WO1994006508A1 - Herzschrittmachersystem - Google Patents

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WO1994006508A1
WO1994006508A1 PCT/DE1993/000887 DE9300887W WO9406508A1 WO 1994006508 A1 WO1994006508 A1 WO 1994006508A1 DE 9300887 W DE9300887 W DE 9300887W WO 9406508 A1 WO9406508 A1 WO 9406508A1
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WO
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circuit
stimulation
pacemaker system
pulse
evoked
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Application number
PCT/DE1993/000887
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English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Bolz
Max Schaldach
Original Assignee
Biotronik Mess- Und Therapiegeräte Gmbh & Co.
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Publication date
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Priority to DE59307865T priority patent/DE59307865D1/de
Priority to US08/403,723 priority patent/US5609611A/en
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/362—Heart stimulators
    • A61N1/37—Monitoring; Protecting
    • A61N1/3706—Pacemaker parameters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/056—Transvascular endocardial electrode systems
    • A61N1/0565—Electrode heads

Definitions

  • the invention relates to a pacemaker system of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the recording of the electrical "response signal" of the heart after a stimulation is disturbed by the after-effects of the stimulation impulse, which are due to the polarization of the stimulated tissue, which can only be broken down when the discharge of the output associated with the stimulation impulse ( coupling) capacitor is eliminated.
  • a device for cardiac stimulation is known from EP-B1-0 000 989, in which the disruptive post-potential of the stimulation electrode is controlled by an additional transistor-controlled one and the Helmholtz capacitance, which is essentially a short-circuiting resistance branch, is to be acceleratedly reduced.
  • the complete to break down the distracting Post-potential time is too long for conventional electrodes, however, in order to enable effectiveness detection under all circumstances.
  • the invention has for its object to provide a pacemaker system of the type mentioned, in which an effective detection of evoked cardiac signals even under the various changing operating conditions of a pacemaker, for example when healing result of the electrode is effectively possible.
  • the invention includes the knowledge that when an electrical voltage is applied to a pacemaker electrode anchored in the heart, two layers of different charge carriers are formed which, however, are separated by a monolayer of hydrogen molecules due to hydration effects.
  • This so-called Helmholtz double layer corresponds in structure and in its electrical behavior to a plate capacitor. If a current flows through this Helmholtz capacitance when the heart is stimulated, a voltage which forms the after-potential arises there and increases with decreasing Helmholtz capacitance. The after-potential is further increased by further electrochemical reactions with charged reaction products taking place at the phase boundary.
  • a decrease in the stimulation amplitude for lowering the Post-potential is important in order to be able to carry out unambiguous effectiveness detection with a single electrode.
  • a reduction in the amplitude of the stimulation pulses also advantageously contributes to increasing the life of the pacemaker's power supply.
  • the stimulation amplitude can be reduced, so that the after-potential is lower overall. Furthermore, the reduction of the after-potential is accelerated, so that it can be degraded in a defined manner within a predetermined period.
  • This degradation can take place by an active counter impulse or also by passive means at the output of the stimulation circuit, as is known from the prior art mentioned (auto shorts).
  • automatically operating circuit means create the possibility of automatically determining the period of time that the input amplifier is blocked for the evoked pulses and adapting it to the implantation conditions or their change over time. In this case, an increased stimulus energy is used, which certainly leads to a stimulation.
  • a cardiac pacemaker system can be specified which, by automatically adapting the stimulation amplitude as a whole, only has a low energy requirement. It was recognized
  • a stimulation pulse with an excessive amplitude certainly leads to an irritation of the myocardium, but due to the increased energy consumption the lifespan of the power supply source of the pacemaker is considerably reduced, so that a premature reimplantation has to be carried out,
  • the post-potential may at most have a value which can be reduced to a negligible level (auto-shorts) in a period of about 30 to 80 ms before an evoked potential has subsided
  • the materials of the known electrodes and in particular titanium, vanadium, zirconium and niobium tend to extreme oxidation and that this high tendency to oxidize on contact with aqueous electrolytes leads to a thin, insulating surface on the electrode surface or semiconducting Forms an oxide layer, which represents a capacitance C ox connected in series to the Helmholtz capacitance C H and thus leads to a slow reduction in the total capacitance and thus to a corresponding increase in the respectively required stimulation energy.
  • the pulse control of the control system is both for the automatic determination of the width of the autoshort pulses necessary for the detection of evoked potentials and for the maintenance of a minimum amplitude of the stimulation pulses above the stimulus threshold of the myocardium in the determined emergency agile width of the car short pulses and has the necessary electrical means.
  • This essentially includes an adjustable auto-short pulse generator, a generator for generating amplitude-controlled stimulation pulses controlled by a gate circuit at a given pulse repetition frequency and devices for detecting the potentials evoked by these pulses depending on the width of the auto-short Impulses.
  • the self-adjustment of the autoshort time in is one of the most important advantages of pulse control.
  • the pulse control circuit shown here is operated in two different operating states “adjustment” and “continuous operation".
  • a pulse generator is provided for the generation of the autoshort pulses, in which a variation of the pulse width in the "adjustment" operating state is performed in a scanning manner by a ramp generator - 1 -
  • the stimulation pulses are kept constant in their amplitude by a corresponding setting in the pulse amplitude control of the stimulation pulse generator, which lies above the stimulation threshold of the myocardium and at which an evoked potential is triggered with certainty.
  • the correspondingly detected, pulse-shaped signals are fed to a memory after sufficient amplification.
  • the memory is designed in the form of a matrix or array and is addressed by the aforementioned ramp generator in such a way that the memory locations are assigned to the evoked signals as a function of the respective autoshort pulses of a certain width.
  • An evaluation unit arranged downstream of the matrix memory determines the most effective detection of the evoked potentials in relation to the pulse width of the autoshort pulses.
  • This auto-short time is fixed in the generator for the auto-short pulses and, as a self-set value, defines the width of the auto-short pulses for the "continuous operation" of the pulse control following the operating state "adjustment”.
  • a cyclic time switch is provided for switching the operating states, by means of which the ramp generator, the generator for the auto-short pulses and the amplitude control stage of the stimulation pulses can be switched on or off accordingly.
  • a gate circuit provided at the input of the amplitude control stage for the stimulation pulses is activated by the timer and the detection pulses of the evoked potentials.
  • Each pulse corresponding to a detected potential leads to a reduction in the amplitude of the stimulation pulses by a certain amount. If the simulation pulse falls below the stimulus threshold after a number of stimulations, no evoked potential can be recorded.
  • a corresponding output signal at a gate circuit leads in the downstream amplitude control stage to an increase in the amplitude of the stimulation pulses to the last successfully used value. It is thereby achieved that the stimulation pulse following the missing detection of an evoked potential certainly leads to a renewed irritation of the myocardium and "synchronization" of the entire system is avoided.
  • the pulse width or another value determining the stimulus energy can also be changed.
  • the electrode used in the cardiac pacemaker system according to the invention can also be operated anodically without an oxide layer impairing the stimulation threshold.
