DE3314488C2

DE3314488C2 - Implantierbarer Defibrillator

Info

Publication number: DE3314488C2
Application number: DE3314488A
Authority: DE
Inventors: Stanley Monrad Pittsburgh Pa. Bach jr.; Mir Imran; Steve Andrew Leechburg Pa. Kolenik
Original assignee: Individual
Current assignee: Mirowski Family Ventures Washington Dc LLC
Priority date: 1982-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1987-02-05
Also published as: GB2121288A; NL8301391A; GB2159718B; GB8513802D0; US4614192A; DE3314488A1; NL189950C; NL189950B; GB2121288B; CA1223643A; GB8310661D0; GB2159718A; FR2530475A1; FR2530475B1

Abstract

Ein implantierbares Herzrhythmuskorrekturgerät besitzt eine bipolare Elektrode zum Erfassen der R-Zacke und bestimmt unter Mitteilung der Herzfrequenz und durch Erfassung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, ob eine automatische Rhythmuskorrektur des Herzens eines Patienten erforderlich ist oder nicht. Durch eine verbesserte zweipolige Elektrode wird eine sehr genaue Erfassung der R-Zacke ermöglicht. Das implantierbare System ist ferner imstande, auf Grund einer Abfragung mittels eines Magneten eine akustische Anzeige der richtigen Anordnung der bipolaren Elektrode im Körper eines Patienten abzugeben, akustisch den (aktivierten oder desaktivierten) Zustand des implantierten Geräts anzuzeigen, auf Anforderung ein Signal abzugeben, das mit gespeicherter Information moduliert ist, die besagt, wie oft eine Herzrhythmuskorrektur des Patienten vorgenommen worden ist, zu verhindern, daß ein von außen zur Herzrhythmuskorrektur angelegter Impuls zwischen den Elektroden kurzgeschlossen wird, und die mittlere Herzfrequenz anzuzeigen.

