DE2449696A1

DE2449696A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrischen erregung eines herzens

Info

Publication number: DE2449696A1
Application number: DE19742449696
Authority: DE
Inventors: Michel Pequignot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1975-09-04
Also published as: US3939844A; FR2248020B1; FR2248020A1; CH587052A5

Description

DR. MÜLLER-BORE dipl.-img. GROENING DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEV. UR. SCHÖN Dl PL -PHY3. H ERTEL

PATENTANWÄLTE 2449696

München, den 18. 10. 1974-Ve/th - P 2253

MICHEL PEQUIGNOT
Clamart, Hauts-de-Seine, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Erregung eines Herzens

Priorität: Frankreich vom 18. 10. 1973 Nr. 73 37161

Die Erfindung "betrifft allgemein die elektrische Erregung des Herzmuskels eines Individuums, welches an einer rythmischen Anomalie leidet. Die Erfindung "bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf den Fall von schnellen Anomalien, die auch als tachykardische Anomalien bezeichnet werden.

Bekanntlich können zahlreiche arythmische schnelle Herzanomalien augenblicklich durch Anwendung einer elektrischen Erregung des zu "behandelnden Herzmuskels vermindert werden, vorausgesetzt, daß diese Erregung während einer schmalen Zone des Herzzyklus erfolgt, die als wirksame Zone zu bezeichnen ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß sowohl die Lage "dieser wirksamen Zone im Herzzyklüs als auch die Dauer dieser wirksamen Zone selbst von einem Herzzyklus zum anderen schwanken, was

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insbesondere von der Dauer des vorhergehenden Herzzyklus abhängt, der als Intervall KR bezeichnet wird. Im allgemeinen liegen die Verhältnisse so, daß bei einer kürzeren Dauer des vorhergehenden Herzzyklus die wirksame Zone sich dem Beginn des betrachteten Herzzyklus stärker nähert, wobei sie in ihrer Dauer selbst zugleich abnimmt. Polglich wurde bei einem Verfahren vorgesehen, welches als "orthorythmische Erregung mit automatisch veränderbarer Hysteresis" zu bezeichnen ist, die Abgabe des elektrischen Erregungsimpulses in Abhängigkeit von der Dauer des vorangehenden Herzzyklus zu steuern, wobei versucht wurde, zu gewährleisten, daß dieser Impuls tatsächlich in die wirksame Zone des gerade ablaufenden Herzzyklus hineinfällt. Praktisch erfolgt bei diesem Verfahren die Anwendung der erwünschten elektrischen Erregung des Herzmuskels somit am Ende einer Zeit, die als Verzögerungszeit zu bezeichnen ist, welche von der natürlichen Elektrosystole aus gerechnet wird, welche die Erregung auslöst, und welche als Punktion der Dauer des vorangegangenen Herzzyklus veränderlich ist.

Dennoch können plötzliche und wesentliche Veränderungen in der Frequenz der behandelten tachykardischen Anomalie auftreten, und zwar insbesondere dann, wenn das Individuum, welches an dieser Anomalie leidet, einer intensiven chemischen Behandlung ausgesetzt ist. In diesem Falle kann die wirksame Zone des Herzzyklus ausreichend verengt und/oder ausreichend verlagert sein, daß trotz der Korrektur, welche durch das Verfahren der, orthorythmisehen Erregung mit automatisch veränderbarer Hysteresis erreicht wird, der Erregungsimpuls außerhalb dieser wirksamen Zone liegt.

