DE2929498A1 - Implantierbares elektronisches geraet - Google Patents

Description

Ger. P-338

MEDTRONIC, INC.

3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn.55440 V. St. A.

Implantierbares elektronisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein implantierbares elektronisches Gerät und insbesondere ein Gerät, das in einer Mehrzahl von Betriebsarten betrieben werden kann, um Körpergewebe zu stimulieren oder um verschiedene Bedingungen des Geräts selbst oder von Körpergewebe, beispielsweise dem Herz eines Patienten, zu Überwachen.

Es sind Herzschrittmacher bekannt (US-PS 3 057 356), die dem Herz elektrische Reize zuführen, wodurch das Herz zu Kontraktionen mit einer gewünschten Rate in der Größenordnung von 72 Schlägen/min veranlaßt wird. Ein solcher Herzschrittmacher kann in dem menschlichen Körper implantiert werden und dort während langer Zeitdauer arbeiten. Typischerweise werden Herzschrittmacher im pektoralen oder abdominalen Bereich des Patienten durch einen chirurgischen Eingriff implantiert, bei

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dem ein Einschnitt in dem betreffenden Bereich ausgeführt und der Schrittmacher zusammen mit einer eigenen internen Stromversorgung in den Körper des Patienten eingesetzt wird. Der genannte Schrittmacher arbeitet asynchron, d. h., er sorgt für eine Reizimpulsbeaufschlagung mit fester Rate, die nicht entsprechend den Körperbedürfnissen selbsttätig geändert wird. Ein solcher Schrittmacher erwies sich als wirkungsvoll, um den Symptomen eines vollständigen Herzblocks zu begegnen. Ein asynchroner Schrittmacher hat jedoch den möglichen Nachteil, daß er mit dem natürlichen, physiologischen Schrittmacher während Zeitspannen normaler Sinusfunktion in Konkurrenz tritt

Es sind auch künstliche Bedarfsschrittmacher bekannt (US-PS 3 478 746), bei denen künstliche Reize nur im Bedarfsfall ausgelöst und anschließend unterdrückt werden können, wenn das Herz zu dem Sinusrhythmus zurückkehrt. Der Bedarfsschrittmacher räumt das bei asynchronen Schrittmachern auftretende Problem aus, indem er sich bei Vorhandensein von Herzkammeraktivität (der R-Welle des Ventrikels) selbst sperrt, bei fehlender Ventrikelaktivität aber in On-line-Betrieb übergeht und fehlende Herzschläge ergänzt.

Ein mit solchen bekannten, implantierbaren Bedarfsschrittmachern verbundenes Problem besteht darin, daß bisher keine Möglichkeit bestand, ohne einen chirurgischen Eingriff die Frequenz oder andere Betriebsparameter, mit der diese Reiz-

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impulse erzeugt werden, vorübergehend zu erhöhen oder zu verringern. Ein weiteres Problem ist die große Schwierigkeit, die verbleibende Lebensdauer der Batterie festzustellen, einen Ausfall einer Elektrode zu erfassen und zu beheben sowie einen geeigneten R-Wellen-Empfindlichkeitssicherheitsbereich bei einem implantierten Bedarfsschrittmacher aufrechtzuerhalten.

Einige bekannte implantierbare Herzschrittmacher erlauben eine Übersteuerung der Impulsrate, kontrollieren aber nicht in befriedigender Weise die Einhaltung der Bedarfsfunktion. Andere Geräte sind mit einer magnetischen Zungenschalteranordnung ausgestattet, die es erlaubt, den Bedarfsverstärker zu deaktivieren, um die Bedarfsfunktion zu kontrollieren; es fehlt aber an einer Möglichkeit der Übersteuerung der Rate.

Eine weitere bekanntgewordene Verbesserung besteht darin, Mittel vorzusehen, die ein Umprogrammieren des Schrittmachers nach dem Implantieren erlauben. So ist eine Schaltungsanordnung bekannt (US-PS 3 805 796), die es gestattet, die Schrittmacherfrequenz nach dem Implantieren des Schrittmachers ohne chirurgischen Eingriff zu ändern. Die Rate erfährt eine Änderung entsprechend der Anzahl von Malen, die ein magnetisch betätigbarer Zungenschalter geschlossen wird. Dabei wird die Anzahl der Male des Schließens des Zungenschalters gezählt; der betreffende Zählwert wird in einem binären Zähler gespeichert.

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Jede Stufe des Zählers ist so angeschlossen, daß ein Widerstand in einer in Serie geschalteten Widerstandskette wirksamgemacht oder überbrückt wird. Die Widerstandskette ist ein Teil des RC-Zeitgliedes, das die Schrittmacherfrequenz vorgibt.

Das zuletzt geschilderte Prinzip wurde durch einen programmierbaren Herzschrittmacher verbessert (US-PS 4 066 086), der auf das Anlegen von Hf-Impulsfolgen anspricht, während ein Magnetfeld, das in der Nähe eines in dem Schrittmachergehäuse sitzenden, magnetisch betätigten Zungenschalters erzeugt wird, den Zungenschalter geschlossen hält. Auch bei dieser Schaltungsanordnung ist nur die Rate in Abhängigkeit von der Anzahl der angelegten Hf-Impulsfolgen programmierbar. Der Einsatz von Hf-Signalen für das Programmieren von Herzschrittmachern ist auch bereits aus der US-PS 3 933 005 bekannt. Das dort beschriebene Gerät erlaubt es, sowohl die Rate als auch die Impulsbreite zu programmieren. Bisher wurde jedoch kein Schrittmacher beschrieben, der in der Lage ist, mehr als zwei Parameter zu programmieren oder auf Befehl hin mehr als zwei vorbestimmte Tests auszuführen. Ein solcher Schrittmacher ließe sich als universell programmierbarer Schrittmacher bezeichnen.

Ein Bereich, auf dem die Herzschrittmachertechnologie bisher hinter dem konventionellen Stand der Elektroniktechnologie hinterherhinkt, ist der Einsatz und die Ausnutzung von digi-

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talen elektrischen Schaltungen. Ein Grund dafür war die hohe Energie, die zum Betrieb von digitalen Schaltungen erforderlich ist. Aufgrund von jüngeren technologischen Fortschritten auf dem Gebiet von CMOS-Bausteinen, die als Großschaltkreise hergestellt werden, sowie von Verbesserungen von Herzschrittmacherbatterien beginnen digitale elektronische Schaltungen jetzt auch in kommerziellen Schrittmachern eingesetzt zu werden. Die digitalen Schaltungen eigenen Vorteile sind ihre Genauigkeit und Verläßlichkeit. Typischerweise arbeitet eine digitale Schaltung in Abhängigkeit von einem Quarzoszillator, der über ausgedehnte Zeiträume hinweg eine sehr stabile Frequenz liefert. Seit mindestens 1966 wurden Vorschläge gemacht, Digitaltechniken bei Herzreizstromgeräten und Schrittmachern anzuwenden. Beispielsweise sei auf den Aufsatz von Leo F. Walsh und Emil Moore mit dem Titel "Digital Timing Unit for Programming Biological Simulators" in The American Journal of Medical Electronics, 1. Vierteljahr 1977, Seiten 29 bis 34 verwiesen. Das erste Patent, das auf dem vorliegenden Fachgebiet digitale Techniken anregt, ist die US-PS 3 557 796. Es wird dort ein Oszillator offenbart, der einen Binärzähler antreibt. Wenn der Zähler einen bestimmten Zählwert erreicht, wird ein Signal angeliefert, das die Abgabe eines Herzreizimpulses verursacht. Gleichzeitig wird der Zähler zurückgestellt; er beginnt von neuem, die Oszillatorimpulse auszuzählen. Außerdem sind dort ein digitales Bedarfskonzept, bei dem der Zähler nach Erfassen eines natürlichen Herzschlags zurück-

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gestellt wird, und ein digitales Refraktärkonzept beschrieben, wonach das Ausgangssignal für eine vorgegebene Zeitspanne nach der Anlieferung eines Herzreizimpulses oder dem Erfassen eines natürlichen Schlages gesperrt wird.

Digitale Programmierverfahren sind aus den US-PSn 3 805 796 und 3 833 005 bekannt. Die zuletzt genannte Literaturstelle offenbart ferner eine digitale Steuerschaltung zum Steuern der Rate der Reizimpulse, indem ein zurückstellbarer Zähler veranlaßt wird, ständig bis zu einem gewissen Wert vorwärtszuzählen, der mit einem in einem Speicherregister einprogrammierten Wert verglichen wird. Dabei wird ferner die Ausgangsimpulsbreite eingestellt, indem der Widerstand in der die Impulsbreite vorgebenden RC-Schaltung umgeschaltet wird.

Weiterer Stand der Technik, der sich mit für Herzschrittmacheranwendungen geeigneten Digitaltechniken befaßt, ergibt sich aus den US-PSn 3 431 860, 3 857 399, 3 865 119, 3 870 050, 4 038 991, 4 043 347, 4 049 003 und 4 049 004.

Obwohl bereits vorgeschlagen wurde, verschiedene Parameter, nämlich die Impulsbreite und die Impulsfrequenz, bei einem implantierten Schrittmacher änderbar zu machen, besteht ein Bedarf nach einem Gerät, das in der Lage ist, in mehreren unterschiedlichen Schrittmacher- und/oder Überwachungsbetriebsarten zu arbeiten. Die bekannten Systeme können mittels einer

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digitalen Zähle~rschaltung ein programmierbares Wort speichern, das kennzeichnend für eine gewünschte Rate oder Impulsbreite ist. Bei einem implantierten Gerät ist der Raum zur Unterbringung einer Mehrzahl von solchen Zählern, die es zulassen würden, eine Reihe solcher Funktionen zu programmieren, begrenzt. Außerdem ist die zur Speisung solcher Zähler verfügbare Energie sowie die Lebensdauer der internen Energiequelle im Hinblick auf die zu erwartende Stromentnahme in Betracht zu ziehen. In der einschlägigen Technik ist anerkannt, daß die Komplexheit der in einem implantierten Gerät vorgesehenen Schaltungsanordnung aufgrund zahlreicher Faktoren begrenzt ist, zu denen die Stromentnahme aus der Batterie und dementsprechend die erwartete Lebensdauer der Batterie gehören, bevor die Energiequelle des Gerätes im Rahmen eines chirurgischen Eingriffes ausgetauscht werden muß.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein implantierbares Gerät mit erhöhter Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zu schaffen, das die Durchführung einer Mehrzahl von Prozessen erlaubt, zu denen eine Gewebestimulierung und TeIemetrievorgänge gehören. Entsprechend einer bevorzugten Anwendung der Erfindung soll ein anpassungsfähiger, implantierbarer Mehrzweckschrittmacher geschaffen werden, der vor oder nach der Implantation programmiert werden kann, um in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand des Patienten für eine jeweils unterschiedliche Reizimpulsbeaufschlagung oder Fernmessung zu

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sorgen. Es soll ein implantierbares elektrisches Gerät erhalten werden, das mit einem Nachrichtenverbindungsglied versehen ist, um Signale von und zu einem außerhalb des Körpers des Patienten angeordneten Sender zu übertragen, so daß Steuersignale Übermittelt werden können, um den von dem implantierten Gerät ausgeführten Prozeß zu beeinflussen, und daß die Aktivität des Gewebes (Herzens) betreffende Daten sowie Daten bezüglich der Funktionen des implantierten Gerätes von dem implantierten Gerät empfangen werden können.

Im Hinblick auf diese und weitere Aufgaben ist vorliegend ein implantierbares elektrisches Gerät, beispielsweise in Form eines Herzschrittmachers, offenbart, das eine Steuerung in Form eines digitalen Rechners, beispielsweise eines Mikroprozessors, und eines Speichers aufweist, in dem eine Mehrzahl von unterschiedlichen Prozessen oder Programmen zur Erzeugung von Reizimpulsen eingespeichert sind, die von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, um auf diese Weise dem Körpergewebe Reizimpulse zuzuführen. Daten, die einen Teil des im Speicher eingespeicherten Programms bilden, bestimmen beispielsweise die Impulsbreite der und die Periode zwischen den Reizimpulsen.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist für eine Verbindung zwischen dem implantierten elektrischen Gerät und einem externen Sender gesorgt, so daß verschlüsselte

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Steuersignale zu dem implantierten elektrischen Gerät übermittelt werden können, wodurch der mittels der Steuerung bewirkte Prozeß geändert oder umprogrammiert wird. Die übermittelten Steuersignale können insbesondere die Adresse ändern, zu welcher der Mikroprozessor im Speicher Zugriff bekommt, so daß dann ein neuer Prozeß ausgeführt wird, der an der neuen Adresse beginnt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich mit den von dem externen Sender übermittelten Signalen der Speicher mit einer neuen Gruppe von Parametern umprogrammieren, so daß Variable wie die Impulsbreite oder Impulsamplitude, die Dauer zwischen den Reizimpulsen und die Empfindlichkeit des Meßverstärkers geändert werden können. Außerdem lassen sich Steuersignale übermitteln, um die Art der Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens zu ändern. Zu den gespeicherten, auswählbaren Betriebsarten gehören vorzugsweise eine Kammerbedarfsstimulation, eine asynchrone Kammerstimulation, eine bifokale Stimulation, eine vorhofsynchrone, kammergesperrte Stimulation (ASVIP), eine Streckung der Impulsbreite als Funktion der Spannung der Energiequelle oder Batterie, eine Stimulation mit automatischer SchwellwertnachfUhrung, bei der die Impulsbreite des Schrittmacherimpulses auf den Kleinstwert eingestellt wird, der noch zu einer Herzmitnahme führt, und eine Herzstimulation an mehreren Stellen zur Unterbrechung von Arrhythmien. Außerdem kann in den Speicher ein Programm oder Programme zur Durchführung einer Mehrzahl von Telemetriefunktionen eingespeichert werden. Dazu ge-

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hören insbesondere die Erfassung von verschiedenen Herzaktivitäten oder von anderen Körperfunktionen sowie die Übermittlung von Daten betreffend die Arbeitsweise des Schrittmachers, wie Kennwerte für die jeweilige Impulsbreite, Impulsamplitude, das Zwischenimpulsintervall, Strom und Spannung der Stromquelle, Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des implantierten Gerätes, Schrittmacherleitungsimpedanz und Schrittmacher-SelbstprUfprogramme.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Schrittmacher einen von dem Mikroprozessor gesteuerten Multiplexer zur Auswahl eines einer Mehrzahl von Eingängen auf, wodurch wahlweise nacheinander einzeln für die Herzaktivität des Patienten kennzeichnende Signale, z. B. Signale betreffend die Vorhof- und die Kammeraktivität, oder für andere Körperbedingungen oder Zustände, wie die Feuchtigkeit innerhalb des Schrittmachers, angelegt werden können, um von dem Mikroprozessor verarbeitet zu werden. Ein ausgewähltes Ausgangssignal des Multiplexers wird einer A/D-Umsetzer- und Normierungsverstärkerstufe zugeführt, wodurch das analoge Eingangssignal in ein Digitalsignal umgesetzt und auf die geeignete Größe gebracht wird, um von dem Prozessor verarbeitet zu werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Speicher eine Mehrzahl von Blöcken zur jeweiligen Aufnahme eines von dem Mikroprozessor auszuführenden Programms auf. Bei einer solchen Aus-

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führungsform ist der Multiplexer mit Eingängen zur Aufnahme eines digital verschlüsselten Signals versehen, um eine Adressenänderung zu bewirken, wodurch ein Anfangsplatz in einem anderen Block adressiert werden kann, um die Durchführung des Programms in diesem Block zu bewirken. Das digital verschlüsselte Adressensignal kann gegebenenfalls an den Multiplexer des implantierten Schrittmachers von einem externen Sender aus übermittelt werden, so daß der Arzt in die Lage versetzt wird, das von dem Mikroprozessor ausgeführte Programm zu ändern, um je nach dem gegebenen Zustand des Patienten für eine andere Art der Reizimpulsbeaufschlagung zu sorgen.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung liefert der Mikroprozessor Ausgangssteuer- oder Taktsignale an eine Gruppe von Wählschaltern, von denen jeder mit einem eigenen Treiber und einer Leitung gekoppelt ist. Eine Leitung kann von dem Schrittmacher zu einer bestimmten Stelle des Herzens, z.B. zur Kammer oder zum Vorhof, zu einem anderen Körpergewebe, zu einem der Erfassung von Körperaktivität dienenden mechanischen Wandler oder zu einem innerhalb des Schrittmachers sitzenden Wandler führen, der einen Zustand des Schrittmachers, beispielsweise die Feuchtigkeit, erfaßt. Durch wahlweises Schließen eines der Wählschalter wird die betreffende Leitung angeschlossen, um beispielsweise Gewebe zu stimulieren oder ein Signal aufzunehmen, das kennzeichnend für einen zu überwachenden Zustand ist. Einem Ausfall einer Leitung kann dadurch begegnet

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werden, daß redundante Leitungen vorgesehen werden. Wird der Ausfall einer Leitung festgestellt, kann eine zweite Leitung zwischen dem Schrittmacher und dem Herz des Patienten angeschaltet werden, um weiter für eine Gewebestimulation oder eine Überwachung zu sorgen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Dekoder zum Erfassen und Entschlüsseln von digitalen Signalen vorgesehen, die von dem Speicher des Schrittmachers abgeleitet werden, um dem Schließen der betreffenden Schalter dienende Steuersignale zu erzeugen und anzulegen, so daß einer der mehreren Schalter und die jeweils zugehörige Leitung wahlweise an den Schrittmacher angekoppelt wird.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Oszillatorschaltung mit automatischer Rückstellung vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie die Adressiereinrichtung oder das Register des Mikroprozessors zurückstellt. Wenn daher ein externes Störsignal bewirkt, daß das Adressenregister einen freien oder falschen Platz innerhalb des Speichers des Systems adressiert, bleibt der Prozeß nicht unterbrochen. Vielmehr wird die Adressiereinrichtung nach einem vorbestimmten Intervall zurückgestellt, um den Prozeß von vorne beginnen zu lassen. Wenn die Adressiereinrichtung normal funktioniert, gibt der Mikroprozessor an die selbstrückstellende Oszillatorschaltung periodisch ein Sperrsignal, das verhindert, daß der Adressiereinrichtung ein Rückstellbefehl zugeführt wird.

