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DE69326566T2 - Dualkapazität-Zweiphasen-Wellenformerzeuger zur Entflimmerung unter Verwendung von selektivem Anschluss von Kondensatoren für jede Phase - Google Patents

Dualkapazität-Zweiphasen-Wellenformerzeuger zur Entflimmerung unter Verwendung von selektivem Anschluss von Kondensatoren für jede Phase

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DE69326566T2
DE69326566T2 DE69326566T DE69326566T DE69326566T2 DE 69326566 T2 DE69326566 T2 DE 69326566T2 DE 69326566 T DE69326566 T DE 69326566T DE 69326566 T DE69326566 T DE 69326566T DE 69326566 T2 DE69326566 T2 DE 69326566T2
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DE
Germany
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phase
capacitor
capacitors
pulse generating
generating device
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David K. Swanson
Greg Walcott
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University of Durham
Cardiac Pacemakers Inc
Duke University
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University of Durham
Cardiac Pacemakers Inc
Duke University
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Herzdefibrillation/Kardioversion, und insbesondere ein implantierbares Defibrillations-/Kardioversionssystem, das eine Impulserzeugungsvorrichtung aufweist, die einen zweiphasigen Defibrillations-/Kardioversions-Signalverlauf bzw. eine zweiphasigen Defibrillations-/Kardioversions-Wellenform geringerer Energie erzeugt.
  • Der hier nachstehend verwendete Begriff "Defibrillation" ist so zu verstehen, daß er eine Defibrillation hoher Energie und eine Kardioversion geringerer Energie umfaßt.
  • Eine zweiphasige interne Defibrillation hat eine einphasige Defibrillation als Verfahren zur Verringerung einer erforderlichen Defibrillationsstärke ersetzt. Als Beispiel seien die U. S.-Patente Nr. 4,548,203 von Tacker, Jun. et al. sowie 4,821,723 und 4,850,357 von Bach, Jun. genannt. Durch Verringerung der erforderlichen Defibrillationsstärke können die Energiespeichervorrichtungen in der implantierten Einheit kleiner sein.
  • Mit dem Wunsch, eine erforderliche Energie in den implantierten Vorrichtungen zu minimieren, besteht ein Bedarf zur Verbesserung der zweiphasigen Defibrillation.
  • Aus der Druckschrift US-A-4 800 883 ist eine Anordnung zweier Kondensatoren bekannt, die in sogenannten Positiv- Impuls-Phasen und Negativ-Impuls-Phasen eines Mehrphasen- Defibrillations-Signalverlaufs mit zueinander umgekehrten Polaritäten entladen werden.
  • In einer Positiv-Impuls-Phase werden entweder ein einzelner Kondensator oder beide Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind, entladen. Auf ähnliche Weise werden während einer Negativ-Impuls-Phase lediglich ein Kondensator oder beide Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind, mit umgekehrter Polarität entladen.
  • Um genau zu sein, das ausgeführte Umschalten beruht auf einer Auswahl eines Kondensators oder zweier in Reihe geschalteter Kondensatoren, damit die Führungsflankenspannung der jeweiligen Phasen angepaßt werden. Das heißt, daß zum Erhalten einer höheren Führungsflankenspannung zusätzliche Energie unter Verwendung der Ladungen in dem zweiten (zusätzlichen) Kondensator erforderlich ist.
  • Des weiteren ist in der Druckschrift EP-A-0 445 800 eine elektrische Schaltung zur Erzeugung eines hohen Spannungsimpulses offenbart, insbesondere für eine Verwendung in einem Defibrillationssystem. In diesem Zusammenhang ist ein selektives Umschalten von Kondensatoren zum Erhalten einer Reihenkondensatoranordnung und einer parallelen Kondensatoranordnung offenbart.
  • Allerdings ist die parallele Kondensatoranordnung während eines Aufladens der Kondensatoren ausgewählt, wohingegen die Reihenkondensatoranordnung während einer Entladung der Kondensatoren ausgewählt ist.
  • Zusätzlich sind in dem US-Patent Nr. US-A-4 637 397 ein Dreiphasen-Wellen-Difibrillationsverfahren und -gerät offenbart, wobei die charakteristischen Werte wie Spannungswert und Impulsbreite des ersten und dritten Impulses in bezug auf den zweiten Impuls des Dreiphasen- Signalverlaufs definiert werden.