Polglich ist dieser Erregungsimpuls nicht in der Lage, die Störung des Herzrythmus zu vermindern. Hingegen besteht unter Umständen die Gefahr, daß eine zusätzliche Zusammenziehung des Herzmuskels und somit eine Beschleunigung des Herzrythmus hervorgerufen wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, nach welchem diese Nachteile überwunden werden können. Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur elektrischen Erregung des Herzmuskels eines Individuums, bei welchem der elektrische Eythmus des Herzens des Individuums ermittelt wird und im Falle einer Anomalie dem Herzmuskel eine elektrische Erregung zugeführt wird, und zwar am Ende einer Verzögerungszeit, welche von einer natürlichen Elektrosystole des Herzmuskels an gerechnet ist, welche als Funktion der Dauer des Herzzyklus veränderlich ist, welcher der Elektrosystole unmittelbar vorangeht, welches sich dadurch suszeich-r net, daß für wenigstens eine der Elektrosystolen, welche die Erregung auslöst, ein Impulszug mit η Erregungsimpulsen vorgesehen ist, die unmittelbar aufeinander folgen, wobei η größer als zwei ist und die Streuung in der Zeit des Impulszuges vorzugsweise derart gewählt ist, daß die Verzögerungszeit eingerahmt wird.

Der Impulszug gemäß der Erfindung gestattet es, und zwar-um den Zeitpunkt herum, welcher durch das Verfahren der orthorythmisehen Erregung mit automatisch veränderbarer Hysteresis als optimal festgelegt wurde, eine ausreichende Dauer des Herzzyklus abzudecken, daß zumindest ein Impuls dieses Impulszuges mit aller Wahrscheinlichkeit in das Innere der oben festgelegten wirksamen Zone fällt.

Wenn auch schon versucht wurde, auf den Herzmuskel eines Individuums eine elektrische Erregung in Form eines Impulszuges mit η Impulsen anzuwenden, die unmittelbar aufeinander folgen, so sind bisher derartige Erregungen, ausgehend von

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einer einzigen natürlichen Elektrosystole, nach einem konstanten Kopplungsintervall und auf einem einzigen Niveau der Ohren des behandelten Herzmuskels angewandt worden.

Die Erfindung gestattet es, dem Herzmuskel nur einen einzigen kurzen Erregungsimpulszug zuzuführen, weil sein Anwendungszeitpunkt in dem Herzzyklus bereits genauer in dem Intervall RR lokalisiert ist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß das orthorythmische Verfahren angewandt wird, wodurch die Anwendung auf die Herzkammern ermöglicht wird, so daß diese elektrische Erregung insbesondere deshalb wirksam ist, weil sie im erforderlichen Zeitpunkt erfolgt, wie es oben dargelegt wurde.

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Die- Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung "beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. .1 in. schematischer Darstellung ein Elektrokardiogramm eines normalen Ind-ividuums;

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Elektrokardiogramm eines Individuums, welches eine tachykardische Anomalie aufweist und dessen Herzmuskel eine elektrische Erregung klassischer Art zugeführt wird,

Fig. 3 eine analoge Darstellung wie Fig. 2, welche eine erfindungijgemäße Anwendung einer elektrischen Erregung auf den Herzmuskel dieses Individuums veranschaulicht,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Erregervorrichtung,

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Arbeitsweise dieser Vorrichtung' erläutert, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm, welches eine analoge Darstellung gibt wie Fig. M- und eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erregervorrichtung darstellt.

Bekanntlich lassen sich insgesamt im elektrischen Zyklus des Herzens eines Individuums mit deren Periode 0 drei aufeinanderfolgende Zonen unterscheiden: Diese drei Zonen sind schematiscli in der Fig. 1 dargestellt, in welcher ebenso das Intervall HH angegeben ist.

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Zu Beginn 9_Q einer Elektrosystole 10 gibt es zunächst eine · Zone ZR, die als unzugängliche Zone zu bezeichnen ist, d. h. in welcher eine beliebige elektrische Erregung des Herzmuskels wirkungslos bleibt.

Daran schließt sich von der Zeit Θ. an, welche das Ende der unzugänglichen Zone ZR markiert, eine zweite Zone ZE an, die als wirksame Zone zu bezeichnen ist.

