DE3237199A1

DE3237199A1 - Zeitbereichsverarbeitung interner physiologischer signale

Info

Publication number: DE3237199A1
Application number: DE19823237199
Authority: DE
Inventors: Andrew D. 2121 New South Wales MacLaurin; David K. 2120 New South Wales Money
Original assignee: Telectronics Pty Ltd
Current assignee: Telectronics Pty Ltd
Priority date: 1981-11-12
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1983-11-24
Anticipated expiration: 2002-10-06
Also published as: AU9024782A; AU559138B2; FR2515967A1; US4466440A; FR2515967B1; DE3237199C2; GB2111687A; GB2111687B

Description

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Zeitbereichsverarbeitung interner physiologischer Signale

Die Erfindung betrifft die Zeitbereichsverarbeitung interner physiologischer Signale einer implantierbaren medizinischen Prothese und insbesondere die digitale Verarbeitung elektrischer Herztätigkeitssignale zum Kontrollieren des Betriebes eines implantierbaren Herzschrittmachers.

Ein typischer Herzschrittmacher wird durch Äbfühlen der elektrischen Kerztätigkeit und geeignet erzeugte Stimulierungsimpulse gesteuert. Das abgefühlte Signal liegt natürlich in analoger Form vor. Obgleich viele der durch derzeitige Herzschrittmacher ausgeübten Seitgeberfunktionen digital gesteuert werden, ist die Verarbeitung des Eingangssignals naturgemäß analog. Der Eingangsabschnitt des Herzschrittmachers weist unveränderliche diskrete Komponenten auf, die das abgefühlte Signal filtern, z.B. hat das traditionelle Abfühlen der R-Welle gewöhnlich das Anwenden eines Filters mit einer 20-100 Hz Bandbreite zur Folge, der bei 50 Hz znetriert ist. Das analoge Frequenzbereichsverarbeiten führt gewöhnlich zum Erkennen eines einzigen diskreten Ereignisses, z.B. einem ventrikularen Zusammenziehen, dem sich eine digitale Verarbeitung anschließen kann.

Es ist jedoch höchst vorteilhaft, ein digitales Verarbeiten sogar in der Eingangsstufe eines Herzschrittmachers und natürlich bei allen implantierbaren überwafahungsvorrichtungen jeglicher Art anzuwenden. Das Anwenden einer digitalen anstelle einer analogen Verarbeitung verringert nicht nur die Anzahl raumbeanspruchender diskreter Komponenten, die in die implantierbare Vorrichtung eingearbeitet weräen müssen, sondern verringert ebenfalls die Anzahl an Einstellungen, die gewöhnlich während der Herstellung durch-

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geführt werden müssen als auch Abwandlungen von Einheit zu Einheit. Das Umwandeln des abgefühlten Signals von der analogen in die digitale Form ohne vorhergehende analoge Verarbeitung bietet die Möglichkeit einer gesamten Signalverarbeitung im Zeitbereich. Weiterhin sollte es bei dem Betrieb im digitalen Rahmen sogar in den ersten Verarbeitungsstufen möglich sein, auf einen äußeren Monitor eine genauere Darstellung des abgefühlten Signals zu übertragen (sogar dann, wenn die implantierte Vorrichtung nur für eine überwachende-telemetrische Kapazität ohne das Liefern irgendeiner elektrischen Stimulation dient).

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine vollständige Zeitbereichs^erarbeitung eines internen physiologischen Signals durch Umwandlung des abgefühlten Signals in die digitale Form an dem Eingang des Systems

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zu schaffen,/durch das Signal in Betrieb gesetzt wird.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das abgefühlte Signal ohne Anwenden herkömmlicher Multibit-analog-zu-digital-Wandler umzuwandeln, um so die Eingangsstufe der implantierbaren Vorrichtung in ihrer Größe und Komplexität klein zu halten.

Es ist eine Kodiertechnik als Deltamodulation bekannt, die seit langem in Kommunikationssystemen Anwendung findet. Es ist allgemein bekannt, ein analoges Signal in digitale Muster umzuwandeln, die nach der übertragung zum Wiederherstellen des ursprünglichen Signals dienen. So kann z.3. jedes analoge Signalmuster in einen 8-Bit-Digitalkode umgewandelt werden, wobei sodann das 8-Bit-Huster entweder parallel oder in Serie übertragen wird. In Übereinstimmung mit bekannten Prinzipien der Informationstheorie gibt das wiederhergestellte analoge Signal genau das Original wieder, solange die Muster mit einer Rate genommen werden, die hoch genug ist. Die Deltamodulation führt nicht zu einer Übertragung der Größe jedes Musters, vielmehr jedoch zu der

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BAD ORIGINAL

β β Q

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Differenz zwischen der Größe des laufenden und der Größe des vorhergehenden Musters. Insbesondere im Fall sich langsamer verändernder Signale sind weniger Bits zwecks Darstellen von Musterdifferenzen erforderlich als zum Darstellen der Muster selbst.

Die einfachste Form der Deltamodulation besteht in der Übertragung von Einzelbit-Musterdifferenzen. Die Übertragung einer 0 bedeutet einfach, daß das laufende Muster kleinere Größe als die Größe des vorhergehenden Musters besitzt; ein Bit im Wert von 1 stellt eine Zunahme in der Mustergröße dar. Eine größere Zunahme des Analogsignals von Interesse kann in einer langen Reihenfolge von Bits mit dem Wert 1 resultieren. An dem Empfangsende der Übertragungsverbindung nimmt das wiederhergestellte Signal stufenweise für jeden empfangenen Bit mit dem Wert 1 zu. Ähnliches gilt für die Übertragung einer Reihe von 0, wenn das zu verarbeitende analoge Signal in seiner Amplitude abnimmt. Ein beständiges Analogsignal ergibt sich einfach bei der Übertragung von abwechselnd 0 und 1.

Ein Deltamodulationsschema der hier beschriebenen Art wurde für die telefonische Übertragung von elektrocardiographischen Signalen vorgeschlagen.( Vgl. z.B. Suthasinekul, "Adaptive Delta Modulation For Telephone Biotelemetry of ECG", Juni 1979, National Technical Information Service Publication No. PB80-160773). Obwohl Deltamodulation jedoch für Kommunikationszwecke und sogar für das Aufzeichnen von Informationen vorgeschlagen worden ist, wurde nibnt erkannt, daß diese Technik für die gesamten unterschiedlichen Zwecke des Umwandeins eines internen physiologischen Signals in den Zeitbereich und sodann Verarbeiten des sich ergebenden Bitstroms ohne das Erfordernis einer analogen Verarbeitung angewandt werden kann. Erfindungsgemäß wird ein internes physiologisches Signal direkt in die digitale Form ohne vorherige analoge Verarbeitung umgewandelt.

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Ob die Digitalform des Signals tatsächlich von außen übertragen wirdoder nicht stellt es ein Ergebnis der afifanglichen Umwandlung dar, daß die Masse, Veränderbarkeit und Komplexität einer implantierbaren Vorrichtung kleinstmöglich gehalten werden kann.

Obgleich andere Analog-zu-Digital-Umwandlungsschemen Anwendung finden können, ist die Anwendung der Einzelbit-Deltamodulation sehr bevorzugt, da sie die relativ einfache Umwandlung eines Analogsignals an einer Elektrode in einen Bitstrom gestattet. Insbesondere im Fall eines Systems zur überwachung elektrischer Signale, die die Herztätigkeit aufzeigen, ist die Deltamodulation bevorzugt, da sich das zu verarbeitende Analogsignal relativ langsam verändert und Einzelbit-Differenzmuster mit mäßigen Raten im Kilohertzbereich genügen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei Schaltkreise, die in allgemeiner Weise zeigen wie ein Analogsignal in einen Bitstrom vermittels Deltamodulation umgewandelt werden kann;

der Fig. 3A und 3B die Weise, in der der Bitstrom/durch jeden der Schaltkreise gemäß Fig. 1 und 2 abgeleitet wird, zum Wiederherstellen eines Eingangs-Analogsignals verv/endet werden kann;

. 4A ein typisches Analogsignal, das durch den erfindungsgemäß erläuterten Herzschrittmacher verarbeitet werden kann, wobei die Fig. 4B und AC die ersten·und zweiten Ableitungen des Signals wiedergeben;

Fig. 5-9 eine erfindungsgemäße Ausführungsform, .,'obei die Fig. 6 den logischen Schaltkreis, in der Figur 7 links angeordnet, viedergibt;

Fig. 10 und 11 bestimmte Zeitgeberwellenformen, die ein Verständnis des Betriebes des logischen Schaltkreises genäß

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©AD

Fig. 6 und 7 erleichtern.

Der Schaltkreis gemäß Figur 1 ist eine einfache Deltamodulation zum Umwandeln eines Analogsignals am Eingang 11 in einen Digital-Bitstrom am Auslaß 13. Das Eingangssignal wird auf den Plus-Eingang eines Komparators 10 beaufschlagt. Der Ausgang des Komparators ist hoch oder niedrig und stellt eine Querwelle an dem Ausgang 13 dar. (Der einfache Schaltkreis gemäß Figur 1, der nicht unbedingt bevorzugt ist, enthält keinen Mechanismus für das Verändern des Ausgangs nur bei diskreten Taktintervallen). Die gestrichelte Linie 15 gibt den Steuerschalter 18 durch den Ausgang des Komparators wieder. »Venn der Komperatorausgang hoch ist, befindet sich der Schalter in der gezeigten Weise;, wenn der Ausgang niedrig ist, befindet sich der Schalter in der anderen Lage.

Der Kondensator dient als Integrator. Unter der Annahme, daß das Potential des Eingangssignals an dem Anschluß 11 größer als das Potential über dem Kondensator ist. Da das Kondensatorpotential am Minus-Eingang des Komparators auftritt, wird der Ausgang des Komparators hoch sein. In einen derartigen Fall ist die Stromauelle 12 durch den Schalter 18 ver-

bunden, um den Kondensator/aufzuladen. Der Ausgang des Komparators verbleibt hoch und der Schalter verbleibt in der gezeigten Lage bis die Spannung über dem Kondensator 14 diejenige an dem Eingangsanschluß übersteigt. Wenn sodann der Ausgang des Komparators niedrig wird, verändert der Schalter 18 seine Lage und die Stromquelle 16 dient dem Entladen des Kondensators. Der Gesamteffekt besteht darin, daß der Komparatorausgang die Lage des Schalters 18 steuert, so daß die Spannung an dem Kondensator 14 der Spannung an dem Eingangsanschluß folgt. Das Potential an den Anschluß 13 zeigt an, ob das Eingangssignal zu- oder abnimmt. Durch Anwenden des Rechteckwellensignals an dem Anschluß 13 zwecks Steuern des Ladens und Entladens des anderen Kondensators, z.3. nach der übertragung an eine andere Stelle,

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ο L ο / ι α α

wird es ermöglicht, daß die Spannung an dem anderen Kondensator der Spannung an dem Anschluß 11 folgen kann. Da natürlich die Stromquellen 12 und 16 nicht augenblicklich den Kondensator 14 laden und entladen können, wird jedes aus der Wellenform an dem Anschluß 13 rekonstruierte Signal' in seiner Ausgangsspannungs-Anstiegsgeschwindigkeit verzögert _f bzw. gegrenzt.

