DE2929498A1 - IMPLANTABLE ELECTRONIC DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
Ger. P-338Ger. P-338
MEDTRONIC, INC.MEDTRONIC, INC.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn.55440 V. St. A.3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440 V. St. A.
Implantierbares elektronisches GerätImplantable electronic device
Die Erfindung betrifft ein implantierbares elektronisches Gerät und insbesondere ein Gerät, das in einer Mehrzahl von Betriebsarten betrieben werden kann, um Körpergewebe zu stimulieren oder um verschiedene Bedingungen des Geräts selbst oder von Körpergewebe, beispielsweise dem Herz eines Patienten, zu Überwachen.The invention relates to an implantable electronic device and, more particularly, to a device that can be used in a plurality of Modes of operation can be operated to stimulate body tissue or to address various conditions of the device itself or from body tissue such as a patient's heart.
Es sind Herzschrittmacher bekannt (US-PS 3 057 356), die dem Herz elektrische Reize zuführen, wodurch das Herz zu Kontraktionen mit einer gewünschten Rate in der Größenordnung von 72 Schlägen/min veranlaßt wird. Ein solcher Herzschrittmacher kann in dem menschlichen Körper implantiert werden und dort während langer Zeitdauer arbeiten. Typischerweise werden Herzschrittmacher im pektoralen oder abdominalen Bereich des Patienten durch einen chirurgischen Eingriff implantiert, beiCardiac pacemakers are known (US Pat. No. 3,057,356) which deliver electrical stimuli to the heart, causing the heart to contract at a desired rate, on the order of 72 beats per minute. Such a pacemaker can be implanted in the human body and work there for a long period of time. Typically, pacemakers are surgically implanted in the pectoral or abdominal area of the patient
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dem ein Einschnitt in dem betreffenden Bereich ausgeführt und der Schrittmacher zusammen mit einer eigenen internen Stromversorgung in den Körper des Patienten eingesetzt wird. Der genannte Schrittmacher arbeitet asynchron, d. h., er sorgt für eine Reizimpulsbeaufschlagung mit fester Rate, die nicht entsprechend den Körperbedürfnissen selbsttätig geändert wird. Ein solcher Schrittmacher erwies sich als wirkungsvoll, um den Symptomen eines vollständigen Herzblocks zu begegnen. Ein asynchroner Schrittmacher hat jedoch den möglichen Nachteil, daß er mit dem natürlichen, physiologischen Schrittmacher während Zeitspannen normaler Sinusfunktion in Konkurrenz trittan incision is made in the affected area and the pacemaker has its own internal power supply is inserted into the patient's body. Said pacemaker works asynchronously, i. i.e., he cares for a fixed rate stimulus that is not is changed automatically according to the body's needs. Such a pacemaker was found to be effective at face the symptoms of complete heart block. However, an asynchronous pacemaker has the potential disadvantage that it competes with the natural, physiological pacemaker during periods of normal sinus function
Es sind auch künstliche Bedarfsschrittmacher bekannt (US-PS 3 478 746), bei denen künstliche Reize nur im Bedarfsfall ausgelöst und anschließend unterdrückt werden können, wenn das Herz zu dem Sinusrhythmus zurückkehrt. Der Bedarfsschrittmacher räumt das bei asynchronen Schrittmachern auftretende Problem aus, indem er sich bei Vorhandensein von Herzkammeraktivität (der R-Welle des Ventrikels) selbst sperrt, bei fehlender Ventrikelaktivität aber in On-line-Betrieb übergeht und fehlende Herzschläge ergänzt.Artificial demand pacemakers are also known (US Pat. No. 3,478,746) in which artificial stimuli can only be triggered when necessary and then suppressed when the heart returns to the sinus rhythm. The on-demand pacemaker eliminates the problem that occurs with asynchronous pacemakers by locking itself in the presence of ventricular activity (the R-wave of the ventricle), but switching to on-line mode when there is no ventricular activity and supplements missing heartbeats.
Ein mit solchen bekannten, implantierbaren Bedarfsschrittmachern verbundenes Problem besteht darin, daß bisher keine Möglichkeit bestand, ohne einen chirurgischen Eingriff die Frequenz oder andere Betriebsparameter, mit der diese Reiz-One with such known, implantable, on-demand pacemakers A related problem is that previously there was no possibility without surgical intervention Frequency or other operating parameters with which this stimulus
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impulse erzeugt werden, vorübergehend zu erhöhen oder zu verringern. Ein weiteres Problem ist die große Schwierigkeit, die verbleibende Lebensdauer der Batterie festzustellen, einen Ausfall einer Elektrode zu erfassen und zu beheben sowie einen geeigneten R-Wellen-Empfindlichkeitssicherheitsbereich bei einem implantierten Bedarfsschrittmacher aufrechtzuerhalten. pulses are generated to temporarily increase or decrease. Another problem is the great difficulty in determining the remaining battery life, one Detect and correct failure of an electrode and an appropriate R-wave sensitivity safety range with an implanted reliever pacemaker.
Einige bekannte implantierbare Herzschrittmacher erlauben eine Übersteuerung der Impulsrate, kontrollieren aber nicht in befriedigender Weise die Einhaltung der Bedarfsfunktion. Andere Geräte sind mit einer magnetischen Zungenschalteranordnung ausgestattet, die es erlaubt, den Bedarfsverstärker zu deaktivieren, um die Bedarfsfunktion zu kontrollieren; es fehlt aber an einer Möglichkeit der Übersteuerung der Rate.Some known implantable cardiac pacemakers allow the pulse rate to be overridden, but do not control the satisfactory compliance with the demand function. Other Devices are equipped with a magnetic reed switch arrangement that allows the demand amplifier to be deactivated, to control the demand function; but it is missing a possibility of overriding the rate.
Eine weitere bekanntgewordene Verbesserung besteht darin, Mittel vorzusehen, die ein Umprogrammieren des Schrittmachers nach dem Implantieren erlauben. So ist eine Schaltungsanordnung bekannt (US-PS 3 805 796), die es gestattet, die Schrittmacherfrequenz nach dem Implantieren des Schrittmachers ohne chirurgischen Eingriff zu ändern. Die Rate erfährt eine Änderung entsprechend der Anzahl von Malen, die ein magnetisch betätigbarer Zungenschalter geschlossen wird. Dabei wird die Anzahl der Male des Schließens des Zungenschalters gezählt; der betreffende Zählwert wird in einem binären Zähler gespeichert.Another improvement that has become known is the provision of means that allow the pacemaker to be reprogrammed after implantation. For example, a circuit arrangement is known (US Pat. No. 3,805,796) which allows the pacemaker rate to be changed without surgical intervention after the pacemaker has been implanted. The rate will change according to the number of times a magnetically actuated reed switch is closed. The number of times the reed switch is closed is counted; the relevant count is stored in a binary counter.
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Jede Stufe des Zählers ist so angeschlossen, daß ein Widerstand in einer in Serie geschalteten Widerstandskette wirksamgemacht oder überbrückt wird. Die Widerstandskette ist ein Teil des RC-Zeitgliedes, das die Schrittmacherfrequenz vorgibt.Each stage of the counter is connected in such a way that a resistor in a series-connected chain of resistors is activated or bridged. The resistor chain is part of the RC timing element that controls the pacemaker rate pretends.
Das zuletzt geschilderte Prinzip wurde durch einen programmierbaren Herzschrittmacher verbessert (US-PS 4 066 086), der auf das Anlegen von Hf-Impulsfolgen anspricht, während ein Magnetfeld, das in der Nähe eines in dem Schrittmachergehäuse sitzenden, magnetisch betätigten Zungenschalters erzeugt wird, den Zungenschalter geschlossen hält. Auch bei dieser Schaltungsanordnung ist nur die Rate in Abhängigkeit von der Anzahl der angelegten Hf-Impulsfolgen programmierbar. Der Einsatz von Hf-Signalen für das Programmieren von Herzschrittmachern ist auch bereits aus der US-PS 3 933 005 bekannt. Das dort beschriebene Gerät erlaubt es, sowohl die Rate als auch die Impulsbreite zu programmieren. Bisher wurde jedoch kein Schrittmacher beschrieben, der in der Lage ist, mehr als zwei Parameter zu programmieren oder auf Befehl hin mehr als zwei vorbestimmte Tests auszuführen. Ein solcher Schrittmacher ließe sich als universell programmierbarer Schrittmacher bezeichnen.The principle outlined last was made possible by a programmable Improved pacemaker (US-PS 4,066,086) that responds to the application of RF pulse trains while a magnetic field, generated in the vicinity of a magnetically actuated reed switch located in the pacemaker housing, the Keeps the reed switch closed. In this circuit arrangement, too, only the rate is a function of the number of applied RF pulse trains programmable. The use of RF signals for programming cardiac pacemakers is also known from US Pat. No. 3,933,005. The one described there Device allows both rate and pulse width to be programmed. So far, however, no pacemaker has been made which is able to program more than two parameters or more than two predetermined parameters on command Run tests. Such a pacemaker could be described as a universally programmable pacemaker.
Ein Bereich, auf dem die Herzschrittmachertechnologie bisher hinter dem konventionellen Stand der Elektroniktechnologie hinterherhinkt, ist der Einsatz und die Ausnutzung von digi-An area in which pacemaker technology has so far lagged behind the conventional state of electronics technology lags behind, the use and exploitation of digital
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talen elektrischen Schaltungen. Ein Grund dafür war die hohe Energie, die zum Betrieb von digitalen Schaltungen erforderlich ist. Aufgrund von jüngeren technologischen Fortschritten auf dem Gebiet von CMOS-Bausteinen, die als Großschaltkreise hergestellt werden, sowie von Verbesserungen von Herzschrittmacherbatterien beginnen digitale elektronische Schaltungen jetzt auch in kommerziellen Schrittmachern eingesetzt zu werden. Die digitalen Schaltungen eigenen Vorteile sind ihre Genauigkeit und Verläßlichkeit. Typischerweise arbeitet eine digitale Schaltung in Abhängigkeit von einem Quarzoszillator, der über ausgedehnte Zeiträume hinweg eine sehr stabile Frequenz liefert. Seit mindestens 1966 wurden Vorschläge gemacht, Digitaltechniken bei Herzreizstromgeräten und Schrittmachern anzuwenden. Beispielsweise sei auf den Aufsatz von Leo F. Walsh und Emil Moore mit dem Titel "Digital Timing Unit for Programming Biological Simulators" in The American Journal of Medical Electronics, 1. Vierteljahr 1977, Seiten 29 bis 34 verwiesen. Das erste Patent, das auf dem vorliegenden Fachgebiet digitale Techniken anregt, ist die US-PS 3 557 796. Es wird dort ein Oszillator offenbart, der einen Binärzähler antreibt. Wenn der Zähler einen bestimmten Zählwert erreicht, wird ein Signal angeliefert, das die Abgabe eines Herzreizimpulses verursacht. Gleichzeitig wird der Zähler zurückgestellt; er beginnt von neuem, die Oszillatorimpulse auszuzählen. Außerdem sind dort ein digitales Bedarfskonzept, bei dem der Zähler nach Erfassen eines natürlichen Herzschlags zurück-talen electrical circuits. One reason for this was the high Energy required to operate digital circuits. Due to recent technological advances in the field of large-scale CMOS devices and improvements to pacemaker batteries digital electronic circuits are now beginning to be used in commercial pacemakers as well. The advantages of digital circuits are their accuracy and reliability. Typically one works digital circuit depending on a crystal oscillator that has a very stable frequency over extended periods of time supplies. Proposals have been made since at least 1966, digital techniques in cardiac stimulation devices and pacemakers apply. For example, see the article by Leo F. Walsh and Emil Moore entitled "Digital Timing Unit for Programming Biological Simulators "in The American Journal of Medical Electronics, Q1 1977, pages 29-34 referenced. The first patent to suggest digital techniques in the present art is U.S. Patent 3,557,796. There is disclosed an oscillator driving a binary counter. When the counter reaches a certain count, a signal is delivered that indicates the delivery of a cardiac stimulus caused. At the same time the counter is reset; he begins again to count the oscillator pulses. There is also a digital demand concept in which the counter returns after a natural heartbeat has been recorded.
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gestellt wird, und ein digitales Refraktärkonzept beschrieben, wonach das Ausgangssignal für eine vorgegebene Zeitspanne nach der Anlieferung eines Herzreizimpulses oder dem Erfassen eines natürlichen Schlages gesperrt wird.is provided, and a digital refractory concept is described, after which the output signal for a predetermined period of time after the delivery of a cardiac stimulation pulse or the Detection of a natural stroke is blocked.
Digitale Programmierverfahren sind aus den US-PSn 3 805 796 und 3 833 005 bekannt. Die zuletzt genannte Literaturstelle offenbart ferner eine digitale Steuerschaltung zum Steuern der Rate der Reizimpulse, indem ein zurückstellbarer Zähler veranlaßt wird, ständig bis zu einem gewissen Wert vorwärtszuzählen, der mit einem in einem Speicherregister einprogrammierten Wert verglichen wird. Dabei wird ferner die Ausgangsimpulsbreite eingestellt, indem der Widerstand in der die Impulsbreite vorgebenden RC-Schaltung umgeschaltet wird.Digital programming methods are known from US Patents 3,805,796 and 3,833,005 known. The latter reference also discloses a digital control circuit for controlling the rate of the stimulus pulses by causing a resettable counter to continuously count up to a certain value which is compared with a value programmed into a memory register. The output pulse width is also set by switching over the resistance in the RC circuit that specifies the pulse width.
Weiterer Stand der Technik, der sich mit für Herzschrittmacheranwendungen geeigneten Digitaltechniken befaßt, ergibt sich aus den US-PSn 3 431 860, 3 857 399, 3 865 119, 3 870 050, 4 038 991, 4 043 347, 4 049 003 und 4 049 004.Another state of the art that deals with pacemaker applications suitable digital techniques can be found in U.S. Patents 3,431,860, 3,857,399, 3,865,119, 3 870 050, 4 038 991, 4 043 347, 4 049 003 and 4 049 004.
Obwohl bereits vorgeschlagen wurde, verschiedene Parameter, nämlich die Impulsbreite und die Impulsfrequenz, bei einem implantierten Schrittmacher änderbar zu machen, besteht ein Bedarf nach einem Gerät, das in der Lage ist, in mehreren unterschiedlichen Schrittmacher- und/oder Überwachungsbetriebsarten zu arbeiten. Die bekannten Systeme können mittels einerAlthough it has already been proposed, various parameters, namely the pulse width and the pulse frequency, in one To make implanted pacemaker modifiable, there is a need for a device that is capable of several different Pacemaker and / or monitor modes of operation. The known systems can by means of a
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digitalen Zähle~rschaltung ein programmierbares Wort speichern, das kennzeichnend für eine gewünschte Rate oder Impulsbreite ist. Bei einem implantierten Gerät ist der Raum zur Unterbringung einer Mehrzahl von solchen Zählern, die es zulassen würden, eine Reihe solcher Funktionen zu programmieren, begrenzt. Außerdem ist die zur Speisung solcher Zähler verfügbare Energie sowie die Lebensdauer der internen Energiequelle im Hinblick auf die zu erwartende Stromentnahme in Betracht zu ziehen. In der einschlägigen Technik ist anerkannt, daß die Komplexheit der in einem implantierten Gerät vorgesehenen Schaltungsanordnung aufgrund zahlreicher Faktoren begrenzt ist, zu denen die Stromentnahme aus der Batterie und dementsprechend die erwartete Lebensdauer der Batterie gehören, bevor die Energiequelle des Gerätes im Rahmen eines chirurgischen Eingriffes ausgetauscht werden muß.digital counter circuit store a programmable word, which is indicative of a desired rate or pulse width. In the case of an implanted device, the room is for housing a plurality of such counters which would allow a number of such functions to be programmed. In addition, the energy available to feed such meters as well as the service life of the internal energy source to be taken into account with regard to the expected current draw. It is recognized in the art that numerous factors limit the complexity of the circuitry provided in an implanted device which includes the current draw from the battery and, accordingly, the expected battery life before the energy source of the device has to be replaced as part of a surgical procedure.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein implantierbares Gerät mit erhöhter Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zu schaffen, das die Durchführung einer Mehrzahl von Prozessen erlaubt, zu denen eine Gewebestimulierung und TeIemetrievorgänge gehören. Entsprechend einer bevorzugten Anwendung der Erfindung soll ein anpassungsfähiger, implantierbarer Mehrzweckschrittmacher geschaffen werden, der vor oder nach der Implantation programmiert werden kann, um in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand des Patienten für eine jeweils unterschiedliche Reizimpulsbeaufschlagung oder Fernmessung zuThe invention is accordingly based on the object of providing an implantable device with increased flexibility and adaptability that allows a variety of processes to be performed including tissue stimulation and telemetry belong. According to a preferred application of the invention, an adaptable, implantable Multipurpose pacemaker can be created that can be programmed to perform as a function of before or after implantation of the respective condition of the patient for a different stimulus impulse application or remote measurement
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sorgen. Es soll ein implantierbares elektrisches Gerät erhalten werden, das mit einem Nachrichtenverbindungsglied versehen ist, um Signale von und zu einem außerhalb des Körpers des Patienten angeordneten Sender zu übertragen, so daß Steuersignale Übermittelt werden können, um den von dem implantierten Gerät ausgeführten Prozeß zu beeinflussen, und daß die Aktivität des Gewebes (Herzens) betreffende Daten sowie Daten bezüglich der Funktionen des implantierten Gerätes von dem implantierten Gerät empfangen werden können.care for. It is to be obtained, an implantable electrical device that is provided with a message link to transmit signals to and from a arranged outside the body of the patient transmitters, so that control signals Submitted can be, in order to influence the running of the implanted device process, and that data relating to the activity of the tissue (heart) and data relating to the functions of the implanted device can be received by the implanted device.
Im Hinblick auf diese und weitere Aufgaben ist vorliegend ein implantierbares elektrisches Gerät, beispielsweise in Form eines Herzschrittmachers, offenbart, das eine Steuerung in Form eines digitalen Rechners, beispielsweise eines Mikroprozessors, und eines Speichers aufweist, in dem eine Mehrzahl von unterschiedlichen Prozessen oder Programmen zur Erzeugung von Reizimpulsen eingespeichert sind, die von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, um auf diese Weise dem Körpergewebe Reizimpulse zuzuführen. Daten, die einen Teil des im Speicher eingespeicherten Programms bilden, bestimmen beispielsweise die Impulsbreite der und die Periode zwischen den Reizimpulsen.With regard to these and other tasks, an implantable electrical device, for example in Form of a cardiac pacemaker, which has a control in the form of a digital computer, for example a microprocessor, and a memory in which a plurality of different processes or programs for generating of stimulus pulses are stored, which are executed by the microprocessor in order in this way to the body tissue To apply stimulation impulses. Data which form part of the program stored in the memory determine, for example the pulse width of and the period between stimulus pulses.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist für eine Verbindung zwischen dem implantierten elektrischen Gerät und einem externen Sender gesorgt, so daß verschlüsselteAccording to a further feature of the invention is for a connection between the implanted electrical device and an external transmitter so that encrypted
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Steuersignale zu dem implantierten elektrischen Gerät übermittelt werden können, wodurch der mittels der Steuerung bewirkte Prozeß geändert oder umprogrammiert wird. Die übermittelten Steuersignale können insbesondere die Adresse ändern, zu welcher der Mikroprozessor im Speicher Zugriff bekommt, so daß dann ein neuer Prozeß ausgeführt wird, der an der neuen Adresse beginnt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich mit den von dem externen Sender übermittelten Signalen der Speicher mit einer neuen Gruppe von Parametern umprogrammieren, so daß Variable wie die Impulsbreite oder Impulsamplitude, die Dauer zwischen den Reizimpulsen und die Empfindlichkeit des Meßverstärkers geändert werden können. Außerdem lassen sich Steuersignale übermitteln, um die Art der Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens zu ändern. Zu den gespeicherten, auswählbaren Betriebsarten gehören vorzugsweise eine Kammerbedarfsstimulation, eine asynchrone Kammerstimulation, eine bifokale Stimulation, eine vorhofsynchrone, kammergesperrte Stimulation (ASVIP), eine Streckung der Impulsbreite als Funktion der Spannung der Energiequelle oder Batterie, eine Stimulation mit automatischer SchwellwertnachfUhrung, bei der die Impulsbreite des Schrittmacherimpulses auf den Kleinstwert eingestellt wird, der noch zu einer Herzmitnahme führt, und eine Herzstimulation an mehreren Stellen zur Unterbrechung von Arrhythmien. Außerdem kann in den Speicher ein Programm oder Programme zur Durchführung einer Mehrzahl von Telemetriefunktionen eingespeichert werden. Dazu ge-Control signals can be transmitted to the implanted electrical device, whereby the effected by means of the controller Process is changed or reprogrammed. The transmitted control signals can in particular change the address, to which the microprocessor in memory has access, so that a new process is then carried out which is on the new address begins. In a further embodiment of the invention, the transmitted from the external transmitter can be used Reprogram the memory signals with a new set of parameters, making variables such as the pulse width or pulse amplitude, the duration between stimulus pulses and the sensitivity of the measuring amplifier can be changed. In addition, control signals can be transmitted in order to change the type of stimulation impulses applied to the heart. To the stored, selectable operating modes preferably include a chamber demand stimulation, an asynchronous chamber stimulation, a bifocal stimulation, atrial synchronous, ventricular-locked stimulation (ASVIP), an extension of the pulse width as a function of the voltage of the energy source or battery, a stimulation with automatic threshold value tracking, in which the pulse width of the pacemaker pulse is set to the smallest value that still leads to cardiac entrainment and cardiac stimulation at multiple points to interrupt arrhythmias. It can also be in memory a program or programs for performing a plurality of telemetry functions are stored. In addition
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hören insbesondere die Erfassung von verschiedenen Herzaktivitäten oder von anderen Körperfunktionen sowie die Übermittlung von Daten betreffend die Arbeitsweise des Schrittmachers, wie Kennwerte für die jeweilige Impulsbreite, Impulsamplitude, das Zwischenimpulsintervall, Strom und Spannung der Stromquelle, Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des implantierten Gerätes, Schrittmacherleitungsimpedanz und Schrittmacher-SelbstprUfprogramme. especially hear the recording of various cardiac activities or from other bodily functions as well as the transmission of data relating to the operation of the pacemaker, such as parameters for the respective pulse width, pulse amplitude, the interpulse interval, current and voltage of the power source, moisture content within the implanted device, Pacemaker lead impedance and pacemaker self-test programs.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Schrittmacher einen von dem Mikroprozessor gesteuerten Multiplexer zur Auswahl eines einer Mehrzahl von Eingängen auf, wodurch wahlweise nacheinander einzeln für die Herzaktivität des Patienten kennzeichnende Signale, z. B. Signale betreffend die Vorhof- und die Kammeraktivität, oder für andere Körperbedingungen oder Zustände, wie die Feuchtigkeit innerhalb des Schrittmachers, angelegt werden können, um von dem Mikroprozessor verarbeitet zu werden. Ein ausgewähltes Ausgangssignal des Multiplexers wird einer A/D-Umsetzer- und Normierungsverstärkerstufe zugeführt, wodurch das analoge Eingangssignal in ein Digitalsignal umgesetzt und auf die geeignete Größe gebracht wird, um von dem Prozessor verarbeitet zu werden.According to a further feature of the invention, the pacemaker comprises a multiplexer controlled by the microprocessor to select one of a plurality of inputs, whereby optionally one after the other for the cardiac activity of the Signals identifying patients, e.g. B. Signals relating to atrial and ventricular activity, or other body conditions or conditions, such as moisture applied inside the pacemaker, can be processed by the microprocessor to become. A selected output of the multiplexer is sent to an A / D converter and normalization amplifier stage supplied, whereby the analog input signal is converted into a digital signal and brought to the appropriate size to to be processed by the processor.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Speicher eine Mehrzahl von Blöcken zur jeweiligen Aufnahme eines von dem Mikroprozessor auszuführenden Programms auf. Bei einer solchen Aus- In a further embodiment of the invention, the memory has a plurality of blocks for each receiving a program to be executed by the microprocessor. With such training
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führungsform ist der Multiplexer mit Eingängen zur Aufnahme eines digital verschlüsselten Signals versehen, um eine Adressenänderung zu bewirken, wodurch ein Anfangsplatz in einem anderen Block adressiert werden kann, um die Durchführung des Programms in diesem Block zu bewirken. Das digital verschlüsselte Adressensignal kann gegebenenfalls an den Multiplexer des implantierten Schrittmachers von einem externen Sender aus übermittelt werden, so daß der Arzt in die Lage versetzt wird, das von dem Mikroprozessor ausgeführte Programm zu ändern, um je nach dem gegebenen Zustand des Patienten für eine andere Art der Reizimpulsbeaufschlagung zu sorgen.The management form is the multiplexer with inputs for receiving a digitally encrypted signal to cause a change of address, creating a starting place in a other block can be addressed to cause the execution of the program in that block. The digitally encrypted Address signal may optionally be sent to the multiplexer of the implanted pacemaker from an external transmitter are transmitted from, so that the doctor is able to change the program executed by the microprocessor, to provide a different type of stimulus application depending on the given condition of the patient.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung liefert der Mikroprozessor Ausgangssteuer- oder Taktsignale an eine Gruppe von Wählschaltern, von denen jeder mit einem eigenen Treiber und einer Leitung gekoppelt ist. Eine Leitung kann von dem Schrittmacher zu einer bestimmten Stelle des Herzens, z.B. zur Kammer oder zum Vorhof, zu einem anderen Körpergewebe, zu einem der Erfassung von Körperaktivität dienenden mechanischen Wandler oder zu einem innerhalb des Schrittmachers sitzenden Wandler führen, der einen Zustand des Schrittmachers, beispielsweise die Feuchtigkeit, erfaßt. Durch wahlweises Schließen eines der Wählschalter wird die betreffende Leitung angeschlossen, um beispielsweise Gewebe zu stimulieren oder ein Signal aufzunehmen, das kennzeichnend für einen zu überwachenden Zustand ist. Einem Ausfall einer Leitung kann dadurch begegnetIn accordance with a further feature of the invention, the microprocessor provides output control or clock signals to a group of selector switches, each of which is coupled to its own driver and line. A line can from that Pacemaker to a certain point of the heart, e.g. to the ventricle or to the atrium, to another body tissue a mechanical transducer used to detect physical activity or to one located inside the pacemaker Transducers lead to a state of the pacemaker, for example the humidity. By optionally closing one of the selector switches, the relevant line is connected, For example, to stimulate tissue or to pick up a signal that is indicative of a condition to be monitored is. A failure of a line can thus be countered
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werden, daß redundante Leitungen vorgesehen werden. Wird der Ausfall einer Leitung festgestellt, kann eine zweite Leitung zwischen dem Schrittmacher und dem Herz des Patienten angeschaltet werden, um weiter für eine Gewebestimulation oder eine Überwachung zu sorgen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Dekoder zum Erfassen und Entschlüsseln von digitalen Signalen vorgesehen, die von dem Speicher des Schrittmachers abgeleitet werden, um dem Schließen der betreffenden Schalter dienende Steuersignale zu erzeugen und anzulegen, so daß einer der mehreren Schalter und die jeweils zugehörige Leitung wahlweise an den Schrittmacher angekoppelt wird.that redundant lines are provided. Will the If one lead fails, a second lead can be connected between the pacemaker and the patient's heart to continue for tissue stimulation or to provide surveillance. According to a preferred embodiment of the invention, a decoder is for acquisition and decrypting digital signals derived from the memory of the pacemaker in order to provide the Closing the relevant switch to generate and apply serving control signals, so that one of the plurality of switches and the respective associated lead is optionally coupled to the pacemaker.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Oszillatorschaltung mit automatischer Rückstellung vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie die Adressiereinrichtung oder das Register des Mikroprozessors zurückstellt. Wenn daher ein externes Störsignal bewirkt, daß das Adressenregister einen freien oder falschen Platz innerhalb des Speichers des Systems adressiert, bleibt der Prozeß nicht unterbrochen. Vielmehr wird die Adressiereinrichtung nach einem vorbestimmten Intervall zurückgestellt, um den Prozeß von vorne beginnen zu lassen. Wenn die Adressiereinrichtung normal funktioniert, gibt der Mikroprozessor an die selbstrückstellende Oszillatorschaltung periodisch ein Sperrsignal, das verhindert, daß der Adressiereinrichtung ein Rückstellbefehl zugeführt wird.According to a further feature of the invention, an oscillator circuit with automatic reset is provided, which is designed to reset the addressing device or register of the microprocessor. So if a External interference signal causes the address register to have a free or incorrect location within the system's memory addressed, the process remains uninterrupted. Rather, the addressing device is reset after a predetermined interval in order to start the process from the beginning. If the addressing device works normally, there are the microprocessor periodically sends a blocking signal to the self-resetting oscillator circuit, which prevents a reset command from being fed to the addressing device.
