DE1764622B2 - Implantierbarer Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen implantierbaren Herzschrittmacher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ein derartiger Herzschrittmacher ist aus der FR-PS14 60 772 bekannt

In der Zeitschrift »The American Journal of Medical Elektronics«, Bd. 3 (1964), Seiten 233 bis 236 ist bereits ein Herzschrittmacher beschrieben, in dem durch die Bewegung des Zwerchfells ein Hebel angetrieben wird, der eine Feder spannt Diese Feder treibt einen Schlagmechanismus an, der in Kristallen elektrische Energie erzeugt (vgl. den Abschnitt h Mechanical

ίο Pacemaker« auf Seite 235). Die Erfindung geht jedoch von einem Herzschrittmacher der eingangs genannten Art aus, wie er aus der FR-PS 14 60 772 bekannt ist Bei diesem Herzschrittmacher ist der Läufer eines Wechselstromgenerators zwischen den Polen eines Magnet- jochs angeordnet und die Drehbewegung des Läufers wird durch eine um eine Welle drehbare Unruh bewirkt, die einerseits durch ein erstes federndes Element mit dem Gehäuse und andererseits durch ein zweites federndes Element mit dem Läufer verbunden ist.

Dadurch, daß das Gehäuse auf geeignete Weise mit dem Herzmuskel verbunden ist, erfährt es die Bewegungen dieses Muskels, was die Unruh betätigt, die ihrerseits über das zweite federnde Element den Läufer antreibt Die Bewegung des Läufers erzeugt magnetische Feldstärkeänderungen im Magnetjoch, das mit einer elektrischen Drahtwicklung versehen ist Die Feldstärkeänderungen erzeugen in der Drahtwicklung elektrische Impulse, die dem Herzmuskel zugeführt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Geschwindigkeit des Läufers erheblich zu erhöhen und weniger abhängig von der momentanen Geschwindigkeit des Herzmuskels zu machen und dafür zu sorgen, daß Anregungsimpulse mit großer Amplitude erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere Einzelheiten des Herzschrittmachers gehen aus der nachstehenden Beseht eibung hervor, in der anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. I einen längs der Achse A-A'geführten Schnitt durch einen Herzschrittmacher,

Fig.2 schematisch die beweglichen Teile des Herzschrittmachers,

Fig.3 ein Schaltbild eines Schalters, der zwischen den Wechselstromgenerator und die Elektroden geschaltet ist, welche dem Herzmuskel die elektrischen Impulse zuführen,

Fig.4a eine Vorderansicht des Herzschrittmachers und

F i g. 4b eine Seitenansicht des Herzschrittmachers. Der Impulsgenerator ist in einem luftdicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht, das entlüftet oder mit einem inerten Gas gefüllt und mit einer dünnen Schicht eines mit dem Organismus gut verträglichen Kunststoffs überzogen ist

Der Impulsgenerator enthält eine Unruh 2, die mit einer Welle 3 drehbar im Gehäuse 1 angeordnet ist Zur Vermeidung von axialem Spiel und unerwünschtem axialem Druck ist die Welle 3 zwischen Spitzen 4 und 5 in Kugellagern 6 und 7 gelagert. Am Umfang der Unruh 2 ist ein ringförmiger Stator eines Wechselstromgenerators angebracht, der aus einem Magnetkern 8a, z. B. aus lameliiertem Mu-Metall, besteht, der mit einer KupferdVahtwicklung Sb versehen ist. Der Generator hat als Läufer 9 einen in einer Richtung quer zur Achse 10 magnetisierten Zylinder, der in einer Ausnehmung des

ringförmigen Stators untergebracht ist und dessen Rotationsachse im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Drehwelle 3 der Uirruh 2 und exzentrisch in bezug auf diese angeordnet ist Die Welle des Läufers 9 trägt einen Nocken 11. ο

Seitlich vom Läufer 9 und koaxial zu diesem ist ein drehbares Kopplungsglied 12 angebracht, das auf der dem Läufer zugekehrlen Fläche mit einem Stift 13 versehen ist der mit dem Nocken 11 in Berührung gebracht werden kann. Das drehbare Kopplungsglied 12 trägt auf der hierzu entgegengesetzten Fläche einen zweiten Mitnahmestift 14. Dieser Stift 14 paßt in eine Gabel 15, die um einen Zapfen 16 schwenkbar ist der fest an der Unruh 2 be^restigt ist

Die Gabel 15 ist durch eine Spiralfeder 17 elastisch is mit dem Gehäuse 1 verbunden. Bei der Hin- und Herbewegung der Unruh 2 wird die Spiralfeder 17 abwechselnd gespannt und entspannt.