Ganz abgesehen von der Tatsache, daß das System nach Fig. 1 nicht getaktet ist, so daß dessen Ausgang nicht tatsächlich einem Bitstrom entspricht, kann diese Schaltung keine Eingangssignal-Veränderungen über einen breiten Bereich verarbeiten. Der Schaltkreis gemäß Fig. 2 ergibt nicht nur einen getakteten Bit-Strom, verarbeitet jedoch vielmehr einen breiteren Bereich an Eingangssignalen. Der Kondensator 14 wird nun direkt durch die Quellenimpedanz geladen oder entladen, die an dem Anschluß oder der Klemme 11 auftritt. Der Plus-Eingang des Komparators 10 ist nun geerdet. Unter der Annahme, z.B., daß das Eingangssignal zunimmt und ein positives Potential an dem Minus-Eingangdes Eomparators auftritt. Der Ausgang des Komparators ist somit niedrig und, unter Ignorieren der Wirkung des Tors 2 2 und des Taktgebers 24, führt das niedrige Potential dazu, daß der Schalter 18 seine Lage verändert. Somit ermöglicht die Stromquelle 16 ein Aufladen deH Kondensators, vodurch das Potential an dem Minuseingang des Komparators verringert wird. Wenn andererseits das Potential an dem Minuseingang des Komparators negativ ist, wird der Ausgang hoch, der Schalter 18 verbleibt in der gezeigten Lage und die Stromquelle 12 bedingt einen in entgegengesetzter Richtung fließenden Strom, unter Zurückkehren zu dem Potential an dem Minus-Uinlaß des zu erdenden Komparators. Höher ausschlagende Signale an flem Minus-Linlaß des Komparators können aufgefangen werden; die Eingangssignal-Spannungsachwankung ist nur durch die Spannungsrate des Kondensators 14 begrenzt und die Eingangs-Signal Ausgangsspannungs-Anstiegsgeschwindigkeit ist lediglich durch den V7ert des Kondensators 14 und den durchschnittlichen Viert des Beschickungsstroms begrenzt.

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Der Taktgeber 24 gibt das Tor 22 periodisch frei. Lediglich dann, wenn das Tor zunächst freigegeben wird, kann der Schalter 13 seine Lage verändern. Die gestrichelte Linie 15 ist lediglich symbolisch, die tatsächliche Auslegung des in der Figur 2 dargestellten Schaltkreises kann einen Klinkenmechanismus aufweisen, der mit jeder Erzeugung eines Taktgeberimpulses gesetzt oder zurückgestellt werden kann. Wenn der Schalter einmal eine Lage eingenommen hat, verbleibt derselbe in dieser bis der nächste Taktgeberimpuls ankommt. Somit beeinflußt der Ausgang des Komparators 10 die Schalterstellung lediglich einmal während jedes Taktgeberzyklus. Es ist zu bea-chten, daß das Potential an dem Ausgang 13 tatsächlich in der Mitte eines Taktgeberzyklus wechseln kann, wie sich der Kondensator 14 auf- oder entlädt. Es ist der Zustand des Schalters 18 und der Zustand der Klinke, die diesen steuert·, die für die Reihe der Bitwerte charakteristischer sind, da dieselben sich lediglich bei festgelegten Intervallen verändern. In ähnlicher Weise dient eine Klinke zwischen dem Ausgang des Komparators und dem Ausgang 13 einem ähnlichen Zweck, wobei sich die Klinke bzw. Schalter nur bei der Erzeugung von Takteeberimpulsen verändert.

Unter der Annahme, daß die inkrementale Veränderung in dem Kapazitorpotential, entweder eine Zunahme oder eine Abnahme, die gleiche während jedes Taktgeberzyklus ist, ist es offensichtlich, daß die Größe einer Stufenveränderung in dem Eingangssignal durch die Anzahl der sukzessiven 0 oder 1 Bits wiedergespiegelt wird, die in Aufeinanderfolge erzeugt werden. .Jur, nachdem das Kondensatorpotential mit demjenigen des Eingangssignals übereinstimmt, werden aahlweise 0 und 1 Bits erzeugt.

Die Figur 3Azeigt ein Analogsignal in Form einer Stufe und die Figur 3B zeigt die Art und Weise, in der das Signal durch den Bitstrom, der von dem Deltamodulator abgeleitet wird, rekons-truiert werden kann. Jeder Bit mit dem Wert 1 , die Ladung des Kondensators 14 wiedergebend, resultiert in einem diskreten Inkrement in den rekonstruierten Signal. Die Inkremente

treten nur bei einer Rate auf, bei der die Muster an die erste Stelle gerückt werden. Die gestrichelte Linie in der Figur 3B, die dem Anstieg des rekonstruierten Signals folgt, zeigt, daß das gesamte System einer Ausgangsspannungs-Anstiegegeschwindigkeit unterliegt. Das rekonstruierte Signal kann keinem schnellen Wechsel in dem zu verarbeitenden Signal folgen, wie auch das Potential an dem Kondensator 14 nicht soforteingestellt werden kann; es braucht eine gewisse Zeit, bis genug Bits mit dem Wert 1 empfangen werden, bevor das rekonstruierte Signal einen Wert gleich demjenigen des zu vearbeitenden Eingangssignals erreicht. Die gestrichelte Linie in Figur 3B gibt die schnellste Rate wieder, mit der das rekonstruierte Signal verändert werden kann. Es ist ebenfalls zu beachten, siehe Figur 3B, daß dann, wenn einmal ein "beständiger Zustand" erreicht ist, das rekonstruierte Signal tatsächlich wahlweise durch einzelne Inkreifente in den zwei entgegengesetzten Richtungen verändert werden kann. Dies beruht darauf, daß der Schalter 18 jeweils die Ladung oder die Entladung des Kondensators 14 steuert und somit das Auflösungsvermögen des Systems durch die Größe jedes von dem rekonstruierten Signal beim Erreichen eines 1 oder 0 Bits genommenen Inkrements begrenzt ist.

Obgleich die Ausgangsspannungs-Anstiegsgeschwindigkeit und die Auflösuhng auf alle Delta-Modulator-Schaltkreise zutreffen, und natürlich auch auf alle Digitalmusterschemen, geben die Wellenformen der Fig. 3A und 3B ein grundlegendes Problem bezüglich der Schaltung gemäß Figur 2 wieder.Für einen reibungslosen Betrieb sollten die Stromquellen 12 und 16 identische Größe besitzen. Wenn dies nicht zutrifft, sollten langsame Veränderungen in dem zu überwachenden Eingangssignal nicht beachtet werden.

Dies läßt sich durch ein hypothetisches Beispiel verstehen, bei dem eine oder zwei Stromquellen in ihrer Größe um 10% größer als die andere ist. Für ein konstantes Eingangssignal bedeutet dies, daß der Schalter 18 in einer Lage elfmal vorliegen soll und, dementsprechend, in seiner anderen Lage nur zehnmal; dies ist der einzige Weg, durch den die von dem

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Kondensator 14 zur Verfügung gestellte durchschnittliche Nettoladung bei 0 liegt, wenn die zwei Stormquellen in ihrer Größe um 10% differieren. Der sich ergebende Bitstrom wird elf Bits eines Wertes pro zehn Bits eines anderen enthalten und es ist unklar, ob dies auf dem inherenten Fehler des Systems oder an einem, tatsächlich sich verändernden Eigang liegt. Somit ist der Prozentsatz der Differenz zwischen den zwei Stromquellen-Größen nicht dazu geeignet, Veränderungen in dem Eingangssignal, das bei einer Geschwindigkeit geringer als 10% der Ausgangsspannungs-Anstiegseschwindigkeit auftritt, zu erkennen. Wie sich weiter unten ergibt, wird erfindungsgemäß ein Mechanismus vorgesehen, der sicherstellt, daß der integrierte Kondensator durch Ströme aufgeladen oder entladen wird, die in ihrer Größe tatsächlich identisch sind.

Vor einer weiteren Beschreibung des Erfindungsgegenstandes dürfte es jedoch zweckmäßig sein, die Art des zu verarbeitenden physiologischen Signals zu verstehen. Das herkömmliche elektrocardiographische Signal stellt ein Hautoberflächen-Potential dar. Das Signal stellt ein Zeit- und Raumintegral dar, indem es durch die elektrische Aktivität eines weiten Körperbereiches beeinflußt wird, und es ergeben sich ungleiche Verzögerungen im Signalempfang von den verschiedenen Teilen der Hautelemente, wo eine Überwachung stattfindet. Andererseits zeigt die Figur 4A, was man unter einem "Elektrogramm"-Signal versteht, der Art eines Signals, das an einer Elektrode auftritt, die mit dem Herzgewebe verbunden ist. Das ventrikulare Zusammenziehen resultiert in einem hervortretenden Signalsegment, das als "tatsächliche Ablenkung" bekannt ist und dessen Dauer etwa 10 Millisekunden beträgt. Es ist die tatsächliche Ablenkung des gesamten Elektrogramms, welches die beste Anzeige für eine ventrikulare Zusammenziehung darstellt, das in einem Herzschrittmacher zur Stimulierung der ventrikularen Kontraktion wesentliche Element.

Zs ist jedoch möglich, anstelle des Verarbeitens des Elektrogrammsignals, sin Signal zu vearbeiten, das eine erste Ableitung ( Fig.4B) oder ein Signal, das eine zweite Ableitung

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(Fig. 4C) desselben darstellt. Er ist tatsächlich die zweite Ableitung, die es ermöglicht, die genaueste Messung der Dauer der tatsächlichen Ablenkung durchzuführen. Wenn es auch bei der hier erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsform das kodierte Elektrogrammsignal ist, das einer direkten Verarbeitung zugeführt wird, versteht es sich, daß es sich in einigen Fällen als zweckmäßig erweisen kann, die erste oder zweite Ableitung des Signals zu verarbeiten. Die abgeleiteten Signale können digital ausgebildet werden, ohne daß es erforderlich ist, Differentiatoren mit diskreten Komponenten anzuwenden. Mit anderen Worten, ein Bitstrom der Zunahmen und Abnahmen mit konstanten Stufen des Elektrogrammsignals wiedergibt, kann in digitale Werte umgewandelt werden, die Muster der abgeleiteten Signale darstellen. In einem derartigen Fall erfolgt immer noch nicht eine anfängliche Verarbeitung des Frequenzbereiches, und die unmitelbare Umwandlung des Eingangssignals in einen Bitstrom ermöglicht es, daß die gesamte Verarbeitung in dem Zeitbereich erfolgt.