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Das erfindungsgemäße Gerät gestattet es, die Schrittmacherimpulsbreite zu vergrößern, wenn die Versorgungsspannung absinkt. Durch das Vorhandensein von Mehrfachleitungen können nicht nur schadhafte Leitungen überbrückt werden. Es kann vielmehr für eine redundante Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung gesorgt werden; ferner kann diejenige Leitung ausgewählt werden, die den günstigsten Schwellwert für die Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung hat; es kann auch von einer Unipolarelektrode auf eine Bipolarelektrode übergegangen werden.The device according to the invention allows the pacemaker pulse width to increase when the supply voltage drops. Due to the presence of multiple lines you can not only damaged lines are bridged. Rather, it can be used for redundant recording of measured values and / or stimulation impulses to be taken care of; furthermore, that line can be selected which has the most favorable threshold value for the Has measured value acquisition and / or stimulation impulses; it can also be from a unipolar electrode to a bipolar electrode be passed over.
Das Gerät kann so ausgelegt sein, daß es aufgrund der erfaßten Signale selbsttätig die günstigste Betriebsart auswählt. Im Speicher können Selbstprüf- oder Datenerfassungsprogramme eingespeichert sein, um beispielsweise die Genauigkeit von peripheren Komponenten, z. B. der Meßverstärker, mit oder ohne Telemetrieübertragung zu kontrollieren.The device can be designed in such a way that it automatically selects the most favorable operating mode based on the detected signals. Self-test or data acquisition programs can be stored in the memory, for example to check the accuracy of peripheral components, e.g. B. the measuring amplifier, with or without telemetry transmission to control.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments explained in more detail. In the accompanying drawings show:
Fig. 1 ' eine schematische Darstellung einesFig. 1 'is a schematic representation of a
in einem Patienten implantierten programmierbaren Schrittmachers, zu und von dem Signale Übertragen werden,programmable pacemaker implanted in a patient, to and from which signals are transmitted,
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um das von dem implantierten Schrittmacher durchgeführte Programm zu ändern oder anzupassen und um für die Aktivität des Herzens (oder eines anderen Gewebes) kennzeichnende Signale auf einem externen Monitor wiederzugeben,the program performed by the implanted pacemaker to change or adapt and to allow for the activity of the heart (or other tissue) display characteristic signals on an external monitor,
Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild desFig. 2 is a functional block diagram of the
implantierten Schrittmachers nach Fig. 1,implanted pacemaker according to FIG. 1,
Fig. 3A ein Schaltbild der von dem Schritt3A is a circuit diagram of the step
macher nach Fig. 2 zu dem Herz des Patienten gehenden Verbindungen für eine Reizimpulsbeaufschlagung und Meßwerterfassung im Kammerbedarf sbetrieb,Makers of Fig. 2 to the patient's heart going connections for stimulating impulses and recording of measured values in the chamber operation,
Fig. 3B ein Schaltbild der von dem Schritt3B is a circuit diagram of the step
macher nach Fig. 2 zum Herz des Patienten führenden Verbindungen für eine A-V-Folgestimulation von Vorhof und Kammer,Maker of Fig. 2 leading to the heart of the patient connections for A-V follow-up stimulation of Atrium and chamber,
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Fig. 3C * ein Schaltbild der Verbindung zwiFig. 3C * a circuit diagram of the connection between
schen dem Schrittmacher nach Fig.2 und dem Vorhof sowie der Kammer
zur Durchführung einer vorhofsynchronen, kammergesperrten Stimulation
(ASVIP),between the pacemaker according to Figure 2 and the atrium and the ventricle
for performing atrial-synchronous, ventricular-locked stimulation (ASVIP),
Fig. 4A ein Ablaufdiagramm für die SchalFigure 4A is a flow chart for the scarf
ter und die Komponenten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A zur
Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation, ter and the components of the circuit arrangement according to FIG. 3A for
Carrying out a chamber demand stimulation,
Fig. 4B ein Ablaufdiagramm für die Betäti4B is a flow chart for the actuation
gung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3B zur Durchführung einer bifokalen Stimulation,supply of the switch and the components of FIG. 3B for implementation bifocal stimulation,
Fig. 4C ein Ablaufdiagramm für die Betäti4C is a flow chart for the actuation
gung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3C zur Durchführung einer ASVIP-Stimulation,supply of the switch and the components of Fig. 3C for implementation an ASVIP stimulation,
Fig. 5 ein Fließschema für eines von mehFig. 5 is a flow sheet for one of several
reren in dem Speicher des Schrittmachers nach Fig. 2 einzuspeichern-reren to be stored in the memory of the pacemaker according to FIG.
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den Programmen zur Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation entsprechend dem Ablaufdiagramm der Fig. 4A,the programs for carrying out a chamber demand stimulation according to the flow chart of FIG. 4A,
Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild ei 6 is a functional block diagram ei
ner weiteren Ausführungsform des Schrittmachers nach der Erfindung,Another embodiment of the Pacemaker according to the invention,
Fign. 7A und B Schaltbilder zweier AusführungsFigs. 7A and B circuit diagrams of two execution
formen des Schrittmachers nach Fig. 6, shaping the pacemaker according to Fig. 6,
Fig. 8 ein Funktionsblockschaltbild desFig. 8 is a functional block diagram of the
bei dem Schrittmacher nach den Fign. 6 und 7 vorgesehenen A/D-Umsetzers, with the pacemaker according to FIGS. 6 and 7 provided A / D converter,
Fig. 9 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Vor-/Rückwärtszählers nach Fig. 8, undFIG. 9 shows a graphic representation to explain the mode of operation of the up / down counter according to FIG. 8, and
Fig. 10 ein Schaltbild des Ä/D-UmsetzersFig. 10 is a circuit diagram of the A / D converter
nach Fig. 8.according to FIG. 8.
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Fig. 1 zeigt einen Schrittmacher, der auf eine Mehrzahl von Betriebsarten programmiert werden kann, so daß das Herz des Patienten, dessen Vorhof mit 40 und dessen Kammer mit 42 bezeichnet sind, auf unterschiedliche Weise mit Reizimpulsen beaufschlagt werden kann. Außerdem werden die elektrische Aktivität von Vorhof (Atrium) und Kammer (Ventrikel) oder von anderem Körpergewebe erfaßt, um entweder die Schrittmacherarbeitsparameter zu modifizieren oder um entsprechende Signale aus dem Körper 14 des Patienten heraus fernzuübertragen.Fig. 1 shows a pacemaker operating on a plurality of Modes of operation can be programmed so that the heart of the patient, whose atrium is denoted by 40 and whose chamber is denoted by 42 stimulation pulses can be applied in different ways. It also increases the electrical activity from the atrium (atrium) and chamber (ventricle) or from other body tissue to determine either the pacemaker operating parameters to modify or to transmit corresponding signals remotely from the body 14 of the patient.
Der Schrittmacher 12 weist ein gegenüber Körpergewebe und Fluiden widerstandsfähiges Gehäuse 13, eine erste Leitung 17, die mit dem Vorhof 40 gekoppelt und dort über eine Elektrode angebracht ist, sowie eine zweite Leitung 1? auf, die mit der Kammer 42 in Verbindung steht und an dieser über eine Elektrode festgelegt ist. Ein externer Sender 10 steht über eine Leitung 15 mit einer Spule oder Antenne 16 in Verbindung, die außerhalb des Körpers 14 des Patienten angeordnet ist, um über eine Hf-Verbindung Signale zu dem implantierten Schrittmacher 12 zu übertragen. Ein Monitor 63 ist an den Sender 10 über eine Leitung 59 angeschlossen. Der Sender 10 kann veranlaßt werden, über die Leitung 15 und die Antenne 16 Signale an den implantierten Schrittmacher 12 zu übermitteln, um diesen von einer Betriebsart auf eine ausgewählte andere Betriebsart übergehen zu lassen. Der Arzt kann auf diese Weise entsprechend einem geänderten Zustand des Patienten die Art und Weise vorgeben, inThe pacemaker 12 has a housing 13 that is resistant to body tissue and fluids, a first lead 17 which is coupled to the atrium 40 and attached there via an electrode, and a second lead 1? on, which is in communication with the chamber 42 and is fixed to this via an electrode. An external transmitter 10 is connected via a line 15 to a coil or antenna 16 which is arranged outside the patient's body 14 in order to transmit signals to the implanted pacemaker 12 via an RF connection. A monitor 63 is connected to the transmitter 10 via a line 59 . The transmitter 10 can be caused to transmit signals to the implanted pacemaker 12 via the line 15 and the antenna 16 in order to allow it to change from one operating mode to a selected other operating mode. In this way, the doctor can specify the manner in which the patient is in a changed condition
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der dem Herzen des Patienten Reizimpulse zugeführt werden. Es versteht sich, daß zum Zeitpunkt der chirurgischen Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 eine bestimmte Stimulationsart erwünscht sein kann. Nach dem Implantieren kann sich der Zustand des Patienten ändern. Eine andere Betriebsart kann dann erwünscht werden. Außerdem besteht der Wunsch, vom Körper des Patienten aus eine Reihe von Signalen zu übermitteln, die für verschiedene erfaßte Bedingungen kennzeichnend sind und die über die Antenne 16 und den .Sender 10 laufen, um auf dem Monitor 63 wiedergegeben zu werden. Der implantierte Schrittmacher 12 kann ferner, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einen weiteren Ausgang und eine mit einem Wandler 27 gekoppelte Leitung 25 aufweisen. Bei dem Wandler 27 kann es sich um einen die Bewegung eines Körperorgans erfassenden mechanischen Wandler handeln. Desweiteren kann der Schrittmacher 12 mit einem zusätzlichen Ausgang und einer Leitung 21 ausgestattet sein, die mit einem magnetisch betätigbaren Zungenschalter 23 verbunden ist, der sich vom Arzt dadurch betätigen läßt, daß ein externer Magnet in die Nähe des Schalters gebracht wird, um auf diese Weise den Schalter 23 zu schließen und eine Änderung der Betriebsweise des Schrittmachers 12 herbeizuführen. Eine Leitung 29 ist stellvertretend für eine Mehrzahl von Leitungen, die mit verschiedenen Stellen des Herzens gekoppelt sein können, um beispielsweise für eine Stimulation zu sorgen, die eine Arrhythmie unterdrückt, oder um redundante Leitungen bereitzustellen, die eine defekte Leitung 17 oder 19 ersetzen können.which stimulate impulses are delivered to the heart of the patient. It will be understood that at the time the pacemaker 12 is surgically implanted in the body 14, a particular type of stimulation may be desired. The patient's condition may change after implantation. Another operating mode may then be desired. In addition, there is a desire to transmit a series of signals from the patient's body which are characteristic of various detected conditions and which run via the antenna 16 and the transmitter 10 in order to be displayed on the monitor 63. The implanted pacemaker 12 can furthermore, as shown in FIG. 1, have a further output and a line 25 coupled to a transducer 27. The transducer 27 can be a mechanical transducer that detects the movement of a body organ. Furthermore, the pacemaker 12 can be equipped with an additional output and a line 21, which is connected to a magnetically operated reed switch 23, which can be operated by the doctor by bringing an external magnet close to the switch in order in this way to close the switch 23 and bring about a change in the mode of operation of the pacemaker 12. A line 29 is representative of a plurality of lines which can be coupled to different parts of the heart, for example to provide stimulation that suppresses an arrhythmia, or to provide redundant lines that can replace a defective line 17 or 19.
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ORJGlNAL INSPECTEDORJGlNAL INSPECTED
Fig. 2 zeigt ein Funktionsblockschaltbild des Schrittmachers 12, der als zentrales Steuerelement einen Mikroprozessor 100 und einen Multiplexer 106 aufweist, um analoge Daten aufzunehmen, die von einem ersten Eingang 138a, der über die erste Leitung 19 (Fig. 1) mit dem Ventrikel 42 gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang 138b kommen, der über die zweite Leitung 17 mit dem Atrium 40 (Fig. 1) in Verbindung steht. Die verschiedenen analogen (und digitalen) Eingänge werden von dem Multiplexer 106 unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 in vorbestimmter Weise ausgewählt sowie entsprechend den Prozessen oder Programmen verarbeitet, die in einem Speicher 102 eingespeichert sind.Figure 2 shows a functional block diagram of the pacemaker 12, which has a microprocessor 100 as the central control element and a multiplexer 106 to receive analog data from a first input 138a, which is via the first line 19 (Fig. 1) is coupled to the ventricle 42, and a second input 138b come, which via the second line 17 with communicates with the atrium 40 (FIG. 1). The various analog (and digital) inputs are used by the multiplexer 106 is selected in a predetermined manner under the influence of the microprocessor 100 and in accordance with the processes or programs processed, which are stored in a memory 102.
Der Mikroprozessor 100 ist über einen Adressenbus 112 mit dem Speicher 102 verbunden, so daß gespeicherte und mittels eines Adressenzählers 107 weitergeschaltete Adressen angelegt werden, um ausgewählte Plätze innerhalb des Speichers 102 zu adressieren. Die adressierten Daten werden von dem Speicher 102 über einen Datenbus 110 in den Mikroprozessor 100 überführt.The microprocessor 100 is via an address bus 112 with the Memory 102 connected so that stored addresses which are forwarded by means of an address counter 107 are applied, to address selected locations within memory 102. The addressed data are from the memory 102 via a Data bus 110 transferred to microprocessor 100.
Der Multiplexer 106 hat zusätzliche Eingänge 138c, d, e und f. Der Mikroprozessor 100 liefert Steuersignale über einen Eingangswählbus 120 an den Multiplexer 106, wodurch einer der Eingänge 138a bis f ausgewählt wird, um das betreffende Signal über eine Leitung 118, eine Normierungsverstärker- und Analog/Digital-Umsetzerstufe 108 sowie einen Bus 114 auf den Mikroprozessor 100 zu geben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Ausgangsspannung V einer Spannungsquelle 126 über den Eingang 138c an denThe multiplexer 106 has additional inputs 138c, d, e and f. The microprocessor 100 provides control signals over an input selection bus 120 to the multiplexer 106, whereby one of the inputs 138a to f is selected to transmit the signal in question a line 118, a normalization amplifier and analog-to-digital converter stage 108 and a bus 114 to the microprocessor 100. As is apparent from Fig. 2, the output voltage becomes V of a voltage source 126 via the input 138c to the
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Multiplexer 106 angelegt, um das Schrittmacherbetriebsverhalten in Abhängigkeit von Änderungen der Spannungsquelle in geeigneter Weise zu modifizieren. Beispielsweise ist es erwünscht, die Reizimpulsbreite zu vergrößern, wenn die Versorgungsspannung sinkt, um für einen Impuls mit mehr oder weniger konstanter Energie zu sorgen; es kann auch erwünscht sein, die Schrittmacherrate bei sinkender Versorgungsspannung herabzusetzen, um anzuzeigen, daß der Schrittmacher ausgewechselt oder eine Modifikation über eine externe Programmierung vorgenommen werden muß. Die Reserveeingänge 138d und 138e können beispielsweise ebenfalls an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angekoppelt sein, um die Aktivitäten dieser Bereiche des Herzens redundant zu überwachen. Die Auslegung kann so getroffen sein, daß der Mikroprozessor auswählt, welcher der Eingänge 138a, b, d und e für die wirkungsvollste Erfassung der Vorhof- und Kammersignale sorgt oder von der Spannungsquelle 120 die geringste Energie erfordert oder eine Herzarrhythmie am wirkungsvollsten unterbricht. Der Eingang 138f kann über die Leitung 21 mit dem Zungenschalter 23 verbunden sein. Wenn dann der Arzt einen externen Magneten so anordnet, daß der Schalter 23 schließt, wird der Mikroprozessor 100 veranlaßt, das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm zu wechseln oder zu ändern. Der Multiplexer wählt oder steuert der Reihe nach einen der Eingänge 138a bis f an, um den betreffenden Eingang über die Leitung 118, die Stufe 108 und den Bus 114 mit dem Mikroprozessor 100 zu verbinden. Der MultiplexbetriebMultiplexer 106 applied to pacemaker performance to modify appropriately depending on changes in the voltage source. For example, it is desirable to increase the stimulus pulse width when the supply voltage drops in order for a pulse with more or less to provide constant energy; it may also be desirable to reduce the pacemaker rate when the supply voltage drops, to indicate that the pacemaker has been replaced or modified via external programming must become. The reserve inlets 138d and 138e can also be provided to the chamber 42 and the atrium, for example 40 be coupled in order to redundantly monitor the activities of these areas of the heart. The interpretation can be made so be for the microprocessor to select which of the inputs 138a, b, d and e for the most efficient detection of the Provides atrial and ventricular signals or requires the least amount of energy from the voltage source 120 or a cardiac arrhythmia interrupts most effectively. The input 138f can be connected to the reed switch 23 via the line 21. if then the doctor arranges an external magnet so that the switch 23 closes, the microprocessor 100 is caused to to change or change the program stored in the memory 102. The multiplexer selects or controls the series to one of the inputs 138a to f to the relevant input via the line 118, the stage 108 and the bus 114 to connect to the microprocessor 100. The multiplex operation
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ist vorgesehen, um den Schaltungsaufwand für die Verarbeitung
der Analoginformationen zu vermindern, die den Eingängen 138a bis f zugeführt werden, sowie um ferner den Energiebedarf für
diese Funktion herabzusetzen. Ohne den Multiplexer 106 müßte
für jeden der Eingänge 138a bis f eine eigene Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 vorgesehen werden. Durch
die Verwendung des Multiplexers 106 wird infolgedessen die
Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 vermindert; gleichzeitig verkleinert sich dadurch der Schaltungsaufwand für den
Schrittmacher 12.is provided in order to reduce the circuit complexity for the processing of the analog information which is fed to the inputs 138a to f, as well as in order to further reduce the energy requirement for this function. Without the multiplexer 106 would have to
a separate normalization amplifier and A / D converter stage 108 can be provided for each of the inputs 138a to f. By
the use of the multiplexer 106 thus becomes the
Current draw from voltage source 126 reduced; At the same time, this reduces the circuit complexity for the pacemaker 12.
