DE68925218T2

DE68925218T2 - Verfahren und Apparat zur Anwendung von asymmetrischen, zweiphasigen, abgeschnittenen exponentiellen Gegenschocks

Info

Publication number: DE68925218T2
Application number: DE1989625218
Authority: DE
Inventors: John R Batty; Coriolis Paul E De; Bruce J Shook
Original assignee: Telectronics NV
Current assignee: Telectronics NV
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2009-01-20
Also published as: EP0326290B1; DE68925218D1; EP0326290A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verabreichungen von Gegenschocks an das Herz. Insbesondere betrifft sie Kardioverter und Defibrillatoren, die zugeschnittene exponentielle Impulse liefern, und implantierbare Vorrichtungen dieser Art.
Herzkammerarrhythmien sind potentiell tödlich. Bei chaotischer, unkoordinierter Muskelkontraktion, bekannt als Fibrillieren bzw. Flimmern, kann der Tod innerhalb von Minuten nach dem Einsetzen eintreten. Um das Fibrillieren in eine organisierte, langsamere Herzrate umzuwandeln, wird ein elektrischer Gegenschock verabreicht. Ein Hochenergieimpuls von 400 Joule oder weniger wird unter Verwendung eines externen Defibrillators an die Brustkorbwand angelegt. Solche externen Defibrillatoren befinden sich jedoch nur in Krankenhäusern und in Rettungsfahrzeugen. Da der Tod innerhalb von 10 Minuten eintreten kann, kann medizinische Hilfe zu spät kommen, um den Patienten zu retten.
Bei Patienten, die bereits eine Kammerflimmerepisode überlebt haben, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß sie erneut auftritt.
Außerdem besteht bei Patienten, die eine anhaltende symptomatische Herzkammertachykardie erlebt haben, ein Risiko insofern, als solche Arrhythmien sich in Flimmern umwandeln. Gerade diese Patienten profitieren von einem implantierbaren Kardioverter oder Defibrillator.
Ein implantierbarer Kardioverter oder Defibrillator muß in der Lage sein, elektrische Herzkammeraktivität zu erfassen, zu bestimmen, ob die erfaßte elektrische Aktivität eine Herzkammertachykardie oder ein Kammerflimmern ist, und eine Schaltung freizugeben, die dann einen Hochenergieimpuls an Elektroden liefert, die mit dem Herzen in Verbindung stehen, um Kardioversion (einen Schock synchron mit dem Herzzyklus) oder Defibrillierung durchzuführen.
Bei bekannten implantierbaren Defibrillatoren ist bisher ein zugeschnittener bzw, abgehackter exponentieller Impuls (Trapezimpuls) von 25 Joule oder darüber verwendet worden. Ein solcher Trapezimpuls wird von einigen externen Defibrillatoren erzeugt, aber häufiger wird eine gedämpfte Sinuswelle verwendet. Externe Defibrillatoren erfordern eine höhere Energiequelle, bis zu 400 Joule, wegen des Energieverlusts durch die Brustkorbwand.
Schuder et al, in "Ultrahigh-Energy Hydrogen Thyratron/SCR Bidirectional Waveform Defibrillator", Med. & Biol. Eng. & Comput., Vol. 20, Seite 419-424 (Juli 1982) beschreiben eine symmetrische bidirektionale zugeschnittene exponentielle Wellenform mit weniger als 10% Abfall, so daß sie sich einer Rechteckwellenform nähert, und eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen einer solchen Wellenform. Der bidirektionale Impuls, wie er von Schuder et al, beschrieben wird, gehört zu einem ziemlich großen externen Defibrillator. Solche bidirektionalen Impulse können defibrillieren und beeinflussen scheinbar das Ergebnis nachfolgender Defibrillierversuche nicht negativ. Ein großer Teil der im Kondensator gespeicherten Energie geht jedoch verloren, weil die Ladung des Kondensators am Ende jeder Phase abgegeben werden muß, wenn die Spannung noch einen großen Bruchteil der Anfangsladungsspannung beträgt.
Bei einem implantierbaren Defibrillator muß Platz eingespart werden, damit die implantierbare Einheit nicht groß wird. Da die Batterieenergie in einer implantierbaren Einheit ferner endlich ist, ist jede Erhöhung des Wirkungsgrades, die durch vollständigere Ausnutzung der gespeicherten Energie (gemessen in Joule) oder durch die Verringerung der Defibrillierschwelle erreicht werden kann, äußerst wichtig. Eine solche Erhöhung des Wirkungsgrads verlängert die Lebensdauer des Implantats, wodurch die Häufigkeit des Auswechselns des Implantats und die Kosten, die mit der ineffizienten Vorrichtung in Verbindung stehen, und zwar aufgrund der Kosten der Vorrichtung selbst und der chirurgischen und Krankenhauskosten, die infolge des Austauschs verursacht werden, verringert werden. Obwohl der Austausch ein ziemlich einfaches Verfahren ist, ist der Patient dennoch den Risiken ausgesetzt, die mit jeder Art von chirurgischem Eingriff verbunden sind. Außerdem hat die Verringerung der Defibrillierschwelle, während sie Energie spart, auch noch die vorteilhafte Wirkung, daß sie Unbequemlichkeiten für den Patienten verringert, wenn der Defibrillierschock verabreicht wird.
Die europäischen Patentanmeldungen EP-A-0324380, EP-A-0280526 und EP-A-0281219 sind für die vorliegende Anmeldung nach PVÜ. Artikel 54(3) relevant. Jede dieser Anmeldungen betrifft eine Vorrichtung zum Verabreichen von Elektrotherapie an ein Herz auf ähnliche Weise, wie es in Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung definiert ist.
In JACC, Februar 1987, Vol. 9, No. 2, Seite 142A wird in WINKLE et al. "Improved Low Energy Defibrillation Efficacy in Man Using a Biphasic Truncated Exponential Waveform" ein implantierbarer Defibrillator offenbart, der eine zweiphasige zugeschnittene exponentielle Wellenform verwendet.
Der Artikel mit dem Titel "Defibrillation of 100 kg calves with asymmetrical bidirectional, rectangular pulses", veröffentlicht in Cardiovascular Research, 1984, Vol. 18. Seite 419-426 offenbart einen externen Defibrillator, der einen asymmetrischen zweiphasigen Rechteckimpuls verwendet.