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Das erfindungsgemäße Gerät gestattet es, die Schrittmacherimpulsbreite zu vergrößern, wenn die Versorgungsspannung absinkt. Durch das Vorhandensein von Mehrfachleitungen können nicht nur schadhafte Leitungen überbrückt werden. Es kann vielmehr für eine redundante Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung gesorgt werden; ferner kann diejenige Leitung ausgewählt werden, die den günstigsten Schwellwert für die Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung hat; es kann auch von einer Unipolarelektrode auf eine Bipolarelektrode übergegangen werden.

Das Gerät kann so ausgelegt sein, daß es aufgrund der erfaßten Signale selbsttätig die günstigste Betriebsart auswählt. Im Speicher können Selbstprüf- oder Datenerfassungsprogramme eingespeichert sein, um beispielsweise die Genauigkeit von peripheren Komponenten, z. B. der Meßverstärker, mit oder ohne Telemetrieübertragung zu kontrollieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ' eine schematische Darstellung eines

in einem Patienten implantierten programmierbaren Schrittmachers, zu und von dem Signale Übertragen werden,

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um das von dem implantierten Schrittmacher durchgeführte Programm zu ändern oder anzupassen und um für die Aktivität des Herzens (oder eines anderen Gewebes) kennzeichnende Signale auf einem externen Monitor wiederzugeben,

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild des

implantierten Schrittmachers nach Fig. 1,

Fig. 3A ein Schaltbild der von dem Schritt

macher nach Fig. 2 zu dem Herz des Patienten gehenden Verbindungen für eine Reizimpulsbeaufschlagung und Meßwerterfassung im Kammerbedarf sbetrieb,

Fig. 3B ein Schaltbild der von dem Schritt

macher nach Fig. 2 zum Herz des Patienten führenden Verbindungen für eine A-V-Folgestimulation von Vorhof und Kammer,

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Fig. 3C * ein Schaltbild der Verbindung zwi

schen dem Schrittmacher nach Fig.2 und dem Vorhof sowie der Kammer
zur Durchführung einer vorhofsynchronen, kammergesperrten Stimulation (ASVIP),

Fig. 4A ein Ablaufdiagramm für die Schal

ter und die Komponenten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A zur
Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation,

Fig. 4B ein Ablaufdiagramm für die Betäti

gung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3B zur Durchführung einer bifokalen Stimulation,

Fig. 4C ein Ablaufdiagramm für die Betäti

gung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3C zur Durchführung einer ASVIP-Stimulation,

Fig. 5 ein Fließschema für eines von meh

reren in dem Speicher des Schrittmachers nach Fig. 2 einzuspeichern-

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den Programmen zur Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation entsprechend dem Ablaufdiagramm der Fig. 4A,

Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild ei

ner weiteren Ausführungsform des Schrittmachers nach der Erfindung,

Fign. 7A und B Schaltbilder zweier Ausführungs

formen des Schrittmachers nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Funktionsblockschaltbild des

bei dem Schrittmacher nach den Fign. 6 und 7 vorgesehenen A/D-Umsetzers,

Fig. 9 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Vor-/Rückwärtszählers nach Fig. 8, und

Fig. 10 ein Schaltbild des Ä/D-Umsetzers

nach Fig. 8.

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Fig. 1 zeigt einen Schrittmacher, der auf eine Mehrzahl von Betriebsarten programmiert werden kann, so daß das Herz des Patienten, dessen Vorhof mit 40 und dessen Kammer mit 42 bezeichnet sind, auf unterschiedliche Weise mit Reizimpulsen beaufschlagt werden kann. Außerdem werden die elektrische Aktivität von Vorhof (Atrium) und Kammer (Ventrikel) oder von anderem Körpergewebe erfaßt, um entweder die Schrittmacherarbeitsparameter zu modifizieren oder um entsprechende Signale aus dem Körper 14 des Patienten heraus fernzuübertragen.

Der Schrittmacher 12 weist ein gegenüber Körpergewebe und Fluiden widerstandsfähiges Gehäuse 13, eine erste Leitung 17, die mit dem Vorhof 40 gekoppelt und dort über eine Elektrode angebracht ist, sowie eine zweite Leitung 1? auf, die mit der Kammer 42 in Verbindung steht und an dieser über eine Elektrode festgelegt ist. Ein externer Sender 10 steht über eine Leitung 15 mit einer Spule oder Antenne 16 in Verbindung, die außerhalb des Körpers 14 des Patienten angeordnet ist, um über eine Hf-Verbindung Signale zu dem implantierten Schrittmacher 12 zu übertragen. Ein Monitor 63 ist an den Sender 10 über eine Leitung 59 angeschlossen. Der Sender 10 kann veranlaßt werden, über die Leitung 15 und die Antenne 16 Signale an den implantierten Schrittmacher 12 zu übermitteln, um diesen von einer Betriebsart auf eine ausgewählte andere Betriebsart übergehen zu lassen. Der Arzt kann auf diese Weise entsprechend einem geänderten Zustand des Patienten die Art und Weise vorgeben, in

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der dem Herzen des Patienten Reizimpulse zugeführt werden. Es versteht sich, daß zum Zeitpunkt der chirurgischen Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 eine bestimmte Stimulationsart erwünscht sein kann. Nach dem Implantieren kann sich der Zustand des Patienten ändern. Eine andere Betriebsart kann dann erwünscht werden. Außerdem besteht der Wunsch, vom Körper des Patienten aus eine Reihe von Signalen zu übermitteln, die für verschiedene erfaßte Bedingungen kennzeichnend sind und die über die Antenne 16 und den .Sender 10 laufen, um auf dem Monitor 63 wiedergegeben zu werden. Der implantierte Schrittmacher 12 kann ferner, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einen weiteren Ausgang und eine mit einem Wandler 27 gekoppelte Leitung 25 aufweisen. Bei dem Wandler 27 kann es sich um einen die Bewegung eines Körperorgans erfassenden mechanischen Wandler handeln. Desweiteren kann der Schrittmacher 12 mit einem zusätzlichen Ausgang und einer Leitung 21 ausgestattet sein, die mit einem magnetisch betätigbaren Zungenschalter 23 verbunden ist, der sich vom Arzt dadurch betätigen läßt, daß ein externer Magnet in die Nähe des Schalters gebracht wird, um auf diese Weise den Schalter 23 zu schließen und eine Änderung der Betriebsweise des Schrittmachers 12 herbeizuführen. Eine Leitung 29 ist stellvertretend für eine Mehrzahl von Leitungen, die mit verschiedenen Stellen des Herzens gekoppelt sein können, um beispielsweise für eine Stimulation zu sorgen, die eine Arrhythmie unterdrückt, oder um redundante Leitungen bereitzustellen, die eine defekte Leitung 17 oder 19 ersetzen können.

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ORJGlNAL INSPECTED

Fig. 2 zeigt ein Funktionsblockschaltbild des Schrittmachers 12, der als zentrales Steuerelement einen Mikroprozessor 100 und einen Multiplexer 106 aufweist, um analoge Daten aufzunehmen, die von einem ersten Eingang 138a, der über die erste Leitung 19 (Fig. 1) mit dem Ventrikel 42 gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang 138b kommen, der über die zweite Leitung 17 mit dem Atrium 40 (Fig. 1) in Verbindung steht. Die verschiedenen analogen (und digitalen) Eingänge werden von dem Multiplexer 106 unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 in vorbestimmter Weise ausgewählt sowie entsprechend den Prozessen oder Programmen verarbeitet, die in einem Speicher 102 eingespeichert sind.

Der Mikroprozessor 100 ist über einen Adressenbus 112 mit dem Speicher 102 verbunden, so daß gespeicherte und mittels eines Adressenzählers 107 weitergeschaltete Adressen angelegt werden, um ausgewählte Plätze innerhalb des Speichers 102 zu adressieren. Die adressierten Daten werden von dem Speicher 102 über einen Datenbus 110 in den Mikroprozessor 100 überführt.

Der Multiplexer 106 hat zusätzliche Eingänge 138c, d, e und f. Der Mikroprozessor 100 liefert Steuersignale über einen Eingangswählbus 120 an den Multiplexer 106, wodurch einer der Eingänge 138a bis f ausgewählt wird, um das betreffende Signal über eine Leitung 118, eine Normierungsverstärker- und Analog/Digital-Umsetzerstufe 108 sowie einen Bus 114 auf den Mikroprozessor 100 zu geben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Ausgangsspannung V einer Spannungsquelle 126 über den Eingang 138c an den

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Multiplexer 106 angelegt, um das Schrittmacherbetriebsverhalten in Abhängigkeit von Änderungen der Spannungsquelle in geeigneter Weise zu modifizieren. Beispielsweise ist es erwünscht, die Reizimpulsbreite zu vergrößern, wenn die Versorgungsspannung sinkt, um für einen Impuls mit mehr oder weniger konstanter Energie zu sorgen; es kann auch erwünscht sein, die Schrittmacherrate bei sinkender Versorgungsspannung herabzusetzen, um anzuzeigen, daß der Schrittmacher ausgewechselt oder eine Modifikation über eine externe Programmierung vorgenommen werden muß. Die Reserveeingänge 138d und 138e können beispielsweise ebenfalls an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angekoppelt sein, um die Aktivitäten dieser Bereiche des Herzens redundant zu überwachen. Die Auslegung kann so getroffen sein, daß der Mikroprozessor auswählt, welcher der Eingänge 138a, b, d und e für die wirkungsvollste Erfassung der Vorhof- und Kammersignale sorgt oder von der Spannungsquelle 120 die geringste Energie erfordert oder eine Herzarrhythmie am wirkungsvollsten unterbricht. Der Eingang 138f kann über die Leitung 21 mit dem Zungenschalter 23 verbunden sein. Wenn dann der Arzt einen externen Magneten so anordnet, daß der Schalter 23 schließt, wird der Mikroprozessor 100 veranlaßt, das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm zu wechseln oder zu ändern. Der Multiplexer wählt oder steuert der Reihe nach einen der Eingänge 138a bis f an, um den betreffenden Eingang über die Leitung 118, die Stufe 108 und den Bus 114 mit dem Mikroprozessor 100 zu verbinden. Der Multiplexbetrieb

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ist vorgesehen, um den Schaltungsaufwand für die Verarbeitung der Analoginformationen zu vermindern, die den Eingängen 138a bis f zugeführt werden, sowie um ferner den Energiebedarf für diese Funktion herabzusetzen. Ohne den Multiplexer 106 müßte
für jeden der Eingänge 138a bis f eine eigene Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 vorgesehen werden. Durch
die Verwendung des Multiplexers 106 wird infolgedessen die
Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 vermindert; gleichzeitig verkleinert sich dadurch der Schaltungsaufwand für den Schrittmacher 12.

Der Mikroprozessor 100 legt über eine Leitung 116 ein Normierungssteuersignal an die Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an. Dadurch wird der Verstärkungsfaktor des
einen Teil der Stufe 108 bildenden Verstärkers so beeinflußt, daß den unterschiedlichen Amplituden der Signale Rechnung
getragen wird, die den Eingängen 138a bis f des Multiplexers
106 zugehen. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 126 kann beispielsweise (anfangs) in der Größenordnung von 1,3 bis 6 V liegen, während die von dem Vorhof 40 und der Kammer 42 abgeleiteten Herzaktivitätssignale beispielsweise eine Spannung in der Größenordnung von 1 bis 20 Millivolt haben können. Das Ausgangssignal der Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 ist eine Folge von digitalen Signalen, die in dem Mikroprozessor 100,
und zwar insbesondere in den Registern des Mikroprozessors 100, eingespeichert werden. Entsprechend einer bevorzugten Ausfüh-

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rungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor 100 in CMOS-Technik mit niedrigem Schwellwert ausgeführt, was für eine relativ geringe Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 sorgt.

Eine wesentliche Komponente des Schrittmachers 12 ist der Speicher 102, der zweckmäßig einen Festspeicherteil (ROM) 102a und einen Speicherteil 102b mit direktem Zugriff (RAM) aufweisen kann. In dem Festspeicherteil 102a sind die grundlegenden Schritte jeder einer Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten (oder anderen Prozessen) gespeichert. Andererseits ist eine Mehrzahl von Parametern oder ganzen Programmen in dem RAM-Speicherteil 102b eingespeichert; dieser Teil läßt sich zu einem späteren Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem sich ändernden Zustand des Patienten umprogrammieren. Der Speicher 102 kann zum Zeitpunkt der Herstellung, vor der Implantation im Körper 14 des Patienten oder über eine externe Speicherladeschnittstelle 104 programmiert werden, die über eine Hf-Verbindung oder eine akustische Verbindung 105 mit dem Speicher 102 gekoppelt ist. Als Schnittstelle 104 lassen sich bekannte Geräte (US-PS 3 833 005 und US-PS 4 066 086) verwenden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein Empfängerfilter vorgesehen sein, das Folgen von Hf-Impulsen erfaßt, die von einem externen Sender übermittelt werden und die derart verschlüsselt sind, daß ein in dem Speicher 102 eingespeichertes Programm umprogrammiert wird oder

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daß alternativ ein Parameter geändert wird, der an einem Speicherplatz des Speichers 102 eingespeichert ist.

Wenn daher nach der Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 des Patienten der Arzt eine Änderung des Zustands des Patienten beobachtet, können das Programm oder spezielle Variablen eines in dem RAM-Teil 102b eingespeicherten Programms umprogrammiert werden, um für eine Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens zu sorgen, die sich für den geänderten Zustand am besten eignet. Im Rahmen der Stimulation treten verschiedene Parameter auf, wie die Impulsbreite des Reizimpulses, die Rate oder Frequenz der Impulszuführung, die Zeitdauer zwischen dem Anlegen eines Impulssignals und der Erfassung der darauf zurückgehenden Herzaktivität, während deren die Meßvorrichtung unwirksam gemacht wird, und die Impulsamplitude. Typischerweise wird jeder dieser Parameter beispielsweise in Form eines 8-bit-Wortes bestimmt, das in einem Wortplatz des RAM-Teils 102b des Speichers 102 eingespeichert wird. Wenn es daher erwünscht ist, die Impulsbreite zu ändern, braucht der Arzt nur über die Schnittstelle 104 und die Verbindung 105 in einen bekannten, adressierbaren Wortplatz innerhalb des RAM-Teils 102b ein neues 8-bit-Wort einzugeben, das kennzeichnend für die neue Impulsbreite ist, mit der der Schrittmacher 12 arbeiten soll. Eine neue Stimulationsart kann gleichfalls in den RAM-Teil 102b einprogrammiert werden, indem über die Schnittstelle 104 die betreffenden Schritte des neuen

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Prozesses eingegeben werden. Alternativ läßt sich eine Betriebsartänderung dadurch bewirken, daß der Anfangsplatz des gewünschten Programms von dem RAM-Teil 102b in den Adressenzähler 107 des Mikroprozessors 100 eingegeben wird, um das Adressieren des nächsten Programms innerhalb des ROM-Teils 102a des Speichers 102 auszulösen. Wenn beispielsweise die anfängliche Betriebsart des Schrittmachers 12 eine Kammerbedarf sstimulation ist und es sich als wünschenswert herausstellt, auf eine A-V-Folgestimulation überzugehen, gibt der Arzt die neue Anfangsadresse für die A-V-Folgestimulationsart über die Schnittstelle 104 ein, um Zugriff zu einem anderen Abschnitt des ROM-Teils 102a zu erhalten, wodurch der Mikroprozessor 100 in der nächsten Betriebsart zu funktionieren beginnt.

Wie weiter unten noch näher erläutert ist, ist es zweckmäßig, die Energie jedes dem Herzen des Patienten zugeführten Reizimpulses konstant zu halten, auch wenn sich der Spannungspegel der Energiequelle 126, beispielsweise einer Batterie, im Laufe der Zeit verringert. Entpsrechend F.ig. 2 legt der Multiplexer 106 die Batteriespannung V über den Eingang 138c an den Mikroprozessor 100 periodisch an, der unter dem Einfluß eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms die gemessene Spannung mit verschiedenen vorbestimmten Spannungen vergleicht, die in dem ROM-Teil 102a oder dem RAM-Teil 102b eingespeichert sind. Auf diese Weise erfolgt eine Einstellung

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der Impulsbreite des Reizimpulses, um den Energieinhalt, d. h. die Fläche unterhalb der Reizimpulskurve, im wesentlichen konstant zu halten.