Der Mikroprozessor 100 legt über eine Leitung 116 ein Normierungssteuersignal
an die Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an. Dadurch wird der Verstärkungsfaktor des
einen Teil der Stufe 108 bildenden Verstärkers so beeinflußt, daß den unterschiedlichen Amplituden der Signale Rechnung
getragen wird, die den Eingängen 138a bis f des Multiplexers
106 zugehen. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 126 kann beispielsweise (anfangs) in der Größenordnung von 1,3 bis 6 V
liegen, während die von dem Vorhof 40 und der Kammer 42 abgeleiteten Herzaktivitätssignale beispielsweise eine Spannung in
der Größenordnung von 1 bis 20 Millivolt haben können. Das Ausgangssignal
der Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 ist eine Folge von digitalen Signalen, die in dem Mikroprozessor 100,
und zwar insbesondere in den Registern des Mikroprozessors 100, eingespeichert werden. Entsprechend einer bevorzugten Ausfüh-The microprocessor 100 applies a normalization control signal to the normalization amplifier and A / D converter stage 108 via a line 116. This increases the gain of the
a part of the stage 108 forming amplifier so that the different amplitudes of the signals into account
carried to the inputs 138a to f of the multiplexer
106 to be received. The output voltage of the voltage source 126 can, for example (initially) be on the order of 1.3 to 6 V, while the cardiac activity signals derived from the atrium 40 and the chamber 42 can have a voltage on the order of 1 to 20 millivolts, for example. The output signal of the amplifier and A / D converter stage 108 is a sequence of digital signals that are in the microprocessor 100,
in particular in the registers of the microprocessor 100 are stored. According to a preferred embodiment
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rungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor 100 in CMOS-Technik mit niedrigem Schwellwert ausgeführt, was für eine relativ geringe Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 sorgt.Rung form of the invention, the microprocessor 100 is implemented in CMOS technology with a low threshold value, what for a relatively low current draw from the voltage source 126 ensures.
Eine wesentliche Komponente des Schrittmachers 12 ist der Speicher 102, der zweckmäßig einen Festspeicherteil (ROM) 102a und einen Speicherteil 102b mit direktem Zugriff (RAM) aufweisen kann. In dem Festspeicherteil 102a sind die grundlegenden Schritte jeder einer Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten (oder anderen Prozessen) gespeichert. Andererseits ist eine Mehrzahl von Parametern oder ganzen Programmen in dem RAM-Speicherteil 102b eingespeichert; dieser Teil läßt sich zu einem späteren Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem sich ändernden Zustand des Patienten umprogrammieren. Der Speicher 102 kann zum Zeitpunkt der Herstellung, vor der Implantation im Körper 14 des Patienten oder über eine externe Speicherladeschnittstelle 104 programmiert werden, die über eine Hf-Verbindung oder eine akustische Verbindung 105 mit dem Speicher 102 gekoppelt ist. Als Schnittstelle 104 lassen sich bekannte Geräte (US-PS 3 833 005 und US-PS 4 066 086) verwenden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein Empfängerfilter vorgesehen sein, das Folgen von Hf-Impulsen erfaßt, die von einem externen Sender übermittelt werden und die derart verschlüsselt sind, daß ein in dem Speicher 102 eingespeichertes Programm umprogrammiert wird oder An essential component of the pacemaker 12 is the memory 102, which can expediently have a read-only memory part (ROM) 102a and a memory part 102b with direct access (RAM). The basic steps of each of a plurality of pacemaker modes (or other processes) are stored in the read-only memory part 102a. On the other hand, a plurality of parameters or whole programs are stored in the RAM storage part 102b; this part can be reprogrammed at a later time depending on the changing condition of the patient. The memory 102 can be programmed at the time of manufacture, prior to implantation in the patient's body 14, or via an external memory charging interface 104 that is coupled to the memory 102 via an RF connection or an acoustic connection 105. Known devices (US Pat. No. 3,833,005 and US Pat. No. 4,066,086) can be used as the interface 104. In this context, for example, a receiver filter can be provided which detects sequences of RF pulses which are transmitted by an external transmitter and which are encrypted in such a way that a program stored in the memory 102 is reprogrammed or
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daß alternativ ein Parameter geändert wird, der an einem Speicherplatz des Speichers 102 eingespeichert ist.that alternatively a parameter which is stored in a memory location of the memory 102 is changed.
Wenn daher nach der Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 des Patienten der Arzt eine Änderung des Zustands des Patienten beobachtet, können das Programm oder spezielle Variablen eines in dem RAM-Teil 102b eingespeicherten Programms umprogrammiert werden, um für eine Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens zu sorgen, die sich für den geänderten Zustand am besten eignet. Im Rahmen der Stimulation treten verschiedene Parameter auf, wie die Impulsbreite des Reizimpulses, die Rate oder Frequenz der Impulszuführung, die Zeitdauer zwischen dem Anlegen eines Impulssignals und der Erfassung der darauf zurückgehenden Herzaktivität, während deren die Meßvorrichtung unwirksam gemacht wird, und die Impulsamplitude. Typischerweise wird jeder dieser Parameter beispielsweise in Form eines 8-bit-Wortes bestimmt, das in einem Wortplatz des RAM-Teils 102b des Speichers 102 eingespeichert wird. Wenn es daher erwünscht ist, die Impulsbreite zu ändern, braucht der Arzt nur über die Schnittstelle 104 und die Verbindung 105 in einen bekannten, adressierbaren Wortplatz innerhalb des RAM-Teils 102b ein neues 8-bit-Wort einzugeben, das kennzeichnend für die neue Impulsbreite ist, mit der der Schrittmacher 12 arbeiten soll. Eine neue Stimulationsart kann gleichfalls in den RAM-Teil 102b einprogrammiert werden, indem über die Schnittstelle 104 die betreffenden Schritte des neuenTherefore, if, after the pacemaker 12 is implanted in the patient's body 14, the doctor sees a change in condition of the patient can be observed, the program or special variables of a program stored in the RAM part 102b can be reprogrammed to provide stimulation to the heart that is appropriate for the changed State best suited. Various parameters occur during stimulation, such as the pulse width of the stimulus pulse, the rate or frequency of pulse delivery, the duration between the application of a pulse signal and the detection of the resulting cardiac activity, during this the measuring device is made ineffective, and the pulse amplitude. Typically, each of these parameters is for example determined in the form of an 8-bit word, which is stored in a word location of the RAM part 102b of the memory 102 will. Therefore, if it is desired to change the pulse width, the physician need only via interface 104 and the link 105 to enter a new 8-bit word in a known, addressable word space within the RAM part 102b, which is indicative of the new pulse width with which the pacemaker 12 is to operate. A new type of stimulation can can also be programmed into the RAM part 102b by the relevant steps of the new
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Prozesses eingegeben werden. Alternativ läßt sich eine Betriebsartänderung dadurch bewirken, daß der Anfangsplatz des gewünschten Programms von dem RAM-Teil 102b in den Adressenzähler 107 des Mikroprozessors 100 eingegeben wird, um das Adressieren des nächsten Programms innerhalb des ROM-Teils 102a des Speichers 102 auszulösen. Wenn beispielsweise die anfängliche Betriebsart des Schrittmachers 12 eine Kammerbedarf sstimulation ist und es sich als wünschenswert herausstellt, auf eine A-V-Folgestimulation überzugehen, gibt der Arzt die neue Anfangsadresse für die A-V-Folgestimulationsart über die Schnittstelle 104 ein, um Zugriff zu einem anderen Abschnitt des ROM-Teils 102a zu erhalten, wodurch der Mikroprozessor 100 in der nächsten Betriebsart zu funktionieren beginnt.Process. Alternatively, you can change the operating mode thereby causing the starting location of the desired program from RAM portion 102b to be in the address counter 107 of the microprocessor 100 is entered in order to address the next program within the ROM part 102a of the memory 102 to trigger. For example, when the initial mode of operation of the pacemaker 12 is a chamber demand sstimulation and it turns out to be desirable to switch to A-V follow-up stimulation, the Doctor the new starting address for the A-V follow-up stimulation type via the interface 104 to gain access to another portion of the ROM portion 102a, whereby the Microprocessor 100 begins to function in the next mode of operation.
Wie weiter unten noch näher erläutert ist, ist es zweckmäßig, die Energie jedes dem Herzen des Patienten zugeführten Reizimpulses konstant zu halten, auch wenn sich der Spannungspegel der Energiequelle 126, beispielsweise einer Batterie, im Laufe der Zeit verringert. Entpsrechend F.ig. 2 legt der Multiplexer 106 die Batteriespannung V über den Eingang 138c an den Mikroprozessor 100 periodisch an, der unter dem Einfluß eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms die gemessene Spannung mit verschiedenen vorbestimmten Spannungen vergleicht, die in dem ROM-Teil 102a oder dem RAM-Teil 102b eingespeichert sind. Auf diese Weise erfolgt eine EinstellungAs will be explained in more detail below, it is useful to measure the energy of each stimulus pulse supplied to the heart of the patient to keep constant, even if the voltage level of the energy source 126, for example a battery, in Decreased over time. According to F.ig. 2 sets the multiplexer 106 periodically applies the battery voltage V via the input 138c to the microprocessor 100, which is under the influence of a program stored in the memory 102, the measured voltage with various predetermined voltages compares stored in the ROM part 102a or the RAM part 102b. In this way an adjustment is made
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der Impulsbreite des Reizimpulses, um den Energieinhalt, d. h. die Fläche unterhalb der Reizimpulskurve, im wesentlichen konstant zu halten.the pulse width of the stimulus pulse to determine the energy content, d. H. the area below the stimulus curve to keep essentially constant.
Der Speicher 102 kann mit einem Programm beladen werden, das eine Selbstauswahl trifft. Mit anderen Worten, ein derartiges Programm kann auf Herzsignale ansprechen, die an die Eingänge 138a und b angelegt werden, um den Zustand des Herzens zu bestimmen und in Abhängigkeit von dem erfaßten Zustand eines von mehreren Programmen auszuwählen. Die Unterscheidungseigenschaften der auf die atriale P-Welle und die ventrikuläre R-Welle zurückgehenden Eingangssignale sind in der Veröffentlichung "Electrocardial Electrograms and Pacemaker Sensing" von P. Hoezler, V. de Caprio und S. Furman in "Medical Instrumentation" Band 10, No. 4, Juli/August 1976, im einzelnen erörtert. Die Kriterien, anhand deren diese Herzsignale erkannt und verglichen werden sollen, werden in dem Speicher 102 eingespeichert. Wenn eine Änderung festgestellt wird, kann der Mikroprozessor selbsttätig eine andere Schrittmacherbetriebsart auswählen, die für die geänderten Bedingungen des Herzens des Patienten geeignet ist, ohne daß ein Eingriff von außen durch einen Arzt über die externe Speicherladeschnittstelle 104 notwendig wird.The memory 102 can be loaded with a program that makes a self-selection. In other words, such a program can respond to cardiac signals sent to the inputs 138a and b are applied to determine the condition of the heart and, depending on the sensed condition, one select from several programs. The distinguishing features of the on the atrial P-wave and the ventricular R-wave declining input signals are in the publication "Electrocardial Electrograms and Pacemaker Sensing" by P. Hoezler, V. de Caprio and S. Furman in "Medical Instrumentation" Volume 10, No. 4, July / August 1976, discussed in detail. The criteria by which this Cardiac signals to be recognized and compared are stored in memory 102. When a change is detected the microprocessor can automatically select a different pacemaker mode for the changed Conditions of the heart of the patient is suitable without an external intervention by a doctor via the external memory charging interface 104 becomes necessary.
Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann der Speicher des Schrittmachers 12 so programmiert werden, daß er als au-According to a further operating mode, the memory of the pacemaker 12 can be programmed in such a way that it is used as an
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tomatischer Schwellwertnachlaufschrittmacher funktioniert, wobei die Energie der an die Kammer 42 (oder den Vorhof 40) angelegten Reizimpulse schrittweise abgesenkt werden kann, bis keine Mitnahme mehr erfolgt, d.h. bis die Reizimpulse keine Kammerkontraktion mehr auslösen,die sich durch eine innerhalb einer Meß- oder Überwachungsperiode erfaßte R-Welle bemerkbar macht. Wenn bei dieser Betriebsart die R-Welle innerhalb der Meßperiode erfaßt wird, wird ein Steuersignal erzeugt, aufgrund· dessen die Impulsenergie um einen vorgegebenen Betrag abgesenkt wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Impulsbreite vermindert wird, bis keine vom Schrittmacher ausgelöste R-Welle mehr festgestellt wird. Dann vergrößert das Programm die Impulsbreite, bis die R-Welle wieder erscheint. Auf diese Weise wird die Energieentnahme aus der Spannungsquelle 126 minimiert, weil die Impulsbreite auf einen Wert eingestellt wird, der gerade ausreicht, um die Mitnahme des Herzens aufrechtzuerhalten. automatic threshold tracking pacemaker works, where the energy of the stimulus pulses applied to the chamber 42 (or the atrium 40) can be gradually decreased until no more entrainment takes place, i.e. until the stimulation impulses no longer trigger a ventricular contraction, which is caused by an inside R-wave detected during a measuring or monitoring period noticeable. If in this operating mode the R wave is within the Measuring period is detected, a control signal is generated, on the basis of which the pulse energy is reduced by a predetermined amount will. This is preferably done by decreasing the pulse width until there is no pacemaker triggered R-wave more is noted. Then the program increases the pulse width until the R wave reappears. In this way the energy draw from the voltage source 126 is minimized because the pulse width is set to a value which is just enough to keep the heart entrained.
Die Steuerausgangssignale des Mikroprozessors werden bei der Schaltungsauslegung nach Fig. 2 über Leitungen 131 an Latchtreiber 134 sowie über einen Bus 132 an entsprechende Wählschalter 130 angelegt, die entsprechend den im Speicher 102 eingespeicherten Prozessen zweckentsprechende Schrittmacherimpulse über die Leitungen 17 und 19 (oder 29) auf den Vorhof 40 und/oder die Kammer 42 des Herzens geben. Dabei ist die Leitung 131a mit einem ersten oder Kammertreiber (oder -Verstärker) 134a gekoppelt, der seinerseits mit seinerIn the circuit configuration according to FIG. 2, the control output signals of the microprocessor are applied via lines 131 to latch driver 134 and via a bus 132 to corresponding selector switches 130, which generate appropriate pacemaker pulses via lines 17 and 19 (or 29) in accordance with the processes stored in memory 102 enter the atrium 40 and / or the chamber 42 of the heart. The line 131a is coupled to a first or chamber driver (or amplifier) 134a, which in turn is connected to his
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eigenen Gruppe von Bipolar/Unipolar-Wählschaltern 130a verbunden ist. Den Treiberverstärkern 134b, c und d ist jeweils eine entsprechende Gruppe von Wählschaltern zugeordnet. Beispielsweise ist der Ausgang des Treibers 134b mit Wählschaltern 130b verbunden, um den Vorhof über Leiter 17a, 17b und 17c anzusteuern. Die Treiber 134a bis 134d können Spannungserhöhungsstufen, z.B. Spannungsverdoppler oder -verdreifacher, aufweisen, um den Ausgangsspannungspegel auf den Wert anzuheben, der notwendig ist, um das Herzgewebe bei vorgegebener Spannung der Energiequelle wirkungsvoll zu stimulieren. Die Wählschalter 130 werden mit Hilfe von Signalen gesteuert, die vom Mikroprozessor über den Bus 132 kommen, um wahlweise das Ausgangssignal des ersten Treibers 134a an vorbestimmte der Ausgänge 19a, 19b und 19c anzulegen. Die Schalter 130 sind dabei an die Ventrikelleitung 19 angeschlossen, die in bekannter Weise (US-PS 4 010 758) als Koaxialleitung ausgebildet sein kann, die über den Leiter 19a mit einer Spitzenelektrode und über den Leiter 19c mit einer Ringelektrode verbunden sein kann. Außerdem ist ein Leiter 19b vorhanden, der an eine Platte angeschlossen ist, die von dem Metallbehälter oder Gehäuse 13 gebildet wird, innerhalb dessen der Schrittmacher 12 untergebracht ist. Im normalen bipolaren Betrieb lassen die Wählschalter 130 die negativen und positiven Reizimpulse über die Leiter 19a und 19c der koaxialen Leitung zu der Spitzenelektrode bzw. der Ringelektrode gelangen. Wenn es erwünscht ist, die Reizimpulsbeaufschlagung im herkömmli-own group of bipolar / unipolar selector switches 130a connected is. The driver amplifiers 134b, c and d are each assigned a corresponding group of selector switches. For example the output of driver 134b is connected to selector switches 130b to the atrium via conductors 17a, 17b and 17c to be controlled. The drivers 134a to 134d can increase voltage levels, e.g. voltage doubler or tripler, in order to raise the output voltage level to the value which is necessary to effectively stimulate the heart tissue at a given voltage of the energy source. the Selector switches 130 are controlled by signals coming from the microprocessor over bus 132 to selectively to apply the output of the first driver 134a to predetermined ones of the outputs 19a, 19b and 19c. The switches 130 are connected to the ventricular line 19, which is formed in a known manner (US Pat. No. 4,010,758) as a coaxial line which can be connected via the conductor 19a to a tip electrode and via the conductor 19c to a ring electrode can be. In addition, there is a conductor 19b which is connected to a plate formed by the metal container or housing 13 within which the pacemaker 12 is housed. In normal bipolar operation, the selector switches 130 release the negative and positive stimulus pulses reach the tip electrode and the ring electrode via the conductors 19a and 19c of the coaxial line. if it is desirable to stop the stimulation pulse application in the conventional
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chen Unipolarbetrieb durchzuführen, wird eine negative Spannung über den Leiter 19a an die Spitzenelektrode gegeben, während eine positive Spannung über den Leiter 19b an die Platte geht. Die Ringelektrode ist dabei nicht angeschlossen.to carry out unipolar operation becomes a negative one Voltage is applied to the tip electrode via the conductor 19a, while a positive voltage is applied to the via the conductor 19b Plate goes. The ring electrode is not connected.
Es ist nicht nur erwünscht, im bipolaren oder unipolaren Betrieb arbeiten zu können, sondern es soll auch ein gegenüber Fehlern unempfindlicher Schrittmacher geschaffen werden, bei dem im Falle der Ermittlung einer fehlerhaften Leitung aufgrund einer mangelhaften Verbindung einer Elektrodenleitung mit dem Herzgewebe oder wegen Bruchs oder Beschädigung einer Leitung der Mikroprozessor 100 geeignete Steuersignale über den Bus 132 an die Wählschalter 130 gibt, wodurch eine andere Kombination von Leitungen (oder Leitern innerhalb der Leitungen) selektiv angekoppelt wird, um die Schrittmacherimpulse der Kammer 42 zuzuführen. Die Wählschalter 130 können beispielsweise so angeordnet sein, daß die Leiter 19a und 19c untereinander verbunden werden können. Alternativ werden die Wählschalter 130 wahlweise so geschlossen, daß Herzimpulse zwischen den Leiter 19a oder den Leiter 19b und den Leiter 19c angelegt werden. Wenn einer der Leiter 19a oder 19b ausfällt, kann dann der andere ohne weiteres an dessen Stelle treten, um den Impuls weiterhin dem Herzen an zwei Stellen zuzuführen.It is not only desirable to be able to work in bipolar or unipolar mode, but a pacemaker insensitive to errors should also be created, in which, in the event of a defective lead due to a defective connection of an electrode lead to the heart tissue or due to breakage or damage On a line, the microprocessor 100 provides appropriate control signals over the bus 132 to the selector switches 130, thereby selectively coupling another combination of lines (or conductors within the lines) to deliver the pacing pulses to the chamber 42. The selector switches 130 can be arranged, for example, so that the conductors 19a and 19c can be connected to one another. Alternatively, the selector switches 130 are selectively closed so that heart pulses are applied between the conductor 19a or the conductor 19b and the conductor 19c. If one of the conductors 19a or 19b fails, the other can easily take its place in order to continue to deliver the pulse to the heart at two points.
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Der Ausfall einer der Leitungen 17 oder 19 läßt sich durch Verlust der Mitnahme ermitteln, d.h. dadurch, daß an dem Eingang 138b nach der Impulsbeaufschlagung des Ventrikels kein Herzaktivitätssignal erscheint. Alternativ dazu zeigt die Messung einer hohen Impedanz zwischen den Leitern 19a und 19b der Koaxialleitung 19 einen Ausfall der Leitung an, der auf die Ausbildung von Narbengewebe zwischen der Spitzen- oder der Ringelektrode und dem Ventrikel 42 oder auf den Bruch einer der Leiter zurückzuführen sein kann. Nach Feststellung eines solchen Ausfalls wählt der Mikroprozessor 100 einen anderen Prozeß oder ein anderes im Speicher 102 eingespeichertes Programm aus, um Signale einem der Wählschalter 130 zuzuführen und einen Wiederanschluß der Leitung 19 (oder 29) in der oben geschilderten Weise zu veranlassen.The failure of one of the lines 17 or 19 can be through Detect the loss of entrainment, i.e. by the fact that at the input 138b after the impulse has been applied to the ventricle no cardiac activity signal appears. Alternatively, the measurement shows a high impedance between the conductors 19a and 19b of the coaxial line 19 indicates a failure of the line, which is due to the formation of scar tissue between the Tip or ring electrode and the ventricle 42 or the breakage of one of the conductors. To Upon detection of such a failure, the microprocessor 100 selects another process or another in the memory 102 stored program to apply signals to one of the selector switches 130 and reconnect the line 19 (or 29) in the manner described above.