Verschiedene Aspekte der Erfindung werden nachstehend beschrieben, ohne den Schutzvorgang der Erfindung einzuschränken.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verabreichen von Elektrotherapie an das Herz bereitzustellen, das bzw. die energieeffizient ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Defibrillieren des Herzens mit einer relativ niedrigen Defibrillierschwelle bereitzustellen.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Verabreichen von Elektrotherapie an das Herz bereitzustellen, die in den Körper implantiert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verabreichen von zweiphasigen Gegenschocks an das Herz unter Verwendung eines einzigen Kondensators oder einer einzigen Kondensatorbank zur Energiespeicherung bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Schaltimpulsschaltung, die die Verwendung einer einzigen Kondensatorbank in einer Vorrichtung ermöglicht, und ein Verfahren zum Verabreichen von Elektrotherapie an das Herz bereitzustellen, wobei die Schaltung die Spannungsbelastungen der darin vorhandenen Komponenten minimiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine implantierbare Vorrichtung zum Verabreichen von Elektrotherapie an ein Herz bereitgestellt, mit:
einer Erkennungseinrichtung, die auf ein elektrisches Signal vom Herzen anspricht, zum Bestimmen, wann das Herz Elektrotherapie benötigt;
eine kapazitive Energiespeichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, die dem Herzen zuzuführen ist;
einer Energiequelleneinrichtung zum Liefern der elektrischen Energie an die Energiespeichereinrichtung;
einer Leitereinrichtung zum Leiten der gespeicherten elektrischen Energie von der Energiespeichereinrichtung an das Herz; und
einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Leitereinrichtung mit einer ersten Polarität, um einen ersten Schock zu verabreichen, und mit einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, um einen zweiten Schock zu verabreichen, und zwar nach Verabreichung des ersten Schocks, wobei die Verbindungseinrichtung aufweist:
eine erste Schaltereinrichtung, mit einem ersten und einem zweiten Schalter in Reihe, zum Verbinden eines ersten Anschlusses der Energiespeichereinrichtung mit einer ersten Leitung zum Herzen, wobei eine in einer Richtung leitende Einrichtung den zweiten Reihenschalter überbrückt;
eine zweite Schaltereinrichtung zum Verbinden eines zweiten Anschlusses der Energiespeichereinrichtung mit der zweiten Leitung zum Herzen;
eine dritte Schaltereinrichtung zum Verbinden des ersten Anschlusses der Energiespeichereinrichtung mit der zweiten Leitung zum Herzen; eine dritte Schaltereinrichtung zum Verbinden des ersten Anschlusses der Energiespeichereinrichtung mit der zweiten Leitung zum Herzen;
eine vierte Schaltereinrichtung zum Verbinden des zweiten Anschlusses der Energiespeichereinrichtung mit einem Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter; und
eine Zeitsteuereinrichtung zum Schließen des ersten und des zweiten Reihenschalters und der zweiten Schaltereinrichtung zu einer ersten Zeit, zum Öffnen des ersten und des zweiten Reihenschalters und der zweiten Schaltereinrichtung zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit, zum Schließen der dritten Schaltereinrichtung und der vierten Schaltereinrichtung zu einer dritten Zeit nach der zweiten Zeit und zum Öffnen der dritten Schaltereinrichtung während des Schließens des ersten Reihenschalters zu einer vierten Zeit nach der dritten Zeit, wodurch der zweite Schock mit der zweiten Polarität beendet wird, wobei der erste Reihenschalter und die vierte Schaltereinrichtung so eingerichtet sind, daß sie die kapazitive Energiespeichereinrichtung zu der vierten Zeit entladen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer implantierbaren Vorrichtung bereitgestellt, um an ein Herz mittels einer ersten und einer zweiten leitfähigen Leitung, die mit Elektroden, die mit dem Herzen in Verbindung stehen, elektrisch verbunden sind, elektrischen Strom zu liefern, wobei die Vorrichtung einen Kondensator und eine Schalterverbindungseinrichtung aufweist mit:
einer ersten Schaltereinrichtung, mit einem ersten und einem zweiten Schalter in Reihe, zum Verbinden eines ersten Anschlusses des ersten Kondensators mit der ersten leitfähigen Leitung, wobei eine in einer Richtung leitende Einrichtung den zweiten Reihenschalter überbrückt;
einer zweiten Schaltereinrichtung zum Verbinden eines zweiten Anschlusses des Kondensators mit der zweiten leitfähigen Leitung;
einer dritten Schaltereinrichtung zum Verbinden des ersten Anschlusses des Kondensators mit der zweiten leitfähigen Leitung;
einer vierten Schaltereinrichtung zum Verbinden des zweiten Anschlusses des Kondensators mit einem Punkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Anlegen einer ersten zugeschnittenen exponentiellen Wellenform mit einer ersten Polarität mit einer ersten Anfangsamplitude und einer ersten Endamplitude an die erste und die zweite leitfähige Leitung durch Laden des Kondensators auf eine Spannung, die der ersten Anfangsamplitude entspricht, Schließen des ersten und des zweiten Reihenschalters und Schließen der zweiten Schaltereinrichtung zu einer ersten Zeit, um das Signal mit der ersten Polarität an das Herz zu liefern, und Entladen des Kondensators über die Leitungen auf eine Spannung, die der ersten Endamplitude entspricht;
