DE2755702A1

DE2755702A1 - IMPLANTABLE PACEMAKER

Info

Publication number: DE2755702A1
Application number: DE19772755702
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Schober; David Lyman Swendson
Original assignee: American Hospital Supply Corp
Current assignee: American Hospital Supply Corp
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2374024A1; NL7713772A; JPS5374786A; BE861848A

Description

-⁴- 2 7 b b 7 U- ⁴ - 2 7 bb 7 U

PatentanwältePatent attorneys

Dipt -Ing Dipt -Chem Dipl -IngDipt -Ing Dipt -Chem Dipl -Ing

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

E r π s b e r g e r s t r a s s θ 19E r π s b e r g e r s t r a s s θ 19

8 München 608 Munich 60

Unser Zeichen; A 1796 13.Dezember 1977 Our sign; A 1796 December 13, 1977

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

Implantierbarer HerzschrittmacherImplantable pacemaker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Herzschrittmacher und insbesondere auf einen implantierbaren Herzschrittmacher. The invention relates to a cardiac pacemaker and, more particularly, to an implantable cardiac pacemaker.

Herzschrittmacher sind seit einiger Zeit bekannt, und sie werden dazu verwendet, das Herz anzuregen, indem eine elektrische Ladung an das Herz angelegt wird, die veranlaßt, daß sich die Herzkammer zusammenzieht, wenn die normale Körperfunktion diese Herzkammerkontraktion nicht bewirkt. Schrittmacher sind in den Körper implantiert worden. In der Regel befinden sich die Sch rittmacherschaltung und die Energiequelle unter der Haut im Bereich zwischen den Rippen oder im Bauchbereich, und von der Impulserzeugungseinheit geht ein Elektrodensystem aus, Schw/BaPacemakers have been known for some time and they are used to stimulate the heart by giving a electrical charge is applied to the heart, causing the heart chamber to contract when the normal body function this ventricular contraction does not causes. Pacemakers have been implanted in the body. As a rule, the pacemaker circuits are located and the source of energy under the skin in the area between the ribs or in the abdominal area, and from the Pulse generation unit goes out of an electrode system, Schw / Ba

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das an der Herzaussenseite befestigt ist, oder durch das Blutgefäßsystem in das Innere des Herzens führt, wo eine Elektrode in einer unteren Herzkammer angebracht wird.that is attached to the outside of the heart, or through the blood vessel system into the interior of the heart, where a Electrode is placed in a lower ventricle.

Bbgibt verschiedene Arten implantiorbarer Herzschrittmacher. Ein Typ ist ein mit fester Folgefrequenz oder asynchron arbeitender Herzschrittmacher. Er erzeugt Anregungsimpulse, die über das Elektrodensystem mit einer festen, vorbestimmten Folgefrequenz unabhängig vom natürlichen Herzrhythmus an das Herz angelegt werden. Ein solcher Herzschrittmacher kann überall dort benutzt werden, wo ein totaler AV-Block vorliegt.There are several types of implantable cardiac pacemakers. One type is a fixed rate or asynchronous pacemaker. It generates excitation impulses via the electrode system with a fixed, predetermined repetition rate independent of the natural heart rhythm to the Heart to be applied. Such a pacemaker can be used wherever there is a total AV block.

Ein anderer Typ eines Herzschrittmachers wird als Bereitschaftsschrittmacher bezeichnet; dieser Schrittmacher erzeugt nur dann einen Anregungsimpuls, wenn der natürliche Herzschlag über einer minimalen Folgefrequenz nicht auftritt. Typisch für dieses System ist ein Schrittmacher, bei dem der natürliche Herzschlag vom gleichen Elektrodensystem in der Herzkammer festgestellt wird und bei dem die Feststellung einer R-Welle dazu benutzt wird, den nächsten Impuls in einer Folge von Impulsen zu verhindern. Auf diese Weise bleibt der Schrittmacher untätig, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.Another type of pacemaker is called a standby pacemaker designated; this pacemaker only generates a stimulation pulse when the natural one Heartbeat above a minimum repetition rate does not occur. A pacemaker is typical of this system, in which the natural heartbeat is determined by the same electrode system in the heart chamber and in which the R-wave detection is used to prevent the next pulse in a train of pulses. on this way the pacemaker will remain idle when the heart is naturally beating.

Ein weiterer Typ eines Herzschrittmachers ist ein Gleichlaufschrittmacher . Diese Art von Schrittmacher ist in der USA-Patentschrift 3 662 759 beschrieben. Dieser Schrittmacher erzeugt einen Anregungsimpuls, wenn das Herz nicht auf natürliche Weiee schlägt. Wenn ein natürlicher Herzschlag festgestellt wird, dann wird ein schmaler, nicht anregend wirkender Impuls erzeugt und zum Herzen übertragen, damit angezeigt wird, daß die Impulserzeugungseinheit arbeitet und daß das Elektrodensystem nicht unterbrochen ist.Another type of cardiac pacemaker is a synchronous pacemaker . This type of pacemaker is described in U.S. Patent 3,662,759. This pacemaker creates a stimulus when the heart is not beating naturally. When a natural heartbeat is detected, then a narrow, non-stimulating impulse is generated and transmitted to the heart, this indicates that the pulse generating unit is working and that the electrode system is not interrupted.

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Ein untersuchender Arzt kann auf diese Weise feststellen, daß auch bei natürlichem Herzschlag zur Zeit der Untersuchung die Impulserzeugungseinheit und das Elektrodensystem wirksam sind und richtig arbeiten.In this way, an examining doctor can determine that even if the heartbeat is natural at the time of the examination the pulse generation unit and the electrode system are effective and working properly.

Beim Einsetzen eines Herzschrittmachers ist es erwünscht, daß die Impulsfolgefrequenz der Impulserzeugungseinheit eingestellt werden kann, nachdem das Elektrodensystem und die Impulserzeugungseinheit implantiert worden sind. Die Impulserzeugungseinheit ist nach dem Implantieren offensichtlich nicht mehr einfach zugänglich. Es gibt viele Gründe dafür, daß es wünschenswert ist, die Impulsfolgefrequenz einzustellen. Beispielsweise kann für einen Patienten unmittelbar nach der Implantation eine höhere Folgefrequenz besser sein, doch kann es nach einigen Tagen erwünscht sein, die Folgefrequenz auf einen normalen Wert herabzusetzen. Auf Grund von Verbesserungen in der Ausführung können implantierte Herzschrittmacher über lange Zeitperioden wirksam bleiben, und es kann erwünscht sein, die Folgefrequenzen nach mehreren Jahren zu ändern, da sich manche Patienten, wenn sie älter werden, bei einer anderen Folgefrequenz, als der zur Zeit der ursprünglichen Implantation eingestellten Folgefrequenz besser fühlen.When inserting a pacemaker, it is desirable that the pulse repetition rate of the pulse generating unit can be adjusted after the electrode system and the pulse generation unit have been implanted. the Obviously, the pulse generation unit is no longer easily accessible after implantation. There are many Reasons why it is desirable to adjust the pulse repetition rate. For example, for a Patients should have a higher repetition rate immediately after the implantation, but it may after a few days it may be desirable to decrease the repetition rate to a normal value. Due to improvements in execution implanted pacemakers can remain effective for long periods of time, and it may be desirable Change the repetition rates after several years, as some patients get older with a different repetition rate than the repetition rate set at the time of the original implantation.

Implantierbäre Herzschrittmacher mit extern einstellbaren Schrittfolgefrequenzen sind bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform enthält die Zeitsteuerschaltung eines Oszillators, der die Impulsfolgefrequenz bestimmt, ein lineares Potentiometer, das durch Verwendung einer "Keith¹¹-Hautnadel eingestellt werden kann.DasNadelende hat einen dreieckigen Querschnitt, der in die Welle des Potentiometers zum Verändern des Widerstandswerts in der ZeitsteuerschaltungImplantable cardiac pacemakers with externally adjustable pacing rates are known. In a known embodiment, the timing circuit of an oscillator which determines the pulse repetition rate includes ^{a linear potentiometer which can be adjusted using a Keith 11 skin needle} Timing circuit

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eingreifen kann. Es ist offensichtlich, daß die Nadel zur Folgefrequenzsteuerung richtig angebracht» durch die Haut gestochen und wieder zurückgezogen werden muß.can intervene. It is evident that the rate control needle is properly placed 'through the skin must be stung and withdrawn again.

Bei einem weiteren bekannten Schrittmacher wird ein externes Magnetelement, das Magnetimpulse mit einer Folgefrequenz von 330 Hz erzeugt, dazu benutzt, einen Reed-Schalter zur Änderung des Ausgangsstroms oder zur Einstellung der festen Schrittfolgefrequenz zu betätigen. Eine Anzahl von Impulsen in jeder Programmierfolge dient dabei als Code, der vom implantierten Schrittmacher erkannt wird und die gewünschten Parameteränderungen bewirkt. Codezahlen werden dabei automatisch ausgewählt, wenn ein Stromwert und eine Fölgefrequenz in die Programmiereinheit eingegeben werden. Dieses System ist in der USA-Patentschrift 3 557 796 beschrieben.In another known pacemaker, an external magnetic element, the magnetic pulses with a Repetition frequency of 330 Hz generated, used to change the output current or to use a reed switch Press to set the fixed step frequency. A number of pulses in each programming sequence are used as a code that is recognized by the implanted pacemaker and the desired parameter changes causes. Code numbers are automatically selected when a current value and a sequence frequency are entered into the programming unit. This system is described in U.S. Patent 3,557,796.

In der USA-Patentschrift 3 9^5 387 ist ein implantierbarer Herzschrittmacher beschrieben, der mit einem Asynchronbetrieb mit fester Folgefrequenz arbeitet, jedoch die Änderung seiner Folgefrequenz gestattet, indem eine Zählrschaltung über vor· bestimmte Schritte in Abhängigkeit von Taktimpulsen weitergeschaltet wird. Zur Fortschaltung der Zählerschaltung wird ein einziger Taktimpuls erzeugt, indem ein Magnet über dem Ort der implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht wird. Jedesmal dann, wenn es erwünscht ist, die Impulserzeugungseinheit auf eine andere Schrittfolge einzustellen, muß der externe Magnet angebracht und in der beschriebenen Weise wieder entfernt werden.In U.S. Patent 3,9 ^ 5,387 there is an implantable Cardiac pacemaker described, which works with an asynchronous mode with a fixed repetition rate, but the change in its Repetition frequency allowed by a counter circuit via certain steps are advanced depending on clock pulses. To advance the counter circuit is a single clock pulse generated by placing a magnet over the location of the implanted pulse generating unit will. Whenever it is desired to set the pulse generation unit to a different sequence of steps, the external magnet must be attached and removed again in the manner described.

Es ist auch ein implantierbarer Herzschrittmacher bekannt, bei dem ein vcn einem extern angebrachten Magnet betätigterAn implantable cardiac pacemaker is also known in which a magnet is actuated by an externally attached magnet

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magnetischer Reed-Schalter dazu benutzt wird, eine Zählerschaltung durch vorbestimmte Schritte weiterzuschalten, damit die Amplitude der Anregungsimpulse schrittweise systematisch verändert wird, wobei ein Durchlauf durch die gleichen Schritte erfolgt, nachdem alle Amplitudenwerte durchlaufen worden sind. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, den Schwellenwert des Patienten ohne chirurgischen Eingriff zu bestimmen. Der Schwellenwert kann sich ebenfalls wie die Folgefrequenz mit dem Alter oder mit unterschiedlichen Bedingungen nach der Implantation ändern.magnetic reed switch is used to create a counter circuit advance through predetermined steps so that the amplitude of the excitation pulses is systematically gradual is changed, with a cycle through the same steps after all amplitude values have been run through are. The purpose of this arrangement is to determine the patient's threshold without surgery. The threshold value, like the repetition rate, can vary with age or with different conditions change the implantation.

