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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Es sind künstliche Herzschrittmachern bekannt, welche durch vom Herzen
aufgenommene Signale gesteuert werden, wie beispielsweise bei der durch Herzeigenaktionen
yetrigerten oder inhibierten Stimulation. Bei dem Einfall von Störsignalen bei dem
betreffenden Eingang ist es erforderlich, daß der Schrittmacher einen Betriebszustand
einnimmt, welcher ihn von den betreffenden Signalen unabhängiy macht, da der fortgesetzte
Einfall von Störsignalen mit einer gegenüber der Herzrate großen Frequenz im Falle
von inhibierten Schrittmachersystemen die künstliche Stimulation unterbinden würde,
auch wenn Herzeigenaktionen nicht tatsächlich vorhanden sind. Bei einer vom Eingangssignal
getriggerten Stimulation wäre die Abgabe von Stimulationsimpulsen mit zu großer
Frequenz die Folge. In beiden Fällen wäre der Patient in erheblichem Maße gefährdet,
so daß der Übergang in einen Betrieb mit konstanter Stimu-.
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lationsrate erforderlich ist.
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Bei den bekannten Schrittmachern erfolgt der Übergang von einem Betriebszustand
in den anderen zwangsläufig bei Auftreten von eine vorgegebenen Frequenz überschreitenden
Einganssignalen, welche als Störsignale sowohl innerhalb als auch außerhalb des
Körpers des Patienten entstehen können und die Ursache beispielsweise n den elektroinagnetischen
Feldern oder Elektrodenartefakten haben können.
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Bei den bekannten Herzschrittmachern erfolgt die Umschaltung der Betriebsart
damit derart, daß nach der Implantation durch den be#handelnden Arzt hier noch Einfluß
genommen werden könnte. (In diesem Zusammenhang soll als Betriebsart des Herzschrittmachers
jeweils eine bestimmte Art und Weise der logischen Verknüpfung von Signalen innerhalb
des Schrittmachers verstanden werden, welche zu Stimulationsimpulsen oder zur Unterdrückung
von Stimulationsimpulsen führen).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei verändertem Krankheitsbild
des Patienten eine Veränderung der Betriebsweise des Schrittmachers gezielt vorzunehmen
zu können, ohne daß die Neuimplantation eines anderen Typs erforderlich wäre.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei sich änderndem Herzverhalten
des Patienten unverzüglich die Stimulationsart ohne operativen Eingriff durch Programmiermittel
verändert werden kann, wobei weitere Umschaltungen vornehmbar sind, falls sich die
erste der gewählten alternativen Stirnulationsarten nicht als die geeignete erweist.
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Bei günstigen Weiterbildungen der Erfindung lassen sich noch weitere
Betriebsarten, welche erst bei Störungen oder bestimmte Erscheinungsformen des Herzverhaltens
hin wirksam werden sollen, vorprogrammieren und dabei insbesondere aus einer Mehrzahl
von Betriebsartvarianten auswählen, so
daß das Stimualtionsverhalten
auch bei Störfällen oder Tachykardiezuständen den augenblicklichen Bedürfnissen
genau angepaßt werden kann.
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Durch die zeitliche Synchronisation des Umschaltvoryangs mit dem Herz-
bzw. Stimulationsverhalten des Schrittmachers ist sichergestellt, daß der Übergang
von einer Betriebsart in die andere stets ohne Komplikationen und gefahrlos für
den Patienten erfolgt.
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Die Programmierungsmöglichkeit wird im Zusammenhang mit einer der
vorgenannten vorteilhaften Weiterbildungen, bei der unabhängig vom Herz oder Störungsverhalten
unterschiedliche Alternativ-Betriebsweisen festlegbar sind, dadurch vereinfacht,
daß mittels ebenfalls programmierbarer Schaltmittel für jede Art der bei der Änderung
der Betriebsart zu berücksichtigenden Ereignisse aus einer Gruppe von Betriebszuständen
ein erster, zweiter oder n-ter auswählbar ist. Die Zuordnung der sich alternativ
einstellenden Betriebszustände zu den im Normalbetrieb wirksamen Betriebszuständen
erfolgt durch eine Gruppe von Schaltnitteln matrixartig, wobei die Zuordnung, welcher
der alternativen Betriebszustände jeweils wirksam wird, durch den gewählten Normalbetriebszustand
bestimmt wird, von dem ausgegangen wird.
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Bei diesen vereinfachten Prograrnnlierungsverfahren wird durch die
vom Äußeren des Patienten zum inplantierten Schrittaacher hin zu übertragenden Signale
einerseits bestimrlt, welche Betriebsart im Normdlbetrieb wirksam sein soll und
dabei (gegebenenfalls über einen zusätzlichen
Programmiervorgang
anhand einer Tabelle für die jeweiligen Störungs- oder anormalen Zustände) ausgewählt,
welcher der jeweils aufgeführten alternativen Betriebszustände im Störfall wirksam
werden soll.
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Bei einer Umprogralamierung der im Normalfall wirksamen BcbtriebsartS
werden dann automatisch die dieser Betriebsart durch die zuletzt programmierten
Schalterstellunyen zuyeordneten Betriebsarten bei Eintreten der Zusatzbedingungen
wirksam. Wenn - entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung
diese alternativ einschaltbaren Betriebsarten funktionsbezogen einander zugeordnet
sind, d. h. beispielsweise bei einer Störung im Atrium zwischen der alternativen
Stimulation in einer Kammer oder Stimulation in beiden Kammern auswählen lassen,
so ist eine derartige Zuordnung unabhängig von der gewählten Normalbetriebsart sinnvoll
und braucht deshalb bei Wechsel der Normalbetriebsart durch Umprogrammierung bei
ein und demselben Patienten vom Arzt in den seltensten Fällen zusätzlich verändert
zu werden. Durch die gewählte Zuordnung ist also sichergestellt, daß der mit einer
Umprogramnierung verbundene Handhabung 5- bzw. Signalübertragungsaufwand ein Minimum
ist. So kann beispielsweise durch entsprechende Verknüpfung der Schaltmittel festgelegt
werden, daß bei Störsignalen im Atrium unter Unterbindung der Signalaufnahme aus
dein Atrium im Falle des ursprünglichen hAI-Betriebs in den AAO-Betrieb übergegangen
wird, während beim ursprünglichen VDT/I-Betrieb in den VVI-Mode übergegangen werden
kann.
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Mit dem programmierbaren Wechsel der Betriebsart in Abhängigkeit von
den aufgefundenen irregulären Betriebszustän-
den des Schrittmachers
lassen sich auch gleichzeitig vorzunehmende Wechsel einzelner oder mehrerer Betriebsparameter
programmieren, wobei diese Parameter beispielsweise die Stimulationsfrequenz, deren
Amplitude oder andere Zeitparameter betreffen. Bevorzugt wird beispielsweise beim
Übergang in den Betriebszustand der AV-sequentiellen Stimulation im Falle von Tachykardie
eine Verkürzung der AV-überleitunyszeit bei der Stimulation erzeugt, damit die Stimulation
in die vulnerable Phase aufgrund unerwünschter Überleitungen verhindert ist.
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Die Erfindung basiert auf dem Bestreben, eine universelle Schrittmacherstruktur
anzugeben, welche Fehlermöglichkeiten bekannter Systeme vermeidet, wobei die Realisierung
in einem implantierbaren System möglich sein soll. Das System soll eine weitestgehende
Auswertung der aufgrund von vom Herzen abgeleiteten Signalen zur Verfügung stehender
Informationen ermöglichen, wobei der Einfluß von Störsignalen gering gehalten ist.
Durch diee physiologisch korrekte Zuordnung aller die Betriebsarten des Schrittmachers
beteffenden Umschaltvoryänye wird eine große Patientensicherheit erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unterans prüchen angegeben
und werden einschließlich der Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten
Ausführuncjsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild der
den erfindungsgemäßen Schrittmacher bildenden Baugruppen unter besonderer Berücksichtigung
der im Betrieb auftretenden logischen Verknüpfungen,
Figur 2 ein
Zeitdiagramm zur Erläuterung des Funktionsablaufs bei dem in Fig. 1 dargestellten
Schrittmacher, Figur 3a Einzelheiten einer zur Erkennung von Störsignalen dienenden
Baugruppe, Figur 3b Einzelheiten einer zur Erkennung von Tachykardien dienenden
Baugruppe, Figur 4 Einzelheiten einer zum Einschalten verschiedener Betriebszustände
dienenden Baugruppe, Figur 5 Einzelheiten einer Anordnung zum Umschalten in einen
Hysteresezustand als Teil einer der in Fig. 1 dargestellten Anordnung hinzuzufügenden
Baugruppe, Figur 6 Einzelheiten einer Baugruppe zur Steuerung der Austastzeiten
für die Eingangsstufen in Fig. 1, Figur 7a Einzelheiten einer Baugruppe zur automatischen
Berechnung der Refraktärzeit des Ventrikels, welche dem Blockschaltbild gemäß ig.
1 hinzuzufügen ist, sowie Figur 7b Linzelheiten einer der in Fig. 7a dargestellten
Baugruppen.
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Das in Figur 1 dargestellte in Blockschaltungsform wiedergegebene
Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers gibt den Signalfluß zwischen
den einzelnen Baugruppen und eine Anzahl von logischen Verknüpfungen wieder. Der
verwendeten Schrittmacherstruktur liegt das
Konzept eines Schrittmachers
zugrunde, das auf grund von Zu- und Abschaltungen von Signalverbindunyen in unterschiedlichen
Betriebsarten (Modes) benutzt werden kann, wobei die Umschaltung zwischen den einzelnen
Betriebsarten (die im Folgenden mit den auf dem. Gebiet der Herzschrittmachertechnik
eingeführten generischen Codes bezeichnet werden sollen) programmiert und/oder signalabhängig
erfolgen kann. In seinen komplexeren Modes paßt der Schrittmacher sich dabei auf
physiologische Weise dem natürlichen Herzverhalten an.
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Die Realisierung des dargestellten Konzepts kann gleichermaßen mittels
diskreter oder programmierbarer Logik-Bauelemente erfolgen, wobei im Falle einer
hardwaremäßigen Lösung die erforderlichen Verknüpfungen - wie dargestellt - mittels
Logik-Gattern und Speichermitteln wie Flip-Flops und Latches erfolgen, während beispielsweise
bei einer Mikroprozessorlösung die Logik-Entscheidungen nicht parallel, sondern
nach Programm seriell vorgenommen werden.
