DE2720331A1 - Heart pacemaker with rechargeable battery - has transformer type recharging system and frequency sensor monitoring battery condition - Google Patents

Heart pacemaker with rechargeable battery - has transformer type recharging system and frequency sensor monitoring battery condition

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DE2720331A1 DE19772720331 DE2720331A DE2720331A1 DE 2720331 A1 DE2720331 A1 DE 2720331A1 DE 19772720331 DE19772720331 DE 19772720331 DE 2720331 A DE2720331 A DE 2720331A DE 2720331 A1 DE2720331 A1 DE 2720331A1
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    • A61N1/37—Monitoring; Protecting
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    • A61N1/3708—Pacemaker parameters for power depletion

Abstract

Heart pacemaker is used for implantation in the human body, and has an electronic spacer arrangement. Electrodes are provided for the excitation of heart muscles and batteries are used as power sources. The batteries are recharged externally without an operation which could involve risk. The battery of the pacemaker is recharged by means of an induction coil with rectifier. This arrangement is charged externally outside the body by a second solenoid and the two solenoids are linked in the form of a transformer for transferring the required recharging energy. The heart pacemaker has a generator circuit whose frequency is modified in relation to the battery voltage and this frequency can be measured externally by inductive or capacitive methods. A monitoring receiver is arranged outside the body which triggers an alarm signal when a frequency is transmitted which corresponds to a critical battery voltage.

Description

Herzschrittmacher mit aufladbarer BatteriePacemaker with a rechargeable battery

Herzschrittmacher helfen heute bereits in zahllosen Fällen Rythmusstörungen selbst schwerster Art zu beseitigen bzw.Pacemakers are already helping in countless cases of arrhythmia even the most difficult type of removal or

deren Folgen zu verweiden.to avoid their consequences.

Da diese Geräte pausenlos dem Herzmuskel Impulse zuführen müssen, ist man seit einiger Zeit dazu übergegangen, dieselben operatif in den Körper einzusetzen, wobei überlicherweise etwa nach zwei Jahren in einer weiteren Operation das Gerät durch ein neues ersetzt wird.Since these devices have to continuously deliver impulses to the heart muscle, For some time now one has gone over to inserting them into the body operatively, usually after about two years in a further operation the device is replaced by a new one.

Ein Herzschrittmacher besteht im Wessentlichen aus einem elektronischen Tankgeber, welcher beim heutigen Stand der Technik nicht nur sehr klein, sondern absolut zuverlässig aufgebaut werden kann. Auch die Elektroden, welche die elektrischen Impulse dem Herzmuskel zuführen erfordern keine routinemassige Erneuerung, zumal eventuell auftretende Störungen in Elektrocardiogramm oder durch Röntgenuntersuchungen im Allgemeinen gut zu erkennen sind.A pacemaker essentially consists of an electronic one Tank sensor, which with the current state of the art is not only very small, but can be set up absolutely reliably. Also the electrodes, which are the electrical Delivering impulses to the heart muscle do not require routine renewal, especially since Any disturbances in the electrocardiogram or through X-ray examinations are generally easy to see.

Lediglich die Batterien, welche die elktrische Energie für die Impulse dauernd aufbringen müssen, bedürfen einer laufenden Erneuerung, was nur durch einen operativen Eingriff möglich ist.Only the batteries, which provide the electrical energy for the impulses have to constantly raise, require ongoing renewal, which only by one surgical intervention is possible.

Da jede, auch die kleinste Operation ein gewisses Risiko bedeutet,wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, daß eine aufladbare Batterie verwendet wird und zur Aufladung eine Induktionsspule mit Gleichrichter vorhanden ist, welche von außerhalb des Körpers von einer zweiten Spule in Art eines Transformators die erforderliche Energie zugeführt erhält.Because every operation, even the smallest, involves a certain amount of risk proposed according to the invention that a rechargeable battery is used and for Charging an induction coil with rectifier is present, which is from outside the body of a second coil in the manner of a transformer provides the necessary Receives energy supplied.

Eine äquivalente Lösung aer Aufgabe ist eine kapazitive Übertragung der erforuerlichen Energie, wobei man allerdings zufolge der kleinen Kondensatorflächen mit relativ hohen Frequenzen arbeiten müßte, und unter Umstanden Beeinflussungen von hochfrequenten Störfeldern zu befürchten wären.An equivalent solution to the problem is capacitive transmission the required energy, although this is due to the small capacitor areas would have to work with relatively high frequencies and, under certain circumstances, influences would be feared of high-frequency interference fields.

Die mit niedrigeren Frequenzen mögliche, absolute zuverlässige Einkopplung der Energie über zwei erfindungsgemäße "Transformatoren" -Spulen löst die Aufgabe der Energiezufuhr einwanufrei.The absolutely reliable coupling possible with lower frequencies the energy via two "transformer" coils according to the invention solves the problem the energy supply is free.