  • Der Ausgangssignalverlauf wird unter Verwendung einer Anordnung zur seriellen Entladung der bereitgestellten Kondensatorbänke für eine vorbestimmte Zeitdauer erzeugt.
  • Schließlich ist in der Druckschrift EP-A-0 515 059, die einen Teil des Standes der Technik gemäß Axt. 54(3) EPÜ bildet, ein weiteres implantierbares Defibrillatorsystem offenbart.
  • Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Defibrillator bereitzustellen, der in der Lage ist, einen wirksamen Defibrillations-Signalverlauf mit geringerer elektrischer Energie zu erzeugen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen implantierbaren Defibrillator bereitzustellen, der das Herz mit Spannungen mit geringeren Spitzenwerten defibrilliert.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen implantierbaren Defibrillator bereitzustellen, der das Herz mit einem zweiphasigen Signalverlauf defibrilliert, der eine erste Phase mit geringer Steigung bzw. Schräge und langer Dauer (8-30 ms) aufweist, und der Spannungen mit geringerem Spitzenwert als derzeit verfügbare Defibrillatoren aufweist.
  • Weiterhin besteht eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Impulserzeugungsvorrichtung für einen implantierbaren Defibrillator bereitzustellen, die einen ersten und zweiten Kondensator aufweist, wobei der erste und der zweite Kondensator während einer ersten Phase parallel und während einer zweiten Phase in Reihe geschaltet sind, so daß ein zweiphasiger Singalverlauf erzeugt wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein implantierbaren Defibrillator bereitzustellen, der mit Spannungen mit geringerem Spitzenwert defibrilliert, so daß sowohl eine Gewebebetäubung als auch eine Nachschock-Schwächung von örtlichen Elektrogrammen minimiert wird.
  • Weiterhin besteht eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Menge nicht verwendeter Energie der Kondensatoren bei der Erzeugung eines zweiphasigen Defibrillations-Signalverlaufs zu verringern.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Impulserzeugungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 erfüllt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Impulserzeugungsvorrichtung für einen implantierbaren Defibrillator (oder Kardioverter), die einen zweiphasigen Defibrillations- Singalverlauf mit verringerter erforderlicher Energie erzeugt. Die Impulserzeugungsvorrichtung umfaßt zwei Kondensatoren und ein Paar Schalter zur parallelen Verbindung der Kondensatoren während einer ersten Phase und zur Verbindung in Reihe während einer zweiten Phase. Die erste Phase weist eine kleine "Steigung" zwischen der Führungsflankenspannung und der nacheilenden Flankenspannung auf. Die zweite Phase weist eine Führungsflankenspannung auf, die in etwa zwei Mal so groß ist wie die nacheilende Flankenspannung der ersten Phase. Durch Anlegen von Spannungen mit höherem Spitzenwert während der zweiten Phase geringerer Kapazität können die Spitzenspannungen der ersten Phase verringert werden. Ferner wird durch geringere Spitzenspannungen die Gewebebetäubung minimiert.
  • Die Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind, während sie insbesondere bei implantierbaren Systemen verwendbar sind, ebenso bei externen Defibrillationssystemen verwendbar.
  • Die vorstehend genannten und weitere Aufgabe und Vorteile werden unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher ersichtlich.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung, die das erfindungsgemäße implantierbare Defibrillationssystem veranschaulicht. Fig. 1 zeigt dabei nicht im Detail die dem Fachmann bekannten Schaltfunktionen.
  • Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines zweiphasigen Signalverlaufs, der durch die Impulserzeugungsvorrichtung des erfindungsgemäßen implantierbaren Defibrillationssystems erzeugt wird.
    • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • In Fig. 1 ist unvollständig das erfindungsgemäße Defibrillationssystem veranschaulicht, das allgemein bei Bezugszeichen 10 gezeigt ist. Das System 10 umfaßt eine Abtastelektrode 12 sowie eine Schaltung zur Verstärkung und Analyse des Herzrhythmus in Form eines EKG-Verstärkers 14 (Elektrokardiogram-Verstärker) und eines Herzana lysators 16. Der Herzanalysator 16 bestimmt, wenn sich das Herz in einem Zustand befindet, der eine Defibrillation (oder einen Kardioversionsschock) erfordert, und gibt ein Steuerungssignal aus, das veranlaßt, daß dem Herzen über Elektroden 18 und 20 der Schock gegeben wird.