Es versteht sich weiterhin, daß es in vielen Fällen noch nicht einmal notwendig ist, einen diskreten Kondensator verbunden mit der Elektrode anzuwenden, an der das Elektrogrammsignal §ruf tritt, wie den Kondensator 14 nach den Figuren 1 und 2. Körperflüssigkeiten sind elektrolytisch und führen zu einem natürlichen kapazitiven Effekt, der es ermöglichen kann auf den Eingangskopplungskondensator zu verzichten. Bei dem System nach den Figuren 5 bis. 9 wird jedoch ein getrennter Kondensator 30 (siehe die Fig. 5) in einer Weise aufgeladen und entladen, die vergleichbar zu derjenigen des Kondensators 14 nach der Figur 2 ist.

Die Figuf 5 zeigt den grundlegenden erfindungsgemäßen Deltamodulator. Die Leitung 38 ist mit der Stimulierungselektrode verbunden und ein Bitstrom erscheint auf dem Ausgangsleiter 40. Das Bauelement 32 ist ein Operationsverstärker hoher Verstärkung, dessen Ausgang an dem Minuseingang des Komparators 34 angekoppelt ist. Zusammen stellen die zwei Elemente einen Komparator hoher Empfindlichkeit dar. Ein wichtiges Merkmal der Schaltung nach der Figur 5 besteht darin, daß der gleiche von dem Transistor N2

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* Λ Q

β β

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abgeleitete Strom durch den Kondensator 30 in den zwei unterschiedlichen Richtungen geführt wird, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Kondensator 30 geladen, oder entladen werden soll.

Die Schaltung nach der Figur 5 weist drei Transmissionstore S1, S2 und S3 auf. Die Tore S1 und S2 werden durch das S1-Enable (Fig. 6) uhd S2 ENABLE (Fig. 7) Signale gesteuert, wie weiter unten beschrieben. Das Tor S3 ist zwischen die Stimulierungselektrode und die Erdung geschaltet und ist sowohl in der Fig. als auch in der Fig. 5 gezeigt. Wie anhand der Fig. 8 ersichtlich wird dieses Tor durch das Ausgangssignals des Inverters 58 gesteuert. Die drei Tore oder Schalter A, B und C nach Fig. 5 werden durch die drei entsprechenden ENABLE-Signale gesteuert, die am unteren Ende der Figur 7 gezeigt sind. Die sechs Steuersignale werden durch die logische Schaltung erhalten, die in Übereinstimmung mit dem Bitstrom arbeitet» der an dem Ausgang des Komparators 34 nach Fig. 5 auftritt. Die Art und Weise, in der die Steuersignale erhalten werden, wird weiter unten erläutert, jedoch wird zuvor die Schaltung nach der Figur 5 beschrieben.

Der Transistor N1 setzt den Transistor N2 unter eine Vorspannung unter Abgabe eines konstanten Stroms. Der Strom fließt nach unten durch eines der Tore A, B oder C und durch einen der angeschlossenen Transistoren N3, N4 oder N5. Wie anhand der weiteren Ausführungen ersichtlich kann nur eines der Tore A oder B zu einem gegebenen Zeitpunkt leitend sein. Wenn keines der Tore leitend ist, ist das Tor C leitend. In dieser Weise fließt immer ein Strom durch die Schaltung. Der gleiche Strom fließt konstant durch den Transistor N2, wird jedoch unterschiedlich gesteuert in Abhängigkeit davon, welches -der Tore A, B oder C zu einem speziellen Zeitpunkt leitend ist. Das Tor C ist einfach vorgesehen um sicherzustellen, daß ein Strom immer dann fließt, wenn eines der Tore A oder B leitend wird (zu diesem Zeitpunkt ist das Tor'C nicht leitend), so daß keine Verzögerung bei dem Aufbau des Stroms eintritt. Der Transistor N2 ist in Kaskade angeordnet, um sicherzustellen, daß ein Strom mit gleicher Größe

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durch die Tore A, B und C fließt unabhängig davon, welches Tor leitend ist und unabhängig von den Potentialen an den Elementen, mit denen das Tor verbunden ist.

Immer wenn das Tor A leitend ist, ist das Tor S2 ebenfalls leitend, jedoch das Tor S1 nicht leitend. Somit fließt Strom von der Erdung durch das Tor S2 nach links durch den Kondensator 30 und nach unten durch den Transistor N3, das Tor A und den Transistor N2. Wie anhand der weiteren Ausführungen ersichtlich, wird das Tor S2 leitend, bevor das Tor A leitend wird und wird nicht leitend, nachdem das Tor A nicht leitend geworden ist. Somit kann Strom von rechts nach links durch den Kondensator 30 über die geamte Dauer der Leitung des Tors A fließen.

Um einen vergleichbaren Stromfluß von links nach rechts durch den Kondensator 30 zu steuern, müssen die Tore S1, S3 und B gleichzeitig leitend sein (während das Tor S2 nicht leitend ist). In diesem Fall fließt der Strom von der Erdung durch die Tore S3 und S1, den Kondensator, den Transistor N4, das Tor B und den Transistor N2. Die Tare Si und S3 werden leitend bevor das Tor B leitend wird und dieselben werden nicht leitend, nachdem das Tor B nicht leitend geworden ist, wie weiter unten beschrieben. Somitleitet das Tor B den Strom während der gesamten Zeitspanne während dasselbe leitend gehalten wird (wahlweise kann der Strom durch die Elektrode und nicht durch das Tor S3 fließen. Das untere Ende des TorsS3 ist verbunden mit der Erdung wie in derFigur 5 gezeigt. Tatsächlich ist das untere Ende des Tors nicht geerdet, sondern ist vielmehr mit dem Ausgang des Komparators 34 verbunden, wie durch die gestrichelte Linie 36 symbolisiert. Für ein richtiges Arbeiten der Schaltung darf der Komparator keine Hysteresis besitzen und die Kombination aus Verstärker und Komparator muß stabil sein, wenn das Tor S2 nicht leitend ist unter Abgeben einer einheitlichen Verstärkungskonfiguration. Der Grund für die gestrichelt gezeigte Verbindung wird weiter unten erläutert, jedoch ist es leichter die Arbeitsweise der Schaltung zu verstehen, wenn das untere Ende des Tors S2 als geerdet betrachtet wird, wie in der Figur 5 gezeigt.

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Die logische Schaltung "mustert" zunächst das Eingangssignal an der Stimulierungselektrode um festzustellen, in welcher Richtung der Strom durch den Kondnesator 30 fließen sollte. Während der Musterungszeit sind die beiden Tore A und B nicht leitend und somit ist das Tor C leitend, da dasselbe immer dann leitend ist, wenn die beiden anderen zwei Tore nicht leitend sind. Der durch den Transistor N2 abgegebene konstante Strom fließt durch den Transistor N5 und das Tor C, hat aneensten aber keine Wirkung auf das Arbeiten der Schaltung.

Während des Musterungsintervalls wird das Tor SI leitend gehalten, während die Tore S2 und S3 nicht leitend gehalten werden,d.h. das S1 ENABLE Signal nach der Figur 6 ist hoch und das S2 ENABLE Signal nach Figur 7 ist niedrig, und das S3¹ Signal nach Figur ist hoch. Die Differenz zwischen dem Potential des Eingangssignals und des an dem Kondensator 30 liegenden Potentials erscheint an dem Pluseingang des Verstärkers 32. Unter der Annahme, daß der Kondensator 30 ursprünglich entladen und das Eingangssignal positiv ist, geht der Ausgang des Komparators 34 nach niedrig unter Anzeigen eines zunehmenden Eingangssignals. >Jährendder Musterung wird der Kondensator 30 nicht geladen oder entladen, da derselbe mit dem Pulseingang des Operationsverstärkers 32 verbunden ist, der eine sehr hohe Impedanz aufweist. Nach dem Mustern der logischen Schaltung, die das negative Ausgangssignal an dem Komparator 34 festgestellt hat, unter Anzeigen eines sich vergrößernden Signals an der Stimulierungselektrode, werden die Tore S1, S3 und B leitend gemacht, die Tore S2 und A verbleiben nicht leitend. Somit fließt Strom von links nach rechts durch den Kondnesator 30 unter Aufladen desselben. Derselbe Vorgang tritt ein nach aufeinanderfolgenden Musterungen bis der Kondensator 30 auf den Wert des Eingangssignals aufgeladen worden ist. Andererseits gilt, daß immer dann, wenn das Eingangssignal und Potential auf einen Wert sunter denjenigen des Kondensators abfällt, daß das Potential an dem Pluseingang des Verstärkers 32 negativ sein wird nach Entnahme eines Musters, und der sich ergebende Bit, der an dem Ausgang des Komparators

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'3 ί ό ί ί y y

erzeugt wird, wird positiv sein. Die logische Schaltung steuert nun das Leitendwerden der Tore S2 und A. (Wie weiter unten beschrieben, wird das Tor S3 ebenfalls leitend gehalten, jedoch hat dies keine Wirkung auf den Stromfluß, da das Tor S1 nicht leitend gehalten wird). Solange das Tor A leitend gehalten wird, fließt Strom durch das Tor S2 nach links durch den Kondensator 30 und nach unten durch die Transistoren N3, Tor A und N2. Der Kondensator wird somit entladen. Dieser Prozess setzt sich fort, wobei der Kondnesator 30 während jedes Zyklus geladen oder* entladen wird in Übereinstimmung mit dem Wert des Ausgangssignals des Komparators 34 sobald die vorangehende Musterung durchgeführt worden ist. Die Tore A und B werden leitend, wenn sie es sind, über das gleiche Intervall, da die gleiche konstante Stromquelle N2 für das Steuern des Stromflusses durch den Kondnesator 30 in beiden Richtungen angewandt wird. Es ist offensichtlich, daßder Kondensator um einen gleichen Betrag jedes Arbeitszyklus geladen oder entladen wird und es wird kein Fehler eingeführt, bedingt durch das Anwenden von Stromquellen unterschiedlicher Größe für das Laden und Entladen des Kondensators.

Wenn das Eingangssignal konstant ist und sobald der Kondensator 30 stabilisiert ist, treten abwechselnd Bitwerte von 0 und 1 an dem Ausgang des Komparators 34 auf und der Kondensator 30 wird abwechselnd geladen und entladen.

Wie weiter unten beschrieben, werden im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses alle Tore S1, S2 und S3 leitend. Das Tor S3 wird 5 Millisekunden lang leitend und schließt die zwei Elektroden miteinander kurz, da die indifferente Elektrode geerdet ist, siehe die Fig. 8. Der Grund hierfür liegt darin, daß man den größten Teil der in dem Herzgewebe gespeicherten Ladung zurückgewinnt. Während der größte Teil der in den Elektrode-Elektrolyt-Grenzflächen gespeicherten Ladung während dieser 5 Millisekunden zurückgewonnen werden kann, verbleibt eine gewisse Ladung und das an der Stimulierungselektrode vorliegende Potential kann in der Größenordnung von 0,5 V zu dem Zeitpunkt

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liegen, zu dem das Tor S3 nicht leitend wird. Während 0,5 V wesentlich weniger als ein typischer 5 V Schrittmacherimpuls ist, muß der Kondensator 30 aufgeladen oder entladen werden bis dessen Potential diese anfängliche Spannung angenommen hat, bevor die Verfolgung des zu überwachenden physiologischen Signals beginnen kann. Es kann mehrere 10 Millisekunden erfordern, bevor der Kondensator sich wieder erholt und die Systemlogik kann den resultierenden Bitstrom an dem Ausgang des Komparators 34 während dieses Intervalls ignorieren. Bei einem-praktischen Schrittmacher wird ohnehin üblicherweise eine längere Refraktärperiode vorgesehen, damit die Nachwirkungen des Schrittmacherimpulses ignoriert werden können. Es ist somit nichts Außergewöhnliches, daß die logische Schaltung die anfänglichen Bitwerte an dem Ausgang des Eomparators 34 ignoriert. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Mechanismus vorgesehen, durch den weiter die Kondensatorerholung beschleunigt wird.

