DE2944594A1 - Bedarfsherzschrittmacher mit aenderbarer empfindlichkeit - Google Patents
Bedarfsherzschrittmacher mit aenderbarer empfindlichkeitInfo
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Description
MEDTRONIC, INC. 3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440/V.St.A.
Bedarfsherzschrittmacher mit änderbarer Empfindlichkeit
Die Erfindung betrifft einen Bedarfsherzschrittmacher mit änderbarer Empfindlichkeit.
Implantierbare Herzreizstromgeräte oder -schrittmacher sind bekannt. Ein früher Schrittmacher ist in der US-PS
3 057 356 beschrieben. Er weist einen Kippgenerator auf, der elektrische Impulse mit fester Folgefrequenz erzeugt.
Die Impulse werden an das Herz angelegt, um dieses bei jedem Auftreten eines Impulses zu einer Kontraktion zu
veranlassen.
Seit 1962 wurde der Schrittmacher ständig weiterentwikkelt.
Diese Entwicklung ist in der DE-OS (am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichte deutsche
Patentanmeldung mit dem Titel "Digitaler Herzschrittmacher", US-Priorität vom 6. Nov. 1978 aus der
US-Anmeldung 957,962) näher geschildert. Wie dort im einzelnen ausgeführt ist, hat die Schrittmachertechnologie
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hinter dem konventionellen Stand der Technik auf dem Gebiet
der Elektronik hinterhergehinkt, was die Ausnutzung von digitalen elektronischen Schaltungen anbelangt. Ein
Grund dafür war die hohe Energie, die für den Betrieb von
digitalen elektronischen Schaltungen notwendig war. Der
Energiebedarf stellt einen wesentlichen Gesichtspunkt bei der Auslegung eines Schrittmachers dar. Mit den weiteren
Fortschritten der Elektroniktechnologie eignen sich jedoch
digitale elektronische Schaltungen in steigendem Maße
zur Anwendung bei kommerziellen Schrittmachereinheiten .
Die Genauigkeit und Verläßlichkeit von digitalen elektronischen Schaltungen stellen Faktoren dar, die den Einsatz
solcher Schaltungen bei Schrittmachern wünschenswert erscheinen lassen. Die Leichtigkeit, mit der derartige
Schaltungen programmiert und umprogrammiert werden können, um einen oder mehrere Betriebsparameter zu ändern,
spricht gleichfalls für ihre Anwendung. Beispielsweise wurden Schrittmacher vorgeschlagen, die auf magnetische
Signale und/oder Hf-Signale ansprechen, um einen Betriebsparameter zu ändern. Die Impulsrate oder -folgefrequenz
und die Impulsbreite lassen sich auf diese Weise programmieren. Außerdem wurden Schrittmacher entwickelt, die
bei Vorhandensein von gewissen Signalen gesperrt werden. Bis jetzt wurde jedoch kein Schrittmacher bekannt, bei
dem auf einen Befehl hin mehr als zwei Parameter, Merk-
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male oder Tests programmiert werden können.
Die Anwendung von digitalen elektronischen Schaltungen bietet jedoch beim Schrittmacher die Möglichkeit, auf Befehl
hin einen oder mehrere Betriebsparameter über extern
erzeugte Signale zu programmieren oder umzuprogrammieren. Beispielsweise können die Impulsrate, die Impulsbreite
und die Impulsamplitude in einer beliebigen Anzahl von Kombinationen extern vorgegeben werden. Auf ähnliche
Weise läßt sich die Refraktärperiode einstellen und ändern.
Außerdem ist es möglich, digitale Schaltungsanordnungen nach Wunsch entweder auf temporärer oder permanenter
Basis zu programmieren. Es versteht sich, daß auch andere Betriebsparameter oder Kenngrößen extern programmiert
werden können.
Ein unter Verwendung von digitalen elektronischen Schaltungen aufgebauter Schrittmacher hat infolgedessen eine
universellere Anwendbarkeit, weil es möglich ist, den Schrittmacher so zu programmieren, daß er den Bedürfnissen
eines speziellen Anwendungsfalles entspricht, statt daß der Schrittmacher für beschränkte Anwendungsfälle
eigens gefertigt werden muß. Außerdem kann einer derartigen Einheit der Befehl gegeben werden, eine externe Anzeige
bezüglich ihres Programmstandes zu liefern, was insbesondere in Fällen von Bedeutung ist, wo dieser Stand
nicht unmittelbar beobachtet werden kann. Aber auch beim
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Einsatz von digitalen Schaltungen sind gewisse analoge Schaltungsstufen notwendig, um verschiedene Steuersignale
zu erzeugen und/oder zu übermitteln und um auf die digitale Schaltungsanordnung anzusprechen, um deren Programmierung
zu bewirken.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine analoge Schaltungsanordnung
geschaffen, die sich insbesondere für ein Zusammenwirken mit der digitalen Schaltungsanordnung gemäß
der oben erwähnten gleichlaufenden Patentanmeldung eignet und die Durchführung der Schrittmacherfunktionen
unterstützt. Zu den Analogschaltungsfunktionen, die im
Rahmen der genannten digitalen Schaltungsanordnung notwendig sind, gehören die Demodulation des Programmiersignals,
eine Erfassung der Herzaktivität während des Arbeitens
im Bedarfsbetrieb sowie die Anlieferung von Taktimpulsen. Außerdem wird eine analoge Schaltungsanordnung
vorgesehen, um eine Anzeige für den Batteriezustand zu liefern und einen oberen Ratengrenzwert für die von der
digitalen Schaltungsstufe erzeugten Reizeinleitungssignale vorzugeben. Die digitale Schaltungsstufe der genannten
parallelen Anmeldung liefert ein Signal zur Steuerung der Empfindlichkeit des Meßverstärkers und ein Signal
zur Bestimmung einer Refraktärperiode für den Meßverstärker.