  • Der Vorsprung der vorliegenden Erfindung liegt in der Impulserzeugungsschaltung, die allgemein bei Bezugszeichen 22 gezeigt ist. Die Impulserzeugungsschaltung umfaßt Kondensatoren C1 und C2, die durch Schalter S1 und S2 entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind. Die Kondensatoren C1 und C2 werden durch die Spannungsversorgung Vc aufgeladen und sind an die Elektroden 18 und 20 über Führungsleitungen 24 und 26 angeschlossen. Eine Vielzahl von Schaltern S3 bis S6 ist zwischen den Kondensatoren C1 und C2 sowie den Führungsleitungen 24 und 26 bereitgestellt. Vorzugsweise weisen die Kondensatoren C1 und C2 jeweils einen Wert von etwa 350 Microfarad auf.
  • Eine Schaltsteuereinrichtung 30 ist zur Steuerung der Schalter 51 bis 56 für eine Steuerung des Entladesignalverlaufs der Kondensatoren C1 und C2 bereitgestellt. Im allgemeinen steuert die Schaltsteuereinrichtung 30 die Schalter derart, daß ein zweiphasiger Signalverlauf aus der Entladung der Kondensatoren C1 und C2 erzeugt wird, wobei die Kondensatoren C1 und C2 während der ersten Phase parallel und während der zweiten Phase in Reihe geschaltet sind. Dies wird derart ausgeführt, daß die erste Phase des zweiphasigen Signalverlaufs eine geringe Steigung aufweist, wodurch eine Verringerung der Spitzenspannung in der ersten Phase ermöglicht wird.
  • Mit Bezug auf Fig. 2 ist nachstehend die Arbeitsweise der Schaltung beschrieben, die den zweiphasigen Signalverlauf 40 erzeugt. Die Kondensatoren C1 und C2 werden durch Schließen eines Schalters S7 über die Spannungsversorgung Vc aufgeladen. Dies kann durch die Steuereinrichtung 30 oder durch den Herzanalysator 16 gesteuert werden. Einmal aufgeladen erzeugt die Schaltsteuereinrichtung durch Schließen des Schalters 51 und Öffnen des Schalters 52 die Phase 1 des Signalverlaufs. Die Schaltung ist derart ausgestaltet, daß dadurch die Kondensatoren C1 und C2 parallel verbunden werden. Direkt zuvor werden die Schalter 53 und 55 geschlossen und die Schalter 54 und 56 geöffnet, so daß die erste Phase eine positive Polarität aufweist. Die Gesamtkapazität für die erst, Phase ist folglich die Summe der Kapazität des Kondensators C1 und des Kondensator C2, die 700 Mikrofarad beträgt. Folglich wird der Entladesignalverlauf für die Phase 1 langsam von einer Führungsflankenspannung zu einer nacheilenden Flankenspannung VT1 abnehmen. Die Abnahme von VL1 zu VT1 ist deshalb langsam, da die Zeitkonstante für die Schaltung aufgrund der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 groß ist. Des weiteren ist als Ergebnis die "Steigung" der ersten Phase ziemlich gering, da die Differenz zwischen der Führungsflankenspannung VL1 und der nacheilenden Flankenspannung VT1 gering ist.
  • Für die zweite Phase des Signalverlaufs öffnet die Schaltsteuereinrichtung 30 den Schalter 51 und schließt den Schalter 52, so daß die Kondensatoren C1 und C2 in Reihe geschaltet sind, Zusätzlich werden die Schalter 54 und 56 geschlossen und die Schalter 53 und 55 geöffnet, so daß Phase 2 eine entgegengesetzte Polarität zu Phase 1 aufweist. Die Gesamtkapazität für den Entladesignalverlauf von Phase 2 besteht aus der Reihenkombination der Kondensatoren C1 und C2 (175 Microfarad), die etwa vier Mal kleiner ist als die Parallelkombination von Phase 1. Der Entladesignalverlauf für Phase 2 nimmt somit von der Führungsflankenspannung VL2 zu der nacheilenden Flanken spannung VT2 etwa vier Mal schneller ab als Phase 1. Des weiteren ist die Führungsflankenspannung von Phase 2, VL2, zwei Mal so groß wie die nacheilende Flankenspannung VT1 von Phase 1.