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RAM-Speicherplätze übernehmen dabei die Funktion der Speichermittel
zum Festhalten von für Betriebszustände charakteristischen Signalen. Einige der
dargestellten Funktionsbaugruppen, stellen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindung
dar.
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Aus Figur 2 ist der zeitliche Ablauf der Signalverarbeitung und Stimulationsvoryänge
ersichtlich, wobei in den übrigen Darstellungen entsprechende Zeitbezeichnungen
verwendet wurden, so daß diesbezüglich auf diese Figur stets Bezug genommen werden
kann. In der Darstellung fällt der Anfangszeitpunkt To zusammen mit dem Zeitpunkt
TA, der
nach einem Umlauf (entsprechend einem Herzzyklus) erreicht
wird und die Aktivität des Atriums charakterisiert. Im Falle einer Stimulation im
Ventrikel oder Atrium folgt eine Austastzeit tblankA für die im Atrium plazierte
Elektrode, wobei die Dauer dieser Austastzeit jeweils davon abhängig ist, ob im
Atrium oder im Ventrikel, d.h. in derselben oder in der jeweils anderen Kammer stimuliert
wurde. Das Ende dieser Austastzeit ist mit TblankA bezeichnet.
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Zwischen TA und TV befindet sich die AV-überleitungszeit, wobei TV
den Zeitpunkt der Aktivität des Ventrikels charakterisiert. An TV schließt sich
entsprechend eine Austastzeit tblankV an, welche im Zeitpunkt TblankV endet.
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Die Refraktärzeit des Atriums trefA beginnt mit To und endet bei TrefA,
während die Refraktärzeit des Ventrikels bei TV beginnt und bei Trefv endet. Die
Zeiten Tog und Ttachy sind aus dem Diagramm gemäß Figur 2 nicht direkt ersichtlich,
da diese durch entsprechende Folgeraten der Herzaktionspotentiale und/oder Störsignale
als Triggersignale festgelegt werden.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Herzschrittmacher bilden die Anschlüsse
A und Ein- und Ausgänge für Signale, welche vom Herzen aufgenommen werden bzw. in
Form von Stimulationsimpulsen an das Herz abgegeben werden. Mit ~A" ist dabei der
Anschluß für eine im Atrium und mit V der Anschluß für eine im Ventrikel fixierte
Elektrode bezeichnet.
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Die zentrale Steuerung für die zeitliche Zuordnung der abzugebenden
Impulse erfolgt über einen Zähler 1, welcher
durch von einem Taktgenerator
2 erzeugte Impulse inkrementiert wird und über einen "Reset"-Eingang in eine Ausgangsstellung
zurücksetzbar ist. In Abhängigkeit von vom Herzen aufgenommenen Signalen ist dieser
Zähler über einen zusätzlichen "Preset"-Eingang auf beliebige Zählerstände in Vorwärtsrichtung
- entsprechend einer zeitlichen Voreilung - voreinstellbar. Ein Verändern des Zählerstandes
in Rückwärtsrichtung ist nicht notwendig. Nach Erreichen seines Endstandes setzt
der nachfolgende Impuls den Zähler auf 0, von wo aus der Zählvorgang fortgesetzt
wird. Das Zusammenwirken des Zählers mit den übrigen in Figur 1 dargestellten Bauelementen
wird weiter unten näher beschrieben. (Die Übertragung einzelner digitaler Signalimpulse
oder analoger Signale ist in den Figuren durch einfache Verbindungen dargestellt,
während doppelte Linien die Übertragung vollständiger Datenwörter symbolisieren.)
Die vom Atrium über eine dort fixierte Elektrode aufgenommenen Signale gelangen
über den Anschluß A an eine Einyangsstufe 101, welche einen Vorverstärker enthält,
der über einen Programmiereingang (zugehöriger Pfeil P) in seinem Verstärkungsfaktor
einstellbar ist. Die Eingang stufe bewirkt yleichzeitig eine Impulsformung in der
Weise, daß die vom Atrium aufgenommenen Signale in Form von impulsförmigen Loyiksignalen
in den nachfolgenden Schaltstufen weiterverarbeitet werden können. Die Darstellung
der Logikpegel bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel erfolgt in positiver
Logik, d.h. das Vorhandensein eines Signals wird mit dem H-Zustana und die Abwesenheit
mit dem L-Zustand bezeichnet. Umschaltelemente (Zähler, Mono- und Flip-Flops) werden
durch die ansteigen-
den Vorderflanken der Signal impulse aktiviert.
Weiterhin weist die Eingangsstufe 101 Filtermittel auf, mit einer Filtercharakteristik,
die sie vorzugsweise für die aufzunehmenden Nutzsignale durchlässig macht.
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Die Eingangsstufe 101 wird außerdem von einer Austastschaltung 3 beeinflußt,
welche die Eingangsstufe für vorgegebene Zeiträume tblankA sperrt, wenn ein Stimulationsimpuls
an Atrium oder Ventrikel abgegeben wurde. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein
vom Schrittmacher abgegebener Stimulationsimpuls als herzeigenens Signal verarbei
tet wird und das Betriebsverhalten des Schrittmachers fehlerhaft beeinflußt.
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Der Eingangsstufe nachgeschaltet ist eine Störerkennungsschaltung
102, welche ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Abstand zweier aufeinanderfolgender,
von der Eingangsstufe 101 verarbeiteter Signal impulse einen vorgegebenen zeitlichen
Mindestabstand (Tog), entsprechend einer maximalen Folgefrequenz, unterschreitet.
Derartige eine Störung bildende Signale können ihre Ursache sowohl außerhalb (elektromaynetische
Einstreuungen oder Wechselströme) als auch innerhalb des Körpers des Patienten (Elektrodenartefakte)
haben. Die Störerkennungsschaltung 102 verhindert in Zusammenwirken mit weiter unten
zu beschreibenenden mitteln, daß an der Atriumelektrode aufgenommene Impulse, welche
die vorgegebene Frequenz überschreiten, zur Weiterverarbeitung zugelassen werden.
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Der Ausgang der Eingangsstufe 101 ist weiterhin mit dem Ein#ang einer
Tachykardieerkennungsstufe 103 verbunden,
welche entsprechend ein
Signal abgibt, wenn die am Ausgang der Stufe 101 erscheinenden Impulse eine vorgegebene
Folgezeit unterschreiten. Die "Tachykardierate" TTacfly ist mit ca. 250 ms größer
als die als Kriterium für das Vorhandensein eines Störsignals festgelegte Zeitdauer
Tog, welche ca. 100 ms beträgt.
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Der Anschluß V, an den eine im Ventrikel zu fixierenden Elektrode
angeschlossen werden kann, ist mit dem Eingang einer weiteren Eingangsstufe 201
verbunden, die in ihren grundsätzlichen Funktionen der Eingangsstufe 101 für vom
Atrium aufgenommene Signale entspricht. Der Verstärkungsfaktor ist über einen zusätzlichen
Eingang (zugehöriger Pfeil P) einstellbar. Eine separate Störerkennunysschaltung
202 für die von der im Ventrikel fixierten Elektrode aufgenommenen Störsignale gibt
ein Ausgangssignal ab, wenn die vom Ventrikel aufgenommenen Signal impulse eine
höhere als eine vorgegebene Frequenz aufweisen. Die Eingang stufe 201 wird entsprechend
durch von der Austaststufe 3 adgeyebene Signale zeitweise gesperrt.
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Stimulationsimpulse für das Atrium werden mittels einer Impulsformerschaltung
104 erzeugt, wobei die Amplitude der Stimulationsimpulse über einen zusätzlichen
Eingang (zuyehöriyer Pfeil P) einstellbar ist. Die Impulsformerstufe 104 wird durch
kurzzeitige Impulse mit logisches H-Peyel angesteuert und enthält auch die zur Heraufsetzung
der Eingangsimpulse auf den zur Stimulation notwendigen Pegel erforderlichen Verstärkungsmittel.
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Die von der Impulsformerstufe 104 abgegebenen Impulse gelangen einerseits
zum Anschluß A und andererseits zu einer
Run-away-Schutzschaltung
105, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Monoflop gebildet
wird, dessen Impulsdauer auf die höchste zulässige Stimulationsrate im Atrium abgestimmt
ist. Auf einen Ausgangsim puls von der Impulsformerstufe 104 hin gibt die Schutzschaltung
105 einen Impuls vorgegebener Breite an den invertierenden Eingang eines UND-Gatters
106 ab, welches daraufhin für die Dauer des letztgenannten Impulses hin für an seinen
anderen Eingang gelangende Signalimpulse gesperrt ist.
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Eine Impulsformerstufe 204 für zum Stimulieren des Ventrikels bestimmte
Impulse ist ebenfalls über einen weiteren Eingang (zugehöriger Pfeil P) bezüglich
der Amplitude der abgegebenen Impulse beeinflußbar. Eine separate Run-away-Schutzschaltung
205 für den Ventrikel sperrt ein UND-Gatter 206 über dessen invertierenden Eingang,
wenn die Folgezeit der den Ventrikel stimulierenden Impulse den vorge(Jeben#n Wert
unterscllreitet.
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Die Zeiten, zu denen Stimulationsimpulse abgegeben werden können (mit
TA und Tv bezeichnet), bestimmt der Zähler 1, wobei jeweils für Atrium und Ventrikel
separate Vergleicherschaltungen 120 bzw. 220 vorgesehen sind, welche einen Impuls
am Ausgang "=" erzeugen, wenn der Zänlerstand des Zählers 1 mit einem vorgegebenen
Zählerstand in einem Speicher 121 für den Stimulationszeitpunkt des Atriums bzw.
einem entsprechenden Speicher 221 für den Ventrikel übereinstimmt. Die Vergleicherschaltung
220 gibt über einen zusätzlichen Ausgang II ein Signal ab, wenn der Zählerstand
des Zählers größer ist als der in dem Speicher
221 festgehaltene
Wert für TV. Die genannten Zeitmarken TA und Tv bilden Bezugszeiten für den Betrieb
des Schrittmachers und beenden im Demand-Betrieb die sogenannten "Escape-Intervalle"
innerhalb denen eine entsprechende-Eigenaktion des Herzens die Erzeugung eines Stinulationsimpulses
durch den Schrittmacher verhindert.