  • the increase in amplitude in the absence of detection of an evoked potential is several times as large as the value in the decrease in amplitude when detection is carried out. This is easily achieved by a divider circuit, which provides the output signals of the gate circuit for amplitude reduction with this factor.
  • the switching states of the timer are changed in cyclically repeating time segments of the same length in order to regularly check the selected auto-shorts time. It has proven to be advantageous to carry out a "comparison" again after a predetermined number of lowering cycles of the amplitude of the stimulation pulses until there is no potential detection, in order to possibly adjust the autoshort time to a possible change in the irritability adapt the myocard independently.
  • the function of the pulse control according to the invention is only guaranteed for autoshort times in the range of 50 ms if the constructive design of the stimulation electrode ensures that only a relatively low after-potential builds up after the stimulation pulse.
  • the stimulation electrode has a porous surface coating made of an inert material, the active surface of which is significantly larger than the surface resulting from the geometric shape of the electrode. Because of the fractal spatial geometry, the active surface is so large that the energy required for stimulation can be set to a minimum value. Because of their large relative surface area, the conventional coated porous electrodes are initially In addition, stimulation with good success at low energy is possible. It has now been recognized that the tendency towards oxidation reduces the Helmholtz capacitance, which leads to an increase in the electrode impedance. The resulting influencing of the electrode properties in the course of the implantation time is so serious because the deterioration of the electrode properties has effects which in turn contribute to the fact that the stimulation properties are additionally adversely affected.
  • the long-term stable, biocompatible surface coating of the stimulation electrode according to the invention consists of a material whose tendency to oxidize is very low, preferably using an inert material, ie a nitride, carbide, carbonitride or a pure element or certain alloys from the Group gold, silver, platinum, iridium, titanium or carbon is vacuum-applied to the electrode. Because of the fractal spatial geometry of a surface layer applied in this way, its active surface is very large, so that the amount of energy required for stimulation can be kept extremely low.
  • the after-potential of a stimulation electrode made of titanium which has a sputtered iridium nitride or titanium nitride layer by means of reactive cathode sputtering, is up to six times (from approx. 600 to approx. 100 mV) smaller than the after-potential of a bare stimulation electrode made of titanium. Because of this significant reduction in the after-potential, the detection of the intracardiac EKG is not only possible in the conventional manner with an amplifier and a triger device, but a functional effectiveness detection can be used, which without counter-impulse and autoshort times for reducing the after-potential in the order of magnitude of 50 ms.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an overview diagram with the most important influencing variables for pulse control in a schematic representation
  • FIG. 3 shows an amplitude-time diagram, shown in a schematic form, for the stimulation impulses generated and detected evotion potentials
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a stimulation electrode in a schematic illustration in a side view
  • FIG. 5 shows an enlarged illustration of detail A in FIG. 4 in section
  • FIG. 6 shows a diagram for comparing the impedance of the exemplary embodiment of the electrode with the impedance of corresponding electrodes of the same geometric dimensions known from the prior art
  • FIG. 7 shows the after-potential as a function of the autoshort time as a function of the surface design of the electrode.
  • the means for generating the pulse of the control system according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the stimulation electrode belonging to the control system is connected to the output capacitor 1 and is not shown in the drawing.
  • a timing control stage 6 determines the point in time at which stimulation pulses are emitted and in this case corresponds to a rigid-frequency pacemaker, the basic circuit diagram shown also being able to be used for other pacemaker circuits, only additional control lines having to be provided, for example in the case of a demand pacemaker Delivery of stimulation pulses in the case of signals originating from cardiac actions before the end of the so-called escape intervals prevents stimulation.
  • an amplitude control stage 5 the amplitude (or the energy) of the stimulation pulses can be increased ("+") or decreased ("-") via additional inputs.
  • a pulse generator 15 for generating auto-short pulses via the output stage 4 is provided.
  • the potential of the inner connection of the capacitor 1 is returned to the initial state before the last stimulation pulse by means of a galvanic connection or an active counter pulse, so that the charge potential at the electrode is counteracted by the charge shift generated.
  • the duration of the pulse for eliminating the after-effects of the stimulation pulse can be set via a corresponding input of the pulse generator 15.
  • Signals generated by the heart are recorded via an amplifier 11, the amplifier being switched insensitive by circuit means (not shown) when a stimulation pulse occurs.
  • An evoked event is recorded in a memory 12.
  • a signal indicating an evoked event is recorded in association with the duration of the corresponding autoshort pulse.
  • the optimum autoshort time is determined, which is then maintained in the "continuous operation" position.
  • a pulse amplitude is specified by the time switch 17 via the control line 24 in the amplitude control 5 at a constant pulse repetition frequency (time control 6), with which an evoked potential on the myocardium is certain to arise.
  • the timer 17 activates a ramp generator 16 via the control line 26, which is connected to the pulse generator 15 via a changeover switch 14 in order to vary the width of the autoshort pulses by scanning. Also by the timer 17 via the Controlled line 27 and a negator 10, the AND gate 9 is blocked.
  • a recorded evoked potential or a corresponding signal 3 indicating this state is fed via the connecting line 32 to an amplifier 11 and recorded in a matrix memory 12.
  • the individual memory locations are assigned as a function of the time function of the ramp generator 16, so that a signal can be assigned to each pulse width, which signals the recording of an evoked potential.
  • the most favorable autoshort time for the detection of the evoked potentials 3 is determined by an evaluation circuit 13. Here, an average of all pulse durations of the autoshort pulse is selected, at which an evoked signal could be recorded in order to have a certain security against the change in the signal recording conditions during the operating time of the pacemaker.
  • the switch 17 is reset to the “continuous operation” operating state, the average value of the autoshort time at which an evoked potential could be recorded being held in the pulse generator 15 via the changeover switch 14 and the line 25, and the AND Gate 9 is activated via the negator 10.
  • the stimulation amplitude is then reduced again to its normal value.
  • Each detection of an evoked potential 3 generates a pulse via the AND gate 9 on the divider 7, which reduces the amplitude of the next stimulation pulse 2 by a certain amount. This step-by-step amplitude reduction takes place until the specified auto short time no evoked potential is detected.
  • the level change at the output of the AND gate 9 switches the negator 8 and thereupon causes the stimulation amplitude to be raised up to a previous value at which stimulation was safely carried out.
  • the divider 7 reduces the amplitude only at every nth (here 20. This value is only an example, since in practice the stimulus threshold will stabilize in the long term, so that divisor ratios of a few thousand will be practical.)
  • Successful stimulation pulse - however, an increase immediately after each failed stimulation.
  • the stimulation pulses thus always have a stimulation energy, in particular amplitude, which is only slightly above the stimulation threshold, which leads to cardiac stimulation with great certainty.
  • the diagram shown schematically in FIG. 2 shows on the time axis the possibility of recording evoked potentials in the heart as a function of the variation in the autoshort time and the stimulation amplitude. Evoked signals can only be recorded if a stimulation pulse is effective, ie it has exceeded a predetermined threshold energy, as indicated by the horizontal line 21. Furthermore, the possibility of recording evoked signals is still limited by the decay of the evoked potential, which is indicated by line 19 as the limit for the decay of the stimulation effect (post-potential). The line is slightly inclined, since the (disruptive) after-potential also increases with an increased stimulation amplitude or the time period after its decay increases.