  • Der erfindungsgemäße zweiphasige Signalverlauf weist einige Vorteile gegenüber bekannten Defibrillations- Signalverläufen auf. Zuerst kann durch eine Verlängerung der Dauer der ersten Phase und Veranlassen, daß die Steigung dieser Phase gering ist, die Spitzenspannung für die Führungsflanke der ersten Phase verringert werden, wodurch eine erforderliche Energie minimiert und die Effizienz der in den Kondensatoren gespeicherten Energie verbessert wird. Dem gegenüber liefert die zweite Phase durch Verringern der Kapazität für die zweite Phase die in den Kondensatoren gespeicherte verbleibende Energie bei einer höheren Führungsflankenspannung, ohne daß zusätzlich Energie erforderlich ist.
  • Außerdem wurde durch experimentelle Versuche an Tieren herausgefunden, daß der erfindungsgemäße zweiphasige Signalverlauf bei deutlich geringeren Führungsflankenspannungen bei der Phase 1 und einer deutlich geringeren insgesamt gespeicherten Energie defibrilliert als bisher bekannte zweiphasige Signalverläufe.
  • Ein weiterer Vorteil der Verlängerung der Dauer der ersten Phase besteht darin, daß Spitzenspannungen insgesamt verringert werden können. Folglich kann ein durch die nacheilende Flankenspannung der ersten Phase verursachter Gewebeschaden minimiert werden, wodurch ein Nachschock-Empfinden des Herzens verbessert wird.
  • Eine weitere Folge des erfindungsgemäßen Defibrillations- Signalverlaufs besteht darin, daß mehr von der in den Kondensatoren gespeicherten Energie bei der Erzeugung des Signalverlaufs verwendet wird, was die Effizienz der Impulserzeugungsvorrichtung vergrößert.
  • Eine alternative Möglichkeit zur Erzeugung des zweiphasigen Signalverlaufs umfaßt eine teilweise Entladung eines ersten Kondensators, woraufhin ein zweiter Kondensator entladen wird, so daß eine erste Phase erzeugt wird. Für die zweite Phase wird die Polarität umgekehrt, und der erste und der zweite Kondensator werden in Reihe geschaltet und entladen.

Claims (6)

1. Impulserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines zweiphasigen Defibrillations-Signalverlaufs in einem Defibrillator für eine Entladung zwischen zumindest zwei Elektroden (18, 20), die an einem Herzen oder in der Nähe eines Herzens fest eingesetzt sind, wobei die Impulserzeugungsvorrichtung
einen ersten Kondensator (C1),
einen zweiten Kondensator (C2),
Führungsleitungen (24, 26) zur Verbindung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators mit den zumindest zwei Elektroden sowie
eine Einrichtung (Vc, 57) zur Aufladung des ersten und des zweiten Kondensators aufweist,
gekennzeichnet durch
eine erste Schalteinrichtung (51, 52) zur Verbindung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators in Reihe oder parallel,
eine zweite Schalteinrichtung (53, 54, 55, 56) zur 1 Verbindung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators mit den Führungsleitungen, und
eine Schaltsteuereinrichtung (30) zur Steuerung der ersten und zweiten Schalteinrichtung zur parallelen Verbindung des ersten und zweiten Kondensators für eine Entladung über die zumindest zwei Elektroden in der ersten Phase des zweiphasigen Signalverlaufs und zur Verbindung des ersten und zweiten Kondensators in Reihe in der zweiten Phase des zweiphasigen Signalverlaufs.
2. Impulserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinrichtung (30) die zweite Schalteinrichtung (S3, S4, S5, S6) derart steuert, daß der erste Kondensator (C1) und der zweite Kondensator (C2) mit den Führungsleitungen (24, 26) derart verbunden werden, daß die erste Phase eine positive Polarität aufweist und daß die zweite Phase eine negative Polarität aufweist.
3. Impulserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase eine wesentlich längere Andauerzeit aufweist als die zweite Phase.
4. Impulserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase eine wesentlich kleinere Steigung aufweist als die zweite Phase.
5. Defibrillatorsystem mit
Einrichtungen (12, 14, 16) zur Erfassung der Herzaktivität, und
einer Impulserzeugungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, die auf ein ihr zugeführtes Signal von den Einrichtungen (12, 14, 16) zur Erfassung der Herzaktivität reagiert.
6. Defibrillatorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das System fest eingesetzt werden kann.
DE69326566T 1992-01-30 1993-01-29 Dualkapazität-Zweiphasen-Wellenformerzeuger zur Entflimmerung unter Verwendung von selektivem Anschluss von Kondensatoren für jede Phase Expired - Fee Related DE69326566T2 (de)

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