DE2520729A1

DE2520729A1 - Output stage of heart-pacemaker - reduces decay time of stimulus voltage and allows use of adaptive pacemaker

Info

Publication number: DE2520729A1
Application number: DE19752520729
Authority: DE
Inventors: Miroslav Dipl Ing Netusil; Jaroslav Dipl Ing Rehak
Original assignee: Tesla AS
Current assignee: Tesla AS
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1975-11-20
Also published as: SE7505248L; DD117808A1; CS167779B1

Abstract

A heart pacemaker of the usual kind provides a stimulus pulse, which initiates not only a heart cycle but also an interval during which the input circuits of electrocardiographs which use the same electrode within the heart, are overloaded, and their outputs accordingly cease to communicate meaning. In particular, this interval (250-300 ms) is too long to permit the use of the adaptive pacemaker, which responds to the momentary state of the heart muscle, and cannot do without information about it for so long. A control circuit is included in the output stage of the usual simpler pacemaker, with the effect of reducing the blacked-out interval to about 40 ms.

Description

Herzschrittmacher-Ausgangsstufe Die Erfindung betrifft eine Herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode, mit einem Impulsgeber, dessen Ausgang am Eingang eines Ausgangsverstärkers angeschlossen ist.Cardiac pacemaker output stage The invention relates to a cardiac pacemaker output stage to reduce the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode, with a pulse generator whose output is connected to the input of an output amplifier is.

Die zur Zeit benutzten Ausgangs stufen der Herzschrittmacher ermöglichen die Entladung eines Kondensators in das Gewebe des Patientenkörpers. Das Aufladen und Entladen dieses Kondensators wird durch einen Transistorschalter, der Ausgangsverstärker genannt ist, gesteuert. Der Ausgangsverstärker wird wiederum durch einen Impulsgeber gesteuert. Diese einfach aufgebaute Herzschrittmacher-Ausgangsstufe, die an sich ihre Funktion gut erfüllt, ist jedoch unvorteilhaft, weil die an der Reizelektrode während des Reizimpulses gebildete Polarisationsspannung von ca. 1 V nach der Beendigung des Reizimpulses nur sehr langsam absinkt. Das Absinken der Polarisationsspannung bis auf Null dauert nämlich ca. The output levels of the pacemaker currently in use enable the discharge of a capacitor into the tissue of the patient's body. The charging and discharging this capacitor is through a transistor switch, the output amplifier is called controlled. The output amplifier will turn through controlled by a pulse generator. This simply constructed pacemaker output stage, which in itself fulfills its function well, however, is disadvantageous because that of the Stimulus electrode polarization voltage of approx. 1 generated during the stimulus pulse V decreases only very slowly after the end of the stimulation pulse. The sinking of the Polarization voltage down to zero takes approx.

250 - 300 ms. Während ungefähr dieses Zeitintervalls ist es auch unmöglich, mit Hilfe der Reizelektrode das intrakavitäre EKG-Signal abzutasten, da der Eingang des angeschlossenen Verstärkers des intrakavitären EKG-Signals durch die sehr große Polarisationsspannung übersteuert ist. Erst nach der völligen Entladung der an der Grenzschicht zwischen der Elektrode und dem Gewebe gebildeten Polarisationsspannung ist es möglich, die spontanen Herztätigkeitssignale abzutasten.250-300 ms. During approximately this time interval it is also impossible to scan the intracavitary ECG signal with the help of the stimulation electrode, as the input of the connected amplifier of the intracavitary ECG signal through the very large Polarization voltage is overdriven. Only after the complete discharge of the Polarization voltage formed at the boundary layer between the electrode and the tissue it is possible to sample the spontaneous heart activity signals.

Die Zeit, während der der Eingang des Verstärkers für das intrakavitäre EKG-Signal blockiert wird, heißt refraktäre Zeit des Herzschrittmachers.The time during which the input of the amplifier for the intracavity EKG signal is blocked is called refractory period of the pacemaker.

Eine derart ausgeführte Herzschrittmacher-Ausgangsstufe ist jedoch für die sogenannten adaptiven Herzschrittmacher, die sich dem augenblicklichen Wert der Myokardreizschwelle anpassen müssen, völlig unbrauchbar, da bei diesen Herzschrittmachern während einer sehr kurzen Zeit von ungefähr bis 40 ms nach der Beendigung des Reizimpulses bei einer unipolaren Herzmuskelanreizanordnung die Wirkung des Reizimpulses festgestellt werden muß. Diese Möglichkeit ist jedoch beim Benutzen der zur Zeit bekannten Herzschrittmacher-Ausgangsstufen mit Rücksicht auf das langsame Absinken der Polarisationsspannung völlig ausgeschlossen. However, a pacemaker output stage implemented in this way is for the so-called adaptive pacemaker, which is the current value the myocardial stimulus threshold have to adjust, completely unusable, since with these pacemakers for a very short time, approximately up to 40 ms after the termination of the stimulus with a unipolar myocardial stimulus arrangement, the effect of the stimulus pulse was determined must become. However, this possibility is when using the currently known cardiac pacemaker output stages with consideration on the slow decrease of the polarization voltage completely excluded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu beseitigen. The invention is based on the mentioned disadvantages to eliminate.