Der Speicher 102 kann mit einem Programm beladen werden, das eine Selbstauswahl trifft. Mit anderen Worten, ein derartiges Programm kann auf Herzsignale ansprechen, die an die Eingänge 138a und b angelegt werden, um den Zustand des Herzens zu bestimmen und in Abhängigkeit von dem erfaßten Zustand eines von mehreren Programmen auszuwählen. Die Unterscheidungseigenschaften der auf die atriale P-Welle und die ventrikuläre R-Welle zurückgehenden Eingangssignale sind in der Veröffentlichung "Electrocardial Electrograms and Pacemaker Sensing" von P. Hoezler, V. de Caprio und S. Furman in "Medical Instrumentation" Band 10, No. 4, Juli/August 1976, im einzelnen erörtert. Die Kriterien, anhand deren diese Herzsignale erkannt und verglichen werden sollen, werden in dem Speicher 102 eingespeichert. Wenn eine Änderung festgestellt wird, kann der Mikroprozessor selbsttätig eine andere Schrittmacherbetriebsart auswählen, die für die geänderten Bedingungen des Herzens des Patienten geeignet ist, ohne daß ein Eingriff von außen durch einen Arzt über die externe Speicherladeschnittstelle 104 notwendig wird.

Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann der Speicher des Schrittmachers 12 so programmiert werden, daß er als au-

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tomatischer Schwellwertnachlaufschrittmacher funktioniert, wobei die Energie der an die Kammer 42 (oder den Vorhof 40) angelegten Reizimpulse schrittweise abgesenkt werden kann, bis keine Mitnahme mehr erfolgt, d.h. bis die Reizimpulse keine Kammerkontraktion mehr auslösen,die sich durch eine innerhalb einer Meß- oder Überwachungsperiode erfaßte R-Welle bemerkbar macht. Wenn bei dieser Betriebsart die R-Welle innerhalb der Meßperiode erfaßt wird, wird ein Steuersignal erzeugt, aufgrund· dessen die Impulsenergie um einen vorgegebenen Betrag abgesenkt wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Impulsbreite vermindert wird, bis keine vom Schrittmacher ausgelöste R-Welle mehr festgestellt wird. Dann vergrößert das Programm die Impulsbreite, bis die R-Welle wieder erscheint. Auf diese Weise wird die Energieentnahme aus der Spannungsquelle 126 minimiert, weil die Impulsbreite auf einen Wert eingestellt wird, der gerade ausreicht, um die Mitnahme des Herzens aufrechtzuerhalten.

Die Steuerausgangssignale des Mikroprozessors werden bei der Schaltungsauslegung nach Fig. 2 über Leitungen 131 an Latchtreiber 134 sowie über einen Bus 132 an entsprechende Wählschalter 130 angelegt, die entsprechend den im Speicher 102 eingespeicherten Prozessen zweckentsprechende Schrittmacherimpulse über die Leitungen 17 und 19 (oder 29) auf den Vorhof 40 und/oder die Kammer 42 des Herzens geben. Dabei ist die Leitung 131a mit einem ersten oder Kammertreiber (oder -Verstärker) 134a gekoppelt, der seinerseits mit seiner

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ORIGINAL INSPECTED

eigenen Gruppe von Bipolar/Unipolar-Wählschaltern 130a verbunden ist. Den Treiberverstärkern 134b, c und d ist jeweils eine entsprechende Gruppe von Wählschaltern zugeordnet. Beispielsweise ist der Ausgang des Treibers 134b mit Wählschaltern 130b verbunden, um den Vorhof über Leiter 17a, 17b und 17c anzusteuern. Die Treiber 134a bis 134d können Spannungserhöhungsstufen, z.B. Spannungsverdoppler oder -verdreifacher, aufweisen, um den Ausgangsspannungspegel auf den Wert anzuheben, der notwendig ist, um das Herzgewebe bei vorgegebener Spannung der Energiequelle wirkungsvoll zu stimulieren. Die Wählschalter 130 werden mit Hilfe von Signalen gesteuert, die vom Mikroprozessor über den Bus 132 kommen, um wahlweise das Ausgangssignal des ersten Treibers 134a an vorbestimmte der Ausgänge 19a, 19b und 19c anzulegen. Die Schalter 130 sind dabei an die Ventrikelleitung 19 angeschlossen, die in bekannter Weise (US-PS 4 010 758) als Koaxialleitung ausgebildet sein kann, die über den Leiter 19a mit einer Spitzenelektrode und über den Leiter 19c mit einer Ringelektrode verbunden sein kann. Außerdem ist ein Leiter 19b vorhanden, der an eine Platte angeschlossen ist, die von dem Metallbehälter oder Gehäuse 13 gebildet wird, innerhalb dessen der Schrittmacher 12 untergebracht ist. Im normalen bipolaren Betrieb lassen die Wählschalter 130 die negativen und positiven Reizimpulse über die Leiter 19a und 19c der koaxialen Leitung zu der Spitzenelektrode bzw. der Ringelektrode gelangen. Wenn es erwünscht ist, die Reizimpulsbeaufschlagung im herkömmli-

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chen Unipolarbetrieb durchzuführen, wird eine negative Spannung über den Leiter 19a an die Spitzenelektrode gegeben, während eine positive Spannung über den Leiter 19b an die Platte geht. Die Ringelektrode ist dabei nicht angeschlossen.

Es ist nicht nur erwünscht, im bipolaren oder unipolaren Betrieb arbeiten zu können, sondern es soll auch ein gegenüber Fehlern unempfindlicher Schrittmacher geschaffen werden, bei dem im Falle der Ermittlung einer fehlerhaften Leitung aufgrund einer mangelhaften Verbindung einer Elektrodenleitung mit dem Herzgewebe oder wegen Bruchs oder Beschädigung einer Leitung der Mikroprozessor 100 geeignete Steuersignale über den Bus 132 an die Wählschalter 130 gibt, wodurch eine andere Kombination von Leitungen (oder Leitern innerhalb der Leitungen) selektiv angekoppelt wird, um die Schrittmacherimpulse der Kammer 42 zuzuführen. Die Wählschalter 130 können beispielsweise so angeordnet sein, daß die Leiter 19a und 19c untereinander verbunden werden können. Alternativ werden die Wählschalter 130 wahlweise so geschlossen, daß Herzimpulse zwischen den Leiter 19a oder den Leiter 19b und den Leiter 19c angelegt werden. Wenn einer der Leiter 19a oder 19b ausfällt, kann dann der andere ohne weiteres an dessen Stelle treten, um den Impuls weiterhin dem Herzen an zwei Stellen zuzuführen.

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Der Ausfall einer der Leitungen 17 oder 19 läßt sich durch Verlust der Mitnahme ermitteln, d.h. dadurch, daß an dem Eingang 138b nach der Impulsbeaufschlagung des Ventrikels kein Herzaktivitätssignal erscheint. Alternativ dazu zeigt die Messung einer hohen Impedanz zwischen den Leitern 19a und 19b der Koaxialleitung 19 einen Ausfall der Leitung an, der auf die Ausbildung von Narbengewebe zwischen der Spitzen- oder der Ringelektrode und dem Ventrikel 42 oder auf den Bruch einer der Leiter zurückzuführen sein kann. Nach Feststellung eines solchen Ausfalls wählt der Mikroprozessor 100 einen anderen Prozeß oder ein anderes im Speicher 102 eingespeichertes Programm aus, um Signale einem der Wählschalter 130 zuzuführen und einen Wiederanschluß der Leitung 19 (oder 29) in der oben geschilderten Weise zu veranlassen.

Ein Ausgangssignal des Mikroprozessors geht auch an einen zweiten oder Vorhoftreiberverstärker 134b, dessen Ausgang mit einer weiteren Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden ist, um über eine entsprechende Gruppe von Leitern oder Leitungen 17 an den Vorhof 40 des Patienten (Fig. 1) angekoppelt zu werden. Desweiteren sind Reserveverstärker 134c und 134d vorhanden, die Ausgangssignale des Mikroprozessors 100 aufnehmen und die an weitere Gruppen von Wählschaltern 130 angeschlossen sind. Solche Gruppen von Wählschaltern 130 können mit dem Herz des Patienten über redundante Leitungen verbunden sein. Beispielsweise können die Ausgänge der Verstärker

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134c und 134d auch in redundanter Weise an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angeschlossen sein. Wenn eine der Leitungen 19 oder 17 brechen sollte oder der Widerstand zwischen der zugehörigen Elektrode und dem Herz übermäßig hoch wird, kann eine redundante Leitung zwischen dem Mikroprozessor 100 und dem Herz durch entsprechende Betätigung der betreffenden Wählschaltergruppe 130 eingeschaltet werden. Um die Impedanz einer der Leitungen 17 und 19 zu messen, ist die betreffende Leitung an eine Ausgangsstufe angeschlossen, die in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird und die einen Ladekondensator aufweist. Die Ladedauer dieses Kondensators ist kennzeichnend für die von der zugehörigen Leitung gebildete Impedanz. Im Betrieb wird der Ausgangskondensator aufgeladen. Nach dessen Aufladung wird die Ausgangsstufe betätigt, um eine Entladung des Kondensators zu bewirken. Dadurch wird ein Reizimpuls über die zugehörige Leitung an das Herz gegeben. Die zur Aufladung des Ausgangskondensators erforderliche Zeitspanne kann zeitlich bestimmt werden, indem über ein Programm des Speichers 102 ein Zähler gestartet wird. Der Zählvorgang wird fortgesetzt, bis die Ladespannung an dem Ausgangskondensator einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Spannungspegel des Kondensators wird unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 wiederholt gemessen; falls der vorbestimmte Pegel nicht überschritten ist, wird der Zählvorgang fortgesetzt. Wenn die Ladespannung des Kondensators den vorbestimmten Wert erreicht hat, hört der Zählvorgang auf; der betreffende Zählwert wird als Kennwert für die Impe-

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ORH3INAL INSPECTED

danz der Leitung benutzt. Wenn die Leitung unterbrochen ist, ist die Leitungsimpedanz hoch, was eine größere Ladezeitdauer zur Folge hat. Liegt dagegen in der Leitung ein Kurzschluß vor, ist die Ladedauer verhältnismäßig kurz. Es werden erste und zweite Zeitgrenzwerte vorgegeben, um festzustellen, ob die Leitung kurzgeschlossen ist oder ob die Leitungsimpedanz entsprechend einem Leitungsbruch zu hoch ist. In jedem Fall werden diese Grenzwerte, die die Form von Zeitzählwerten haben, überprüft; falls sie über- bzw. unterschritten werden, wird die defekte Leitung durch eine redundante zweite Leitung ersetzt.

Die Reservetreiber 134c und d können vorgesehen werden, um für eine Reizung an mehreren unterschiedlichen Stellen, z.B. fünf Stellen, zu sorgen, um auf diese Weise Arrhythmien zu unterbrechen, die der Schrittmacher 12 gegebenenfalls erfaßt. Alternativ lassen sich die zusätzlichen Treiber 134c und d heranziehen, um eine Polarisationsspannung auf den Leitungen 17 und 19 nach der Reizimpulsbeaufschlagung zu beseitigen, oder um im Falle von mit hoher Frequenz arbeitenden Schrittmachern den Ausgangskondensator rasch aufzuladen. Arrhythmien lassen sich feststellen, indem die Zeitverzögerung zwischen der elektrischen Aktivität einer ersten Stelle des Herzens,z.B. dem Vorhof und der Erfassung der Herzaktivität an einer zweiten Stelle, z.B. dem Ventrikel, gemessen wird. Wenn die Verzögerung eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise 100 bis 200 ms, unterschreitet, ist dies ein Hinweis auf eine mögli-

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ehe Arrhythmie. Arrhythmien werden in erster Linie dadurch verursacht, daß im Herz des Patienten ein zweiter konkurrierender ektopischer Fokus auftritt, der in Konkurrenz mit dem typischerweise im Vorhof erscheinenden Primärfokus schlägt. Die beiden Schlagzentren konkurrieren untereinander unter Ausbildung einer Arrhythmie, wodurch die Herzaktivität erratisch wird und Blut nicht mehr wirkungsvoll gepumpt wird. Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform sind mehrere Elektroden, von denen jede mit einem Treiberverstärker 134 und einem Wählschalter 130 verbunden ist, an eine entsprechende Anzahl von ausgewählten Stellen des Herzens des Patienten angekoppelt. Eine solche Leitung wird ausgewählt, um dem Herz Reizimpulse zuzuführen, während mittels der restlichen leitungen die resultierenden Herzaktivitäten an den anderen Stellen erfaßt werden. Mittels eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms werden Zeitfenster fUr jede der vier Leitungen vorgegeben, innerhalb deren Herzaktivitätssignale empfangen werden. Erscheinen die Signale nicht innerhalb der betreffenden Zeitfenster, ist dies ein Hinweis auf eine mögliche Arrhythmie. Falls ein erfaßtes Signal nicht innerhalb des ihm zugeordneten Zeitfensters auftritt, wird eine andere der mehreren Leitungen ausgewählt, um die Reizimpulse zuzuführen. Die verbleibenden Leitungen erfassen die resultierenden Herzaktivitätssignale. Wenn die erfaßten Signale nicht in den zugehörigen Zeitfenstern erscheinen, nachdem die neue Reizleitung ausgewählt wurde, wird

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wiederum eine andere Leitung bestimmt. Wird auf diese Weise die Arrhythmie nicht unter Kontrolle gebracht, ist das Programm so ausgelegt, daß Reizimpulse sämtlichen Leitungen zugehen, um die Herzaktivität unter Kontrolle zu bringen. Die Zeitdauern, innerhalb deren die Herzaktivitätssignale empfangen werden sollen, werden vorgegeben, wie dies unten in Verbindung mit den Fign. 4 und 5 erläutert ist.

Der Schrittmacher 12 bildet auf diese Weise ein in hohem Maße flexibles und anpassungsfähiges Gerät, das eine Vielzahl von Faktoren zu korrigieren oder zu kompensieren gestattet. Dazu gehören Schwierigkeiten bei der Meßwerterfassung, zeitliche Schwankungen der von der Energiequelle abgegebenen Spannung und unvorhergesehene Störsignalquellen. Beispielsweise werden in den Speicher Prozesse oder Programme eingegeben, um die R-Wellen anhand von Hauptmerkmalen zu erfassen wie der Neigung des EKG-Signals, der Impulsbreite der R-Welle vom Ventrikel 42, der Amplitude der R-Welle, der Ähnlichkeit der R-Welle mit einem vorhergehenden EKG-Komplex und dergleichen. Außerdem ist der Speicher 102 so programmiert, daß externe Wechselspannungs-Störquellen ignoriert oder unwesentliche Muskelsignale außer Acht gelassen oder ausgefiltert werden. Die Vorteile eines derart anpassungsfähigen Schrittmachers 12 liegen darin, daß ein einziger Schrittmacher vorgesehen werden kann, der entsprechend einer Vielzahl von Operationen programmierbar ist und der sich bei sich ändern-

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der Technologie ständig umprogrammieren läßt. Von der Herstellerseite her ist es nicht mehr notwendig, jede festverdrahtete Schaltung zu modifizieren, um gesonderte Hybridschaltungen zu entwickeln, die sich voneinander durch verhältnismäßig geringfügige Merkmale unterscheiden, beispielsweise durch eine Änderung des Eingangsfilters, der Impulsbreite oder der Impulsfrequenz. Ein weiterer Vorteil des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 ist darin zu sehen, daß eine Hauptfehlerquelle bekannter festverdrahteter Schrittmacher ausgeschaltet wird, nämlich die die Frequenz und Impulsbreite bestimmenden Zeitglied-Kondensatoren. Derzeit werden bei festverdrahteten Schrittmachern RC-Ladevorgänge ausgenutzt, um die erwünschten Zeitsteuerfunktionen durchzuführen, beispielsweise um die Impulsbreite, die Impulsfrequenz und die Refraktärdauer zu bestimmen. Die Erfahrung lehrt, daß Kondensatoren in derartigen Schaltungen eine Hauptursache für einen Ausfall sein können.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann als Mikroprozessor 100 ein Mikroprozessor verwendet werden, der von der RCA Corporation unter der Bezeichnung "CDP 1802 COSMAC" oder "CDP 1804 COSMAC" (processing on-chip memory) auf den Markt gebracht wird.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist jeder der Treiber 134 mit einer eigenen Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden, wodurch

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ein Reizimpuls mittels einer der Leitungen 17 oder 19 einem entsprechenden Teil des Herzens zugeführt wird. Außerdem legt der Multiplexer 106 ein Wählsignal, das mittels der Leitungen 19 und 17 von der Kammer 42 und dem Vorhof 40 abgeleitet wird, an den Mikroprozessor 100 an. Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Treiberverstärker 134 und der Wählschalter 130 zur Zuführung der Reizimpulse über die Leitung 19 an den Ventrikel 42, um für eine Kammerbedarfsstimulation zu sorgen. Die betreffenden Zeitsteuerintervalle sind in Fig. 4A veranschaulicht. Die Schrittmacherausgangsstufe besteht aus einem Ausgangstransistor Qy, über den die an einem Kondensator C. anstehende Spannung über die Leitung 19 wahlweise an die Kammer 42 ankoppelbar ist. Ein Ausgangssteuersignal T_wv des Mikroprozessors 100 wird über die Leitung 131a, den Verstärker 134a und einen Widerstand Ry~ der Basis des Transistors Qy zugeführt, wodurch dieser leitend gemacht wird. Infolgedessen wird der zuvor aufgeladene Kondensator Cy nach Masse entladen; über die Leitung 19 wird an die Kammer 42 des Patienten ein Reizimpuls mit einer Impulsbreite angelegt, die derjenigen des Signals T^y entspricht. Der Wählschalter 130a wird für eine vorbestimmte Dauer mittels eines Steuersignals T^y geschlossen, das über den Bus 132 zugeführt wird, um den Kondensator Cy in dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Steuersignalen Ty,y wieder aufzuladen. Das Steuersignal T_Wy macht auf diese Weise den Transistor Qy selektiv leitend und nichtleitend, wodurch eine ent-

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sprechende Folge von Reizimpulsen über die Leitung 19 an die Kammer 42 geht. Im unipolaren Schrittmacherbetrieb ist die Platte oder das Gehäuse 13 des Schrittmachers 12 mit der anderen Klemme der Batterie verbunden.