Die analoge Ausgangsschaltung wird durch die digitale
Schaltungsstufe gesteuert, um das Nachladen eines Kondensators in der Ausgangsschaltung zu beschleunigen, um
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die Amplitude der Ausgangsimpulse vorzugeben und um für
einen oberen Ratengrenzwert für die Ausgangsreizimpulse zu sorgen. Wie in der parallelen Patentanmeldung im einzelnen auseinandergesetzt ist, wird einer der Taktimpulsgeneratoren
durch ein von der digitalen Schaltungsstufe
kommendes Signal entsperrt.
Im Rahmen des Zusammenspiels zwischen analogen und digitalen Schaltungsstufen für die Erzeugung und das Anlegen
von Reizimpulsen ist die vorliegende Erfindung auf einen Meßverstarker mit einstellbarer Empfindlichkeit gerichtet,
dessen Ausgangssignal kennzeichnend für die Erfassung der
Herzaktivitüt ist. Der Meßverstarker ist derart ausgelegt,
daß sich seine Empfindlichkeit mit Hilfe von Eingangssignalen vorgeben läßt. Dabei ist eine Reversionsstufe vorhanden,
die ein auf eine erfaßte Herzaktivität zurückgehendes Signal erfaßt, woraufhin eine Ausgangsschaltung ein
Ausgangssignal abgibt. Die Reversionsstufe wirkt mit einer
Empfindlichkeitssteuerung zusammen, um die Empfindlichkeit
der Reversionsstufe auf ermittelte Herzaktivitätssignale
zu ändern. Die Ausgangsschaltung ist vorteilhaft mit einer Anordnung zum Ändern der Empfindlichkeit der Reversionsstufe
während eines Ausgangssignals ausgestattet, um das Ansprechverhalten der Reversionsstufe auf ein Signal
zu verbessern, das auf eine natürliche Herzaktivitat zurückgeht. Die Erfindung erlaubt es, noch nach dem Implantieren
des Schrittmachers die Meßverstärkerempfindlich-
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keit einzustellen und damit für eine optimale Erkennung
von naturlicher Herzaktivität zu sorgen.
Der Meßverstärker kann einen Vorverstärker aufweisen, dessen
Ansprechverhalten von der Polarität der seinem Eingang
zugeführten Signale im wesentlichen unabhängig ist. Es kann eine Absolutwertstufe vorgesehen sein, die auf das
Ausgangssignal des Vorverstärkers anspricht und ein Ausgangssignal
von einheitlicher Polarität liefert, das kennzeichnend für Signale beliebiger Polarität ist, die am
Eingang des Vorverstärkers erscheinen. Dies fuhrt zu einer weitgehenden Ausräumung der Polaritotsdisparität bekannter
Meßverstärker. Zwischen der Absolutwertstufe und der
Reversionsstufe kann ein Puffer sitzen, der gesteuert
wird, um die Überleitung von Signalen zwischen der Absolutwertstufe und der Reversionsstufe zu regeln. Die Zeitspanne,
während deren Signale von der Reversionsstufe abgehalten werden, wird als Refraktarperiode bezeichnet, die
gleichfalls einstellbar sein kann.
Entsprechend einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist der
Vorverstärker einen Differentialeingang und einen Differentialausgang
auf, wobei die Ausgangssignale gleichen Absolutwert haben, jedoch von entgegengesetzter Polarität
sind. Die Absolutwertstufe spricht zweckmäßig auf das positive Ausgangssignal des Vorverstärkers an, um ohne
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Rücksicht auf die Polarität der Signale, die am Eingang
des Vorverstärkers erscheinen, ein Ausgangssignal von nur
einer Polarität zu liefern. Es wird ein vielseitig verwendbarer Meßverstärker mit programmierbarer Empfindlichkeit
geschaffen, bei dem die Polaritätsdisparität stark herabgesetzt ist und der zusätzlich mit extern vorbestimmter
Refraktärperiode versehen sein kann.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die gegenseitige Verbindung und das Zusammenwirken zwischen der digitalen Schaltungsstufe
und einer zugeordneten analogen Schaltungsstufe,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des einen Teil der analogen Schaltungsstufe nach Fig. 1 bildenden
Meßverstärkers und
Fig. 3 ein Schaltbild des Meßverstärkers nach Fig. 2.
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Das Blockschaltbild nach Fig. 1 läßt die wechselseitigen Verbindungen zwischen einer digitalen Schaltungsstufe 10
(wie sie beispielsweise in der genannten parallelen Patentanmeldung
näher erläutert ist) und einer analogen Schaltungsstufe 11 erkennen. Sowohl die digitale Schaltungsstufe
10 als auch die analoge Schaltungsstufe 11 liegen zwischen einer Quelle für positives Potential +V und
einem Bezugspotential, beispielsweise Masse. Bei der Quelle für positives Potential kann es sich um eine Batterie,
beispielsweise um eine konventionelle Lithiumjodidbatterie, handeln, die eine Spannung von etwa 2,8 V liefert.
Die analoge Schaltungsstufe 11 besteht aus verschiedenen
getrennten elektrischen Baugruppen, die funktionsmäßig
als ein Hf-Demodulator, ein Meßverstärker, eine Ausgangsschaltung,
eine Batterieüberwachungs- und -zustandsanzeigestufe, ein Quarztaktgeber und ein Taktgeber mit einem
spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) bezeichnet werden können. Die digitale Schaltungsstufe 1O umfaßt sämtliche
digitale Logikstufen, die für eine Programmänderung notwendig sind, einen Speicher zum Einspeichern des digitalen
Codes, der die Sollwerte für die Programmparameter vorgibt und digitale Zeitstufen, die bewirken, daß ein
Reizimpuls auf die programmierte Weise erzeugt wird. Bei den Signalen, die zwischen der digitalen Schaltungsstufe
10 und der analogen Schaltungsstufe 11 übermittelt wer-
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den, handelt es sich um ZUNGENSCHALTER, DATEN, MESSEN, EMPFINDLICHKEIT, AUSTASTEN, EINFACH, DOPPELT, RATENBEGRENZUNG,
NACHLADEN, BATTERIE, XTAL, VCO und VCO-ENTSPER-RUNG.