  • the point in time 20 forms the time mark after which an evoked potential has decayed to such a low value that its detection is no longer possible or the event of interest is over.
  • a time range for the measures for eliminating the after-potential is set which is in the effective range.
  • an average value is set between the limit values created by lines 19 and 20.
  • the coating of the stimulation electrode according to the invention enables the post-potential which interferes with the detection of the evoked potentials to be reduced to a value of almost 0 mV with an autoshort time of 50 ms (cf. FIG. 7).
  • FIG. 3 shows the amplitude-time diagram of the stimulation pulses 24 in relation to detectable evoked potentials 25 during the “continuous operation” operating state of the pulse control.
  • the stimulation electrode 1 shown in a schematic side view in FIG. 4 is a unipolar nub electrode with a head having a cylindrical base body 26 made of titanium.
  • the cylindrical base body 26 has a surface coating 27 made of an inert material iridium nitride (IrN), which is applied to the cylindrical base body 26 of the titanium electrode by means of cathode sputtering.
  • the electrode has a coiled, electrically conductive feed line 31, which is provided with an electrically insulating jacket 30 made of silicone. This silicone coating is in the drawing reproduced transparently.
  • Shaped to the silicone sheath are rearward-facing flexible fastening elements 29 which serve to anchor the electrode in the heart, the surface of the base body being held in contact with the inner surface of the heart.
  • the base body 26 is pushed over the feed line 31 by means of a hollow cylindrical projection 28 and fastened there, this projection being shown in section in the drawing.
  • FIG. 5 shows an enlarged detail (detail A in FIG. 4) of the active surface.
  • the surface enlargement achieved is in the range of more than 1000.
  • FIG. 6 which shows the course of the impedances of stimulation electrodes with different surface coatings in comparison
  • an electrode coated with iridium nitride is especially small in the area, especially for the reception of signals from the heart important low-frequency range in comparison with the electrode surface materials known from the prior art, titanium or titanium nitride, has the lowest phase limit impedance.
  • the effects of the differences ascertained are particularly important because the amplitude of the recorded whose signal is related quadratically to the internal resistance of the signal source.
  • FIG. 7 shows measurement results which show the post-potential resulting from the stimulation as a function of the autoshort time T as a function of the configuration of the stimulation electrode. Since the evoked potential indicating the success of a myocardial irritation can be found in a time range from 50 to 300 ms after the stimulation, its detection with a titanium nitride-coated stimulation electrode can take place without interference at autoshort times of 50 ms, whereas in the case of uncoated ones Platinum electrodes the evoked potential is "hidden" by post-potentials in the order of magnitude 10 mV.
  • the detection of the evoked potentials at a point in time after 50 ms is also made considerably more difficult by this and is not possible with uncoated stimulation electrodes, since the amplitude of the evoked potential decreases very quickly after formation and falls below the value of the remaining after-potential.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Abstract

Herzschrittmachersystem, mit einer Schaltung zur Erzeugung von Stimulationsimpulsen und einer Schaltung zur Erzeugung eines Autoshort-Impulses zum Abbau der Restladung des Ausgangskondensators nach einem Stimulationsimpuls durch sowie einer im Herzen angeordneten Stimulationselektrode, wobei die Stimulationselektrode (1) mit einer porösen Oberflächenbeschichtung aus einem inerten Material versehen ist, deren aktive Oberfläche größer ist als die Oberfläche der geometrischen Grundform der Elektrode und daß die Zeitdauer der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung des Ausgangskondensators nach einem Stimulationsimpuls weniger als 70 ms beträgt.

Description

Herzschrittmachersystem
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Herzschrittmachersystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Bei der Entwicklung von künstlichen Herzschrittmachern wird seit langem angestrebt, den Erfolg einer Stimulation des Herzens durch die Messung und Auswertung von Signalen zu überprüfen, welche aufgrund der evozierten Herzaktion über eine im Herzen verlegte Elektrode - und vorzugsweise die Stimulationselektrode selbst - im Herzen aufnehmbar sind.
Die Aufnahme des elektrischen "Antwortsignals" des Herzens nach einer Stimulation ist durch die Nachwirkungen des Stimulationsimpulses gestört, welche ihre Ursache in der Polarisation des stimulierten Gewebes haben, die erst abgebaut werden kann, wenn auch die mit dem Stimulations¬ impuls verbundene Umladung des Ausgangs(koppel)kondensa- tors beseitigt ist.
Dies folgt daraus, daß das den Erfolg der Stimulation anz¬ eigende und am Herzen etwa bis 300 ms nach der Stimulation vorhandene evozierte Potential von einem Nachpotential in der Größenordnung von mehr als 10 mV überlagert wird. Das die Effektivitätserkennung störende Nachpotential entsteht durch die Wirkung der Stimulationselektrode als elektro¬ chemische Elektrode, woraus eine Übersteuerung des Detek- tionsverstärkers resultiert.
Neben verschiedenen Schaltungen, mit denen versucht wird, die Folgen des Nachpotentials zu beseitigen, ist aus der EP-B1-0 000 989 eine Vorrichtung zur Herzstimulation be¬ kannt, bei der das störende Nachpotential der Stimula¬ tionselektrode durch einen zusätzlichen, transistorge¬ steuerten und die Helmholtz-Kapazität im wesentlichen kurzschließenden Widerstandszweig beschleunigt abgebaut werden soll. Die vollständige zum Abbau des störenden Nachpotentials notwendige Zeit ist bei üblichen Elektroden jedoch zu lang, um eine unter allen Umständen wirksame Ef¬ fektivitätserkennung zu ermöglichen.
Ausgehend von den Mängeln des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herzschrittmacher¬ system der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem eine wirksame Erkennung von evozierten Herzsignalen auch unter den verschiedenen sich verändernden Betriebsbedin- gungen eines Herzschrittmachers, die sich beispielsweise beim Einheilen der Elektrode ergeben, wirksam möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an eine im Herzen ver¬ ankerte Schrittmacherelektrode zwei Schichten unterschied¬ licher Ladungsträger ausbilden die jedoch aufgrund von Hy- dratisierungseffekten durch eine Monolage von Wasserstoff¬ molekülen getrennt sind. Diese sogenannte Helmholtzsche Doppelschicht entspricht im Aufbau und in ihrem elektri¬ schen Verhalten einem Plattenkondensator. Fließt bei der Stimulierung des Herzens ein Strom über diese Helmholtz- Kapazität, so entsteht dort eine das Nachpotential bilden¬ de Spannung, die mit abnehmender Helmholtz-Kapazität zu¬ nimmt. Durch weitere, an der Phasengrenze stattfindende elektrochemische Reaktionen mit geladenen Reaktionsproduk¬ ten wird das Nachpotential zusätzlich erhöht. Neben der Erhöhung der Helmholtz-Kapazität ist vor allem eine Ver¬ ringerung des Stimulationsamplitude für das Absenken des Nachpotentials von Bedeutung, um eine eindeutige Effekti¬ vitätserkennung mit einer Einzelelektrode durchführen zu können. Eine Reduzierung der Amplitude der Stimulationsim¬ pulse trägt darüberhinaus in vorteilhafter Weise zur Erhö- hung der Lebensdauer der Stromversorgungsquelle des Schrittmachers bei.