Wie aus Fig. 3A hervorgeht, ist die Kammerleitung 19 ferner über den Leiter 138a an den Multiplexer angeschlossen, und zwar insbesondere an einen Schalter 106a¹, der in Abhängigkeit von einem Zeitfenstersignal T<- schließt. Auf diese Weise wird ein Signal, das kennzeichnend für die Kammeraktivität ist, über die Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an den Mikroprozessor 100 angelegt. Die Kammerleitung 19 ist über die Leitung 138a, einen Kondensator Cl, Widerstände Rl und R2 sowie einen Verstärker 139 mit dem Multiplexschalter 106a¹ verbunden. Bei einem Vergleich des Funktionsblockschaltbilds der Fig. 2 mit der Schaltungsauslegung nach Fig. 3A (sowie den Fign. 3B und C) ist zu berücksichtigen, daß zwischen den Komponenten dieser Fign. keine genaue Korrespondenz besteht. Obwohl ausgeführt ist, daß gewisse Schalter, insbesondere der Schalter 106a¹, einen Teil des Multiplexers 106 darstellen, besteht ein schaltungsmäßiger Unterschied darin, daß bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A (und 3B und C) Meßverstärker, z.B. der Kammermeßverstärker 139, vorgesehen sind, während der Multiplexer 106 nach Fig. 2 einen bestimmten einer Mehrzahl von Analogeingängen mit einem einzigen Verstärker 108 verbindet. Daher ist davon auszugehen, daß die beispielshalber in

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Fig. 3A (sowie den Fign. 3B und C) dargestellten Schaltfunktionen auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden können. Beispielsweise kann der Multiplexschalter 106a' durch einen Wählschalter 130 ersetzt oder ergänzt werden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und Rl steht mit Masse über einen Kondensator C2 in Verbindung. Wie aus Fig. 4A folgt, ist es erwünscht, den Verstärker 139 während gewisser Zeitspannen, der Refraktärperiode, innerhalb deren kein Kammersignal erfaßt werden soll, auf Masse zu halten (zu klemmen). Für diesen Zweck wird ein Zeitsteuersignql T~jw ^ker die Leitung 120 an den Wählschalter 130c angelegt, wodurch die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und Rl während der Refraktärperiode an Masse gelegt wird. Die von den Widerständen Rl und R2 sowie den Kondensatoren Cl und C2 gebildete Schaltung dient als Koppelschaltung zwischen dem Kammermeßverstärker 13? und dem Herz. Wenn der Multiplexschalter 106a¹ geschlossen und der Eingang des Kammermeßverstärkers 139 an Masse gelegt wird, ist es erwünscht, für eine Trennung zwischen Masse und dem Herz zu sorgen, weil das Herz andernfalls erheblichen Schaden nehmen könnte. Für diesen Zweck sind der Widerstand Rl und der Kondensator Cl zwischen Masse und das Herz eingefügt. Der Kondensator C2 dient ferner als Tiefpaß, um Störsignale auszufiltern, die auf der Leitung 19 vorhanden sein können, und um die Schließwirkung des Wählschalters 130c zu dämpfen. Der Kammermeßver-

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stärker kann die Form eines bekannten Operationsverstärkers haben. Der Widerstand R2 ist mit dem Eingang des Verstärkers verbunden, um in bekannter Weise dessen Verstärkungsfaktor einzustellen.

Fig. 4A zeigt ein Ablaufdiagramm für die Kammerbedarfsstimulation entsprechend den Ausgangs/Eingangs-Verbindungen der Fig. 3A, um mittels der Anordnung nach Fig. 2 die Kammer 42 mit Reizimpulsen zu beaufschlagen. Zur Zeit t„ wurde ein Kammerreizimpuls gerade über die Leitung 1? an die Kammer 42 des Patienten angelegt. Danach wird der RV-Verstärker 139 durch Schließen des Wählschalters 130c für die Refraktärperiode von tn bis t, nach Masse geklemmt. Während der Refraktärperiode wird der Kondensator CV wieder aufgeladen, indem das Steuersignal T-_v angelegt wird, um den Wählschalter 130a zu schliessen. Dadurch wird die Spannung V zum Wiederaufladen des Kondensators Cy angelegt. Zum Zeitpunkt der Implantation des Schrittmachers 12 und bei frischer Batterie 126 liegt die Refraktärperiode typischerweise in der Größenordnung von 325 ms. Während der Refraktärperiode wird die Herzaktivität der Kammer 42 nicht erfaßt, weil verschiedene Stör- oder Fremdsignale im Ventrikel 42 vorhanden sein können, deren Aufnahme nicht erwünscht ist. Nach der Refraktärperiode wird beginnend mit dem Zeitpunkt t, der Wählschalter 130c geöffnet, während der Schalter 106a¹ schließt. Wenn das Herz ein R-Wellensignal erzeugt, das über die Leitung 19, den Leiter 138a und den Kam-

S0988B/0Q0*

merverstärker 139 an den geschlossenen Schalter 106a¹ geht, antwortet der Mikroprozessor 100 darauf durch Zurückstellen des Zeitsteuerzyklus auf t_Q. Das Auftreten des R-Wellensignals vom Ventrikel 42 läßt erkennen, daß die Herzaktivität normal ist und daß es nicht erwünscht ist, ein konkurrierendes Kammerreizsignal zuzuführen. Solange daher das Herz des Patienten ein R-Wellensignal erzeugt, gibt der Schrittmacher 12 kein Ventrikelstimulationssignal ab. Wenn jedoch die Meßdauer von t, bis t2 abgelaufen ist, ohne daß eine R-Welle erfaßt wurde, erzeugt der Mikroprozessor 100 ein Zeitsteuersignal T^,,., das über den Leiter 131a, den Verstärker 134a und den Widerstand R^. an die Basis des Transistors Qw geht. Dadurch wird der Transistor Qw leitend gemacht. Der Kondensator Cw entlädt sich rasch über das Herz (dargestellt durch den Widerstand R-) so daß an die Kammer 42 ein Reizimpuls über die Leitung 19 und das Gehäuse 13 angelegt wird. Während der Reizperiode von t~ bis t^ wird der Kammerverstärker 139 mittels des geschlossenen Schalters 130c auf Masse gehalten. Aufgrund der vorstehenden Diskussion versteht es sich, daß die verschiedenen Perioden, die der Impulsbreite des Kammerimpulses zwischen den Zeitpunkten t~ und t- sowie der Refraktärperiode zwischen t« und t, entsprechen, eingestellt oder umprogrammiert werden können, indem neue 8-bit-Wörter gemußt Fig. 2 in den Speicher 102 eingegeben werden.

Fig. 5 zeigt ein Fließschema für die bei der Kammerstimulation im Bedarfsbetrieb ablaufenden Schritte. Zu diesem Fließschema

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ORlGiNAU INSPECTED

gehört das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 4A; die Verbindungen der Ausgangs- und Eingangsstufen an den Schrittmacher 12 der Fig. 2 entsprechen denjenigen der Fig. 3A. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mikroprozessor 100 mehrere Hinweisadressenregister zur Speicherung von Hinweisadressen oder Adressen von Wortplätzen im ROM-Teil 102b des Speichers 102 auf. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Mikroprozessor 100 die folgenden Register für das Einspeichern der angegebenen Hinweisadressen:

R(O) = Programmzähler (PC)

R(3) = Schleifenzähler (LC)

R(4) = Zeitzähler (TC)

R(A) = Hinweisadresse für Ausgangszustandstabelle (QP)

R(B) = Hinweisadresse für Zeitdauertabelle (TP)

R(C) = Hinweisadresse für Spannungsübergangspunkttabelle (VP)

R(D) = Hinweisadresse für Refraktärdauer (TR) R(E) = Eingangshinweisadresse (VDD)

Ferner werden dem Mikroprozessor, wie anhand der Fign.7A und 7B erläutert, die Flageingangssignale für den Zungenschalter (EF2) und die R-Welle (EFl) zugeführt. Die Notation für die Flageingänge und die Hinweisadressen sowie die Zähler wird in der ganzen folgenden Programmaufstellung benutzt. Wie bei Mikroprozessoren üblich weist der Mikroprozessor 100 den Adressenzähler 107 auf, der für jeden Schritt des Programms

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^Of«GWAL INSPECTED

während dieser unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 durchgeführt wird, um eins weiterschaltet, um den nächsten Platz im Speicher 102 zu bezeichnen, aus.dem Information auszulesen ist. Die anhand der Fig. 5 zu erläuternden Schritte in Verbindung mit einer Kammerbedarfsstimulation wurden unter Verwendung eines Mikroprozessors RCA COSMAC durch die folgenden Maschinenbefehle ausgeführt:

Speicher adresse (Hexadecimal)	Symbolische Notationen	Speicher inhalte (Hexadecimal)	Bemerkungen	Schritt speicher stelle
00	0000	D = 00		200
01	LDI	FS^		202
02	00	00		202
03	PHI, 3	B3		202
04	PLO, 3		Setze LC=O	202
05	GLO, 3		R(3)—> D	204
06	BNZ		Ist LC=OO	204
07	AUSGANG	A3>	Nein?Gehe nach	204
		83	AUSGANG
		3A	Zustandsspei-
		3D	cheradresse 3D
08	LDI		JA? Setze Aus-	206
			gangszustands-
			tabelle auf
		F8 ^	Adresse AO
0?	QP		R(A) = QP	206
OA	PLO, A			206
OB	LDI ·		SETZE	206
OC	TP	AO	R(B)=TP	206
OD	PLO, B	AA		206
™\
A4 Γ
AB^

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	Symbolische Notationen	Speicher inhalte (Hexadecimal)	I	EE	Bemerkungen	2929498
Speicher adresse (Hexadecimal)	LDI	F8 . BO I AC J		68		Schritt speicher stelle
OE	VP	F8 <		EA		200
OF	PLO, C	A3	B	60	Setze R(C) = VP	206
10	LDI	AD	IBl ibJ		206
11	TR	F8 '	4C		206
12	PLO, D	B6	EE	Setze R(D) = TR	206
13	LDI	AE	F7		206
14	VDD		33		206
15	PLO, E		IB	Setze R(E) = VDD	206
16	SEX, E	2B "\	Setze X=E	206
17	INP	2B	Lese A-D H(VDD)	208
18	SEX, A		Setze X=A	208
19	AUS		M(QP)-»AUS PQ + 1	210
IA	INC B	TP + 2	210
IB	INC B		214
IC	LDA, C	M(R(C))-»D VP + 1	214
ID	SEX, E	E-*X	214
IE	SM	VP - VDD	212
IF	BDF	Wenn DF=I VP =£. VDD	212
20	VPVDD Vergleiche	Zweige ab VPVDD Vergleiche	212
21	DEC B	Verringere R(B) BY2	nach 214
22	DEC B		212,214
23		212,214

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	Symbolische Notationen	Speicher inhalte (Hexadecimal)	>	4D	2929498	Schritt speicher stelle	232
Speicher adresse (Hexadecimal)	DEC C	2C		A4	Bemerkungen	212,214	232
24	LDI	F8 '	24	Verringere R(C) BYl	216
25	03	03	84		216
26	PLO7 3	A3	3A		216
27	Frage ab A-D 62 (15)		32	Setze LC=3	218
28	LDA, D		23		220
29	PLO, 4	30	M(TR)-»D, TR + 1	220
2A	DEC, 4		M(TR)-^TC	238
2B	GLO, 4	TC - 1
2C	BNZ		224
2D	TEST 2	TEST TC=O	Nein-»nach test 224 LC = 2
2E	DEC, 3	Ja, LC-I
2F	BR
30

Prüfe 0 05 (LC = 0)

GLO, 3

XRI

R(3)-«-D

232

226 226

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Speicher- Symbolische Speicheradresse Notationen Inhalte

(Hexadecimal) (Hexadecimal)

Bemerkungen

Schrittspeicher stelle

02

BR STRT-I

SEX,A AUS LDA PLO,

BR DECTC

02

30 Ist LC=2

226

35	BNZ	3A	LC=2, Zweige ab	226
36	DECTC	2B	Test R-Wellen- eingang	226
37	BNl	3C	Nein,Zweige ab R-Welleneingang	228
38	DECTC	2B	Test Zungenschal ter	228
39	B2	35	Ja,nach verringere TC	230
3A	DECTC	2B	230

Nein,Zungenschal- 230 ter

01	Zweige ab nach STRT-I	234
EA	Setze X=A,QP	234
60	M(QP)-* AUS, QP + 1	236
4B		236
A4	M(TP)-»TC, TP + 1	222
30	Zweige ab nach	222
2B	Verringere TC
909885/	0909

Adresse Bemerkung Bemerkung/Assembler

Sprache Maschinensprachencode

AO	QP	Q REF
Al		Q PP
A2		P PW
A3	TR	T REF
A4	TP	SP 5,2V
A5		PW 5,2V
A6		SP 4,8V
A7		PW 4,8V
A8		SP 4,4V
A9		PW 4,4V
AA		SP 4V
AB		PW 4V
AC		SP 3,6V
AD		PW 3,6V
AE		SP OV
AF		PW OV
BO	VP	V5,2
Bl		V4,8
B2		V4,4
B3		V4,0
B4		V3,6
B5		V0,0
B6	VDD
SP	= Meßperiode
PW	= Impulsbreite

10 60 12 60 12 52 48 44 40 36 00

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Fig. 5 zeigt ein Fließschema der Schritte, welche die vorstehend zusammengestellten Befehle darstellen. Der entsprechende Schritt für die zugehörigen Befehle ist unter der Überschrift "Schrittspeicherstelle" zu finden. Das Programm beginnt mit dem Startschritt 200 und geht dann zu dem Schritt 202 über, wo der von dem Register R(3) gebildete Schleifenzähler LC entsprechend dem an der Speicheradresse 04 gespeicherten Befehl auf Null gesetzt wird. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, sind bei der Betriebsart Kammerbedarfsstimulation ein Refraktärzustand entsprechend der Refraktärperiode, während deren der Kammerverstärker 139 geklemmt wird, eine Meß- oder Überwachungsperiode, während deren die elektrische Kammeraktivität erfaßt und ausgewertet wird, und ein Impulsbreitenzustand vorgesehen, währenddessen der ventrikuläre Reizimpuls an den Ventrikel 42 des Patienten angelegt wird. Das Programm durchläuft drei Mal für jeden der drei erwähnten Zustände in Schleifenform die Schritte nach Fig. 5, wobei der Schleifenzähler LC nach Abschluß jeder Schleife verringert wird, um erkennen zu lassen, daß der Prozeß zu dem nächsten Zustand weitergegangen ist.

Zunächst wird der Schleifenzähler LC beim Schritt 204 auf Null gesetzt. Der Prozeß geht jetzt auf den Schritt 206 über, innerhalb dessen die oben definierten Hinweisadressen VP, QP, TP und TR auf ihre Ausgangspunkte gestellt werden. Beispielsweise ist VP die Hinweisadresse für die Spannungsübergangspunkttabelle. Im Schritt 206 wird das Register R(C) auf den ersten Platz in

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QIl	01
Q21	02
Q31	04

der Übergangspunkttabelle gesetzt, welche die Spannungen vorgibt, mit denen die Ausgangsspannung V der Spannungsquelle 124 verglichen werden soll. Die Hinweisadresse QP für die im Register R(A) gespeicherte Ausgangszustandstabelle gibt den Platz innerhalb der Ausgangszustandstabelle an, der kennzeichnet, in welchem der Zustände nach Fig. 4A sich der Prozessor befindet, d.h. in der Refraktärperiode, der Meß- oder Überwachungsperiode oder in der Impulsgabe- oder Impulsbreitenperiode. Die Ausgangszustandstabelle sieht wie folgt aus:

Refraktärzustand

Meß- oder Überwachungszustand Pulsbreitenzustand

Im Schritt 208 weist dann der Mikroprozessor 100 den A/D-Umsetzer 108 an, eine digitale Kenngröße für die Versorgungsspannung V auszulesen. Im Schritt 210 wird der im Mikroprozessorregister R(A) gespeicherte Ausgangszustand QP um eins weitergeschaltet, d.h. auf den nächsten Ausgangszustand gebracht. An dieser Stelle läßt das Register R(A) also erkennen, daß sich der Prozeß in der anfänglichen Refraktärperiode befindet. Beim Schritt 212 wird die Spannung V mit der Übergangspunktspannung (VP) verglichen, die von der im Register R(C) gespeicherten Hinweisadresse für die Spannungsübergangspunkttabelle angegeben wird. Wenn die Spannung V größer als der Spannungsübergangspunkt ist, geht der Prozeß zum Schritt

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weiter. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Übergang zum Schritt 214, wo die Hinweisadresse VP für die Spannungsübergangspunkttabelle um eins weitergeschaltet wird, um den nächsten Platz der Tabelle anzugeben und den nächstniedrigeren Wert der Übergangspunktspannung zu erhalten. Die Hinweisadresse TP für die Zeitdauertabelle wird um zwei weitergeschaltet, um die beiden nächsten Plätze innerhalb der Zeitdauertabelle zu kennzeichnen.

