DE2058009A1

DE2058009A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen von Herz-Schrittmachern

Info

Publication number: DE2058009A1
Application number: DE19702058009
Authority: DE
Inventors: Murphy Jun William P
Original assignee: Cordis Corp
Current assignee: Cordis Corp
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1970-11-25
Publication date: 1971-06-16
Also published as: JPS5120833B1; US3625201A; SE363470B; CH528264A; GB1322348A; FR2072583A5; NL7017375A

Description

DB.-IN·. DIPU..IN·. M.eC. OIM.-PHV·. O*. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

Cordis Corporation

125 N. E. JJoth Street,

Miami, Florida, U. S, A* ■ ,

Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen von Herz-Schrittmachern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von Herz-Schrittmachern, welche über eine Leitung mit dem Herz eines Patienten in Verbindung stehen, und eine Vorrichtung zur' Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der Erleichterung der Einstellung von Hilfs-

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Schrittmachern und anderen Schrittmachern, welche in Abhängigkeit von den spontanen Herziinpulsen Stiinulationsirnpulse erzeugen.

Bei Verwendung von HiIfsSchrittmachern,wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 ^31 912 beschrieben sind, werden nur dann Stimulationsimpulse abgegeben, wenn das Herz des Patienten nicht mehr normal schlägt. Das normale Schlagen wird dabei mittels Abtastung der spontanen Herzsignale geprüft. Vorzugsweise wird sowohl die Stimulation als auch die Abtastung über eine einzige Elektrode durchgeführt. Die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal wird dabei durch die Schaltung innerhalb des Schrittmachers selbst geregelt.

In jüngster Zeit wurde in zunehmendem Masse von einer intravenös geführten Leitung für die Schrittmacher Gebrauch gemacht. Diese Technik besitzt den Vorteil, dass keine grösseren Operationen erforderlich sind, da die Elektrode durch das Venensystem in die innere Herzhaut eingeführt wird. Andererseits bereitet das richtige Anbringen der Elektrode Schwierigkeiten, weil eine direkte Beobachtung der Lage der Elektrode im Herzen nicht möglich ist.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die richtige Anbringung der Stimulationselektrode dadurch zu bestimmen, dass die Stimulationsimpulse während des Versuchs der Anbringung der Elek-

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trode gedämpft werden. Auf diese Weise wird mit Sicherheit erreicht, das© leit den ungedämpften Stimilationsinipulsen selbst dann noch eine angemessene Stimulation erreicht wird, wenn sieh ein postoperativer Anstieg in der Anspreehschwelle der Ventrikel ergibt.

Für den Fall des Einsatzes von Hilfsschrittmachern erfordert jedoch das richtige Arbeiten des Schrittmachers nicht nur, dass, die· Stimulationsimpulse wirksam an das Herz abgegeben werden, sondern es ist auch erforderlich» dass die spontanen Signals des Herzens während des normalen Schiagens von dem Schrittmacher zuverlässig erfasst werden.

Ausgehend von diesem Stande der Technik lag nun der vorliegenden Erfindung die Aufgabe augrunde, ein Verfahren zum Einstellen von Hera-Schrittinaehern, insbesondere von Hilfsschrittmachern, vorzuschlagen» mit dessen Hilfe einerseits die Empfindlichkeit des Schrittmachers gegenüber den abzutastenden spontanen Hersimpul§©n und andererseits die Amplitude der Stimulati on β impulse entsprechend der Lage der Elektrode an der inneren Hershaut (endocardium) einstellbar ist. Gleichzeitig sollte das Verfahren leicht auszuführen sein und die Vorrichtung EU seiner Durchführung relativ einfach und billig.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäss dadurch gelöst, dass für die Dauer der Einstellung zwischen den Herz-Schrittmacher und die leitung ein nicht-lineares Dämpfungselement eingefügt wird»

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welches die über die Leitung laufenden Signale in Abhängigkeit von ihrer Amplitude unterschiedlich stark dämpft. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn mit Hilfe des nichtlinearen Dämpfungselements die vom Herzen kommenden Signale stärker und die zum Herzen laufenden Signale schwächer gedämpft v/erden. Ferner hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die zum Herzen laufenden Signale umso weniger gedämpft werden, je höher ihre Amplitude ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Herz-Schrittmacher und die Leitung ein nicht-lineares Dämpfungs· element lösbar einfügbar ist, welches die über die Leitung laufenden Signale in Abhängigkeit von ihrer Amplitude unterschiedlich stark dämpft. Als günstig hat sich dabei erwiesen, wenn das Dämpfungselement Anschlüsse besitzt, die den Anschlüssen zur Verbindung von Herz-Schrittmacher und Leitung entsprechen. Bei dieser Ausbildung des Dämpfungselementes ist es nämlich möglich, die lösbare Verbindung zwischen dem Herz-Schrittmacher und der Leitung aufzutrennen und das Dämpfungselement wie eine Kupplung zwischen diese beiden Teile einzufügen .