Durch die Wahl die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich also einerseits die Stimulationsamplitude verringern, so daß das Nachpotential insgesamt geringer wird. Ferner wird der Abbau des Nachpotentials beschleunigt, so daß es in¬ nerhalb eines vorgegebenen Zeitraums definiert abbaubar ist.
Dieser Abbau kann durch einen aktiven Gegenimpuls oder auch durch passive Mittel am Ausgang der Stimula¬ tionsschaltung erfolgen, wie es aus dem genannten Stand der Technik bekannt ist (Autoshort).
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung wird durch selbsttätig arbeitende Schaltungsmittel die Möglich¬ keit geschaffen, die Zeitdauer der Sperrung des Eingangs¬ verstärkers für die evozierten Impulse selbsttätig zu er¬ mitteln und an die Implantationsbedingungen bzw. deren zeitliche Veränderung anzupassen. Hierbei wird eine erhöh¬ te Reizenergie verwendet, welche mit Sicherheit zu einer Stimulation führt.
Ferner läßt sich in vorteilhafter Weiterbildung ein Herz- schrittmachersystem angeben, welches durch selbsttätige Anpassung auch der Stimulationsamplitude insgesamt nur ei¬ nen niedrigen Energiebedarf hat. Dabei wurde erkannt,
- ein Stimulierungsimpuls mit überhöhter Amplitude zwar mit Sicherheit zu einer Reizung des Myocards führt, aber aufgrund des erhöhten Energieverbrauchs die Lebensdauer der Stromversorgungsquelle des Schrittmachers erheblich reduziert, so daß eine vorzeitige Reimplantation vorgenommen werden muß,
- eine ausreichend sichere Detektierung von evo- zierten Signalen aufgrund einer erfolgten Myocard- Reizung erst nach ausreichendem Abbau des sich durch den Stimulierungsimpuls einstellenden Nach¬ potentials möglich ist, wenn Stimulierung*--''und Detektierung mit, der gleichen Elektrode durchge¬ führt wird,
- das Nachpotential höchstens einen solchen Wert annehmen darf, der in einem Zeitraums von etwa 30 bis 80 ms bis auf ein vernachlässigbares Niveau abgebaut werden kann (Autoshort), bevor ein evo- ziertes Potential abgeklungen ist
und
- die Werkstoffe der bekannten Elektroden und insbe¬ sondere Titan, Vanadium, Zirkon und Niob zu teil¬ weise extremer Oxidation neigen und daß diese hohe Oxidationsneigung bei Kontakt zu wässrigen Elektro- lyten dazu führt, daß sich an der Elektrodenober¬ fläche eine dünne, isolierende bzw. halbleitende Oxidschicht bildet, die eine der Helmholtzkapazität CH in Serie geschaltete Kapazität Cox darstellt und so zur langsamen Verringerung der Gesamtkapazität und damit zur entsprechenden Erhöhung der jeweils erforderlichen Stimulationsenergie führt.
Die Impulssteuerung des erfindungsgemäßen Steuerungs- Systems ist sowohl für die selbsttätige Ermittlung der, für die Detektion evozierter Potentiale notwendigen Breite der Autoshort-Impulse als auch für die Einhaltung einer minimalen, über der Reizschwelle des Myocard liegenden Am¬ plitude der Stimulationsimpulse bei der ermittelten not¬ wendigen Breite der Autoshort-Impulse ausgebildet und weist die dazu erforderlichen elektrischen Mittel auf. Da- zu gehören im wesentlichen ein regelbarer Autoshort- Impulsgenerator, ein Generator zur Erzeugung von, durch eine Torschaltung gesteuert, amplitudengeregelten Stimula¬ tionsimpulsen bei vorgegebener Impulsfolgefrequenz und Einrichtungen zur Detektion der durch diese Impulse evo- zierten Potentiale in Abhängigkeit von der Breite der Autoshort-Impulse. Die Selbsteinstellung der Autoshort- Zeit in gehört zu den wesentlichsten Vorteilen der Impuls¬ steuerung.
Der Betrieb der hier dargestellten Impulssteuerschaltung erfolgt in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen "Abgleich" und "Dauerbetrieb" . Nach der bevorzugten Aus¬ führungsform der Erfindung ist für die Erzeugung der Autoshort-Impulse ein Impulsgenerator vorgesehen, bei dem eine Variation der Impulsbreite im Betriebszustand "Abgleich" in scannender Weise durch einen Rampengenerator - 1 -
vorgenommen wird. Die Stimulationsimpulse sind hierbei durch eine entsprechende Einstellung in der Impulsamplitu¬ densteuerung des Stimulationsimpuls-Generators in ihrer Amplitude in einer Höhe konstant gehalten, welche über der Reizschwelle des Myocards liegt und bei der mit Sicherheit ein evoziertes Potential ausgelöst wird. Die entsprechend detektierten, impulsförmigen Signale werden nach ausreich¬ ender Verstärkung einem Speicher zugeführt.
Der Speicher ist matrix- oder array-artig ausgebildet und wird von dem zuvor genannten Rampengenerator derart adres¬ siert, daß eine Zuordnung der Speicherplätze zu den evo- zierten Signalen in Abhängigkeit von den jeweiligen Autoshort-Impulsen bestimmter Breite erfolgt.
Eine, dem Matrix-Speicher nachgeordnete Auswerte-Einheit ermittelt die effektivste Detektierung der evozierten Po¬ tentiale in Bezug auf die Impulsbreite der Autoshort- Impulse. Diese Autoshort-Zeit wird in dem Generator für die Autoshort-Impulse fixiert und legt als selbsteinge¬ stellter Wert die Breite der Autoshort-Impulse für den, dem Betriebszustand "Abgleich" folgenden "Dauerbetrieb" der Impulssteuerung fest. Für die Umschaltung der Be- triebszustände ist ein zyklischer Zeitschalter vorgesehen, durch den der Rampengenerator, der Generator für die Autoshort-Impulse und die Amplitudensteuerungsstufe der Stimulationsimpulse entsprechend zu- oder abschaltbar sind. Während des "Dauerbetriebs" der Impulssteuerung wird eine am Eingang der Amplitudensteuerungsstufe für die Sti- mulationsimpulse vorgesehene Torschaltung durch den Zeit¬ schalter und die Detektionsimpulse der evozierten Poten¬ tiale aktiviert. Jeder einem detektierten Potential entsprechender Impuls führt zu einer Reduzierung der Amplitude der Stimulations¬ impulse um einen bestimmten Betrag. Unterschreitet der S imulationsimpuls nach einer Anzahl von Stimulationen ei- nen die Reizschwelle, so kann kein evoziertes Potential mehr aufgenommen werden. Ein entsprechendes Ausgangssignal an einer Torschaltung führt in der nachgeordneten Amplitu¬ densteuerungsstufe zu einer Erhöhung der Amplitude der Stimulationsimpulse auf den zuletzt erfolgreich angewand- ten Wert. Dadurch wird erreicht, daß der, nach fehlender Detektion eines evozierten Potentials folgende Stimulati- ionsimpuls mit Sicherheit zu einer erneuten Reizung des Myocards führt und ein "Außer-Tritt-Kommen" der Synchroni¬ sation des Gesamtsystems vermieden wird.