Ein magnetisch betätigter Zungenrelaisschalter 12 ist
zwischen die Quelle positiven Potentials +V und die digitale Schaltungsstufe 10 sowie den Hf-Demodulator der analogen
Schaltungsstufe 11 geschaltet. Der Zungenschalter 12 ist normalerweise offen. Er wird geschlossen, indem
beispielsweise ein Magnet dicht an den Zungenschalter herangebracht wird. Im geschlossenen Zustand wird ein ZUNGEN-SCHALTER-Signal
+V oder logisch "1" an die digitale Schaltungsstufe 1O und die analoge Schaltungsstufe 11 angelegt.
Bei Wegnehmen des Magneten öffnet der Zungenschalter 12. Ein Massesignal oder logisch "O" wird der digitalen Schaltungsstufe
10 und der analogen Schaltungsstufe 11 zugeführt.
Der Hf-Demodulator wird durch ein +V-ZUNGENSCHAL-TER-Signal
entsperrt, das durch Schließen des Zungenschalters 12 erzeugt wird. Der Hf-Demodulator gibt dann ein
DATEN-Signal an die digitale Schaltungsstufe 1O. Das DA-TEN-Signal
(das Programmiersignal der digitalen Schaltungsstufe 1O) ist ein Impulssignal, das von logisch "O" auf
logisch "1" springt, was kennzeichnend für extern erzeugte Impulsfolgen ist.
Der Meßverstärker der analogen Schaltungsstufe 11 liefert
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ein MESS-Signal bei jedem Erfassen von natürlicher Herzaktivität,
um den Taktzyklus der digitalen Schaltungsstufe 10 neu zu starten, wenn im Bedarfsbetrieb gearbeitet
wird. Ein EMPFINDLICHKEITS-Signal wird von der digitalen
Schaltungsstufe 10 entsprechend ihrer Programmierung
angeliefert, um den Erfassungspegel des Meßverstärkers
vorzugeben. Ein AUSTAST-Signal wird von der digitalen
Schaltungsstufe 10 erzeugt und dem Meßverstärker der analogen
Schaltungsstufe 11 zugeführt, um für die Refraktarperiode
des Meßverstärkers zu sorgen und den Komponenten des Meßverstärkers Gelegenheit zu geben, sich zurückzustellen
.
Die Ausgangsschaltung der analogen Schaltungsstufe 11
weist Ausgangsanschlüsse 13 und 14 auf, die in bekannter Weise an eine konventionelle Leitung angeschlossen werden
können. Der Ausgangsanschluß 14 kann in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Leitungssystems bei einer
unipolaren Leitungsanordnung mit dem Metallgehäuse der Schrittmachereinheit oder einer Platte verbunden werden,
die einen Teil des Gehäuses bildet. Im Falle einer bipolaren Leitungsanordnung kann der Ausgangsanschluß 14 mit
einer zweiten Leitung verbunden werden. Der Ausgangsanschluß 13 ist über einen Kondensator 17 an die analoge
Schaltungsstufe und das Herz (nicht veranschaulicht) angekoppelt.
Es sind zwei Zenerdioden 15, 16 vorgesehen, deren Anoden miteinander verbunden sind und deren Katho-
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den mit den Ausgangsanschlüssen 13 bzw. 14 in Verbindung stehen. Die Dioden 15, 16 haben in herkömmlicher Weise
die Aufgabe, eine Beschädigung der Schrittmacherschaltung
bei Vorhandensein von großen Fremdsignalen zu vermeiden, wie sie beispielsweise durch eine Elektrokaustik verursacht
werden. Die Ausgangsschaltung der analogen Schaltungsstufe 11 weist Elemente auf, die auf ein EINFACH-
oder DOPPEL-Signal von der digitalen Schaltungsstufe 10
ansprechen, um die Amplitude der Ausgangssignale vorzugeben, die an die Ausgangsanschlüsse 13 und 14 angelegt
werden. Ein von der digitalen Schaltungsstufe 10 kommendes
NACHLADE-Signal beschleunigt das Wiederaufladen des Ausgangskondensators 17, während die Ausgangsschaltung
der analogen Schaltungsstufe 11 an die digitale Schaltungsstufe
10 ein RATENBEGRENZUNGS-Signal liefert, um einen oberen Grenzwert für die Rate oder Folgefrequenz vorzugeben,
mit der Reizeinleitungssignale erzeugt werden. Die digitale Schaltungsstufe 1O kann ferner an die Ausgangsschaltung
der analogen Schaltungsstufe 11 ein RATENBEGRENZUNGSSIGNAL geben, um einen oberen Grenzwert für
die Folgefrequenz festzulegen, mit der Reizimpulse von der Ausgangsschaltung abgegeben werden können.
Außerdem weist die analoge Schaltungsstufe 11 Schaltungsteile
zur Überwachung des Zustands der Batterie auf, um eine Anzeige dieses Zustands in Form des Signals BATTERIE
zu liefern. Ferner werden der digitalen Schaltungsstufe
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Taktimpulse in Form der Signale XTAL und VCO zugeführt.
