DE2755702A1 - Implantierbarer herzschrittmacher - Google Patents

Description

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Patentanwälte

Dipt -Ing Dipt -Chem Dipl -Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

E r π s b e r g e r s t r a s s θ 19

8 München 60

Unser Zeichen; A 1796 13.Dezember 1977

AMERICAN HOSPITAL SUPPLY CORPORATION 1 American Plaza, 11th floor
Evanston, 111.V.St.A.

Implantierbarer Herzschrittmacher

Die Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher und insbesondere auf einen implantierbaren Herzschrittmacher.

Herzschrittmacher sind seit einiger Zeit bekannt, und sie werden dazu verwendet, das Herz anzuregen, indem eine elektrische Ladung an das Herz angelegt wird, die veranlaßt, daß sich die Herzkammer zusammenzieht, wenn die normale Körperfunktion diese Herzkammerkontraktion nicht bewirkt. Schrittmacher sind in den Körper implantiert worden. In der Regel befinden sich die Sch rittmacherschaltung und die Energiequelle unter der Haut im Bereich zwischen den Rippen oder im Bauchbereich, und von der Impulserzeugungseinheit geht ein Elektrodensystem aus, Schw/Ba

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das an der Herzaussenseite befestigt ist, oder durch das Blutgefäßsystem in das Innere des Herzens führt, wo eine Elektrode in einer unteren Herzkammer angebracht wird.

Bbgibt verschiedene Arten implantiorbarer Herzschrittmacher. Ein Typ ist ein mit fester Folgefrequenz oder asynchron arbeitender Herzschrittmacher. Er erzeugt Anregungsimpulse, die über das Elektrodensystem mit einer festen, vorbestimmten Folgefrequenz unabhängig vom natürlichen Herzrhythmus an das Herz angelegt werden. Ein solcher Herzschrittmacher kann überall dort benutzt werden, wo ein totaler AV-Block vorliegt.

Ein anderer Typ eines Herzschrittmachers wird als Bereitschaftsschrittmacher bezeichnet; dieser Schrittmacher erzeugt nur dann einen Anregungsimpuls, wenn der natürliche Herzschlag über einer minimalen Folgefrequenz nicht auftritt. Typisch für dieses System ist ein Schrittmacher, bei dem der natürliche Herzschlag vom gleichen Elektrodensystem in der Herzkammer festgestellt wird und bei dem die Feststellung einer R-Welle dazu benutzt wird, den nächsten Impuls in einer Folge von Impulsen zu verhindern. Auf diese Weise bleibt der Schrittmacher untätig, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.

Ein weiterer Typ eines Herzschrittmachers ist ein Gleichlaufschrittmacher . Diese Art von Schrittmacher ist in der USA-Patentschrift 3 662 759 beschrieben. Dieser Schrittmacher erzeugt einen Anregungsimpuls, wenn das Herz nicht auf natürliche Weiee schlägt. Wenn ein natürlicher Herzschlag festgestellt wird, dann wird ein schmaler, nicht anregend wirkender Impuls erzeugt und zum Herzen übertragen, damit angezeigt wird, daß die Impulserzeugungseinheit arbeitet und daß das Elektrodensystem nicht unterbrochen ist.

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Ein untersuchender Arzt kann auf diese Weise feststellen, daß auch bei natürlichem Herzschlag zur Zeit der Untersuchung die Impulserzeugungseinheit und das Elektrodensystem wirksam sind und richtig arbeiten.

Beim Einsetzen eines Herzschrittmachers ist es erwünscht, daß die Impulsfolgefrequenz der Impulserzeugungseinheit eingestellt werden kann, nachdem das Elektrodensystem und die Impulserzeugungseinheit implantiert worden sind. Die Impulserzeugungseinheit ist nach dem Implantieren offensichtlich nicht mehr einfach zugänglich. Es gibt viele Gründe dafür, daß es wünschenswert ist, die Impulsfolgefrequenz einzustellen. Beispielsweise kann für einen Patienten unmittelbar nach der Implantation eine höhere Folgefrequenz besser sein, doch kann es nach einigen Tagen erwünscht sein, die Folgefrequenz auf einen normalen Wert herabzusetzen. Auf Grund von Verbesserungen in der Ausführung können implantierte Herzschrittmacher über lange Zeitperioden wirksam bleiben, und es kann erwünscht sein, die Folgefrequenzen nach mehreren Jahren zu ändern, da sich manche Patienten, wenn sie älter werden, bei einer anderen Folgefrequenz, als der zur Zeit der ursprünglichen Implantation eingestellten Folgefrequenz besser fühlen.

Implantierbäre Herzschrittmacher mit extern einstellbaren Schrittfolgefrequenzen sind bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform enthält die Zeitsteuerschaltung eines Oszillators, der die Impulsfolgefrequenz bestimmt, ein lineares Potentiometer, das durch Verwendung einer "Keith¹¹-Hautnadel eingestellt werden kann.DasNadelende hat einen dreieckigen Querschnitt, der in die Welle des Potentiometers zum Verändern des Widerstandswerts in der Zeitsteuerschaltung

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eingreifen kann. Es ist offensichtlich, daß die Nadel zur Folgefrequenzsteuerung richtig angebracht» durch die Haut gestochen und wieder zurückgezogen werden muß.

Bei einem weiteren bekannten Schrittmacher wird ein externes Magnetelement, das Magnetimpulse mit einer Folgefrequenz von 330 Hz erzeugt, dazu benutzt, einen Reed-Schalter zur Änderung des Ausgangsstroms oder zur Einstellung der festen Schrittfolgefrequenz zu betätigen. Eine Anzahl von Impulsen in jeder Programmierfolge dient dabei als Code, der vom implantierten Schrittmacher erkannt wird und die gewünschten Parameteränderungen bewirkt. Codezahlen werden dabei automatisch ausgewählt, wenn ein Stromwert und eine Fölgefrequenz in die Programmiereinheit eingegeben werden. Dieses System ist in der USA-Patentschrift 3 557 796 beschrieben.

In der USA-Patentschrift 3 9^5 387 ist ein implantierbarer Herzschrittmacher beschrieben, der mit einem Asynchronbetrieb mit fester Folgefrequenz arbeitet, jedoch die Änderung seiner Folgefrequenz gestattet, indem eine Zählrschaltung über vor· bestimmte Schritte in Abhängigkeit von Taktimpulsen weitergeschaltet wird. Zur Fortschaltung der Zählerschaltung wird ein einziger Taktimpuls erzeugt, indem ein Magnet über dem Ort der implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht wird. Jedesmal dann, wenn es erwünscht ist, die Impulserzeugungseinheit auf eine andere Schrittfolge einzustellen, muß der externe Magnet angebracht und in der beschriebenen Weise wieder entfernt werden.