Der nächste Wert des Spannungsübergangspunktes wird aus der untenstehenden Spannungsübergangspunkttabelle erhalten:

	HEX	179	= 5,2 V
Vl	B3	162	= 4,8 V
V2	A2	145	= 4,4 V
V3	91	128	= 4,0 V
V4	8Q	110	= 3,6 V
V5	6E		= 0,0 V
V6	00

Die nächste Wertegruppe für die Überwachungsdauer und die Impulsbreite wird aus der untenstehenden Zeitdauertabelle erhalten :

T21 475 ms ) γ ^ 5,2V

T31 800 jjs
T22 475 ms

T32 1000 us ' ^s

V α 4,8V

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T23 T33	475 1250	ms ν ps J	Vs	^ 4,4V
T 24 T34	475 1550	ms ν ps J	vs	^-4,0V
T25 T35	600 1850	ms \ psj	Vs	— 3,8V
T26 T36	600 2300	ms "» IJS J	vs	— 3,6V

Wie ersichtlich finden sich in jeweils zwei Plätzen zunächst eine Dauer für die Überwachungsperiode und dann die Impulsbreite für einen gegebenen Spannungsübergangspunkt, d.h. einen Bezugswert, mit dem die Spannung V zu vergleichen ist. Das Programm stellt auf diese Weise die Impulsbreite des Kammerreizimpulses derart ein, daß eine konstante Energie für die Kammerreizimpulse aufrechterhalten bleibt; außerdem wird die Überwachungsperiode abrupt vergrößert, wenn die Spannung V der Spannungsquelle 126 abfällt, um am Ende der Lebensdauer der Batterie für eine Verlangsamung der Schrittrate zu sorgen.

Im Schritt 214 wird der Spannungsübergangspunkt von Vl auf V2, beispielsweise von 5,2 auf 4,8 V, umgestellt. Wiederum wird der Wert von V mit dem Spannungsübergangspunkt (VP) verglichen falls er größer ist (ja), geht das Programm zum Schritt 216 über, wo der Wert "drei" in den Schleifenzähler LC eingegeben

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wird, um anzuzeigen, daß sich der Oszillator in der Refraktärperiode befindet. Danach wird der A/D-Umsetzer 108 abgefragt, um die Versorgungsspannung V auszulesen. Im Schritt 220 wird der Wert TR der am Platz TR gespeicherten Refraktärperiode ausgelesen und in dem Zeitzähler TC (Register R(4)) eingespeichert .

Danach geht der Prozeß zum Schritt 222 über, wo der im Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert um eins verringert und die Zeitsteuerung einer Periode eingeleitet wird, um den Schritt zu durchlaufen, bis der in dem Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert auf Null heruntergezählt ist. Als nächstes wird beim Schritt 224 eine Entscheidung getroffen, ob der Wert des Zeitzählers TC gleich Null ist, d.h. die Zeitsteuerfunktion abgeschlossen ist. Falls dies nicht der Fall ist, geht der Prozeß zum Schritt 226 über, wo eine Entscheidung getroffen wird, um festzustellen, ob der Schleifenzähler LC auf zwei steht, was anzeigt, ob sich der Prozeß im Überwachungszustand entsprechend der RV-Meßperiode befindet. Trifft dies, wie vorliegend der Fall, nicht zu, werden die Schritte 222, 224, 226 der Reihe nach durchlaufen, bis der Anfangszählwert (entsprechend der Refraktärperiode), der in den Zeitzähler TC eingesetzt ist, durch den Schritt 222 auf Null zurückgebracht wird, was im Schritt 224 festgestellt wird. Dadurch wird die Refraktärperiode beendet. An dieser Stelle läßt der Schritt 224 den Prozeß zum Schritt 232 übergehen, wo der Schleifenzähler LC

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um eins verringert wird, um dadurch anzuzeigen, daß sich der Prozeß im Überwachungszustand befindet, d.h. LC gleich zwei ist. Dadurch kehrt der Prozeß zum Schritt 204 zurück. An dieser Stelle steht der Schleifenzähler LC nicht auf Null; der Prozeß geht zum Schritt 234 über. Dort wird die Hinweisadresse QP für die Ausgangszustandstabelle um eins weitergeschaltet, während jetzt der Prozeß zum Meß- oder Überwachungszustand übergeht. Dann wird während des Schritts 236 der aus der Zeitdauertabelle erhaltene Wert in den Zeitzähler TC eingegeben. Die Hinweisadresse (TP) für die Zeitdauertabelle wird um eins weitergeschaltet, um die nächstgrößere Impulsbreite innerhalb der Zeitdauertabelle zu adressieren.

Danach läuft der Prozeß über den Schritt 222, um den in den Zeitzähler TC eingegebenen Zählwert um eins zu verringern. Falls dabei im Schritt 224 der Wert Null nicht erreicht wird, geht das Programm zum Schritt 226 über. Liegt der Überwachungszustand vor, was in diesem Fall zutrifft, geht der Prozeß weiter zu dem Entscheidungsschritt 228, um festzustellen, ob eine R-Welle an den Multiplexer 106 angelegt wurde. Falls innerhalb der Zeitdauer eines einzelnen Rückwärtszählschrittes die R-Welle nicht erfaßt wird, springt der Prozeß zurück, urr. erneut einen Zyklus ablaufen zu lassen. Dabei wird im Schritt 222 der der Überwachungsperiode entsprechende Zählwert verringert, bis der Zählwert gleich Null ist, was im Schritt 224 ermittelt wird. Wenn im Schritt 228 eine R-Welle ermittelt wird,

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geht der Prozeß auf den Schritt 230 über, um den Zustand des Zungenschalters 23 zu prüfen. Ist der Zungenschalter offen, erfolgt entsprechend Fig. 4A eine Rückstellung des Prozesses auf t_Q, d.h. auf den Schritt 202, wo der Schleifenzähler LC auf Null gestellt und der Prozeß von neuem eingeleitet wird. Bei dem Zungenschalter 23 handelt es sich um einen innerhalb des Schrittmachers 12 untergebrachten, magnetisch betätigbaren Schalter. Nach der Implantation kann der Arzt den Zungenschalter 23 betätigen, indem er einen externen Magneten in die Nähe des implantierten Schrittmachers 12 bringt. Dadurch wird der Zungenschalter 23 geschlossen; es wird die asynchrone Betriebsart eingeleitet. Wenn der Zungenschalter 23 geschlossen ist, was anzeigt, daß im Asynchronbetrieb gearbeitet werden soll, wird der Prozeß durch Schleifenbildung fortgesetzt, wobei eine Rückkehr zum Schritt 222 erfolgt, um den Zeitzählwert TC wiederum zu verringern, selbst wenn eine R-Welle entdeckt wurde. Auf diese Weise wird die Erfassung einer R-Welle ignoriert; der Schrittmacher 12 bewirkt eine Reizimpulsbeaufschlagung im asynchronen Betrieb, ohne daß beim Ermitteln der R-Welle ein Rückstellen erfolgt.

Nachdem die zweite Überwachungsperiode ausgelaufen ist, d.h., wenn der in dem Zeitzähler TC gespeicherte Zählwert entsprechend der Anzeige im Schritt 224 auf Null heruntergezählt ist, geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, wo der Schleifenzähler LC um eins zurückgestellt wird. Dei dort gespeicherte

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Wert ist jetzt gleich eins, was erkennen läßt, daß der Prozeß in seine dritte Schleife übergeht und zum Schritt 204 zurückkehrt. Weil der Zählwert im Schleifenzähler LC nicht gleich Null ist, geht der Prozeß auf den Schritt 234 über, wodurch der Wert QP des Ausgangszustandes um eins weitergeschaltet wird, was anzeigt, daß sich der Prozeß jetzt in dem Impulsbreitenzustand befindet. Als nächstes erfolgt im Schritt 236 ein Adressieren des und ein Zugriff zu dem Wert der Zeitdauer aus der Zeitdauertabelle; dieser Wert wird in dem Zeitzähler TC eingespeichert. Der Wert der Hinweisadresse TP für die Zeitdauertabelle wird um eins weitergeschaltet, um auf den nächsten Platz in der Zeitdauertabelle in der oben diskutierten Art hinzuweisen. An dieser Stelle beginnt der Prozeß mit einer Folge von Zyklen innerhalb deren der Zählwert im Zeitzähler TC im Schritt 222 um eins verringert wird. Ist der Zählwert nicht gleich Null, erfolgt ein Übergang zum Schritt 226. Da sich der Prozeß nicht in der Überwachungsperiode befindet, wird zurückgegangen, um im Schritt 222 für eine neue Verringerung zu sorgen. Der Prozeß wiederholt sich, bis der Zählwert in dem Zeitzähler TC auf Null verringert ist, eine entsprechende Entscheidung wird durch den Schritt 224 getroffen. Zu diesem Zeitpunkt geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, innerhalb dessen der Schleifenzähler LC erneut urr. eins verringert wird, so daß der Wert jetzt gleich Null ist. Der Prozeß geht zum Schritt 204 über und beginnt ganz von vorne mit der Initialisierung der Werte von VP, QP, TP und TR im Schritt 206.

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Vorstehend wurde die Art und Weise erläutert, in welcher der Schrittmacher 12 das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm für die Kammerbedarfsstimulation durchführt, wobei er nacheinander die Refraktärperiode, dann die Überwachungsperiode und schließlich die Stimulations- oder Impulsbreitenperiode durchläuft, bevor wieder ein neuer Zyklus beginnt. Die Länge der Refraktärperiode und der Impulsbreitenperiode wird durch die Spannung V der Spannungsquelle 126 bestimmt. Diese Perioden, insbesondere die Impulsbreitenperiode, werden größer, wenn die Spannung V abnimmt, um den Energieinhalt des ventrikulären Reizimpulses im wesentlichen konstant zu halten.

Wie ausgeführt, kann der Speicher 102 mit jedem beliebigen einer Mehrzahl von Betriebsarten für die Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens programmiert werden, wobei das jeweilige Programm wahlweise von dem Zustand des Patienten oder auch einer Zustandsänderung nach der Implantation des Herzschrittmachers abhängt. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4B der Schrittmacher 12 in einem A-V-Folgebetrieb arbeiten, wobei Reizimpulse sowohl der Kammer 42 als auch dem Vorhof 40 zugeführt werden. Nach entsprechenden Refraktärperioden wird die Kammeraktivität überwacht. Tritt ein Kammersignal nach dem Reizen der Kammer oder des Vorhofs auf, wird der Schrittmacher zurückgestellt. Die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 werden entsprechend Fig. 3B gewählt. Wie aus den Fign. 3B und 4B hervorgeht, wird der Kammer 42 ein Impuls unmittelbar vor der Zeit t_Q zugeführt, indem ein Reizsignal über

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die Leitung 19 angelegt wird. Nach t~ wird der Kammermeßverstärker 139 geklemmt, indem das Signal T-, an den Wählschalter 130c angelegt wird. Dadurch wird der Eingang des Verstärkers 139 für eine erste Refraktärperiode von t~ bis t, mit Masse verbunden. Während der ersten Refraktärperiode wird der ventrikuläre Ausgangskondensator Cy wieder aufgeladen, indem dem Wählschalter 130a das Steuersignal T^w zugeführt wird. Dadurch wird die Versorgungsspannung V zur Ladung des Kondensators Cw angelegt. In der Periode von t, bis.t~ wird der Schalter 106a¹ mittels eines vom Mikroprozessor 100 kommenden Steuer- oder Taktsignals Τς, geschlossen. Infolgedessen wird eine ventrikuläre R-Welle, falls vorhanden, über den Kammerverstärker 139 und den Multiplexer 106 angelegt, um die Zeitsteueroperationen des Mikroprozessors 100 zurückzustellen.

Wenn bei t« keine ventrikuläre R-Welle erfaßt wurde, bewirkt der Schrittmacher 12, daß ein Reizimpuls über die Leitung 17 an den Vorhof 40 geht. Dabei wird ein Impulssteuersignal T^,, über den Treiberverstärker 134b und einen Widerstand R.„ an die Basis eines Vorhofausgangstransistors Q. angelegt. Der Transistor Q. wird leitend gemacht, so daß sich ein Vorhofausgangskondensator Ci über den Vorhof 40 entlädt und diesen dadurch reizt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t„ wird das Zeitsteuersignal an den Wählschalter 130c angelegt. Der Eingang des Kammerverstärkers 139 wird auf Masse gelegt, wodurch jedes auf die Reizung des Vorhofes zurückzuführende Signal un-

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berücksichtigt bleibt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t- wird der Vorhofausgangskondensator C. wieder aufgeladen, indem das Zeitsteuersignal Tp. zugeführt wird, um den Wählschalter 130b zu schließen und die Versorgungsspannung V an den Kondensator C. anzulegen. In der Periode zwischen t, und t,- wird wiederum die Kammeraktivität überwacht. Ein von dem Mikroprozessor 100 kommendes Zeitsteuersignal schließt den Schalter 106a¹, so daß die ventrikuläre R-Welle über den freigegebenen Kammerverstärker 139 und den geschlossenen Schalter 106a¹ an den Mikroprozessor 100 angelegt werden kann. Wenn während dieser zweiten, von t. bis t,- reichenden Überwachungsperiode die ventrikuläre R-Welle erfaßt wird, wird die Zeitsteuerperiode auf tß zurückgestellt. Erscheint innerhalb der Periode von t, bis tr keine R-Welle, wird ein Zeitsteuerimpuls T^,., von dem Mikroprozessor 100 über den ventrikulären Treiber 134a und den Widerstand R_v« angelegt, um den Kammerausgangstransistor Qw leitend zu machen. Dadurch wird der geladene Kondensator C. an Masse gelegt. Der Kondensator Cw entlädt sich. Über die Leitung 1? geht ein Reizimpuls an die Kammer 42. Typische Werte für die von t_Q bis t₂ reichende Periode TA und die von t» bis te reichende Periode TV sind nachstehend angegeben:

TV (ms) TA (ms)

2000 1700 1000 750

850 700

850 650

750 600

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TV (ms) TA (ms)

750	500
650	300
550	425

Das A-V-Folgestimulationsverfahren gemäß Fig. 4B kann beispielsweise ähnlich der" Fig. 5 programmiert werden, mit der Ausnahme, daß die sechs Ausgangszustände und ihre entsprechenden Zeitperioden gemäß Fig. 4B durch Zählerwerte eingestellt werden, die von einer entsprechenden, im Speicher 102 eingespeicherten Tabelle abgeleitet werden. So werden anfänglich typische Werte von TV und TA für einen speziellen Patienten programmiert, indem ein Zugriff zu bestimmten Plätzen in den entsprechenden Tabellen erfolgt, und zwar zu jeweils einem Platz für jede der sechs Perioden. Nachdem ein Zählwert in den Zeitzähler eingegeben ist, werden anschließende Zyklen durchgeführt, bis der Zählwert auf Null heruntergezählt ist, um für eine entsprechende zeitliche Bemessung dieser Periode zu sorgen.

Fig. 4C zeigt das Ablaufdiagramm eines vorhofsynchronen, kammergesperrten Schrittmachers (ASVIP), bei dem sowohl die Kammer- als auch die Vorhofaktivität des Herzens erfaßt wird, um die Zeitsteuerperiode zurückzustellen. Eine solche Betriebsart wird typischerweise bei einem jüngeren Patienten vorgesehen, dessen Vorhöfe normal schlagen, dessen Kammern aber gegebenenfalls defekt sein können. Es ist erwünscht, das Schlagen der

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Vorhöfe zu beschleunigen und dadurch die Kammeraktivität zu stimulieren. Eine erfaßte Vorhof-P-Welle löst einen Zeitsteuerzyklus aus. Wenn jedoch eine Störung in der Überleitung dieses Signals zur Kammer vorliegt, wird der Kammer 42 auf jeden Fall ein Reizsignal zugeführt. Es ist erwünscht, die Rate der schlagenden Vorhöfe auszunutzen, um das Stimulieren der Kammern zu synchronisieren, das in Folge eines Myokardinfarkts oder eines in anderer Weise defekten Herzüberleitungssystems beeinträchtigt sein kann. Wie aus Fig. AC hervorgeht, beginnt der Zyklus zur Zeit t_Q mit dem Erfassen der Vorhof-P-Welle. Entsprechend Fig. 4C wird ein einzelner Zyklus in sechs Zeitperioden (und Zustände) unterteilt. Während der ersten Zeitperiode von t« bis t, (ebenso wie während der zweiten und dritten Zeitperiode bis tj) wird der Vorhofverstärker 141 durch ein Zeitsteuersignal auf Massepotential geklemmt; mittels dieses Signals wird der Schalter 13Od geschlossen. Während der Anfangsperiode legt der freigegebene Kammermeßverstärker 139 ein gegebenenfalls von der Kammer 42 kommendes R-Wellensignal über die Leitung 1? an den Schalter 106a' an, der mittels eines RV-Steuersignals geschlossen ist. Wenn während der Anfangsperiode von t_Q bis t, ein R-Wellensignal erfaßt wird, wird der Zeitzyklus auf t~ zurückgestellt. In der zweiten oder Impulsgabeperiode von t, bis t~ bleibt der Vorhofverstärker 141 auf Masse geklemmt. Der Schalter 13Od ist geschlossen. Ein Zeitsteuerimpuls T^y geht über den Treiberverstärker 134a und den Widerstand R_v_ an die Basis des ventrikulären Aus-

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gangstransistors Qy. Der zuvor geladene ventrikuläre Ausgangskondensator Cy entlädt sich über den Transistor Q.., die Leitung 19 und die Kammer 42. Während der zweiten Periode (und auch bis in die Perioden drei und vier hinein bis zum Zeitpunkt t>) ist der Kammerverstärker 139 mittels eines Schalters 130c auf Masse geklemmt. Dem Schalter 130c wird ein Kammerklemmsignal TCl zugeführt. Dadurch wird in der postventrikulären Reizperiode auftretende Herzaktivität ignoriert. In der vierten und fünften Periode von t-, bis t,- wird der Kammerverstärker 141 freigegeben, so daß das Vorhof-P-Wellensignal über diesen Verstärker und einen geschlossenen Wählschalter 106b' angelegt werden kann, um die Zeitsteuerung des Prozesses auf t« zurückzustellen. Von t- bis t,- wird ein Überwachungszeitsignal RA angelegt, mittels dessen der Schalter 106b' geschlossen wird. Im normalen Betrieb kann ein Vorhof-P-Wellensignal während der vierten und fünften Zeitperiode von t., bis te gemessen werden, wodurch der Zeitsteuerzyklus auf Null zurückgestellt wird. Wenn jedoch keine P-Welle erfaßt wird, wird die Kammer erneut gereizt, indem ein Steuerimpuls T_wv an die Basis des Kammerausgangstransistors Qy gegeben wird. Dadurch wird in der vorstehend erläuterten Weise ein Impuls über die Leitung 19 an die Kammer 42 des Patienten angelegt.