Diese wirksame Zone ist verhältnismäßig kurz, ihre Dauer schwankt von etwa 15 Millisekunden bis zu etwa 100 Millisekunden, was individuell verschieden ist und vom eventuellen pathologischen Zustand des unter Umständen beschleunigten Herzmuskels abhängt.

Vom Zeitpunkt Op an, welcher das Ende der wirksamen Zone ZE markiert, schließt sich eine dritte Zone ZNR an, welche als nicht-unzugängliche Zone zu bezeichnen ist, d. h. in deren Verlauf die Anwendung einer elektrischen Erregung des Herzmuskels unter Umständen eine Zusammenziehung bewirkt.

Diese nicht-unzugängliche Zone ZNR endet mit dem erneuten Beginn einer Elektrosystole 10, welche den Anfang eines erneuten elektrischen Herzzyklus markiert.

Wie weiterhin bekannt ist, ist es bei einer rythmischen Anomalie vom tachykardischen Typ möglich, den Normalzustand wieder herzustellen, und in selteneren Fällen ist es jedenfalls möglich, unter ständiger Erregung eine Verlangsamung zu erreichen, indem auf den Herzmuskel eine elektrische Erregung angewandt wird, wobei diese Erregung im Bereich der Herzohren oder der Herzkammern erfolgt, vorausgesetzt, daß diese Erregung exakt während der wirksamen Zone ZE erfolgt, wie oben definiert ist.

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In der Praxis erfolgt eine derartige elektrische Erregung gemäß l'ig. 2 bisher mit Hilfe eines einzigen Impulses 12, und dieser Impuls wird auf den Herzmuskel angewandt, und zwar mit einer Verzögerung A, welche vom Ursprung Qq der natürlichen Elektrosystole an gerechnet ist, was bei vorzeitiger Anwendung auf elektronischem V/eg die Abtastung der ryhtmischen Anomalie und die Anwendung der in Präge stehenden Erregung auslöst.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist die Dauer Q^. Q^ der wirksamen Zone ZE sehr kurz.

Wenn somit der Erregungsimpuls 12 direkt während dieser wirksamen Zone ZE eintrifft, was dem Fall der Linie 2A der Fig.2 entspricht, ist os gemäß der Darstellung möglich, eine Wiederherstellung des normalen elektrischen Rythmus zu erreichen.

Wenn hingegen gemäß der Darstellung der Linie 2B eine starke Vergrößerung der tachykardischen Anomalie zugleich eine Verkürzung der wirksamen Zone ZE nach sich zieht, welche sich dann von dem Zeitpunkt Q¹,. bis zum Zeitpunkt O¹ ρ erstreckt und eine Verminderung der Zeit Q^ θ ¹^p welche den Beginn dieser \<ri.rksamen Zone von der vorhergehenden natürlichen elektrischen Systole 10 trennt, so fallt der elektrische Erregungsimpuls 12 dann in die nicht-unzugängliche'Zone ZNR, und es ist dann nicht mehr gewährleistet, daß eine Rückkehr zu dem normalen Herzrythmus stattfindet, es kann vielmehr hingegen unter Umständen eine Beschleunigung hervorgerufen werden.

Wenn schließlich eine starke Verlangsamung des Herzrythmus zugleich gemäß Fig. 2C der Fig. 2 eine Vergrößerung der Dauer Q_Q θ"^, nach sich zieht, welche den Beginn der wirksamen

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Zone ZE von dem Beginn der natürlichen Elektrosystole 10 trennt, wobei unter Umständen zugleich eine größere Dauer Q¹' θ"ρ der wirksamen Zone möglich ist, so fällt der Erregungsimpuls 12 in die unzugängliche Zone ZR und bleibt dann wirkungslos.

