DE2825626A1 - Digitaler herzschrittmacher - Google Patents

Digitaler herzschrittmacher

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Description

- 1O -
2S25C26
Ger. P-262
Medtronic, Inc.
3055 Old Highway Eight, P.O. 3ox 1453, Minneapolis,
Minn. 5544O, V.St.A.
Digitaler Herzschrittmacher
Die Erfindung betrifft einen digitalen Herzschrittmacher und befaßt sich insbesondere mit einem digital gesteuerten Impulsgenerator.
Digital gesteuerte Impulsgeneratoren sind bekannt (US-PSn. 3 557 796, 3 833 OO5 und 3 870 O5O). Diesen bekannten Anordnungen ist gemeinsam, daß ein Oszillator vorgesehen ist, der mit einer relativ hohen Folgefrequenz läuft, und der an einen Zähler eine Folge von Takt- oder Zeitimpulsen abgibt. Mit dem Zahler ist eine Logikanordnung gekoppelt, die den Zahlwert entschlüsselt, um den Zeitpunkt, zu dem ein Reizimpuls angelegt werden soll, sowie die Dauer dieses Reizimpulses zu bestimmen. Um die Dauer des Reizimpulses zweckentsprechend beeinflussen zu können, ist es erforderlich, daß die Frequenz des die Zeit-
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impulse anliefernden Oszillators derart beschaffen ist, daß die Zeitspanne zwischen den Zeitimpulsen wesentlich kleiner als die Zeitdauer des Reizimpulses ist. Soll beispielsweise die Zeitdauer des Reizimpulses zwischen einer halben und einer Millisekunde in Schritten von ein Zehntel Millisekunden verändert werden können, müßte die Frequenz des Oszillators mindestens 10.000 Hz betragen. Selbst bei dieser Frequenz kann unter Umständen eine befriedigende Impulsbreitensteuerung -nicht erzielt werden.
Bei einer Oszillatorfrequenz von 1O.OOO Hz müßte ein Zähler vorgesehen werden, der in der Lage ist, mindestens bis 1O.OOO zu zählen, wenn die maximale Zeitspanne zwischen Reizimpulsen des Impulsgenerators eine Sekunde beträgt, oder wenn, mit anderen Worten, die minimale Herzrate, die mittels des Impulsgenerators gesteuert wird, bei sechzig Schlägen pro Minute liegt. Die Bereitstellung dieser großen Anzahl von Impulsen bedingt einen extensiven Energieverbrauch, weil bei jeder Impulsgabe der Stromquelle des Impulsgenerators zusatzlich Energie entnommen wird. Im Falle von implantierten Impulsgeneratoren ist es erwünscht, die Stromentnahme aus der Stromquelle zu minimieren, um die Lebensdauer des Impulsgenerators zu verlängern und damit den Patienten weniger häufig chirurgischen Eingriffen aussetzen zu müssen.
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Ein weiterer Nachteil von bekannten Geräten, bei denen nur ein einziger Oszillator vorhanden ist, besteht darin, daß aufgrund des willkürlichen Ausfalls von Komponenten ein Oszillator mit einer Frequenz zu schwingen beginnen kann, die wesentlich größer als seine Sollfrequenz ist. Wenn es dazu kommt, liefert ein Festzähler, der bewirkt, daß ein Reizimpuls nach Auftreten einer vorbestimmten Anzahl von Zeitimpulsen abgegeben wird, diese Impulse mit einer zu hohen Folgefrequenz an, was bei dem den Schrittmacher benutzenden Patienten zu ernsten Problemen führen kann. Es handelt sich dabei um ein als Weglaufen des Schrittmachers bekanntes Phänomen; wird es nicht beherrscht, kann es letztlich ein Herzkammerflimmern und den Ted des Patienten verursachen. Liefert nur ein einziger Oszillator Zeitsignale an, besteht keine unmittelbare Möglichkeit, die Frequenz des Oszillators unabhängig zu vergleichen, um zu gewahrleisten, daß der Oszillator innerhalb der vorbestimmten Grenzwerte arbeitet.
Ein Merkmal, das bei bekannten digitalen Impulsgeneratoren fehlt, die als Teil einer Schrittmacheranordnung verwendet werden, ist das Vorhandensein einer Refraktärlogik, die bewirkt, daß der Impulsgenerator für eine feste Zeitspanne nach der Anlieferung des Reizimpulses nicht auf Herzsignale anspricht. Ein weiteres bei dieses bekannten Impulsgeneratoren fehlendes Merkmal ist eine Umschaltlogik,
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die einen ventrikulär gesperrten (Bedarfs-) Impulsgenerator auf asynchronen Betrieb übergehen läßt, wenn starke, ungedämpfte Störsignale vorhanden sind. Beide diese Merkmale finden sich bei bekannten Analoggeräten; es sind dort für diesen Zweck kapazitive Zeitglieder innerhalb der betreffenden Geräte vorgesehen. Wie im Falle jeder analogen kapazitiven Zeitschaltung sind jedoch mit Kondensatoren Verläßlichkeitsprobleme verbunden, ganz abgesehen von den hohen Kosten solcher Kondensatoren. Des weiteren ist es schwierig, die Parameter der Refraktor- oder Umschaltdauern zu variieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die bei verhältnismäßig wenig Aufwand eine besonders große Flexibilität hinsichtlich der Beeinflussung der Impulsparameter, vor allem der Impulsbreite, bietet.
Ausgehend von einem digital gesteuerten medizinischen Gerät, mittels dessen Ausgangsimpulse einer vorbestimmten Dauer mit einer vorbestimmten Folgefrequenz anlieferbar sind und das einen ersten Oszillator zur Abgabe eines ersten Zeitsignals mit einer ersten periodischen Folgefrequenz aufweist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen zweiten Oszillator zur Lieferung eines zweiten Zeitsignals mit einer zweiten periodischen Folgefrequenz und eine Steuereinrichtung, die auf das erste
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Zeitsignal ansprechend die vorbestimmte Folgefrequenz und auf das zweite Zeitsignal ansprechend die vorbestimmte Dauer vorgibt.