Diese Aufgabe wird bei einer Herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode, mit einem Impulsgeber, dessen Ausgang am Eingang eines Ausgangsverstärkers angeschlossen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des Impulsgebers auch am Eingang von Steuerkreisen angeschlossen ist, deren Ausgang am Eingang eines gesteuerten Schalters angeschlossen ist, an dessen zweitem Eingang der Ausgang des mit der Reizelektrode gekoppelten Ausgangsverstärkers angeschlossen ist, und daß der Ausgang des gesteuerten Schalters an einer indifferenten Elektrode angeschlossen ist. This task becomes a pacemaker output stage Reduction of the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode, with a pulse generator whose output is connected to the input of an output amplifier is solved according to the invention in that the output of the pulse generator is also at the input is connected by control circuits, the output of which is connected to the input of a controlled Switch is connected, at the second input of which the output of the stimulus electrode coupled output amplifier is connected, and that the output of the controlled Switch is connected to an indifferent electrode.

Dabei empfiehlt es sich, daß die Steuerkreise ein Differenziergatter und ein Monoflop enthalten, und daß der Ausgang des Impulsgebers über das Differenziergatter am Eingang des Monoflops angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des gesteuerten Schalters gekoppelt ist. It is recommended that the control circuits have a differentiating gate and contain a monoflop, and that the output of the pulse generator via the differentiating gate is connected to the input of the monoflop, the output of which is connected to the input of the controlled Switch is coupled.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode bestehen darin, daß die durch die Polarisationsspannung an der Reizelektrode hervorgerufene Übergangserscheinung auf ungefähr ein Fünftel der ursprünglichen Zeitdauer herabgesetzt wird, was ermöglicht, während einer sehr kurzen Zeit von ungefähr bis 40 ms nach dem Ende des Reizimpulses die Abtastfähigkeit der Reizelektrode zum Ab greifen der spontanen und/oder hervorgerufenen Herzaktion zu erneuern. The advantages of the pacemaker output stage according to the invention to reduce the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode consist in that caused by the polarization voltage at the stimulus electrode Transitional phenomenon to about a fifth the original Time duration is reduced, which enables during a very short period of time the stimulus electrode can be scanned approximately up to 40 ms after the end of the stimulus pulse to renew to grab the spontaneous and / or evoked heart action.

Die erfindungsgemäße Herzschrittmacher-Ausgangsstufe wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode; Fig. 2 ein Blockschaltbild von Steuerkreisen mit einem Anschluß an einen gesteuerten Schalter; und Fig. 3 einen Kurvenverlauf des Reizimpulses: a) ohne Benutzung der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe - in Vollinie, b) bei Benutzung der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe - in Strichlinie. The pacemaker output stage according to the invention is described below explained in more detail with reference to the drawing of an exemplary embodiment. They show: Fig. 1 shows a block diagram of the pacemaker output stage according to the invention Reduction of the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode; Fig. 2 is a block diagram of control circuits with a connection to a controlled one Counter; and FIG. 3 shows a curve of the stimulus pulse: a) without using the output stage according to the invention - in solid line, b) when using the inventive Output stage - in dashed line.

Die erfindungsgemäße Herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode, siehe Fig. 1, besteht aus einem Impulsgeber 1, dessen Ausgang einerseits am Eingang eines Ausgangsverstärkers 2 und andererseits am Eingang von Steuerkreisen 3 angeschlossen ist. Der Ausgang der Steuerkreise 3 ist am Eingang eines gesteuerten Schalters 4 angeschlossen, an dessen zweitem Eingang der Ausgang des Ausgangsverstärkers 2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Ausgangsverstärkers 2 ist außerdem an eine Reizelektrode AE angeschlossen, wobei der Ausgang des gesteuerten Schalters 4 mit einer indifferenten Elektrode IE des Herzschrittmachers angekoppelt ist. The inventive pacemaker output stage for reduction the polarization voltage at the pacemaker stimulation electrode, see Fig. 1, consists of a pulse generator 1, the output of which is on the one hand at the input of an output amplifier 2 and on the other hand is connected to the input of control circuits 3. The outcome of the Control circuits 3 is connected to the input of a controlled switch 4, to whose the output of the output amplifier 2 is connected to the second input. The exit of the output amplifier 2 is also connected to a stimulus electrode AE, wherein the output of the controlled switch 4 with an indifferent electrode IE des Pacemaker is coupled.