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämpfungselement mindestens zwei Widerstände auf und mindestens ein airiplitudenabhangiges Schaltelement, um die Widerstände in Abhängigkeit von dem Potential zwischen den Anschlüssen ver-

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schieden zu koppeln. Vorteilhafterweise wird dabei als amplitudenabhängiges Schaltelement eine Diode vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgeroässen Dämpfungselements liegt zwischen dessen Anschlüssen ein erster Widerstand, und parallel dazu ist ein zweiter Widerstand in Serie mit einer Diode angeordnet. In weiterer Ausgestaltung der Er- ™ findung hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Dämpfungseleraent einen Zweig mit einer Zener-Diode enthält, um die Dämpfung solcher zum-Herzen laufender Impulse zu verringern, die einen vorgegebenen Pegel überschreiten. Bevorzugt wird dabei eine Ausfuhrungsform, bei der die Serienschaltung eines dritten Widerstandes und einer Zener-Diode parallel zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfÜhniiigsbeispielen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert. Eb zeigen: ^j

Fig. 1 die Draufsicht auf einen Schrittmacher und die von diesem zum Herzen des Patienten führende Leitung, wobei zur Einstellung zwischen den Schrittmacher und die Leitung ein Dämpfungselement eingefügt ist;

Fig. 2 ein schematischea Schaltbild der elektrischen Schaltung innerhalb des Dämpfungeelements und

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Pig. 3 ein schematisches Schaltbild der Schaltung innerhalb einer anderen Ausführungsform eines Dämpfungselementes.

In den drei Figuren tragen entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen in den Körper einpflanzbaren Hilfsschrittmacher, der im wesentlichen in üblicher Weise aufgebaut ist. Wie bereits oben ausgeführt, wird bei bevorzugten Ausführungsformen von Hilfsschrittmachern nur eine einzige intravenös angebrachte Leitung verwendet, die in Fig. 1 das Bezugszeichen 13 trägt und die sowohl der Abtastung der spontanen Herzsignale als auch der Zuführung der Stimulationsimpulse zum Herzen dient. Bei einem derartigen Ein-Leitungs-System wird der Stromkreis üblicherweise durch eine leitende Grundplatte 15 geschlossen, die einen grösseren Teil des Gehäuses des Schrittmachers 11 bildet. Es versteht sich jedoch, dass zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auch Schrittmacher verwendet: werden können, die mit zweiadrigen Leitungen arbeiten und bei denen keine Grundplatte verwendet wird.

Ein Ende der Leitung 13 ist als Elektrode 17 ausgebildet, welche in üblicher Weise ausgebildet sein kann und geeignet ist, eine elektrische Verbindung mit dem polarisierbaren Gewebe ira Herzen eines Patienten herzustellen, wenn die Leitung 13» wie oben erwähnt, durch das Venensystem in den Herzbeutel

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(pericardium) eingeführt wird. Das andere Ende der Leitung endet in einem Stecker 19. Der Stecker 19 ist so ausgebildet, dass er in eine Buchse 21 des Schrittmachers 11 passt, wodurch die Verbindung zu der Schaltung des Schrittmachers in üblicher Weise herstellbar ist. In Pig. I ist jedoch zwischen die Leitung 13 und den Schrittmacher 11 erfindungsgemäss ein Dämpfungselement 23 eingefügt. Das Dämpfungselement 23 besitzt an seinem einen Ende eine Buchse 25» die im wesentlichen mit der Buchse 21 des Schrittmachers identisch ist. Am anderen Ende besitzt das Dämpfungselement 23 einen Stecker 27> der im wesentlichen mit dem Stecker 19 an der Leitung 13 identisch ist. Auf diese Weise kann das Dämpfungselement 23 leicht zwischen den Schrittmacher 11 und dessen Leitung 13 eingefügt werden.