Bei dem XTAL-Signal handelt es sich im wesentlichen um ein Rechteckimpulssignal mit einer Frequenz von 32768 Hz,
während das VCO-Signal ein Rechteckimpulssignal mit einer voreingestellten Frequenz ist, solange +V gleich 2,8 V
ist. Wenn der Wert der Spannung +V infolge der Entladung
der Batterie mit der Zeit abnimmt, verringert sich in bekannter
Weise auch die Frequenz des VCO-Signals. Das VCO-Signal wird innerhalb der Zeitstufe der digitalen Schaltungsstufe
1O benutzt, um die exakte Breite des Reizimpulses vorzugeben. Um die Energie dieses Impulses konstant
zu halten, muß die Impulsbreite vergrößert werden, wenn der Wert +V sinkt. Der VCO-Taktimpulsgenerator wird nur
während der Zeitspanne entsperrt, während deren der Reizimpuls
angeliefert werden soll. Die Entsperrung erfolgt mittels des Signals VCO-Entsperrung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Meßverstärkers, der
einen Teil der analogen Schaltungsstufe 11 nach Fig. 1
bildet. Der Meßverstärker umfaßt einen Vorverstärker 2O,
eine Absolutwertstufe 21, eine Reversionsstufe 22, eine
Ausgangsschaltung 23 und eine Empfindlichkeitssteuerung 24. Zwischen der Absolutwertstufe 21 und der Reversionsstufe
22 sitzt ein Puffer 25, um eine Belastung der Absolutwertstufe durch die Reversionsstufe zu verhindern. Der
Puffer 25 spricht auf das Signal AUSTASTEN von der digitalen Schaltungsstufe 10 an, um Signale von der Rever-
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sionsstufe 22 fernzuhalten.
Bei dem Vorverstärker 20 handelt es sich um eine Anordnung
mit Differentialeingang, Differentialausgang und doppelt rückgekoppeltem Aktivfilter, das von Widerstanden
26 bis 31 und Kondensatoren 32 bis 35 gebildet wird. Er ist so ausgelegt, daß er eine Leerlaufverstärkung von
etwa 60 0OO und einen Überkreuzungspunkt für den Verstärkungsfaktor
1 von ungefähr 2 kHz hat. Durch die doppelte Gegenkopplung wird die Anzahl der benutzten externen Komponenten
minimiert. Der Differentialeingang des Vorverstärkers 2O erlaubt ein im wesentlichen polaritätsunabhängiges
Ansprechverhalten auf Signale, die an Eingangsanschlüssen 36 und 37 erscheinen. Das heißt, der Vorverstärker
20 spricht im wesentlichen gleich auf Signale an, die an die Anschlüsse 36 und 37 angelegt werden, ohne daß
es auf die Polarität dieser Signale ankommt. Der Differentialausgang des Vorverstärkers 2O liefert zwei Signale
von entgegengesetzter Polarität, die jedoch im wesentlichen den gleichen Absolutwert haben und von denen jedes
kennzeichnend für die Signale ist, die an den Eingangsanschlüssen 36 und 37 erscheinen.
Die Absolutwertstufe 21 liefert auf Grund der Differentialausgangssignale
des Vorverstärkers 2O ein Signal mit nur einer Polarität, das kennzeichnend für das an den
Eingangsanschlüssen 36 und 37 erfaßte Signal ist. Der Vor-
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verstärker 20 und die Absolutwertstufe 21 sorgen daher
zusammen für Signale mit nur einer Polarität, die charakteristisch
für die an den Eingangsanschlüssen 36 und 37 auftretenden Signale sind, ohne daß es jedoch auf die Polarität
der Signale an den Eingangsanschlüssen 36 und 37 ankommt. Auf diese Weise braucht die in der Reversionsstufe
22 vorhandene Erfassungsschaltung auf Signale von nur einer Polarität anzusprechen, ohne daß es dadurch innerhalb
des Meßverstärkers nach Fig. 2 zu einer Polaritätsdisparität kommt. Die Empfindlichkeit der Reversionsstufe
22 auf das Ausgangssignal der Absolutwertstufe 21 wird durch die Empfindlichkeitssteuerung 24 vorgegeben,
wobei die Empfindlichkeit durch das EMPFINDLICHKEITS-Signal
von der digitalen Schaltungsstufe 10 bestimmt wird,
das bewirkt, daß der Taktzyklus in bekannter Weise neu gestartet wird. Die Leitung zwischen der Ausgangsschaltung
23 und der Empfindlichkeitssteuerung stellt eine Empfindlichkeitshysteresefunktion
dar, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist.
Die aus den Fig. 3A und 3B bestehende Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Meßverstärkers nach Fig. 2,
wobei die Funktionskomponenten 20 bis 25 der Blockschaltung in Blöcken mit gleichen Bezugszeichen zusammengefaßt
sind. Blöcke 41A und 41B enthalten Komponenten zur Bereitstellung von versorgungsspannungsunabhängigen Bezugsspannungen und Vorströmen. Die Anschlußleitungen A bis I
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der Fig. 3A stellen die Verbindung mit entsprechend bezeichneten
Leitungen in Fig. 3B her.
An den Eingangsanschlüssen 36 und 37 auftretende Signale werden über das Aktivfilter den Basen von Transistoren
und 46 zugeführt. Die Transistoren 45 und 46 bilden eine Eingangsdifferentialstufe. Ihre Kollektoren sind über eine
Diode 47 mit +V verbunden. Der Emitter des Transistors 45 ist an eine von einem Transistor 48 und einem Widerstand
49 gebildete Stromsenke und an den Emitter eines Transistors 5O angeschlossen. In ähnlicher Weise ist der
Emitter des Transistors 46 mit einer von einem Transistor 51 und einem Widerstand 52 gebildeten Stromsenke und mit
dem Emitter eines Transistors 53 verbunden. Die Basen der Transistoren 50 und 53 und' der Kollektor des Transistors
50 stehen mit einer Stromquelle in Verbindung, die von einem Transistor 54 und einem Widerstand 55 gebildet wird.
Der Kollektor des Transistors 53 ist über einen Kondensator 57 mit einem Koppelpunkt 56 und über eine Diode 61
mit der Basis eines Transistors 58 sowie einer Stromquelle verbunden, die von einem Transistor 59 und einem Widerstand
60 gebildet wird. Ein Koppelpunkt 63 steht über einen Kondensator 62 mit Masse in Verbindung.