Nach dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von Fig. 2 enthalten die Steuerkreise 3 ein Derivations- oder Differenziergatter 3a, dessen Ausgang am Eingang eines monostabilen Kreises oder Monoflops 3b angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des gesteuerten Schalters 4 gekoppelt ist. Included in the embodiment of FIG. 2 according to the invention the control circuits 3 a derivative or differentiation gate 3a, the output of which is on Input of a monostable circuit or monoflop 3b is connected, the output of which is coupled to the input of the controlled switch 4.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Herzschrittmacher-Ausgangsstufe zur Verminderung der Polarisationsspannung an der Herzschrittmacher-Reizelektrode AE ist aus den Blockschaltbildern in Fig. 1 und 2 ersichtlich. Durch die im Impulsgeber 1 gebildeten Reiz impulse konstanter Frequenz von z. B. 74 Impulse/min, die dem Ausgangsverstärker 2 zugeführt werden, wird ein Kondensator, der die eigentlichen Reizimpulse an der Reizelektrode AE des Herzschrittmachers bildet, ein- und ausgeschaltet. Die Impulse des Impulsgebers 1 werden zugleich dem Eingang der Steuerkreise 3 zugeführt, in denen die logische Verarbeitung bzw. Verknüpfung dieser Impulse durchgeführt wird. Im Differenziergatter der Steuerkreise 3 wird die Differenzierung bzw. Differentiation der Rechteckimpulse durchgeführt, wobei durch deren abfallende Flanke das Monoflop 3b gesteuert wird, das wiederum den gesteuerten Schalter 4 steuert. Nach der Beendigung des Reizimpulses sichern die erfindungsgemäßen Zusatzschaltungen das zeitlich richtige und synchronisierte Ausgangs-Einschalten, was durch die Steuerkreise 3 ermöglicht wird, die den zwischen der Reizelektrode AE und der indifferenten Elektrode IE gekoppelten gesteuerten Schalter 4 steuern. Die eigentlichen Steuerkreise 3 können in verschiedenen Ausführungen benutzt werden. The function of the pacemaker output stage according to the invention to reduce the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode AE can be seen from the block diagrams in FIGS. Through the im pulse generator 1 formed stimulus pulses of constant frequency of z. B. 74 pulses / min, the Output amplifier 2 is fed, a capacitor, which is the actual Stimulation impulses on the stimulation electrode AE of the pacemaker forms, switched on and off. The pulses from the pulse generator 1 are also fed to the input of the control circuits 3, in which the logical processing or linking of these pulses is carried out will. In the differentiating gate of the control circuits 3 becomes the differentiation or differentiation of the square-wave pulses carried out, whereby by their falling Edge the monoflop 3b is controlled, which in turn controls the controlled switch 4. After the end of the stimulation pulse, the additional circuits according to the invention secure the timed and synchronized output switch-on, which is done by the control circuits 3 is made possible between the stimulus electrode AE and the indifferent electrode IE coupled controlled switch 4 control. The actual control circuits 3 can can be used in different designs.

Der in Vollinie gezeichnete Kurvenverlauf a, siehe Fig. 3, zeigt den Reizimpuls vor dem Benutzen der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe, während der in Strichlinie gezeichnete Kurvenverlauf b den Reiz impuls nach dem Benutzen der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe darstellt. The curve profile a drawn in solid line, see FIG. 3, shows the stimulus before using the output stage according to the invention, during the Curve course b drawn in dashed lines shows the stimulus pulse after using the represents output stage according to the invention.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe bestehen hauptsächlich darin, daß durch die Herabsetzung der Übergangserscheinungsdauer, nach der Beendigung des Reizimpulses, die Möglichkeit einer augenblicklichen Abtastung der Reizimpulswiedergabe und der Feststellung bzw. Messung der Reizimpulswirkung geschaffen wird. Während der Unwirksamkeit eines Reizimpulses können ein oder zwei Reizimpulse mit höherer Reizenergie abgegeben werden, ohne daß dabei eine Veränderung der Herzschlagfrequenz (Pulsfrequenz) entstünde. Diese M5glichkeit hat eine große Bedeutung beim Bau von gesteuerten Herzschrittmachern, in denen sich die Reizimpulsenergie der Myokardreizschwelle anpaßt. Das Benutzen der erfindungsgemäßen Ausgangsstufe kann bei üblichen Herzschrittmachern ohne komplizierte Anpassungen erfolgen. The advantages of the output stage according to the invention are mainly in that by reducing the duration of the transition, after the termination the stimulus impulse, the possibility of an instantaneous sampling of the stimulus impulse reproduction and the determination or measurement of the stimulus pulse effect is created. While The ineffectiveness of a stimulus may result in one or two stimulation pulses with higher Stimulus energy can be emitted without changing the heart rate (Pulse rate) would arise. This possibility is of great importance in the construction of controlled Pacemakers, in which the stimulus pulse energy the myocardial stimulus threshold adapts. Using the output stage according to the invention can be done with conventional pacemakers without complicated adjustments.

Claims

Pacemaker output stage to reduce the polarization voltage on the pacemaker stimulation electrode, with a pulse generator, the output of which is on Input of an output amplifier is connected, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that the output of the pulse generator (1) is also at the input of control circuits (3) whose output is connected to the input of a controlled switch (4) is connected to the second input of the output of the stimulus electrode (AE) coupled output amplifier (2) is connected, and that the output of the controlled switch (4) connected to an indifferent electrode (IE) is.

2. pacemaker output stage according to claim 1, characterized in that that the control circuits (3) contain a differentiating gate (3a) and a monoflop (3b), and that the output of the pulse generator (1) via the differentiating gate (3a) at the input of the monoflop (3b) is connected, the output of which is connected to the input of the controlled Switch 9 is coupled.