DE2748006A1

DE2748006A1 - Implantierbares elektromedizinisches geraet

Info

Publication number: DE2748006A1
Application number: DE19772748006
Authority: DE
Inventors: Thomas L Jirak
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-11
Also published as: GB1582760A; US4119103A; NL7711727A; CA1100188A; AU2986977A; FR2368944A1

Description

Ger. P-258

MEDTRONIC, INC.
3O55 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440/V.St.A.

Implantierbares elektromedizinisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein implantierbares elektromedizinisches Gerät. Sie befaßt sich insbesondere mit einem implantierbaren elektromedizinischen Gerät, das ein austauschbares Stromversorgungsmodul aufweist. ,

Implantierbare elektromedizinische Geräte, beispielsweise Herzschrittmacher, sind bekannt und werden seit vielen Jahren praktisch benutzt. Derzeit wird, wenn die Stromquelle erschöpft ist, die gesamte Schrittmacheranordnung, bestehend aus einem Stromversorgungsmodul und einem elektronischen Reizsignalgeneratormodul, ausgetauscht. Ein Austausch nur der erschöpften Stromquelle hätte jedoch mehrere Vorteile. Zum einen ergeben sich Kosteneinsparungen, wenn der ursprüngliche Signalgeneratormodul beibehalten wird. Des weiteren vereinfacht »ich der Austausch, wenn der implantierte Signalgeneratormodul und die zugeordneten, mit dem zu stimulierenden Gewebe verbundenen Leitungen nicht gestört zu werden brauchen; die Gefährdung des Patienten wird

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minimiert. Außerdem wird eine größere Flexibilität dahingehend erzielt, daß eine Stromquelle gegen eine andersartige Stromquelle ausgetauscht werden kann, falls sich die bei dem betreffenden Patienten gegebenen Anforderungen ändern sollten.

Das allgemeine Prinzip, bei elektromedizinischen Geräten eine austauschbare Stromquelle vorzusehen, ist nicht neu; der Anwendung dieses Prinzips auf dem Gebiet von implantierbaren elektromedizinischen Geräten stehen jedoch erhebliche Hindernisse entgegen. Diese ergeben sich aus der feindlichen Umgebung, die auf die elektrolytischen Körperfluide zurückgehen. Diese leitfähigen Fluide dringen unvermeidbar zu der Verbindungsstelle zwischen den Stromversorgungs- und Signalgeneratormoduln und rufen einen Leckstrom von der Stromquelle über die Anschlußstifte oder andere Mittel vor, die zur elektrischen Verbindung der beiden Moduln vorhanden sind. Dieser Leckstrom setzt die aktive Lebensdauer des Gerätes wesentlich herab und bewirkt ein Korrodieren der Anschlußstifte.

Erfindungsgemäß wird diesen Schwierigkeiten dadurch begegnet, daß eine Koppeleinrichtung zum lösbaren Koppeln der elektrischen Energiequelle mit der Generatoreinrichtung und eine Begrenzereinrichtung zum Vermindern von Energieleckverlusten der Koppeleinrichtung vorgesehen sind, wobei die Begrenzereinrichtung eine Übertragungsanordnung zum

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periodischen Übertragen von elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle zu der Generatoreinrichtung aufweist.

Mit der Erfindung wird also zwar nicht verhindert, daß die Verbindungsteile der Moduln Körperfluiden ausgesetzt werden; es wird vielmehr di· Zeitspanne, während deren Energie zwischen den Moduln übertragen wird, auf einen Bruchteil der Zeit herabgesetzt, während deren im implantierten Zustand der Signalgeneratormodul herkömmlicherweise Energie aufnehmen würde. Infolgedessen werden Stromleckverluste proportional auf einen annehmbaren Wert verringert, da es zu einem Lecken nur während der Zeitspanne der Energieübertragung zwischen den Moduln kommt. Auch die auf Leckströme zurückzuführende Korrosion der Verbindungsteile wird auf ein akzeptables Maß beschränkt. Es wurden verschiedene AusfUhrungsformen entwickelt, bei de-

f nen durchweg interne elektronische Mittel vorgesehen sind, die die Energieübertragung zwischen den Moduln auf eine ausreichend kurze Zeitdauer begrenzen, um Leckströme wesentlich herabzusetzen, während jedoch sichergestellt ist, daß im Signalgeneratormodul ein für einen Betrieb ausreichender Energiepegel erhalten bleibt. Allgemein enthält der Stromversorgungsmodul ein· Energiequelle, beispielsweise eine Batterie, und eine EnergieUbertragungsanordnung, um periodisch Energie zu dem das Reizsignal erzeugenden Signalgeneratormodul zu Übermitteln. Im Stromver-