Es ist ersichtlich, daß anstelle des der Stimulationsam¬ plitude auch die Impulsbreite oder ein anderer die Reiz¬ energie bestimmender Wert verändert werden kann.
Besonders günstig ist es auch, wenn die Kompensation des Nachpotentials durch einen aktiven Gegenimpuls erfolgt, da die bei dem erfindungsgemäßen Herzschrittmacher-System verwendete Elektrode auch anodisch betrieben werden kann, ohne daß eine Oxidschicht die Stimulationsschwelle beein- trächtigt.
Entsprechend einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist die Amplitudenerhöhung bei fehlender Detektions eines evozierten Potentials mehrfach so groß, wie der Wert der Amplitudenabsenkung bei erfolgter Detektion. Dies wird auf einfache Weise durch eine Teiler-Schaltung erreicht, die die Ausgangssignale der Torschaltung zur Amplitudenre¬ duzierung mit diesen Faktor versieht.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- düng erfolgt ein Wechsel der Schaltzustände des Zeit¬ schalters in sich zyklisch wiederholenden Zeitabschnitten gleicher Länge, um regelmäßig eine Kontrolle der gewählten Autoshort-Zeit vorzunehmen. Es hat sich als günstig erwie¬ sen, nach einer vorgegebenen Anzahl von Absenkzyklen der Amplitude der Stimulationsimpulse bis zum ersten Ausblei¬ ben einer Potential-Detektion erneut einen "Abgleich" durchzuführen, um die Autoshort-Zeit gegebenenfalls an ei¬ ne mögliche Veränderung der Reizfähigkeit des Myocards selbstständig anzupassen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Impulssteuerung ist für Autoshort-Zeiten im Bereich von 50 ms nur gewährleistet, wenn durch die konstruktive Gestaltung der Stimulations¬ elektrode erreicht wird, daß sich nur ein relantiv niedri- ges Nachpotential nach dem Stimulationsimpuls aufbaut.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Stimulationselektrode eine poröse Oberflächen- beschichtung aus einem inerten Material, deren aktive Oberfläche wesentlich größer ist, als die sich aus der geometrischen Form der Elektrode ergebende Oberfläche. Wegen der fraktalen räumlichen Geometrie ist die aktive Oberfläche so gro , daß die zur Stimulation erforderliche Energie auf einen minimalen Wert einstellbar ist. Damit ist den herkömmlichen beschichteten porösen Elektroden wegen ihrer großen relativen Oberfläche zunächst grund- sätzlich eine Stimulation mit gutem Erfolg bei niedriger Energie möglich. Es wurde nun erkannt, daß durch die Oxi- dationsneigung die Helmholtzkapazität verkleinert wird, was zu einer Erhöhung der Elektrodenimpedanz führt. Die damit hervorgerufene Beeinflussung der Elektroden¬ eigenschaften im Laufe der Implantationszeit ist deshalb so schwerwiegend, weil die Verschlechterung der Elektrode¬ neigenschaften Auswirkungen hat, welche ihrerseits dazu beitragen, daß die Stimulationseigenschaften zusätzlich ungünstig beeinflußt werden.
So ist bei einer sich verschlechternden Elektrode eine hö¬ here Impulsenergie notwendig, so daß zur Effektivitätser¬ kennung auch ein Gegenimpuls mit größerer Energie erfor- derlich ist, der seinerseits wieder zur Verschlechterung der Elektrodeneigenschaften beiträgt. Da die Impulsenergie und die zur Effektivitätserkennung notwendigen Gegenimpul¬ se auf Werte eingestellt sind, welche über die gesamte Im¬ plantationsdauer des Schrittmachers Gültigkeit haben müs- sen, beruht die Verschlechterung der Betriebsbedingungen, im Endeffekt im wesentlichen auf Maßnahmen, welche den verschlechterten Betbedingungen eigentlich entgegen¬ wirken sollen.
Die langzeitstabile, bioverträgliche Oberflächenbeschich- tung der erfindungsgemäßen Stimulationselektrode besteht aus einem Material, dessen Oxidationsneigung sehr gering ist, wobei sie vorzugsweise unter Verwendung eines inerten Materials, also eines Nitrides, Carbides, Carbonitrides oder aber eines reinen Elementes bzw. bestimmter Legierun¬ gen aus der Gruppe Gold, Silber, Platin, Iridium, Titan oder Kohlenstoff vakuumtechnisch auf die Elektrode auf¬ getragen wird. Wegen der fraktalen räumlichen Geometrie einer derart aufgetragenen Oberflächenschicht ist deren aktive Oberfläche sehr groß, so daß die zur Stimulation erforderliche Energiemenge äußerst gering gehalten werden kann.
Das Nachpotential einer Stimulationselektrode aus Titan, die mittels der reaktiven Kathodenzerstäubung eine gesput- terte Iriduimnitrid- oder Titannitridschicht aufweist, ist bis um das sechsfache (von ca. 600 auf ca. 100 mV) kleiner als das Nachpotential einer blanken Stimulations¬ elektrode aus Titan. Wegen dieser signifikanten Verringerung des Nachpotentials ist die Erkennung des intrakardialen EKGs nicht nur auf herkömmliche Weise mit einem Verstärker und einer Trigerreinrichtung möglich, sondern es kann eine funktionsfähige Effektivitätserken¬ nung angewandt werden, die ohne Gegenimpuls und Autoshort- Zeiten zum Abbau des Nachpotentials in der Größenordnung von 50 ms auskommt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild der bevorzugten Aus¬ führungsform der Erfindung,
Figur 2 ein Übersichtsdiagramm mit den wichtigsten Einflußgrößen für die Impulssteuerung in schema¬ tisierter Darstellung, Figur 3 ein in schematisierter Form dargestelltes Amplituden-Zeit-Diagramm für die erzeugten Sti¬ mulationsimpulse und detektierten Evotionspoten- tiale,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Stimulations¬ elektrode in schematischer Darstellung in Seitenansicht,
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung des Detail A in Figur 4 im Schnitt,
Figur 6 ein Diagramm zum Vergleich der Impedanz des Aus¬ führungsbeispiels der Elektrode mit der Impedanz von aus dem Stand der Technik bekannten entsprechenden Elektroden gleicher geometrischer Abmessungen
sowie
Figur 7 eine Darstellung des Nachpotentials als Funktion der Autoshort-Zeit in Abhängigkeit von der Oberflächengestaltung der Elektrode.
Die Mittel zur Impulserzeugung des erfindungsgemäßen Steuerungs-Systems ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Die zu dem Steuerungs-System gehörende Stimulationselek¬ trode ist an den Ausgangskondensator 1 angeschlossen und in der Zeichnung nicht dargestellt.