Das ASVIP-Schrittmacherverfahren läßt sich beispielsweise ähnlich der Fig. 5 programmieren, wobei sechs Perioden oder Ausgangszustände in ähnlicher Weise definiert werden und wobei für

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jede der sechs Zeitperioden gesorgt wird, indem Hinweisadressen auf entsprechende Tabellen adressiert oder gebildet werden. Auf diese Weise werden variierende Werte der Perioden in einen Zeitzähler eingegeben, dessen Zählwert verringert wird, wenn der Prozeß durch jede der sechs Schleifen hindurch ausgeführt wird.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des anpassungsfähigen, programmierbaren Schrittmachers, wobei entsprechende Komponenten und Schaltungsstufen mit ähnlichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind, die jedoch in der Dreihunderter-Serie liegen. Der Mikroprozessor oder die Zentraleinheit (CPU) 300 ist mit einem Multiplexer 30ό gekoppelt, wodurch einer der Eingänge 338a, b, e oder f in Form eines Flags über einen Bus 318 zu dem Mikroprozessor 300 übermittelt wird. Der Mikroprozessor adressiert über einen Adressenbus 312 wahlweise einen Speicher 302, der beispielsweise eine Mehrzahl von Abschnitten 302-1 bis 302-16 aufweist. Entsprechend Fig. 6 kann der Speicher 302 als Regenerationsspeicher, beispielsweise als Speicher mit direktem Zugriff, oder als programmierbarer Festwertspeicher (PROM) oder als löschbarer Lesespeicher (EROM) ausgebildet sein. Die adressierten Daten werden aus dem Speicher 302 ausgelesen und einem Datenbus 310 zugeführt, der den Speicher 302, den Mikroprozessor 300, einen Dekoder 342 und einen A/D-Umsetzer 308 untereinander verbindet. Der A/D-Umsetzer 308 setzt den Analogwert der Versorgungsspannung V_g

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in eine digitale Form um. Das betreffende Signal wird in den Mikroprozessor 300 über den Datenbus 310 eingegeben. Es versteht sich, daß die anderen Analogwerte, beispielsweise die P- und R-Wellen ebenfalls in digitale Form umgesetzt und normiert werden, bevor sie dem Multiplexer 306 zugehen. Die A/D-Umsetzer- und Normierungsstufen sind mit dem Multiplexer 306 gekoppelt. Sie sind ähnlich wie oben erläutert aufgebaut und in Fig. 6 nicht dargestellt. Der Mikroprozessor 300 gibt Zeitsteuersignale über einen N-Bus 352, wodurch der Dekoder mit Befehlen versorgt wird, das Entschlüsseln der auf dem Datenbus 310 erscheinenden Signale einzuleiten. Aufgrund des Ausgangssignals des Mikroprozessors 300 wählt der Dekoder einen einer Mehrzahl von Schaltern 1 bis 16 innerhalb des Blocks 330 aus. Jedem Schalter des Blocks 330 ist eine eigene Latchstufe im Block 340 zugeordnet, die durch das Ausgangssignal des Dekoders 342 gesetzt wird. Die Schalter sind ihrerseits in der oben erläuterten Weise mit einer Verstärker- und Ausgangstreiberschaltung verbunden. Auf diese Weise wird eine ausreichende Flexibilität gewährleistet, um eine Mehrzahl von Ausgangsschaltungen vorsehen zu können, die sich über Leitungen mit verschiedenen Teilen des Herzens koppeln lassen. Außerdem können die Ausgangstreiberschaltungen nachgeladen werden. Ein Zugriff zu Daten an verschiedenen Punkten entweder am Herzen oder an anderen Teilen des Körpers des Patienten ist möglich. Es wird auf diese Weise ein Telemetriesystem geschaffen, um Daten von oder zu dem programmierbaren Schrittmacher nach Fig.6 zu übermitteln.

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ORIGINAL fNSPECTED

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 6 ist eine selbstrückstellende Oszillatorschaltung 344 vorgesehen, um einen Adressenzähler 307 innerhalb des Mikroprozessors 300 zurückzustellen. Der Adressenzähler 307 wird für jeden verarbeiteten Schritt weitergeschaltet, um den nächsten Wortplatz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Es wurde gefunden, daß Störsignale, wie sie beispielsweise durch einen Defibrillationsimpuls oder eine andere Quelle erzeugt werden, den Adressenzähler 307 veranlassen könnten, einen bedeutungslosen oder fehlerhaften Platz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Infolgedessen würde der Prozeß an einem bedeutungslosen Platz hängenbleiben. Wenn die Adresse durch Störsignale so beeinträchtigt wird, daß ein bedeutungsloser Platz adressiert wird, stellt die selbstrückstellende OszillatorschTaltung 344 auf regelmäßiger Basis, beispielsweise 0,5 s, die Adresse auf eine anfängliche Ausgangsadresse für das ausgeführte Programm zurück. Falls der Adressenzähler 307 normal arbeitet, wird von dem Datenbus 310 ein Ausgangssignal abgeleitet und über eine Leitung 346 angelegt, um die Schaltung 344 zurückzustellen und auf diese Weise das regelmäßige Rückstellausgangssignal zu sperren.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Multiplexer 306 eine zusätzliche Gruppe von Eingängen 339a bis 33?d für den Empfang einer binären Anfangsadresse auf, die in den Adressenzähler 307 einzubringen ist, so daß sich jeder der

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Mehrzahl von Blöcken 302-1 bis 302-16 ansteuern läßt. Im Speicher 302 kann eine Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten eingespeichert werden. Die Einspeicherung jeder Betriebsart erfolgt dabei in einem gesonderten Block. Der zugehörige Startpunkt läßt sich adressieren, indem eine Binärzahl über die Eingänge 339a bis 339d und eine externe Verbindung 341 eingegeben wird, die wie oben erläutert, als Hf-Verbindung oder akustische Verbindung ausgelegt sein kann.

Zusätzlich können Selbstprüfprogramme oder Datenerfassungsprogramme in bestimmten Blöcken des Speichers 302 eingespeichert sein. Fig. 3A zeigt wie beispielsweise ein Selbstprüfprogramm ausgeführt werden kann, um die Betriebsfähigkeit des Kammermeßverstärkers 139 zu prüfen. Ein weiterer Wählschalter 130g kann in Abhängigkeit von einem Prüfsignal T, geschlossen werden, das mittels eines solchen im Speicher 102 eingespeicherten Selbstprüfprogramms erzeugt wird, um eine Bezugsspannung V r. in der Größenordnung von 1 mV an den Eingang des Kammermeßverstärkers 139 anzulegen. Das verstärkte Ausgangssignal wird seinerseits über den Multiplexer 106 dem Mikroprozessor 300 zugeführt, wobei die verstärkte Spannung mit einem Bezugswert verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Verstärker 139 einwandfrei arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, kann eine andere Ausgangsstufe und ein anderer Meßverstärker angekoppelt werden, um den defekten Meßverstärker zu ersetzen.

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Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann ein Programm in einem der Blöcke des Speichers 302 eingespeichert sein, um eine Erfassung und Übermittlung von Daten zu bewirken, die dem implantierten Schrittmacher über entsprechende Leitungen zugeführt werden. Beispielsweise können die Leitungen mit Herzgewebe, anderem Gewebe oder Wandlern verbunden sein, um das EKG des Patienten, die Pulsrate, die Pulsbreite, die Depolarisationszeit zwischen dem Vorhof und der Kammer und dergleichen zu erfassen. Die Übermittlungszeit eines Depolarisationssignals wird als kennzeichnend für den Zustand des Herzens betrachtet, und es wird mittels eines Meßprogramms ein Zeitfenster entsprechend einer normalen Überleitungsdauer bestimmt. Wenn das empfangene Signal außerhalb der Grenzwerte eines derartigen Zeitfensters liegt, wird eine Anzeige dafür extern übermittelt. Im Rahmen eines Datenerfassungsbetriebs können die Latchstufen, die den zu den betreffenden Stellen des Herzens, zu anderem Gewebe oder zu Wandlern führenden Leitungen zugeordnet sind, durch selektives Schließen des entsprechenden Wählschalters 330 nacheinander einzeln angekoppelt werden, so daß die betreffenden Daten über die externe Verbindung 341 an ein externes Überwachungsgerät übertragen werden.

Außerdem ist ein Eingang 338f vorgesehen, der mit dem Zungenschalter 23 verbunden ist, der sich mittels eines externen Magneten schließen läßt, um die Arbeitsweise des Schrittmachers nach Fig. 7 zu ändern. Durch Öffnen und Schließen des

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Schalters 23 kann eine Folge von Signalen erzeugt werden; auf diese Weise wird die externe Verbindung 341 in die Lage versetzt, Daten zu oder von dem Schrittmacher 12' zu empfangen oder auszusenden. Beispielsweise wird eine neue Adresse in den Adressenzähler 307 eingegeben, um den Anfangsplatz des nächsten Blockes des Speichers 302 zu adressieren, wodurch eine weitere Betriebsart durchgeführt wird.

Fig. 7k zeigt ein detaillierteres schematisches Schaltbild der Blöcke einer ersten Ausführungsform des Gerätes nach Fig.6. Bei dem Mikroprozessor 300 kann es sich beispielsweise um den COSMAC-Mikroprozessor der Radio Corporation of America handeln, der in der Literaturstelle "USER MANUAL FOR THE CDP 1802 COSMAC MICROPROCESSOR (1976)" beschrieben ist. Der Multiplexer 306 hat eine Folge von sechzehn Eingängen 0 bis Es kann sich um den Multiplexer CD0067 der RCA handeln. Der Multiplexer 306 gibt ein Ausgangssignal auf den A/D-Umsetzer 308. Eine Ausführungsform dieses Umsetzers ist weiter unten anhand der Fign. 8, 9 und 10 erläutert. Der A/D-Umsetzer ist über den Datenbus 310 an den Mikroprozessor 300 angeschlossen und ferner mit einer Latchstufe 309 verbunden, wodurch einer der sechzehn Eingänge des Multiplexers 306 ausgewählt wird, um dem A/D-Umsetzer 308 Analogdaten zuzuführen. Der N-Zeitsteuerbus 352 hat die Form eines Bündels von Leitungen 352a bis d; er ist mit dem Dekoder 342 verbunden, der aus einer Mehrzahl von Gattern CD4012 der RCA besteht. Die Aus-

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gänge von zwei der Gatter sind über Leitungen 356 mit einem Umsetzbefehlseingang und mit einem Tristate-Ausgang verbunden. Der Umsetzbefehlseingang bewirkt, daß der A/D-Umsetzer 308 Daten von dem Multiplexer 306 übernimmt, während der A/D-Umsetzer 308 über den Tristate-Ausgang veranlaßt wird, die in digitale Form umgesetzten Daten auf den Datenbus 310 zu geben. Desweiteren werden Abtastimpulse 1 und 2 von Leitungen 354a und b abgeleitet; diese Abtastimpulse gehen Latchstufen 342a und 342b zu, wodurch an den Datenbus angelegte Daten wahlweise einem von mehreren Schaltern zugeführt werden können, die in den Blöcken 330a bzw. 330b vorhanden sind. Die Blöcke 330a und 330b umfassen jeweils vier Festkörperwählschalter, über die Ausgangssignale an ausgewählte Ausgangstreiberschaltungen gehen. Bei der in Fig. 7k veranschaulichten Ausführungsform wird ferner das erfaßte R-WeI-lensignal dem Eingang EFl des Mikroprozessors 300 zugeführt, während das Zungenschaltereingangssignal an den Eingang EF2 des Mikroprozessors 300 angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der Mikroprozessor als sein eigener Multiplexer, um wahlweise Zugriff zu Signalen zu erhalten, die auf diese Eingänge gegeben werden, und um auf diese Signale in der gewünschten Folge anzusprechen. Der Mikroprozessor 300 gibt ferner Adressen über den Adressenbus 312 an den Speicher 302, wodurch Daten ausgelesen und an den Datenbus 310 angelegt werden können.

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Fig. 7B zeigt ein detailliertes schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Schrittmachers nach Fig. 6. Die Komponenten der Fig. 7B sind mit den gleichen Bezugszeichen wie entsprechende Komponenten der Fig. 6, jedoch in der Fünfhunderter-Serie, versehen. Die der R-Welle, der P-Welle und dem Zungenschalterausgangssignal entsprechenden Eingangssignale werden an die Eingänge EFl, EFO und EF2 des Mikroproprozessors 500 angelegt, bei dem es sich beispielsweise ebenfalls um den Mikroprozessor CDP 1802 der RCA handeln kann. Bei dieser Ausführungsform führt der Mikroprozessor 500 Multiplexfunktionen aus, so daß jeweils einer dieser Werte verarbeitet wird. Typischerweise liegen solche Eingangssignale in Analogform vor; sie müssen in digitale Form durch Schaltungen umgesetzt werden, die in dem gestrichelten Block 508 zusammengefaßt sind. Der A/D-Umsetzer weist eine Schaltungskomponente CD4508 der RCA auf und empfängt Eingangssignale von Operationsverstärkern 511, denen ein von Zenerdioden 513 gebildetes Bezugssignal zugeführt wird. Ein Taktsignal wird einem Eingang des Umsetzers 515 über ein Flip-Flop 509 und einen Feldeffekttransistor 517 zugeführt. Der Speicher 502 ist mit Ausgängen des Mikroprozessors 500 verbunden und besteht aus zwei Blöcken, die von der RCA unter der Bezeichnung CDP1822S hergestellt werden. Der Mikroprozessor 500 liefert Befehle über den N-Bus an einen Dekoder 542, bei dem es sich um einen Chip der RCA mit der Bezeichnung CD 4514B handeln kann. Der Dekoder 542 führt Entschlüsselungsfunktionen für das Ausgangssignal des

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Speichers 502 unter dem Einfluß der Zeitsteuersignale aus, die über den N-Bus 552 zugehen. Die Ausgangssignale des Dekoders 542 werden an zwei Latchstufen 540a und 540b angelegt, bei denen es sich jeweils um Schaltungskomponenten der RCA mit der Bezeichnung CD4508 handeln kann. Der Dekoder 542 wählt eine Latchstufe aus, wodurch ein entsprechender Wählschalter innerhalb der Schaltergruppen 530a und 530b geschlossen wird. Die Wählschaltergruppen können aus integrierten Schaltungen bestehen, die von der RCA unter der Bezeichnung 4066AE hergestellt werden.

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Niederenergie-A/D-Umsetzers 308, wie er bei dem Schrittmacher nach Fig.7 vorgesehen ist. Entsprechend Fig. 8 wird eine in digitale Form umzusetzende Analogspannung V(X) über eine Eingangsleitung 404 an einen Schalter (S,) 407 angelegt, der in einer ersten Stellung (auf) die Analogspannung V(X) dem Eingang (V. ) eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 402 zuführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Akkumulatorzählers 400 verbunden ist Wie durch die Eingänge des Zählers 400 angedeutet ist, kann der Akkumulatorzähler 400 entweder vorwärts (auf) oder rückwärts (a zählen. Ein Ausgangssignal des Zählers geht über ein Gatter an einen Eingang eines N-Ausgangszählers 412. Ein Taktsignal wird über eine Eingangsleitung 418 an eine Steuerlogik 408 und insbesondere an eine durch η dividierende Schaltung 410 angelegt, mittels deren Ausgangssignal der S;halter 407 in eine

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zweite Stellung (ab) gebracht werden kann. Dadurch wird eine Bezugsspannung über eine Leitung 406 an den Eingang des Oszillators 402 gegeben. Gleichzeitig gelangt ein ab-Befehlssignal über ein Gatter 418' an den ab-Eingang des Akkumulatorzählers 400, das dann ein Rückwärtszählen veranlaßt. Gleichzeitig geht ferner ein Ausgangssignal von der Steuerlogik an den Rückstelleingang des N-Ausgangszählers 412.

Der A/D-Umsetzer 308 gemäß Fig. 8 arbeitet wie folgt. Eine unbekannte Spannung V(X) wird an den Oszillator 402 über den Schalter 407 während einer festen Zeitdauer T angelegt. Während dieser Zeitdauer T zählt der Akkumulatorzähler 400 das Aus-

up

gangssignal des Oszillators 402 in Vorwärtsrichtung aus. Der Akkumulatorzähler 400 arbeitet insofern sehr ähnlich wie ein Analogintegrator, indem sich der Zählwert des Akkumulatorzählers 400 für einen gegebenen Spannungspegel von V(X) mit linearer Geschwindigkeit aufbaut.

Die Zeit T hängt von der Taktfrequenz ab, die über die Leitung 418, die Steuerlogik 408 und die Schaltung 410 zugeführt wird. Am Ende der Zeitdauer T wird der Schalter Sl in die

up

zweite Stellung gebracht, um den Eingang des Oszillators 402 mit der Bezugsspannung E η zu verbinden. Gleichzeitig mit diesem Umschalten auf die Bezugsspannung wird der "A"-Akkumulatorzähler 400 auf Rückwärtszählen umgeschaltet. Während dieses Rückwärtszählens prüft eine zweckentsprechende Schaltungsstufe

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wann der Akkumulatorzähler 400 auf einen vorbestimmten Zä.hlwert, z.B. Null, zurückgezählt hat. Die für das Rückwärtszählen der Bezugsspannung auf Null erforderliche Zeitdauer ist proportional dem Mittelwert der Eingangsspannung V(X). Während der Akkumulatorzähler 400 auf Null zurückgezählt wird, wird die Taktfrequenz F.-,.„ mittels des N-Ausgangszählers 412 ausgezählt. In dem N-Ausgangszähler 412 anfallende Zählwerte liegen in digitaler Form vor und sind der anfänglich unbekannten Spannung V(X) unmittelbar proportional. Dies führt zu einer Spannungs/Frequenz-Umsetzung.

Die grundlegenden Gleichungen für den Betrieb des A/D-Umsetzers 308 lauten:

r = Km VlXT T ( 1 )
auf VCO ^K ' up

^Aab ^{= K}VCO ^Eref ^TX *²*

Die Gleichungen (1) und (2) geben den Vorwärts- und den Rückwärtszählwert des Akkumulatorzählers 400 als Funktion der unbekannten Spannung und der Bezugsspannung sowie der Zeitdauer an, während deren diese Spannung dem Oszillator 402 zugeführt wird. Der Vorwärtszählwert und der Rückwärtszählwert des Zählers 400 sind gleich, weil der Zähler 400 bei Null beginnt und am Ende eines Arbeitsspiels zu Null zurückkehrt. Setzt man diese beiden Gleichungen einander gleich, fällt der Maßstabsfaktor für den spannungsgesteuerten Oszillator heraus, d.h. die-

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ser Faktor hat auf das Ausgangssignal der A/D-Umsetzung keinen Einfluß. Die Gleichung (3), die den akkumulierten Zählwert N(X) des Ausgangszählers als Funktion der Taktfrequenz F-. _v und der Zeitdauer angibt, die erforderlich ist, um den Akkumulatorzähler zurück auf Null zu bringen, d.h. Ty, lautet wie folgt:

N(X) = T_x F_CLK (3)

Die Gleichung (4), die die Vorwärtszähldauer T als Funktion des "n"-Zählers und der Taktfrequenz angibt, hat die folgende Form:

^Tup = ^n/FCLK

Die Gleichung (5), die zeigt, daß der Zählwert N des Ausgangszählers proportional zu η und der unbekannten Spannung dividiert durch die Bezugsspannung ist, lautet:

vixy

N(X) = η (5)

^Eref

Die Gleichung (5) zeigt, daß der digitale Ausgangszählwert N(X) unabhängig von der Taktfrequenz F~. ,,, der Abtastfrequenz und, was von besonderem Interesse ist, auch unabhängig von dem Maßstabsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators ist. Wenn beispielsweise die unbekannte Spannung V(X) 2 Volt beträgt, die

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Bezugsspannung gleich 2 Volt ist und der η-Zähler bei 64 steht, befindet sich am Ende jeder Umsetzung im Ausgangszähler N ein Zählwert von 64. Diese besondere Eigenschaft des A/D-Umsetzers gestattet es, in Reihe mit dem Schalter Sl und dem spannungsgesteuerten Oszillator 402 einen Verstärker zu legen, im wesentlichen ohne Jaß dies den Ausgangszählwert beeinflußt. Dies gilt selbst dann, wenn sich der Verstärkungsfaktor ändert oder von Einheit zu Einheit unterschiedlich ist, vorausgesetzt daß die Verstärkung während eines Umsetzungszyklus konstant bleibt. Mit anderen Worten, weil entsprechend Fig. 8 ein einziger spannungsgesteuerter Oszillator 402 benutzt wird, um sowohl die analoge Eingangsspannung V(X) als auch die Bezugsspannung E - zu verarbeiten, hat der durch den Oszillator 402 bedingte Maßstabsfaktor auf den digitalen Ausgang des Zählers 412 keinen Einfluß. Weil ferner das gleiche Taktsignal F^.„ benutzt wird, um sowohl den Takt für den Akkumulatorzähler 400 während der Rückwärtszählperiode Τ_χ als auch den Takt für den N-Ausgangszähler 412 während der gleichen Periode vorzugeben, beeinflußt die Frequenz des Taktsignals Fp.^ den digitalen Ausgang des Zählers 412 nicht, der kennzeichnend für die Amplitude des analogen Eingangssignals V(X) ist. Der zur Anlieferung des Taktsignals F^. j, benutzte Taktgeber bedarf daher keiner hohen Genauigkeit und damit auch keiner relativ hohen Stromaufnahme. Vielmehr kann der Taktgeber so ausgelegt werden, daß er der Energiequelle, d.h. der Batterie des Schrittmachers, nur in minimalem Umfang Leistung entnimmt.

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Fig. 10 zeigt ein detailliertes Schaltbild des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 8. Das Eingangssignal wird einem Zweirichtungsschalter in Form des Schalters 407 zugeführt, dessen Ausgangssignal an den spannungsgesteuerten Oszillator geht, der in einer Schaltung mit Phasenregelschleife enthalten ist. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird dem Akkumulatorzähler 400 zugeführt, der aus vier auf/ab-Zählern CD4029A besteht. Die Taktfrequenz Fp. ., wird zusammen mit dem Abtastimpuls über Leitungen 418 bzw. 420 angelegt, um das Ausgangssignal des Akkumulatorzählers 400 zeitlich auf den N-Ausgangszähler 412 einzustellen. Ein entscheidender Teil der veranschaulichten Ausführungsform des A/D-Umsetzers 308 ist die Auslegung der Steuerlogik 408, der entsprechend Fig.8 einen Zähler 409 in Form eines 4-bit-Ringzählers aufweist. Dieser Zähler 409 zwingt den A/D-Umsetzer 308 auf eine und nur eine von vier möglichen Betriebsarten entsprechend seinen vier Ausgangszuständen 0, 1, 2 und 3. Diese vier Betriebsarten des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 10 sind: (1) warten; (2) voreinstellen; (3) vorwärtszählen und (4) rückwärtszählen.

Der Wartebetrieb stellt einen Ruhezustand für den A/D-Umsetzer 308 dar, in dem der spannungsgesteuerte Oszillator 402 abgeschaltet ist, die unbekannte Spannung und die Bezugsspannung über den Zweirichtungsschalter Sl von dem Oszillator 402 abgetrennt sind und das zuletzt umgesetzte digitale Wort in dem Zähler 402 als digitales, Parallel-8-bit-Wort steht. Der Um-

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setzer 308 verbleibt im Wartezustand, bis er einen Abtastimpuls empfängt, der den Übergang in den Voreinstellbetrieb bewirkt. Im Wartezustand nimmt der A/D-Umsetzer 308 sehr wenig Energie auf.

Der dem Wartezustand folgende Voreinstellvorgang wird benutzt, um den aus den Zählern 400a, 400b und 400c bestehenden Akkumulator über einen Störeingang auf ein binäres Wort von eins voreinzustellen. Der Zähler 412 wird während dieser Betriebsart zurückgestellt. Die maximal vorhandene Zeitdauer für die Voreinstellung beträgt die Hälfte einer Taktperiode.

Während des Aufwärtszählens wird der Ausgang 3 des Dividierers 409 auf logisch 1 gebracht, wodurch die Akkumulatorzähler 400a, 400b und 400c gezwungen werden, im Vorwärtsbetrieb zu zählen. Während dieser Betriebsart gibt der Zweirichtungsschalter Sl das unbekannte analoge Eingangssignal auf den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 402. Der n-Zähler 410 beginnt die Zeitdauer zu bestimmen, während deren die unbekannte Spannung angelegt wird, indem die Bezugstaktfrequenz bis zu dem vorprogrammierten Zählwert ausgezählt wird, der den Ausgang 9 einer UND-Schaltung 425 auf logisch 1 bringt. Während dieser Arbeitsphase werden Zählwerte in den Zählern 400a, 400b und 400c akkumuliert. Wenn der Ausgang 9 der UND-Schaltung 425 auf logisch 1 springt, was erkennen läßt, daß die Vorwärtszählperiode erreicht ist, stehen die Ausgänge 8 und 9 beide auf logisch 1;

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ein Befehl, den Ringzähler 40? weiterzuschalten, geht an ein Impulsstreckgatter 427. Wenn der nächste Taktimpuls den Wert logisch 1 erreicht, wird der Ringzähler 40? auf den nächsten Zustand umgestellt, der dem Abwärtszählen entspricht.

Ein Abwärtszählbetrieb wird bewirkt, indem der Ausgang 7 des Ringzählers 40? auf logisch 1 gebracht wird. Dieser Zustand zwingt den Akkumulatorzähler 400 rückwärtszuzählen. Außerdem wird die Bezugsspannung an den spannungsgesteuerten Oszillator 402 angelegt. Die Taktfrequenz wird dem Eingang des N-Zählers 412 zugeführt. Wenn daher die Zählwerte aus den Akkumulatorzählern 400a, 400b und 400c herausgetrieben werden, werden Taktimpulse im N-Zähler 412 akkumuliert. Wenn die Akkumulatorzählerkette in allen Zuständen auf logisch 0 gesteuert ist, springt der Ausgang einer UND-Schaltung 429 auf logisch 1. Der Ringzähler 40? wird über das vorstehend beschriebene Impulsfangnetzwerk auf Wartezustand gebracht. Der Abschluß dieses Zyklus bewirkt, daß die unbekannte Eingangsspannung V(X) digitalisiert und in dem Ausgangszähler 412 mit dem oben erläuterten Maßstabsfaktor gehalten wird.

Der A/D-Umsetzer 408 nach den Fign. 8 und 10 eignet sich insbesondere für den Schrittmacher 12 gemäß Fig. 1. Es ist von entscheidender Bedeutung, im Schrittmacher Schaltungskomponenten vorzusehen, die der Energiequelle des Schrittmachers, z.B. in Form der Schrittmacherbatterie, ein Minimum an Leistung ent-

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ziehen. Für diesen Zweck kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 10 in CMOS-Technologie ausgeführt werden. Desweiteren wird der Oszillator 402 zwecks Lieferung eines Ausgangssignals nur während derjenigen Zeitspannen mit Energie versorgt, während deren ein analoges Eingangssignal V(X) digitalisiert werden muß. Zu anderen Zeiten ist der spannungsgesteuerte Oszillator 402 stromlos. Die Speisung des Oszillators 402 geschieht unter dem Einfluß der Steuerlogik 408 und insbesondere des Ringzählers 409. Hinzu kommt, daß der A/D-Umsetzer 308 eingestellt werden kann, indem unterschiedliche Werte von "n" im Zähler 410 vorgesehen werden. Der A/D-Umsetzer 308 ist daher geeignet, um Eingangsspannungen von variierenden Amplituden zu erfassen. Bei den verschiedenen, vorstehend erläuterten Ausführungsformen des Schrittmachers ist es zweckmäßig, sowohl die relativ große Spannung V der Batterie als auch die relativ kleinen Spannungssignale umzusetzen, die von der Kammer und dem Vorhof des Patienten abgeleitet werden. Entsprechend Fig.10 wird die vorgewählte Vorwärtszähldauer T durch den Wert "n" bestimmt, der in den "n"-Zähler 410 eingebracht wird. Der Wert von "n" kann entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung eingestellt werden, indem einer der mehreren Ausgänge Q4, Q5, Q6 und Q7 des "n"-Zählers 410 angeschlossen wird. Eine (nicht gezeigte) Schaltstufe kann zwischen einem der Ausgänge des Zählers 410 und der UND-Schaltung A9 vorgesehen werden, um den Wert von "n" gemäß Fig. 7A der Steuerung durch den Mikroprozessor 300 zu unterwerfen. Außerdem kann ein

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an sich bekannter, programmierbarer Zähler an Stelle des vorliegenden Zählers 410 vorgesehen werden, was es ermöglicht, ein in dem Zähler eingespeichertes binäres Wort unter dem Einfluß des Mikroprozessors zu variieren. Der Wert von "n" läßt sich damit in Abhängigkeit davon ändern, welches analoge Eingangssignal in digitale Form umgesetzt werden soll. Der Wert "n" wird in Abhängigkeit von der Amplitude der betreffenden Eingangsspannung V(X) variiert, wobei größere Werte für "n" für kleinere Amplituden vorgesehen werden. In der Praxis ist es erwünscht, im Ausgangszähler 412 einen Zählwert zu erreichen, welcher der bekannten Zählerkapazität nahe kommt, um auf diese Weise die maximale Auflösung für ein Eingangssignal von gegebener Amplitude zu gewährleisten. Ein einziger Analog/Digital-Umsetzer 308 kann auf diese Weise für unterschiedliche Eingangssignale von variierender Amplitude benutzt werden, wobei die Genauigkeit des binären Ausgangssignals durch Variieren des Wertes von "n" sichergestellt wird. Es versteht sich, daß der Umsetzer 308 nicht auf die vorstehend geschilderte spezielle Anwendung beschränkt ist.

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Claims (41)

PATENTANWALT DlPL-ING. GERHA&D SCHWAN ELFENSTRASSE32 · D-8Q00 MÜNCHEN 83 Ger. P-338 Ansprüche

1. Implantierbares elektronisches Gerät, das über eine Mehrzahl von Leitungen an Körpergewebe ankoppelbar ist, gekennzeichnet durch

a) einen Speicher mit mindestens einem ersten und einem zweiten Speicherabschnitt, in denen jeweils ein unterschiedliches Programm einspeicherbar ist;

b) eine Steuerung zur wahlweisen Durchführung eines der in dem Speicher eingespeicherten Programme mit einer Adressiereinrichtung, mittels deren ein Zugriff zu
einem der Speicherabschnitte herstellbar ist, und

c) eine Einrichtung zur wahlweisen Änderung der Adresse der Adressiereinrichtung derart, daß mittels der
Adressiereinrichtung ein anderes Programm adressiert sowie mittels der Steuerung durchgeführt wird.

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

ORIGINAL INSPECTED

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch^gekennzeichnet, daß die

ν Steuerung einen Mikroprozessor zum wahlweisen Zuführen von Adressen von der Adressiereinrichtung zu dem Speicher zwecks Steuerung der Ausführung eines ausgewählten Programms aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mikroprozessor eine Rückstelleinrichtung zur periodischen Erzeugung eines Rückstellsignals gekoppelt ist, mittels dessen die Adressiereinrichtung auf eine vorbestimmte Rückkehradresse zurückstellbar ist, derart, daß bei versehentlicher Adressierung eines bedeutungslosen Speicherplatzes im Speicher die Durchführung eines gewählten Programms im Speicher mittels des Mikroprozessors durch Adressieren der vorbestimmten Rückkehradresse innerhalb des ausgewählten Programms weitergeht.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor eine mit der Rückstelleinrichtung gekoppelte Schaltungsstufe aufweist, mittels deren ein Abstellbefehlssignal periodisch erzeugbar und an die Rückstelleinrichtung anlegbar ist, um bei einwandfreiem Arbeiten der Adressiereinrichtung das Arbeiten der Rückstelleinrichtung zu verhindern.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Multiplexer, der mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang zur jeweiligen Aufnahme eines Eingangssignals aufweist und der mit der Steuerung derart gekoppelt ist, daß er von der Steuerung kommende Steuersignale aufnimmt und das Eingangssignal eines ausgewählten Eingangs wahlweise an die Steuerung anlegt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der dem Multiplexer zugeführten Eingangssignale Analogsignale sind und daß an einen Ausgang des Multiplexers ein Analog-Digital-Umsetzer angekoppelt ist, der die ausgewählten analogen Eingangssignale in ein an die Steuerung anzulegendes entsprechendes Digitalsignal umsetzt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Normiereinrichtung zur wahlweisen Änderung der Verstärkung des ausgewählten Eingangssignals vorgesehen ist, mittels deren die der Steuerung zugeführten Signale auf im wesentlichen die gleiche Amplitude bringbar sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine erste Leitung zum Verbinden des ersten Eingangs des Multiplexers mit der Herzkammer des Patienten und eine zweite Leitung zum Verbinden des zweiten Eingangs des Multiplexers mit dem Vorhof des Patienten.