Entsprechend einer bevorzugtun Ausfuhrungsform wird ein digital gesteuerter Impulsgenerator vorgesehen, der einen Niederfrequenzoszillator und einen Hochfrequenzoszillator sowie eine Logikanordnung aufweist, die auf die beiden Oszillatoren derart anspricht, daß die Zeitspanne zwischen Reizimpulsen, die der Impulsgenerator abgibt, von dem Niederfrequenzoszillator bestimmt wird, während die Breite des Reizimpulses durch den Hochfrequenzoszillator vorgegeben wird. Entsprechend einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Logikanordnung vorhanden, die die Frequenz des Niederfrequenzoszillators mit der Frequenz des Hochfrequenzoszillators vergleicht, um für eine Sicherung gegen ein Weglaufen des Schrittmachers zu sorgen .
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. zeigt ein Blockschaltbild eines digital gesteuerten Impulsgenerators, der unter Bildung
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eines Schrittmachers in Verbindung mit einer Leitung verwendet wird, die zwischen dem Impulsgenerator und dem Herz des Patienten liegt.
Ein digital gesteuerter Impulsgenerator 10 weist einen Niederfrequenzoszillator 12 und einen Hochfrequenzoszillator 14 auf. Der Niederfrequenzoszillator 12 kann so aufgebaut sein, daß er mit einer Frequenz von 200 Hz schwingt, während der Hochfrequenzoszillator 14 so ausgelegt sein kann, daß er mit einer Frequenz von 20 kHz schwingt, wenn an seinen Entsperreingang (E) ein Entsperrsignal angelegt wird.
Das Ausgangssignal des Oszillators 12 geht an einen Zähler 16, bei dem es sich um einen achtstufigen Zähler handeln kann. Der Zähler 16 ist so aufgebaut, daß der im Zähler stehende Zählwert jedesmal um eins weitergeschaltet wird, wenn an den Takteingang (C) des Zählers ein Impuls vom Niederfrequenzoszillator 12 angelegt wird. Immer wenn an den Rückstelleingang (R) des Zählers 16 ein Impuls geht, springt ferner der im Zähler stehende Zählwert auf den Zählwert Null, d.h., jede der acht Stufen wird zurückgestellt.
Die Ausgangssignale von jeder der acht Stufen des Zählers 16 gehen an eine Gruppe von Entschlüsselungsgattern 18, die in bekannter Weise Digitalsignale liefern, wenn der Zahler
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16 vorbestimmte Zahlwerte erreicht. Wie unten im einzelnen erläutert ist, können die Entschlüsselungsgatter 18 eine Folge von Gattern aufweisen, die von vorbestimmten Signalen entsperrt werden, die an die Gatter von einer Erkennungsund Entschlüsselungslogik 20 aus angelegt werden.
Der Hochfrequenzoszillator 14 wird wahlweise entsperrt, indem seinem Entsperreingang (E) ein Signal zugeführt wird. Im entsperrten Zustand liefert der Oszillator 14 ein Impulssignal mit einer Frequenz von 20 kHz an einen Zähler 22, Bei dem Zähler 22 kann es sich um einen sechzehnstufigen Zähler handeln. Die Ausgangssignale aus den ersten sieben Stufen des Zählers 22 werden den Gattern einer Entschlüsselungsgatterlogik 24 zugeführt. Bei der Entschlüsselungsgatterlogik 24 korn es sich um eine Gruppe von entsperrten UND-Gattern handeln, die mit den verschiedenen Ausgängen des Zählers 22 derart gekoppelt sind, daß bestimmte Zählwerte im Zahler 22 durch Signale am Ausgang der Entschlüsselungsgatterlogik 24 manifestiert werden können.
Die Entschlüsselungsgatterlogik 18 gibt fünf Ausgangsimpulssignale an Ausgänge 26, 27, 28, 29 und 30. Ein Signal erscheint am Ausgang 26 immer dann, wenn der Zählwert im Zähler 16 eins beträgt. Am Ausgang 27 tritt ein Signal auf, wenn der Zählwert im Zähler 16 gleich zwei ist. Am Ausgang 28 erscheint ein Signal nach der Zeitspanne, die der Zäh-
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ler 16 benötigt, um von Null auf einen Zählwert zu zählen, der äquivalent der Zeitspanne zwischen Reizimpulsen ist, die vom Impulsgenerator 10 abgegeben werden. Wenn beispielsweise Impulse mit einer Folgefrequenz von einem Impuls pro Sekunde angeliefert werden sollen, spricht ein Gatter innerhalb der Entschlüsselungsgatterlogik 18 darauf an, daß der Zähler 16 einen Zählwert von 200 erreicht; zu diesem Zeitpunkt geht ein Ausgangssignal an den Ausgang 28. Bei diesem Gatter kann es sich um ein UND-Gatter handeln, an das die Ausgänge der dritten, siebten und achten Stufe angekoppelt sind. Die Ausgänge 29 und 30 werden benutzt, um die Refraktor- und Umschaltperioden des Impulsgenerators 10 zu steuern. Der Ausgang 29 kann so angeschlossen sein, daß er ein Signal 175 Millisekunden nach dem Rückstellen des Zählers 16 abgibt, oder in anderen Worten, dann, wenn der Zähler 16 einen Zählwert von fünfunddreißig erreicht. Der Anschluß des Ausgangs 30 kann so erfolgen, daß ein Signal 3OO Millisekunden nach dem Rückstellen des Zählers 16 erscheint, oder in anderen Worten, wenn der Zähler 16 einen Zählwert von sechzig erreicht hat. Wie im folgenden näher erläutert ist, können die Zählwerte, bei denen die Gatter der Logik 18 ansprechen, durch Betätigen der Erkennungs- und Entschlüsselungslogik 20 wahlweise geändert werden.