Der Emitter des Transistors 58 ist mit der Basis eines
Transistors 64 sowie mit einer Stromsenke verbunden, die von einem Transistor 65 und einem Widerstand 66 gebildet
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wird. Die Basen der Transistoren 48, 51 und 65 sind an
einen Koppelpunkt 67 angeschlossen. Der Koppelpunkt 67 steht über eine Diode 68 und einen Widerstand 69 mit Masse
sowie über einen Widerstand 165 mit einem Koppelpunkt
77 in Verbindung. Der Emitter eines Transistors 70 ist an den Koppelpunkt 77 angeschlossen. Der Kollektor des
Transistors 70 ist mit +V verbunden. Die Basis des Transistors 70 ist über einen Widerstand 71 mit +V verbunden
und außerdem an den Kollektor eines Transistors 72 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 72 steht über einen
Widerstand 76 mit Masse in Verbindung. Die Basis des Transistors 59 ist mit der Basis des Transistors 54, dem
Kollektor und der Basis eines Transistors 74 und dem Kollektor eines Transistors 75 verbunden. Der Emitter
des Transistors 75 ist über einen Widerstand 73 an Masse angeschlossen. Die Basis des Transistors 75 und die
Basis des Transistors 72 sind mit dem Koppelpunkt 77 verbunden. Der Koppelpunkt 77 ist an den Koppelpunkt 67 über
den Widerstand 165 und an die Basis eines Transistors 78 angeschlossen, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors
64 sowie mit Masse über einen Widerstand 79 in Verbindung steht. Die Kollektoren der Transistoren 64
und 78 sind an die Koppelpunkte 56 bzw. 63 angeschlossen. Der Koppelpunkt 63 steht mit +V über einen Widerstand 80
sowie mit der Basis eines Transistors 81 in Verbindung. In ähnlicher Weise ist der Koppelpunkt 56 an +V über einen
Widerstand 82 sowie an die Basis eines Transistors 83
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angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 81 und
83 sind mit +V verbunden, während ihre Emitter an Koppelpunkte 84 bzw. 85 angeschlossen sind. Die Koppelpunkte 84
und 85 stellen die Ausgangsanschlüsse des Vorverstärkers 20 dar. Der Koppelpunkt 84 steht über einen Widerstand 86
und eine Diode 87 mit Masse in Verbindung, während der Koppelpunkt 85 über einen Widerstand 88 und eine Diode 89
mit Masse verbunden ist.
Die Transistoren 45 und 46 bilden die Eingangsdifferentialstufe.
Die Diode 47 verhindert einen Basis/Kollektor-Strom nach +V im Transistor 46 während eines Reizimpulses.
Die Diode 61 erhöht den dynamischen Bereich der Eingangsdifferentialstufe
während einer Erschöpfung der Betriebsspannung. Die Transistoren 70 und 72 stellen am Koppelpunkt
77 eine stabile Bezugsspannung bereit, die der Hälfte von +V entspricht. Die Diode 68 sowie die Widerstände
69 und 165 bestimmen einen Nachstrom für die Transistoren
45 und 46 über die teilweise von den Transistoren 48 und 51 gebildeten Stromsenken sowie für den Transistor
58 über die teilweise von dem Transistor 65 gebildete Stromsenke.
Der Transistor 58 bildet eine Emitterfolgestufe, die das
Signal von der Eingangsdifferentialstufe an die Transistoren
64 und 78 ankuppelt, die die zweite Verstärkerstufe des Verstärkers darstellen. Die an den Koppelpunkten 56
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und 63 auftretenden Signale haben entgegengesetzte Polarität
und einen absoluten Amplitudenwert, der kennzeichnend
für die an den Eingangsanschlüssen 36 und 37 erscheinenden Signale ist. Die Transistoren 81 und 83 bilden
Emitterfolgestufen, die die Absolutwertstufe 21 ansteuern.
Der Quellenstrom für die Eingangsdifferentialstufe
wird von den Transistoren 54, 59, 74 und 75 sowie den Widerständen 55, 60, 76 und 90 bestimmt. Die Kondensatoren
57 und 62 geben die Hf-Grenzfrequenz des Vorverstärkers
vor, während die Diode 87 und der Widerstand sowie die Diode 89 und der Widerstand 88 den Nachstrom
von den Emitterfolgestufen bestimmen, die von den Transistoren 81 bzw. 83 gebildet werden.
Der Vorverstärker 20 hat ein Ansprechverhalten, das im
wesentlichen unabhängig von der Polarität der an den
Eingangsanschlüssen 36 und 37 auftretenden Signale ist. Er weist einen Differentialeingang und einen Differentialausgang
auf. Die an dem Ausgang erscheinenden Signale haben entgegengesetzte Polarität und einen Absolutwert,
der demjenigen der Signale an den Eingangsanschlüssen
und 37 entspricht. Auf diese Weise wird die Polaritätsdisparität von bekannten Meßverstärkern weitgehend vermindert.
Der Meßverstärker kann in verläßlicher Weise auf erfaßte, für die Herzaktivität kennzeichnende Signale
von beliebiger Polarität ansprechen.
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Der Koppelpunkt 84 ist mit der Basis eines Transistors
91 verbunden, während der Koppelpunkt 85 an die Basis eines Transistors 92 angeschlossen ist. Die Basen der Transistoren
91 und 92 sind ferner mit den Widerständen 30 bzw. 31 verbunden, bei denen es sich um die dem Aktivfilter
zugeordneten Gegenkopplungswiderstände handelt. Die Kollektoren der Transistoren 91 und 92 stehen mit +V in
Verbindung, während ihre Emitter an einen Koppelpunkt angeschlossen sind. Der Koppelpunkt 93 bildet den Ausgangsanschluß
der Absolutwertstufe 21; er ist mit dem
Kollektor eines Transistors 94 verbunden. Der Emitter des Transistors 94 steht über einen Widerstand 95 mit Masse
in Verbindung. Seine Basis ist an einen Koppelpunkt 96 angeschlossen. Widerstände 97 und 98 und ein Transistor
im Block 41A bilden eine Bezugsspannung, die der Basis des Transistors 94 und Transistoren zugeführt wird, die einen
Teil der Empfindlichkeitssteuerung 24 darstellen.