Es ist auch ein implantierbarer Herzschrittmacher bekannt, bei dem ein vcn einem extern angebrachten Magnet betätigter

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magnetischer Reed-Schalter dazu benutzt wird, eine Zählerschaltung durch vorbestimmte Schritte weiterzuschalten, damit die Amplitude der Anregungsimpulse schrittweise systematisch verändert wird, wobei ein Durchlauf durch die gleichen Schritte erfolgt, nachdem alle Amplitudenwerte durchlaufen worden sind. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, den Schwellenwert des Patienten ohne chirurgischen Eingriff zu bestimmen. Der Schwellenwert kann sich ebenfalls wie die Folgefrequenz mit dem Alter oder mit unterschiedlichen Bedingungen nach der Implantation ändern.

Beim erfindungsgemäßen Schrittmacher werden zwei magnetische Reed-Schalter, die zweckmässigerweise als Patientenschalter und als Arztschalter bezeichnet werden, in die implantierte Impulserzeugungseinheit eingebaut; diese Schalter können mit Hilfe eines Magnetfeldes von außen betätigt werden. Der Arztschalter wird durch seine Lage und durch eine wenigstens teilweise vorgenommene magnetische Abschirmung wesentlich weniger empfindlich als der Patientenschalter gemacht. Daher betätigt nur ein sehr starkes und ungewöhnliches Magnetfeld den Arztschalter, jedoch betätigt das gleiche Magnetfeld auch den Patientenschalter.

Im dargestellten AusfUhrungsbeispiel arbeitet der Herzschrittmacher normalerweise in einer Betriebsart, in der Anregungsimpulse erzeugt und zum Herzen übertragen werden, wenn natürlich auftretende Herzschläge ausbleiben. In der dargestellten AusfUhrungsform ist ein Gleichlaufimpuls vorgesehen, der gemäß den obigen Erläuterungen ein nichtanregend wirkender Impuls ddt, der in zeitlicher Beziehung mit einem natürlichen Herzschlag erzeugt wird, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.

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Dem Patienten wird ein schwächerer Magnet (mit typischerweise 70 Gauß bei 3,5 cm) gegeben, der in der Nähe der implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht werden kann, damit nur der Patientenschalter betätigt wird, Auf Grund der relativ geringen Stärke des Magnetfeldes des dem Patienten gegebenen Magnets,(der trotzdem stärker als irgendein möglicherweise anzutreffendes Streumagnetfeld ist , kann der Patient den Arztschalter nicht betätigen. Wenn der Patientenschalter geschlossen wird, wird die Impulserzeugungseinheit in die Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz umgeschaltet. Aus mehreren Gründen kann es erwünscht sein, in diese Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz durch den. Patienten selbst umzuschalten.

Wenn es erwünscht ist, die Grundfolgefrequenz des Systems zu ändern, dann muß ein wesentlich stärkerer Magnet (typischerweise 400 Gauß bei 3,5 cm) angewendet werden, wobei in diesem Fall sowohl der Patientenschalter als auch der Arztschalter betätigt werden. Die Betätigung des Patientenschalters hat zur Folge, daß die Impulserzeugungseinheit in der Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet; gleichzeitig bewirkt die Betätigung des Arztschalters die Kopplung von Impulsen aus der Impulserzeugungseinheit zu einer Zählerschaltung, die zyklisch eine vorbestimmte Anzahl von Zählerständen durchlaufen kann. Jeder Zählerstand in Zählerstufen mit höherer Wertigkeit bestimmt eine andere Grundfolgefrequenz der Ausgangsimpulse (d.h. der Herzanregungsimpulse).

Die Ausgangssignale der höherwertigen Zählerstufen werden in einem bevorzugten System direkt über bewertete Widerstände abgegriffen, damit ein repräsentatives Analogsignal erzeugt

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wird. Dieses Analogsignal wird mit einem weiteren Signal kombiniert, das den Zustand der Energieversorgungsquelle der Impulserzeugungseinheit repräsentiert, und das resultierendeSignal wird dazu verwendet, einen Grundfrequenz-Ladestrom zu erzeugen, der in einem Oszillator einem Zeitsteuerkondensator zugeführt wird, damit die Grundfolgefrequenz der Herzimpulse festgelegt wird.

Wie noch genauer erläutert wird, ist es bekannt, daß die Folgefrequenz eines Herzschrittmachers eine wirksame Anzeige für den Zustand der Versorgungsenergiequelle oder der Batterien ist. Typischerweise sollten die Batterien dann ersetzt werden, wenn sich die Grundfolgefrequenz auf einen um 10% unterhalb des ursprünglichen Werts liegenden Wert verschoben hat.

Nach der Erfindung wird dann die Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit programmiert, und die tatsächliche Arbeitsfolgefrequenz wird vom Ausgangssignal der höherwertigen Zählerstufen und auch von einer Information über den Zustand der Batterien bestimmt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nur die drei höchstwertigen Stufen des Zählers zur Festlegung eines Ausgangszuständes benutzt. Die Signale aus den höherwertigen Stellen werden zur Erzeugung eines Analogsignals benutzt, das den gewünschten Betriebszustand für die Grundfolgefrequenz repräsentiert. Der Zähler ist ein siebenstufiger,asynchroner Zähler, der seinen Ausgangsstand nach Beendigung einer Zählung von 16 erhöht und nach einem zyklischen Durchlauf durch die acht möglichen Ausgangszustände der drei höchstwertigen Stufen erneut zyklisch durchläuft. Die Impulserzeugungseinheit

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verbleibt daher in einem gegebenen Ausgangszustand, bis 16 Schrittmacher-Ausgangsimpulse erzeugt worden sind. Da die Grundfolgefrequenz in einem relativ weiten Bereich verändert werden kann, kann sich die Zeitdauer, in der das System in einem gegebenen Ausgangszustand verbleibt, im Bereich von 9 bis 16 Sekunden ändern.

Solange der Betätigungsmagnet an seiner Stelle bleibt und beide Reed-Schalter geschlossen bleiben, wird die Impulserzeugungseinheit durch die verschiedenen Grundfolgefrequenzen fortgeschaltet. Typischerweise reicht der Bereich der Grundfolgefrequenzen von'60 Schlägen pro Minute bis Schlägen pro Minute, wobei jeder Zustand um 6 Herzschläge pro Minute von den angrenzenden Stufen entfernt liegt. Dies hat sich als brauchbarer Bereich herausgestellt, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Anwendung eines für den Arzt bestimmten Magnets auf einen implantierten Herzschrittmacher,

Fig.2 eine schematische DarstäLlung zur Veranschaulichung der richtigen Anbringung eines Magnets relativ zum Schrittmacher von Fig.1,

Fig.3 ein idealisiertes Diagramm zur Darstellung der Änderung der Grundfolgefrequenz eines Herzschrittmachers, abhängig von der Zeit nach der Implantation,

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Fig.4 ein Blockschaltbild eines Herzschrittmachers mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,

Flg.5 ein Schaltbild der Anordnung von Fig.4 und

Fig.6 ein Schaltbild einer Ausgangsstufe der Zählerschaltung, die die Grundfolgefrequenz bestimmt.

In Fig.1 gibt das Bezugszeichen 10 allgemein die Umrißlinie einer implantierten Impulserzeugungseinheit eines Herzschrittmachers an. Die Einheit ist typischerweise in einem korrisionsbeständigen, flUssigkeitsundurchlässigen Gehäuse, gewöhnlich im Bauchbereich oder im Rippenbereich eines Patienten angebracht. Von der Impulserzeugungseinheit 10 führt ein Katheter 11 zu einer Elektrode, die so angebracht ist, daß sie mit der Wand der anzuregenden Herzkammer in Kontakt steht.