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Die Zeiten TA und TV für Atrium und Ventrikel in den Speichern 121
bzw. 221 werden in Form von Zahlenwerten programmiert, welche diejenigen Zählerstände
repräsentieren, die der Zähler 1 im Stimulationszeitpunkt erreicht haben muß. Die
Zeitzuordnung zu den Zählerständen erfolgt in der Weise, daß die Stimulationszeitpunkte
mit einem ausreichend feinen Zeitraster einstellbar sind. Bei einem Zählertakt von
beispielsweise 1 kHz weist das zur Verfüyung stehende Zeitraster eine Teilung in
Millisekunden auf. Die mittels der Speicher 121 bzw. 221 vorgebbaren Zählerstände
sind durch weiter unten darzustellende Mittel veränderbar.
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Die Eingangsimpulse für die Ausgangsstufe 104, welche das UND-Gatter
106 passieren, stammen vom Ausgang eines ODER-Gatters 107, an dessen Eingänge alternativ
die über die Abgabe eines Stimulationsimpulses an das Atrium entscheidenden Signale
gelangen. Einer der Eingänge des ODER-Gatters 107 ist mit dem Ausgang eines UND-Gatters
108 verbunden, das ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Vergleicherschaltuny 120
das Erreichen des Zeitpunktes TA angibt und damit anzeigt, daß im Demand-Zustand
der Vorhofstinulation ein Zeitpunkt erreicht wurde, bei dem wegen fehlender eigener
Aktivität des Herzens ein Stimulationsimpuls
erforderlich ist.
Das UND-Gatter 108 wird über seinen weiteren Eingang mittels eines Signals durchgeschaltet,
welches von einem Ausgang "timeA" des Betriebszustandsregister 4 abgegeben wird,
wenn eine Impulsabgabé nach Zeitablauf erwünscht ist. Bei freigegebener Signalaufnahme
(sensV bei Block 4) für die entsprechende Kammer erfolgt damit ein #' "Demand"-Betrieb
mit Inhibierung durch herzeigene Impulse, während bei gesperrter Signalaufnahme
eine Stimulation zu festen Zeiten erfolgt.
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Ein weiteres UND-Gatter 109 wird über einen entsprechenden Ausgang
"triyA" der Schaltung 4 bei durch Herzeigenaktionen im Vorhof getriggerter Signalabgabe
an den Vorhof aktiviert. Das Signal zum synchronen Auslösen des Stimulationsimpulses
im Vorhof gelangt an den Eingang des UND-Gatters 109 vom Ausgang eines weiteren
UND-Gatters 110, das seinerseits durch ein von einem Ausgang "sens" der Schaltung
4 an seinen Eingang gelangendes Signal aktiviert wird, wenn die Aufnahme von Signalen
aus dem Vorhof bei der gewählten Betriebsweise des Schrittmachers vorgesehen ist.
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Es ist ersichtlich, daß für den durch herzeigene Signale getriggerten
Betrieb diese Freigabe der Signalaufnahme Voraussetzung ist. An das UND-Gatter 110
gelangt nicht nur das Ausgangssignal der Eingangsstufe 101, sondern an dessen weiteren
invertierenden Eingang auch das Ausyangssignal einer Hefratärstufe für den Vorhof
5, welche ein Signal abgibt, wenn für einen Zeitraum treLAt der mit dem Erreichen
des dem Zeitpunkt TA entsprechenden Zählerstand durch den Zähler 1 beginnt, die
Verarbeitung der im Atrium
aufgenommenen Signale zur Auswertung
für die Abgabe von Stimulationsimpulsen gesperrt ist. Ein der Refrdkt;iczeit TrefA
für das Atrium entsprechender Zahlenwert ist in einem Speicher 6 festgehalten und
über weiter unten dargestellte Programmiermittel durch äußere Signale veränderbar.
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Ein ODER-Gatter 207 und UND-Gatter 208 bis 210 bilden die entsprechenden,
über die Abgabe von Stimulationsimpulsen an den Ventrikel bzw. über die Signalaufnahne
aus dem Ventrikel entscheidenden Logik-Gatter. Das gewünschte Betriebsverhalten
des Schrittmachers läßt sich ebenfalls über drei Ausgänge ~sensV", ~timeV" und trigV"
der Schaltung 4 bestimmen, wobei das an den weiteren Eingang des UND-Gatters 208
gelangende Signal die Stimulation freigibt, wenn der Stand des Zählers 1 dem im
Speicher 221 festgehaltenen, dem Zeitpunkt TV zugeordneten Zählerstand entspricht
und somit zu diesem Zeitpunkt ein Ausgangssignal des Vergleichers 220 an das UND-Gatter
208 ausgegeben wird.
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Die synchrone Stimulation wird durch das UIsD-Gatter 2U9 ausgelöst,
dem das Ausgangssignal des UND-Gatters 210, welches die vom Ventrikel aufgenommenen
Signal impulse weiterleitet, zugeführt wird. Das UND-Gatter 210 ist über seinen
invertierenden Eingang während der Ventrikel-Refraktärzeit trefV gesperrt, welche
mittels eines Vergleichers 7 festgelegt wird, wobei der erreichte Zählwert des Zählers
1 mit dem in dem Speicher 8 festgehaltenen, die Zeitdauer TrefV repräsentierenden
Zählwert verylichzen wird und zu dem Inhalt des Speichers 8 derjenige debs
Speichers
215, dessen Inhalt Ty" im Normalfall der Zeit TV entspricht, hinzuaddiert wird.
(Unterschiede zwischen der Funktion der Speicher 6 für die Refraktärzeit des Atriums
und 7 für die Refraktärzeit des Ventrikels sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.)
Der Inhalt des Speichers 8 ist wie derjenige des Speichers 6 über äußere Programmiermittel
veränderbar.
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Die Ausgangssignale der UND-Gatter 110 bzw. 210 beeinflussen des weiteren
Schalter 122 und 222, mittels denen der Zähler 1 über seinen Reset-Eingang auf die
in den Speichern 121 (für den Wert TA) bzw. 221 (für den Wert rjlV) voreinstellbar
ist. Damit wird der Zähler 1 beim Erscheinen eines intrakardialen Signals im Atrium
auf den der Zeit TA bzw. beim Erscheinen eines Signals im Ventrikel auf den der
Zeit TV entsprechenden Zahlenwert vorangesetzt. Auf diese Weise wird der Schrittmacher
mit dem Herzverhalten synchronisiert, wenn die UND-Gatter 110 bzw.
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210 über ihre entsprechenden Signaleingänge für die Signalaufnahme
vom Herzen freigegeben sind. Sind die zuletzt genannten Gatter gesperrt, so erfolgt
die Stimulation gegebenenfalls asynchron.
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Die Inhalte der Speicher 4, 6 und 8 sowie der eines weiteren Speichers
9, welcher die prograamierbaren Verstärkungsfaktoren bzw. Ausgangssignalamplituden
repräsentierenden Daten für die Stufen 101 und 201 sowie 104 und 204 (zuyeordnete
Pfeile P) enthält, sind über die blockschaltungsmäßig dargestellten Programmiermittel
zu beeinflussen, welche nachfolgend kurz beschrieben werden sollen:
Die
von außerhalb des Schrittmachers über einen geeigneten Nachrichtensignalträger (radiofrequente,
optische oder sonstige Signale) in Form von Impulsen aufmodulierten, von einem entsprechenden
- nicht dargestellten - Sender abgegebenen Signale, gelangen zu einem Empfänger
l4, der dieverstärkten Signale einem Dekoder 11 zuleitet, mit dessen Hilfe die zu
übertragene ursprüngliche Programmierimpulsfolge wieder hergestellt wird. In einer
Prüfstufe 12 wird mittels zusätzlich übertragener redundanter Signale festgestellt,
ob die übertragene Information vollständig ist und letztere zutreffendenfalls an
einen Steuerbaustein 13 übermittelt, durch den mittels einer ersten Teilinfor; mation
eine Auswahlschaltung 14 entsprechend aktiviert wird.
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Durch das Ausgangssignal der Schaltung 14 wird eine der Schaltstufen
15 bis 20 betätigt, so daß die zweite übertragene Teilinformation in den mit der
aktivierten Stufe der Stufen 15 bis 20 verbundenen Speicher gelangt und dort festgehalten
wird. Die bereits erwähnten Speicherstufen 4, 6, 8, 9 sowie 221 und 222 halten die
für den Betrieb des Schrittmachers wesentlichen veränderbaren Daten fest, wie sie
in der vorangehenden Beschreibung aufgeführt wurden.
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Der Speicher 4 ist von zusätzlichen Signalen beeinflußbar, welche
aus der Signalverarbeitungsstufe 21 stammen, und eine Umschaltung der Betriebszustände
in Abhängigkeit von vom Schrittmacher selbst aus dem Herzen aufgenommenen Siynalen
bewirkt, wobei die Eingangssignale der Stufe 21 von den Stufen 102 und 202 stammen
und im Atrium bzw. im Ven-
trikel aufgenommene Störsignale repräsentieren,
sowie von der Tachykardiestufe 103, welche ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Tachykardiezustand
festgestellt wurde.
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Die von der strichpunktierten Linie umgebenen Bauelemente zur Signalverarbeitung
und -speicherung sind jeweils nur zeitweise aktivert, da die zum Betrieb des Schrittmachers
notwendigen logischen Operationen mittels moderner mikroelektronischer Bauelemente
in sehr kurzen Zeiten ausyeführt werden können, so daß deren permanenter Betrieb
einen unnötigen Energieverbrauch zur Folge haben würde.
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Die außerhalb der genannten Linie befindlichen Bauelemente, die entweder
direkt mit den im Herzen fixierten Elektroden verbunden sind und damit die Signalaufnahme
vom Herzen kontrollieren, bzw. diejenigen Mittel, welche die Zeitgeber- und Zeitvergleichermittel
bilden, sind dauernd aktiviert, da durch letztere bestimmt wird, zu welchen Zeitpunkten
logische Operationen auszuführen sind.
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Die Aktivierung der innerhalb der strichpunktierten Linie befindlichen
Bauelemente erfolgt durch die von den Vergleichermitteln 120 bzw. 220 abgegebenen
Signale, wenn ein vorgegebener Zeitpunkt erreicht wurde, oder aber durch die Ausgangssignale
der Eingangsstufen 101 bzw. 201, wenn nämlich vom Herzen (außerhalb der jeweiligen
RefraktArzeit) ein Signal aufgenommen wurde. Die Zusammenfassung der genannten Signale
erfolgt über ein ODER-Gatter 30, welches über ein Monoflop 31 einen Schalter 32
betätigt, der die in der gewählten Darstellung innerhalb der strichpunktierten Linie
angeordneten Bauelemente mit einer Energiequelle 33 verbindet, wobei dieses "Verbinden"
mit
einer Energiequelle in jedem Heraufsetzen der Energieversorgung,
also auch in einem Umschalten der betreffenden Bauelemente von einem Bereitschafts-(Stand-by-)
Zustand in einen Betriebszustand bestehen kann.