Gemäß der Erfindung und für wenigstens eine der elektrischen Systolen 10, welche die Erregung auslösen, erfolgt die Erregung nicht mit Hilfe eines einzelnen Impulses 12, sondern mit Hilfe eines Impulszuges 15, in welchem einzelne Impulse unmittelbar aufeinander folgen, deren Anzahl η größer als 2 ist und deren Streuung in der Zeit E des impulszuges 15 vorzugsweise derart gewählt ist, daß sie die normale Verzögerung A umgibt.

Mit anderen Worten, gemäß der Darstellung in der Fig. 3 trifft der erste der Impulse 12 des Impulszuges 15 vorzugsweise vor dem Ende der Verzögerungszeit A und der letzte der Impulse 12 dieses Impulszuges 15 vorzugsweise nach dem Ende dieser Verzögerungszeit ein.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Impulse des Impulszuges 15 gemäß der Erfindung in ihrer Form und in ihrer Dauer identisch und in ihrer Frequenz konstant.

Es versteht sich jedoch von selbst, daß in einer abgewandelten Ausführungsform die Impulse 12 eines bestimmten Impulszuges 15 in ihrer Form und/oder in ihrer Dauer und/oder in ihrer Frequenz veränderbar sein können, wobei diese Frequenz beispielsweise ansteigend oder abfallend sein kann.

Lediglich als Beispiel sei erwähnt, daß der Impulszug 15 gemäß der Erfindung aus einer Anzahl η von Impulsen 12 bestehen kann, die zwischen zwei und zwanzig liegt wobei jeder der Impulse

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rechteckig ist und eine Dauer von 1 Millisekunde und eine Amplitude in der Größenordnung von 0,5 "bis 6 V hat, und wobei jeder dieser Impulse 12 von dem folgenden Impuls durch ein freies Intervall getrennt ist, welches zwischen zwei und zehn Millisekunden liegt.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 4 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung allgemein einen Abtastleiter 20 auf, der in einem Katheder 21 angeordnet ist und dazu dient, die elektrische Aktivität in dem Herzohr oder in der Herzkammer eines Inidviduums zu ermitteln.

Dieser Abtastleiter 20 ist an den Eingang eines Verstärkers angeschlossen, der eine nicht dargestellte Gegenkopplungsschleife aufweist, welche in an sich bekannter Weise eine Niveauregelung ermöglicht.

Der Ausgang des Verstärkers 22 ist über ein Filter 23, welches dazu dient, den Einfluß von eventuellen Störungen auszuschalten, mit dem Eingang eines Detektors 24 verbunden, der beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet sein kann.

Der Detektor 24 steuert eine Zähluhr 25, die eine vorgegebene Frequenz F aufweist und welche ihrerseits eine weitere Zähluhr 26" steuert, welche eine regelbare Frequenz F" hat, welche größer gewählt ist als die Frequenz F der Zähluhr 25·

Die Zähluhr 26"steuert ihrerseits einen Impulsgenerator 2.7, und an seinem Ausgang ist ein Erregungsleiter 28 angeschlossen, welcher ebenso wie der Abtastleiter 20 in einem Katheder 21 angeordnet ist, um ihn in ein Herzohr und/oder eine Herzkammer eines zu erregenden Herzens einzusetzen.

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Wie aus der Darstellung der Linie 5^ der Fig. 5 hervorgeht, geht zu Beginn jeder natürlichen Elektrosystole der Detektor 24- von einem Zustand in einen anderen Zustand über und kehrt rasch in seinen Ausgangszustand zurück. Dabei ergibt sich bei jeder Elektrosystole ein Spannungssignal 29«

Ein solches Signal 29 dauert an, bis die Zähluhr 25 eine Zahl N von Impulsen der Frequenz F ermittelt.

Das Ende der Zählung der Zähluhr 25 markiert den Anfang der Zählung der Zähluhr 26". Diese zählt während ihres Betriebes eine Anzahl N von Impulsen 31, welche gleich der Zahl der Impulse 30 ist, welche zunächst von der Zähluhr 25 registriert wurden.