Während der Zeit wo das Tor S3 leitend gehalten wird, im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpoulses, werden die Tore S1 und S2 ebenfalls leitend gehalten. Diselben werden jedoch zusätzliche 1 bis 2 Millisekunden leitend gehalten, um die Kondensatorerholung zu beschleunigen, d.h. indem ein direkter Weg gegebenen ist, der den Kondensator zwischen den Eingangsanschluß und die Erdung schaltet.

Aber selbst eine einwandfreie Erholung des Kondnesators ist nicht ausreichend. Jeder praktische Operationsverstärker oder Komparator weist eine Verlagerungsspannung auf, z.B. in den 25 Millivoltbereich für einen typischen CMOS Operationsverstärker, und dies ist in der Praxis eine eingebaute Schwellenwertspannung. Der Ausgang des Komparators verändert sich nicht bis der Eingang die Verlagerungsspannung erreicht. Mit anderen Worten, obgleich der Pluseingang des Verstärkers 32 ein Potential von null im Anschluß an die Erholung aufweisen kann, gilt doch für den Gesamtkomparator, daß dies nicht der "Entscheidungs·

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punkt" für den tatsächlichen Schwellenwert der Vorrichtung ist. Aus diesem Grund ist das untere Ende des Tors S2 mit dem Ausgang des Komparators 34 und nicht mit der Erdung verbunden, wie tatsächlich in der Figur 5 gezeigt. Die Rückkopplung von dem Ausgang des Komparators zu dem Eingang führt tatsächlich zu einem Laden oder Entladen des Kondensators 30, so daß der Pluseingang des Verstärkers 32 unter Vorspannung steht gegenüber dem Verlagerungspotentials des Komparators. Mit anderen Worten, die negative Rückkopplung kompensiert die Verlagerungsspannung durch Aufladen oder Entladen des Kondensators. Dies ist eine Standardarbeitsweise nach dem Stand der Technik für das Kompensieren der Wirkung der Verlagerungsspannung, und es müssen die üblichen Vorsichtsmaßnahmen bezüglich der Stabilität beachtet werden.

Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung nach der Figur 5 werden nachfolgend die Logik für das Steuern des Leitens und Nichtleitens des Tors beschrieben. Die Logik als solche ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt und ein großer Teil der Arbeitsweise der Schaltung ist in den Wellenformen der Figuren 10 und 11 wiedergegeben.

Es wird ein 4 kHz Taktsignal auf den CLK-Eingang des Flip-Flop FF1 beaufschlagt. Die Flip-Flops FF1, FF2 und FF3 sind als geteilt durch zwei Zähler angeordnet unter Erzeugen von 2 kHz, 1 kHz und 500 Hz Taktsignalen. Es sind diese Taktsignale, die die Arbeitsweise der Tore S1, S2 und S3 und der Tore A, B und C bestimmen, um so die Musterung und das Laden/Entladen des Kondensators 30 zu steuern. (Die Tore S1, S2 und S3 werden bezüglich ihrer Arbeitsweise weiter gesteuert, wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt wird, doch erfolgt dies nicht unter der direkten Steuerung der Taktsignale und wird weiter unten beschrieben) . Die ersten vier Wellenformen der Figur 10 zeigen das ursprüngliche und die drei davon abgeleiteten Taktsignale.

Das Tor G2 wird durch die zwei höchsten Taktfrequenzen gesteuert, und dessen Ausgangssignal ist als die fünfte Wellenform der

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- 29 Figur 1O wiedergegeben. Das Tor G3 wird durch die zwei niedrigsten Taktsignale gesteuert und dessen Ausgangssignal DECISION

wird dem CLK Eingang des Flip-Flop FF5 zugeführt. Ein gleiches Signal wird durch den Inverter Π5 invertiert, und somit ist das Ausgangssignal des Inverters das DECISION-Signal. Dieses Signal ist als die sechste Wellenform in der Figur 10 wiedergegeben. Da es das DECSION Signal ist, das dem CLK Eingang des Flip-Flop FF5 zugeführt wird und der Flip-Flop auf der ansteigenden Kante getaktet wird, wird der Flip-Flop auf der fallenden Kante des DECISION Signals getaktet, siehe die Figur 10. Das Ausgangssignal des Komparators 34 gemäß Figur 5 wird nach Inversion durch den Inverter 1113 in dem Flip-Flop FF5 auf jeder fallenden Kante des DECISION Signals gelatched. Es ist der Zustand des Flip-Flop FF5, der bestimmt, ob der Stromfluß durch den Kondensator 30 gemäß Figur 5 durch die Tore S2 und A und die Tore S1 und B gesteuert werden soll. Wie weiter oben beschrieben, muß das Tor S3 leitend sein, damit die Tore S1 und B den Stromfluß von links nach rechts durch den Kondensator 30 steuern. Tatsächlich wird das Tor S3 betätigt selbst dann, wenn der Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung verläuft, weil zu einem derartigen Zeitpunkt das Tor S1 nicht leitend ist und die Leitung durch das Tor S3 keine Wirkung auf den Kondensator hat. Das Tor S3 muß jedoch nicht leitend während der Musterung sein, so daß nicht der Eingangsanschluß kurzgeschlosen wird, wobei zu diesem Zeitpunkt das Tor S1 leitend und das Tor S2 nicht leitend ist.

Das Tor G4 wird durch das Inverse der zwei Taktsignale gesteuert, die das Tor G3 steuern. Das Signal an dem Ausgang des Inverters 14 unterscheidet sich jedoch von dem DECISION Signal, da dasselbe durch unterschiedliche Ausgangssignale der Flip-Flops FF2 und FF3 gesteuert werden. Dasselbe hat das gleiche Markierungs-Raumverhä1tnis, ist jedoch geringfügig verzögert. Das 14 Signal wird im Tor G14 mit dem Signal an dem Ausgang des Tors G2 kombiniert, und zwar nach Inversion des letzteren durch den Inverter 13. Das Signal an dem Ausgang des Tors G14

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1 4 /

wird durch den Inverter 114 invertiert und das invertierte Signal dient als das Taktsignal für den Fii-Flop-FF6. Das' Signal an dem Ausgang des Inverters 114 ist als die letzte Wellenform in der Figur 10 wiedergegeben und man sieht, daß der Flip-Flop FF6 getaktet wird kurz nachdem ein Muster in den Flip-Flop FF5 auf der fallenden Kante des DECISION Signals gelatched worden ist. Es ist der Zustand des Flip-Flop FF6i,t der tatsächlich den Zustand des Tors S1 steuert, da das S1 Enable Signal von dem Q-Ausgang des Flip-Flop FF6 abgeleitet ist.

Die Tore G15, G17 und G18 ergeben einen kurzen Impuls gleich den Schaltzeiten der drei Vorrichtungen. Das S1 CONTROL-Signal ist normalerweise hoch, so daß dasselbe keine Wirkung auf das Tor G16 hat. (Das S1 CONTROL Signal geht nach niedrig unter Steuern des Leitendwerdens des Tors S1 lediglich nach der Erzeugung eines Schrittmacherimpulses, wie weiter unten erläutert). Das Reinergebnis besteht darin, daß nach einer kurzen Verzögerung jede ansteigende Kante des DECISION Signals in einem positiven Schritt an den Eingang des Flip-Flop FF6 führt, und der Q-Äusgang geht hoch unter Leitendmachen des Tors S1 . Viie weiter oben beschrieben, wird das Tor S1 leitend gemacht während jedes Musterungsintervalls, so daß das Potential an der Stimulierungselektrode durch den Komparator abgefühlt werden kann. Durch Leitendwerden des Tors S1 zu Beginn jedes DECISION Impulses, v/ie in der zweiten Wellenform der Figur 11 gezeigt, jedoch unter Verriegeln des Komparatorausgangs in dem Flip-Flop FF5 lediglich im Anschluß an das Ende jedes DECISION Impulses steht fast die volle Dauer des DECISION Impulses für den Komparator zur Verfugung zwecks Bestimmen der Richtung, in der der Strom durch den Kondensator 30 fließen sollte, damit die Kondensatorspannung das Potential an der Stimulierungselektrode verfolgt.

Obgleich das Ableiten des S1 CON¹EROL Signal weiter unten beschrieben ist, ist zu beachten, daß bei Niedrighalten dieses Signals der Flip-Flop FF6 seinen Eingang hoch hält, so daß das S1 ENABLE Signal ebenfalls hoch bleibt. In dieser Weise wird

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das Tor S1 leitend gehalten im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses. Sobald das S1 CONTROL Singnal wieder hoch geht, wird der Zustand des Flip-Flop FF6 durch die Werte der nachfolgenden Muster gesteuert.

Der Flip-Flop FF7 steuert den Zustand des Tors S2. Das S2 CONTROL Signal wird, v/enn es hoch ist, dazu angewandt, den Flip-Flop in dem eingestellten Zustand zu halten, so daß das Tor S2 leitend gehalten wird im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses wie weiter unten beschrieben« Außer dieser Steuerung dieses Schrittmacherimpulses steuert der Flip-Flop FF7 das Tor S2 in Abhängigkeit von dem in dem Flip-Flop FF5 gespeicherten Musterwert, so wie der Flip-Flop FF6 den gleichen Musterwert dazu benutzt, das TorSI zu steuern. Es ist der ^-Ausgang des Flip-Flop FF5, der mit dem D-Eingang des Flip-Flop FF7 verbunden ist, der den Zustand des letzteren FliSp-Flop steuert, so wie der Q-Ausgang des Flip-Flop FF5 in Verbindung mit dem D-Eingang des Flip-Flop FF6 den Zustand dieses letzteren Flip-Flop steuert. Bezüglich des Flip-Flop FF7 wirken mehrere Tore auf die verschiedenen Taktsignale ein unter Ableiten eines Rückstellsignals an dem Ausgang des Inverters 112 und eines Taktsignals an dem Ausgang des Inverters 18. Diese beiden Signale sind in der Wellenform in der Figur 11 gezeigt. Die Figur 11 zeigt ebenfalls drei Wellenformen, die zeigen warum die Arbeitsweisen des S1 und S2 Tors sich gegenseitig ausschließen (mit Ausnahme an den Anschluß an einen Schrittmacherimpuls). Die Wellenform Q gemäß Figur 11 stellt den Zustand des Flip-Flop FF5 dar. Die Wellenform S1 ist das S1 ENABLE Signal, d.h. es gibt den Zustand des Flip-Flop FF6 wieder. Die Wellenform S2 ist das S2 ENABLE Signal, d.h. es gibt den Zustand des Flip-Flop FF7 wieder. Bezüglich der Figur 11 sei angenommen, daß das erste durch den Komparator abgeleitete Muster eine null ist, so daß der Ausgang des Inverters 113 hoch ist. Es sei weiterhin angenommen, daß das nächste Muster eine Eins ist, so daß der Ausgang des Inverters 113 niedrig ist. Unabhängig von dem Zustand des Flip-Flop FF5 vor der abfallenden Kante des ersten DECISION

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/ I

Impulses (wie durch die Schraffierung in der Q-Wellenform in der Figur 11 symbolisiert) stellt die erste fallende Kante dieses DECISION Impulses den Flip-Flop FF5 in den Einszustand und dessen Q-Ausgang geht hoch. Der Flip-Flop verbleibt in diesem Zustand bis die fallende Kante des nächsten DECISION Impulses auftritt und zu diesem Zeitpunkt wird der Q-Ausgang niedrig, da der Ausgang des Inverters 113 nun für das neue Muster niedrig ist.