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Die Entschlüsselungsgatterlogik 24 weist drei Ausgänge 32, 34 und 36 auf; an jedem dieser Ausgänge erscheint ein Impulssignal bei vorbestimmten Zählwerten des Zählers 22. Die Gatter der Logik 24 sind so angeordnet, daß ein Signal am Ausgang 32 eine Zeitspanne nach dem Rückstellen des Zählers 22 erscheint, die gleich der halben Zeitdauer zwischen Impulsen des Niedorfrequenzoszillators 12 ist, oder wenn der Zähler 22 einen Zählwert von fünfzig erreicht. Im Falle des Ausgangs 34 tritt ein Signal einen Zählschritt des Zahlers 22 nach dem Erscheinen des Signals am Ausgang 32 auf. Ein Signal erscheint am Ausgang 36 eine Zeitspanne nach Rückstellen aes Zählers 22, die gleich der Zeitdauer des Reizimpulses ist. Wenn beispielsweise der Reizimpuls eine Dauer von 1 ms hat, ermitteln die den Ausgangsimpuls an den Ausgang 36 gebenden Gatter einen Zählwert von 20 im Zahler 22.
Um den Reizimpuls zu beeinflussen, sind zwei Zeitdauern von Wichtigkeit. Bei der ersten Zeitdauer handelt es sich um die Zeitspanne zwischen Reizimpulsen; die zweite Zeitdauer ist die Zeitdauer des Reizimpulses. Weil die Zeitspanne zwischen Reizimpulsen relativ lang ist, werden zu ihrer Vorgabe der Niederfrequenzoszillator 12 und der Zähler 16 benutzt, während der Hochfrequenzoszillator 14 und der Zähler 22 zur Vorgabe der relativ kleinen Dauer des Reizimpulses herangezogen werden. Ein ODER-Gatter 40, eine
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Latchschaltung 42 und ein Ausgangsverstärker 44 dienen ferner der Abgabe des Reizimpulses.
Der Ausgang 28 der Logikschaltung 18 steht über einen Eingang des ODER-Gatters 40 mit dem Stelleingang der Latchschaltung 42 in Verbindung. Eine Latchschaltung, beispielsweise die Latchschaltung 42, ist bekanntlich eine bistabile Anordnung mit einem Ausgang Q und einem Ausgang Q sowie mit einem Stelleingang (S) und einem Rückstelleingang (R). Wenn ein Impulssignal an den Stelleingang angelegt wird, gibt der Ausgang Q eine logische "1" oder eine positive Spannung ab, während am Ausgang Q eine logische "O" oder Massepotential anliegt. Diese Spannungen bleiben erhalten, bis dem Rückstelleingang ein logisches "1"-Signal zugeführt wird, das bewirkt, daß am Ausgang Q eine logische "O" auftritt, während der Ausgang Q eine logische "1" abgibt. Dieser Zustand der Latchschaltung bleibt wiederum erhalten, bis dem Stelleingang ein logisches "1"-Signal zugeht. Eine Latchschaltung kann aus zwei UND-Schaltungen mit jeweils zwei Eingängen aufgebaut werden, deren Ausgänge überkreuzt mit einem Eingang gekoppelt sind, während der andere Gattereingang den Stell- bzw. Rückstelleingang der Latchschaltung bildet.
Der Ausgang Q der Latchschaltung 42 ist an·den Eingang des Ausgangsverstärkers 44 angeschlossen, dessen Ausgang an die
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(zum Herzen führende) Leitung 46 angekoppelt ist. Der Verstärker 44 ist so ausgebildet, daß immer dann, wenn das ihm vom Ausgang Q der Latchschaltung 42 zugeführte Signal eine logische "1" ist, ein Reizimpuls vom Verstärker 44 an die Leitung 46 geht. Das Ausgangssignal Q der Latchschaltung geht ferner über ein ODER-Gatter 52, um den Zähler 16 auf den Zählwert Null zurückzustellen.
Der Ausgang 36 der Logikschaltung 24 ist an den Rückstelleingang der Latchschaltung 42 angekoppelt. Immer dann, wenn ein Impuls zur Rückstellung der Latchschaltung 42 angeliefert wird, wird die logische "1"-Spannung am Ausgang Q der Latchschaltung 42 zu logisch "O"· der vom Ausgang des Verstärkers 44 auf die Leitung 46 gehende Reizimpuls hört auf. Damit wird der Reizimpuls vom Verstärker 44 nur zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Stellsignal an die Latchschaltung 42 geht, und dem Zeitpunkt abgegeben, zu dem auf die Latchschaltung 42 ein Rückstellsignal gegeben wird^oder, mit anderen Worten, zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Signal am Ausgang 28 der Logikschaltung 18 erscheint, und dem Zeitpunkt, an dem ein Signal am Ausgang 36 der Logikschaltung 24 auftritt.
Das Ausgangssignal Q der Latchschaltung 42 geht ferner an einen Eingang eines ODER-Gatters 48, dessen Ausgangssignal dem Entsperreingang des Hochfrequenzoszillators 14 als Entsperrsignal zugeführt wird, um den Oszillator zu veranlassen,
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Impulse an den Zähler 22 anzulegen. Zum gleichen Zeitpunkt, zu dem ein Signal am Ausgang 28 der Logikschaltung 18 erscheint und die Latchschaltung 42 einstellt, wird daher der Oszillator 14 entsperrt, so daß er anfängt, Impulse an den Zähler 22 zu geben. Nachdem im Zahler 22 ein Zühlwert erreicht ist, der die gewünschte Impulsbreite manifestiert, erscheint am Ausgang 36 ein Signal, das die Latchschaltung 42 zurückstellt. Damit wird der Reizimpuls zum gewünschten Zeitpunkt beendet. Gleichzeitig wird der Oszillator 14 veranlaßt, mit der Abgabe von Impulsen an den Zähler 22 aufzuhören.