Beim erfindungsgemäßen Schrittmacher werden zwei magnetische Reed-Schalter, die zweckmässigerweise als Patientenschalter und als Arztschalter bezeichnet werden, in die implantierte Impulserzeugungseinheit eingebaut; diese Schalter können mit Hilfe eines Magnetfeldes von außen betätigt werden. Der Arztschalter wird durch seine Lage und durch eine wenigstens teilweise vorgenommene magnetische Abschirmung wesentlich weniger empfindlich als der Patientenschalter gemacht. Daher betätigt nur ein sehr starkes und ungewöhnliches Magnetfeld den Arztschalter, jedoch betätigt das gleiche Magnetfeld auch den Patientenschalter.In the pacemaker according to the invention, two magnetic Reed switches, which are conveniently referred to as patient switches and doctor switches, are implanted in the Built-in pulse generation unit; these switches can be operated from the outside with the aid of a magnetic field. Of the Doctor's switch is essential because of its location and an at least partially implemented magnetic shielding made less sensitive than the patient counter. Therefore only actuated a very strong and unusual magnetic field the doctor's switch, but the same magnetic field also operates the patient's switch.

Im dargestellten AusfUhrungsbeispiel arbeitet der Herzschrittmacher normalerweise in einer Betriebsart, in der Anregungsimpulse erzeugt und zum Herzen übertragen werden, wenn natürlich auftretende Herzschläge ausbleiben. In der dargestellten AusfUhrungsform ist ein Gleichlaufimpuls vorgesehen, der gemäß den obigen Erläuterungen ein nichtanregend wirkender Impuls ddt, der in zeitlicher Beziehung mit einem natürlichen Herzschlag erzeugt wird, wenn das Herz auf natürliche Weise schlägt.In the exemplary embodiment shown, the pacemaker works usually in a mode in which stimulation pulses are generated and transmitted to the heart, when naturally occurring heartbeats fail to occur. In the embodiment shown, a synchronous pulse is provided, which, according to the explanations above, is a non-stimulating impulse ddt, which is related to time generated with a natural heartbeat when the heart beats naturally.

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Dem Patienten wird ein schwächerer Magnet (mit typischerweise 70 Gauß bei 3,5 cm) gegeben, der in der Nähe der implantierten Impulserzeugungseinheit angebracht werden kann, damit nur der Patientenschalter betätigt wird, Auf Grund der relativ geringen Stärke des Magnetfeldes des dem Patienten gegebenen Magnets,(der trotzdem stärker als irgendein möglicherweise anzutreffendes Streumagnetfeld ist , kann der Patient den Arztschalter nicht betätigen. Wenn der Patientenschalter geschlossen wird, wird die Impulserzeugungseinheit in die Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz umgeschaltet. Aus mehreren Gründen kann es erwünscht sein, in diese Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz durch den. Patienten selbst umzuschalten.The patient is given a weaker magnet (typically 70 gauss at 3.5 cm) that is placed near the implanted pulse generation unit can be attached so that only the patient switch is operated, up Due to the relatively low strength of the magnetic field of the magnet given to the patient (which is nevertheless stronger than If there is any stray magnetic field that may be encountered, the patient cannot operate the doctor's switch. When the patient switch is closed, the pulse generation unit will be in the mode with a fixed Pulse repetition frequency switched. For several reasons it may be desirable to use this mode of operation with fixed Pulse repetition rate by the. Switch patients themselves.

Wenn es erwünscht ist, die Grundfolgefrequenz des Systems zu ändern, dann muß ein wesentlich stärkerer Magnet (typischerweise 400 Gauß bei 3,5 cm) angewendet werden, wobei in diesem Fall sowohl der Patientenschalter als auch der Arztschalter betätigt werden. Die Betätigung des Patientenschalters hat zur Folge, daß die Impulserzeugungseinheit in der Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet; gleichzeitig bewirkt die Betätigung des Arztschalters die Kopplung von Impulsen aus der Impulserzeugungseinheit zu einer Zählerschaltung, die zyklisch eine vorbestimmte Anzahl von Zählerständen durchlaufen kann. Jeder Zählerstand in Zählerstufen mit höherer Wertigkeit bestimmt eine andere Grundfolgefrequenz der Ausgangsimpulse (d.h. der Herzanregungsimpulse).If it is desired to change the fundamental repetition rate of the system, then a much stronger magnet must be used (typically 400 Gauss at 3.5 cm) can be used, in which case both the patient counter and the doctor's switch can also be operated. The actuation of the patient switch has the consequence that the pulse generating unit works in fixed pulse repetition rate mode; at the same time causes actuation the doctor's desk, the coupling of impulses from the impulse generation unit to a counter circuit which cyclically run through a predetermined number of counter readings can. Each counter reading in counter steps with a higher value determines a different basic repetition frequency of the Output pulses (i.e. the cardiac stimulation pulses).

Die Ausgangssignale der höherwertigen Zählerstufen werden in einem bevorzugten System direkt über bewertete Widerstände abgegriffen, damit ein repräsentatives Analogsignal erzeugtThe output signals of the higher-order counter stages are in a preferred system tapped directly via weighted resistors so that a representative analog signal is generated

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wird. Dieses Analogsignal wird mit einem weiteren Signal kombiniert, das den Zustand der Energieversorgungsquelle der Impulserzeugungseinheit repräsentiert, und das resultierendeSignal wird dazu verwendet, einen Grundfrequenz-Ladestrom zu erzeugen, der in einem Oszillator einem Zeitsteuerkondensator zugeführt wird, damit die Grundfolgefrequenz der Herzimpulse festgelegt wird.will. This analog signal is combined with another signal that shows the state of the energy supply source of the pulse generating unit, and the resultant signal is used to generate a fundamental frequency charging current, which in an oscillator is a timing capacitor is supplied so that the basic repetition rate of the heart impulses is determined.

Wie noch genauer erläutert wird, ist es bekannt, daß die Folgefrequenz eines Herzschrittmachers eine wirksame Anzeige für den Zustand der Versorgungsenergiequelle oder der Batterien ist. Typischerweise sollten die Batterien dann ersetzt werden, wenn sich die Grundfolgefrequenz auf einen um 10% unterhalb des ursprünglichen Werts liegenden Wert verschoben hat.As will be explained in more detail, it is known that the repetition rate of a pacemaker is an effective indicator is for the state of the supply energy source or the batteries. Typically the batteries should then be replaced if the basic repetition rate is reduced by 10% has moved below the original value.

Nach der Erfindung wird dann die Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit programmiert, und die tatsächliche Arbeitsfolgefrequenz wird vom Ausgangssignal der höherwertigen Zählerstufen und auch von einer Information über den Zustand der Batterien bestimmt.According to the invention, the basic repetition rate is then programmed for the pulse generation unit, and the actual one The working frequency is determined by the output signal of the higher-order counter stages and also by information about determines the condition of the batteries.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nur die drei höchstwertigen Stufen des Zählers zur Festlegung eines Ausgangszuständes benutzt. Die Signale aus den höherwertigen Stellen werden zur Erzeugung eines Analogsignals benutzt, das den gewünschten Betriebszustand für die Grundfolgefrequenz repräsentiert. Der Zähler ist ein siebenstufiger,asynchroner Zähler, der seinen Ausgangsstand nach Beendigung einer Zählung von 16 erhöht und nach einem zyklischen Durchlauf durch die acht möglichen Ausgangszustände der drei höchstwertigen Stufen erneut zyklisch durchläuft. Die ImpulserzeugungseinheitIn the illustrated embodiment, only the three most significant stages of the counter are used to determine one Initial state used. The signals from the more significant digits are used to generate an analog signal that represents the desired operating state for the basic repetition rate. The counter is a seven-stage, asynchronous counter, which increases its starting value after a count of 16 has been completed and after a cyclical run through the cycles through eight possible output states of the three most significant levels again. The pulse generation unit

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verbleibt daher in einem gegebenen Ausgangszustand, bis 16 Schrittmacher-Ausgangsimpulse erzeugt worden sind. Da die Grundfolgefrequenz in einem relativ weiten Bereich verändert werden kann, kann sich die Zeitdauer, in der das System in einem gegebenen Ausgangszustand verbleibt, im Bereich von 9 bis 16 Sekunden ändern.therefore remains in a given initial state until 16 pacemaker output pulses have been generated. Because the basic repetition rate is in a relatively wide range can be changed, the length of time the system remains in a given initial state can change in Change the range from 9 to 16 seconds.

Solange der Betätigungsmagnet an seiner Stelle bleibt und beide Reed-Schalter geschlossen bleiben, wird die Impulserzeugungseinheit durch die verschiedenen Grundfolgefrequenzen fortgeschaltet. Typischerweise reicht der Bereich der Grundfolgefrequenzen von'60 Schlägen pro Minute bis Schlägen pro Minute, wobei jeder Zustand um 6 Herzschläge pro Minute von den angrenzenden Stufen entfernt liegt. Dies hat sich als brauchbarer Bereich herausgestellt, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.As long as the actuating magnet remains in place and both reed switches remain closed, the pulse generation unit is advanced through the various basic repetition frequencies. Typically the range is sufficient of basic repetition rates from 60 beats per minute to Beats per minute, with each condition 6 heartbeats per minute away from the adjacent steps. this has been found to be a useful range, but the invention is not so limited.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained by way of example with reference to the drawing. Show it:

Fig.1 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Anwendung eines für den Arzt bestimmten Magnets auf einen implantierten Herzschrittmacher,Fig. 1 is a perspective view for illustration the application of a magnet intended for the doctor to an implanted pacemaker,

Fig.2 eine schematische DarstäLlung zur Veranschaulichung der richtigen Anbringung eines Magnets relativ zum Schrittmacher von Fig.1,Fig. 2 is a schematic representation for illustration the correct attachment of a magnet relative to the pacemaker of Fig. 1,

Fig.3 ein idealisiertes Diagramm zur Darstellung der Änderung der Grundfolgefrequenz eines Herzschrittmachers, abhängig von der Zeit nach der Implantation,3 shows an idealized diagram to illustrate the change the basic repetition rate of a pacemaker, depending on the time after implantation,

ORIGINAL IN6PECTED 80982Λ/1003 ORIGINAL IN6PECTED 80982Λ / 1003

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Fig.4 ein Blockschaltbild eines Herzschrittmachers mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,4 shows a block diagram of a pacemaker with the embodiment according to the invention,

Flg.5 ein Schaltbild der Anordnung von Fig.4 undFlg.5 a circuit diagram of the arrangement of Fig.4 and

Fig.6 ein Schaltbild einer Ausgangsstufe der Zählerschaltung, die die Grundfolgefrequenz bestimmt.6 is a circuit diagram of an output stage of the counter circuit, which determines the basic repetition rate.

In Fig.1 gibt das Bezugszeichen 10 allgemein die Umrißlinie einer implantierten Impulserzeugungseinheit eines Herzschrittmachers an. Die Einheit ist typischerweise in einem korrisionsbeständigen, flUssigkeitsundurchlässigen Gehäuse, gewöhnlich im Bauchbereich oder im Rippenbereich eines Patienten angebracht. Von der Impulserzeugungseinheit 10 führt ein Katheter 11 zu einer Elektrode, die so angebracht ist, daß sie mit der Wand der anzuregenden Herzkammer in Kontakt steht.In Figure 1, the reference numeral 10 generally indicates the outline an implanted pulse generation unit of a cardiac pacemaker. The unit is typically in a corrosion-resistant, liquid-impermeable housing, usually in the abdominal area or in the rib area attached to a patient. A catheter 11 leads from the pulse generation unit 10 to an electrode, which is mounted so that it is in contact with the wall of the heart chamber to be excited.

