DE2811447A1

DE2811447A1 - Vorrichtung zum unterdruecken von herzschrittmacher-stoersignalen bei der herzueberwachung

Info

Publication number: DE2811447A1
Application number: DE19782811447
Authority: DE
Inventors: Alan Scott Cushing; Thomas Kipling Naylor
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1978-10-12
Also published as: AU518344B2; AU3430578A; CA1098174A; JPS53118886A; US4149527A; GB1600437A; NL7803138A

Description

Auf dem Gebiet der Ilerzüberwachung werden elektrische Brustkorbsignale des Patienten festgestellt unter Ausbilden eines Eingangssignals für Verstärker, die das Signal verstärken und verarbeiten für die beaufschlagung auf verschiedene nachgeordnete Vorrichtungen, wie AufZeichnungsvorrichtungen, Kathodenstrahlröhren-Uiedergabegeräte, /Anordnungen für die Angabe der Iierzschlagfrequenz und dgl. Bei dem speziellen Fall der überwachung der Herzschlagfrequenz spricht der Indikator für die iierzschlagfrequenz normalerweise lediglich auf festgestellte Signale an, die in ihrer Frequenz und Amplitude im wesentlichen dem CRS-Komplex der ^-Tielle eines in dem LKG auftretenden natürlichen Herzschlag entsprechen. In dem Fall jedoch wo der Patient eine künstliche Stimulierung, wie durch einen HerzSchrittmacher erfährt, können die direkt von dem Herzschrittmacher herrührenden und festgestellten elektrischen Signale zusätzlich Fehlersignale einführen, deren Amplituden und/oder Frequenzen fehlerhaft als ein natürlich auftretender Herzrythiuus identifiziert werden können und im schlimmsten Falle kann sich hierdurch ein Hinweis auf eine fortgesetzte Herzaktivität ergeben während tatsächlich die Lerzaktivität aufgehört hat und der Patient im technischen Sinne tot ist. Diese fehlerhafte Bestimmung, onach ein Schrittmacherfahlsignal einen normalen QRS-Kornplex darstellt, kann nicht nur durch die Anordnung für das Bestimmen der Herzschlagfrequenz bedingt werden, sondern durch andere analytische Anordnungen einschließlich der menschlichen Beobachter . Aus diesem Grund ist es wichtig, Schrittmacher-Störsignale zu unterdrücken, die ansonsten als ein Funktionieren des Herzens mißdeutet werden können.

Das Schrittmacher-Störsignal weist normale einen Stimulierungsimpulsanteil oder "Iladelimpuls" auf, der kennzeichnend für die Entladung der kapazitiv gespeicherten elektrischen Energie in das Herz des Patienten ist, sowie allgemein ebenfalls auch ein Uiederaufladewellenforuteil oder "IJachimpuls" auf, der beim Wiederaufladen des die Energie speichernden Kondensators des Schrittmachers auftritt.

Ein erfindungsgemäßer Aspekt geht davon aus, daß die elektrische Entladung eines Schrittmachers gleich und entgegengesetzt zu der das Herz stimulierenden elektrischen Entladung ist. Vermittels Blessen der letzteren und wissen angenähert die Zeitkonstante der

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ersteren ist es möglich, ein angenähertes Wiederauflade-Unterdrückungssignal zu erzeugen. I,rfindungsgemäß wird bei einem Herzüberwachungssystem für den Empfang eines von einem Patienten kommenden festgestellten EKG-Signals und einer Anordnung für das Unterdrücken des Schrittmacher-Entladungsimpulsanteils und des Wiederauflade-..ellenformanteils eines Schrittmacher-Störsignals, das möglicherweise in dem festgestellten EKG Signal auftritt, eine verbesserte Signalunterdrückungsanordnung geschaffen, die eine Anordnung aufweist, die auf das Schrittmacher-Entladungsimpulsanteil eines Schrittmacher-Etörsignals in dem festgestellten EKG-Signal anspricht zwecks iYusbilden eines Maßes der elektrischen Entladung des entsprechenden Entladungsirapulsanteils , obei das ilaß der Entladung kennzecichnend für die elektrische Wiederaufladung des Wiecerauflade-Uellenformanteils des entsprechenden Schrittraacher-Störsignals ist, sowie eine Anordnung, die auf das Maß der elektrischen Entladung anspricht zwecks Erzeugen eines ünterdrückungssignals der Wiederauflade-Wellenform mit entgegengesetzter Polarität gegenüber dem Wiederauflade-tVellenformanteil des Schrittmacherfehlersignals, sowie eine Anordnung für die arithmetische Summierung des Uiederauflade-Wellenform-Unterdrückungssignals mit dein Wiederauflade-Wellenformanteil des Sclirittnacher-Störsignals, .obei die Größe und Zeitkonstante des Viiederauflade-Unterdrückungssignals so im Maßstab zueinander gesetzt sind, daß der Wiederauf lade-Wellenforrnanteil des Schrittmacher-Störsignals verringert und/oder praktisch ausgeschaltet wird.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ergibt sich eine verbesserte Unterdrückung und/oder Sperren des Schrittnacher-Impulsanteils sowie des kurzen Anfangsanteils des "'lachimpulses" durch eine torgesteuerte Folge- und Halteschaltkreisanordnung, dia ein an einer ausgewählten Stelle der angegebenen Rückkopplungsschleife auftretendes, vorläufiges Äusgangssignal hindurchtreten läßt oder dasselbe blockiert. Vorzugsweise wird das vorläufige Äusgangssignal an dem Ausgang der die Herzschlagfrequenz begrenzenden Anordnung erhalten, wobei entsprechendes Ausgangssignal während der Begrenzung der Herzschlagfrequenz unzweckmäßig sein kann. Eine Anordnung für das Feststellen des Signalpegels spricht auf das Signal an dem Ausgang des Arbeitsverstärkers an, das über einem vorherbestimmten Schwellenwert lie^t und lediglich während

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der Begrenzung der llerzschlagfreqruenz auftritt, um so die Folge- und Halteanordnung so zu steuern, daß dieselbe den Hindurchtritt des vorläufigen /uisgangssignals während dieses Intervalls blockiert.

Lin 'lUSführungsbeispiel der Erfindung ist in äen Zeichnungen dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine diagraranformige Darstellung des erfindungsgeraäßen iierzüberwachungssystems in Arbeitsverbindung mit einem Patienten, der einen iiaplantierten Herzschrittmacher besitzt;

Fig. 2 den Ausgangskreis des Herzschrittmachers einschließlich der Impedanz des Patienten;

Fig. 3 die festgestellte Brustkorbspannungswellenform eines Patienten mit einen Herzschrittmacher und v/eist die festgestellten Schrittr.iacher-Anregungsimpulse und die PORST Komplexe des Herzens auf;

F ig. 4 eine vergrößerte Teilansicht aer Figur 3 und zeigt die festgestellten Schrittmacher-Störsignale im Einzelnen;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines F.KG-VErstärkers einschließlich des Schaltkreises für das Unterdrücken des Schrittraacherstörsignals des Herzüberwachungssystems nach der Figur 1;

Fig. 6 ein Wellenform-Leiterdiagramm und zeigt die Zeit- und Amplitudenverhältnisse der verschiedenen Wellenformen über dem EKG Verstärker nach Figur 5;

Die Figur 1 zeigt ein Herzüberwachungssystem 10 mit einem EKG-Verstärker 11, Herzratenmesser 12 und Wiedergabeanordnung 14, die eine Kathodenstrahlröhre und/oder eine bleibende Aufzeichnungen vornehmendes Gerät sein kann. Der EKG Verstärker 11 ist elektrisch mit dem Patienten 15 vermittels einer Mehrzahl Leiter 16 verbunden, die mit den entsprechenden Elektroden 17 verbunden sind, die an entsprechenden Stellen mit der Haut des Patienten in Berührung stehen.