Bei Aufladen des Kondensators 30 ist das Tor S1 leitend. Dasselbe muß ebenfalls während der Musterung leitend sein, d.h. beginnend mit der ansteigenden Kante DECISION Impulses. Es gibt keinen Grund das Tor zwischen diesen zwei Vorgängen nicht leitend zu machen. Andererseits ist das Tor S1 während der Entladung des Kondensators 30 nicht leitend, und dasselbe muß für die Musterzwecke zu Beginn des DECISION Impulses leitend gemacht werden. Die linke Seite der SI Wellenform nach Figur 11 ist schraffiert gezeigt, da eine Annahme gemacht wird bezüglich des anfänglichen Zustandes des Flip-FloopFF6. An der steigenden Kante des ersten DECISION Impulses, wie weiter oben beschrieben, wird der Flip-Flop FF6 gestellt und das S1 Signal geht hoch. Wenn der Inverter 114 den Flip-Flop taktet, wird der Zustand des Flip-Flop FF5 - wiedergegeben durch die Q-Wellenform nach Figur 11 - zu dem Flip Flop FF6 übertragen. In dem Fall des ersten in den Wellenformen wiedergegebenen Musters verbleibt der Flip-Flop FF6 einfach in dem Eibszustand. In ähnlicher Weise hat die ansteigende Kante des nächsten DECISION Impulses, der ansonsten den Flip-Flop stellt, keine Wirkung, da der Flip-Flop bereits gestellt ist. Es ist lediglich der zweite 114 Taktimpuls, der den Flip-Flop zurückstellt, da das zweite Muster dazu geführt hat, daß der Q-Ausgang des Flip-Flop FF5 niedrig ist.

Immer wenn der Ausgang des Inverters 112 hochgeht, wird der Flip-Flop FF7 zurückgestellt und das S2 ENABLE Signal wird niedrig. Die linke Seite der S2 Wellenform ist gemäß Figur 11 schraffiert, da keine Annahme gemacht wird bezüglich des ursprünglichen Zustands des Flip-Flop FF7, jedoch ist das Signal

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niedrig beginnend mit der ansteigenden Kante des 112 Rückstellimpulses. Der Flip-Flop wird auf der ansteigenden Kante jedes durch den Inverter 18 erzeugten Impulses getaktet, und der Zustand des Flip-Flop wird durch das Signal an dem Q -Ausgang des Flip-Flop FF5 bestimmt (die inverse Form desselben ist als die Q-Wellenform gemäß Figur 11 gezeigt). Da das erste in dem Flip-Flop FF5 gespeicherte Muster eine eins ist, verbleibt die S2 Wellenform nach Figur 11 niedrig, wenn der erste Taktimpuls durch den Inverter 18 erzeugt wird. Da das zweite in dem Flip-Flop FF5 gespeicherte Muster eine null ist, v/ird der Flip-Flop FF7 in den Einszustand gestellt, wenn der zweite Taktimpuls von dem Inverter 18 erzeugt wird wie durch die Wellenform gemäß Figur 11 gezeigt. Der Flip-Flop wird wiederum zurückgestellt an der aufsteigenden Kante des nächsten durch den Inverter 112 erzeugten Impulses.

Es gibt mehrere wichtige zu beachtende Dinge bezüglich der S1 und S2 Wellenformen gemäß Figur 11. Das erste besteht darin, daß sich dieselben niemals überlappen (mit Ausnahme im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses, wenn dieselben beide hoch sind, wie weiter unten erläutert). Zu einem beliebigen Zeitpunkt sollte lediglich eines der zwei Tore leitend sein für das Steuern des Stromflusses durch den Kondensator 30, um denselben somit aufzualden oder zu entladen. Während das S2 Tor immer durch ein Rückstellimpuls beaufschlagt auf den Flip-Flop FF7 durch den Inverter 112 nicht leitend gemacht wird, gibt es kein automatisches Nichtleitendmachen des Tors S1. Dieses Tor wird nur nichtleitend, wenn das in dem Flip-Flop FF5 gespeicherte Muster es erforderlich macht, daß das Tor nicht leitend wird. Ansonsten kann das Tor kontinuierlich leitend bleiben. Dies beruht darauf, daß das Tor leitend sein muß sowohl während der Musternahme als auch während des Aufladens des Kondensators 30 wenn Strom von links nach rechts durch denselben fließt. Es gibt keinen Grund das Tor nichtleitend zu machen, es sei denn, das Strom durch den Kondensator 30 in entgegengesetzter Richtung fließen muß. Das Tor S2 ist jedoch immer nichtleitend, nachdem

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3 z J ν ι y a

ein Entladungsstrom von rechts nach links durch den Kondensator fließt, da dieses Tor nichtleitend sein muß, wenn das nächste Muster genommen wird.

Es wurde weiter oben betont, daß der Kondensator 30 vermittels konstanter Schritte im Anschluß an das Nehmen eines Musters geladen oder entladen werden sollte. Die Tatsache, daß die Tore S1 und S2 leitend über unterschiedliche Zeitspannen hin gehalten werden, ist von keiner Bedeutung, da der Strom tatsächlich durch den Kondensator 30 nur dann fließt, wenn eines der Tore A ader B leitend ist (obgleich das Tor S1 während der Musterperiode und sogar während anderer Teile jedes Zyklus leitend bleibt, wenn ein Lade- oder Entladungsstrom durch den Kondensator 30 nicht tatsächlich erforderlich ist, ist dies von keinerlei Wichtigkeit, da kein wesentlicher Strom durch den Kondensator 30 fließen kann wenn nicht eines der Tore B oder S1 leitend ist. Es sei daran erinnert, daß der Pluseingang des Verstärkess 32 einen wesentlich kleineren Eingangsstrom als Nanoampere aufweist). Man läßt gleiche Ströme in den zwei Richtungen durch den Kondensator 30 fließen, wenn das Tor S1 oder S2 leitend ist, indem man die Tore A und B gleiche Zeitspannen lang leitend macht. In dieser Weise lädt oder entlädt der gleiche Strom von der Stromquelle N2 den Kondensator über das gleiche. Zeitintervall während jedes Zyklus.

Unter Bezugnahme auf die A und B Wellenformen nach Figur 11, die die A ENABLE und B ENABLE Signale an dem unteren Ende der Figur 7 wiedergeben, sieht man, daß jeder Impuls nach der Erzeugung die gleiche Dauer besitzt. Es ist weiterhin zu beachten, daß jeder Impuls auftritt während das entsprechende S1 oder S2 Signal hoch ist. Wie weiter oben beschrieben, ist das Tor S1 oder S2 leitend vor dem Leitendwerden des entsprechenden der Tore B oder A, und das Tor S1 oder S2 wird nichtleitend gemacht bis zu dem Zeitpunkt nach Nichtleitendwerden des entsprechenden der Tore B oder A. Welches der Tore A oder E leitend gemacht wird, v/ira durch den Zustand des Flip-Flop FF4 gesteuert. Der Zustand des

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Flip Flop wird durch den Q-Ausgang des Flip Flop FF5 bestimmt, d.h. den Wert des letzten Musters. Die verbleibende Logik gemäß Figur 7 steuert einfach das Takten des Flip-Flop FF4 sowie ein Hochtasten einer der A ENABLE oder B ENABLE Leitungen während jedes Zyklus. Die Logik steuert ebenfalls das C ENABLE Signal auf hoch nur, wenn beide A-ENABLE und B ENABLE Signale niedrig sind, so daß die Stromquelle N2 immer einen konstanten Strom liefert, selbst wenn der Kondensator 30 nicht geladen oder entladen wird. Die A und B Wellenformen gemäß Figur 11 können abgeleitet werden vermittels Zeichnen der Zwischensteuerungs-We11enformen, wie allgemein bekannt. Unter Bezugnahme auf die grundlegende Taktwellenformen gemäß Figur 10 und die A und B Wellenformen gemäß Figur 11 sieht man, daß die Gesamtzyklen mit einer 500 Hz Rate auftreten, wobei der Kondensator 0,5 Millisekunden während jedes Gesamtzyklus geladen oder entladen wird.

Die Figur 9 zeigt eine sehr einfache, beispielhafte Schaltung für das Bestimmen des Auftretens eines interessierenden Vorgangs am Herzen ausgehend von den durch die Deltamodulator-Schaltung abgeleiteten Mustern. Die A- ENABLE oder B ENABLE Leitung wird während j edes Zyklus hochgepulst. Diese zwei Signale werden durch das ODER Tor 82 und die Verzögerungsanordnung 84 (um es der dateneingabe zu ermöglichen vor dem Takten zu übertragen) dem Takteingang des Schieberegisters 80 zugeführt. Somit wird das Schieberegister einmal während jedes Gesamtzyklus getaktet. Der Dateneingang des Schieberegisters wird mit dem A ENABLE Signal beaufschlagt, obgleich dasx B ENABLE Signal stattdessen angewandt werden kann, da das eine das Inverse des anderen ist» Das Ergebnis hiervon besteht darin, daß die vier letzten Probem immer in den aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegisters wiedergegeben werden. Die Tore 86 und 88 stellen das Vorliegen von vier Nullmustern oder vier Einsmustern fest und das ODER Tor 89 pulsiert seinen Ausgangsleiter 90 in jedem Fall. Dies bedeutet, daß vier aufeinanderfolgende Muster des gleichen Wertes, die entweder ein An-

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steigendes oder abfallendes Segment- des Elektrogranunsignals wiedergeben als eine ventrikulare Kontraktion für das Steuern der Schrittmacherzeitfunktion behandelt werden. Da das Elektrogrammsignal steigende und fallende Teile aufweist entsprechend jeder ventrikularen Kontraktion ist es möglich, den;L^ifcli^O^ zweimal für jede ventrikulare Kontraktion zu pulsieren. Dies'"'" ist jedoch von keiner Bedeutung, da herkömmliche Schrittmachersysteme so ausgelegt sind, daß dieselben festgestellte Signale innerhalb einer Refraktärperiode im Anschluß an das Feststellen einer ventrikularen Kontraktion ignorieren und das zweite Pulsieren des Leiters 90 würde stets innerhalb dieser Refraktär periode auftreten.