Anlegen, an die Leitungen, einer zweiten zugeschnittenen exponentiellen Wellenform mit einer zweiten Anfangsamplitude, die im wesentlichen gleich einer Hälfte der ersten Anfangsamplitude ist, und einer zweiten Endamplitude und mit einer zweiten Polarität, die der mit der ersten Polarität entgegengesetzt ist, durch Umkehren der Polarität der Verbindung des Kondensators mit den Leitungen durch Öffnen des ersten und des zweiten Reihenschalters und der zweiten Schaltereinrichtung zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit, Schließen der dritten und der vierten Schaltereinrichtung zu einer dritten Zeit nach der zweiten Zeit, um das Signal mit der zweiten Polarität an das Herz zu liefern, wodurch der Kondensator auf eine Spannung entladen wird, die der zweiten Endamplitude entspricht, und Überbrücken der Ladung des Kondensators durch Nebenschluß zu einer vierten Zeit nach der dritten Zeit durch Öffnen der dritten Schaltereinrichtung während des Schließens des ersten Reihenschalter.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Herzen Elektrotherapie mittels leitfähiger Leitungen verabreicht, die mit Elektroden verbunden sind, die mit dem Herzen in Verbindung stehen. Die Leitungen und Elektroden leiten elektrische Stromimpulse an das Herz. Diese Impulse weisen auf: eine erste zugeschnittene exponentielle Wellenform einer ersten Polarität mit einer ersten Anfangsamplitude und einer ersten Endamplitude; eine zweite zugeschnittene exponentielle Wellenform einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist. Die zweite zugeschnittene exponentielle Wellenform hat eine zweite Anfangsamplitude und eine zweite Endamplitude. Die zweite Anfangsamplitude ist niedriger als die erste Anfangsamplitude. Die zweite Anfangsamplitude kann im wesentlichen gleich der ersten Endamplitude sein. Vorzugsweise ist die zweite Anfangsamplitude im wesentlichen gleich einer Hälfte der ersten Anfangsamplitude oder gleich einem Wert zwischen vierzig bis sechzig Prozent der ersten Anfangsamplitude. Die erste zugeschnittene exponentielle Wellenform und die zweite zugeschnittene exponentielle Wellenform werden angelegt, indem ein Kondensator auf eine Spannung geladen wird, die der ersten Anfangsamplitude entspricht, der Kondensator über die Leitungen auf eine Spannung entladen wird, die der ersten Endamplitude entspricht, die Polarität der Verbindung der Leitungen umgekehrt wird und der Kondensator auf eine Spannung entladen wird, die der zweiten Endamplitude entspricht. Der Kondensator kann von den Leitungen für eine vorbestimmte Zeitdauer getrennt werden, bevor die Polarität der Verbindung des Kondensators mit den Leitungen umgekehrt wird.
Ferner weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Spannungsreduziereinrichtung zum Reduzieren der Spannung an der vierten Schaltereinrichtung zu einer fünften Zeit auf, wobei die fünfte Zeit nach der zweiten Zeit und vor der dritten Zeit liegt. Die Spannungsreduziereinrichtung verschiebt die Spannung von der vierten Schaltereinrichtung, so daß sie an der ersten Schaltereinrichtung anliegt. Wenn die erste Schaltereinrichtung zwei in Reihe geschaltete Schalter aufweist, kann die Vorrichtung ferner aufweisen: einen ersten Widerstand, der parallel zu einem ersten der beiden Schalter geschaltet ist, eine fünfte Schaltereinrichtung mit einem ersten Anschluß, der mit dem zweiten Anschluß der Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und einen zweiten Widerstand, der einen zweiten Anschluß der fünften Schaltereinrichtung und einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten der beiden Schalten und einem zweiten der beiden Schalter verbindet. Die Vorrichtung weist ferner einen Kondensator auf, der zwischen den Verbindungspunkt und den zweiten Anschluß der Energiespeichereinrichtung geschaltet ist.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile unserer Erfindung werden unter Berücksichtigung der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Schnittansicht eines Brustkorbs mit einem implantierbaren Defibrillator gemäß der Erfindung und dessen Verbindung mit Leitungen, die mit dem Herzen in Verbindung stehen;
Fig. 2 ein prinzipielles Blockschaltbild des implantierbaren Defibrillators gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein prinzipieller schematischer Plan einer Schaltung, die eine asymmetrische, zweiphasige, zugeschnittene exponentielle Wellenform mit umgekehrter Polarität erzeugt;
Fig. 4 eine Wellenform des Defibrillierimpulses eines implantierbaren Defibrillators gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ein ausführlicher schematischer Schaltplan zur Verwendung in der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
Fig. 6A bis 6I Wellenformen, die mit der Schaltung gemäß Fig. 5 in Zusammenhang stehen.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf einen implantierbaren Defibrillator beschrieben, der als ihr hauptsächliches, wichtigstes und dringendstes Anwendungsgebiet angesehen wird. Der Fachmann wird jedoch anerkennen, daß die Erfindung auch auf externe Defibrillatoren und Kardioverter angewendet werden kann.
Gemäß Fig. 1 ist ein implantierbarer Defibrillator 10 einem Patienten subkutan, im allgemeinen in einen Bauchmuskel implantiert worden. Eine epikardiale Meßleitung 12 mit einem isolierten Drahtleiter weist elektrischen Durchgang zu einer Herzkammermeßelektrode 14 auf, die zum Erfassen der elektrischen Herzkammeraktivität verwendet wird. Als Alternative kann eine pervenöse Meßleitung durch eine geeignete Vene hindurchgeführt werden und in der rechten Herzkammer 16 des Herzens 18 positioniert werden. Eine Anschlußanordnung (nicht dargestellt) am proximalen Ende 20 der Meßleitung 12 wird in eine erste Aufnahmeeinrichtung (nicht dargestellt) im Hals 22 des implantierbaren Defibrillators 10 eingeführt. Wenn die Anschlußanordnung der Meßleitung 12 in ihre entsprechende Aufnahmeeinrichtung eingeführt wird, wird sie elektrisch mit dem isolierten Leiter und mit der Schaltung des Defibrillators 10 verbunden. Diese Schaltung ist in ein Titangehäuse 24 eingekapselt. In das Gehäuse 24 eingekapselt ist außerdem eine niederohmige Batterie, die als chemische Grundlage Lithium-Vanadium-Pentoxid oder Lithium-Silber-Vanadium- Pentoxid verwendet.
Eine Anschlußanordnung (nicht dargestellt) einer zweiten Leitung 26 ist mit dem implantierbaren Defibrillator 10 über eine zweite Aufnahmeeinrichtung im Hals 22 des Defibrillators 10 verbunden. Der isolierte Drahtleiter der Leitung 26 ist subkutan als Tunnel ausgeführt. Eine Elektrodenkontaktfläche 28 am distalen Ende der Leitung 26 wird während einer Brustkorbwandöffnung oder Mediansternotomie auf die epikardiale Fläche der linken Herzkammer 30 des Herzens 18 aufgenäht. Eine Subxephoid-Methode kann auch angewendet werden. Eine Defibrillierelektrode 32, die als Kathode zur Verabreichung der ersten Phase des zweiphasigen Defibrillierschocks fungiert, ragt geringfügig aus der Herzoberfläche des Elektrodenkontaktfeldes 28 der Leitung 26 heraus.