Der Patient 15 trägt einen implantierten Schrittmacher 18, der in stimulierender Verbindung mit seinem Herzen 19 steht. Der Schaltkreis des Schrittmachers 18, siehe die Figur 2, /eist einen Kondensator C über einen Widerstand R mit einer Spannungsquelle +E auf und ist an seinem anderen Ende mit der Herzelektrode 21

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varbunden, die sich in und benachbart zu dem Kerzen 19 befindet. Die Elektrode 22 steht ebenfalls in Arbeitsverbindung mit dem Herzen 19 und dient als Schaltkreisbezugspunkt oder Stroinrücklaufweg. Der Patient 15 stellt eine Impedanz R zwischen den Elektroden 22 und 21 dar. Der Konäensator C lädt sich durch die Patientenimpedanz R , Kondensator C und Widerstand S auf. Der geerdete Emtttertransistor 20 ist mit seinem Kollektor mit dem Uiderstand R verbunden und der Konäensator C wird leitfähig für die Abgabe der in dem Kondensator gespeicherten Energie in das Herz 19 unter Ausbilden der Stimulierung in bekannter Weise.

Die Fig. 4 gibt die Wellenform der Spannung e, wieder, die an der Elektrode 21 des Schrittmachers 13 nach derFig. 2 während und nach dem Erzeugen der Entladung des Stimulierungsimpulses ("liadelimpuls") DP auftritt. Es wird angenommen, daß der Kondensator C auf +E aufgeladen wird vor Eintreten zum Zeitpunkt t eines Steuersignals mit der Dauer T an der Basis des Transistors 20. Das Steuersignal (nicht gezeigt) steuert die Zeit,innerhalb derer die Energie an das Herz 19 abgegeben wird und kann sich auf 0,5 bis 3 msec, belaufen, obei 2 msec, hier zur Erläuterung gewählt sind. Zum Zeitpunkt t wird der Transistor 20 leitend, und es fallt sofort die Spannung an der Elektrode 21 um die Größe E ab. Der Kondensator C beginnt sich durch das Herz mit der Zeitkonstante T-, (CRP) zu entladen. Nach Ende der 2 msec. (d.h. t») und normalerweise vor der vollständigen Entladung des Kondensators C wird der Transistor 20 nicht leitend und der Kondensator C lädt sich mit der Zeitkonstante T ((R+R )C,) auf, obei R allgemein

c ρ

ein Vielfaches größer als R ist.

Sobald der Entladungsimpuls DP bei t„ (2 mecsec) endet, ..ewegt sich die Spannung an der Schrittmacherlektrode 21 in positiver Richtung über den normalen KuIlbezugswert und erfährt einen

e-> R_n Spannungsüberhäng e., der durch das Verhältnis ^e4⁼

bestimmt wird, /obei e₃ die Größe des Spannungsabfalls während des Entladung des Kondensators C ist. Die Größe der Spannung E kann sich auf 6 V, R auf etwa 500 0hm, R auf etwa 25 kOhm, e₃ auf mehrere Volt und der Spannungsüberhang e₄ auf etwa 1/40 der Spannung belaufen oder in dem Bereich von 25 -150 MV liegen.

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Die Wiederauflade-Zeitkonstante ΐ kann sich auf 2O0-300 msec.

belaufen, dergestalt, daß der Kondensator C nicht praktisch vollständig für eine mögliche Zeitspanne von 500 msec, oder mehr aufgeladen wird. Somit kann die Schrittmacher-Wiederauflade-Wellenform RVJ oder der sogenannte Schrittmacher-"Nachimpuls" eine Größe von größer als 100 AV an den Herzen für viele 10er Ilillisekunden oder sogar riehr als 100 msec, besitzen.

Für den Erfindungsgegenstand ist die Tatsache wichtig, daß das itfiederaufladen des Kondensators C gleich und entgegengesetzt zu der Entladung desselben ist. Das Laden oder (Entladen) ist pro-

ortional zu dem Integral der Spannung mit der Zeit unter Annahme einer konstanten Kapazität. Soiiit, siehe die Figur 4, stellt das Integral des ,.ladeliiupulses (SV ) ein 'taß für das Faltladen und das Integral des tfadelinpulses (SV_T_,._T) ein :iaß für die Entladung dar, wobei die beiden gleich und entgegengesetzt gerichtet sind zu Ende deren entsprechender Schrittmachersignalanteile.

Wenn auch dei Größe des Schrittmacher-Entladungsimpulses DP und der Wiederaufladewellenform RW erheblich geschwächt wird bei einem Festotellen durch die elektroden 17 an der Haut des Ptien- ten 15 werden die bei dem normalen Funktionieren des Herzens auftretenden Signale, . ie sie durch den PQRST Komplex nach der Figur 3 wiedergegeben werden, in ähnlicher Weise dergestalt gäsckächt, daß der Entladngsimpuls DP normalerweise um ein Vielfaches größer ist als irgendein Teil des PQRST Komplexes, und die TJiederaufladewellenform RW kann eine anfängliche Größe aufweisen, die vergleichbar zu oder größer als das R-Uellenformteil des Komplexes ist. eiterhin sind die Frequenzcharacteristika der Wiederauflade-..ellenforin RW vergleichbar zu denjenigen, die durch einen normalen QRS Komplex gezeigt werden. Somit können der ^ntladeimpuls DP und/oder die Wiederaufladewellenform RU gemeinsam oder getrennt als normale QRS-Komplexe an dem R-Wellenfeststellkreis des lierzratemessers 12 und/oder Monitorwiedergabe 14 auftreten.

In der Figur 3 gibt die wiedergegebene Wellenform das Signal wieder, das durch die Elektrode 17 an der Hautdes Patienten 15 festgestellt wird und wird als Eingangssignal dem Verstärker 11 des Monitorsystems 10 zugeführt. Die äußerste linke Störung ist als

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PGA als /Abkürzung für Schrittmacher-Störsignal angegeben und weist den Entl adung s iiapu Is anteil DP und den Wiederauf ladewellenformteil iVJ des Schrittmacherimpulses auf. Dieses PSA war nicht erfolgreich, ein Einfangen des Herzens zu errreichen. Die nächste rechte Störung zeigt ein PSA, das das Herz einfängt, wodurch sicn die stimulierte Erzeugung des Q (nicht zu sehen) RST-Xoiaplexes durch das Herz innerhalb von etwa 100 msec, nach dem Schrittmacherirapuls ergibt. Sodann rechts anschließend liegt ein natürlicher PQJlST Komplex des Herzens vor, und zwar ohne ein PSA Signal, da es sich bei dem Schrittmacher 18 uh einen Bedarfs-Schrittraacher handelt. Schließlich erfolgt eine i'iederholung des PSA, das nicht erfolgreich ist, das Herz einzufangen. Der Herzrateiuesser 12 besitzt eine bekannte Amplituden- und Frequenz-Diskrimierungsschaltung zur R- .ellerierkennung in dein EKG Signal, wobei eine Anlage vor-, liegt, das Auftreten eines Herzschlages aufzuzeichnen oder anzugeben. Die Schaltung äes ZIessers 12 kann jedoch ebenfalls auf den Lntladungsirnpuls DP und/oder "iederaufladewellenforn RV/ des PSA ansprechen unter zusätzlichem Registrieren eines Herzschlages, obgleich derselbe tatsächlich überhaupt nicht vorliegen kann. Demgemäß unterdrückt die Schaltung äes Verstärkers 11 nicht nur den Entladeimpuls TP, sondern ebenfalls die V'iederaufladewellenfcrm RVJ, um so zu verhindern, daß dieselben in falscher i7eise den Herzratemesser 12 betätigen. . enn auch die nachfolgend beschriebene Schaltanordnung für das Unterdrücken des Störsignals vorzugsweise dem Verstärker 11 zugeordnet ist, kann wenigstens ein Teil derselben als Teil des Herzratemessers 12 ausgeführt sein.

