DD141999A1 - Anordnung fuer einen r-wellen-gesteuerten herzschrittmacher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher, dessen Grundstruktur an verschiedene Betriebsweisen und für bestimmte Sonderfunktionen angepaßt werden kann, wobei die Anwendung sowohl für internen als auch für externen Betrieb möglich ist. Ziel der Erfindung ist, eine Grundschaltung zu schaffen, die bei gering gehaltener Bauelementezahl eine problemlose Anpassung an die jeweils geforderte Funktion der endgültigen Schaltung gestattet und mit deren Einsatz eine rationelle Produktion auch für spezielle Anwendungen möglich ist. Grundlage der Erfindung bildet eine Grundschaltung aus einem Steuerteil, einer Rückstellschaltung, einer Automatiestufe und einer Ausgangsstufe, bei der alle wesentlichen Zeitfunktionen mit einem zeitbestimmenden RC-Glied (C 4, R 16) realisiert werden, das von der Rückstellschaltung und von der Automatiestufe entweder im Zusammenwirken beider oder durch eine von beiden allein entladen wird, wobei der .Einschaltpunkt bei der Impulsabgabe beider Generatoren durch den Vergleich des Ladezustandes des zeitbestimmenden Kondensators mit Vorspannungen gesteuert wird. Dabei wird der Ausschaltpunkt beider Generatoren so gelegt, daß die Rückstellschaltung den zeitbestimmenden Kondensator ausgiebiger entladet, als es durch die ausschließliche Funktion der Automatiestufe der Fall ist. Durch Einschalten zusätzlicher Schaltmittel können bestimmte Eigenschaften der Schaltungsanordnung für die jeweils geforderte Anwendung auf einfache Weise erreicht werden.

Description

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Titel der Erfindung

Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher

Anwendungsgebiet, der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen R-Wellengesteuerten Herzschrittmacher, bestehend aus einem Steuerteil, einer Rückstellschaltung, einer Automatiestufe und einer Ausgangsstufe, deren Grundstruktur sowohl eine Anpassung für internen, wie auch für externen Betrieb zuläßt»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Herzschrittmachertechnik dominiert im gegenwärtigen Entwicklungsstand der R-Wellen-gesteuerte Herzschrittmacher, insbesondere der vom blockierenden Typ„ Heben der typischen Grundfunktion, die die Abgabe eines Stiraulationsimpulses verhindert, solange innerhalb eines bestimmten Zeitintervalles eine R-Welle nachgewiesen wird, sind diese sogenannten Demand-Schrittmacher verschiedentlich mit nützlichen Sonderfunktionen versehen worden. Die wichtigste davon ist die Freigabe der automatischen (festfrequenten) Stimulation bei. äußerer Störeinstrahlung, vornehmlich Wechselstrominterferenz, entsprechend der jeweils festgelegten Grundfrequenz oder mit einer höheren Sicherheitsfrequenz_o

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Letztere verhindert bei intermittierendem Block eine Interferenz mit dem natürlichen Herzschlag. Dabei kann diese höhere Sicherheitsfrequenz zusätzlich auch zur Batterietestung dienen, indem die R-Wellen-Steuerung von außen, bspw. über einen im Schrittmacher vorgesehenen Magnetschalter, unterbrochen wird. Es sind auch schon Schrittmacherschaltungen vorgeschlagen worden, bei denen ein jeweils definierter Spannungsabfall der Batterie dadurch markiert wird, daß die Umschaltung auf die höhere Sicherheitsfrequenz automatisch erfolgt und damit eine bestimmte Restladung der Spannungsquelle (Batterie) anzeigt. Andere Demand-Schrittmacher sind mit einer sogenannten Hysterese versehen. Bei diesen Schrittmachern liegt die tiefste Pulsfrequenz, bei der die Automatie einspringt, niedriger als die Stimulationsfrequenz, der Amtomatie selbst. Dadurch ist im Stimulationsfall eine höhere Förderleistung gewährleistet, ohne daß bei noch physiologischen Abfall der Pulsfrequenz bereits die Stimulation automatisch einsetzt und dabei mit der normalen Vorhof-Ventrikel-Sequenz auch der atriosystolische Anteil an der Ventrikelfüllung verloren geht.

Es sind weiterhin Anwendungsfälle für Herzschrittmacher bekannt, bei denen sowohl bei externem als auch internem Betrieb statt eines R-Wellen-blockierten ein R-WeIlensynchronisiertes Verhalten erforderlich ist. Ein Umschalten von einem auf den anderen Punktionstyp war bisher nur bei jenen Fernand-Schrittmachern ohne weiteres möglich, die an und für sich als synchronisierender Schrittmacher arbeiten, bei denen jedoch eine bistabile Schaltung den Ausgang blockiert oder freigibt, je nachdem, ob der Schrittmacher synchronisiert oder freilaufend arbeitet. Quasi eine Zwischenstellung zwischen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmachern vom synchronisierenden und blockierendem Typ nehmen Systeme ein, in denen bei R-Wellen-Synchronisation ein kurzer Uadelimpuls abgegeben wird, der biophysikalisch unterschwellig ist und nur als Indikator für die regelrechte Schrittmacherfunktion dient, während bei der

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Schrittmacher-Automatie ein regelrechter Stimulationsimpuls abgegeben wird. ·

über die angeführten Sonderfunktionen hinaus sind außerdem sogenannte "orthorhythmische Schrittmacher" zur Tachycardie-Behandlung bekannt, die es gestatten, in das Intervall zwischen zwei Aktionen an variabler Stelle programmierte Impulsfolgen einzufügen. Derartige, sehr komplizierte Schrittmacher können ebenfalls als Demand-Typ mit einer verstellbaren Hysterese aufgefaßt werden, besteht doch das V/esen der Hysterese gerade darin, daß der erste Automatie-Impuls nach einem größeren Zeitintervall abgegeben wird, als die nachfolgenden. Trotz der unbestreitbaren Vorzüge dieser Schrittmacher-Systeme zur Tachyarrhythmie-Behandlung steht einer breiten Anwendung ausserhalb einiger Forschungslabors der gegenüber "normalen" Schrittmachern sehr hohe Preis entgegen.

Insgesamt ist zu den bisherigen Schrittmachersystemen vom Demand-Typ, von denen jede bei den jeweils umschriebenen Vor- und Nachteile ihre Berechtigung und Indikation hat, festzustellen, daß die jeweils zu erzielende Funktionsweise bereits im konstruktiven Aufbau eine dominierende Rolle spielt, so daß für die jeweilige Umsetzung entsprechende Spezialschaltungen mit einem zum Teil erheblichen elektronischen Aufwand vorgesehen sind.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die in der Beschreibung angeführten unterschiedlichen Schrittmacherfunktionen sowohl für internen als auch für externen Betrieb mit Hilfe ein und derselben Grundschaltung mit einer möglichst geringen Bauelementezahl zu realisieren, wobei die Schaltung problemlos an die jeweils geforderte Funktion angepaßt werden soll, um einerseits die Störanfälligkeit der betreffenden Geräte weitgehend zu senken und um andererseits eine möglichst rationelle Produktion auch für spezielle

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Anwendungen zu erreichen

Darlegung des. Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universell anwendbare Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher zu schaffen, mit der sowohl für die interne als auch für die externe Anwendung bei gleicher Grundschaltung alle für den Schrittmachertyp geforderten Punktionen durch einfache Anpassungsmaßnahmen realisiert werden können, wobei einmal die Grundschaltung für einen möglichst niedrigen Stromverbrauch und mit möglichst geringer Bauelementezahl ausgelegt sein soll und wobei zum anderen auch die einzelnen zugehörigen Punktionsgruppen so zu gestalten sind, daß sie auch spezielle Anwendungen gestatten und durch ihre Kombination vorteilhaft neue Effekte und Punktionsarten ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe mit Hilfe einer Anordnung aus einem Steuerteil, einer Rückstellschaltung, einer Automatiestufe und einer Ausgangsstufe gelöst, bei der ein zeitbestimmendes RC-Glied aus einem Kondensator und einem Widerstand so angeordnet ist, daß es von den zwei Impulsschaltungen, der Rückstellschaltung und der Automiestufe entweder im Zusammenwirken beider, oder durch eine von beiden allein entladen werden kann, wobei der Einschaltpunkt der Impulsabgabe beider Impulsschaltungen durch den Vergleich des Ladezustandes des Kondensators im zeitbestimmenden RC-Glied mit Hilfe von Vorspannungen gesteuert wird, von denen die eine Vorspannung der mit der Ausgangsstufe verbundenen Automatiestufe ständig anliegt, während die andere Vorspannung von einem nichtlinearen Spannungsteiler im Ausgang des Steuerteils, normalerweise aufgrund eines bioelektrischen Ventrikelpotentiales, impulsweise an die als Monovibrator arbeitende Rückstellschaltung abgegeben wird und der Ausschaltpunkt beider Impulsgeneratoren durch zusätzliche Schaltmittel in Porm eines spannungsverbrauchenden Gliedes,

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bspw. ein Widerstand oder ein geeigneter Halbleiter, so gelegt wird, daß die Rückstellschaltung des Kondensators des zeitbestimmenden Gliedes ausgiebiger entladet, als es durch die ausschließliche Punktion der Automatiestufe der Fall ist, Nach der Erfindung werden weiterhin die funktioneilen Beziehungen zwischen der Mickstellschaltung und der Automatiestufe durch entsprechende Schaltungsvarianten wahlweise für den jeweils vorliegenden Anwendungsz weck festgelegt, wie noch eingehend dargelegt wird.