Ein Ausgangssignal des Mikroprozessors geht auch an einen zweiten oder Vorhoftreiberverstärker 134b, dessen Ausgang mit einer weiteren Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden ist, um über eine entsprechende Gruppe von Leitern oder Leitungen 17 an den Vorhof 40 des Patienten (Fig. 1) angekoppelt zu werden. Desweiteren sind Reserveverstärker 134c und 134d vorhanden, die Ausgangssignale des Mikroprozessors 100 aufnehmen und die an weitere Gruppen von Wählschaltern 130 angeschlossen sind. Solche Gruppen von Wählschaltern 130 können mit dem Herz des Patienten über redundante Leitungen verbunden sein. Beispielsweise können die Ausgänge der VerstärkerAn output of the microprocessor also goes to a second or atrial driver amplifier 134b, the output of which is connected to a further group of selector switches 130 in order to have a corresponding group of conductors or lines 17 to be coupled to the atrium 40 of the patient (Fig. 1). There are also spare amplifiers 134c and 134d present, take up the output signals of the microprocessor 100 and connected to further groups of selector switches 130 are. Such groups of selector switches 130 can be connected to the patient's heart via redundant lines be. For example, the outputs of the amplifier
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134c und 134d auch in redundanter Weise an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angeschlossen sein. Wenn eine der Leitungen 19 oder 17 brechen sollte oder der Widerstand zwischen der zugehörigen Elektrode und dem Herz übermäßig hoch wird, kann eine redundante Leitung zwischen dem Mikroprozessor 100 und dem Herz durch entsprechende Betätigung der betreffenden Wählschaltergruppe 130 eingeschaltet werden. Um die Impedanz einer der Leitungen 17 und 19 zu messen, ist die betreffende Leitung an eine Ausgangsstufe angeschlossen, die in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird und die einen Ladekondensator aufweist. Die Ladedauer dieses Kondensators ist kennzeichnend für die von der zugehörigen Leitung gebildete Impedanz. Im Betrieb wird der Ausgangskondensator aufgeladen. Nach dessen Aufladung wird die Ausgangsstufe betätigt, um eine Entladung des Kondensators zu bewirken. Dadurch wird ein Reizimpuls über die zugehörige Leitung an das Herz gegeben. Die zur Aufladung des Ausgangskondensators erforderliche Zeitspanne kann zeitlich bestimmt werden, indem über ein Programm des Speichers 102 ein Zähler gestartet wird. Der Zählvorgang wird fortgesetzt, bis die Ladespannung an dem Ausgangskondensator einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Spannungspegel des Kondensators wird unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 wiederholt gemessen; falls der vorbestimmte Pegel nicht überschritten ist, wird der Zählvorgang fortgesetzt. Wenn die Ladespannung des Kondensators den vorbestimmten Wert erreicht hat, hört der Zählvorgang auf; der betreffende Zählwert wird als Kennwert für die Impe- 134c and 134d may also be connected to chamber 42 and atrium 40 in a redundant manner. If one of the lines 19 or 17 should break or the resistance between the associated electrode and the heart becomes excessively high, a redundant line between the microprocessor 100 and the heart can be switched on by actuating the relevant selector switch group 130 accordingly. In order to measure the impedance of one of the lines 17 and 19, the line in question is connected to an output stage which is explained in connection with FIG. 3 and which has a charging capacitor. The charging time of this capacitor is characteristic of the impedance formed by the associated line. The output capacitor is charged during operation. After it has been charged, the output stage is actuated to cause the capacitor to discharge. As a result, a stimulus pulse is given to the heart via the associated line. The period of time required for charging the output capacitor can be determined in terms of time by starting a counter via a program in the memory 102. The counting process continues until the charging voltage on the output capacitor reaches a predetermined value. The voltage level of the capacitor is measured repeatedly under the influence of the microprocessor 100; if the predetermined level is not exceeded , the counting process is continued. When the charging voltage of the capacitor has reached the predetermined value, the counting process stops; the relevant counter value is used as a characteristic value for the impe-
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ORH3INAL INSPECTEDORH3INAL INSPECTED
danz der Leitung benutzt. Wenn die Leitung unterbrochen ist, ist die Leitungsimpedanz hoch, was eine größere Ladezeitdauer zur Folge hat. Liegt dagegen in der Leitung ein Kurzschluß vor, ist die Ladedauer verhältnismäßig kurz. Es werden erste und zweite Zeitgrenzwerte vorgegeben, um festzustellen, ob die Leitung kurzgeschlossen ist oder ob die Leitungsimpedanz entsprechend einem Leitungsbruch zu hoch ist. In jedem Fall werden diese Grenzwerte, die die Form von Zeitzählwerten haben, überprüft; falls sie über- bzw. unterschritten werden, wird die defekte Leitung durch eine redundante zweite Leitung ersetzt.danz the line used. If the line is broken, the line impedance is high, which results in a longer charging time. If, on the other hand, there is a short circuit in the line before, the charging time is relatively short. First and second time limit values are specified to determine whether the line is short-circuited or whether the line impedance is too high due to a line break. In any case these limit values, which are in the form of time counting values, are checked; if they are exceeded or not reached, the defective line is replaced by a redundant second line.
Die Reservetreiber 134c und d können vorgesehen werden, um für eine Reizung an mehreren unterschiedlichen Stellen, z.B. fünf Stellen, zu sorgen, um auf diese Weise Arrhythmien zu unterbrechen, die der Schrittmacher 12 gegebenenfalls erfaßt. Alternativ lassen sich die zusätzlichen Treiber 134c und d heranziehen, um eine Polarisationsspannung auf den Leitungen 17 und 19 nach der Reizimpulsbeaufschlagung zu beseitigen, oder um im Falle von mit hoher Frequenz arbeitenden Schrittmachern den Ausgangskondensator rasch aufzuladen. Arrhythmien lassen sich feststellen, indem die Zeitverzögerung zwischen der elektrischen Aktivität einer ersten Stelle des Herzens,z.B. dem Vorhof und der Erfassung der Herzaktivität an einer zweiten Stelle, z.B. dem Ventrikel, gemessen wird. Wenn die Verzögerung eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise 100 bis 200 ms, unterschreitet, ist dies ein Hinweis auf eine mögli-The spare drivers 134c and d can be provided to provide stimulation in several different places, e.g. five places, in order to cause arrhythmias in this way interrupt, which the pacemaker 12 may detect. Alternatively, the additional drivers 134c and d can be used to set a polarization voltage on the lines 17 and 19 to be eliminated after the stimulus has been applied, or, in the case of high-frequency pacemakers, to quickly charge the output capacitor. Arrhythmias can be determined by measuring the time lag between electrical activity at a first point in the heart, e.g. the atrium and the detection of cardiac activity at a second location, e.g. the ventricle. When the delay falls below a predetermined period of time, for example 100 to 200 ms, this is an indication of a possible
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ehe Arrhythmie. Arrhythmien werden in erster Linie dadurch verursacht, daß im Herz des Patienten ein zweiter konkurrierender ektopischer Fokus auftritt, der in Konkurrenz mit dem typischerweise im Vorhof erscheinenden Primärfokus schlägt. Die beiden Schlagzentren konkurrieren untereinander unter Ausbildung einer Arrhythmie, wodurch die Herzaktivität erratisch wird und Blut nicht mehr wirkungsvoll gepumpt wird. Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform sind mehrere Elektroden, von denen jede mit einem Treiberverstärker 134 und einem Wählschalter 130 verbunden ist, an eine entsprechende Anzahl von ausgewählten Stellen des Herzens des Patienten angekoppelt. Eine solche Leitung wird ausgewählt, um dem Herz Reizimpulse zuzuführen, während mittels der restlichen leitungen die resultierenden Herzaktivitäten an den anderen Stellen erfaßt werden. Mittels eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms werden Zeitfenster fUr jede der vier Leitungen vorgegeben, innerhalb deren Herzaktivitätssignale empfangen werden. Erscheinen die Signale nicht innerhalb der betreffenden Zeitfenster, ist dies ein Hinweis auf eine mögliche Arrhythmie. Falls ein erfaßtes Signal nicht innerhalb des ihm zugeordneten Zeitfensters auftritt, wird eine andere der mehreren Leitungen ausgewählt, um die Reizimpulse zuzuführen. Die verbleibenden Leitungen erfassen die resultierenden Herzaktivitätssignale. Wenn die erfaßten Signale nicht in den zugehörigen Zeitfenstern erscheinen, nachdem die neue Reizleitung ausgewählt wurde, wirdbefore arrhythmia. Arrhythmias are primarily caused by this causes a second competing ectopic focus to appear in the patient's heart, which is in competition with beats the primary focus that typically appears in the atrium. The two striking centers compete with each other with the formation of an arrhythmia, which makes heart activity erratic and blood no longer pumps effectively will. According to an expedient embodiment a plurality of electrodes each connected to a drive amplifier 134 and a selector switch 130 are on a corresponding number of selected locations of the patient's heart is coupled. Such a line is selected, to deliver stimulation impulses to the heart while the resulting cardiac activities are carried out by means of the remaining lines are recorded at the other places. By means of a program stored in the memory 102, time windows for each of the four lines specified, within whose cardiac activity signals are received. The signals appear not within the relevant time window, this is an indication of a possible arrhythmia. If a detected signal does not occur within the time window assigned to it, another of the several lines is selected to to deliver the stimulation impulses. The remaining lines detect the resulting cardiac activity signals. If the detected signals do not appear in the associated time windows after the new stimulus conduction has been selected
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wiederum eine andere Leitung bestimmt. Wird auf diese Weise die Arrhythmie nicht unter Kontrolle gebracht, ist das Programm so ausgelegt, daß Reizimpulse sämtlichen Leitungen zugehen, um die Herzaktivität unter Kontrolle zu bringen. Die Zeitdauern, innerhalb deren die Herzaktivitätssignale empfangen werden sollen, werden vorgegeben, wie dies unten in Verbindung mit den Fign. 4 und 5 erläutert ist.again determined another line. Will this way If the arrhythmia is not brought under control, the program is designed to stimulate all lines to get the heart activity under control. The time periods within which the cardiac activity signals are to be received, are specified as shown below in connection with FIGS. 4 and 5 is explained.
Der Schrittmacher 12 bildet auf diese Weise ein in hohem Maße flexibles und anpassungsfähiges Gerät, das eine Vielzahl von Faktoren zu korrigieren oder zu kompensieren gestattet. Dazu gehören Schwierigkeiten bei der Meßwerterfassung, zeitliche Schwankungen der von der Energiequelle abgegebenen Spannung und unvorhergesehene Störsignalquellen. Beispielsweise werden in den Speicher Prozesse oder Programme eingegeben, um die R-Wellen anhand von Hauptmerkmalen zu erfassen wie der Neigung des EKG-Signals, der Impulsbreite der R-Welle vom Ventrikel 42, der Amplitude der R-Welle, der Ähnlichkeit der R-Welle mit einem vorhergehenden EKG-Komplex und dergleichen. Außerdem ist der Speicher 102 so programmiert, daß externe Wechselspannungs-Störquellen ignoriert oder unwesentliche Muskelsignale außer Acht gelassen oder ausgefiltert werden. Die Vorteile eines derart anpassungsfähigen Schrittmachers 12 liegen darin, daß ein einziger Schrittmacher vorgesehen werden kann, der entsprechend einer Vielzahl von Operationen programmierbar ist und der sich bei sich ändern-The pacemaker 12 thus forms a high Dimensions flexible and adaptable device that allows to correct or compensate a multitude of factors. These include difficulties in recording measured values and fluctuations over time from the energy source output voltage and unforeseen sources of interference. For example, processes or programs are stored in the memory input to capture the R waves based on key characteristics such as the slope of the EKG signal, the pulse width of the R wave from ventricle 42, the amplitude of the R wave, the Similarity of the R wave to a previous EKG complex and the like. In addition, the memory 102 is programmed to that external AC voltage sources of interference are ignored or insignificant muscle signals are ignored or filtered out will. The advantages of such an adaptable pacemaker 12 are that a single pacemaker is provided which can be programmed according to a large number of operations and which changes with
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der Technologie ständig umprogrammieren läßt. Von der Herstellerseite her ist es nicht mehr notwendig, jede festverdrahtete Schaltung zu modifizieren, um gesonderte Hybridschaltungen zu entwickeln, die sich voneinander durch verhältnismäßig geringfügige Merkmale unterscheiden, beispielsweise durch eine Änderung des Eingangsfilters, der Impulsbreite oder der Impulsfrequenz. Ein weiterer Vorteil des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 ist darin zu sehen, daß eine Hauptfehlerquelle bekannter festverdrahteter Schrittmacher ausgeschaltet wird, nämlich die die Frequenz und Impulsbreite bestimmenden Zeitglied-Kondensatoren. Derzeit werden bei festverdrahteten Schrittmachern RC-Ladevorgänge ausgenutzt, um die erwünschten Zeitsteuerfunktionen durchzuführen, beispielsweise um die Impulsbreite, die Impulsfrequenz und die Refraktärdauer zu bestimmen. Die Erfahrung lehrt, daß Kondensatoren in derartigen Schaltungen eine Hauptursache für einen Ausfall sein können.that allows technology to be constantly reprogrammed. From the manufacturer's point of view, it is no longer necessary to modify every hard-wired circuit in order to develop separate hybrid circuits that differ from one another in relatively minor features, for example by changing the input filter, the pulse width or the pulse frequency. Another advantage of the pacemaker 12 of FIG. 2 is that it eliminates a major source of error in known hardwired pacemakers, namely the timing capacitor capacitors which determine the frequency and pulse width. Currently, hardwired pacemakers use RC charges to perform the timing functions desired, such as determining pulse width, pulse rate, and refractory duration. Experience teaches that capacitors in such circuits can be a major cause of failure.
Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann als Mikroprozessor 100 ein Mikroprozessor verwendet werden, der von der RCA Corporation unter der Bezeichnung "CDP 1802 COSMAC" oder "CDP 1804 COSMAC" (processing on-chip memory) auf den Markt gebracht wird.In the present embodiment of the invention, a microprocessor may be used as the microprocessor 100, which is brought from the RCA Corporation under the name "CDP 1802 COSMAC" or "CDP 1804 COSMAC" (processing on-chip memory) on the market.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist jeder der Treiber 134 mit einer eigenen Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden, wodurch As can be seen from FIG. 2, each of the drivers 134 is connected to its own group of selection switches 130 , whereby
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ein Reizimpuls mittels einer der Leitungen 17 oder 19 einem entsprechenden Teil des Herzens zugeführt wird. Außerdem legt der Multiplexer 106 ein Wählsignal, das mittels der Leitungen 19 und 17 von der Kammer 42 und dem Vorhof 40 abgeleitet wird, an den Mikroprozessor 100 an. Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Treiberverstärker 134 und der Wählschalter 130 zur Zuführung der Reizimpulse über die Leitung 19 an den Ventrikel 42, um für eine Kammerbedarfsstimulation zu sorgen. Die betreffenden Zeitsteuerintervalle sind in Fig. 4A veranschaulicht. Die Schrittmacherausgangsstufe besteht aus einem Ausgangstransistor Qy, über den die an einem Kondensator C. anstehende Spannung über die Leitung 19 wahlweise an die Kammer 42 ankoppelbar ist. Ein Ausgangssteuersignal Twv des Mikroprozessors 100 wird über die Leitung 131a, den Verstärker 134a und einen Widerstand Ry~ der Basis des Transistors Qy zugeführt, wodurch dieser leitend gemacht wird. Infolgedessen wird der zuvor aufgeladene Kondensator Cy nach Masse entladen; über die Leitung 19 wird an die Kammer 42 des Patienten ein Reizimpuls mit einer Impulsbreite angelegt, die derjenigen des Signals T^y entspricht. Der Wählschalter 130a wird für eine vorbestimmte Dauer mittels eines Steuersignals T^y geschlossen, das über den Bus 132 zugeführt wird, um den Kondensator Cy in dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Steuersignalen Ty,y wieder aufzuladen. Das Steuersignal TWy macht auf diese Weise den Transistor Qy selektiv leitend und nichtleitend, wodurch eine ent-a stimulus pulse is fed to a corresponding part of the heart by means of one of the lines 17 or 19. In addition, the multiplexer 106 applies a dialing signal, which is derived from the chamber 42 and the atrium 40 by means of lines 19 and 17, to the microprocessor 100. 3A shows an exemplary embodiment for the arrangement of the driver amplifiers 134 and the selection switches 130 for supplying the stimulus pulses via the line 19 to the ventricle 42 in order to provide for a ventricular demand stimulation. The timing intervals involved are illustrated in Figure 4A. The pacemaker output stage consists of an output transistor Qy, via which the voltage present at a capacitor C. can optionally be coupled to the chamber 42 via the line 19. An output control signal T wv of the microprocessor 100 is fed via the line 131a, the amplifier 134a and a resistor Ry ~ to the base of the transistor Qy, whereby the latter is made conductive. As a result, the previously charged capacitor Cy is discharged to ground; A stimulus pulse with a pulse width which corresponds to that of the signal T ^ y is applied to the chamber 42 of the patient via the line 19. The selector switch 130a is closed for a predetermined period by means of a control signal T ^ y, which is supplied via the bus 132, in order to recharge the capacitor Cy in the interval between successive control signals Ty, y. In this way, the control signal T W y makes the transistor Qy selectively conductive and non-conductive, whereby a de-
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sprechende Folge von Reizimpulsen über die Leitung 19 an die Kammer 42 geht. Im unipolaren Schrittmacherbetrieb ist die Platte oder das Gehäuse 13 des Schrittmachers 12 mit der anderen Klemme der Batterie verbunden.speaking sequence of stimulus pulses via the line 19 to the chamber 42 goes. In unipolar pacemaker mode, the Plate or housing 13 of pacemaker 12 connected to the other terminal of the battery.
Wie aus Fig. 3A hervorgeht, ist die Kammerleitung 19 ferner über den Leiter 138a an den Multiplexer angeschlossen, und zwar insbesondere an einen Schalter 106a1, der in Abhängigkeit von einem Zeitfenstersignal T<- schließt. Auf diese Weise wird ein Signal, das kennzeichnend für die Kammeraktivität ist, über die Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an den Mikroprozessor 100 angelegt. Die Kammerleitung 19 ist über die Leitung 138a, einen Kondensator Cl, Widerstände Rl und R2 sowie einen Verstärker 139 mit dem Multiplexschalter 106a1 verbunden. Bei einem Vergleich des Funktionsblockschaltbilds der Fig. 2 mit der Schaltungsauslegung nach Fig. 3A (sowie den Fign. 3B und C) ist zu berücksichtigen, daß zwischen den Komponenten dieser Fign. keine genaue Korrespondenz besteht. Obwohl ausgeführt ist, daß gewisse Schalter, insbesondere der Schalter 106a1, einen Teil des Multiplexers 106 darstellen, besteht ein schaltungsmäßiger Unterschied darin, daß bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A (und 3B und C) Meßverstärker, z.B. der Kammermeßverstärker 139, vorgesehen sind, während der Multiplexer 106 nach Fig. 2 einen bestimmten einer Mehrzahl von Analogeingängen mit einem einzigen Verstärker 108 verbindet. Daher ist davon auszugehen, daß die beispielshalber inAs can be seen from FIG. 3A, the chamber line 19 is also connected to the multiplexer via the conductor 138a, in particular to a switch 106a 1 which closes as a function of a time window signal T <-. In this way, a signal indicative of the chamber activity is applied to the microprocessor 100 via the amplifier and A / D converter stage 108. The chamber line 19 is connected to the multiplex switch 106a 1 via the line 138a, a capacitor C1, resistors R1 and R2 and an amplifier 139. When comparing the functional block diagram of FIG. 2 with the circuit layout according to FIG. 3A (as well as FIGS. 3B and C) it must be taken into account that between the components of these FIGS. no exact correspondence exists. Although it is stated that certain switches, in particular the switch 106a 1 , constitute part of the multiplexer 106, there is a circuit difference in that measuring amplifiers, for example the chamber measuring amplifier 139, are provided in the circuit arrangement according to FIG. 3A (and 3B and C) , while the multiplexer 106 of FIG. 2 connects a particular one of a plurality of analog inputs to a single amplifier 108. It can therefore be assumed that the examples in
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Fig. 3A (sowie den Fign. 3B und C) dargestellten Schaltfunktionen auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden können. Beispielsweise kann der Multiplexschalter 106a' durch einen Wählschalter 130 ersetzt oder ergänzt werden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und Rl steht mit Masse über einen Kondensator C2 in Verbindung. Wie aus Fig. 4A folgt, ist es erwünscht, den Verstärker 139 während gewisser Zeitspannen, der Refraktärperiode, innerhalb deren kein Kammersignal erfaßt werden soll, auf Masse zu halten (zu klemmen). Für diesen Zweck wird ein Zeitsteuersignql T~jw ^ker die Leitung 120 an den Wählschalter 130c angelegt, wodurch die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und Rl während der Refraktärperiode an Masse gelegt wird. Die von den Widerständen Rl und R2 sowie den Kondensatoren Cl und C2 gebildete Schaltung dient als Koppelschaltung zwischen dem Kammermeßverstärker 13? und dem Herz. Wenn der Multiplexschalter 106a1 geschlossen und der Eingang des Kammermeßverstärkers 139 an Masse gelegt wird, ist es erwünscht, für eine Trennung zwischen Masse und dem Herz zu sorgen, weil das Herz andernfalls erheblichen Schaden nehmen könnte. Für diesen Zweck sind der Widerstand Rl und der Kondensator Cl zwischen Masse und das Herz eingefügt. Der Kondensator C2 dient ferner als Tiefpaß, um Störsignale auszufiltern, die auf der Leitung 19 vorhanden sein können, und um die Schließwirkung des Wählschalters 130c zu dämpfen. Der Kammermeßver-3A (and FIGS. 3B and C) shown switching functions can be carried out in different ways. For example, the multiplex switch 106a ′ can be replaced or supplemented by a selector switch 130. The connection point between the resistors R2 and Rl is connected to ground via a capacitor C2. As can be seen from FIG. 4A, it is desirable to hold the amplifier 139 at ground (clamped) during certain periods of time, the refractory period, during which no chamber signal is to be detected. For this purpose, a time control signal T ~ jw ^ ker is applied to line 120 to selector switch 130c, whereby the connection point between resistors R2 and R1 is connected to ground during the refractory period. The circuit formed by the resistors R1 and R2 and the capacitors C1 and C2 serves as a coupling circuit between the chamber measuring amplifier 13? and the heart. When the multiplex switch 106a 1 is closed and the input of the ventricular amplifier 139 is connected to ground, it is desirable to provide a separation between ground and the heart, because otherwise the heart could be seriously damaged. For this purpose the resistor R1 and the capacitor C1 are inserted between ground and the heart. The capacitor C2 also serves as a low-pass filter in order to filter out interference signals which may be present on the line 19 and in order to attenuate the closing action of the selector switch 130c. The chamber measurement
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stärker kann die Form eines bekannten Operationsverstärkers haben. Der Widerstand R2 ist mit dem Eingang des Verstärkers verbunden, um in bekannter Weise dessen Verstärkungsfaktor einzustellen.stronger may take the form of a known operational amplifier. The resistor R2 is connected to the input of the amplifier connected to adjust its gain in a known manner.
Fig. 4A zeigt ein Ablaufdiagramm für die Kammerbedarfsstimulation entsprechend den Ausgangs/Eingangs-Verbindungen der Fig. 3A, um mittels der Anordnung nach Fig. 2 die Kammer 42 mit Reizimpulsen zu beaufschlagen. Zur Zeit t„ wurde ein Kammerreizimpuls gerade über die Leitung 1? an die Kammer 42 des Patienten angelegt. Danach wird der RV-Verstärker 139 durch Schließen des Wählschalters 130c für die Refraktärperiode von tn bis t, nach Masse geklemmt. Während der Refraktärperiode wird der Kondensator CV wieder aufgeladen, indem das Steuersignal T-v angelegt wird, um den Wählschalter 130a zu schliessen. Dadurch wird die Spannung V zum Wiederaufladen des Kondensators Cy angelegt. Zum Zeitpunkt der Implantation des Schrittmachers 12 und bei frischer Batterie 126 liegt die Refraktärperiode typischerweise in der Größenordnung von 325 ms. Während der Refraktärperiode wird die Herzaktivität der Kammer 42 nicht erfaßt, weil verschiedene Stör- oder Fremdsignale im Ventrikel 42 vorhanden sein können, deren Aufnahme nicht erwünscht ist. Nach der Refraktärperiode wird beginnend mit dem Zeitpunkt t, der Wählschalter 130c geöffnet, während der Schalter 106a1 schließt. Wenn das Herz ein R-Wellensignal erzeugt, das über die Leitung 19, den Leiter 138a und den Kam-FIG. 4A shows a flow chart for the chamber demand stimulation corresponding to the output / input connections of FIG. 3A in order to apply stimulation pulses to the chamber 42 by means of the arrangement according to FIG. 2. At time t “a ventricular stimulus was just sent over line 1? applied to the chamber 42 of the patient. Thereafter, the RV amplifier 139 is clamped to ground by closing the selector switch 130c for the refractory period from tn to t1. During the refractory period, the capacitor CV is recharged by applying the control signal T- v to close the selector switch 130a. This applies the voltage V to recharge the capacitor Cy. At the time of implantation of the pacemaker 12 and with a fresh battery 126, the refractory period is typically on the order of 325 ms. During the refractory period, the cardiac activity of the chamber 42 is not detected because various interfering or extraneous signals may be present in the ventricle 42, the recording of which is not desired. After the refractory period, starting at time t, the selector switch 130c is opened while the switch 106a 1 closes. When the heart generates an R-wave signal that travels through line 19, conductor 138a, and cam-
S0988B/0Q0*S0988B / 0Q0 *
merverstärker 139 an den geschlossenen Schalter 106a1 geht, antwortet der Mikroprozessor 100 darauf durch Zurückstellen des Zeitsteuerzyklus auf tQ. Das Auftreten des R-Wellensignals vom Ventrikel 42 läßt erkennen, daß die Herzaktivität normal ist und daß es nicht erwünscht ist, ein konkurrierendes Kammerreizsignal zuzuführen. Solange daher das Herz des Patienten ein R-Wellensignal erzeugt, gibt der Schrittmacher 12 kein Ventrikelstimulationssignal ab. Wenn jedoch die Meßdauer von t, bis t2 abgelaufen ist, ohne daß eine R-Welle erfaßt wurde, erzeugt der Mikroprozessor 100 ein Zeitsteuersignal T^,,., das über den Leiter 131a, den Verstärker 134a und den Widerstand R^. an die Basis des Transistors Qw geht. Dadurch wird der Transistor Qw leitend gemacht. Der Kondensator Cw entlädt sich rasch über das Herz (dargestellt durch den Widerstand R-) so daß an die Kammer 42 ein Reizimpuls über die Leitung 19 und das Gehäuse 13 angelegt wird. Während der Reizperiode von t~ bis t^ wird der Kammerverstärker 139 mittels des geschlossenen Schalters 130c auf Masse gehalten. Aufgrund der vorstehenden Diskussion versteht es sich, daß die verschiedenen Perioden, die der Impulsbreite des Kammerimpulses zwischen den Zeitpunkten t~ und t- sowie der Refraktärperiode zwischen t« und t, entsprechen, eingestellt oder umprogrammiert werden können, indem neue 8-bit-Wörter gemußt Fig. 2 in den Speicher 102 eingegeben werden.When amplifier 139 goes to closed switch 106a 1 , microprocessor 100 responds by resetting the timing cycle to t Q. The appearance of the R-wave signal from ventricle 42 indicates that cardiac activity is normal and that it is undesirable to deliver a competing ventricular pace signal. Therefore, as long as the patient's heart is generating an R-wave signal, the pacemaker 12 will not deliver a ventricular stimulation signal. If, however, the measurement period from t 1 to t 2 has elapsed without an R-wave being detected, the microprocessor 100 generates a timing signal T ^ ,,., Which via the conductor 131a, the amplifier 134a and the resistor R ^. goes to the base of transistor Qw. This makes the transistor Qw conductive. The capacitor Cw rapidly discharges through the heart (represented by the resistor R-) so that a stimulus pulse is applied to the chamber 42 via the line 19 and the housing 13. During the stimulation period from t ~ to t ^, the chamber amplifier 139 is kept at ground by means of the closed switch 130c. Based on the discussion above, it will be understood that the various periods corresponding to the pulse width of the chamber pulse between times t 1 and t 1 and the refractory period between t 1 and t 1 can be set or reprogrammed by adding new 8-bit words 2 must be entered into memory 102.