Der Impulsgenerator 10 ist so ausgelegt, daß er als ventrikulär inhibierter oder Bedarfsschrittmacher arbeitet. D.h., dem Herz wird eine Gelegenheit gegeben, vor Ablauf einer bestimmten Zeitdauer auf natürliche Weise zu schlagen. Nur wenn das Herz innerhalb dieser Zeitspanne nicht natürlich schlägt, geht von dem Verstärker 44 ein Reizimpuls auf die Leitung 46. Die Leitung 46 wird in bekannter Weise als Sende- und Empfangsleitung ausgenutzt, d.h., sie überträgt den Reizimpuls vom Verstärker 44 zum Herz; außerdem übermittelt sie elektrische Signale vom Herz zum Impulsgenerator 10.
Mit der Leitung 46 ist ein MeSverstärker 5O verbunden, der die elektrischen Signale erfaßt, die vom Herzen infolge ei-
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nes Herzschlags kommen. Er liefert an seinem Ausgang ein kompatibles Digitalsignal, welches das Auftreten eines solchen Herzschlags manifestiert. Durch Verwendung zweckentsprechender Frequenzfilter und Schwellwertstufen kann der Verstärker 50 so ausgelegt sein, daß er die R-WeIIe1 jedoch nicht die P- oder T-Welle des Elektrokardialsignals erfaßt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 5O läuft über den einen Eingang eines normalerweise entsperrten, drei Eingänge aufweisenden UND-Gatters 51 zum einen Eingang des ODER-Gatters 52. Dessen Ausgangssignal gent dem Rückstelleingang des Zählers 16 zu, um den Zähler 16 auf den Zählwert Null zurückzustellen. Wenn daher ein natürlicher Herzschlag auftritt, bevor der Zählwert im Zähler 16 den Wert erreicht, der genügt, um ein Signal am Ausgang 28 auftreten zu lassen, wird der im Zähler 16 stehende Zählwert auf Null zurückgestellt. Dadurch wird ein neues Arbeitsspiel des Impulsgenerators 10 eingeleitet; es wird verhindert, daß ein Signal an den Ausgang 28 geht und einen Reizimpuls auslöst.
Dekanntlich ist es erwünscht, einen ventrikulär inhibierten Schrittmacher für eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 300 ms) refraktor zu machen, nachdem ein Reizimpuls abgegeben wurde, oder, falls keine Reizimpulsabgabe erfolgt, nachdem ein natürlicher Herzschlag aufgetreter, ist. Während der Refraktärdauer spricht der Impulsgenerator 1O auf keine Signale an,
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die ihm über die Leitung 46 zugehen. Die Refraktärfunktion wird von einer Latchschaltung 53 in Verbindung mit dem UND-Gatter 51 und dem ODER-Gatter 52 gesteuert.
Der Stelleingang (s) der Latchschaltung 53 ist mit dem Ausgang des ODER-Gatters 52 verbunden, während der Rückstelleingang (r) der Latchschaltung 53 an den Ausgang 3O der Logikschaltung 18 angekoppelt ist, d.h. den das 300-Millisekunden-Zeitsignal liefernden Ausgang. Der Ausgang Q der Latchschaltung 53 ist an einen zweiten Eingang des UND-Gatters 51 angekoppelt und dient der Sperrung des UND-Gatters 51 bei eingestellter Latchschaltung 53, d.h., immer dann, wenn der Ausgang Q der Latchschaltung 53 logisch "O" ist. Wenn im Betrieb vorzeitig ein Signal vom Verstärker 50 erfaßt wird und infolgedessen ein Impulssignal am Ausgang des ODER-Gatters 52 erscheint, oder durch ein Impulssignal am Ausgang des ODER-Gatters 40 ein Reizimpuls ausgelöst wird, der über das ODER-Gatter 52 angelegt wird, wird die Latchschaltung 53 durch das Signal am Ausgang des ODER-Gatters 52 eingestellt. Infolgedessen wird der Ausgang Q zu logisch "O"; das UND-Gatter 51 wird daran gehindert, weitere Signale vom Meßverstärker 50 aus durchzulassen. Gleichzeitig wird der Zähler 16 auf Null zurückgestellt; er beginnt erneut zu zählen. Wenn der Zählwert im Zähler 16 die Zahl sechzig erreicht, was bei einer Frequenz von 2OO Hz dem Verstreichen von 300 ms entspricht,
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wird die Löschschaltung 53 zurückgestellt, wodurch der Ausgang Q wieder zu logisch "1" wird. Dadurch wird das UND-Gatter 51 wieder entsperrt; es läßt Signale vom Verstärker 50 passieren. -
Bekanntlich ist es ferner erwünscht, daß ein ventrikulär inhibierter Schrittmacher in einen Asynchronbetrieb übergeht, wenn ein kontinuierliches oder ungedämpftes Störsignal vorliegt, das stark genug ist, um von dem Verstärker erfaßt zu werden und den Zähler 16 zurückzustellen. Bei dem häufigsten derartigen Störsignal handelt es sich um ein Netzfrequenzsignal (50 oder 60 Hz). Die für diesen Zweck vorgesehene Umschalteinrichtung des Impulsgenerators 1O umfaßt eine Latchschaltung 54, ein UND-Gatter 55 und eine Latchschaltung 56 in Verbindung mit dem UND-Gatter 51 und den Zeitsignalen an den Ausgängen 29 und 3O der Logikschaltung 18. Das 175 ms-Zeitsignal am Ausgang 29 geht an den Stelleingang (S) der Latchschaltung 54 und den Rückstelleingang (R) der Latchschaltung 56, während das 300 ms-Zeitsignal am Ausgang 30 an den Rückstelleingang (R) der Latchschaltung 54 angekoppelt wird. Der Ausgang Q der Latchschaltung 54 ist an einen Eingang des UND-Gatters 55 angeschlossen. Der andere Eingang des UND-Gatters 55 ist mit dem Ausgang des Meßverstärkers 5O verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 55 ist an den Stelleingang (S) der Latchschaltung 56 angeschlossen, während der Ausgang Q der Latchschaltung 56 mit dem dritten
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Eingang des UND-Gatters 51 verbunden ist.