Description

Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Defibrillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger implantierbarer Defibrillator ist aus der US-PS 42 10 149 bekannt. Der vorbekannte Defibrillator gibt zur Information des Patienten ein Tonsignal ab, wenn beispielsweise ein Fibrillieren festgestellt wird.
Aus der DE-OS 22 16 043 ist eine Vorrichtung zum Überprüfen des Funktionszustandes von implantierten elektrischen Reizimpulsgebern, insbesondere von Herzschrittmachern, bekannt, bei dem die künstlichen Reizimpulse mit Hilfe von Tonsignalen hörbar gemacht werden. Der dazu dienende Lautsprecher ist dabei nicht implantiert, sondern befindet sich außerhalb des Körpers.
Die DE-OS 25 20 387 offenbart eine Prüfeinrichtung für einen künstlichen Schrittmacher, insbesondere Herzschrittmacher, mit der Informationen aus dem Schrittmacher vom Körperinneren nach außen mit Hilfe von Tonsignalen übertragen werden.
Diese vorbekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die Lage der Elektroden am Herzen nicht ermittelt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Defibrillator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem mittels der Tonsignale zusätzlich eine Information über die einwandfreie bzw. nicht einwandfreie Lage der Elektroden am Herzen nach außen übertragen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die danach vorgesehene Logikschaltung liefert drei verschiedene Tonsignale in Abhängigkeit davon, ob der Schutzrohrkontakt im blockierten Zustand ist, ob der Schutzrohrkontakt im aktivierten Zustand ist und die Elektrode richtig positioniert ist oder ob der Schutzrohrkontakt im aktivierten Zustand ist und die Elektrode nicht richtig positioniert ist. Im ersten Fall wird ein kontinuierliches Steuersignal abgegeben, im zweiten Fall ein periodisches Steuersignal und im dritten Fall kein Steuersignal. Die richtige bzw. nicht richtige Lage der Elektroden am Herzen wird dadurch nach außen übertragen. Dadurch, daß ein Zeitschalter und ein Zustands-Flipflop vorgesehen sind, so daß der Ringmagnet den Zustand des Zustands-Flipflops nur dann ändert, wenn der Ringmagnet den Schutzrohrkontakt über einen vorbestimmten Zeitraum hinaus betätigt hat, wird erreicht, daß das Anlegen des Ringmagneten für einen kürzeren Zeitraum für andere Zwecke genutzt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Wenn die Tonsignalerzeugungseinrichtung aus einem piezoelektrischen Wandler besteht, kann das Tonsignal auf besonders einfache Weise erzeugt werden. Der piezoelektrische Wandler ist vorteilhaft mit dem Gehäuse des Defibrillators verbunden und die Betriebsfrequenz des piezoelektrischen Wandlers entspricht vorteilhaft einer Eigenfrequenz des Gehäuses des Defibrillators, damit die Wand des Gehäuses des Defibrillators wirksam in Schwingungen versetzt werden kann und dadurch das Tonsignal mit einer minimalen Energie erzeugt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltschema der implantierten und externen Komponenten des implantierbaren Defibrillators mit den beanspruchten Merkmalen und
Fig. 2 die Anordnung eines piezoelektrischen Kristalls an der Wand eines Gehäuses, das die implantierbaren Komponenten des Defibrillators gemäß der Fig. 1 umschließt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltschema der internen und externen Komponenten eines Ausführungsbeispieles. Die implantierbaren Komponenten sind von einem nicht gezeigten, metallischen Gehäuse umschlossen und bilden einen Bereitschafts-Defibrillator, der Herzrhythmusstörungen erfaßt. Aufgrund der Erfassung dieser Herzrhythmusstörungen kann der Defibrillator an das Herz des Patienten eine Folge von Defibrillationsimpulsen (25 bis 30 Joule) abgeben, deren Anzahl in einem Speicher, beispielsweise einem Zähler, gespeichert wird. Nach dem ersten Impuls wird der Herzrhythmus erneut erfaßt, und wenn immer noch eine Rhythmusstörung vorliegt, wird ein Aufladevorgang eingeleitet und nach durchgeführter Aufladung ein zweiter Impuls abgegeben.
Mit dem Herzen des Patienten und den Defibrillatorschaltungen sind mehrere Elektroden verbunden, die Meßwerte von dem Herzen an den Defibrillator übertragen und die energiereichen Defibrillationsimpulse von dem Defibrillator an das Herz abgeben. Zu diesen Elektroden gehören eine bipolare Meßelektrode 18, die in der rechten Herzkammer angeordnet werden kann und zum Erfassen der durch die Kontraktionen der Herzkammer erzeugten elektrischen Aktivität dient, und auf entgegengesetzten Seiten des Herzens angeordnete Elektroden 20 und 22, die zum Erfassen der elektrischen Aktivität und zur Abgabe der Defibrillationsimpulse dienen. Die Elektrode 20 wird in der superior vena cava angeordnet. Die Flächenelektrode 22 wird in der Nähe der Herzspitze mit dem Herzmuskel verbunden.