Die Schaltung für das Unterdrücken des Schrittmacher-Störsignals findet sich in dem EKG Verstärker 11 nach der Figur 5. Der größte Teil des Schaltkreises des Verstärkers 11 ist isoliert, wie durch die gestrichelte Linie 23 wiedergegeben, um so gefährliche Ströme zwischen dem Patienten und dem verbleibenden Schaltkreis wie dem Ratemesser 12 und/oder der Wiedergabeeinheit 14 zu verhindern. Eine entsprechende Energiezufuhr 24 ergibt die erforderlichen Potentiale für den isolierten Abschnitt dieses Verstärkers 11 und weist ein Bezugspotential +V (d.h. +15 V) und -V (d.h. -15 V) auf. Die +V und -V Potentiale werden den verschiedenen Verstärkern und

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entsprechendem Schaltkreis des EIiG Verstärkers 11 durch Leiter zugeführt, die hier weggeglassen sind. Die Leitungen 16 von den Patienten stellen die Eingänge für den Differential-Vorverstärker A_Q dar, der das grundlegende EKG Eingangssignal entwickelt und zunächst verstärkt und sodann dem Verstärker 11 zuführt. Der Verstärker A weist ein Verstärkungsfaktor von etwa fünfzehn (15) auf und besitzt eine Bandbreite von 1 kHz zwecks Schwächen hochfrequenter Geräusche. Das vorverstärkte Ausgangssignal des Verstärkers A wird durch den Eingangswiderstand 25 der Verbindungsstelle 26 zugeführt, die mit dem Gegentakteingang des Verstärkers A₁ verbunden ist. Das Eingangssignal zu dem Verstärker A₁ ausgehdn von dem Patienten über den Vorverstärker A_n und Widerstand 25 ist in der Figur 6A erläutert und weist eine T-Uelle an dem Lnde des PQRST Komplexes und ein Schrittmacherstörsignal auf. Die Dauer der T-Welle ist uir. ein sehr Vielfaches größer als der Naäelimpulsanteil des Schrittraacherstörsignals. Der einfache Eingang des Widerstands A₁ ist mit dem Bezugspotential dergestalt verbunden, daß der Verstärker das in der Figur 6A gezeigte Eingangssignal umkehrt. Der invertierende oder Gegentaktverstärker A₁ ist mit einer Rückkopplungsschlaufe versehen, die durch den Pfeil 27 angegeben ist, zwecks Ausbilden einer negativen oder gegengekoppelten Rückkopplung zu dem Eingang desselben, und eine negative Rückkopplungsschlaufe ist ebenfalls mit dem Eingang desselben verbunden und durch den Pfeil 28 wiedergegeben. Diese Rückkopplungsschlaufen oder Schleifen arbeiten allgemein koxjiplimentär mit der Kopplungsschleife 27 und ergeben eine signifikante Rückkopplung in Gegenwart normaler EKG Signale mit Ausnahme während des frühen Intervalls des Schrittmacher-Störsignals, und die Rückkopplungsschleife 28 ergibt eine signifikante Rückkopplung im wesentlichen lediglich während des Intervalls, bei dem die Schlaufe 27 nicht zu einer signifikanten Rückkopplung führt. Der Ausöruck "signifikant" wird hier im Zusammenhang mit den Rückkopplungsschleifen 27 und 28 so angewandt, daß hierdurch die Arbeitsweise dieser Rückkopplungsschleifen in ihrer herkömmlichen Arbeitsweise unterschieden wird von derjenigen Arbeitsweise, wo angenähert eine offene Schlaufe vorliegt und in der keine oder nur eine" geringe Rückkopplung erfolgt.

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Der Verstärker A₁ empfängt ebenfalls an der Verbindungsstelle 26 ein Eingangssignal mit einem Wideraufladewellenforin-Unterdrückungssignal, das über den durch den Pfeil 29 angegebenen Laufweg entwickelt wird. Der durch den Pfeil 29 wiedergegebene Laufweg des Wiederaufladewellenform-Unterdrückungssignals arbeitettatsächlich in zeitlicher Aufeinanderfolge mit dem Vorsehen der negativen Rückkopplung über die durch den Pfeil 28 wiedergegebenen Rückkopplungsschleife, die beide einen Energie speichernden Kondensator 30 gemeinsamen aufweisen, wie weiter unten erläutert.

Das Ausgangssignal des Verstärkers A₁ wird über die Leitung 31 dem Ratenbegrenzer 32 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A» zugeführt wird. Die allgemein negative Rückkopplungsschleife, durch den Pfeil 27 wiedergegeben, des Verstärkers A₁ wird zum Abschluß gebracht durch Überführen des an dem Ausgang des Verstärkers A₂ auftretenden Signals durch einen niederfrequenten Filterkreis oder Integrator 33 und sodann durch den Widerstand 34 zu der Verbindungsfetelle an dem Eingang des Verstärkers A₁. Der Ratenbegrenzer 32 dient dazu teilweise den Entladungsimpulsanteil des Schrittmacher-Störsignals zu unterdrücken und möglicherweise der wichtigeren Funktion, die Rückkopplungsschleife 27 während des Intervalls des Schrittmacher-Entladungsimpulsanteils zu öffnen und sodann dies um einen ähnlichen Intervall im Anschluß hieran fortzusetzen. Der Ratenbegrenzer 32 weist herkömmliche Bauart auf und besitzt eine Vierdiodenbrücke, wobei der Widerstand 36 zwischen die positive Spannungsklemme und den gemeinsamen Anoden der zwei Schenkel der Brücke geschaltet ist und ein Widerstand 37 ist zwischen der negativen Spannungsklemme und dem gemeinsamen Kathoden der anderen zwei Schenkel der Brücke geschaltet. Der Leiter 31 verbindet den Ausgang des Verstärkers A₁ mit einer Kathoden-Anoden-Verbindung oder Brücke 35, und dieandere Kathoden-Anoden-Verbindung ist mit einer Seite des Kondensators 38 verbunden, dessen andere Seite an dem Bezugspotential liegt.

Die Widerstände 36 und 37 sind identisch und bilden komplementäre Stromquellen für die Brücke 35 und schließlich für den Kondensator 38. Die Größe des dem Kondensator 38 zugeführten Stroms wird durch die Amplitude des an 31 auftretenden Signals bis zu einem maximalen Stromwert gesteuert, der durch die Werte der Widerstände 36

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und 37 bestimmt wird. Die widerstände 36 und 37 )91 KOhm) und der Kondensator 38 (10 Mfd) v/erden so ausgewühlt, daß die maximale Rate,bei der sich die Spannung an dem Kondensator 38 verändern kann, auf einen voriierbestirmten ?7ert begrenzt ist, d.h. ein Vsec, hier als das Eingangssignal für den Verstärker 11 bezeichnet (etwa 15 V/sec. an dem Kondensator 33).