Die Transistoren 91 und 92 sind Emitterfolger. Infolgedessen kommt das am Koppelpunkt 93 auftretende Signal
nahe dem positivsten Signal an den Basen der Transistoren 91 und 92. Weil die an den Koppelpunkten 84 und 85
auftretenden Signale entgegengesetzte Polarität haben, führt eines dieser Signale zu einem positiven Signal am
Koppelpunkt 93. Dementsprechend erscheint am Koppelpunkt 93 ein positives Signal, das kennzeichnend für die an
den Eingangsanschlüssen 36 und 37 auftretenden Signale
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ohne Rücksicht auf deren Polarität ist. Signale beliebiger Polarität an den Eingangsanschlüssen 36, 37 führen
am Koppelpunkt 93 zu einem Signal mit nur einer (in diesem Falle positiver) Polarität, das kennzeichnend für
das Signal an den Eingangsanschlüssen 36, 37 ist. Dieses Signal geht dem Verstärker 25 zu, der als Puffer zwischen
Absolutwertstufe 21 und Reversionsstufe 22 wirkt. Der Koppelpunkt 93 ist an den Emitter eines Transistors
110 angeschlossen, dessen Basis mit einem Koppelpunkt und dessen Kollektor über eine Diode 113 mit einem Koppelpunkt
112 verbunden ist. Letzterer ist an die Basis eines Transistors 114 und eine von einem Transistor 115
und einem Widerstand 116 gebildete Stromquelle angeschlossen. Die Komponenten 11O, 113, 114 bilden den Puffer
25 mit dem Verstärkungsfaktor 1.
Eine Austaststufe, die einen Anschluß 117, einen Widerstand
118, einen Widerstana 119 und eine Diode 12O umfaßt,
ist mit dem Puffer 25 verbunden, um für eine Refraktärperiode
zu sorgen, während deren sich die Reversionsstufe 22 zurückstellt, und um ein Aufladen des Kondensators
der Reversionsstufe während und nach Reizimpulsen
zu verhindern. Wenn ein AUSTAST-Signal in Form einer logischen "O" an den Anschluß 117 angelegt wird,
wird die Pufferstufe für die Dauer des AUSTAST-Signals
030020/0832
von* beispielsweise 1OO ms ausgeschaltet.
Der Koppelpunkt 111 bildet den Eingang der Reversionsstufe
22, die einen Kondensator 125 und die innerhalb des Blockes 22 dargestellten Komponenten umfaßt. Zwischen den
Koppelpunkten 93 und 111 besteht eine Versetzung derart, daß das am Koppelpunkt 111 erscheinende Signal etwas kleiner als das Signal am Koppelpunkt 93, im übrigen aber
identisch mit diesem Signal ist. Das Signal am Koppelpunkt 111 geht einem Koppelpunkt 126 zwischen einem Widerstand
127 und einem Kondensator 128 zu. Der Kondensator 128 liegt an Masse, während der Widerstand 127 mit
der Basis eines Transistors 129 verbunden ist. Der Koppelpunkt 111 steht ferner über einen Widerstand 131 mit der
Basis eines Transistors 13O und mit dem Kondensator 125
in Verbindung. Der Kondensator 125 liegt an Masse. Die
Emitter der Transistoren 129 und 130 sind mit dem Kollektor eines Transistors 132 verbunden. Der Transistor 115
und die Transistoren 132 bis 141 bilden zusammen mit den
zugeordneten, innerhalb des Blocks 41B dargestellten Widerständen eine von der Versorgungsspannung unabhängige
Bezugsspannung für eine (nicht veranschaulichte) Batterieüberwachungsstufe, die einen Teil der analogen Schaltungsstufe 11 nach Fig. 1 darstellt. Sie stellen ferner Vorströme
für den Puffer 25 und die Reversionsstufe 22 bereit. Bei den Transistoren 134 bis 136 kann es sich beispielsweise
um 2,72-flächenskalierte Transistoren han-
030020/0832
29U594
dein, die in Verbindung mit dem Transistor 140 und einem
Widerstand 142 einen Strom in ihren betreffenden Kollektoren
vorgeben. Der Transistor 141 sorgt zusammen mit Widerständen
143, 144 für einen Anlaufstrom, wenn erstmalig
Energie zugeführt wird. Die Transistoren 133 und 137 minimieren
Einflüsse auf die Ströme bei niedrigen Batteriespannungen .
Der Kollektor des Transistors 129 ist mit dem Kollektor
und der Basis eines Transistors 145 verbunden, während
der Kollektor des Transistors 130 an den Kollektor eines
Transistors 146 und die Basis eines Transistors 147 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 147 ist mit
Masse über einen Widerstand 148 und mit der Basis eines
Transistors 162 verbunden, während sein Kollektor über
einen Widerstand 149 mit +V in Verbindung steht. Die Transistoren 145 und 146 bilden zusammen mit Widerständen 15O
bzw. 151 Stromsenken.
Der Transistor 147 und die Widerstände 148, 149 sorgen
für eine Empfindlichkeitshysteresefunktion. Die Reversionsstufe
22 wirkt mit der Empfindlichkeitssteuerung 24
und der Ausgangsschaltung 23 zusammen. Die Kollektoren von Transistoren 152 bis 155 der Empfindlichkeitssteuerung
24 sind mit der Basis des Transistors 129 verbunden.