In der Darstellung von Fig.1 ist über der implantierten Impulserzeugungseinheit 10 ein starker Magnet 12 angebracht. Der Magnet 12 hat eine ausreichende Stärke (beispielsweise 400 Gauß bei 3,5 cm), damit zwei magnetische Reed-Schalter S1 und S2 nach Fig.2 betätigt werden. Wie Fig.2 zeigt, ist der Schalter S1 parallel zu den vom Magnet 12 -erzeugten Magnetflußlinien angeordnet, die sich vom Nordpol N zue Südpol S erstrecken.Der Schalter S2 ist dagegen so ausgerichtet, daß er senkrecht zu den Flußlinien liegt, und dadurch weniger empfindlich ist. Damit der Schalter S2 noch unempfindlicher wird, 1st er von einer magnetischen Hülse 14 umgeben.In the illustration of FIG. 1, a strong magnet 12 is attached above the implanted pulse generation unit 10. The magnet 12 has sufficient strength (e.g. 400 Gauss at 3.5 cm), so that two magnetic reed switches S1 and S2 are actuated as shown in Fig. 2. As 2 shows, the switch S1 is arranged parallel to the magnetic flux lines generated by the magnet 12, which are extend from the north pole N to the south pole S. The switch S2 is on the other hand, oriented so that it is perpendicular to the lines of flux and is therefore less sensitive. In order to the switch S2 becomes even more insensitive if it is surrounded by a magnetic sleeve 14.

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Der Schalter S1 kann von einem Magnet mit geringerer Feldstärke betätigt werden; er wird manchmal als der Patientenschalter bezeichnet, während der Schalter S2 als der Arztschalter bezeichnet wird.Wenn der Arzt das relativ starke Magnetfeld zur Anwendung bringt, werden beide Schalter S1 und S2 geschlossen. Wenn Jedoch ein schwächeres Magnetfeld, beispielsweise durch den Patienten angewendet wird, wird nur der Schalter S1 geschlossen. Außerdem kann das Feld des Patientenmagnets horizontal verlaufen, während das stärkere Magnetfeld des Arztmagnets einen vertikalen Verlauf haben kann, damit die gewünschte Selektivität erzielt wird.The switch S1 can be operated by a magnet with a lower field strength; he is sometimes called the Patient switch, while switch S2 is called the doctor switch. If the doctor does that applies a relatively strong magnetic field, both switches S1 and S2 are closed. However, if a If a weaker magnetic field is used, for example by the patient, only switch S1 is closed. In addition, the field of the patient magnet can run horizontally, while the stronger magnetic field of the doctor's magnet can have a vertical course so that the desired selectivity is achieved.

Bevor nun das System beschrieben wird, sei auf Fig.3 Bezug genommen, in der zwei Kurven 16, 17 dargestellt sind, die die Beziehungen zwischen der Grundfolgefrequenz eines.*Herzschrittmachers ( an der Ordinate ) und der Zeit ( an der Abszisse ) im Anschluß an die Implantation angeben. Die von der Kurve 16 angegebene Beziehung gilt dabei für eine höhtre Grundfolgefrequenz, während die Kurve 17 für eine niedrigere Grundfolgefrequenz gilt. Unter der Annahme, daß ursprünglich die Impulsfolgefrequenz nach der Kurve 17 eingestellt wurde, würde ein untersuchender Arzt oder ein Schrittmacherspezialist feststellen, daß die Batterien des Schrittmachers ausgewechselt werden müssen, wenn die Folgefrequenz unter 9096 (gemäß der gestrichelten Linie 18) der ursprünglichen Nennfolgefrequenz gemäß der Linie 17A fällt.Before the system is described, refer to Fig. 3 Reference is made in which two curves 16, 17 are shown showing the relationships between the fundamental repetition rate a. * pacemaker (on the ordinate) and the time (on the abscissa) after the implantation. The relationship indicated by curve 16 applies to a higher basic repetition rate, while curve 17 applies to a lower basic repetition rate. Under the An examiner would assume that the pulse repetition frequency was originally set according to curve 17 Your doctor or pacemaker specialist will determine that the pacemaker batteries are being replaced must if the repetition rate is below 9096 (according to dashed line 18) the original nominal repetition rate falls along line 17A.

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Mode of action

In Fig.4 ist das anzuregende Herz mit dem Bezugszeichen 20 angegeben. Zwischen derlmpulserzeugungseinheit und dem Herzen ist eine einzige Leitung 21 angebracht. Ein Rückweg wird vom Körper selbst gebildet, und eine unter der Haut liegende Elektrode ist normalerweise an der Impulserzeugungseinheit als Bestandteil des Gehäuses angebracht. Eine Defibrilierungs-Zenerdiode und ein Filter 22 gegen elektromagnetische Störungen sind zwischen die Leitung 21 und den Hauptteil der Schaltung eingefügt. Von einer Ausgangsschaltung 23 wird über eine Leitung 24 und einen Ausgangskondensator 25 ein anregender Ausgangsimpuls zum Filter 22 und zur Schrittmacherleitung 21 übertragen. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangskondensator 25 und dem Filter 22 ist eine Abtastleitung zum Eingang eines Verstärkers 27 geführt, der eine noch genauer zu beschreibende stabilisierende Rückkopplungsschaltung 28 aufweist.In FIG. 4, the heart to be stimulated is denoted by the reference number 20 specified. A single lead 21 is attached between the pulse generating unit and the heart. A way back will be formed by the body itself, and an electrode located under the skin is usually on the pulse generator attached as part of the housing. A defibrillation zener diode and a filter 22 against electromagnetic interference are inserted between line 21 and the main part of the circuit. From an output circuit 23 is a stimulating output pulse to the filter 22 and to via a line 24 and an output capacitor 25 Pacemaker lead 21 transmitted. From the connection point between the output capacitor 25 and the filter 22 is a scan line is led to the input of an amplifier 27, which is a stabilizing feedback circuit to be described in more detail 28 has.

Am Ausgang des Verstärkers 27 sind ein Schwellenwertdetektor für einen positiven Schwellenwert und ein Schwellenwertdetektor 30 für einen negativen Schwellenwert parallel zum gleichzeitigen Empfang der Verstärkerausgangssignale angeschlossen, und die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren sind an ein ODER-Glied 31 angeschlossen. Der Ausgang des ODER-Glieds 31 ist an eine wiederauslösbare monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 angeschlossen, deren Ausgang über eine Verzögerungsschaltung 33 und einen Kondensator 34 an eine Hemmschaltung 35 angeschlossen ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 33 ist auch mit einer Seite des Patientenschalters S1 verbunden, dessen andere Seite an Masse liegt. Wenn der Patientenschalter geschlossen ist, kann somit das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33At the output of the amplifier 27 are a threshold value detector for a positive threshold value and a threshold value detector 30 for a negative threshold value in parallel with the simultaneous reception of the amplifier output signals and the outputs of the threshold detectors are connected to an OR gate 31. The outcome of the OR gate 31 is connected to a retriggerable monostable interference suppression circuit 32, the output of which is connected to an inhibiting circuit 35 via a delay circuit 33 and a capacitor 34. The outcome of the Delay circuit 33 is also connected to one side of patient switch S1, the other side of which is on Mass lies. When the patient switch is closed, the output signal of the delay circuit 33

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nicht zur Hemmschaltung 35 übertragen werden.are not transmitted to the inhibitor circuit 35.

Der Ausgang der Hemmschaltung 35 ist mit einem Schwellenwertdetektor 36 verbunden, der seinerseits über den Arztschalter S2 an eine Folgefrequenz-Programmierschaltung angeschlossen ist.Der Ausgang der Programmierschaltung ist an eine Ladeschaltung 38 angeschlossen, deren Ausgangssignal den Ladestrom eines Zeitsteuerkondensators 40 zur Festlegung einer Grundfolgefrequenz für die Impulserzeugungseinheit bestimmt. Die Spannung am Zeitsteuerkondensator AO wird vom Schwellenwertdetektor 36 abgetastet, und wenn die Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, wird eine Entladeschaltung 46 betätigt, damit die Ausgangsschaltung 23 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses erregt wird.Eine Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 verhindert ein Arbeiten des Systems über einer vorbestimmten Grundfolgefrequenz, die normalerweise bei 120 Herzschlägen oder Impulsen pro Minute liegt.The output of the inhibitor circuit 35 is a threshold detector 36 connected, in turn via the doctor's desk S2 is connected to a repetition frequency programming circuit. The output of the programming circuit is connected to a charging circuit 38, the output signal of which is the charging current of a timing capacitor 40 determined to define a basic repetition frequency for the pulse generation unit. The voltage on the timing capacitor AO is sampled by the threshold detector 36 and when the voltage exceeds a predetermined threshold has reached, a discharge circuit 46 is actuated, so that the output circuit 23 is excited to generate an output pulse. A repetition frequency limiting circuit 47 prevents the system from operating above a predetermined basic repetition rate that normally occurs at 120 heartbeats or pulses per minute.

Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 33 wird auch von einem GIeichlaufimpulsgenerator 48 empfangen, der die Ausgangsschaltung 23 so erregt, daß diese einen nichtanregenden Impuls erzeugt, der an das Herz angelegt wird. Die Impulsdauer eines Anregungsimpulses kann 0,75 ms betragen,- während die Dauer eines GIe ichlauf impulses in der Größenordnung von 20/Us liegen kann.The output of the delay circuit 33 becomes also received by a synchronization pulse generator 48, which energizes the output circuit 23 to produce a non-stimulating pulse which is applied to the heart will. The pulse duration of an excitation pulse can be 0.75 ms, - while the duration of a steady-state pulse in can be of the order of 20 / Us.

Im Normalbetrieb arbeitet der Herzschrittmacher von Fig.4 bei geöffneten Schaltern S1 und S2 in einer Betriebsart, in der die SchrittmatcherimpulaB nicht in Konkurrenz mit den natürlichen Herzschlägen auftreten.The pacemaker from Fig. 4 works in normal operation with open switches S1 and S2 in an operating mode in which the step matcher pulses are not in competition with natural heartbeats occur.

809824/ιnns809824 / ιnns

2 7 5 b 7 O2 7 5 b 7 O

Wenn das Herz normal arbeitet, wird von der in die Herzkammer implantierten Elektrode eine R-Welle abgetastet, und ein Signal wird über die Leitung 21 zur Filterschaltung 22 und über die Leitung 26 zum Verstärker 27 übertragen. Der Verstärker 27 erzeugt ein Ausgangssignal, das das abgetastete Signal repräsentiert, das entweder positiv oder negativ sein kann. In jedem Fall stellt einer der Schwellenwertdetektoren 29, 30 die Anwesenheit einer R-Welle fest, und über das ODER-Glied 31 wird ein Impuls übertragen, der die monostabile Schaltung 32 auslöst. Die monostabile Schaltung 32 kann herkömmlich aufgebaut sein; ihre Hauptaufgabe besteht darin, Störungen zu unterdrücken, die auf Grund der 60 Hz-Frequenz auftreten. Die monostabile Schaltung 32 kann also von 60 Hz-Störungen nicht erneut ausgelöst werden, so daß ein Anhalten des Schrittmachers in Anwesenheit von Netzstörungen verhindert wird.When the heart is working normally, an R-wave is sensed by the electrode implanted in the heart chamber, and a signal is transmitted via line 21 to filter circuit 22 and via line 26 to amplifier 27. The amplifier 27 produces an output signal representing the sampled signal which is either positive or can be negative. In either case, one of the threshold detectors 29, 30 indicates the presence of an R-wave fixed, and via the OR gate 31, a pulse is transmitted which triggers the monostable circuit 32. The monostable circuit 32 can be of conventional construction; their main task is to suppress disturbances, which occur due to the 60 Hz frequency. The monostable circuit 32 can thus avoid 60 Hz interference not triggered again, thus preventing the pacemaker from stopping in the presence of network disturbances will.

Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 32 wird von der Verzögerungsschaltung 33 geringfügig verzögert. Dies verhindert eine Betätigung der Schaltung durch einen Anregungsausgangsimpuls unmittelbar im Anschluß an seine Erzeugung. Wenn eine R-Welle festgestellt wurde, dann betätigt das abgetastete Signal nach der Verstärkung den GIeichlaufimpulsgenerator 48, der seinerseits die Ausgangsschaltung 23 so erregt, daß diese in zeitlich festgelegter Beziehung zum natürlich auftretenden Herzsignal einen nichtanregenden Impuls erzeugt. Wenn keine natürliche R-Welle festgestellt wird, dann stellt die Entladeschaltung 46 fest, daß die Spannung am Zeitsteuerkondensator 40 an einem von der Programmierschaltung 37 bestimmten Zeitpunkt einen gewissen Wert erreicht hat, und unter diesen Umständen erzeugt die Entladeschaltung 46 ein Signal, das die Ausgangsschal-The output of the monostable circuit 32 becomes delayed by the delay circuit 33 slightly. This prevents an actuation of the circuit by one Excitation output pulse immediately following its generation. If an R-wave is detected, then press the sampled signal after amplification passes the tracking pulse generator 48, which in turn is the output circuit 23 so excited that it generates a non-stimulating impulse in a time-fixed relationship to the naturally occurring heart signal. When no natural R-wave is detected is, then the discharge circuit 46 determines that the voltage on the timing capacitor 40 is applied to one of the programming circuit 37 has reached a certain point in time, and is generated under these circumstances the discharge circuit 46 a signal that the output switch

809824/1003 _Λ_809824/1003 _Λ _

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275b7ü2275b7ü2

tung 23 zur Erzeugung eines dem Herzen zugeführten Anregungssignal betätigt. Die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 ist so ausgelegt, daß ein Betrieb der Entladeschaltung 46 bei einer vorbestimmten maximalen Folgefrequenz verhindert wird, die, wie erwähnt wurde, bei 120 Impulsen pro Sekunde liegen kann. Die Aufgabe der Hemmschaltung 35 besteht darin, einen Ausgangsimpuls für die Dauer einer vorbestimmten Zeitperiode im Anschluß auf das Auftreten einer natürlichen R-WeHe oder eines angeregten Herzschlags zu verhindern.device 23 operated to generate a stimulus signal supplied to the heart. The repetition rate limiting circuit 47 is designed to prevent discharge circuit 46 from operating at a predetermined maximum repetition rate which, as mentioned, can be 120 pulses per second. The task of the inhibitor circuit 35 is to an output pulse for a predetermined period of time to prevent following the occurrence of a natural R-WeHe or a stimulated heartbeat.

Wenn gewünscht wird, daß die Schaltungsanordnung in einem Asynchronbetrieb arbeitet, bei dem die Grundfolgefrequenz konstant ist, wird über der Impulserzeugungseinheit 10 ein relativ schwacher Magnet angebracht, damit der Patientenschalter S1 geschlossen wird. Dadurch wird der Signalausgang der Verzögerungsschaltung 33 kurzgeschlossen, und die Entladeschaltung 46 kann die Ausgangsschaltung 23 entsprechend der programmierten internen Zeitsteuerung betätigen.If it is desired that the circuit arrangement operates in an asynchronous mode in which the basic repetition frequency is constant, a relatively weak magnet is attached above the pulse generation unit 10 so that the patient switch S1 is closed. As a result, the signal output of the delay circuit 33 is short-circuited, and the discharge circuit 46 can operate the output circuit 23 in accordance with the programmed internal timing.

Wenn es erwünscht ist,die Grundfolgefrequenz zu ändern, wird ein ausreichend starker Magnet zum Schließen der beiden Schalter S1 und S2 verwendet. Das Schließen des Schalters S1 bewirkt das Arbeiten der Anordnung im Asynchronbetrieb, wie oben angegeben wurde. Das Schließen des Schalters S2 gibt den .Schwellenwertdetektor 36 frei, damit dieser Impulse in zeitlicher Beziehung zu den Ausgangsimpulsen erzeugt und zur Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 überträgt. Die Programmierschaltung 37 enthält einen siebenstufigen asynchronen Zähler, der 16 Eingangsimpulse zählt und dann die drei höchstwertigen Stufen weiterschaltet, die eine Änderung der Ausgangsfolgefrequenz ergeben. Die drei höchstwertigen Stellen der Zäh]a?schaltung werden zusammenIf it is desired to change the basic repetition rate, a sufficiently strong magnet is used to close the two switches S1 and S2. Closing switch S1 causes the arrangement to work in asynchronous mode, as stated above. Closing the switch S2 releases the threshold value detector 36 so that it generates pulses in a temporal relationship to the output pulses and to the repetition rate programming circuit 37. The programming circuit 37 includes a seven-stage asynchronous counter which counts 16 input pulses and then advances the three most significant stages that result in a change in the output repetition rate. The three most significant digits of the counting circuit are combined

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809824/ 1 003809824/1 003

275S702275S702

mit bewerteten Widerständen dazu benutzt, ein eine gewünschte Grundfolgefrequenz repräsentierendes Analogsignal zu erzeugen, wie noch erläutert wird. Dieses Signal wird mit einem schematisch als Block 49 angegebenen Signal kombiniert, das den Zustand der Batterie anzeigt. Diese Signale werden in der Ladeschaltung 38 kombiniert, damit in entsprechender Weise die Ladezeit des Zeitsteuerkondensators 40 modifiziert wird. Nachdem 16 Ausgangsimpulse aufgetreten sind, ändert sich die. fünfthöchstwertige Stelle der Zählerschaltung in der Programmierschaltung 37, und die Folgefrequenz wird auf den nächsten Schritt vergrößert. Der Vorgang läuft in dieser Weise weiter, bis der Magnet entfernt wird und der Schalter S2 öffnet. Nach öffnen der beiden Schalter S1 und S2 kehrt die Anordnung wieder in die Betriebsart zurück, in der keine mit den natürlichen Herzschlägen in Konkurrenz tretende Anregungsimpulse erzeugt werden, doch hängt jetzt die von der Programmierschaltung 37 bestimmte Grundfolgefrequenz von dem Zustand ab, in dem sie belassen wurde, als sich der Schalter S2 öffnete.with weighted resistors used to generate an analog signal representing a desired basic repetition frequency to generate, as will be explained. This signal is indicated schematically as block 49 with a Combined signal that indicates the condition of the battery. These signals are combined in the charging circuit 38, so that the charging time of the timing capacitor 40 is modified in a corresponding manner. After 16 output pulses occurred, the changes. fifth most significant digit of the counter circuit in the programming circuit 37, and the Repetition rate is increased to the next step. The process continues in this way until the magnet is removed and the switch S2 opens. After opening the two switches S1 and S2, the arrangement returns to the Operating mode in which no excitation pulses that compete with the natural heartbeats are generated but now the basic repetition rate determined by the programming circuit 37 depends on the state in which it was left when switch S2 opened.

Exact circuit description

In Fig.5 sind zur Kennzeichnung gleicher Schaltungseinheiten oder Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.4 verwendet. Das Herz ist also wieder mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Das Signal von der Ausgangsschaltung 23 wird über die Leitung 24 durch den Ausgangskopplungskondensator 25 und die Zenerdioden- und Störfilterschaltung 22 zum Herzen 20 übertragen. Die Herzaktivität wird von der Herzelektrode abgetastet, und dem Eingangsverstärker 27 wird ein Signal über die Leitung 26 zugeführt. Vor der Eingabe in den Eingangs-In Figure 5 are the same circuit units to identify or components use the same reference numerals as in FIG. The heart is thus again designated with the reference number 20. The signal from the output circuit 23 becomes via line 24 through output coupling capacitor 25 and zener diode and noise filter circuit 22 to heart 20 transfer. The heart activity is sensed by the heart electrode, and the input amplifier 27 is a signal supplied via line 26. Before entering the input

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809824 / 1 003809824/1 003

2 7 5 b 7 O 22 7 5 b 7 O 2

verstärker durchläuft das Signal zwei Differenzierschaltungen 50 und 51, damit eine selektive .Filterung niedriger Frequenzen erzielt wird. Der Eingangsverstärker 27 enthält als aktive Elemente einen ersten Transistor 22 in Basisschaltung, einen Transistor 53 und einen Transistor 54; diese Transistoren bilden einen dreistufigen Verstärker. Das Signal wird vom Kollektor des Transistors 54 über eine Leitung 55 abgenommen und durch die RUckkopplungsschaltung 28, die einen Integrator aus dem Widerstand 54 und dem Kondensator 58 sowie ein drittes Differenzierglied aus einem Widerstand 56 und einem Kondensator 51 besteht, zur Basis des ersten verstärkenden Transistors 52 zurückgekoppelt. Die RUckkopplungsschaltung ergibt eine Gegenkopplung zur Stabilisierung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers, und sie ergibt eine vorbestimmte hohe Grenzfrequenz und zusätzlich eine vorbestimmte tiefe Grenzfrequenz. Außerdem ermöglicht die eben beschriebene Schaltungsanordnung eine Unterscheidung der T-Welle, und sie beschleunigt die Erholung des Verstärkers nach dem Auftreten eines angeregeten Ausgangsimpulses. Nach dem Auftreten eines Ausgangsimpulses bleibt kurzzeitig an der Anregungselektrode eine Polarisierungsspannung zurück.amplifier, the signal passes through two differentiating circuits 50 and 51, thus a selective .Filterung lower Frequencies is achieved. The input amplifier 27 contains, as active elements, a first transistor 22 in common base, a transistor 53 and a transistor 54; these transistors form a three-stage amplifier. The signal is taken from the collector of transistor 54 via a Line 55 removed and through the feedback circuit 28, an integrator from the resistor 54 and the capacitor 58 and a third differentiator from a Resistor 56 and a capacitor 51 is fed back to the base of the first amplifying transistor 52. The feedback circuit provides negative feedback to stabilize the gain of the amplifier, and it gives a predetermined high cut-off frequency and, in addition, a predetermined low cut-off frequency. aside from that enables the circuit arrangement just described to distinguish the T-wave, and it accelerates the recovery of the amplifier after the occurrence of an excited Output pulse. After the occurrence of an output pulse A polarization voltage remains briefly on the excitation electrode.

Das vom Kollektor des Transistors 54 abgenommene Ausgangssignal wird über ein viertes Differenzierglied 59 zum Schwellenwertdetektor 29 für den positiven Schwellenwert und über ein fünftes Differenzierglied 60 zum Schwellenwertdetektor für einen negativen Schwellenwert gekoppelt. Das vierte und das fünfte Differenzierglied tragen auch zur selektiven Bandpaßfilterung der Schaltungsanordnung bei. Die Ausgänge der Schwellenwertdetektoren 29 und 30 werden an die Transistoren 62 bzw. 63 angelegt, die zusammen die Funktion des ODER-Glieds 31 von Fig.4 haben.The output signal taken from the collector of transistor 54 is via a fourth differentiating element 59 to Threshold value detector 29 for the positive threshold value and coupled via a fifth differentiating element 60 to the threshold value detector for a negative threshold value. The fourth and fifth differentiators also contribute to the selective bandpass filtering of the circuit arrangement. The outputs of threshold detectors 29 and 30 are applied to transistors 62 and 63, respectively, which together represent the Function of the OR gate 31 of Fig.4 have.