Das Problem kann aber erst dann als absolut gelöst angesehen weruen, wenn auch überprüft werden kann, ou die Batterien tatsächlich aufgelauen wurden.However, the problem can only be regarded as completely resolved if if it can also be checked whether the batteries were actually recharged.

Um diese Kontrolle durchführen zu können, wird vorgeschlagen, daß im Herzschrittmacher ein frequenzveränderlicher Generatorkreis vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der Batteriespannung seine Frequenz ändert und diese von außen induktiv oder kapazitiv zu messen.In order to be able to carry out this control, it is proposed that there is a variable frequency generator circuit in the pacemaker, which its frequency changes depending on the battery voltage and this changes from the outside to measure inductively or capacitively.

Ein derartiger frequenzveränderlicher Generatorkreis, kann in bekannter Art als Schwingungskreis, oder X-C-Kreis aufgebaut werden, wobei die moderne Elektronik gestattet mit minimalen Energien unu auch mit absolut reproduzierbaren Meßwerten zu arbeiten, sodaß man genau aus der Frequenz auf die vorhandene Batteriespannung und damit auf den Ladezustand der Batterie schliessen kann.Such a frequency-variable generator circuit can in known Kind as an oscillation circuit, or X-C-Kreis are constructed, with the modern electronics allows with minimal energies and also with absolutely reproducible measured values to work, so that you can exactly match the frequency to the existing battery voltage and can thus infer the state of charge of the battery.

Beim Vorhanuensein eines derartigen Meßkreises besteht nun auch die Möglichkeit jederzeit den Batteriezustand zu prüfen oder sogar erfindungsgeraäß einen Gefahrenzustand zu signalisieren, indem außerhalb des Körpers ein Überwachungsempfänger vorhanden ist, der bei Erreichen einer bestimmten Frequenz entsprechend einer kritischen Batteriespannung ein Alarmsignal auslöst.If such a measuring circuit is present, the Possibility to check the battery status at any time or even according to the invention signal a dangerous condition by placing a surveillance receiver outside the body is available, which corresponds to a critical when a certain frequency is reached Battery voltage triggers an alarm signal.

Da es im wesentlichen darauf ankonunt mit der in der Batterie vorlianuenen Energie möglichst lange auszukommen wird ferner vorgeschlayen, daß der frequenzveränderliche Generatorkreis zeitlich getastet ist um seinen Stromverbrauch zu reduzieren.Since it is essentially connected to that in the battery Energy to get along for as long as possible is also suggested that the frequency-variable Generator circuit is timed to reduce its power consumption.

Wenn man angesicnts der hohen Zuverlässigkeit der verwendeten Bauteile bereit ist auf eine dauernde Uberwacnung der Batteriespannung zu verzicnten, so besteht die Möglichkeit, daß cier Generatorkreis nur bei einer Überprüfung oder Aufladung direkt von der Induktionsspule gespeist wird und die Batteriespannung nur die Frequenz des Generatorkreises bestimmt.If you consider the high reliability of the components used is ready for a permanent monitoring of the battery voltage, so there is a possibility that the generator circuit only during a check or Charging is fed directly from the induction coil and the battery voltage only determines the frequency of the generator circuit.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung belastet der Stromverbrauch des Generatorkreises die Batterie überhaupt nicht.In this arrangement according to the invention, the power consumption is a burden of the generator circuit does not run the battery at all.

Es wird nur im Ralimen einer Kontrolluntersuchung über die Transformatorspule von außen Energie eingespeist, der Generator beginnt zu arbeiten und seine Frequenz zeigt die Batteriespannung und damit den Zustand der Batterie an.It is only used in the course of a check-up on the transformer coil Energy fed in from the outside, the generator starts to work and its frequency shows the battery voltage and thus the condition of the battery.

Da währena des Minspeisens von Energie über die Transformatorspule auch die Batterie aufgeladen wird, entspricht die Frequenz der Batteriespannung im Ladezustand. Da aber auch die Kenntnis der Batteriespannung im normalen Betriebszustand von großer Bedeutung sein kann, wird weiterhin erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Generatorkreis derart ausgebildet ist, daß nach dem Abschalten der zweiten Spule (Transformatorspule) der Generatorkreis zumindest solange weiterschwingt bis seine Frequenz der Batteriespannung ohne Ladevorgang entspricht.There during the supply of energy via the transformer coil the battery is also being charged, the frequency corresponds to the battery voltage in the state of charge. But there is also the knowledge of the battery voltage in the normal operating state can be of great importance, it is further proposed according to the invention that the generator circuit is designed such that after switching off the second coil (Transformer coil) the generator circuit continues to oscillate at least until its Frequency corresponds to the battery voltage without charging.

Da der normale Betriebszustand unmittelbar bei Beendigung des Ladevorganges eintritt genügt unter Umständen schon ein kleinster Ladekondensator im Stromversorgungsteil des Generatorkreises um auch die Frequenz welcher dem normalen Betriebsspannungswert entspricht zu messen.Since the normal operating status immediately upon completion of the charging process A tiny charging capacitor in the power supply section is sufficient under certain circumstances of the generator circuit by the frequency that corresponds to the normal operating voltage value corresponds to measure.

Die Aufgabe die Batteriespannung im Betriebszustand zu prüfen ohne Beeinflussung durch den Aufladevorgang ist erfindungsgemäß auch so zu lösen, daß der Generatorkreis bereits bei einer Spannung zu arbeiten beginnt, weiche unter 92r zur Aufladung der Batterie erfoderlichen Induktionsspannung liegt.The task of checking the battery voltage in the operating state without Influencing by the charging process can also be solved according to the invention in such a way that the generator circuit already starts to work at a voltage that drops below 92r is the induction voltage required to charge the battery.

Bei einer derartigen Anordnung ist es sogar möglich, die Batteriespannung zu prüfen ohne die Batterie aufzuladen.With such an arrangement it is even possible to control the battery voltage check without charging the battery.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung.Fig. 1 shows the schematic representation of an inventive Arrangement.

Der eigentlicile Taktgeber (1) wiru von der Batterie (2) gespeist. Das Wechselstrom-Ladegerät (3) mit seiner Spul (4) wird außerhalb des Körpers derart angelegt, daß die Spule (4) mit der Induktionsspule (5) in Art eines Transformators gekoppelt ist.The actual clock (1) is fed by the battery (2). The AC charger (3) with its coil (4) is so outside the body applied that the coil (4) with the induction coil (5) in the manner of a transformer is coupled.

Die in der Induktionsspule (5) erzeugte Wecheselspannung wird von dem Gleichrichter (6) gleichgerichtet und laut die Batterie (2) auf.The alternating voltage generated in the induction coil (5) is from the rectifier (6) rectified and loudly the battery (2) on.

Die eventuell erforderlichen Siebketten oder ähnliche Bau teile der Gleichrichterschaltung sind aus Vereinfachungsgründen weggelassen.Any necessary sieve chains or similar parts of the construction Rectifier circuits are omitted for the sake of simplicity.

Fig. 1 zeigt auch die erfindungsgemäße Anordnung eines Generators (7) welcher über die Leitungen (8) die Spannung der Batterie (2) mißt und je nach dem gemessenen Spannungswert eine bestijunte Frequenz der Spule (9) zuführt, die ihrerseits mit der Spule (10) des Meßgerätes (11) induktiv gekoppelt wird.Fig. 1 also shows the arrangement of a generator according to the invention (7) which measures the voltage of the battery (2) via the lines (8) and depending on a specific frequency of the coil (9) supplies the measured voltage value, which in turn is inductively coupled to the coil (10) of the measuring device (11).

Diese Anordnung gestattet sowohl das Auf laden der Batterie (2) von außerhalb sowie die Messung der Ladespannung.This arrangement allows both the charging of the battery (2) from outside as well as the measurement of the charging voltage.

Erhält der Generator (7) direkt über die Leitungen (12) seine Stromversorgung, sodaß die Leitungen (8) tatsächlich nur der Messung der Batteriespannung dienen, sind folgende Betriebszustände der Anlage möglich : 1) Aufladen: Von deil Ladegerät (3) wird der Induktionsspule (5) eine Wechselspannung zugeführt, die ausreicht, nacil Gleichrichtung uie Batterie (2) aufzuladen.If the generator (7) receives its power supply directly via the lines (12), so that the lines (8) actually only serve to measure the battery voltage, the following operating states of the system are possible: 1) Charging: From the charger (3) the induction coil (5) is supplied with an alternating voltage which is sufficient After rectification and recharge the battery (2).

2) Messung der Laderspannung: Gleichzeitig mit der Aufladung erhält der Generator (7) seine erforderliche Stromversorgung ebenfalls von der Induktionsspule (5) und es kann mit dem Meßgerät (11) der Ladezustand geprüft werden. 2) Measurement of charger voltage: Received at the same time as charging the generator (7) also receives its required power supply from the induction coil (5) and the state of charge can be checked with the measuring device (11).

3) Messung der Betriebsspannung. Zu diesem Zweck wird die Wechselspannung des Ladegerätes (3) soweit reduziert, daß der Scneitelwert der in der Induktionsspule (5)erzeugten Wechselspannung, unter der Batteriespaiiilunq liegt. Der Gleichruichter (6) verhindert einen Stromfluß von der Batterie (2) über die induktionsspule (5) . Somit sind diese Kreise entkoppelt. die Spannung in der Induktionsspule (5) reicht einer aus den Generator (7) zu betreiben, welcher nun den echten Zustand der Batterie (2) im betrieBszustand angibt. 3) Measurement of the operating voltage. For this purpose, the alternating voltage of the charger (3) reduced to such an extent that the peak value of the in the induction coil (5) generated alternating voltage below which the batteryspaiiunq is. The matchmaker (6) prevents current flow from the battery (2) via the induction coil (5) . Thus these circles are decoupled. the voltage in the induction coil (5) is sufficient one from the generator (7) to operate, which now the real state of the battery (2) when in operation.

bei abgeschaltetem Ladegerät entnehmen weder die Induktionsspule (5), noci der Generator (7) der Batterie (2) irgendwelche Energie.When the charger is switched off, neither remove the induction coil (5), noci the generator (7) the battery (2) any energy.

Fig. 1 zeigt überdies eine Signaleinrichtung (13), welche bei Erreichen einer kritiscnen Batteriespannung ein Signal gibt. Das kann sowohl eine Anzeige einer zu niedrigen Batteriespannung sein, ouer eine Anzeige des Endes des Ladevorganges.Fig. 1 also shows a signaling device (13), which when reached gives a signal to a critical battery voltage. This can be both an advertisement the battery voltage is too low, or an indication of the end of the charging process.

Obwohl die Darstellungen der Fig. 1 alle auf induktive Kopplungen bezogen sind, gilt der gleiche Erfindungsanspruch für gleichwertige kapazitive Lösungen.Although the representations of FIG. 1 all point to inductive couplings are related, the same claim of the invention applies to equivalent capacitive solutions.

Claims (7)

herzschrittmacher Patentansprüche 1) Herzschrittmacher zur Implantation in den menschlichen Körper bestehend aus einer. elektronischen Taktgeber, Elektroden zur Erregung des Herzmuskels und einer Batterie als Stromquelle dadurcll gekennzeichnet, daß eine aufladbare Batterie verwendet wird und zur Aufladung eine Induktionsspule mit Gleicllricllter vorhanden ist, welche von außerhalb des Körpers von einer zweiten Spule in Art eines Transfonnators die erforderliche Energie zugeführt erhält. pacemaker patent claims 1) pacemaker for implantation in the human body consisting of a. electronic clock, electrodes for excitation of the heart muscle and a battery marked as a power source dadurcll, that a rechargeable battery is used and an induction coil for charging with equilibrium which is present from outside the body of a second Coil in the manner of a Transfonnators receives the necessary energy supplied. 2) Herzschrittmacher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Herzschrittmacher ein frequenzveränderlicher Generatorkreis vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der Batterie spannung seine Frequenz ändert und diese von außen induktiv oder kapazitiv messbar ist. 2) pacemaker according to claim 1, characterized in that there is a variable frequency generator circuit in the pacemaker, which Depending on the battery voltage, its frequency changes and this changes from the outside can be measured inductively or capacitively. 3) herzschrittmacher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Körpers ein Uberwachungsempfänger vorhanden ist, aer bei Erreicnen einer bestimmten Frequenz entsprechend einer kritischen Batteriespannung ein Alarmsignal auslöst. 3) pacemaker according to claim 2, characterized in that There is a monitoring receiver outside the body, or when it is reached an alarm signal at a certain frequency corresponding to a critical battery voltage triggers. 4) Herzschrittmacher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzveränderliche Generatorkreis zeitlich getaktet ist um seinen Stromverbrauch zu reduzieren. 4) pacemaker according to claim 2, characterized in that the frequency-changeable generator circuit is clocked according to its power consumption to reduce. 5) Herzschrittmacher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorkreis direkt von der Induktionsspule gespeist wird und die Batteriespannung nur die Frequenz des Generatorkreises bestimmt. 5) pacemaker according to claim 2, characterized in that the generator circuit is fed directly from the induction coil and the battery voltage only determines the frequency of the generator circuit. 6) Herzscrittmacher nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorkreis derart ausgebiluet ist, daß nacn dem Abschalten der zweiten Spule (Transformatorspule) der Generatorkreis zumindest solange weiterschwingt bis seine Frequenz der Batteriespannung ohne Ladevorgang entspricht.6) heart rate maker according to claim 5, characterized in that the Generator circuit is designed such that after switching off the second coil (Transformer coil) the generator circuit continues to oscillate at least until its Frequency corresponds to the battery voltage without charging. 7) Herzschrittmacher nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorkreis bereits bei einer Spannung zu arbeiten beginnt, welche unter der zur Aufladung der Batterie erforderlichen Induktionsspannung liegt.7) pacemaker according to claim 5, characterized in that the The generator circuit begins to work at a voltage which is below the induction voltage required to charge the battery.
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