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sorgungsmodul oder im Signalgeneratormodul oder in beiden Moduln ist eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen, die die Energieübertragungsanordnung triggert oder aktiviert, so daß innerhalb einer kurzen Zeitspanne ausreichend Energie übertragen werden kann, um die Sign,algeneratorschaltung betriebsfähig zu halten. Die Triggerschaltung kann ein Oszillator sein, der für eine Energieübertragung in festen Intervallen sorgt. Statt dessen kann aber auch eine im Signalgeneratormodul untergebrachte Spannungssensorstufe vorgesehen sein, die den Energiepegel in einem Energiespeicher erfaßt, der die Signalgeneratorschaltung speist. Entsprechend einer bevorzugten, insbesondere für Herzschrittmacher geeigneten Ausführungsform ist eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen, die elektronische Schaltmittel in Abhängigkeit von der Erzeugung eines Gewebestimulations-Ausgangssignals und/oder in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal aktiviert, das von dem zu stimulierenden Gewebe empfangen wird.

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

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen implantierbaren Gerätes, wobei die Stromversorgungs- und Signalgeneratormoduln voneinander getrennt sind,

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um die Koppeleinrichtung erkennen zu lassen,

Fig. 2 ein Schaltbild des Gerätes entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 drei Diagramme für Spannungen, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten ,

Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 5 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform.

Das in Fig. 1 veranschaulichte implantable Gerät 1O weist einen Stromversorgungsmodul 12 und einen Signalgeneratormodul 14 auf. Der Modul 12 ist zylindrisch geformt und paßt in einen Hohlraum 16 des Moduls 14. Von der Oberfläche 18 des Moduls 12 stehen senkrecht zu dieser Oberfläche zylindrische Stifte 2O, 22 und 24 nach außen vor. Der Stift 2O ist mit der Energiequelle verbunden, während die Stifte 22 und 24 an einen elektronischen Schalter angeschlossen sind, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und noch näher erläutert ist. Der Modul 12 weist eine Lippe 26 und einen O-Ring 28 auf, der in eine komplementäre, ringförmige Ausnehmung 30 im Modul 14 ραβί. An der gegenüberliegenden Oberfläche 19 des Moduls 12 befindet sich eine Nase

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32, die das Fassen und Abnehmen des Moduls 12 vom Modul 14 erleichtert.

Der Signalgeneratormodul 14 weist ein Gehäuse 34 auf, in dem die elektronische Schaltungsanordnung untergebracht ist, die in bekannter Weise die vom Modul 12 angelieferte Energie in ein geeignetes Reizsignal umwandelt. Bei der Schaltungsanordnung kann es sich unter anderem um eine Schaltung zur Erzeugung von Herzschrittmacherimpulsen handeln, beispielsweise die Schaltung des implantierbaren, bipolaren Bedarfsherzschrittmachers gemäß Medtronic-Modell 5950. In der Stirnseite 36 des Hohlraums 16 befinden sich drei Buchsen 38, 4O und 42 zur Aufnahme der Stifte 20, 22 und 24. Bei gewissen Ausführungsformen, beispielsweise der Ausführungsform nach Fig. 5, sind nur zwei Anschlußstifte und zugehörige Buchsen oder äquivalente Verbindungsmittel erforderlich. Das Gehäuse 34 ist ferner mit einem Schuh 44 versehen, der zwei Öffnungen 46 und 48 zur Aufnahme von herkömmlichen elektrischen Leitungen 50 bzw. 52 bildet.