809826/1003809826/1003

2 7 5 b 7 O 22 7 5 b 7 O 2

Die Transistoren 62, 63 sind so verbunden, daß sie ein Halteglied bilden und in einer mit der Wirkungsweise eines steuerbaren Siliziumgleichrichters vergleichbaren Weise arbeiten. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 30 für den negativen Schwellenwert ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 63 und der Basis des Transistors 62 verbunden. Ein Strom aus dem Schwellenwertdetektor für den negativen Schwellenwert hat zur Folge, daß der Transistor 62 leitend gemacht wird, der seinerseits bewirkt, daß der Transistor 63 leitet. Der Ausgang des Schwellenwertdetektors 29 für den positiven Schwellenwert ist am Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 62 und der Basis des Transistors 63 angeschlossen; sein Ausgangsstrom bewirkt, daß der Transistor 63 leitet, dessen leitender Zustand seinerseits zur Folg· hat, daß der Transistor 62 leitet. Der Ausgang dieses Halteglieds ist über eine Leitung 65 mit dem Eingang der monostabilen, wieder auslösbaren StörunterdrUckungsschaltung 32 verbunden, die einen Transistor 66 enthält, der einen Schwellenwertdetektor für die Spannung an einem Kondensator 67 bildet. Die Wiederauslösungsfunktion wird vom Halteglied 31 ausgeführt.The transistors 62, 63 are connected to form a holding member and in one with the operation of a controllable silicon rectifier work in a comparable way. The output of the threshold detector 30 for the negative threshold is with the junction between the collector of transistor 63 and the base of transistor 62 connected. A current from the threshold value detector for the negative threshold value results in that transistor 62 is rendered conductive, which in turn causes transistor 63 to conduct. The outcome of the Threshold detector 29 for the positive threshold is at the junction between the collector of the transistor 62 and the base of transistor 63 connected; its output current causes transistor 63 to conduct, whose conductive state in turn has the consequence that transistor 62 is conductive. The output of this holding element is connected via a line 65 to the input of the monostable, retriggerable interference suppression circuit 32 connected which includes a transistor 66 which is a threshold detector for the voltage on a capacitor 67 forms. The retriggering function is carried out by the holding element 31.

Wenn das Halteglied leitet, ist die Serienschaltung aus dem Kondensator 67 und einem Widerstand 68 direkt parallel zur Versorgungsspannung geschaltet. Der Widerstand 68 hat einen relativ kleinen Wert, so daß sich der Kondensator 67 schnell auflädt. Wenn der Kondensator geladen ist, fließt kein Strom mehr zum Halteglied, so daß die Transistoren 62, 63 nichtleitend werden. Wenn der Kondensator 67 mit dem Aufladen beginnt, beginnt der Transistor 66 abgesehen vonWhen the holding element conducts, the series circuit comprising the capacitor 67 and a resistor 68 is directly parallel switched to the supply voltage. The resistor 68 has a relatively small value so that the capacitor 67 charges up quickly. When the capacitor is charged, it flows no more current to the holding element, so that the transistors 62, 63 become non-conductive. When the capacitor 67 with the Charging starts, the transistor 66 starts apart from

27557U227557U2

einer Verzögerung zu leiten, die von einem zvi sehen der Systemmasse und der Basis des Transistors 66 liegenden Kondensator 69 eingeführt wird.a delay to direct that of a zvi see the System ground and the base of the transistor 66 lying capacitor 69 is introduced.

Wenn ds Halteglied abschaltet, beginnt die Ladung am Kondensator 67, über die Widerstände 70, 71 abzufliesseu. Es ist diese Entladezeitkontante, die die Periode der monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 bestimmt. Die Hauptaufgabe dieser Schaltung besteht darin, Störungen auf Grund der 60 Hz-Frequenz zu unterdrücken, so daß sie vor Ablauf ihrer Haltezeit von 60 Hz-Störungen nicht erneut ausgelöst wird.Dadurch wird ein Anhalten des Schrittmachers im Fall von Netzleitungsstörungen verhindert. Das Signal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung enthält eine Verzögerung von 1,5 ms, damit ein Zustand verhindert wird, der sonst von einem zur Eingangsschaltung zurückgeführten Anregungsimpuls verursacht werden könnte, der die Erzeugung eines Gleichlaufimpulses, und nicht die Erzeugung eines Anregungsimpulses bewirkt, wie es erforderlich ist. Diese Funktion wird mit Hilfe des der Verzögerungsschaltung 33 in Fig.4 zugeschriebenen Kondensators 69 bewirkt, indem das Einschalten des Transistors verzögert wird.When the holding member switches off, charging begins on Capacitor 67 to flow off through the resistors 70, 71. It is this discharge time constant that determines the period of the one-shot interference suppression circuit 32 is determined. The main job of this circuit is to avoid interference to suppress due to the 60 Hz frequency, so that they do not have 60 Hz interference before the end of their holding time retriggering, causing the pacemaker to pause prevented in the event of power line faults. The signal from the one-shot noise suppression circuit contains a delay of 1.5 ms, so that a state is prevented that would otherwise pass from one to the input circuit returned excitation pulse could be caused, the generation of a synchronous pulse, and not the Generating an excitation pulse causes as required is. This function is performed with the aid of the capacitor assigned to the delay circuit 33 in FIG 69 causes by delaying the turning on of the transistor.

Der Patientenschalter S1, der aus einem normalerweise offenen magnetischen Reed-Schalter besteht, liegt parallel zum Ausgang des Transistors 66. Wenn der Schalter S1 geschlossen ist, können keine Impulse durch die monostabile Störunterdrückungsschaltung 32 und die Verzögerungsschaltung 33 laufen.The patient counter S1, which normally consists of a open magnetic reed switch exists, is parallel to the output of transistor 66. When switch S1 is closed no pulses can pass through the one-shot suppressor circuit 32 and the delay circuit 33 run.

8098?W1Π038098? W1-03

275b7ü2275b7ü2

Das Ausgangssignal der monostabilen Störunterdrückungsschaltung 32 ist eine Impulsvorderflanke, die über einen Kondensator 73 an denEingang der einenTransistor 74 enthaltenden Hemmschaltung 35 gekoppelt wird. Am Emitter des Transistors 74 tritt während seiner Aktivierung eine vom Kondensator 141 und vom Widerstand 140 der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 erzeugte exponentiell abnehmende Spannung auf, wie noch erläutert wird. Diese Spannung hat zur Folge, daß der Emitter-Basis-Ubergang des Transistors im Verlauf einer die Hemmzeitperiode der Schaltung festlegenden vorbestimmten Zeitperiode in Sperrichtung vorgespannt wird. D.h. in anderen Worten, daß der Transistor während der Hemmzeitperiode nicht in den leitenden Zustand übergehen kann.The output of the one-shot interference suppression circuit 32 is a leading edge of the pulse that is generated via a Capacitor 73 to the input of a transistor 74 containing Inhibitor circuit 35 is coupled. At the emitter of the transistor 74 occurs during its activation from a Capacitor 141 and produced by resistor 140 of repetition rate limiting circuit 47 exponentially decreasing Suspense, as will be explained. This voltage has the consequence that the emitter-base junction of the transistor reverse biased during a predetermined time period defining the inhibition time period of the circuit will. In other words, the transistor does not become conductive during the inhibition time period can pass.

Die Durchlaßvorspannung des Transistors 74 wird vom Verhältnis der Widerstände 75, 76 an seiner Basis bestimmt. Das Eingangssignal der Hemmschaltung 35 ist also ein Spannungswert, dessen Größe von der von den Widerständen 75 und 76 gebildeten Spannungsteilerschaltung bestimmt wird. Wenn die exponentiell abnehmende Emitterspannung des Transistors 74 auf einen unter dem vom Spannungsteiler bestimmten Wert um einen zur Durchlaßvorspannung des Transistors 74 ausreichenden Wert sinkt, dann wird an seinem Kollektor ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Signal wird dem Schwellenwertdetektor 36 zugeführt. Der Schwellenwertdetektor 36 besteht im Prinzip aus zwei Widerständen 78 und 79. Das Ausgangssignal der Hemmschaltung 35 übergeht das normale Auslösen des Schwellenwertdetektors 36 nach einer Zeitperiode, die auf die Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47 bezogen ist, wie noch erläutert wird. Das Ausgangssignal desThe forward bias of transistor 74 is determined by the ratio of resistors 75, 76 at its base. The input signal the inhibiting circuit 35 is therefore a voltage value, the size of which is different from that of the resistors 75 and 76 formed voltage divider circuit is determined. If the exponentially decreasing emitter voltage of the Transistor 74 to a value below the value determined by the voltage divider by one to the forward bias of the If the value of transistor 74 drops sufficiently, an output signal is generated at its collector. This Signal is fed to threshold detector 36. The threshold detector 36 consists in principle of two resistors 78 and 79. The output signal of the inhibitor circuit 35 overrides the normal triggering of the Threshold detector 36 after a period of time based on the repetition rate limiting circuit 47 is, as will be explained. The output signal of the

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

809824/100Ί809824 / 100Ί

Transistors 74 wirkt als Durchlaßvorspannung des normalerweise gesperrten Transistors 79» so daß die Abgabe eines Ausgangssignals verursacht wird, das über eine Leitung 80 dem Arztschalter S2 zugeführt wird. Die andere Klemme des Arztschalters S2 ist mit dem Triggereingang eines siebenstufigen asynchronen Zählers 85 verbunden, der einen Teil der Folgefrequenz-Programmierschaltung 37 bildet. Von den sieben Stufen des Zählers 85 sind die drei höchstwertigen Stufen mit Q5, Q6 und Q7 bezeichnet. Diese Ausgänge sind an Widerstände 87, 88 bzw. 89 angeschlossen. Die anderen Enden dieser Widerstände sind gemeinsam am Verbindungspunkt zwischen zwei Widerständen 90 und 91 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 91 liegt an der Versorgungsspannung .Transistor 74 acts to forward bias the normally off transistor 79 'so that the output of a Output signal is caused, which is fed via a line 80 to the doctor switch S2. The other terminal of the Doctor's switch S2 is connected to the trigger input of a seven-stage asynchronous counter 85, which is a part the repetition frequency programming circuit 37 forms. Of the seven stages of counter 85, the three are most significant Steps labeled Q5, Q6 and Q7. These outputs are connected to resistors 87, 88 and 89, respectively. The others Ends of these resistors are connected together at the connection point between two resistors 90 and 91. The other end of the resistor 91 is connected to the supply voltage.

Der Zähler 85 wird jedesmal dann ausgelöst, wenn der Schwellenwertdetektor 36 betätigt wird, während der Arztschalter S2 geschlossen ist. Der Schwellenwertdetektor 36 wird entweder in der angegebenen Weise von der Hemmschaltung 35 oder von einem Signal vom Zeltsteuerkondensator 40 betätigt. Dies bedeutet, daß der Schwellenwertdetektor 36 den Zähler 85 veranlaßt, abhängig von einem natürlichen Herzschlag oder einem angeregetenHerzsignal vom Zeitsteuerkondensator 40 um einen Zählerstand weiterechaltet, vorausgesetzt, daß der Arztschalter S2 geschlossen ist . Da der Ausgang Q5 die fünfthöchstwertige Stelle des siebenstufigen Zählers ist, ändert sie sich nur jeweils nach 16 (=2⁴) Zählerständen. Die Stufen Q5, Q6 und Q7 bilden daher einen 3-Bit-Zähler (2*=8 Schritte oder Datenzahlen), der für jeweils 16 Ausgangsimpulse aus dem Schwellenwertdetektor 36 um einen Zählerstand weiterge-The counter 85 is triggered each time the threshold detector 36 is operated while the doctor switch S2 is closed. The threshold detector 36 is actuated either in the manner indicated by the inhibitor circuit 35 or by a signal from the tent control capacitor 40. This means that the threshold value detector 36 causes the counter 85 to switch one count further depending on a natural heartbeat or a stimulated heart signal from the timing capacitor 40, provided that the doctor switch S2 is closed. Since output Q5 is the fifth most significant digit of the seven-step counter, it only changes after 16 (= 2 ⁴ ) counter readings. The stages Q5, Q6 and Q7 therefore form a 3-bit counter (2 * = 8 steps or data numbers), which advances one count for every 16 output pulses from the threshold value detector 36.

809824/1003809824/1003

275b7Ü2275b7Ü2

schaltet wird. Jeder der acht Schritte des von den Stufen Q5, q6 und Q7 gebildeten Zählers stellt eine andere Betriebsstufe dar, was bedeutet, daß sich die Grundfolgefrequenz der Zeitsteuerschaltung in einer vorbestimmten Weise ändert, wie hier zu erläutern ist.is switched. Each of the eight steps of the Q5, The counter formed by q6 and Q7 represents a different operating stage, which means that the basic repetition frequency the timing circuit changes in a predetermined manner, as will be explained herein.

In Fig.6 ist eine Schaltung dargestellt, die für jede der Stufen des Zählers 85 repräsentativ ist. Das bedeutet, daß ein P-Kanal-MOS-Transistor 85A und ein N-Kanal-MOS-Transistor 85B so miteinander verbunden sind, daß für jede Flipflop-Schaltung imZähler ein Pufferausgang entsteht. Die Transistoren 85A und 85B sind komplementäre MOS-Bauelemente, von denen bekannt ist, daß an ihnen ein sehr kleiner Spannungsahfall auftritt, wenn sie leiten. Wenn sich also die zugehörige Flipflop-Schaltung im Zustand ^M1^M befindet, hat das Ausgangssignal einen sehr nahe des Systemmassewerts liegenden Wert. Wenn sich dagegen die Flipflop-Schaltung im Zustand ^w0" befindet, dann ist das Ausgangssignal im wesentlichen gleich der negativen Versorgungsspannung (-V). Diese Schaltung bildet zusammen mit der Bewertung der Widerstände 87, 88 und 89 einen Digital-Analog-Umsetzer, so daß das Signal an der Ausgangsleitung 89B ein Analog-Signal ist, das die Grundfolgefrequenz repräsentiert, die durch den Stand des Zählers 85 bestimmt wird. Die Widerstände 87, 88 und 89 sollten so gewählt sein, daß der Wert jedes Widerstandes für die nächsthöherwertige Stelle halb so groß wie der Wert eines gegebenen Widerstandes ist. Beispielsweise könnte der Widerstand 87 den Wert 100 M Ohm haben, der Widerstand 88 könnte den Wert 5OM Ohm haben, und der Widerstand 89 könnte den Wert 25M Ohm haben.A circuit representative of each of the stages of the counter 85 is shown in FIG. This means that a P-channel MOS transistor 85A and an N-channel MOS transistor 85B are connected to one another in such a way that a buffer output is produced for each flip-flop circuit in the counter. Transistors 85A and 85B are complementary MOS devices which are known to have a very small voltage drop when they are conducting. So when the associated flip-flop circuit is in the ^M 1 ^M state, the output signal has a value very close to the system ground value. If, on the other hand, the flip-flop circuit is in the state ^w 0 ", then the output signal is essentially equal to the negative supply voltage (-V). This circuit, together with the evaluation of the resistors 87, 88 and 89, forms a digital-to-analog converter, so that the signal on output line 89B is an analog signal representing the fundamental repetition rate determined by the reading of counter 85. Resistors 87, 88 and 89 should be chosen so that the value of each resistor for the next most significant digit For example, resistor 87 could be 100M ohms, resistor 88 could be 5OM ohms, and resistor 89 could be 25M ohms.

80982Λ/ 100380982Λ / 1003

2 7 5 b 7 Ü 22 7 5 b 7 o 2

Die Werte der Widerstände 87 bis 89 sind also binär bewertet, wobei der Widerstand mit dem niedrigsten Wert dem höchstwertigen Bit zugeordnet ist.The values of the resistors 87 to 89 are thus rated binary, with the resistor with the lowest value being the highest Bit is assigned.

Das analoge Ausgangssignal wird einer Summierschaltung zugeführt, an die auch die negative Versorgungsspannung angelegt ist. Die andere Klemme des Transistors 90 ist über eine Serienschaltung aus Dioden 93, 9^ und einem Widerstand 95 an Systemmasse und auch an die Basis eines Transistors 96 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 96 ist mit einer Klemme des Zeitsteuerkondensators 40 verbunden.The analog output signal is fed to a summing circuit to which the negative supply voltage is also fed is created. The other terminal of the transistor 90 is through a series connection of diodes 93, 9 ^ and one Resistor 95 connected to system ground and also to the base of a transistor 96. The collector of the transistor 96 is to one terminal of timing capacitor 40 tied together.

Die Widerstände 90, 91 bilden eine Summierschaltung, die mit einer Klemme an die Versorgungsspannung (-V) und mit der anderen Klemme über die Leitung 95 an den Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist. Die Summierschaltung summiert das analoge Eingangssignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer in der Folgefrequenz-Programmierschaltung und ein einen Batteriewechsel anzeigendes Signal aus der Energieversorgungseinheit. Das zuletzt genannte Signal wird dem Analogsignal aus dem Digital-Analog-Umsetzer überlagert, das die Programmierfolgefrequenz bestimmt. Auf diese Weise wird nicht nur die Grundfolgefrequenz festgelegt, sondern es wird auch erreicht, daß die Grundfolgefrequenz eine Änderung entsprechend dem Zustand der Batterie enthält. Wenn die gemessene Folgefrequenz die programmierte Grundfolgefrequenz um 1096 unterschreitet, dann ist dies eine Anzeige, daß die Versorgungsbatterien schlechter geworden sind und ersetzt werden sollen.The resistors 90, 91 form a summing circuit which is connected to the supply voltage (-V) and with a terminal with the other terminal via line 95 to the digital-to-analog converter connected. The summing circuit sums the analog input signal from the digital-to-analog converter in the repetition frequency programming circuit and a battery change indicating signal from the Power supply unit. The last-mentioned signal becomes the analog signal from the digital-to-analog converter superimposed, which determines the programming frequency. This way, not only does the basic repetition rate become fixed, but it is also achieved that the basic repetition rate changes according to the state the battery contains. If the measured repetition rate falls below the programmed basic repetition rate by 1096, then this is an indication that the supply batteries have deteriorated and should be replaced.

Die Schaltung aus den Bauelementen 93 bis 98, wobei das Schaltungselement 98 ein Widerstand im Emitterkreis des Transistors 96 ist, bilden die Ladeschaltung 38.The circuit from the components 93 to 98, the circuit element 98 being a resistor in the emitter circuit of transistor 96 form the charging circuit 38.

8098?*/10038098? * / 1003

275S7U2275S7U2

Die Dioden 93, 94 sind in Durchlaßrichtung vorgespannt. Der Spannungsabfall an diesen Dioden verschiebt die Durchlaßvorspannung am Emitter-Basis-Übergang des Transistors Der Spannungsabfall an der anderen Diode erscheint am Widerstand 98 zur Bildung einer Konstantstromquelle. Der Widerstand 95 wirkt mit dem Widerstand 98 so zusammen, daß im Verstärker die Wirkung eines Stromspiegels entsteht.Der Widerstand 98 ergibt also eine vorbestimmte Mischung des Stroms aus der Stromquelle und aus dem Stromspiegel zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40. Kurz gesagt ist ein Stromspiegel eine Schaltung, in der sich ein Eingangsstrom ( an der Basis des Transistors 96) in proportionaler Weise im Ausgangssignal (am Kollektorkreis) ausdrückt. Diese spezielle Ladeschaltung 38 ergibt ferner eine Stromverstärkung,The diodes 93, 94 are forward biased. The voltage drop across these diodes shifts the forward bias at the emitter-base junction of the transistor The voltage drop across the other diode appears on Resistor 98 to form a constant current source. The resistor 95 cooperates with the resistor 98 in such a way that the effect of a current mirror arises in the amplifier Resistor 98 thus results in a predetermined mixture of the current from the current source and from the Current mirror for charging the timing capacitor 40. In short, a current mirror is a circuit in which an input current (at the base of transistor 96) is proportional to the output signal (at the collector circuit) expresses. This special charging circuit 38 also provides a current gain,

Wenn die Größe des Analogsignals zunimmt (obgleich seine Polarität negativ ist), das die Grundfolgefrequenz einstellt, steigt der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung, so daß ein größerer Ladestrom für den Zeitsteuerkondensator 40 geliefert wird und eine Zunahme der Grundfolgefrequenz eintritt, Wenn die Versorgungsspannung aus der Batterie abnimmt, nimmt gleichzeitig auch der Ausgangsstrom zum Zeitsteuerkondensator 40 ab, und die Grundfolgefrequenz nimmt unabhängig vom Stand des Zählers 85 zu. Auf diese Weise wird die Impulsfolgefrequenz entsprechend dem Zustand der Batterie verändert, was für jede Einstellung der Grundfolgefrequenz durch den Zähler 85 gilt.As the size of the analog signal increases (although its polarity is negative) setting the fundamental repetition rate, the output current of the current mirror circuit increases, so that a larger charging current for the timing capacitor 40 is supplied When the supply voltage from the battery decreases, the basic repetition rate increases at the same time, the output current to the timing capacitor 40 also decreases, and the basic repetition frequency decreases independently of the Status of the counter 85 to. In this way the pulse repetition rate is changed according to the condition of the battery, which applies to each setting of the basic repetition rate by the counter 85.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zum Aufladen des Zeitsteuerkondensators 40 ein Ladestrom im Unterschied zu der Spannung angewendet wird.Die Ursache ist darin zu sehen, daß durch Verwendung einer Ladestrom-An important feature of the invention is that a charging current is used to charge the timing capacitor 40 in contrast to the voltage applied. The cause can be seen in the fact that by using a charging current

80 9 8 2 Λ/100380 9 8 2 Λ / 1003

ORfGfNAL INSPECTEDORfGfNAL INSPECTED

quelle die Steigung der Ladespannung am Kondensator konstant ist, was auch beim DurchlaufZeitpunkt durch die Auslöseschwelle der Schwellenwertschaltung 36 gilt; wäre dagegen eine Ladungsspannungsquelle zum Aufladen des Kondensators verwendet worden, dann würde die Schwellenspannung am Kondensator einen logarithmischen, nichtlinearen Abfall aufweisen, so daß ein Stabilitätsfehler beim Auslösewert auf Grund einer niedrigeren, weniger kontrollierten Steigung am Schwellenwertabtastzeitpunkt auftreten würde und eine geringere Auslösezeitstabilität für den Schwellenwertdetektor erzeugt würde.^l source, the slope of the charging voltage across the capacitor is constant, which also applies when the time point through the triggering threshold of the threshold value circuit 36; If, on the other hand, a charge voltage source had been used to charge the capacitor, then the threshold voltage across the capacitor would exhibit a logarithmic, non-linear drop, so that a stability error in the trigger value would occur due to a lower, less controlled slope at the threshold value sampling time and produce a lower trigger time stability for the threshold value detector would. ^l

Der Zeitsteuerkondensator 40 ist über zwei in Serie geschaltete Widerstände 100 und 101 mit der negativen Klemme der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Der positive Anschluß des Zeitsteuerkondensators 40 liegt an der Basis des Transistors 78 im Schwellenwertdetektor 36. Der Emitter dieses Transistors liegt in einem Stromkreis mit dem Transistor 105 in der Folgefrequenz-Begrenzungsschaltung 47. Die Funktion des Transistors 105 wird später noch genauer beschrieben, doch sei hier angenommen, daß er leitet. Wenn die Spannung am Kondensator 40 einen Schwellenwert überschreitet, leitet der Transistor 78, so daß auch der leitende Zustand des Transistors 79 herbeigeführt wird, damit dem Zähler 85 ein Impuls zugeführt wird; dabei wird auch der Zeitsteuerkondensator 40 entladen, da der Kollektor des Transistors 7,9 mit der negativen Klemme des Zeitsteuerkondensator 40 verbunden ist.The timing capacitor 40 is connected to the negative terminal via two series-connected resistors 100 and 101 connected to the supply voltage source. The positive terminal of the timing capacitor 40 is at the base of transistor 78 in threshold detector 36. The emitter of this transistor is in a circuit with the Transistor 105 in repetition frequency limiting circuit 47. The function of transistor 105 will be explained in more detail later described, but it is assumed here that he is in charge. When the voltage on capacitor 40 reaches a threshold exceeds, the transistor 78 conducts, so that the conductive state of the transistor 79 is brought about, so that a pulse is supplied to the counter 85; the timing capacitor 40 is also discharged as the collector of the transistor 7,9 is connected to the negative terminal of the timing capacitor 40.