In der Darstellung von Fig.1 ist über der implantierten Impulserzeugungseinheit 10 ein starker Magnet 12 angebracht. Der Magnet 12 hat eine ausreichende Stärke (beispielsweise 400 Gauß bei 3,5 cm), damit zwei magnetische Reed-Schalter S1 und S2 nach Fig.2 betätigt werden. Wie Fig.2 zeigt, ist der Schalter S1 parallel zu den vom Magnet 12 -erzeugten Magnetflußlinien angeordnet, die sich vom Nordpol N zue Südpol S erstrecken.Der Schalter S2 ist dagegen so ausgerichtet, daß er senkrecht zu den Flußlinien liegt, und dadurch weniger empfindlich ist. Damit der Schalter S2 noch unempfindlicher wird, 1st er von einer magnetischen Hülse 14 umgeben.

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Der Schalter S1 kann von einem Magnet mit geringerer Feldstärke betätigt werden; er wird manchmal als der Patientenschalter bezeichnet, während der Schalter S2 als der Arztschalter bezeichnet wird.Wenn der Arzt das relativ starke Magnetfeld zur Anwendung bringt, werden beide Schalter S1 und S2 geschlossen. Wenn Jedoch ein schwächeres Magnetfeld, beispielsweise durch den Patienten angewendet wird, wird nur der Schalter S1 geschlossen. Außerdem kann das Feld des Patientenmagnets horizontal verlaufen, während das stärkere Magnetfeld des Arztmagnets einen vertikalen Verlauf haben kann, damit die gewünschte Selektivität erzielt wird.

Bevor nun das System beschrieben wird, sei auf Fig.3 Bezug genommen, in der zwei Kurven 16, 17 dargestellt sind, die die Beziehungen zwischen der Grundfolgefrequenz eines.*Herzschrittmachers ( an der Ordinate ) und der Zeit ( an der Abszisse ) im Anschluß an die Implantation angeben. Die von der Kurve 16 angegebene Beziehung gilt dabei für eine höhtre Grundfolgefrequenz, während die Kurve 17 für eine niedrigere Grundfolgefrequenz gilt. Unter der Annahme, daß ursprünglich die Impulsfolgefrequenz nach der Kurve 17 eingestellt wurde, würde ein untersuchender Arzt oder ein Schrittmacherspezialist feststellen, daß die Batterien des Schrittmachers ausgewechselt werden müssen, wenn die Folgefrequenz unter 9096 (gemäß der gestrichelten Linie 18) der ursprünglichen Nennfolgefrequenz gemäß der Linie 17A fällt.

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Wirkungsweise

In Fig.4 ist das anzuregende Herz mit dem Bezugszeichen 20 angegeben. Zwischen derlmpulserzeugungseinheit und dem Herzen ist eine einzige Leitung 21 angebracht. Ein Rückweg wird vom Körper selbst gebildet, und eine unter der Haut liegende Elektrode ist normalerweise an der Impulserzeugungseinheit als Bestandteil des Gehäuses angebracht. Eine Defibrilierungs-Zenerdiode und ein Filter 22 gegen elektromagnetische Störungen sind zwischen die Leitung 21 und den Hauptteil der Schaltung eingefügt. Von einer Ausgangsschaltung 23 wird über eine Leitung 24 und einen Ausgangskondensator 25 ein anregender Ausgangsimpuls zum Filter 22 und zur Schrittmacherleitung 21 übertragen. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangskondensator 25 und dem Filter 22 ist eine Abtastleitung zum Eingang eines Verstärkers 27 geführt, der eine noch genauer zu beschreibende stabilisierende Rückkopplungsschaltung 28 aufweist.

Am Ausgang des Verstärkers 27 sind ein Schwellenwertdetektor für einen positiven Schwellenwert und ein Schwellenwertdetektor 30 für einen negativen Schwellenwert parallel zum gleichzeitigen Empfang der Verstärkerausgangssignale angeschlossen, und die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren sind an ein ODER-Glied 31 angeschlossen. Der Ausgang des ODER-Glieds 31 ist an eine wiederauslösbare monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 angeschlossen, deren Ausgang über eine Verzögerungsschaltung 33 und einen Kondensator 34 an eine Hemmschaltung 35 angeschlossen ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 33 ist auch mit einer Seite des Patientenschalters S1 verbunden, dessen andere Seite an Masse liegt. Wenn der Patientenschalter geschlossen ist, kann somit das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33

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nicht zur Hemmschaltung 35 übertragen werden.

Der Ausgang der Hemmschaltung 35 ist mit einem Schwellenwertdetektor 36 verbunden, der seinerseits über den Arztschalter S2 an eine Folgefrequenz-Programmierschaltung angeschlossen ist.Der Ausgang der Programmierschaltung ist an eine Ladeschaltung 38 angeschlossen, deren Ausgangssignal den Ladestrom eines Zeitsteuerkondensators 40 zur Festlegung einer Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit bestimmt. Die Spannung am Zeitsteuerkondensator AO wird vom Schwellenwertdetektor 36 abgetastet, und wenn die Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, wird eine Entladeschaltung 46 betätigt, damit die Ausgangsschaltung 23 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses erregt wird.Eine Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 verhindert ein Arbeiten des Systems über einer vorbestimmten Grundfolgefrequenz, die normalerweise bei 120 Herzschlägen oder Impulsen pro Minute liegt.

Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33 wird auch von einem GIeichlaufimpulsgenerator 48 empfangen, der die Ausgangsschaltung 23 so erregt, daß diese einen nichtanregenden Impuls erzeugt, der an das Herz angelegt wird. Die Impulsdauer eines Anregungsimpulses kann 0,75 ms betragen,- während die Dauer eines GIe ichlauf impulses in der Größenordnung von 20/Us liegen kann.

Im Normalbetrieb arbeitet der Herzschrittmacher von Fig.4 bei geöffneten Schaltern S1 und S2 in einer Betriebsart, in der die SchrittmatcherimpulaB nicht in Konkurrenz mit den natürlichen Herzschlägen auftreten.

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Wenn das Herz normal arbeitet, wird von der in die Herzkammer implantierten Elektrode eine R-Welle abgetastet, und ein Signal wird über die Leitung 21 zur Filterschaltung 22 und über die Leitung 26 zum Verstärker 27 übertragen. Der Verstärker 27 erzeugt ein Ausgangssignal, das das abgetastete Signal repräsentiert, das entweder positiv oder negativ sein kann. In jedem Fall stellt einer der Schwellenwertdetektoren 29, 30 die Anwesenheit einer R-Welle fest, und über das ODER-Glied 31 wird ein Impuls übertragen, der die monostabile Schaltung 32 auslöst. Die monostabile Schaltung 32 kann herkömmlich aufgebaut sein; ihre Hauptaufgabe besteht darin, Störungen zu unterdrücken, die auf Grund der 60 Hz-Frequenz auftreten. Die monostabile Schaltung 32 kann also von 60 Hz-Störungen nicht erneut ausgelöst werden, so daß ein Anhalten des Schrittmachers in Anwesenheit von Netzstörungen verhindert wird.

Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 32 wird von der Verzögerungsschaltung 33 geringfügig verzögert. Dies verhindert eine Betätigung der Schaltung durch einen Anregungsausgangsimpuls unmittelbar im Anschluß an seine Erzeugung. Wenn eine R-Welle festgestellt wurde, dann betätigt das abgetastete Signal nach der Verstärkung den GIeichlaufimpulsgenerator 48, der seinerseits die Ausgangsschaltung 23 so erregt, daß diese in zeitlich festgelegter Beziehung zum natürlich auftretenden Herzsignal einen nichtanregenden Impuls erzeugt. Wenn keine natürliche R-Welle festgestellt wird, dann stellt die Entladeschaltung 46 fest, daß die Spannung am Zeitsteuerkondensator 40 an einem von der Programmierschaltung 37 bestimmten Zeitpunkt einen gewissen Wert erreicht hat, und unter diesen Umständen erzeugt die Entladeschaltung 46 ein Signal, das die Ausgangsschal-

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tung 23 zur Erzeugung eines dem Herzen zugeführten Anregungssignal betätigt. Die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 ist so ausgelegt, daß ein Betrieb der Entladeschaltung 46 bei einer vorbestimmten maximalen Folgefrequenz verhindert wird, die, wie erwähnt wurde, bei 120 Impulsen pro Sekunde liegen kann. Die Aufgabe der Hemmschaltung 35 besteht darin, einen Ausgangsimpuls für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode im Anschluß auf das Auftreten einer natürlichen R-WeHe oder eines angeregten Herzschlags zu verhindern.

Wenn gewünscht wird, daß die Schaltungsanordnung in einem Asynchronbetrieb arbeitet, bei dem die Grundfolgefrequenz konstant ist, wird über der Impulserzeugungseinheit 10 ein relativ schwacher Magnet angebracht, damit der Patientenschalter S1 geschlossen wird. Dadurch wird der Signalausgang der Verzögerungsschaltung 33 kurzgeschlossen, und die Entladeschaltung 46 kann die Ausgangsschaltung 23 entsprechend der programmierten internen Zeitsteuerung betätigen.

Wenn es erwünscht ist,die Grundfolgefrequenz zu ändern, wird ein ausreichend starker Magnet zum Schließen der beiden Schalter S1 und S2 verwendet. Das Schließen des Schalters S1 bewirkt das Arbeiten der Anordnung im Asynchronbetrieb, wie oben angegeben wurde. Das Schließen des Schalters S2 gibt den .Schwellenwertdetektor 36 frei, damit dieser Impulse in zeitlicher Beziehung zu den Ausgangsimpulsen erzeugt und zur Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 überträgt. Die Programmierschaltung 37 enthält einen siebenstufigen asynchronen Zähler, der 16 Eingangsimpulse zählt und dann die drei höchstwertigen Stufen weiterschaltet, die eine Änderung der Ausgangsfolgefrequenz ergeben. Die drei höchstwertigen Stellen der Zäh]a?schaltung werden zusammen

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mit bewerteten Widerständen dazu benutzt, ein eine gewünschte Grundfolgefrequenz repräsentierendes Analogsignal zu erzeugen, wie noch erläutert wird. Dieses Signal wird mit einem schematisch als Block 49 angegebenen Signal kombiniert, das den Zustand der Batterie anzeigt. Diese Signale werden in der Ladeschaltung 38 kombiniert, damit in entsprechender Weise die Ladezeit des Zeitsteuerkondensators 40 modifiziert wird. Nachdem 16 Ausgangsimpulse aufgetreten sind, ändert sich die. fünfthöchstwertige Stelle der Zählerschaltung in der Programmierschaltung 37, und die Folgefrequenz wird auf den nächsten Schritt vergrößert. Der Vorgang läuft in dieser Weise weiter, bis der Magnet entfernt wird und der Schalter S2 öffnet. Nach öffnen der beiden Schalter S1 und S2 kehrt die Anordnung wieder in die Betriebsart zurück, in der keine mit den natürlichen Herzschlägen in Konkurrenz tretende Anregungsimpulse erzeugt werden, doch hängt jetzt die von der Programmierschaltung 37 bestimmte Grundfolgefrequenz von dem Zustand ab, in dem sie belassen wurde, als sich der Schalter S2 öffnete.

Genaue Schaltungsbeschreibung

In Fig.5 sind zur Kennzeichnung gleicher Schaltungseinheiten oder Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.4 verwendet. Das Herz ist also wieder mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Das Signal von der Ausgangsschaltung 23 wird über die Leitung 24 durch den Ausgangskopplungskondensator 25 und die Zenerdioden- und Störfilterschaltung 22 zum Herzen 20 übertragen. Die Herzaktivität wird von der Herzelektrode abgetastet, und dem Eingangsverstärker 27 wird ein Signal über die Leitung 26 zugeführt. Vor der Eingabe in den Eingangs-

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verstärker durchläuft das Signal zwei Differenzierschaltungen 50 und 51, damit eine selektive .Filterung niedriger Frequenzen erzielt wird. Der Eingangsverstärker 27 enthält als aktive Elemente einen ersten Transistor 22 in Basisschaltung, einen Transistor 53 und einen Transistor 54; diese Transistoren bilden einen dreistufigen Verstärker. Das Signal wird vom Kollektor des Transistors 54 über eine Leitung 55 abgenommen und durch die RUckkopplungsschaltung 28, die einen Integrator aus dem Widerstand 54 und dem Kondensator 58 sowie ein drittes Differenzierglied aus einem Widerstand 56 und einem Kondensator 51 besteht, zur Basis des ersten verstärkenden Transistors 52 zurückgekoppelt. Die RUckkopplungsschaltung ergibt eine Gegenkopplung zur Stabilisierung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers, und sie ergibt eine vorbestimmte hohe Grenzfrequenz und zusätzlich eine vorbestimmte tiefe Grenzfrequenz. Außerdem ermöglicht die eben beschriebene Schaltungsanordnung eine Unterscheidung der T-Welle, und sie beschleunigt die Erholung des Verstärkers nach dem Auftreten eines angeregeten Ausgangsimpulses. Nach dem Auftreten eines Ausgangsimpulses bleibt kurzzeitig an der Anregungselektrode eine Polarisierungsspannung zurück.

Das vom Kollektor des Transistors 54 abgenommene Ausgangssignal wird über ein viertes Differenzierglied 59 zum Schwellenwertdetektor 29 für den positiven Schwellenwert und über ein fünftes Differenzierglied 60 zum Schwellenwertdetektor für einen negativen Schwellenwert gekoppelt. Das vierte und das fünfte Differenzierglied tragen auch zur selektiven Bandpaßfilterung der Schaltungsanordnung bei. Die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren 29 und 30 werden an die Transistoren 62 bzw. 63 angelegt, die zusammen die Funktion des ODER-Glieds 31 von Fig.4 haben.