Beim Einsatz von Hilfsschrittmachern wird das normale Schlagen des Herzens des ,Patienten durch den QRS-Komplex in der Nachbarschaft des Ventrikels abgetastet. Die Stimulation erfolgt mittels eines Impulses, beispielsweise eines negativen Impulses, der von dem Schrittmacher dem Herzen über die Leitung zugeführt wird, wenn das Herz aufhört, normal zu schlagen.

Für den Fachmann ist es klar, dass das abgetastete QRS-Signal eine relativ kleine Amplitude besitzt, beispielsweise eine Amplitude von wenigen Millivolt. Das Stiraulationssignal wird dagegen üblicherweise von einer Stromquelle geliefert, die

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über ein Antriebspotential von mehreren Volt verfügt.

Die vorliegende Erfindung nutzt diesen Unterschied in der Amplitude, um die abgetasteten spontanen Herzsignale und die Stimulationsimpulse, die dem Herzen zugeführt werden, unterschiedlich stark zu dämpfen. Fig. 2 zeigt einen elektrischen Schaltkreis, der für das Dämpfungselement 23 zwischen der Buchse 25 und dem Stecker 27 angeordnet und geeignet ist, eine solche unterschiedliche Dämpfung herbeizuführen. Der Schaltkreis enthält einen ersten Widerstand Rl, der direkt zwischen den Anschlüssen 25 und 27 liegt und einen zweiten Widerstand R2, der in Serie mit einer Siliziumdiode Dl zwischen diesen Anschlüssen liegt. Die genannten Bauteile können vorteilhafterweise in Plastikmaterial eingegossen sein, wobei das Plastikmaterial gleichzeitig den Körper des Dämpfungselementes bildet.

Die Diode Dl hat zur Folge, dass das Dämpfungselement nichtlinear arbeitet. Bekanntlich hat die Diode Dl eine nichtlineare und unsymmetrische Leitfähigkeite-Charakteristik und ist im wesentlichen nicht-leitend, bis eine Vorspannung in Durchlassrichtung an sie angelegt wird, die oberhalb eines vorgegebenen Niveaus liegt. Im Falle einer Siliziumdiode beginnt eine merkliche Leitung erst, wenn die Vorspannung einen Pegel von etwa o,5 Volt erreicht. Infolgedessen werden Signale niedrigen Pegels,wie beispielsweise die spontanen Herzsignale, von der Diode weder in der einen noch in der anderen Rich-

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tung durchgelassen. Man erkennt, dass die spontanen Herzsignale, die über die Leitung 13 an dem Anschluss 25 angelegt werden, lediglich durch den Widerstand Rl gedämpft werden, ehe sie dem Schrittmacher 11 zugeführt werden. Anderseits öffnen die negativen Stimulationsimpulse,die von dem Schrittmacher erzeugt werden, die Diode Dl und werden somit durch einen Widerstand wirksam bedämpft, der im wesentlichen gleich dem Widerstand der Parallelschaltung der Widerstände Rl und R2 ist, wobei dieser Widerstand einen geringeren Wert besitzt als der Widerstand jedes der beiden Widerstände allein, wie dem Fachmann ohne weiteres klar ist.

In der Praxis liegt der typische Widerstand des Widerstandes Rl relativ hoch, beispielsweise bei 5o kOhm, und zwar in Abhängigkeit von der erforderlichen Dämpfung und der Eingangsimpedanz des Abtastkreises innerhalb des Schrittmachers. Wie bereits festgestellt, dämpft dieser Wideretand allein die spontanen Herzsignale. Der Widerstandswert des Widerstandes R2 ist typischerweise relativ gering und liegt beispielsweise bei Io kOhm ,so dass er in der Parallelschaltung der Widerstände im wesentlichen vorharscht und den Dämpfungsfaktor bestimmt. Es versteht sich auch, dass verschiedene andere polaritätsempfindliche oder nicht-lineare Netzwerke so angeordnet werden können, dass sie unterschiedliche Impedanzen darstellen, die von der Polarität der Spannung an dem einen Anschluss gegenüber dem anderen abhängen.