Die Entladeschaltung 46 enthält eine Stromquelle 105 sowie zwei Stromspiegelschaltungen 106 und 107» die von einer gemeinsamen Diode 108 Gebrauch machen. Es ist auch einThe discharge circuit 46 contains a current source 105 and two current mirror circuits 106 and 107 »those of one common diode 108 make use. It is also a

809824/1003809824/1003

" ²⁸ " 2 7 b b 7 Ü 2" ²⁸ " 2 7 bb 7 Ü 2

dritter Stromspiegel 110 vorgesehen, der das Ausgangssignal der Stromspiegel 106, 107 empfängt. Der Stromspiegel 106 enthält einen Transistor 111, dessen Kollektor über eine Leitung 112 so angeschlossen ist, daß er den Zeitsteuerkondensator 40 entlädt. Der Entladestrom fließt durch den Transistor 111 und den Stromspiegel 106.third current mirror 110 is provided, which the output signal the current mirror 106, 107 receives. The current mirror 106 contains a transistor 111, whose collector is connected via a line 112 so that it discharges the timing capacitor 40. The discharge current flows through transistor 111 and current mirror 106.

Die Stromquelle 105 erzeugt einen konstanten Strom, der dem Stromspiegel 106, 107 zugeführt wird. Diese Schaltung wird von einem vom Ausgangssignalwert des Schwellenwertdetektors 36 (d«h. vom Transistor 79) erzeugten Signal eingeschaltet. Vorströme für die Stromquelle 105 fHessen über einen Widerstand 114 und durch den Stromspiegel 107, damit die Stromquelle 105 gestartet bzw. stabilisiert wird.The current source 105 generates a constant current which is fed to the current mirror 106, 107. This circuit is determined by one of the output signal value of the threshold detector 36 (i.e., transistor 79) is turned on. Pre-currents for the current source 105 fHessen via a resistor 114 and through the current mirror 107, so that the current source 105 is started or stabilized.

Der Ausgangsstrom der Stromquelle 105 wird im ersten Stromspiegel 106 etwa mit dem Faktor 5 multipliziert, wobei dieser Stromspiegel seinen Strom der Entladung des Zeitsteuerkondensators 40 entnimmt. Der Stromverstärkungsfaktor wird durch die Einstellung des Werts eines Widerstandes 117.bestimmt, der den beiden Stromspiegeln 106, 107 gemeinsam angehört; diese Einstellung bestimmt den Entladestromwert und somit die Entladezeit für den Zeitsteuerkondensator 40, die gleich der Dauer des Ausgangsanregungsimpulses ist. Der Strom aus den Stromspiegeln 106, 107 wird im dritten Stromspiegel 110 summiert, der den Stromwert in den Milliampere-Bereich, also den Bereich der Ausgangsstromgröße, anhebt« Der Strom wird über einen Ausgangstransistor 120 gekoppelt, der eines der aktiven Bauelemente der Ausgangsschaltung 23 von Fig.4 ist.The output current of the current source 105 is multiplied approximately by a factor of 5 in the first current mirror 106, with this current mirror draws its current from the discharge of the timing capacitor 40. The current amplification factor is determined by setting the value of a Resistance 117 determined, which belongs to the two current mirrors 106, 107 together; this setting determines the discharge current value and thus the discharge time for timing capacitor 40, which is equal to the duration of the output excitation pulse is. The current from the current mirrors 106, 107 is summed in the third current mirror 110, which contains the current value in the milliampere range, i.e. the range of the output current magnitude, «The current is passed through an output transistor 120 coupled, which is one of the active components of the output circuit 23 of FIG.

ORiGINAL IN6PECTED 809824/1003 ORiGINAL IN6PECTED 809824/1003

~²⁹~ 275S7Ü2~ ²⁹ ~ 275S7Ü2

Der Kollektorstrom des Transistors 120 wird über einen Spannungsverdopplungskondensator 122, einen als Schalter für den Spannungsverdoppler wirkenden Transistor 123 und den Ausgangskopplungskondensator 25 an das Herz angelegt. Diese Schaltung liefert einen konstanten Strom an das Herz, jedoch ermöglicht sie zur Berücksichtigung des Impedanzwerts das Anlegen einer Spannung an das Herz mit einem bis etwa zum doppelten Wert der Versorgungsspannung reichenden Wert, damit der notwendige Strom geliefert wird. Die Transistoren 120 und 123 sind normalerweise gesperrt, so daß am Kondensator 122 eine Spannung mit dem Nennwert der Versorgungsspannung von 3V in der dargestellten Polarität auftritt. Wenn der Transistor 120 den Ausgangsstrom leitet, wird die positive Klemme des Kondensators auf das Potential der negativen Versorgungsleitung gezogen, so daß die negative Klemme des Kondensators 122 abhängig von der vom Herzen gebildeten Lastimpedanz und vom Ausgangsstrom eine Spannung von bis zu etwa -6V annehmen kann. Wenn der Transistor 123 leitet, wird dieses Signal direkt über den Ausgangskopplungskondensator 25 an das Herz gekoppelt. Die in dem Schaltbild dargestelltet verschiedenen Vorspannungswiderstände sind groß genug, so daß das Fließen des Stroms von 8mA (des normalen Ausgangsstroms) des Anregungssignals auf den Weg aus dem Transistor 120, dem Kondensator 122, dem Transistor 23, dem Ausgangskopplungskondensator 25 und dem Herzen beschränkt ist.The collector current of transistor 120 is passed through a voltage doubling capacitor 122, a transistor 123 acting as a switch for the voltage doubler, and the output coupling capacitor 25 applied to the heart. This circuit delivers a constant current to the heart, but allows it To take into account the impedance value, they apply a voltage to the heart with one to about double the value the supply voltage, so that the necessary current is supplied. Transistors 120 and 123 are normally blocked, so that on capacitor 122 a voltage with the nominal value of the supply voltage of 3V occurs in the polarity shown. When transistor 120 conducts the output current, the becomes positive Terminal of the capacitor pulled to the potential of the negative supply line, so that the negative terminal of the capacitor 122, depending on the load impedance formed by the heart and the output current, has a voltage of up to can assume about -6V. When transistor 123 conducts, that signal goes directly through the output coupling capacitor 25 coupled to the heart. The various bias resistors shown in the circuit diagram are large enough so that the flow of the current of 8mA (the normal output current) of the excitation signal on the path out of transistor 120, capacitor 122, transistor 23, output coupling capacitor 25 and the Heart is limited.

Es wird nun auf das Schaltbild des GIeichlaufimpulsgenerators 48 von Fig.4 Bezug genommen (siehe den unteren Mittelabschnitt von Fig.5). Dieser Generator empfängt das gleiche Eingangssignal wie die Hemmschaltung 35; sie enthält einenIt is now on the circuit diagram of the synchronism pulse generator 48 of Figure 4 is referred to (see the lower central portion of Figure 5). This generator receives the same Input signal such as the inhibitor circuit 35; it contains one

809824/1003809824/1003

Transistor 131, der beim Empfang eines Impulses leitet. Im Emitterkreis des Transistors 131 liegt ein Kondensator 133, der eine Verzögerungszeit von 20 us verursacht, nach der ein zweiter Transistor leitet, und den Strom aus den beiden Stromspiegeln 106 und 107 zur negativen Versorgungsleitung ableitet, so daß dadurch die Stromzufuhr zum dritten Stromspiegel 110 beendet wird, während auch die Dauer des Ausgangsimpulses auf die angegebenen 20/as verkürzt wird. Das Entladen des Zeitsteuerkondensators 40 ist in jedem Fall gleich, und die Schaltung wird in der Weise wieder in den Ausgangszustand versetzt, als wäre ein vollständiger Ausgangsimpuls erzeugt worden. Diese Anfangsbedingungen umfassen das erneute Einstellen der Schwellenwerte, das Entladen des ZeitSteuerkondensators usw. Es ist zu erkennen, daß der Transistor 79 so mit dem GIeichlaufimpulsgenerator 48 gekoppelt ist, daß der Transistor 79 leiten muß, bevor dem Verzögerungskondensator 133 des Gleichlaufimpulsgenerators über die Leitung 136, den Widerstand 100 und den Transistor 131 eine Versorgungsspannung zugeführt wird; wenn der Transistor 79 nicht leitet, beginnt der zur Erzeugung des 20 us andauernden Gleichlaufimpulses nicht, bis der Oszillator zurückgestellt wird und der Schrittmacher-Ausgangsimpuls beginnt. Dies spart die kurze Gleichlaufimpulsdauer zum Starten der Schwellenwertfeststellung im Schwellenwertdetektor 36, so daß sich die Startzeit des Schwellenwertdetektors nicht vender GIeichlaufperiode subtrahiert, sondern unabhängig von Geschwindigkeitsänderungen des Schwellenwertdetektors bleibt.Transistor 131, which conducts when a pulse is received. In the emitter circuit of transistor 131 there is a capacitor 133, which causes a delay time of 20 μs after which a second transistor conducts and diverts the current from the two current mirrors 106 and 107 to the negative supply line, so that the current supply to the third current mirror 110 is terminated while the duration of the output pulse is shortened to the specified 20 / as. The discharge of the timing capacitor 40 is the same in each case, and the circuit is returned to its initial state as if a complete output pulse had been generated. These initial conditions include re-setting the thresholds, discharging the timing capacitor, etc. It will be seen that transistor 79 is coupled to synchronizing pulse generator 48 such that transistor 79 must conduct before synchronizing pulse generator delay capacitor 133, via line 136, the resistor 100 and the transistor 131 are supplied with a supply voltage; if transistor 79 does not conduct, the 20 microsecond sync pulse will not begin until the oscillator is reset and the pacemaker output pulse begins. This saves the short synchronous pulse duration for starting the threshold value detection in the threshold value detector 36, so that the starting time of the threshold value detector is not subtracted from the synchronization period but remains independent of changes in the speed of the threshold value detector.

