DE2803366A1 - Programmierbares stimulationssystem fuer menschliches gewebe - Google Patents
Programmierbares stimulationssystem fuer menschliches gewebeInfo
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Description
8OOO MÜNCHEN
Pacesetter Systems, ine· haubrkirchbhstr.31
12740 San Fernando Road m„..o··«»»
Sylmar, Calif. 91342 τ"" Β22Ο1β """
ÜSA 26.Januar 1978
1P1 1178
Programmierbares Stimulationssystem für menschliches
Gewebe
Die Erfindung betrifft ein programmierbares Stimulations«
system für menschliches Gewebe. Zur Stimulation von Körpergewebe sind bereits verschiedene Vorrichtungen
bekannt, die in den menschlichen Körper eingesetzt werden. Die bekannteste Vorrichtung ist wohl der Herzschrittmacher,
der Stimulationsimpulse an das Herz des Patienten über eine oder mehrere Elektroden abgibt, die
mit dem Schrittmacher über elektrische Leitungen verbunden sind. Viele bekannte einpflanzbare Herzschrittmacher
enthalten eine Stromquelle in Form einer Batterie, die von außen her aufgeladen werden kann.
In den letzten Jahren wurden umfangreiche Forschungen zur Entwicklung von Stimulatoren für andere Bereiche
des Körpers durchgeführt, um LMhmunge- oder Ver-
krUppelungserscheinungen infolge verschiedener phyaio-
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- 2·-40
logischer Leiden zu lindern« Es wurden beispielsweise
Stimulatoren für das Gehirn, das Rückgrat, die Muskeln, die Drüsen und Organe sowie für andere stimulierbar
Körperteile vorgeschlagen. Die Stimulationsimpulse dieser Geräte sollen den an verschiedenen Leiden wie z.B.
Gehirnlähmung» spastischer Lähmung, Starre, Epilepsie u.a. leidenden Patienten helfen, wenn die natürlichen
Stimulationsimpulse nicht mehr erzeugt werden. Ferner wurde auch erkannt, daß Schmerz, beispielsweise sögenannter
Phantomschmerz, der nach der Abtrennung von Gliedern auftritt, durch Zuführung von Stimulationsimpulsen an die Nerven nahe dem verletzten Bereich gelindert
werden können. Anlaßlich einer Konferenz am National Institute of Health, Bethesda, Maryland vom
27. bis 28. April 1972 wurde ein Vortrag mit dem Titel "Functional Neuromuscular Stimulation" gehalten, der
im Jahre 1972 von der National Academy of Sciences, Washington, veröffentlicht wurde.
Unterschiedliche Leiden bzw. Störungen erfordern unterschiedliche Stimulationen. Dies bedeutet, daß die
verschiedenen Parameter der Stimulationsimpulae wie
z.B. die Impulsamplitude, die Impulsfrequenz, die Impulslänge und andere Impulsparameter bei unterschiedlichen
Störungen verschieden sein müssen und von einem Patienten zum anderen anders zu bemessen sind. Auch für
ein und denselben Patienten müssen gegebenenfalls die Parameter abhängig von dem jeweiligen Körperzustand zu
einem vorgegebenen Zeitpunkt geändert werden. Es wäre natürlich zu kostspielig, für jeden Patienten einen ihm
speziell angepaßten Stimulator vorzusehen. Ferner müßte der Stimulator auch bei speziellem Zuschnitt auf einen
bestimmten Patienten eine Änderung der Impulsparameter zulassen, um die Stimulation dem veränderlichen Körperzustand
des Patienten anpassen zu können· Außerdem ist es bei einem Stimulator, der Gewebe an unterschiedlichen
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Körperstellen stimulieren soll, beispielsweise die rechte und die linke Hälfte des Gehirns, von Wichtigkeit, die Zuordnung zwischen den verschiedenen anzulegenden Impulsen
und den verschiedenen Gehirnteilen steuern zu können» Die einzige praktische Lösung dieses Problems besteht darin, ein in den Körper eingesetztes Grundsystem
zu schaffen, das im folgenden auch als Stimulator für menschliches Gewebe bezeichnet wird und abhängig von
Signalen programmierbar ist, die ihm von einer außerhalb
des Körperβ befindlichen Quelle zugeführt werden und mit
denen die Parameter der Impulse geändert werden können, die das Gerät abgibt, so daß eine Anpassung an die Bedürfnisse eines jeden Patienten abhängig von seinem und
dem Zustand seiner Störung möglich ist. Oa die Sicher
heit des Patienten an erster Stelle steht, muß der pro
grammierbare Stimulator natürlich extrem zuverlässig arbeiten. Ferner 1st es sehr wichtig, den Programmierer,
beispielsweise einen Arzt, mit einer genauen Anzeige der Parameter zu versorgen, die in den Stimulator eingegeben
wurden, um zu bestätigen, daß die richtigen Parameter Übernommen wurden. In vielen Fällen ist es ferner erwünscht, die biologische Reaktion auf eine Stimulation
zu beobachten, indem die von dem stimulierten Gewebe erzeugte elektrische Spannung gemessen wird.
Da wir in einer störbehafteten Umwelt leben, in der elektrische Streueignale sowie andere Signale, die als
Störsignale zu bezeichnen sind, auftreten, ist es extrem wichtig, daß die zur Programmierung dem eingepflanzten
Stimulator zugeführten Signale, die die Parameter der
vom Stimulator erzeugten Impulse verändern sollen,
nicht durch die Störsignale beeinträchtigt oder stimuliert werden, und daß derart gegebenenfalls beeinträchtigte Signale am Stimulator keine unrichtigen
IapulsparajMter erzeugen, die bei Speicherung 1«
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Dies gilt insbesondere für den Fall, daß die Stimulation
an sehr empfindlichen Körperteilen wie z.B. an Gehirn oder am Rückgrat erfolgt. Sehr oft kann der Arzt nach
der Untersuchung eines Patienten die Änderung eines oder mehrerer Parameter, beispielsweise der Impulsamplltude
wünschen, ohne daß die anderen Parameter gestört werden. Auch könnte es günstig sein, dem Patienten selbst
die Änderung eines oder mehrerer ausgewählter Parameter zu ermöglichen, wenn eine derartige Änderung erforderlich
ist und sich der Patient nicht in der Arztpraxis befindet· Diese Möglichkeit kann zur Linderung unerwarteter Schwierigkeiten
oder Schmerzen günstig sein, wenn dies beispielsweise durch die Stimulationsimpulse und/oder durch
eine Verstärkung der Stimulation auftritt, die man vornimmt, wenn das Erfordernis verspürt wird·
Keiner der bekannten Stimulatoren für menschliches Gewebe hat die. vorstehend beschriebenen Eigenschaften«
Bei den bekannten Stimulatoren müssen alle Parameter auch dann geändert werden, wenn sie nicht insgesamt geändert
werden müssen« Ferner kann in den meisten Systemen nur der Arzt die Parameter ändern und ihm steht
nicht einmal eine direkte Anzeige der von ihm in den Stimulator eingegebenen Parameter zur Verfügung· Die
Anzeige der eingegebenen Parameter erfolgt hingegen indirekt, indem die Reaktion des Patienten auf die
Stimulationsimnpulse aufgezeichnet oder anderweitig
beobachtet wird, wenn sie von dem Stimulator nach der Eingabe der Parameter abgegeben werden. Ferner muß der
Patient bei der Programmierung des Stimulators praktisch in Kontakt mit der externen Programmierungseinrichtung
stehen, von der die Programmierungssignale auf den eingepflanzten Stimulator übertragen werden,
um die Auswirkungen der immer vorhandenen Störeignale minimal zu halten« Der Patient kann sich während
der Programmierung nicht bewegen und/oder sich unter
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einem größeren Abstand von einigen Metern zur Programmierungseinrichtung
aufhalten, was in einigen Fällen wünschenswert wäre. Dies ist beispielsweise der Fall»
wenn eine Gehstörung zu korrigieren ist, indem ein Nerv eines Beinmuskels so stimuliert wird, daß ein normaler
Gang erzeugt wird·
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes programmierbares Stimulationssystem für
menschliches Gewebe zu schaffen und hierbei einen Stimulator vorzusehen, der extrem zuverlässig arbeitet und
Vorrichtungen enthält, die gewährleisten, daß nur die von der programmierenden Person gewählten Parameter tatsächlich im Stimulator gespeichert werden. Ferner soll
es möglich sein, einen oder mehrere im Stimulator gespeicherte Parameter zur Steuerung der Eigenschaften
der Stimulationsimpulse zu ändern, ohne daß alle gespeicherten Parameter gleichzeitig geändert werden
müssen*
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst« Hierdurch wird ein Stimulator geschaffen, der mehrere Speicher enthält, in denen unterschiedliche
Parameter gespeichert sind. Hierzu gehören alle Parameter, die zur Steuerung der Eigenschaften der Stimulationsimpulse
erforderlich sind. Der Stimulator enthält ferner eine Empfangs- und Decodierschaltung, die
digitale Signale in Form aus mehreren Bits gebildeter Parameterworte einheitlicher Formate aufnimmt und sie
decodiert· Besondere Decodierungskriterien gewährleisten, daß nur Parameterworte, die durch Störsignale
nicht beeinträchtigt sind, den Inhalt des jeweiligen Parameters in den Speichern ändern können. Jeder in
den Speichern gespeicherte Parameter kann geändert werden, ohne daß die in den anderen Speichern vorhandenen Parameter geändert oder beeinflußt werden.
*35 Der Inhalt eines jeden Speicher« sowie jede« von ver-
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schiedenen Analogsignalen, wozu auch Biopotentialsignale
gehören, können aus dem in den Körper eingepflanzten Stimulator zur überprüfung oder zu anderen Zwecken nach
außen abgegeben werden. Der Stimulator kann auf vom Arzt programmierte Parameter ansprechen, die ihm von
einem externen Programmiergerät oder von einem durch den Patienten betätigten Miniatur-Steuergerät zugeführt
werden. Im letzteren Falle kann der Patient den Betrieb des Stimulators sowie ausgewählt, in ihm gespeicherte
Parameter beeinflussen.
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird in folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigern
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiele der
Erfindung,
Fig. 2 eine Impulsdarstellung zum besseren Verständnis
der Erfindung,
Fig.2a ein Blockdiagramm eines Oszillators, Fig.2b ein Blockdiagramm eines Zeittaktgenerators,
Fig.3a den Inhalt von Parameterworten, die im Zusammenhang mit der Erfindung angewendet werden,
Fig.3b den Inhalt von Parameterworten mit Redundanz« Fig.3c den Inhalt eines Parameterwortes, das die Art
seiner Eingabe in einen Speicher bestimmt, Flg.3d Binärsignale, die in dem Stimulator verwendet
werden,
Fig. 6 ein weiteres System zur Eingabe von Parameter-Worten in den Stimulator,
Fig. 7 eine Tabelle für verschiedene Impulsfolgen, die zur Stimulation unterschiedlicher Gewebe verwendet werden,
Fig. 6 Signalverläuf· verschiedener den Geweben zug··
führter IopulizUg·,
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Fig· 9 einen Einzelimpulsgenerator zur Stimulation
zweier Gewebe zur Erläuterung eventuell auftretender Probleme,
Fig.10 und 11 eine Betriebsart-Steuerschaltung zur abwechselnden
Abgabe von Impulsen an zumindest zwei
Gewebe,
Fig.12 eine Betriebsart-Steuerschaltung zur gleichzeitigen
Fig.12 eine Betriebsart-Steuerschaltung zur gleichzeitigen
Abgabe von Impulsen an mindestens zwei Gewebe, Fig.13 eine Schaltungsanordnung zur Amplitudensteuerung,
Fig.14 den Verlauf bipolarer Impulse, die zur Gewebestimulation verwendet werden können,
Fig·15 eine Blockdarstellung für eine Auswahlschaltung,
Fig.16 eine Blockdarstellung einer Schaltung zur Abgabe der mit der Auswahlschaltung ausgewählten Signale,
Fig.17 eine Blockdarstellung einer Steuerschaltung, Flg.18 eine Blockdarstellung einer Steuerschaltung für
ein vom Patienten zu benutzendes Steuergerät, Fig.19 eine Schaltung zur externen Steuerung der Energieversorgung
eines in den Körper eingepflanzten Stimulators und
Fig.20 eine Prüfschaltung, die gewährleistet, daß die an
einen Stimulator abgegebenen Signale für diesen Stimulator bestimmt sind.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Erläuterung verschiedener wesentlicher Merkmale eines
Stimulators nach der Erfindung· Wie aus der folgenden Beschreibung Jedoch hervorgeht, ist die Erfindung auf
diese Darstellung nicht beschränkt. In Fig. 1 ist ein Stimulator 10 für menschliches Gewebe dargestellt, der
unter die Haut 12 eines Patienten einzusetzen ist. Die auf der linken Seite der Haut 12 gezeigte Schaltung befindet
sich außerhalb des Patienten. Der Stimulator enthält einige Teile, die auch in bisherigen Stimulatoren
verwendet werden. Die Schaltung 14 zur Impulserzeugung, Verstärkung und Betriebsartsteuerung ist jedoch neu und
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wird in folgenden einfach als Impulsgenerator 14 bezeichnet,
der die Stimulationsimpulse abgibt. Diese Impulse werden über Elektrodenleitungen 15a und 15b einem
Elektrodenpaar A zugeführt, das an einem nicht dargestellten Gewebeabschnitt, beispielsweise einem Nerv oder einem
zu stimulierenden Muskel, angeordnet ist. Der Impulsgenerator 14 sowie die anderen Schaltungen des Stimulators
10 werden von einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie 16, gespeist. Gegebenenfalls kann auch ein Spannungswandler
17 vorgesehen sein, dessen Funktion darin besteht, die Batteriespannung heraufzusetzen, um solche
Schaltungen zu speisen, die eine höhere oder auch eine niedrigere Spannung als die Batteriespannung benötigen.
Die Batterie 16 für den in Fig. 1 gezeigten Stimulator 10 kann eine wieder aufladbare Batterie oder eine
andere Art Batterie sein. Der Stimulator 10 enthält eine Vorrichtung zur Aufnahme von Ladeenergie von einer externen
Stromquelle, um die Batterie 16 wieder aufzuladen. Die Aufladevorrichtung innerhalb des Stimulators
10 ist durch eine Spule 19 dargestellt, die induktiv mit einer externen Spule 21 gekoppelt werden kann, welche Teil eines externen Steuergeräts 22 ist. Die Ladeenergie
der externen Spule 21 wird auf die im Körper befindliche Spule 19 übertragen. Die Spule 19 ist mit
einer Ladeschaltung 23 verbunden, die wiederum an die Batterie 16 angeschlossen ist und diese aufladen kann.
Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Wiederaufladung einer implantierten Batterie bereits bekannt, weshalb
die Aufladeschaltung nicht im einzelnen beschrieben werden muß.
Der Stimulator 10 enthält ferner eine Antenne 25, die als Sende- bzw. Empfangsantenne für hochfrequente
Signale dient. Im Empfangsbetrieb werden hochfrequente Signale des externen Steuergeräte 22 über eine externe
Sendeantenne 26 abgegeben und Über die implan-
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tierte Antenne 25 aufgenommen, von der aus sie einem Hochfrequenzempfänger 28 zugeführt werden. Die von diesem
Empfänger 28 abgegebenen Signale werden einem Decodierer 30 zugeführt, dessen Funktion im folgenden noch
näher erläutert wird. Im Sendebetrieb dient die implantierte Antenne 25 zur Abgabe von HochfrequenzSignalen,
die ihr von einem implantierten Hochfrequenzsender 32 zugeführt werden. Die Hochfrequenzsignale gelangen auf
die externe Antenne 26, die im Empfangsbetrieb das externe Steuergerät 22 zu einem noch zu beschreibenden
Zweck ansteuert.
Die Informationen oder Daten der über die Empfangsantenne 25 von der externen Antenne 26 empfangenen Hochfrequenzsignale
haben die Form aus mehreren Bits gebildeter Parameterworte, die Parameterwerte oder auch einfach
Parameter enthalten, welche in Parameterspeichern zu speichern sind. Diese bilden Teile des implantierten
Stimulators. Um sicherzustellen, daß die empfangenen Parameterworte nicht durch Störsignale beeinträchtigt
werden und tatsächlich die richtigen Parameter wiedergeben, werden die mit dem Empfänger 28 empfangenen Signale
in dem Decodierer 30 decodiert. Nur wenn die empfangenen Parameterworte als richtige und nicht durch Störsignale
beeinträchtigte Parameterworte bestätigt sind, können die in ihnen enthaltenen Parameter in die Parameterspeicher
Übergeben werden, die zusammen ait den zugehörigen Steuerschaltungen durch den Block 35 dargestellt
sind.