Dazu ist die Schaltungsanordnung für die Grundsehaltung gemäß, der Erfindung wie folgt aufgebaut: Ein erster Transistor T 1. der aus vier Transistoren T 1 - T aufgebauten Steuereinheit hat einen ersten Widerstand R 1 in der Emitterleitung und bekommt seinen Eingangsimpuls durch einen ersten Kondensator C 1 am Emitter zugeführt. Mit der Basis des ersten Transistors T 1 ist der Emitter eines zweiten Transistors T 2 verbunden, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors T 1 und über einen zweiten Widerstand R 2, Kollektorwiderstand des ersten und Basiswiderstand des zweiten Transistors, mit der Spannungsquelle (Batterie) verbunden ist. Der Emitterstrom des zweiten Transistors T 2 fließt über einen dritten und vierten Widerstand R 3 und R 4» sein Kollektorstrom über einen fünften R 5» der sich parallel zur Emitter-Basis-Strecke eines dritten komplementären Transistors T 3 befindet, dessen Kollektorstrom über den vierten Widerstand R 4 zur Batterie fließt. Parallel zum vierten Widerstand R 4 befindet sich die Emitter-Basis-Strecke eines vierten Transistors T 4 , der den gleichen Leitungstyp aufweist, wie der erste und der zv/eite Transistor . Mit Hilfe dieser Anordnung werden alle Arbeitspunkte automatisch eingestellt und mit Hilfe der Verhältnisse zwischen den Widerständen drei, vier und fünf, die Kollektorströme des zweiten und dritten Transistors unabhängig von der Betriebsspannung auf einem konstanten ViTert gehalten.

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Dabei ist der fünfte Widerstand größer als der dritte und vierte zusammen, damit der dritte Transistor T 3 geöffnet ist. Diese Relation sowie die des dritten zum vierten Widerstand ist weiter so gewählt, daß der vierte Transistor T. 4 sicher geschlossen bleibt (und impulsmäßig im C-Betrieb ^arbeitet). Zwischen dem Yerbindungspunkt der Basis des ersten Transistors, dem Emitter des zweiten, seinem gleichstrommäßigen Emitterwiderstand, dem Widerstand R 3 und der Batterie ist ein frequenzabhängiges Glied aus einem zweiten Kondensator C 2 und einem sechsten Widerstand R 6, der relativ niederohmig gewählt ist, angeordnet. Gemeinsam mit dem dritten Widerstand R 3 wird über diesen sechsten Widerstand die Verstärkung des Systems festgelegt und durch Gegenkopplung auf den Emitter des zweiten und die Baas des ersten Transistors der Eingangswiderstand erhöht. Der vierte Transistor T 4 enthält in seiner Kollektorleitung einen dritten Kondensator C 3 und einen siebenten, relativ niederohmigen Arbeitswiderstand R 7, ^xder mit dem Widerstand R 5, dem Basiswiderstand des Transistors T. 3, in Reihe liegt. Parallel zu diesem RC-Glied liegt im Kollektorkreis des Transistors T 4 noch ein hochohmiger Widerstand R 8 als En'tladewiderstand für den Kondensator C 3.

Weiter ist der Ausgangsimpuls der Steuereinheit durch einen Spannungsteiler parallel zum Arbeitswiderstand des Transistors T 4 in seiner Größe beliebig wählbar. Der Impuls wird zur Weiterverarbeitung mit dem Umladezustand des Kondensators C 4 im zeitbestimmenden RC-Glied verglichen und erzeugt damit eine in ihrer Größe ebenfalls wählbare Totzeit ohne zusätzlichen Stromverbrauch.

Die Rückstellschaltung weist zwei komplementäre Transistoren T 5 und T β auf. Dabei wird der Transistor T β über den nichtlinearen Spannungsteiler R 1t, R 12, D 1, T 3 angesteuert, und steuert seinerseits den Transistor T 5 an, dessen Ausgangssignal auf die Baas des Transistors T 6 zurückkoppelt,

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Der Emitter des Transistors T 6 ist seinerseits über einen Widerstand R 16 mit dem zeitbestimmenden RC-Glied C 4/R 16 verbunden. Einmal geöffnet bleibt das komplementäre Transistorpaar T. 5; T 6 solange geöffnet, bis der Kondensator C 4 des zeitbestimmenden Gliedes C 4; R 16 sov/eit entleert ist, daß der Entladeungsstrom am Basiswiderstand R 13 nicht mehr eine zum Öffnen des Transistors T 5 ausreichende Spannung aufrechterhalten kann. Andererseits ist Jedoch wiederum eine gewisse Aufladung des Kondensators C 4 erforderlich, damit die Transistorkombination durch einen vom nichtlinearen Spannungsteiler abgegebenen Triggerimpuls gezündet werden kann.

Wenn ein Impuls den vierten Transistor öffnet, koppelt der an seinem Arbeitswiderstand entstehende Spannungsimpuls positiv auf den dritten und vierten Transistor zurück und steuert letzteren voll auf«, An seinem Arbeitswiderstand entsteht ein Impuls von annähernd der vollen Batteriespannung, der zu Steuerzwecken durch einen Spannungsteiler aufgearbeitet wird und exponentiell abklingt, weil sich der Koppelkondensator aufladet, wobei in gleichem Maß auch der Riickkopplungsimpuls abnimmt_o Nimmt der Verstärker jedoch eine Serie aufeinanderfolgender Impulse auf, wie es bspw. bei der Wechselstromeinstreuung der Fall ist, so wird der vierte Transistor periodisch geöffnet; der Koppelkondensator wird über den niederohmigeri Arbeitswiderstand schneller aufgeladen, als er sich über den hochohmigen achten Widerstand entladen kann, d. tu, daß ain Arbeitswiderstand kein Steuerimpuls mehr abgegeben wird. Gleichzeitig fließt, dann über den achten Widerstand ein ständiger Gleichstrom, entweder als Kollektorstrom oder in den Impulspausen als Entladestrom des dritten Kondensators, der gemäß der Erfindung als Steuerstrom genutzt wird, vornehmlich um bei der 50-Hz-Blockierung der Steuerfunktion die freilaufende Automatiefrequenz des Impulsgenerators zu erhöhen, oder, insbesondere bei externem Betrieb, zur Anzeige bestimmter Betriebszustände,

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Die Steuereinheit gemäß der Erfindung ist weiter so ausgelegt, daß sie sich bei einem definierten Spannungsabfall der Spannungsquelle automatisch abschaltet und der.freischwingenden Automatiestufe die Führung des Systems überträgt. Dazu wird ein zusätzlicher Widerstand in die KoI-^ lektorleitung des zweiten oder dritten Transistors, vorzugsweise des zweiten Transistors, eingeschaltet. Mit Hilfe dieses Widerstandes wird unter Ausnutzung des konstanten Kollektorstromes dieser Transistoren eine Spannungsgrenze definiert, mit der die Betriebsspannung ständig verglichen und bei deren Unterschreitung die Steuereinheit unwirksam wird.

Die Automatiestufe besteht, aus zwei Transistoren T 7 und T 8ο Der Einschaltpunkt des Transistors T 7 wird über einen Spannungsteiler R 17, R 18 festgelegt, Transistor T 8 wird von Transistor T 7 angesteuert und koppelt seinerseits über die Widerstände R 17 und R 19 auf Transistor T 7 zurück. Dabei wird gemäß der Erfindung der Ausschaltpunkt der Automatiestufe durch den spannungsverbrauchenden Widerstand R 19 höher gelegt, als der Ausschaltpunkt der Rückstellschaltung, so daß das durch die Rückstellstufe bewirkte Pausenintervall größer wird, als das von der Automatiestufe allein bewirkte.

Über den Widerstand R 15 und einer damit in Reihe liegenden Diode D 2 ist der Kollektor des Transistors T 8 weiterhin mit dem.zeitbestimmenden RC-Glied C 4; S 16 verbunden. Über diesen Weg wird während der Impulsabgabe der zeitbestimmende Kondensator O 4 entleert, allein oder im Zusammenwirken mit der Rückstellschaltung T 5; T 6, wodurch die Impulsbreite bestimmt wird. Über einen Widerstand R 20 wird der Transistor T 9 der Ausgangsstufe angesteuert und von diesem über ein RC-Glied C 5; R 22 ein Ausgangsimpuls abgegeben.