Sie weist einen Impulsgenerator 4 für Stimulationsimpulse auf, welche in der Richtung 2 auf die Stimulationselektro¬ de abgegeben werden. Eine Zeitsteuerstufe 6 bestimmt den Zeitpunkt der Abgabe von Stimulationsimpulsen und entspricht in diesem Fall ei¬ nem starrfrequenten Schrittmacher, wobei das dargestellte Prinzipschaltbild auch für andere Schrittmacherschaltungen verwendet werden kann, wobei lediglich zusätzliche Steuer¬ leitungen vorzusehen sind, welche beispielsweise bei einem Demand-Schrittmacher die Abgabe von Stimulationsimpulsen bei vor dem Ende des sogenannten Escape-Intervalle einge¬ henden von Herzaktionen herrührenden Signalen eine Stimu- lation unterbunden wird. Mit einer Amplitudensteuerstufe 5 läßt sich die Amplitude (bzw. die Energie) der Stimula¬ tionsimpulse über zusätzliche Eingänge herauf- ("+") bzw. herunter- ("-") setzen.
Ferner ist ein Impulsgenerator 15 zur Erzeugung von Autoshort-Impulsen über die Endstufe 4 vorgesehen. Über ein galvanisches Verbinden oder einen aktiven Gegenimpuls wird dabei das Potential des inneren Anschlusses des Kon¬ densators 1 in den Ausgangszustand vor dem letzten Stimu- lationsimpuls zurückgeführt, so daß durch die erzeugte La¬ dungsverschiebung dem Nachpotential an der Elektrode ent¬ gegengewirkt wird. Die Zeitdauer des Impulses zur Beseiti¬ gung der Nachwirkungen des Stimulationsimpulses ist über einen entsprechenden Eingang des Impulsgenerators 15 ein- stellbar.
Über einen Verstärker 11 werden vom Herzen hervorgerufene Signale aufgenommen, wobei der Verstärker durch nicht dar¬ gestellte Schaltungsmittel beim Auftretene eines Stimula- tion simpulses unempfindlich geschaltet wird. In einem Speicher 12 wird ein evoziertes Ereignis festgehalten. Um die Zeitdauer des Autoshort-Impulses optimieren zu können, wird ein ein evoziertes Ereignis anzeigendes Signal in Zu¬ ordnung zur Dauer des entsprechenden Autoshort-Impulses festgehalten.
Mittels eines Steuerschalters 17 erfolgt die Einstellung der Betriebsart "Abgleich", während die Schaltung sich im übrigen in der Betriebsart "Dauerbetrieb" befindet.
Im Betriebszustand "Abgleich" erfolgt die Ermittlung der optimalen Autoshort-Zeit, die dann in der Stellung "Dauerbetrieb" beibehalten wird. Dazu wird durch den Zeit¬ schalter 17 über die Steuerleitung 24 in der Amplituden¬ steuerung 5 bei konstanter Impulsfolgefrequenz (Zeitsteu- erung 6) eine Impulsamplitude vorgegeben, bei der mit Si¬ cherheit ein evoziertes Potential am Myocard entsteht. Gleichzeitig aktiviert der Zeitschalter 17 über die Steu¬ erleitung 26 einen Rampengenerator 16, der über einen Um¬ schalter 14 an den Impulsgenerator 15 angeschlossen ist, um die Breite der Autoshort-Impulse in scannend zu variie¬ ren. Ebenfalls durch den Zeitschalter 17 über die Leitung 27 und einen Negator 10 gesteuert, wird das UND-Gatter 9 gesperrt.
Ein aufgenommenes evoziertes Potentiale oder ein entspre¬ chendes, diesen Zustand anzeigendes Signal 3 wird über die Verbindungsleitung 32 einem Verstärker 11 zugeführt und in einem Matrix-Speicher 12 erfaßt. Die Zuordnung der einzel¬ nen Speicherplätze erfolgt in Abhängigkeit der Zeitfunk- tion des Rampengenerators 16, so daß jeder Impulsbreite ein Signal zugeordnete werden kann, welches die Aufnahme eines evozierten Potentials anzeigt. Durch eine Auswerte¬ schaltung 13 wird die zur Detektion der evozierten Poten¬ tiale 3 günstigste Autoshort-Zeit ermittelt. Hierbei wird ein Mittelwert aller Impulsdauern des Autoshort-Impulses ausgewählt, bei denen ein evoziertes Signal aufgenommen werden konnte, um eine gewisse Sicherheit gegenüber der Veränderung von der Signalaufnahmebedingungen im Verlaufe der Betriebszeit des Schrittmachers zu haben.
Anschließend erfolgt ein Zurücksetzen des Schalters 17 auf den Betriebszustand "Dauerbetrieb", wobei der mittlere Wert der Autoshort-Zeit, bei der ein evoziertes Potential aufgenommen werden konnte, über den Umschalter 14 und die Leitung 25 im Impuls-Generator 15 festgehalten und das UND-Gatter 9 über den Negator 10 freigeschaltet wird. An¬ schließend wird die Stimulationsamplitude wieder auf ihren Normalwert abgesenkt.
Nunmehr ist es möglich, mit den durch den vorgenommenen Abgleich sicher erkennbaren evozierten Potentialen bei dem Betrieb mit Schwellwertsteuerung über eine Effektivitäts¬ erkennung die Stimulationsenergie (-amplitude) so einzu¬ stellen, daß die Stimulationsschwelle sicher überschritten ist, ohne daß durch eine überhöhte Stimulationsenergie ei- ne vorzeitige Erschöpfung der Energiequelle erfolgt.
Jede Detektion eines evozierten Potentials 3 erzeugt über das UND-Glied 9 am Teiler 7 einen Impuls, der die Amplitu¬ de des nächsten Stimulationsimpulses 2 um einen bestimmten Betrag verringert. Diese schrittweise Amplitudenabsenkung erfolgt solange, bis bei der vorgegebenen Autoshort-Zeit kein evoziertes Potential detektiert wird. Die Pegelände¬ rung am Ausgamng des UND-Gatters 9 schaltet den Negator 8 und bewirkt daraufhin ein Anheben der Stimulationsamplitu¬ de bis zu einem vorangehenden Wert, bei dem eine Stimula- tion sicher erfolgte. Durch den Teiler 7 erfolgt eine Am¬ plitudenabsenkung nur bei jedem n-ten (hier 20. Dieser Wert stellt nur ein Beispiel dar, da sich in Praxis die Reizschwelle langfristig stabilisieren wird, so daß Tei¬ lerverhältnisse von einigen Tausend praktikabel sein werden. ) erfolgreichen Stimulationsimpuls - ein Anheben jedoch unmittelbar nach jeder fehlgeschlagenen Stimula¬ tion. Damit weisen die Stimulationsimpulse stets eine nur geringfügig über der Reizschwelle liegende Reizenergie, insbesondere Amplitude auf, welche jeweils mit großer Si- cherheit zu einer Herzstimulation führt.
