptkörper der Schrittmacherelektronik in einer zweiten oder inneren Hülse eingeschlossen, welche aus einem magnetisch durchlässigen und elektrisch leitenden Material hergestellt ist, das einen wirksamen, elektromagnetischen Schutz für die Elektronik bildet. Diese zweite oder innere Hülse schützt auch die Elektronik vor möglicherweise aus der Batterie auslaufenden korrodierenden Lösungen. Das ist besonders wesentlich für Schrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen, da nachweislich Fälle vorgekommen sind, wo äußerlich erzeugte elektromagnetische Interferenz wie z.B. Radar, Mikrowellen-Heizelemente oder auch Zündungsrauschen

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von Automobilen ein irrtümliches Abschalten solcher Schrittmacher mit automatischem Pausieren verursacht und dadurch den Tod des Patienten herbeigeführt hat.

Beim Betrieb von Herzschrittmachereinheiten, sowohl solchen mit vorbestimmter Geschwindigkeit als auch solchen mit automatisch einsetzenden Pausen ist es für den Patienten und/oder einen anwesenden Arzt angebracht, wenn ihnen eine ordnungsgemäße Wiederaufladung des Schrittmachers angezeigt wird. Jedoch ist eine solche telemetrische Fähigkeit bei den bekannten pausierenden Einheiten bisher nicht erfolgreich verwendet worden. Der erfindungsgemäß verbesserte Schrittmacher mit automatiah einsetzenden Pausen enthält ein neuartiges telemetrisches System, welches eine genaue Anzeige erstattet, wenn die in der bei Bedarf pausierenden Einheit enthaltene aufladbare Batterie ordnungsgemäß aufgeladen wird. Das Funktionieren dieses telemetrischen Systems hängt nicht davon ab, ob der Schrittmacher gerade pausiert oder nicht.

Eine weitere Verbesserung der elektrischen Konstruktion der bekannten pausierenden Schrittmacher wird durch Vorsehen einer transistorierten Umschalt-Schaltung erreicht, welche den Ausgang der impulserzeugenden Schaltung mit dem koaxialen Katheter elektrisch verbindet und von ihm trennt und auch die Ausgangsimpulse des Schrittmachers in das Herz des Patienten eingibt, außerdem die vom Herzen beim Schlagen des Herzens ausgehende· elektrische Welle aufnimmt, bzw. überwacht und zur Schrittmachereinheit zurückkoppelt, um eine Pause einzuleiten, wenn dies angebracht erscheint. Insbesondere verbindet die Umschalt-Schaltung den Ausgang der impulserzeugenden Schaltung mit dem Katheter nur, wenn die impulserzeugende Scte. ltung einen herzstimulierenden Impuls erzeugt, um zu verhindern, daß die impulserzeugende Schaltung den Katheter elektrisch auflädt und dadurch verhindert, daß die durch jeden Herzschlag des Patienten erzeugte elektrische Welle ordnungsgemäß überwacht wird.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und besehrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

Fig. la und Ib zeigen - so aneinandergelegt, daß Fig. la

rechts ist - ein bei einer Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen aufladbaren Herzschrittmachers mit automatischen Pausen verwendetes Schaltschema,

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die mechanische Konstruktion einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herzschrittmachereinheit mit automatischen Pausen, mit einem weggebrochenen Teil zum Aufzeigen der Verbindung des koaxialen Katheterelements mit der Schrittmachereinheit und der hermetischen Dichtung der Einheit, und

Fig. 3 ist ein seitlicher Schnitt durch die Schrittmachereinheit von Fig. 2 nach Linie III-III in Fig. 2, mit Blick in Richtung der Pfeile.

Die mechanische Konstruktion :ies dargestellten Schrittmachers wird anschließend zuerst beschrieben, mit besonderem Augenmerk auf die erfindungsgemäße, doppelt hermetisch abgedichtete elektromagnetische Hülsenkonstruktion, d.h.:

a) einer äußeren hermetischen Dichtung, bzw. einem Behälter, welcher die beeinträchtigende Wirkung von Körperflüssigkeiten verhindert, wodurch die Elektronikbestandteile der Schrittmache reinheit korrodieren könnten, wobei die äußere Hülse jedoch mit Absicht so konstruiert ist, daß das magnetische Wechselfeld zum Aufladen der Schrittmacherbatterie nicht ernstlich gedämpft wird, und

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b) einer zweiten oder inneren Hülse, die eine zweite hermetische Dichtung bildet und eine wirksame Abschirmung des Schrittmachers gegen elektromagnetische Interferenz ist, einschließlich des zum Aufladen der Schrittmacherbatterie benötigten magnetischen Wechselfeldes und eines möglichen Auslaufens korrodierender Lösungen aus der Batterie.

In Fig. 2 und j5 der Zeichnungen ist der Elektronikteil der dargestellten Ausführungsform des Schrittmachers in Form zweier gedruckter Schaltungstafeln Io und eines dazwischen angeordneten Schaltungsteils 11 gezeigt und enthält z.B. die die herzstimulierenden Ausgangsimpulse erzeugende Taktgeberschaltung, die beschriebene Transistor-Umschalt-Schaltung, die Ladeschaltung mit assoziierter telemetrischer Schaltung zum Überwachen der Ladung, und die zum Verstärken und Formen der vom Herzen ausgehenden elektrischen Welle (dem sogenannten R-Wellensignal) dienende Schaltung, die das Signal zum Hemmen des Schrittmachers verwendet, wenn das Herz des Patienten in einwandfreier Geschwindigkeit natürlich schlägt.

Diese Elektronik-Schaltung ist in Fig. la und Ib schematisch dargesbellt. Ihr Funktionieren wird nachstehend genauer beschrieben.

Die Elektronikteile lo, 11 und ein Ausgangstransformator 12 sind in einem hohlen, im wesentlichen rechtwinkligen Gehäuse aus Metall enthalten, welches in idealer Weise sowohl magnetisch äußerst durchlässig als auch elektrisch leitend ist (Widerstand in der Regel geringer als Io Mikroohmzentimeter) und dessen Wände relativ dick sind (Dicke größer als ungefähr o,127 mm), so daß die Elektronikschaltungen lo, wirksam gegen außen erzeugte magnetische Interferenz einschließlich des intensiven magnetischen Wechselfelds zum Aufladen abgeschirmt und auch widerstandsfähig gegen Korrosion durch Auslaufen des Batterieelektrolyts sind.

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Das innere Gehäuse I3 kann z.B. aus einem Material wie z.B. reinem Nickel von ο,25^ bis o,5o8 mm Dicke hergestellt sein und eine zwischen looo zu Io ooo liegende magnetische Permeabilität aufweisen. Ein anderes lediglich gut leitendes Material wie z.B. reines Gold (Widerstand ~ Mikroohmzentimeter) //ürde bei genügender Dicke, d.h. o,254 mm oder stärker auch für die innere hermetische Dichtung/die elektromagnetische Hülse 13 genügen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schrittmachereinheit werden die Elektronikschaltungen lo, 11 und der Ausgangstransformator 12 in der inneren Hülse 13 angebracht und letztere dann mit einem geeigneten Füllmaterial lh, z.B. Siliziumgummi der bekannten medizinischen Silastikverbindung gefüllt. Anschließend wird das offene Ende des Behälters 13 mit einem in geeigneter Weise ausgebildeten Stirnkappenelement 15 bedeckt, das vorzugsweise auch aus einem magnetisch durchlässigen und elektrisch leitenden Material wie reinem Nickel hergestellt ist. Gemäß Fig. 3 ist an der Stirnkappe 15 eine rechteckige Schulter 16 ausgebildet, welche mit dem offenen Ende des Metallbehälters 13 zusammenpaßt und dieses abdichtet. Die Kappe wird z.B. um die Schulter 16 durch Elektronenstrahlschweißung mit dem Behälter 13 dauerhaft verbunden, um eine hermetische Abdichtung herzustellen.

