EP 04 757 994.1 F44 329 EP/DE

EP 04 757 994.1
F44 329 EP/DE
Medtronic, Inc.
Verfahren und Vorrichtungen zum Reformieren von
Hochspannungs-Elektrolytkondensatoren
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Oxidreformierung von Kondensatoren mit hoher Energiedichte für
medizinische Vorrichtungen und insbesondere implantierbare
Kardioverter-Defibrillator-(ICD)- und automatische externe
Defibrillator-(AED)-Vorrichtungen,
und
sie
stellt
verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Reformieren der
Oxide
der
Elektroden
von
Kondensatoren
für
solche
Vorrichtungen bereit.
Die
Implementation
und
Verwendung
von
Hochspannungs-
Ausgabesystemen innerhalb von ICD ist wohlbekannt. Generell
haben
ICD
Hochspannungs-(HV)-Ausgangskondensatoren,
typischerweise Ventilmetall-Elektrolytkondensatoren, welche
typischerweise durch Hochstrom-Batteriesysteme, wie Silbervanadiumoxid-(SVO)-Batteriezellen,
spannungsumrichtern
zum
Erzeugen
/Defibrillations-(C/D)-Schocks,
volle
(oder
maximale)
gekoppelt
auf
von
eine
mit
Gleich-
Kardioversionsim
vorprogrammierte
Wesentlichen
Ladung
geladen
werden. Ein Beispiel für das Hochspannungs-Ladesystem für
einen
existierenden
ICD
ist
beispielsweise
in
US-A-
5 372 605 beschrieben. Die HV-Ausgangskondensatoren werden
bis zur programmierten Spannung
arrhythmieerfassungskriterien
aufgeladen, wenn Tachy-
erfüllt
sind
und
ein
C/D-
Schock abzugeben ist, indem die HV-Ausgangskondensatoren
durch das Herz zwischen C/D-Elektroden entladen werden.
Der
Begriff
"Ventilmetall"
steht
für
eine
Gruppe
von
- 2 -
Metallen, einschließlich Aluminium, Tantal, Niob, Titan,
Zirconium usw., welche alle haftende, elektrisch isolierende
dielektrische
einer
anodischen
Lösungen
Polarisation
bilden.
Wesentlichen
Metalloxidfilme
oder
in
–schichten
elektrisch
Nasselektrolytkondensatoren
aus
einer
Anode,
einer
bei
leitenden
bestehen
Kathode,
im
einer
Barriere- oder Trennschicht zum Trennen der Anode und der
Kathode und einem Elektrolyten. Bei zylindrischen Elektrolytkondensatoren besteht die Anode typischerweise aus einer
gewickelten anodisierten Aluminiumfolie, bei der anschließende
Wicklungen
getrennt
sind.
kondensator
Die
(FEC)
Aluminiumschichten
durch
mindestens
Anoden
in
können
einem
aus
bestehen,
eine
Trennschicht
flachen
Elektrolyt-
übereinander
die
elektrisch
gelegten
miteinander
verbunden sind. Bei einem anderen Kondensatortyp wird ein
Ventilmetallpulver zu einer typischerweise unitären Anode
gepresst, gesintert und gebildet, und die Anode ist von
mindestens einer Kathode durch eine elektrisch isolierende
Trennschicht getrennt, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist
und
nachstehend
typischerweise
beschrieben
mehrere
wird.
Für
einen
Aluminiumschichten
FEC
werden
geätzt
oder
perforiert, um die Oberfläche zu vergrößern. Sowohl für FEC
als auch für gepresste und gesinterte Kondensatoren wird
ein Oxiddielektrikum auf freigelegten Oberflächen der Anode
(der gepressten und gesinterten Struktur oder der geätzten
oder perforierten Schichten) gebildet, wenn die Anode in
ein
Formationselektrolyt
eingetaucht
elektrischer Strom während der
zirkuliert.
Beispiele
von
ist,
während
ein
Herstellung durch dieses
Elektrolytkondensatoren
sind
beispielsweise in dem auf den Erwerber der vorliegenden
Erfindung übertragenen US-Patent US-A-6 006 133 sowie in
US-A-6 249 423,
bart.
US-A-6 283 985
und
US-A-5 926 362
offen-
- 3 -
Zum
Bewahren
der
ICD-Batterieenergie
bleiben
die
HV-
Ausgangskondensatoren in einem ungeladenen Zustand, wenn
sie
nicht
verwendet
werden.
Das
Metalloxiddielektrikum
neigt jedoch zur Verschlechterung, wenn die HV-Ausgangskondensatoren zwischen Ladevorgängen zum Abgeben von C/DSchocks in einem ungeladenen Zustand belassen werden. Wenn
es notwendig wird, die HV-Ausgangskondensatoren zu laden,
kann ein erheblicher Leckstrom zwischen den Anoden und den
Kathoden
der
HV-Ausgangskondensatoren
auftreten.
Dieser
Leckstrom kann die Zeit verlängern, die erforderlich ist,
um die HV-Ausgangskondensatoren auf die
gewünschte C/D-
Spannung zu laden, und die Verzögerung kann möglicherweise
eine
erforderliche
Verabreichung
einer
elektrischen
Therapie an einen Patienten verzögern. Weiterhin macht es
dieser Leckstrom auch notwendig, dass mehr Batterieenergie
aufgewendet wird, um die HV-Ausgangskondensatoren auf die
gewünschte C/D-Spannung zu laden. Folglich kann der Leckstrom weiter zu einem übermäßigen Verbrauch der begrenzten
Batterieenergie führen, wodurch die Langlebigkeit des ICDs
verringert wird.
Wenngleich
solche
Ventilmetall-Elektrolytkondensatoren
demgemäß eine verhältnismäßig hohe Energiedichte je Volumen
aufweisen, neigen diese Kondensatoren dazu, sich im Laufe
der Zeit elektrochemisch zu verschlechtern, wodurch die zum
vollständigen
Laden
des
HV-Ausgangskondensatorsystems
erforderliche Ladezeit verlängert wird. Ähnlich haben die
SVO-Batteriezellen wegen des erhöhten äquivalenten Reihenwiderstands
(ESR)
innerhalb
Stromausgabefähigkeiten
der
der
Batterie,
Batterie
wodurch
verringert
die
werden,
auch eine Tendenz, sich im Laufe der Zeit elektrochemisch
zu verschlechtern, falls sie nicht entladen werden.
- 4 -
Die herkömmliche Lösung für diese beiden Probleme bestand
darin,
ein
periodisches
Reformieren
des
Hochspannungs-
Ausgangssystems eines ICDs durch schnelles Laden des HVAusgangskondensatorsystems auf seine volle Nennspannung und
anschließendes Erlauben eines Entladens durch eine nicht
therapeutische Last (beispielsweise eines Entladens durch
eine resistive Last) oder durch Erlauben eines Entladens
über einen Leckstrom bzw. Leckströme auszuführen. Auf diese
Weise werden sowohl das Hochstrom-Batteriesystem als auch
das
HV-Ausgangskondensatorsystem
beansprucht,
um
die
Elektrochemien jedes Systems zu reformieren, wodurch die
Wirkung auf die Ladeleistung und die Komponentenlebensdauer
infolge der elektrochemischen Beeinträchtigung im Laufe der
Zeit verringert wird. Ursprünglich wurde dieser Reformierungsprozess manuell erreicht, indem dafür gesorgt wurde,
dass
ein
Patient
den
Arzt
alle
wobei
der
Arzt
den
aufsuchte,
zwei
bis
drei
Kondensator
Monate
bzw.
die
Kondensatoren zu dieser Zeit vollständig aufgeladen hat,
jedoch kein C/D-Therapieschock bei der vollen Nennspannung
abgegeben
wurde.
Gegenwärtig
wird
das
Reformieren
des
Hochspannungs-Ausgangssystems durch den ICD auf der Grundlage eines festen Zeitraums (beispielsweise jeden Monat,
alle
sechs
davon
ein
systems
Monate)
voller
automatisch
Ladezyklus
automatisch
erreicht,
des
ausgeführt
wobei
am
Ende
HV-Ausgangskondensator-
wird.
Der
Arzt
kann
die
einem
ICD
feste Zeit programmieren.
Beispielsweise
verwendeten
wird
für
einen
typischen
HV-Ausgangskondensator
der
in
HV-Ausgangskonden-
sator während der Reformierungswartung auf etwa 800 Volt
geladen, wobei erforderlich ist, dass die Batterie etwa 55
Joule an Energie bereitstellt. Dies ist ein erheblicher
- 5 -
Aufwand an Batterieenergie, wodurch die Lebensdauer der
Batterie erheblich verringert wird. Weiterhin
Systeme
aus
dem
Stand
der
Technik,
laden die
welche
die
HV-
Ausgangskondensatoren periodisch laden, diese schließlich
häufig,
wenn
das
Dielektrikum
nicht
bis
zu
dem
Punkt
beeinträchtigt wurde, an dem der Leckstrom, der während der
Erzeugung einer therapeutischen Wellenform auftreten würde,
ein Problem darstellen würde. Folglich wird, wenngleich ein
periodisches
Reformieren
während Perioden
des
HV-Ausgangskondensators
einer Nichtverwendung auf die
Spitzen-
spannung des HV-Ausgangskondensators den Leckstrom während
der Erzeugung einer therapeutischen Wellenform verringern
kann, die Verringerung des Leckstroms zu erheblichen Kosten
in
Bezug
auf
die
Lebensdauer
der
Batterie
und
der
Vorrichtung erreicht.
Wenngleich diese Art eines einfachen periodischen Reformierungszyklus bei frühen ICD, bei denen die Lebensdauer der
Vorrichtung typischerweise weniger als drei Jahre betrug
und das Batteriebudget leicht die periodischen Reformierungszyklen unterstützen konnte, mehr als wirksam war, sind
neuere ICD kleiner und haben viel längere Lebensdauern. Ein
Beispiel eines solchen ICDs, der als eine prophylaktische
Vorrichtung verwendet wird, ist in US-A-5 439 482 beschrieben. Bei diesen neueren Entwürfen für einen ICD ist die
Batterieenergie kostbarer als bei früheren Entwürfen, und
das
periodische
Reformieren
des
Hochspannungs-Ausgangs-
systems kann einen erheblichen Teil des Batteriebudgets im
Laufe der Lebensdauer der Vorrichtung darstellen.
In
US-A-6 283 985
Reformieren
eines
sind
auch
Verfahren
HV-Kondensators
und
durch
Systeme
zum
Laden
des
Kondensators mit einer höheren Spannung und durch Halten
- 6 -
des Kondensators auf dieser Spannung für wenige Minuten
offenbart.