Die Spannung an dem Kondensator 38 ist somit in der Lage genau den Spannungsverlaufen auf der Leitung 31 für Signalslewraten zu folgen, die kleiner als der vorherbestimmte Ratengrenzwert ist, ist jedoch durch den vorherbestimmten Rate-begrenzenden ^Jert far die Signalverlaufsraten begrenzt, die über diesem Grenzwert liegen. Der Raten-begrenzte V/ert wird so ausgewählt, daß diejenigen Signale auf der Leitung 31 weitergeführt werden, deren Frequenzcharakterikstika koi.imensurat sind mit entweder dem normalen PQiIST Komplex eines UKG Signals oder der myo&lektrischen Stcrsignale, die üblicherweise als uuskelgeräusch bezeichnet werden sowie eine Ratenbegrenzung für höhere Signals lewraten zu bedingen, die kennzeichnend für den L'ntladungsimpulsanteil eines Schrittinacherstörsignals sind. Indem keine Ratenbegrenzung für das .luskelcreräusch erfolgt, ird die Schaltung daran gehindert ein unzweckmäßiges V/iederaufladewellenforra-Unterdrückungssignal zu erzeugen. Die größte Amplitude des an dem Kondensator 33 auf tretendem Spannungsverlaufs ist während der Überlastung (d.h. auf 1/2 Volt) durch ein Paar entgegengesetzt gepolter Dioden 39 parallel hierzu begrenzt. Das Haten-begrenzte Ausgangssignal 32 während eines Schrittr.iacherstörsignals ist in der Figur 6D gezeigt, und man sieht, daß während der Dauer des Flntladungsimpulsanteils des Signals (d.h. t₁ - t„) das d±2 Rate begrenzende J.usgangssignal mit einer Konstanten, die Rate begrenzenden Neigung zunimmt und nach Abschluß des l.ntladungsinpulsanteils fallt das die Rate begrenzende Ausgangssignal maximaler Rate ab und diese Rate besitzt die gleiche Größe der rTeigung wie die zunehmende late, jedoch in entgegengesetzer oder negativer Richtung und setzt sich über einen ähnlichen Intervall fort (d.h. t₂ - t^).

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Der niederfrequente Unterdrückungskreis 33 ist ein Integrator bestehend aus dem Verstärker A₃, und das Ausgangssignal des Verstärkers ä„ wird, dein nicht invertierenden üingang desselben zugeführt. Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker A₁ und A~ und der Uert des Widerstandes 34 sind dergestalt, daß sich die Verstärkungsschleife 27 auf den Einheitswert beläuft und das Vorsehen des Integrators 33 führt dazu, daß es sich um den Linheitswert plus das Integral des Signals handelt (d.h. 1 + A„ Ziusgangs signal) . Mit anderen Worten, die Schleifenverstärkung nimmt von dem Einheitswert (1) aus zu, während die Frequenz des Eingangssignals zu dem Verstärker A₃ in den Integrator 33 abnimmt. Sobald dieses Signal eine Verringerung der Frequenz zeigt oder sich einen: Gleichstromwert nähert, dient dieser Gleichstromwert der Zunahme des V7ertes des. Integrals. Da die Rückkopplung in der Schleife 27 degenerativ ist, führt eine Zunahme der Integratorverstärkung zu einer Zunahme der Schleifenverstärkung dergestalt, daß jede GlechStromabweichung, die ansonsten zu einer Vorspannung für das Aus gangs signal des Verstärkers A.. (und/oder Verstärker A₂) führt, entfernt wird. Während der Ratenbegrenzung, wenn die Schleife 27 offen ist, hält der Integrator 33 die zuvor bestimmte Abweichungskorrektur fest.

Ohne Ratenbegrenzer 32 in der Rückkopplungsschleife 27 würde diese Schleife kontinuierlich eine negative Rückkopplung und niederfrequente Unterdrückung gegenüber dem Verstärker A₁ dergestalt ergeben, daß das Ausgangssignal desselben eine stabile, umgekehrte Wiedergabe des Eingangssignals kleiner Amplitude ist, das durch den Vorverstärker A„ geliefert wird, siehe die Figur 6B. Das Vorliegen des Ratenbegrenzers 32dient jedoch im wesentlichen dazu, die Rückkopplungsschleife 27 während des Intervalls der Ratenbegrenzung zu Öffnen, >.ie es durch den Nadelimpulsanteil des Schrittmahher-SötÖrsignals verursacht wird. Wenn auch während dieses Intervalls ein gewisses Ausmaß an negativer Rückkopplung über die Schleife 27 zum Verstärker A₁ erfolgen kann, bedingt durch das an dem Kondensator 38 liegende Signal mit linearem Spannungsanfctieg, ist eine derartige Rückkopplung nicht signifikant für das Stabilisieren des Schaltkreises, und somit spricht das Signal des Verstärkers

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A₁ in der Weise an, ..ie es in der Figur 6C gezeigt ist. Anstelle der Einheitsvers tfirkung untre den Bedingungen einer geschlossenen Schleuß, vie in der Figur 6B wiedergegeben, wird die scheinbare Verstärkung des Verstärkers Λ. nun erhöht, bedingt durch das Entfernen der negativen Riickkopplungskomponente an dem Eingang des Verstärkers A-. .

ährend des Arbeitens mit signifikanter negativer Rückkopplung bedingt durch die geschlossene Schleife 27 kann sich der normale ßignalspannungsverlauf an dem Ausgang des Verstärkers A₁ auf einen kleinen Brchteil eines Volt belaufen. Wenn diese signifikante negative Rückkopplung aufgehoben wird durch Einwirken des Schrittnacliernaäelimpulses auf den Ratenbegrenzer 3 2 wird das an den Verstärker A. kommende Signal wesentlich größer während des Sehrittmacheriiapulsanteils sein. Weiterhin werden die anfänglichen 1 bis 2 msec, der Viiederauf ladev/ellenform in ähnlicher Weise verstärkt bis die Ratenbegrenzung aufhört.

Der mit dem Ausgang des Verstärkers A₁ verbundene Spannungswertdetektor 40 spricht auf die an dem Ausgang des Verstärkers A₁ auftretende erhöhte Spannungsgröße an, .ährend das Schrittmacher-Lntladungsinipulsanteil vorliegt unter Steuern der Rückkopplungsschleife 28 und ebenfalls Steuern des Tors des FET Schalters 41, der dem Folge- und Hatetreis 42 zugeordnet ist, der mit dem Ausgang des Verstärkers A„ in Verbindung steht. Der Spannungswertdetektor 40 besteht aus den Emitter-Basis-Verbindungsstellen eines Paares komplementärer (npn-pnp) Transistoren 43 bzw. 44. Die Emitter der Transistoren 43 und 44 sind gemeinsam mit dem Ausgang des Verstärkers A₂ verbunden und deren Basen sind gemeinsam mit einer Seite des Kondensators 30 verbunden. Die andere Seite des Kondensators 30 ist mit der Eingangsverbindungsstelle 26 verbunden. Ein hochohmiger Widerstand 45 (d.i. 4,7 MOhm) ist parallel zu den Emitter- asis-Verbindungsstellen der Transistoren 43,44 geschaltet.