Fig. 5 zeigt ein Fließschema für die bei der Kammerstimulation im Bedarfsbetrieb ablaufenden Schritte. Zu diesem FließschemaFIG. 5 shows a flow diagram for the steps which take place in the case of the chamber stimulation in the demand mode. About this flow chart
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ORlGiNAU INSPECTEDORlGiNAU INSPECTED
gehört das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 4A; die Verbindungen der Ausgangs- und Eingangsstufen an den Schrittmacher 12 der Fig. 2 entsprechen denjenigen der Fig. 3A. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mikroprozessor 100 mehrere Hinweisadressenregister zur Speicherung von Hinweisadressen oder Adressen von Wortplätzen im ROM-Teil 102b des Speichers 102 auf. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Mikroprozessor 100 die folgenden Register für das Einspeichern der angegebenen Hinweisadressen:includes the flow chart of FIG. 4A; the connections the output and input stages to the pacemaker 12 of FIG FIGS. 2 correspond to those of FIG. 3A. According to one embodiment of the invention, the microprocessor 100 several pointer address registers for storing pointer addresses or addresses of word locations in the ROM part 102b of the Memory 102. In this embodiment, the Microprocessor 100 uses the following registers for storing the specified address addresses:
R(O) = Programmzähler (PC)R (O) = program counter (PC)
R(3) = Schleifenzähler (LC)R (3) = loop counter (LC)
R(4) = Zeitzähler (TC)R (4) = time counter (TC)
R(A) = Hinweisadresse für Ausgangszustandstabelle (QP)R (A) = reference address for output status table (QP)
R(B) = Hinweisadresse für Zeitdauertabelle (TP)R (B) = reference address for duration table (TP)
R(C) = Hinweisadresse für Spannungsübergangspunkttabelle (VP)R (C) = reference address for voltage transition point table (VP)
R(D) = Hinweisadresse für Refraktärdauer (TR) R(E) = Eingangshinweisadresse (VDD)R (D) = reference address for refractory period (TR) R (E) = input reference address (VDD)
Ferner werden dem Mikroprozessor, wie anhand der Fign.7A und 7B erläutert, die Flageingangssignale für den Zungenschalter (EF2) und die R-Welle (EFl) zugeführt. Die Notation für die Flageingänge und die Hinweisadressen sowie die Zähler wird in der ganzen folgenden Programmaufstellung benutzt. Wie bei Mikroprozessoren üblich weist der Mikroprozessor 100 den Adressenzähler 107 auf, der für jeden Schritt des ProgrammsFurthermore, as explained with reference to FIGS. 7A and 7B, the position input signals for the reed switch are supplied to the microprocessor (EF2) and the R-wave (EFl) supplied. The notation for the flag inputs and the reference addresses as well as the counters is used in all of the following program listing. As in As is customary in microprocessors, the microprocessor 100 has the address counter 107, which is used for each step of the program
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Of«GWAL INSPECTED Of «GWAL INSPECTED
während dieser unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 durchgeführt wird, um eins weiterschaltet, um den nächsten Platz im Speicher 102 zu bezeichnen, aus.dem Information auszulesen ist. Die anhand der Fig. 5 zu erläuternden Schritte in Verbindung mit einer Kammerbedarfsstimulation wurden unter Verwendung eines Mikroprozessors RCA COSMAC durch die folgenden Maschinenbefehle ausgeführt:during this under the influence of the microprocessor 100 is performed to increment by one to designate the next location in memory 102, from the information is to be read out. The steps to be explained with reference to FIG. 5 in connection with a chamber demand stimulation were using an RCA COSMAC microprocessor executed by the following machine instructions:
adresse
(Hexadecimal)Storage
address
(Hexadecimal)
NotationenSymbolic
Notations
inhalte
(Hexadecimal)Storage
content
(Hexadecimal)
speicher
stellestep
Storage
Job
909886/0909909886/0909
NotationenSymbolic
Notations
inhalte
(Hexadecimal)Storage
content
(Hexadecimal)
adresse
(Hexadecimal)Storage
address
(Hexadecimal)
BO I
AC J F8.
BO I
AC J
speicher
stellestep
Storage
Job
= VPSet R (C)
= VP
ibJ IBl
ibJ
= TRPlace R (D)
= TR
= VDDSet R (E)
= VDD
H(VDD)Read AD
H (VDD)
PQ + 1 M (QP) - »OFF
PQ + 1
VP + 1VP + 1
VP =£. VDDIf DF = I
VP = £. VDD
VergleicheVPVDD
Comparisons
VPVDD
VergleicheBranches off
VPVDD
Comparisons
R(B) BY2Decrease
R (B) BY2
90988B/090«90988B / 090 «
NotationenSymbolic
Notations
inhalte
(Hexadecimal)Storage
content
(Hexadecimal)
speicher
stellestep
Storage
Job
adresse
(Hexadecimal)Storage
address
(Hexadecimal)
R(C) BYlDecrease
R (C) BYl
A-D 62 (15)Question
AD 62 (15)
TR + 1M (TR) - »D,
TR + 1
LC = 2No- »after test 224
LC = 2
Prüfe 0 05 (LC = 0)Check 0 05 (LC = 0)
GLO, 3GLO, 3
XRIXRI
R(3)-«-DR (3) - «- D
232232
226 226226 226
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Speicher- Symbolische Speicheradresse Notationen InhalteMemory Symbolic memory address Notations Contents
(Hexadecimal) (Hexadecimal)(Hexadecimal) (Hexadecimal)
BemerkungenRemarks
Schrittspeicher stelleStep memory place
0202
BR STRT-IBR STRT-I
SEX,A AUS LDA PLO,SEX, A FROM LDA PLO,
BR DECTCBR DECTC
0202
30 Ist LC=230 If LC = 2
226226
Zweige abLC = 2,
Branches off
eingangR-wave test
entry
R-WelleneingangNo, branches off
R wave input
terTest tongue scarf
ter
TCYes, after decrease
TC
Nein,Zungenschal- 230 terNo, reed switch
STRT-IBranches off after
STRT-I
QP + 1M (QP) - * OFF,
QP + 1
TP + 1M (TP) - »TC,
TP + 1
Adresse Bemerkung Bemerkung/AssemblerAddress Comment Comment / assembler
Sprache MaschinensprachencodeLanguage machine language code
10 60 12 60 12 52 48 44 40 36 0010 60 12 60 12 52 48 44 40 36 00
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Fig. 5 zeigt ein Fließschema der Schritte, welche die vorstehend zusammengestellten Befehle darstellen. Der entsprechende Schritt für die zugehörigen Befehle ist unter der Überschrift "Schrittspeicherstelle" zu finden. Das Programm beginnt mit dem Startschritt 200 und geht dann zu dem Schritt 202 über, wo der von dem Register R(3) gebildete Schleifenzähler LC entsprechend dem an der Speicheradresse 04 gespeicherten Befehl auf Null gesetzt wird. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, sind bei der Betriebsart Kammerbedarfsstimulation ein Refraktärzustand entsprechend der Refraktärperiode, während deren der Kammerverstärker 139 geklemmt wird, eine Meß- oder Überwachungsperiode, während deren die elektrische Kammeraktivität erfaßt und ausgewertet wird, und ein Impulsbreitenzustand vorgesehen, währenddessen der ventrikuläre Reizimpuls an den Ventrikel 42 des Patienten angelegt wird. Das Programm durchläuft drei Mal für jeden der drei erwähnten Zustände in Schleifenform die Schritte nach Fig. 5, wobei der Schleifenzähler LC nach Abschluß jeder Schleife verringert wird, um erkennen zu lassen, daß der Prozeß zu dem nächsten Zustand weitergegangen ist.Figure 5 is a flow chart of the steps which make up the instructions compiled above. The corresponding step for the associated commands can be found under the heading "Step memory location". The program begins with the start step 200 and then proceeds to the step 202, where the loop counter LC formed by the register R (3) is set to zero in accordance with the instruction stored at the memory address 04. As can be seen from Fig. 4A, a refractory state corresponding to the refractory period during which the chamber amplifier 139 is clamped, a measuring or monitoring period during which the electrical chamber activity is detected and evaluated, and a pulse width state, during which the ventricular Stimulus pulse is applied to the ventricle 42 of the patient. The program loops through the steps of FIG. 5 three times for each of the three mentioned states, the loop counter LC being decremented after the completion of each loop to show that the process has proceeded to the next state.
Zunächst wird der Schleifenzähler LC beim Schritt 204 auf Null gesetzt. Der Prozeß geht jetzt auf den Schritt 206 über, innerhalb dessen die oben definierten Hinweisadressen VP, QP, TP und TR auf ihre Ausgangspunkte gestellt werden. Beispielsweise ist VP die Hinweisadresse für die Spannungsübergangspunkttabelle. Im Schritt 206 wird das Register R(C) auf den ersten Platz inFirst, the loop counter LC is set to zero in step 204. The process now proceeds to step 206 within whose reference addresses VP, QP, TP and TR defined above are set to their starting points. For example is VP the reference address for the voltage transition point table. In step 206 the register R (C) is set to the first place in
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der Übergangspunkttabelle gesetzt, welche die Spannungen vorgibt, mit denen die Ausgangsspannung V der Spannungsquelle 124 verglichen werden soll. Die Hinweisadresse QP für die im Register R(A) gespeicherte Ausgangszustandstabelle gibt den Platz innerhalb der Ausgangszustandstabelle an, der kennzeichnet, in welchem der Zustände nach Fig. 4A sich der Prozessor befindet, d.h. in der Refraktärperiode, der Meß- oder Überwachungsperiode oder in der Impulsgabe- oder Impulsbreitenperiode. Die Ausgangszustandstabelle sieht wie folgt aus:of the transition point table, which specifies the voltages with which the output voltage V of the voltage source 124 is to be compared. The QP reference address for the im Output status table stored in register R (A) indicates the space within the output status table which identifies in which of the states according to FIG. 4A the processor i.e. in the refractory period, the measuring or monitoring period or in the pulsing or pulse width period. The initial status table looks like this:
RefraktärzustandRefractory state
Meß- oder Überwachungszustand PulsbreitenzustandMeasurement or monitoring status Pulse width status
Im Schritt 208 weist dann der Mikroprozessor 100 den A/D-Umsetzer 108 an, eine digitale Kenngröße für die Versorgungsspannung V auszulesen. Im Schritt 210 wird der im Mikroprozessorregister R(A) gespeicherte Ausgangszustand QP um eins weitergeschaltet, d.h. auf den nächsten Ausgangszustand gebracht. An dieser Stelle läßt das Register R(A) also erkennen, daß sich der Prozeß in der anfänglichen Refraktärperiode befindet. Beim Schritt 212 wird die Spannung V mit der Übergangspunktspannung (VP) verglichen, die von der im Register R(C) gespeicherten Hinweisadresse für die Spannungsübergangspunkttabelle angegeben wird. Wenn die Spannung V größer als der Spannungsübergangspunkt ist, geht der Prozeß zum SchrittIn step 208, the microprocessor 100 then instructs the A / D converter 108 to read out a digital parameter for the supply voltage V. In step 210 the in the microprocessor register R (A) stored output state QP is advanced by one, i.e. brought to the next output state. At this point the register R (A) shows that the process is in the initial refractory period. At step 212, the voltage V is compared to the transition point voltage (VP) derived from that in register R (C) stored pointer is specified for the voltage transition point table. When the voltage V is greater than is the voltage transition point, the process goes to step
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weiter. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Übergang zum Schritt 214, wo die Hinweisadresse VP für die Spannungsübergangspunkttabelle um eins weitergeschaltet wird, um den nächsten Platz der Tabelle anzugeben und den nächstniedrigeren Wert der Übergangspunktspannung zu erhalten. Die Hinweisadresse TP für die Zeitdauertabelle wird um zwei weitergeschaltet, um die beiden nächsten Plätze innerhalb der Zeitdauertabelle zu kennzeichnen.Further. If this is not the case, a transition is made to step 214, which contains the pointer VP for the voltage transition point table is advanced by one to indicate the next place in the table and the next lower To obtain the value of the transition point voltage. The reference address TP for the duration table is advanced by two, to identify the next two places within the duration table.
Der nächste Wert des Spannungsübergangspunktes wird aus der untenstehenden Spannungsübergangspunkttabelle erhalten:The next value of the voltage transition point is obtained from the voltage transition point table below:
Die nächste Wertegruppe für die Überwachungsdauer und die Impulsbreite wird aus der untenstehenden Zeitdauertabelle erhalten :The next group of values for the monitoring duration and the pulse width is obtained from the duration table below:
T21 475 ms ) γ ^ 5,2VT21 475 ms) γ ^ 5.2V
T31 800 jjs
T22 475 msT31 800 jjs
T22 475 ms
T32 1000 us ' s T32 1000 us' s
V α 4,8VV α 4.8V
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T33T23
T33
1250475
1250
ps Jms ν
ps J
T34T 24
T34
1550475
1550
ps J ms ν
ps J
T35T25
T35
1850600
1850
psj ms \
psj
T36T26
T36
2300600
2300
IJS J ms "»
IJS J
Wie ersichtlich finden sich in jeweils zwei Plätzen zunächst eine Dauer für die Überwachungsperiode und dann die Impulsbreite für einen gegebenen Spannungsübergangspunkt, d.h. einen Bezugswert, mit dem die Spannung V zu vergleichen ist. Das Programm stellt auf diese Weise die Impulsbreite des Kammerreizimpulses derart ein, daß eine konstante Energie für die Kammerreizimpulse aufrechterhalten bleibt; außerdem wird die Überwachungsperiode abrupt vergrößert, wenn die Spannung V der Spannungsquelle 126 abfällt, um am Ende der Lebensdauer der Batterie für eine Verlangsamung der Schrittrate zu sorgen.As can be seen, there is first a duration for the monitoring period and then the pulse width in two places for a given voltage transition point, i.e. a reference value against which the voltage V is to be compared. The program in this way sets the pulse width of the ventricular stimulation pulse in such a way that a constant energy for the ventricular stimulation pulses is maintained; also the monitoring period increases abruptly when the voltage V of the voltage source 126 drops to the end of the life of the battery for a Slowing down the pace.
Im Schritt 214 wird der Spannungsübergangspunkt von Vl auf V2, beispielsweise von 5,2 auf 4,8 V, umgestellt. Wiederum wird der Wert von V mit dem Spannungsübergangspunkt (VP) verglichen falls er größer ist (ja), geht das Programm zum Schritt 216 über, wo der Wert "drei" in den Schleifenzähler LC eingegebenIn step 214, the voltage transition point is changed from V1 to V2, for example from 5.2 to 4.8 V. Again the If the value of V is compared with the voltage transition point (VP), if it is greater (yes), the program goes to step 216 about where the value "three" entered into the loop counter LC
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wird, um anzuzeigen, daß sich der Oszillator in der Refraktärperiode befindet. Danach wird der A/D-Umsetzer 108 abgefragt, um die Versorgungsspannung V auszulesen. Im Schritt 220 wird der Wert TR der am Platz TR gespeicherten Refraktärperiode ausgelesen und in dem Zeitzähler TC (Register R(4)) eingespeichert .to indicate that the oscillator is in the refractory period is located. Then the A / D converter 108 is queried, to read out the supply voltage V. In step 220, the value TR of the refractory period stored at location TR is read out and stored in the time counter TC (register R (4)).
Danach geht der Prozeß zum Schritt 222 über, wo der im Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert um eins verringert und die Zeitsteuerung einer Periode eingeleitet wird, um den Schritt zu durchlaufen, bis der in dem Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert auf Null heruntergezählt ist. Als nächstes wird beim Schritt 224 eine Entscheidung getroffen, ob der Wert des Zeitzählers TC gleich Null ist, d.h. die Zeitsteuerfunktion abgeschlossen ist. Falls dies nicht der Fall ist, geht der Prozeß zum Schritt 226 über, wo eine Entscheidung getroffen wird, um festzustellen, ob der Schleifenzähler LC auf zwei steht, was anzeigt, ob sich der Prozeß im Überwachungszustand entsprechend der RV-Meßperiode befindet. Trifft dies, wie vorliegend der Fall, nicht zu, werden die Schritte 222, 224, 226 der Reihe nach durchlaufen, bis der Anfangszählwert (entsprechend der Refraktärperiode), der in den Zeitzähler TC eingesetzt ist, durch den Schritt 222 auf Null zurückgebracht wird, was im Schritt 224 festgestellt wird. Dadurch wird die Refraktärperiode beendet. An dieser Stelle läßt der Schritt 224 den Prozeß zum Schritt 232 übergehen, wo der Schleifenzähler LCThereafter, the process proceeds to step 222 where the in the time counter (TC) stored value is decreased by one and the timing of a period is initiated to the step to run through until the value stored in the time counter (TC) counts down to zero. Next is the At step 224 a decision is made as to whether the value of the timer counter TC is equal to zero, i.e., the timing function completed is. If not, the process continues to step 226 where a decision is made to determine whether the loop counter LC is at two, which indicates whether the process is in the monitoring state accordingly the RV measurement period. If this is not the case, as is the case here, steps 222, 224, 226 are in sequence after running through until the initial count value (corresponding to the refractory period) which is inserted in the time counter TC, is returned to zero by step 222, which is determined in step 224. This will make the refractory period completed. At this point, step 224 allows the process to proceed to step 232 where the loop counter LC
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um eins verringert wird, um dadurch anzuzeigen, daß sich der Prozeß im Überwachungszustand befindet, d.h. LC gleich zwei ist. Dadurch kehrt der Prozeß zum Schritt 204 zurück. An dieser Stelle steht der Schleifenzähler LC nicht auf Null; der Prozeß geht zum Schritt 234 über. Dort wird die Hinweisadresse QP für die Ausgangszustandstabelle um eins weitergeschaltet, während jetzt der Prozeß zum Meß- oder Überwachungszustand übergeht. Dann wird während des Schritts 236 der aus der Zeitdauertabelle erhaltene Wert in den Zeitzähler TC eingegeben. Die Hinweisadresse (TP) für die Zeitdauertabelle wird um eins weitergeschaltet, um die nächstgrößere Impulsbreite innerhalb der Zeitdauertabelle zu adressieren.is decreased by one to indicate that the Process is in the monitoring state, i.e. LC equals two. This returns the process to step 204. At this Position the loop counter LC is not at zero; the Process proceeds to step 234. There the reference address QP for the output status table is advanced by one, while now the process goes to the measurement or monitoring state. Then, during step 236, that becomes from the duration table received value entered into the time counter TC. The reference address (TP) for the duration table is increased by one switched to address the next larger pulse width within the duration table.
Danach läuft der Prozeß über den Schritt 222, um den in den Zeitzähler TC eingegebenen Zählwert um eins zu verringern. Falls dabei im Schritt 224 der Wert Null nicht erreicht wird, geht das Programm zum Schritt 226 über. Liegt der Überwachungszustand vor, was in diesem Fall zutrifft, geht der Prozeß weiter zu dem Entscheidungsschritt 228, um festzustellen, ob eine R-Welle an den Multiplexer 106 angelegt wurde. Falls innerhalb der Zeitdauer eines einzelnen Rückwärtszählschrittes die R-Welle nicht erfaßt wird, springt der Prozeß zurück, urr. erneut einen Zyklus ablaufen zu lassen. Dabei wird im Schritt 222 der der Überwachungsperiode entsprechende Zählwert verringert, bis der Zählwert gleich Null ist, was im Schritt 224 ermittelt wird. Wenn im Schritt 228 eine R-Welle ermittelt wird,Thereafter, the process goes through step 222 to decrease the count entered in the timer TC by one. If the value zero is not reached in step 224, the program goes to step 226. Is the monitoring status if so, the process continues to decision step 228 to determine if a R-wave was applied to multiplexer 106. If within the duration of a single countdown step the R-wave is not detected, the process jumps back, urr. again run a cycle. The counter value corresponding to the monitoring period is reduced in step 222, until the count is equal to zero, which is determined in step 224. If an R-wave is determined in step 228,
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geht der Prozeß auf den Schritt 230 über, um den Zustand des Zungenschalters 23 zu prüfen. Ist der Zungenschalter offen, erfolgt entsprechend Fig. 4A eine Rückstellung des Prozesses auf tQ, d.h. auf den Schritt 202, wo der Schleifenzähler LC auf Null gestellt und der Prozeß von neuem eingeleitet wird. Bei dem Zungenschalter 23 handelt es sich um einen innerhalb des Schrittmachers 12 untergebrachten, magnetisch betätigbaren Schalter. Nach der Implantation kann der Arzt den Zungenschalter 23 betätigen, indem er einen externen Magneten in die Nähe des implantierten Schrittmachers 12 bringt. Dadurch wird der Zungenschalter 23 geschlossen; es wird die asynchrone Betriebsart eingeleitet. Wenn der Zungenschalter 23 geschlossen ist, was anzeigt, daß im Asynchronbetrieb gearbeitet werden soll, wird der Prozeß durch Schleifenbildung fortgesetzt, wobei eine Rückkehr zum Schritt 222 erfolgt, um den Zeitzählwert TC wiederum zu verringern, selbst wenn eine R-Welle entdeckt wurde. Auf diese Weise wird die Erfassung einer R-Welle ignoriert; der Schrittmacher 12 bewirkt eine Reizimpulsbeaufschlagung im asynchronen Betrieb, ohne daß beim Ermitteln der R-Welle ein Rückstellen erfolgt.the process proceeds to step 230 to check the state of the reed switch 23. If the reed switch is open, the process is reset to t Q as shown in FIG. 4A, ie to step 202, where the loop counter LC is set to zero and the process is started again. The reed switch 23 is a magnetically actuatable switch accommodated within the pacemaker 12. After the implantation, the doctor can operate the reed switch 23 by bringing an external magnet close to the implanted pacemaker 12. This closes the reed switch 23; the asynchronous operating mode is initiated. If the reed switch 23 is closed, indicating that asynchronous operation is to be performed, the process continues by looping with a return to step 222 to again decrease the time count TC even if an R-wave has been detected. In this way the detection of an R-wave is ignored; the pacemaker 12 causes stimulation impulses to be applied in asynchronous operation without a reset taking place when the R-wave is detected.