Zu den externen Komponenten des Defibrillators gehört eine Demodulations- und Dekodierschaltung 12, die HF-Signale demoduliert und Fernmeßdaten dekodiert, die in der bevorzugten Ausführungsform durch stromführende Leiter der implantierten Defibrillatorschaltungen elektromagnetisch übertragen werden. Eine Sichtanzeige 14 zeigt die Ladezeit an, die zum Aufladen eines zu dem Defibrillator gehörenden Kondensators zur Speicherung von Hochspannungsenergie erforderlich ist, sowie die in dem implantierten Defibrillator gespeicherte Impulszahl.
Wenn man bei subkutan implantiertem Defibrillator einen Ringmagneten 21 in nächster Nähe eines in dem Gehäuse des Defibrillators befindlichen Schutzrohrkontakts 24 auf die Haut des Patienten legt, wird ein NF-Oszillator 50 angesteuert, so daß er NF-Signale erzeugt, die bei aktivem Defibrillator mit dem Herzschlag synchron sind und die bei inaktivem Defibrillator einen Dauerstrich darstellen. Weiterhin wird, wenn der Ringmagnet 21 länger als während eines vorherbestimmten Zeitraums von beispielsweise 30 Sekunden an Ort und Stelle bleibt, ein Zustands-Flipflop 26 umgetastet. Wenn bei aktivem Defibrillator der Ringmagnet 21 nur kurzzeitig angelegt wird, gibt der Defibrillator Informationen ab, die die Impulszahl und die Ladezeit des Kondensators betreffen.
Der Defibrillator besitzt eine WDF-Schaltung 28 zur Analyse der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion sowie eine Frequenzanalysier- und -mittelungsschaltung 30, die dazu dient, ein die Kammerkontraktionen des Herzens anzeigendes Frequenzsignal zu messen, zu analysieren und zu mitteln. Wenn die Schaltungen 28 und 30 eine Herzrhythmusstörung erfassen, gibt jede von ihnen ein Eingangssignal an ein UND-Glied 32 ab, das daraufhin ein Vorbereitungssignal an eine Steuerschaltung 34 abgibt, um diese für die Abgabe eines Defibrillationsimpulses über die Elektroden 20 und 22 an das Herz des Patienten vorzubereiten. Die Schaltung 34 enthält einen Hochspannungs-Inverter.
Der Defibrillationsimpuls wird jedoch nur abgegeben, wenn die Steuerschaltung 34 in einen aktiven Zustand überführt worden ist. Zu diesem Zweck wird mittels des Ringmagneten 21 das Zustands-Flipflop 26 umgetastet, so daß es von seinem Ausgang Q ein Signal EN an die Steuerschaltung 34 abgibt, die dadurch aktiviert wird. Ferner gibt die Frequenzanalysierschaltung 30 über den Leiter 35 ein mit der Kammerkontraktion des Herzens synchrones Signal als Zeitsteuersignal an die Steuerschaltung 34 ab, damit die Abgabe der Defibrillationsimpulse synchron mit den Kammerkontraktionen erfolgt. Diese Synchronisation gewährleistet, daß der Defibrillationsimpuls eine wirksame Defibrillationswirkung auf das Herz ausübt und die Gefahr einer Beschleunigung des Herzrhythmus herabgesetzt wird.
Zum Zählen der abgegebenen Defibrillationsimpulse gibt die Steuerschaltung 34 bei jeder Abgabe eines Defibrillationsimpulses einen Impuls CT an eine Impulszählschaltung 38, 39 ab. Der ein Register 38 enthaltende, digitale Impulszähler spricht auf das von der Steuerschaltung 34 abgegebene Impulssignal CT an so daß in dem Zähler 38 die abgegebenen Defibrillationsimpulse gezählt und gespeichert werden. Der Zählstand des Zählers 38 kann während einer mit dem Ringmagneten 21 durchgeführten Prüfung elektromagnetisch abgefragt werden. Bei aktivem Defibrillator wird die Prüfung eingeleitet, indem der Ringmagnet 21 über dem Schutzrohrkontakt 24 aufgelegt und nach kurzer Zeit wieder weggenommen wird.
Dadurch wir der Hochspannungs-Inverter angesteuert, worauf die Logikschaltung 40 ein Fernmeßsteuersignal abgibt, welches bewirkt, daß der Wandler 39 die digitale Zählstandsinformation in serielle Daten umwandelt und deren Bits an einen Impulsdauer-Modulator 90 abgibt, der über den Frequenzmodulator 92 die Frequenz des Inverters moduliert. Bei aktivem Inverter erzeugt dessen Spule ein HF-Signal, das von dem externen Demodulator demoduliert wird. Durch die Demodulation des HF-Signals wird die Ladezeit des Speicherkondensators und ferner die Gesamtzahl der an den Patienten abgegebenen Defibrillationsimpulse erfaßt. Nach der Demodulation bewirkt der Demodulator 12 eine Sichtanzeige der Ladezeit des Kondensators sowie der Anzahl der von dem Defibrillator abgegebenen Impulse.
Der Zustand des implantierten Defibrillators wird durch bestimmte Tonsignale angezeigt, die der NF-Oszillator 50 über den piezoelektrischen Wandler 52 abgibt. Bei aktivem Defibrillator gibt das Zustands-Flipflop 26 ein Signal an den einen Eingang eines UND-Gliedes 44 ab, an dessen anderen Eingang die Frequenzanalysierschaltung 30 periodische Kammerschlagsignale anlegt. Wenn sich der Ringmagnet 21 in der Nähe des Schutzrohrkontaktes 24 befindet, bewirkt die Abgabe jedes Kammerschlagimpulses durch die Frequenzanalysierschaltung 30, daß das UND-Glied 48 durchgeschaltet und der NF-Oszillator 50 angesteuert wird. Bei mittels des Ringmagneten 21 geschlossenem Schutzrohrkontakt 24 wird an den Inverter 46 ein O-Signal und an das UND-Glied 48 ein 1-Signal angelegt. Der NF-Oszillator 50 steuert dann einen piezoelektrischen Wandler 52 aus, der direkt an dem Gehäuse des implantierten Defibrillators angebracht ist. Wenn daher bei aktivem Defibrillator das Zustands-Flipflop 26 ein Signal über seinen Ausgang Q abgibt, werden periodisch Tonsignale abgestrahlt, die mit dem Herzschlag synchron sind. In der bevorzugten Ausführungsform schwingt der piezoelektrische Wandler 52 mit einer Frequenz von etwa 3000 Hz, so daß die von ihm abgestrahlten Tonsignale von einer Person wahrgenommen werden können, die sich im Bereich des von dem piezoelektrischen Wandler 52 abgestrahlten Schalles befindet. Die von dem piezoelektrischen Wandler 52 synchron mit dem Herzschlag abgestrahlten Tonimpulse zeigen somit an, daß die bipolare Elektrode 18 im Herzen des Patienten richtig angeordnet ist.
Im inaktiven Zustand des Zustands-Flipflops 26 gibt dieses kein signal EN ab, so daß das UND-Glied 44 gesperrt ist, und gibt das Zustands-Flipflop 26 über seinen Ausgang Q an einen Eingang des UND-Gliedes 48 ein Dauerstrichsignal ab. Bei inaktivem Zustands-Flipflop 26 bewirkt die Anordnung des Ringmagneten 21 in der Nähe des Schutzrohrkontaktes 24 ebenfalls, daß über den Inverter 46 ein Dauerstrichsignal an den anderen Eingang des UND-Gliedes abgegeben wird. Infolgedessen wird der NF-Oszillator 50 ständig ausgesteuert, so daß der piezoelektrische Wandler 52 ein Dauerstrich- Tonsignal von etwa 3000 Hz abstrahlt.
Somit wird der aktive Zustand des Defibrillators durch ein getastetes Tonsignal und der inaktive Zustand des Defibrillators durch einen Dauerton angezeigt.
Wenn im aktiven Zustand des Defibrillators die bipolare Meßelektrode 18 nicht richtig in der rechten Herzkammer angeordnet ist, wird überhaupt kein Tonsignal abgestrahlt, weil die Kammerschlagsignale nicht erfaßt werden. Die Erzeugung eines Tonsignals zeigt also an, daß die bipolare Elektrode 18 richtig im Bereich der rechten Herzkammer angeordnet ist.
Die Betriebsfrequenz des NF-Oszillators 50 und des piezoelektrischen Wandlers 52 ist so gewählt, daß sie im wesentlichen der Eigenschwingungsfrequenz des starren Gehäuses entspricht, das die Schaltungen des Defibrillators umschließt, so daß der piezoelektrische Wandler 52 zum Erzeugen eines Tonsignals mit einer gegebenen Lautstärke nur eine minimale Energie benötigt.
In der Fig. 2 ist gezeigt, wie der piezoelektrische Wandler 52, der aus einem Piezokristall besteht, auf der Innenfläche einer Wand 51 des implantierbaren Gehäuses montiert ist. Damit die Wand 51 des Gehäuses wirksam in Schwingungen versetzt wird, sind eine Fläche des Kristalls 52 und die Innenfläche der Wand 51 miteinander durch eine massive Schicht 53 eines Epoxhydharzklebers, beispielsweise aus Eccobond 24 verbunden. Diese Schicht enthält ein Isolierband 55. Vorzugsweise ist zwischen dem Kristall 52 und der Wand 51 kein Luftraum vorhanden, sondern wird die Wand 51 selbst zu NF-Schwingungen angeregt.
Zum Verändern des Zustandes des Defibrillators mittels des Zustands-Flipflops 26 wird der Ringmagnet 21 während eines Zeitraums, der länger ist als ein vorherbestimmter Zeitraum, der in der bevorzugten Ausführungsform 30 Sekunden beträgt, über dem Schutzrohrkontakt 24 gehalten. Wenn der Ringmagnet 21 länger als 30 Sekunden in einer Stellung gehalten wird, in welcher der Schutzrohrkontakt 24 geschlossen ist, erzeugt ein 30-Sekunden-Zeitschalter 54 ein Signal CK, das ein Umtasten des Zustands-Flipflops 26 bewirkt. Der Zeitschalter 54 enthält vorzugsweise ein RC-Ladenetzwerk, das in einer Kippschaltung angeordnet ist und das Signal CK erzeugt. Man kann als diesen Verzögerungs-Zeitschalter 54 jeden geeigneten Zeitschalter verwenden, der auf den Schutzrohrkontakt 24 anspricht, beispielsweise einen digitalen Zeitschalter. Im inaktiven Zustand bewirkt das Zustands-Fipflop 26 das Öffnen der Stromkreise, die zum Speisen aller dann nicht benötigten Komponenten des Defibrillators dienen, so daß den nicht gezeigten Batterien möglichst wenig Strom entnommen wird. Im inaktiven Zustand des Defibrillators brauchen nur die zur Zustandsänderung und zum Erzeugen des Tonsignals dienenden Stromkreise gespeist zu werden. Im aktiven Zustand wird mit dem Signal EN ein nicht gezeigter elektronischer Schalter geschlossen, über den dann die Frequenzanalysierschaltung 30 und die WDF-Schaltung 28 mit elektrischem Strom gespeist werden.