Wie noch ausfuhrlicher beschrieben wird, speichert einer der Speicher einen Leseparameter, der zur Steuerung
einer Auswahlschaltung 38 über Auswahlsteuerleitungen ditnt, die in Fig« 1 durch eine einzige Leitung 36
dargestellt sind. Die Auswahlschaltung 38 bestimmt abhängig
von dem ihr zugefUhrten Leseparameter, welche Signal· al« Eingangssignal· de« Hochfr«quenz«end«r 32
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zwecks übertragung nach außen zugeführt werden. Die Auswahlschaltung 36 kann als ein Schalter mit mehreren
Schaltstellungen angesehen werden. Venn der Leseparameter beispielsweise eine Länge von 4 Bits hat, kann
er zur Steuerung der Auswahlschaltung 38 derart ausgenutzt werden, daß dem Sender 32 Signale von 16 unterschiedlichen Quellen zugeführt werden· Gemäß der Erfindung enthalten diese Signale die digitalen Parameter der verschiedenen Speicher sowie auch Analogsignale,
beispielsweise die Spannung der Stimulationsimpulse an den Elektrodenleitungen oder den Impulsstrom, gemessen
an einem Widerstand R. Diese Werte können der Auswahlschaltung 36 über Leitungen 39 zugeführt werden. Wie
gleichfalls noch erläutert wird, kann das Biospannungs
signal des stimulierten Gewebes A, das an den Leitungen
15a und 15b auftritt, in einem Verstärker 40 verstärkt und über die Auswahlschaltung 38 dem Sender 32 zur übertragung nach außen zugeführt werden. Ferner können Eichsignale zur Kompensation von Instabilitäten in den im-
plantierten Einheiten abgegeben werden.
Grundsätzlich werden die in den Speichern 35 gespeicherten Parameter mit Ausnahme des Leseparameters
zur Steuerung des Impulsgenerators und Verstärkers 14 verwendet, um ihre Betriebsarten sowie die Eigenschaf
ten der von ihnen erzeugten Impulszüge zu steuern» die
den Elektrodenleitungen 15a und 15b zugeführt werden. Diese Steuergrößen werden dem Impulsgenerator und Verstärker 14 über Steuerleitungen 41 zugeführt.
eher enthält, die zur Speicherung der folgenden Parameter dienen: Frequenz, Amplitude, Impulsbreite, Stoßbetrieb, Stoßpause, Betriebsart und Lesen. Die Parameter
für Frequenz und Impulsbreite steuern die Frequenz und die Breite der Stimulationsimpulse, die vom Impulsge
nerator erzeugt werden, während der Amplitudenparameter
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zur Steuerung der Amplitude der Impulse dient. Der Betrieb sartparaoet er steuert die Eigenschaften des Ausgangsimpulszuges derart, daß dieser entweder ein kontinuierlicher Impulszug ist, was dem kontinuierlichen
Betrieb entspricht, oder daß sich ein Aus-Betrieb ergibt, bei dem keine Impulse erzeugt werden, oder daß
ein Stoßbetrieb erzeugt wird, bei dem Impulsgruppen auf die Leitungen 13a und 13b gegeben werden, auf die
Perioden folgen, in denen keine Impulse erzeugt wer
den.
Wie noch beschrieben wird, werden nach einem Mehrkanalprinzip Impulse über separate Leitungen Elektroden
in verschiedenen Gewebeabschnitten zugeführt. Hierbei kann der Betriebsartparameter zur Steuerung der Betriebs
art eines jeweils den Elektroden unterschiedlicher Gewebe«
abschnitte zugeführten Impulszuges verwendet werden. Die Periode, während der die Impulse erzeugt werden, ist
durch die Stoßbetriebsparameter bestimmt, während die Periode zwischen einzelnen Impulsgruppen durch die Stoß
betriebe-Pausenparameter bestimmt ist·
Wie bereite angenommen, soll jeder Parameter aus 4 Bits gebildet sein, so daß er einen von 16 verschiedenen Werten annehmen kann. Für dieses Beispiel sind
dann 7 Speicher mit einer Kapazität von jeweils 4 Bits
erforderlich. Jeder dieser Speicher wird im folgenden
entsprechend dem in ihm zu speichernden Parameter bezeichnet, also als Frequenzspeicher, Amplitudenspeicher
usw.
des den Leseparameter enthaltenden Speichers, dienen zur Steuerung der Auswahlschaltung 38 und sind mit
dem Impulsgenerator und Verstärker 14 sowie seiner Ausgangsstufe über Leitungen 41 verbunden, wodurch
die Impulse sowie die Art ihrer Ausgabe auf die
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ein vereinfachtes Diagramm eines Impulszuges 42 für den Stoßbetrieb. Die Impulsamplitude ist mit P&, die Impulsbreite
mit Pw und die Impulsfrequenz mit Pf bezeichnet·
Die Perioden des Stoßbetriebes und der Stoßpausen, die durch die entsprechenden Werte der Parameter des Stoßspeichers
und des Stoßpausenspeichers gesteuert werden, sind mit 5 bzw. S bezeichnet. Dem Fachmann ist geläufig,
daß es verschiedene bekannte Schaltungen gibt, die zur individuellen Steuerung der Frequenz, der Amplitude
und der Breite von Impulsen sowie ihrer Ausgabeart aus einem Impulsgenerator dienen. Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel
eines Impulsgenerators ist in Fig. 2a gezeigt, Fig. 2b zeigt schematisch eine Impulssteuerschaltung
für Stoßbetrieb und Stoßpausenbetrieb, die Fig. 10, 11 und 12 zeigen Betriebsartsteuerungen und Fig. 13 zeigt
eine Amplitudensteuerschaltung. Die Schaltungen nach Fig. 2a, 2b und 10 bis 13 bilden die Gesamtschaltung 14
des Impulsgenerators, der Amplitudensteuerung und der Betriebsartsteuerung.
In Fig.2a ist ein spannungsgesteuerter Oszillator
50 dargestellt, dessen Frequenz durch die Amplitude einer ihm zugeführten Steuerspannung bestimmt wird. Die
Frequenz, mit der Impulse einem Gewebe oder einem Nerv vom Stimulator zugeführt werden, entspricht der Frequenz
des vom Oszillator 50 abgegebenen Signals. Einer der Parameter, die im Speicherabschnitt des Stimulators
gespeichert werden, ist ein digitales Wort, das die vorgegebene Impulsfrequenz angibt. Dieses digitale Wort
wird einem digital gesteuerten Schalter 60 zugeführt.
Der digital gesteuerte Sehalter 60 ist Serienprodukt
der Type CD4067 der Firma RCA* Er arbeitet wie ein
Mehrfach-Umschalter und verbindet einen gemeinsamen
Anschluß mit einem von mehreren weiteren Anschlüssen abhitngig von einem digitalen Eingangssignal. Der ge-
meinsame Ausgangeanschluß 61 wird Bit einem von meh-
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reren Anschlüssen 62-1 bis 62-n verbunden. Ein Spannungsteiler iet durch Verbindung des Spannungewandlers mit
einem Anschluß eines gemeinsamen Widerstandes 64 gebildet. Der andere Anschluß des gemeinsamen Widerstandes
ist mit dem Oszillator 50 sowie mit dem Verbindungspunkt mehrerer Widerstände 66-1 bis 66-n verbunden. Die anderen
Anschlüsse dieser Widerstände sind jeweils mit einem Schalteranschluß 62-1 bis 62-n verbunden.
ein digitales Wort aus dem Speicher, hier also das die
Frequenz bestimmende Wort, dem digital gesteuerten Schalter 60 zugeführt wird. Dieser verbindet einen der Widerstände 66-1 bis 66-n mit Erdpotential. Dieser Widerstand
ist also durch das Datenwort "Frequenz" bestimmt. Der
Wert des Widerstandes, mit dem die Verbindung erfolgt,
bestimmt die Spannungsamplitude, die dem Oszillator 50 zugeführt wird, wodurch dann die Frequenz seines Ausgangssignals bzw. die Impulsfrequenz festgelegt ist.
Das Ausgangssignal des Oszillators 50 wird einer
monostabilen Schaltung 66 als Steuersignal zugeführt.
Diese erzeugt Impulse mit einer Frequenz, die durch die Frequenz des Oszillators 50 bestimmt ist. Die Einschaltezeit der monostabilen Schaltung 66 und damit die Breite der erzeugten Impulse wird durch die Spannung an den
Steueranschlüssen 66a und 66b der monostabilen Schal- . tung 66 bestimmt. Diese Spannung wird durch Einschalten
eines von mehreren Widerständen 68-1 bis 68-n in einen Teil der monostabilen Schaltung 66 bestimmt, der die
Breite der Ausgangsimpulse steuert. Dies erfolgt durch
einen weiteren, digital gesteuerten Schalter 70, der
abhängig von einem Wort "Impulsbreite" des Speichers
einen der Widerstände 66-1 bis 68-n auswählt und ihn in den genannten Stromkreis der monostabilen Schaltung
66 einschaltet.
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Betriebsarten für die Abgabe der Impulse mit dem Stimulator ein Stoßbetrieb. Fig. 2b zeigt einen hierzu geeigneten Generator. Er enthält zwei monostabile Schaltungen
• 72 und 74. Die negativ verlaufende Rückflanke der monostabilen Schaltung 72 steuert die monostabile Schaltung
74 an. Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 74
enthält die Stoß/Stoßpausen-Zeitinformation. Die negativ verlaufende Flanke des Ausgangssignals der monostabilen
Schaltung 74 dient zur Ansteuerung der monostabilen
Schaltung 72.
In ähnlicher Weise wie bereits im Zusammenhang mit der monostabilen Schaltung 66 und dem digital gesteuerten Schalter 70 beschrieben, dient ein digital gesteuerter Schalter 76 zur Bestimmung der Impulsbreite der
monostabilen Schaltung 72 und ein digital gesteuerter Schalter 78 zur Bestimmung der Impulsbreite der monostabilen Schaltung 74. Der aus den Widerständen 76-1
bis 76-n ausgewählte Widerstand wird in die monostabile Schaltung 72 mit dem digital gesteuerten Schalter 76
eingeschaltet. Seine Auswahl erfolgt über den Wert des digitalen Wortes HStoßpausew des Speichers. Der Wert
des aus den Widerständen 78-1 bis 78-n ausgewählten Widerstandes» der in die monostabile Schaltung 74 eingeschaltet wird, ist durch den Wert des Wortes "Stoß-
betrieb1* des Speichers bestimmt.
Da die monostabile Schaltung 74 abhängig von dem negativ verlaufenden Ausgangssignal der monostabilen
Schaltung 72 arbeitet, bestimmt die Breite des Ausgangsimpulses der monostabilen Schaltung 72, wie lange die
monostabile Schaltung 74 ausgeschaltet bleibt. Die Breite des Ausgangsimpulses der monostabilen Schaltung 74
bestimmt, wie lange ein Stoßbetrieb andauert« Somit liefert das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung
74 die Zeitinformation für Stoßbetrieb und Stoßpause.
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Stimulator 10 Über die externen Steuergeräte 22 und 26
in Form eines aus mehreren Bits bestehenden Parameterwortes zugeführt. Gemäß einem AusfUhrungsbeispiel der
Erfindung enthält jedes Parameterwort zusätzlich zu den beschriebenen 4 Bits» die den Parameterwert bestimmen,
ferner einige weitere Bitgruppen. Diese Gruppen umfassen eine Bitgruppe, die angibt, welchen Parameter das jeweilige Parameterwort darstellt, d.h. es handelt sich
hierbei um die Parameterart kennzeichnende Bits. Ferner sind ein den Beginn eines Parameterwortes anzeigendes
Startbit sowie eine fUr andere Identifizierungszwecke vorgesehene Bitgruppe vorgesehen. Die letztere kann zur
Identifizierung der Art oder des Modells des Stimulators und/oder eines bestimmten Codewortes dienen, beispielsweise
einer Zahl, die dem jeweiligen Patienten zugeordnet ist. Wenn solche Kennzeichnungsbits in jedes Parameterwort
eingesetzt sind, so verhindern sie in besonders nützlicher Welse, daß ein Arzt, der mit dem bereits
implantierten Stimulator nicht vertraut ist, die Parameter so ändert, daß sie dem Patienten schaden .
oder ihn gefährden können.
In Fig. 3a ist ein Beispiel für den Aufbau eines Parameterwortes gezeigt. Das erste Bit am rechten Ende
des Wortes ist das Startbit· Die nächsten Bits, bei-
2$ spielsweise 3 Bits, kennzeichnen die Art des Parameters,
für den das Wort verwendet ist. Anders ausgedrückt, dienen diese drei Bits zur Kennzeichnung eines
Registers (falls der Speicher mehrere Register umfaßt)» in die die folgenden vier Parameter-Wertbits einzugeben
sind· Mit drei derartigen Bits können bis zu β verschiedene Register oder Speicher (Parameterarten)
gekennzeichnet werden. Auf die vier den Parameterwert kennzeichnenden Bits folgen mehrere, beispielsweise
sechs Identifikationsbits· Beispielsweise können hier 3 Bits zur Kennzeichnung des Stiaulatormodells und
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3 Bits zur Kennzeichnung des Patienten vorgesehen sein· Somit besteht jedes Parameterwort in den dargestellten
Beispiel aus 1 +3+4+6-14 Bits· In Fig. 3d sind zwei Bits dargestellt, und zwar eine
binäre Eins und eine binäre Null. Die zeitliche Länge eines Jeden Bits ist mit pb bezeichnet. Gemäß der Erfindung
tritt während eines ausgewählten Teils der Bitperiode pb, beispielsweise während der ersten 4 Millisekunden,
ein Signalverlauf mit hohem Pegel 1 auf, während ein Signalverlauf mit geringem Pegel 0 während eines ausgewählten
Teils der Bitperiode pb von beispielsweise gleichfalls 4 Millisekunden auftritt. Dadurch ist eine
Unterscheidung dahingehend möglich, ob es sich um eine binäre Eine oder um eine binäre Null handelt. Wenn diese
Teilverläufe am Anfang bzw. am Ende des Jeweiligen Bits liegen, so ist bei einer binären Eins der Signalverlauf
zwischen dem Anfang und dem Ende auf dem hohen Pegel 1 und bei einer binären 0 auf dem niedrigen Pegel
0. In Fig· 3d habe die Linie a während des Signalpegels 1 bzw· 0 Jeweils eine Länge von 17 Millisekunden, so
daß die gesamte Bitlänge Pb 4 + 17 4 4 - 25 Millisekunden
beträgt. Dies entspricht einer Bitrate von 40 Bits/ Sekunde. Bei einem Wortformat von 14 Bits pro Wort können
die 7 Parameterworte zur Änderung der Parameter in allen 7 Speichern also in 14 χ 7/40 ■ 2,45 Sekunden
übertragen werden. Mit einer Anfangs- und Endabschnittelänge
von 4 Millisekunden können die Bits über Telefonleitungen übertragen werden, für die ein Minimum von ca.
3 Millisekunden zur fehlerfreien Übertragung erforderlieh
ist.
In Fig. 3d zeigt die Linie a abrupte Änderungen
zwischen den Pegelwerten 0 und 1. In der Praxis erfolgen diese Änderungen jedoch allmählicher, wie es durch
die gestrichelten Linien 44 und 45 gezeigt 1st, die Jewells
ein· Signalanstiege- bzw. Abfallzeit verdeutlichen.
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Ein derartiges Bitmuster hat sich als sehr vorteilhaft bei der Decodierung der empfangenen Parameterworte erwiesen,
um zu gewährleisten, daß sie nicht durch Störsignale beeinträchtigt sind· Dadurch wird die Zuverlässigkeit
der Programmierung des Stimulators wesentlich verbessert, was überaus wichtig zur Verhinderung schädlicher
oder gefährlicher Zustände des Patienten ist.
Bevor ein über den Empfänger 28 empfangenes Wort einen der in den Speichern vorhandenen Parameter beeinflüssen
kann, wird es mit dem Decodierer 30 decodiert· Dieser führt einige Klassierungsfunktionen durch. Zunächst
wird überprüft, ob das Muster eines jeden Bits das richtige ist. Es erfolgt also eine Prüfung dahingehend,
ob ein Anfang mit dem logischen Pegel 1 der richtigen Dauer und ein Ende mit dem logischen Pegel 0
der richtigen Dauer vorhanden ist* Ferner wird überprüft,
daß der mittlere Teil des Jeweiligen Bits, der entweder die binäre 1 oder die binäre 0 kennzeichnet,
ohne Änderung über die jeweils richtige Zeitlänge verläuft·
Dies bedeutet eine sehr wichtige Prüfung, da im Fall· von Störsignalen mit hoher Wahrscheinlichkeit
eine Störung der Konstanz des mittleren Bitteils vorliegen würde. Ferner wird überprüft, ob die nächstfolgenden
Bits rechtzeitig beginnen. Außerdem wird geprüft, ob jedes Wort «it einem einzelnen 1-Bit beginnt
und ait der richtigen Anzahl und Art der Identifikationsbit β endet· Sind beispielsweise die Identifikationsbits
für das Modell 010 und für die Patientennummer 110 und
sind diese Bits in dem hier betrachteten Beispiel vor dem Einsetzen des Stimulators in den Körper im Decodierer
gespeichert bzw. eingestellt worden, so bestätigt der Decodierer, daß jedes empfangene Wort mit 6 Bits
110010 endet. Es sei darauf hingewiesen, daß nicht alle diese Prüfungen durchgeführt werden müssen. Beispielsweise können nur ein· oder zwei Prüfungen erfolgen,
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wenn damit eine ausreichende Sicherheit für den Patienten gewährleistet ist. Bei sehr geringfügigen Störsignalen
ist es auch möglich, auf Prüfungen vollständig zu verzichten.