Nachdem die zweite Überwachungsperiode ausgelaufen ist, d.h., wenn der in dem Zeitzähler TC gespeicherte Zählwert entsprechend der Anzeige im Schritt 224 auf Null heruntergezählt ist, geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, wo der Schleifenzähler LC um eins zurückgestellt wird. Dei dort gespeicherteAfter the second monitoring period has expired, i.e. when the count value stored in the time counter TC corresponds of the display is counted down to zero in step 224, the process returns to step 232 where the loop counter LC is set back by one. The saved there
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Wert ist jetzt gleich eins, was erkennen läßt, daß der Prozeß in seine dritte Schleife übergeht und zum Schritt 204 zurückkehrt. Weil der Zählwert im Schleifenzähler LC nicht gleich Null ist, geht der Prozeß auf den Schritt 234 über, wodurch der Wert QP des Ausgangszustandes um eins weitergeschaltet wird, was anzeigt, daß sich der Prozeß jetzt in dem Impulsbreitenzustand befindet. Als nächstes erfolgt im Schritt 236 ein Adressieren des und ein Zugriff zu dem Wert der Zeitdauer aus der Zeitdauertabelle; dieser Wert wird in dem Zeitzähler TC eingespeichert. Der Wert der Hinweisadresse TP für die Zeitdauertabelle wird um eins weitergeschaltet, um auf den nächsten Platz in der Zeitdauertabelle in der oben diskutierten Art hinzuweisen. An dieser Stelle beginnt der Prozeß mit einer Folge von Zyklen innerhalb deren der Zählwert im Zeitzähler TC im Schritt 222 um eins verringert wird. Ist der Zählwert nicht gleich Null, erfolgt ein Übergang zum Schritt 226. Da sich der Prozeß nicht in der Überwachungsperiode befindet, wird zurückgegangen, um im Schritt 222 für eine neue Verringerung zu sorgen. Der Prozeß wiederholt sich, bis der Zählwert in dem Zeitzähler TC auf Null verringert ist, eine entsprechende Entscheidung wird durch den Schritt 224 getroffen. Zu diesem Zeitpunkt geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, innerhalb dessen der Schleifenzähler LC erneut urr. eins verringert wird, so daß der Wert jetzt gleich Null ist. Der Prozeß geht zum Schritt 204 über und beginnt ganz von vorne mit der Initialisierung der Werte von VP, QP, TP und TR im Schritt 206.Value is now equal to one, which shows that the process goes into its third loop and returns to step 204. Because the count in the loop counter LC is not the same Is zero, the process proceeds to step 234, whereby the Value QP of the initial state is advanced by one, which indicates that the process is now in the pulse width state. Next, in step 236, addressing occurs des and an access to the value of the duration from the Duration table; this value is stored in the time counter TC. The value of the reference address TP for the duration table is advanced by one to the next Place in the duration table in the manner discussed above. At this point the process begins with a sequence of cycles within which the count in the time counter TC is reduced by one in step 222. The count is not equals zero, there is a transition to step 226. Since the process is not in the monitoring period, a return is made, to provide a new decrease in step 222. The process repeats until the count value is in the time counter TC is reduced to zero, a corresponding decision is made by step 224. At this time the process goes back to step 232, within which the loop counter LC urr again. one is reduced so that the value is now zero. The process proceeds to step 204 and starts from the beginning with initialization the values of VP, QP, TP and TR in step 206.
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Vorstehend wurde die Art und Weise erläutert, in welcher der Schrittmacher 12 das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm für die Kammerbedarfsstimulation durchführt, wobei er nacheinander die Refraktärperiode, dann die Überwachungsperiode und schließlich die Stimulations- oder Impulsbreitenperiode durchläuft, bevor wieder ein neuer Zyklus beginnt. Die Länge der Refraktärperiode und der Impulsbreitenperiode wird durch die Spannung V der Spannungsquelle 126 bestimmt. Diese Perioden, insbesondere die Impulsbreitenperiode, werden größer, wenn die Spannung V abnimmt, um den Energieinhalt des ventrikulären Reizimpulses im wesentlichen konstant zu halten.The way in which the Pacemaker 12 is the program stored in memory 102 for the ventricular demand stimulation, in which he successively the refractory period, then the monitoring period and finally go through the pacing or pulse width period before beginning a new cycle. The length the refractory period and the pulse width period is determined by the voltage V of the voltage source 126. These periods in particular the pulse width period, become larger as the voltage V decreases, by the energy content of the ventricular To keep the stimulus pulse essentially constant.
Wie ausgeführt, kann der Speicher 102 mit jedem beliebigen einer Mehrzahl von Betriebsarten für die Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens programmiert werden, wobei das jeweilige Programm wahlweise von dem Zustand des Patienten oder auch einer Zustandsänderung nach der Implantation des Herzschrittmachers abhängt. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4B der Schrittmacher 12 in einem A-V-Folgebetrieb arbeiten, wobei Reizimpulse sowohl der Kammer 42 als auch dem Vorhof 40 zugeführt werden. Nach entsprechenden Refraktärperioden wird die Kammeraktivität überwacht. Tritt ein Kammersignal nach dem Reizen der Kammer oder des Vorhofs auf, wird der Schrittmacher zurückgestellt. Die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 werden entsprechend Fig. 3B gewählt. Wie aus den Fign. 3B und 4B hervorgeht, wird der Kammer 42 ein Impuls unmittelbar vor der Zeit tQ zugeführt, indem ein Reizsignal überAs stated, the memory 102 can be programmed with any of a plurality of operating modes for the stimulation impulses to the heart, the respective program depending optionally on the condition of the patient or also on a change of condition after the implantation of the pacemaker. For example, as shown in FIG. 4B, the pacemaker 12 can operate in an AV sequential mode, with stimulation pulses being supplied to both the chamber 42 and the atrium 40. Chamber activity is monitored after appropriate refractory periods. If a ventricular signal occurs after pacing the ventricle or atrium, the pacemaker is reset. The output and input terminals of pacemaker 12 of FIG. 2 are selected as shown in FIG. 3B. As shown in FIGS. 3B and 4B, the chamber 42 is supplied with a pulse immediately before time t Q by sending a stimulus signal via
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die Leitung 19 angelegt wird. Nach t~ wird der Kammermeßverstärker 139 geklemmt, indem das Signal T-, an den Wählschalter 130c angelegt wird. Dadurch wird der Eingang des Verstärkers 139 für eine erste Refraktärperiode von t~ bis t, mit Masse verbunden. Während der ersten Refraktärperiode wird der ventrikuläre Ausgangskondensator Cy wieder aufgeladen, indem dem Wählschalter 130a das Steuersignal T^w zugeführt wird. Dadurch wird die Versorgungsspannung V zur Ladung des Kondensators Cw angelegt. In der Periode von t, bis.t~ wird der Schalter 106a1 mittels eines vom Mikroprozessor 100 kommenden Steuer- oder Taktsignals Τς, geschlossen. Infolgedessen wird eine ventrikuläre R-Welle, falls vorhanden, über den Kammerverstärker 139 und den Multiplexer 106 angelegt, um die Zeitsteueroperationen des Mikroprozessors 100 zurückzustellen.the line 19 is applied. After t ~ the chamber measuring amplifier 139 is clamped in that the signal T- is applied to the selector switch 130c. Thereby the input of the amplifier 139 is connected to ground for a first refractory period from t ~ to t. During the first refractory period, the ventricular output capacitor Cy is recharged in that the control signal T ^ w is fed to the selector switch 130a. As a result, the supply voltage V is applied to charge the capacitor Cw. In the period from t to t, the switch 106a 1 is closed by means of a control or clock signal Τς coming from the microprocessor 100. As a result, a ventricular R-wave, if any, is applied through ventricular amplifier 139 and multiplexer 106 to defer microprocessor 100 timing operations.
Wenn bei t« keine ventrikuläre R-Welle erfaßt wurde, bewirkt der Schrittmacher 12, daß ein Reizimpuls über die Leitung 17 an den Vorhof 40 geht. Dabei wird ein Impulssteuersignal T^,, über den Treiberverstärker 134b und einen Widerstand R.„ an die Basis eines Vorhofausgangstransistors Q. angelegt. Der Transistor Q. wird leitend gemacht, so daß sich ein Vorhofausgangskondensator Ci über den Vorhof 40 entlädt und diesen dadurch reizt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t„ wird das Zeitsteuersignal an den Wählschalter 130c angelegt. Der Eingang des Kammerverstärkers 139 wird auf Masse gelegt, wodurch jedes auf die Reizung des Vorhofes zurückzuführende Signal un-If no ventricular R-wave was detected at t «, causes the pacemaker 12 that a stimulus pulse on the line 17 goes to the atrium 40. A pulse control signal T ^ ,, through the driver amplifier 134b and a resistor R. the base of an atrial output transistor Q. is applied. Of the Transistor Q. is made conductive so that there is an atrial output capacitor Ci discharges via the atrium 40 and thereby irritates it. Starting with the time t "is the timing signal applied to the selector switch 130c. The input of the chamber amplifier 139 is connected to ground, whereby each signal due to the stimulation of the atrium and
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berücksichtigt bleibt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t- wird der Vorhofausgangskondensator C. wieder aufgeladen, indem das Zeitsteuersignal Tp. zugeführt wird, um den Wählschalter 130b zu schließen und die Versorgungsspannung V an den Kondensator C. anzulegen. In der Periode zwischen t, und t,- wird wiederum die Kammeraktivität überwacht. Ein von dem Mikroprozessor 100 kommendes Zeitsteuersignal schließt den Schalter 106a1, so daß die ventrikuläre R-Welle über den freigegebenen Kammerverstärker 139 und den geschlossenen Schalter 106a1 an den Mikroprozessor 100 angelegt werden kann. Wenn während dieser zweiten, von t. bis t,- reichenden Überwachungsperiode die ventrikuläre R-Welle erfaßt wird, wird die Zeitsteuerperiode auf tß zurückgestellt. Erscheint innerhalb der Periode von t, bis tr keine R-Welle, wird ein Zeitsteuerimpuls T^,., von dem Mikroprozessor 100 über den ventrikulären Treiber 134a und den Widerstand Rv« angelegt, um den Kammerausgangstransistor Qw leitend zu machen. Dadurch wird der geladene Kondensator C. an Masse gelegt. Der Kondensator Cw entlädt sich. Über die Leitung 1? geht ein Reizimpuls an die Kammer 42. Typische Werte für die von tQ bis t2 reichende Periode TA und die von t» bis te reichende Periode TV sind nachstehend angegeben:is considered. Beginning at time t-, the atrial output capacitor C. is recharged by supplying the timing signal Tp. In order to close the selector switch 130b and to apply the supply voltage V to the capacitor C. In the period between t 1 and t 1, the chamber activity is again monitored. A timing signal from the microprocessor 100 closes the switch 106a 1 so that the ventricular R-wave can be applied to the microprocessor 100 via the enabled chamber amplifier 139 and the closed switch 106a 1. If during this second, from t. until the ventricular R-wave is detected during the monitoring period t 1, the timing period is reset to t 3. Appears within the period from t, to tr no R-wave, a timing pulse T ^,., From the microprocessor 100 via the ventricular driver 134a and the resistor R v "is applied to make conductive at the chamber output transistor Qw. As a result, the charged capacitor C. is connected to ground. The capacitor Cw discharges. Over line 1? A stimulus pulse is sent to the chamber 42. Typical values for the period TA extending from t Q to t 2 and the period TV extending from t »to te are given below:
TV (ms) TA (ms)TV (ms) TA (ms)
2000 1700 1000 7502000 1700 1000 750
850 700850 700
850 650850 650
750 600750 600
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TV (ms) TA (ms) TV (ms) TA (ms)
Das A-V-Folgestimulationsverfahren gemäß Fig. 4B kann beispielsweise ähnlich der" Fig. 5 programmiert werden, mit der Ausnahme, daß die sechs Ausgangszustände und ihre entsprechenden Zeitperioden gemäß Fig. 4B durch Zählerwerte eingestellt werden, die von einer entsprechenden, im Speicher 102 eingespeicherten Tabelle abgeleitet werden. So werden anfänglich typische Werte von TV und TA für einen speziellen Patienten programmiert, indem ein Zugriff zu bestimmten Plätzen in den entsprechenden Tabellen erfolgt, und zwar zu jeweils einem Platz für jede der sechs Perioden. Nachdem ein Zählwert in den Zeitzähler eingegeben ist, werden anschließende Zyklen durchgeführt, bis der Zählwert auf Null heruntergezählt ist, um für eine entsprechende zeitliche Bemessung dieser Periode zu sorgen.The A-V follow-up stimulation method of FIG. 4B can, for example can be programmed similarly to "Figure 5, except that the six output states and their corresponding time periods 4B are set by counter values that are stored in memory 102 by a corresponding one Table can be derived. So initially typical values of TV and TA for a specific patient are programmed by there is access to certain places in the corresponding tables, namely to one place for each of the six periods. After a count is entered into the timer, subsequent cycles are performed until the Count value is counted down to zero in order to ensure a corresponding timing of this period.
Fig. 4C zeigt das Ablaufdiagramm eines vorhofsynchronen, kammergesperrten Schrittmachers (ASVIP), bei dem sowohl die Kammer- als auch die Vorhofaktivität des Herzens erfaßt wird, um die Zeitsteuerperiode zurückzustellen. Eine solche Betriebsart wird typischerweise bei einem jüngeren Patienten vorgesehen, dessen Vorhöfe normal schlagen, dessen Kammern aber gegebenenfalls defekt sein können. Es ist erwünscht, das Schlagen der4C shows the flow diagram of an atrial synchronous, ventricular blocked Pacemaker (ASVIP), in which both ventricular and atrial activity of the heart is detected reset the timing period. Such a mode of operation is typically intended for a younger patient, whose atria beat normally, but whose ventricles may be defective. It is desirable to beat the
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Vorhöfe zu beschleunigen und dadurch die Kammeraktivität zu stimulieren. Eine erfaßte Vorhof-P-Welle löst einen Zeitsteuerzyklus aus. Wenn jedoch eine Störung in der Überleitung dieses Signals zur Kammer vorliegt, wird der Kammer 42 auf jeden Fall ein Reizsignal zugeführt. Es ist erwünscht, die Rate der schlagenden Vorhöfe auszunutzen, um das Stimulieren der Kammern zu synchronisieren, das in Folge eines Myokardinfarkts oder eines in anderer Weise defekten Herzüberleitungssystems beeinträchtigt sein kann. Wie aus Fig. AC hervorgeht, beginnt der Zyklus zur Zeit tQ mit dem Erfassen der Vorhof-P-Welle. Entsprechend Fig. 4C wird ein einzelner Zyklus in sechs Zeitperioden (und Zustände) unterteilt. Während der ersten Zeitperiode von t« bis t, (ebenso wie während der zweiten und dritten Zeitperiode bis tj) wird der Vorhofverstärker 141 durch ein Zeitsteuersignal auf Massepotential geklemmt; mittels dieses Signals wird der Schalter 13Od geschlossen. Während der Anfangsperiode legt der freigegebene Kammermeßverstärker 139 ein gegebenenfalls von der Kammer 42 kommendes R-Wellensignal über die Leitung 1? an den Schalter 106a' an, der mittels eines RV-Steuersignals geschlossen ist. Wenn während der Anfangsperiode von tQ bis t, ein R-Wellensignal erfaßt wird, wird der Zeitzyklus auf t~ zurückgestellt. In der zweiten oder Impulsgabeperiode von t, bis t~ bleibt der Vorhofverstärker 141 auf Masse geklemmt. Der Schalter 13Od ist geschlossen. Ein Zeitsteuerimpuls T^y geht über den Treiberverstärker 134a und den Widerstand Rv_ an die Basis des ventrikulären Aus-Accelerate the atria and thereby stimulate ventricular activity. A sensed atrial P-wave initiates a timing cycle. However, if there is a disturbance in the transmission of this signal to the chamber, the chamber 42 is in any case supplied with a stimulus signal. It is desirable to take advantage of the beating atrial rate to synchronize the pacing of the ventricles, which may be compromised as a result of a myocardial infarction or other defective conduction system. As can be seen from Fig. AC , the cycle begins at time t Q with the detection of the atrial P-wave. Referring to Figure 4C, a single cycle is divided into six time periods (and states). During the first time period from t «to t1 (as well as during the second and third time periods up to tj) the atrial amplifier 141 is clamped to ground potential by a timing signal; the switch 130d is closed by means of this signal. During the initial period, the released chamber amplifier 139 applies an R-wave signal, possibly coming from chamber 42, via line 1? to switch 106a 'which is closed by means of an RV control signal. If an R-wave signal is detected during the initial period from t Q to t 1, the time cycle is reset to t ~. In the second or pulsing period from t 1 to t 1, the atrial amplifier 141 remains clamped to ground. The switch 13Od is closed. A timing pulse T ^ y goes through the driver amplifier 134a and the resistor R v _ to the base of the ventricular output
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gangstransistors Qy. Der zuvor geladene ventrikuläre Ausgangskondensator Cy entlädt sich über den Transistor Q.., die Leitung 19 und die Kammer 42. Während der zweiten Periode (und auch bis in die Perioden drei und vier hinein bis zum Zeitpunkt t>) ist der Kammerverstärker 139 mittels eines Schalters 130c auf Masse geklemmt. Dem Schalter 130c wird ein Kammerklemmsignal TCl zugeführt. Dadurch wird in der postventrikulären Reizperiode auftretende Herzaktivität ignoriert. In der vierten und fünften Periode von t-, bis t,- wird der Kammerverstärker 141 freigegeben, so daß das Vorhof-P-Wellensignal über diesen Verstärker und einen geschlossenen Wählschalter 106b' angelegt werden kann, um die Zeitsteuerung des Prozesses auf t« zurückzustellen. Von t- bis t,- wird ein Überwachungszeitsignal RA angelegt, mittels dessen der Schalter 106b' geschlossen wird. Im normalen Betrieb kann ein Vorhof-P-Wellensignal während der vierten und fünften Zeitperiode von t., bis te gemessen werden, wodurch der Zeitsteuerzyklus auf Null zurückgestellt wird. Wenn jedoch keine P-Welle erfaßt wird, wird die Kammer erneut gereizt, indem ein Steuerimpuls Twv an die Basis des Kammerausgangstransistors Qy gegeben wird. Dadurch wird in der vorstehend erläuterten Weise ein Impuls über die Leitung 19 an die Kammer 42 des Patienten angelegt.output transistor Qy. The previously charged ventricular output capacitor Cy is discharged via the transistor Q .., the line 19 and the chamber 42 Switch 130c clamped to ground. A chamber clamping signal TCl is fed to switch 130c. As a result, cardiac activity occurring in the post-ventricular stimulus period is ignored. In the fourth and fifth periods from t- to t-, the ventricular amplifier 141 is enabled so that the atrial P-wave signal can be applied through this amplifier and a closed selector switch 106b 'to reset the timing of the process to t " . A monitoring time signal RA is applied from t to t, by means of which the switch 106b 'is closed. In normal operation, an atrial P-wave signal can be measured during the fourth and fifth time periods from t 1 to te, thereby resetting the timing cycle to zero. If, however, no P-wave is detected, the chamber is again stimulated by applying a control pulse T wv to the base of the chamber output transistor Qy. As a result, in the manner explained above, a pulse is applied to the chamber 42 of the patient via the line 19.
Das ASVIP-Schrittmacherverfahren läßt sich beispielsweise ähnlich der Fig. 5 programmieren, wobei sechs Perioden oder Ausgangszustände in ähnlicher Weise definiert werden und wobei fürFor example, the ASVIP pacemaker procedure can be similar of Fig. 5, where six periods or output states are defined in a similar manner and where for
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jede der sechs Zeitperioden gesorgt wird, indem Hinweisadressen auf entsprechende Tabellen adressiert oder gebildet werden. Auf diese Weise werden variierende Werte der Perioden in einen Zeitzähler eingegeben, dessen Zählwert verringert wird, wenn der Prozeß durch jede der sechs Schleifen hindurch ausgeführt wird.each of the six time periods is catered for by pointing addresses addressed to corresponding tables or formed. This way the values of the periods are varying is entered into a time counter, the count of which is decremented as the process passes through each of the six loops is performed.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des anpassungsfähigen, programmierbaren Schrittmachers, wobei entsprechende Komponenten und Schaltungsstufen mit ähnlichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind, die jedoch in der Dreihunderter-Serie liegen. Der Mikroprozessor oder die Zentraleinheit (CPU) 300 ist mit einem Multiplexer 30ό gekoppelt, wodurch einer der Eingänge 338a, b, e oder f in Form eines Flags über einen Bus 318 zu dem Mikroprozessor 300 übermittelt wird. Der Mikroprozessor adressiert über einen Adressenbus 312 wahlweise einen Speicher 302, der beispielsweise eine Mehrzahl von Abschnitten 302-1 bis 302-16 aufweist. Entsprechend Fig. 6 kann der Speicher 302 als Regenerationsspeicher, beispielsweise als Speicher mit direktem Zugriff, oder als programmierbarer Festwertspeicher (PROM) oder als löschbarer Lesespeicher (EROM) ausgebildet sein. Die adressierten Daten werden aus dem Speicher 302 ausgelesen und einem Datenbus 310 zugeführt, der den Speicher 302, den Mikroprozessor 300, einen Dekoder 342 und einen A/D-Umsetzer 308 untereinander verbindet. Der A/D-Umsetzer 308 setzt den Analogwert der Versorgungsspannung Vg FIG. 6 shows a modified embodiment of the adaptable, programmable pacemaker, with corresponding components and circuit stages being denoted by reference numerals similar to those in FIG. 2, but which are in the three hundred series. The microprocessor or the central processing unit (CPU) 300 is coupled to a multiplexer 30ό, whereby one of the inputs 338a, b, e or f is transmitted to the microprocessor 300 via a bus 318 in the form of a flag. Via an address bus 312, the microprocessor optionally addresses a memory 302 which, for example, has a plurality of sections 302-1 to 302-16. According to FIG. 6 , the memory 302 can be designed as a regeneration memory, for example as a memory with direct access, or as a programmable read-only memory (PROM) or as an erasable read-only memory (EROM). The addressed data are read out from the memory 302 and fed to a data bus 310 which connects the memory 302, the microprocessor 300, a decoder 342 and an A / D converter 308 to one another. The A / D converter 308 sets the analog value of the supply voltage V g
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in eine digitale Form um. Das betreffende Signal wird in den Mikroprozessor 300 über den Datenbus 310 eingegeben. Es versteht sich, daß die anderen Analogwerte, beispielsweise die P- und R-Wellen ebenfalls in digitale Form umgesetzt und normiert werden, bevor sie dem Multiplexer 306 zugehen. Die A/D-Umsetzer- und Normierungsstufen sind mit dem Multiplexer 306 gekoppelt. Sie sind ähnlich wie oben erläutert aufgebaut und in Fig. 6 nicht dargestellt. Der Mikroprozessor 300 gibt Zeitsteuersignale über einen N-Bus 352, wodurch der Dekoder mit Befehlen versorgt wird, das Entschlüsseln der auf dem Datenbus 310 erscheinenden Signale einzuleiten. Aufgrund des Ausgangssignals des Mikroprozessors 300 wählt der Dekoder einen einer Mehrzahl von Schaltern 1 bis 16 innerhalb des Blocks 330 aus. Jedem Schalter des Blocks 330 ist eine eigene Latchstufe im Block 340 zugeordnet, die durch das Ausgangssignal des Dekoders 342 gesetzt wird. Die Schalter sind ihrerseits in der oben erläuterten Weise mit einer Verstärker- und Ausgangstreiberschaltung verbunden. Auf diese Weise wird eine ausreichende Flexibilität gewährleistet, um eine Mehrzahl von Ausgangsschaltungen vorsehen zu können, die sich über Leitungen mit verschiedenen Teilen des Herzens koppeln lassen. Außerdem können die Ausgangstreiberschaltungen nachgeladen werden. Ein Zugriff zu Daten an verschiedenen Punkten entweder am Herzen oder an anderen Teilen des Körpers des Patienten ist möglich. Es wird auf diese Weise ein Telemetriesystem geschaffen, um Daten von oder zu dem programmierbaren Schrittmacher nach Fig.6 zu übermitteln.into a digital form. The signal in question is input to the microprocessor 300 via the data bus 310. It goes without saying that the other analog values, for example the P and R waves, are also converted into digital form and normalized before they are sent to the multiplexer 306. The A / D converter and normalization stages are coupled to multiplexer 306. They are constructed in a manner similar to that explained above and are not shown in FIG. 6. The microprocessor 300 outputs timing signals via an N-bus 352, whereby the decoder is supplied with commands to initiate the decoding of the signals appearing on the data bus 310. Based on the output signal of the microprocessor 300, the decoder selects one of a plurality of switches 1 to 16 within the block 330. Each switch of block 330 is assigned its own latch stage in block 340, which is set by the output signal of decoder 342. The switches are in turn connected to an amplifier and output driver circuit in the manner explained above. In this way, sufficient flexibility is ensured in order to be able to provide a plurality of output circuits which can be coupled to different parts of the heart via lines. In addition, the output driver circuits can be recharged. Access to data at various points on either the heart or other parts of the patient's body is possible. A telemetry system is thus provided for communicating data to or from the programmable pacemaker of FIG.
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ORIGINAL fNSPECTEDORIGINAL fNSPECTED
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 6 ist eine selbstrückstellende Oszillatorschaltung 344 vorgesehen, um einen Adressenzähler 307 innerhalb des Mikroprozessors 300 zurückzustellen. Der Adressenzähler 307 wird für jeden verarbeiteten Schritt weitergeschaltet, um den nächsten Wortplatz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Es wurde gefunden, daß Störsignale, wie sie beispielsweise durch einen Defibrillationsimpuls oder eine andere Quelle erzeugt werden, den Adressenzähler 307 veranlassen könnten, einen bedeutungslosen oder fehlerhaften Platz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Infolgedessen würde der Prozeß an einem bedeutungslosen Platz hängenbleiben. Wenn die Adresse durch Störsignale so beeinträchtigt wird, daß ein bedeutungsloser Platz adressiert wird, stellt die selbstrückstellende OszillatorschTaltung 344 auf regelmäßiger Basis, beispielsweise 0,5 s, die Adresse auf eine anfängliche Ausgangsadresse für das ausgeführte Programm zurück. Falls der Adressenzähler 307 normal arbeitet, wird von dem Datenbus 310 ein Ausgangssignal abgeleitet und über eine Leitung 346 angelegt, um die Schaltung 344 zurückzustellen und auf diese Weise das regelmäßige Rückstellausgangssignal zu sperren.According to a further feature of the embodiment 6, a self-resetting oscillator circuit 344 is provided to an address counter 307 within the microprocessor 300 to reset. The address counter 307 is incremented for each step processed to the to address the next word location within the memory 302. It has been found that interference signals such as generated by a defibrillation pulse or other source that address counters 307 could cause a address insignificant or defective space within memory 302. As a result, the process would get stuck in a meaningless place. If the address is so affected by interfering signals that it is meaningless Space is addressed, the self-resetting oscillator circuit 344 provides on a regular basis, for example 0.5 s, the address returns to an initial output address for the executed program. If the address counter 307 is operating normally, an output signal is derived from the data bus 310 and applied via a line 346 to the Reset circuit 344 and thereby disable the periodic reset output.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Multiplexer 306 eine zusätzliche Gruppe von Eingängen 339a bis 33?d für den Empfang einer binären Anfangsadresse auf, die in den Adressenzähler 307 einzubringen ist, so daß sich jeder derIn accordance with a further feature of the invention, the multiplexer 306 has an additional set of inputs 339a to 339a 33? D for the receipt of a binary start address, which is to be entered in the address counter 307, so that each of the
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Mehrzahl von Blöcken 302-1 bis 302-16 ansteuern läßt. Im Speicher 302 kann eine Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten eingespeichert werden. Die Einspeicherung jeder Betriebsart erfolgt dabei in einem gesonderten Block. Der zugehörige Startpunkt läßt sich adressieren, indem eine Binärzahl über die Eingänge 339a bis 339d und eine externe Verbindung 341 eingegeben wird, die wie oben erläutert, als Hf-Verbindung oder akustische Verbindung ausgelegt sein kann.A plurality of blocks 302-1 to 302-16 can be controlled. in the A plurality of pacemaker modes can be stored in memory 302. The storage of each operating mode takes place in a separate block. The associated starting point can be addressed by adding a binary number over the inputs 339a to 339d and an external connection 341 is input, which as explained above, as an RF connection or acoustic connection can be designed.
Zusätzlich können Selbstprüfprogramme oder Datenerfassungsprogramme in bestimmten Blöcken des Speichers 302 eingespeichert sein. Fig. 3A zeigt wie beispielsweise ein Selbstprüfprogramm ausgeführt werden kann, um die Betriebsfähigkeit des Kammermeßverstärkers 139 zu prüfen. Ein weiterer Wählschalter 130g kann in Abhängigkeit von einem Prüfsignal T, geschlossen werden, das mittels eines solchen im Speicher 102 eingespeicherten Selbstprüfprogramms erzeugt wird, um eine Bezugsspannung V r. in der Größenordnung von 1 mV an den Eingang des Kammermeßverstärkers 139 anzulegen. Das verstärkte Ausgangssignal wird seinerseits über den Multiplexer 106 dem Mikroprozessor 300 zugeführt, wobei die verstärkte Spannung mit einem Bezugswert verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Verstärker 139 einwandfrei arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, kann eine andere Ausgangsstufe und ein anderer Meßverstärker angekoppelt werden, um den defekten Meßverstärker zu ersetzen.In addition, self-test programs or data acquisition programs can be stored in certain blocks of the memory 302 be. FIG. 3A shows how, for example, a self-test program can be executed to check the operability of the Chamber measuring amplifier 139 to be checked. Another selector switch 130g can be closed as a function of a test signal T i , which is generated by means of such a self-test program stored in the memory 102, to a reference voltage V r. on the order of 1 mV at the input of the chamber measuring amplifier 139 to be applied. The amplified output signal is in turn via the multiplexer 106 the Microprocessor 300 is supplied, wherein the amplified voltage is compared to a reference value to determine whether the Amplifier 139 works fine. If this is not the case, another output stage and another measuring amplifier can be used be coupled to replace the defective measuring amplifier.
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Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann ein Programm in einem der Blöcke des Speichers 302 eingespeichert sein, um eine Erfassung und Übermittlung von Daten zu bewirken, die dem implantierten Schrittmacher über entsprechende Leitungen zugeführt werden. Beispielsweise können die Leitungen mit Herzgewebe, anderem Gewebe oder Wandlern verbunden sein, um das EKG des Patienten, die Pulsrate, die Pulsbreite, die Depolarisationszeit zwischen dem Vorhof und der Kammer und dergleichen zu erfassen. Die Übermittlungszeit eines Depolarisationssignals wird als kennzeichnend für den Zustand des Herzens betrachtet, und es wird mittels eines Meßprogramms ein Zeitfenster entsprechend einer normalen Überleitungsdauer bestimmt. Wenn das empfangene Signal außerhalb der Grenzwerte eines derartigen Zeitfensters liegt, wird eine Anzeige dafür extern übermittelt. Im Rahmen eines Datenerfassungsbetriebs können die Latchstufen, die den zu den betreffenden Stellen des Herzens, zu anderem Gewebe oder zu Wandlern führenden Leitungen zugeordnet sind, durch selektives Schließen des entsprechenden Wählschalters 330 nacheinander einzeln angekoppelt werden, so daß die betreffenden Daten über die externe Verbindung 341 an ein externes Überwachungsgerät übertragen werden.According to a further operating mode, a program can be stored in one of the blocks of the memory 302 in order to to record and transmit data to the implanted pacemaker via appropriate leads are fed. For example, the leads can be connected to heart tissue, other tissue, or transducers in order to the patient's EKG, pulse rate, pulse width, depolarization time between the atrium and the ventricle, and the like capture. The transmission time of a depolarization signal is considered to be indicative of the state of the heart considered, and it is determined by means of a measurement program, a time window corresponding to a normal transfer duration. If the received signal is outside the limits of such a time window, an indication of this will be given transmitted externally. As part of a data acquisition operation, the latch stages that are assigned to the relevant points of the heart, lines leading to other tissue or transducers are assigned by selective closing of the corresponding Selector switch 330 are coupled individually one after the other, so that the relevant data via the external connection 341 can be transmitted to an external monitoring device.
Außerdem ist ein Eingang 338f vorgesehen, der mit dem Zungenschalter 23 verbunden ist, der sich mittels eines externen Magneten schließen läßt, um die Arbeitsweise des Schrittmachers nach Fig. 7 zu ändern. Durch Öffnen und Schließen desIn addition, an input 338f is provided that connects to the reed switch 23 is connected, which can be closed by means of an external magnet to the operation of the pacemaker to change according to FIG. By opening and closing the
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Schalters 23 kann eine Folge von Signalen erzeugt werden; auf diese Weise wird die externe Verbindung 341 in die Lage versetzt, Daten zu oder von dem Schrittmacher 12' zu empfangen oder auszusenden. Beispielsweise wird eine neue Adresse in den Adressenzähler 307 eingegeben, um den Anfangsplatz des nächsten Blockes des Speichers 302 zu adressieren, wodurch eine weitere Betriebsart durchgeführt wird.Switch 23 can generate a sequence of signals; in this way the external connection 341 is enabled Receive or transmit data to or from the pacemaker 12 '. For example, a new address will be in the address counter 307 is entered in order to address the starting position of the next block of the memory 302, whereby another operating mode is carried out.
Fig. 7k zeigt ein detaillierteres schematisches Schaltbild der Blöcke einer ersten Ausführungsform des Gerätes nach Fig.6. Bei dem Mikroprozessor 300 kann es sich beispielsweise um den COSMAC-Mikroprozessor der Radio Corporation of America handeln, der in der Literaturstelle "USER MANUAL FOR THE CDP 1802 COSMAC MICROPROCESSOR (1976)" beschrieben ist. Der Multiplexer 306 hat eine Folge von sechzehn Eingängen 0 bis Es kann sich um den Multiplexer CD0067 der RCA handeln. Der Multiplexer 306 gibt ein Ausgangssignal auf den A/D-Umsetzer 308. Eine Ausführungsform dieses Umsetzers ist weiter unten anhand der Fign. 8, 9 und 10 erläutert. Der A/D-Umsetzer ist über den Datenbus 310 an den Mikroprozessor 300 angeschlossen und ferner mit einer Latchstufe 309 verbunden, wodurch einer der sechzehn Eingänge des Multiplexers 306 ausgewählt wird, um dem A/D-Umsetzer 308 Analogdaten zuzuführen. Der N-Zeitsteuerbus 352 hat die Form eines Bündels von Leitungen 352a bis d; er ist mit dem Dekoder 342 verbunden, der aus einer Mehrzahl von Gattern CD4012 der RCA besteht. Die Aus-FIG. 7k shows a more detailed schematic diagram of the blocks of a first embodiment of the device according to FIG. 6. The microprocessor 300 can be, for example, the COSMAC microprocessor of the Radio Corporation of America, which is described in the reference "USER MANUAL FOR THE CDP 1802 COSMAC MICROPROCESSOR (1976) ". The multiplexer 306 has a sequence of sixteen inputs 0 to It can be the multiplexer CD0067 of the RCA. The multiplexer 306 gives an output signal to the A / D converter 308. An embodiment of this converter is described below with reference to FIGS. 8, 9 and 10 explained. The A / D converter is connected to the microprocessor 300 via the data bus 310 and is also connected to a latch circuit 309, whereby one of the sixteen inputs of the multiplexer 306 is selected to supply the A / D converter 308 with analog data. The N timing bus 352 is in the form of a bundle of lines 352a-d; it is connected to the decoder 342, which consists of a plurality of gates CD4012 of the RCA. From-
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gänge von zwei der Gatter sind über Leitungen 356 mit einem Umsetzbefehlseingang und mit einem Tristate-Ausgang verbunden. Der Umsetzbefehlseingang bewirkt, daß der A/D-Umsetzer 308 Daten von dem Multiplexer 306 übernimmt, während der A/D-Umsetzer 308 über den Tristate-Ausgang veranlaßt wird, die in digitale Form umgesetzten Daten auf den Datenbus 310 zu geben. Desweiteren werden Abtastimpulse 1 und 2 von Leitungen 354a und b abgeleitet; diese Abtastimpulse gehen Latchstufen 342a und 342b zu, wodurch an den Datenbus angelegte Daten wahlweise einem von mehreren Schaltern zugeführt werden können, die in den Blöcken 330a bzw. 330b vorhanden sind. Die Blöcke 330a und 330b umfassen jeweils vier Festkörperwählschalter, über die Ausgangssignale an ausgewählte Ausgangstreiberschaltungen gehen. Bei der in Fig. 7k veranschaulichten Ausführungsform wird ferner das erfaßte R-WeI-lensignal dem Eingang EFl des Mikroprozessors 300 zugeführt, während das Zungenschaltereingangssignal an den Eingang EF2 des Mikroprozessors 300 angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der Mikroprozessor als sein eigener Multiplexer, um wahlweise Zugriff zu Signalen zu erhalten, die auf diese Eingänge gegeben werden, und um auf diese Signale in der gewünschten Folge anzusprechen. Der Mikroprozessor 300 gibt ferner Adressen über den Adressenbus 312 an den Speicher 302, wodurch Daten ausgelesen und an den Datenbus 310 angelegt werden können.outputs from two of the gates are connected via lines 356 to a translation command input and to a tristate output. The conversion command input causes the A / D converter 308 to accept data from the multiplexer 306, while the A / D converter 308 is caused to put the data converted into digital form onto the data bus 310 via the tristate output. In addition, sample pulses 1 and 2 are derived from lines 354a and b; these sampling pulses go to latches 342a and 342b, whereby data applied to the data bus can optionally be fed to one of several switches provided in blocks 330a and 330b, respectively. Blocks 330a and 330b each include four solid-state select switches that provide output signals to selected output driver circuits. In the embodiment illustrated in FIG. 7k , the detected R-wave signal is also fed to the input EF1 of the microprocessor 300, while the reed switch input signal is applied to the input EF2 of the microprocessor 300. In this embodiment, the microprocessor operates as its own multiplexer to selectively gain access to signals applied to these inputs and to respond to these signals in the desired sequence. The microprocessor 300 also provides addresses to the memory 302 via the address bus 312, whereby data can be read out and applied to the data bus 310.
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Fig. 7B zeigt ein detailliertes schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Schrittmachers nach Fig. 6. Die Komponenten der Fig. 7B sind mit den gleichen Bezugszeichen wie entsprechende Komponenten der Fig. 6, jedoch in der Fünfhunderter-Serie, versehen. Die der R-Welle, der P-Welle und dem Zungenschalterausgangssignal entsprechenden Eingangssignale werden an die Eingänge EFl, EFO und EF2 des Mikroproprozessors 500 angelegt, bei dem es sich beispielsweise ebenfalls um den Mikroprozessor CDP 1802 der RCA handeln kann. Bei dieser Ausführungsform führt der Mikroprozessor 500 Multiplexfunktionen aus, so daß jeweils einer dieser Werte verarbeitet wird. Typischerweise liegen solche Eingangssignale in Analogform vor; sie müssen in digitale Form durch Schaltungen umgesetzt werden, die in dem gestrichelten Block 508 zusammengefaßt sind. Der A/D-Umsetzer weist eine Schaltungskomponente CD4508 der RCA auf und empfängt Eingangssignale von Operationsverstärkern 511, denen ein von Zenerdioden 513 gebildetes Bezugssignal zugeführt wird. Ein Taktsignal wird einem Eingang des Umsetzers 515 über ein Flip-Flop 509 und einen Feldeffekttransistor 517 zugeführt. Der Speicher 502 ist mit Ausgängen des Mikroprozessors 500 verbunden und besteht aus zwei Blöcken, die von der RCA unter der Bezeichnung CDP1822S hergestellt werden. Der Mikroprozessor 500 liefert Befehle über den N-Bus an einen Dekoder 542, bei dem es sich um einen Chip der RCA mit der Bezeichnung CD 4514B handeln kann. Der Dekoder 542 führt Entschlüsselungsfunktionen für das Ausgangssignal desFIG. 7B shows a detailed schematic circuit diagram of a second embodiment of the pacemaker according to FIG. 6. The components in FIG. 7B are provided with the same reference numerals as corresponding components in FIG. 6, but in the five hundred series. The input signals corresponding to the R-wave, the P-wave and the reed switch output signal are applied to the inputs EF1, EFO and EF2 of the microprocessor 500, which can also be, for example, the microprocessor CDP 1802 of the RCA. In this embodiment, the microprocessor 500 performs multiplexing functions so that one of these values is processed at a time. Typically, such input signals are in analog form; they must be converted to digital form by circuitry summarized in block 508 in dashed lines. The A / D converter has a circuit component CD4508 of the RCA and receives input signals from operational amplifiers 511, to which a reference signal formed by Zener diodes 513 is fed. A clock signal is fed to an input of the converter 515 via a flip-flop 509 and a field effect transistor 517. The memory 502 is connected to outputs of the microprocessor 500 and consists of two blocks manufactured by the RCA under the designation CDP1822S. The microprocessor 500 provides commands via the N-bus to a decoder 542, which may be a chip from the RCA with the designation CD 4514B. The decoder 542 performs decryption functions for the output of the
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Speichers 502 unter dem Einfluß der Zeitsteuersignale aus, die über den N-Bus 552 zugehen. Die Ausgangssignale des Dekoders 542 werden an zwei Latchstufen 540a und 540b angelegt, bei denen es sich jeweils um Schaltungskomponenten der RCA mit der Bezeichnung CD4508 handeln kann. Der Dekoder 542 wählt eine Latchstufe aus, wodurch ein entsprechender Wählschalter innerhalb der Schaltergruppen 530a und 530b geschlossen wird. Die Wählschaltergruppen können aus integrierten Schaltungen bestehen, die von der RCA unter der Bezeichnung 4066AE hergestellt werden.Memory 502 under the influence of the timing signals that are received via the N-bus 552. The output signals of the decoder 542 are applied to two latch stages 540a and 540b, which can each be circuit components of the RCA with the designation CD4508. The decoder 542 selects a latch stage, whereby a corresponding selector switch within the switch groups 530a and 530b is closed. The selector switch groups may consist of integrated circuits manufactured by the RCA under the designation 4066AE .
Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Niederenergie-A/D-Umsetzers 308, wie er bei dem Schrittmacher nach Fig.7 vorgesehen ist. Entsprechend Fig. 8 wird eine in digitale Form umzusetzende Analogspannung V(X) über eine Eingangsleitung 404 an einen Schalter (S,) 407 angelegt, der in einer ersten Stellung (auf) die Analogspannung V(X) dem Eingang (V. ) eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 402 zuführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Akkumulatorzählers 400 verbunden ist Wie durch die Eingänge des Zählers 400 angedeutet ist, kann der Akkumulatorzähler 400 entweder vorwärts (auf) oder rückwärts (a zählen. Ein Ausgangssignal des Zählers geht über ein Gatter an einen Eingang eines N-Ausgangszählers 412. Ein Taktsignal wird über eine Eingangsleitung 418 an eine Steuerlogik 408 und insbesondere an eine durch η dividierende Schaltung 410 angelegt, mittels deren Ausgangssignal der S;halter 407 in eineFigure 8 shows a preferred embodiment of a low power A / D converter 308, as provided in the pacemaker according to FIG. As shown in Fig. 8, one is in digital form Analog voltage V (X) to be converted is applied via an input line 404 to a switch (S,) 407 which, in a first position (on) the analog voltage V (X) to the input (V.) of a voltage-controlled oscillator (VCO) 402, the output of which is connected to the input of an accumulator counter 400. As indicated by the inputs of the counter 400, the Accumulator counter 400 either forwards (up) or backwards (a counting. An output signal of the counter goes via a gate to an input of an N output counter 412. A clock signal is applied via an input line 418 to a control logic 408 and in particular to a circuit 410 dividing by η, by means of the output signal of the S; holder 407 into a
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zweite Stellung (ab) gebracht werden kann. Dadurch wird eine Bezugsspannung über eine Leitung 406 an den Eingang des Oszillators 402 gegeben. Gleichzeitig gelangt ein ab-Befehlssignal über ein Gatter 418' an den ab-Eingang des Akkumulatorzählers 400, das dann ein Rückwärtszählen veranlaßt. Gleichzeitig geht ferner ein Ausgangssignal von der Steuerlogik an den Rückstelleingang des N-Ausgangszählers 412.second position (down) can be brought. As a result, a reference voltage is given to the input of the oscillator 402 via a line 406. Simultaneously, a starting command signal passes through a gate 418 'to the starting input of Akkumulatorzählers 400, which then causes a reverse counting. At the same time, an output signal from the control logic also goes to the reset input of the N output counter 412.
Der A/D-Umsetzer 308 gemäß Fig. 8 arbeitet wie folgt. Eine unbekannte Spannung V(X) wird an den Oszillator 402 über den Schalter 407 während einer festen Zeitdauer T angelegt. Während dieser Zeitdauer T zählt der Akkumulatorzähler 400 das Aus-The A / D converter 308 of FIG. 8 operates as follows. An unknown one Voltage V (X) is applied to oscillator 402 via switch 407 for a fixed period T. While during this period T, the accumulator counter 400 counts the
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gangssignal des Oszillators 402 in Vorwärtsrichtung aus. Der Akkumulatorzähler 400 arbeitet insofern sehr ähnlich wie ein Analogintegrator, indem sich der Zählwert des Akkumulatorzählers 400 für einen gegebenen Spannungspegel von V(X) mit linearer Geschwindigkeit aufbaut.output signal of the oscillator 402 in the forward direction. In this respect, the accumulator counter 400 works very similarly to a Analog integrator by taking the count of the accumulator counter 400 for a given voltage level of V (X) with linear speed builds up.
Die Zeit T hängt von der Taktfrequenz ab, die über die Leitung 418, die Steuerlogik 408 und die Schaltung 410 zugeführt wird. Am Ende der Zeitdauer T wird der Schalter Sl in dieThe time T depends on the clock frequency, which is supplied via the line 418, the control logic 408 and the circuit 410 will. At the end of the period T, the switch Sl is in the
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zweite Stellung gebracht, um den Eingang des Oszillators 402 mit der Bezugsspannung E η zu verbinden. Gleichzeitig mit diesem Umschalten auf die Bezugsspannung wird der "A"-Akkumulatorzähler 400 auf Rückwärtszählen umgeschaltet. Während dieses Rückwärtszählens prüft eine zweckentsprechende Schaltungsstufebrought the second position to connect the input of the oscillator 402 to the reference voltage E η. Simultaneously with this Switching to the reference voltage, the "A" accumulator counter 400 is switched to counting down. During this Counting down checks an appropriate circuit stage
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wann der Akkumulatorzähler 400 auf einen vorbestimmten Zä.hlwert, z.B. Null, zurückgezählt hat. Die für das Rückwärtszählen der Bezugsspannung auf Null erforderliche Zeitdauer ist proportional dem Mittelwert der Eingangsspannung V(X). Während der Akkumulatorzähler 400 auf Null zurückgezählt wird, wird die Taktfrequenz F.-,.„ mittels des N-Ausgangszählers 412 ausgezählt. In dem N-Ausgangszähler 412 anfallende Zählwerte liegen in digitaler Form vor und sind der anfänglich unbekannten Spannung V(X) unmittelbar proportional. Dies führt zu einer Spannungs/Frequenz-Umsetzung.when the accumulator counter 400 has counted down to a predetermined counter value, for example zero. The time required to count down the reference voltage to zero is proportional to the mean value of the input voltage V (X). While the accumulator counter 400 is counted down to zero, the clock frequency F.- ,. “ Counted by means of the N output counter 412. Count values occurring in the N output counter 412 are in digital form and are directly proportional to the initially unknown voltage V (X). This leads to a voltage / frequency conversion.
Die grundlegenden Gleichungen für den Betrieb des A/D-Umsetzers 308 lauten:The basic equations for operating the A / D converter 308 are:
r = Km VlXT T ( 1 )
auf VCO K ' upr = Km VlXT T (1)
on VCO K ' up
Aab = KVCO Eref TX *2* A ab = K VCO E ref T X * 2 *
Die Gleichungen (1) und (2) geben den Vorwärts- und den Rückwärtszählwert des Akkumulatorzählers 400 als Funktion der unbekannten Spannung und der Bezugsspannung sowie der Zeitdauer an, während deren diese Spannung dem Oszillator 402 zugeführt wird. Der Vorwärtszählwert und der Rückwärtszählwert des Zählers 400 sind gleich, weil der Zähler 400 bei Null beginnt und am Ende eines Arbeitsspiels zu Null zurückkehrt. Setzt man diese beiden Gleichungen einander gleich, fällt der Maßstabsfaktor für den spannungsgesteuerten Oszillator heraus, d.h. die-Equations (1) and (2) give the up and down count values of the accumulator counter 400 as a function of the unknown voltage and the reference voltage as well as the duration during which this voltage is supplied to the oscillator 402. The up count and down count of the counter 400 are the same because the counter 400 starts at zero and returns to zero at the end of a work cycle. If you put this If both equations are equal to each other, the scale factor falls for the voltage controlled oscillator, i.e. the
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ser Faktor hat auf das Ausgangssignal der A/D-Umsetzung keinen Einfluß. Die Gleichung (3), die den akkumulierten Zählwert N(X) des Ausgangszählers als Funktion der Taktfrequenz F-. v und der Zeitdauer angibt, die erforderlich ist, um den Akkumulatorzähler zurück auf Null zu bringen, d.h. Ty, lautet wie folgt:This factor has no influence on the output signal of the A / D conversion. Equation (3), which gives the accumulated count N (X) of the output counter as a function of the clock frequency F-. v and the length of time it takes to bring the accumulator counter back to zero, i.e. Ty, is as follows:
N(X) = Tx FCLK (3)N (X) = T x F CLK (3)
Die Gleichung (4), die die Vorwärtszähldauer T als Funktion des "n"-Zählers und der Taktfrequenz angibt, hat die folgende Form:Equation (4) showing the count up duration T as a function of the "n" counter and the clock frequency has the following form:
Tup = n/FCLK T up = n / F CLK
Die Gleichung (5), die zeigt, daß der Zählwert N des Ausgangszählers proportional zu η und der unbekannten Spannung dividiert durch die Bezugsspannung ist, lautet:The equation (5) showing that the count value N of the output counter proportional to η and the unknown voltage divided by the reference voltage is:
vixyvixy
N(X) = η (5)N (X) = η (5)
Eref E ref
Die Gleichung (5) zeigt, daß der digitale Ausgangszählwert N(X) unabhängig von der Taktfrequenz F~. ,,, der Abtastfrequenz und, was von besonderem Interesse ist, auch unabhängig von dem Maßstabsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators ist. Wenn beispielsweise die unbekannte Spannung V(X) 2 Volt beträgt, dieEquation (5) shows that the digital output count N (X) is independent of the clock frequency F ~. ,,, the sampling frequency and, which is of particular interest is also independent of the scale factor of the voltage controlled oscillator. For example, if the unknown voltage V (X) is 2 volts, the
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Bezugsspannung gleich 2 Volt ist und der η-Zähler bei 64 steht, befindet sich am Ende jeder Umsetzung im Ausgangszähler N ein Zählwert von 64. Diese besondere Eigenschaft des A/D-Umsetzers gestattet es, in Reihe mit dem Schalter Sl und dem spannungsgesteuerten Oszillator 402 einen Verstärker zu legen, im wesentlichen ohne Jaß dies den Ausgangszählwert beeinflußt. Dies gilt selbst dann, wenn sich der Verstärkungsfaktor ändert oder von Einheit zu Einheit unterschiedlich ist, vorausgesetzt daß die Verstärkung während eines Umsetzungszyklus konstant bleibt. Mit anderen Worten, weil entsprechend Fig. 8 ein einziger spannungsgesteuerter Oszillator 402 benutzt wird, um sowohl die analoge Eingangsspannung V(X) als auch die Bezugsspannung E - zu verarbeiten, hat der durch den Oszillator 402 bedingte Maßstabsfaktor auf den digitalen Ausgang des Zählers 412 keinen Einfluß. Weil ferner das gleiche Taktsignal F^.„ benutzt wird, um sowohl den Takt für den Akkumulatorzähler 400 während der Rückwärtszählperiode Τχ als auch den Takt für den N-Ausgangszähler 412 während der gleichen Periode vorzugeben, beeinflußt die Frequenz des Taktsignals Fp.^ den digitalen Ausgang des Zählers 412 nicht, der kennzeichnend für die Amplitude des analogen Eingangssignals V(X) ist. Der zur Anlieferung des Taktsignals F^. j, benutzte Taktgeber bedarf daher keiner hohen Genauigkeit und damit auch keiner relativ hohen Stromaufnahme. Vielmehr kann der Taktgeber so ausgelegt werden, daß er der Energiequelle, d.h. der Batterie des Schrittmachers, nur in minimalem Umfang Leistung entnimmt.Reference voltage is equal to 2 volts and the η counter is at 64 , there is a count of 64 in the output counter N at the end of each conversion. This special property of the A / D converter allows it to work in series with the switch S1 and the voltage-controlled oscillator 402, substantially without affecting the output count. This is true even if the gain changes or differs from unit to unit, provided that the gain remains constant during a conversion cycle. In other words, because a single voltage-controlled oscillator 402 is used in accordance with FIG. 8 to process both the analog input voltage V (X) and the reference voltage E -, the scale factor caused by the oscillator 402 has on the digital output of the counter 412 no influence. Furthermore, because the same clock signal F ^. "Is used to set both the clock for the accumulator counter 400 during the countdown period Τ χ and the clock for the N output counter 412 during the same period, the frequency of the clock signal Fp. ^ Affects the." digital output of the counter 412, which is indicative of the amplitude of the analog input signal V (X). The delivery of the clock signal F ^. j, clock generators used therefore do not require a high level of accuracy and therefore also do not require a relatively high power consumption. Rather, the clock generator can be designed in such a way that it draws only a minimal amount of power from the energy source, ie the battery of the pacemaker.
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Fig. 10 zeigt ein detailliertes Schaltbild des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 8. Das Eingangssignal wird einem Zweirichtungsschalter in Form des Schalters 407 zugeführt, dessen Ausgangssignal an den spannungsgesteuerten Oszillator geht, der in einer Schaltung mit Phasenregelschleife enthalten ist. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird dem Akkumulatorzähler 400 zugeführt, der aus vier auf/ab-Zählern CD4029A besteht. Die Taktfrequenz Fp. ., wird zusammen mit dem Abtastimpuls über Leitungen 418 bzw. 420 angelegt, um das Ausgangssignal des Akkumulatorzählers 400 zeitlich auf den N-Ausgangszähler 412 einzustellen. Ein entscheidender Teil der veranschaulichten Ausführungsform des A/D-Umsetzers 308 ist die Auslegung der Steuerlogik 408, der entsprechend Fig.8 einen Zähler 409 in Form eines 4-bit-Ringzählers aufweist. Dieser Zähler 409 zwingt den A/D-Umsetzer 308 auf eine und nur eine von vier möglichen Betriebsarten entsprechend seinen vier Ausgangszuständen 0, 1, 2 und 3. Diese vier Betriebsarten des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 10 sind: (1) warten; (2) voreinstellen; (3) vorwärtszählen und (4) rückwärtszählen.Fig. 10 shows a detailed circuit diagram of the A / D converter 308 of Fig. 8. The input signal becomes a bidirectional switch in the form of the switch 407, the output signal of which goes to the voltage-controlled oscillator, which is in a Phase locked loop circuit is included. The output signal of the voltage-controlled oscillator is fed to the accumulator counter 400, which consists of four up / down counters CD4029A exists. The clock frequency Fp.., Together with the Sampling pulse is applied on lines 418 and 420, respectively, to the output signal of the accumulator counter 400 to set in time to the N output counter 412. A crucial part of the illustrated Embodiment of A / D converter 308 is the Design of the control logic 408, which, according to FIG. 8, has a counter 409 in the form of a 4-bit ring counter. This Counter 409 forces A / D converter 308 to one and only one of four possible modes of operation corresponding to its four Output states 0, 1, 2 and 3. These four modes of operation of the A / D converter 308 of Figure 10 are: (1) wait; (2) preset; (3) count up and (4) count down.
Der Wartebetrieb stellt einen Ruhezustand für den A/D-Umsetzer 308 dar, in dem der spannungsgesteuerte Oszillator 402 abgeschaltet ist, die unbekannte Spannung und die Bezugsspannung über den Zweirichtungsschalter Sl von dem Oszillator 402 abgetrennt sind und das zuletzt umgesetzte digitale Wort in dem Zähler 402 als digitales, Parallel-8-bit-Wort steht. Der Um-The waiting mode represents an idle state for the A / D converter 308, in which the voltage-controlled oscillator 402 is switched off is, the unknown voltage and the reference voltage are separated from the oscillator 402 via the bidirectional switch S1 and the last converted digital word is in the counter 402 as a digital, parallel 8-bit word. The Um-
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setzer 308 verbleibt im Wartezustand, bis er einen Abtastimpuls empfängt, der den Übergang in den Voreinstellbetrieb bewirkt. Im Wartezustand nimmt der A/D-Umsetzer 308 sehr wenig Energie auf.Setter 308 remains in the wait state until it receives a sample pulse which causes the transition to the presetting mode. In the wait state, the A / D converter 308 takes very little Energy on.
Der dem Wartezustand folgende Voreinstellvorgang wird benutzt, um den aus den Zählern 400a, 400b und 400c bestehenden Akkumulator über einen Störeingang auf ein binäres Wort von eins voreinzustellen. Der Zähler 412 wird während dieser Betriebsart zurückgestellt. Die maximal vorhandene Zeitdauer für die Voreinstellung beträgt die Hälfte einer Taktperiode.The preset operation following the waiting state is used to set the accumulator composed of the counters 400a, 400b and 400c preset to a binary word of one via a fault input. The counter 412 is during this mode of operation deferred. The maximum time available for the presetting is half of a clock period.
Während des Aufwärtszählens wird der Ausgang 3 des Dividierers 409 auf logisch 1 gebracht, wodurch die Akkumulatorzähler 400a, 400b und 400c gezwungen werden, im Vorwärtsbetrieb zu zählen. Während dieser Betriebsart gibt der Zweirichtungsschalter Sl das unbekannte analoge Eingangssignal auf den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 402. Der n-Zähler 410 beginnt die Zeitdauer zu bestimmen, während deren die unbekannte Spannung angelegt wird, indem die Bezugstaktfrequenz bis zu dem vorprogrammierten Zählwert ausgezählt wird, der den Ausgang 9 einer UND-Schaltung 425 auf logisch 1 bringt. Während dieser Arbeitsphase werden Zählwerte in den Zählern 400a, 400b und 400c akkumuliert. Wenn der Ausgang 9 der UND-Schaltung 425 auf logisch 1 springt, was erkennen läßt, daß die Vorwärtszählperiode erreicht ist, stehen die Ausgänge 8 und 9 beide auf logisch 1;During the counting up, the output 3 of the divider becomes 409 brought to logic 1, whereby the accumulator counters 400a, 400b and 400c are forced to count in the forward mode. During this mode of operation, the bidirectional switch Sl gives the unknown analog input signal to the input of the voltage controlled oscillator 402. The n counter 410 begins determine the length of time during which the unknown voltage is applied by setting the reference clock frequency up to the preprogrammed count is counted, which brings the output 9 of an AND circuit 425 to logic 1. During this During the work phase, count values are accumulated in the counters 400a, 400b and 400c. When the output 9 of the AND circuit 425 is on logic 1 jumps, which shows that the count-up period has been reached, outputs 8 and 9 are both at logic 1;
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ein Befehl, den Ringzähler 40? weiterzuschalten, geht an ein Impulsstreckgatter 427. Wenn der nächste Taktimpuls den Wert logisch 1 erreicht, wird der Ringzähler 40? auf den nächsten Zustand umgestellt, der dem Abwärtszählen entspricht.a command, the ring counter 40? to switch on goes to a Pulse stretching gate 427. When the next clock pulse reaches the value logic 1, the ring counter 40? to the next State changed, which corresponds to the downcounting.
Ein Abwärtszählbetrieb wird bewirkt, indem der Ausgang 7 des Ringzählers 40? auf logisch 1 gebracht wird. Dieser Zustand zwingt den Akkumulatorzähler 400 rückwärtszuzählen. Außerdem wird die Bezugsspannung an den spannungsgesteuerten Oszillator 402 angelegt. Die Taktfrequenz wird dem Eingang des N-Zählers 412 zugeführt. Wenn daher die Zählwerte aus den Akkumulatorzählern 400a, 400b und 400c herausgetrieben werden, werden Taktimpulse im N-Zähler 412 akkumuliert. Wenn die Akkumulatorzählerkette in allen Zuständen auf logisch 0 gesteuert ist, springt der Ausgang einer UND-Schaltung 429 auf logisch 1. Der Ringzähler 40? wird über das vorstehend beschriebene Impulsfangnetzwerk auf Wartezustand gebracht. Der Abschluß dieses Zyklus bewirkt, daß die unbekannte Eingangsspannung V(X) digitalisiert und in dem Ausgangszähler 412 mit dem oben erläuterten Maßstabsfaktor gehalten wird.A downward counting operation is effected by the output 7 of the ring counter 40? is brought to logic 1. This condition forces the accumulator counter 400 to count down. In addition, the reference voltage is sent to the voltage controlled oscillator 402 created. The clock frequency is fed to the input of the N counter 412. Therefore, if the counts from the accumulator counters 400a, 400b and 400c are driven out, clock pulses are accumulated in the N counter 412. When the accumulator counter chain is controlled to logic 0 in all states, the output of an AND circuit 429 jumps to logic 1. The Ring counter 40? is via the burst network described above put on hold. Completion of this cycle causes the unknown input voltage V (X) to digitize and held in the output counter 412 with the scale factor discussed above.
Der A/D-Umsetzer 408 nach den Fign. 8 und 10 eignet sich insbesondere für den Schrittmacher 12 gemäß Fig. 1. Es ist von entscheidender Bedeutung, im Schrittmacher Schaltungskomponenten vorzusehen, die der Energiequelle des Schrittmachers, z.B. in Form der Schrittmacherbatterie, ein Minimum an Leistung ent-The A / D converter 408 according to FIGS. 8 and 10 are particularly suitable for the pacemaker 12 of Fig. 1. It is critical to include circuit components in the pacemaker provide that the pacemaker's energy source, e.g. in the form of the pacemaker battery, has a minimum of power.
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ziehen. Für diesen Zweck kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 10 in CMOS-Technologie ausgeführt werden. Desweiteren wird der Oszillator 402 zwecks Lieferung eines Ausgangssignals nur während derjenigen Zeitspannen mit Energie versorgt, während deren ein analoges Eingangssignal V(X) digitalisiert werden muß. Zu anderen Zeiten ist der spannungsgesteuerte Oszillator 402 stromlos. Die Speisung des Oszillators 402 geschieht unter dem Einfluß der Steuerlogik 408 und insbesondere des Ringzählers 409. Hinzu kommt, daß der A/D-Umsetzer 308 eingestellt werden kann, indem unterschiedliche Werte von "n" im Zähler 410 vorgesehen werden. Der A/D-Umsetzer 308 ist daher geeignet, um Eingangsspannungen von variierenden Amplituden zu erfassen. Bei den verschiedenen, vorstehend erläuterten Ausführungsformen des Schrittmachers ist es zweckmäßig, sowohl die relativ große Spannung V der Batterie als auch die relativ kleinen Spannungssignale umzusetzen, die von der Kammer und dem Vorhof des Patienten abgeleitet werden. Entsprechend Fig.10 wird die vorgewählte Vorwärtszähldauer T durch den Wert "n" bestimmt, der in den "n"-Zähler 410 eingebracht wird. Der Wert von "n" kann entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung eingestellt werden, indem einer der mehreren Ausgänge Q4, Q5, Q6 und Q7 des "n"-Zählers 410 angeschlossen wird. Eine (nicht gezeigte) Schaltstufe kann zwischen einem der Ausgänge des Zählers 410 und der UND-Schaltung A9 vorgesehen werden, um den Wert von "n" gemäß Fig. 7A der Steuerung durch den Mikroprozessor 300 zu unterwerfen. Außerdem kann eindraw. For this purpose, the circuit arrangement according to FIG. 10 can be implemented in CMOS technology. Furthermore, for the purpose of supplying an output signal, the oscillator 402 is supplied with energy only during those time periods during which an analog input signal V (X) has to be digitized. At other times, the voltage controlled oscillator 402 is de-energized. The oscillator 402 is fed under the influence of the control logic 408 and in particular the ring counter 409. In addition, the A / D converter 308 can be set by providing different values of "n" in the counter 410. The A / D converter 308 is therefore suitable for detecting input voltages of varying amplitudes. In the various embodiments of the pacemaker explained above, it is expedient to convert both the relatively high voltage V of the battery and the relatively small voltage signals which are derived from the chamber and the atrium of the patient. According to FIG. 10, the preselected up counting period T is determined by the value “n” which is entered in the “n” counter 410. The value of "n" can be adjusted in accordance with an embodiment of the invention by connecting one of the plurality of outputs Q4, Q5, Q6 and Q7 of the "n" counter 410. A switching stage (not shown) may be provided between one of the outputs of the counter 410 and the AND circuit A9 to subject the value of "n" to the control of the microprocessor 300 as shown in FIG. 7A. In addition, a
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ORtGiNAL INSPECTEDORtGiNAL INSPECTED
an sich bekannter, programmierbarer Zähler an Stelle des vorliegenden Zählers 410 vorgesehen werden, was es ermöglicht, ein in dem Zähler eingespeichertes binäres Wort unter dem Einfluß des Mikroprozessors zu variieren. Der Wert von "n" läßt sich damit in Abhängigkeit davon ändern, welches analoge Eingangssignal in digitale Form umgesetzt werden soll. Der Wert "n" wird in Abhängigkeit von der Amplitude der betreffenden Eingangsspannung V(X) variiert, wobei größere Werte für "n" für kleinere Amplituden vorgesehen werden. In der Praxis ist es erwünscht, im Ausgangszähler 412 einen Zählwert zu erreichen, welcher der bekannten Zählerkapazität nahe kommt, um auf diese Weise die maximale Auflösung für ein Eingangssignal von gegebener Amplitude zu gewährleisten. Ein einziger Analog/Digital-Umsetzer 308 kann auf diese Weise für unterschiedliche Eingangssignale von variierender Amplitude benutzt werden, wobei die Genauigkeit des binären Ausgangssignals durch Variieren des Wertes von "n" sichergestellt wird. Es versteht sich, daß der Umsetzer 308 nicht auf die vorstehend geschilderte spezielle Anwendung beschränkt ist.known, programmable counter instead of the present one Counter 410 can be provided, which makes it possible to read a binary word stored in the counter under the influence of the microprocessor to vary. The value of "n" can thus be changed depending on which analog input signal should be implemented in digital form. The value "n" is dependent varies on the amplitude of the relevant input voltage V (X), with larger values for "n" for smaller amplitudes are provided. In practice it is desirable to have a count in the output counter 412 which is well known Counter capacity comes close in order to ensure the maximum resolution for an input signal of a given amplitude in this way. A single analog-to-digital converter 308 can in this way vary for different input signals Amplitude can be used, the accuracy of the binary output signal being ensured by varying the value of "n" will. It should be understood that translator 308 is not limited to the particular application described above.
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Claims (41)
einem der Speicherabschnitte herstellbar ist, undb) a controller for the optional implementation of one of the programs stored in the memory with an addressing device, by means of which an access to
one of the memory sections can be produced, and
Adressiereinrichtung ein anderes Programm adressiert sowie mittels der Steuerung durchgeführt wird.c) a device for optionally changing the address of the addressing device in such a way that by means of the
Addressing another program is addressed and carried out by means of the controller.
das Arbeiten des Meßverstärkers unterbindet.Selector switch in response to the fifth timing signal
prevents the measuring amplifier from working.
eine Einrichtung zum wahlweisen Ändern der Adresse der
Adressiereinrichtung derart, daß die Adressiereinrichtung einen Anfangsplatz in einem anderen der ersten und
zweiten Speicherabschnitte adressiert und eine Reizung
des Herzens entsprechend einer unterschiedlichen Betriebsart erfolgt.23. Cardiac pacemaker according to claim 22, characterized by
means for optionally changing the address of the
Addressing device such that the addressing device has a starting position in another of the first and
second memory sections addressed and a stimulus
of the heart takes place according to a different mode of operation.
durch den Mikroprozessor auswählt.24. A pacemaker according to claim 20, characterized in that a multiplexer equipped with several inputs is provided which has at least one first input coupled to the second switch and a second input coupled to the second selector switch and which is responsive to the control signals of the microprocessor multiple inputs for processing
selected by the microprocessor.
eine Stromquelle, einen dritten Wählschalter und eine mit der ersten Leitungsanordnung gekoppelte Ausgangsschaltung zur Lieferung eines Reizimpulses über die erste Leitungsanordnung zu dem ersten Teil des Herzens, wobei die Dekodiereinrichtung auf Signale des Speichers ansprechend ein25. Cardiac pacemaker according to claim 20, characterized by
a power source, a third selector switch and an output circuit coupled to the first line arrangement for delivering a stimulus pulse via the first line arrangement to the first part of the heart, the decoder being responsive to signals from the memory
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