Die Hauptaufgabe der Folgeperiode-Begrenzungsschaltung 47 besteht darin, den Betrieb des Schrittmachers bei einerThe primary function of the subsequent period limiter circuit 47 is to control the operation of the pacemaker during a

809824/ 1003809824/1003

über einer!vorbestimmten Folgefrequenz liegenden Folgefrequenz zu verhindern, die normalerweise auf einen Wert unter 120 Hz eingestellt ist. Die Begrenzungsschaltung erreicht dies dadurch, daß der Betrieb des Schwellenwertdetektors 36 gesperrt wird. Die grundlegende Zeitsteuerfunktion wird mittels eines Widerstandes 140 und eines Kondensators 141 erzielt, wobei der Wert des Widerstandes 140 viel größer als die Summe der Werte der Widerstände 100, 101, 103 und 144 ist. Die Spannung an der oberen Klemme des Kondensators 141 let auf die negative Versorgungsspannung bezogen, und die Spannung an der anderen Klemme ändert sich von Werten unterhalb des Spannungswerts -V gegen den Spannungswert OV, so daß der Transistor 105 bei einer Änderung nach oben leitend gemacht wird. Der Transistor 105 muß sich im leitenden Zustand befinden, damit ein Stromweg (Leitung 149) für den Schwellenwertdetektor 36 (d.h. den Transistor 78) geschaffen wird. Im Betriebszustand wird ein Ausgangsimpuls durch den Transistor 79 des Schwellenwertdetektors 36 dazu benutzt, den Kondensator 141 aufzuladen, und diese Ladung ergibt eine Spannung, bei der der Transistor 105 an einem Zeitpunkt leitet, der auf 550 ms (120 Impulse pro Minute) nach dem Beginn des Zeitablaufs des Ausgangsimpulses voreingestellt ist. Auf Grund der Änderung des Signalwerts wird der negative"Pegel verdoppelt, auf dem der untere Anschluß des Kondensators 141 liegt, und da er sich exponentiell gegen Masse entlädt, ergibt sich ein guter Abgriffpunkt an einem sich relativ schnell ändernden Abschnitt der Entladekurve, was eine genauere stabile Einstellung der 550 ms-Zeitperiode zum Herbeiführen des leitenden Zustandes des Transistors 105 und zur Freigabe des Betriebs desto prevent repetition frequency lying above a predetermined repetition frequency, which is normally set to a value is set below 120 Hz. The limiter does this by disabling the threshold detector 36 from operation. The basic timing function is performed using a resistor 140 and a Capacitor 141, the value of resistor 140 being much greater than the sum of the values of resistors 100, 101, 103 and 144 is. The voltage at the upper terminal of the capacitor 141 is referred to the negative supply voltage, and the voltage at the other terminal changes from values below the voltage value -V against the voltage value OV, so that the transistor 105 in the event of a change is made conductive upwards. The transistor 105 must be in the conductive state, to provide a current path (line 149) for threshold detector 36 (i.e. transistor 78). In the operating state, an output pulse is used by the transistor 79 of the threshold value detector 36 to charge capacitor 141, and this charge results in a voltage at which transistor 105 conducts at a point in time that is 550 ms (120 pulses per minute) is preset after the start of the timing of the output pulse. Due to the change in the signal value, doubles the negative "level at which the lower terminal of capacitor 141 lies, and as it increases exponentially discharges to ground, there is a good tap point at a relatively rapidly changing section of the Discharge curve, which provides a more precise stable setting of the 550 ms time period for bringing about the conductive state of transistor 105 and to enable the operation of the

809824/ 1003809824/1003

-32- 2 7 5 b 7 O 2-32- 2 7 5 b 7 O 2

Schwellenwertdetektors 36 ermöglicht. Außerdem wird dadurch die Abhängigkeit von Änderungen des Versorgungsspannungswerts beseitigt, da der Abgriffwert etwa in der Mitte zwier'ten dem Anfangswert und dem Endwert auf der Entladekurve (dem zweifachen Wert der Versorgungsspannung) bei Versorgungsspannungsänderungen bleibt. Außerdem wird ein Signal mit hohem Wert als Bezugspunkt für die 325 ms dauernde refraktäre Periode geschaffen. Dies erfolgt dadurch, daß der Emitter des Transistors 74 in der Hemmschaltung 35 über die Leitung 150 zum Folgefrequenz-Begrenzungskondensator 141 _t Threshold detector 36 allows. In addition, this eliminates the dependency on changes in the supply voltage value, since the tap value remains approximately in the middle between the start value and the end value on the discharge curve (twice the value of the supply voltage) when the supply voltage changes. A high level signal is also provided as a reference point for the 325 msec refractory period. This takes place in that the emitter of the transistor 74 in the inhibiting circuit 35 via the line 150 to the repetition frequency limiting capacitor 141 _t

über den Widerstand 143 und über den Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 105 mit der Versorgungsspannung -V in Beziehung gesetzt wird (das Schließen des Stromkreises zum Transistor 79 erfolgt über die Leitung 151).via resistor 143 and via the base-emitter junction of transistor 105 is related to the supply voltage -V (the completion of the circuit to transistor 79 takes place via line 151).

In der dargestellten Ausführungsform ist eine Anordnung von magnetischen Schaltern S1 und S2 zusammen mit verschiedenen Feldrichtungen für die Magnete angegeben worden. Der Fachmann kann erkennen, daß zur Erzielung der gewünschten Selektivität oder Empfindlichkeit dieser Schalter auch andere Anordnungen gewählt werden können. Beispielsweise könnten die Schalter S1 und S2 parallel zueinander und parallel zur angrenzenden Hautoberfläche ausgerichtet sein, wobei beide Magnetfelder (wieder mit beträchtlich unterschiedlicher Stärke) horizontal verlaufen. Eine weitere Alternative besteht darin, daß die Schalter parallel zueinander und senkrecht zur Hautoberfläche angeordnet sind, wobei die verschiedenen Magnetfelder in vertikaler Richtung verlaufen (bei Betrachtung in der Position von Fig.1.).In the illustrated embodiment, there is one arrangement of magnetic switches S1 and S2 together with different field directions for the magnets. Of the Those skilled in the art can recognize that, in order to achieve the desired selectivity or sensitivity, these switches also other arrangements can be chosen. For example, the switches S1 and S2 could be parallel to each other and parallel to the adjacent skin surface, with both magnetic fields (again with considerable different thickness) run horizontally. Another alternative is that the switches are arranged parallel to each other and perpendicular to the skin surface, the different magnetic fields run in the vertical direction (when viewed in the position of Fig. 1.).

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Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem speziellen AusfUhrungsbeispiel beschrieben worden, doch ist für den Fachmann erkennbar, daß Änderungen und Ergänzungen im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich sind.The invention has been described in connection with a specific exemplary embodiment, but is for those skilled in the art will recognize that changes and additions are readily possible within the scope of the invention.

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Claims

E. Prince - Dr. G. Hauser - G. Leiser Our mark; A 1796 December 13, 1977 AMERICAN HOSPITAL SUPPLY CORPORATION 1 American Plaza, 11th floor Evanston, 111 V.St.A. Claims

1.ιImplantierbarer Herzschrittmacher mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung von Herzanregungssignalen, wobei der Schrittmacher in einem Bereitschaftszustand arbeiten kann und die Herzanregungssignale Übertragen kann, mit ersten und zweiten extern betätigbaren Schaltvorrichtungen, einer Schaltungseinheit, die abhängig von der Betätigung der ersten Schaltvorrichtung bewirkt, daß der Schrittmacher in einer Betriebsart mit fester Impulsfolgefrequenz arbeitet, und einer Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit, die so ausgebildet 1st, daß sie vorbestimmte Zustände durchlaufen' kann, die unterschiedliche Grundfolgefrequenzen für die Herzanregungssignalerepräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltungseinheit vorgesehen ist, die abhängig von der Aktivierung der zweiten Schaltvorrichtung mit den Herzanregungssignalen zeitlich in Beziehung stehende Signale derart Überträgt, daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungselnhelt durch ihre Zustände weiterschaltet, und daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit für eine vorbestimmte Anzahl1.ιImplantable cardiac pacemaker with a pulse generator for generating cardiac stimulation signals, wherein the pacemaker can operate in a standby state and which can transmit cardiac stimulation signals, with first and second externally actuatable switching devices, a Circuit unit that depends on the actuation of the first switching device causes the pacemaker operates in a fixed pulse repetition rate mode, and a repetition rate programming circuit unit adapted to be predetermined Can go through states that represent different basic repetition rates for the cardiac stimulation signals, characterized in that a further circuit unit is provided, which depends on the activation of the second Switching device with the cardiac stimulation signals temporally related signals transmits such that the Repetition rate programming circuitry indexes through its states and that the repetition rate programming circuit unit for a predetermined number of times

Schw / Ba 809R2W100 3

ORIGINAL INSPECTED

275b7U2

of cardiac stimulation signals remains in each of its states, with a predetermined number of states being provided, and the repetition frequency programming circuit unit cyclically again the states after the termination of all states passes through.

2. Cardiac pacemaker according to claim 1, characterized in that the repetition frequency programming circuit unit a Contains counter circuit which counts the signals representing the basic repetition frequency, and that a digital-to-analog converter circuit is provided, which generates an analog signal depending on the output signals of the counting circuit, that represents the desired basic repetition rate.

3. pacemaker according to claim 2, characterized in that the pulse generator contains a time control circuit, which generates the basic repetition frequency depending on the analog signal.

4. Heart pacemaker according to claim 3, characterized in that the timing circuit contains a capacitor and that a constant current source is provided which charges the capacitor depending on the analog signal, so that the The voltage across the capacitor increases substantially linearly through a predetermined threshold value.

5. pacemaker according to claim 1, characterized by a battery device for delivering the electrical supply energy, a sensing device for detecting the condition of the battery device and generating a signal indicating this state and a circuit unit for combining the state of the battery device indicating signal and the signal representing the programmed basic repetition rate, whereby the

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809824/1003 ORfGfNAL INSPECTED

275b702275b702

Folgefrequenz auf einen gewünschten Zustand programmiert wird und bei Jedem Zustand eine Information hinsichtlich des ZusLandes der Batterie enthält.Repetition rate programmed to a desired state and contains information on the condition of the battery for each status.

6. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator eine Zeitsteuerschaltung zur Erzielung einer Grundfolgefrequenz der Herzanregungsimpulse6. Cardiac pacemaker according to claim 1, characterized in that the pulse generator has a timing circuit for achieving a basic repetition rate of the cardiac stimulation pulses mit einem ZeitSteuerkondensator enthält, und daß eine Koniantstromquelle vorgesehen ist, die abhängig von dem kombinierten Signal einen gesteuerten konstanten Strom für den Zeitsteuerkondensator erzeugt.with a time control capacitor, and that a Koniantstromquelle is provided, which depends on the combined signal generates a controlled constant current for the timing capacitor.

7. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit eine Zählerschaltung enthält und daß eine Schaltungseinheit vorgesehen ist, die in zeitlicher Beziehung mit den Herzanregungssignalen Signale an die Zählerschaltung ankoppelt, damit die Folgefrequenz-Programmierschaltungseinheit die Zustände zyklisch durchläuft.7. pacemaker according to claim 1, characterized in that the repetition rate programming circuit unit a Contains counter circuit and that a circuit unit is provided which is in time relationship with the Cardiac stimulation signals coupled signals to the counter circuit so that the repetition rate programming circuit unit cycles through the states.

8. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Herabsetzen der Empfindlichkeit der zweiten Schaltvorrichtung, so daß das zur Betätigung der zweiten Schaltvorrichtung erforderliche Magnetfeld wesentlich größer als 'das zur Betätigung der ersten Schaltvorrichtung erforderliche Nagnetfeld ist.8. pacemaker according to claim 1, characterized by a device for reducing the sensitivity of the second switching device, so that the actuation the magnetic field required for the second switching device is substantially greater than the magnetic field required for actuating the first switching device.

9. Herzschrittmacher.nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder ersten Schaltvorrichtung senkrecht9. pacemaker according to claim 8, characterized in that that the contact spring is perpendicular to the first switching device zu den Kontakten der zweiten Schaltvorrichtung liegen.to the contacts of the second switching device.

1 nm1 nm