Ein Befestigungspflaster 27 mit einer Elektrode 29, die vorzugsweise epikardial ist, aber, wie oben dargestellt, subkutan sein kann und die sich am distalen Ende einer dritten Leitung 33 befindet, hat einen proximalen Anschlub, der in einer dritten Aufnahmeeinrichtung (nicht dargestellt) im Hals 22 des Defibrillators 10 aufgenommen wird. Eine Elektrode 29 fungiert als Anode zum Verabreichen der ersten Phase von zweiphasigen Defibrillierschocks.
Obwohl die Leitung 26 mit ihrer Elektrode 32 und die Leitung 33 mit ihrer Elektrode 29 epikardial sind, kann jede von beiden Leitungen epikardial oder pervenös sein. Es gibt auch Überlegungen, die wichtig sind, daß nämlich zum Defibrillieren eine Leitung und eine Elektrode pervenös und die andere ein subkutanes Befestigungspflaster sein kein. Der erhöhte Defibrillierwirkungsgrad eines asymmetrischen zweiphasigen zugeschnittenen exponentiellen Impulses gemäß der Erfindung würde somit die Installation eines implantierbaren Defibrillators möglich machen, ohne daß der Brustraum geöffnet werden muß. Dies erhöht in großem Maße die Nachfrage nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Risiko der Patientensterblichkeit infolge der Risiken, die mit einem extensiveren chirurgischen Eingriff verbunden sind, verringert wird.
Gemäß Fig. 2 besteht die Schaltung 34 in dem Titangehäuse 24 aus einem Flimmerdetektor 36 (oder einem Tachykardiedetektor zum Zwecke einer Kardioversion), der u. a. irgendeiner von verschiedenen bekannten Arrhythmiedetektoren sein kann, und aus einer Gegenschock- oder Defibrillierschaltung 38. Eine elektrische Aktivität, die von den Herzkammern 16, 30 des Herzens 18 erzeugt wird, wird von der Herzkammermeßelektrode 14 an den Flimmerdetektor 36 übertragen. Wenn die ermittelte Herzkammeraktivität als Flimmern bzw. Fibrillieren klassifiziert wird, was durch eine chaotische, unrhythmische elektrische Aktivität angezeigt wird, wird die Defibrillierschaltung 38 freigegeben.
Gemäß Fig. 3 besteht die impulsbildende oder Defibrillatorschaltung 38 in vereinfachter oder prinzipieller Form aus einem Kondensator 39, einer Serie von Schaltern 40, 42, 44 und 46, die sich als Antwort auf Signale von einer Zeitgeberschaltung 49 (wie weiter unten beschrieben, auch mit Bezug auf Fig. 4) entsprechend öffnen und schließen, um Defibrillierschocks an das Herz 18 zu verabreichen, und wahlweise zusätzlich aus einem Schalter 48 und einer Ohmschen Last 50.
Gemäß Fig. 4 wird eine asymmetrische zweiphasige exponentielle Wellenform 52, wie sie zwischen Defibrillierelektroden 29 und 32 aufgezeichnet wird, vom Impulsboden bzw. von der Basislinie 54 aus gemessen. Die Wellenform 52 hat eine Vorderflanke 56 mit einer Amplitude V1. Die Vorderflanke wird gefolgt von einem exponentiellen Abfall 58 von 2 bis 8 Millisekunden (für eine Zeit, die vorzugsweise annähernd gleich dem 0,7-fachen der Zeitkonstante des Kondensators 39 und des Defibrillierwiderstandes des Herzens sein kann) auf einen zweiten Spannungspegel V2, und zwar an einer Hinterflanke 60, wo die Wellenform 52 auf die Basislinie 54 zurückkehrt. Eine Nullspannungsperiode 62 von 0,1 bis 5,0 Millisekunden wird von einer Polaritätsumkehrung gefolgt. Die Spannung V2 wird dann an der Vorderflanke 63 an das Herz angelegt, und ein zweiter exponentieller Abfall 64 tritt auf, der vorzugsweise die gleiche Dauer hat wie der erste Abfall 58. Die Spannung fällt auf einen dritten Spannungspegel V3 an der Hinterflanke 66 ab, wo sie auf die Basislinie 54 zurückkehrt.
Die asymmetrische zweiphasige exponentielle Wellenform 52 wird unter Verwendung der Schaltung 38 folgendermaßen erzeugt: der Kondensator 39 wird an einer Energiequelle (nicht dargestellt in Fig. 3) auf eine Spannung V1 der dargestellten Polarität geladen. Die Schalter 40 und 42 werden von der Zeitgeberschaltung 49 geschlossen, wodurch der Kondensator 39 mit dem Herzen 18 in Reihe geschaltet wird. Es fließt Strom durch das Herz 18 in der Richtung des Pfeils 68, wodurch der Kondensator auf die Spannung V2 entladen wird. Die Schalter 44, 46 und 48 sind während dieser Zeit offen. Dann wird der Kondensator 39 vom Herzen 18 getrennt, und der Spannungspegel des Kondensators 39 wird bei V2 gehalten, wenn die Zeitgeberschaltung 49 bewirkt, daß die Schalter 40 und 42 sich öffnen. Nach einem kurzen Intervall ohne Stromfluß fließt dann der Strom wieder durch das Herz 18 in der Richtung, wie durch den Pfeil 70 dargestellt, wenn die Zeitgeberschaltung 49 bewirkt, daß sich der Schalter 44 und der Schalter 46 schließen, wodurch der Kondensator 39 auf die Spannung V3 entladen wird. Die zweite Phase wird zugeschnitten, wenn die Zeitgeberschaltung 49 bewirkt, daß sich der Schalter 44 und der Schalter 46 öffnen (wobei alle anderen offengeblieben sind). Der zusätzliche Schalter 48 kann dann geschlossen werden, was bewirkt, daß der Kondensator 39 seine Ladung an die Ohmsche Last 50 abgibt.
Somit besteht der Defibrillierimpuls tatsächlich aus zwei Stromimpulsen, die durch das Herz wandern, und zwar zuerst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung, wobei die Wahrscheinlichkeit der Depolarisierung erhöht wird und dann ein größeres Volumen der Herzmuskelfaser refraktär wird. Der refraktäre Zustand macht eine Fortsetzung des Flimmern unwahrscheinlich. Wenn sich dennoch das Flimmern fortsetzt, wird der Kondensator erneut geladen, und ein zusätzlicher Impuls oder zusätzliche Impulse mit der in Fig. 4 dargestellten Wellenform kann bzw. können verabreicht werden.
In Fig. 5 ist die Prinzipschaltung gemäß Fig. 3 implementiert. Fig. 5 weist auf: eine Ladeschaltung 72 herkömmlicher Art zum Laden einer einzelnen Kondensatorbank 74, eine Komparatorschaltung 77 zum Liefern von elektrischen Signalen, die die Spannung anzeigen, auf die die Kondensatorbank 74 geladen worden ist, und eine Schaltimpulsschaltung, die insgesamt mit 78 bezeichnet ist und die eine praktische Implementierung der Prinzipdarstellung in Fig. 3 ist. Die Zeitgeberschaltung 49 wird zwar nicht beschrieben, doch die erforderlichen Wellenformen und deren Verhältnis zur Zeit werden unten mit Bezug auf Fig. 6B bis 6G beschrieben.