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In Anbetracht der obigen Erörterungen wird klar, dass die jeweiligen Dämpfungswerte benutzt werden können, um die Höhe der Stimulationsiinpulse und die Empfindlichkeitsschwelle einzustellen. Damit ist es möglich, die Elektrode 17 während der Dauer der Verwendung des Dämpfungselementes empirisch einzuführen ,und es besteht eine vernünftige Sicherheit, dass ein zuverlässiges Arbeiten erreicht wird, wenn der Schrittmacher später ohne das Dämpfungselement eingepflanzt wird. Der Dämpfungspegel wird nämlich für jeden Fall so gewählt, dass ein postoperativer Abfall ir|der Wirksamkeit der elektrischen Kopplung zwischen der Elektrode 17 und dem Gewebe des Herzens des Patienten unschädlich ist. Während der Untersuchung bzw. während der empirischen Anbringung der Elektrode kann der Stromkreis zwischen der Grundplatte 15 und dem Körper des Patienten in jeder geeigneten Weise geschlossen werden.

Da eine Stimulationsschwelle, die zunächst relativ hoch ist, beispielsweise weil die Elektrode relativ ungünstig angebracht ist, üblicherweise nach der Einstellung weniger ansteigen wird als eine Schwelle, die zu Anfang verhältnisroassig niedrig ist, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, Stiinulationsimpulse höheren Pegels weniger zu dämpfen als Stimulationsimpulse niedrigeren Pegels, wenn mit einem Schrittmacher gearbeitet wird, der einen einstellbaren Ausgangspegel besitzt, beispielsweise ein Schrittmacher, der üblicherweise für eine temporäre externe Steuerung (pacing) des Herzens verwendet wird. Der Schaltkreis gemäss Fig. 3 ermöglicht eine solche

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unterschiedliche Dämpfung in Abhängigkeit von der Amplitude. Wie in dem Schaltkreis gemäss Fig. 2 dämpft der Widerstand Rl allein die abgetasteten Signale, die vom Herzen zum Schrittmacher kommen. Gleichzeitig werden Stimulationsimpulse mit verhältnismässig niedrigem Pegel im wesentlichen durch den Widerstand R2 gedämpft, der in Serie zu der Diode Dl liegt. Wenn der Schrittmacher dagegen Stimulationsimpulse mit einem verhältnismässig hohen Pegel abgibt, dann wird eine Zener-Diode 21 leitend und ermöglicht zusätzlich das Fliessen eines Stromes durch einen Widerstand R3, der in Serie mit der Zener-Diode Zl parallel zu dem Widerstand R2 liegt. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Elektrotechnik ist klar, dass diese Parallelschaltung des Widerstandes R3 zu dem Widerstand R2 zu einem niedrigeren Gesamtwiderstand führt und dass somit die Dämpfung für Stimulationsimpulse höheren Pegels niedriger ist.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Einstellen von Herz-Schrittmachern, welche über eine Leitung mit dem Herzen eines Patienten in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dauer der Einstellung zwischen den Herz-Schrittmacher (11) und die Leitung (13) ein nicht-lineares Dämpfungselement (23) eingefügt wird, welches die über die Leitung (13) laufenden Signale in Abhängigkeit von ihrer Amplitude unterschiedlich stark dämpft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des nicht-linearen Däinpfungselements (23) die vom Herzen kommenden Signale stärker und die zum Herzen laufenden Signale schwächer gedämpft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Herzen laufenden Signale umso weniger gedämpft werden, je höher ihre Amplitude ist.

k. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Herz-

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Schrittmacher (11) und die Leitung (13) ein nicht-lineares Dämpfungselement (23) lösbar einfügbar ist, welches die über die Leitung (13) laufenden Signale in Abhängigkeit von ihrer Amplitude unterschiedlich stark dämpft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (23) Anschlüsse (25, 27) besitzt, die den Anschlüssen (19, 21) zur Verbindung von Herz-Schrittmacher (11) und Leitung (13) entsprechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (23) mindestens zwei Widerstände (Rl, R2) aufweist und mindestens ein amplitudenabhängiges Schaltelement, um die Widerstände (Rl, R2) in Abhängigkeit von dem Potential zwischen den Anschlüssen (25, 27) verschieden zu koppeln.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass das amplitudenabhängige Schaltelement eine Diode (Dl) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch β und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstand (Rl) zwischen den Anschlüssen (25, 27) liegt, und ein zweiter Widerstand (R2) in Serie mit einer Diode (Dl) parallel dazu angeordnet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfüngselement (23) einen Zv;eig mit einer Zener-Diode (Zl) enthält, um die Dämpfung derjenigen der zum Herzen laufenden Stimulationsimpulse zu verringern, die einen vorgegebenen Pegel überschreiten.

lo. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Serienschaltung eines dritten Widerstandes (R3) und einer Zener-Diode (Zl) parallel zu dem zweiten Widerstand (R2) geschaltet ist.

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