Wenn der Verlauf eines Bits in einem Wort fehlerhaft ist, beispielsweise durch die Auswirkung von Störsignalen
auf die das Wort kennzeichnenden Übertragenen Signale, so wird das gesamte Wort zurückgewiesen und
kann nicht in den Speicher eingegeben werden. Auch wenn alle Bitverläufe fehlerfrei sind, jedoch entweder das
Anfangsbit nicht eine 1 und/oder eines oder mehrere Identifikationsbits fehlerhaft sind, wird das gesamte
Wort zurückgewiesen« Nur wenn ein gesamtes Wort empfangen und decodiert sowie als richtig überprüft wurde,
was bedeutet, daß seine Bitverläufe fehlerfrei sind und alle Identifikationsbits den entsprechenden vorher
gespeicherten Bits entsprechen, wird das Wort als gültig anerkannt. Die drei die Art des Parameterwortes
kennzeichnenden Bits dienen zur Führung der folgenden 4 Bits, die den Parameterwert angeben, sowie zu deren
Speicherung In den jeweils zugeordneten Speicher.
Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht erforderlich ist, das Parameterwort für alle Speicher zu übertragen.
Da jedes Wort seine eigene Anfangskennzeichnung in Form des einen Startbits sowie weitere Kennzeichnungsbits aufweist, kann jedes einzelne Parameterwort zur Änderung
nur eines bestimmten Parameters in einem der Speicher übertragen werden. Da einer der Spei dier ein
Lesespeicher ist, der den Leseparameter speichert, welcher wiederum bestimmt, welches Parameter- oder
Analogsignal dem Sender 32 zuzuführen ist, kann jedes dieser Signale zur Übertragung auf das externe Steuergerät
22 ausgewählt werden. Ist ein Leseparameter im Lesespeicher mit einer Länge von 4 Bits vorhanden, so
kann jedes von 16 unterschiedlichen Signalen über die
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Auswahlschaltung 38 dem Sender 52 zugeführt werden·
Das externe Steuergerät 22 kann so arbeiten, daß bei übertragung eines Jeden Parameterwortes (unterschiedlich
zum Leseparameter) zum Stimulator ein Leseparameter folgt, durch den der Parameter des zuvor
übertragenen Parameterwortes zwecks Bestätigung zum Steuergerät zurück übertragen wird* Beispielsweise kann
das Steuergerät nach Abgabe eines Frequenzparameterwortes mit einem bestimmten Frequenzparameterwert, der
vom Arzt ausgewählt wurde, ein Leseparameterwort zum Lesen des Inhalts des Frequenzspeichers und zur übertragung
dieses Inhalts auf den Sender 32 abgeben· Somit kann der Arzt leicht überprüfen, ob der richtige Frequenzwert
im Stimulator gespeichert wurde.
Das Steuergerät kann eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der empfangenen Parameterwerte aufweisen. Wenn
der übertragene Frequenzparameter nicht durch Störsigna-Ie
beeinträchtigt und richtig im Frequenzspeicher gespeichert wurde, so wird er mit der Anzeigevorrichtung
angezeigt. Wenn das Frequenzparameterwort .jedoch durch Störsignale beeinträchtigt oder anderweitig mit Fehlern
behaftet wurde, so wird der übertragene Frequenzparameter nicht in den Frequenzspeicher eingegeben. Weicht
also der an externen Steuergerät angezeigte Parameter von dem vom Arzt übertragenen Parameter ab, so zeigt
dies an, daß der übertragene Frequenzparameter, der gespeichert werden sollte, nicht in gewünschter Weise
gespeichert wurde. Der Arzt kann dann ein zweites Frequenzparameterwort abgeben, bis der richtige Frequenzparameter
im Frequenzspeicher gespeichert ist. Das Steuergerät 22 kann ferner eine Vorrichtung enthalten,
die es dem Arzt ermöglicht, jeden gewünschten Leeeparameter abzugeben, um die Signale auszuwählen, dl·
alt dem Sender 32 zurück zu übertragen sind· Di· in Fig· 3d gezeigten Linien b bis d dienen
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zur Erläuterung der Arbeitsweise des Decodierers bei der Überprüfung eines jeden Bitverlaufs· Wie aus der
Linie a zu ersehen ist, beginnt jedes Bit mit einem Übergang von O auf 1, und dieser Übergang ist unabhängig davon, ob es sich um eine binäre 1 oder O han
delt, immer vorhanden· Im Decodierer wird dieser 0-1-Ubergang zum Zeitpunkt t« festgestellt und dient zur
Ansteuerung einer Zeitsteuerschaltung, beispielsweise
einer monostabilen Schaltung. Diese Schaltung miBt
eine erste Periode P1 (Linie b), die beispielsweise
eine Länge von 6 Millisekunden hat und den Anfangsteil von 4 Millisekunden somit einschließt. Grundsätzlich
ist die Länge P1 so gewählt, daß die Rückkehr des Signalverlaufs zum Pegelwert 0 im Falle einer binä
ren 0 eingeschlossen ist. Die Periode P1 endet bei
spielsweise bei t^. Von diesem Zeitpunkt an läuft
eine zweite Periode P2 (Linie c), wobei P2 « tg - t1
ist. P2 ist so gewählt, daß sie etwas kürzer als die gesamte Länge des binären Pegelwertes ist, d.h. des
Bitteils, während dessen der logische Signalpegel entweder den Wert 1 oder den Wert 0, abhängig vom darzustellenden Bitwert, hat. Wenn diese Periode beispielsweise 17 Millisekunden beträgt, wenn ferner P1 6 Millisekunden beträgt, so daß eine Überlappung von ca. 2 Mil*
IiSekunden mit der Länge des binären Pegels auftritt,
so ist P2 so gewählt, daß sie 17 - 2 - 1 - 14 Millisekunden lang ist. Dieser Periode endet also ca. 1 Millisekunde vor dem Ende des binären Signalpegelteils. Während der Periode P2 soll sich der Signalpegel nicht
ändern. Handelt es sich um eine binäre 1, so ist der logische Signalpegel auf dem Wert 1, während er bei
einer binären 0 auf dem Wert 0 ist· Wenn der Signalpegel sich während der Periode P2 jedoch Infolge der
Beeinflussung durch Störeignale ändert, so wird die·
se· Bit als fehlerhaft betrachtet und da« gesamte
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Es sei bemerkt, daß der Zeitpunkt t2 vor dem Beginn
des Bitendteils liegt, der mit einer Länge von 4 Millisekunden vorausgesetzt wurde· Ein dritter Teil P3 beginnt nach dem Zeitpunkt t2, d.h. bei t*, wenn der
Endteil sich auf dem logischen Pegelwert O stabilisiert hat. Die Periode P3 dauert bis t^ und ist so gewählt, daS sie teilweise in den Anfangsteil des nächsten
Bits verläuft, wenn der logische Pegelwert 1 ist. Für
das hier gezeigte Beispiel kann unter der Annahme, daß
tj in der Mitte des Endteils, d.h. 2 Millisekunden vor
dem Ende eines Bits, auftritt, die Periode P3 so gewählt werden, daß sie in der Größenordnung von 4 Millisekunden
liegt, um zu gewährleisten, daß sie endet, wenn der
Signalpegel sich auf dem logischen Wert 1 stabilisiert
hat und bevor das Ende des Anfangsteils des nächsten Bits auftritt. Da der Endteil eines Bits auf dem logischen Pegelwert 0 und der Anfangsteil dee nächsten Bits
auf dem logischen Pegelwert 1 liegt, muß während der
Periode P3 ein Übergang von O auf 1 stattfinden. Ist
dies nicht der Fall, so wird das gesamte Wort zurückgewiesen, da es eine fehlerhafte Bitzeitverteilung hat.
Bei einem Stimulator nach der Erfindung werden also zwei Überprüfungen eines jeden Bits durchgeführt. Einer
seits wird überprüft, ob der Signalpegel sich während
des größten Teils der Binärwertperiode nicht ändert, die der Periode P2 entspricht. Andererseits wird geprüft,
ob das Bit mit dem richtigen Endteil (dem logischen Pegelwert 0) endet und das nächste Bit mit dem richtigen
Anfangsteil (dem logischen Pegelwert 1) beginnt. Eine solche Doppelprüfung gewährleistet praktisch, daß solche Bits festgestellt werden, die durch Störsignale
beeinträchtigt wurden. Dies ermöglicht die Zurückweisung von Worten, die derart fehlerhafte Bits enthalten.
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30 in Blockdarstellung gezeigt. Es ist eine Schaltung 80 zur Bitmusterprüfung vorgesehen, der die Bits vom
Empfänger 28 zugeführt werden. Diese Bits werden ferner einer monostabilen Schaltung 82 zugeführt, die durch
den 0-1-übergang am Anfang eines jeden Bits angesteuert
wird. Diese monostabile Schaltung 32 erzeugt dann einen Taktimpuls in der Mitte einer jeden Bitperiode pb, der
einem Schieberegister 84 zugeführt wird. Wenn das Bit den logischen Pegelwert 1 hat, wird somit eine 1 in das
Register 84 eingegeben, während eine 0 eingegeben wird, wenn das vom Empfänger 28 empfangene Bit den logischen
Pegelwert 0 hat. Die Bitmusterprüfschaltung 80 prüft
jedes Bitmuster in zuvor beschriebener Weise. Ist das Bitmuster fehlerfrei, so geschieht nichts. Ist es Jedoch
fehlerbehaftet, so gibt der Decodierer 80 ein Rückstellsignal an das Schieberegister 84 ab, wodurch
alle in diesem vorhandenen Bits auf einen bestimmten Zustand rückgestellt werden, beispielsweise Insgesamt
auf den Zustand 0, so daß alle im Schieberegister vorhandenen Wortbits damit beseitigt sind.
Obwohl unterschiedliche logische Anordnungen für die BitmusterprUfschaltung 80 vorgesehen sein können,
wird im folgenden ein bestimmtes Ausführungsbeispiel erläutert· Es sind 5 monostabile Schaltungen 86a, b,
c, e und f vorgesehen. Diese liefern Ausgangsimpulse mit einer Dauer von 6 Millisekunden, 14 Millisekunden,
27 Millisekunden, 0,1 Millisekunden und 4,2 Millisekunden· Die Ausgangsimpulse der monostabilen Schaltungen
86a, b, c und f sind positiv (hoher Pegelwert), während diejenigen der monostabilen Schaltung 86e negativ
(niedriger Pegelwert) sind. Die monostabilen Schaltungen 86a, c und e, die separat mit dem Empfängerausgang
verbunden sind, werden durch 0-1-übergänge gesteuert, während die monostabilen Schaltungen 86b
und f durch 1-0-Übergänge gesteuert werden, wie der
809830/1 02Λ
Fig. 4 zu entnehmen ist. Ferner ist ein EXKLUSIV-ODER-Glied
87 vorgesehen, dessen Ausgangssignal monostabilen Schaltungen 88a und 88b zugeführt wird» die durch einen
0-1-übergang bzw. einen 1-O-Ubergang gesteuert werden·
Die Ausgangssignale der monostabilen Schaltungen 88a und 88b werden mit dem Ausgangssignal der monostabilen Schaltung
86b in UND-Gliedern 89a und 89b verknüpft, deren Ausgangssignale einem ODER-Glied 89c zugeführt werden.
Das Auegangssignal eines UND-Gliedes 69d wird glelchfalls dem ODER-Glied 89c zugeführt. Die Ausgangssignale
der monostabilen Schaltungen 86e und 86f bilden die Eingangssignale für das UND-Glied 89d.
Zu Beginn eines Bits, beispielsweise zum Zeitpunkt t0, steuert der 0-1-übergang des Ausgangssignals des
. Empfängers 28 die monostabilen Schaltungen 86a, c und e. Die Ansteuerung der monostabilen Schaltung 86e zu diesem
Zeitpunkt ist unwichtig. Zu einem Zeitpunkt 6 Millisekunden nach tQ steuert die monostabile Schaltung 86a
die monostabile Schaltung 66b an, die die Periode P2 mit einer Länge von 14 Millisekunden durch ein Ausgangssignal
hohen Pegels bestimmt. Wenn während der Periode P2, in der das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung
86b auf hohem Pegel liegt, der Signalpegelwert für das Bit 0 ist, so führt das EXKLUSIV-ODER-Glied 87
am Ausgang den Pegelwert 1. Wenn der Signalpegelwert für das Bit während der Periode P2 nicht durch Störsignale
beeinträchtigt ist, tritt am Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 87 keine Änderung auf, so daß
auch die monostabilen Schaltungen 88a und 88b nicht angesteuert werden. Ihre Ausgangssignale bleiben deshalb
auf niedrigem Pegel, und die UND-Glieder 89a und 89b werden nicht durchgesteuert, so daß auch das ODER-Glied
89c nicht betätigt wird. Dies bedeutet, daß kein RUckstellimpule erzeugt wird. Wenn jedoch während der
Periode P2 das Bit 0 einen übergang zum logischen Pe-
809830/1024
gelwert 1 infolge eines Störsignals aufweist, so tritt am Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 87 ein 1-O-übergang
auf, wodurch die monostabile Schaltung 88b angesteuert wird, welche wiederum einen kurzzeitigen positiven
Impuls von beispielsweise 0,1 Millisekunden Länge an das UND-Glied 69b abgibt* Dieses wird durchgesteuert
und steuert seinerseits das ODER-Glied 89c an, welches das Schieberegister 84 rückstellt. In ahnlicher Weise
tritt am Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes 87 ein 0-1-übergang auf, wenn ein 1-Bit während der Periode P2 von
14 Millisekunden Dauer infolge eines Störsignals auf den logischen Pegelwert 0 abfällt. Hierdurch wird dann die
monostabile Schaltung 88a angesteuert, die das UND-Glied 89a ansteuert, wodurch wiederum das ODER-Glied 89c das
Schieberegister 84 rückstellt.
Die monostabile Schaltung 86c bestimmt eine Periode von 27 Millisekunden, beginnend mit dem Anfang des Bits«
Am Ende dieser Periode, d.h. zum Zeitpunkt t^ steuert
sie die monostabile Schaltung 86f an, die den sehr kurzzeitigen (0,1 Millisekunde) positiven Impuls für
das UND-Glied 89d abgibt. Findet innerhalb einer Zeit von weniger als 4,2 Millisekunden vor dem Zeitpunkt t^
ein 0-1-Übergang wie gefordert statt, so wird die monostabile
Schaltung 86e angesteuert, und ihr Ausgangssignal erhält einen niedrigen Pegelwert. Somit hat das
Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 86e niedrigen Pegelwert, wenn die monostabile Schaltung 86f den
Impuls von 0,1 Millisekunden Länge erzeugt, so daß das UND-Glied 89d nicht angesteuert wird und kein RUckstellsignal
von dem ODER-Glied 89c abgegeben wird. Tritt jedoch infolge eines Störsignals der 0-1-Übergang des
nächsten Bits nicht auf oder tritt ein 0-1-übergang früher als 4,2 Millisekunden vor dem Zeitpunkt t^
(d.h. kürzer als 22,8 Millisekunden) auf, so wird die monostabile Schaltung 86e nicht angesteuert. Wenn
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die monostabile Schaltung 86f ihren positiven Impuls von 0,1 Millisekunden Länge abgibt, so führt der Ausgang
der monostabilen Schaltung 86e einen hohen Signal« pegel, so daß das UND-Glied 89d angesteuert wird und
das ODER-Glied 89c ansteuert, wodurch das Schieberegister 84 rückgestellt wird. Es sei bemerkt, daß bei
übertragung einer Folge von Bits das letzte Bit dieser Folge, das mit einem Endteil des Signalpegels 0 endet,
von einem 0-1-Übergang abgeschlossen sein muß, um die richtige Klassierung des letzten Bits zu gewährleisten.
Wenn die Bits eines Wortes die Bitmusterprüfungen durchlaufen haben, enthält das Schieberegister 84 die
Bits dieses Wortes. Das Schieberegister 84 ist auch in Fig. 5 gezeigt, die im folgenden beschrieben wird. Zur
Vereinfachung sind die Takt- und Rückstelleitungen des Schieberegisters 84 hier weggelassen. FUr ein Wort mit
14 Bits Länge hat das Schieberegister 14 Stufen S1 bis S14, wobei S14 die Eingangsstufe und S1 die letzte Stufe
ist. Nimmt man an, daß 14 aufeinanderfolgende Bits als richtig überprüft wurden, so befinden sie sich nach
jeweiliger Eingabe im Schieberegister 84. Wenn diese 14 Bits ein vollständiges Parameterwort darstellen,
so sollte das erste Bit in der Stufe S1 eine binäre 1 sein, da das Anfangsbit eines jeden Wortes eine binäre
1 ist (siehe Fig. 3a), Die nächsten drei Bits in den Stufen S2 bis S4 kennzeichnen den Parametertyp bzw,
den Speicher, in den der mit den Bits der Stufen S5 bis S8 gekennzeichnete Parameter einzuspeichern ist.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Stufen S2 bis S4 mit einem Adreßregister 90 eines 4 Bit (X1 bis X4)-Speichers
92 verbunden, wobei jede Adresse einen Speicherabschnitt angibt. Der Speicher 92 ist ein besonderer
Speicher und beispielsweise aus einer Gruppe bi stabiler Schaltungen gebildet. Alle Speicher sind In
Fig. 1 durch den Speicherblock 35 dargestellt. Die
nächsten 4 Bits der Stufen S5 bis SS kennzeichnen die
Parameter selbst. Diese Stufen sind mit einem Datenregister 94 des Speichers 92 verbunden. Die 3 Bits der
Stufen S9 bis S11 kennzeichnen die Modellnummer des Stimulators, die drei Bits der Stufen S12 bis S14 die
Patientennummer.
Bevor die Parameterbits der Stufen S5 bis S8 in einem der adressierten Speicherabschnitte gespeichert
werden können, werden die Bits der Stufen S1 und S9 bis S14 abgefragt. Das Bit der Stufe S1 muß den binären
Wert 1 haben. Es wird mit einem Vergleicher 95 (dargestellt durch ein UND-Glied) mit dem 1-Ausgangssignal
einer dieses Signal liefernden Schaltung 96 verglichen. Nur wenn das Bit der Stufe S1 den binären Wert 1 hat,
erhält das Ausgangssignal des Vergleichers 95 den hohen Pegelwert. Ähnlich werden die Bits der Stufen S9 bis
S11 in Vergleichern 97 bis 99 mit den AusgangsSignalen einer die Modellnummer des Stimulators liefernden
Schaltung 100 verglichen, die diese Nummer vorgespeichert enthalten kann. Nur wenn die Stufen S9 bis S11
Bits enthalten, die die richtige Modellnummer angeben, werden die Ausgänge aller Vergleicher 97 bis 99 den
hohen Pegelwert annehmen. Ähnlich werden die Ausgangssignale aller Vergleicher 103 bis 105 den hohen Pegelwert
annehmen, wenn die Bits der Stufen S12 bis S14
die richtige Patientennummer wiedergeben, die zuvor in einer Schaltung 106 gespeichert wurde. Die Ausgangssignale
der Vergleicher 95, 97 bis 99 und 103 bis 105 werden einem UND-Glied 108 mit 7 Eingängen
zugeführt, das ein Ausgangssignal hohen Pegels nur dann abgibt, wenn alle Eingangssignale hohen Pegel
haben. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 108 steuert
ein ODER-Glied 109» welches ein Signal hohen Pegels abgibt, das ein Schreibsignal darstellt. Das Schreib-
signal steuert die Register 90 und 94 an, so daß dl·
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Daten, d.h. der Parameterwert von 4 Bit Länge aus dem
Register 94 in den Speicher 92 mit der Adresse eingegeben
wird, die im Register 90 enthalten ist.
Is sei bemerkt, daß auch andere Anordnungen sur
Ifagabe der 4 Bits der Stufen S5 bis S8 in den Speicher
mit der durch die 3 Bits der Stufen S2 bis S4 ge« kennzeichneten Adresse vorgesehen sein können. Beispielsweise können die Stufen S2 bis S4 als Adreßregister angesehen werden, während die Stufen S5 und S8 als Daten-
register angesehen werden, deren Inhalte nur dann genutzt werden, wenn ein Schreibsignal erzeugt wird. Die
Register 90 und 94 stellen daher lediglich Beispiele dar und sollen nicht einschränkend verstanden werden.
In der Schaltung gemäß Fig. 5 ist eine monostabi-Ie Schaltung 109a gleichfalls mit dem Ausgang des ODER-Gliedes
109 verbunden. Wenn das ODER-Glied 109 das Schreibsignal erzeugt, steuert es auch die monostabile
Schaltung 109a an, die nach einer kurzen Verzögerungszeit das Rückstellsignal für das Schieberegister
84 abgibt, so daß dessen Stufen insgesamt auf den Zustand 0 rückgestellt werden. Die Verzögerungszeit tms
ist so lang gewählt, daß die Daten vor der Rückstellung aus dem Schieberegister 84 ausgespeichert sind.
Das Schieberegister 84 wird also höher rückgestellt, wenn das Muster eines jeweiligen Bits eines Wortes
fehlerhaft ist oder wenn ein gesamtes Wort als fehlerhaft erkannt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß in einem Stimulator nach der Erfindung vor der
Speicherung eines empfangenen Parameters in seinem Speicher das aus mehreren Bits bestehende Wort, das
den Parameter enthält, einer sorgfältigen Prüfung bzw. Klassierung unterworfen wird. Diese Prüfung gewährleistet,
daß der Wortinhalt nicht durch Störsignale während der übertragung beeinträchtigt ist« Der Signal-
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verlauf eines ^eden Bits wird separat überprüft. Nur
wenn die Bits fehlerfrei sind, werden sie im Schieberegister 84 belassen, andernfalls wird es zurückgestellt.
Ferner ist zu erkennen, daß nach der Eingabe über« prUfter Bits in das Schieberegister der Inhalt dieses
Schieberegisters überprüft wird, um sicherzustellen, daß es ein fehlerfreies Wort enthält. Das Wort wird
überprüft, um sicherzustellen, daß es das richtige Anfangsbit, beispielsweise ein 1-Anfangsbit enthält
und daß es die richtigen Identifizierungsbits aufweist, Nur dann wird der in dem Wort enthaltene Parameter in
den zugeordneten Speicher eingespeichert. Mit einem derartigen Decodierverfahren ist der Stimulator gegen
fehlerhafte Programmierung oder gegen durch Störsignale beeinträchtigte Parameter geschützt. Dies ist sehr
wichtig, da das Leben eines Patienten von dem Stimulator und seinem fehlerfreien Betrieb abhängen kann.
Vorstehend wurde angenommen, daß die Parameterworte im Stimulator nur über die Antenne 25 in Form
hochfrequenter modulierter Signale empfangen werden, die dann dem Empfänger 28 und von diesem dem Decodierer
30 zugeführt werden. Falls erwünscht, kann das externe Steuergerät zusätzlich zur Übertragung der
Parameterworte als hochfrequente modulierte Signale über die Antenne 26 auch eine Übertragung in einer
anderen Signalform vornehmen. Beispielsweise ist es bekannt, daß Licht die menschliche Haut durchdringt.
Daher können mit den Parameterworten modulierte Lichtsignale zur Übertragung der Worte in den implantierten
Stimulator verwendet werden.
Eine Anordnung, bei der die Parameterworte mittels Lichtsignalen übertragen werden, ist in Flg. 6
gezeigt. Hierbei 1st ein externer Lichtsender 112 mit dem externen Steuergerät 22 verbunden und wird durch
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die von diesem erzeugten Parameterworte moduliert. Der Stimulator enthält einen implantierten Lichtempfänger
114, der auf das modulierte Licht des Lichtsenders 112 anspricht und entsprechende elektrische Impulse erzeugt.
Das Auegangssignal des Lichtempfängers 114 ist eine Folge von Bits, die die Parameterworte angeben, welche anfangs
von dem externen Steuergerät 22 abgegeben wurden, falls keine Beeinträchtigung durch Störsignale vorliegt·
Das externe Steuergerät 22 kann ferner gleichzeitig mit der übertragung von LichtSignalen auch Signale über die
Antenne 26 in beschriebener Weise abgeben.
Das Ausgangssignal des Lichtempfängers 114 kann dem Decodierer 30 zugeführt und dort mit den vom Empfänger
28 empfangenen Bits verglichen werden. Da die Parameterworte
gleichzeitig Über die externe Antenne 26 und den Lichtsender 112 übertragen werden, müßten die dem
Decodierer 30 von den Empfängern 28 und 114 zugeführten Bits identisch sein, falls keine Beeinträchtigung
durch Störsignale vorliegt. Somit werden im Decodierer 30 die Ausgangssignale der beiden Empfänger 28 und
114 auf Identität geprüft. Wird Identität festgestellt, wodurch auch gleichzeitig eine Störsignalfreiheit angezeigt
wird, so werden die Bits eines der Empfänger in zuvor beschriebener Weise weiterverarbeitet. Stimmen
die Ausgangsbits der beiden Empfänger jedoch nicht überein, wodurch auf einer Seite eine Störsignalbeeinflussung
angezeigt wird, so werden die Bits zurückgewiesen und damit verhindert, daß das bzw. die Worte,
in denen die Bits enthalten sind, eingespeichert werden.
Da die Parameterworte dem Stimulator in unterschiedlicher Weise, also beispielsweise in Form von Hochfrequenzsignalen
und Lichtsignalen zugeführt werden können, ist die Wahrscheinlichkeit sehr gering, daß ein und
dasselbe Bit durch Störsignale in identischer Weise
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in beiden Signalzügen beeinträchtigt wird. Somit wird die Genauigkeit der empfangenen Parameterworte durch
Übertragung auf zwei verschiedenen Vegen (Hochfrequenz· Signale und Lichtsignale) wesentlich verbessert. Bei
einer solchen Anordnung kann, falls erwünscht, das Bitmuster sowie auch die Bitprüfung vereinfacht werden,
wie es zuvor erläutert wurde. Abweichend zu der vorstehenden Beschreibung der Übertragung von Signalen
zum Stimulator mittels Trägersignalen wie z.B. Hoch
frequenzsignalen und/oder LichtSignalen können auch
andere Verfahren zur Signalübertragung eingesetzt werden. Beispielsweise kann magnetische Induktion, akustisch-mechanische Bewegung oder elektrische Stromleitung zur Übertragung der Signale auf den implan-
tierten Stimulator angewendet werden.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß der Zweck der Prüfung eines Wortes zur Feststellung der Störfreiheit darin besteht, die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen,
daß der Parameterwert und die Parameterart störfrei
sind, d.h. mit den entsprechenden vom Arzt gewählten
Größen übereinstimmen. Obwohl es wichtig 1st, daß die Bits des Parameterwertes ungestört sind, ist es noch
wichtiger zu gewährleisten, daß die Parameterart störfrei übertragen wird. Andernfalls könnte ein Parameter-
wert einer Art, beispielsweise der Frequenz, fehlerhaft in einen falsch zugeordneten Speicher, beispielsweise in den Amplitudenspeicher, eingespeichert werden.
Um dies zu verhindern, kann Jedes Parameterwort redundante Bitgruppen enthalten, die die Parameterart
an verschiedenen Stellen des Wortes kennzeichnen. Im Decodierer werden diese redundanten Bitgruppen dann
im Rahmen einer Identitätsprüfung abgefragt. Beispielsweise können bei einer Redundanz von zwei Gruppen pro
Wort die letzten drei Bits (das zwölfte bis vierzehnte)
eines jeden Wortes an Stelle der Patientennummer 3 Para·
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meterartbits enthalten, die identisch mit denjenigen sind,
die auf das Anfangsbit folgen. Im Decodierer vergleichen dann die Vergleicher 103 bis 105 die Bits der Stufen S12
bis S14 nicht mit der in der Schaltung 106 gespeicherten Patientennummer, sondern mit den Bits der Stufen S2 bis
S4. Somit wird ein Wort nur dann als gültig angenommen, wenn die beiden Gruppen der Parameterartbits übereinstimmen
und die anderen Identifizierungsbits richtig sind. Jedes Parameterwort kann auch länger als 14 Bits,
beispielsweise 17 Bits lang sein, so daß es die zuvor beschriebenen Identifizierungsbits und die redundanten
Parameterartbits enthält. Ein Beispiel für ein solches Wort ist in Fig. 3b gezeigt, hierbei ist am Wortende
eine zweite Gruppe von Parameterartbits auf die Patientennummer folgend vorgesehen.
Vorstehend wurde angenommen, daß die Stimulationsimpulse des Impulsgenerators 14 nur einem Paar von
Elektroden A zugeführt werden, um das an einem Punkt des Körpers vorhandene Gewebe zu stimulieren. Die Erfindung
soll auf dieses Prinzip jedoch nicht beschränkt sein. Es gibt eine beachtliche Zahl von Anwendungsfällen,
bei denen Gewebeabschnitte an unterschiedlichen Punkten des Körpers zu stimulieren sind. Beispielsweise
können Gewebeabschnitte A und B an verschiedenen Stellen des Gehirns eine Stimulation erfordern, um gewisse
physiologische Störungen zu erleichtern. Gemäß der Erfindung kann der Impulsgenerator und Verstärker
14 durch die Parameter in den Speichern gesteuert werden und über ein weiteres Paar von Elektrodenleitungen,
beispielsweise die in Fig. 1 gezeigten Leitungen 15c und 15d, Stimulationsimpulse an die Elektroden
für den Gewebeabschnitt B liefern, der an einer anderen Stelle als der Gewebeabschnitt A liegt.
In der Praxis kann der Stimulator einen separaten Impulsgenerator und Verstärker zur Abgabe der Stimula-
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tionsimpulse für verschiedene Gewebeabschnitte enthalten. Bei einer solchen Anordnung können separate Stoßbetrieb-, Stoßpause- und Betriebsartspeicher für jeweils
einen Impulsgenerator vorgesehen sein. Um die Größe und die Kosten des Stimulators zu verringern, ist Jedoch
vorzugsweise ein einziger Impulsgenerator und Verstärker vorgesehen, beispielsweise die Schaltung 14, um unterschiedliche Gewebeabschnitte zu stimulieren. Bei einem
in der Praxis verwirklichten Ausführungsbeispiel ist
ein Impulsgenerator und Verstärker 14 zur Abgabe von
Stimulationsimpulsen an getrennte Gewebeabschnitte A und B vorgesehen, und nur die Parameter der Speicher
für Stoßbetrieb, Stoßpause und Betriebsart dienen zur Steuerung der Eigenschaften der an jeden Gewebeab
schnitt gelieferten Impulsztige. Bei diesem Ausführungs
beispiel stimmen Frequenz, Impulsbreite und Impulsamplitude für jeden Gewebeabschnitt überein und werden durch
die Parameter der Speicher für Frequenz, Impulsbreite und Impulsamplitude gesteuert. Ferner stimmen die Stoß
betriebszeit und die Stoßpausenzeit eines jeden Impuls
zuges überein. Die Parameterwerte im Betriebsartspeicher dienen jedoch zur Steuerung der Eigenschaften oder der
Betriebsart des Impulszuges, der einem jeden Gewebeabschnitt getrennt zugeführt wird.
Fig. 7 zeigt eine Tabelle für Arten von Impulszügen
für Gewebeabschnitte A und B, wobei unterschiedliche Werte der Betriebsartparameter vorliegen. Es sei bemerkt, daß der Betriebsartparameterwert im Speicher
das Ausgangssignal des Impulsgenerators so steuern
kann, daß an beide Gewebeabschnitte A und B keine Impulszüge, an den Gewebeabschnitt A ein kontinuierlicher
Impulszug und an den Gewebeabschnitt B kein Impulszug, an den Gewebeabschnitt A kein Impulszug und an den Gewebeabschnitt B ein kontinuierlicher Impulszug usw.
geliefert werden. Ferner kann einer der Impulszüge la
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Stoßbetrieb arbeiten, während der andere im Stoßpausenbetrieb arbeitet oder kontinuierlich verläuft. Außerdem
können auch beide Impulszüge im Stoßbetrieb arbeiten. Im letzteren Falle können die Impulsstöße in beiden Gewebeabschnitten
entweder parallel, dargestellt durch die Linien a und b in Fig. 8, abwechselnd, dargestellt durch
die Linien c und d oder überlappend, dargestellt durch die Linien e und f, zugeführt werden.
In Fig. 8 ist nur eine teilweise Überlappung dargestellt. Falls erwünscht, kann auch eine vollständige
Überlappung erzielt werden, wie es durch die Linien g und h dargestellt ist. Hierzu kann das System in einem
Stoß-Stoß-Überlappungsbetrieb arbeiten und die Stoßbetriebsperiode so gesteuert werden, daß sie mehr als
50 % des Arbeitszyklus beträgt.
In Fig. 8 sind die Impulse schematisch so dargestellt, daß im Stoß-Stoß-Parallelbetrieb (Linien a und
b) und im Stoß-Stoß-Überlappungsbetrieb (Linien e und f, g und h) die Impulse gleichzeitig an beiden Gewebeabschnitten
A und B den Elektroden zugeführt werden.
Dies kann unerwünscht sein, wenn die Impulse mit einem einzelnen Impulsgenerator erzeugt werden. Der Grund dafür
ist am besten anhand der Fig. 9 verständlich, in der ein Impulsgenerator 14a dargestellt ist. Seine Ausgangssignale
werden mit einem Verstärker 14b verstärkt und auf die Ausgangsanschlüsse mit Schaltern 14c und
d bzw. I4e und f geschaltet. Wenn beide Kanäle gleichzeitig eingeschaltet werden, so fließt nicht nur ein
Strom von der Leitung 15a zur Leitung 15b und von der Leitung 15c zur Leitung 15d, sondern auch von der Leitung
15a zur Leitung 15d und von der Leitung 15b zur Leitung 15c. Zwischen den Impulsen sind die Schalter
14c, d, e und f geöffnet. In dieser Situation entlädt eich der Kondensator in der Leitung 15a über den Wider-
stand, der die Leitungen 15a und 15b verbindet, so daß
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an den zugeordneten Gewebeelektroden ein Strom in entgegengesetzter
Richtung fließt. Ähnliche Verhältnisse herrschen dann an den Leitungen 15c und 15d. Wenn die
Schalter jedoch geöffnet sind, fließt kein Strom zwisehen
den Leitungen 15a und 15d sowie zwischen den Leitungen 15b und 15c Von dem Gewebe aus gesehen fließt
also ein mittlerer Gleichstrom, da die Stromflüese während
eines Teils des Impulses in einer Richtung auftreten, Jedoch nicht während der Impulspausenzeit. Dies ist
sehr unerwünscht, da übermäßiger Stromfluß in einer Richtung entweder eine Gewebezerstörung oder eine zu starke
Gewebewucherung hervorruft. Um dies zu verhindern, ohne zu umfangsreiche Entkopplungsschaltungen vorsehen zu
müssen, wird gemäß der Erfindung zu einem jeweiligen Zeitpunkt nur ein Kanal verwendet. Somit tritt niemals
ein Stromfluß zwischen unterschiedlichen Kanalpaaren auf.
Wie aus Fig. 10 hervorgeht, wird das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 66 (Fig. 2a), das die Zeitinformation
für die Impulsfrequenz und die Impulsbreite darstellt und mit FV bezeichnet ist, einer bistabilen
Schaltung 150 und zwei UND-Gliedern 152 und 154 zugeführt. Die bistabile Schaltung 150 wird laufend zwischen
ihren beiden stabilen Schaltzuständen umgeschaltet und spricht hierzu auf jeden empfangenen Impuls an. Ihre
beiden Ausgänge steuern die UND-Glieder 152 und 154 abwechselnd
auf, so daß die Ausgangssignale der UND-Glieder 152 und 154 durch abwechselnde Impulse gebildet sind,
die mit RV und RV1 bezeichnet sind.
Die Stoßbetriebs- und Stoßpausen-Steuersignale der in Fig. 2b gezeigten Schaltung werden als ein Eingangssignal
zwei UND-Gliedern 156 und 158 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 156 wird mit dem Aust;angssignal
RV des UND-Gliedes 152 angesteuert. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 158 wird mit dem Aus«
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gangssignal RW des UND-Gliedes 154 angesteuert. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 156 und 158 sind mit
B und B1 bezeichnet, und sie stellen gemSß dem Stoßbetrieb
gesteuerte Wechselimpulse dar. Die aus der Schaltung nach Fig. 2b abgegebenen Stoßbetriebs- und Stoßpausen-Steuersignale werden ferner
einem Inverter 160 und einer monostabilen Schaltung 162 zugeführt. Das Ausgangssignal des Inverters 160
wird einem UND-Glied 164 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgangssignal RW des UND-Gliedes 152
angesteuert wird. Das UND-Glied 164 gibt ein Ausgangssignal B ab, diese Impulse treten dann auf, wenn die
Impulse B nicht auftreten.
Das Ausgangssignal des Inverters 160 wird ferner einer monostabilen Schaltung 166 zugeführt. Diese liefert
einen Ausgangsimpuls, dessen Länge durch einen digital gesteuerten Schalter bestimmt wird, der wiederum
durch Stoßbetriebs-Uberlappungssignale des entsprechenden Speichers im Kanal A gesteuert wird. Wie bereits in
Verbindung mit Fig. 2a beschrieben, verbindet der digital gesteuerte Schalter 169 einen der Widerstände 170-1
bis 170-n mit dem ZeitStromkreis der monostabilen Schaltung
166, so daß die Breite der Ausgangsimpulse dadurch bestimmt wird. Die Ausgangsimpulse der monostabilen
Schaltung 166 werden einem UND-Glied 168 zugeführt, dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal RW des UND-Gliedes
152 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 168 ist mit BO2 bezeichnet.
Die Stoßbetriebs-Stoßpausen-Steuersignale aus der Schaltung nach Fig. 2b werden ferner einer monostabilen
Schaltung 162 zugeführt, die Ausgangsimpulse erzeugt, deren Breite durch einen der Widerstände 172-1 bis 172-n
bestimmt wird. Diese werden durch einen digital gesteuerten Schalter 174 abhängig von einem digitalen Wort eingeschaltet,
das von den Speichern empfangen wird und für
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.36-
den Kanal B die Stoßbetrlebs-Uberlappung bestimmt. Das
Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 162 wird einem
UND-Glied 176 zugeführt, dessen zweitem Eingang des Ausgangssignal RW des UND-Gliedes 154 zugeführt wird. Die
Signale B1O1 und BO2 bestimmen den Verlauf von Überlappungsimpulszügen
der Kanäle A und B. Alle Ausgangssignale der UND-Glieder 156, 158, 164, 168 und 176 werden über
Sammelleitungen digital gesteuerten Schaltern mit zehn Schaltstellungen zugeführt, die auch als Betriebsartschalter
bezeichnet werden können.
Fig. 11 zeigt eine Schaltung, in der die Signale aus der Schaltung nach Fig. 10 den Sammelleitungen und
dann den digital gesteuerten Betriebsartschaltern zugeführt werden, Zwei Betriebsartschalter 180 und 182 sind
hier verwendet. Sie haben den vorstehend bereits beschriebenen Aufbau und arbeiten abhängig von den Betriebsparameterworten
aus den Speichern, wobei sie einen von zehn Eingängen mit einem Signalausgang verbinden. Der
Signalausgang des Betriebsartschalters 180 ist dem Kanal
A zugeordnet. Der Signalausgang des Betriebsartschalters 162 ist dem Kanal B zugeordnet. Die Sammelleitungen
sind mit den Bezugszeichen der Schaltung nach Fig. 10 versehen. Eine Sammelleitung B! verbindet den
Anschluß 7 des Schalters 180 mit dem Anschluß 8 des Schalters 182. Eine Sammelleitung BOp ist mit dem Anschluß
10 des Schalters 182 verbunden. Eine Sammelleitung B1O1 führt zu dem Anschluß 10 des Schalters 180.
Eine Sammelleitung B führt zum Anschluß 9 des Schalters 182. Eine Sammelleitung B führt zu den Anschlüssen 4,
8 und 9 des Schalters 180 und zum Anschluß 5 des Schalters 182. Eine Sammelleitung RVf führt zu den Anschlüssen
1, 3 und 6 des Schalters 180 und zu den Anschlüssen 2 und 7 des Schalters 182· Eine Erdsammelleitung führt
zu den Anschlüssen 0, 2 und 5 des Schalters 180 und zu den Anschlüssen 0, 1 und 4 des Schalters 182.
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Es ist zu erkennen, daß eine wahlweise Betätigung der beiden Betriebsartschalter 180 und 182 die Auswahl einer
der in Fig. 7 gezeigten Kombinationen mit wechselweise auftretenden Impulsen ermöglicht. Fig. 12 zeigt eine
Schaltung zur Erzeugung überlagerter Impulszüge, die
danach unter Verwendung einer Anordnung der in Fig. 11 gezeigten Art mit Sammelleitungen und Betriebsartschaltern
kombiniert werden können, um Impulszüge für die Kanaäle A und B zu erhalten, bei denen in beiden Kanälen
die Impulse gleichzeitig auftreten.
In Fig. 12 tritt das Ausgangssignal FW der Schaltung nach Fig. 2a mit der doppelten Frequenz der Impulse RW und
RW1 der Schaltung nach Fig. 10 auf, so daß entsprechend
Signale 2RW und 2RW1 erzeugt werden. Das Signal FW wird
einem UND-Glied 190 zugeführt. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 190 erhält die Stoßbetriebs-Stoßpausen-Steuersignale
der Schaltung nach Fig. 2b. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 190 ist mit 2B und 2B· bezeichnet.
Diese Bezeichnung ergibt sich aus der doppelten Frequenz gegenüber den Impulsen FW oder B bzw. FW1 oder B*. Die
ersten Bezeichnungen dienen der Vereinfachung der Verbindung mit den Sammelleitungen, obwohl im Gegensatz
zu den Verhältnissen in der Schaltung nach Fig. 10 die Impulse 2FW1 und 2B* nicht wechselweise mit den entsprechenden
Impulsen 2FW und 2B, sondern gleichartig auftreten.
Der Impulszug FW wird ferner einem UND-Glied 192 . zugeführt, dessen zweiter Eingang mit einem Inverter
194 verbunden ist. Diesem werden die Stoßbetriebs-Stoßpausenimpulse
aus der Schaltung nach Fig. 2b zugeführt· Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 192 ist mit 2B bezeichnet.
Das Ausgangssignal des Inverters 194 wird ferner einer monostabilen Schaltung 196 zugeführt,
deren Arbeitszeit durch einen digital gesteuerten Schalter 198 bestimmt ist. Der Schalter 198 schaltet
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einen der Widerstände 200-1 bis 200-n in den zeitbestimmenden Stromkreis der monostabilen Schaltung 196
ein, und zwar abhängig von einem digitalen Wort aus dem Stoßbetriebsspeicher, das die zeitliche Steuerung
und Dauer der Impulsstöße bestimmt.
Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 196 wird einem UND-Glied 201 zugeführt, dessen zweitem
Eingang der Impulszug FW aus der Schaltung nach Fig. 2a zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 201
ist mit 2BO2 bezeichnet.
Die Stoßbetriebs-Stoßpausen-Steuersignale werden einer weiteren monostabilen Schaltung 202 zugeführt,
die durch einen digital gesteuerten Schalter 2OA gesteuert wird. Dieser schaltet abhängig von einem digitalen
Wort aus dem Stoßbetriebsspeicher für den Kanal B einen der Widerstände 206-1 bis 206-n in den zeitbestimmenden
Stromkreis der monostabilen Schaltung 202 ein, wodurch die Impulsbreite der Ausgangssignale der
monostabilen Schaltung 202 bestimmt wird. Diese werden einem UND-Glied 208 zugeführt, dessen zweitem Eingang
die Impulse FW zugeführt werden. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 208 ist mit 2B1O1 bezeichnet.
Alle Ausgangssignale der Schaltung nach Fig. 12, nämlich die Signale 2RW, 2RW1, 2B, 2B», 2B, 2B1O2 und
2B1O^ entsprechen den Ausgangssignalen der Schaltung
nach Fig. 10. Eine Anordnung zur Beschaltung von Sammelleitungen
mit diesen Signalen, die schematisch durch ein Rechteck 210 dargestellt 1st, entspricht demzufolge
auch der in Fig. 11 gezeigten Anordnung, und die Verbindungen mit den beiden digital gesteuerten Schaltern
212 und 214 sind entsprechend Fig. 11 aufgebaut. Die digital gesteuerten Schalter 212 und 214 werden abhängig
von digitalen Worten aus den Betriebsartsteuerspeichern gesteuert, wodurch sie Impulszüge abgeben,
die parallel zueinander verlaufen und in einer der zehn
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Betriebsarten auftreten können, die in der in Fig. 7 gezeigten Tabelle aufgeführt sind.
Fig. 13 zeigt schematisch eine Schaltung zur Amplitudensteuerung. Die Ausgangsimpulse der digital gesteuerten
Betriebsartschalter 180 und 182 nach Fig. 11 oder der digital gesteuerten Betriebsartschalter 212 und 214
nach Fig. 12 werden zweipoligen impulsgesteuerten Zwei« fachschaltern 216 und 218 zugeführt. Die Eingangssignale
beider Schalter werden von einer variablen Spannungstei-
O leranordnung geliefert. Dieses Netzwerk umfaßt einen digital
gesteuerten Schalter 220, der abhängig von einem digitalen Wort aus dem Amplitudensteuerspeicher einen
Widerstand 222 in Reihe mit einem der Widerstände 224-1 bis 224-n schaltet. Das Spannungsteilernetzwerk ist an
den Ausgang des Spannungswandlers 17 (Fig. 1) angeschaltet. Somit wird eine Spannung VQ am Verbindungspunkt der
Widerstände 222 und eines der Widerstände 224-1 bis 224-n abgeleitet. Diese Spannung wird dem Gewebeabschnitt A
oder B oder beiden immer dann zugeführt, wenn die impulsgesteuerten Schalter 216 und 218 abhängig von den
Impulsen betätigt werden, die ihnen von den Betriebsart Steuerschaltern zugeführt werden. Ein Kondensator
217, der mit der Elektrodenleitung 15a in Reihe geschaltet ist, liefert in Verbindung mit einem Entlade-
>5 widerstand 223 gleiche Coulomb'sehe Ströme in beiden
Richtungen an den Stimulationselektroden. Gleiche Coulomb'sehe Ströme sind erforderlich, um einen Gewebeschaden
zu verhindern, der dann auftreten kann, wenn ein mittlerer Gleichstrom durch das Gewebe fließt. Ein
>0 Kondensator 219 und ein Widerstand 226 dienen demselben
Zweck im Kanal B. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der Widerstand 223 durch einen Schalter ersetzt werden
kann, der geöffnet ist, wenn der Schalter 216 geschlossen ist, während er geschlossen ist, wenn der Schalter
>5
216 geöffnet ist (gegenphasiger Betrieb mit dem Schal-
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ter 216). Ein ähnlicher, mit dem Schalter 218 gegenphasig
arbeitender Schalter kann den Widerstand 226 ersetzen. Dies ermöglicht eine schnelle Entladung des
Ausgangskondensators 217 im Kanal A und des Ausgangskondensators 219 im Kanal B unmittelbar nach Ende eines
Ausgangsimpulses. In der Ärzteschaft ist man der Ansicht, daß eine solche schnelle Entladung günstiger als ein
Gleichstromfluß für den Schutz des Gewebes ist.
Es wird nochmals Bezug auf Fig. 1 genommen, um einige andere Erfindungsmerkraale zu erläutern. Die
Schaltung 14 zur Impulserzeugung, Amplitudensteuerung
und Betriebsartsteuerung ist hier mit den Leitungen 15a und 15b verbunden, über die sie wiederum an die
Elektroden A des Gewebeabschnitts A angeschaltet ist.
Nach Anregung des Gewebes entweder spontan oder mit einem Stimulationsimpuls des Stimulators wird eine
Spannung (Biopotential) in dem Gewebe erzeugt, die an den Elektroden und damit auch an den Leitungen 15a
und 15b auftritt. Das entsprechende Signal aus dem Gewebeabschnitt A wird nach dessen Stimulation dem
Verstärker 40 zugeführt. Nach Verstärkung gelangt es auf die Auswahlschaltung 38. Wie bereits beschrieben,
wird die Auswahlschaltung 38 Über die Auswahlsteuerleitungen 36 abhängig von einem Leseparameter des Lese-Speichers
gesteuert und dient zur Auswahl eines Eingangssignals für den Hochfrequenzsender 32, das dann an das
externe Steuergerät 22 übermittelt wird.
Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Arzt dadurch eine genaue Wiedergabe des Biopotentialsignals ohne Verzerrung
seines Signalverlaufs beobachten kann, was beispielsweise dann der Fall wäre, wenn das Biopotentialsignal indirekt mit externen Elektroden, beispielsweise
durch Abnahme eines Elektrokardiogramms, ausgewertet würde. Das genau reproduzierte Biopotentialsignal kann
zur Diagnose und zur Bestimmung gewünschter Eigenschaf-
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ten der Stimulationsimpulse ausgenutzt werden, die dem
Gewebe zuzuführen sind,
Um eine Verzerrung des empfangenen Biopotentialsignals zu verhindern, kann es günstig sein, die Ver-Stärkung
des Verstärkers 40 zu steuern, so daß eine Signalbegrenzung verhindert wird, wenn die Verstärkung
zu hoch ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein zusätzlicher Speicher vorgesehen ist, der auch als Verstärkungsspeicher
bezeichnet werden kann. Er kann einen Verstärkungsparameter zur Steuerung der Verstärkung des
Verstärkers 40 enthalten.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Elektrodenleitungen 15a und 15b über Leitungen 39 direkt mit der
Auswahlschaltung 38 verbunden. Ferner liegt die Auswahlschaltung 38 über die Leitungen 39 direkt an dem Widerstand
R in Reihe mit der Elektrodenleitung 15a. Wenn die Auswahlschaltung 38 durch einen entsprechenden Leseparameterwert
angesteuert wird, kann sie die Stimulationsimpulse, die den Elektroden A am Gewebeabschnitt A zu-
geführt werden, oder den Impulsstrom, dem Sender 32 zur Übertragung nach außen zuführen. Somit kann ein Arzt nicht
nur das Biopotentialsignal des Gewebes A, sondern auch die Stimulationsimpulse überwachen, wenn diese den Elektroden
A zugeführt werden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Stimulationsimpulse und das Biopotentialsignal nicht
gleichzeitig nach außen übertragen oder überwacht werden
können. Ein weiterer Verstärker ähnlich dem Verstärker 40 kann zur Verstärkung und zur übertragung des Biopotentialsignals
des Gewebeabschnitts B Über die Auswahlschaltung 38 vorgesehen sein. Die Elektrodenleitungen
15c und 15d können mit der Auswahlschaltung 38 verbunden sein, so daß es möglich wird, die Stimulationsimpulse,
die dem Gewebeabschnitt B zugeführt werden, auch zum äußeren Steuergerät zu übertragen. Falls erwünscht,
können beide Elektrodenleitungspaare 15a und 15b sowie
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15c und 15d über geeignete Schalter mit dem Verstärker
40 verbunden sein, und das Biopotentialsignal des Gewebeabschnitts A oder des Gewebeabschnitts B kann wahlweise
dem Verstärker 40 abhängig von einem äußeren Befehlssignal zugeführt werden,das an den Stimulator übertragen
wird.
Der Stimulator kann beispielsweise eine bistabile Schaltung enthalten, deren Schaltzustand eine Leitung
steuert, über die die Stromversorgung mit dem Verstärker verbunden ist. Der Schaltzustand der bistabilen Schaltung
kann durch übertragung eines bestimmten Befehlswortes geändert werden, das bei Decodierung eine Änderung
des Schaltzustandes veranlaßt.
Bei der Diagnose des Biopotentialsignals eines der Gewebeabschnitte, beispielsweise des Gewebeabschnitts
A, kann es wichtig sein, die genaue Amplitude des Biopotentialsignals zu kennen, das von dem Gewebeabschnitt
A erzeugt wird. Da der Verstärker 40 eine gewisse Drift, also eine Verstärkungsänderung aufweisen kann, ist es
günstig, den Verstärker 40 zu eichen, auch wenn er bereits mit dem Stimulator implantiert ist. Dies kann
leicht durch kurze Zuführung einer vorbestimmten geeichten Eingangsspannung v, die von der Batterie 16
abgeleitet sein kann, an den Verstärker 40 während des Fehlens des Biopotentialsignals des Gewebeabschnitts A
und durch Übertragung des Verstärkerausgangssignals an das externe Steuergerät 22 erreicht werden. Abhängig
von der Amplitude des Bezugssignals kann der Arzt die genaue Amplitude des Biopotentialsignals eichen und
bestimmen, wenn dieses den Verstärker 40 als Eingangssignal zugeführt wird.
Die Spannung ν kann dem Verstärker 40 über einen
Schalter 86 zugeführt werden, der so gesteuert wird, daß er zwischen der Elektrodenleitung 15a und einer Referenzspannungsquelle
43 umschaltet« Dieser Schaltbefehl
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kann entweder mittels eines nicht benutzten bestimmten Parameterwertes oder durch einen separaten Eichparameter
dargestellt werden, der in einem separaten Eichspeicher vorhanden ist. Dies ist in Fig. 1 dargestellt. Der für
die Verstärkung des Biopotentialsignals des Gewebeabschnitts B vorgesehene Verstärker kann in ähnlicher Weise
geeicht werden. Wird ein besonderer Eichparameter verwendet, so kann ein Wert zur Eichung der Verstärkung des
Verstärkers 40 und ein anderer Wert zur Eichung des Verstärkers für das Biopotentialsignal des Gewebeabschnitts
B verwendet werden. Ferner können, falls erwünscht, weitere Werte in dem separaten Eichspeicher vorgesehen sein,
um unterschiedliche Eichsignale für die Linearität, den Frequenzgang und andere Eigenschaften des Verstärkers
(oder der Verstärker) abzugeben, der zur Verstärkung des Biopotentialsignals des Gewebeabschnitts A bzw. B vorgesehen
ist.
Vorstehend wurde angenommen, daß die Stimulationsimpulse unipolar sind, wie es in Fig. 8 dargestellt ist,
Ό und daß dieselben Leitungen 15a und 15b, auf denen die
Stimulationsimpulse den Elektroden zur Stimulation des Gewebes zugeführt werden, auch zur übertragung des Biopotentialsignals
auf den Verstärker 40 vorgesehen sind. Bei unipolaren Stimulationsimpulsen ist die Impulsabfallzeit
infolge Ableitung über den Gewebeabschnitt ziemlich lang. Dies kann anhand der Fig. 14 erklärt
werden, in der die Linie a unipolare Stimulationsimpulse 220a und die Linie b Spannungsverläufe 220b darstellt.
Die volle Abfallzeit ist relativ lang, was auf die effektive elektrische Kapazität zwischen den Elektroden
und dem Gewebe zurückzuführen ist. Da das durch die Linie b bzw. durch die Kurve 221 dargestellte Biopotentialsignal
typisch nahe bei dem Stimulationsimpuls auftritt, wenn die Abfallzeit lang ist, kann das
^5 Biopotentialsignal auch auftreten, bevor die Stimula-
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tionsspannung voll abgefallen ist, so daß durch die dann relativ größere Amplitude eine überdeckung erfolgt.
Um dieses Problem zu vermeiden, können separate Elektroden zur Auswertung des Biopotentialsignals sowie separate Leitungen zu dessen Zuführung zua Verstär
ker 40 vorgesehen sein. Um die Zahl der in den Körper bzw. das Gewebe einzusetzenden Elektroden und der zugehörigen Leitungen jedoch zu verringern, wird dieses
Problem folgendermaßen vermieden.
An Stelle der Stimulation des Gewebes mit unipolaren Impulsen, wie sie in Fig. 14 bei a gezeigt sind, werden bipolare Stimulationsimpulse 222 erzeugt, die in Fig.
14 bei c gezeigt sind. Solche Impulse verringern durch ihre bipolaren Eigenschaften die Spannungsabfallzelt der
Impulse über die Salzlösung des Körpers wesentlich, wie es bei c und d bzw. durch die Kurve 222a dargestellt 1st·
Somit kehrt der Spannungspegel auf den Elektrodenleitungen unmittelbar nach dem Ende eines jeden Stimulationsimpulses zum Ruhezustand zurück· Daher wird das Biopo-
tentialsignal 221, das auf jeden bipolaren Impuls 222
folgt, nicht durch den stimulierten Spannungsimpuls überdeckt und ohne Verzerrung auf denselben Leitungen übertragen, die zur Zuführung des Stimulationsimpulses 222
an die Elektroden dienen«
se an das Gewebe muß lediglich eine bipolare Spannungsquelle eines bipolaren, nicht dargestellten Impulsgenerators, an einen Anschluß des Widerstandes 225 (Fig. 13}
an Stelle der Spannung des Spannungswandlers 17 ange
schaltet werden. Bipolare Impulsgeneratoren sind für
sich bekannt und müssen deshalb nicht weiter erläutert werden.
Flg. 15 zeigt ein Blockdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Auswahlschaltung 38. ¥1« bereit« ausgeführt,
kann dl« Auswahlschaltung 38 Wort« aus dan Speichern und
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-5a-
analoge Signale aus anderen Teilen des Stimulators abrufen, die nach außerhalb zu übertragen sind. Gleiches
ist mit aus den Gewebeabschnitten stammenden Signalen möglich, wobei die jeweilige Auswahl durch ein Auswahlsteuerwort
geschieht. Es sei angenommen, daß gemäß Fig· 5 jedes Wort im Speicher vier Bits X1 bis X^ hat. Ferner
sei angenommen, daß jedes im Speicher gespeicherte Wort differentiell mit Mp1 bis MpQ bezeichnet ist, so
daß beispielsweise die erste Stelle des ersten Wortes mit Mp1X1 zu bezeichnen wäre. Die vierte Stelle des
dritten Wortes wäre entsprechend mit Μρ*Χ^ zu bezeichnen.
Es sind vier digital gesteuerte Schalter 230, 232,
234 und 236 vorgesehen. Jeder dieser Schalter hat eine Anzahl von Eingangsanschlüssen, die der Anzahl der Worte
im Speicher entspricht. Sind beispielsweise acht Worte im Speicher gespeichert, so hat jeder Schalter mindestens
acht Eingangsanschlüsse. Die Eingangsanschlüsse des digital gesteuerten Schalters 230 sind so beschaltetf
daß sie die Stellen Mp1X1 bis Mp8X1 empfangen. Der
Schalter 232 ist mit seinen Anschlüssen so beschaltet, daß sie die Stellen Mp1X2 bis Mp8X2 empfangen. Der Schalter
234 empfängt an seinen Eingangsanschlüssen die Stellen
Mp1X, bis MpgX,. Der Schalter 236 empfängt an seinen
Eingangsanschlüssen die Stellen Mp1X^ bis Mp8X^. Derjenige
Eingangsanschluß, der durch die digital gesteuerten Schalter zur Verbindung mit dem Ausgangsanschluß angewählt
wird, ist durch das digitale Wort bestimmt, das den Leitungen 239 zugeführt wird. Dieses Auswahlsteuerwort
umfaßt die Bits Mp8X1 bis Mp8X^, Entsprechend liefern
die Schalter 230, 232, 234 und 236 ein durch das Auswahlsteuerwort bestimmtes Wort, das aus vier Bits
besteht.
Diese vier Bits werden von den digital gesteuerten Schaltern parallel auf die vier Stufen eines Schiebe-
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registers 238 geführt, denen eine Eingangsstufe vorgeschaltet ist. Dieser Eingangsstufe S1 wird ein Taktsignal
zugeführt. Dieses 1-Signal wirkt als Startsignal für die Schaltung, der das genannte Wort zugeführt wird. In diesem
Falle erfolgt eine Signalgabe an den Sender, die besagt, daß ein Wort zwecks Übertragung folgt. Das Schieberegister
238 ist so aufgebaut, daß ihm Eingangssignale parallel zugeführt werden und daß es Ausgangssignale
seriell abgibt. Dieses Schieberegister gibt das eingegebene ausgewählte digitale Wort über die Stufe S1 aus.
Weitere Einzelheiten hierzu werden in Verbindung mit Fig. 16 erläutert. Ein weiterer digital gesteuerter
Schalter 240 hat mindestens zwölf Eingangsanschlüsse.
Die ersten acht Eingangsanschlüsse sind miteinander verbunden und empfangen das Ausgangssignal des Schieberegisters
238. Der gemeinsame Anschluß führt zu einem Verstärker 242, dessen Ausgangssignale dem Hochfrequenzsender
32 (Fig. 1) zugeführt werden. Die Verstärkung des Verstärkers 242 wird durch einen digital gesteuerten Auswählschalter
244 gesteuert.
Die Verstärkung des Verstärkers 242 wird abhängig von einem Verstärkungssteuerwort eingestellt, das dem
digital gesteuerten Schalter 244 über die Leitung 239 zugeführt wird. Einer von mehreren Widerständen 244-1
bis 244-n wird mit dem Schalter 244 ausgewählt und in den Verstärkungssteuerstromkreis des Verstärkers 242
eingeschaltet. Es ist somit zu erkennen, wie der Stimulator ein Wort aus dem Speicher zwecks RückÜbertragung
auswählen kann, so daß der Arzt es prüfen kann.
Der digital gesteuerte Schalter 240 sowie ein weiterer
digital gesteuerter Schalter 246 dienen zur Anschaltung an weitere Körperteile zwecks Signalübertragung
nach außen. Wie bereits beschrieben, wird der den Elektroden über die Leitungen 15a und 15b zuge führte Strom beispielsweise durch Messung des Spannungs-
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abfalle an einem Widerstand R und Übermittlung dieses Wertes nach außen überwacht. Der Anschluß 9 des Schalters 240 ist mit einem Anschluß des Widerstandes R verbunden.
Der Anschluß 9 des Schalters 246 ist mit dem anderen Anschluß des Widerstandes R verbunden. Durch
Zuführung eines geeigneten digitalen Wortes von den Leitungen 238 auf die Schalter 240 und 246 erscheint
also das Eingangssignal für diese Schalter an dem Widerstand R. Das Ausgangssignal der Schalter wird dem
Eingang des Verstärkers 242 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Hochfrequenzsender 32 zugeführt wird.
Die Anschlüsse 10 der Schalter 240 und 246 sind mit den Leitungen 13a und 15b verbunden, so daß bei
der Schaltstellung 10 die den Elektroden über die Leitungen 15a und 15b zugeführte Spannung auch nach außen
übertragen wird.
Der Anschluß 11 des Schalters 240 ist dem Ausgang des Verstärkers 40 und der Anschluß 11 des Schalters
246 mit Erdpotential verbunden. Wird der Anschluß 11 angewählt, so wird das Biopotentialsignal des Gewebeabschnitts
nach außen übertragen. Der Sender kann analoge und digitale Signale übertragen. Das biologische
Signal 1st ein Analogsignal.
Der Anschluß 12 des Schalters 240 ist mit einer Referenzspannungsquelle und der Anschluß 12 des Schalters
246 alt Erdpotential verbunden. Wenn die Verstärkung des Verstärkers 242 überprüft werden soll, werden
die Schalter 240 und 246 in die Schaltstellung 12 gesteuert, so daß die Amplitude des voe Sender übertragenen
Signals die Verstärkung des Verstärkers 242 angibt. Eine ähnliche Anordnung kann zur Anschaltung
einer Referenzspannung an den Verstarker 40 dienen,
so daß dessen Verstärkung geprüft werden kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, nie die Auswahlschaltung zur Auswahl -von innerhalb des
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Körpers auftretenden Signalen gesteuert werden kann, die nach außen zwecks überwachung oder anderweitiger Nutzung
zu übertragen sind.
Fig. 16 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung von Schiebeimpulsen für das Schieberegister 238 und zur
Einschaltung des Senders 32. Ein Detektor 250 stellt ein Auswahlsteuerwort auf den Leitungen 239 fest und
liefert ein Ausgangssignal, durch das eine «onostabile Schaltung 252 einen Ausgangsiepuls abgibt· Dieser Aus
gangsimpuls wird der Stufe S1 zur Abgabe eines Impulses
zugeführt. Der Ausgangsimpuls ist ferner so breit bzw. erzeugt ein ausreichendes Intervall, so daß eine Schiebeimpulsquelle 254 die Ausgabe des Inhalts des Schieberegisters 238 bewirken kann. Der Sender wird durch das
Ausgangssignal der nonostabilen Schaltung 252 eingeschaltet.
Wird ein Wort zur Auswahl eines Signalpegels vom Stimulator oder vom Gewebeabschnitt ait dem Detektor 250
festgestellt, so steuert dieser eine weitere monostabi-
Ie Schaltung 256 an, die einen Ausgangsinpuls abgibt,
der den Sender so lange eingeschaltet hält, daß das ausgewählte Signal übertragen werden kann.
Wie bereits in Verbindung alt Fig. 3a beschrieben
wurde, wird jedes Parameterwort mit vier Bits des Para
aeterwertes vorausgesetzt, die dann im Parameterspeicher
gespeichert werden, der durch die drei Bits des Parameterartwortes bestimmt wird, wenn das Parameterwort als
richtig geprüft wurde. Es wurde ferner vorausgesetzt, daß bei der Speicherung eines Parameterwertes im zuge
ordneten Speicher der dort zuvor gespeicherte Parameter-
wert gelöscht wird, so daß damit eine Steuerung des jeweiligen Parameters, beispielsweise der Frequenz usw.,
erfolgt. Bei der Erfindung werden vorzugsweise die Parameterwerte eines jeden Parameters so gewählt, daß die
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bei jeder Änderung des Parameterwertes um eine Einheit ändern. Dies hat seinen Grund darin, daß eine logarithmische
Änderung der Impulseigenschaften für die physiologischen Erscheinungen im Körper besser verträglich ist.
Ferner wurde vorausgesetzt, daß der Wert eines jeden Parameters, der in einen Speicher eingegeben wird, von dem
zuvor im selben Speicher gespeicherten Parameterwert unabhängig ist. Somit kann ein Anstieg des Parameterwertes
um mehrere Einheiten auftreten und damit eine beachtliche Änderung der jeweiligen gesteuerten Impulseigenschaft erfolgen.
Schaltungen mit einem logarithmischen Verhalten bei analogen EingangsSignalen sind für sich bekannt.
Alternativ kann der Logarithmus eines digitalen Parameterwertes auch unter Verwendung eines Festwertspeichers
in den logarithmischen Wert umgesetzt werden, der diese Umwandlung erzeugt. Der logarithmische Wert kann dann in
der zuvor für nicht logarithmische Signale beschriebenen Art verarbeitet werden.
Die Erfindung ist jedoch auf diese Art der Änderung von Speicherinhalten nicht beschränkt. Falls erwünscht,
kann die Speichersteuerschaltung auch so getroffen sein,
daß jeder neue empfangene Parameter den im jeweils zugeordneten Speicher gespeicherten Parameterwert um nur
eine Werteinheit erhöht oder verringert und nicht eine abrupte Änderung um mehrere Einheiten hervorruft. Dies
bedeutet, daß die Speicher, falls erwünscht, abhängig von den empfangenen Parametern auch eine rampenartige
Änderung aufwärts oder abwärts durchführen können. Dem Fachmann ist geläufig, daß der Inhalt eines Speichers,
beispielsweise eine bestimmte Adresse, abhängig von einer neuen Signaleingabe für diese Adresse vollständig geändert
oder auch rampenartig aufwärts oder abwärts um eine Einheit abhängig von jedem nachfolgenden Eingabesignal
geändert werden kann. Deshalb muß die spezielle Ausfüh- rung einer solchen Speichersteuerschaltung nicht einge-
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hend beschrieben werden.
Falls erwünscht, kann jedes Parameterwort zusätzliche Bits enthalten, die in der Speichersteuerschaltung
decodiert werden und bestimmen, ob der Inhalt eines Speichers vollständig durch die vier Parameterbits des
Parameterwertes des jeweiligen Wortes zu ersetzen ist oder ob er rampenartig aufwärts oder abwärts geändert
werden soll. Dies kann anhand der Fig. 3c erklärt werden, die ähnlich Fig. 3a einen Wortaufbau zeigt, wobei
jedoch zwei weitere Bits vorgesehen sind, die die Art der Speichereingabe kennzeichnen. Haben diese beiden
Bits beispielsweise den Wert null, so kann dies kennzeichnen, daß die vier Bits des Parameterwertes im zugeordneten Speicher an Stelle des dort vorhandenen Para-
meterwertes zu speichern sind. Sind diese beiden Bits hingegen im Zustand 01, so kann dies kennzeichnen, daß
die vier Bits des Parameterwertes zu ignorieren sind und der gespeicherte Parameterwert lediglich um den
Wert 1 zu erhöhen ist. Wenn die beiden Bits den Zustand
10 haben, so können die vier Bits des Parameterwertes
gleichfalls ignoriert werden, wobei der Inhalt des jeweiligen Speichers dann um eine Einheit verringert wird.
Verfahren für eine derartige Steuerung sind bekannt. Beispielsweise wird das Wort an der adressierten Spei
cherstelle gelesen und in einer arithmetischen Schal
tung um eine Einheit erhöht, wonach es dann wieder eingespeichert wird.
Hit dieser Anordnung kann der Arzt am externen Steuergerät 22 jeden in den Speichern gespeicherten
Parameter um einen beachtlichen Betrag ändern, indem ein Parameterwort abgegeben wird, dessen die Eingabeart kennzeichnende Bits im Zustand 00 sind, oder in
dem lediglich der Parameterwert schrittweise erhöht oder verringert wird, wozu ein Parameterwort abgege
ben wird, dessen Eingabebits entweder 01 zur Erhöhung
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oder 10 zur Verringerung um eine Einheit sind. Eine abrupte Änderung eines Parameterwertes ist immer dann als
vorteilhaft anzusehen, wenn ein Stimulator vollständig neu zu programmieren ist. Eine rampenartige Veränderung
der Parameter kann hingegen vorteilhaft sein, wenn der gespeicherte Parameterwert nahe dem gewünschten Wert
liegt, also eine kleinere Korrektur erforderlich ist. Es sei ferner bemerkt, daß die rampenartige Änderung
vorteilhaft sein kann, wenn ein Paraaeter von einem
zum anderen Wert allmählich und nicht abrupt zu ändern
ist. Ferner können die Speicher auch so gesteuert werden, daß nur eine allmähliche Änderung ihres Inhalts
aufwärts oder abwärts möglich ist.
Steuergeräts 22 gezeigt. Es sei bemerkt, daß das externe Steuergerät die Vorrichtung ist, mit der der Arzt
die Worte erzeugt, die dem Empfänger zur Eingabe in den implantierten Stimulator zugeführt werden. Ein Festwertspeicher 260 speichert alle Worte und Befehle, die dem
Stimulator zuzuführen sind. Dies ist lediglich ein Beispiel für ein Steuergerät, da auch Schalteranordnungen
oder Tastaturen zur Erzeugung von Worten verwendet werden können.
sten versehen, die zur Erzeugung von Signalen betätigt werden können, welche Amplituden oder Impulsbreiten
oder eine Impulsdauer usw. angeben, die in den Stimulator einzugeben sind. Eine Paraaetertastatur 264 ist
mit Tasten versehen, die anzeigen, welcher Parameter
den Wert, der mit der Werttastatur erzeugt wurde, annehmen soll· Die von den Paraaeter- und den Werttastaturen erzeugten Signale werden einer Festwertspeicher-Adressensteuerschaltung 266 zugeführt, die bei Ansteuerung den Festwertspeicher 260 adressiert. Dieser gibt
dann wiederum ein Wort aus, das das Paraaeterforaat
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und den Parameterwert enthält, die mit den Tastaturen 262 und 264 bestimmt wurden.
Zur Eingabe der den Patienten und den Stimulator betreffenden Daten ist eine weitere Tastatur 268 vorgesehen.
Ein Taktimpulsgenerator 270 liefert Taktimpulse an
einen Eingabeschalter 272. Wenn der Schalter 262 betätigt wird, leitet er die Taktimpulse an die Adressierschaltung
266 weiter, so daß diese den Festwertspeicher 260 adressiert. Ferner werden Taktimpulse der Tastatur
für die Daten des Patienten und des Stimulators zugeführt, so daß die dort eingegebenen Werte gelesen werden.
Das Ausgangssignal des Festwertspeichers und der Tastatur für die Daten des Patienten und des Stimulators werden
einem Schieberegister 274 parallel zugeführt, das Ausgangssignale seriell abgibt. Die Daten des Schieberegisters
haben ein Format, wie es in einer der Fig. 3a, 3b oder 3c dargestellt ist. Die Ausgangssignale des Festwertspeichers
und der Tastatur 268 werden ferner einem digitalen Sichtgerät 276 zugeführt, das die in das
Schieberegister 274 eingegebenen Informationen darstellt.
In Fig. 3d sind die an den Stimulator übertragenen 0- und 1-Impulsverläufe dargestellt, die mit der in
Fig. 4 gezeigten Schaltung gefiltert oder geprüft werden. Die nun folgende Beschreibung betrifft die Erzeugung
solcher Signalverläufe mit der in dem Steuergerät vorhandenen, in Fig. 17 dargestellten Schaltung. Die
im folgenden angenommenen Werte stellen lediglich Beispiele dar und sollen die Erfindung nicht einschränken«
Der Taktimpulsgenerator 270 liefert einen Impulszug, dessen Impulse mit einem Abstand von 20 Millisekunden
auftreten. Es sei vorausgesetzt, daß ein 0-Impuls an seinem Anfang einen Impuls von 4 Millisekunden Dauer
mit einem 1-Signalpegel hat, auf den ein O-Signalpegel
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von 60 Millisekunden Dauer folgt. Ein 1-Impuls hat an
seinem Anfang einen 1-Signalpegel mit 60 Millisekunden Länge, auf den ein O-Signalpegel mit 4 Millisekunden
Länge folgt. Die nach jeweils 20 Millisekunden auftretenden
Taktimpulse sind sehr schmal und haben eine Dauer von etwa 1 Mikrosekunde. Das Schieberegister 274
wird durch logische Schaltungen gesteuert, die als Schieberegistersteuerung 278 dargestellt sind. Wenn
diese Steuerung einen 1-Impuls erhält, so bewirkt dieser eine Umschaltung des Schieberegisters von der Paralleleingabe
auf eine serielle Ausgabe. Anordnungen zur Steuerung eines Schieberegisters in dieser Weise
sind für sich bekannt.
Eine monostabile Schaltung 280 wird durch einen Schal· ter 282 angesteuert, der im folgenden auch als Sendeschalter
bezeichnet wird. Dieser liefert einen Ausgangsimpuls an die Schieberegistersteuerung 278, dessen Impulsbreite
so bemessen ist, daß die Schieberegistersteuerung 278 das Schieberegister 274 solange in seinem seriellen
Ausgabebetrieb hält, daß der Registerinhalt ausgespeichert werden kann. Der Taktimpulsgenerator 270 liefert
Impulse an das Schieberegister 274, die den Registerinhalt ausgeben. Die Breite des Ausgangsimpulses der
monostabilen Schaltung 280 liegt in der Größenordnung von 350 Millisekunden, so daß das Schieberegister seinen
gesamten Inhalt ausgeben kann. Es sei bemerkt, daß die Impulse des Taktgenerators 270 beim Parallelbetrieb
des Schieberegisters zur Eingabe der Daten dienen, die ihm von dem Festwertspeicher und von der Tastatur für
die Daten des Patienten und des Stimulators zugeführt werden.
Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 280 wird ferner einem UND-Glied 284 zugeführt. Ein weiterer
Eingang dieses UND-Gliedes erhält die Impulse des Takt- generators 270. Somit besteht das Ausgangssignal des
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UND-Gliedes 284 während der Zeit, in der das Schieberegister seinen Inhalt abgibt, aus einer Folge von Taktimpulsen.
Diese werden einer monostabilen Schaltung 286 zugeführt, die an ihrem Ausgang Taktimpulse mit einer
Dauer von 10 Millisekunden erzeugt. Diese werden einer
monostabilen Schaltung 288 zugeführt, die dann Ausgangsimpulse von einer Millisekunde Dauer erzeugt. Diese sind
gegenüber Jedem Taktimpuls um 10 Millisekunden verzögert. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 274 wird
durch Taktimpulse mit 20 Millisekunden Abstand getaktet. Es wird einem UND-Glied 290 und einem Inverter 292 zugeführt,
dessen Ausgangssignal einem zweiten UND-Glied 294 zugeführt wird. Die beiden zweiten Eingänge der UND-Glieder
290 und 294 werden mit dem Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 288 angesteuert. Ist das Ausgangssignal
des Schieberegisters auf dem Signalpegel 1, so erzeugt das UND-Glied 290 10 Millisekunden nach der Zuführung
eines Ausgangssignals des Schieberegisters einen Ausgangsimpuls für eine monostabile Schaltung 296, die
wiederum einen Ausgangsimpuls von 16 Millisekunden Dauer abgibt. Ist das Ausgangssignal des Schieberegisters auf
dem Signalpegel 0, so erzeugt das UND-Glied 294 10 Millisekunden nach dem Auftreten des Taktimpulses, der das
O-Signal ausgegeben hat, ein Signal, das einer monostabilen
Schaltung 298 zugeführt wird, die wiederum einen Ausgangsimpuls von 4 Millisekunden Dauer abgibt. Die
Ausgangssignale der monostabilen Schaltungen 296 und
298 werden einem ODER-Glied 300 zugeführt, welches sein Ausgangssignal zwecks übertragung an den Sender 302 abgibt.
Ist das Ausgangssignal des Schieberegisters auf dem Signalpegel 0, so wird also ein Impuls von 4 Millisekunden
Dauer übertragen, auf den ein Signalpegel 0 von 16 Millisekunden Dauer folgt. Bei Auftreten des nächsten
Taktimpulses und O-Pegel des Schieberegister-Ausgangs-
. 809830/1024
signals erfolgt dieselbe gerade beschriebene Übertragung. Ist das nächste Schieberegister-Ausgangssignal
auf dem Signalpegel 1, so wird das UND-Glied 290 bei Auftreten des Ausgangssignals der monostabilen Schaltung
288 angesteuert, und die Ausgangssignale des Schieberegisters werden mit Impulsen von 16 Millisekunden
Dauer übertragen. Der Grund dafür, daß kein Impuls für eine Dauer von 4 Millisekunden unmittelbar nach dem
Impuls von 16 Millisekunden übertragen wird, besteht darin, daß am Ende des Impulses von 16 Millisekunden
Dauer kein Ausgangssignal der monostabilen Schaltung
288 mehr vorhanden ist. Entsprechend haben die 1- und O-Impulse den in Fig. 3d dargestellten Signalverlauf.
Ein Empfänger 304 empfängt die digitalen und analogen Daten, die vom Stimulatorsender 302 übertragen
werden, und führt sie einem weiteren digitalen Sichtgerät 306 zu, so daß beide Sichtgeräte 276 und 306 miteinander
verglichen werden können, um festzustellen, ob die im Speicher vorhandenen Daten den übertragenen Daten
entsprechen. Das Sichtgerät 306 kann ferner alle weiteren digitalen Signale darstellen, die mit der
Auswahlschaltung 38 auszuwählen sind und den Sender zur Übertragung nach außen zugeführt werden. Falls erwünscht,
können die beiden Eingangssignale für die Sichtgeräte einem Vergleicher 307 zugeführt werden,
der abhängig vom Vergleichsergebnis ein Licht- oder ein akustisches Signalgerät 309 betätigt, das dann
Übereinstimmung und/oder Unterschiede signalisiert. Es ist ferner ein analoges Sichtgerät 311 vorgesehen.
Dieses spricht auf Analogsignale an, die der Empfänger 304 von dem Stimulator empfangen hat. Dies sind beispielsweise
Biopotentialsignale.
Eine lineare und eine logarithmische positive oder ν negative Änderung kann mit den Tastaturen 262 und
. 35 durchgeführt werden, die eingegebene Werte in den Spei-
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eher einspeichern, wodurch zunehmende oder abnehmende
Änderungen oder logarithmische Änderungen der Signalamplitude hervorgerufen werden.
Es gibt eine beachtliche Anzahl physiologischer Störungen und/oder Leiden, bei denen es wünschenswert
wäre, daß der Patient einen oder mehrere Parameter des Stimulators ändern oder auch den Stimulator ein- oder
ausschalten kann. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn ein Patient einen implantierten Stimulator,
der Impulse zur Schmerzlinderung liefert, ausschalten kann, wenn kein Schmerz auftritt bzw. einschalten kann,
wenn Schmerz spürbar wird. Da ferner die Schmerzintensität veränderlich ist, kann es günstig sein, dem Patienten
die Änderung eines oder mehrerer Parameter zu ermögliehen,
so daß der Stimulator Impulse liefert, die den Schmerz beseitigen oder mindestens lindern. Beispiele
von Parametern, die der Patient gegebenenfalls ändern könnte, sind die Impulsfrequenz und/oder die lapulsamplitude.
In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 18 hingewiesen» Hier ist eine Miniatur-Steuereinheit 305 dargestellt,
mit der ein Patient gewisse Betriebseigenschaften des Stimulators steuern kann. Biese Einheit enthält die
Komponenten der in Fig. 17 gezeigten Anordnung, die zu einer begrenzten Worterzeugung und zur übertragung
in zu beschreibender Weise erforderlich sind. In der Praxis ist die Steuereinheit ziemlich klein ausgeführt,
so daß sie in der Hand gehalten oder auch wie ein Armband oder eine Uhr getragen werden kann. Die Steuereinheit
enthält eine Antenne 306, die vom Patienten gewählte Worte auf die implantierte Antenne 25 überträgt, so
daß damit der Betrieb des Stimulators gesteuert werden kann. Beispielsweise kann der Patient den Stimulator
ausschalten oder einschalten.
Eine Tastatur 308 enthält eine Einschaltetaste und
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eine Ausschaltetaste. Durch Betätigung dieser Tasten überträgt die Steuereinheit ein bestimmtes Einschalteoder
Ausschaltewort über die Antenne 306 auf den Stimulator. Ein entsprechender Ein-Aus-Speicher (Gruppe
bistabiler Schaltungen) ist im Speicher 35 vorgesehen. Wie aus Fig. 19 hervorgeht, wird das Ein- oder Ausschaltewort
einem digital gesteuerten Schalter 310 zugeführt, der entweder den Spannungswandler mit dem Impulsgenerator
verbindet oder ihn von diesem abtrennt, womit eine Einschaltung bzw. eine Ausschaltung verbunden
ist. Es sei bemerkt, daß bei Einschaltung des Impulsgenerators der Stimulator auf der Basis der gespeicherten
Parameterwerte arbeitet,, die der Arzt zuvor programmiert hatte.
Zusätzlich zur Ein- oder Ausschaltemöglichkeit kann die Steuereinheit 305 und die Tastatur 308 auch eine Anordnung
aufweisen, mit der der Patient zumindest einen Parameter, beispielsweise die Impulsamplitude verändern
kann, indem der entsprechende Wert im Amplitudenspeicher geändert wird. Die mit + bezeichnete Taste erfüllt diese
Funktion. Vorzugsweise sollten die Amplitudenworte, die von der Steuereinheit zum Stimulator übertragen werden
können, so beschaffen sein, daß sie eine rampenartige Änderung des Speicherinhalts bewirken. Dies wird als
sehr vorteilhaft hinsichtlich einer zufälligen größeren Änderung des gespeicherten Amplitudenparameters durch
den Patienten angesehen, denn dadurch könnte die Amplitude der Stimulationsimpulse so verändert werden, daß
sie dem Patienten schadet.
Falls erwünscht, können die mit + und mit - bezeichneten Tasten mit Schaltungen verbunden sein, die bei
betätigtem Schalter den Amplitudenparameter mit einem vorbestimmten Betrag ändern. Dies kann beispielsweise
durch Ansteuerung eines Oszillators erfolgen, der Im- pulse an einen Zähler liefert, dessen Ausgangssignal
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als Amplitudensteuerwort benutzt wird oder der einen
Festwertspeicher adressiert, um das Amplitudensteuerwort zu erhalten. Weitere Parameter können vom Patienten
auf diese Weise erforderlichenfalls geändert werden. Die Geschwindigkeit der rampenartigen Änderung kann
durch Steuerung des Oszillators beeinflußt werden, und an Stelle einer Drucktaste kann auch ein Potentiometer
vorgesehen sein, an das eine Spannung angeschaltet ist und von dem die jeweils abgegriffene Spannung dem spannungsgesteuerten
Oszillator zugeführt wird.
Die einem jeden Patienten zugeordnete Steuereinheit muß jedes Parameterwort mit den richtigen Identifizierungsbits
erzeugen, nämlich mit der Modellnummer des Stimulators und der Nummer des Patienten. Die Steuereinheit
kann mit einer Einstellskala oder einer anderen Anordnung versehen sein, die dem Arzt die bleibende
Einstellung der Modellnummer und der Patientennummer entsprechend dem implantierten Stimulator ermöglicht.
Der Einschluß der Patientennummer in jedes Parameterwort kann besondere wichtig sein, um zu verhindern, daß
mehrere Patienten mit ihren Steuereinheiten den Stimulator eines jeweils anderen Patienten ansteuern. Beispielsweise
können sich mehrere Patienten mit implantierten Stimulatoren im Wartezimmer des Arztes befinden.