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Die Impulsdauer des Monoflops 31 ist dabei so bemessen, daß zum Ausführen
der notwendigen Schaltvorgänge ein ausreichend langer Zeitraum zur Verfügung steht.
Diskrete Logikbauelemente lassen sich energiesparend bei derart herabgesetzter Versorgungsspannung
betreiben, daß zwar keine Veränderungen vorgenommen werden können, gespeicherte
Signalzustände jedoch erhalten bleiben. Diese Bauelemente dienen der nachfolgenden
Signalverarbeitung in dem Sinne, daß sie festlegen, ob auf ein Eingangssignal oder
beim Erreichen eines vorgegebenen Zeitpunkts ein Stimulationsimpuls abgegeben werden
soll.
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Der von der Energiequelle 33, die im dargestellten Auäführungsbeispiel
von einer Batterie gebildet wird, ausgehende Pfeil E deutet an, daß die außerhalb
der strichpunktierten Linie angeordneten Bauelemente direkt von der Eneryiequelle
33 ohne Zwischenschaltung des Schaltelementes 32 versorgt werden.
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Mit der dargestellten Anordnung sind die Betriebsfunktionen üblicher
Schrittmachertypen mit synchroner oder asynchroner Stimulation im Atrium und/oder
Ventrikel erzeuybar, wobei Je nach Zustand der Schaltmittel 4 und Freigabe der entsprechenden
Stimulationssignale bzw. Signalaufnahmemöglichkeit über die UND-Gatter 108 bis 110
bzw. 208 bis 210 auch jene Schrittmacherbetriebsarten höherer Ordnung
möglich
sind, wie sie in Form einer Übersicht beispielsweise in dem Aufsatz Physiological
Cardiac Pacing, R. Sutton, J. Perrins und P. Citron in "PAGE"; Vol. 3, März-Aptil
1980, S. 207 bis 219 wiedergegeben sind.
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Das grundsätzliche Stimulationsverhalten der verschiedenen Schr ittmacherbetriebsweisen
bei verschiedenartigen Herzsignalen ist ebenfalls in der vorgenannten Literaturstelle
angegeben.
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Weitere Einzelheiten zu den in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten
Schaltunysteilen können der am gleichen Tage eingereichten, diese Schaltungsteile
wegen der damit verbundenen Neuerungen näher beschreibenden Patentanmeldungen derselben
Anmelderin entnommen werden.
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Durch die funktionsmäßige Trennung des komplexen, nur zeitweise aktivierten
Logiksystems von den permanent betriebsbereiten Bauelementen, ist es in vorteilhafter
Weise möglich, für den Fall des Ausfalls des umfangreichen Logikteils ein einfaches
Ersatzsystem vorzusehen, durch welches ein Notbetrieb aufrecht erhalten werden kann.
Obgleich zwar einerseits die Sicherheit einzelner Bauelemente gegen Ausfall in der
Vergangenheit wesentlich gesteigert werden konnte, wird andererseits angestrebt,
die Informationsverarbeitung in einem künstlichen Herzschrittmacher möglichst allen
therapeutischen Anforderungen gerecht werden zu lassen, um dem Patienten eine optimale
Stimulationstherapie zukommen zu lassen, und damit die erreichte Erhöhung der Zuverlässigkeit
zum Teil wieder kompensiert.
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Das dargestellte Konzept gestattet es, die Vorteile eines einfachen,
höchst betriebssicheren Systems mit einem solche höherer Verarbeitungsfähigkeit
derart zu verbinden, daß bei Ausfall des komplexen Datenverarbeitungssyst#rns ein
einfaches Ersatzsystem bereitstellt, welches in der Lage ist, die Grundfunktionen
des Schrittmachers unter nahezu allen Umständen für einen nur durch die Betriebsdauer
der Energiequellen begrenzten Zeitraum sicherzustellen.
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Diese Ersatzschaltuny kann prinzipiell durch verschiedenartige Signale
aktiviert werden. Eines dieser Signale ist ein von der komplexen Ls(3ikschaltung
ausgehendes Signal "Par", das bei einer mittels eines Mikroprozessors realisierten
Logikschaltung dann erscheint, wenn innerhalb der durchgeführten Operationen ein
Plausibilitätsfehler ermittelt wurde, wie er beispielsweise durch eine Paritätsüberprüfung
mit Hilfe von redundanten Signalen in bekannter Weise erzeugt werden kann. Entsprechende
Signale lassen sich auch aus mit diskreten Logikbauelementen arbeitenden Schaltungen
gewinnen, wenn hier zusätzliche Elemente verwendet werden, welche unzulässige Betriebszustände,
beispielsweise in Form von Signalen, erkennen, die sei korrekt arbeitenden Logikmitteln
beispielsweise nicht gleichzeitig oder aber nicht mit einer oberhalb oder unterhalb
einer vorgegebenen Grenzfrequenz liegenden Rate etc. erscheinen dürfen. Derartige
ein Fehlverhalten aufzeigenden Signale werden auch von den Ausgängen der Run-away-Schutzschaltunyen
105 und 205 gewonnen und über ein ODER-Gatter 34 zusammengefaßt. Bei der dargestellten
Anordnung kann es theoretisch in dem Fall zu einem Anspre-
chen
der Run-away-Schutzschaltungen bei ordnungsgemäß arbeitenden Taktgenerator 2 kommen,
wenn in die Speicher 121 oder 221 durch einen Fehler in dem durch die strichpunktierte
Linie umrandeten Teil der Logikschaltunyen fehlerhafte Zahlenwerte eingelesen wurden.
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Dem ODER-Gatter 34 wird ein weiteres Signal M zugeführt, welches von
einem Reed-Schalter stammt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Auf diese
Weise ist es möylich, mittels eines von außen einwirkenden Magnetfeldes den Ersatzbetriebszustand
entsprechend der "Maynetfrequenz" der bekannten Schrittmacher einzustellen.
-
Der Ausgang des ODER-Gatters 34 aktiviert eine Speicherschaltung 35,
welche Zeitpunkten TA' und TV' entsprechende Zahlenwerte enthält, die bei Aktivierung
dieser Speicherschaltung 35 mit Vorrang in die Speicher 121 bzw. 221 eingelesen
werden. Gleichzeitig wird von der Schaltung 35 ein Ausganyssignal abgegeben, welches
über invertierende Eingänge von UND-Gattern 111 und 211, die zwischen die Gatter
107 und 1U6 bzw. 207 und 206 eingeschaltet sind und diesen Signale sperren, während
über die somit aktivierten UND-Gatter 112 und 212 eine direkte Verbindung zu den
Ausgängen der Vergleicher 120 und 220 hergestellt wird.
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Damit ist das i m " im "D00"-Betrieb arbeitende Ersatzsystem nicht
mehr von der Signalverarbeitung der innerhalb der strichpunktierten Linie befindlichen
Elemente der Schaltung abhängig. Die Werte TA' und TV' werden dabei so gewählt,
daß sich eine für die Frequenzen annehmbare
Ersatz-Stimulationsfrequenz
ergibt. Die Betriebsart ~D00" bezieht sich auf den Anschluß zweier Elektroden. Ist
jeweils nur eine der beiden Elektroden angeschlossen, so arbeitet der Schrittmacher
im Zustand AOO oder ~V00" und gibt damit entsprechend der gewählten Elektrodenkonfiguration
ebenfalls die zur Aufrechterhaltung der vitalen Funktionen notwendigen Stimulationsimpulse
ab.
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Mittels zweier in die Aktivierungsleituny des Schalters 222 eingefügter
UND-Gatter 213 und 213a wird eine Synchronisation des Zählers 1 (und damit der Zeitsteuerung
des Schrittmachers) auf vom Ventrikel erscheinende Signale für die Zeit der Überleitung
vom Atrium zum Ventrikel verhindert (AV-Uberleitung zwischen TA und TV in Figur
2), wenn gleichzeitig eine Signalaufnahme im Atrium möglich ist. Die entsprechenden
Zeitmarken beziehen sich (abhängig von der Betriebsart des Schrittmachers) auf Zeiträume
zwischen herzeigenen oder stimulierten Signalen. Dem UND-Gatter 213a werden das
Signal sensA des Speichers 4 und das Signal 1 des Vergleichers 220 an seinen Eingängen
zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 213a sperrt gegebenenfalls das UND-Gatter
213 über dessen invertierenden Eingang. Der weitere Eingang des UND-Gatters ist
mit den die Signalaufnahme für das Atrium am UND-Gatter 11U freigebenden Signalausgang
des Speichers 4 verbunden. Damit wird erreicht, daß eine Synchronisation bei regulärer
Ventrikeltätigkeit stets nur mit TA erfolgt und somit das Atrium bei AV-sequentieller
Stimulation die Führung behält bzw. bei fehlender Signalaufnahme aus dem Atrium
der Austand aufeinanderfolgender Zeitpunkte TA konstant bleibt.
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Der hier beschriebene Schrittmacher stellt damit die physiologisch
richtige Synchronisation mit dem Atrium sicher, wenn dort ungestörte Signale zur
Verfügung stehen. Ist die Signalaufnahme im Atrium gestört, so erfolgt - entsprechend
den vorgesehenen Möglichkeiten der Betriebszustandsänderungen, die weiter unten
beschrieben werden - eine Umschaltung in einen eine Signalaufnahme im Ventrikel
ermöglichenden Betriebszustand, so daß auch in diesem Fall eine korrekte richtige
Stimulation gewährleistet ist.
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Obgleich bei freigegebener Signalaufnahme im Atrium für die Zeit t
zwischen TA und TV keine Synchronisation des Zählers 1 durch im Ventrikel aufgenommene
Signale erfolgt, wird die Refraktärzeit des Ventrikels dadurch in physiologisch
sinnvoller Weise gesetzt, daß diese sich trotz fehlender Synchronisation des Zählers
1 auf die Zeiten bezieht, zu denen die Herzaktion im Ventrikel festgestellt wurde,
was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert ist, daß das Ausgangssignal
des UND-Gatters 210 über ein ODER-Gatter 214 und ein Schaltelement 215 einen Speicher
216 mit einem zu diesem Zeitpunkt im Zähler 1 enthaltenen Zahlenwert lädt, so daß
dieser Zeitpunkt TV als Bezuyszeitpunkt jetzt für die Ermittlung der Refraktärzeit
TrefV durch den Vergleicher 7 dienen kann.