Mit dieser Grundsehaltung gemäß der Erfindung werden durch die nachfolgend beschriebenen Schaltungsvariänten vier verschiedene Betriebsweisen erzeugt, ohne daß wesentliche Änderungen der Schaltungskonzeption erforderlich sind. Diese Betriebsweisen werden im folgenden einschließlich der damit erzielbaren Wirkungen kurz dargestellt.

a) - Die Automatiestufe übt keine direkten Rückwirkungen auf die Rückstellschaltung aus, Rückwirkungen sind nur über den äußeren Kreis über die Ausgangs- und Steuerstufe möglich. Bei dieser Betriebsweise erhöht sich die Grundfrequenz des Herzschrittmachern immer dann, wenn die Steuereinheit ausfällt, sei es durch die periodische Interferenz von Störimpulsen oder durch das Zuschalten entsprechend geeigneter Schaltmittel oder durch Unterschreiten der jeweils festgelegten unteren Betriebsspannungsgrenze.

Wesentlich bei der Triggerung der Rückstellstufe durch die Automatiestufe über die Steuereinheit ist auch, daß die Entladung des Kondensators C 4 im zeitbestiminenden RC-Glied und damit die Impulsdauer während eines Automatieimpulses durch unabhängig voneinander wirkende Anordnungen, durch die Rückstellschaltung einerseits und durch die Automatiestufe andererseits bewerkstelligt werden kann. Werden beide gleich groß festgelegt, so bewirkt die Blockierung der Steuereinheit einschließlich der Rückstellstufe nach der Erfindung gleichzeitig mit der Frequenzerhöhung eine Verdopplung der Impulsbreite (Entladet hingegen die Rückstellschaltung in zeitbestimmenden Kondensator wesentlich langsamer als die Automatiestufe, so tritt im Blockterungsfall der Steuerstufe keine nennenswerte Impulsverbreiterung auf). Damit wird mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung auf einfache Weise eine mitunter dringend benötigte Leistungsreserve für Fälle geschaffen, bei denen eine höhere Automatiefreqtienzund/oder ein breiterer Impuls angebracht sind (Schwellenanstieg oder andere kritische Zustände wie Fieber, Operationen oder dgl.).

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Auch das umgekehrte Verhalten, Verschmälerung des Reizimpulses beim Umschalten des Herzschrittmachers auf die Pestfrequenz zur Batterietestung, ist mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung bei dieser Betriebsweise mit einfachen Mitteln realisierbar. Damit kann bspw. geprüft werden, ob die überschwellige Reizung noch mit einem genügend großen Sicherheitsabstand erfolgt. Dazu wird ein durch geeignete Schaltmittel zu bzw. abschaltbarer Entladewiderstand parallel zur impulsdauerbestimmenden Entladungsstrecke (D 2 ; R 15) der Automatiestufe eingeführt. Nach der Erfindung lassen sich beide Reaktionsweisen, Verkürzung oder Verlängerung der Impulsbreite, ohne'wesentliche Schwierigkeiten in einem Schrittmacher vereinen, indem durch geeignete Schaltmittel mit mehreren möglichen Schaltzuständen die entsprechend zugehörigen, bereits beschriebenen Schaltelemente zu bzw. abgeschaltet werden. Die beschriebene Möglichkeit, durch geeignete Schaltmittel beim Umschalten auf die Schrittmacher-Automatie den Impuls zu verbreitern, kann nach der Erfindung vorteilhaft insbesondere für Herzschrittmacher ausgenutzt werden, die mit Lithium-Batterien als Spannungsquelle betrieben werden. Bei Festkörper-Lithium-Batterien steigt mit zunehmender Entladung der Innenwiderstand auf Bereiche über 20 bis 30 kOhm an, so daß die Kontrolleinrichtung nicht auf eine Lastabhängigkeit der Klemmenspannung reagieren darf. Deshalb wird gemäß der Erfindung zur Zeit der Batteriekontrolle ein ladungskonstanter Ausgangsimpuls abgegeben. Es wurde schon mehrfach darauf hinwiesen, daß die Impulsbreite dadurch gesteuert werden kann, daß parallel zum Ausgangskondensator ein Spannungsdiskriminator gelegt wird, dessen Ansprechen bei einer festgelegten Ladung des Ausgangskondensators den Reizimpuls beendet. Wird gemäß der Erfindung beim Umschalten des Herzschrittmachers auf Automat ie mit Impulsverbreiterung weiterhin eine solche Einrichtung hinzugeschaltet, die den Reizimpuls im Sinne des ladungskonstanten Reizimpulses verkürzt, so liegen stabilisierte Verhältnisse vor, die es erlauben, den Batterie-

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zustand auf dem Wege einer Spannungsabhäng.gkeit der Automatiefrequenz zu kontrollieren. Da die Diskriminatorspannung hier konstant gehalten wird (ladungskonstante Impulse) und dem Dachabfall des Impulses entspricht, ergibt die Relation Amplitudenhöhe: Dachabfall eine weitere Möglichkeit, durch Oszillografie die Spannungshöhe zu bestimmen, unabhängig von der Frequenzkontrolle, so daß die höhere Anfälligkeit der Frequenzkontrolle gegen technische Störungen, die sich aus der Abhängigkeit von einem hochohmigen Teil der Schaltung ergibt, vermieden wird. Weiterhin läßt sich eine Ladungskonstanz erfindungsgemäß durch einen Ausgangskondensator erreichen, indem seine Größe und die Impulsverbreiterung so gewählt werden, daß bei der Kontrolle mit Hilfe geeigneter Schaltmittel, bspw. Magnetschalter, der Ausgangskondensator praktisch vollständig entladen wird, so daß Abhängigkeit der Frequenz vom Lastwiderstand vernachlässigbar klein wird. Die Ladungsbegrenzung des Ausgangsimpulses ist bei Herzschrittmachern, die mit Lithium-Batterien als Spannungsquelle arbeiten, besonders günstig mit einer aus zwei Transistoren gleichen Leitungstyps bestehenden, an sich bekannten Spannungsverdopplerschaltung zu erzielen, weil sich in dieser der Kondensator über den kleinen Eingangswiderstand einer Basisetufe entleert und damit innerhalb des verbreiterten Reizimpulses eine vollständige Umladung des Kondensators in Spannungsverdopplung gewährleistet ist.

b) — die Rückstellstufe wird durch die Automatiestufe blockiert, d. h_o, das Intervall von der Abgabe des ersten Automatieimpulses ist größer als die nachfolgenden Impulsabstände, die durch die Automatiestufe allein bestimmt v/erden. Die Schaltung zeigt in diesem Pail das als Hysterese bezeichnete Verhalten. Dieser Effekt wird nach der Erfindung bspw.. durch Verbindung des Emitters von Transistor T 6 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D 2 und dem Serienwiderstand R 15 erzielte

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c) - Die Rückstellstufe wird durch die Automatiestufe getriggert ο Der Herzschrittmacher des genannten Typs zeigt in dieser SchaltungsVariante ein einheitliches Verhalten, die Automatiestufe setzt ein, wenn innerhalb des durch seine Grundfrequenz (und die Totzeit) vorbestimmten Zeitintervall es kein Rückstellimpuls erfolgt, und die Grundfrequenz bleibt auch unverändert, wenn bspw. durch eine 50 Hz-Interferenz oder durch Ein- bzw. Umschalten geeigneter Schaltmittel die Steuereinheit außer Funktion gesetzt wird. Dieses Verhalten wird gemäß der Erfindung erreicht, indem bspw. eine Diode und ein entsprechend bemessener Widerstand zwischen den Kollektor des Transistors T 8 und die Basis des Transistors T 6 geschaltet werden, und zwar so, daß der Transistor T 6 durch Transistor T 8 getriggert wird.

d) -.Die Automatiestufe wird durch die Rückstellschaltung getriggert. In diesem Fall arbeitet die Schaltung gemäß der Erfindung als R-Wellen-synchroner Herzschrittmacher,, Der Aufbau eines entsprechenden SpezialSchrittmachers ist zwar wesentlich einfacher möglich, er gestattete jedoch nicht die gemäß der Erfindung mögliche Umschaltung von R-Wellen-Blockierung auf R-Wellen-Triggerung, wie sie bspw. beim externen Herzschrittmacher zur Assistenz eines internen Schrittmachers oder bei der Triggerung eines internen Schrittmachers durch Muskelpotentiale im Bereich der Schrittmachertasche erforderlich ist. Diese Umschaltmöglichkeit läßt sich weiterhin auch in den Fällen besonders vorteilhaft anwenden, in denen man bisher gezwungen war, den R-Wellen-gesteuerten gegen einen R-WeIlen-synchronen Herzschrittmacher auszutauschen. Auch dieses Verhalten ist mit der Grundschaltung gemäß der Erfindung realisierbar, indem zwischen die Basen der Transistoren T 6 und T ein Widerstand in Reihe mit einer Diode geschaltet wird, so daß Transistor T 7 gleichzeitig mit dem Transistor T getriggert wird.