Im Betrieb achtet die Umschalteinrichtung auf ein Ansprechen des Meßverstärkers während des Zeitfensters von 125 ms Dauer am Ende der Refraktärperiode. Festzuhalten ist, daß der Meßverstärker so ausgelegt ist, daß er gewisse niederfrequente Signale und Signale mit kleiner Amplitude ausfiltert, so daß insbesondere T-Wellen nicht bewirken, daß ein Impuls am Ausgang des Meßverstärkers angeliefert wird. Bei Vorhandensein eines Zeitfensters von 125 ms bewirkt jedes Signal mit ausreichend hoher Amplitude und einer Folgefrequenz von 8 Hz oder mehr, daß während des Zeitfensters mindestens ein Impuls erscheint.
Bei der Umschalteinrichtung des Impulsgenerators 1O wird die Latchschaltung 54 durch das Signal am Ausgang 29 der Logikschaltung 18 eingestellt. Die Latchschaltung 56 wird 175 ms nach Rückstellen des Zählers 16 zurückgestellt; sie bleibt 125 ms lang eingestellt, d.h. so lange, bis der Zähler 16 bewirkt, daß ein Signal am Ausgang 30 der Logikschaltung 18 erscheint. Während der Zeitdauer von 125 ms, für die die Latchschaltung 54 eingestellt ist, bevor das Rückstellen erfolgt, steht der Ausgang Q auf logisch "1"; das UND-Gatter 55 wird entsperrt, um jedes vom Meßverstärker 50 angelieferte Impulssignal passieren zu lassen. Falls ein Impulssignal auftreten sollte, läuft es über das UND-Gat-
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ter 55 und stellt die Latchschaltung 56 ein, was bewirkt, daß der Ausgang Q zu logisch "0" wird und eine Sperrung des UND-Gatters 51 erfolgt. Bei gesperrtem UND-Gatter 51 wird die ventrikulär inhibierte Betrieosart des Impulsgenerators 1O gesperrt, da keine erfaßten Herzschläge über das UND-Gatter 51 laufen können. Der Impulsgenerator 10 arbeitet vielmehr im Asynchronbetrieb. Das UND-Gatter 51 wird zum Zeitpunkt 175 ms des nächsten Arbeitsspiels durch das Signal am Ausgang 29 der Logikschaltung 18 zurückgestellt. Falls das Störsignal verschwunden ist, wird die Latchschaltung 56 nicht erneut eingestellt. Andernfalls erfolgt ein neues Einstellen der Latchschaltung 56, so daß der Asynchronbetrieb andauert.
Ein Vorteil des Vorhandenseins von zwei Oszillatoren 12 und 14 im Impulsgenerator 1O besteht darin, daß zwischen beiden ein Vergleich durchgeführt werden kann, um ein Weglaufen des Schrittmachers zu verhindern. Für diesen Zweck ist eine Vergleicherschaltung vorgesehen, die aus Latchschaltungen 57, 64 und 65, UND-Gattern 58 und 62 sowie einem Inverter 60 besteht.
Der Ausgang 26 der Logikschaltung 18 ist mit dem Stelleingang der Latchschaltung 57 verbunden, während der Ausgang 27 der Logikschaltung 18 an den Rückstelleingang der Latchschaltung 57 angeschlossen ist. Der Ausgang Q der Latch-
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schaltung 57 und der Ausgang 32 der Logikschaltung 24 sind mit den beiden Eingängen des UND-Gatters 58 verbunden, dessen Ausgang über den Inverter 6O an einen Eingang des UND-Gatters 62 angeschlossen ist. Der Ausgang 34 der Logikschaltung 24 steht mit dem anderen Eingang des UND-Gatters
62 in Verbindung. Der Ausgang des t)N£)-Gatters 62 ist an den einen Eingang eines^ODER-Gatters 67 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang des Zählers 22 verbunden ist, um den Zähler 22 auf den Zählwert Null zurückzustellen. Der Ausgang des UND-Gatters 58 ist ferner an den Stelleingang der Latchschaltung 64 angekoppelt. Der Ausgang des ODER-Gatters 40 ist mit dem Rückstelleingang der Latchschaltung 64 verbunden. Der Ausgang 26 der Logikschaltung 18 ist an den Stelleingang der Latchschaltung 65 angeschlossen. Der Ausgang 34 der Logikschaltung 24 ist mit dem Rückste.lleingang der Latchschaltung 65 gekoppelt. Der Ausgang Q der Latchschaltung 65 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 48 verbunden. Der Ausgang Q der Latchschaltung 64 ist an einen dritten Eingang des ODER-Gatters 48 angeschlossen.
Im Betrieb der Vergleicherschaltung des Impulsgenerators wird das Signal am Ausgang 26 der Logikschaltung 18 benutzt, um die Latchschaltungen 57 und 65 kurz nach dem Rückstellen des Zählers 16 einzustellen, d.h., einen Zählschritt später. Dann wird das logische "1"-Signal am Ausgang Q der einge-
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stellten Latchschaltung 65 über das ODER-Gatter 48 an den Oszillator 14 angelegt, um diesen zu entsperren und Impulse an den Zähler 22 gelangen zu lassen. Das logische "O"-Signal Q am Ausgang der eingestellten Latchschaltung 57 sperrt das UND-Gatter 58, so daß dieses kein seinem anderen Eingang zugehendes Signal durchläßt.
Einen Zählschritt des Oszillators 12 später stellt das Ausgangssignal am Ausgang 27 der Logikschaltung 18 die Latchschaltung 57 zurück, so daß der Ausgang Q wieder auf logisch "1" springt. Das UND-Gatter 58 wird wieder entsperrt, so daß es seinem anderen Eingang zugeführte Signale durchläßt. Unter normalen Arbeitsbedingungen erscheint am Ausgang 32 der Logikschaltung 24 ein Signal ungefähr in der Mitte des Zeitfensters, währenddessen das UND-Gatter 58 gesperrt ist. Das Signal wird daher über das UND-Gatter 58 nicht weitergegeben, um die Latchschaltung 64 einzustellen. Ein Impuls des Oszillators 14 nach Auftreten eines Signals am Ausgang 32 erscheint ein Signal am Ausgang 34, welches die Latchschaltung 65 zurückstellt, wodurch das Entsperrsignal verschwindet, das über das ODER-Gatter 48 an den Oszillator 14 angelegt wird.