Wenn vom Flimmerdetektor 36 (Fig. 2) Flimmern ermittelt wird, wird die Kondensatorbank 74 von der Kondensatorladeschaltung 72 geladen. Die Ladeschaltung 72 kann irgendeine von verschiedenen bekannten Schaltungen sein, die Möglichkeiten für einen "weichen Start" haben, so daß der große Strombedarf, den die Batterie zu Beginn des Ladezyklus zu decken hat, ein wenig in der Größe reduziert wird, und die Möglichkeiten für eine Batterie- Niedrigspannungsermittlungseinrichtung zum zeitweiligen Anhalten des Ladezyklus haben, um eine Erholung der Batterie zu ermöglichen, falls die Batteriespannung auf einen vorbestimmten niedrigen Pegel abfallen sollte.
Obwohl die Kondensatorbank 74 vorzugsweise nur einen einzigen Kondensator aufweisen würde, sind die Beschränkungen in der Kondensatortechnik und insbesondere die Beschränkungen der Aluminiumelektrolytkondensatoren derartig, daß die maximale Arbeitsspannung nicht ausreicht, die maximale Spannung, auf die der Kondensator geladen werden muß, auszuhalten. Somit kann die Kondensatorbank 74 aus zwei Kondensatoren 74A und 74B bestehen, die in Reihe geschaltet sind und von der Ladeschaltung 72 geladen werden. Insbesondere wird der Kondensator 74A von einer Sekundärwicklung 75A eines Aufwärtstransformators 75 über eine Diode 76A geladen. Ebenso wird der Kondensator 74B durch einen Strom von der Sekundärwicklung 75B des Transformators 75 über eine Diode 76B geladen.
Ein Spannungsteiler mit den Widerständen 80 und 82 und ein Glättkondensator 84 liefern eine Ausgangsspannung an die Komparatorschaltung 77, die zwar proportional zur Spannung über der Kondensatorbank 74, aber nur ein kleiner Bruchteil derselben ist.
Die Komparatorschaltung 77 weist einen Komparator integrierter Bauart 90 auf. Die positive Versorgungsspannung von der Batterie, deren Pegel beispielsweise durch Spannungsverdopplung entsprechend erhöht wird, wird ständig der Schaltung 90 zugeführt. Die negative Versorgungsspannung für den Komparator 90 ist jedoch über ein MOSFET 92 angeschlossen, das nur bei Anlegen eines eine Analogleistung aufweisenden Freigabesignals an sein Gate leitend wird. Der Komparator 90 ist somit die meiste Zeit zum Zwecke der Einsparung von Energie ausgeschaltet und ist lediglich während der Zeitperioden, wenn die "Spannungsmessung" durchgeführt werden muß, eingeschaltet.
Eine Abtast-Halte-Schaltung mit einem MOSFET 94 und einem Kondensator 96 liefern eine Referenzspannung an einen Eingang des Komparators 90. Der andere Eingang des Komparators 90 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 80 und 82 verbunden. Wenn der Ladezyklus ausgelöst wird, wird dem Komparator 90 über das MOSFET 92 Leistung zugeführt, und ein Spannungspegel, der an den Drain des MOSFET 94 angelegt wird, wird im Kondensator 96 gespeichert, indem ein Abtastimpuls an das Gate des MOSFET 94 übergeben wird. Es wird vorzugsweise eine Abtast-Halte-Schaltung verwendet, wobei deren Speicherkondensator in dichter räumlicher Nähe zum Komparator-Chip liegt und, wenn sie im Haltemodus ist, vom Rest der Schaltung des Defibrillator 10 elektrisch getrennt ist, so daß die großen Ströme in der Schaltung keine Fehlspannungen im Kondensator induzieren und die Genauigkeit der Komparatorschaltung 77 vermindern.
Wenn die Kondensatorbank 74 auf den entsprechenden Spannungspegel geladen ist und das Ausgangssignal des Komparators 90 seinen Zustand ändert, ist das Laden beendet. Die Ladeschaltung 72 wird dann ausgeschaltet. Die Spannung, die V2 entspricht, ist dann im Kondensator 96 der Komparatorschaltung 77 geladen. Ein Schock wird durch das Schalten der Zeitgeberschaltung 49 direkt zum Defibrillieren oder synchron mit der ermittelten Herzaktivität ausgelöst, wenn eine Kardioversion durchgeführt wird. Vorzugsweise wird jedoch das Vorhandensein einer Tachyarrhythmie bestätigt, bevor die Zeitgeberschaltung 49 schaltet, um einen Schock zu verabreichen.
Während des Erfassens und Stimulierens fungiert die Defibrillierleitung 26 als elektrische Rückleitung zum Herzen. Das Stimulier- und/oder Meßsignal aus dieser Leitung wird bzw. werden zu diesem Zweck über das MOSFET 100 geführt. Daher muß das MOSFET 100 immer zumindest teilweise eingeschaltet sein, außer während des Ladens der Kondensatorbank 74, wo das MOSFET 100 ausgeschaltet ist, um vor einer zufälligen Entladung zu schützen. Das MOSFET 100 wird von der Schaltimpulsschaltung, die die MOSFETs 102 und 104 aufweist, eingeschaltet. Wenn das Signal S2N (Fig. 6B) Massenpotential hat, ist das MOSFET 104 aus- und das MOSFET 102 eingeschaltet. Die Diode 106 wird leitend und erhöht dadurch das Potential des Gates des MOSFETs 100, indem Strom durch den Widerstand 108 fließt. Der Kondensator 110 glättet die Spannung am Gate des MOSFETs 100 und verhindert, daß Übergangsimpulse das MOSFET 100 einschalten. Der Kondensator 112 schützt das MOSFET 100 vor durch Elektrochirurgie verursachten Strömen, indem eine Umgehung zwischen seiner Source und seinem Drain ermöglicht wird.