Während des normalen ARbeitens stellt die Rückkopplungsschleife 28 lediglich den Weg sehr hohen Widerstandes durch den Widerstand 45 und den Kondensator 30 dergestalt dar, daß sich keine signifikante Rückkopplung ergibt. Praktisch kann man die Schleife als

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offen betrachten, ..obei der große Widerstand 45 im wesentlichen lediglich dazu vorliegt, um geringfügig die Verstärkung der offenen Schleife zu verringern, .;odurch die Erzeugung und das Auftreten von Geräusch durch den Verstärker A₁ hintenangehalten wird. Zwischenzeitlich ist die durch die Schleife 27 bedingte negative Rückkopplung dergestalt, daß die an dem Ausgang des Verstärkers A.J auftretendeSpannung kleiner als diejenige ist (+ Th in Figuren 6B und 6C), die erforderlich ist für den Vorwärtsbetrieb der Emitterbasisverbindungsstelle des Transistors 43 oder 44 dergestalt, daß dieselben einen offenen Schalter in der Rückkopplungsschleife 28 darstellen. Bei dem Auftreten der vorderen Kante des Schrittmacher-Entladungsimpulsanteils arbeitet jedoch der Slewratenbegrenzer 32 dergestalt, daß in wirksamer Weise die Rückkopplungsschleife 27 abgetrennt wird und der Spannungswert an dem Ausgang des Verstärkers A.. nimmt stark zu (entweder positiv oder negativ in Abhängigkeit von der Polarität des Schrittmachers) und überschreitet entweder + Th oder -Th. ..eiterhin wird der andere oder eine der Transistoren 43, 44 in Vorwärtsrichtung betrieben unter Ausbilden eines leitfähigen Weges zwischen dem Ausgang des Verstärkrs A₁ und dem Kondensator 30, wodurch in wirksamer Weise die Rückkopplungsschleife 28 geschlossen wird und an dem Eingang des Verstärkers A₁ eine signifikante negative Rückkopplung aufgebaut wird. Da der Spannungswertdetektor 40 ein komplimentares Transistorenpaar aufweist, wirdderselbe auf Schrittnacher-Störsignale jeder Polarität ansprechen.

Während des Entladungsimpulsanteils des Schrittmachersignals wird das Ausgangssignal des Verstärkers A₁ zurück zu seinem Eingang durch den Kondensator 30 in Art eines Integrators geführt. Der Kondensator 30 integriert das Lntladeimpulsanteil des Schrittmachersignals und diese Integration ist kennzeichnend für und ergibt ein Maß der durch den Schrittmacher für das Anregen des Patientenherzen abgegebenen Ladung. Die Polarität der an dem Kondensator 30 entwickelten Ladung wird durch die Polarität des Entladungsimpulsanteils des Schrittmachersignals bestimmt. Während des Aufladens des Kondensators 30 steuert die geschlossene Schleife 28 das Ausgangssignal des Verstärkers A₁, siehe die Figur 6C.

q.

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nach Abschluß des Entladungsinpulsanteils des Schrittmachersignals bleibt die Rückkopplungsschleife 27 kurzzeitig (d.h. t₂ - t.) offen, und die an dem Ausgang des Verstärkers A₁ auftretende Spannung v/eist somit eine reiativ große Größe auf, jedoch nunmehr mit entgegengesetzer Polarität, ie durch die nieder auf ladewellenf oria wiedergegeben. Zu diesem Zeitpunkt (d.h. t₂) wird der eine bisher leitende Transistor 43, 44 nicht leitend und der andere Transistor wird leitend unter Steuern des Folge- und Haltekreises 42, wie weiter unten erläutert, und unter Steuern des Verstärkers A₁ während der Kondensator 33 wieder aufgeladen wird. Wenn auch dieses Leiten des zuvor nicht leitenden einen Transistors 43, 44 zu einem gewissen Abbau der an den Kondensator 30 liegenden Ladung führt, ist dieser Abbau jedoch relativ gering, da die Größe des Signals an den Ausgang des Verstärkers α- während der Wiederaufladewellenforrn wesentlich geringer als diejenige des Lntladeimpulsanteils sein kann, und weiterhin werden beide Transistoren 43,44 schnell nicht leitend, enn der Ratenbegrenzer 32 nicht mehr arbeitet unter offnen der Schleife 27 zum Zeitpunkt t. ^und dies kann sich auf etwa 2 msec, nach Abschluß des Entladeirapulsanteils zun Zeitpunkt t₂ belaufen. eiterhin können die Schaltkreiselemente so dimensioniert werden, daß dieser Abfall berücksichtigt wird.

Sobald die Transistoren 43,44 nicht mehr leiten, ..ird die Rückkopplungsschleife 23 in den nahezu offenen Schleifenzustand durch den Widerstand 45 zurückkehren. Der Kondensator 30 jedoch, der proportional zu der an das Herz abgegebenen Ladung aufgeladen worden ist während des Schrittmachernadelimpulses wird nun eine langsame Entladung durch den vermittels des Pfeils 29 wiedergege-..enen Lauf weg entladen, und dieser Weg schließt ein die Verbindungsstelle bei 26 an dem Eingang des Verstärkers A1 und Widerstände 46, 47, die in Serie zwischen dem anderen Ende des Kondensators 30 und dem Bezugspotential geschaltet sind. Die RC-Zeitkonstante der Widerstände 46,47 und der Kondensator werden so ausgewählt, daß dieselben allgemein der Wiederaufladezeitkonstante R entsprechen, die dem speziellen Schrittmacherpatienten zugeordnet ist. Wenn sich z.B. T_n auf 2OQ msec, beläuft, sollte sich die Zeitkonstante der Widerstände 46,47 und des Kondensators 30 ebenfalls auf etwa 200 msec, belaufen. Der Widerstand 47 ist vorzugsweise einstellbar, um die Einstellung der Größe und Zeitkonstante ¹ ■-.·. - 20-

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der Sicfiialwellenforra in dem Entlaaungsweg 29 zu erleichtern, so daß dieselbe praktisch derjenigen der V«iederauf ladewellenfom entspricht, die durch einen speziellen Schrittmacher 18 erzeugt wird und an der Stelle 26 auftritt.

Da sich dr Widerstand R eines Schrittmachers etwas von deinjenigen eines anderen unterscheiden kann, ist es zweckmäßig, eine Einstellbarkeit für eine maßstabmäßige Einstellung und Größe der Keitkonstante des Unterdrückungssignals für den l-Tachir-ipuls vorzusehen. Wenn auch die Größe und Abklingkonstante des Unterdrückungssignals für den Nachimpuls gegebenenfalls nicht genau (entgegengesetzt) zu einem speziellen Schrittmachernachimpuls paßt, wird doch hierdurch das sich ergebende Signal auf einen annehmbaren Wert in den meisten Fällen verringert werden.

Da die Verbindungsstelle 26 mit dem invertierenden L.ingang des Verstärkers A₁ verbunden ist, ist die Polarität der an dem Kondensator 30 während des Rückkopplungsintervalls gespeicherte Ladung, die den Entladeimpulsanteil des SchrittmacherStellsignals begleitet, diejenige des Signalstroms durch den Kondensator 30 längs des Entladungsweges 29 und tritt an der Verbindungsstelle 26 auf in der Form, wie es die Wellenform nach der Figur 6E zeigt, und diese Polarität ist entgegengesetzt zu der Polarität der Wiederaufladewellenform, die sodann an der Verbindungsstelle. 26 auftritt. Da der Strom des an der Verbindungsstelle 26 auf-tritt. Da der Strom des an der Verbindungsstelle 26 durch den Entladenden Kondensator 30 auftretenden Signals entgegengesetzt in Polarität und vergleichbar in der Größe einer derartigen Wiederaufladewellenform ist im Anschluß an die Summierung, ist das Wiederaufladewellenform-Unterdrückungssignal wesentlich verringert und praktisch an dem Eingang des Verstärkers A.. unterdrückt und wird somit durch den Ratenbegrenzer 32 und Verstärker A„ zu dem Ausgang desselben geführt.

