DE2944594A1 - Bedarfsherzschrittmacher mit aenderbarer empfindlichkeit - Google Patents

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

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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-

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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

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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

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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-

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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,

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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.

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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.

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Claims (16)

PATENTANWALT DIPL-ING. GERHARD SCHWAN ELFENSTRASSE32 · D-8000 MÜNCHEN 83 Ansprüche

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.

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FERNSPRECHER: 089/6012039 ■ KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN

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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.

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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-

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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.

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