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Die Grundschaltung gemäß der Erfindung weist jedoch noch weitere Eigenschaften auf, die in Verbindung mit jeweils einer der genannten Betriebsweisen zu weiteren vorteilhaften, neuen Effekten ausgenutzt werden können. So^läßt sich bspw. die Punktion der Rückstellstufe beim internen Betrieb nach äußeren projizieren, indem die Rücksteilstufe einen kurzen Ausgangsimpuls an die Ausgangsstufe abgibt, wie er sich aus der Differenzierung der ansteigenden Impulsflanke gewinnen läßt. Dieser kurze Nadelimpuls wird dabei so bemessen, daß er biologisch unwirksam ist und zur Kontrolle der R-Wellen-gesteuerten Funktion ausgenutzt werden kann. Dazu wird eine kleine Kapazitat in Reihß mit einem kleinen, zur Strombegrenzung dienenden Serienwiderstand zwischen dem Emitter des Transistors T 5 und der Basis des Transistors T 8 angeordnet, so daß ein Impuls der Rückstellstufe die Ausgangsstufe kurzzeitig öffnete Zusammen mit der bereits beschriebenen Impulsverbreiterung und dem automatischen Abschalten des Steuerteils beim Spannungsabfall der Spannungsquelle unter einen festgelegten Grenzwert, läßt sich damit ein Herzschrittmacher aufbauen, der zu Kontrollzwecken drei verschiedene Impulse abgibt, einen kurzen Nadelimpuls zur Anzeige und Kontrolle der R-Wellen-Steuerung, einen normal breiten Stimulations-Impuls bei Herzschrittmacherautomatie und einen verbreiterten Impuls bei Batterieerschöpfung.

Aus dem gemäß der Erfindung konstant hoch festgelegten Eingangwiderstand der Steuereinheit ergibt sich insbesondere für externe Herzschrittmacher die Möglichkeit einer vorteilhaft einfachen Eicheinrichtung, die nur im Leerlauf wirksam weraden kann_o

An den Kollektorwiderstand der Ausgangsstufe R 22 wird über eine Drucktaste ein (hochohmiger) Zusatzwiderstand an die negative Sammelleistung angeschlossen. Beim Schluß der Taste entsteht damit ein durch diesen Spannungsteiler (und wenig durch den .Eingangswiderstand des Steuerteils)

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festgelegter negativer Eichimpuls, ein positiver nach Umladung des Eingangskondensators C t durch Loslassen der Taste. Bei angeschlossener Elektrode liegt hingegen ein wesentlich kleinerer Widerstand parallel zum Widerstand R 22, das Teilerverhältnis und damit der Eichimpuls verkleinert sich um eine Größenordnung und wird damit für Das Steuerteil unterschwellig. Es ist somit nicht möglich, während des Betriebes eines externen Schrittmachers durch Betätigung der Eichtaste die Schrittmacherfunktion zu stören.

Weiter gestattet das dargestellte Prinzip der Grundschaltung neben den bisher beschriebenen verschiedenen Betriebsweisen auch den Aufbau von SpezialSchrittmachern zur Behandlung der Tachycardie mit ebenfalls relativ einfachen Mitteln. Wenn nämlich eine Tachycardie auf einer kreisenden Erregung beruht, kommt sie zustande, indem ein unidirekt ionaler Block vorliegt und eine verzögerte Erregungsausbreitung, so daß die Gesamtlaufzeit eines Erregungszyklus größer wird als die jeweiligen Refraktärzeiten der beteiligten Strukturen. Ein einziger, zur richtigen Zeit gesetzter Stimulus reicht aus, diese kreisende Erregung zu unterbrechen, indem zwei Erregungsfronten gegeneinander laufen und sich gegenseitig auslöschen.

Pur diesen Anwendungsfall wird gemäß der Erfindung die Totzeit des Systems größer gewählt als üblich, so daß sie. mehr als die Hälfte der Periodendauer der Automatie beträgt. Dazu wird der im Steuerteil angeordnete Spannungsteiler R 11i; R 12 entsprechend verändert.. Weiter ist für die externe Anwendung der Herzschrittmacher mit einer Anzeigevorrichtung für die Steuereinheit und die Automatiestufe sowie einer Einstellvorrichtung für die Hysterese (R 19 : R 20) und zur Veränderung der Grundfrequenz versehen. Die große Totzeit bewirkt, daß die Rückstellschaltung bei jedem zweiten Tachyarrhythmie-Impuls des Herzens das Intervall zurückstellt.

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Wird die Automatie-Frequenz langsam gesteigert und der erste Automatie-Impuls freigegeben, so folgt der nächste aufgrund der Hysterese vorverlegt, und zwar um so mehr, je höher die Frequenz gewählt wird. Durch die große Totzeit erfolgt also eine Frequenzteilung, und bei der jeweils zweiten Herzaktion wird ein Schrittmacherimpuls mit einer Verkürzung des Intervalles abgegeben. Dies geschieht solange, bis die Totzeit überschritten ist und die Rückstellschaltung anspricht, do h., entweder die Hysterese oder die Frequenz werden solange verändert, bis eine orthorhythmische Stimulation die Tachycardie unterbricht. Derart gezielte Einzelimpulse sind das schonendste elektrotherapeutische Verfahren, während das sonst vielfach angewandte "overdriving" die bei der Tachycardie ohnehin vermehrte Stoffwechselbelastung des Herzmuskels noch weiter erhöht. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß eine ungesteuerte langsame Stimulation nicht nur zufällig die orthorhythmische Phase, sondern auch "die vulnerable Phase stimulieren kann, beiden mit der Gefahr repetitiver Extrasystolen oder gar des Vorhof- oder Kammerflimmerns.

Die Vergrößerung der Totzeit kann dabei gemäß der Erfindung nicht nur im Spannungsteiler-Ausgang des Steuerteils fest eingestellt, sondern, insbesondere für die interne Anwendung, auch vom Herzschrittmacher selbständig bei Tachycardien eingeschaltet werden, und zwar mittels entsprechender Dimensionierung des Rückkopplungskondensators C 3 und seines Entladewiderstandes R 8 im Ausgang des Steuerteils; reicht nämlich das Pausenintervall nicht mehr zur vollständigen Entladung des Rückkopplungskondensators R 3 aus, so verkleinert sich der Ausgangsimpuls des Steuerteils, was einer Erhöhung der Totzeit entspricht. Ein solches internes System hat gegenüber der schon erwähnten willkürlichen oder automatischen Umschaltung auf Festfrequenz den Vorteil, daß eine Stimulation in der vulnerablen Phase weniger wahrscheinlich wird, weil trotz der verlängerten Totzeit noch eine Rückstellmöglichkeit besteht, so daß kurz nach einem natürlichen Impuls

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kein künstlicher innerhalb des entsprechenden Zeitraumes abgegeben werden kann.

Eine weitere Vergrößerung der Zeitkonstante von C 3 auf R 8 bewirkt, daß bereits bei Frequenzen, wie sie bei einer Tachyarrhythmie des Herzens auftreten, die Rückstellschaltung unwirksam gemacht wird und somit genau so wie beim Auflegen des Schaltungsmagneten für den Schalter S Ti,der Grundrhythmus der Automatiestufe auftritt. Ein solcher sogenannte!^ "umgekehrter Demand-Pacemaker" kommt für diejenigen Patienten in Betracht, die beim Auftreten einer Tachyarrhythmie mit ungenügender Förderleistung des Herzens bewußtlos werden. Es ist also, wie ersichtlich, derselbe Mechanismus, der normalerweise zum Ausschalten des Steuerteils bei 50 Hz-Interferenz vorgesehen ist, der, lediglich durch Veränderung des Kondensators C 3, bei Tachyarrhythmien des Herzens den Rückstellmechanismus ausschaltet oder bei nur gradueller Ausprägung seine Totzeit vergrößert.

Mit derselben Grundschaltung läßt sich ein weiterer spezieller externer orthorhythmischer Schrittmacher aufbauen. Dazu steuert das Steuerteil zusätzlich eine Zählschaltung an, die nur während der Dauer des jeweils η-ten (bpsw. zehnten) Herzzyklus einen geeigneten Schalter schließt, durch den erst die Aufladung des zeitbestimmenden RG-Gliedes im Impulsgenerator ausgelöst wird; dessen Frequenzregelung bestimmt also, in welchem Abstand bei jedem η-ten Herzzyklus ein Reizimpuls eingefügt wird. Zweckmäßigerweise wird ein derartiger externer Schrittmacher außerdem mit einer Anzeigeeinrichtung für jeden η-ten Zyklus ausgerüstet. Schließlich ist die bei externen Herzschrittmachern übliche Anzeigeeinrichtung für die Funktion des Schrittmachers, die getriggerten oder freischwingenden Betrieb anzeigt, mit der Grundschaltung gemäß der Erfindung relativ einfach und mit erweitertem Informationswert realisierbar. Dazu wird je ein Signalabgriff parallel zum Arbeitswiderstand der Steuereinheit und zum Arbeitswiderstand der Automatiestufe angeordnet.

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Aus den daraus resultierenden Signalen lassen sich mittels einer entsprechenden Anzeige bspw. eine von einem Emitterfolger gespeiste Leuchtdiode die jeweiligen Betriebszustände übersichtlich darstellen. Dabei signalisiert das Auftreten des 1. Signals allein die R-WeIlen-Blockierung, des 1. und 2. Signales zusammen den freilaufenden Betrieb der Automatiestufe und des 2. Signales allein die Blockierung der Steuereinheit bspw. durch eine 50-Hz-Interferenz.

Weiter ist mit dem bereits beschriebenen automatischen Abschalten der Steuereinheit beim Spannungsabfall der Spannungsquelle unter einen festgelegten Wert, beim externen Betrieb in Verbindung mit der beschriebenen Auswertelogik, eine vorteilhafte Überwachung der Batteriespannung möglich. Dazu wird der Spannungsverbrauchende Widerstand in der Kollektorleitung von Transistor T 2, mit dessen Hilfe der untere. Grenzwert der Speisespannung definiert wird, durch einen geeigneten Schalter überbrückt. Der Test erfolgt im Leerlauf. Im Leerlauf wird, da keine R-We11en-Blockierung vorliegen kann, freilaufende Herzschrittmacher-Automatie angezeigt, d. h., es liegen beide Signale vor. Mit dem Öffnen des Schalters wird der Spannungsverbrauchende Widerstand zugeschaltet. Verschwindet mit der Zuschaltung das 1. Signal, so liegt ein Spannungsabfall der Batterie in einem Bereich vor, in dem bei Überbrückung des Spannungsverbrauchenden Widerstandes zwar noch alle Herzschrittmacherfunktionen erhalten sind, der jedoch nur noch eine begrenzte störungsfreie Betriebsdauer erwarten läßt.

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Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 - die Grundschaltung für den R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher gemäß der Erfindung

Pig. 2 - die SchaltungsVariante zur Blockierung der Rückstellstufe durch die Automatiestufe

Pig. 3 - die Schaltungsvariante, bei der die Rückstellstufe durch die Automatiestufe getriggert wird

Pig. 4 - die Schaltungsvariante, bei der die Automatiestufe durch die Rückstellstufe.getriggert wird

Pig. 5 - die Schaltungsvariante zur Erzeugung des Indikatorimpulses

Pig. 6 - die Schaltungsanordnung zur Signalisierung der Batterieerschöpfung

Pig. 7 - die Schaltungsanordnung zum Einsatz der Grundschaltung gemäß der Erfindung zur orthorhythmischen Tachyarrhythmie-Behandlung

Pig. 8 - die Eicheinrichtung für die externe Anwendung des Herzschrittmachers gemäß der Erfindung '

Pig. 9 - die Anzeige- und Kontrolleinrichtung für die externe Anwendung des Herzschrittmachers gemäß der Erfindung»

In. Pig. 1 ist die Grundschaltung des erfindungsgemäß aufgebauten Herzschrittmachers dargestellt, die allen beanspruchten Schaltungsvarianten zugrunde liegt. Der Eingangstransistor Q? 1 ist ein pnp-Transistor, damit er durch den negativen Stimulationsimpuls und von dem vornehmlich negativen bioelektrischen Aktionspotential geschlossen wird.

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Der Eingangsimpuls wird dem Transistor T 1 über den Kondensator C 1 am Emitter zugeführt. Bei einem positiven Aktionspotential tritt durch den Eingangskondensator C 1 und die Emitter-Basis-Diode des Transistors T 1 eine Impulsumkehr ein, so_tdaß die abfallende Flanke des Impulses die Schaltung aussteuert. Weiter ist der Emitter des Transistors T 1 über den Widerstand R 1i mit der positiven Sammelleitung verbunden. Mit. der Basis des Transistors T 1 ist der Emitter des Transistors T 2 über den Widerstand R 10 gekoppelt und die Basis von T 2 direkt mit dem Kollektor des Transistors T I, wobei der Widerstand R 2 gleichzeitig als Kollektorwiderstand von T 1; und als Basiswiderstand von T 2 die Verbindung zur Spannungsquelle herstellt. Der Emitterstrom des Transistors T 2 fließt über die Widerstände R 3 und R 4, sein Kollektorstrom über den Widerstand R 5, der parallel zur Emitter-Basis-Strecke des komplementären Transistors T 3 angeordnet ist. Der Kollektor des Transistors T 3 liegt über die Widerstände R 9 und R 4 an der positiven Sammelleitung. Parallel zum Widerstand R 4 ist die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T 4 angeordnet, wobei der Emitter an der positiven Sammelleitung liegt» Der Kollektor ist über den Widerstand R 8 mit der negativen Sammelleitung verbunden. Mit Hilfe dieser Anordnung lassen sich am Steuerteil zunächst alle Arbeitspunkte automatisch einstellen, wobei mit Hilfe der Verhältnisse zwischen den Widerständen R 3, R 4 und R 5 der Kollektorstrom der Transistoren T 2 und T 3 unabhängig von der Betriebsspannung auf einem konstanten Wert gehalten wird. Die Schaltung ist dabei so ausgelegt, daß der Spannungsabfall aus dem Emitterstrom von T 2 mal die Summe der Widerstände R 3 plus R 4 zuzüglich dem Produkt aus dem Kollektorstrom, yon T 3 mal R 4 nicht größer v/erden kann, als die Öffnungsspannung des Transistors T 1i, der dann über seinen Arbeitswiderstand R 2 die weitere Stromzufuhr drosselt. Mit Hilfe des Widerstandes R 5 wird der Kollektorstrom des Transistors T 3 wesentlich bestimmt, der als Arbeitswiderstand dienende Widerstand T 7 kann dabei wegen seiner relativ niederohmigen Auslegung vernachlässigt werden»

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Die Spannungsdifferenz, um die der Spannungsabfall aus dem Produkt Emitterstrom von T 2 mal die Summe der Widerstände R 3 plus R 4 kleiner ist als sein Kollektorstrom mal R 5, muß durch den Kollektorstrom des Transistors T 3 als Spannungsabfall an seinem Arbeitswiderstand R 4 eingebracht werden. Der Widerstand R 5 ist größer als die Summe aus den Widerständen R 3 plus R 4, damit der Transistor T 3 geöffnet wird, andererseits wird der Spannungsabfall an R4 durch die Summe von Emitterstrom von T 2 und Kollektorstrom von T 3 so niedrig gehalten, daß der Transistor T 4 sicher geschlossen bleibt, da andernfalls Selbsterregung in der Rückkopplungsschaltung von T 4 auf T 3 eintreten würde₀ Zwischen dem Verbindungspunkt des Transistors T 1, dem Emitterwiderstand R 10 des Transistors T 2, dem Widerstand R 3 und dem Anschluß zur positiven Sammelleitung ist ein frequenzabhängiges Glied aus dem Kondensator C 2 und dem Widerstand R 6 angeordnet, wobei der Widerstand R 6 relativ niederohmig gewählt ist. Die Verstärkung wird durch die Gegenkopplung über R 3 auf die Basis des Transistors T 1 durch das Verhältnis zum nichtlinearen Glied C 2; R β festgelegt. In der vorliegenden Schaltung wird über die schaltungsmäßig konzipierte, starke Gegenkopplung ein hoher Eingangsv/iderstand der Steuerschaltung erreicht, der letztlich kaum noch durch die Transistordaten, sondern im wesentlichen durch parallel liegende ohmsche Widerstände bestimmt wird. Darüber hinaus werden die Eigenschaften der Grundschaltung weitgehend unabhängig von den Transistordaten sowie von der Batterie spannung und es können sehr niedrige Kollektorströme gewählt werden. Der Transistor T 4 enthält in seiner Kollektorleitung den Kondensator C und den relativ niederohmigen Arfceitswiderstand R 7» der mit dem Widerstand R 5 zum Kollektor des Transistors T 2 bzw. zur Basis des Transistors T 3 in Reihe liegt. Weiter dient der (hochohmige) Kollektorwiderstand R 8 des Transistors T 4 als Entladewiderstand für den Kondensator C Die beiden Widerstände R 9; R 10 dienen in dieser Anordnung nur zur Strombegrenzung bei der gegenseitigen Durchsteuerung

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der Transistoren T 3 und T 4, d. h. zur Einschränkung eines überflüssigen Stromverbrauches, der Begrenz erv/iderst and R ist aus Anpassungsgründen in die Emitterleitung gelegt. Es ist lediglich eine Präge der Dimensionierung, .ob sie in einer ganz anderen Form wirksam werden, nämlich zum automatischen Umschalten auf die "Sicherheitsfrequenz" beim Spannungsabfall der Batterie oder zur Spannungskontrolle der Batterie beim externen Pacemaker.