Um mögliche Veränderungen der Übertragungsverhältnisse des Myocards zu erfassen, ist es von besonderem Vorteil, nach einer "Dauerbetrieb"-Phase der ImpulsSteuerung in einer Wiederholung eines "Abgleichs" erneut die für die Stimu¬ lierung und Detektierung der Herzaktivität optimale Autoshort-Zeit zu bestimmen. Es hat sich als günstig er¬ wiesen, nach einem "Dauerbetrieb" mit beispielsweise m- Zyklen für die Amplitude der Stimulierungsimpulse einen weitern "Abgleich" durchzuführen. Darüberhinaus ist es möglich, den Umschaltzyklus des Schalters 17 den patienten-spezifischen Bedingungen anzupassen.
Das in Figur 2 schematisiert dargestellte Diagramm zeigt auf der Zeitachse die Möglichkeit der Aufnahme evozierter Potentiale im Herzen in Abhängigkeit von der Variation der Autoshort-Zeit und der Stimulationsamplitude. Evozierte Signale können nur aufgenommen werden, wenn ein Stimulationsimpuls wirksam ist, er also eine vorgegebene Schwellenenergie überschritten hat, wie sie durch die ho¬ rizontale Linie 21 angegeben ist. Ferner wird die Möglich- keit der Aufnahme evozierter Signale noch begrenzt durch das Abklingen des evozierten Potentials, was durch Linie 19 als Grenze für das Abklingen der Stimulationswirkung (Nachpotential) angedeutet ist. Die Linie ist leicht ge¬ neigt, da mit erhöhter Stimulationsamplitude auch das (störende) Nachpotential ansteigt bzw. die Zeitdauer von dessen Abklingen größer wird. Der Zeitpunkt 20 bildet die¬ jenige Zeitmarke, nach welcher ein evoziertes Potential auf einen so geringen Wert abgeklungen ist, daß dessen De¬ tektierung nicht mehr möglich bzw. das interessierende Ereignis vorbei ist. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird bei einer Selbsteinstellung der Dauer der Autoshort¬ zeit ein Zeitbereich für die Maßnahmen zur Beseitigung des Nachpotentials eingestellt, der in dem effektiven Bereich liegt. Zwischen den durch die Linien 19 und 20 entstehen- den Grenzwerten wird insbesondere ein mittlerer Wert ein¬ gestellt. Die erfindungsgemäße Beschichtung der Stimula¬ tionselektrode ermöglicht ein Absenken des, die Detektion der evozierten Potentiale störenden Nachpotentials bei ei¬ ner Autoshort-Zeit von 50 ms auf einen Wert von nahezu 0 mV (vergleiche Figur 7).
Figur 3 zeigt das Amplituden-Zeit-Diagramm der Stimula¬ tionsimpulse 24 in Relation zu detektierbaren evozierten Potentialen 25 während des Betriebszustands "Dauerbetrieb" der Impulssteuerung. Nach jedem Stimulationsimpuls 24, für den ein evoziertes Potential 25 nach der Autoshort-Zeit T = tE - ts detektiert wird, erfolgt über die Impulsampli¬ tudensteuerung (vergleiche Position 5 in Figur 1) eine schrittweise Amplitudenabsenkung. Wird die Detektions- grenze mit der Reizschwelle 22 erreicht oder geringfügig unterschritten, so bewirkt die resultierende Potentialän¬ derung am Ausgang der Torschaltung (vergleiche die Posi¬ tionen 7, 8, 9, 10 in Figur 1) ein erneutes Ansteigen der Amplitude des nachfolgenden Stimulationsimpulses 24. Der Amplitudensprung erfolgt insbesondere auf den Amplituden- wert, bei dem zuletzt eine erfolgreiche Stimulation er¬ folgte.
Um die Zahl der Reizschwellenunterschreitungen, bei denen keine effektive Stimulation erfolgt, möglichst gering zu halten, wird bei vorteilhaften Ausführungen der Erfindung nur eine Absenkung bei jedem n-ten Stimulationsimpuls vor¬ genommen, wobei ein Anheben unmittelbar nach jeder Schwel- lenunterschreitung vorgenommen wird.
Bei der in Figur 4 in schematischer Seitansicht darge¬ stellten Stimulationselektrode 1 handelt es sich um eine unipolare Noppenelektrode mit einem einen zylinderförmigen Grundkörper 26 aus Titan aufweisenden Kopf. Der zylinder- förmige Grundkörper 26 weist erfindungsgemäß eine aus einem inerten Material Iridiumnitrid (IrN) bestehende Oberflächenbeschichtung 27 auf, die mittels Kathoden¬ zerstäubung auf den zylinderförmigen Grundkörpers 26 der Titanelektrode aufgebracht ist. Die Elektrode weist eine gewendelte, elektrisch leitende Zuleitung 31 auf, die mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung 30 aus Silikon versehen ist. In der Zeichung ist diese Silikonummantelung transparent wiedergegeben. An die Silikonummantelung ange¬ formt sind nach rückwärts gerichtete flexible Befesti¬ gungselemente 29, welche zur Verankerung der Elektrode im Herzen dienen, wobei die Oberfläche des Grundkörpers in Kontakt mit der inneren Herzoberfläche gehalten wird.
Der Grundkörper 26 ist mittels eines hohlzylindrischen An¬ satzes 28 über die Zuleitung 31 geschoben und dort befe¬ stigt, wobei dieser Ansatz in der Zeichnung geschnitten dargestellt ist.
In Figur 5 ist ein Ausschnitt (Detail A in Figur 4) der aktiven Oberfläche vergrößerten wiedergegeben. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, wird durch die (unmaßstäblich vergrößerte) fraktale räumliche Geometrie der im mikrosko¬ pischen Bereich stengelartig gewachsenen Beschichtung 27 eine wesentliche Vergrößerung der aktiven Oberfläche er¬ zielt. Die erzielte Oberflächenvergrößerung liegt im Be¬ reich von mehr als 1000.
Aus Figur 6, die den Verlauf der Impedanzen von Stimula¬ tionselektroden mit unterschiedlichen Oberflächenbeschich- tungen im Vergleich zeigt, ist ersichtlich, daß eine mit Iridiumnitrid beschichtete Elektrode insbesondere im Be- reich kleiner, für den Empfang von aus dem Herzen aufneh¬ menden Signalen besonders wichtigen niederfrequenten Be¬ reich im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik be¬ kannten Elektrodenoberflächenmaterialien Titan bzw. Titan¬ nitrid die niedrigste Phasengrenzimpendanz besitzt. Die ermittelten Unterschiede sind in ihren Auswirkungen des¬ halb besonders wesentlich, da die Amplitude des aufgenom- menen Signals quadratisch mit dem Innenwiderstand der Si¬ gnalquelle zusammenhängt.