Während das MOSFET 100 in eingeschaltetem Zustand gehalten wird, so daß sein innerer Widerstand in einer Größenordnung von 20 bis 30 Ohm zum Erfassen und Stimulieren liegt (wenn S2N auf logisch Null ist), muß das MOSFET 100, um einen Defibrillierimpuls zu leiten, in einen sehr niederohmigen Zustand versetzt oder "hart eingeschaltet" werden, so daß sein innerer Widerstand lediglich einen Bruchteil eines Ohms beträgt. Dies wird sowohl durch das Verhalten der MOSFETs 114 und 116 als auch des Kondensators 118 erreicht. Wenn von der Zeitgeberschaltung 49 kommende S2BOOSTN auf einem logischen Hochspannungspegel ist, wird das MOSFET 114 aus- und das MOSFET 116 eingeschaltet. Der Kondensator 118 wird über die Diode 106 geladen, so daß die Seite gegenüber der Diode 106 auf einer Spannung ist, die der positiven Versorgungsspannung (der verdoppelten Batteriespannung) nahekommt. Wie in Fig. 6C dargestellt, wird S2BOOSTN durch die Zeitgeberschaltung 49 auf Massepotential herabgesetzt. Dadurch wird das MOSFET 116 aus-und das MOSFET 114 eingeschaltet. Dadurch wird der Kondensator 118 mit der positiven Versorgungsspannung in Reihe geschaltet, so daß annähernd das Zweifache der Spannung zwischen die Source und dem Drain des (zu dieser Zeit ausgeschalteten) MOSFETs 104 angelegt wird. Dies führt dazu, daß das MOSFET 100 hart eingeschaltet wird. Eine Zenerdiode 120 dient dazu, die Spannung, die zwischen der Source und dem Gate des MOSFETs 100 angelegt wird, zu begrenzen, so daß es nicht beschädigt wird. Fig. 6A zeigt, daß, nachdem die Kondensatorbank 74 auf die Spannung V1 geladen worden ist, S2N auf Tiefpegel geht und daß dann S2BOOSTN kurz danach auf Tiefpegel geht (Fig. 6B und Fig. 6C). Die MOSFETs 102, 104, 114 und 118 können alle auf einem einzigen Chip des Typs CD4007 angeordnet sein.
Um einen Defibrillierschock an das Herz zu verabreichen, muß auch ein Thyristor 122 und ein Thyristor 124 eingeschaltet werden. Dies geschieht, wenn die Zeitgeberschaltung 49 einen Impuls S1 (in Fig. 6A bis Fig. 6H nicht dargestellt) an das Gate des MOSFET 126 liefert, wobei ein Stromkreis über die Primärwicklung 130A des Transformators 130, einen Strombegrenzungswiderstand 132 und ein MOSFET 126 geschlossen wird. Der Stromstoß in der Primärwicklung 130A induziert eine Spannung in einer ersten Sekundärwicklung 130B und einer zweiten Sekundärwicklung 130C des Transformators 130. Wenn die Polaritäten der Verbindung der Wicklungen des Transformators 130 so sind, wie in Fig. 5 dargestellt, werden der Thyristor 122 und der Thyristor 124 gezündet. Ein falsches Zünden wird verhindert durch den Kondensator 134 parallel zur Sekundärwicklung 130B und den Kondensator 136 parallel zur Sekundärwicklung 130C.
Wenn das MOSFET 100 und die Thyristoren 122 und 124 eingeschaltet sind (wobei der Zustand der beiden letzteren Vorrichtungen in Fig. 6D dargestellt ist), fließt Strom über den Thyristor 122, den Thyristor 124 zu einem Leitungsanschluß im Hals 22 des Defibrillators 10, durch die Defibrillierleitung 33, durch das Herz 18, durch die Defibrillierleitung 26 zu einem anderen Leitungsanschluß im Hals 22 des Defibrillators 10 und schließlich über das MOSFET 100, die alle parallel zur Kondensatorbank 74 in Reihe geschaltet sind.
Nachdem das Ausgangssignal des Komparators 90 seinen Zustand geändert hat, weil die Spannung über der Kondensatorbank 74 auf die Spannung V2, die ein bestimmter fester Bruchteil der Spannung V1 sein kann, herabgesetzt worden ist, bewirkt die Zeitgeberschaltung 49, daß S2N und S2BOOSTN auf einen logischen Hochpegel zurückkehrt, wodurch das MOSFET 100 ausgeschaltet wird, wobei der Thyristor 122 und der Thyristor 124 (Fig. 6D) umgeschaltet werden und die Anfangsphase der Entladung der Kondensatorbank 74 beendet wird. An diesem Punkt wird die Kondensatorbank 74 elektrisch vom Herzen getrennt.
Für eine Zeitdauer, die auf die erste Phase folgt, wirkt die Zeitgeberschaltung 49 nicht mit der Schaltung gemäß Fig. 5 zusammen. Das heißt, es gibt eine Verzögerung von 0.1 Millisekunden bis 5 Millisekunden, in der kein Strom an das Herz 18 fließt. Nach dieser Verzögerung wird die Kondensatorbank 74 mit dem Herzen verbunden, wobei ihre Polarität umgekehrt ist. Zunächst bewirkt die Zeitgeberschaltung 49, daß die Spannung S5N (Fig. 6E), die an den Widerstand 140 angelegt wird, von einem positiven Logikpegel zur Nullspannung (Masse) übergeht. Da der Emitter des Transistors 142 mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist, wird der Transistor 142 eingeschaltet, was wiederum bewirkt, daß der Thyristor 144 durch den Strom, der über den Widerstand 146 fließt, gezündet wird. Bevor dies geschieht, liegt die volle Spannung der Kondensatorbank 74 am Thyristor 148 an. Wenn der Thyristor 144 eingeschaltet ist, wird jedoch der größte Teil dieser Spannung langsam zum Thyristor 122 hin verschoben, und zwar auf Grund der Spannungsteilungswirkung des Widerstand 150 und des Widerstand 152. Normalerweise hat der Widerstand 150 einen Widerstandswert, der mindestens 10mal so groß ist wie der des Widerstand 152. Die Spannung wird aufgrund der Ladezeit eines Kondensator 154 über die Reihenschaltung der Widerstände 152 und des Thyristors 144 allmählich verschoben. Eine praktische Zeitkonstante kann in der Größenordnung von 10 bis 50 Mikrosekunden liegen. Diese Spannungsverschiebung wird durch die Änderung der Spannung im Punkt A dargestellt (der Verbindungspunkt zwischen Thyristor 122 und Thyristor 124), wie in Fig. 6H dargestellt. Das geringfügige kurze Absinken der Spannung im Punkt X in Fig. 6H nach dem Verschieben tritt auf, wenn der Thyristor 148 eingeschaltet wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Zeitgeberschaltung 49 bewirkt, daß das Herz 18 mit der Kondensatorbank 74 verbunden wird, indem der Thyristor 148 und der Thyristor 156 eingeschaltet werden. Der Thyristor 148 wird gezündet, indem die Spannung S4N (Fig. 6F), die an den Widerstand 158 angelegt wird, von einem logischen Hochzustand in einen logischen Nullzustand (Masse) übergeht, wobei der Transistor 160 (dessen Emitter mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist) eingeschaltet wird und der Thyristor 148 durch den Strom, der durch den Widerstand 162 fließt, gezündet wird.
Um den Thyristor 156 einzuschalten, geht die Spannung S3 am Gate des MOSFETs 164 von Massepotential in eine positive Logikspannung (Fig. 6G) über. Der Strom beginnt über die Reihenschaltung zu fließen, die die Primärwicklung 168A eines Transformators 168, den Strombegrenzungswiderstand 166 und das MOSFET 164 einschließt. Der sich ändernde Strom der Primärwicklung 168A induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung 168B des Transformators 168 und zündet somit den Thyristor 156. Der Kondensator 170 verhindert falsches Zünden des Thyristors 156 ebenso wie die Kondensatoren 134 und 136.