Der Läufer 9 ist in einem Magnetfeld angeordnet das senkrecht zur Läuferwelle verläuft und durch zwei Dauermagnete 18 und 19 erzeugt wird

Wie schon in der FR-PS 14 60 772 erläutert ist das Gehäuse 1 so angeordnet daß die Bewegung des Herzens eine Rotation des Herzschrittmachers zur Folge hat wobei die Bewegung der Herzspitze benutzt werden kann. Bei jedem Herzschlag wird das Gehäuse in eine hin- und hergehende Drehbewegung um einen festen Punkt versetzt die durch eine Feder 20 auf die Unruh 2 übertragen wird. Die Amplitude der Bewegung der Unruh kann sehr groß werden, wenn dafür gesorgt jo wird, daß sie mit der Herzschlagfolgefrequenz in Resonanz ist

Bei ihrer Hin- und Herbewegung spannt und entspannt die Unruh 2 die Spiralfeder 17, wodurch auf die Gabel 15 Kräfte abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung ausgeübt werden. Diese schwenken die Gabel 15, die wiederum den Stift 14 mitnimmt, wodurch das drehbare Kopplungsglied 12 eine Rotationsbewegung vollführt wobei die Gabel 15 die Rolle einer Art Pleuelstange spielt Der Läufer 9 wird vom Stift 13 auf dem drehbaren Kopplungsglied 12 mitgenommen, der am Nocken 11 des Läufers anliegt bis der Läufer 9 durch seine labile Gleichgewichtslage geht. Darunter ist die Lage zu verstehen, in der das Magnetfeld des Läufers dem durch die beiden radial angeordneten Magnete 18 und 19 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtet ist Infolge der gegenseitigen Abstoßung gleicher Pole erhält der Läufer eine hohe Geschwindigkeit Er kommt nach einer fast vollständigen Umdrehung dadurch zum Stillstand, daß der Nocken 11 auf der anderen Seite gegen den Stift 13 stößt Durch die Rückwärtsbewegung der Gabel 15 wird das drehbare Kopplungsglied 12 mitgenommen, was den Läufer 9 erneut, aber mit umgekehrtem Drehsinn, durch seine labile Gleichgewichtslage hindurchführt. Der Läufer 9 führt somit eine Hin- und Herbewegung aus, deren Dämpfung von der Reibung, insbesondere jedoch von den Wirbelströmen und der Stärke des Magnetfeldes abhängt.

Infolge der auftretenden Feldstärkeänderung entsteht in der Statorspule Sb ein elektrischer Impuls, der die Form einer Sinuswelle hat. Dieser wird auf die nachstehend zur erläuternde Weise dazu benutzt, die Kontraktion des Herzmuskels zu bewirken. Das Herz schlägt somit im Rhythmus der Unruh.

Beim Antrieb Jes Läufers 9 durch das drehbare Kopplungsglied 12 ^ann eine Schwierigkeit auftreten, die darin besteht, daß in den beiden nicht dargestellten äußersten Schwingungslagen die Gabel 15 kein Drehmoment mehr auf das drehbare Kopplungsglied 12 ausübt so daß die Gefahr besteht daß sich dieses Glied festsetzt. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, können in der Nähe des drehbaren Kopplungsgliedes 12 zwei Magnete 2! und 22 angebracht werden, die verhindern, daß das drehbare Kopplungs-glied 12 im toten Punl.t stehen bleibt.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines elektrischen Schalters, der an die Statorwicklung angeschlossen ist und der die Aufgabe hat den elektrischen Impuls, der in Form einer zur Anregung des Herzschlags weniger geeigneten Sinuswelle in der Statorwicklung erzeugt wird, möglichst ohne Dämpfungsverluste in einen Impuls umzuwandeln, der einen möglichst hohen Leistungswirkungsgrad gewährleistet

In den Fig. 1 und 2 ist nicht dargestellt, daß die Wicklung Sb drei Ausgangsklemmen hat Diese Klemmen sind in F i g. 3 mit den Bezugsziffern 23, 24 und 25 bezeichnet Zwischen den Klemmen 23 und 24 liegt ein Teil 26 der Wicklung Sb, -tar die Energie für die Anregung des Herzmuskels 3 liefere Ein Teil 27 der Wicklung Sb zwischen den Klemmen 24 und 25 liefert über die Klemme 25 ein Auslösesignal für einen elektronischen Schalter. Er kann aus einem dünneren Draiit bestehen.

Ein Kondensator 28, dessen Anschlüsse mit den Klemmen des Wicklungsteils 26 verbunden sind, bildet zusammen mit diesem Wicklungsteil einen Schwingkreis, der auf die Frequenz der Hin- und Herdrehung des Läufers 9 abgestimmt ist Die Energie wird abwechselnd vom Läufer auf den Schwingkreis und umgekehrt übertragen. Der Läufer schwingt mit einer Amplitude entsprechend einer halben Umdrehung um seine stabile Gleichgewichtslage. Nach jeder Schwingung geht diese Amplitude auf Null zurück, während der Schwingkreis dann elektrisch mit der größtmöglichen Amplitude schwingt Es gibt somit einen Augenblick, zu dem der Läufer in der Nähe seiner stabilen Gleichgewichtslage ist und im Schwingungskreis die größte Energie gespeichert ist Nach diesem kurzen Augenblick gibt der Schwingkreis wieder Energie an den Läufer ab, der hierdurch angetrieben wird. Um mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad zu arbeiten, wird ein elektronischer, mit Transistoren bestückter Schalter benut7t, der den Schwingungskreis in dem Augenblick über den Herzmuskel entlädt, in dem sich die maximale Energie im Kreis befindet.

Der elektronische Schalter ist an die Klemmen 23 und 24 des elektrischen Schwingkreises angeschlossen und enthält einen eirten Transistor 29, dessen Kollektor 30 mit dem mit 31a bezeichneten Herzmuskel verbunden ist. Der den Transistor 29 passierende Strom wird durch efr.ea zweiten Transistor 31 gesteuert, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 29 verbunden ist Die Basis des Transistors 31 ist über einen Widerstand 32 mit einem Kondensator 33 verbunden. Wenn der Kondensator 33 nicht geladen ist ist der Transistor 31 nicht leitend. Dann ist auch der Transistor 29 nicht leitend, so daß der Herzmuskel nicht angeregt wird.

Während der Drehschwingungen des Läufers erscheinen an den Klemmen der Wieklungsteüe 26 und 27 Wechselspannungen, deren Frequenz der .Schwingfrequenz des Läufers gleich ist. Die Klemme 25 des Wicklungsteils ?7 ist über eine Diode 34, eine Zenerdiode 35 und einen Widerstand 36 mit dem Kondensator 33 verbunden, der die Basis des Transistors 31 steuert. In dieser Weise wird, wenn der Punkt 25

ein negatives Potential in bezug auf den Punkt 24 hai und dieses Potential so hoch ist, daß die Znnerdiode 35 von einem Strom durchflossen wird, der Kondensator 33 aufgeladen. Dieser bleibt, wenn die Zeitkonstante des aus dem Kondensator 33 und dem Widerstand 32 bestehenden Kreises groß genug ist, während der nächsten Halbperiode geladen. Wenn der Kondensator 33 geladen ist, sind die Transistoren 31 und 29 leitend und die im Schwingkreis mit den Komponenten 26—28 vorhandene Energie entlädt sich über das Herz, wodurch dieses angeregt wird. Die Durchschlagspannung der Zenerdiode wird so gewählt, daß sie nicht viel niedriger als die höchste Spannung ist, die an den Klemmen des Wicklungsteils 27 erscheint, so daß der elektronische Schalter in dem Augenblick betätigt wird, in dem die Energie im elektrischen Schwingungskreis 26—28 ihren Höchstwert hat. F.in solcher Schalter braucht keine andere elektrische Speisequelle als die Ocnerä'.orwickkin*⁷. Bei einer nich'diir^cstclltr'¹ Λπς-führungsform ist der elektronische Schalter in der Unruh angeordnet. Dabei führt der Weg des elektrischen Impulses von der Unruh zum Gehäuse einerseits über die Welle 3 der Unruh 2 und andererseits über die Spiralfeder 17. Wenn zu befürchten ist, daß der Kontakt über die Drehpunkte der Unruh nicht zuverlässig genuj ist, kann die elektrische Verbindung mit den Anregungs elektroden auch über die Spiralfeder 20 erfolgen.

Die Fig. 4a und 4b zeigen in Vorder- bzw Seitenansicht die Außenseite des Herzschrittmacher; Es kann zweckmäßig sein, den llerzschrittmache außerhalb des Herzbeutels anzuordnen, wobei de Herzmuskel durch den Herzbeutel hindurch angereg wird.

Die Anregung erfolgt mittels einer kleinen Elektrode 37 (vgl. auch Fig. I), wobei der Stromkreis über da Gehäuse 1 geschlossen wird. Die Elektrode 37 ist voi einer isolierenden Platte 39 umgeben, um den Stron über den Kreis durch den Herzmuskel /u führen. De Herzschrittmacher wird mittels eines Kugelgelenks 41 und eines flachen Teils 41 befestigt, das r. B. bei 42 um 43 an der dritten Rippe festgeschraubt ist.

Die Befestigung mittels eines Kugelgelenks ermög licht es. diiB dir TranOntionshcwcjMingen in die für dei Betrieb der Vorrichtung notwendigen Drehbeweguni umgewandelt werden. Diese Befestigung kann auf cim nicht dargestellte Weise durch die Anbringung eine Bandes oder zweier Arme, die das Her./ umgeber weiter verbessert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Implantierbarer Herzschrittmacher, der in einem Gehäuse einen Wechselstromgenerator mit Statorspulen und einen Dauermagneten als Stator enthält und der die zum Antrieb des Läufers erforderliche Energie in der Weise aus der Bewegungsenergie des Herzschlags gewinnt, daß die Herzbewegung über das Gehäuse vermittels eines federnden Elements auf eine Unruh und von der Unruh vermittels eines mechanischen Koppelelements auf den Läufer übertragen wird, wobei der Läufer in einer Ausnehmung der Unruh drehbar gelagert ist und die Unruh um eine zur Rotationsachse des Läufers parallele Welle Drehschwingungen ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspulen (Sb) an der Unruh (2) angebracht sind, daß die Rotationsachse (10) des Läufers (9) bezüglich der Welle (3), um die die Unruh /2) ihre Drehschwingungen ausführt, exzentrisch angeordnet ist ijyd daß das mechanische Koppelelement an einem Ende an der Unruh (2), am anderen Ende mit einem drehbaren Kopplungsglied (12) an einer zur Rotationsachse (10) des Läufers (9) koaxialen weiteren Welle und zusätzlich über ein weiteres federndes Element (17) am Gehäuse (1) befestigt ist.

   Z Herzschrittmacher mxh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Magnet (18, 19) in der Weise in der Nähe des Läufers (9) angeordnet ist, daß sich ein zur Rotationsachse (10) des Läufers (9) senkrechtes Magnetfeld ergibt

   3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das .'rehbare Kopplungsglied (12) über eine Gabel^lS), die um einen mit der Unruh (2) fest verbundenen Zapfte (16) schwenkbar und vermittels des weiteren federnden Elements (17) am Gehäuse (1) befestigt ist, mit der Unruh (2) gekoppelt ist

   4. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Kopplungsglied (12) einen Stift (13) aufweist, der gegen einen Nocken (11) des Läufers (9) in Angriff bringbar ist

   5. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß um das drehbare Kopplungsglied (12) zwei Magnete (21,22) angeordnet sind, die die Lage des Kopplungsgliedes (12) in der Weise beeinflussen, daß ein toter Punkt im Bewegungsablauf des Kopplungsgliedes (12) vermieden wird.

   6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen (23, 24) einer Statorspule (26) mit je einem Anschluß eines Kondensators (28) verbunden sind, so daß diese Statorspule (26) mit dem Kondensator (28) einen Schwingkreis bildet, der über einen elektronischen Schalter (29, 31) jeweils dann auf die Herzreizelektroden durchgeschaltet wird, wenn die Energie des Schwingkreises maximal ist

   7. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (29, 31) ^:n der Unruh untergebracht und an dieser befestigt ist.