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Erfolgt eine Signalaufnahme ausschließlich im Ventrikel, so ist eine
Synchronisation des Zählers durch das Schaltelement 222 im Zeitpunkt TV freigegeben,
wodurch mittels des ODER-Gatters 214 in den Speicher 216 dann derjenige Zahlenwert
für Tv übertragen wird, welcher auch im Speicher 221 vorhanden ist.
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Nach Ablauf der Refraktärzeit für aus dem Ventrikel aufgenommene Signale
erscheinende Impulse, welche von Extra systolen herrühren, synchronisieren, den
Zeitzähler 1 des Schrittmachers, was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch
erreicht wird, daß der Zähler 1 durch die Schaltermittel 222 auf den Wert TV, der
im Speicher 221 vorhanden ist, gesetzt wird. Darüberhinaus rauß auch sichergestellt
sein, daß retrograd übergeleitete Erregungen nach Extrasystolen keine Synchronisation
des Schrittmachers bewirken. Dies wird dadurch erreicht, daß nach Erkennen der Extrasystole
(Ventrikelaktivität vor dem Zeitpunkt T0) die Atriwarefraktärzeit trefA für einen
Zyklus auf 400ms gesetzt wird, so daß für einen ausreichend langen Zeitraum (entsprechend
der retroyraden Überleitungszeit) - ausgehend von der Zeitmarke TV das Atrium für
eine Signalaufnahme gesperrt ist.
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Die Sperrung derartiger retrograder Überleitungen ist deshalb von
besonderer Bedeutung weil ein vom Schrittmacher auf das Signal im Atrium hin mit
der vorgegebenen AV-Uberleitungszeit abgegebener Stimulationsimpuls im Ventrikel
eine Stimulation in die vulnerable Phase zur hätte.
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Um hier den notwendigen Schutz zu bewirken, werden-unlnittelbar auf
eine Extrasystole hin die Siynalaufnahlnemittel für Vorhof und Ventrikel für einen
vorgegebenen Zeitraum refraktär geschaltet. Und zwar wird bei einem Einyallgsit
puls am UND-Gatter 217 vom Ausgang der Eingangsstufe 201-für den Ventrikel, der
erscheint, wenn auch der Vergleicher 220 am Ausgang "-" ein Signal abgibt, das an
den zweiten Eingang des UND-Gatters 217 gelangt, ein Monoflop
218
gestartet. Dieses Monoflop gibt daraufhin einen Ausgangsimpuls von ca. 400 ins Dauer
ab, welcher an Eingänge des ODER-Gatter 219 gelangt, dessen zweiter Eingang mit
dem Ausgang des Vergleichers 5 für die Refraktärzeit TrefA verbunden ist, und dessen
Ausyangssignal zu einem der Eingänge des UND-Gatters 110 übertragen wird.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, daß bei jeder nach der Zeit Tv
festgestellten Kammerkontraktion die Refraktärzeit für das Atrium neu gestartet
und für die Zeitdauer des von dem Monoflop 218 abgegebenen Impulses (vorzugsweise
400 ms) aufrechterhalten wird, so daß eine Synchronisation des Schrittmachers durch
retrograde Überleitungen verhindert ist. (Wie weiter unten näher erläutert ist,
sind für diesen Zeitraum auch die Stör- und Tachykardieerkennungsmittel gesperrt,
da diese bei einer retrograden Uberleitung nicht ansprechen sollten. Die erforderliche
Signalverbinduny wird durch die Leitung vom Ausgang des Monoflops 218 zum Block
3 gebildet.) Eur den Fall, daß gleichzeitig Signale im Atrium und Ventrikel aufgenommen
werden, hat der Ventrikel Vorrang. Damit ist gewährleistet, daß die Sicherheit gegen
schädliche Stimulation aufgrund unerwünschter Überleitungen auch bei nicht eindeutiger
Signalerkennung zunächst einmal gegeben ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden alle Umschaltungen
(Progralnmdnderunyen, Betriebsartänderungen) zu Zeitpunkten vorgenommen, welche
den Betriebsablauf nicht stören, das sind solche Zeitpunkte, zu denen
keine
Stimulation bewirkt werden kann und auch kein Eingangssignal erwartet wird, dessen
Signalaufnahme wiederum von den eingestellten Betriebsparametern abhängig sein könnte.
Ein derartiger Zeitpunkt ist derjenige auf TV tolgende Zeitbereich, in dem beide
Eingangsstufen refraktär sind (vergleiche Fig. 2, aus der die Zeiten des Herzzyklus
im Hinblick auf den Betrieb des Schrittmachers in ihrer grundsätzlichen Verteilung
ersichtlich sind).
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Der mit TV beginnende Zeitraum ermöglicht dabei die für den Betrieb
des Schrittmachers notwendigen Umschaltungen in einer Weise, welche die physiologischen
Randbedingungen der Stimulation am wenigsten beeinträchtigen, da Umschaltungen zu
dieser Zeit in eine natürliche Ruheperiode des Herzens fallen. Im Zeitpunkt TV finden
auch solche Überprüfungen statt, die regelmäßig durchgeführt werden müssen, wie
die Bestimmung des Betriebszustands der Energiequelle (EOL-Block 36).
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Der Zeitpunkt TV wird bei normalem Herzverhalten stets durchlaufen
und wäre an sich ausreichend beispielsweise die- Uebernahme der geänderten Betriebsparameter
(entsprechender Pfeil an Speicherblock 4) oder die Änderung der Programmierung aufgrund
der von außen her übertragenen entsprechenden Signale zu diesem Zeitpunkt zu bewirken
(Pfeil nach Block 13).
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Die in Figur 1 mit den Blöcken 21, 102, 103, 202 dargestellten Schaltungen
zur Ermittlung von Störsignalen im Vorhof oder Ventrikel bzw. zur Feststellung des
Tachykardiezustandes sind in den Figuren 3a und b im einzelnen
dargestellt.
Dabei zeigt Figur 3a zum einen (in ihrem linken Bereich) die Detailschaltung der
Bausteine 102 bzw. 202 gemäß Figur 1 und in ihrem rechten Teil eine Schaltung, wie
sie einen Teil des Schaltungsblocks 21 in Figur 1 bildet - und zwar ist dieser Teil
für die Verarbeituny der Eingangssignale von Atrium und Ventrikel je einmal vorhanden.
Ein Verzögerungsglied 39 bewirkt, daß eine Umprogrammierung des Schrittmachers im
Zeitpunkt TV erst dann erfolgt, wenn alle anderen bei dieser Zeitmarke auszuführenden
Funktionen ausgeführt sind.
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Die an den Eingang der Schaltung in Figur 3a gelangenden, von den
Eingangsstufen 101 bzw. 201 in Figur 1 stammenden Impulse setzen einen Zähler 311
zurück, welcher durch Taktsignale des Taktgebers 2 (Figur 1) angesteuert wird.
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Erreicht der Zähler 311 einen Zählerstand n, so gibt er ein Ausgangssignal
ab. Die Zahl n ist dabei so gewählt, daß die durch den Zählerstand n erzeugte Frequenzteilung
des Eingangstaktes eine Ausgangsfrequenz erze#ugen würde, welche gleich der oberen
Grenzfrequenz der vom Schritt mancher zugelassenen Einganyssignale ist. Eingangsimpulse,
welche eine höhere Rate aufweisen, erzeugen am Ausgang der Blöcke 102 bzw. 202 einen
konstanten Pegel, den den Störzustand anzeigt.
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Durch das Ausgangssignal n des Zählers 311 wird über ein UND-Gatter
312 ein nachgeschaltetes Flip-Flop 313 zurückgesetzt, wenn an dem anderen Eingang
des UND-Gatters 312 der Impuls erscheint, welcher den Zähler 311 zurücksetzt.
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(Dabei wird davon ausgegangen, daß der Zähler nicht über den Stand
n hinauszählt bzw. das S-ignal am Ausgang n
beibehält, solange
er nicht zurückgesetzt wird. Wird der Zählerstand n nicht erreicht, wenn der nachfolgende
Impuls an dessen Eingang den Zähler zurücksetzt, so wird über ein weiteres UND-Gatter
314 das Flip-Flop 313 gesetzt, wobei der Ausgang "n" des Zählers mit einem invertierenden
Eingang des UND-Gatters 314 verbunden ist. Eingangsimpulse, welche die Grenzrate
zu Störsignalen überschreiten, setzen demnach das Flip-Flop 313, das vom nächsten
Impuls, der mit einem größeren Zeitabstand als es der Störrate entspricht erscheint,
zurückyesetzt wird.
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Der Schaltzusxtand des Flip-Flops 313 wird in ein Flip-Flop 315 durch
einen zum Zeitpunkt t=TA erscheinenden Impuls übertragen, wobei das Ausgangssignal
des Flip-Flops 313 an den Eingang eines UND-Gatters 316 und den invertierenden Eingang
eines UND-Gatters 317 gelangt, welche mit dem Setz- bzw. Rücksetzeingang des Flip-Flops
315 verbunden sind. Während also das Auftreten von Störsignalen fortgesetzt ermittelt
wird, erfolgt eine. Übernahme in das Flip-Flop 315 zur weiteren Verarbeitung jeweils
nur zum Zeitpunkt TA. Die Übernahme zum Zeitpunkt TA garantiert, daß die Störung
richtig erkannt wurde und somit eine durch Blankingperioden verursachte Fehlinterpretation
verhindert ist. Eine möglicherweise resultierende Umschaltung der Betriebsart folgt
dann im Zeitpunkt TV, zu Beginn der Refraktärzeit des Ventrikels. Eine Störerkennuny
ist damit auch grundsätzlich während der Refraktärzeiten mit Ausnahme der Austastzeiten
möglich.
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Die in Figur 3a wiedergegebene strichpunktierte Linie deutet (entsprechend
der Darstellung in Figur 1) an, daß
der Zähler 30 bei einem Betrieb
mit teilweise zur Energieersparnis in einen Wartezustand setzbaren Schaltungsteilen
permanent in Betrieb bleibt, während die rechts von der strichpunktierten Linie
befindlichen Elemente lediglich bedarfsweise aktiviert werden, wenn nämlich der
Ausgang des Zählers ein Signal an das ODER-Gatter 30 in Figur 1 ausgibt, welches
eine Beendigung des Wartezustands der übrigen Schaltglieder auslöst. Hiermit wird
also ein Beispiel für einen Betrieb gegeben, bei dem ein intern im Schrittmacher
erzeugtes Zeitsignal, welches den Ablauf einer Zeitspanne markiert, in der ein erwartetes
Ereignis nicht eingetreten ist, um daraufijin die Signalverarbeitungsmittel entsprechend
diesem Ergebnis zu verändern.