Die Basen der Transistoren 152 bis 155 sind an den Koppelpunkt
96 angeschlossen. Der Emitter des Transistors
030020/0033
29U594
ist mit einem Anschluß 156 über einen Widerstand 157 und
mit dem Emitter des Transistors 153 über eine Diode 158
und einen Widerstand 159 verbunden. Der Anschluß 156
nimmt das EMPFINDLICHKEITS-Signal von der digitalen Schaltungsstufe 10 auf. Der Emitter des Transistors 153
steht über einen Widerstand 16O mit Masse in Verbindung,
während ein Widerstand 161 den Emitter des Transistors
154 mit Masse verbindet. Der Emitter des Transistors 155
ist mit dem Widerstand 148, dem Emitter des Transistors 147 und der Basis des Transistors 162 verbunden. Der
Transistor 162 steuert das Ausgangssignal. Sein Kollektor ist mit einem Anschluß 163 und über einen Widerstand
164 mit +V verbunden, während sein Emitter an Masse liegt.
Das MESS-Signal geht über den Anschluß 163 an die digitale
Schaltungsstufe 1O.
Wenn dem Anschluß 156 kein Signal zugeführt wird, erfolgt die Auswahl einer mittleren Empfindlichkeit für die Reversionsstufe
22. Geht an den Anschluß 156 über die digitale Schaltungsstufe 1O ein positives Potential, befindet
sich die Reversionsstufe 22 in ihrem empfindlichsten Zustand. Wenn umgekehrt der Anschluß 156 über die digitale
Schaltungsstufe 10 an Masse gelegt wird, hat die Reversionsstufe 22 ihre geringste Empfindlichkeit. Zunächst
sei angenommen, daß sich die Empfindlichkeitssteuerung 24 auf der mittleren Einstellung befindet (das heißt am
Anschluß 156 erscheint kein Signal). Dann arbeitet jeae
030020/0832
- 23 -
der die Transistoren 153 bis 155 aufweisenden Stromsenken.
Am Widerstand 127 kommt es zu einem Spannungsabfall,
was zum Sperren des Transistors 13O führt, während der
Transistor 129 eingeschaltet wird. Dies stellt den Ruhezustand
der Reversionsstufe dar. Wenn an den Koppelpunkt
111 ein Signal geht, läuft die Basis des Transistors 127
rascher hoch als die Basis des Transistors 13O, was auf die Zeitkonstante von Widerstand 131 und Kondensator 125
zurückzuführen ist. Wenn das Eingangssignal ausreichende Amplitude hat, um die durch den Spannungsabfall am Widerstand
127 bewirkte Vorspannung der Transistoren 129
und 130 zu überwinden, wird der Transistor 13O stromführend,
während der Transistor 129 sperrt. Durch das Einschalten
des Transistors 130 werden der Transistor 147
und damit auch der Transistor 162 stromführend. Das Einschalten
des Transistors 162 führt am Anschluß 163 zu einem Signal von Massepotential. In Verbindung mit der
digitalen Schaltungsstufe 1O nach Fig. 1 handelt es sich
dabei um ein MESS-Signal oder eine logische 11O". Dieses
Signal läßt die Ermittlung von Herzaktivität erkennen.
Wenn an den Anschluß 156 ein positives Potential angelegt wird, wird der Strom der den Transistor 153 aufweisenden
Stromsenke gesperrt. Durch den Widerstand 127 fließt daher ein kleinerer Strom. Es kommt zu einer niedrigeren
Vorspannung an der Basis des Transistors 129. Die Reversionsstufe 22 hat infolgedessen eine größere Emp-
030020/0832
findlichkeit. Wenn umgekehrt der Anschluß 156 mit Masse
verbunden wird, wird die den Transistor 152 aufweisende
Stromsenke entsperrt, wodurch der Stromfluß über den Widerstand
127 und die Vorspannung des Transistors 129
vergrößert werden. In diesem Fall hat die Reversionsstufe 22 die niedrigste Empfindlichkeitseinstellung.
Die Reversionsstufe 22 wirkt ähnlich wie die Schaltungsanordnung
nach der US-PS 3 927 677 als Storsignaldiskriminator
oder -Unterdrücker. Ein kontinuierliches Wellensignal führt zu einer Aufladung des Kondensators 125 auf
einen Bezugspegel (einen Mittelwert, der durch die Zeitkonstante von Kondensator 125 und Widerstand 131 sowie
durch die Folgefrequenz des ankommenden Signals bestimmt
wird). Wenn ein nichtwiederkehrendes Signal (beispielsweise eine R-Welle) während dieses kontinuierlichen Wellensignals
auftritt, wird der Kondensator 125 auf einen zweiten Pegel (eine über dem mittleren Gleichspannungspegel liegende Spitze) aufgeladen, so daß der Transistor
129 ansprechen kann und sperrt (abhängig von der Größe des Signals und der Empfindlichkeit der Reversionsstufe
22). Die Reversionsstufe 22 spricht daher auf Signale,
die kennzeichnend für wiederkehrende Fremdsignale oder Störsignale sind, und auf erfaßte Herzaktivität differentiell
an. Es wird ein mit der digitalen Schaltungsstufe kompatibles Ausgangssignal (MESSEN) selbst bei Vorhandensein
von sich wiederholenden Störsignalen gebildet,
030020/0832
.30- 29U594
während die Empfindlichkeit entsprechend dem Zustand der
digitalen Schaltungsstufe programmiert werden kann. Während
des AUSTAST-Signals stellt sich die Reversionsstufe 22 zurück, indem sie den Ruhezustand annimmt - Transistor
129 stromführend und Transistor 130 gesperrt.
Der Transistor 147 und die Widerstände 148, 149 sorgen
für eine Empfindlichkeitshysteresefunktion, um die Anlieferung
eines Ausgangssignals zu begünstigen. Wenn ein Ausgangsimpuls eingeleitet wird, steigt die Spannung am
Koppelpunkt zwischen dem Emitter des Transistors 147 und
dem Widerstand 148, wodurch der Transistor 155 gesperrt
wird. Dies vermindert den Stromfluß über den Widerstand 127. Es wird daher eine Mitkopplung ausgelöst, indem bei
Sperren des Transistors 129 mittels eines vom Puffer 25
kommenden positiven Signals ein Ausgangssignal eingeleitet und der Strom über den Widerstand 127 gesenkt wird,
was zu einem Anstieg der Basisspannung des Transistors 129 führt, der dadurch noch rascher gesperrt wird. Wenn
der Ausgangstransistor 162 zu sperren beginnt, fällt die Spannung am Koppelpunkt zwischen dem Emitter des Transistors
147 und dem Widerstand 148 in Richtung auf Massepotential
ab, was den Stromfluß durch den Transistor 155 einleitet und den Stromfluß durch den Widerstand 127 erhöht.