Die Rückstellstufe besteht aus zwei komplementären Transistoren T 5 und T 6. Dabei wird der Transistor T 6 über den Widerstand R 11. angesteuert, dessen anderer Anschluß zwischen dem Kondensator C 3 und dem Widerstand R 7 liegt. Der Transistor T 6 steuert seinerseits den Transistor T 5 an, dessen Ausgangssignal einmal auf die Basis von T 6 zurückgekoppelt und andererseits über die Reihenschaltung der Diode D 1 und dem V/iderstand R 12 an die Basis des Transistors* 5D 3 geführt v/ird. Der Emitter des Transistors T 5 liegt an der positiven Sammelleitung, und der Emitter des Transistors T 6 ist über den Widerstand R 14 mit dem zeitbestimmenden RC-Glied der Automatiestufe, dem Kondensator C 4 und dem Widerstand R 16 verbunden.

Die Automatiestufe besteht aus zwei Transistoren T 7 und T 8. Dabei wird der Einsehaltpunkt des Transistors T 7 über einen Spannungsteiler aus den V/iderständen R 17 und R 18 festgelegt, wobei R 18 mit seinem zweiten Anschluß an der positiven Sammelleitung liegt. Der Transistor T 8 wird von dem Kollektor des Transistors T 7 angesteuert und koppelt seinerseits über den an seinem Kollektor angeordneten Arbeitswiderstand R 20 und dem Widerstand R 17 auf die Basis von T 7 zurück. Der Kollektor des Transistors T 8 ist, über die Reihenschaltung aus der Diode D 2 und dem Widerstand R 15 mit dem zeitbestimmenden RC-Glied C 4; R 16 verbunden. Dabei wird gemäß der Erfindung der Ausschaltpunkt der Automatiestufe durch den Spannungsverbrauchenden Widerstand R 19 höher gelegt als der Ausschaltpunkt der Rückstell -

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schaltung, so daß das durch die Rückstellstufe bewirkte Pausenintervall größer wird, als das durch die Automatiestufe allein bewirkte. /

Über den Y/iderstand R 20, dessen Abgriff zwischen den Widerständen R 17 und R 19 liegt, wird der Transistor T. 9 der Ausgangsstufe angesteuert und von diesem über ein RC-Glied aus dem Kondensator C 5 und dem Widerstand R 22 ein Ausgangsimpuls abgegeben. Dabei legt derSpannungsteiler aus den Widerständen R 20 und R 2.1 den Aussehaltpunkt des Transistors T 9 fest.

In der vorliegenden Schaltung bestimmt das RC-Glied R 16; C 4 alle Zeitfunktionen, einerseits die Frequenz der Automatiestufe und andererseits die Totzeit für die Rückstellschaltung. Dabei bestimmt die jeweilige Aufladung des zeitbestimmenden RC-Gliedes R 16; C 4 den Zeitpunkt für die Zündung der Rückstellschaltung durch einen mit Hilfe des Spannungsteilers R 1T; R 12 plus zweier Diodendurchlaßstrecken D 1 und T 3 festgelegten Steuerimpulse. Durch diese nichtlineare Auslegung des Spannungsteilers wird eine Verlängerung der Totzeit bei einem durch Spannungsabfall der Batterie verursachten Frequenzabfall verhindert. Der Einschaltpunkt der Automatiestufe wird ebenfalls durch die Höhe der Aufladung des zeitbestimmenden Kondensator C 4 bestimmt. Mit Erreichen der Höhe dieser Aufladung wird der Transistor T 7 durch die dadurch anliegende Spannung leitend und öffnet auch Transistor 18, dessen am Arbeitswiderstand R 20 entstehender Ausgangsimpuls über R 17 auf T 7 rückkoppelt, so daß Transistor T 8. vollständig durchgeschaltet wird,,

Die bisherige Beschreibung der Grundschaltung entspricht der SchaltungsVariante gemäß Punkt 1 des Erfindungsanspruches, bsi der keine direkte Rückwirkung der Automatiestufe auf die Rückstellstufe vorliegt. Aus der beschriebenen unterschiedlichen Entladung des zeitbestimmenden Kondensator C 4 durch die Rückstellstufe bzw. die Automatiestufe folgt, daß bei

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Blockierung der Steuereinheit (und damit auch der Rückstellstufe) durch interne oder externe Einwirkungen (bspw. gezieltes Abschalten mittels eines extern schaltbaren Magnetschalters oder durch 50-Hz—Interferenz) die Frequenz der Automatiestufe bei gleichzeitiger Impulsverbreiterung ansteigt O

Die Schaltungsvariante zur Blockierung der Rückstellstufe durch die Automatiestufe wird in Fig. 2 dargestellt. Dazu wird der Emitter des Transistors T 6 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode D 2 und dem Widerstand R 15 verbunden. Die Schaltung zeigt bei dieser Variante das als Hysterese bezeichnete Verhalten, d_o h., das Pausenintervall vor Abgabe des ersten Automatieimpulses ist größer als die folgenden Impulsabstände, die durch die Automatiestufe allein bestimmt werden. Die Widerstände R 14; R 15 liegen dabei parallel, so daß einer von beiden entfallen kann.

Soll die Schaltung in allen Fällen eine einheitliche Frequenz und Impulsbreite aufweisen, ist gemäß der Erfindung zwischen den Kollektor des Transistors T 8 und die Basis des Transistors T 6 eine Diode D 3 und ein Widerstand R einzuschalten (Fig. 3)ο Dabei ist der Widerstand R 24 so bemessen, daß Transistor T 6 durch Transistor T 8 getriggert wird. Bei dieser SchaltungsVariante des R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmachers setzt die Automatiestufe ein, wenn innerhalb des durch die vorliegende Grundrequenz (und die Totzeit) vorbestimmten Zeitintervalles kein Rückstellimpuls erfolgt, und diese Grundfrequenz bleibt auch unverändert, wenn die Steuereinheit aus den bereits mehrfach beschriebenen Gründen nicht arbeitete Soll hingegen die Automatiestufe. durch die Rückstellstufe getriggert werden, so daß die Schaltung gemäß der Erfindung das Verhalten eines R-Wellen-synchronisierten Herzschrittmachers aufweist₉ so ist zwischen die Basen der Transistoren T 6 und T 7 ein Widerstand R 25 in Reihe mit einer Diode D 4 zu schalten«,

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Diese zusätzlichen Bauelemente bewirken, daß der Transistor T 7 gleichzeitig mit Transistor T 6 getriggert wird (Pig.4>. Das Schließen des Schalters S 3 verwandelt somit einen R-Wellen-blockierten Schrittmacher in einen R-Wellen-synchronisierten. Zur Erzeugung eines Indikator-Impulses, mit dessen Hilfe die Blockierungsfunktion bei Vorhandensein eines bioelektrischen Herzpotentiales nachgewiesen wird, ist ein Kondensator C 6 mit einer relativ kleinen Kapazität in Serie mit einem Strombegrenzungswiderstand R 26 zwischen dem Emitter des. Transistors T 6 und der Basis des Transistors T 8 angeordnet (Pig. 5). Damit wird durch einen Impuls der Rückstellstufe die Ausgangsstufe kurzzeitig geöffnet und von dieser ein biologisch unwirksamer liadelimpuls am Ausgang erzeugt, der zur Anzeige der R-Wellen-Blοckierungsfunktion ausgenutzt werden kann. Die Diode D 5 verhindert Rückwirkungen auf den Impulsgenerator. Zur Signalisierung der Batterieerschöpfung gemäß Punkt 3 des Erfindungsanspruches wird zwischen die negative Sammelleitung und den Kollektor des Transistors T 2 ein spannungsverbrauchender Widerstand R 27 eingeschaltet.. Unter Ausnutzung des konstanten Kollektorstromes dieses Transistors R 2 (Punkt des Erfindungsanspruches) wird mit Hilfe des Widerstandes R 27 eine aus der Größe des Kollektorstromes und dem Widerstandswert resultierende Spannungsgrenze definiert, mit der die Betriebsspannung ständig verglichen wird. Unterschreitet die Betriebsspannung diesen definierten Wert, so wird das Steuerteil automatisch blockiert und der Herzschrittmacher auf Automatiebetrieb umgeschaltet (Pig. 6).

Der Einsatz des beschriebenen Systems für die Besonderheiten bei der Tachyarrhythmie-Behandlung gemäß den Punkten 7ound S. des Erfindungsanspruches soll nachfolgend näher ausgeführt werden. Es wird angenommen, daß die Totzeit 3/4 des Grundintervalles beträgt, die Hysterese 100 ms und eine Tachycardie von 150/Min. (T = 400 ms) vorliegt (und die Herzschrittmacherimpulse nicht in die Tachycardie eingreifen).

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Bis zu einer Herzschrittmacher-Frequenz von 75/min. (T = 800 ms) stellt jede zweite Herzaktion (Totzeit=600 ms) den Schrittmacher zurück, bis die erste Impulsabgabe erfolgt. Die nächsten Impulse folgen dann aufgrund der Hysterese in Abständen von 100 ms (bei einer Totzeit von 500 ms). ^Jeweils unter Auslassung einer Herzaktion gibt also der Schrittmacher Impulse ab, die 300 ms und 200 ms nach der jeweiligen Herzaktion eintreffen. Nach dem 200 ms-Impuls wird die Schaltung von der übernächsten Herzaktion zurückgeschaltet, und der Zyklus wiederholt sich. Durch die große Totzeit erfolgt also eine Frequenzteilung, und jeweils eine über die andere Herzaktion wird ein Schrittmacherimpuls mit einer Verkürzung des Intervalles durchgeschoben, solange, bis die Totzeit überschritten ist und die Rückstellschaltung anspricht.

Ein Ausführungsbeispiel für die Lösung nach Punkt 9 des Erfindungsanspruches ist in Fig. 7 wiedergegeben. Bei unveränderter Grundschaltung ist im zeitbestimmenden RC-Glied C 4; R 16 der Abgleichwiderstand R 16 durch ein Potentiometer in Serie mit einem Schalter S 4 ersetzt, wobei der Schalter S 4» realiter natürlich ein Schalttransistor, von einer Zähischaltung in einem definierten Schaltzustand, beispielsweise nach jedem zehnten Impuls, geschlossen wird, den der Ausgang der Steuerschaltung, Transistor T 4 und Arbeitswiderstand R 7 an die Zählschaltung abgibt. Jetzt kann sich der Kondensator C 4 aufladen, und die Automatiestufe mit den Transistoren T 7; T 8 kann einen Ausgangsimpuls abgeben. Dieser selbst bewirkt aber wiederum einen Impuls für die Zählschaltung, die in diesem Zählschritt den Schalter S 4 öffnet bis ihn die vorgewählte Zahl von Zählschritten wieder schließt. Das Schließen des Schalters wird von einer Indikatorschaltung III angezeigt, die Indxkatorschaltungen I und II entsprechen der Anordnung gemäß Punkt 11 des Erfindungsanspruches. Ist das durch R 16 eingestellte Impulspausen-Intervall größer als das Intervall der Steuerimpulse, so kann kein Impuls abgegeben werden, und die Rückstellschaltung entladet den Kondensator G 4.

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Durch Verkürzung der Impulspause der Automatiestufe läßt sich somit ein Einzelimpuls zur orthorhythmischen Stimulation durch das Intervall zwischen zwei Herzaktionen hindurchschieben bis zur Unterbrechnung der Tachyarrhythmie₀ Das kürzeste Impulspausen-Intervall der Automatiestufe -stellt übrigens gleichzeitig die Totzeit des Systems dar.

Die in Punkt 10. des Erfindungsanspruches beschriebene Eicheinrichtung für die externe Anwendung bei Herzschrittmachern gemäß der Erfindung ist in Pig. 8 dargestellt. An den Kollektorwiederstand der Ausgangsstufe R 22 wird über eine Drucktaste S 5 ein hochohmiger Zusatzwiderstand R 28 an die negative Sammelleitung angeschlossen. Bei geschlossener Taste S 5 wirken beide Widerstände R 22 und R 28 als Spannungsteiler, und es entsteht ein durch das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers festgelegter negativer Eichimpuls bei Betätigung der Taste S 5» Nach Umladung des Eingangskondensators C 1 entsteht demgegenüber ein positiver Eichimpuls bei Loslassen der Taste S 5. Bei angeschlossener Elektrode liegt hingegen ein wesentlich kleinerer Widerstand parallel zum Widerstand R 22, das Teilerverhältnis (und damit der Eichimpuls) verkleinert sich um eine Größenordnung und wird damit für das Steuerteil unterschwellig. Damit ist gesichert, daß bei angeschlossener Elektrode der Betrieb des externen Schrittmachers durch Betätigung der Eichtaste S 5 nicht gestört werden kann.

Eine mögliche Realisierung der Anzeigevorrichtung gemäß Punkt 11. des Erfindungsanspruches, die getriggerten oder freischwingenden Betrieb erkennen läßt, ist in Pig. 9 dargestellt. Dazu wird je eine Leuchtdiode LD 1 und LD 2, die jeweils von einem Emitterfolger angesteuert wird, parallel zum Arbeitswiderstand der Steuereinheit R 7 sowie zu dem der Automatiestufe, den Widerständen R 20; R 21, angeordnete Leuchtet, impulsweise nur die erste (LD 1) auf, so wird der Herzschrittmacher durch R-Wellen blockiert, leuchten beide (LD 1 und LD 2), so läuft der Herzschrittmacher freischwin-

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gend in der Automatie, und leuchtet nur die zweite (LD 2), so wird die Blockierung des Steuerteiles, bspw. durch eine 50-Hz-Interferenz, angezeigt.

Die Anordnung für die Kontrolleinrichtung der Spannungsquelle beim externen Betrieb gemäß Punkt 12. des Erfindungsanspruches ist ebenfalls in Fig. 6. enthalten. Dabei wird der Spannungsverbrauchende Widerstand R 27 (mit dessen Hilfe der untere Frenzwert für die Speisespannung definiert wird) in der Kollektorleitung des Transistors T 2 durch einen Schalter überbrückt. Der Test erfolgt im Leerlauf. Im Leerlauf wird, da keine R-Y/ellen-Blockierung vorliegen kann, freilaufende Herzschrittmacherautomatie angezeigt, d. h., es liegen beide Signale (LD 1 und LD 2) vor. Mit dem Öffnen des Schalters wird der Spannungsverbrauchende V/iderstand R 27 zugeschaltet,, Verschwindet nach dem Zuschalten das erste Signal (LD 1), so liegt ein Spannungsfe.il der Batterie in einem Bereich vor, in dem bei Überbrückung des spannungsverbrauchenden Widerstandes R 27 ßwar noch alle Herzschrittmacherfunktionen erhalten sind, der jedoch nur noch eine begrenzte störungsfreie Betriebsdauer erwarten läßt.

Claims (6)

1. 211 133 -28-

   Erfindungsanspruch

   1. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher, bestehend aus einem Steuerteil, einer Rückstellschaltung, einer Automattestufe und einer Ausgangsstufe, gekennzeichnet durch ein zeitbestimmendes RC-Glied (C 4; ^R 16), das von zwei Impulsschaltungen, der Rückstellschaltung (T 5» T 6) und der Automatiestufe (T 7; T 8) entweder im Zusammenwirken beider oder durch eine von beiden allein mit einer durch Vifiderstände (R 14; R 15) einstellbaren Impulsdauer entladen wird, wobei der Einsehaltpunkt der Impulsabgabe beider Impulsschaltungen durch den Vergleich des Ladezustandes des Kondensators (C 4) im zeitbestimmenden RC-Glied mit Hilfe von Vorspannungen gesteuert wird, von denen die eine durch einen Spannungsteiler (T 17; R 18) bestimmte Vorspannung der mit der'Ausgangsstufe (T 9) verbundenen Automatiestufe ständig anliegt, während die andere Vorspannung von einem nichtlinearen Spannungsteiler (R 11; R 12; D 1.; T 3) im Ausgang des Steuerteils (T 1 - T 4), normalerweise aufgrund eines bioelektrischen Ventrikelpotentiales, impulsweise als Triggerspannung an die Rückstellschaltung abgegeben wird und der Ausschaltpunkt beider Impulsgeneratoren durch zusätzliche Schaltmittel, ein spannungsverbrauchendes Glied, bspw. ein Widerstand (R 19) in der Automatiestufe so gelegt wird, daß die Rückstellschaltung den Kondensator (C 4) des zeitbestimmenden Gliedes ausgiebiger entladet als es durch die ausschließliche Funktion der Automatiestufe der Pail ist, wobei weiterhin die funktioneilen Beziehungen zwischen der Rückstellschaltung und der Automatiestufe v/ahlweise für den jeweils vorliegenden Anwendungszweck festgelegt werden, indem entweder die Automatiestufe keine direkte .Rückwirkung auf die Rückstellstufe ausübt (Sicherheitsfrequenz, Impulsverbreiterung), oder durch zusätzliche Schaltmaßnahmen, vorzugsweise mit Hilfe von Widerständen und Dioden, die Automatiestufe die Rückstellschaltung blockiert, bspw. durch Verbindung des Emitt-ers von T 5 mit dem Verbindungspunkt A der Diode D 2 und des Widerstandes R 15 (Hysterese), oder triggert,

   21 1 1

   bepw. durch Einschalten einer Diode und eines entsprechend bemessenen Widerstandes zwischen dem Kollektor des Transistors T 8 und der Basis des Transistors T 6, so daß T 6 durch T 8 getriggert wird (einheitliche Frequenz und Impulsbreite) oder die Rückstellschaltung die Automatiestufe triggert, bspw. durch Einschalten eines V/iderstandes in Reihe mit einer Diode zwischen die Basen der Transistoren T 5 und T T₅ so daß T 7 durch T 5 getriggert wird (R-Wellen-synchroner Betrieb), oder daß schließlich der EinsehaltVorgang der Rückstellschaltung die Ausgangsstufe kurzzeitig öffnet (Indikatorimpuls), bspw. durch Verbindung des Emitters von T mit der Basis von T 8 mit Hilfe eines kleinen Kondensators und eines kleinen Serienwiderstandes₀

   2. Anordnung für einen R-WeIlen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., kennzeichnet durch eine Steuereinheit aus vier vornehmlich galvanisch miteinander verbundenen Transistoren, davon drei vom gleichen Leitungstyp (T 1; T 2; T 4), und einem komplementären Transistor (T 3), wobei die Basis des ersten Transistors (T 1) sowie der Emitter des zweiten Transistors (T 2) über ein RC-Glied (C 2; R 6) mit einem parallel liegenden Spannungsteiler (R 3i R 4) mit der (Positiven) Sammelleitung verbunden sind, die Basis des zweiten Transistors (T 2) mit Kollektor und Kollektorwiderstand des ersten Transistors (T 1), der Kollektor des zweiten Transistors (T 2) mit der Basis des dritten Transistors (T 3) und über einen hochohmigen Arbeitswiderstand (R 7) mit der (negativen) Sammelleitung, der Kollektor des zweiten Transistors (T 2) mit der Basis des vierten Transistors (T 4) und dem Anzapfungspunkt des Spannungsteilers (R 3; R 4), wobei die Widerstandswerte des hochohmigen Arbeitswiderstandes (R 5) sowie des Spannungsteilers (R 3; R 4) so festgelegt sind, daß der vierte Transistors (T 4) im Ruhestand geschlossen bleibt und damit im G-Betrieb arbeitet, und wobei die Kollektorströme des zweiten und dritten Transistors (T 2; T 3) unabhängig von der Betriebsspannung auf einem konstanten Wert gehalten werden, und schließlich der Kollektor des vierten Transistors (T 4)

   21t 138 -so-

   über ein RC-Glied (G 3; R 7) und einen parallel liegenden hochohmigen Ausgleichswiderstand (R 8) mit der (negativen) Sammelleitung und in Rückkopplung über den Widerstand (R 5) mit der Basis des dritten Transistors (T 3) verbunden ist, wobei im Steuerteil zwei Ausgänge vorgesehen sind, ein fakultativer hochohmiger Ausgang in Serie mit dem Ausgleichswiderstand (R 8) und ein obligatorischer niederohmiger Ausgang, vorzugsweise als nichtlinearer Spannungsteiler (R 1t; R 12; D 1; T 3) parallel zum Arbeitswiderstand (R 7).

   3o Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1. und 2», dadurch gekennzeichnet, daß in der Kollektorleitung des zweiten oder dritten Transistors (T 2; T 3), vorzugsweise des zweiten Transistors (T 2), ein spannungsverbrauchender Widerstand eingeschaltet ist, dergestalt, daß unter Ausnutzung des konstanten Kollektorstromes vorzugsweise des zweiten Transistors (T 2) eine aus der Größe des Stromes und der Größe des einzuschaltenden Widerstandes resultierenden Spannungsgrenze definiert wird, mit der die Betriebsspannung ständig verglichen und bei deren Unterschreitung das Steuerteil automatisch blockiert wird, so daß aus dem Signalverlauf in den verschiedenen Schaltungsvarianten nach Punkt 1. die Batterieerschöpfung rechtzeitig signalisiert wird.
2. 4. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schaltungsvariante, bei der die Automatiestufe keine direkte Rückwirkung auf die Rückstellstufe ausübt, durch entsprechende Dimensionierung der impulsdauerbestimmenden Widerstände (R 14; R 15) das zeitbestimmende RG-Glied (C 4; R 16) von der Automatiestufe und der Rückstellschaltung mit annähernd gleicher Impulsdauer entladen wird, so daß beim gezielten Abschalten des Steuerteils mittels extern schältbarer Schaltmittel, bspw. einen geeigneten Magnetschalter, sowohl eine schnellere Grundfrequenz als auch ein breiterer Ausgangsimpuls eingestellt wird.

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3. 5. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2. und 4., dadurch gekennzeichnet, daß zur ImpulsVerkürzung, insbesondere zur Kontrolle des Sicherheitsabstandes der überschwelligen Reizung, ein durch zusätzliche, extern schaltbare Schaltmittel, bspw. durch einen zweiten, auf höhere Feldstärken entsprechenden Magnetschalter, getrennt zu - bzw. abschaltbarer weiterer Entladewiderstand parallel zum impulsdauerbestimmenden Widerstand R 15) der Automatiestufe angeordnet wird.
4. 6. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2. und 4., dadurch gekennzeichnet, daß, vorzugsweise für die Verwendung von Lithium-Batterien als Spannungsquelle, mit Einschalten der Impulsverbreiterung nach Punkt 4. gleichzeitig eine Ladungsbegrenzung im Sinne eines ladungskonstanten Ausgangsimpulses eingeschaltet wird, entweder durch Ladungskontrolle eines Kondensators mittels Spannungsdiskriminator oder durch eine vollständige Entladung des Ausgangskondensator (C 5), vorzugsweise in einer nachfolgenden aus einem Transistor in Beasschaltung bestehenden bekannten Spannungsverdopplerschaltungo

   7» Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1_O und 2., dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C 3) des Steuerteiles zur automazischen Reaktion des Herzschrittmachers auf Tachyarrhythmien soweit vergrößert wird, daß er sich während der Periodendauer einer Tachyarrhythmie nur unvollständig über den Widerstand (R 9) entladen kann und damit eine Verkleinerung der Ausgangsamplitude des Steuerteils am Arbeitswiderstand (R 7), und, wiederum davon abhängig, eine Vergrößerung der Totzeit der Rückstellstufe auf über die Hälfte der Periodendauer der Automatiestufe bewirkt oder die Rückstellstufe außer Punktion setzte
5. 8. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2. und 11 zur externen Anwendung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tachyarrhythmie-Behandlung

   durch eine schaltbare Verkleinerung des Widerstandes E 12 die Totzeit des Ansprechens der Rückstellschaltung (T 5; T 6) auf über die Hälfte der Periodendauer der Automatiestufe vergrößert wird und durch Einsatz eines veränderlichen Widerstandes (R 1!6) in zeitbestimmenden RC-Glied die Automatiestufe mit einer einstellbaren Periodendauer betrieben wird, die ihrerseits jeweils unter der Periodendauer der Tachyarrhythmie liegt.

   9· Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2. und 11. für den externen Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tachyarrhythmie-Behandlung das zeitbestimmende RG-Glied (C 4; R 16) nicht ständig an der Batterie angeschlossen ist,- sondern daß der Widerstand (R 16) über einen Schalter (S 4) angeschlossen wird, der von der Schaltstellung einer geeigneten Zählschaltung während jedes η-ten (Bspw. zehnten) Zyklus geschlossen wird, wobei die zugehörige Zählschaltung vom Ausgangsimpuls des Steuerteiles angesteuert wird, was von einer weiteren Signaleinrichtung markiert wird.
6. 10. Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2., 3., 8. und 9. für externe Anwendung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Batterie schaltbarer, zusammen mit dem Kollektorwiderstand (R 22) des Transistors (T 8) als Spannungsteiler wirkender V/iderstand so nach der transistorseitigen (T 8) Sammelleitung geschaltet wird, daß im Leerlauf (bei nicht angeschlossener Elektrode) ein Eichimpuls an den hochohmigen Eingang des Steuerteils abgegeben wird, während sich bei angeschlossener Elektrode das Teilerverhältnis des o. a. Spannungsteilers mindestens um eine Größenordnung und so verändert, daß der Eichimpuls in jedem Falle unterschwellig wird.

   11 ο Anordnung für einen R-Wellen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1. und 2. für die externe Anwendung, gekennzeichnet durch eine Anzeige- und Kontrolleinrichtung mit zwei Steuersignalen, von denen das erste am niederohmigen Arbeitswiderstand der Automatiestufe (R 20) oder gleichwertig an der Ausgangsstufe (T 9) abgenommen wird, und durch

   deren logische Verknüpfung beim Auftreten nur des ersten Signales die Blockierung der Automatiestufe durch R-Wellen, beim Auftreten de3 ersten und zweiten Signales der freilaufende Betrieb der Automatiestufe und beim Auftreten nur des zweiten Signales der freilaufende Betrieb der Automatiestuf e aufgrund einer Blockierung der Steuereinheit, vorzüglich durch eine 50-Hz-Interf erenz', angezeigt wird₀

   12e Anordnung für einen R-WeIlen-gesteuerten Herzschrittmacher nach Punkt 1., 2., 3. und 11_o zur externen Anwendung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle der Spannungsquelle der in die Koll.ektorleitung des Transistors T 2 eingeführte spannungsverbrauchende Widerstand zur Definition der Vergleichsspannung mit Hilfe eines geeigneten Schalters überbrückt wird, so daß im Leerlauf beim Öffnen dieses Schalters (und dem daraus folgenden Zuschalten des spannungsverbrauchenden Widerstandes) aus der Signaländerung auf den aktuellen Ladungszustand der Spannungsquelle (Batterie) geschlossen werden kann<>

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