Alternative Techniken zum Erreichen eines Reformierens des
Batteriesystems und des HV-Ausgangskondensatorsystems sind
in US-A-5 861 106, US-A-5 899 923 und US-A-5 690 685 offenbart. In dem Patent mit der Endnummer 923 ist ein System
zum Messen des Leckstroms des HV-Ausgangskondensatorsystems
bei
einer
verhältnismäßig
niedrigen
Spannung
und
zum
Verwenden dieses Werts, um zu schätzen, ob das HV-Ausgangskondensatorsystem reformiert werden muss, offenbart. Durch
Verwenden
eines
Niederspannungs-Testprozesses
wird
Batterieenergie gespart, und ein Reformieren bei der vollen
Spannung wird nur dann ausgeführt, wenn festgestellt wird,
dass der HV-Ausgangskondensator reformiert werden muss. Im
Patent mit der Endnummer 685 ist eine Technik zum Messen
eines elektrischen Parameters des Batteriesystems und zum
Verwenden dieses Werts, um zu bestimmen, ob das Batteriesystem reformiert werden muss,
offenbart. Wiederum wird
Batterieenergie gespart, indem nur dann eine Reformierung
bei der vollen Spannung ausgeführt wird, wenn festgestellt
wird, dass der Innenwiderstand des Batteriesystems bis zu
dem Punkt zugenommen hat, an dem das Ladeverhalten beeinträchtigt ist. Ein System zum selektiven Reformieren der
Hochspannungs-Ausgangssysteme eines ICDs auf der Grundlage
der
Ladungsvorgeschichte
und
des
Ladeverhaltens
der
Batterie und von Kondensatorsystemen, um das Ladeverhalten
beizubehalten, während Batterieenergie gespart wird, ist in
dem
vorstehend
erwähnten
Patent
mit
der
Endnummer
106
offenbart.
Wenngleich diese Ansätze viel versprechend sind, weisen sie
den Nachteil auf, dass zu ihrer Implementation möglicher-
- 7 -
weise zusätzliche Schaltungen innerhalb des ICDs erforderlich
sind.
Daher
wäre
es
vorteilhaft,
ein
wirksameres
System und einen wirksameren Algorithmus zum Reformieren
der
Oxidschichten
der
HV-Ausgangskondensatoren
und
der
Batterie eines ICDs zu entwickeln. Es wäre vorteilhaft, ein
einfacheres System und einen Algorithmus oder einen Prozess
zum Reformieren von Kondensatoroxidschichten zu entwickeln,
wobei keine wesentlichen zusätzlichen Schaltungen innerhalb
des ICDs erforderlich sind.
Das
schnelle
Laden
der
ICD-Kondensatoren
auf
die
volle
Ausgangsspannung oder eine kleinere Reformierungsspannung
zum Reformieren der Oxidschichten der Kondensatorplatten
kann zu sehr hohen lokalen Stromdichten führen, die zu
lokalisierten Oxidschichtfehlern und Restspannungen führen
können, welche es zulassen können, dass der Kondensator
weiter
beeinträchtigt
und
Schocktherapieverabreichung
während
oder
einer
anschließenden
Reformierungslade-
und
-entladezyklen weniger wirksam wird. Weiterhin erhöht das
schnelle
Laden
Ladephase
der
des
HV-Ausgangskondensatoren
Reformierungslade-
und
während
der
–entladezyklus
resistive Leistungsverluste innerhalb der Batterie, wodurch
die Lebensdauer der Vorrichtung verringert wird. Daher wäre
es vorteilhaft, ein System und einen Algorithmus oder einen
Prozess
zum
entwickeln,
beschädigung
Reformieren
wodurch
und
von
das
dieser
Kondensatoroxidschichten
Ausmaß
dieser
resistiven
zu
Oxidschicht-
Leistungsverluste
verringert wird.
Die Erfinder der vorliegenden
dass
durch
Verlangsamen
Ausgangskondensatoren
bis
der
im
Erfindung haben
Rate
des
Ladens
Wesentlichen
zur
entdeckt,
von
HV-
maximalen
Spannung oder zur vollen C/D-Therapiespannung, wenn die
- 8 -
Oxide der Kondensatoren reformiert werden, das Reformieren
verformter
Oxidschichten
des
Kondensators
erheblich
verbessert wird und sich ein stabileres Oxid ergibt, das
nicht für eine spätere Verformung anfällig ist. Das heißt,
dass durch ein solches Reformierungsladen des Kondensators
mit einer langsameren Rate bis im Wesentlichen zur vollen
Ladung ein Oxid bereitgestellt wird, das im Laufe der Zeit
in
geringerem
anschließender
Maße
beeinträchtigt
therapeutischer
wird,
bevor
ein
Lade-Entlade-C/D-Schock-
therapie-Verabreichungszyklus oder ein anschließender nicht
therapeutischer
Zyklus
(d.h.
Reformierungszyklus)
aus-
geführt wird. Weiterhin scheint ein weniger schnelles Laden
der
HV-Ausgangskondensatoren
Reformierungsladezyklus
innerhalb
der
Lebensdauer
der
auch
Batterie
zu
Batterie
und
während
der
resistive
Ladephase
Leistungsverluste
verringern,
des
des
ICD-
wodurch
oder
die
AED-Systems
verlängert wird.
Daher stellt die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise
ein
System,
einen
Algorithmus
und
einen
Prozess
zum
Reformieren dielektrischer Oxidschichten von Kondensatoren
bereit,
wodurch
die
Rate
des
Ladens
von
HV-Ausgangs-
kondensatoren für Reformierungsladungen in Bezug auf jene
für
therapeutische
Ladungen
verringert
wird,
um
vorteilhafterweise eine anschließende Oxidbeeinträchtigung
(oder Verformung) zu vermindern, wodurch künftige Ladezeiten und Ladeenergien verringert werden und die Batterielebensdauer des ICDs oder der AED erhöht wird.
Es sind ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines
Kardioverters-Defibrillators
Erfindung
vorgesehen,
definiert ist.
wie
gemäß
in
den
der
vorliegenden
Ansprüchen
1
und
14
- 9 -
Die technischen Merkmale der jeweiligen Oberbegriffe der
Ansprüche
sind
aus
dem
zitierten
Patentdokument
US-A-
6 283 985 bekannt.
Der Gegenstand von Anspruch 28 ist ein computerlesbares
Medium, das auf dem Verfahren zum Betreiben eines gemäß der
vorliegenden Erfindung bereitgestellten Kardio-Defibrillators beruht.
Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung
werden
Beschreibung
Betrachtung
gleiche
anhand
ihrer
in
folgenden
bevorzugten
Zusammenhang
Bezugszahlen
identische
der
Strukturen
in
Ausführungsformen,
mit
den
angeben,
detaillierten
der
Zeichnung,
verschiedenen
besser
bei
worin
Ansichten
verständlich.
Es
zeigen:
Figur 1 die physikalischen Komponenten eines ICD-IPGs und
eines
sich
zum
Herzen
erstreckenden
Leitungssystems,
wodurch ein ICD-IPG-Typ veranschaulicht ist, in dem die
vorliegende Erfindung vorteilhaft verwirklicht werden kann,
Figur 2 ein Funktionsblockdiagramm, in dem ein ICD-System
des ICD-IPGs aus Figur 1 veranschaulicht ist, in dem die
vorliegende Erfindung vorteilhaft verwirklicht werden kann,
Figur 3 ein detailliertes Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Schaltung zum Einstellen eines VCO-Tastgrads zum
Laden
von
energie
HV-Ausgangskondensatoren
oder
auf
eine
Spannung
auf
zum
eine
C/D-Schock-
Reformieren
von
Kondensatoroxidschichten gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 10 -
Figur 4 eine graphische Darstellung der Zeit, die zum Laden
eines HV-Ausgangskondensators bei der therapeutischen Laderate nach einem Lagern bei offener Schaltung als Funktion
der Reformierungsladerate erforderlich ist, und
Figur 5 eine graphische Darstellung der Zeit, die zum Laden
eines HV-Kondensators bei der therapeutischen Laderate nach
einem
Lagern
bei
offener
Schaltung
als
Funktion
der
Reformierungsladezeit erforderlich ist.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf der
Erläuterung dienende Ausführungsformen von Verfahren und
Vorrichtungen zum Ausführen der Erfindung Bezug genommen.
Es sei bemerkt, dass die Ausführungsformen nur als Beispiel
beschrieben
werden.
Es
werden
bevorzugte
Verfahren
und
Vorrichtungen zum Umwandeln von ICD-Kondensatoren in einer
Art beschrieben, wodurch eine anschließende Beeinträchtigung
des
ICD-Kondensatoroxids
Energieverbrauch und die
verringert
wird
Stromentnahme an den
und
der
ICD-Hoch-
spannungsbatterien minimiert werden.
Solche ICD-IPG sind typischerweise so aufgebaut, dass sie
ein Gehäuse, das hermetisch gedichtet ist und daher für
Körperflüssigkeiten undurchlässig ist, und einen Verbindersockel zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen
Verbindung
mit
einer
oder
mehreren
Leitungen,
die
Stimulations-, Mess- und C/D-Elektroden tragen, die dafür
eingerichtet
Herzens
sind,
angeordnet
in
zu
oder
um
werden,
ausgewählten
aufweisen.
Kammern
Das
des
Gehäuse
besteht aus einem geeigneten, körperverträglichen Material,
das
für
den
medizinischen
Gebrauch
zugelassen
ist,
wie
Titan, und ist physiologisch geformt, um scharfe Kanten zu
vermeiden, die zu einer Gewebenekrose nach der Implantation
- 11 -
führen
könnten.
Typischerweise
weist
das
Gehäuse
entgegengesetzte oder parallele Hauptflächen auf, die durch
Seiten
miteinander
verbunden
sind,
welche
eine
innere
Gehäusekammer oder einen inneren Hohlraum einschließen und
elektrische Durchführungen aufweisen, die sich dadurch und
in
den
Verbindersockel
erstrecken.
Der
Gehäusehohlraum
nimmt die Batterie bzw. die Batterien und die elektronische
Hochspannungs-(HV)- und Niederspannungs-(LV)-Schaltung auf,
welche
IC,
Leiterplatten
beispielsweise
den
Ausgangskondensator
jedoch
ohne
und
diskrete
Aufwärtstransformator
bzw.
die
Einschränkung
auf
Komponenten,
und
den
HV-
HV-Ausgangskondensatoren,
diese,
aufweisen
können.
Wenngleich es keine besonders bevorzugte Ausführungsformen
eines solchen ICDs gibt, zeigen die Figuren 1 und 2 eine
Form eines solchen ICDs, worin die vorliegende Erfindung
vorteilhaft implementiert werden kann.