Es ist ein Paar parallel geschalteter, entgegengesetzt gepolter Dioden 48 parallel zu dem Kondensator 30 geschaltet, um eine Erholung des Kondensators 30 gegenüber einer Überlastung zu beschleunigen. Weiterhin ist ein normalerweise offener Schalter 49 parallel zu dem Kondensator 30 geschaltet. W hrend der Schalter 49 offen ist, hat derselbe praktisch keine Wirkung auf die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung, wenn der Schalter 49 geschlossen ist, wie

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ducch eine manuelle Betätigung wird praktisch der Kondensator 30 sowohl aus der Rückkopplungsschleife 38 als auch dem Entladeweg 29 entfernt mit dem ERgebnis, daß die Wiederaufladewellenform an der Verbindungsstelle 26 nicht unterdrückt wird und an dem Ausgang des Verstärkers A₂ zwecks Analyse erscheint (d.h. Polaritätswiedergabe) usw.

Unter Bezugnahme auf den Folge- und Haltekreis 42 ist der Ausgang des Verstärkers A₂ mit der Kathode des FET 41 verbunden und die Saugelektrode liggt in Verbindung mit einem Ende des Widerstandes 50 und einem Ende des Kondensators 51 vor. Der Widerstand 51 erstreckt sich zu dem Niederpaßfilter 52, und der Ausgang desselben verläuft zu dem Steuerverstärker 53, der eine LED (nicht gezeigt) steuert, die dem optischen Kopplungselement 54 zugeordnet ist. Das optische Kopplungselement 54 isoliert den oben beschriebenen Schaltkreis von dem Herzratemesser 12 und der Wiedergabevorrichtung 14, der das Ausgangssignal entweder direkt oder indirekt zugefühft wird. Der Kondensator 51 erstreckt zwischen der Saugelektrode des FET 41 und dem Bezugspotential zwecks Verfolgen und Speichern des an der Saugelektrode auftretenden Potentials.

Eine Vorspannungsanordnung 95, bestehend aus der Schaltdiode 55, Nullvorspannungswiderstand 56, Diodenvorspannungswiderstände 57 und 58 und Kopplungskondensator 59 ist mit der Torelektrode des FET 41 verbunden, um so den FET normalerwese leitend zu halten und auf einen durch den Kondensator 59 angekoppelten negativen Impuls anzusprechen zwecks zeitweiligem Schalten des FET in den nicht leitfähigen Zustnd. Dem Widerstand 57 wird das Ausgangssignal des Verstärkers A₂ zugeführt, so daß die Diode 55 unter positiverer Vorspannung als die Quelle des FET 41 steht.

Wenn der FET 41 normalerweise unter Vorspannung im leitfähigen Zustand steht, wird das an dem Ausgang von A₂ auftretende Signal durch den Folge- und Haltekreis 42 und den optischen Koppler 54 auf die Wiedergabe 14 und/oder Herzratemesser 12 geführt. In dem Intervall wo die Herzratenlimitierung eintritt, d.h. t_Q - T₄ kann die die Rate limitierende Spannung an dem Kondensator 38, wie durch einen dreieckigen Stumpf in der Figur 6E wiedergegeben, selber in der Lage sein ein fehlerhaftes Ansprechen durch den

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Herzratenmesser 12 zu stimulieren. Dies deswegen, obgleich die Neigung des die Rate limitierenden Signals ausreichend gering sein muß, um die Rückkopplungsschleife 27 zu öffnen, darf dieselbe jedoch nicht so niedrig sein, daß gültig auftretende ORS-Wellenformen unterdrückt werden. Deshalb wird das Ausgangssignal des Verstärkers A₂ von dem Kondensator 51 und Widerstand 50 für den Intervall getrennt, innerhalb dessen der die Rate limitierende dreieckige Stumpf nach Figur 6D vorliegt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Torelektrode an dem FET 41 in entgegengesetzter Richtung unter Vorspannung gesetzt wird, wie dies durch die Steuerspannungswellenform nach der Figur 6F gezeigt ist.

Die auf das Tor des FET 41 beaufschlagte entgegengesetzt vorgespannte Steuerspannung wird durch den Spannungswertdetektor 40 festgestellt, der durch den Transistor 60 arbeitet unter Erzeugen eines negativen Impulses, der seinerseits über den Kondensator 59 an den sich selbst zurückstellenden Schaltkreis 95 angekoppelt wird, der dem Tor des FET 41 zugeordnet ist. Der Kollektor des Transistors 43 ist mit der Kathode der Isolationsdiode 61 verbunden, deren Anode mit der Verbindungsstelle 62 verbänden ist. In ähnlicher Weiseist der Kollektor des Transistors 44 über den transistorierten Inverter (Pfeil 63) mit der Verbindungstelle 62 verbunden. Die Basis des Transistors 60 ist durch den den Strom begrenzenden Widerstand 62 mit der Verbindungsstelle 62 verbunden. Das +V ruhige Potential an der Verbindungsstelle 62 überführt den Transistor 60 in den nicht leitfähigen Zustand. Der Kollektor des Transistors 60 ist mit dem Bezugspotetial verbunden und der Konensator 71 ist zwischen dem Kollektor und der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 65 und 66 geschaltet. Die optische Kopplungseinheit 70 ist primärseitig, d.h. eine LED nicht gezeigt, in den Emitterkreis des Transistors 60 in Serie mit dem den Strom begrenzenden Widerstand 68 und Widerstand 65 geschaltet.

Wenn einer der Transistoren 43,44 des Spannungswertdetektors 40 leitfähig wird unter Auftreten eines Sehrittmacherentladungsimpulses fällt die Spannung an der Verbindungsstelle 62 ab und führt zu einem Leiten des Transistors 60 und demgemäß Potentialabfall an dessen Emitter. Der Kondensator 59 ist an einem Ende des Emitters des Transistors 60 angeschaltet und dient dazu, den sich ergebenden negativen Nadelimpuls an dem Kreis 95 wechsel-

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strommäßig anzukoppeln, v/odurch der FET 41 in den nicht leitfähigen Zustand überführt wird. Nach dem Strömungsabfall an dem Emitter des Trasistors 60 beginnt sich der Kondensator 59 wieder mit einer Zeitkonstante aufzuladen, die im wesentlichen durch den Widerstand 57 und seine eigene Kapazität bestimmt wird bis die Vorspannung zu dem Tor des FET 41 zurückkehrt und seinen Zustand wieder einnimmt. Dieses Intervall kann sich auf 8 bis 10 msec, belaufen, und dies Ast normalerweise langer als das die Rate begrenzende Intervall, das durch den dreieckigen Stumpf in der Figur 6D wiedergegeben wird.

Der Kondensator 71 ist vorgesehen um sicherzustellen, daß der Transistor 60 nicht kurzzeitig in den nicht leitenden Zustand in dem kurzen Intervall zurückkehrt, das zwischen dem Abschalten des einen der Transistoren 43,44 und dem Anschalten des anderen liegt. Würde der Transistor 60 kurzfristig in den nicht leitfähigen Zustand zurückkehren, würde dort eine positive Spannungsstufe an seinem Emitter auftreten, die durch den Kondensator 59 angekoppelt würde unter kurzfristigem Zurückführen des FET 41 in den leitfähigen Zustand, wodurch der Maximalwert des die Rate begrenzenden Signals durch den Schaltkreis 42 geführt würde. Vielmehr verhindert die RC Zeitkonstante des Widerstandes 65 und des Kondensators 71 den Transistor 60 von einer Rückkehr in den nicht leitfähigen Zustand während des Schaltvorganges der Transistoren in dem Spannungswertdetektor 40. Sobald das Ansprechen des Ratebegrenzers 32 auf ein Schrittmacherströsignal zum Abschluß gebracht worden ist und beide Transistoren 43, 44 des Spannungsdetektors 40 in den nicht leitfähigen Zustand zurückkehren, wird der Transistor 60 in ähnlicher Weise in dennicht leitfähigen Zustand zurückgeführt, sowie eine positive Stufe erzeugt, die durch den Kondensator 59 wechselstrommäßig angekoppelt wird, v/odurch der FET 41 in den normalen leitfähigen Zustand überfiührt wird.