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9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Versorgungseinrichtung zur Bildung und Zuführung eines Versorgungssignals zu den Komponenten des implantierten Geräts vorgesehen ist und daß ein dritter Eingang des Multiplexers derart mit der Versorgungseinrichtung gekoppelt ist, daß er das Versorgungssignal aufnimmt.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Körpers des Patienten angeordnete Einrichtung zum Übermitteln von verschlüsselten Signalen zur Änderung des in dem Speicher eingespeicherten Programms.

11. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer einen dritten Eingang zur Aufnahme eines Adressensignals aufweist, das kennzeichnend für einen Anfangsplatz eines ausgewählten Speicherabschnitts und dessen Programm ist, das der Adressiereinrichtung zuzuführen ist, derart, daß die Adressiereinrichtung den Startplatz des Programms adressiert, das in dem ausgewählten der ersten und zweiten Abschnitte des Speichers eingespeichert ist.

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12. Gerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen mit dem Adresseneingang des Multiplexers gekoppelten Empfänger und einen außerhalb des Körpers des Patienten angeordneten Sender zum Übermitteln von verschlüsselten Signalen an den Empfänger derart, daß das für den Startplatz des ausgewählten Abschnitts innerhalb des Speichers kennzeichnende Adressensignal an den Adresseneingang geht.

13. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem dritten Eingang des Muliplexers ein magnetisch betätigbarer Schalter gekoppelt ist, mittels dessen die Adresse der„Adressiereinrichtung derart änderbar ist, daß ein Programm in einem anderen Abschnitt des Speichers adressiert wird.

14. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Ausgänge vorgesehen sind, daß mit einer ersten und einer zweiten Leitungsanordnung gekoppelte Wählschalter vorhanden sind und daß einer der Wählschalter unter dem Einfluß der Steuerung schließbar ist.

15. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch erste und zweite Ausgangswählschalter, die mit einer ersten bzw. einer zweiten Leitungsanordnung gekoppelt sind, sowie durch eine das Ausgangssignal des

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Speichers aufnehmende sowie darauf ansprechende Dekodiereinrichtung zum Schließen eines vorbestimmten der Ausgangswählschalter.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten und dem zweiten Schalter eine erste bzw. eine zweite Latcheinrichtung gekoppelt ist, die auf das Ausgangssignal der Dekodiereinrichtung ansprechend den ausgewählten Schalter geschlossen hält.

17. Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Stromversorgung zur Anlieferung eines Versorgungssignals für die Komponenten des Geräts, einen ersten und einen zweiten Wählschalter, die auf Steuersignale von der Steuerung ansprechend wahlweise schließbar sind, und eine Ausgangsschaltung, die über eine erste Leitung mit einem Teil des Herzens des Patienten gekoppelt ist, um diesem wahlweise Reizimpulse zuzuführen, wobei der erste Wählschalter auf ein von der Steuerung kommendes erstes Steuersignal hin ansprechend das Versorgungssignal der Ausgangsschaltung zuführt, sowie auf ein von der Steuerung kommendes zweites Steuersignal hin einen Reizimpuls über die erste Leitung an Körpergewebe übermittelt.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung zusätzlich an einen Eingang eines Meßverstärkers angekoppelt ist, daß der Eingang des Meßverstär-

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kers mit einem dritten Wählschalter gekoppelt ist, daß das Eingangssignal des Meßverstärkers auf ein von der Steuerung kommendes drittes Steuersignal hin wahlweise nach Masse ableitbar ist und daß der Meßverstärker einen Ausgang aufweist, der mit einem vierten Wählschalter gekoppelt ist, der auf ein viertes Signal der Steuerung hin das Ausgangssignal des Meßverstärkers an den Multiplexer anlegt.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Ausgang des Speichers gekoppelte Dekodiereinrichtung vorgesehen ist, die das Ausgangssignal des Speichers aufnimmt, wenn unter dem Einfluß der Steuerung ein Programm innerhalb eines Abschnitts des Speichers durchgeführt wird, und daß die Dekodiereinrichtung auf das Speicherausgangssignal hin ansprechend ein dem ersten Wählschalter zuzuführendes erstes Zeitsteuersignal, ein dem zweiten Wählschalter zuzuführendes zweites Zeitsteuersignal, ein dem dritten Wählschalter zuzuführendes drittes Zeitsteuersignal und ein dem vierten Wählschalter zuzuführendes viertes Zeitsteuersignal liefert.

20. Implantierbarer Herzschrittmacher, der mit dem Herzen eines Patienteft über eine Leitungsanordnung koppelbar ist, über welche Reizimpulse an das Herz gehen, gekennzeichnet durch

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α) einen Speicher mit mindestens einem ersten und einem zweiten Speicherabschnitt, in denen jeweils eine unterschiedliche Betriebsweise für die Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens eingespeichert ist,

b) einen Mikroprozessor zur wahlweisen Durchführung eines der im Speicher eingespeicherten Programme, der eine Adressiereinrichtung zum Adressieren des Programms aufweist, das in einem ausgewählten Speicherabschnitt des Speichers eingespeichert ist,

c) erste und zweite Wählschalter, die jeweils über eine Leitungsanordnung mit einem vorbestimmten Teil des Herzens des Patienten derart verbunden sind, daß dem Herzen Reizimpulse zugehen und Herzaktivitätssignale des betreffenden Teils des Herzens erfaßt werden, und

d) eine Dekodiereinrichtung, die auf von dem Speicher abgeleitete Signale anspricht, die durch Ausführung eines ausgewählten Programms im Speicher durch den Mikroprozessor erzeugt werden, wobei die Dekodiereinrichtung ein erstes Steuersignal für das Schließen des ersten Wählschalters erzeugt, um während einer ersten Zeitspanne einen Reizimpuls über die zugeordnete Leitungsanordnung anzulegen und einen ersten Teils des Herzens

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zu reizen, und wobei die Dekodiereinrichtung ein zweites Steuersignal erzeugt, mittels dessen der zweite Wählschalter für eine zweite unterschiedliche Zeitspanne schließbar ist, um das auf der Leitungsanordnung erscheinende und von dem Mikroprozessor zu verarbeitende erfaßte Herzaktivitätssignal anzulegen.

21. Herzschrittmacher nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen dritten und einen vierten Wählschalter, die jeweils über eine zweite Leitungsanordnung mit einem zweiten Teil des Herzens des Patienten gekoppelt sind, wobei die Dekodiereinrichtung auf die Signale des Speichers ansprechend ein dem dritten Schalter zugehendes drittes Zeitsteuersignal erzeugt, um über die zweite Leitungsanordnung einen Reizimpuls an den zweiten Teil des Herzens zu geben, und wobei die Dekodiereinrichtung ein viertes Zeitsteuersignal erzeugt, das an den vierten Wählschalter geht, um über die zweite Leitungsanordnung und den geschlossenen vierten Wählschalter ein von dem Mikroprozessor zu verarbeitendes zweites erfaßtes Herzaktivitätssignal anzulegen.

22. Herzschrittmacher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitungsanordnung mit einem Meßverstärker gekoppelt ist, daß an den Eingang des Meßverstärkers ein fünfter Wählschalter angekoppelt ist, daß die Dekodiereinrichtung auf die Signale des Speichers ansprechend ein fünftes Zeitsteuersignal erzeugt und daß der fünfte

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Wählschalter auf das fünfte Zeitsteuersignal ansprechend
das Arbeiten des Meßverstärkers unterbindet.

23. Herzschrittmacher nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zum wahlweisen Ändern der Adresse der
Adressiereinrichtung derart, daß die Adressiereinrichtung einen Anfangsplatz in einem anderen der ersten und
zweiten Speicherabschnitte adressiert und eine Reizung
des Herzens entsprechend einer unterschiedlichen Betriebsart erfolgt.

24. Herzschrittmacher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit mehreren Eingängen ausgestatteter Multiplexer vorgesehen ist, der mindestens einen mit dem zweiten Schalter gekoppelten ersten Eingang und einen mit dem zweiten Wählschalter gekoppelten zweiten Eingang aufweist und der auf die Steuersignale des Mikroprozessors ansprechend einen der mehreren Eingänge für die Verarbeitung
durch den Mikroprozessor auswählt.

25. Herzschrittmacher nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch
eine Stromquelle, einen dritten Wählschalter und eine mit der ersten Leitungsanordnung gekoppelte Ausgangsschaltung zur Lieferung eines Reizimpulses über die erste Leitungsanordnung zu dem ersten Teil des Herzens, wobei die Dekodiereinrichtung auf Signale des Speichers ansprechend ein

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drittes Zeitsteuersignal für eine dritte, vor der ersten Zeitspanne liegende Zeitspanne erzeugt und wobei der dritte Wählschalter auf das dritte Zeitsteuersignal der Dekodiereinrichtung ansprechend das Versorgungssignal zur Stromversorgung der Ausgangsschaltung ankoppelt.

26. Herzschrittmacher nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen Treiberverstärker zum Anlegen des ersten Zeitsteuersignals an die Ausgangsschaltung, derart, daß die während der dritten Zeitspanne mit Strom versorgte Ausgangsschaltung während der ersten Zeitspanne einen Reizimpuls über die erste Leitungsanordnung an das Herz gibt.

27. Implantierbares Reizstromgerät, gekennzeichnet durch

a) mindestens eine erste und eine zweite Ausgangswählschalteinrichtung, die mit mindestens einer ersten bzw. einer zweiten Leitungsanordnung gekoppelt sind, von denen mindestens die erste Leitungsanordnung an Körpergewebe anbringbar ist;

b) einen Multiplexer mit mindestens einem ersten und einem zweiten Eingang, mittels dessen aufgrund von Steuersignalen einem der ersten und zweiten Eingänge zugeführte Signale wahlweise an einen Ausgang des Multiplexers anlegbar sind;

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c) eine mit einem Steuerprozessor und einem Speicher versehene Steuerung, wobei der Speicher mindestens einen ersten und einen zweiten Speicherabschnitt aufweist, von denen jeder eine Anfangsadresse hat und unterschiedliche erste bzw. zweite Programme speichert, und wobei die Steuerung ausgestattet ist mit:

(1) einer mittels eines in dem ersten Speicherabschnitt gespeicherten Programms gestützten ersten Einrichtung, mittels deren in einer ersten Betriebsart ein dem Gewebe des Patienten zuzuführender Reizimpuls erzeugbar ist, und

(2) einer mittels eines in dem zweiten Speicherabschnitt eingespeicherten zweiten Programms gestützten zweiten Einrichtung, mittels deren in einer zweiten Betriebsart ein dem Gewebe des Patienten zuzuführender Reizimpuls erzeugbar ist, und

d) eine Einrichtung zum wahlweisen Ändern der Adresse der Adressiereinrichtung derart, daß diese eine Anfangsadresse an einen der ersten und zweiten Speicherabschnitte zwecks Durchführung des zugehörigen Programms und Reizung des Gewebes des Patienten in der entsprechenden Betriebsart gibt.

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28. Reizstromgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen dritten Speicherabschnitt zur Aufnahme eines Programms für ein selektives Erfassen von Daten aufweist, die an einer der Leitungen auftreten, und daß die Steuerung zusätzlich mit einer zur Durchführung des dritten Programms geeigneten Einrichtung für ein wahlweises Schließen der der einen Leitungsanordnung zugeordneten Wählschalteinrichtung zwecks Übermittlung von Daten an die Steuerung versehen ist.

29. Reizstromgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine dritte Einrichtung zur Bildung einer ersten Periode, die der Impulsbreite des dem Gewebe des Patienten zuzuführenden Reizsignals entspricht, und eine dritte Einrichtung zur Bildung eines Impulsintervalls zwischen den Reizimpulsfolgen aufweist.

30. Reizstromgerät nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umprogrammieren des Speichers derart, daß die von der ersten und der zweiten Einrichtung vorgegebenen Werte für die Impulsbreite und das Impulsintervall änderbar sind.

31. Reizstromgerät nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umprogrammieren des in dem ersten und/oder in dem zweiten Speicherabschnitt eingespeicherten Pro-

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gramms derart, daß die Art der Reizimpulsversorgung für das Gewebe des Patienten änderbar ist.

32. Reizstromgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine Schaltungsstufe zur Vorgabe der ersten Betriebsart für die Reizimpulsbeaufschlagung des Gewebes aufweist, die ihrerseits mit Mitteln zur Vorgabe einer ersten Refraktärperiode, einer zweiten Meßperiode

' und einer dritten Impulsgabeperiode versehen ist.

33. Reizstromgerät nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ändern des ersten Programms zwecks Änderung der Längen der ersten, zweiten und dritten Periode der ersten Einrichtung.

34. Reizstromgerät nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Speicherabschnitt ein Programm für die Reizimpulsbeaufschlagung des Gewebes in der zweiten, von der ersten Betriebsart verschiedenen Betriebsart einspeicherbar ist, und daß eine Einrichtung zur Vorgabe einer ersten Periode zur Erfassung eines von einem ersten Gewebe kommenden Signals sowie einer ersten Signalperiode zur Erfassung eines zweiten Signals von einem zweiten anderen Gewebe vorgesehen ist.

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35. Reizstromgerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Schaltungsstufe zur Vorgabe einer eTsten Periode entsprechend der Impulsbreite des einem ersten Gewebeteil zugeführten Reizimpulses, einer zweiten Ruheperiode und einer anschließenden dritten Periode aufweist, die der Impulsbreite eines Reizimpulses für einen zweiten Gewebeteil entspricht, und daß mittels der Einrichtung zur Adressenänderung eine Änderung des von der Adressiereinrichtung an den Speicher angelegten Anfangsadressenplatzes derart herbeiführbar ist, daß ein Zugriff zu einem Anfangsplatz in einem der ersten und zweiten Speicherabschnitte zwecks Durchführung des entsprechenden Programms möglich ist.

36. Vorrichtung zum Umsetzen von analogen Eingangssignalen in entsprechende digitale Ausgangssignale, gekennzeichnet durch

a) einen Oszillator mit einem Eingang zur Lieferung eines ersten Ausgangssignals, dessen Frequenz von dem seinem Eingang zugeführten Signal abhängt,

b) eine Bezugseinrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals,

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c) einen mit dem Eingang des Oszillators gekoppelten Schalter, der aus einer ersten Stellung, in der er die analogen Eingangssignale dem Eingang des Oszillators zuführt, in eine zweite Stellung bringbar ist, in der er dem Eingang des Oszillators das Bezugssignal zuführt,

d) einen das erste Ausgangssignal aufnehmenden .ersten Zähler, der entsprechend der Frequenz des ersten Ausgangssignals unter Bildung eines zweiten Ausgangssignals in einer ersten Betriebsart vorwärtszählt und in einer zweiten Betriebsart rückwärtszählt,

e) einen wahlweise das zweite Ausgangssignal aufnehmenden zweiten Zähler zur Bildung eines entsprechenden dritten digitalen Ausgangssignals,

f) einen Taktgeber zur Lieferung eines Taktsignals und

g) eine das Taktsignal aufnehmende Steuerung zur Lieferung eines Steuersignals nach Empfang einer ausgewählten Anzahl (n) von Schwingungen des Taktsignals, wobei der Schalter auf das Steuersignal ansprechend von der ersten in die zweite Stellung übergeht, der erste Zähler auf das Steuersignal ansprechend das Arbeiten in der ersten Betriebsart beendet, so daß zu diesem

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Zeitpunkt das erste Ausgangssignal einen für das analoge Eingangssignal kennzeichnenden ersten Zählwert darstellt, und der erste Zähler mit der zweiten Betriebsart zu arbeiten beginnt, um von dem ersten Zählwert aus rückwärts zu zählen, wobei ferner der zweite Zähler auf das Steuersignal ansprechend mit dem Zählen der Schwingungen des Taktsignals beginnt und auf das zweite Ausgangssignal mit einem zweiten vorbestimmten Zählwert ansprechend das Zählen der Schwingungen des Taktsignals unter Bildung des dritten digitalen Ausgangssignals beendet, das kennzeichnend für das analoge Eingangssignal und unabhängig von der Frequenz des Taktsignals ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen dritten Zähler aufweist, der (n) Schwingungen des Taktsignals zählt und im Anschluß daran das Steuersignal abgibt und der mit einer Einrichtung für eine änderbare Einstellung des Wertes von (n) versehen ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zähler eine Einrichtung zur Aufnahme und Speicherung eines Kennwertes für (n) aufweist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Einrichtung aufweist, die auf ein das

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Vorhandensein eines umzusetzenden analogen Eingangssignals kennzeichnendes Abtastsignal ansprechend den Oszillator für eine Zeitdauer aktiviert, die der Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, um den ersten Zähler in der ersten und der zweiten Betriebsart arbeiten zu lassen, um die analogen Eingangssignale in die entsprechenden dritten digitalen Ausgangssignale umzusetzen.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringzähler mit einem ersten Ausgang, der kennzeichnend für die Zeitspanne ist, innerhalb deren der Oszillator deaktiviert ist, einem zweiten Ausgang, der kennzeichnend für die erste Betriebsart des ersten Zählers und einem dritten Ausgang vorgesehen ist, der kennzeichnend für die zweite Betriebsart des ersten Zählers ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungsteile als CMOS-Komponenten ausgebildet sind.

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