Nur wenn die Frequenz des Oszillators 12 auf das Doppelte, beispielsweise von 2OO Hz auf 4OO Hz, oder mehr ansteigt, oder wenn die Frequenz des Oszillators 14 um die Hälfte, beispielsweise von 20 kHz auf 1O kHz, oder mehr absinkt,
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kommt ein Signal vom Ausgang 32, wahrend das UND-Gatter nicht gesperrt ist, und wird infolgedessen dieses Signal über das UND-Gatter 58 geleitet. Im letztgenannten Falle besteht keine Gefahr, daß der Schrittmacher wegläuft. Im erstgenannten Falle, wird jedoch, wenn die Frequenz des Oszillators 12 zu hoch wird, das Herz mit einer zu hohen Rate stimuliert, was ernsthafte Folgen haben kann. Um eine zu rasche Reizung des Herzens zu unterbinden, stellt das logische "1"-Impulssignal am Ausgang des UND-Gatters 58 die Latchschaltung 64 ein, wodurch deren Ausgang Q auf logisch "1" springt. Dieses logische "1"-Signal wird über das ODER-Gatter 52 auf den Zähler 16 gegeben, um diesen ständig in zurückgestelltem Zustand zu halten. Außerdem wird das logische "1"-Signal vom Ausgang Q der Latchschaltung 64 über das ODER-Gatter 48 dem Hochfrequenzoszillator 14 zugeführt, um diesen entsperrt zu halten. Dieser Zustand dauert an, bis die Latchschaltung 64 zurückgestellt wird, wenn der Reizimpuls des Impulsgenerators 1O abgegeben wird, d.h., wenn ein Signal am Ausgang des ODER-Gatters 40 erscheint .
Bei entsperrtem Oszillator 14 zählt der Zähler 22 durch alle sechzehn Stufen hindurch hoch. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stufe sechzehn eingestellt wird, d.h. etwa 1,64 s, nachdem im Zähler 22 der Zählwert Null stand, geht ein Signal von der sechzehnten Stufe über das ODER-Gatter 40 an die Latch-
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schaltung 42, um diese einzustellen. Dadurch wird das Anlegen eines Reizimpulses an die Leitung 46 gestartet. Der Impuls am Ausgang des ODER-Gatters 40 wird ferner dem Rückstelleingang der Latchschaltung 64 zugeführt, so daß das Rückstellsignal am Zähler 16 verschwindet. Eines der Entsperrsignale für den Oszillator 14 wird über das ODER-Gatter 48 angelegt. Gleichzeitig geht das Ausgangssignal von der Stufe sechzehn über das ODER-Gatter 67 an den Zähler 22, um diesen auf den Zählwert Null zurückzustellen; das den Reizimpuls bewirkende Signal 3m Ausgang Q der Latchschaltung 42 wird über das ODER-Gatter 48 angelegt, um den Oszillator 14 zu entsperren. Dies bewirkt, daß der Zähler 22 ausgehend von Null hochzählt, bis ein Signal am Ausgang 36 erscheint, um zu dem geeigneten Zeitpunkt die Latchschaltung 42 zurückzustellen und das Entsperrsignal verschwinden zu lassen.
Wenn der Zähler 16 nicht langer ständig zurückgestellt gehalten wird, erscheint ein Signal am Ausgang 26 kurz nach Beendigung des Reizimpulses. Dies bewirkt, daß ein erneuter Vergleich zwischen den Frequenzen des Oszillators 12 und des Oszillators 14 erfolgt. Wenn die Frequenz des Oszillators 12 zu hoch oder die Frequenz des Oszillators 14 zu niedrig ist, tritt am Ausgang des UND-Gatters 58 ein Impuls auf, und der Zähler 22 zählt erneut die Impulse des Oszillators 14, bis die sechzehnte Stufe wieder eingestellt ist. Mit anderen Worten, in dieser Betriebsart arbeitet der Im-
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pulsgenerator 10 hinsichtlich der Reizimpulsabgabe im Asynchronbetrieb.
Wenn der Oszillator 12 normal arbeitet und ein Signal am Ausgang 32 erscheint, bevor die Latchschaltung 57 eingestellt wird, geht ein logisches "1"-Ausgangssignal von dem UND-Gatter 62 über das ODER-Gatter 67 an den Zähler 22, um diesen auf den Zahlwert Null zurückzustellen. Falls erwünscht, könnte das Ausgangssignal vom Verstärker 50 während dieser Betriebsweise über das CDER-Gatter 67 zum Rückstelleingang des Zählers 22 geführt werden, um die Anordnung als ventrikulär inhibierten oder Bedarfsschrittmacher arbeiten zu lassen; ferner könnten entsprechende Signale von der Logikschaltung 24 über Gatter zu den Latchschaltungen 53, 54 und 56 geführt v/erden, um für die Refraktor- und Umschaltfunktionen zu sorgen.
Der Impulsgenerator 10 ist mit Mitteln versehen, die es gestatten, sowohl die Folgefrequenz und die Impulsdauer als auch die Refraktor- oder Umschaltdauern des Impulsgenerators 10 zu variieren. Dies geschieht mittels der Erkennungs- und Entschlüsselungslogik 2O1 die verschlüsselte Hf-Informatianen aufnimmt, die in bekannter Weise (beispielsweise US-PS 3 833 OO5) an eine Antenne 66 gehen. Nach dem Entschlüsseln dieser Informationen werden vorbestimmte Signale über Leitungen 68, 70 ... und 72 angelegt, die von der Logikschaltung
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20 zur Logikschaltung 18 führen. Jede dieser Leitungen 68, 70 ... und 72 ist an eine andere Gruppe von Gattern bezüglich der Ausgänge 28, 29 und 30 der Logikschaltung 18 angekoppelt, so daß der Zählwert des Zählers 16, der notwendig ist, um Signale an den Ausgängen 28, 29 und 30 erscheinen zu lassen, variiert werden kann. Damit werden die Impulsfolgefrequenz der Reizimpulse sowie die Refraktor- und Umschaltzeiten geändert. Außerdem gibt die Logikschaltung 20 Signale auf Leitungen 74, 76 ... und 78, die der Logikschaltung 24 zugeführt werden, um den Zählwert zu variieren, der erforderlich ist, um ein Signal am Ausgang 36 auftreten zu lassen. Damit wird die Impulsdauer geändert. Außerdem können Signale das Arbeiten des UND-Gatters 58 verhindern und damit die Vergleicherfunktion sperren, falls das Problem, das bewirkt, daß das UND-Gatter 58 einen Impuls abgibt, darin besteht, daß die Frequenz des Oszillators 14 zu gering ist.
Die Logikschaltung 20 spricht nicht nur auf die von der Antenne 66 aufgefangenen Hf-Signale, sondern auch auf ein Signal von einem Analog/Digital-Wandler 80 an, das in digitaler Weise die Größe der Spannung der Stromquelle zum Ausdruck bringt. Diese digitale Darstellung kann von der Logikschaltung 20 derart verarbeitet werden, daß in Abhängigkeit von der Spannung der Stromquelle selbsttätig die Impulsbreite verändert wird. Wenn die Spannung der Stromquelle aufgrund
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von Alterungserscheinungen abzunehmen beginnt, ist es nämlich erwünscht, die Breite der Reizimpulse zu erhöhen. Innerhalb der Logikschaltung 2O vorgesehene Schaltungsteile können bewirken, daß zweckentsprechende Signale über die Leitungen 74, 76 ... und 78 entsprechend dem Wert des Digitalsignals gehen, das an die Logikschaltung von dem Analog/Digital-Wandler 8O angelegt wird.
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Claims (20)

  1. PATENTANWALT DIPL.-ING. GEKHAKD SCHWAN
    ELFENSTRASSE 32 ■ D-8000 MÜNCHEN 83
    Ger. P-262
    Ansprüche
    Digital gesteuertes medizinisches Gerät, mittels dessen Ausgangsimpulse einer vorbestimmten Dauer mit einer vorbestimmten Folgefrequenz anlieferbar sind und das einen ersten Oszillator zur Abgabe eines ersten Zeitsignals mit einer ersten periodischen Folgefrequenz aufweist, gekennzeichnet durch einen zweiten Oszillator (14) zur Lieferung eines zweiten Zeitsignals mit einer zweiten periodischen Folgefrequenz und eine Steuereinrichtung (16 bis 24, 4O, 42, 48 bis 67), die auf das erste Zeitsignal ansprechend die vorbestimmte Folgefrequenz und auf das zweite Zeitsignal ansprechend die vorbestimmte Dauer vorgibt.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Zeitsignal Impulssignale sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste periodische Folgefrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der vorbestimmten Folgefrequenz ist, und daß die vorbestimmte Zeitdauer ein ganzzahliges Vielfaches der Zeitspanne zwischen Zeitimpulsen des zweiten Zeitsignals ist.
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    FERNSPRECHER: 08V/6M20J9 · KABEL: [LECTIUCPATENT MUN0F8lGilNAL.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne zwischen Impulsen des ersten Zeitsignals größer als die vorbestimmte Zeitdauer ist.
  4. 4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (57, 58, 60, 62, 64, 65) zum Vergleichen des ersten und des zweiten Zeitsignals und zum Sperren des Ansprechens der Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) auf das erste Zeitsignal, falls die erste periodische Folgefrequenz einen gewissen Grenzwert mit Bezug auf die zweite periodische Folgefrequenz überschreitet.
  5. 5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Oszillator (14) mittels der Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) zur Abgabe des zweiten Zeitsignals während einer gewissen Zeitspanne einschließlich der Zeitdauer der Abgabe des Ausgangsimpulses des Gerätes entsperrbar ist und der zweite Oszillator an der Anlieferung des zweiten Zeitsignals zu anderen Zeitpunkten als der gewissen Zeitspanne hinderbar ist.
  6. 6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24,
    8 O 9 8 5 1 / O 9 4 S original inspected
    2 fi ""* - ■- ■ ^ β
    40, 42, 48 bis 67) eine auf das erste und das zweite Zeitsignal ansprechende Zähleinrichtung (16, 22), deren Zählwert bei Auftreten jedes Impulses des ersten und des zweiten Zeitsignals weiterschaltbar ist, eine Einrichtung (18, 42), die, wenn die Zähleinrichtung aufgrund des ersten Zeitsignals einen ersten Zählwert erreicht, die Übermittlung des zweiten Zeitsignals an die Zähleinrichtung entsperrt und die Anlieferung des Ausgangsimpulses des Gerätes beginnen läßt, und die, wenn die Zähleinrichtung auf das zweite Zeitsignal ansprechend einen zweiten Zählwert erreicht, die Anlieferung des Ausgangsimpules des Gerätes beendet, sowie eine Einrichtung (48, 50, 52, 57, 58, 60, 62, 65, 67) zum Rückstellen der Zählwerte des Zählers und zum Sperren des Anlegens des zweiten Zeitsignals an die Zähleinrichtung aufweist.
  7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (16, 22) einen auf das erste Zeitsignal ansprechenden ersten Zähler (16) und einen auf das zweite Zeitsignal ansprechenden zweiten Zähler (22) aufweist.
  8. 8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (48, 50, 52, 57, 58, 60, 62, 65, 67) einen Meßverstärker (50) zum Erfassen ei-
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    nes Ansprechsignals und zum Rückstellen der Zähleinrichtung (16, 22) bei Auftreten des erfaßten Ansprechsignals aufweist.