Das Ergebnis des Abtrennens des FET Schalters 41 während der Ratenbegrenzung ist in der Figur 6G wiedergegeben, wobei die Spannung an dem Kondensator 51 zu dem Zeitpunkt, wo der Schalter 41 nicht leitfähig wird, lediglich geringfügig größer als der Basislinienwert ist und verbleibt somit als solcher während des Nichtleitens des FET Schalters. Somit entfernt der Folge- und Haltekreis 42 den die Ratebegrenzenden Stumpf aus dem Schrittmacherstörsignal,

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und der Wiederaufladewellenform-Unterdrücklungskreis einschließlich des Kondensators 30 dient dazu, das Auftreten der folgenden Wiederaufladewellenform dergestalt zu unterdrücken, daß praktisch lediglich der PQRST Komplex dem optischen Koppler 54 angeboten wird. Das Niederpaßfilter 52 dient dazu jedwede verbleibende Schaltübergänge zu entfernen und legt den oberen Grenzwert bezüglich der Bandbreite des Verstärkers 11 fest.

Der optische Koppler 70 mit Schalter 60 dient dazu ein Triggersignal immer dannzu erzeugen, wenn der Transistor 60 leitfähig wird ansprechend auf den Detektor 40, der ein Schrittmacherstörsignal feststellt. Dieses Triggersignal wird über die Leitung 72 dem Triggereingang eines monostabilen Multivibrators 73 zugeführt zwecks Erzeugen eines Schrittonacher-Kennzeichensignals von möglicherweise 10 msec. Dauer fürdie überführung über die Leitung 74 zu dem Eingang des Summierers 75. Der andere Eingang des Summierers 75 wird über die Leitung 76 ausgehend von dem nicht isolierten Ausgang des optischen Kopplers 54 gespeist, an dem das festgestellte EKG Signal auftritt, wobei der Schrittmacher-Entladungsimpulsanteil und die Wiederaufladewellenformanteile eines Schrittmacher-Störsignals unterdrückt sind. Das Schrittmacher-Kennzeichensignal, das auf der Leitung 34 auftritt, wird mit dem Signal auf der Leitung 76 summiert unter Ausbilden eines Ausgangssignals auf der Leitung 77, das jeden PQRST Komplex sowie ein Schrittmachersignal aufweist unter Anzeigen des Auftretens und zeitlicher GEgebenheit eines Schrittmacher-Störsignals. Das auf der Leitung 77 vorliegende Signal wird der Wiedergabevorrichtung 14 zugeführt.

Gegebenenfalls gibt die Wiedergabevorrichtung 14lediglich das auf der Leitung 76 vorliegende Signal wieder mit oder ohne das unterdrückte Schrittmacher-Störsignal, und das Schrittmacher-Kennzeichensignal kann auf dieser Wiedergabe dadurch entfernt werden, daß der normalerweise geschlossene Schalter 69 geöffnet wird, der zwischen dem Widerstand 68 und dem Transistor 60 geschaltet ist. Dies ermöglicht es, daß der Stumpf nach der Figur 6D als ein Hinweis auf die Schrittmacherimpulspolarität auftritt. Der Schalter 69 kann vielmehr so geschaltet sein, daß eine direkte Einwirkung auf den monostabilen Multivibrator 73 erfolgt, wodurch es möglich wird, daß der "Stumpf" ebenfalls auf der Leitung 76 unterdrückt

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wird. Die Schalter 49 und 69 können mechanisch aneinandergekoppelt sein.

Es versteht sich, daß anstelle der Ausführungsform nach der Figur 5 der Eingang von dem Patienten und der Eingang der durch die Schleife 27 wiedergegebenen allgemeinen Rückkopplung auch zu einem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A- geführt werden kann und ein nicht invertierender Integrator 39 kann durch einen invertierenden Integrator ersetzt werden und es kann eine weitere Verstärkungssteuerungs-Rückkopplungsschleife (widerstandsmäßig) vorgesehen werden, die sich von dem Ausgang von dem Verstärker A₂ zu dem invertierenden Eingang des Verstärkers A- erstreckt. Die Verstärkung der geschlossenen Schleife kann durch den Widerstand in den verschiedenen Rückkopplungswegen gesteuert werden, jedoch ist bei jeder Ausführungsform die Wirkung praktisch die gleiche.

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Claims

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 8.3.78

MANFRED MlEHE

_..,_,.. 1 Ω 1 1 / / T Telefon: (030) 8 3119 50

Uiplom-Uhemiker / y | j Λ Λ / Telegramme: INDUSPROP BERLIN

Telex: 0185443

US/02/2379 AO-3216

AMURIC A N OPTICAL CORPOR Λ T I O ,J Southbridge, Mass. 01550, USA

Vorrichtung zum Unterdrücken von Ilerzschrittraacher-Storsignalen bei

der Herzüberwachung

Patentansprüche

Iy LKG-Verstärker für den Lmpfang eines von einem Patienten kommenden, fefctgetellten IjKG Signals mit einer Signalunterdrückungsanordnung für das Unterdrücken des Schrittmacher-Entladungsimpulsanteils und des Wiederauflade-Wellenformanteils eines Herzschrittmacher-Störsignals, das möglicherweise in dem festgestellten EKG Signal auftritt, gekennzeichnet durch die nachfolgende Kombination der Unterdrückungsanordnung:

a) eine Anordnung,die auf den Schrittmacher-Entladungsimpulsanteil des Schrittmacher-Störsignals in dem festgestellten EKG-Sicfnal anspricht unter Ausbilden eines Maßes der elektrischen Entladung des entsprechenden Entladungs-Impulsanteils, wobei dieses Maß der Entladung kennzeichnend für die elektrische Wiederaufladung des Wiederauf ladewellenformanteils des entsprechenden Schrittmacher-Störsignals ist;

b) eine Anordnung, die auf das Maß der elektrischen Entladung des Entladungsimpulsanteils anspricht zwecks Erzeugen eines Wiederauflade-Wellenform- und Unterdrückungssignals entgegengesetzter Polarität gegenüber dem vtfiederaufladeformanteils des Schrittmacher-Störsignals und

c) eine Anordnung für die arithmetische Summierung des Wiederaufladewellenform-ünterdrückungssignals mit dem Wiederaufladewellenformanteil des Schrittmacher-Störsignals unter Verringern des Wiederauf-