Der Stromweg von der Kondensatorbank 74 schließt diesmal ein: den Thyristor 156, einen Leitungsverbindungsanschluß im Hals 22 des Defibrillators 10, die Defibrillierleitung 26, das Herz 18, die Defibrillierleitung 33, einen zweiten Leitungsanschluß im Hals 22 des Defibrillators 10, eine Diode 174, einen Widerstand 172 (der einen Wert von nicht über mehreren Ohm hat) und schließlich den Thyristor 148. Zu Beginn wird die Spannung V2 (Fig. 4 und Fig. 6A) an das Herz angelegt und fällt durch die Entladung der Kondensatorbank 74 auf die Spannung V3 ab. Diese zweite Phase des Schocks, die an das Herz verabreicht wird, wird zugleich abgeschnitten, so daß ihre Dauer vorzugsweise gleich der Dauer der ersten Phase (mit entgegengesetzter Polarität), die an das Herz verabreicht wird, ist. Als Alternative kann eine dritte Spannung, die einen gewünschten Wert V3 darstellt, in den Kondensator 96 der Komparatorschaltung 77 geladen werden, und eine Änderung des Ausgangssignals des Komparators 90, wird verwendet, um das Abschneiden auszulösen. Um das Abschneiden auszuführen, liefert die Zeitgeberschaltung 49 wiederum einen kurzen Impuls an das Gate des MOSFET 126, wobei der Thyristor 122 (wie durch den Impuls P in Fig. 6D dargestellt) gezündet wird. Die Kondensatorbank 74 wird somit über den Thyristor 122, den Widerstand 172 und den Thyristor 148 entladen.
Man wird anerkennen, daß die Anfangsspannung der zweiten Phase des Defibrillierschocks geringfügig niedriger ist als die am Ende der ersten Phase, und zwar auf Grund eines geringen Spannungsabfalls am Widerstand 172. Man geht davon aus, daß die Spannungen für V2, die von 60 Prozent bis Prozent von V1 reichen, die niedrigste Defibrillierschwelle erzeugen. Dieser Spannungsabfall am Widerstand 172 ist deshalb unwichtig. Man wird anerkennen, daß ein bestimmter Widerstand und nicht einfach ein Kurzschluß erforderlich ist, um den Strom herabzusetzen, um die Thyristoren 122 und 148 zu schützen, wenn die Kondensatorbank 74 entladen wird.
Ein zusätzlicher Thyristor 178 und ein Widerstand 180 mit einem Widerstand von beispielsweise 50 Ohm (der vergleichbar ist mit dem Defibrillierwegwiderstand des Herzens) bilden eine Prüflast für die Batterie, die Kondensatorladeschaltung 72 und die Kondensatorbank 74 und stellen ein Mittel zur Ableitung der Energie der Kondensatorbank 74 dar, wenn das Laden erfolgt ist, aber kein Schock an das Herz verabreicht wird. Zu bestimmten Zeiten, wie bekannt, geht eine Spannung S6N, die an einen Widerstand 182 angelegt wird, von einer positiven logischen Spannung zu Massepotential über, wodurch ein Transistor 184 mit einem Emitter, der mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist, eingeschaltet wird und ein Thyristor 178 gezündet wird, wenn Strom über einen Widerstand 186 fließt.
Zusammenfassend werden nachstehend aufeinanderfolgende Zeitpunkte und Zeitintervalle in Fig. 6A bis Fig. 6H dargestellt:
das Laden der Kondensatorbank 74 auf die Spannung V1 erfolgt bis zum Punkt a.
Die Kondensatorbank 74 wird mit dem Herzen in Reihe geschaltet, indem der MOSFET 100 eingeschaltet und dann der Thyristor 122 und der Thyristor 124 gleichzeitig am Punkt b geschlossen werden.
Die Kondensatorbank 74 kann sich während des Intervalls c auf die Spannung V2 entladen.
Die Kondensatorbank 74 wird vom Herzen getrennt, indem der MOSFET 100, der Thyristor 122 und der Thyristor 124 im Punkt d geöffnet werden.
Nach einer kurzen Verzögerung wird die Kondensatorbank 74 erneut mit dem Herzen mit umgekehrter Polarität verbunden, indem der Thyristor 144 zunächst geschlossen wird, um die Spannung vom Thyristor 148 zum Thyristor 122 langsam zu verschieben, und dann der Thyristor 148 und der Thyristor 156 geschlossen werden (der letztere am Punkt e).
Die Spannung V2 wird an das Herz angelegt, und die Kondensatorbank 74 wird während des Intervalls f auf die Spannung V3 entladen.
Die zweite Phase wird bei V3 abgeschnitten, indem der Thyristor 122 geschlossen wird, wodurch die Ladung der Kondensatorbank 74 vom Herzen über den Weg abgeleitet wird, der während des Zeitintervalls g durch den Thyristor 122, den Widerstand 172 und den Thyristor 148 gebildet wird.
Ein Hauptvorteil der Schaltung gemäß Fig. 5 besteht darin, daß zu keiner Zeit Thyristoren schnellen positiven Spannungsänderungen ausgesetzt sind. Der Widerstand 150, der Widerstand 152, der Kondensator 154 und der Thyristor 144 versetzen den Thyristor 122 durch ihre Last in seinen Sperrmodus, bevor die Spannung V2 an das Herz angelegt wird. Durch die Verhinderung von schnellen positiven Spannungsänderungen wird es möglich, daß allgemein verfügbare, robuste und billige Schaltungskomponenten verwendet werden können. Beispielsweise können die Thyristoren, die den Defibrillierstrom leiten, alle vom Typ 2N6509 sein, während der MOSFET 102 vom Typ IRF450 sein kann. Der Aufbau eines zuverlässigeren und weniger komplexen Ernergieabgabesystems unter Verwendung solcher erprobter Komponenten ist von großer Wichtigkeit, weil bei einem implantierbaren Defibrillator jegliche Unzuverlässigkeit eine Katastrophe wäre.
Die Schaltung gemäß Fig. 5 weist weitere Vorteile auf. Die Schaltung kann verwendet werden, um einphasige Impulse oder sequentielle einphasige Impulse zu liefern, indem der Takt der entsprechenden Steuersignale der Zeitgeberschaltung 49 modifiziert wird.
Zum zusätzlichen Schutz gegen Ströme, die durch Elektrochirurgie verursacht werden, kann eine Parallelschaltung mit einem Widerstand 188 und einem Kondensator 190 vorgesehen werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, daß diese Ausführungsform in bezug auf die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien lediglich darstellenden Charakter hat. Zahlreiche Modifikationen sind möglich, und andere Anordnungen bzw. Einrichtungen sind denkbar, ohne daß der Schutzumfang der Erfindung verlassen werden muß.