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Bei der in Fig. 3b dargestellten Ausführung der zur Feststellung des
Tachykardiezustands vorgesehenen Logik entsprechen die Bauelemente 331 bis 337 den
mit 311 bis 315 bezeichneten in Fig. 3a, wobei die Bezifferung in derselben Folge
vorgenommen worden ist. Der Zähler 331 zählt jedoch bis zu einer Zahl p, welche
so gewählt ist, daß eine Impulsfolgezeit definiert wird, welche die Grenze zu einer
Impulsrate im Atrium bildet, die einen Tachykardie-Zustand kennzeichnet. Die genannte
Folgezeit beträgt dabei 350 ms.
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Der Rücksetzeingang des Flip-Flops 333 ist jedoch nicht direkt mit
dem Ausgang des UND-Gatters 332 verbunden, sondern es ist hier ein ODER-Gatter 338
zwischengeschaltet, dessen weiterer Eingang mit dem Ausgang eines UND-Gatters 338
verbunden ist, dessen einer Eingang wiederum an den Ausgang des Flip-Flops 333 angeschlossen
ist. Der andere Eingang des UND-Gatters 339 ist an den Ausgang der Aus-
tast-Schaltung
3 angeschlossen und erhalt ein Signal, wenn auf einen Stimulationsimpuls hin die
Atriumeingangsstufe 1U1 für Signale gesperrt wird. Damit wird erreicht, daß ein
Rücksetzen des Flip-Flops 333 jeweils dann vorgenommen #wird, wenn ein Stimulationsimpuls
abgegeben wurde und eine Austastung der Atriumseingangsstufe 101 erfolgte. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß das den Tachykardie-Zustand kennzeichnende Flip-Flop
335 stets erst dann zurückgesetzt wird, wenn nach einer Austastzeit der volle Zeitraum
durchlaufen wurde, welcher zwischen zwei ~ aufgenommenen Impulsen im Atrium liegen
muß, um das Ende einer Tachykardie festzustellen. Damit können nicht durch die vorzeitige
falsche Entscheidung der Annahme der Beendiguny des Vorliegens einer Tachykardie
Stimulationsimpulse zu Zeiten abgegeben werden, welche eine Gefährdung des Patienten
bedeuten können.
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Durch die gewählte Übernahme im Zeitpunkt TV über die weiteren Logikmittel
(Betriebsartspeicher 4) ist weiterhin sichergestellt, daß die Veränderung des Betriebsverhaltens
ebenfalls zu einem Zeitpunkt und in einer Weise erfolgt, welche eine optimale Synchronität
mit dem Herzverhalten des Patienten sicherstellen.
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Die von der Refraktärzeitsteuerung getrennte Ermittlung der Störung
und Tachykardiezustände im Vorhof yuwtiLleistet, daß beide Signalzustände optimal
erfaßt werden, wobei durch das Zurücksetzen des Tachykardiezählers allein während
der Austastzeiten sichergestellt ist, daß die Störerkennung unabhängig davon fortgesetzt
wird und nicht durch ein Zurücksetzen und die daraus resultierende Bil-
dung
eines verkürzten Meßzeitintervalls für die Störerkennung im Zusammenhang mit den
Austast-Impulsen ein Störsignal vorgetäuscht wird.
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In Figur 4 sind diejenigen Bauelemente dargestellt, welche einerseits
eine Programmierung vorgegebener Betriebsarten durch äußere Schaltmittel ermöglichen
und weiterhin die Umschaltung der Betriebsart im Falle von an den Eingängen A und
V einfallenden Störimpulsen bzw. im Falle einer Tachykardie im Vorhof bewirken.
Insbesondere hervorzuheben ist dabei die Möglichkeit, den im ' Falle des Eintretens
eines oder mehrerer der vorgenannten Ereignisse einzuschaltenden Betriebsart aus
einer oder mehreren für diesen Fall festgelegten Betriebsarten auszuwählen und diese
Auswahl vorher mittels Programmierung festzulegen.
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Bei der in Figur 4 dargestellten Schaltungsanordnung handelt es sich
um diejenigen Baugruppen, die in der Blockschaltung gemäß Figur 1 als Steuerschaltung
für die Betriebsarten in einem Element zusammengefaßt sind.
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Durch das über das Schaltelement 20 zu dem Block 4 gelanwende Programrniersignal
wird einerseits mittels eines Schaltelementes 40U eine (permanente) Betriebsart
des Schrittmachers ausgewählt, die dann gültig ist, wenn keine Störsignale aufgenommen
werden und auch der Tachykardiezustand nicht vorhanden ist. Durch die Programmierung
ist einer der Betriebsarten auswählbar. Zusätzlich kann - ebenfalls durch die vorgenommene
Programmierung - durch weitere Schaltelemente 401 und 402 festgelegt werden, welcher
von zwei möglicherweise zur Verfügung stehenden alternativen Betriebsarten im Falle
des Auftretens einer
oder mehrerer der genannten Bedingungen in
Funktion treten soll, wobei beim Auftreten verschiedener Störungen der Schalter
401 bezüglich einer ersten Art und der Schalter 402 bezüglich einer zweiten Art
von Störungen setzbar ist.
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Die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählte Zuordnung kann
je nach den gestellten Anforderungen yeändert, eingeschränkt oder erweitert werden.
So ist auch die Festlegung durch die Schalter 401 und 402 in der dargestellten Form
nicht zwingend, sondern kann durch zusätzliche Schaltelemente in der Weise verändert
werden, daß für unterschiedliche Störunys- oder Tachykardiezustände verschiedene
alternative Betriebsfunktionen aktiviert werden.
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Über die Ausgangsleitungen des Schaltelementes 400, die mit den üblichen
Bezeichnungen für mögliche Schrittmacher-Betriebsfunktionen gekennzeichnet sind,
werden (unter vorläufiger Außerachtlassung der für die Einschaltung der alternativen
Betriebsfunktionen vorgesehenen Logik-Bauelemente) ODER-Gatter 403 bis 408 alternativ
aktiviert, wobei jedem dieser ODER-Gatter 403 bis 408 ein Flip-Flop 413 bis 418
zugeordnet ist, an deren Ausgängen die das Betriebsverhalten des Schrittmachers
bestimmenden Ausyangssignale, welche mit den Ausgangsleitungen des Blocks 4 in Figur
1 übereinstimmen, festgelegt werden.
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Ein Setzen bzw. Zurücksetzen der Flip-Flops 413 im Falle einer Umprogrammierung
durch das Signal TV erfolgt, wobei ein Verzögerungsglied 419 dafür sorgt, daß die
für die Erkennung und Auswertung der die Betriebsart beeinflusserlden Signale, die
ebenfalls zum Zeitpunkt TV stattfindet,
abgeschlossen sind, bevor
eine Betriebsartänderung eintritt.
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Kriterium für die Bemessung der Verzögerungszeit des Gliedes 419 ist
dabei, daß die Umschaltung der Betriebsart des Schrittmachers innerhalb derjenigen
Zeit abgeschlossen sein muß, während der beide Eingänge A und V refraktär sind.
(Es gilt auch für die übrigen von einem zum Zeitpunkt TV erscheinenden Impuls ausgelösten
Signale, daß innerhalb des gesamten dargestellten Schrittmacherkonzepts - je nach
Ausbauzustand - gegebenenfalls durch zusätzliche Verzögeruny eine derartige Staffelung
der Signalverarbeitung erfolgt, daß solche Schritte erst dann eingeleitet werden,
wenn die vorangehenden Verarbeitungen, die für diese Schritte Voraussetzung #sind,
abgeschlossen sind. Es gilt dabei die Reihenfolge: Beendigung der Verarbeitung für
den vorangegangenen Herzzyklus - Betriebsart-/Programmänderung - Festlegung der
weiteren Daten für den nächsten Zyklus.) Die Umschaltung der Flip-Flops erfolgt
über UND-Gatter 423 bis 428 bzw. 433 bis 438, wobei je nach dem am Ausgang der ODER-Gatter
403 bis 408 anliegenden Signalzustände eines der beiden mit dem Setz- bzw. Rücksetzeingang
der Flip-Flops 413 bis 418 verbundenen UND-Gatter aktiviert wird, wenn vom Ausgang
der Schaltung 419 der gegenüber der Zeit TV verzögerte Impuls ITV erscheint. Die
Ausgänge der ODER-Gatter 403 bis 408 sind zu diesem Zweck jeweils mit einem nichtinvertierenden
Eingang eines der UND-Gatter 423 bis 428 und einem invertierenden Eingang der UND-Gatter
433 bis 438 verbunden.
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Die Funktionen der Flip-Flops 413 bis 418 sind die folgenden: Flip-Flop
413: Signalaufnahme im Atrium Flip-Flop 414: Zeitgesteuerte Auslösung von Stimulations
impulsen im Atrium Flip-Flop 415: Durch herzeigene Signale getriggerte Auslösung
von Stimulationsimpulsen im Atrium Flip-Flop 416: Signalaufnahme im Ventrikel Flip-Flop
417: Zeitgesteuerte Auslösung von Stimulationsimpulsen im Ventrikel Flip-Flop 418:
Durch herzeigene Signale getriggerte Aus lösung von Stimulationsimpulsen im Ventrikel
Es ist ersichtlich, daß aufgrund der bisher dargestellten Logikmittel in der Betriebsart
~A00" durch Setzen des Flip-Flop#s 414 das zeitgesteuerte Auslösen von Atriumimpulsen
festgelegt ist. Eine Signalaufnahme aus Atrium oder Ventrikel erfolgt nicht und
infolgedessen ist auch keine Umschaltung bei hier auftretenden Störsignalen erforderlich.
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Entsprechendes gilt für die Betriebsarten VOO und DOO, wobei hierbei
noch das Flip-Flop 417 alternativ oder zusätzlich aktiviert ist.