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laüe-v/ellencoriuteilG ces ochrittmacner-c-l tor signals.
2. LKG Verstärker nach .ansprach 1, dadurch gekennzeican e t , daß das . 'ieo.erauf ladsv/ellenforuteil dos Schrittruacher-Störsignals ein Signal aufweist, das in seiner Größe nbnimrat in Übereinstiuuiung hit einer speziellen Zeitkonstante, sov/ie die Anordnung für aas !,rzeuijen des ./iederaufladevrallenfonu-iJnfcerdrückungssignals ein derartiges unterdruckungssignal erzeugt, das in seiner Größe :nic einer Zeitkons taute Jihnlicn eier speziellen Zeitkonstante abnimmt.
3. tiivG Verstärker nacn Anspruch 2, dadurch σ e k e η η ζ e i c ii a e t , daß die anordnung für das L.rzeucren des v.iederauflade-'.'ellen.-forii.-Jnterdrdckuncjssignals eine einstellbare Anordnung aufweist für die maßstäbliche J-nderung der ursprünglichen Größe der ".eitkonstante aes ünterarückungssignals , v;odurch das Un tarar ückungs sign al im ,-lesentliciien den vieaeraufladewellenformanteil des Schrittmacher-Gtörsignals aaslöscht.
4. i-Ji\G Verstärker nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, aaß die zuaordnang für das Ausbilden eines .-iaßes der elektrischen Lntladung des Lntladungsimpulsanteils des Schrittmacher-Störsignals einen Verstärker r.iit einem Eingang und einem Ausgang auf-

eist, v/obei das festgestellte IKG Signal dem Verstärkereingang zugeführt wird, sov/ie eine Anordnung für das Speichern elektrischer Energie sich in der Rückkqppluncfsschlaufe zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers wenigstens für das Intervall befindet, innerhalb dessen ein SchrittKiacher-Lntladungsimpulsanteil vorliegt für das Integrieren des auf den Verstärkereingang beaufschlagten, festgestellten EKG Signals, das Integral des festgestellten EKG-Signals über de/n Intervall des Vorliegens des Entladungs-Impulsanteils ein 'laß für die elektrische Entladung des entsprechenden Scnrittmachar-Entladungsinpulsanteils ist.
5. EKG Verstärker nach Anspruch 4, aadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für das Erzeugen des Wiederaufladewellenform-ünterdrückungssignals eine Anordnung aufweist für das Nutzen der durch die Speicheranordnung gespeicherten Energie während der Integration unter Erzeugen eines Unterdrückungsstroms mit abnehmender Größe praktisch sofort anschließend an das Entladungsimpulsanteil des Schritihmacher-Störsignals, wobei die ursprüngliche Größe und Abfallrate des unterdrückungsstroms durch einen Widerstands-Kapazitätskreis bestimmt wird, auf den die gespeicherte Energie

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beaufschlagt wird, der Unterdrückungsstrcm dew Eingang des Verstärkers zugeführt wird, und entgegengesetzte Polarität gegenüber dem Gtrora des Wiederauf ladewellenfom-Signalanteils des festgestellten EKG Signals besitzt, das auf den Eingang des Verstärkers beaufschlagt wird, um so zu einer wechselseitigen Ziuslöschung zu führen.
6. EKG Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichn e t , daß das Wiederaufladewellenformanteil eines Schrittr.iacher-Störsignals eine spezielle .vC-Abfallkonstante besitzt und der VJiederstands-Kapazitätskreis der Anordnung für das Erzeugen des i/iederaufladewellenform-Unterdrückungssignals maßstäblich so ausgeführt ist, daß das Wiederauflade-Wellenforraunterdrückungssignal irr. wesentlichen das Wiederauflade-Viellenformsignal auslöscht.
7. EKG Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschlaufe mit der Energiespeicheranordnung normalerweise getrennt gegenüber dem Rückkopplungsverhältnis mit dem Verstärker vorliegt und selektiv steuerbar ist für eine Verbindung mit dem Rückkopplungsverhältnis mit dem Verstärker, die Rückkopplungsanordnung eine steuerbare, normalerweise offene Schalteranordnung in Serie mit der Energiespeicheranordnung aufweist, die Schalteranordnung darauf anspricht, daß das Ausgangssignal des Verstärkers über einem vorherbastimmten Amplitudenwert liegt zwecks Verbinden der Rückkopplungsanordnung in einem Rückkopplungsverhältnis mit dem Verstärker.
8. EKG Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicheranordnung eine Kapazitätsanordnung aufweist, die ihrerseits einen Teil eines Widerstands-Kapazitätskreises besitzt.
9. EKG Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für das Verbinden der Rückkopplungsanordnung einschließlich der Energiespeicheranordnung in ein Rückkopplungsverhältnis mit dem Verstärker weiterhineine zweite Kückkopplungsschlaufe aufweist, die normalerweise zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers geschaltet ist zwecks Ausbilden einer negativen Rückkopplung an den Verstärkereingang unter Begrenzen der Amplitude des an dem Ausgang des Verstärkers auftretenden Signals auf Werte, die normalerweise kleiner als der vorherbestimmte Amplitudenwert ist, der erforderlich ist für ein Ansprechen der Schalter-

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anordnung, die zweite Rückkopplungsschlaufe durch die die Herzschlagrate begrenzende Anordnung gelöst wird, wenn eine vorherbestimmte Veränderung der Rate des Impulses des festgestellten EKG Signals überschritten wird, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers über dem vorherbestimraten Amplitudenwert ansteigfen kann, der erforderlich ist für ein Ansprechen der Schalteranordnung.
10. EKG Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichne t, daß die normalerweise offene Schalteranordnung ein Paar entgegengesetzt gepolter, parallel geschalteter, nur in einer Richtung leitender Halbleiter aufweist, die zwischen dem Ausgang des Verstärkersund der Energiespeicheranordnung geschaltet sind.
11. EKG Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand mit relativ großohmigem Wert parallel zu den Halbleiterschaltern geschaltet ist, der Ohmwert des Widerstandes ausreichend groß ist um Störgeräusche in dem Signal hintenanzuhalten, das an dem Ausgang des Verstärkers auftritt, wenn beide Schalter des Paares offen und dieselben praktisch nicht leitend sind.
12. EKG Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte Rate der Amplitudenveränderung normalerweise nicht durch den PQRST-Komplex des EKG Signals noch durch den Wiederaufladewellenform-Zmteil des Schrittmacher-Störsignals noch durch ^-luskelstörgeräusche überschritten wird und durch das Sehrittaiacher-Entladungsimpulsanteil überschritten wird.
13. LKG Verstärker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rückkopplungsschlaufe eine zweite Integrationsanordnung aufweist, die in Serie mit der die Rate begrenzenden Anordnung geschaltet ist, um so eine Gleichstromabweichung hintenanzuhaten.
14. EKG Verstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsanrdnung und eine Anordnung in Arbeitsverbindung rcit der zweiten Rückkopplungsschlaufe vorliegt, eine Verbindung mit dera Ausgang des Verstärkers und der Auägangsanordnung vorliegt zwecks selektiven Steuerns der Überführung des Signals an der zweiten Rückkopplungsschlaufe zu der Ausgangsanrdenung, eine Steueranordnung auf das Ausgangssignal des Verstärkers anspricht, das Meiner als ein spezieller Amplitudenwert ist zwecks Überführen

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des Signals an der zweiten Rückkopplungsschlaufe zu der Ausgangsanordnung und auf das Ausgangssignal des Verstärkers anspricht, das größer als der spezielle Amplitudenwert ist unter Blockieren einer Überführung des Signals an der zweiten Rückkopplungsschlaufe zu der Ausgangsanordnung.
15. EKG Verstärker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung mit der zweiten Rückkopplungsschlaufe verbunden ist an dem Ausgang der die Herzschlagrate begrenzenden Anordnung und einen torgeschalteten Folge- und Haltekreis aufweist, wobei der spezielle Amplitudenwert der gleiche wie der vorherbestimmte Amplitudenwert ist, der die Rückkopplungsschlaufe steuert.

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