In Figur 1 sind ein ICD-IPG 10 und zugeordnete Einheiten
14, 16 und 18 in Bezug zum Herzen 12 eines Patienten wie in
Figur 1 der auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung
übertragenen US-Patente US-A-5 265 588 und US-A-5 470 341
dargestellt. Im Laufe der letzten 20 Jahre haben sich die
ICD-IPG
von
verhältnismäßig
voluminösen,
groben
und
kurzlebigen IPG, die einfach Defibrillationsschocks hoher
Energie
bereitstellten,
zu
komplexen,
langlebigen
und
miniaturisierten IPG entwickelt, welche eine große Vielzahl
von
Stimulations-,
Kardioversions-
und
Defibrillations-
therapien bereitstellen. Es wurden zahlreiche andere programmierbare Funktionen, einschließlich einer verbesserten
Fähigkeit
zum
arrhythmien,
Erfassen
einer
und
Unterscheiden
Datenspeicherung
und
einer
von
Herz-
Aufwärts-
telemetrie von Daten, die sich auf Arrhythmieepisoden und
angewendete Therapien beziehen, beispielsweise das Bereit-
- 12 -
stellen
stufenweiser
Therapien,
die
für
die
erfasste
Arrhythmie geeignet sind, aufgenommen. Gleichzeitig wurden
zahlreiche Verbesserungen an C/D-Leitungen und –Elektroden
vorgenommen,
welche
es
ermöglicht
haben,
dass
die
C/D-
Energie präzise um ausgewählte obere und untere Herzkammern
abgegeben
wurde,
wodurch
die
abgegebene
Schockenergie
dramatisch verringert wurde, die zum Kardiovertieren oder
Defibrillieren der Herzkammer erforderlich war. Der IPG 10
weist das hermetisch gedichtete, metallische Gehäuse 22 und
einen mehrere Lumen aufweisenden Verbindersockel 24 auf,
welche getrennte Verbinderblöcke und –ports zum Entgegennehmen
und
proximalen
elektrischen
und
Verbinderenden
enthalten.
Die
erstrecken
sich
dargestellt)
innerhalb
der
mechanischen
Leitungen
Durchführungen
von
den
des
Anbringen
14,
(nicht
16
und
18
dargestellt)
Verbinderblöcken
Verbindersockels
der
24
(nicht
und
der
inneren Hochspannungs- und Niederspannungsschaltung innerhalb des Gehäuses 22 in einer auf dem Fachgebiet wohlbekannten Weise.
Die C/D-Leitungen 14, 16 und 18 weisen C/D-Elektroden 30,
32 bzw. 26 mit einer verhältnismäßig großen Oberfläche auf,
die sich im Herzen 12, an diesem oder um dieses herum
befinden. Die C/D-Leitung 14 verläuft subkutan und endet
distal in einer subkutanen Elektrode 30, die subkutan im
Bereich des linken Brustkorbs angebracht werden soll. Die
C/D-Leitung 16 erstreckt sich transvenös und endet distal
in einer lang gestreckten Spulen-CS-Elektrode 32, die sich
im Koronarsinus und im Bereich der großen Vene des Herzens
12 befindet und sich von einem Punkt innerhalb der Öffnung
des Koronarsinus zu einem Punkt in der Nähe des linken
Herzohrs
erstreckt
erstreckt.
sich
Die
transvenös
ventrikuläre
und
ist
C/D-Leitung
mit
einer
18
lang
- 13 -
gestreckten Elektrodenspule 26 versehen, die sich in der
rechten ventrikulären Kammer des Herzens 12 befindet. C/DSchocks
können
zwischen
ausgewählten
C/D-Elektroden
angewendet werden.
Der ICD-IPG 10 weist vorzugsweise weiter atriale und/oder
ventrikuläre
EGM-Messfähigkeiten
zum
Erfassen
atrialer
und/oder ventrikulärer Arrhythmien auf. Die ventrikuläre
Leitung
18
weist
auch
eine
ventrikuläre
Stimulations-
/Messelektrode 34 auf, welche die Form einer spiralförmigen
Spule
annimmt,
die
in
das
Myokardgewebe
des
rechten
Ventrikels geschraubt ist. Die Leitung 18 kann auch eine
zusätzliche
Stimulations-/Messelektrode
28
zur
ventriku-
lären Nahfeld-EGM-Messung aufweisen, oder eine Oberflächenelektrode am IPG 10 kann zur ventrikulären Fernfeld-EGMMessung mit der spiralförmigen Spulenelektrode 34 gepaart
sein. Zusätzlich können atriale Nahfeld- und/oder FernfeldEGM-Mess- und atriale Stimulationsfähigkeiten unter Verwendung
atrialer
atrialen
Stimulations-/Messelektrodenpaare
Leitung
16
und/oder
dem
IPG
10
an
der
bereitgestellt
werden.
Bei
dem
erläuterten
stimulationsimpulse
System
zwischen
werden
der
ventrikuläre
spiralförmigen
HerzStimu-
lations-/Messelektrode 34 und der Ringelektrode 28 abgegeben. Die Stimulations-/Messelektroden 28 und 34 werden
auch
verwendet,
um
EGM-Signalmerkmale
ventrikulärer
Kontraktionen zu erfassen. Wie erläutert wird, wird davon
ausgegangen, dass die rechte ventrikuläre C/D-Elektrode 26
während
sequenzieller
und
gleichzeitiger
Impulsdefibrillationsbehandlungen
als
Elektrode
werden
dient.
gleichzeitigen
Beispielsweise
Mehrelektrodendie
gemeinsame
während
Impulsdefibrillationsbehandlung
einer
Schocks
- 14 -
gleichzeitig
zwischen
den
C/D-Elektroden
26
und
30
und
zwischen den C/D-Elektroden 26 und 32 abgegeben. Während
einer sequenziellen Impulsdefibrillation wird davon ausgegangen,
dass
Schocks
sequenziell
zwischen
den
C/D-
Elektroden 30 und 26 und zwischen der Koronarsinus-C/DElektrode 32 und der rechten ventrikulären C/D-Elektrode 26
abgegeben
werden.
Einzelimpuls-Zweielektroden-Defibrilla-
tionsimpulsbehandlungen können auch bereitgestellt werden,
typischerweise
zwischen
der
rechten
ventrikulären
C/D-
Elektrode 26 und der Koronarsinus-C/D-Elektrode 32. Alternativ können einzelne Impulse zwischen den C/D-Elektroden
28 und 30 abgegeben werden. Die spezielle Verbindung der
C/D-Elektroden mit dem ICD-IPG 10 hängt in gewissem Maße
davon ab, welche spezifische C/D-Impulsbehandlung verwendet
wird.
Der ICD-IPG 10 weist vorzugsweise ein ICD-Betriebssystem
auf, das die Betriebsmodi und Funktionen des EinzelkammerICD-IPGs MEDTRONIC® GEM 7227 oder des Doppelkammer-ICD-IPGs
GEM DR 7271, die unter Verwendung beispielsweise des externen
Programmers
vom
Modell
9790C
von
MEDTRONIC®
im
Betriebsmodus und in den Parameterwerten programmierbar und
abfragbar sind, bereitgestellt. Figur 2 ist ein Funktionsblockdiagramm,
in
Betriebssystem
100
dem
ein
solches
dargestellt
ist,
Einzelkammer-ICDdas
lediglich
als
Beispiel für eine Vielzahl von Einzelkammer- und Doppelkammer-ICD-Systemen dient, die in der Hinsicht, dass das
Kondensatorreformierungssystem
vorliegenden
kann,
alle
Erfindung
oder
einige
und
vorteilhaft
der
-verfahren
implementiert
Fähigkeiten
vorstehend beschrieben wurden.
gemäß
werden
aufweisen,
Das ICD-System
der
die
100 weist
einen oder mehrere ICs, die typischerweise an einer oder
mehreren Leiterplatten montiert sind, und eine PC-Platine
- 15 -
zum
Anbringen
beispielsweise
einer
einer
Anzahl
diskreter
Telemetrieantenne
Komponenten,
128,
eines
Reed-
Schalters 160, eines Kristalls 162, eines Satzes diskreter
HV-Komponenten des C/D-Untersystems und der
auf.
Falls
die
Architektur
aus
Figur
3
Batterie 60
der
vorstehend
erwähnten Patente mit den Endnummern 341 und 588 verwendet
wird, sind die dargestellten Funktionsblöcke und diskreten
Komponenten aus Figur 2 als Teil einer LV-Leiterplatte,
einer HV-Leiterplatte und einer PC-Platine mit diskreten
Komponenten angeordnet. Es wird jedoch verständlich sein,
dass
auch
eine
einzige
Leiterplatte
verwendet
werden
könnte, welche alle ICs des Systems aufweist und trägt.
Ähnliche ICD-Systeme zu dem in Figur 2 dargestellten, in
denen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann,
sind beispielsweise in den US-Patenten US-A-4 830 006, USA-4 693 253, US-A-4 971 058, US-A-5 312 441 und US-A-5 827
326 dargestellt.
Das dargestellte HV-C/D-Therapieverabreichungs-Untersystem
weist einen Gleichstromumrichter, welcher von der Batterie
60 gespeist wird, worin weiter eine HV-Ladeschaltung 64
enthalten ist, einen diskreten HV-Aufwärtstransformator 110
und die HV-Ausgangskondensatorbank 38 auf. Das dargestellte
HV-C/D-Therapieverabreichungs-Untersystem weist weiter eine
HV-Entlade-
oder
Ausgabeschaltung
40
zum
Entladen
der
Ladung an der HV-Ausgangskondensatorbank 38 über die C/DLeitungen
und
die
Elektroden
aus
Figur
1
auf.
Dieses
Untersystem kann in die HV-Leiterplatte und die PC-Platine
der Architektur aus den vorstehend erwähnten Patenten mit
den Endnummern 341 und 588 aufgenommen werden, falls diese
Architektur
verfolgt
wird.
Die
Ladung
auf
der
HV-
Ausgangskondensatorbank 38, die in diesem Fall in Reihe
geschaltete Kondensatoren C1 und C2 aufweist, wird selektiv
- 16 -
durch die C/D-Elektroden 26, 30 und 32 entladen, die über
die Leitungen 22, 24 und 26 mit der HV-Ausgabeschaltung 40
gekoppelt sind.
Eine
typische
LV-Leiterplatte
weist
eine
oder
mehrere
diskrete Komponenten, ICs, Daten- und Steuerbusse, Unterbrechungs- und Signalleitungen usw., beispielsweise die LVStromversorgung
68,
die
Stimulations-/Erfassungsschaltung
78, den Ereignisspeicher-RAM 98, den LV-Steuer-IC 130, die
HV-Steuerschaltung 44, den Mikrocomputer 42, den Datenbus
86 und den Steuerbus 80, auf. Im Interesse der einfachen
Darstellung und weil sie in der Praxis der vorliegenden
Erfindung keine Rolle spielen, sind nicht alle Signal- und
Steuerleitungen, die diese Blöcke verbinden, dargestellt.