Fig. 2 zeigt teilweise in Blockform die elektronische Schaltungsauslegung entsprechend einer bevorzugten Ausführungs-

form der Erfindung. In dem Stromversorgungsmodul 12 ist eine elektrische Energiequelle 54 untergebracht, bei der es sich unter anderem um eine Quecksilber-, Lithium-, Silberoder Kernenergiequelle handeln kann. Eine bei der bevorzugten Ausführungsform benutzte typische Quecksilberenergie-

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quelle liefert beispielsweise eine Ausgangsspannung von 5,4 V. Diese elektrische Energiequelle versorgt den Signalgeneratormodul 14 mit Energie und erlaubt das normale Funktionieren des Schrittmachers, wenn der Stromversorgungsmodul 12 mit dem Signalgeneratormodul 14 verbunden wird. Die elektrische Kontakte bildenden Stifte 20, 22 und 24 des Moduls 12 kommen dabei mit den gleichfalls elektrische Kontakte bildenden Buchsen 38, 40 bzw. 42 des Signalgeneratormoduls 14 in Eingriff.

Nachdem der Stromversorgungsmodul 12 mit dem Signalgeneratormodul 14 verbunden ist, kommt eine Seite der elektrischen Energiequelle 54 über den Stift 2O und die Buchse 38 mit der einen Seite eines Energiespeichers in Eingriff, der bei der veranschaulichten Ausführungsform als Kondensator 56 ausgebildet ist. Die andere Seite des Kondensators 56 ist über eine Diode 58, den Stift 22 und die Buchse 40 an einen elektronischen Schalter angeschlossen, der vorliegend als Transistor 6O ausgelegt ist. Energie oder Strom kann von der elektrischen Energiequelle 54 über die Diode 58 zum Kondensator 56 gelangen und diesen aufladen, wenn der Transistor 6O leitet. Die anfängliche Energieübertragung reicht aus, um den Kondensator 56 auf den Wert aufzuladen, der erforderlich ist, daß ein parallel zum Kondensator 56 geschalteter Impulsgenerator 62 normal arbeitet. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer wird der elektronische Schalter 6O gesperrt; es gelangt kein weiterer Strom zum Energiespeicher

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56. Dadurch, daß man das Tastverhältnis der Energiezufuhr auf weniger als 2O % und vorzugsweise 10 % oder weniger beschrankt, werden die Energieleckverluste und die Korrosion, die andernfalls an den Kontakten auftreten würden, entsprechend begrenzt. Unter "Tastverhältnis" soll dabei 100 % mal der Dauer der Energieabgabeimpulse, geteilt durch die Periode der Energieabgabeimpulse verstanden werden. Für eine weitere Begrenzung des Leckstromes kann wahlweise dadurch gesorgt werden, daß ein Strombegrenzungswiderstand 64 vorgesehen wird, der zwischen die Kontakte 20/38 und 22/40 geschaltet ist und beide auf das gleiche Potential wie das der Energiequelle 54 abzüglich des Emitter/Kollektor-Spannungsabfalls im elektronischen Schalttransistor 6O bringt. Der Widerstand 64 hat einen hohen Widerstandswert, wodurch Stromverluste über diesen Widerstand begrenzt werden .

Das Gerät kann ferner mit einem Startschalter 66 ausgestattet sein. Wenn beim anfänglichen Zusammenbringen der Moduln 12 und 14 der elektronische Schalter 60 geöffnet werden sollte, bevor die Mindestenergie zum Betreiben des Impulsgenerators 62 im Energiespeicher 56 eingespeichert ist, kann der als Zungenschalter ausgebildete Startschalter 66 mittels eines nicht gezeigten externen Magneten betätigt werden. Dies sorgt für einen unmittelbaren Umgehungsstromkreis zwischen der Energiequelle 54 und den Kontakten 22/40, so daß anfänglich ausreichend Energie zu dem Energiespei-

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eher 56 übertragen werden kann.

Nachdem der Energiespeicher 56 anfänglich auf eine funktionsgerechte Spannung aufgeladen ist, erfolgt die weitere Energiezufuhr wahrend des Arbeitens des Gerätes durch die getriggerte Energieübertragung von dem Stromversorgungsmodul 12 zu dem Signalgeneratormodul 14 in vorbestimmten Intervallen.

Wenn der Stromversorgungsmodul 12 mit dem Signalgeneratormodul 14 verbunden und, falls notwendig, der Schalter 66 geschlossen wurde, wird der Impulsgenerator 62 mit Energie versorgt; er kann an den Anschlüssen bzw. Leitungen 5O, 52 Ausgangsimpulse erzeugen.