  9. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) eine Umschalteinrichtung (51, 54, 55, 56) zum Erfassen des Vorhandenseins eines von dem Meßverstärker (50) aufgenommenen großen Störsignals und zum Verhindern einer Rückstellung der Zähleinrichtung (16, 22) beim Ermitteln des Störsignals aufweist.
  10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (51, 54, 55, 56) eine Einrichtung (54, 55), die darauf anspricht, daß die Zähleinrichtung (16, 22) vorbestimmte Zählwerte erreicht, die ein mit der niedrigen Frequenz des Störsignals in Verbindung stehendes Zeitfenster begrenzen, und eine Einrichtung (56) aufweist, mittels deren feststellbar ist, ob der Meßverstärker (50) während des vorbestimmten Zeitfensters ein beliebiges Signal erfaßt.
  11. 11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Zeitfenster innerhalb einer kurzen
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    Zeitspanne nach Erfassen eines Ansprechsignals durch den Meßverstärker (50) auftritt.
  12. 12. Gerät nach Anspruch 6, 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) eine Refraktärstufe (51 , 52, 53) aufweist, die jede weitere Rückstellung des ersten Zählers (16) aufgrund der Erfassung eines Ansprechsignals durch den Meßverstärker (50) für eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Rückstellen des ersten Zählers verhindert .
  13. 13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Refraktärstufe (51, 52, 53) eine Latchschaltung (53) aufweist, die durch Abgabe eines Ausgangsimpulses des Gerätes oder durch Erfassen eines Ansprechsignals durch den Meßverstärker (50) einstellbar ist und die dadurch zurückstellbar ist, daß der erste Zähler (16) einen der vorgegebenen Zeitdauer äquivalenten Zählwert erreicht.
  14. 14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Zeitfenster während der vorgegebenen Zeitdauer auftritt.
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  15. 15. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (48, 50, 52, 57, 58, 60, 62, 65, 67) eine Rückstellstufe (57, 58, 60, 62, 67) zum Rückstellen aes zweiten Zählers (22) aufweist, wenn der zweite Zähler einen dritten Zählwert erreicht, bevor der erste Zähler (16) einen vierten Zählwert erreicht, wobei äer dritte Zählwert vor dem vierten Zählwert erscheint, solange der erste Oszillator (12) das erste Zeitsignal mit der ersten periodischen Folgefrequenz und der zweite Oszillator (14) das zweite Zeitsignal mit der zweiten periodischen Folgefrequenz anliefert.
  16. 16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 4O, 42, 48 bis 67) versehen ist mit einer auf den ersten Zähler (16) ansprechenden Einrichtung (18, 57), die, bevor der Zähler (16) den ersten Zählwert erreicht, dritte und vierte Signale abgibt, die ein mit der Frequenz des ersten Oszillators (12) verknüpftes Zeitfenster vorgeben, einer auf den zweiten Zähler (22) ansprechenden Einrichtung (58), die während des Zeitfensters ein fünftes Signal solange abgibt, wie der erste und der zweite Oszillator (12, 14) Signale mit der ersten bzw. der zweiten periodischen Folgefrequenz anliefern, sowie einer auf die dritten, vierten und fünften Sig-
    809851/0945 ORIGINAL INSPECTED
    nale ansprechenden Einrichtung (64), die ein sechstes Signal abgibt, wenn das fünfte Signal nicht in zeitlicher Beziehung zwischen den dritten und vierten Signalen auftritt.
  17. 17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) eine auf das sechste Signal ansprechende Einrichtung (48, 52), die verhindert, daß der erste Zähler (16) den ersten Zählwert erreichtj und die die Anlieferung des zweiten Zeitsignals an den zweiten Zähler (22) entsperrt, sowie eine Einrichtung (40, 48, 67) aufweist, die auf das Erreichen eines dritten Zählwertes durch den zweiten Zähler ansprechend bewirkt, daß die Abgabe des Ausgangsirnpulses des Gerätes beginnt, und mittels deren der zweite Zähler zurückstellbar ist, um den zweiten Zähler den zweiten Zählwert erreichen zu lassen.
  18. 18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den zweiten Zähler (22) ansprechende Einrichtung (40, 48, 67) nach Abgabe des fünften Signals ein sechstes Signal liefert, daß die Anlieferung der dritten und vierten Signale nach dem Rückstellen des ersten Zählers (16) erfolgt und daß das dritte Signal zum Rückstellen des zweiten Zählers anlegbar ist, wo-
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    bei die Steuereinrichtung ferner versehen ist mit einer auf die dritten und sechsten Signale ansprechenden Einrichtung (48, 64) zum Entsperren der Abgabe des zweiten Zeitsignals während der Zeitdauern, während deren die dritten und sechsten Signale angeliefert werden, einer Einrichtung (57, 58, 64) zum Bestimmen, ob das fünfte Signal abgegeben wird, bevor die Anlieferung des vierten Signals erfolgt, und einer Einrichtung (48, 52, 64), mittels deren der erste Zähler an der Abgabe des ersten Signals hinderbar und der zweite Oszillator (14) entsperrbar ist, so daß der zweite Zähler ein siebtes Signal anliefern kann, um den Beginn der Anlieferung des Ausgangsimpulses des Gerätes zu bewirken.
  19. 19. Gerät nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) eine Einrichtung (2O, 66) zur Auswahl einer einer Mehrzahl von vorbestimmten Folgefrequenzen und einer einer Mehrzahl von vorbestimmten Zeitdauern in Abhängigkeit von extern angelegten Steuersignalen aufweist.
  20. 20. Gerät nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16 bis 24, 40, 42, 48 bis 67) eine Einrichtung (80) zur Auswahl einer einer
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    Mehrzahl von vorbestimmten Folgefrequenzen und einer einer Mehrzahl von vorbestimmten Zeitdauern in Abhängigkeit von internen Parametern des Gerätes aufweist.
    ORIGINAL INSPECTED 809851/Q945 OR1GINAU
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