In einem solchen Fall ist es sehr wichtig, daß
kein Patient die Parameter des Stimulators eines anderen Patienten beeinflussen kann, wenn er seine Steuereinheit
betätigt, um seine eigenen Parameter zu ändern. Im Normalfall weis der einen Patienten mit implantiertem
Stimulator behandelnde Arzt die Patientennummer und die Modellnummer des implantierten Stimulators. Das
externe Steuergerät kann dann so eingestellt werden, daß es mit jedem Parameterwort die richtigen Identifizierungsbits liefert. Es ist jedoch im Sinne einer
maximalen Flexibilität, daß ein Arzt, der vielleicht
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die Modellnummer des Stimulators oder die Patientennummer nicht weiß, den Stimulator auch dann programmieren
kann, wenn der normalerweise behandelnde Arzt nicht anwesend ist oder ein Notfall auftritt, bei dea der
vielleicht in einem Koma befindliche Patient die erforderlichen Informationen nicht selbst geben kann. Dies
wird mit einem Stimulator erreicht, der die folgenden Eigenschaften aufweist. Vie aus Fig. 5 zu ersehen ist,
können die in der Schaltung 60 vorhandene Modellnummer und die in der Schaltung 66 vorhandene Patientennummer
mit der Auswahlschaltung 38 ausgewählt werden. Biese beiden Nummern, die jeweils drei Bits umfassen, können
als eine Nummer von 6 Bits Länge betrachtet werden, die die Auswahlschaltung 38 dem Sender 32 zuführt, wenn ein
entsprechender Leseparameterwert des Lesespeichers der Auswahlschaltung 38 über die Leitungen 36 zugeführt
wird.
In Fig. 20 ist nun eine Anordnung dargestellt, die das Auslesen der Modellnummer und der Patientennunmer
aus dem Stimulator ermöglicht. Diese Schaltung enthält Komponenten der in Fig. 5 gezeigten Art, so daB hierfür
dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet sind. Die Schaltung nach Fig. 5 kann ein Register 320 enthalten,
in dem ein bestimmtes Leseparameterwort von 8 Bits Länge dauerhaft gespeichert ist. Dieses Wort uafaSt ein
Anfangsbit, 3 Bits zur Bestimmung des Lesespeichers, beispielsweise 010, und A Bits zur Bestimmung des bestimmten,
zur Ansteuerung der Auswahlschaltung 38 zwecks Auslesung der Modellnummer und der Fatientennummer
erforderlichen Leseparameter. Diese 4 Bits sind beispielsweise 1010. Somit speichert die Einheit 320
die Bits 10100101 (von rechts nach links)· Der Inhalt des Registers 320 wird durch UND-Glieder 322 bis 329
mit dem Inhalt der Stufen S1 bis 38 des Registers 50 verglichen.
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Der Arzt, der die Modellnuaaer des Stimulators und die
Patientennummer nicht weiß, gibt das besondere Leseparameterwort 10100001 in den Stimulator ein» worauf 6 Bits
folgen, deren Binärwerte unwichtig sind. Somit ergibt sich nach Eingabe dieser 14 Bits in das Schieberegister
84, daß in den Stufen S1 bis S8 die Bits 10100101 vorhanden sind. Alle Ausgangssignale der Vergleicher 322
bis 329 haben hohen Signalpegel, so daß ein UND-Glied 330 angesteuert wird, welches wiederum das ODER-Glied
109 ansteuert. Dieses aktiviert die Register 90 und Dadurch wird der besondere Leseparameter 1010 mit der
Adresse 010 in den Lesespeicher eingegeben. Dieser Leseparameter wird vom Lesespeicher dea Auswahlschalter 38
zugeführt, der die Zuführung der Modellnummer des Stiau
lators und der Fatientennummer zum Sender 32 zwecks
übertragung an das externe Steuergerät ermöglicht, wo diese Werte angezeigt werden. Wenn der Arzt die entsprechenden Zahlen kennt, kann er das Steuergerät so
einstellen, daß sie in Fora der sechs Identifizierungs
bits am Ende eines jeden Paraaeterwortes, das dem Sti
mulator zwecks Progrηιιτΐerung zugeführt wird, übertragen werden.
Die Modellnuaaer und die Patientennummer können
in einem separaten Modellnuaaernspelcher und einem se
paraten Patientennummernspeicher an Stelle der Fest
speicherschaltungen 60 und 66 gespeichert werden. Die Ausgangssignale dieser beiden Speicher werden dann zur
überprüfung eines jeden Parameterwortes verwendet, um zu gewährleisten, daß es alt den richtigen Identifi
zierungsbits endet. Bei einer solchen Anordnung kann
der Arzt zu jedes Zeltpunkt jede dieser Zahlen durch
übertragung eines geeigneten Paraaeterwortes in derselben Weise ändern, in der der Parameter in jedem
der anderen Speicher wie beschrieben geändert wird.
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Herstellung des Stimulators sein. Alle Stimulatoren können ohne eine Voreinstellung der Modellnummer und
der Patientennummer auf bestimmte Werte hergestellt werden. Sie werden hierbei insgesamt auf O eingestellt.
Diese Zahlen können dann vom Arzt entweder vor oder nach der Implantation des Stimulators auf bestimmte Werte eingestellt
werden. Dies verhindert, daß zwei Patienten ein und desselben Arztes Übereinstimmende Patientennummern
erhalten.
Vorstehend wurde angenommen, daß die Leseparameter-Steuersignale (Parameter oder Analogsignale) vom Stimulator
aus übertragen werden. Die am externen Steuergerät empfangenen Signale müssen somit nicht unbedingt den Inhalt
des letzten Wortes angeben, das zum Stimulator übertragen wurde. Falls erwünscht, kann ein Wort nach seiner
Bestätigung im Decodierer 30 und nach Erzeugung des Schreibsignals zur Einschaltung des Senders benutzt werden,
um die Parameterartbits der Stufen S2 bis S4 des Registers 50 und die Parameterwertbits der Stufen S5
bis S8 an das externe Steuergerät zu übertragen. Bei einer solchen Anordnung werden die vom externen Steuergerät
zuletzt übertragenen, den Parameter betreffenden Bits zurückübertragen, wenn sie in einem richtig empfangenen
Parameterwort enthalten sind. Auch dieses Prinzip stellt ein Merkmal der Erfindung dar.
Ferner können auch nach der Übertragung der den Parameter betreffenden Bits des letzten empfangenen Wortes
Signale nach außen übertragen werden, die den mit diesem Parameter bestimmten Wert betreffen. Der Empfang
der den Parameter betreffenden Bits kann zunächst zur Bestätigung der richtigen Arbeitsweise des Decodierers
benutzt werden, und dann kann der Empfang der den Parameterwert betreffenden Signale zur Bestätigung der richtigen Arbeitsweise der Speicher benutzt werden. Es kön-
nen natürlich verschiedene bekannte Schaltungen zur
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Steuerung der Auswahlschaltung vorgesehen sein, die bestimmt,
welche Signale dem Sender zwecks Übertragung an das externe Steuergerät zugeführt werden.
Alle vorstehend beschriebenen Merkmale der Erfindung können einzeln oder in beliebiger Zusammenfassung
erfindungswesentlich sein.
Θ09830/102Λ
Leerse it
Claims (1)
- 2803386Pacesetter Systems, Inc.
12740 San Fernando Road
Sylmar, Calif. 91342
USA1P1 1178PatentansprücheProgrammierbares Stimulationssystem für menschliches Gewebe, mit einem in den Körper implantierbaren Stimulator zur Abgabe von Stimulationsimpulsen abhängig von Steuersignalen und einem außerhalb des Körpers vorgesehenen Steuergerät zur Erzeugung der Steuersignale und deren Abgabe an den Stimulator, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stimulator (10) eine Speicheranordnung (35) für die mittels eines Senders (302) und eines Empfängers (28) an den Stimulator (10) übertragenen Steuersignale vorgesehen ist, daß der Speicheranordnung (35) eine UberprUfungseinrichtung (30) für die empfangenen Steuersignale vorgeordnet ist, die ein Prüfsignal abgibt, wenn die empfangenen Steuersignale ein vorgegebenes Format besitzen, daß abhängig von dem Prüfsignal die Einspeicherung der empfangenen Steuersignale in die Speicheranordnung (35) erfolgt und daß eine Steuervorrichtung (38) zur Steuerung der Stimulationsimpulse mit den aus der Speicheranordnung (35) ausgespeicherten Steuer-Signalen vorgesehen ist.2. Stimulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die UberprUfungseinrichtung (30) eine Vorrichtung (80) zur Feststellung eines vorbestimm-QRIGIHAL INSPECTED809830/1024;bsten zulässigen Signalverlaufs der Steuersignale und eine Vorrichtung (103 bis 106) zur Feststellung der Übertragung der Steuersignale auf den für sie bestimmten Patienten umfaßt.3. Stimulationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes Steuersignal ein aus Binärimpulsen bestehendes Wort darstellt, bei dem jeder Binärimpuls ausgehend von einer Vorderflanke (44) auf einen ersten vorbestimmten Amplitudenwert mit einer vorbestimmten Dauer (P1) ansteigt und danach mit einem durch den jeweiligen Binärwert bestimmten Amplitudenwert für eine zweite vorbestimmte Dauer (P2) verläuft, worauf ein zweiter vorbestimmter Amplitudenwert für eine dritte vorbestimmte Dauer (pb - P1 + P2) folgt, daßdie Vorrichtung (80) zur Feststellung eines vorbestimmten zulässigen Signalverlaufs der Steuersignale eine erste, auf die Vorderflanke eines Binärimpulses ansprechende Schaltung (86b) zur Erzeugung eines Rückstellimpulses bei einer Änderung des durch den Binärwert bestimmten Amplitudenwertes während der zweiten vorbestimmten Dauer (P2) und eine zweite, auf die Vorderflanke eines Binärimpulses ansprechende Schaltung (86a) zur Erzeugung eines Rückstellimpulses bei einer Änderung des ersten vorbestimmten Amplitudenwertes während der ersten vorbestimmten Dauer (P1) umfaßt, und daß ein Register (84) zur Übernahme eines jeweils empfangenen Wortes aus dem Empfänger (28) des Stimulators (10) sowie eine Schaltung (89c) zur Zuführung des jeweiligen Rückstellimpulses an das Register (84) vorgesehen sind.4. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stimulator (10) ein Sender (32) vorgesehen ist, daß die809830/1024 ORiGfMAL INSPECTEDSteuervorrichtung (38) eine Auswahlschaltung zur Führung der in der Speicheranordnung (35) gespeicherten Steuersignale auf den Sender (32) umfaßt, daß ein in der Steuervorrichtung (22) vorgesehener externer Empfänger (304) zum Empfang der mit dem Sender (32) übertragenen Steuersignale dient und daß eine Einrichtung (307) zur Feststellung der Übereinstimmung der mit dem externen Empfänger (304) empfangenen Steuersignale mit den zum Stimulator übertragenen Steuersignalen in dem Steuergerät vorgesehen ist.5. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus digitalen Worten gebildeten Steuersignale Jeweils an vorbestimmten Stellen Identifizierungsbits enthalten und daß die Uberprüfungseinrichtung (30) eine Vorrichtung (99 bis 108) zur Prüfung der vorbestimmten Stellen und Feststellung des Fehlens oder Vorhandenseins der Identifizierungsbits enthält.6. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Binärworten gebildeten Steuersignale jeweils eine erste, einen Steuerparameter für einen im Stimulator (10) vorgesehenen Impulsgenerator (14) bildende Bitgruppe und eine zweite, eine Speicheradresse für diesen Steuerparameter bildende Bitgruppe enthalten und daß eine mit der zweiten Bitgruppe (90) angesteuerte Adressierungsschaltung (90) der Speicheranordnung (35) zugeordnet ist.7. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (14) des Stimulators (10) über eine Verbindungsanord-nung (15) mit einem zu stimulierenden Gewebeabschnitt (A, B) verbunden ist, dad an die Verbindungsanordnung (15) eine Vorrichtung (R, 40) zur Feststellung eines dem Gewebeabschnitt (A, B) zugeführten Stimulationssignals sowie eines von dem Gewebeabschnitt (A, B) erzeugten elektrischen Signals angeschaltet ist, daß Auswahlschaltungen (240, 246) zur Führung der festgestellten Signale auf den Sender (32) des Stimulators (10) vorgesehen sind, so daß sie auf den externen Empfänger (304) übertragen werden, und daß das Steuergerät (22) Vorrichtungen (306, 311) zur Darstellung der mit dem externen Empfänger (304) empfangenen Signale enthält.Θ. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter externer Sender (112) zur übertragung der von dem Steuergerät erzeugten Steuersignale sowie ein zweiter, dem Stimulator (10) zugeordneter Empfänger (114) zum Empfang dieser Steuersignale vorgesehen ist und daß eine Schaltung (30) zum Vergleich der über den ersten Empfänger (28) empfangenen Steuersignale mit den über den zweiten Empfänger (114) empfangenen Steuersignale sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Vergleichssignale bei Übereinstimmung vorgesehen ist.9· Stimulationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite externe Sender (112) eine modulierte Lichtquelle und der zweite Empfänger (114) ein optischelektrischer Signalwandler ist.10. Stimulationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite externe Sender eine modulierte Schallquelle und der zweit· Empfänger «in akustisch« elektrischer Signalwandler ist.809830/102411. Stimulationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite externe Sender ein modulierter Magnet· felderzeuger und der zweite Empfänger ein magnetischelektrischer Signalwandler ist.12. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (22) eine Vorrichtung (308) zur Erzeugung eines ersten Signals zur Ausschaltung und eines zweiten Signals zur Einschalig tung des Impulsgenerators (14) enthält und daß der Stimulator (10) eine Schaltervorrichtung (310) zur Anschaltung von Betriebsspannung an den Impulsgenerator (14) abhängig von dem ersten bzw. dem zweiten Signal enthält.13· Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (22) Vorrichtungen (262, 264) zur sukzessiven Erzeugung von Steuersignalen aufweist, die bei Zuführung an den Impulsgenerator (14) nur einen vorbestimmten Änderungsschritt der Stimulationsimpulse erzeugen.14. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicheranordnung (35) an unterschiedlichen Speicherplätzen verschiedene Steuersignalworte zur Bestimmung verschiedener Parameter der Stimulationsimpulse speichert, daß das Steuergerät (22) digitale Steuerworte erzeugt, die jeweils neben der ersten und der zweiten Bitgruppe eine dritte Bitgruppe zur Kennzeichnung des jeweiligen Patienten enthalten, daß der Stimulator (10) eine Vorrichtung 1Ö (106) zur Speicherung von Identifizierungsdaten dieses Patienten sowie Schaltungen (103, 104, 105, 108) zum Vergleich der dritten Bitgruppe mit den Identifizie rungedaten sowie zur Erzeugung eines Übernahmesignals809830/102*enthält, das die Übernahme der ersten Bitgruppe aus dem Register (84) an eine durch die zweite Bitgruppe angesteuerte Speicherstelle der Speicheranordnung (35) veranlaßt, und daß eine Schaltung (109» 109a) zur Freigabe des Registers (84) abhängig von dem Übernahmesignal vorgesehen ist.15. Stimulationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem externen Steuergerät (22) erzeugten digitalen Steuerworte eine vierte, ein Auswahlsignal angebende Bitgruppe aufweisen, die von dem Empfänger (28) des Stimulators (10) auf eine Auswahlschaltung (38) übertragen werden, die eine übertragung der aus der Speicheranordnung (35) ausgespeicherten Steuersignale über den Sender (32) auf Nutzungseinrichtungen (306, 307, 311) des Steuergeräts (22) bewirkt.16. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (14) Schaltervorrichtungen (212, 214) zur Zuführung von Stimulationsimpulsen auf Gewebeabschnitte (A, B) an verschiedenen Körperstellen aufweist und daß diese Schaltervorrichtungen (212, 214) abhängig von Betriebsart-Steuerworten aus der Speicheranordnung (35) gesteuert werden.17· Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (14) Zweiphasen-Impulse erzeugt.18. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes digitale, von dem Steuergerät (22) erzeugte Steuerwort redundante809830/1024binäre Bits an vorbestimmten Stellen enthält und daß für diese redundanten Bits Vorrichtungen (103 bis 105) zur Feststellung des Vorhandenseins dieser Bits an den vorbestimmten Stellen vorgesehen sind, die die Erzeugung eines Übernahmesignals sperren, wenn die redundanten Bits an den vorbestimmten Stellen nicht auftreten.19. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (22) eine Vorrichtung (264) zur Erzeugung von Steuersignalen enthält, die einen bestimmten Gewebeabschnitt (A, B) kennzeichnen, aus dem durch die Stimulation erzeugte elektrische Signale nach außen zu übertragen sind.20. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß Steuersignale zur Steuerung der Frequenz der Stimulationsimpulse im Impulsgenerator (14) sowie Steuersignale zur Bestimmung der Perioden eines Stoßbetriebs des Impulsgenerators (14) und Steuersignale zur Bestimmung der Amplitude der Stimulationsimpulse im Impulsgenerator (14) vorgesehen sind und daß jeder Steuersignalart eine Schaltervorrichtung (60, 70, 76, 78) zugeordnet ist, die den Impulsgenerator (14) entsprechend einstellt.21. Stimulationssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der Stimulationsimpulse an mehrere Gewebeabschnitte (A, B) Schaltervorrichtungen (169» 174) zur Einstellung der Perioden eines Stoßbetriebs der Zuführung der Stimulationsimpulse an die verschiedenen Gewebeabschnitte (A, B) vorgesehen sind·809830/1024-β- 280336S22. Stimulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stimulator (10) eine Referenzspannungsquelle (248) enthält und daß das Steuergerät (22) ein die Anschaltung der Referenzspannungsquelle (248) an eine mit dem Sender (32) des Stimulators (10) verbundene Schaltervorrichtung (240) bewirkendes Steuerwort erzeugt.B09830/102A
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: BLUMBACH, P., DIPL.-ING., 6200 WIESBADEN WESER, W. |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: BLUMBACH, KRAMER & PARTNER, 65193 WIESBADEN |