Für einen Bedarfsimpulsgenerator wie den Generator 62 ist es charakteristisch, daß ein Ausgangsimpuls an den Anschlüssen 5O und 52 nur auftritt, wenn das Herz des Patienten nicht mit einer brauchbaren Rate schlägt. Da bei manchen Patienten das Herz mehrere Stunden oder mehrere Tage lang ausreichend schlagen kann, kann man sich nicht auf das Ausgangssignal an den Anschlüssen 5O und 52 verlassen, um die Energieübertragungsanordnung zu steuern. Es stehen jedoch bei typischen Bedarfsimpulsgeneratoren gewisse Signale zur Verfügung, die jedesmal dann auftreten, wenn das Herz des Patienten schlägt, und zwar unabhängig davon, ob der Schlag spontan oder auf Grund eines Ausgangsimpulses

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hin erfolgt. Beispielsweise sind Bedarfsimpulsgeneratoren bekannt (Medtronic 5950), bei denen das Impulsintervall des Taktgabekondensators jedesmal dann zurückgestellt wird, wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt wird oder das Herz des Patienten auf natürliche Weise schlägt. Ein ahnliches Signal wird vom Impulsgenerator 62 aus über einen Widerstand 68 der Basis eines Transistors 7O zugeführt. Da dieses Signal jedesmal auftritt, wenn das Herz des Patienten schlägt, besteht keine Gefahr, daß der Kondensator 56 seine Ladung wahrend einer langen Zeitdauer von spontaner Herzaktivität verliert. Der Kollektor des Schalttransistors 70 ist über einen Widerstand 72 und Kontakte 20/38 mit der Energiequelle 54 verbunden. Der Widerstand 72 (1OO kß) und der Transistor 7O bilden die Bestandteile einer elektronischen Triggerstufe, die über die Kontakte 24/42 und einen Kondensator 74 mit der Basis des Transistors 60 verbunden ist. Eine Diode 76 und ein Widerstand 78 verbinden die Basis des Transistors 60 mit dem Emitter dieses Transistors und mit der Seite niedrigen Potentials der Energiequelle 54.

Wenn der Stromversorgungsmodul 12 und der Signalgeneratormodul 14 zusammengebracht werden und der Kondensator 74 entladen ist, fließt Strom von der positiven Seite der Stromquelle 54 über die Kontakte 20/38 und den Widerstand 72 zu den in Eingriff miteinander stehenden Kontakten 24/42. In den Impulsgenerator 62 fließt nur ein vernachlässigbarer Strom, weil der Transistor 60 zu diesem Zeitpunkt nicht-

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leitend ist. Der eine niedrige Kapazität (0,05/jF) aufweisende Kondensator 74 beginnt sich jedoch mittels des Stroms zu laden, der über den Widerstand 72 fließt. Die Anode der Diode 76 ist mit dem Widerstand 78, dem Emitter des Transistors 6O und der negativen Seite der Energiequelle 54 verbunden. Der Ladestrom des Kondensators 74 wird mittels der Diode 76 blockiert und fließt über den Widerstand 78 sowie in die Basis des Transistors 6ü. Der Widerstand 78 ist so gewählt, daß sein Wert (1O k£l) sehr groß im Vergleich zur Eingangsimpedanz des Transistors 6O ist. Infolgedessen kehrt der größte Teil des Kondensatorladestroms zur negativen Seite der Energiequelle 54 über die Basis des Transistors 6O zurück. Wenn in die Basis des Transistors 6O ausreichend Strom fließt, wird der Transistor entsperrt; er läßt Strom zwischen seinen Kollektor- und Emit-

teranschlüssen durch. Da der Kollektor des Transistors 60 mit den in Eingriff miteinander stehenden Kontakten 22/40 verbunden ist, werden diese Kontakte praktisch unmittelbar an die negative Seite der Energiequelle 54 angeschlossen. Bei entsperrtem Transistor 60 kann Strom von der positiven Seite der Energiequelle 54 über die Kontakte 20/38 zu dem eine hohe Kapazität (22 yuF) aufweisenden Energiespeicher 56 gelangen. Die Anode der Diode 58 ist mit dem Kondensator 56 verbunden, während die Kathode der Diode 58 an die Kontakte 22/4O angeschlossen ist. Die Diode 58 schließt den Ladestromkreis zwischen dem Kondensator 56 und der Energiequelle 54. Der Kondensator 56 lädt sich über den

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Transistor 6O weiter, solange sich der Kondensator 74 über den Widerstand 72 ladt. Nachdem jedoch der Kondensator 74 voll aufgeladen ist, wird der Basisstrom für den Transistor 60 verringert; der Transistor sperrt den Stromfluß zwischen seinen Kollektor- und Emitteranschlüssen. Die RC-Ladedauer des Kondensators 74 bestimmt daher die Zeitdauer der Energieübertragung von dem Stromversorgungsmodul 12 zu dem Signalgeneratormodul 14.