Claims

1. Implantierbarer Defibrillator zur Defibrillation des Herzens mit einer Tonsignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Tonsignalen, die außerhalb des Körpers des Patienten hörbar sind, mit einem Schutzrohrkontakt, der einen aktivierten und einen blockierten Zustand hat zur Aktivierung bzw. Blockierung des Defibrillators, mit einem Ringmagneten zur Aktivierung des Schutzrohrkontaktes und mit einer Meßelektrode zur Ermittlung der R- Wellen, gekennzeichnet durch
einen Zeitschalter (54) mit nachgeschaltetem Zustands- Flipflop (26), so daß der Ringmagnet (21) den Zustand des Zustands-Flipflops (26) nur dann ändert, wenn der Ringmagnet (21) den Schutzrohrkontakt (24) über einen vorbestimmten Zeitraum hinaus betätigt,
eine Frequenzanalysierschaltung (30), die mit der Meßelektrode (18) zur Ermittlung der R-Wellen des Herzens des Patienten verbunden ist und
eine Logikschaltung (44, 46, 48), die mit dem Tonsignalerzeuger (50, 52), dem Schutzrohrkontakt (24) und der Frequenzanalysierschaltung (30) verbunden ist und die bei auf den Schutzrohrkontakt (24) einwirkendem Ringmagneten (21) folgende Steuersignale an die Tonsignalerzeugungseinrichtung (50, 52) liefert:

a) ein kontinuierliches Steuersignal, wenn das Zustands- Flipflop (26) in nichtaktiviertem Zustand ist,

b) ein periodisches Steuersignal synchron mit dem R- Wellenausgang der Frequenzanalysierschaltung (30), wenn das Zustands-Flipflop (26) im aktivierten Zustand ist und die Meßelektrode (18) im Herzen des Patienten richtig positioniert ist, und

c) kein Steuersignal, wenn das Zustands-Flipflop (26) im aktivierten Zustand ist und die Meßelektrode (18) im Herzen des Patienten nicht richtig angeordnet ist,

wobei die Tonsignalerzeugungseinrichtung (50, 52) jeweils ein kontinuierliches Tonsignal, ein periodisches Tonsignal oder kein Tonsignal in Abhängigkeit von den Steuersignalen a, b und c erzeugt.

2. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonsignalerzeugungseinrichtung einen piezoelektrischen Wandler (52) enthält.

3. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (52) mit dem Gehäuse (51) des Defibrillators verbunden ist und daß die Betriebsfrequenz des piezoelektrischen Wandlers (52) einer Eigenfrequenz des Gehäuses (51) entspricht.