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Die Betriebsarten "AST" und ~AAl" aktivieren bei ungestörtem Atrium
und, wenn keine-Tachykardie vorhanden ist, über UND-Gatter 440 bzw. 441, deren invertierender
Eingang gemeinsam mit dem Ausgang eines ODER-Gatters 442 verbunden
ist,
an dessen Eingänge diese Zustände anzeigende Signale gelangen, wenn im Atrium eine
Störung auftritt bzw. der Tachykardiezustand ermittelt wurde, die entsprechenden
der Flip-Flops 413 bis 415. Ist am Ausgang des ODER-Gatters 442 ein Signal mit dem
logischen H-Zustand vorhanden, so wird bei aktiviertem "AAT"- oder "AAI"-Zustand
über ein ODER-Gatter 443 und ein UND-Gatter 446 sowie das ODER-Gatter 445 der ~A00"-Zustand
eingestellt, wie er auch direkt durch eine entsprechende Programmieruny gewählt
werden kann.
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Durch Aktivierung der Betriebsarten "V00" bzw. ~D00" werden diese
eingeschaltet, ohne daß eine Betriebsartsänderung durch über die Elektroden aufgenommenen
Signale möylich wäre. Die Betriebsart WI wird aktiviert, wenn dieser Zustand über
den Programmschalter 400 gesetzt ist und keine Störungen im Ventrikel vorliegen,
so daß ein Ausgangssignal vom UND-Gatter 447 an das ODER-Gatter 448 gelangt. Liegt
eine Störung im Ventrikel vor, so geht der Schrittmacher durch die Verknüpfung der
entsprechenden Signale über ein ODER-Gatter 449, ein UND-Gatter 450 sowie ein weiteres
ODER-Gatter 451 in den Betriebszustand ~V00" üoer.
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Die Betriebsart "TAT" ist bei ungestörtem Ventrikel (kein Signal am
invertierenden Eingang des UND-Gatters 452) durch entsprechende Programmierung einstellbar.
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In der Betriebsart VAT wird über das UND-Gatter 457 ein ODER-Gatter
454 aktiviert, wenn das UND-Gatter 453 nicht durch das Ausgangssignal des ODER-Gatters
442 über seinen
invertierenden Eingang gesperrt ist. Im Falle einer
Störung im Atrium oder des Vorliegens von Tachykardie erfolgt eine Umschaltung in
den Zustand VOO, was durch eine zum ODER-Gatter 443 führende Leitung bewirkt wird,
wobei die Umschaltbedingungen denjenigen in den Modes "AST" bzw.
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AAI entsprechen.
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In der Betriebsart "DVI" wird bei ungestörtem Ventrikeleingang (kein
Signal am invertierenden Eingang eines UND-Gatters 455), dessen Ausgangssignal zu
einem ODEwK-Gatter 456 geleitet, welches die dieser Betriebsart entsprechenden Aktivierunyen
auslöst.
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Bei gestörtem Ventrikel gelangt das Signal über ein ODER-Gatter 457
an die Eingänge zweier UND-Gatter 458 und 459, deren weitere Eingänge (wobei der
weitere Eingang beim UND-Gatter 458 invertierend ist) mit dem Ausgang des Schalters
401 verbunden sind. Je nach dem, ob dieser durch Programmierung gesetzt (Verbindung
mit logischem H-Pegel) oder nicht gesetzt (entsprechend dem logischen L-Pegel) ist,
wird eines der UND-Gatter 458 bzw. 459 durchgeschaltet und aktiviert über das UND-Gatter
450 im Falle einer Störung im Ventrikel über das ODER-Gatter 451 den Zustand ~V00"
oder über UND-Gatter 460, dessen weiterer Eingang entsprechend mit der bei gestörtem
Ventrikel ein logisches "H-Signal" führenden Leitung verbunden ist, über ein ODER-Gatter
461 den Zustand DOO. Damit kann von außerhalb des Schrittmachers her für den Fall
eines im Ventrikel aufgenommenen Störsignals durch eine entsprechende Voreinstellung
festgelegt werden, welchen Betriebszustand der Schrittmacher in diesem Fall einnehmen
wird.
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Somit besteht eine zusätzliche therapeutische Möglichkeit in der Art,
daß der Arzt für den Fall, daß ein ursprünglich von ihm gewählter Betriebszustand
des Schrittmachers nicht beibehalten werden kann, einen Alternativzustand auswählen
kann, der sich im Fall des betreffenden Patienten als besonders günstig darstellt.
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Eine entsprechende Wahlmögliciikeit ist auch beim Betriebszustand
~VDT/I" vorgesehen, wobei das Fehlen von Störungen im Atrium und Ventrikel und auch
das Nichtvorliegen des Tachykardie-Zustands mittels eines UND-Gatters 462 ermittelt
wird, dessen beide invertierende Eingänge einerseits mit dem Ausgang des ODER-Gatters
442 bzw. mit der eine Störung im Ventrikel anzeigenden Leitung verbunden sind.
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Der Ausgang des UND-Gatters 462 führt zu einem UND-Gatter 463, dessen
Ausgangssignal die für den Betriebszustand "VDT/I" notwendigen logischen Verknüpfungen
auslöst. Im Falle einer Störung im Atrium allein wird über ein ODER-Gatter 464 und
ein UND-Gatter 465 bei Vorliegen einer Störung im Atrium bzw. Tachykardie und Abwesenheit
einer Störung im Ventrikel je nach Stellung des Schalters 401 über UND-Gatter 466
bzw. 467 entweder der Zustand "WI" oder der Zustand "DVI" aktiviert.
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Ist dagegen der Ventrikel gestört, während der Sinusrhythmus regulär
aufgenommen wird, gelangt über ein diese Signalzustände auswertendes UND-Gatter
468 in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 402 ein Signal zu UND-Gattern
469 und 470 alternativ zu den ODER-Gattern 451 bzw.
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454, so daß in diesem Fall alternativ die Betriebszustände "V00" oder
"VAT" aktivierbar sind. Bei gestörtem
Ventrikeleingangssignal bleibt
demnach dem behandelnden Arzt die Möglichkeit, entweder im Atrium auftretende Signale
noch zur Triggerung der Ventrikel-Stimulation heranzuziehen oder aber den Ventrikel
starrfrequent zu stilaulieren. Der Betriebszustand "VDT/I" geht damit beispielsweise
in den ~VAT"-Zustand über.
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Der Fall des ungestörten Betriebs im Mode "DDT" wird entsprechend
der Funktion des UND-Gatters 463 für den Fall ~VDT/I" über ein UND-Gatter 471 signalisiert.
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Bei gestörtem Atriumeingang bzw. vorliegender Tachykardie werden die
Umschaltungen entsprechend wie im vorgenannten Betriebszustand über das ODER-Gatter
464 ausgelöst, während bei gestörtem Ventrikel ebenfalls eine entsprechende Verknüpfung
über das ODER-Gatter 457 herbeigeführt wird.
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Es ist ersichtlich, daß die vorgenannten Mode-Umschaltungen und die
Möglichkeit der Vorprogrammierung alternativer Modes im Falle von Störungen der
Signaleingänge oder Tachykardie auf unterschiedliche Weise vorgegeben werden kann,
wobei insbesondere für die Terminieruny von Tachykardien auch Sonderbetriebsweisen
aktiviert werden können, die an dieser Stelle nicht detailliert beschrieben zu werden
brauchen, da sie dem Fachmann aus entsprechenden Veröffentlichungen bekannt sind.
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Die Möglichkeit, mit einer Mode-Änderung auch Betriebsparalneter zu
verändern, ist für den Fall des DVI-modes durch die Verbindung vom Ausgang "DVI"
des Schalters 400 zu einem Eingang des UDER-Gatters 214 über ein UND-Gatter
472
wiedergegeben. Bei Aktivierung dieses UND-Gatters 472 im Falle von Tachycardie (Leitung
zum Eingang "Tachy") beim "DVI"-Betrieb erfolgt eine zwangsläufige Verkürzung der
programmierten AV-Überleitungszeit <T0 bis TV) auf einen unkritischen Wert, der
für diese Ausführung als in Block 216 enthalten angenommen werden soll.
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Die in Figur 5 dargestellte Schaltung stellt eine Zusatzschaltung
dar, welche in Zusammenhang mit der Blockschaltung gemäß Fig. 1 den Betrieb des
Schrittmachers mit Systerese ermöglicht. Hysterese bedeutet in diesem Zusammenhang,
daß bei aufgenommenen Herzeigenaktionen die Zeitdauer TA heraufgesetzt wird, so
daß eine geringfügigere Verringerung der Impulsrate der Herzeigenaktionen nicht
zu Stimulationsimpulsen führt. Die Stimulation setzt erst dann wieder ein, wenn
die vergrößerte Zeitdauer THysA durch die Herzrate unterschritten wird.
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Die in Figur 5 dargestellten Flip-Flops 510 und 520 werden jeweils
gesetzt, wenn vom Ausgang des in Figur 1 dargestellten UND-Gatters 110 bzw. 210
ein Signal erscheint, d.h. im Atrium oder Ventrikel eine Herzeigenaktion aufgenommen
wurde. Beide Ereignisse führen über ein ODER-Gatter 500 und ein UND-Gatter 501 im
Zeitpunkt TV zum Setzen eines den Hysteresezustand speichernden Flip-Flops 502.
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Mittels dieses Flip-Flops 502 wird in den Speicher 121 anstelle des
Normalwertes für die Impulsrate des Atriums TA der in einem Speicher 121' festgehalten
ist und durch Programmierung in den Schrittmacher übertragen wurde, mittels des
Schaltelementes 503 ein Wert THysA aus einem Speicher 121" überführt und den folgenden
Datenvergleichs-und Entscheidungsoperationen zugrundegelegt.
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Ein Setzen des Flip-Flops 502 kann dabei nur dann erfolgen, wenn die
weiteren Eingänge des UND-Gatters 501 den logischen H-Zustand einnehmen, d.h. über
den Eingang Hys (durch Setzen eines entsprechenden Bits im Programmierspeicher 4)
der Hysterese-Zustand freigegeben wurde und entweder im Atrium oder im Ventrikel
jeweils sowohl eine Signalaufnahme vom Herzen als auch eine Stimulationsimpulsabgabe
nach Zeitablauf erfolgen kann, wie es durch die dargestellte Verknüpfung eines ODER-Gatters
504 mit zwei UND-Gattern 505 und 506, denen die vorgenannten Eingangsbedingungen
in Form von logischen Signalen vom Speicher 4 (Fig. 1) zugeführt sind, realisiert
ist.