Nachdem der Transistor 6O gesperrt hat, gelangt kein weiterer Strom von der positiven Seite der Energiequelle 54 über die Kontakte 20/38 zum Kondensator 56. Der Kondensator 56 liefert jetzt Energie an den Impulsgenerator 62; die Diode 58 stellt nunmehr einen Strompfad hoher Impedanz zur negativen Seite der Energiequelle 54 dar. Der Leckstromwiderstand 64 bleibt zwischen die Kontakte 2O/38 und 22/40 geschaltet, um zu gewährleisten, daß beide Kontakte auf nahezu dem gleichen positiven Potential bleiben, um auf diese Weise den Leckstrom und die Kontaktkorrosion zu vermindern. Jeder Leckstrom, der sich aus einer Restpotentialdifferenz zwischen den Kontakten 2O/38 und 22/4O nach Sperren des Transistors 6O einstellt, fließt über den Widerstand 64 und nicht etwa zwischen den Kontakten. Die Diode 58 bildet eine hohe Impedanz zwischen dem positiven Potential und dem Ausgangsanschluß 52.

Durch Wahl eines Transistors 6O mit geeigneter Verstärkung

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und passender Werte für den Kondensator 74 und den Widerstand 72 wird gewährleistet, daß ausreichend Energie im Kondensator 56 gespeichert wird, um den Impulsgenerator 62 zu speisen, bis die nächste getriggerte impulsweise Energieübertragung zwischen den Moduln stattfindet. Handelt es sich bei dem Impulsgenerator 62 um einen Generator der in einem Bedarfsschrittmacher vorgesehenen Art, kann ein Triggerimpuls von einem von zwei Ereignissen abgeleitet werden, und zwar zum einen dann, wenn der Bedarfsschrittmacher einen Reizimpuls erzeugt, und zum anderen dann, wenn ein natürlicher Herzschlag erfaSt wird. In beiden Fällen entsperrt der zur Basis des Transistors 7O geleitete Triggerimpuls den Transistor 70. Der Kondensator 74 wird über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 70 zur Niederpotentialseite des Kondensators 56 hin entladen. Nachdem der Transistor 70 sperrt, ist der Kondensator 74 fast vollständig entladen; er kann sich über den Widerstand 72 erneut aufzuladen beginnen. In der zuvor beschriebenen Weise entsperrt dieser Ladestrom den Transistor 60; Energie wird von der Energiequelle 54 zum Kondensator 56 übertragen. Der Kondensator 56 lädt sich weiter, bis der Kondensator 74 voll aufgeladen ist und der Transistor 6O sperrt.

Das Verhältnis zwischen der Entsperrdauer und der Sperrdauer des Transistors 6O kann durch die Werte von Kondensator 74 und Widerstand 72 bestimmt werden. Durch geeignete Wahl dieser Werte lassen sich der Leckstrom und die Korrosions-

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geschwindigkeit απ den elektrischen Kontakten leicht »um den Faktor 5 bis 1O vermindern.

Es ist festzuhalten, daß die vorstehend beschriebene Anordnung selbststartend sein kann, falls der Kondensator 74 vollständig entladen ist, bevor der Stromversorgungsmodul 12 und der Signalgeneratormodul 14 zusammengebracht werden. Ist aus irgendeinem Grund der Kondensator 74 nicht vollständig entladen, würde der Transistor 6O nicht entsperrt. Vorsorglich kann daher der normalerweise offene magnetische Zungenschalter 66 geschlossen werden, indem ein Magnet über dem implantierten Gerät aufgelegt wird, um den Ladestromkreis des Kondensators 56 zu schließen.

Fig. 3 zeigt drei Spannungskurven, die bei dem Gerät mit der elektronischen Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten. Die erste Kurve A zeigt die am Kondensator 56 anliegende Spannung in Abhängigkeit von der Zeit. Die zweite Kurve B stellt die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 70 innerhalb einer entsprechenden Zeitdauer dar, Die dritte Kurve C zeigt die Spannung am Kondensator 74 während einer entsprechenden Zeitspanne.