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Die Transistoren 62, 63 sind so verbunden, daß sie ein Halteglied bilden und in einer mit der Wirkungsweise eines steuerbaren Siliziumgleichrichters vergleichbaren Weise arbeiten. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 30 für den negativen Schwellenwert ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 63 und der Basis des Transistors 62 verbunden. Ein Strom aus dem Schwellenwertdetektor für den negativen Schwellenwert hat zur Folge, daß der Transistor 62 leitend gemacht wird, der seinerseits bewirkt, daß der Transistor 63 leitet. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 29 für den positiven Schwellenwert ist am Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 62 und der Basis des Transistors 63 angeschlossen; sein Ausgangsstrom bewirkt, daß der Transistor 63 leitet, dessen leitender Zustand seinerseits zur Folg· hat, daß der Transistor 62 leitet. Der Ausgang dieses Halteglieds ist über eine Leitung 65 mit dem Eingang der monostabilen, wieder auslösbaren StörunterdrUckungsschaltung 32 verbunden, die einen Transistor 66 enthält, der einen Schwellenwertdetektor für die Spannung an einem Kondensator 67 bildet. Die Wiederauslösungsfunktion wird vom Halteglied 31 ausgeführt.

Wenn das Halteglied leitet, ist die Serienschaltung aus dem Kondensator 67 und einem Widerstand 68 direkt parallel zur Versorgungsspannung geschaltet. Der Widerstand 68 hat einen relativ kleinen Wert, so daß sich der Kondensator 67 schnell auflädt. Wenn der Kondensator geladen ist, fließt kein Strom mehr zum Halteglied, so daß die Transistoren 62, 63 nichtleitend werden. Wenn der Kondensator 67 mit dem Aufladen beginnt, beginnt der Transistor 66 abgesehen von

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einer Verzögerung zu leiten, die von einem zvi sehen der Systemmasse und der Basis des Transistors 66 liegenden Kondensator 69 eingeführt wird.

Wenn ds Halteglied abschaltet, beginnt die Ladung am Kondensator 67, über die Widerstände 70, 71 abzufliesseu. Es ist diese Entladezeitkontante, die die Periode der monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 bestimmt. Die Hauptaufgabe dieser Schaltung besteht darin, Störungen auf Grund der 60 Hz-Frequenz zu unterdrücken, so daß sie vor Ablauf ihrer Haltezeit von 60 Hz-Störungen nicht erneut ausgelöst wird.Dadurch wird ein Anhalten des Schrittmachers im Fall von Netzleitungsstörungen verhindert. Das Signal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung enthält eine Verzögerung von 1,5 ms, damit ein Zustand verhindert wird, der sonst von einem zur Eingangsschaltung zurückgeführten Anregungsimpuls verursacht werden könnte, der die Erzeugung eines Gleichlaufimpulses, und nicht die Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirkt, wie es erforderlich ist. Diese Funktion wird mit Hilfe des der Verzögerungsschaltung 33 in Fig.4 zugeschriebenen Kondensators 69 bewirkt, indem das Einschalten des Transistors verzögert wird.

Der Patientenschalter S1, der aus einem normalerweise offenen magnetischen Reed-Schalter besteht, liegt parallel zum Ausgang des Transistors 66. Wenn der Schalter S1 geschlossen ist, können keine Impulse durch die monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 und die Verzögerungsschaltung 33 laufen.

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Das Ausgangssignal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 ist eine Impulsvorderflanke, die über einen Kondensator 73 an denEingang der einenTransistor 74 enthaltenden Hemmschaltung 35 gekoppelt wird. Am Emitter des Transistors 74 tritt während seiner Aktivierung eine vom Kondensator 141 und vom Widerstand 140 der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 erzeugte exponentiell abnehmende Spannung auf, wie noch erläutert wird. Diese Spannung hat zur Folge, daß der Emitter-Basis-Ubergang des Transistors im Verlauf einer die Hemmzeitperiode der Schaltung festlegenden vorbestimmten Zeitperiode in Sperrichtung vorgespannt wird. D.h. in anderen Worten, daß der Transistor während der Hemmzeitperiode nicht in den leitenden Zustand übergehen kann.

Die Durchlaßvorspannung des Transistors 74 wird vom Verhältnis der Widerstände 75, 76 an seiner Basis bestimmt. Das Eingangssignal der Hemmschaltung 35 ist also ein Spannungswert, dessen Größe von der von den Widerständen 75 und 76 gebildeten Spannungsteilerschaltung bestimmt wird. Wenn die exponentiell abnehmende Emitterspannung des Transistors 74 auf einen unter dem vom Spannungsteiler bestimmten Wert um einen zur Durchlaßvorspannung des Transistors 74 ausreichenden Wert sinkt, dann wird an seinem Kollektor ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Signal wird dem Schwellenwertdetektor 36 zugeführt. Der Schwellenwertdetektor 36 besteht im Prinzip aus zwei Widerständen 78 und 79. Das Ausgangssignal der Hemmschaltung 35 übergeht das normale Auslösen des Schwellenwertdetektors 36 nach einer Zeitperiode, die auf die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 bezogen ist, wie noch erläutert wird. Das Ausgangssignal des

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Transistors 74 wirkt als Durchlaßvorspannung des normalerweise gesperrten Transistors 79» so daß die Abgabe eines Ausgangssignals verursacht wird, das über eine Leitung 80 dem Arztschalter S2 zugeführt wird. Die andere Klemme des Arztschalters S2 ist mit dem Triggereingang eines siebenstufigen asynchronen Zählers 85 verbunden, der einen Teil der Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 bildet. Von den sieben Stufen des Zählers 85 sind die drei höchstwertigen Stufen mit Q5, Q6 und Q7 bezeichnet. Diese Ausgänge sind an Widerstände 87, 88 bzw. 89 angeschlossen. Die anderen Enden dieser Widerstände sind gemeinsam am Verbindungspunkt zwischen zwei Widerständen 90 und 91 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 91 liegt an der Versorgungsspannung .

Der Zähler 85 wird jedesmal dann ausgelöst, wenn der Schwellenwertdetektor 36 betätigt wird, während der Arztschalter S2 geschlossen ist. Der Schwellenwertdetektor 36 wird entweder in der angegebenen Weise von der Hemmschaltung 35 oder von einem Signal vom Zeltsteuerkondensator 40 betätigt. Dies bedeutet, daß der Schwellenwertdetektor 36 den Zähler 85 veranlaßt, abhängig von einem natürlichen Herzschlag oder einem angeregetenHerzsignal vom Zeitsteuerkondensator 40 um einen Zählerstand weiterechaltet, vorausgesetzt, daß der Arztschalter S2 geschlossen ist . Da der Ausgang Q5 die fünfthöchstwertige Stelle des siebenstufigen Zählers ist, ändert sie sich nur jeweils nach 16 (=2⁴) Zählerständen. Die Stufen Q5, Q6 und Q7 bilden daher einen 3-Bit-Zähler (2*=8 Schritte oder Datenzahlen), der für jeweils 16 Ausgangsimpulse aus dem Schwellenwertdetektor 36 um einen Zählerstand weiterge-

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schaltet wird. Jeder der acht Schritte des von den Stufen Q5, q6 und Q7 gebildeten Zählers stellt eine andere Betriebsstufe dar, was bedeutet, daß sich die Grundfolgefrequenz der Zeitsteuerschaltung in einer vorbestimmten Weise ändert, wie hier zu erläutern ist.

In Fig.6 ist eine Schaltung dargestellt, die für jede der Stufen des Zählers 85 repräsentativ ist. Das bedeutet, daß ein P-Kanal-MOS-Transistor 85A und ein N-Kanal-MOS-Transistor 85B so miteinander verbunden sind, daß für jede Flipflop-Schaltung imZähler ein Pufferausgang entsteht. Die Transistoren 85A und 85B sind komplementäre MOS-Bauelemente, von denen bekannt ist, daß an ihnen ein sehr kleiner Spannungsahfall auftritt, wenn sie leiten. Wenn sich also die zugehörige Flipflop-Schaltung im Zustand ^M1^M befindet, hat das Ausgangssignal einen sehr nahe des Systemmassewerts liegenden Wert. Wenn sich dagegen die Flipflop-Schaltung im Zustand ^w0" befindet, dann ist das Ausgangssignal im wesentlichen gleich der negativen Versorgungsspannung (-V). Diese Schaltung bildet zusammen mit der Bewertung der Widerstände 87, 88 und 89 einen Digital-Analog-Umsetzer, so daß das Signal an der Ausgangsleitung 89B ein Analog-Signal ist, das die Grundfolgefrequenz repräsentiert, die durch den Stand des Zählers 85 bestimmt wird. Die Widerstände 87, 88 und 89 sollten so gewählt sein, daß der Wert jedes Widerstandes für die nächsthöherwertige Stelle halb so groß wie der Wert eines gegebenen Widerstandes ist. Beispielsweise könnte der Widerstand 87 den Wert 100 M Ohm haben, der Widerstand 88 könnte den Wert 5OM Ohm haben, und der Widerstand 89 könnte den Wert 25M Ohm haben.

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Die Werte der Widerstände 87 bis 89 sind also binär bewertet, wobei der Widerstand mit dem niedrigsten Wert dem höchstwertigen Bit zugeordnet ist.

Das analoge Ausgangssignal wird einer Summierschaltung zugeführt, an die auch die negative Versorgungsspannung angelegt ist. Die andere Klemme des Transistors 90 ist über eine Serienschaltung aus Dioden 93, 9^ und einem Widerstand 95 an Systemmasse und auch an die Basis eines Transistors 96 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 96 ist mit einer Klemme des Zeitsteuerkondensators 40 verbunden.

Die Widerstände 90, 91 bilden eine Summierschaltung, die mit einer Klemme an die Versorgungsspannung (-V) und mit der anderen Klemme über die Leitung 95 an den Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist. Die Summierschaltung summiert das analoge Eingangssignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer in der Folgefrequenz-Programmierschaltung und ein einen Batteriewechsel anzeigendes Signal aus der Energieversorgungseinheit. Das zuletzt genannte Signal wird dem Analogsignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer überlagert, das die Programmierfolgefrequenz bestimmt. Auf diese Weise wird nicht nur die Grundfolgefrequenz festgelegt, sondern es wird auch erreicht, daß die Grundfolgefrequenz eine Änderung entsprechend dem Zustand der Batterie enthält. Wenn die gemessene Folgefrequenz die programmierte Grundfolgefrequenz um 1096 unterschreitet, dann ist dies eine Anzeige, daß die Versorgungsbatterien schlechter geworden sind und ersetzt werden sollen.

Die Schaltung aus den Bauelementen 93 bis 98, wobei das Schaltungselement 98 ein Widerstand im Emitterkreis des Transistors 96 ist, bilden die Ladeschaltung 38.

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Die Dioden 93, 94 sind in Durchlaßrichtung vorgespannt. Der Spannungsabfall an diesen Dioden verschiebt die Durchlaßvorspannung am Emitter-Basis-Übergang des Transistors Der Spannungsabfall an der anderen Diode erscheint am Widerstand 98 zur Bildung einer Konstantstromquelle. Der Widerstand 95 wirkt mit dem Widerstand 98 so zusammen, daß im Verstärker die Wirkung eines Stromspiegels entsteht.Der Widerstand 98 ergibt also eine vorbestimmte Mischung des Stroms aus der Stromquelle und aus dem Stromspiegel zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40. Kurz gesagt ist ein Stromspiegel eine Schaltung, in der sich ein Eingangsstrom ( an der Basis des Transistors 96) in proportionaler Weise im Ausgangssignal (am Kollektorkreis) ausdrückt. Diese spezielle Ladeschaltung 38 ergibt ferner eine Stromverstärkung,

Wenn die Größe des Analogsignals zunimmt (obgleich seine Polarität negativ ist), das die Grundfolgefrequenz einstellt, steigt der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung, so daß ein größerer Ladestrom für den Zeitsteuerkondensator 40 geliefert wird und eine Zunahme der Grundfolgefrequenz eintritt, Wenn die Versorgungsspannung aus der Batterie abnimmt, nimmt gleichzeitig auch der Ausgangsstrom zum Zeitsteuerkondensator 40 ab, und die Grundfolgefrequenz nimmt unabhängig vom Stand des Zählers 85 zu. Auf diese Weise wird die Impulsfolgefrequenz entsprechend dem Zustand der Batterie verändert, was für jede Einstellung der Grundfolgefrequenz durch den Zähler 85 gilt.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40 ein Ladestrom im Unterschied zu der Spannung angewendet wird.Die Ursache ist darin zu sehen, daß durch Verwendung einer Ladestrom-

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quelle die Steigung der Ladespannung am Kondensator konstant ist, was auch beim DurchlaufZeitpunkt durch die Auslöseschwelle der Schwellenwertschaltung 36 gilt; wäre dagegen eine Ladungsspannungsquelle zum Aufladen des Kondensators verwendet worden, dann würde die Schwellenspannung am Kondensator einen logarithmischen, nichtlinearen Abfall aufweisen, so daß ein Stabilitätsfehler beim Auslösewert auf Grund einer niedrigeren, weniger kontrollierten Steigung am Schwellenwertabtastzeitpunkt auftreten würde und eine geringere Auslösezeitstabilität für den Schwellenwertdetektor erzeugt würde.^l

Der Zeitsteuerkondensator 40 ist über zwei in Serie geschaltete Widerstände 100 und 101 mit der negativen Klemme der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Der positive Anschluß des Zeitsteuerkondensators 40 liegt an der Basis des Transistors 78 im Schwellenwertdetektor 36. Der Emitter dieses Transistors liegt in einem Stromkreis mit dem Transistor 105 in der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47. Die Funktion des Transistors 105 wird später noch genauer beschrieben, doch sei hier angenommen, daß er leitet. Wenn die Spannung am Kondensator 40 einen Schwellenwert überschreitet, leitet der Transistor 78, so daß auch der leitende Zustand des Transistors 79 herbeigeführt wird, damit dem Zähler 85 ein Impuls zugeführt wird; dabei wird auch der Zeitsteuerkondensator 40 entladen, da der Kollektor des Transistors 7,9 mit der negativen Klemme des Zeitsteuerkondensator 40 verbunden ist.

Die Entladeschaltung 46 enthält eine Stromquelle 105 sowie zwei Stromspiegelschaltungen 106 und 107» die von einer gemeinsamen Diode 108 Gebrauch machen. Es ist auch ein

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dritter Stromspiegel 110 vorgesehen, der das Ausgangssignal der Stromspiegel 106, 107 empfängt. Der Stromspiegel 106 enthält einen Transistor 111, dessen Kollektor über eine Leitung 112 so angeschlossen ist, daß er den Zeitsteuerkondensator 40 entlädt. Der Entladestrom fließt durch den Transistor 111 und den Stromspiegel 106.

Die Stromquelle 105 erzeugt einen konstanten Strom, der dem Stromspiegel 106, 107 zugeführt wird. Diese Schaltung wird von einem vom Ausgangssignalwert des Schwellenwertdetektors 36 (d«h. vom Transistor 79) erzeugten Signal eingeschaltet. Vorströme für die Stromquelle 105 fHessen über einen Widerstand 114 und durch den Stromspiegel 107, damit die Stromquelle 105 gestartet bzw. stabilisiert wird.

Der Ausgangsstrom der Stromquelle 105 wird im ersten Stromspiegel 106 etwa mit dem Faktor 5 multipliziert, wobei dieser Stromspiegel seinen Strom der Entladung des Zeitsteuerkondensators 40 entnimmt. Der Stromverstärkungsfaktor wird durch die Einstellung des Werts eines Widerstandes 117.bestimmt, der den beiden Stromspiegeln 106, 107 gemeinsam angehört; diese Einstellung bestimmt den Entladestromwert und somit die Entladezeit für den Zeitsteuerkondensator 40, die gleich der Dauer des Ausgangsanregungsimpulses ist. Der Strom aus den Stromspiegeln 106, 107 wird im dritten Stromspiegel 110 summiert, der den Stromwert in den Milliampere-Bereich, also den Bereich der Ausgangsstromgröße, anhebt« Der Strom wird über einen Ausgangstransistor 120 gekoppelt, der eines der aktiven Bauelemente der Ausgangsschaltung 23 von Fig.4 ist.

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Der Kollektorstrom des Transistors 120 wird über einen Spannungsverdopplungskondensator 122, einen als Schalter für den Spannungsverdoppler wirkenden Transistor 123 und den Ausgangskopplungskondensator 25 an das Herz angelegt. Diese Schaltung liefert einen konstanten Strom an das Herz, jedoch ermöglicht sie zur Berücksichtigung des Impedanzwerts das Anlegen einer Spannung an das Herz mit einem bis etwa zum doppelten Wert der Versorgungsspannung reichenden Wert, damit der notwendige Strom geliefert wird. Die Transistoren 120 und 123 sind normalerweise gesperrt, so daß am Kondensator 122 eine Spannung mit dem Nennwert der Versorgungsspannung von 3V in der dargestellten Polarität auftritt. Wenn der Transistor 120 den Ausgangsstrom leitet, wird die positive Klemme des Kondensators auf das Potential der negativen Versorgungsleitung gezogen, so daß die negative Klemme des Kondensators 122 abhängig von der vom Herzen gebildeten Lastimpedanz und vom Ausgangsstrom eine Spannung von bis zu etwa -6V annehmen kann. Wenn der Transistor 123 leitet, wird dieses Signal direkt über den Ausgangskopplungskondensator 25 an das Herz gekoppelt. Die in dem Schaltbild dargestelltet verschiedenen Vorspannungswiderstände sind groß genug, so daß das Fließen des Stroms von 8mA (des normalen Ausgangsstroms) des Anregungssignals auf den Weg aus dem Transistor 120, dem Kondensator 122, dem Transistor 23, dem Ausgangskopplungskondensator 25 und dem Herzen beschränkt ist.

Es wird nun auf das Schaltbild des GIeichlaufimpulsgenerators 48 von Fig.4 Bezug genommen (siehe den unteren Mittelabschnitt von Fig.5). Dieser Generator empfängt das gleiche Eingangssignal wie die Hemmschaltung 35; sie enthält einen

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Transistor 131, der beim Empfang eines Impulses leitet. Im Emitterkreis des Transistors 131 liegt ein Kondensator 133, der eine Verzögerungszeit von 20 us verursacht, nach der ein zweiter Transistor leitet, und den Strom aus den beiden Stromspiegeln 106 und 107 zur negativen Versorgungsleitung ableitet, so daß dadurch die Stromzufuhr zum dritten Stromspiegel 110 beendet wird, während auch die Dauer des Ausgangsimpulses auf die angegebenen 20/as verkürzt wird. Das Entladen des Zeitsteuerkondensators 40 ist in jedem Fall gleich, und die Schaltung wird in der Weise wieder in den Ausgangszustand versetzt, als wäre ein vollständiger Ausgangsimpuls erzeugt worden. Diese Anfangsbedingungen umfassen das erneute Einstellen der Schwellenwerte, das Entladen des ZeitSteuerkondensators usw. Es ist zu erkennen, daß der Transistor 79 so mit dem GIeichlaufimpulsgenerator 48 gekoppelt ist, daß der Transistor 79 leiten muß, bevor dem Verzögerungskondensator 133 des Gleichlaufimpulsgenerators über die Leitung 136, den Widerstand 100 und den Transistor 131 eine Versorgungsspannung zugeführt wird; wenn der Transistor 79 nicht leitet, beginnt der zur Erzeugung des 20 us andauernden Gleichlaufimpulses nicht, bis der Oszillator zurückgestellt wird und der Schrittmacher-Ausgangsimpuls beginnt. Dies spart die kurze Gleichlaufimpulsdauer zum Starten der Schwellenwertfeststellung im Schwellenwertdetektor 36, so daß sich die Startzeit des Schwellenwertdetektors nicht vender GIeichlaufperiode subtrahiert, sondern unabhängig von Geschwindigkeitsänderungen des Schwellenwertdetektors bleibt.

Die Hauptaufgabe der Folgeperiode-Begrenzungsschaltung 47 besteht darin, den Betrieb des Schrittmachers bei einer

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über einer!vorbestimmten Folgefrequenz liegenden Folgefrequenz zu verhindern, die normalerweise auf einen Wert unter 120 Hz eingestellt ist. Die Begrenzungsschaltung erreicht dies dadurch, daß der Betrieb des Schwellenwertdetektors 36 gesperrt wird. Die grundlegende Zeitsteuerfunktion wird mittels eines Widerstandes 140 und eines Kondensators 141 erzielt, wobei der Wert des Widerstandes 140 viel größer als die Summe der Werte der Widerstände 100, 101, 103 und 144 ist. Die Spannung an der oberen Klemme des Kondensators 141 let auf die negative Versorgungsspannung bezogen, und die Spannung an der anderen Klemme ändert sich von Werten unterhalb des Spannungswerts -V gegen den Spannungswert OV, so daß der Transistor 105 bei einer Änderung nach oben leitend gemacht wird. Der Transistor 105 muß sich im leitenden Zustand befinden, damit ein Stromweg (Leitung 149) für den Schwellenwertdetektor 36 (d.h. den Transistor 78) geschaffen wird. Im Betriebszustand wird ein Ausgangsimpuls durch den Transistor 79 des Schwellenwertdetektors 36 dazu benutzt, den Kondensator 141 aufzuladen, und diese Ladung ergibt eine Spannung, bei der der Transistor 105 an einem Zeitpunkt leitet, der auf 550 ms (120 Impulse pro Minute) nach dem Beginn des Zeitablaufs des Ausgangsimpulses voreingestellt ist. Auf Grund der Änderung des Signalwerts wird der negative"Pegel verdoppelt, auf dem der untere Anschluß des Kondensators 141 liegt, und da er sich exponentiell gegen Masse entlädt, ergibt sich ein guter Abgriffpunkt an einem sich relativ schnell ändernden Abschnitt der Entladekurve, was eine genauere stabile Einstellung der 550 ms-Zeitperiode zum Herbeiführen des leitenden Zustandes des Transistors 105 und zur Freigabe des Betriebs des

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Schwellenwertdetektors 36 ermöglicht. Außerdem wird dadurch die Abhängigkeit von Änderungen des Versorgungsspannungswerts beseitigt, da der Abgriffwert etwa in der Mitte zwier'ten dem Anfangswert und dem Endwert auf der Entladekurve (dem zweifachen Wert der Versorgungsspannung) bei Versorgungsspannungsänderungen bleibt. Außerdem wird ein Signal mit hohem Wert als Bezugspunkt für die 325 ms dauernde refraktäre Periode geschaffen. Dies erfolgt dadurch, daß der Emitter des Transistors 74 in der Hemmschaltung 35 über die Leitung 150 zum Folgefrequenz-Begrenzungskondensator 141 _t

über den Widerstand 143 und über den Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 105 mit der Versorgungsspannung -V in Beziehung gesetzt wird (das Schließen des Stromkreises zum Transistor 79 erfolgt über die Leitung 151).

In der dargestellten Ausführungsform ist eine Anordnung von magnetischen Schaltern S1 und S2 zusammen mit verschiedenen Feldrichtungen für die Magnete angegeben worden. Der Fachmann kann erkennen, daß zur Erzielung der gewünschten Selektivität oder Empfindlichkeit dieser Schalter auch andere Anordnungen gewählt werden können. Beispielsweise könnten die Schalter S1 und S2 parallel zueinander und parallel zur angrenzenden Hautoberfläche ausgerichtet sein, wobei beide Magnetfelder (wieder mit beträchtlich unterschiedlicher Stärke) horizontal verlaufen. Eine weitere Alternative besteht darin, daß die Schalter parallel zueinander und senkrecht zur Hautoberfläche angeordnet sind, wobei die verschiedenen Magnetfelder in vertikaler Richtung verlaufen (bei Betrachtung in der Position von Fig.1.).

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Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem speziellen AusfUhrungsbeispiel beschrieben worden, doch ist für den Fachmann erkennbar, daß Änderungen und Ergänzungen im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich sind.

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Claims (9)

E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Unser Zeichen; A 1796 13.Dezember 1977 AMERICAN HOSPITAL SUPPLY CORPORATION 1 American Plaza, 11th floor Evanston, 111 V.St.A. Patentansprüche

1.ιImplantierbarer Herzschrittmacher mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung von Herzanregungssignalen, wobei der Schrittmacher in einem Bereitschaftszustand arbeiten kann und die Herzanregungssignale Übertragen kann, mit ersten und zweiten extern betätigbaren Schaltvorrichtungen, einer Schaltungseinheit, die abhängig von der Betätigung der ersten Schaltvorrichtung bewirkt, daß der Schrittmacher in einer Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet, und einer Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit, die so ausgebildet 1st, daß sie vorbestimmte Zustände durchlaufen' kann, die unterschiedliche Grundfolgefrequenzen für die Herzanregungssignalerepräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltungseinheit vorgesehen ist, die abhängig von der Aktivierung der zweiten Schaltvorrichtung mit den Herzanregungssignalen zeitlich in Beziehung stehende Signale derart Überträgt, daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungselnhelt durch ihre Zustände weiterschaltet, und daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit für eine vorbestimmte Anzahl

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von Herzanregungssignalen in jedem ihrer Zustände verbleibt, wobei eine vorbestimmte Anzahl von Zuständen vorgesehen ist, und die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit nach Beendigung aller Zustände erneut zyklisch die Zustände durchläuft.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz-Programmirschaltungseinheit eine Zählerschaltung enthält, die die Grundfolgefrequenz repräsentierenden Signale zählt, und daß eine Digital-Analog-Umsetzerschaltung vorgesehen ist, die abhängig von den Ausgangssignalen der Zählschaltung ein Analogsignal erzeugt, das die gewünschte Grundfolgefrequenz repräsentiert.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine ZeitSteuerschaltung enthält, die abhängig von dem Analogsignal die Grundfolgefrequenz erzeugt.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerschaltung einen Kondensator enthält und daß eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, die abhängig von dem Analogsignal den Kondensator auflädt, so daß die Spannung am Kondensator im wesentlichen linear durch einen vorbestimmten Schwellenwert ansteigt.

5. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Batterievorrichtung zur Abgabe der elektrischen Versorgungsenergie, eine Abtastvorrichtung zum Feststellen des Zustandes der Batterievorrichtung und zur Erzeugung eines diesen Zustand anzeigenden Signals und eine Schaltungseinheit zum Kombinieren des den Zustand der Batterievorrichtung anzeigenden Signals und des die programmierte Grundfolgefrequenz repräsentierenden Signals, wodurch die

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Folgefrequenz auf einen gewünschten Zustand programmiert wird und bei Jedem Zustand eine Information hinsichtlich des ZusLandes der Batterie enthält.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine Zeitsteuerschaltung zur Erzielung einer Grundfolgefrequenz der Herzanregungsimpulse mit einem ZeitSteuerkondensator enthält, und daß eine Koniantstromquelle vorgesehen ist, die abhängig von dem kombinierten Signal einen gesteuerten konstanten Strom für den Zeitsteuerkondensator erzeugt.

7. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit eine Zählerschaltung enthält und daß eine Schaltungseinheit vorgesehen ist, die in zeitlicher Beziehung mit den Herzanregungssignalen Signale an die Zählerschaltung ankoppelt, damit die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit die Zustände zyklisch durchläuft.

8. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Herabsetzen der Empfindlichkeit der zweiten Schaltvorrichtung, so daß das zur Betätigung der zweiten Schaltvorrichtung erforderliche Magnetfeld wesentlich größer als 'das zur Betätigung der ersten Schaltvorrichtung erforderliche Nagnetfeld ist.

9. Herzschrittmacher.nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder ersten Schaltvorrichtung senkrecht zu den Kontakten der zweiten Schaltvorrichtung liegen.

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