Claims

1. Implantierbare Vorrichtung zum Verabreichen von Elektrotherapie an ein Herz, mit:

einer Erkennungseinrichtung (36), die auf ein elektrisches Signal vom Herzen anspricht, zum Bestimmen, wann das Herz Elektrotherapie benötigt;

einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung (74) zum Speichern von elektrischer Energie, die dem Herzen zuzuführen ist;

einer Energiequelleneinrichtung (72) zum Liefern der elektrischen Energie an die Energiespeichereinrichtung;

einer Leitereinrichtung (26, 33) zum Leiten der gespeicherten elektrischen Energie von der Energiespeichereinrichtung (74) an das Herz; und

einer Verbindungseinrichtung (100, 122, 124, 148, 156) zum Verbinden der Leitereinrichtung (26, 33) mit einer ersten Polarität, um einen ersten Schock zu verabreichen, und mit einer der ersten entgegengesetzten zweiten Polarität, um nach Verabreichung des ersten Schocks einen zweiten Schock zu verabreichen, wobei die Verbindungseinrichtung aufweist:

eine erste Schaltereinrichtung (122, 124), mit einem ersten und einem zweiten Schalter (122, 124) in Reihe, zum Verbinden eines ersten Anschlusses (+) der Energiespeichereinrichtung (74) mit einer ersten Leitung (33) zum Herzen, wobei eine in einer Richtung leitende Einrichtung (174) den zweiten Reihenschalter überbrückt;

eine zweite Schaltereinrichtung (100) zum Verbinden des zweiten Anschlusses (-) der Energiespeichereinrichtung (74) mit der zweiten Leitung (26) zum Herzen;

eine dritte Schaltereinrichtung (156) zum Verbinden des ersten Anschlusses (+) der Energiespeichereinrichtung (74) mit der zweiten Leitung (26) zum Herzen;

eine vierte Schaltereinrichtung (148) zum Verbinden des zweiten Anschlusses (-) der Energiespeichereinrichtung (74) mit einem Punkt (A) zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter; und

eine Zeitsteuereinrichtung (49) zum Schließen des ersten und des zweiten Reihenschalters (122, 124) und der zweiten Schaltereinrichtung (100) zu einer ersten Zeit, zum Öffnen des ersten und des zweiten Reihenschalters (122, 124) und der zweiten Schaltereinrichtung (100) zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit, zum Schließen der dritten Schaltereinrichtung (156) und der vierten Schaltereinrichtung (148) zu einer dritten Zeit nach der zweiten Zeit und zum Öffnen der dritten Schaltereinrichtung (156) während des Schließens des ersten Reihenschalters (122) zu einer vierten Zeit nach der dritten Zeit, wodurch der zweite Schock mit der zweiten Polarität beendet wird, wobei der erste Reihenschalter (122) und die vierte Schaltereinrichtung (148) so eingerichtet sind, daß sie die kapazitive Energiespeichereinrichtung (74) zu der vierten Zeit entladen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die kapazitive Energiespeichereinrichtung (74) ein einzelner Kondensator (39) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die kapazitive Energiespeichereinrichtung (74) zwei Kondensatoren (74A, 74B) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei jeder der beiden Kondensatoren die gleiche Kapazität hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Spannungsverringerungseinrichtung (144) zum Verringern der Spannung über der vierten Schaltereinrichtung zu einer fünften Zeit, wobei die fünfte Zeit nach der zweiten Zeit und vor der dritten Zeit liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Spannungsverringerungseinrichtung (144) die Spannung von der vierten Schaltereinrichtung (148) zu dem ersten Reihenschalter (122) verschiebt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Widerstand (150), der zu dem ersten Reihenschalter (122) parallelgeschaltet ist, einer fünften Schaltereinrichtung (144) mit einem ersten Anschluß, der mit dem zweiten Anschluß (-) der Energiespeichereinrichtung (74) verbunden ist, und einem zweiten Widerstand (152), der einen zweiten Anschluß der fünften Schaltereinrichtung und einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten Reihenschalter (122) und dem zweiten Reihenschalter (124) verbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner mit einem Kondensator (154), der zwischen den Verbindungspunkt und den zweiten Anschluß (-) für die Energiespeichereinrichtung (74) geschaltet ist.

8. Verfahren zum Betreiben einer implantierbaren Vorrichtung, um an ein Herz mittels einer ersten und einer zweiten leitfähigen Leitung (33, 26), die mit Elektroden, die mit dem Herzen in Verbindung stehen, elektrisch verbunden sind, elektrischen Strom zu liefern, wobei die Vorrichtung einen Kondensator (74) und eine Schalterverbindungseinrichtung aufweist mit:

einer ersten Schaltereinrichtung, mit einem ersten und einem zweiten Schalter (122, 124) in Reihe, zum Verbinden eines ersten Anschlusses des ersten Kondensators mit der ersten leitfähigen Leitung (33), wobei eine in einer Richtung leitende Einrichtung (174) den zweiten Reihenschalter überbrückt;

einer zweiten Schaltereinrichtung (100) zum Verbinden eines zweiten Anschlusses des Kondensators (74) mit der zweiten leitfähigen Leitung (26);

einer dritten Schaltereinrichtung (156) zum Verbinden des ersten Anschlusses des Kondensators mit der zweiten leitfähigen Leitung (26);

einer vierten Schaltereinrichtung (148) zum Verbinden des zweiten Anschlusses des Kondensators mit einem Punkt (A) zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter;

wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anlegen einer ersten zugeschnittenen exponentiellen Wellenform mit einer ersten Polarität (58) mit einer ersten Anfangsamplitude (V1) und einer ersten Endamplitude (V2) an die erste und die zweite leitfähige Leitung durch Laden des Kondensators auf eine Spannung, die der ersten Anfangsamplitude entspricht. Schließen des ersten und des zweiten Reihenschalters und Schließen der zweiten Schaltereinrichtung zu einer ersten Zeit, um das Signal mit der ersten Polarität an das Herz zu liefern, und Entladen des Kondensators über die Leitungen auf eine Spannung, die der ersten Endamplitude entspricht;

Anlegen, an die Leitungen, einer zweiten zugeschnittenen exponentiellen Wellenform mit einer zweiten Anfangsamplitude (V2), die im wesentlichen gleich einer Hälfte der ersten Anfangsamplitude (V1) ist, und einer zweiten Endamplitude (V3) und mit einer zweiten Polarität (64), die der mit der ersten Polarität entgegengesetzt ist, durch Umkehren der Polarität der Verbindung des Kondensators mit den Leitungen durch Öffnen des ersten und des zweiten Reihenschalters (122, 124) und der zweiten Schaltereinrichtung (100) zu einer zweiten Zeit nach der ersten Zeit, Schließen der dritten und der vierten Schaltereinrichtung zu einer dritten Zeit nach der zweiten Zeit, um das Signal mit der zweiten Polarität an das Herz zu liefern, wodurch der Kondensator auf eine Spannung entladen wird, die der zweiten Endamplitude (V3) entspricht, und Überbrücken der Ladung des Kondensators durch Nebenschluß zu einer vierten Zeit nach der dritten Zeit durch Öffnen der dritten Schaltereinrichtung während des Schließens des ersten Reihenschalter (122).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Anfangsamplitude gleich einem Wert zwischen vierzig und sechzig Prozent der ersten Anfangsamplitude ist.