In Figur 7 sind Meßergebnisse dargestellt, die das durch die Stimulation entstehende Nachpotential als Funktion der Autoshort-Zeit T in Abhängigkeit von der Konfiguration der Stimulationselektrode zeigen. Da das den Erfolg einer Myocard-Reizung anzeigende evozierte Potential in einem Zeitbereich von 50 bis 300 ms nach der Stimulation zu fin- den ist, kann dessen Detektion mit einer Titannitrid- beschichteten Stimulationselektrode bei Autoshort-Zeiten von 50 ms störungsfrei erfolgen, wogegen bei unbeschichtete Platin-Elektroden das evozierte Potential durch Nachpotentiale in Größenordnung 10 mV "verdeckt" sind. Die Detektierung der evozierten Potentiale zu einem Zeitpunkt nach 50 ms wird auch dadurch erheblich erschwert und ist mit unbeschichteten Stimulationselektroden nicht möglich, da sich die Amlitude des evozierten Potentials nach Entstehen sehr schnell verringert und unter den Wert des verbleibenden Nachpotentials sinkt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei- spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
* * * * *

Claims

A n s p r ü c h e
1. Herzschrittmachersystem, mit einer Schaltung zur Er¬ zeugung von Stimulationsimpulsen und einer Schaltung zur Erzeugung eines Impulses zum Abbau der Restladung des Aus- gangskondensators bzw. zur Beseitigung des Nachpotentials nach einem Stimulationsimpuls durch eine im Herzen ange¬ ordnete Stimulationselektrode,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Stimulationselektrode durch eine poröse Oberflä- chenbeschichtung aus einem inerten Material, dessen aktive Oberfläche wesentlich größer ist als die Oberfläche der geometrischen Grundform der Elektrode, eine verringerte Polarisierbarkeit aufweist und
daß die Zeitdauer der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung des Ausgangskondensators nach einem Stimu¬ lationsimpuls auf weniger als 70 ms begrenzt ist.
2. Herzschrittmachersystem nach Anspruch l, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdau¬ er der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung im wesentlichen 50 ms beträgt.
3. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdau- er der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung variabel ist.
4. Herzschrittmachersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Schaltung zur Erfassung einer evozier¬ ten Herzaktion mittels eines durch eine im Herzen verlegte Elektrode aufgenommenen elektrischen Signals, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdau- er der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung in Abhängigkeit von der Erfassung eines evozierten Impul¬ ses verändert wird.
5. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Schaltungs¬ mittel zur selbsttätigen Einstellung der Zeitdauer der Ak¬ tivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung vorgese¬ hen sind, welche während eines Zeitraums zur selbsttätigen Einstellung der Zeitdauer der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung eine Stimulation mit heraufge¬ setzter Amplitude bewirken, während die Zeitdauer der Ak¬ tivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung zwischen den einzelnen Stimulationsimpulsen sukzessiv variiert wird, bis mit der Schaltung zur elektrischen Erfassung ei¬ ner evozierten Herzaktion ein elektrisches Signal aufge¬ nommen wird.
6. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdau- er der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung von einem Maximalwert ausgehend sukzessiv verringert wird.
7. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schal¬ tungsmittel zur selbsttätigen Einstellung der Zeitdauer der Aktivierung der Schaltung um Abbau der Restladung auf¬ weisen:
Schaltungsmittel (16) zur Variation der Zeitdauer der der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restla¬ dung,
- Schaltungsmittel (11, 12, 13) zur Detektierung und Speicherung der Erfassung einer evozierten Herzaktion (3, 25) in Zuordnung zur jeweiligen Zeitdauer der Ak¬ tivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung,
- Schaltungsmittel (5, 7, 8, 9, 10) zur Heraufsetzung der Amplituden der StimulationsImpulse (2, 24).
8. Herzschrittmachersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Schaltungs¬ mittel zur Veränderung der Amplitude der Stimulationsim- pulse, nachdem durch die Schaltungsmittel zur selbsttäti¬ gen Einstellung der Zeitdauer der Aktivierung der Schal¬ tung zum Abbau der Restladung eine solche Zeitdauer ermit- telt wurde, welche eine sichere Erfassung einer evozierten Herzaktion mittels eines durch die im Herzen verlegte Elektrode aufgenommenen Signals ermöglicht.
9. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 7, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schal¬ tungsmittel zur Veränderung der Amplitude der Stimula¬ tionsimpulse eine Regelschaltung aufweisen, welche, wenn die Schaltungsmittel zur selbsttätigen Einstellung der Zeitdauer der Aktivierung der Schaltung zum Abbau der Restladung nicht aktiviert sind, die Amplitude der Stimula¬ tionsimpulse um einen vorgegebenen Amplitudenbetrag vergrö¬ ßern, wenn kein evoziertes Signal detektiert wird und um ei- nen vorgegebenen Amplitudenbetrag verkleinern, wenn ein evoziertes Signal detektiert wird.
10. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 2, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der De¬ tektion eines evozierten Signals (3, 25) die Amplitude des Stimulationsimpulses (2, 24) um einen ersten Amplitudenbe¬ trag verringert wird, der kleiner ist als ein zweiter Am¬ plitudenbetrag, um den die Stimulationsamplitude bei Aus- bleiben eines evozierten Signals (3, 25) angehoben wird.
11. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei jeder n- ten Detektion eines evozierten Signals (3, 25) die Ampli¬ tude des Stimulationsimpulses (2, 24) um einen vorgegebe¬ nen Amplitudenbetrag verringert wird.
12. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Speicherung des Auftretens von evozierten Herzaktionen (3, 25) ein adressierbarer Speicher (12) vorgesehen ist.
13. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 9, a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zuord¬ nung der evozierten und detektierten Potentiale (3, 25) zu den entsprechenden Speicherplätzen des adressierbaren Speichers (12) in Abhängigkeit vom Ausgangssignale eines Rampengenerator (16) erfolgt.
14. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem adres- sierbaren Speicher (12) eine Auswerte-Einheit (13) nachge¬ ordnet ist, die eine mittlere Dauer eines Autoshort- Impulses ermittelt und den Impulsgenerator (15) im Be¬ triebszustand "Dauerbetrieb" auf diese Impulsbreite fi¬ xiert.
15. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Umschal¬ ter (14) am Eingang des Impulsgenerators (15) zur Erzeu- gung der Autoshort-Impulse angeordnet ist und diesen im Betriebszustand "Abgleich" mit dem Rampengenerator (16) bzw. im Betriebszustand "Dauerbetrieb" mit der Auswerte- Einheit (13) verbindet.
16. Herzschrittmachersystem nach Anspruch l, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die aktive Oberfläche der Stimulationselektrode (1) durch eine, ins¬ besondere fraktale, räumliche Geometrie um einen Faktor von mindestens tausend größer ist als die sich aus der geometrischen Grundform der Elektrode ergebende Oberfläche.
17. Herzschrittmachersystem nach einem der Ansprüche 1 und 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als inertes Material ein Nitrid, Carbid oder Carbonnitrid oder aber ein reines Element bzw. eine Legierung aus der Gruppe Gold, Silber, Titan, Iridium, Platin oder Kohlen¬ stoff vorgesehen ist.
18. Herzschrittmachersystem nach einem der Ansprüche 16 und 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächenbeschichtung mittels Dünnschichttechnologie auf die Elektrode (1) aufgebracht ist.
19. Herzschrittmachersystem nach Anspruch 18, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflä¬ chenbeschichtung mittels reaktiver Kathodenzerstäubung oder lonenplattierung auf die Elektrode (1) aufgebracht ist.
20. Herzschrittmachersystem nach einem der Ansprüche 16 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Grundkörper der Elektrode (1) aus Titan besteht.
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