Nach dem anfänglichen Zusammenbringen der Moduln 12 und 14 zum Zeitpunkt O in Fig. 3 sind die folgenden Strompfade vorhanden: (1.) positive Seite der Batterie 54 über die Kontakte 20/38, den Widerstand 72, die Kontakte 24/42, den Kon-

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densator 74 und den Basis/Emitter-Übergang des Transistors 6O zur negativen Seite der Batterie 54; (2.) positive Seite der Batterie 54 über die Kontakte 2O/38, den Kondensator 56, die Diode 58, die Kontakte 22/4O und die Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors 60 zur negativen Seite der Batterie 54. Der zweite Strompfad bewirkt, daß sich der Kondensator 56 entsprechend der Kurve A auf V₁ auflädt. Die Spannung am Kondensator 56 bleibt, falls die Schaltungselemente geeignet gewählt sind, über einer Mindestspannung V_min, die erforderlich ist, um den Impulsgenerator 62 innerhalb der Periode T zu betätigen. Energie wird vom Stromversorgungsmodul 12 zum Modul 14 während einer Zeitspanne t übertragen, die durch die Zeitdauer bestimmt ist, die der Kondensator 74 benötigt, um sich auf V_a6Q,nahezu die Spannung der Batterie 54, aufzuladen, wodurch der Transistor 6O gesperrt wird. Mit anderen Worten, T ist mit der RC-Zeitkonstante von Widerstand 72 und Kondensator 74 verknüpft.

Nach anfänglichem Zusammenbringen der Moduln ist die Impulsgeneratorschaltung betriebsbereit. Es können dann zwei Möglichkeiten auftreten; entweder wird durch den Schrittmacher ein natürlicher Herzschlag erfaSt, oder der Schrittmacher führt dem Herzen einen Impuls zu. In beiden Fällen wird der in der Kurve B gezeigte Impuls der Basis des Transistors 70 zugeführt, wodurch «in Stromkreis geschlossen wird, der vom Kondensator 74 über die Kontakte 24/42, die Kollektor/ Emitter-Strecke des Transistors 7O, die Diode 58, die Kon-

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takte 22/40 und die Kollektor/Emitter-Strecke des Transistors 60 zur Batterie 54 reicht. Auf diese Weise wird der Kondensator 74 nahezu vollständig entladen. Dieser niederohmige Weg bewirkt eine rasche Entladung des Kondensators 74; der Transistor 6O wird entsperrt; der Kondensator 56 wird innerhalb der Zeitspanne t weiter aufgeladen. Anschließend erfolgen Aufladungen des Kondensators auf immer höhere Spannungswerte entsprechend der Kurve A₁ wobei diese Werte erheblich über der Mindestarbeitsspannung V . für den Impulsgenerator 62 liegen. Die Impulsperiode ist in der Kurve B mit T bezeichnet. Die Energieübertragung über die Kontakte 20/38 und 22/4O (Kurve C) erfolgt wahrend 1OO χ t/T % der Gesamtdauer, wodurch der Leckstrom auf diesen Prozentsatz der Zeitdauer begrenzt wird. Vorzugsweise sollte t nur 1/5 oder weniger von T sein; noch günstiger ist ein Wert von 1/10 oder weniger.

Falls der Kondensator 56 nicht aufgeladen oder über V .

min

gehalten wird, kann es notwendig sein, den Schalter 66 zu schließen und den Kondensator 56 voll zu laden, damit der Impulsgenerator 62 zu arbeiten beginnt.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Energieübertragungsschaltung. Es versteht sich jedoch, daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Um für eine vorbestimmte Energieübertragung zwischen den Moduln zu sorgen, kann beispielsweise eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden, die

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auf den Betrag der im Energiespeicher 56 gespeicherten Energie anspricht und eine Übertragung von Energie vom Modul 12 zum Modul 14 nur bewirkt, wenn der Energiepegel des Energiespeichers 56 auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist. Diese Absenkung kann erfaßt werden,um den elektronischen Schalter 6O zu schließen und in der oben erläuterten Weise für die erforderliche Energieübertragung zu sorgen.

Fig. 4 zeigt, wie der Signalgeneratormodul 14 zusätzlich mit einer Spannungsüberwachungsschaltung 80 ausgestattet werden kann, um den Impulsgenerator derart zu modifizieren, daß die Energieübertragung zwischen den Moduln vom Energiepegel des Energiespeichers 56 abhängig wird. Bei dieser Ausführungsform kommt es nicht zu einer Entsperrung des Transistors 70 und einer Entladung des Kondensators 74, falls der Speicherkondensator 56 nicht auf einen vorbestimmten Wert entladen ist. Die Spannungsüberwachungsschaltung 80 ist zwischen den Widerstand 68 und den Transistor 70 der Ausführungsform gemäß Fig. 2 eingefügt. Die kombinierte Schaltungsanordnung arbeitet in der gleichen Weise wie die Ausführungsform nach Fig. 2, wenn die Moduln anfänglich zusammengebracht werden. Beim Arbeiten des Impulsgenerators 62 bewirken entweder ein natürlich auftretender Herzschlag oder ein Schrittmacherausgangsimpuls, daß der Impulsgenerator 62 einen Impuls abgibt, der über den Widerstand 68 einem Transistor 84 zugeführt wird und diesen entsperrt, wie dies im Falle des Transistors 70 der Ausführungsform nach

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Fig. 2 der Fall ist. Der Transistor 84 wird stromführend und legt die volle Spannung des Kondensators 56 an einen von Widerständen 88 und 96 gebildeten Spannungsteiler; außerdem wird über einen Widerstand 92 eine Vorspanndiode 94 leitend gemacht. Wenn die Spannung am Kondensator 56 einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, spannt der von den Widerständen 88 und 96 gebildete Spannungsteiler den Emitter eines Transistors 82 negativ mit Bezug auf die Basis dieses Transistors vor. Die Spannung an der Basis des Transistors 82 wird durch den Durchlaßspannungsabfall der Diode 94 bestimmt, wobei eine Lichtemissionsdiode typischerweise einen Durchlaßspannungsabfall von 1 1/2 V hat. Wenn der Emitter des Transistors 82 mit Bezug auf die Basis negativ vorgespannt wird, kann der Transistor 82 als gesperrt bezeichnet werden; er gibt keinen Impuls an die Basis des Transistors 70. Infolgedessen findet keine Energieübertragung zwischen den Moduln statt. Wenn die Spannung am Kondensator 56 jedoch unter den vorbestimmten Schwellwert abgefallen ist, ist die dem Emitter des Transistors 82 durch die Spannungsteilerwirkung der Widerstände 88 und 96 zugeführte Spannung unzureichend, um den Transistor 82 zu sperren. Der Transistor 82 wird vielmehr stromführend; er gibt einen Impuls an die Basis des Transistors 70. Der Transistor 70 löst dann in der gleichen Weise wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 2 eine Energieübertragung zwischen den Moduln aus. Ein Kondensator 90 der Spannungsüberwachungsschaltung 80 hat die Aufgabe, vom Transistor 84 erzeugte

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Schaltstörimpulse auszufiltern und daran zu hindern, den Transistor 82 zu entsperren, falls die Spannung am Kondensator 56 nicht unter den vorbestimmten Schwellwert abgefallen ist. Die Spannungsüberwachungsschaltung 80 verhindert also, daS Impulse vom Impulsgenerator 62 den Transistor 70 aufsteuern und eine Energieübertragung zwischen den Moduln auslösen, falls nicht die Spannung am Kondensator 56 unter einen vorbestimmten Schwellwert abgesunken ist. Nachdem die Spannung am Kondensator 56 den Schwellwert unterschritten hat, läßt die Spannungsüberwachungsschaltung 8O die Triggerimpulse durch, bis die Spannung am Kondensator¹ 56 über den Schwellwert angestiegen ist. Weil die Spannungsüberwachungsschaltung nur während jedes Energieübertragungs-Auslöseimpulses des Impulsgenerators 62 eingeschaltet wird, verbraucht sie keine nennenswerte Energiemenge. Oa keine Energieübertragung ausgelöst wird, solange dies nicht notwendig ist, sind die Koppelstellen 2O/38, 22/40 und 24/42 einer verminderten Korrosion ausgesetzt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ladungsübertragungsschaltung nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein im Stromvereorgungsmodul 12 untergebrachter Oszillator 84* vorgesehen, der die Kontakte 24/42, die zugehörigen Schaltungskomponenten und den Startschalter 66 der zuvor erläuterten Ausführung»formen Überflüssig macht. Bei dem Oszillator 84' kann es sich beispielsweise um einen astabilen Oszillator mit einer Wiederholrate von unge-

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fähr 75 Impulsen pro Minute und einer Impulsbreite zwischen 50 und 200 ms handeln. Jedesmal dann, wenn der Oszillator einen Impuls erzeugt, wird der Transistor 60 leitend gemacht, wodurch der Ladekreis für den Kondensator 56 während der Impulsdauer geschlossen wird.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 1000 MÜNCHEN U ■ ELtENSTHASSE 32

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Ger. Ρ-25Θ

Ansprüche

f 1.yimplantierbares elektromedizinisches Gerät mit einer elektrische Energie entwickelnden elektrischen Energiequelle, einer elektrische Energie aufnehmenden und in Abhängigkeit davon periodisch ein Gewebereizsignal erzeugenden Generatoreinrichtung mit einer Ausgangsstufe, die zwecks Übermittlung des Reizsignals zum Körpergewebe an eine Elektrodenanordnung ankoppelbar ist, gekennzeichnet durch eine Koppeleinrichtung (2O, 22, 38, 4O) zum lösbaren Koppeln der elektrischen Energiequelle (54) mit der Generatoreinrichtung (14) und eine Begrenzereinrichtung zum Vermindern von Energieleckverlusten der Koppeleinrichtung, die eine Übertragungsanordnung (6O, 70, 80, 84') zum periodischen Übertragen von elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle (54) zu der Generatoreinrichtung (14) aufweist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsanordnung eine Triggerstufe (7O, 72, 84·) zur periodischen Anlieferung eines Triggersignaist und eine Schaltungsstufe (6O₁ 72, 74) aufweist, die auf

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KUNSPMCHER: M11/401WJ» · KAUU ILtCTWCiATINT MÜNCHEN

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Grund des Triggersignals elektrische Energie über die Koppeleinrichtung (20, 22, 38, 40) übertreten läßt.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatoreinrichtung (14) einen elektrischen Energiespeicher (56) zur Aufnahme und Speicherung von elektrischer Energie aufweist, die mittels der Übertragungsanordnung (60, 70, 80, 84') von der Energiequelle (54) aus übertragen wird.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsanordnung (60, 70, 80) einen Bezugspotentialgeber (94) zur Bildung eines elektrischen Bezugspotentials und einen auf das Bezugspotential und das elektrische Potential der im Energiespeicher (56) gespeicherten elektrischen Energie ansprechenden Vergleicher (82, 88, 96), der ein Triggersignal liefert, wenn das Potential der gespeicherten Energie unter das Bezugspotential absinkt und eine Schaltungsstufe (60) aufweist, die auf Grund des Triggersignals elektrische Energie über die Koppeleinrichtung (2O, 22, 38, 4O) übertreten läßt.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsstufe (6O, 72, 74) ein Zeitglied (72, 74) aufweist, das auf das Triggersignal ansprechend die Schaltungsstufe für eine vorbestimmte

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Dauer leitend macht.
6. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerstufe eine Oszillatorschaltung (84") aufweist, die auf elektrische Energie von der Energiequelle (54) ansprechend das Triggersignal in regelmäßigen, festen Zeitintervallen bildet.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerstufe (7O₁ 72) eine Schaltungsanordnung aufweist, die auf die Erzeugung eines Gewebereizsignals durch die Generatoreinrichtung (14) ansprechend ein entsprechendes Triggersignal liefert.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Sensorstufe, die auf von einem Körperorgan gebildete elektrische Signale ansprechend das Arbeiten der Generatoreinrichtung (14) für eine vorbestimmte Zeitdauer zurückstellt.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, da6 die Triggerstufe (7O, 72) eine Schaltungsanordnung aufweist, die auf das Rückstellen der Generatoreinrichtung (14) mittels der Sensorstufe ansprechend ein entsprechendes Triggersignal bildet.

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1O. Gerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Koppelglieder (20, 22, 38, 4O) und Schaltungsmittel (64) vorgesehen sind, die zwecks Vermeidung von elektrischen Energieleckverlusten zwischen den Koppelgliedern die Koppelglieder
in den Zeitintervallen zwischen den periodischen Energieübertragungen auf dem gleichen elektrischen Potential halten.

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