Die
meisten
werden,
ICs,
werden
die
in
unter
den
LV-Leiterplatten
Verwendung
von
verwendet
CMOS-Fabrikations-
techniken hergestellt. Beispielsweise besteht in Figur 2
der LV-Steuer-IC 130 vorzugsweise aus einem einzigen CMOSIC-Chip, der die Funktionen der Schaltungen und Daten- und
Steuerbusse,
die
darin
dargestellt
sind,
ausführt.
Der
Mikrocomputer 42 ist als aus einem weiteren CMOS-IC-Chip
gebildet
dargestellt,
er
kann
jedoch
auch
mit
dem
LV-
Steuer-IC 130 zu einem einzigen CMOS-IC kombiniert sein.
Das als Beispiel dienende ICD-System 100 aus dem Stand der
Technik, das in Figur 2 dargestellt ist, wird durch die
Batterie 60, die mit der HV-Ladeschaltung 64 und einer LVStromversorgung
68
gekoppelt
ist,
welche
den
LV-ICs,
Leiterplatten und bestimmten der diskreten Komponenten des
Systems
versorgt.
100
geregelte
Die
Batterie
Leistung
60
Lithiumsilbervanadiumbatterie
Spannung,
hoher
zuführt,
umfasst
oder
Energiedichte
und
mit
Energie
vorzugsweise
dergleichen
hoher
eine
niedriger
Stromausgabe,
- 17 -
welche eine Spannung von etwa 3,2 Volt, wenn sie frisch
ist, bis etwa 2,5 Volt beim spezifizierten Nutzungsdauerende erzeugt. Die LV-Stromversorgung erzeugt eine geregelte
Versorgungsspannung VDD, die über eine Versorgungsleitung
147 einer Anzahl der dargestellten Schaltungen zugeführt
wird,
welche
den
dargestellten
Mikrocomputer
42,
die
Stimulations-/Erfassungsschaltung 78, den platinenexternen
RAM
98,
die
HV-Steuer-
und
Regelschaltung
44,
die
HV-
Ladeschaltung 64 zum Versorgen des GleichstromumrichtungsSchaltnetzes 120 und die HV-Ausgabeschaltung 40 zum Ermöglichen des Betriebs bestimmter Schaltnetze darin umfassen.
Die
LV-Stromversorgung
68
weist
Rücksetzschaltung
(POR-Schaltung)
Leitung
POR-Signal
214
Schaltungen
ein
zuführt,
um
in
auch
auf,
einer
eine
welche
Anzahl
einer
Einschalt-
auf
auf
einer
dargestellter
dem
Fachgebiet
wohlbekannten Weise die Logik innerhalb dieser Schaltungen
auf
einen
bekannten
Zustand
zurückzusetzen,
falls
ein
Stromausfall auftritt.
Alle Zeit- und Steuerschaltungen und –funktionen hängen von
der Spannung und vom Strom ab, die von der Batterie 60 zur
Verfügung gestellt werden, und es ist wünschenswert, die
Stromentnahme und die Spannungserschöpfung zu minimieren,
um die Langlebigkeit zu maximieren. Der Herzzyklus hängt
von der Herzfrequenz ab, welche in einem gesunden menschlichen Herz in einer normalen Sinusfunktion zwischen 50 und
160
bpm
variieren
kann
und
in
einem
nicht
gesunden
menschlichen Herz unter diesen Bereich abfallen oder über
diesen ansteigen kann. Praktisch alle ICD-IPG-Überwachungsund
Bradykardiestimulationsfunktionen
erfassten Herzereignis, welches
werden
von der
von
einem
spontanen Herz-
frequenz abhängt, oder einem Stimulationsereignis am Ende
eines
Escapeintervalls,
das
während
einer
Bradykardie-
- 18 -
episode abläuft, zeitlich festgelegt. Die Mikrocomputerfunktionen
können
innerhalb
weniger
Taktzyklen
eines
erfassten Ereignisses oder Stimulationsimpulses ausgeführt
werden und dann zu einem Schlafmodus mit einer geringen
Stromentnahme überführt werden. Die kontinuierlichen EGMAbtastungs-, Digitalisierungs- und Speicherfunktionen, die
vom
LV-Steuer-IC
130
behandelt
100 - 200-Hz-EGM-Abtastraten
werden,
ausgeführt
können
werden.
bei
Demgemäß
wird die Stromentnahme in diesem Zusammenhang minimiert,
indem die "Einschaltzeit" der stromverbrauchenden Komponenten minimiert wird.
Die
Betriebsmodi
des
ICD-Systems
100
werden
durch
den
Mikrocomputer 42, den LV-CMOS-IC 130 und die HV-Steuerschaltung 44 entsprechend einem im ROM 96 und im RAM 92
gespeicherten
Rechen-
und
Mikrocomputer
Arbeitsprogramm,
Steuerfunktionen
42
weist
die
das
alle
ausführt,
typischen
erforderlichen
gesteuert.
Komponenten
Der
eines
Mikrocomputers, einschließlich einer DMA-Steuerung 94 und
einer ALU 92 und eines zugeordneten platineninternen ROMs
96 und RAMs 90, auf. Der Programmcode, der den Betrieb des
ICD-Systems 100 bestimmt, ist im ROM 96 gespeichert, und
die
Operationen
werden
entsprechend
Betriebsmodi
und
Parametern ausgeführt, die als Betriebssystemdaten im RAM
90 gespeichert sind. Die Betriebsmodus- und Parameterdaten
sind durch Abwärtstelemetrieprogrammierungs- und Abfrageoperationen,
die
auf
dem
Fachgebiet
wohlbekannt
sind,
programmierbar und abfragbar. Diese Betriebsmodi umfassen
das Aktivieren und Deaktivieren von Funktionen, und diese
Betriebsparameter
umfassen
die
Stimulationsimpulsbreite
und/oder –amplitude, die Messverstärkerempfindlichkeit, den
Ereignisdatenspeicher, Arrhythmieerfassungsparameter, auszuführende Arrhythmietherapien usw. Die ALU 92 führt die
- 19 -
vom
Programmcode
vorgeschriebenen
Logikoperationen
ansprechend auf die Unterbrechungen und Steuersignale aus,
die vom Mikroprozessor-Steuer- und Unterbrechungsblock 136
des LV-Steuer-ICs 130 bereitgestellt werden. Daten, welche
sich
auf
den
dergleichen
ICD
selbst,
beziehen,
die
können
Patientengeschichte
auch
für
die
Abfrage
und
und
Telemetrie durch die Telemetrie-E/A-Schaltung 142 des LVSteuer-ICs 130 im RAM 90 gespeichert werden. Der DMA 94
ermöglicht in einer auf dem Fachgebiet wohlbekannten Weise
einen direkten Speicherzugriff auf Registerstellen im RAM
90,
im
Ereignis-RAM
98
und
im
ROM
96,
ohne
dass
eine
Mikrocomputersteuerung erforderlich wäre.
Ein bidirektionaler Steuerbus 80 und bestimmte
Unterbrechungsverbinden
die
und
Steuerleitungen
(nicht
Ein-/Ausgabeschnittstelle
diskrete
dargestellt)
88
des
Mikro-
computers 42 mit Ein-/Ausgabeschnittstellen 46, 148 und 170
der
HV-Steuerschaltung
schaltung
78
bzw.
44,
der
der
Stimulations-/Erfassungs-
LV-Stromversorgung
und
mit
der
Steuerung und Unterbrechung 136 des Mikroprozessors. Diese
auf
dem
Chip
vorhandenen
Schnittstellen
enthalten
eine
Chipwähl-, Adressdecodierungs- und Datenbuslogik, wie sie
typischerweise mit Mikroprozessor-Peripheriegeräten verwendet wird. Der bidirektionale Datenbus 86 und der interne
bidirektionale Daten- und Steuerbus 154 innerhalb des LVSteuer-ICs 130 und der Datenbus 126 zwischen dem Ereignisspeicher-RAM
ermöglicht
es
dem
Mikrocomputer
42,
die
Bewegung von Daten zwischen dem Mikrocomputer-ROM 96 und –
RAM 90 und Registern im Ereignisspeicher-RAM 98 zu steuern.
Der LV-Steuer-IC 130 ist erforderlich, um Eingaben für den
Mikrocomputer
Funktionen
42
bereitzustellen
auszuführen.
Der
und
LV-Steuer-IC
viele
seiner
130
stellt
- 20 -
Systemtakt-
und
Zeit-,
Unterbrechungs-,
Abwärtstelemetriefunktionen,
eine
Aufwärts-
und
ADC/MUX-Signalverarbei-
tung, eine EGM-Signalverarbeitung erfasster Ereignisse für
die Arrhythmieerfassung und –unterscheidung, eine Ereignisdatenspeicherung und eine Echtzeit-Aufwärtsübertragung des
EGMs des Patienten bereit. Der Systemtakt wird durch den
Kristall 162 und die Kristalloszillator- und Überwachungsschaltung 134 bereitgestellt.
Die Telemetrie-E/A-Schaltung empfängt und decodiert durch
Abwärtstelemetrie
befehle
und
übertragene
stellt
die
Abfrage-
decodierten
und
Programmier-
Befehle
dem
Mikro-
computer über den Daten- und Steuerbus 154, die Mikroprozessor-Steuer- und Unterbrechungsschaltung 136 und den
Steuerbus 80 bereit. Die Telemetrie-E/A-Schaltung 142 wird
auch durch Befehle vom Mikrocomputer 42 ausgelöst, die über
den
Rückkehrweg
übermittelt
Vorrichtungs-, Implantat-
werden,
um
gespeicherte
und Patientendaten vom RAM 90
oder gespeicherte Episoden-EGM-Daten, die durch die RAMSteuerschaltung 144 vom Ereignisspeicher-RAM 98 abgerufen
wurden, durch Aufwärtstelemetrie zu übertragen. Der Telemetrie-E/A-Schaltung 142 kann auch vorgeschrieben werden,
das
Echtzeit-EGM-Signal,
das
von
ereignis-/Wellenformanalyseschaltung
der
140
EGM-Erfassungsund
vom
ADC/MUX
132 verarbeitet wurde und über den internen Daten- und
Steuerbus
154
bereitgestellt
wurde,
durch
Aufwärtstele-
metrie zu übertragen. Andere Systemdaten, einschließlich
der
Batteriespannung,
der
HV-Kondensatorladezeit,
der
Leitungsimpedanz und Markern für Stimulationsereignisse und
erfasste Ereignisse können auch durch die E/A-Telemetrieschaltung 142 durch Aufwärtstelemetrie übertragen werden.
Diese
Telemetriesysteme
und
–funktionen
sind
auf
dem
Fachgebiet wohlbekannt, wobei ein Beispiel hierfür durch
- 21 -
das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragene
US-Patent US-A-5 127 404 gegeben ist.
Die Stimulations-/Erfassungsschaltung 78 des beispielsweise
in den vorstehend erwähnten Patenten mit den Endnummern 341
und
588
beschriebenen
impulsgenerator
tionsimpulse,
Erzeugen
150
Typs
zum
einen
erfasster
umfasst
Erzeugen
einen
Stimulations-
ventrikulärer
R-Zacken-Messverstärker
Ereignis-
und
EGM-Signale
Stimula152
zum
und
eine
Schnittstelle 148 sowie andere Austast- und HochspannungsSchutzschaltungen.
Wie
vorstehend
erwähnt
auch oder alternativ atriale Doppelkammerkammer-Stimulationsgestellt
werden,
und
wurde,
oder Einzel-
Erfassungsfunktionen
welche
eine
geeignete
können
bereit-
Stimulations-
/Erfassungsschaltung 78 und geeignete Fernfeld- (unipolare)
oder Nahfeld- (bipolare) atriale Elektrodenpaare verwenden.
Gemäß der erläuterten Ausführungsform ist die Stimulations/Erfassungsschaltung 78 durch Leiter 82 und 84 in einer
ventrikulären Leitung 36 mit ventrikulären Stimulations/Messelektroden
28
und
34
verbunden,
wie
in
Figur
1
dargestellt ist, wodurch eine bipolare Erfassung von RZacken und eine Abgabe bipolarer Stimulationsimpulse an den
Ventrikel
des
Herzens
12
spannungs-Schutzschaltung
ermöglicht
ist
auch
in
werden.
der
Eine
Hoch-
Stimulations-
/Erfassungsschaltung 78 enthalten und mit den Leitern 82
und 84 verbunden, um den Stimulationsimpulsgenerator 150
und
den
Messverstärker
schützen,
die
an
den
152
vor
C/D-Schockenergie
Stimulations-/Messelektroden
zu
auf-
genommen wird. Das Verstreichen eines Stimulations-Escapeintervalls,
das
im
Escapeintervall-Zeitgeber
164
aus-
gemessen wird, bedeutet einen Bradykardiezustand, und es
wird ein Stimulationsauslösesignal erzeugt und
Steuerbus
80
abgegeben,
um
die
Erzeugung
über den
von
Herz-
- 22 -
stimulationsimpulsen durch den Stimulationsimpulsgenerator
150 auszulösen. Das Escapeintervall wird durch den Mikrocomputer
42
auf
der
Grundlage
einer
einprogrammierten
Stimulationsrate, die im RAM 90 gespeichert ist, oder einer
physiologischen Stimulationsrate in dem Fall, in dem eine
frequenzadaptierende
ist,
festgelegt.
Stimulationsfähigkeit
Eine
bereitgestellt
frequenzadaptierende
Stimulations-
funktion kann auch in der Weise bereitgestellt werden, die
im Einzelkammer-ICD-IPG GEM 7227 von MEDTRONIC® oder im
Doppelkammer-ICD-IPG GEM DR 7271 von MEDTRONIC® vorgesehen
ist.
Weiterhin können auch Bündel von Stimulationsimpulsen hoher
Frequenz
zur
Behandlung
einer
vom
Arrhythmieerfassungs-
algorithmus erfassten Tachykardie im Escapeintervall-Zeitgeber
140
zeitlich
ausgemessen
werden
und
durch
Stimulationsauslösesignale ausgelöst werden, die über den
Steuerbus
80
zugeführt
werden.
Messverstärker-Austast-
intervalle, welche stimulierten und erfassten Ereignissen
folgen, werden vom Mikrocomputer 42 über den Steuerbus 80
und die Schnittstelle 148 spezifiziert. Es sei bemerkt,
dass
das
Stimulations-Escapeintervall
und
die
Bündel-
Stimulationsintervalle auch im Mikrocomputer 42 statt im
Escapeintervall-Zeitgeber
140
festgelegt
und
zeitlich
ausgemessen werden können. In diesem Fall kann das erfasste
Ereignissignal über den Steuerbus 80 zur
Mikrocomputer-
schnittstelle 88 geleitet werden, um die EscapeintervallZeitsteuerung durch den Mikrocomputer 42 zurückzusetzen.
Die erfassten Ereignissignale, welche das Auftreten einer
R-Zacke (gemäß dieser erläuterten Ausführungsform) angeben,
werden von einer Vergleicherstufe des Messverstärkers 152
erzeugt, welche so arbeitet, dass sie die Amplitude des
- 23 -
EGM-Signals mit einer Empfindlichkeitsschwelle vergleicht,
die vom Arzt in einer auf dem Fachgebiet wohlbekannten
Weise in den RAM 90 programmiert wurde, und vom Mikrocomputer 42 durch den Datenbus 80 und die Schnittstelle 148
übermittelt. Die erfassten Ereignissignale werden der EGMErfassungsereignis-/Wellenformanalyseschaltung
führt,
welche
über
den
Daten-
und
140
Steuerbus
zuge-
154
ein
Rücksetzsignal an den Escapeintervall-Zeitgeber 164 und die
Mikroprozessor-Steuerausgibt.
Die
und
Unterbrechungsschaltung
Mikroprozessor-Steuer-
und
136
Unterbrechungs-
schaltung 136 reagiert über den Daten- und Steuerbus 154
auf
die
erfassten
Mikrocomputers
Berechnungen
42,
Ereignissignale
damit
ausführt,
erfassungsprozeduren
er
durch
Wecken
erforderliche
Tachykardie-
ausführt
und
des
mathematische
und
Fibrillations-
die
Austast-
und
Refraktärintervalle erzeugt.
Weiterhin wird das EGM selbst von einer Verstärkungsstufe
des
Messverstärkers
152
der
EGM-Erfassungsereignis-
/Wellenformanalyseschaltung 140 zugeführt. Das zugeführte
EGM wird im ADC/MUX 132 abgetastet und digitalisiert und
auf einer kontinuierlichen Basis über den internen Datenund Steuerbus 154 der RAM-Steuerschaltung 144 zugeführt.
Die RAM-Steuerschaltung führt EGM-Daten zyklisch auf einer
FIFO-Basis durch adressierte Register des EreignisspeicherRAMs 98, um ein 20-Sekunden- oder ähnliches Segment von
EGM-Daten
zu
speichern,
bis
Tachyarrhythmieerfassungs-
kriterien erfüllt wurden, woraufhin die zuvor
erfassten
Daten zum permanenten Speicher übertragen werden. Die RAMSteuerschaltung
speichert
dann
ein
Nacherfassungssegment
von EGM-Daten analog mit den Vorerfassungsdaten und eine
Identifikation der ausgeführten Therapie und die Antwort
auf
die
ausgeführte
Therapie
zur
späteren
Abfrage
und
- 24 -
Telemetrie in einer auf dem Fachgebiet wohlbekannten Weise.
Die Tachyarrhythmieerfassungskriterien sind im ROM 96 und
im
RAM
92
spezifiziert
Erhöhen
der
anderen
Einsatz-,
kriterien
spontanen
und
und
umfassen
Herzfrequenz
typischerweise
in
Ratenbeschleunigungs-
verschiedenen
anderen
Zusammenhang
und
das
mit
Stabilitäts-
Kriterien,
wie
beispielsweise in den vorstehend erwähnten Patenten mit den
Endnummern 006, 058 und 441 beschrieben ist. Die spontane
Herzfrequenz
berechnet,
wird
der
im
in
einem
Herzfrequenz-Zeitgeber
Mikrocomputer
42
enthalten
ist,
und
andere Eigenschaften des EGMs werden untersucht, um festzustellen, ob ein EGM hoher Frequenz einen normalen Sinusrhythmus
oder
eine
bösartige
Tachyarrhythmie
darstellt.
Spontane-Herzfrequenz- und EGM-Breitenkriterien werden im
Einzelkammer-ICD-IPG GEM 7227 von MEDTRONIC® verwendet, und
es werden sowohl die atrialen als auch die ventrikulären
Herzfrequenzen und EGM mit
Informationen über
muster,
und
die
Regelmäßigkeit
die
Leitungs-
AV-Dissoziation
im
Erfassungs- und Klassifikationsalgorithmus untersucht, der
in Doppelkammer-ICD-IPG GEM DR 7271 verwendet wird.
Die
Funktionen
und
detaillierten
Schaltungsschemata
der
Schaltung aus Figur 2 sind in den vorstehend erwähnten
Patenten mit den Endnummern 341 und 588 dargelegt. Die
Figuren 3 und 4a – 4b des Patents mit der Endnummer 588
zeigen spezifisch die HV-Schaltung, welche die
HV-Lade-
schaltung
den
64,
die
HV-Ausgabeschaltung
40
und
Aufwärtstransformator
110
und
die
aufweist.
auf
das
Laden
der
HV-Ausgangs-
dass
die
Primärspulen-
In
kondensatorbank
Bezug
38
sei
bemerkt,
Kondensatorbank
HV38
wicklung 112 an einem Anschluss durch eine Schmelzsicherung
mit
dem
Stromversorgungs-BATT-Eingangsanschluss
verbunden
- 25 -
ist und an ihrem anderen Anschluss durch einen TastgradSchaltnetzblock 120, der spezifisch im vorstehend erwähnten
Patent
mit
der
Endnummer
588
beschrieben
ist,
mit
dem
BATTN-Anschluss verbunden ist.
Wenn eine Tachyarrhythmieepisode festgestellt und klassifiziert
wird,
wird
die
stimulationstherapie
geeignete
oder
synchrone
programmierte
Bündel-
Kardioversionsschock-
therapie oder HV-Defibrillationstherapie verabreicht. Die
Bündelstimulationstherapie
/Erfassungsschaltung
versions-
und
78
wird
durch
die
verabreicht,
und
Defibrillationstherapien
Stimulationsdie
werden
Kardio-
folgender-
maßen verabreicht. Gemäß dieser erläuterten Ausführungsform
ist die HV-Ausgabeschaltung 40 mit der Ausgangskondensatorbank 38, einschließlich der HV-Ausgangskondensatoren C1 und
C2, verbunden und zur Abgabe zweiphasiger C/D-Schocks an
ausgewählte C/D-Elektroden programmierbar. Die HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 sind durch die Dioden 122 und 124
mit den Sekundärwicklungen 114 und 116 des HV-Aufwärtstransformators 110 verbunden. Die Primärwicklung 112 des
HV-Aufwärtstransformators 110 ist mit der HV-Ladeschaltung
64 verbunden.
Die Steuerschaltung 44 stellt der HV-Ausgabeschaltung 40
drei Signale erheblicher Wichtigkeit bereit, nämlich das
erste Steuersignal ENAB auf der Leitung 48, das zweite
Steuersignal ENBA auf der Leitung 50 und das DUMP-Signal
auf der Leitung
52, wodurch die Entladung der
Ausgangskondensatoren
C1
und
C2
gespeicherten
auf den
Ladung
eingeleitet wird. Die C/D-Elektroden 26, 30 und 32, die in
Figur 1 dargestellt sind, sind wie dargestellt durch die
C/D-Leitungen 22, 24 und 26 mit der Ausgabeschaltung 40
gekoppelt. Zur Erleichterung des Verständnisses sind diese
- 26 -
C/D-Leitungen
auch
mit
"COMMON",
"HVA"
und
"HVB"
bezeichnet. Während eines Logiksignals auf der ENAB-Leitung
48 wird ein C/D-Schock zwischen der Elektrode 30 und der
Elektrode 28 abgegeben. Während eines Logiksignals auf der
ENBA-Leitung
50
wird
ein
C/D-Schock
zwischen
den
C/D-
Elektroden 32 und 26 abgegeben. Es sind jedoch auch andere
Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann die subkutane
C/D-Elektrode 30 mit dem HVB-Leiter 26 gekoppelt sein, um
zu ermöglichen, dass eine Einzelimpulsbehandlung zwischen
den Elektroden 26 und 30 verabreicht wird. Weiterhin kann
die äußere Oberfläche des IPG-Gehäuses 26 freiliegen und
als
eine
ferne
subkutane
C/D-Elektrode
verbunden
sein,
welche die subkutane C/D-Elektrode 30 und die Leitung 24
ersetzt oder erweitert.
Wenn
eine
entwickelt
bösartige
die
Tachyarrhythmie
LV-Steuerschaltung
festgestellt
130
einen
wird,
C/DCAPCHG-
Befehl, welcher die zu verabreichende C/D-Schockenergie und
die
Wellenform
durch
den
spezifiziert.
Steuerbus
Steuerschaltung
44
80
zur
Der
C/DCAPCHG-Befehl
Schnittstelle
übertragen.
Gemäß
der
46
der
wird
HV-
vorliegenden
Erfindung werden die HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 in
einem
Kondensatorreformierungs-Ladezyklus
periodisch
auf
eine Kondensatorreformierungsspannung aufgeladen und durch
eine interne resistive Last entladen, wie im vorstehend
erwähnten Patent mit der Endnummer 588 beschrieben ist,
oder
es
wird
zugelassen,
dass
sie
im
Laufe
der
Zeit
dissipieren, um die Anoden- und Kathodenoxidschichten des
Kondensators zu reformieren.
Das
VCAP-Signal
wird
in
der
HV-Steuerschaltung
44
verwendet, um das Laden der HV-Ausgangskondensatoren C1 und
C2
auf
eine
C/D-Schocktherapiespannung
oder
auf
eine
- 27 -
Kondensatorreformierungsspannung
zu
steuern.
Im
erst-
genannten Fall wird das VCAP-Signal verwendet, um sowohl
die
Laderate
der
HV-Ausgangskondensatoren
C1
und
C2
zu
steuern als auch um festzustellen, dass die Spannung an den
Ausgangskondensatoren C1 und C2 die programmierte Therapiespannung erreicht hat, um die Abgabe der C/D-Schocks durch
Entladen
der
Kondensatoren
C1,
C2
während
eines
vor-
gegebenen Schockintervalls einzuleiten. Im letztgenannten
Fall beeinflusst das VCAP-Signal nicht die Laderate der HVAusgangskondensatoren C1 und C2, sondern wird verwendet, um
festzustellen,
kondensatoren
dass
C1,
die
C2
reformierungsspannung
Spannung
die
an
den
programmierte
erreicht
hat,
um
Ausgangs-
Kondensator-
das
Laden
zu
unterbrechen. Das VCAP-Signal auf der Leitung 54 ist zur
tatsächlichen Ladespannung an den HV-Ausgangskondensatoren
C1 und C2 proportional. Beispielsweise kann VCAP zwischen 0
und 1,2 Volt variieren, wenn die tatsächliche Ladespannung
zwischen 0 und 840 Volt variiert.
Die HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 werden so schnell
und wirksam wie möglich geladen, um den zweiphasigen C/DSchock so schnell wie möglich an die ausgewählten C/DElektroden abzugeben. Das Schockintervall oder die Schockbreite
kann
eine
programmierte
Schockbreite
oder
eine
Funktion des Betrags des VCAP-Signals, wenn die Kondensatoren entladen werden, sein. Mit anderen Worten kann die
Entladung während eines vorgegebenen Zeitintervalls oder
bis die Spannungen auf eine gewünschte Spannung abgenommen
haben, ausgeführt werden. Die an das Herz abgegebene C/DSchockenergie wird direkt gesteuert, indem die Lade- und
Entladespannung gesteuert wird, die durch das VCAP-Signal
dargestellt wird.
- 28 -
Das
VCAP-Signal
wird
verwendet,
um
die
HV-Ausgangs-
kondensatoren C1 und C2 auf die programmierte Spannung zu
laden,
um
einen
C/D-Schock
so
schnell
wie
möglich
abzugeben, indem der Tastgrad eines Ladungstreibersignals
(CHGDR-Signals)
auf
der
Leitung
66
gesteuert
wird,
das
durch die HV-Steuerschaltung 44 zugeführt wird, um die HVAusgangskondensatoren
C1
und
C2
zu
laden.
Die
HV-
Ausgangskondensatoren C1 und C2 werden durch Oszillationen
des
Hochfrequenz-HV-Transformators
einer
wohlbekannten
110
"Rücklaufweise"
geladen,
arbeitet,
der
in
wie
in
Einzelheiten in den vorstehend erwähnten Patenten mit den
Endnummern 341 und 588 offenbart ist. Die Primärwicklung
112
des
Transformators
"Einschaltzeit"
wird
zwischen
den
alternativ
positiven
während
einer
Batterieanschluss
und Masse geschaltet, um ein Magnetfeld aufzubauen, und
dann während einer "Ausschaltzeit" in einen offenen Stromkreis geschaltet, um zu ermöglichen, dass das Feld in der
Primärwicklung
112
zusammenbricht.
Durch
das
Zusammen-
brechen wird in den Sekundärwicklungen 114 und 116 eine
hohe
Spannung
kondensatoren
geladen
C1
induziert,
und
werden.
Kondensatorbank
Die
38
C2
durch
CSP-
wird
wodurch
in
die
und
der
die
Dioden
HV-Ausgangs122
CSN-Spannung
und
124
an
der
HV-Ausgabeschaltung
40
überwacht, und eine VCAP-Spannung wird entwickelt, die zur
tatsächlichen Ausgangskondensatorspannung proportional ist,
und
auf
der
Leitung
54
an
die
HV-Steuerschaltung
44
angelegt. Die HV-Steuerschaltung 44 stellt fest, wenn die
VCAP-Spannung angibt, dass die HV-Ausgangskondensatoren bis
zu einer programmierten Spannung voll geladen sind, und
beendet das CHGDR-Signal.
Wie in Figur 4a des vorstehend erwähnten Patents mit der
Endnummer 588 dargestellt ist, weist das Schaltnetz 120
- 29 -
einen Leistungs-FET in Reihe mit der Primärwicklung 112 des
Transformators auf, wobei eine erste Zener-Diode zwischen
seine Source- und Drain-Anschlüsse geschaltet ist und eine
zweite Zener-Diode zwischen seine Gate- und seine DrainElektrode
geschaltet
Leistungs-FET-Gate
ist.
Das
angelegt,
CHGDR-Signal
und
das
wird
an
das
Leistungs-FET-Gate
wird während der CHGDR-"Einschaltzeit" leitend gemacht oder
"eingeschaltet" und während der CHGDR-"Ausschaltzeit" nicht
leitend gemacht oder "ausgeschaltet". Wenn der LeistungsFET durch das an seinen Gate-Eingangsanschluss angelegte
CHGDR-Signal leitend gemacht ist, ermöglicht er das Fließen
von
Strom
durch
die
Primärspulenwicklung
Aufwärtstransformators
"Ausschalten"
des
110.
Das
Leistungs-FETs
112
des
HV-
"Einschalten"
bewirkt
das
und
Laden
der
Ausgangskondensatoren C1 und C2.
Die "Ausschaltzeit" des CHGDR-Signals wird durch einen VCO
innerhalb
der
CHGDR-Schaltung
festgelegt,
HV-Steuerschaltung
55,
welcher
entwickelten
die
auf
in
Figur
einen
Eingangsstrom
in
VCAPIN
44,
2
der
insbesondere
dargestellt
der
ist,
Schnittstelle
anspricht,
wie
46
nach-
stehend beschrieben wird. Gemäß einer in den Figuren 2 und
3 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
hängt die VCO-Eingangsspannung davon ab, ob der Ladezyklus
durch
einen
C/DCAPCHG-Befehl,
der
ansprechend
auf
die
Erfassung einer bösartigen Tachyarrhythmie erzeugt wird,
oder einen RFRMCAPCHG-Befehl ausgelöst wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, werden der C/DCAPCHG-Befehl
und der RFRMCAPCHG-Befehl im LV-Steuer-IC 130 erzeugt und
über den Steuerbus 80 zur Schnittstelle 46 der Steuerschaltung 44 übertragen. Der LV-Steuer-IC 130
auch
die
programmierte
Schockspannung
(VSHK)
überträgt
und
die
- 30 -
Reformierungsspannung
kondensatoren
zu
(VRFRM),
laden
auf
die
in
Zusammenhang
sind,
die
HV-Ausgangsmit
dem
C/DCAPCHG-Befehl bzw. dem RFRMCAPCHG-Befehl. Beispielsweise
können VSHK und VRFRM beide auf 1,2 Volt gesetzt werden, um
eine 840-Volt-Ladung an den HV-Ausgangskondensatoren C1 und
C2 darzustellen. Das Laden der HV-Ausgangskondensatoren C1
und C2 wird beendet, wenn VCAP gleich 1,2 Volt ist, was
proportional
zur
erwähnt wurde.
840-Volt-Ladung
ist,
wie
vorstehend
Weiterhin überträgt der LV-Steuer-IC 130
Befehle in Zusammenhang mit dem C/DCAPCHG-Befehl, welche
die
C/D-Schocktherapie-Wellenform
festlegen,
unter
Verwendung der Entladungswege ENBA und ENAB, wodurch das
Entladen der HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 eingeleitet
wird, nachdem sie aufgeladen wurden und die fortgesetzte
Erfassung der Tachyarrhythmie bestätigt wurde.
Ein
DUMP-Befehl
kann
auch
vom
LV-Steuer-IC
130
erzeugt
werden und über den Steuerbus 80 zur Schnittstelle 46 der
Steuerschaltung 44 übertragen werden, um die HV-Ausgangskondensatoren durch eine interne Last zu entladen, wie in
dem
vorstehend
erwähnten
beschrieben ist.
abschnitt
oder
des
bricht
Patent
mit
Endnummer
Der DUMP-Befehl leitet den
Reformierungs-Lade-
die
der
Abgabe
des
und
Entladungs-
Entladezyklus
C/D-Schocks
588
ab,
falls
ein
die
fortgesetzte Erfassung der Tachyarrhythmie nach dem Laden
der
HV-Ausgangskondensatoren
C1
und
C2
nicht
bestätigt
wird. Es ist jedoch zu verstehen, dass der DUMP-Befehl in
der Praxis fortgelassen werden kann, so dass die Ladung an
den HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 im Laufe der Zeit
langsam dissipiert.
Wenn
der
Therapieverabreichungs-Ladezyklus
durch
einen
C/DCAPCHG-Befehl eingeleitet wird, ist die "Einschaltzeit"
- 31 -
des CHGDR-Signals eine konstante Zeit oder Impulsbreite,
die "Ausschaltzeit" des CHGDR-Signals ist jedoch umgekehrt
proportional zum VCAP-Signal, wie in Figur 9 des vorstehend
erwähnten Patents mit der Endnummer 588 dargestellt ist.
Bei einem Beispiel, das im vorstehend erwähnten Patent mit
der Endnummer 588 offenbart ist, beträgt die "Einschaltzeit" 11 Mikrosekunden, wird jedoch auf 4 Mikrosekunden
verkürzt, falls die Batteriespannung auf eine Spannung VREF
abfällt. Die "Ausschaltzeit" umfasst eine feste Zeit von 3
Mikrosekunden
und
Mikrosekunden,
eine
wenn
variable
VCAP
gleich
Zeit,
die
zwischen
null
Volt
ist,
235
und
1
Mikrosekunde, wenn VCAP gleich 1000 Volt ist, liegt. Auf
diese Weise wird ein C/D-CHGDR-Signal entwickelt, wobei die
"Ausschaltzeit"
abnimmt,
wenn
VCAP
ansteigt,
und
die
Ladezeit der HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 auf die
programmierte
C/D-Schockspannung
wird
verringert.
Die
verringerte "Ausschaltzeit" wird durch die Notwendigkeit
begrenzt,
die
Sättigung
des
Transformators
110
zu
vermeiden.
Die Ladezeit der HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 auf die
programmierte C/D-Schockspannung hängt von einer Anzahl von
Faktoren,
einschließlich
anfangs-(BOL)-Ladezeit,
der
des
vorgesehenen
Zustands
der
LebensdauerKondensator-
oxidschichten, der Impedanz der Ladeschaltung, die auf die
Batterie
wirkt,
Beispielsweise
und
kann
des
die
Zustands
vorgesehene
der
Batterie,
Ladezeit
ab.
(BOL-Lade-
zeit), abhängig vom ICD-Modell, 6 – 30 Sekunden betragen,
und diese Ladezeit kann sich verdoppeln, wenn die Batterie
durch die Verwendung bis zu einer Lebensdauerende-(EOL)Spannung erschöpft wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das VCAP-Signal nicht
- 32 -
auf
diese
Signals
Weise
in
verwendet,
einem
durch
um
den
einen
Tastgrad
des
CHGDR-
RFRMCAPCHG-Befehl
ein-
geleiteten Kondensatorreformierungs-Ladezyklus zu modulieren.
Stattdessen
"Ausschaltzeit"
werden
des
die
"Einschaltzeit"
CHGDR-Signals
vorzugsweise
und
so
die
fest-
gelegt, dass das Laden der HV-Ausgangskondensatoren C1 und
C2 auf die Kondensatorreformierungsspannung bei einer langsamen Rate geschieht. Bei einem Ansatz ist die "Ausschaltzeit" erheblich länger festgelegt als die "Einschaltzeit".
Bei
dieser
speziellen
Ausführungsform
bleibt
die
"Einschaltzeit" bei den vorherrschenden 11 Mikrosekunden
oder 4 Mikrosekunden, und die "Ausschaltzeit" wird in die
Nähe des Maximums von 235 Mikrosekunden gelegt. Es sei
bemerkt, dass die vorherrschende "Einschaltzeit" auch oder
alternativ
verkürzt
werden
könnte,
um
die
Laderate
zu
verringern.
Mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 sei bemerkt, dass der
Kondensatorreformierungs-Ladezyklus
durch
einen
vom
LV-
Steuer-IC 130 erzeugten RFRMCAPCHG-Befehl eingeleitet wird,
der über den Steuerbus 80 übertragen und von der Schnittstelle
46
ansprechend
empfangen
entweder
wird.
auf
Der
einen
RFRMCAPCHG-Befehl
durch
wird
Abwärtstelemetrie
übertragenen und von einem externen Programmer empfangenen
Kondensatorreformierungsbefehl
oder
automatisch
beim
Verstreichen eines Reformierungszeitraums seit dem letzten
Kondensatorreformierungs-Ladezyklus oder der Abgabe eines
C/D-Schocks erzeugt. Die Kondensatorreformierungszeit seit
dem
letzten
Kondensatorreformierungs-Ladezyklus
oder
der
Abgabe eines C/D-Schocks kann eine programmierte Zeit oder
eine feste Zeit sein.
Die Schnittstelle 46, die in Figur 3 in weiteren Einzel-
- 33 -
heiten dargestellt ist, erzeugt ein VCAPIN-Signal und ein
CHGEN-Signal,
die
einer
CHGDR-Schaltung
55
zugeführt
werden. Die CHGDR-Schaltung 55 kann die Schaltungsanordnung
aus den Figuren 5 bis 8C des vorstehend erwähnten Patents
mit der Endnummer 588 aufweisen, wobei die Signale CHGDR
und
VCAPIN
wie
darin
beschrieben
verwendet
werden.
Die
Schnittstellenschaltung 46 verarbeitet auch die auf dem Bus
80 empfangenen Befehle und das VCAP-Signal zum Entwickeln
des CHGEN-Signals, wodurch ermöglicht wird, dass der HVAusgangskondensator
geladen
wird,
bis
das
VCAP-Signal
angibt, dass die HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 auf die
Ausgangsspannung geladen wurden, die zu derjenigen von VSHK
oder VRFRM proportional ist.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
das VCAPIN-Signal ein fester Strom, wenn das CHGEN-Signal
ansprechend auf den RFRMCAPCHG-Befehl erzeugt wird, wodurch
die Laderate verlangsamt wird und die Kondensatorladezeit
verlängert wird. Das VCAPIN-Signal ist ein variabler Strom,
wenn das CHGEN-Signal ansprechend auf den C/DCAPCHG-Befehl
erzeugt
wird,
wie
vorstehend
und
in
dem
vorstehend
erwähnten Patent mit der Endnummer 588 beschrieben wurde.
In Figur 3 erkennt der Ladesignalprozessor 51 die auf dem
Bus 80 empfangenen Eingangssignale und führt den C/DCAPCHGBefehl
einem
Gatter
47
und
den
RFRMCAPCHG-Befehl
einem
Gatter 49 zu. Der Ladesignalprozessor 51 erkennt auch die
auf dem Bus 80 in Zusammenhang mit den Befehlen C/DCAPCHG
bzw. RFRMCAPCHG empfangenen Ladespannungs-VSHK- und VRFRMBefehle.
Die im Ladesignalprozessor 51 enthaltene Ladespannung VSHK
oder VRFRM wird im Vergleicher 53 mit der VCAP-Spannung
- 34 -
verglichen.
erzeugt,
Das
CHGEN-Signal
solange
die
wird
vom
VCAP-Spannung
Vergleicher
kleiner
ist
als
53
die
Ladespannung VSHK oder VRFRM im Ladesignalprozessor 51. Das
CHGEN-Signal wird der CHGDR-Schaltung 55 zugeführt, um die
Erzeugung des CHGDR-Signals zu ermöglichen, wie vorstehend
und im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 588
beschrieben wurde.
Die veränderliche Spannung VCAP wird durch den Widerstand
572
(entsprechend
vorstehend
dem
erwähnten
Widerstand
Patents
572
mit
in
der
Figur
6
Endnummer
des
588)
angelegt, um der CHGDR-Schaltung 55 einen veränderlichen
VCAPIN-Strom zuzuführen, wenn der C/DCAPCHG-Befehl auf dem
Bus 80 empfangen wird. Die feste Spannung VRFRM wird durch
den Widerstand 57 angelegt, um der CHGDR-Schaltung 55 einen
festen VCAPIN-Strom bereitzustellen, wenn der RFRMCAPCHGBefehl
auf
beschrieben
dem
Bus
wurde,
80
legt
empfangen
der
Wert
wird.
des
Wie
vorstehend
VCAPIN-Stroms
die
"Ausschaltzeit" des auf der Leitung 66 der HV-Ladeschaltung
64
zugeführten
CHGDR-Signals
und
die
Ladezeit
der
HV-
Ausgangskondensatoren C1 und C2 fest.
Demgemäß
kann
die
Ladezeit
während
des
Kondensator-
reformierungszyklus durch die geeignete Auswahl der VRFRMSpannung und des Widerstands 57 verkürzt werden. In dem
vorstehend beschriebenen Beispiel kann eine sehr niedrige
Spannung VCAPIN angelegt werden, welche bewirkt, dass die
"Ausschaltzeit" in der Nähe des Maximums von 235 Mikrosekunden gehalten wird. Die sich ergebende Ladezeit des
Kondensatorreformierungszyklus kann vorzugsweise 2 bis 20
Mal so lang sein wie die C/D-Schocktherapieabgabe-Ladezeit.
Demgemäß
wurde
vorstehend
ein
Weg
zum
Verlängern
der
- 35 -
Ladezeit und zum Verringern der Laderate der HV-Ausgangskondensatoren während des Reformierens der Oxidschichten
der
HV-Ausgangskondensatoren
dass
Fachleuten
auch
offenbart.
andere
Wege
Es
zum
sei
bemerkt,
Verlängern
der
Ladezeit und zum Verringern der Laderate der HV-Ausgangskondensatoren, die für die
vorstehend beschriebene ICD-
Architektur oder andere ICD-Architekturen geeignet sind,
leicht einfallen werden.
Beispielsweise
modulieren
neuere
ICD-Betriebssysteme
die
"Einschaltzeit" als Funktion der Versorgungsspannung BATT
und die "Ausschaltzeit" als Funktion des in der Ausgangswicklung 116 induzierten und an einem niedrigen Widerstand
190 zum Laden des HV-Kondensators C2 induzierten Ladestroms
CHGCUR
an
Stelle
des
VCAP-Signals.
Bei
einem
Beispiel
werden die "Einschaltzeit" und die "Ausschaltzeit" nominell
anfänglich auf 3,2 Mikrosekunden gelegt. Die "Einschaltzeit" darf jedoch nicht nach dem Ablauf der "Ausschaltzeit"
von nominell 3,2 Mikrosekunden wiedereingeleitet werden,
bevor der zwischen der Ausgangswicklung 116 und der Masse
gemessene induzierte Strom auf einen Wert in der Nähe von
Null abfällt. Daher kann die "Ausschaltzeit" als Funktion
des
Stroms
Sättigung
in
des
der
Sekundärwicklung
HV-Transformators
110
variieren,
zu
um
vermeiden.
eine
Die
"Einschaltzeit" wird als Funktion der Versorgungsspannung
BATT
von
3,2
Mikrosekunden
bis
etwa
16,0
Mikrosekunden
variiert. Die Versorgungsspannung BATT wird etwa alle 8 –
16 Millisekunden durch die Schnittstelle 170 gemessen, und
der
gemessene
BATT-Wert
Nachschlagetabelle
C/D
wird
LUT
mit
von
einer
C/D-Therapie-
"Einschaltzeiten"
ver-
glichen, die mit BATT-Werten korreliert sind, welche im RAM
90 gespeichert sind (im ROM 96 hinterlegt). Die anhand der
Nachschlagetabelle
bestimmte
"Einschaltzeit"
wird
dann
- 36 -
verwendet, bis die nächste Messung stattfindet. Auf diese
Weise wird die HV-Ausgangskondensator-Ladezeit minimiert,
während die Batterie 60 nicht übermäßig geladen wird und
eine Sättigung des HV-Transformators 110 vermieden wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die zum Reformieren
der Oxidschichten der Anoden- und Kathodenplatten der HVAusgangskondensatoren
zeiten"
und/oder
C1
und
C2
verwendeten
"Ausschaltzeiten"
"Einschalt-
selektiv
auf
Werte
verkürzt und/oder verlängert werden, welche die Ergebnisse
optimieren,
die
beim
Reformieren
der
Oxidschichten
angestrebt werden. Dies ist einfach dadurch auszuführen,
dass die optimalen "Einschaltzeiten" und "Ausschaltzeiten"
empirisch
bestimmt
werden
und
Reformierungs-Nachschlagetabelle
in
einer
(RFRM
LUT
in
getrennten
Figur
2)
gespeichert werden, die mit den gemessenen BATT-Werten im
RAM 90 korreliert werden, welche im ROM 96 hinterlegt sind.
In
diesem
werden,
Fall
so
wicklung
dass
116
verstreicht,
auf
können
der
die
"Ausschaltzeiten"
induzierte
deutlich
Null
Strom
bevor
abfällt.
in
die
der
verlängert
Sekundär-
"Ausschaltzeit"
Zusätzlich
kann
es
nur
erforderlich sein, die Versorgungsspannung BATT zu Beginn
der Reformierungsladung zu messen, um einen geeigneten Satz
von "Einschaltzeiten" und "Ausschaltzeiten" zu bestimmen,
die während des gesamten Reformierungsladezyklus verwendet
werden. Die RFRM-LUT-"Einschaltzeiten" können in Bezug zu
den
C/D-Therapie-"Einschaltzeiten"
verkürzt
werden,
und/oder die RFRM-LUT-"Ausschaltzeiten" können in Bezug zu
den C/D-Therapie-"Ausschaltzeiten" verlängert werden.
Dieser Ansatz ist vorteilhaft, weil, wenn neue ICD-Modelle
entwickelt
werden,
sie
verschiedene
Batterien
60,
HV-
Ladeschaltungen 64, HV-Transformatoren 110 und HV-Ausgangs-
- 37 -
kondensatoren
C1
und
C2
verwenden.
Die
C/D-LUT
der
"Einschaltzeiten", die mit BATT-Werten korreliert sind, und
die RFRM LUT der "Einschaltzeiten" und "Ausschaltzeiten",
die mit BATT-Werten korreliert sind, können leicht für die
jeweiligen Merkmale dieser Komponenten anhand der BatterieBOL-zu-EOL abgeleitet werden und im ROM 96 und im RAM 90
gespeichert werden.
Bei
einer
weiteren
Variation
können
Reformierungs-Nachschlagetabellenwerte
zeiten"
und
"Ausschaltzeiten"
die
der
verwendet
gleichen
"Einschalt-
werden,
um
die
Spannung an den HV-Ausgangskondensatoren C1 und C2 während
der
Zeit
aufrechtzuerhalten,
die
einem
C/D-Therapie-
ladezyklus und einer Entladung der Spannung als ein C/DTherapieschock
folgt,
wie
in
der
vorstehend
erwähnten
anhängigen Anmeldung ('P-9171) beschrieben ist.
Demgemäß
Verfahren
stellen
und
die
vorstehend
Vorrichtungen
Therapielade-"Einschaltzeit"
beschriebenen
bereit,
und
eine
welche
Ansätze
eine
C/D-
C/D-Therapielade-
"Ausschaltzeit", wodurch die C/D-Therapieladerate bestimmt
wird, und eine Reformierungslade-"Einschaltzeit" und eine
Reformierungslade-"Ausschaltzeit",
wodurch
die
Reformie-
rungsladerate bestimmt wird, festlegen, wobei die Reformierungslade-"Ausschaltzeit" länger ist als die C/D-Therapielade-"Ausschaltzeit". Die Reformierungslade-"Ausschaltzeit"
kann über die gesamte Reformierungsladung oder zumindest
einen Teil der Reformierungsladung länger gemacht werden
als
die
C/D-Therapielade-"Ausschaltzeit",
Reformierungslade-"Einschaltzeit"
Reformierungsladung
oder
Reformierungsladung
kürzer
kann
zumindest
gemacht
Therapielade-"Einschaltzeit".
und/oder
über
die
einen
werden
als
die
gesamte
Teil
der
die
C/D-
- 38 -
Die Figuren 4 und 5 zeigen die Vorteile, die durch das
Reformieren der Oxidschichten der HV-Ausgangskondensatorplatten bei einem langsam ladenden Strom oder einer niedrigen Laderate, woraus sich eine verlängerte Reformierungsladezeit für einen bestimmten HV-Ausgangskondensatorentwurf
ergibt, erreicht werden. Der getestete Kondensatorentwurf
ist von dem Typ, der beispielsweise in dem auf den Erwerber
der
vorliegenden
6 032 075
Erfindung
beschrieben
übertragenen
ist.
Solche
US-Patent
flache
US-A-
Kondensatoren
haben ein hermetisch gedichtetes Gehäuse, welches einen
Stapel
abwechselnder
Aluminiumanoden
und
–kathoden
einschließt, wobei jede Anode und jede Kathode wiederum aus
einem Stapel geätzter Aluminiumlagen besteht, worauf die
Oxidschichten ausgebildet sind.
sind
durch
Papiertrenner
Die Anoden
voneinander
und
Kathoden
getrennt,
wodurch
verhindert wird, dass sie einander berühren, alle Anoden
sind gemeinsam elektrisch an einen Anodendurchführungsstift
angeschlossen, und alle Kathoden sind gemeinsam elektrisch
an
einen
Kathodendurchführungsstift
angeschlossen.
Das
oder
Kondensatorgehäuse
ist
das
mit
Gehäuse
einem
Elektrolyten gefüllt, der in die geätzten Flächen und den
Papiertrenner eindringt. Es kann erwartet werden, dass die
Testergebnisse für diesen speziellen HV-Kondensatorentwurf
repräsentativ sind für die Ergebnisse derselben Tests, die
an anderen ausgeführt werden.
Mit Bezug auf die Figuren 4 und 5 sei bemerkt, dass die
therapeutische Ladezeit der Zeitraum ist, der zum Laden
eines HV-Ausgangskondensators unter Verwendung eines Stroms
von 10 mA erforderlich ist, nachdem der Kondensator 7 Tage
lang bei 60 °C elf Zyklen einer Lagerung bei einer offenen
Schaltung
ausgesetzt
wurde.
Nach
Abschluss
des
7-Tage-
- 39 -
Zyklus
wurde
angegebenen
der
Kondensator
unter
Reformierungsladestroms
Verwendung
bzw.
der
des
angegebenen
Reformierungsladezeit bei 37 °C geladen. Vier verschiedene
Reformierungsladeströme
Jeder
Datenpunkt
bzw.
stellt
–zeiten
den
wurden
von
acht
verwendet.
Kondensatoren
erhaltenen Durchschnittswert dar. Ein konstanter Ladestrom
von 10 mA wurde verwendet, weil er der Ladezeit nahe kommt,
die erforderlich wäre, um den HV-Kondensator zu laden, um
eine
Therapie
in
der
Nähe
des
Endes
der
Vorrichtungs-
lebensdauer auszuführen. Durch das Lagern des Kondensators
bei offener Schaltung über 7 Tage bei 60 °C wird ein Oxidabbau ähnlich jenem, der nach 90 Tagen bei einer Lagerung
bei 37 °C auftritt, erzeugt.
Die vorstehend beschriebenen Techniken zum Verkürzen der
Reformierungsladezeit
können,
entweder
während
durch
einer
Reformierungsladung
Intervention
eines
Gesundheits-
fürsorgeanbieters oder automatisch, zu jeder Zeit, zu der
der Reformierungszyklus eingeleitet wird, verwendet werden.
Das Einleiten kann durch einen einprogrammierten Befehl,
der durch Abwärtstelemetrie von einem Programmer oder einer
anderen
externen
medizinischen
Kommunikationssystem
Andernfalls
kann
übertragen
der
Vorrichtung
wird,
oder
ausgelöst
Reformierungsladezyklus
einem
werden.
nach
dem
Verstreichen einer Zeit vom vorhergehenden Reformierungszyklus oder einer C/D-Schockabgabe oder bei der automatischen Bestimmung, dass die Oxidschichten der HV-Ausgangskondensatoren
beeinträchtigt
sind
und
eine
Reformierung
benötigen, automatisch eingeleitet werden. Daher können die
vorstehend beschriebenen Techniken gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Verlängern der Reformierungsladezeit während
einer
anderen
Reformierungsladung
vorstehend
zusammen
beschriebenen
mit
beliebigen
Techniken,
welche
der
die
- 40 -
Reformierungsladung einleiten, verwendet werden.