Da die Frequenz F" der Zähluhr 26 jedoch höher ist als die Frequenz F der Zähluhr 25, ist die Zähldauer 0" der Zähluhr 26 kürzer als die Zähldauer 0 der Zähluhr 25, welche der Periode des abgetasteten Herzzyklus entspricht.

Während es sich bei der bisher bekannten Technik um eine orthorythmische Erregung handelt, bei welcher ein einziger Erregungsimpuls zu Beginn einer Verzögerungszeit A ausgesandt wurde, wird die Frequenz der Zähluhr 26 durch einen Wert^F¹ geregelt, dessen entsprechende Zähldauer O¹ ein Bruchteil a'O der Periode des Herzzyklus ist, welche der Verzögerung A entspricht.

Gemäß der Erfindung wird die Zähluhr 26" auf eine Frequenz F" gesteuert, welche noch höher ist und welche derart gewählt ist, daß die entsprechende Zähldauer Θ" ein Bruchteil a"0 der Periode θ des Herzzyklus ist, welche kleiner ist als der Bruchteil a'Q, welcher der Verzögerung A entspricht.

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Gemäß der Erfindung wird der Impulsgenerator 27 in Betrieb gesetzt, bevor die .Verzögerungszeit A abgelaufen ist, die oben festgelegt wurde. ' ^:

Der Impulsgenerator 27 wird derart gesteuert, daß er einen Impulszug 15 mit Impulsen 12 aussendet, und zwar vom Ende der Zählphase der Zähluhr 26" an bis zu einer Zeit, die nach dem Ablauf der Verzögerungszeit A liegt.

Die Ausführung eines solchen Impulsgenerators 27 ebenso wie anderer Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an sich bekannt, oder sie liegen zumindest im Bereich des fachlichen Könnens des Durchschnittsfachmannes. Demgemäß wird auf diese Einrichtungen nicht näher eingegangen.

Weiterhin liegt es im Bereich des fachlichen Könnens des Durchschnittsfachmannes, eine manuelle oder automatische Eegelung der Form und/oder der Dauer und/oder der Frequenz der Impulse 12 des Impulszuges 15 vorzusehen, der vom Generator 27 geliefert wird.

Aus der obigen Beschreibung ist zu entnehmen, daß eine elektrische Erregung in systematischer Weise auf den Leiter gebracht wird, und zwar bei jedem elektrischen Zyklus des Herzens.

Gemäß der in der Pig. 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Aussendung einer solchen Erregung nur dann gesteuert, wenn es erforderlich ist, das heißt, nur dann, wenn die ermittelte Periode des elektrischen Zyklus sich über einen bestimmten Bezugswert vergrößert.

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Im übrigen sind bei dieser Ausführungsform zwei Zähluhren mit veränderbarer Frequenz 26' und 26" parallel zum Ausgang der Zähluhr 25 vorgesehen, und zwar unter der Steuerung eines Auswahlschalters 40.

Wie vorher wird die Zähluhr 26' auf eine Frequenz F" geregelt, welche höher liegt als die Frequenz F¹, welche dem Aussenden eines einzigen Erregungsimpulses nach der Verzögerungszeit A entspricht.

Hingegen ist die Zähluhr 26' auf'die Frequenz F¹-geregelt, die ihrerseits höher liegt als die Frequenz F der Zähluhr 25-

Die Ausgangssignale der Zähluhren 26' und 26" werden parallel einem der Eingänge eines UND-Gatters 32 zugeführt, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal eines Ficequenzkomparators 33 empfängt, der einerseits mit dem Ausgang des Detektors 24 und andererseits mit einer Einrichtung 35 verbunden ist, welche eine Anzeige der vorgegebenen Bezugsfrequenz ermöglicht.

Der Schalter 40 gestattet es, die Zähluhr 26' oder die Zähluhr 26" einzuschalten, was davon abhängt, ob eine elektrische Erregung stattfinden soll, welche in klassischer Weise aus einem einzigen Impuls besteht, oder ob eine elektrische Erregung angewandt werden soll, welche gemäß der Erfindung aus einem Impulszug besteht.

In jedem Falle findet eine elektrische Erregung gemäß Fig. 6 nur dann statt·, wenn der Komparator 33 eine Beschleunigung der Herzfrequenz in bezug auf die Frequenz der bei 35 dargestellten Bezugsfrequenz festgestellt hat.

Mit dem Schalter 40 ist es möglich, eine Herzerregung mit einem einzigen Impuls, die unter Umständen wiederholt angewandt

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werden kann, und zwar während mehrerer Herzzyklen, mit einer Herzerregung durch Impulszüge zu kombinieren, die ebenfalls während mehrerer Herzzyklen angewandt werden kann,WDbei die Umschaltung von einer Art der Erregung auf die andere Art der Erregung unter Umständen automatisch bzxtf. programmgesteuert' ablaufen kann.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

i.yVerfahren zur elektrischen Erregung des Herzmuskels eines Individuums, bei welchem der elektrische Rythmus des
Herz.ens des Individuums ermittelt wird und im Falle einer Anomalie dem Herzmuskel eine elektrische Erregung zugeführt wird, und zwar am Ende einer Verzögerungszeit, welche von einer natürlichen Elektrosystole des Herzmuskels an gerechnet ist, Vielehe als Funktion der Dauer des Herzzyklus
veränderlich ist, welcher der Elektrosystole unmittelbar
vorangeht, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens eine der Elektrosystolen, welche die Erregung
auslöst, ein Impulszug mit η Erregungsimpulsen vorgesehen ist, die unmittelbar aufeinander folgen, wobei η größer
als zwei ist und die Streuung in der Zeit des Impulszuges vorzugsweise derart gewählt ist, daß die Verzögerungszeit eingerahmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrische Erregung zuweilen einen einzigen Impuls
aufweist, der unter Umständen über mehrere Zyklen wiederholt wird, und zuweilen einen Impulszug aufweist, der
ebenfalls über mehrere Zyklen wiederholt wird, wobei
gegebenenfalls eine programmierte Umschaltung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse desselben Impulszuges in der Form und/oder in der Dauer und/oder in der Frequenz veränderbar sein
können.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse desselben Impulszuges identisch und von konstanter Frequenz sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse desselben Impulszuges rechteckig sind, daß jeder eine Dauer im Bereich -einer Millisekunde hat und eine Amplitude in der Größenordnung von 0,5 his 6 V aufweist, und daß die einzelnen Impulse voneinander durch ein freies Intervall getrennt sind, welches zwischen 2 und 6 Millisekunden liegt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzdetektor vorgesehen ist, durch welchen über einen Abtastleiter die elektrische Aktivität des Herzmuskels abtastbar ist und welcher eine Zähluhr mit vorgegebener Frequenz F steuert, daß weiterhin eine Zähluhr der Frequenz F" vorgesehen ist, welche derart regelbar ist, daß sie höher liegt als die Frequenz F, welche durch die Zähluhr steuerbar ist, daß weiterhin ein Impulsgenerator vorhanden ist, welcher durch die Zähluhr steuerbar ist, und daß ein Erregungsleiter vorgesehen ist, welcher an den Ausgang des Impulsgenerators angeschlossen ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Zähluhren der Frequenz F¹ und F", welche derart regelbar sind, daß sie höher einstellbar sind als die Frequenz F der Zähluhr, parallel angeordnet sind, und zwar unter der Steuerung eines Wahlschalters.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Zähluhr oder die Zähluhren mit dem Impulsgenerator über ein UND-Gatter verbunden sind, welches auch das Ausgangssignal eines geregelten !Comparators empfängt, der einerseits mit dem Frequenzdetektor und andererseits mit einer Einrichtung zur Anzeige der vorgegebenen Bezugsfrequenz verbunden ist.

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