Es ist zu erwarten, daß verwickeitere Möglichkeiten entwickelt werden können für das Verarbeiten des erzeugten Musterstroms. Die Möglichkeit nach Figur 9, wenn auch einfach, ist zufriedenstellend. Verwickeitere Möglichkeiten, insbesondere diejenigen, die für Dualkammer-Schrittraacher angewandt werden, können das Nehmen von Mustern mit einer schnelleren Rate als die 500 Hz Rate der hier gezeigten erfindungsgemäSen Ausführungsform erforderlich machen. Dies erfordert jedoch einfach das Anwenden eines schnelleren Taktes anstelle des hier gezeigten 4 kHz Taktes.

Die Stufengröße, d.h. die Inkrementänderung des Potentials des Kondensators 30 während jedes Gesamtzyklus ist ebenfalls ein zu berücksichtigender Faktor. Wenn die Größe des durch den Transistor N2 abgegebenen Stroms zu groß ist, kann das Kondensatorpotential sogar ein überschwingen jedes Musters bedingen und das Verfolgen des Eingangssignals würde nicht möglich sein. Alles was hier eintreten würde, v.'äre das Erzeugen einer aufeinanderfolgende abwechselnder Nulls und Einsen. Die Stufengröße muß ausreichend schmal sein, um sicherzustellen, daß eine Aufeinanderfolge von Bitmustern lediglich eines Wertes resultiert, sobald das Kondensatorpotential mit dem Eingangssignal "aufschließt". Dunch Erzeugen einer Mustersequenz dieser Art kann das Auftreten eines interessierenden Vorganges bestimmt

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9 * A

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> » * ft ft *

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v/erden.

Wenn die Musterrate jedoch erhöht wird, und selbst mit einer relativ kleinen Stufengröße, ist es möglich ein interessierenden Vorgang am Herzen durch eine Sequenz von Mustern wiederzugeben, die zwar nicht auschließlich einen Wert hat, trotzdem jedoch viel mehr Muster eines Wertes als der andere besitzt. In einem derartigen Fall kann möglicherweise eine Art Majoritätslogik erforderlich sein, d.h. das Feststellen einer vorherbestimmten Anzahl an Mustern eines speziellen Wertes zwischen der letzten Gruppe an Mustern, wobei die Anzahl der Muster in der Gruppe eine größere Zahl als diejenige ist, die für die Majoritätsentscheidung erforderlich ist.

Statt eines Vorsehens festgelegter Muster oder Majoritätsentscheidungen als Erkenntniskriterien sind ebenfalls adaptive -Systeme möglich. In einem derartigen Fall können ein oder mehrere zuvor erkannte Signale das vorherbestimmte Muster ändern, das nächstens als das Erkennungskriterium angewandt wird.

Es versteht sich weiterhin, daß kompliziertere Erkennungsmöglichkeiten als die derzeit in Betracht gezogenen am besten ihre Verwirklichung in fest gespeicherten Standard-Programmen als in Hardware erfahren, insbesondere da dies sogar das Anwendnen externer Programmierer erleichtern würde für das Modifizieren der Entscheidungslogik in Abhängigkeit von den Patientenerfordernissen. Es ist ebenfalls möglich, das Erfordernis des implantierten Schrittmachers jedwede logische Entscheidungen zu treffen, vollständig in Fortfall kommen zu lassen. Mit dem 2-:'auger. .i^nes einfachen Bitstroms in der beschriebenen Weise könnte ein Telemetriesystem angewandt werden, durch das die Musterwerte auf einen externen Monitor übertragen werden, der sodann die geeignete Entscheidung trifft und ein Signal zurück zu dem Schrittmacher sendet unter Steuern der Erzeugung eines Schrittmacher impulses.

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Der restliche Anteil der Schrittmacherschaltung ist in der Figur 8 gezeigt. Unter Hinweis auf die Figur 5 sieht man, daß das Tor S3 zwischen die Stimulierungselektrode und die Erdung geschaltet ist. Dieses gleiche Tor ist in der Figur 8 so gezeigt, daß dasselbe zwischen die Stimulierungselektrode 62 und die indifferente Elektrode 60 geschaltet ist, da die letztere geerdet ist. Ein Zweck des Tors besteht darin, die zwei Elektroden miteinander kurzzuschließen im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses, um so den größten Teil der in den Elektrode-Elektrolytgrenzflächen gespeicherten Ladung zurückzugewinnen. Der andere Zweck des Tors besteht darin, das Tor S1 zu erden, wenn der Kondensator 30 geladen werden soll, obgleich der Kondensator 30 durch die Elektrode als solche geladen werden kann. Die Schaltung nach der Figur 8 entwickelt ein Signal für das Leitendmachen des Tors S3 sowie der S1 und S2 CONTROL Signale für das gleichzeitige Leitendmachen der Tore S1 und S2 im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses wie weiter oben beschrieben.

Das Tor S4 nach Figur 8 verbindet einfach die Stimulierungselektrode mit der negativen Spannungsquelle. Dieses Tor wird immer dann leitend gemacht, wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt werden soll. (Wahlweise könnte ein Ladungsspeicherkondensator angewandt werden, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, wobei der Kondensator durch das Tor in die Elektrode entladen wird , wenn ein Schrittmacherimpuls erforderlich ist. Die Einzelheiten dieser herkömmlichen Arbeitsweisen sind hier nicht für das Verständnis des Erfindungsgegenstandes erforderlich und somit zeigt die Darstellung einfach das Anwenden eines Tors S4 für das Steuern der Verbindung der Batterie mit der Stimulierungselektrode). Es ist hier ein Inverter bz gezeigt als Treibertor S4, da ein negativer Impuls durch den Treiberkreis 50 erzeugt wird sobald ein Schrittmacherimpuls erforderlich ist. Die Dauer des Ausgangsimpulses des Kreises 50 ist gleich der Dauer des Schrittmacherimpulses und steuert denselben.

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Der Flip-Flop FFö steuert das Leitendwerden des Tors S3. Die drei den Zustand des Flip-Flop steuernden Signale werden auf die Eingänge des Tors 64 und den Eingang des Flip-Flop beaufschlagt, wobei alle drei Signale von der logischen Schaltung nach Fig. 6 und 7 abgeleitet werden. Der Treiberkreis 50, der bestimmt wann ein Schrittmacherimpuls erzeugt werden soll und der denselben dadurch steuert, daß der Ausgang niedrig gepulst wird, ist mit drei Eingängen versehen, Komparatorausgang und A ENABLE und B ENABLE Signale. Wenn die Entscheidungslogik nach Figur 9 in dem Treiberkreis nach Figur 8 angewandt wird, sind als Eingangsgrößen nur die A ENABLE und B ENABLE Signale erforderlich. Das Eingangssignal des Komparatorausgangssignals ist gezeigt, da dasselbe bei verwickeiteren Aufbauten erforderlich sein kann, insbesondere denjenigen, wo es sich um ein Dual-Kammerschrittmacher handelt wo eine größere Anzahl Entscheidungen unterschiedlicher Arten gemacht werden müssen.

Der Ausgangs-Treiberkreis 50 arbeitet in herkömmlicher Weise unter Erzeugen negativer Impulse an seinem Ausgang zwecks Steuern der Erzeugung der Schrittmacherimpulse. Typischerweise erzeugt dieser Treiberkreis Impulse mit 800 Millisekunden in Intervallen. Sobald eine ventrikulare Kontraktion festgestellt wird, wird z.B. durch eine Schaltung wie derjenigen nach der Figur 9 dernächste Schrittmacherimpuls verhindert und es beginnt ein neues 800 Millisekunden Intervall. Immer wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt wird, wird der mit dem Ausgang des Kreises 50 verbundene Eingang des Tors 56 niedrig gehalten, so daß der Torausgang hoch geht. Der Inverter 58 hält somit das Tor S3 nicht leitend, da die zwei Elektroden nicht miteinander kurzgeschlossen werden sollten, während ein Impuls erzeugt wird.

Der monostabile Multivibrator 68 wird an der hinteren (steigenden) Kante jedes durch den Kreis 50 erzeugten Impulses ausgelöst. Der Q-Ausgang des Multivibrators geht niedrig, so daß die Ausgänge der Tore 54 und 72 beide hoch gehen. Sobald der Q-Ausgang

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des Multivibrators hoch geht, wird der Multivibrator 70 ebenfalls ausgelöst und sein Q-Ausgang geht niedrig. Da dieser Ausgang ebenfalls mit einem Eingang des Tors 72 verbunden ist, führt dies weiterhin dazu, daß der Ausgang des Tors 72 hoch bleibt. Der Multivibrator 68 weist ein Zeitintervall von 5 Millisekunden und der Multivibrator 70 ein Zeitintervall von 6 bis 7 Millisekunden auf. Somit bleibt der Ausgang des Tors 72 6 bis 7 Millisekunden hoch beginnend mit dem Ende des Schrittmacherimpulses. Das hohe Potential an der S2 Ceontrol Leitung führt zu einem Leitendwerden des Tors 72, wie weiter oben beschrieben. Das gleiche hohe Potential an dem Ausgang des Tors 72 wird durch den Inverter 74 invertiert unter Ausbilden eines niedrigen Potentials an dem S1 CONTROL Leiter während des gleichen Zeitintervalls, wie weiter oben beschrieben, wodurch das S1 Tor leitend bleibt.

Wenn der Multivibrator 68 das este Mal an der hintren Kante des Schrittmacherimpulses ausgelöst wird, geht der Ausgang des Tors 74 hoch. Somit ist ein Eingang des Tors 56 hoch. Da der Schrittmacherimpuls geendet hat, geht der andere Eingang des Tors 56 ebenfalls hoch. Somit"geht der Ausgang niedrig für die 5 Millisekunden, die der Q-Ausgang des Flip-Flop 68 niedrig bleibt, und der Ausgang des Inverters 58 geht für 5 Millisekunden hoch unter Leitendhalten des Tors S3. Innerhalb dieser 5 Millisekunden sind die zwei Elektroden miteinander kurzgeschlossen unter Rückgewinnen der gespeicherten Ladung. Wie weiter oben beschrieben, werden die S1 und S2 Tore leitend über zusätzliche 1 bis 2 Millisekunden gehalten, so daß sich der Kondensator 30 schnell aufladen kann in Übereinstimmung mit dem Potential, das an der Stimulierungselektrode nach Abschluß des Ladungsintervalls verbleibt.

Wie weiter oben unter Bezugnahme auf die Figur 5 erläutert, muß das Tor S3 leitend gemacht nicht nur im Anschluß an das Erzeugen eines Schrittmacherimpulses, sondern ebenfalls, wenn das Tor S1 und das TorB leitend sind unter Steuern des Aufladens des Kon-

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densators 30, es sei denn, daß der Kondensator 30 durch die Elektrode geladen wird. In diesem Fall fließt der Strom von der Erdung durch die Tore S3 und S1. Wenn die Tore S2 und A das Entladen des Kondensators 30 steuern, ist es nicht erforderlich, daß das Tor S3 leitend ist, da das Tor S1 nicht leitend ist. Trotzdem besteht kein Grund dafür, daß das Tor S3 nicht leitend gemacht wird und es ist vom Standpunkt der Steuerung aus einfacher, das Tor S3 während jedes Zyklus leitend zu machen unabhängig davon ob der Kondensator geladen oder entladen wird.

Immer wenn ein DECISION Signal hoch geht, wird der Flip Flop FF8 nach Figur 8 gestellt und der Q-Ausgang geht hoch. Der Q-Ausgang des Flip-Flop ist das S3¹ Signal, das als ein Eingangssignal für das Tor 54 dient, die S3¹ Wellenform ist an dem unteren Ende der Figur 11 gezeigt. Das Tor 64 weist die 1 kHz und 2 kHz Taktsignale an dessen Eingängen auf und der Flip-Flop FF8 wird getaktet kurz vor dem Zeitpunkt, wo während jedes Gesamtzyklus eines der A ENABLE oder B ENABLE Signale hoch geht. Solange der Ausgang des Tors 72 niedrig ist und aufgrund dessen VErbindung mit dem D-Eingang des Flip Flop FF8, wird somit der Flip Flop mit dem Niedriggehen des S3¹ Signals zurückgestellt jeweils dann, wenn der Flip Flop getaktet wird. Wenn kein Schrittmacherimpuls erzeugt wird, befindet sich der Ausgang des Tors 72 niedrig, da seine beiden Eingänge hoch sind. Man sieht somit, daß das S3¹ Signal niedrig wird während jedes Zyklus kurz bevor das A ENABLE und B ENABLE Signal hoch geht und geht hoch wiederum, nachdem der A ENABLE uhnd B ENABLE Impuls-geendet hat. Somit ist das S3' Signal niedrig dergestalt, daß jedes der A ENABLE und B .ENABLE Impulse eingeschlossen wird. Solange das S3' Signal niedrig ist, ist der Ausgang des Tors 54 hoch. Da beide Eingänge des Tors 56 bei Nichterzeugen eines Schrittmacherimpulses hoch sind, ist der Ausgang des Tors niedrig und der Inverter 58 führt dazu, daß das Tor S3 in der oben beschriebenen Weise leitend bleibt. Das Tor S 3 wird somit nichtleitend gehalten, wenn ein Schrittmacherimpuls erzeugt wird, es wird leitend 5 Millisekunden lang gehalten im Anschluß an das Erzeugen jedes Schrittmacherimpulses,

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und dasselbe wird ebenfalls leitend gehalten während der Kondensator 30 geladen oder entladen wird bei Verfolgen des Eingangs-Signals,» Ra das S3' Signal vom Beginn des DECISION Impulses an hoch 4.scfc (unmtfcte.lbajr i?evor das Tor S1 leitend wird, um ein Nw^fcer zn ormö^liqhen) bis zu dem Ende des DECISION Impulses (wenn βφη Muste,^r |.ή fit^n Fli-Flop FPS eingegeben wird) wird das S3 nicht leitend gehalten über die gesamte Musterperiode, muß so s.e;J,n, um nicht die Elektrode kurzuschließen, deren $eta>tet werden soll.

ORSGJNAt

Claims

MANFREDMiEHE KÄ^E4^RLIN33

Patentanwalt Telefon ·<030)83119 50

t..-i,pean Paten, Atiomev Telegramme: INDUSPROP BERLIN

Telex. 0185 443

US/71/2490 Case 15

TELECTRONICS PTY. LIMITED 2 Sirius Road, Lane Cove, 2055 NSW, Australien

ZeiLbereichsverarbeitung interner physiologischer Signale

Patentansprüche

Iy Implantierbarer Herzschrittmacher mit einer Elektrodenanordnung, Anordnungen zum Vermitteln stimulierender Stromimpulse an die Elektrodenanordnung, eine Anordnung zum Abfühlen eines elektrischen Signals an der E-lektrodenanrdnung, «las kennzeichnend für die Herztätigkeit ist ' und eine Anordnung zum Steuern des Betriebs der Stromimpulsvermittlungs-Anordnung in Übereinstimmung mit dem Betrieb der Fühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Fühlvorrichtung eine Anordnung zum Erzeugen einer kontinuierlichen Reihe von Bitmustern aufweist, wobei die beiden Zustände des Bitmusters Veränderungen in entsprechend entgegengesetzten Richtungen in dem abgefühlten elektrischen Signal wiedergeben, und eine Anordnung zum Analysieren der kontinuierlichen Bitmusterfolge, um so das Auftreten einer vorherbestimmten Art einer Herztätigkeit unter Steuern des Betriebs der die Stromimpulse vermittelnden Anordnung zu bestimmen.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung zum Erzeugen des Bitmusters direkt mit dem abgefühlten elektrischen Signal ohne vorhergehendes Filtern der Frequenzverarbeitung betrieben wird.

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3. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitmuster erzeugende Vorrichtung einen Kondensator, eine Anordnung zum Laden des Kondensators sowie eine Anordnung zum Entladen des Kondensators, eine Anordnung zum periodischen Vergleich des Potentials an dem Kondensator mit dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals unter Ableiten von Bitmustern, deren Zustand das Ergebnis des letzten Vergleichs darstellt und eine Anordnung zum Betrieb entweder der Ladungs- oder Entladungsanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters unter Steuern des Potentials an dem Kondensator aufweist, um so dem Potential des abgefühlten Signals zu folgen.

4. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die das Bitmuster erzeugende Anordnung eine konstante Stromquelle, die sowohl von der Ladeais auch Entladeanordnung benutzt wird zwecks Steuern gleicher, jedoch entgegengesetzer Inkremente in dem Potential des Kondensators unabhängig davon aufweist, welche der Ladungs- bzw. Entladungsanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters betätigt wird.

5. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ladungs- und Entladungsanordnung außer Betrieb gehalten wird wahrend des Betriebs der Vergleichsanordnung und daß die konstante Stromquelle immer betätigt wird, sowie weiterhin eine Anordnung zum Steuern des Stroms von der konstanten Stromquelle weg von dem Kondensator vorliegt, wann immer weder die Lade- noch die Entladeanordnung betätigt wird.

6. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in Serie zwischen der Elektrode und der Vergleichsanordnung geschaltet ist und jede Lade- und Entladungsvorrichtung Schalter aufweist, die mit beiden Seiten des Kondensators zwecks Liefern eines Stroms von der konstanten Stromquelle zu dem Kondensator verbunden sind, wobei die beiden Schaltersätze mit der konstanten

' — 3 —

BAD ORIGhNAL

323719-3-

Stromquelle in Verbindung stehen, um so Ströme an den Kondensator in entsprechend entgegengesetzten Richtungen abzugeben.

7. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch S₀ dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schalter im einem Satz mit einer Seite des Kondensators verbunden ist und ein erster Schalter in dem anderen Satz mit der anderen Seite des Kondensators verbunden ist, sowie weiterhin eine Anordnung zum Betrieb beider Schalter gleichzeitig für einen kurzen Intervall im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpulses auf die Elektrode vorgesehen ist, um so dem Potential an dem Kondensator eine schnelle Erholung gegenüber dem Potential an den abgefühlten elektrischen Signal zu gestatten.

8. Implantierbarer Schrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe eine Anordnung zum Steuern einer Verkürzung der Elektrodenanordnung kurz anschließend an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpulses aufweist, um so eine Erholung jeglicher gespeicherter Ladung in dem menschlichen Gewebe als ein Ergebnis des stimulierenden Stromimpulses zu erleichtern, die Elektrode somit für einen kürzeren Intervall

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kurzgeschlossen wird, während die ersten Schalter gleichzeitig betrieben werden.

9. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,daß die Anodnung zum Analysieren das Auftreten einer vorherbestimmten Art an Herztätigkeit bestimmt, die auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl an aufeinanderfolgenden Bitmustern gleichen Zustands anspricht.

10. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bitmuster erzeugende Anordnung einen Kondensator, eine Anordnung zum Laden und Entladen des Kondensators zwecks periodischem Vergleich des Potentials an dem Kondensator mit dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals unter Ableiten von Bitmustern aufweist, deren Zustand kennzeichnend für das Ergebnis des zusiorgehenden Vergleichs ist und eine Anordnung, zum Betrieb der Lade- oder Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters unter Steuern des Potentials an dem Kondensator vorliegt, ur·. so dem Potential an dem abgefühlten elektrischen Signal zu folgen

11. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung zum Erzeugen des Bitmusters eine konstante Stromquelle, die sowohl dem Laden als auch dem Entladen dient zwecks Steuern gleicher jedoch entgegengesetzter Inkremente in dem Potential des Kondensators unabhängig davon aufweist, welche Lade- bzw. Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Wert jedes Bitmusters betrieben wird.

12. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Lade- und Entladeanordnung während des Betriebes der Vergleichsanordnung außer Funktion bleiben und die konstante Stromquelle immer betrieben wird, sowie weiterhin eine Anordnung zum Steuern des. Flusses des Stroms von der konstanten Stromquelle weg von dem Kondensator, dann, wenn keine der Lade- bzw. Entladeanordnungen betrieben wird.'

13. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in Serie zwischen der Elektroden- und Vergleichsanordnung geschaltet ist, jede derLade- bzw. Entladungsvorrichtungen einen Schaltersatz aufweist, der mit beiden Seiten des Kondensators verbunden ist zwecks Liefern eines Stroms von der konstanten Stromquelle zu dem Kondensator, wobei die beiden Schaltersätze mit der konstanten Stromquelle verbunden sind, um so Ströme an den Kondensator in entsprechend entgegengesetzten Richtungen abzugeben. "

14. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Schalter eines Satzes mit einer Seite des Kondensators und ein erster Schalter des anderen Satzes mit der anderen Seite des Kondensators verbunden ist, sowie weiterhin eine Anordnung zum Betrieb beider Schalter gleichzeitig für einen kurzen Intervall im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpuses auf die Elektrodenanordnung vorgesehen ist, um so zu ermöglichen, daß sich das Potential über dem Kondensator

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schnell auf das Potential des abgekühlten elektrischen Signals erholt.

15. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zum Steuern des Kurzschließer der'Elektrodenanordnung kurz im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpulses auf dieselbe vorliegt, um so eine Erholung jeder in dem Körpergewedbe gespeicherten Ladung als ein Ergebnis des stimulierenden Stromimpulses zu erleichtern, die Elektrodenanordnung somit für einen kürzeren Intervall als denjenigen während beide der ersten Schalter gleichzeitig betrieben werden, kurzgeschlossen wird.

16. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Bitmuster gleichen Zustandes bestimmt.

17. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Bitmuster gleichen Zustandes bestimmt.

18. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e ichnet, daß die Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Bitmuster gleichen Zustandes bestimmt.

19. Implantierbarer Herzschrittmacher mit einer Elektrodenanordnung, Anordnungen zum Vermitteln stimulierender Stromimpulse an die Elektrodenanordnung, eine Anordnung zum Abfühlen eines elektrischen Signals an der Elektrodenanordnung, das kennzeichnend für die Herztätigkeit ist und eine Anord-

nung zum Steuern des Betriebs der Stromimpulsvermittlungs-Anordnung in Übereinstimmung mit dem Betrieb der Fühlvorrichtung , dadurch gekennzeichnet., daß die Fühlvorrichtung eine Anordnung zum Erzeugen einer kontinuierlichen Reihe digitaler Muster aufweist,die kennzeichnend für das abgefühlte elektrische Signal sind, die Anordnung zum Erzeugen des digitalen Musters direkt auf dem abgefühlten elektrischen Signal ohne vorheriges Filtern in der Frequenzverarbeitung arbeitet, und eine Anordnung zum Analysieren der kontinuierlichen digitalen Musterfolge, um so das Auftreten einer vorherbestimmten Art an Herztätigkeit zu bestimmen und den Betrieb der die Stromimpulse beaufschlagenden Vorrichtung in Übereinstimmung hiermit zu steuern.

20. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Erzeugen digitaler Muster einen Kondensator, eine Anordnung zum Laden- und Entladen des Kondensators, eine Anordnung zum periodischen Vergleich des Potentials über dem Kondensator mit dem Potential an dem abgefühlten elektrischen Signal aufweist, um die digitalen Muster abzuleiten, deren Zustand jeweils das Ergebnis des kürzlichsten Vergleichs wiedergibt und eine Anordnung zum Betrieb sowohl der Ladeais auch Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes digitalen Musters, um so das Potential über dem Kondensator zu steuern und dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals zu folgen.

21. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung zum Erzeugen eines digitalen Musters eine Konstante Stromquelle aufweist, die sowohl für die Lade- als auch Entladeanordnung angewandt wird, um entgegengesetzte Inkremente in dem Potential des Kondensators unabhängig davon zu steuern, ob die Lade- oder Entladeanordnung betrieben wird in Übereinstimmung mit dem Wert jedes digitalen Musters.

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22. Imp1antierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Lade- und Entladeanordnung außer Betrieb gehalten werden während des Betriebs der Vergleichsvorrichtung, sowie die konstante Stromquelle immer betrieben wird und weiterhin eine Anordnung zum Leiten von Strom von der konstanten Stromquelle weg von dem Kondensator, wenn keine der Lade- und Entladeanordnungen arbeitet.

23. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in Serie zwischen den Elektrodenanordnungen geschaltet ist, und die Vergleichsanordnung und jede der Lade- und Entladeanordnungen einen Satz Schalter aufweisen, die mit beiden Seiten des Kondensators verbunden sind, um so Strom zu dem Kondensator zu führen, wobei die zwei Schaltersätze so vorliegen, daß dem Kondensator in entsprechend entgegengesetzten Richtungen Strom zugeführt wird.

24. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Schalter in einem Satz mit einer Seite des Kondensators und ein erster Schalter des anderen Satzes mit der anderen Seite des Kondensators verbunden ist, sowie Anordnungen zum Betrieb beider Schalter gleichzeitig für ein kurzes Intervall im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpulses auf die Elektrodenanordnung vorliegen, um es zu ermöglichen, daß das Potential über dem Kondensator sich schnell auf das Potential an dem abgefühlteh elektrischen Signal erholen kann.

25. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung zum Steuern des Kurzschließens der Elektrodenanordnung kurz im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromimpulses auf dieselbe vorliegt, um so ein Erholen jeglicher in dem Körpergewebe gespeicherten Ladung als Ergebnis des stimulierenden Stromimpulses zu erleichtern

wobei die Elektrodenanordnung für einen kürzeren Intervall als denjenigen während dessen die beiden ersten Schalter gleichzeitig arbeiten, kurzgeschlossen wird.

26. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art einer Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender digitaler Muster bestimmt, die ein vorherbestimmtes Muster aufweisen.

27. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art an Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender digitaler Muster, die ein vorherbestimmtes Muster aufweisen, bestimmt.

28. Implantierbarer Herzschrittmacher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daßdie Analysiervorrichtung das Auftreten einer vorherbestimmten Art an Herztätigkeit ansprechend auf das Erzeugen einer vorherbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender digitaler Muster, die ein vorherbestimmtes Muster aufweisen, bestimmt.

29. Implantierbare medizinische Prothese, die eine Elektrodenanordnung und eine Anordnung zum Abfühlen eines elektrischen Signals an der Elektrodenanordnung aufweist, das kennzeichnend für eine physiologische Aktivität ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Kühlvorrichtung vorliegt, die eine Anordnung zum Erzeugen einer kontinuierlichen Sequenz an Bitmustern aufweist, wobei die zwei Zustände der Bitmuster Veränderungen in entsprechend entgegengesetzten Richtungen in dem abgefühlten elektrischen Signal darstellen.

30. Implantierbare medizinische Prothese, dadurch gekennzeichnet , daß die das Bitmuster erzeugende Anordnung direkt auf dem abgefühlten elektrischen Signal

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ohne vorheriges Filtern in der Frequenzverarbeitung arbeitet,

31. Implantierbar medizinische Prothese nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß diedas Bitmuster erzeugende Anordnung einen Kondensator, eine Lade- und Entladeanordnung, eine Anordnung zum Entladen des Kondensators, eine Anordnung zum periodischen Vergleich des Potentials über dem Kondensator mit dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals unter Ableiten der Bitmuster aufweist, wobei der Zustand jedes derselben das Ergebnis des kürzlichsten Vergleichs darstellt und eine Anordnung zum Betrieb entweder der Lade- oder der Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters vorliegt, um so das Potential über dem Kondensator zu steuern und dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals zu folgen.

32. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß die· das Bitmuster erzeugende Anordnung eine konstante Stromquelle aufweist, die sowohl für die Lade- als auch Entladeanordnung angewandt wird zwecks .Steuern gleicher jedoch entgegengesetzter Inkremente in dem Potential des Kondensators unabhängig davon, welche-der Lade- oder Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters betrieben wird.

33. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Lade- und Entladeanordnungen während des Betriebs der Vergleichsanordnung außer Betrieb gehalten werden und die konstante Stromquelle stets betrieben wird, sowie weiterhin eine Anordnung zum Führen des Stroms von der konstanten Stromquelle weg von dem Kondensator vorliegt, dann, wenn keine der Lade- oder Entladeanordnungen arbeitet.

34. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 31,

dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in Serie zwischen die Elektrodenanordnung und die Vergleichs-

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anordnung geschaltet ist, sowie jede Lade- und Entladeanordnung einen Satz Schalter aufweist, die mit beiden Seiten - des Kondensators zwecks Zuführen eines Stroms zu dem Kondensator verbunden sind, wobei zwei Sätze der Schalter so verbunden sind, daß sie an den Kondensator Ströme in entsprechend entgegengesetzten Richtungen abgeben.

35. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 34, dadurch gekennz eichnet, daß ein erster Schalter in einem Satz mit einer Seite des Kondensators und ein erster Schalter in dem anderen Satz mit der anderen Seite des Kondensators verbunden ist und weiterhin eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines stimulierenden Signals auf die Elektrodenanordnung, eine Anordnung zum Betrieb beider der Schalter gleichzeitig für einen kurzen Intervall im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Signals auf die Elektrodenanordnung vorliegt, um es so zu ermöglichen, daß das Potential über dem Kondensator sich schnell auf das Potential des abgefühlten elektrischen Signals erholen kann.

36. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung zum Steuern des Kurzschließens der Elektrodenanordnung kurz im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromsignals auf dieselbe vorliegt, um so eine Erholung jeglicher in dem Körpergewebe gespeicherter Ladung als Ergebnis des stimulierenden Stromsignals zu erleichtern, die Elektrodenanordnung somit für einen kürzeren Intervall als denjenigen, während dessen die beiden ersten Schalter gleichzeitig arbeiten, zu erleichtern.

37. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die das Bitmuster erzeugende Anordnung einen Kondensator, eine Anordnung zum Laden des Kondensators und eine Anordnung zum Entladen des Kondensators, eine Anordnung zum periodischen

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Vergleich des Potentials über dem Kondensator mit dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals aufweist, um Bitmuster abzuleiten, deren Zustand das Ergebnis des kürzlichsten Vergleichs darstellt und eine Anordnung zum Betrieb der Lade- oder Entladeanordnung in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters unter Steuern des Potentials über dem Kondensator vorliegt, um so dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals zu folgen.

38. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet , daß- die das Bitmuster erzeugende Anordnung eine konstante Stromquelle aufweist, die sowohl für die Lade- als auch Entladevorrichtung angewandt wird, um gleiche jedoch entgegengesetzte Inkremente in dem Potential des Kndensators unabhängig davon zu steuern, welche der Lade- oder Entladeanordnungen in Übereinstimmung mit dem Zustand jedes Bitmusters betrieben wird.

39. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet , daß die Lade- und Entladeanordnung außer Betrieb gesetzt wird während des Betriebes der Vergleichsvorrichtung und die konstante Stromquelle immer in Betrieb ist, sowie weiterhin eine Vorrichtung zum Führen des Stroms von der konstanten Stromquelle weg von dem Kondensator vorliegt, immer dann, wenn weder die Lade- noch Entladeanordnung äebeitet.

40. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in Serie zwischen die Elektrodenanordnung und die Vergleichsanordnung geschaltet ist und jede Entlade- und Ladeanordnung einen Satz Schalter aufweist, die mit beiden Seiten des Kondensators zwecks Zuführen von Strom zu dem Kondenator verbunden sind, wobei zwei Sätze der Schalter dergestalt verbunden sind, daß sie Ströme in entsprechend entgegengesetzten Richtungen zu dem Kondensator zuführen.

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41. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Schalter in einem Satz mit einer Seite des Kondensatrs und ein erster Schalter des anderen Satzes mit der anderen Seite des Kondensators verbunden ist, sowie weiterhin eine Anordnung zum Beaufschlagen eines stimulierenden Signals auf die Elektrodenanordnung und eine Anordnung zum Betreiben beider Schalter gleichzeitig für einen kurzen Intervall im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Signals auf die Elektrodenanordnung vorliegen, um so eine schnelle Erholung des Potentials über dem Kondensator zu dem Potential des abgefühlten elektrischen Signals zu ermöglichen.

43. Implantierbare medizinische Prothese nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung zum STeuern des Kurzschließens der Elektrodenanordnung kurz im Anschluß an das Beaufschlagen eines stimulierenden Stromsignals auf dieselbe, um so ein Erholen jeglicher in dem Körpergewebe gespeicherter Ladung als ein Ergebnis des stimulierenden Signals zu erleichtern, die Elektrodenanordnung für einen kürzeren Intervall als denjenigen während beide der ersten Schalter gleichzeitig betrieben werden, kurzzuschließen.

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