An der metallischen Stirnkappe 15 ist ebenfalls eine äußere rechteckige Schulter 17 ausgebildet, welche mit einer äußeren hohlen Hülse 16 zusammenpaßt und diese abdichtet. Die Hülse ist im ganzen rechtwinklig mit abgerundeten Ecken und Kanten und aus einem dünnwandigen Material xvie korrosionsbeständigem Stahl von z.B. o,127 bis o,25^ mm Dicke und vernachlässigbarer magnetischer Permeabilität (z.B. weniger als 2) und einem relativ hohen elektrischen Widerstand (z.B. zwischen 5° und loo Mikroohmzentimeter) hergestellt. Wie bereits besprochen, ist der Zv/eck

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dieses äußeren Gehäuses 18 vorzüglich die gesamte Schrittmachereinheit gegen das Eindringen von Körperflüssigkeiten hermetisch abzudichten, die insbesondere auf die Elektronikbestandteile der Schrittmachereinheit eine korrodierende Wirkung ausüben könnten. Da jedoch dieser äußere Behälter 18 magnetisch nicht permeabel, dünnwandig und elektrisch widerstandsfähig ist, ist er auch vergleichsweise transparent, d.h. er bewirkt eine geringe Dämpfung des magnetischen Feldes zum Aufladen der Schrittmacherbatterie, wie nachstehend beschrieben. Das äußere Gehäuse kann auch aus anderem dünnen Metall (Dickegrad von ungefähr 0,0762 bis 0,508 mm) wie Titan oder der mit Haynes 25 bezeichneten Legierung hergestellt sein. Eine Glas-, Keramik- oder aus sonstigem, nichtleitendem, nicht permeablen, hermetisch abdichtenden Material hergestellte Hülse für das äußere Gehäuse 18 würde auch vollständig zufriedenstellend sein, und zwar auch bei einer beträchtlich größeren Dicke (maximale Dicke ungefähr 1,27 mm), da diese Materialien in keiner Weise elektrisch leitend oder magnetisch permeabel sind.

Das äußere Gehäuse 18 ist ebenfalls an einem Ende offen, wo es die äußere Schulter 17 der Stirnkappe I5 aufnimmt und z.B. durch Elektronenstrahlschweißung zum Herstellen einer hermetischen Dichtung mit dieser verbunden wird. Es liegt jedoch auf der Hand, daß vor Aufbringen der Stirnkappe I5 am äußeren Behälter 18 die bei I9 gezeigte aufladbare Batterie mit Eingangstransformator 2o im äußeren Behälter 18 angebracht und dann mittels einer medizinischen Silastik-Verbindung oder dgl. 19a darin eingeschlossen wird. Die Batterie I9 kann z.B. eine Einzellen-Nickel-Kadmiumbatterie sein, die eine Nennspannung von 1,25 V mit einer Kapazität von 2oo Milliamperestunden erzeugen kann. Der Eingangstransfibrmator 2o könnte dagegen vorzugsweise die Form eines flachen Platten- bzw. Kernelementes aus magnetisch permeablem (d.h. Ferrit-)Material haben, das von einer Isolierwicklung mit mehreren Wicklungen umgeben ist. Gemäß Fig. 3 kann der Transformator 2o z.B. durch Anleimen oben an der Innenfläche des äußeren Gehäuses 18 angebracht werden.

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An der Stirnkappe 15 ist auch eine (an der Einheit gemäß Fig. 2 an der linken oberen Ecke gelegene) öffnung hergestellt, welche zum Durchführen einer Verbindung zwischen der Schrittmachereinheit und einem allgemein mit 21 bezeichneten koaxialen Katheterelement konventioneller Bauart dient. Die Käthetereinheit 21 weist, wie bekannt, ein zentrales Leitungselement 22 auf, das von einem äußeren umkleidenden Leiterelement 23 umgeben ist, wobei die koaxial angeordneten Leiterelemente 22, 23 durch elektrisches Isoliermaterial 24 voneinander getrennt sind. Um die Kathetereinheit 21 ist auch eine äußere elektrisch isolierende Hülse vorgesehen, wie sie bei 25 dargestellt ist, die aus einem Material wie z.B. einem medizinischen Silastikstoff hergestellt ist.

Die Leitungselemente 22, 23 der Kathetereinheit sind mit der inneren Elektronikschaltung der Schrittmachereinheit elektrisch verbunden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben. Diese Verbindung besteht aus einem Paar von Ko var-Durchführungse lernen -

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ten, die der Stirnkappe 15 angebracht sind, und von denen eine in Pig. 2 und 3 bei 26 dargestellt ist. Diese Durchführungseinheiten 26 stellen eine elektrische Verbindung zwischen dem Katheter 21 und der Elektronik her, ohne die hermetische Dichtung zwischen der Stirnkappe und dsr¹ inneren Hülse I3 zu stören. Die Stirnkappe 15 ist vorzugsweise mit einem geeigneten Vergießmaterial 26a ausgefüllt, das nicht nur als elektrischer Isolator dient, sondern auch einen Teil der hermetischen Dichtung für die Einheit darstellt und letztere vor mechanischen Erschütterungen schützt.

Um den Schrittmacher verträglicher für die Einpflanzung in einen menschlichen Körper zu machen, wird die gesamte Schrittmachereinheit nach der Herstellung vorzugsweise mit einem durchgehenden Überzug 27 aus geeignetem Kunststoffmaterial versehen, z.B. medizinischem Silastik- und/oder Epoxyharz, und zwar in einer

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oder mehreren Lagen, um eine Korrosion der äußeren Metallhülse zu verhindern und eine Reizung des Körpergewebes herabzusetzen. Jm die Schrittmachereinheit so klein wie möglich gestalten zu können und gleichzeitig die gewünschte hermetische Dichtung der Elektronikschaltungen lo, 11 durchzuführen, können diese Schaltungen, falls gewünscht, in der bekannten Hybrid-Schaltungstechnik hergestellt werden; d.h. die Schaltungen lo, 11 können in einer verschlossenen Metallhülse bzw. einem solchen Behälter hergestellt sein, welcher selbst als hermetische Dichtung/elektromagnetische Hülse für die Schaltungen dient.

Kurz gesagt, die mechanische Konstruktion des vorgeschlagenen Herzschrittmachers weist eine äußere hermetische Dichtung (die Wand IG) auf, die aus einem Material sehr hohen elektrischen Widerstands und vernachlässigbarer magnetischer Permeabilität hergestellt ist, welches außerdem korrosionsbeständige Eigenschaften aufweist, die die Möglichkeit ausschließen, daß Körperflüssigkeiten in den Schrittmacher eindringen und die inneren Elektronikanlagen, wie z.B. den Eingangstransformator 2o, den Ausgangstransformator 12 und die Schaltungen Io und 11 zerstören. Da diese äußere hermetische Dicht mg l8 dünnwandig ist und einen elektrischen Widerstand darstellt, wird das periodische magnetische Ladesignal nicht wesentlich gedämpft, welches während des Ladevorganges dem Eingangstransformator 2o eingegeben wird. Das innere Gehäuse IJ ist umgekehrt aus einem hochleitenden undmagnetisch permeablen Material hergestellt, welches eine innere hermetische Dichtung zum Schutz des Ausgangstransformators 12 und der Elektronikschaltungen Io und 11 gegen elektromagnetische Interferenz dient, welche aufgrund des Ladequellenfeldes hoher Energie und eventuell äußerer Hochfrequenzquellen wie den oben genannten, entstehen kann.

Nach dieser Beschreibung der mechanischen Konstruktion der dargestellten Ausführungsform des Herzschrittmachers werden anschließend die in Fig. la und Ib dargestellten Elektronikschaltungen besprochen. Wie nachstehend genauer beschrieben, dienen

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diese Schaltungen zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen zum Stimulieren des Herzens unter Kontrolle einer Schaltung, welche die Herzschläge des Patienten überwacht und die Erzeugung von herzstimulierenden Impulsen hemmt, wenn das Herz des Patienten in natürlicher Weise und akzeptabler eigener Geschwindigkeit schlägt.

Gemäß Fig. la wird die elektrische Energie für die Elektronikschaltung der vorgeschlagenen Schrittmachereinheit durch eine bei 19 gezeigte aufladbare Einzellenbatterie des Nickel-Kadmium-Typs vorgesehen. Die Batterie I9 wird in einwandfreiem Betr ~jozustand durch Aufladeenergie gehalten, welche durch die Haut des Patienten aus einer geeigneten äußeren Aufladeenergiequelle induktiv eingegeben wird, und zwar durch den Eingangstransformator 2o mit Ferritkern und dargestelltem Aufladekopf 2oa, wie bei Barnhart et al. in "A Fixed-rate Rechargeable Cardiac Pacemaker", in API Technical Digest, Band 9, Nr. 3, Januar-Februar I970, Seiten 2-9 beschrieben. Die an der oberen Sekundärwicklung des Eingangstransformators 2o auftretende, zum Wiederaufladen dienende Eingangsenergie wird durch den konventionellen Vo11weIlen-Brückendioden-Gleichrichter gleichgerichtet. Der an den Diagonalen des Gleichrichters 30 auftretende Ladeausgangsstrom wird der Batterie I9 durch eine Reihe von Ladeschaltkreisen eingegeben, welche aus einem konventionellen Feldeffekt-Transistor Jl zur Strombegrenzung, einem Stromüberwachungswiderstand 32 und einem kleinen (z.B. drei Ohrc) Spannungsabfall-Widerstand 33 bestehen. Ein Filterkondensator JK ist parallel geschaltet zum Ausgang des Vollwellen-Gleichrichters 30 und zwar zwischen einer Ausgangsklemme des Widerstands 33 und dem Punkt, an dem das Ausgangselement des Feldeffekt-Transistors 3I mit dem Stromüberwachungswiderstand 32 verbunden ist.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator 35 konventioneller Bauart ist durch Leitungen 36 und 37 so verbunden, daß er Betriebsspannung aus dem Ausgang des Vollwellen-Brückengleichrichters 30

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empfängt. Der Oszillator 35 ist über die Leitungen 36, 38 so geschaltet, daß er ein Steuerspannungssignal erhält, welches über den Stromüberwachungswiderstand 32 gebildet wird. Das Ergebnis dessen ist, daß die vom Oszillator 35 erzeugte Ausgangsfrequenz sich gemäß dem Wert des der Batterie 19 eingegebenen Ladestroms ändert. Z.B. ist in einer praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der spannungsgesteuerte Oszillator 35 so konstruiert, daß er eine Ausgangsfrequenz von Io kHz erzeugt, und zwar bei einem vorbestimmten Sättigungsladestrom von 4o mA. Das telemetrische Ausgangsfrequenzsignal des Oszillators 35 liefert also, wenn es über die Wicklung 2ob von einer (nicht gezeigten) äußeren Empfängereinheit erfaßt wird genaue Anzeigen und zwar sowohl, daß eine Aufladung stattfindet als auch den genauen Wert des Ladestroms. Der Ausgang des Oszillators 35 könnte beispielsweise über eine separate Wicklung 39 mit dem Eingangstransformator 2o verbunden sein, wodurch er mit dem äußeren Empfänger induktiv gekoppelt wäre. In dieser Weise könnte der Eingangstransformator 2o dem zweifachen Zweck dienen, nämlich die Ladeenergie mit dem Schrittmacher, und das telemetrische Signal des Schrittmachers mit dem äußeren Empfänger zu verbinden .

Der Widerstand 33 kleinen Wertes, der in dem Ladestromkreis mit der Batterie I9 verbunden ist, dient auch zum äußeren Überwachen des LadeVorgangs. Kurz gesagt, bewirkt ein über den Widerstand 33 beim Aufladen auftretender Spannungsabfall eine Verkürzung der Zeit zwischen den Impulsen und auf diese Weise eine Erhöhung der von der Taktgeber-Schaltung erzeugten Ausgangsimpulsgeschwindigkeit. Dadurch ist es wiederum für den Patienten und/oder den überwachenden Arzt möglich, die stattfindende Wiederaufladung dadurch festzustellen, daß sich die Impulsgeschwindigkeit des Patienten erhöht.

Die in der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers verwendete Taktgeber-Schaltung enthält das Transistorpaar 4o, 41, das mit den Widerständen 42, 43 und 44, dem

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taktgebenden Kondensator 45 und dem Ausgangstransformator 12 einen konventionellen Kippgenerator-Schaltkreis bildet.

Es wird z.B. angenommen, daß die Transistoren 4o, 41 anfangs beide nicht leitend sind, und daß der Transistor 46 in der (nachstehend genauer beschriebenen) Geschwindigkeitssteigerungs-Schaltung ebenfalls abgeschaltet ist. Der Taktgeber-Kondensator 45 wird daher über die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 und die Widerstände 44 und 42 aufgeladen, wobei der Widerstand 42 im Vergleich zum Widerstand 44 (z.B. 47o Ohm) einen relativ großen Wert (z.B. 1,2 Megohm aufweist. Dieser durch Widerstand 42 laufende Ladestrom erhält den Transistor 4o in nichtleitendem Zustand, bis Kondensator 45 bis zu einem vorbestimmten Grad aufgeladen ist, zu welcher Zeit der Transistor 4o einschaltet und Transistor 41 durch Rückkopplung ebenfalls leitend wird. Wenn die Transistoren 4o, 41 leitend sind, ist eine Seite des Kondensators 45 (die untere Seite in Fig. la) mit der negativen Zuführungsleitung 26a verbunden, während die andere Seite dieses Kondensators über die Vereinigungsstelle von Emit·ο·:r und Basis des Transistors 4o und den Widerstand 33 mit der positiven Klemme der Batterie I9 verbunden ist. Dieser Zustand dauert so lange, wie die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 die Versorgungsspannung aufrechterhalten kann, z.B. ist in einer praktischen Ausführungsform der dargestellten Schrittmacherschaltung dieser Zeitintervall als eine Millisekunde vorbestimmt. Anschließend ist die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 gesättigt und der Transistor 41 kann nicht mehr genügend Strom führen, um seinen Kollektor an Masse zu halten. Darum nimmt der Strom durch Kondensator 45 ab und schaltet den Transistor 4o aus, der durch Rückkopplung Transistor 41 ausschaltet. Jetzt ist die Schaltung fertig für einen impulserzeugenden Zyklus.

Daraus folgt, daß die dargestellte impulserzeugende Schaltung, wenn sie nicht gehemmt ist, eine Reihe von positiv verlaufenden Steuerimpulsen parallel zur Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 erzeugt, wobei jeder Impuls eine Amplitude von

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ungefähr 5 Volt und eine Impulsbreite von 1 Millisekunde aufweist. Der Ausgangstransformator 12 bewirkt außerdem, daß jeder herzstimulierende Ausgangsimpuls des Schrittmachers einen ie gativ verlaufenden Teil von ungefähr der gleichen Größe wie der positiv verlaufende Herz-Steuerimpulsteil aufweist, um den Netboionenstrom im Blut in Nähe der (noch zu beschreibenden) Katheterelektroden so klein wie möglich zu halten. In der Regel beträgt eine PuIswiederhölungsgeschwindigkeit für die impulserzeugende Schaltung 72 Impulse pro Minute, wie in erster Linie durch Widerstand 45 und Kondensator 45 bestimmt.

Eine Seite der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 ist mit dem umkleidenden Leiterelement 23 des koaxialen Katheters gemäß Pig. Ib durch Leitung 47 unmittelbar verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators mit dem zentralen bzw. inneren Katheterlelter 22 verbunden ist, und zwar über Leitung 48 und einem in Reihe geschalteten transistorisierten, bipolaren Umschalt-Schaltkreis konventioneller Bauart mit Transistorpaar 49, 5o und Widerständen 51» 52. Ein Gleichstrom-Isolierkondensator 53 ist zwischen den Ausgangstransformator 12 und der bipolaren Umschalt-Schaltung 49, 50 angeordnet, um eine versehentliche Anlegung der Batteriespannung unmittelbar an das Herz des Patienten zu vermeiden.

Das durch das Transistorpaar 49, 5o gebildete Ausgangsschaltglied ist nur dann geschlossen, wenn ein Ausgangsimpuls an der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 12 zum Eingeben in das Herz des Patienten erscheint. Während des positiven Teils des von der Taktgeberschaltung ausgehenden Ausgangsimpulses ist die Transistorstufe 49 leitend und verbindet den Ausgangstransformator 12 mit der Ausgangsleitung 48, wogegen während des negativen Teils des herzstimulierenden Ausgangsimpulses der andere Transistor 50 leitend ist. Zu allen sonstigen Zeiten ist dieser Umschalt-Schaltkreis 49, 50 offen und besitzt eine hohe Eingangsimpedanz für die den Herzschlag überwachende Schaltung, wie nachgehend genauer beschrieben.

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Mit anderen Worten ist das transistorierte Glied 49, 5o mit der Überwachungsschaltung elektrisch parallel geschaltet, so daß, wenn dieses Umschaltglied nicht vorgesehen wäre, die durch den Ausgangstransformator 12 dargestellte niedrige Impedanz die Wirkung haben würde, den Herzschlag-Ausgangsimpuls zu vermindern und dadurch eine einwandfreie Überwachung desselben zu verhindern.

Wie bereits bemerkt, werden die soeben beschriebenen, von der Taktgeberschaltung ausgehenden, herzstimulierenden Ausgangsimpulse mittels eines konventionellen koaxialen Katheters 21 gemäß Pig. Ib in das Herz des Patienten eingegeben. Der Katheter 21 endet an einem mit dem äußeren Katheterleiterelement 27> und Ausgangsleitung 27 elektrisch verbundenen, näheren Elektrodenelement 54 und einem entfernteren Elektrodenelement 55, welches mit dem inneren Katheterleiter 22 und Ausgangsleitung 48 elektrisch verbunden ist. Es sollte hier bemerkt werden, daß die Ausgangsleitung 47 in Nähe der positiven Klemme der Batterie I9 vorzugsweise nicht mit der positiven Spannungszuführung 55a verbunden ist, sie ist anstelledessen mit dieser positiven Spannungszuführung körperlich dicht am Katheter verbunden, und zwar über die transistorierte Schaltung, die die Betriebsspannung von der Batterie I9 empfängt, um die Wirkung der Ausgangsstromstöße auf diese Schaltung so klein wie möglich zu halten. Dies ist in Fig. 'la und Ib dadurch dargestellt, daß sich die Leitung 47 von Fig. la zu Fig. Ib erstreckt, ehe sie mit der positiven Spannungszuführungsleitung 55a verbunden ist.

Nach Beschreibung der Entstehung der herzstimulierenden Impulse wird anschließend der Schaltungsbereich beschrieben, der die vom Herzen durch den Herzschlag hervorgerufene elektrischen Impulse überwacht und diese überwachten Impulse dazu verwendet, um die Taktgeberschaltung zu hemmen, wenn das Herz in akzeptabler Eigengeschwindigkeit schlägt.

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Der koaxiale Katheter ist am Herzen in der Weise angeordnet, daß er nicht nur die herzstimulierenden Impulse des Schrittmachers eingibt, um ein gesteuertes Schlagen des Herzens zu initiieren, sondern auch das durch das Schlagen im Herzen erzeugte elektrische Signal wird über die Elektroden 54, 55 abgetastet und erscheint am Eingang eines aus Transistorstufen 56, 57 und bestehenden konventionellen Dreistufen-Kaskadenverstärkers. Dieses vom Herzen erzeugte Signal beäbeht aus dem sogenannten "QRS-T-Komplex', der synchron mit der ventrikulären Kontraktion verläuft, das heißt, daß die Kontraktion mit dem Auftakt (Vorderflanke), der Q-WeHe anfängt und mit dem Abklingen (Hinterflanke),der T-WeHe endet.

Beim Anlagen an die Basis der ersten Transistorverstärkungsstufe 56 über den Koppelkondensator 59 hat der R-WellenEingangsteil des Herzsignals in der Regel einen Wert von mindestens 3 Millivolt. Die dreistufige Verstärkerschaltung 56-58 weist einen kombinierten Verstärkungsgrad von ungefähr 2oo auf, so daß der Verstärker-Ausgang durchschnittlich eine positiv verlaufende Impulshöhe von 600 Millivolt aufweist, wodurch das Vorhandensein des R-Wellenteils bei jedem Herzschlag angezeigt wird. Eine Zenerdiodenschaltung 6o von doppelter Polarität ist über den koaxialen Katheter 21 mit dem Eingang der Schrittmacherschaltung zu dem Zweck verbunden, sowohl die der Umschaltung dienenden Ausgangstransistoren 49, 5o als auch die der Verstärkung dienenden Eingangstransfefcorenstufen 56-5C gegen jedes relativ hohe Signal zu schützen, das im Katheter auftreten könnte, z.B. wenn das Herz durch äußere Schock-Defibrillation defibrilliert wird. Bei einer praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Zenerdiodenschaltung so eingestellt, daß die Eingangspannungshöhe auf nominal Io Volt beschränkt ist.

Die am Kollektor der letzten Verstärkerstufe 5& erscheinende ■■/erstarkte Version des Herzschlagsignals wird dem sogenannten

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Brechungstromkreis eingegeben, der aus folgenden Teilen besteht: Transistorstufen 6l, 62 und 63, die zusammen eine konventionelle, monostabile Detektorschaltung bilden, Umschalt-Transistor 64, und das eine zweite konventionelle monostabile Schaltung bildende Transistorpaar 65, 66. Der gemeinsame Zweck dieser Brechungsschaltung ist, zu verhindern, daß der Schrittmacher durch eine T-Welle hohen Niveaus gehemmt wird , die im Herzausgangssignal ziemlich nahe an der Spannungshöhe der vorhergehenden R-Weile erscheinen kann, d.h. es ist erwünscht, daß die Schrittmacherschaltung nur durch die R-Welle gehemmt wird. Da die T-Welle stets in weniger als 3oo Millisekunden nach der R-Welle erscheint, erfüllt der Brechungsschaltkreis diese Funktion im wesentlichen durch Ausschalten oder Wirkungslosmachen des den Impuls hemmenden Schaltungsteils des Schrittmachers (siehe rechter Schaltungsbereich in Fig. Ib), und zwar für einen etwas länger als 300 Millisekunden dauernden Intervall nach jedem Auftreten einer abgetasteten R-Welle.

Die monostabilen Detektor-Transistorstufen 6l, 62 und 63 sind normalerweise nichtleitend. Transistorstufe 61 ist so konstruiert, daß sie eingeschaltet bzw. leitend wird, wenn die Amplitude des eingegebenen Eingangsimpulssignals einen vorgewählten Schwellenwert (z.B. ungefähr 600 Millivolt) überschreitet, der das Auftreten einer R-Welle anzeigt. Bei eingeschaltetem Transistor 6l ist Transistor 63 ebenfalls leitend und sieht einen Basisstromweg für die Transistorstufe 62 vor, wodurch auch dieser letztere Transistor eingeschaltet wird. Bei eingeschaltetem Transistor 62 verbleibt Transistor 63 ebenfalls für eine festgelegte Zeitdauer leitend, nachdem das Eingangssignal aus der Basis des Transistors 6l verschwunden ist. Dieser Intervall, während dessen Transistor leitend verbleibt, wird durch die Werte des RC-Taktgeber-Schaltkreises bestimmt, der aus Kondensator Gj und in Reihe geschaltetem Widerstand 68 besteht. Beispielsweise kann der Kondensator 67 einen Wert von o,l Microfarad und der Widerstand 6L sinen Wert von ?.2o Kiloohm aufweisen, um den Intervall, während dem Transistor 63

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leitend verbleibt, auf ungefähr loo Millisekunden festzulegen und dadurch jede Breitenänderung des R-Wellen-Eingangssignales aufnehmen zu können. Auf diese Weise erscheint am Ausgang (Kollektor) von Transistor 63 ein loo Millisekunden breiter, positiv verlaufender Impuls von ungefähr 1 Volt in der Amplitude für jede normale, vom Herzen erzeugte und am koaxialen Katheter 21 aufgefangene R-Welle.

Dieser Ausgangsimpuls der Transistorstufe 65 wird über Strombegrenzungswiderstand 69 der Basis des Umschalttransist.ors 64 eingegeben und versetzt letzteren in leitenden Zustand, in dem der jeweils zwischen Basis und Kollektor der monostabilen Transistoren 65 und 66 geschaltete taktgebende Kondensator 70 zurückgeführt bzw. entladen wird. Jetzt ist die Transistorstufe 65 in leitendem Zustand, was wiederum den anderen Transistor 66 dieses monostabilen Paares einschaltet, wodurch Transistorstufe 65 in leitendem Zustand verbleibt (nachdem Umschalttransistor 64 ausschaltet, um die Rückstellung wieder aufzuheben), bis der taktgebende Kondensator 7o genügend geladen ist, um Transistorstufe 65 und durch Rückkopplung Transistorstufe 66 auszuschalten. Die RC-Taktgeperparameter für die monostabilen Elemente 65, 66 sind vorgewählt, so daß es nach Ausschalten von Transistor 64 ungefähr 2oo Millisekunden dauert, bis Kondensator 7o genügend geladen ist, um Transistoren 65 und 66 in ihren normalen abgeschalteten Zustand zurückzuführen. Als Ergebnis ist der Ausgangsimpuls der monostabilen Elemente 65, 66 (am Kollektor der Transistorstufe 66) ein negativ verlaufender, rechtwinkliger Impuls, dessen vordere Planke den Beginn jeder Eingangs-R-Welle begrenzt, und der eine Breite von ungefähr 300 Millisekunden aufweist, der Summe von a) der loo Millisekunden während derer die monostabilen Elemente 65, 66 durch Umschalttransistor 64 in gelöschter Stellung gehalten werden, und b) der Monostabil-Element-Periode von 2oo Millisekunden. Dieser am Kollektor von Transistor 66 erscheinende monostabile Ausgangsimpuls von 300 Millisekunden verbleibt länger

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als 3oo Millisekunden, so lange wie jeweils kürzer als 300 Millisekunden dauernde Impulse oder Signale abgetastet werden. Bei dem 300 Millisekunden annehmenden Beispiel halten alle Signale mit einer 2oo Schläge pro Minute (SPM) übersteigenden Geschwindigkeit, d.h. 60 sec/min geteilt durch 3oo tn/sec = 2oo SPM., die monostabilen Elemente leitend. Wenn die T-Welle abgetastet wird, aber weniger als 300 Millisekunden nach der R-Welle auftritt, verhindert diese Schaltung, daß der Schrittmacher durch die T-Welle gehemmt wird. Nachstehend wird aufgezeigt, daß der Schrittmacher nur gehemmt wird, wenn Transistor 66 eingeschaltet ist (d.h. durch die Vorderflanke des am Kollektor 66 austretenden Impulses). Auf diese Weise kommt es zustande, daß nach dem ersten Impuls alle am Katheter auftretenden Störsignale von (in diesem Beispiel) größeren Geschwindigkeiten als 2oo SPM den Schrittmacher nicht hemmen. Dies verleiht der Schrittinacherschaltung eine beträchtliche Störfestigkeit deren Bereich durch Verstellen der Elemente 62, und 65, 66 geändert werden kann.

Der am Kollektor der Transistorstufe 66 auftretende negativ verlaufende AusgangsImpuls von 3oo Millisekunden aus den monostabilen Elementen wird durch einen aus Kondensator 71 und den in Reihe geschalteten Widerständen gebildeten differenzierenden Schaltkreis der Basis der Transistorstufe 73 in der dargestellten Impulshemmungsschaltung eingegeben, wo der resultierende die Voruerflanke des Ausgangs der monostabilen Elemente und den Beginn einer R-WeHe anzeigende negative Impuls den Transistor 73 sofort einschaltet. Als Resultat dessen erscheint ein positiv verlaufendes Impulssignal am Kollektor von Transistor 73 und ist über Leitung 7^ zwischen Fig. la und Ib mit der Basis des Transistors 75 verbunden, der zusammen mit Transistor 76 eine zweite konventionelle, monostabile Multivibratorschaltung bildet. Dadurch werden die Transistoren 75, 76 leitend und Taktgeber-Kondensator 77 beginnt sich aufzuladen. Anschließend bei einer vorgewählten Ladehöhe

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erreicht die Basis des Transistors 75 einen Zustand, in dem Transistor 75 und 76 beide in ihren normalen, nicht leitenden Zustand zurückkehren.

Das am Kollektor der Transistorstufe 75 als Ergebnis dieses Vorganges erscheinende Ausgangssignal ist ein ungefähr 500 Millisekunden dauernder Impuls mit negativ verlaufender, rechteckiger Welle, der der Transistorstufe 46 eingegeben wird und die Leitfähigkeit derselben steuert. Wie nachstehend genauer beschrieben, wird die Transistorstufe 46 während der Breite des 500 Millisekunden dauernden Ausgangsimpulses der Elemente 75» 76 leitend und bewirkt in dieser Zeit eine Zurückstellung bzw. Entladung des Taktgeber-Kondensators 45, wodurch die Taktgeber-Schaltung des Schrittmachers gehemmt wird.

Auf diese Weise dient der die Transistorstufen 75, 76 und 46 enthaltende Teil der Schrittmacherschaltung zum Bestimmen, ob und wann die Hemmungssteuerung angelegt bzw. von der Taktgeber-Schaltung genommen werden soll. Im allgemeinen ist der Taktgeber so lange gehemmt, wie das Herz des Patienten normal in einwandfreier Geschwindigkeit, z.B. zwischen 60 und I80 Schlägen pro Mi- , nute schlägt.

Wenn die Transistorstufe 46 (einmal pro Herzschlag) eingeschaltet ist, bewirkt sie, daß der Taktgeber-Kondensator 45 der Taktgeberschaltung mit Aufladen aufhört und, wie oben bemerkt, in einen Zustand zurückgeführt wird, in dem seine Ladung durch Widerstand 44, die Primärwicklung des Ausgangstränsformators 12 und Transistor 46 ausgeglichen wird. Dieser Null- bzw. ausgeglichene Ladungszustand des Taktgeber-Kondensators 45 ist so vorbestimmt, daß er einer Taktgabe entspricht, welche gleichwertig mit 500 Millisekunden vor der normalen Erzeugung eines herzstimulierenden Ausgangsimpulses durch den Taktgeber des Schrittmachers ist. Da, wie

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bereits bemerkt, der Steuertransistor 46 auch nach Auftreten einer R-WeHe in seinem leitenden bzw. angeschalteten Zustand gehalten wird, und zwar flir eine vorgewählte Zeitdauer von 5oo Millisekunden, wird der Taktgeber 4o, 41 so gesteuert, daß er keinen Ausgangsimpuls erzeugt, bis insgesamt ungefähr looo Millisekunden, bzw. eine volle Sekunde verlaufen sind, nachdem ein normaler bzw. nicht stimulierter Herzschlag abgetastet wurde. Auf diese Art und Weise ist der Schrittmacher so lange gehemmt, wie das Herz normal, d.h. mit mehr als ungefähr 60 Schlägen pro Minute schlägt. In diesem Sinne ist daher auch der als Geschwindigkeitssteigerungs-Schaltkreis bezeichnete Teil der dargestellten Schaltung auch dazu vorgesehen, eine Hysterese bzw. Verzögerung zu erzeugen, wodurch der Schrittmacher die Erzeugung eines heustimulierenden Ausgangsimpulses verzögert, nachdem der normale ScHagausgang des Herzens erfaßt wurde, um festzustellen, ob das Herz wieder in einer 60 Schlagen pro Minute entsprechenden oder größeren Geschwindigkeit schlagen wird. Mit anderen Worten, am Ende der leitenden Zeit des Transistors 46 von 5oo Millisekunden wird der Ladekondensator 45 ausgelöst und fängt and, sich über die Primärwicklung des Ausgangstransformators 12 und Widerstände 42 und 44 aufzuladen. Wenn das Herz dann innerhalb der folgenden 500 Millisekunden keine weiteren Herzschlag-Ausgangssignale abgibt, lädt sich dadurch Kondensator 45 bis zum Anschaltpegel des Transistors 4o auf, wodurch Transistor 4o angeschaltet wird und die Erzeugung eines herzstimulierenden Ausgangsimpulses des Schrittmachers auslöst. Auf diese Art und Weise erzeugt der Schrittmacher jedesmal seine 72 Normalimpulse pro Minute, wenn die normale Herzgeschwindigkeit unter 60 Schlägen pro Minute absinkt.

Jeder am Ausgang des Transformators 12 auftretende Impuls schaltet den bipolaren Transistor-Umschalter 49, 5o an, der den Impuls über Leitungen 48 und 22 mit dem Katheter verbindet. Zwischen den Impulsen ist der bipolare Transistor 49, 50 offen, wie bereits bemerkt, und hält die Sekundärwicklung des Transformators

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12 davon ab, als Stromableitungsdämpfung der vom Katheter abgetasteten R-Wellen zu wirken. Durch Beseitigung des Gleichstronjweges niedrigen Widerstandes zwischen den Elektroden 54 und 55 des Katheters 21 wird auch ein eventuell zwischen 54 und 55 fließender Korrosionsstrom (z.B. falls 54 und 55 aus verschiedenen Metallen bestehen), beseitigt.

Wie bereits beschrieben, würde jedesmal bei Erzeugung eines herzstirnulierenden Ausgangsimpulses durch das Transistorpaar 4o, 41 ein Teil desselben in der Leitung 48 durch Kondensator 59 erfaßt und würde die Elemente 61 bis 63 und 65 bis 66 aktivieren. Jedoch ist der Ausgangsimpuls außerdem über die RC-Schaltung 78, 79 und Draht 80 mit der Basis der Transistorstufe 8l verbunden, wo er diese Transistorstufe einschaltet. Der Transistor 65 wirkt als Kurzschluß und verhindert, daß der vom Kondensator 71 kommende Impuls den Transistor 8l aktiviert. Wegen der Durchgangszeit durch Transistoren 56, 57, 58, 61, 62, 63, 64, 65 und 66 wird Transistor 81 vor Transistor 66 angeschaltet. Bei Silicium-Transistoren wird Transistor 8l ungefähr 4o Mikrosekundenvor Transistor 66 angeschaltet. Als Resultat dessen lädt sich Kondensator 7I des oben beschriebenen, differenzier-anden Schaltkreises in weniger als einer Millisekunde auf, wenn Stufe 66 angeschaltet ist und verbleibt geladen, wenn Stufe 81 ausschaltet. Wenn also das Herz des Patienten auf diesen herzstimulierenden Ausgangs impuls hin schlägt und dieser Schlag durch die Schrittmacherschaltung festgestellt wird, hat das zur Folge, daß der am Kollektor von Transistorstufe 66 erscheinende Impuls zum Aufzeichnen des Vorhandenseins dieses Herzschlages nicht differenziert wird und daher kein Leiten der Transistorstufe 73 bewirkt. Daraus folgt, daß der stimulierte Herzschlag, d.h. der auf die Eingabe eines herzstimulierenden Impulses erzeugte Herzschlag nicht über den Kollektor der Transistorstufe 66 registriert und mit einem natürlichen Herzschlag verwechselt wird.

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In Fig. la steht ein magnetischer Zungenschalter S2 oder dgl. in Wirkverbindung zwischen der Basis von Transistorstufe 75 und der negativen Klemme der Batterie I9, und kann in dem Fachmann bekannter Art und Weise durch eine (nicht gezeigte) geeignete äußere magnetische Feldquelle zwischen einer geöffneten und geschlossenen Stellung hin und her geschaltet werden. Dieser Zungenschalter 82 verhindert in durch Fernsteuerung geschlossenem Zustand, daß Transistorstufe 75 und demnach auch Transistorstufe 46 eingeschaltet wird. Daraus folgt, daß die dargestellte Schrittmacherschaltung so umgewandelt werden kann, daß keine bei Bedarf automatisch einsetzenden Pausen mehr eintreten, sondern daß sie mit festgelegter Geschwindigkeit funktioniert, wobei die Taktgeber-Schaltung laufend vorgewählte 72 Impulse pro Minute als herzstimulierende Impulse in das Herz des Patienten eingibt.

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Claims

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Pat entansprüche

I.J Intrakorporaler Herzschrittmacher zum Implantieren in den Körper eines Patienten, mit aufladbarer Batterie, einer Kopplungseinrichtung zum Eingeben von magnetischer Eingangs-Wechselenergie in die Batterie zum Aufladen dieser aus einer äusseren Quelle, und mit durch die Batterie gespeiste Elektronikschaltungen zum Erzeugen von herzanregenden Impulsen zum Eingeben in das Herz des Patienten, gekennzeichnet durch eine erste innere Hülse (13)* die zwischen den Elektronikschaltungen (lo, 11) und der äusseren Quelle angeordnet und aus einem Material hergestellt ist, das die Schaltungen gegen die magnetische Eingangs -Wechselenergie und Quellen magnetischer Interferenz abzuschirmen vermag, wobei die Koppelungseinrichtung ausserhalb der ersten Hülse angeordnet ist, und eine zweite äussere Hülse (18) die die Koppelungseinrichtung, die Batterie (19) und die Elektronikschaltungen umgibt und gegen fliessende Medien des Körpers abschirmt, und die aus einem Material hergestellt ist, das das Zuführen der Ladeenergie durch die Koppelungseinrichtung in die Batterie (19) aus der äußeren Quelle ohne wesentliche Dämpfung gestattet.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (ljj) die Elektronikschaltungen (lo, 11) umgibt und eine zweite hermetische Dichtung für sie bildet.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Hülse (13) aus einem sich durch relativ hohe magnetische Permeabilität und niedrigen elektrischen Widerstand auszeichnendem Material hergestellt ist, und dass die zweite äussere Hülse (18) aus

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durch relativ hohen elektrischen Widerstand und niedrige magnetische Permeabilität gekennzeichnetem Material hergestellt ist.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste innere Hülse (13) aus Nickel von im wesentlichen 0,127 mm übersteigender picke hergestellt ist.

5. Herzschrittmacher nach Anspruch 3.» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite äussere Hülse (l3) aus korrosionsbeständigem Stahl von einer im wesentlichen zwischen 0.0762 und O.5O8 mm liegenden Dicke hergestellt ist.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 3j dadurch g e kennzeichne t, daß die äussere Hülse (l8) aus Titan von einer im wesentlichen zwischen 0,0762 und O.5o3 mm liegenden Dicke hergestellt ist,

7. Herzschrittmacher nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Hülse (l8) aus der Legierung Haynes (25) von einer im wesentlichen O.O762 und O.508 mm liegenden Dicke hergestellt ist,

8. Herzschrittmacher nach Anspruch 3* dadurch g e kennze lehnet, daß die äussere Hülse (l8) aus Glas besteht.

9. Herzschrittmacher nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Hülse (l8) aus Keramik besteht.

10. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine induktive Kopplungseinrichtung ist.

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11. Herzschrittmacher nach Anspruch lo, dadurch g e kennze lehnet, daß die induktive Kopplungpeinrichtung (2o) eine erste im Körper des Patienten angeordnete Wicklung (2oa) aufweist, die dazu vorgesehen ist, zürn Aufladen der Batterie (19) Energie von der äusseren Cuelle mit der Batterie induktiv zu koppeln.

12. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch g e kennze lehnet, daß der Schrittmacher ein automatisch pausierender Typ mit einer Einrichtung (32) zum überwachen des Herzschlages des Patienten ist, welche die Elektronikschaltungen (lo, 11) pausieren lässt und dadurch eine Erzeugung des das Herz stimulierenden Impulses verhindert, wenn das Herz ohne Eingabe herzstimulierender Impulse in akzeptierbarer Geschwindigkeit natürlich schlägt.

13. Aufladbarer Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichne t, durch einen koaxial Katheter (21), der in einem an einer vorbestimmten Stelle im Herzen des Patienten anzuordnenden Elektrodenpaar (5^# 55) endet und die durch die Zlektronikschaltung (lo, 11) erzeugten anregenden Herzimpulse eingibt sowie das elektrische Signal der R-Welle abtastet, die beim Schlagen des Herzens vom Herzen des Patienten ausgeht.

14. Herzsehrittmacher nach Anspruch 1, dadurch g e kennze lehnet, daß die erste Hülse (13) ein im wesentlichen rechtwinkliger, hohler metallischer Behälter mit einem offenen Ende ist, der die Elektronikschaltungen (lo, 11) aufzunehmen und zu umschließen vermag, daß die zweite Hülse (l3) ein im wesentlichen rechteckiger, hohler,

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metallischer Körper mit einem offenen Ende ist, der die aufladbare Batterie (19)* die Kopplungseinrichtung und die erste metallische Hülse aufzunehmen vermag, xreiterhin gekennzeichnet durch ein einstückiges Stirnkappenelement (15) zum Anbringen am offenen Ende der ersten und zweiten Hülse (13, 18) und zum Bedecken derselben.

15. Herzschrittmacher nach Anspruch lK, dadurch gekennzeichnet, daß am Stirnkappenelement (15) erste und zweite Schulterbereiche (16, 17) in der V/eise ausgebildet sind, daß sie das offene Ende der ersten und zweiten metallischen Hülse (13, l8) jeweils erfassen und abdichten.

16. Herzschrittmacher zum Implantieren in den Körper eines Patienten mit aufladbarer Batterie, einer Kopplungseinrichtung für magnetische Eingangs-Wechselaufladeenergie mit der Batterie von einer äusseren Quelle und durch die Batterie gespeisten Elektronikschaltungen zum Erzeugen von herzstimulierenden Impulsen und Eingeben derselben in das Herz des Patienten, gekennzeichnet, durch eine telemetrische Einrichtung, die beim Koppeln von Aufladeenergie mit der Batterie (19) wirksam wird und eine Anzeige ausserhalb des Körpers des Patienten vorsieht, daß die Aufladung stattfindet, wobei die telemetrische Einrichtung eine mit der Kopplungseinrichtung in Wirkverbindung stehende Einrichtung (35) enthält, welche Betriebsenergie nur während des Aufladens der Batterie aufnimmt, um ein telemetrisches Ausgangssignal zu'erzeugen, daß das Aufladen der Batterie (19) gegeben wird.

17. Herzschrittmacher nach Anspruch 16, weiterhin g e kennzeichne t, durch eine Einrichtung (32) zum Überwachen des Herzschlages und Henmen der impulserzeugenden

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Elektronikschaltung, wenn das Herz ohne Eingabe des stimulierenden Impulses natürlich schlägt.

18. Herzschrittmacher nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur telematrischen Einrichtung gehörende Anzeigeerzeugungseinrichtung (35) eine nur beim Aufladen der Batterie (I9) wirksame und ein außerhalb des Körpers des Patienten empfangbares elektrisches telematrisches Ausgangssignal erzeugende elektrische Signalerzeugungseinrichtung ist.

19. Herzschrittmacher nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine induktive Kopplungseinrichtung (2o) mit einer ersten Wicklung (2oa) ist, welche um ein Kernelement gewickelt und im Körper des Patienten angeordnet ist, wo sie zum Aufladen der Batterie (19) Energie aus der äusseren Quelle mit der Batterie induktiv koppelt, und wo das telemetrische elektrische Ausgangssignal aus der signalerzeugenden Einrichtung (35) mit einer zweiten Wicklung (2ob) auf dem Kernelement verbunden und mit der Empfangseinrichtung ausserhalb des Körpers des Patienten induktiv gekoppelt ist.

20. Herzschrittmacher nach Anspruch l6, dadurch ge-. kennzeichne t, daß die in der telemetrischen Einrichtung vorgesehene Erzeugungseinrichtung ein Oszillatorschaltkreis (35) ist, dessen Ausgangssignalfrequenz sich proportional zur Größe der an die Batterie (19) angelegten Ladespannung verhält, wobei das Ausgangsfrequenzsignal der Oszillatoreinrichtung zum übertragen noch außerhalb des Körpers des Patienten mit der Kopplungseinrichtung verbunden ist.

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21, Herzschrittmacher nach Anspruch Id, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Erzeugungseinricrr.ung (35) erzeugte telemetrische Ausgangssignal anzeigt, ob .3ie Batterie (19) in einer akzeptierbaren Ladespannungshöheaufgeladen wird.

22, Herzschrittmacher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, durch eine erste Hülse (13) die ,so angeordnet und aus einem solchen Material hergestellt ist, daß sie sowohl beide Elektronikschaltungen [lo, 11} als auch die Einrichtung (35) zum Erzeugen eines telemetrischen Signais gegen die magnetische Eingangs-Wechsellaaeenergie und Quellen magnetischer Interferenz abzuschirmen vermag, wobei die Kopplungseinrichtung ausserhaib der ersten Hülse (13) angeordnet ist, und eine zweite , die erste Hülse (13) die Elektronikschaltung, die Einrichtung .(35) zum Erzeugen eines telemetrischen Signals und die Kopplungseinrichtung umgebende Hülse (i8j die eine äussere hermetische Dichtung für den Schrittmacher bildet und aus einem Material hergestellt ist, welches eine minimale Dämpfung der Ladeenergie durch die Kopplungseinrichtung und des telemetrieeher Ausgangssignals vorsieht,

23. Herzschrittmacher im?;; Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, da3 die erste Hülse (13; die EIe,;-tronikschaltungen (lo, 11) und die Einrichtung (35) zum Erzeugen des telemetrischen Signals umgibt und ein« zweite innere hermetische Dichtung für den Schrittmacher bildet,

24. Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen, mit einem ersten elektronischen Schaltbereich zum Erzeugen von herzstimulierenden Ausgangsimpulsen zum Eingeben in das Herz des Patienten, und einem zweiten elektronischen

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Schaltbereich zum Überwachen des Herzschlages des Patienten und Hemmen der Erzeugung herzstimulierender Impulse durch den ersten elektronischen Schaltkreis bei Vorhandensein eines natürlichen Herzschlages bei akzeptabler Gewindigkeit, gekennzeichnet durch einen Katheter (21), der in Elektroden (54, 55) endet, welche an vorbestimmter Stelle im Herzen des Patienten angeordnet sind und durch den ersten elektronischen Schaltbereich (lo) erzeugte, herzstimulierende Impulse eingegeben und das beim Schlagen des Herzens vom Herzen des Patienten ausgehende elektrische R-Wellensignal abtasten, und eine Umschalteinrichtung (64) zum wahlweisen Verbinden des die elektronischen Impulse erzeugenden Schaltbereichs (4o, 41) mit dem Katheter (21),nur bei Erzeugung eines Ausgangsimpulses durch den impulserzeugenden Schaltbereich (lo).

25. Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Katheter (21) ein koaxialer Katheter ist, und weiterhin gekennzeichnet durch eine aufladbare Batterie (19)· zum Eingeben einer Betriebsspannung in den ersten und zweiten Elektronikschaltbereich (lo, 11) und eine Einrichtung (2o) zum induktiven Koppeln von aus einer äusseren Quelle ' stammender, magnetischer Wechselladeenergie mit der Batterie (19)·

26. Herzschrittmacher- mit automatisch einsetzenden Pausen nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichne.t, daß die impuls-erzeugende oder Taktgeber-Elektronikschaltung einen Ausgangs-Aufwärtstransformator (I2)mit primärer und sekundärer Wicklung zum Erhöhen der Amplitude jedes herzstitulierenden Impulses vor Eingeben desselben in das Herz des Patienten enthält. .

^^:7. Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen n:ich nspruch 24, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Umschalteinrichtung (64) ein bipolares Transistorschaltglied ist, das zwischen die Sekundär-Wieklung des Ausgangstransformators (12) und den Katheter (21) geschaltet ist, wobei das obige Schaltglied (64) nur geschlossen 1st, wenn ein herzstimulierender Ausgangsimpuls durch den impulserzeugenden Schaltkreis (4o, 4l) erzeugt wird und an der Sekundär-Wicklung des Ausgangstransformators (12) erscheint.

28. Herzschrittmacher mit automatisch einsetzenden Pausen, nach Anspruch 26, dadurch gekennze lehnet, daß die Umschalteinrichtung (64)ein bipolares Tran sistorschaltglied ist, das zwischen die Sekundär-Wicklung des Ausgangstransformators (12) und den Katheter (21) geschaltet ist, wobei das obige Schaltglied (64) nur geschlossen ist, wenn ein herzstimulierender Ausgangsimpuls durch den impulserzeugenden Schaltkreis (4o,4l) erzeugt wird und an der Sekundär -Wicklung des Ausgangstransformators (12) erscheint.

29. Herzschrittmacher nach Anspruch 25* ferner gekennzeichnet, durch eine Einrichtung (35) zum Erzeugen eines telemetrischen Signals, die mit der induktiven Kopplungseinrichtung verbunden ist und Betriebsenergie nur beim Laden der Batterie (19) empfängt und ein das Aufladen der Batterie anzeigendes telemetrisches Signal erzeugt, das mit der induktiven Kopplungseinrichtung verbunden und außerhalb des Körpers des Patienten induktiv gekoppelt ist, eine erste Hülse 0-3) , die so angeordnet und aus einem solchen Material hergestellt ist, daß sie sowohl beide Elektronikschaltungen (lo, 11) als auch die Einrichtung (35) zum Erzeugen eines telemetrischen 3i-yn- la die magnetische Eingangs-Vechselladeenergie und

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Quellen magnetischer Interferenz abzuschirmen vermag, wobei die Kopplungseinrichtung außerhalb der ersten Hülse (13) angeordnet ist, und eine zweite, die erste Hülse (13) die Elektronikschaltung, die Einrichtung (35) zum Erzeugen eines telemetrischen Signals und die Kopplungseinrichtung umgebende Hülse (l8) , die eine äußere hermetische Dichtung für den Schrittmacher bildet und aus einem Material hergestellt ist, welches eine minimale Dämpfung der Ladeenergie durch die Kopplungseinrichtung und des telemetrischen Ausgangssignals vorsieht.

30. Herzschrittmacher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (35) zum Erzeugen eines telemetrischen Signals eia Oszillatorschaltkreis ist, der mit der induktiven Kopplungseinrichtung (2o) in Wirkverbindung steht und eine Betriebsspannung nur beim Aufladen der Batterie (19) empfängt und dann ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Existenz eine Anzeige vorsieht, daß eine Aufladung der Batterie stattfindet, und dessen Frequenz proportional zur Größe des an die Batterie angelegten Ladestromes ist, wobei das Ausgagsfrequenzsignal des Oszillators mit der induktiven Kopplungseinrichtung verbunden und außerhalb des Patientenkörpers induktiv gekoppelt ist, und daß die erste Hülse (13) den ersten und zweiten Elektronikschaltbereich und den Oszillator umgibt und eine hermetische Dichtung für die Herzschrittmacher Einheit bildet.

31. Herzschrittmacher nach Anspruch 30, dadurch g e kennze ichne t, daß die impuls -erzeugende oder Taktgeber-Elektronikschaltung einen Ausgangs-Aufwärtstransformator (12) mit primärer und sekundärer Wicklung zum Erhöhen der Amplitude jedes herzstimulierenden Impulses vor Eingeben desselben in das Herz des Patienten enthält.

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32. Herzschrittmacher nach Anspruch 3o, dadurch g e kennzeichne t, daß die Umschalteinrichtung (64) ein bipolares Transistorschaltglied ist, das zwischen die Sekundär-Wieklung des Ausgangstransformators (12) und den Katheter (21) geschaltet ist, wobei das obige Schaltglied (64) nur geschlossen ist, wenn ein herzstimulierender Ausgangsimpuls durch den impulserzeugenden Schaltkreis (4o, 4l) erzeugt wird und an der Sekundär-Wieklung des Ausgangstransformators (12) erscheint.

33· Herzschrittmacher nach Anspruch 31* dadurch g e kennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (64) ein bipolares Transistorschaltglied ist, das zwischen die Sekundär-Wieklung des Ausgangstransformators (12) und den Katheter (21) geschaltet ist, wobei das obige Schaltglied (64) nur geschlossen ist, wenn ein herzstimulierender Ausgangsimpuls durch den impulserzeugenden Schaltkreis (4o, 4l) erzeugt wird und an der Sekundär-Wieklung des Ausgangstransformators (12)erscheint.

34. Herzschrittmacher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektronikschaltbereich (l8) einen Schaltkreis (64etc) enthält, welcher den ersten elektrischen Schaltbereich (13) daran hindert, daß er bei Impulssignalen und Rauschen von größerer Geschwindigkeit als einer vorbestimmten Geschwindigkeit aussetzt, die einer vorbestimmten maximalen akzeptablen Geschwindigkeit ' eines natürlichen Herzschlags entspricht.

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