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Die Flip-Flops 510 und 520 werden jeweils kurzzeitig, nachdem ihr
Zustand in das Flip-Flop 502 übertragen wurde, durch den um einen Zeitraum mittels
eines Verzögerungsgliedes 540 verzögerten Impuls TV zurückgesetzt, so daß für jeden
Herzzyklus wieder neu über das Vorliegen der Bedingungen für die Hysterese entschieden
werden muß. Wird bis zum Zeitpunkt TV keine Herzaktion in der Kammer, von der Signale
aufgenommen werden, erkannt, so wird - wie nachfolgend dargestellt - der nicht gesetzte
Zustand der Flip-Flops 510 bzw. 520 in das Flip-Flop 502 übertragen.
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Damit wird bei Betriebsarten, welche eine ausschließliche Signalaufnahme
entweder im Atrium oder im Ventrikel gestatten, durch diese Signale für sich der
Hysteresezustand jeweils gesetzt oder zurückgesetzt werden.
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Wenn eine Signalaufnahme im Atrium und im Ventrikel möglich ist (beispielsweise
Betriebsart VDT/I oder DDD), soll der Hysteresezustand nicht schon dann zurückgesetzt
werden,
wenn nur die AV-Überleitung ausfällt, der normale Sinusrhythmus jedoch aufrechterhalten
bleibt, da die nachfolgende Stimulation im Ventrikel anschließend im Zeitablauf
erfolgen kann, ohne daß eine Änderung der atrialen Rate erforderlich ist. Durch
die weiteren Elemente der in Fig. 5 dargestellten Schaltung wird verhindert, daß
der Hysteresezustand allein deswegen zurückgesetzt wird, weil keine AV-Überleitung
stattfindet, obgleich spontane Atriaktionen vorhanden sind und nur eine Stimulation
im Ventrikel notwendig ist.
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Ein Zurücksetzen des Flip-Flops 510 wird aber dann nicht auf das Flip-Flop
502 übertragen, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: 1. Es ist eine Signalaufnahme
vom Atrium als auch eine solche vom Ventrikel möglich.
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2. Es wird nur im Atrium ein zu einer Herzeigenaktion gehörige Impuls
aufgenommen - es fehlt also lediglich die aufgrund einer physiologischen AV-Überlei
tung ilervoryerufene Ventrikelkontraktion.
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Eine Atriumstimulation bewirkt hingegen ein Zurücksetzen.
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Die erste Bedingung ist durch Verknüpfung der entsprechenden Eingangssignale
von dem Speicher 4 in Fig. 1 über ein UND-Gatter 541 realisiert, dessen Ausgangssignal
dem invertierenden Eingang eines UND-Gatters 542 zugeführt ist. Der weitere Eingang
des UND-Gatters 542 ist mit dem
invertierenden Ausgang c des Flip-Flops
520 verbunden. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 542 und das invertierte Ausgangssignal
r des Flip-Flops 510 gelangen an Eingänge eines ODER-Gatters 544, dessen Ausgangssignal
mit dem Signalimpuis ITV mittels eines UND-Gatters 545 so verknüpft ist, daß entsprechend
den vorgenannten Bedingungeh beilz Fehlen eines herzeigenen Signals im Atrium oder
Ventrikel der zurückgesetzte Zustand des Flip-Flops 520 in das Flip-Flop 502 übernommen
wird, wenn eine Signalaufnahme nur dort Möglich ist. Anschließend wird durch den
Schalter 546 wieder der ursprüngliche in dem Speicher 121 gespeicherte Zahlenwert
TAnorm in den Speicher 121 als aktueller Wert TAakt übertragen. Wie weiter unten
dargestellt ist, wird auch die Refraktärzeit des Ventrikels jeweils der aktuellen
Atriumrate TAakt angepaßt.
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In Figur 6 ist die Austaststufe 3 gemäß Figur 1 in Einzelheiten dargestellt.
Die Ausgangssignale der UND-Gatter 106 und 206 gelangen an die Eingänge eines ODER-Gatters
601, dessen Ausgangssignal eine Monoflop-Schaltung 602 aktiviert, welche für 25
ms einen Ausgangsimpuls abgibt. Dieser Impuls gelangt über ODER-Gatter 611 bzw.
621 sowohl andie Eingangsstufe 101 für das Atrium als auch an die Eingangsstufe
201 für den Ventrikel und macht beide für diesen Zeitraum für eingehende Signale
undurchlässig. Die Sperrung beider Eingangsstufen für 25 ms erfolgt also unabhängig
davon, ob an das Atrium oder an den Ventrikel ein Stimulationsimpuls abgegeben wurde.
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Die dargestellte Schaltung weist darüber hinaus Mittel auf, welche
es gestatten, zwischen der stimulierten und
der nicht stimulierten
Kammer bezüglich der Länge der Austastzeit zu unterscheiden. Dabei wird bei der
daryestellten Anordnung die Austastzeit für die stimulierte Kammer erhöht, um sicherzustellen,
daß die Polarisationseffekte an der Elektrode abgeklungen sind, bevor eine erneute
Signalaufnahme erfolgen kann. Zu diesem Zweck sind zwei jeweils einer Kammer zugeordnete
Monoflop-Schaltungen 610 und 620 vorgesehen, welche auf einen Eingangsimpuls hin
einen Ausgangsimpuls abgeben, welcher der verlängerten Austastdauer für die stimulierte
Kammer - bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 60 ms - entspricht. Die Eingänge
der Monoflop-Schaltunyen sind dabei direkt mit den Ausgängen der UND-Gatter 106
bzw. 206 verbunden, während die Austastimpulse jeweils den zweiten Eingängen der
ODER-Gatter 611 und 621 zugeführt werden, wobei im Falle der Stimulation einer der
Kammern sich die Aktivierungszeiten der Stufen 602 und 620 bzw. 602 und 610 am Ausgang
der ODER-Gatter 611 bzw. 621 überlagern.
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Durch die Verbindungsleitung vom Monoflop 218 (in Figur 1 enthalten)
zu einen weiteren Eingang des ODER-Gatters 621 tritt wird bei einer Refraktärzeitverlänyerung
im Atrium nach einer Extrasystole im Ventrikel der Einyanysverstärker auch fur die
Störsignal und Tachykardieerkennung gesperrt.
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In Figur 7a ist eine Anordnung blockschaltunysmäßig dargestellt, welche
eine automatische Anpassung der Refraktärzeit des Ventrikels an die programmierte
Herzrate bewirkt.
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Da bei programmierbaren Schrittmachern bei im wesentlichen fester
AV-Überleitungszeit mit sich verändernder Herzrate
(Folge der Impulse
TA) sich bei fester Refraktärzeit für den Ventrikel der (ungeschützte) Zeitraum
bis zum nächsten T#-Impuls Schwankungen unterliegen würde, die genauso groß ist,
wie die auftretende Differenz bei der Änderung der gesamten Folgezeiten der Impulse
im Atrium entsprechend der'gewählten Rate, ist es günstig, die Refraktärzeit des
Ventrikel entsprechend proportional zu variieren, um einerseits eine Stimulation
zu ungünstigen Zeitpunkten zu vermeiden - anderer#seits aber ein ~möglichst großes
Zeitfenster zur Verfügung zu haben, in der eine Signalaufnahme vom Ventrikel möglich
ist.
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Zusätzlich zu den Baugruppen gemäß Fig. 1 ist zwischen den Speicher
8 und den Schalter 15 ein Umschalter 71 eingefügt, welcher durch ein Signal TrefVaut
ansteuerbar ist, das durch eine entsprechende Programmierung als Ausgangssignal
der Baugruppe 4 in Fig. 1 erzeugbar ist und anzeigt, daß die Berechnung der Refraktärzeit
für den Ventrikel automatisch erfolgen soll. In durch das vorgenannte Signal aktiviertem
Zustand verbindet der Umschalter 71 den Speicher für den der Zeit TrefV mit einer
Rechenschaltung 72, welche aktiviert durch den Vergleicher 220 bei Erscheinen des
Signals "=" aufgrund der im Speicher 121 enthaltenen Größe für die Atriumrate TA
einen Rechenvorgang ausführt und die ermittelten Daten für die Refraktärzeit des
Atriums in einem dafür voryesellene Speicher festhält.
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Einzelheiten der Rechenschaltung 72 gehen aus Fig. 75 hervor, welche
den Aufbau dieser Schaltung am Beispiel von jeweils vier Bit enthaltenen Datenworten
darstellt. Die Berechnung von TrefVaut erfolgt nach der Formel:
TrefVaut
= (1/2 - 1/8) ~ TA Diese Rechnung läßt sich in besonders einfacher Form binär durchführen,
wobei die Eingangssignale vom wichtigsten (MSB) Bit her in der angegebenen Reihenfolge
drei Subtrahierstufen für einzelne Bits zugeführt werden, die ein Ausgangssignal
und ein Übertragungssignal abgeben. Die Division durch zwei entspricht einer Verschiebung
um eine Steile zu niedrigeren Bit-Werten hin, während die Division um acht eine
Verschiebung um drei Stellen ausmacht. Ein Rest bei der Division wird nicht berücksichtigt.
Die derart in ihrer Position verschobenen Daten werden in den einzelnen Subtrahierstufen
73 bis 75 voneinander abyezogen und die Ergebnisse den Speicherzellen eines 4-Bit-Speichers
76 zugeführt, welcher die Daten jeweils auf einen Impuls zum Zeitpunkt Tv hin festhält.
Das Ausgangssignal U der höchstwertigen Subtrahierstufe t2 gelangt dabei in die
zweithöchstwertige Stufe des Speichers 76, während die anderen Bits entsprechend
ihrer Wertigkeit folgen. Der Berechnungsvorgang wird immer dann ausgeführt, wenn
sich der für TA festgehaltene und für die Steuerung des Schrittmachers maßgebliche
Wert ändert, was bei der dargestellten Ausführungsform jeweils im Zusammenhang mit
dem Zeitpunkt TV erfolgt.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine mögliche
Form der Realisierung der der Erfindung dar, wobei weitere Ausführungsformen - insbesondere
im Zusammenhang mit andere zusätzliche Betriebsmöglichkeiten bietenden implantierbaren
oder externen Schrittmachern -möglich sind und im Rahmen der Erfindung liegen. Weiterhin
ist
das Ersetzen von diskreten Logikelementen durch solche Bausteine, welche die zur
Ansteuerung der Ausgangsstufen zur Erzeugung von Stimulationsimpulsen notwendigen
logischen Verknüpfungen in programmierter Form oder auch durch geeignete Verbindung
analog arbeitender Bauelemente lösen.