Dadurch wird das Einschalten des Transistors 129 und damit das Sperren des Transistors 13O beschleunigt.
0 3 0020/0832
Das im wesentlichen polaritätsunabhängige Ansprechverhalten
des Vorverstärkers 2O und der Absolutwertstufe 21 zum
Zwecke der Verminderung einer Polaritätsdisparität wird
dadurch begünstigt, daß die Emitterkreise der Stromquellen und Stromsenken mit Hilfe von Widerständen "degeneriert"
sind, die für eine Stabilisierung sorgen und eine noch bessere Anpassung bewirken. In diesem Zusammenhang
können jedoch auch andere Maßnahmen getroffen werden. Außerdem sind vorzugsweise die von den Transistoren 45 und
46 gebildete Eingangsdifferentialstufe und die Transistoren
91, 92 der Absolutwertstufe angepaßt, indem sie nahe beieinander angeordnet, geometrisch gleich ausgebildet
und mit den gleichen Anschlüssen versehen werden, um eine Polaritätsdisparität zu unterdrücken. Gleiches gilt
vorzugsweise für die Rückkopplungswiderstände 3O und 31.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem Transistor 129 um eine flächenskalierte Komponente
handeln, wodurch zusammen mit der Auswahl der Widerstandswerte der Widerstände 150 und 151 für eine Versetzung
gesorgt werden kann, die der Versetzung zwischen den Koppelpunkten 93 und 111 entspricht. Mittels der
Stromquellen oder Senken werden die Ströme über die interessierenden Spannungsbereiche stabilisiert.
630020/0832
Claims (16)
1. Bedarfsherzschrittmacher mit einer Herzaktivitätsmeßeinrichtung,
einer Einrichtung zur Bildung eines Bezugspegels, der kennzeichnend für erfaßte, sich wiederholende
Fremdsignale ist, sowie eines zweiten Pegels, dessen Absolutwert um einen für die ermittelte Herzaktivität
kennzeichnenden Betrag größer als der des Bezugspegels ist, und mit einer auf den Bezugspegel und den
zweiten Pegel ansprechenden Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Herzaktivität, gekennzeichnet durch eine
Empfindlichkeitsstelleinrichtung (24) zum wahlweisen Andern
der Empfindlichkeit der Erfassungseinrichtung (20
bis 23, 25).
2. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungseinrichtung (20 bis 23, 25) eine auf den Bezugspegel und den zweiten Pegel differentiell
ansprechende Schaltungsstufe (22) aufweist.
3. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfindlichkeitsstelleinrichtung (24) Schaltglieder (152, 153) zur Vorgabe einer einer
Mehrzahl von vorgewählten Empfindlichkeiten aufweist.
030020/0833
FERNSPRECHER: 089/6012039 ■ KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN
ORIGINAL INSPECTED
294459*
4. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungseinrichtung (20 bis 23, 25) mit einer auf die Differenz zwischen dem Bezugspegel und
dem zweiten Pegel ansprechenden Schaltungsstufe (22) versehen ist.
5. Bedarfsherzschrittmacher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (20 bis 23, 25) einen Differentialverstärker (22)
und die Empfindlichkeitsstelleinrichtung (24) eine Einrichtung
zum Vorspannen des Differentialverstärkers aufweist.
6. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfindlichkeitsstelleinrichtung (24) eine Vorspannungsstellstufe zum wahlweisen Ändern der
Vorspannung des Differentialverstärkers aufweist.
7. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorspannungsstellstufe mindestens einen Widerstand (127) und eine Spannungsabfallstufe aufweist,
die für einen Spannungsabfall an dem Widerstand sorgt.
8. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsabfallstufe mit mindestens einer
Stromsenke (152 bis 155) versehen ist.
030020/0832
9. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere wahlweise leitende Stromsenken (152 bis 155) vorhanden sind.
10. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorspannungsstellstufe ein wahlweise leitendes Vorspannungsnetzwerk aufweist.
11. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorspannungsnetzwerk wahlweise stromführende Schaltstufen (152, 153) aufweist.
12. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorspannungsstellstufe mindestens einen Widerstand (127) aufweist und daß mittels der
Schaltstufen (152, 153) ein Spannungsabfall an dem Widerstand herbeiführbar ist.
13. Bedarfsherzschrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeitsstellvorrichtung
(24) mit einer Hysteresestufe (147, 148, 149) versehen ist.
14. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungseinrichtung eine auf den Bezugspegel und den zweiten Pegel differentiell ansprechende
Schaltungsstufe (22) aufweist und die Emp-
030020/0832
ORIGINAL INSPECTED
-A-
findlichkeitsstelleinrichtung (24) eine Stellstufe zum
Ändern einer der differentiell ansprechenden Schaltungsstufe zugeordneten Vorspannstufe aufweist.
15. Bedarfsherzschrittmacher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels der Vorspanneinrichtung die Empfindlichkeit der differentiel1 ansprechenden Schaltungsstufe
(22) während des Erfassens von natürlicher Herzaktivität heraufsetzbar ist.
16. Bedarfsherzschrittmacher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit entsprechend dem Anlegen eines Spannungssignals,
eines Massepotentials oder keines Signals in drei Stufen
verstellbar ist und daß normalerweise zwecks Vorgabe eines mittleren Empfindlichkeitswertes kein Signal
anliegt.
030020/0832
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Legal Events
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---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |