DE3518459A1 - Anwendung einer telemetrie-spule zwecks ersatz eines magnetisch betaetigten zungenschalters in implantierbaren vorrichtungen - Google Patents

Anwendung einer telemetrie-spule zwecks ersatz eines magnetisch betaetigten zungenschalters in implantierbaren vorrichtungen

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DE3518459A1 DE19853518459 DE3518459A DE3518459A1 DE 3518459 A1 DE3518459 A1 DE 3518459A1 DE 19853518459 DE19853518459 DE 19853518459 DE 3518459 A DE3518459 A DE 3518459A DE 3518459 A1 DE3518459 A1 DE 3518459A1
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Description

Die Erfindung betrifft implantierbare medizinische Vorrichtungen, und insbesondere die Anwendung einer Standard-Telemetrie-Spule, wie sie sich in Vorrichtungen wie einem Herzschrittmacher nicht nur für dessen üblichen Gebrauch findet, sondern ebenfalls als Ersatz für herkömmliche magnetisch betriebene Zungenschalter dient.
Seit vielen Jahren haben Zungenschalter einen Mechanismus für die Betätigung von Punktionen einer implantierbaren, medizinischen Vorrichtung, wie eines Herzschrittmachers, von außerhalb des Körpers. So wurden z.B. Permantmagneten zum Schließen eines Zungenschalters angewandt, um die Bedarfsfunktion eines Schrittmachers außer Funktion zu setzen und dies wurde oft getan, um den Schrittmacher zum Schrittmacher bei einer Rate zu veranlassen, die dem Batteriezustand entsprach. Permanentmagneten wurden ebenfalls angewandt, um eine spezielle zeitweise Schrittmachermode zu ermöglichen, wie eine geeignete für die Tachycardie-Reversion. Eine weitere sehr herkömmliche Anwendungsweise von Zungenschaltern diente zur Aufnahme von Magnetimpulsen und kodierten Daten zum Programmieren der Impulserzeugungsparameter.
Es wurden hochverläßliche, hermetisch-verschlossene Miniatur-Zungenschalter entwickelt, um spezielle den Anforderungen der HerzschrittmacherIndustrie zu genügen. Das Anwenden eines Magneten, um einen Schrittmacher zum Schrittmachen mit einer von dem Batteriezustand abhängigen Rate zu veranlassen, ist Standardpraxis. Mit dem schnellen Anstieg des Wissens bezüglich implantierbarer Impulsgeneratoren ist es jedoch wesentlich geworden, eine größere Zweiwege-Kommunikation mit dem Impulsgenerator vorzusehen, wobei diese Kommunikation weitgehend das Programmieren, Abfragen, Telemetrie und das Ausgeben elektrophysiologischer Daten umfaßt. Diese Zweiwege-Kommunikation findet typischer Weise über Niederfrequenz RF Energie statt unter Anwenden einer Spule im Inneren des Impulsgenerators sowohl für die Übertragung als auch für den Empfang.
In der ebenfalls eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Electronic Sensor For Static Magnetic Field" wird offenbart, wie ein Magnetfeld unter Anwenden eines Spulentasters getastet werden kann,, dessen Gleichstrom relativ klein und dessen Größe^ebenfalls klein ist und dessen Empfindlichkeit gegenüber einem statischen Magnetfeld hoch ist, während derselbe gleichzeitig geringe Empfindlichkeit gegenüber Störgeräusch, Interferenz besitzt und Spannungsfluktuationen liefert. Die Spule weist einen ferromagnetischen Kern auf und ihre Funktion besteht darin, ein äußeres Magnetfeld aufgrund der Abnahme der Induktivität wie die äußeren Feldkräfte des Kerns weiter weg von dem Ursprung der B-H Kurve abzutasten.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, keinen allein arbeitenden Fühler, wie in der oben genannten Patentanmeldung, zu schaffen, sondern vielmehr eine kombinierte Abtast/Telemetriespule im Zusammenhang mit einem Gesamtsystem, bei dem die gleiche Spule sowohl für die Zweiwege-Kommunikation als auch zum Abtasten des Vorliegens eines äußeren Magnetfeldes angewandt werden kann.Erfindungsgemäß ist es möglich, die "magnetische Test-" Funktion eines Standardimpulsgenerators zurückzuhalten, wobei es nicht mehr erforderlich ist, eine zerbrechliche und relativ kostspielige Komponente, wie einen Standard-Zungenschalter vorzusehen.
Erfindungsgemäß verwendet der Feststellkreis für das Magnetfeld viele der vorhandenen Schaltungen, wie sie sich in einem Standard-Telemetrie-Transceiver System finden. Es wird eine Steuerlogik vorgesehen, um eine geeignete Spulenerregung zu erzielen als auch eine Entscheidungslogik, die die Magnetfeld-Feststellfunktion außer Betrieb setzt, während die Telemetrie fortschreitet. Es wurde gefunden, daß es erfindungsgemäß möglich ist, einen Festfetellbereich zu erhalten, der demjenigen eines Zungenschalters unter den gleichen Bedingungen vergleichbar ist. Die durch den Prüfschaltkreis verbrauchte Energie kann nahezu durch Triggern der Magnetfeld-Testfolge mit einer Rate von 1 oder 2 pro Sekunde vernachlässigbar gemacht werden. Mit einer Rate von 1 pro Sekunde beläuft sich der für den Test erforderliche durchschnittliche Strom auf nur 10 Nanoampere.
Der ERfindungsgegenstand wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines typischen Telemetrie-Transceiver-Vorderendes, wie bei einem implantierbaren Herzschrittmacher angewandt unter Hinzufügen eines erfindungsgemäßen Magnetfeld-Testkreises;
Fig. 2 zeigt die logischen Schaltungen zum Steuern des Betriebs des System nach Figur 1 und
Fig. 3 zeigt digitale Signale und die Erregungs- und Empfangswellenformen, die die Schaltkreise nach Fig. 1 und 2 charakterisieren.
Wie bei der weiter oben genannten Patentanmeldung, auf die hier Bezug genommen werden soll, führt die Magnetfeld-Testfolge zur Erzeugung von zwei Signalen, "Erregung" und "Abtasten", wobei das letztere dem ersten folgt und jedes dieser Signale besitzt eine vorherbestimmte Dauer. Das Erregungssignal erregt eine Spule. Die Spule ist in einem Resonanzschaltkreis enthalten und es fließt sodann ein Resonanzstrom. Das Abtastsignal begrenzt ein Fenster, und der Resonanzstrom zeigt unterschiedliche Nullkreuzungen während des Abtastfensters in Gegenwart oder bei Nichtvorliegen eines magnetischen Feldes ausreichender Intensität-Bei der Ausführungsform nach der oben genannten Patentanmeldung verringert ein starkes Magnetfeld die dynamische Durchlässigkeit der Spule, was zu einer höheren Rufstromfrequenz führt, so daß ein Nullkreuzungspunkt von Interesse in das Innere des Abtastfensters verbracht wird. Ein ähnliches Arbeitsprinzip wird bei der vorliegenden Erfindung angewandt.
Wenn sich das System nach Figur 1 in der Übertragungsmode befindet, wird die Magnetabtastung unterdrückt. In diesem Fall ist der Schalter N2 geschlossen, um den Kondensator C und Induktor L parallel zu schalten. Herkömmlicher Weise werden übertragene Impulsstöße dann gesteuert, wenn der Transceiver die Codec-Anordnung 12 (Kodierer-Dekodierer) den Schalter P1 schließt, wodurch die Energiequelle V_D über den Resonanzschalter geschaltet wird.
Der Transceiver und Codec 12 bestimmen die Zeitspanne der übertragung und der Datenrate übereinstimmend mit einem Dateneingang. Ein Impulsstoß wird gesteuert, wenn der Leiter TxSi niedrig pulsiert ist.
Wenn das System in der Empfangsmode arbeitet, sind beide Schalter P1 und N2 offengeschaltet, so daß die Spule L die R.F. Daten aufnehmen kann. Die über der Spule induzierte Spannung führt zu einem Pulsieren des Ausgangs des Komparators 10 und somit wird ein Datensignal auf den Transceiver und Codec 12 übertragen. Das System gemäß 1 arbeitet in herkömmlicher Weise bei der übertragung und dem Empfang von Daten.
Die zusätzliche Funktion des Abtastens eines statischen Magnetfeldes wird für eine sehr kurze Zeitspanne inganggesetzt, v/enn das System in seiner Empfangsmode vorliegt. Dies verringert die Möglichkeit, daß ein Magnetsignal die empfangenen Daten überlagert. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Magnetabtast-Funktion einmal eine Sekunäe inganggestzt um so den durchschnittlichen Stromverbrauch zu verringern.
Erfindungsgemäß werden die Werte von L und C in dem abgestimmten Schaltkreis so gewählt, daß dieselben eine Resonanzffequenz von 8 KHz besitzten, geringfügig weniger als 8.192 KHz (ein binäres Vielfaches von 1 Hz). Unter Bezugnahme auf die Figur 3 steigen zu Beginn des Zyklus beide Signale S4 und TxS2 an, so daß die Schalter N2 und N4 schließen. Unter Bezugnahme auf die im Uhrzeigersinn gegebenen Wellenformen am oberen Ende der Figur 3 werden beide Schalter 122 Mikrosekunden lang geschlossen, um den Kondensator C durch den Widerstand R zu entladen. Der Widerstand wird dazu angewandt, den Strom zu begrenzen und die Schalter zu schützen. Nachdem sich der Kondensator entladen hat, sinkt das S 3 Signal, wie in der Figur 3 gezeigt, über eine Zeitspanne von 30.5 Mikrosekunden, während S4 und TxS2 Signale ebenfalls sinken. Zur gleichen Zeit sind die Schalter N2 und N4 abgeschaltet, der Schalter P3 ist geschlossen. Zu Ende des 30.5 Microsekunden Erregungsintervals, öffnet sich der Schalter S3, während sich der Schalter N2 für 151.5 Microsekunden schließt (Schalter N4
bleibt während dieses Intervalls außer Funktion). Die Spannung über dem Resonanzschaltkreis, als V__, in der Figur 3 gezeigt,
JuL.
besitzt zwei Teile - Erregung und Ansprechen. Der Erregungsteil des Signals wird durch Leiten des Schalters P3 bei einem Erregungsintervall von 30.5 Microsekunden gesteuert. Das Ansprechen erfolgt während des 151.5 Mikrosekundenintervalls, wenn der Schalter N2 der einzige ist, der geschlossen ist, wobei der Kondensator und Induktor in Resonanz versetzt werden, und der Ausgang des Komparators 10 seinen Zustand ändert, sobald die Spannung am Minuseingang des Komparators durch den V_„_ Bezugs-
IVCiJ?
wert tritt.
Die zum Erzeugen der erforderlichen Schaltsignale angewandte Logik, siehe den Block 14 gemäß Figur 1 und der detaillierte Schaltkreis dieses Blocks ist in der Figur 2 gezeigt. Es liegen fünf Taktsignale vor, die mit den Eingängen einer Magnetabtast-Steuerlogik 14 geschaltet sind und die fünf Taktsinglae sind am oberen Ende der Figur 3 wiedergegeben. Es wird ein anderer Eingang auf den Leiter 16 beaufschlagt, ein 1 Hz Taktsignal, das einen Magnettest ingangsetzt, wenn der Eingang zunimmt. Die Und-Nicht-Schaltung verhinert das Abtasten des magnetischen Feldes, der Ünd-Nicht-Eingang wird durch den Transceiver und Codec 12 pulsiert, wenn die Spule für eine weitere Funktion benötigt wird. Weitere Eingänge zu dem Block 14 sind der Auslaß des Komparators 10 und das von dem Transceiver und Codec 12 kommende Signal Tx. Die drei Ausgangssignale von dem Bäock 14, wie in der Figur 3 gezeigt, sind S4, TxS2 und S3.
Wenn das 1-Hz Taktsignal ansteigt, wird der Flip-Flop FF1 gefcriggert. Da sich der Q1 Ausgang normalerweise auf einen hohen Wert beläuft und da derselbe mit dem D Eingang geschaltet ist, wird der Flip-Flop eingestellt und Q1 Ausgang (MTST) steigt an. Das MTST Signal ist das Hauptsignal für das Triggern des Magnettests. Wenn das Sperrsignal hoch, jedoch der Ausgang des Tors G1 niedrig ist und somit der Ausgang des Tors G2 hoch ist, um den Flip-Flop FF1 zurückzustellen. Unter der Annahme, daß eine Testreihe auftritt, wird der Flip-Flop zurückgestellt, wie Inder Zeichnung gezeigt, wenn beide der 2.04 8 KHz und 8.192 KHz Signale zunächst hoch waren. Zu dieser Zeit verringert sich der Ausgang
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des Tors G3 und der Ausgang des Tors 2 erhöht sich unter Zurückstellen des Flip-Flop. Wenn die Takte die in der Figur 3 angegebenen Raten aufweisen, vertingert sich die Leistung des Tors H3 für 305 Mikrosekunden, nachdem das MTST Signal sich aunächst erhöht hat. Bie für diesen Test benötigte Zeitspanne beläuft sich auf insgesamt 366 Mikrosekunden.
Es ist zu beaychten, daß die Magnetabtast-Steuerlogik durch eine Vielzahl Taktsignale betrieben wird, wobei sich die höchste auf 32.768 KHz beläuft. Die subharmonischen Taktsignale werden von der höchsten Frequenz abgeleitet, die normalerweise durch einen 32.768 KHz Kristalloszillator zur Verfügung steht, wie er als Teil des Telemetrie-Systems zur Anwendung kommt.
Der Schalter P1 gemäß Figur 1 ist nur dann geschlossen, wenn das System in der Übertragungsmode arbeitet und wird durch den Transceiver und Codec 12 gesteuert. Die die Schalter N2, N4 und P3 steuernden Signale werden in dem Block 14 erzeugt. Der Schalter N2 wird durch das logische Signal TxS2 gesteuert, das ansteigt, um den Schalter N2 in Funktion zu bringen. Unter Bezugnahme auf die Figur 2 ist es das Tor G9, das das Signal TxS2 ansteigen läßt. Wenn das System Daten übermittelt, befindet sich das Tx Steuersignal von dem Transceiver und Codec 12 auf einem hohen Wert. Somit ist der Ausgang des Tors G10 gemäß Figur 2 niedrig und der Ausgang des Tors G9 ist hoch. Wenn der TxS2 Leiter eine hohe Spannung aufweist, wird der Schalter N2 angehalten, so daß der Kondensator C und der Induktor L parallel geschaltet werden können, v/ie dies für eine übertragung erforderlich ist. Bei der Empfangsmode ist das TX Signal verringert, während der Ausgang des Tors Φ10 sich auf einem hohen Wert befindet. Somit hängt der Zustand des Signals TxS2 von dem Betrieb des Tors G8 aussschließlich ab. Wenn der Magnettest nicht ausgeführt wird, weil sich der Q1 Ausgang des Flip-Flop FF1 auf einem hohen Wert befindet, befindet sich der Ausgang des Tors G8 ebenfalls auf einem hohen Wert und somit sinkt der Wett des Ausgangs des Tors G9, um den Schalter N2 ausgeschaltet zu halten. Jedoch ist während des Magnettests der Q1 Ausgang des Flip-Flop niedrig und somit wird der Betrieb des Tors G8 ausschließlich durch das Tor G11 gesteuert. Zu diesem
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Zeitpunkt ..steuern die anderen Tore das TxS2 Signal.
Tor G11 wird durch zwei Taktsignale gesteuert und Tor G7, das Letztere wird noch durch ein drittesTaktsignal (wie auch das MTST Signal) gesteuert. Im Anschluß an die Logik ist der Ausgang des G11 normalerweise niedrig,, wobei der Ausgang nur dann zunimmt, während eines kurzen Zeitintervalls, wenn S3, siehe Figur 3, einen niedrigen Wert besitzt. Es ist in der Tat das Tor G11, das die S3 Signale durch das Tor G12 erhält. Der Ausgang des Tors G8 ist der gleiche wie der Ausgang des Tors G11, sobald das MTST Signal einen hohen Wert besitzt. Das S4 Signal wird durch das Tor G6 von den zwei TaktSignalen während der Zeit abgeleitet, während derer der Flip Flop FF1 arbeitet.
Unter Bezugnahme auf die Figur 1 V _ (der Eingang an dem Minuseingang des Komparators 10) weist normalerweise kleine Größe bezüglich äer Bezugsspannung auf und der Kompratorausgang ist normalerweise hoch. Dies ist in der Figur 3 gezeigt. Wie sich der Komparatorausgang während des Testzyklus ändert, wird weiter unten beschrieben, wie auch die Wirkung auf die Flip-Flops FF2 und FF3 und den Ausgang des Tors G14. Es soll hierbemerkt werden, daß, wann immer das Unterdrückungssignal auf einen hohen Wett ansteigt, der Ausgang des Tors G1 einen niedrigen Wert animmt und durch den Ausgang des Tors G5, der einen hohen Wert annimmt, beide Flip-Flops zurückgestellt werden, wodurch der Ausgang des Magnettests außer Funktion tritt.In ähnlicher Weise -dies zu Ende einer normalen Testfolge - nimmt der Q1 Ausgang des Flip-Flop FF1 (MTST) bei Abnahme des MTST Signals zu und der Ausgang des Tors G13 nimmt ab .Dies verindert eine Taktgebung des Flip-Flop FF2 und FF3, d.h. dieselben bleiben zurückgestellt. Wenn dieselben zuvor während eines Testzyklus gesetzt worden sein sollten, werden sie zurückgestellt, wenn der Ausgang des Tors G4 niedrig wird, wodurch der Ausgang des Tors G5 zunimmt und dieselben zurückgestellt bleiben. Der Ausgang des Tors G4 verringert sich, wenn desen zwei Takteingänge zunächst hoch sind. Dies tritt nach 1 1/2 Zyklen von 2.048 KHz takten auf, wie Inder Figur 3 gezeigt (am rechten Ende dieser Zeichnung). Es versteht sich, daß bei Vorliegen eines hohen MTST Signals und Einstellen des Flip-Flop FF3, der Susgang des Tors G14, der Magnetfühl (M) Leiter
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sich in dem durch den Zustand des Flip-Flop FF3 gesteuerten Zustand befinden. Der Flip-Flop wird wird während des Abtastintervalls eingestellt, wenn die Stärke des in der Prüfung befindlichen magnetischen Feldes einen Schwellenwert überschreitet. Der Flip-Flop FF3 sollte lediglich am Ende des gesamten Testzyklus abgefragt werden, und zwar während der "Magnetabfühlung" wie am unteren Ende der Figur 3 gezeigt.
Wie nach der Ausführungsform gezeigt, beläuft sich ein voller Testzyklus auf 366 Mikrosekunden mit 1 Sekunden Intervallen. Wenn ein außerhalb befindlicher Programmierer die Daten sendet, was für das Herstellen einer Telemetrie-Kommunikationsverbindung bei dem System während der MTST Testperiode erforderlich ist, wird eine derartige Kommunikationsverbindung nicht hergestellt werden. Dies deshalb, weil der Programmierer ein Echo von:, der der Telemetrie-Vorrichtung erwartet, das den Empfang eines gültigen Befehls zur Aufnahme der Kommunikation erhält und bestätigt. Während des Magnettests ist jedoch die Spule nicht in der Lage, irgendein Echo zu übermitteln und erst recht nicht das Richtige. Dies wird durch einen herkömmlichen Schrittmacher-Programmierer als ein Fehlzustand verarbeitet werden und der Programmierer wird die Daten nach einer kurzen Verzögerung erneut übermitteln. Dieser Fehler ist einfach darauf zurückzuführen, daß entweder die TeIemetrievorrichtung oder der Programmierer durch das Vorliegen falscher Signale irretiert worden ist. Bei dem nächsten Versuch, eine Telemetrie-Kommunikationsverbindung herzustellen, wird der Magnettest außer Funktion sein und es kann eine Kommunikationsverbindung hergestellt werden. Dies bedingt, daß ein unterdrücktes Signal durch den Transceiver und Codec Block 12 erzeugt wird, wodurch der Magnettest ständig unterbrochen wird, bis die Kommunikationsverbindung am Ende der Telemetriesequenz unterbrochen wird.
Zu Beginn des Magnettestzyklus schließen sich die Schalter N2 und N4 für 122 MicroSekunden, um jegliche verbleibende Speicherung von dem Kondensator C gemäß Figur 1 zu entfernen. Dies stellt die "Vorbereitungsperiode" dar. Die untere Seite des Kondensators wird sodann auf das VßD Potential 30.5 Sekunden lang aufgeladen, wobei der Schalter P3 angeschaltet wird, wie in der Figur 3 gezeigt.
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Dies bedingt eine kosinusartige Wellenform der Spannung des Verstärkers VDD über die Spule. Zu Ende der 30.5 Mikrosekunden-Spanne öffnet sich der Schalter P3 und dEr Schalter N2 schließt sich erneut. Zu diesem Zeitpunkt wird die mit dem Schalter N2 verbundene Stelle des Kondensators geerdet, wodurch ein zusätzlicher negativer Erregungsschritt über dem Kondensator resultiert. Die Spannung über der Spule kann von diesem Augenblick an bis zum Ende der Magnettest-Zeit ausgedrückt werden als VL_, = (-2 /2) (V ' Sin(WQt +^/4. Bei Nichtvorliegen eines magnetischen Feldes belaufen sich die Werte von L und C auf eine Resonanzfrequenz von angenähert 8 KHz.
Die Ansprech- "Rufstrom" Wellenform und deren entsprechender Komparatorausgang sind in diesem Fall durch die Linien am unteren Ende der Figur 3 gezeigt. Der Komparatorausgang weist eine einfache.-negative Kante innerhalb des Magnettestfensters auf. (Das Test- oder Abtastfenster hat eine Verweilzeit gleich der Verweilzeit der zweiten Leitzeit des Schalters N2, wie in der Figur 3 gezeigt). Jede negativ führende Kante an dem Ausgang des Komparators führt zu einer Erhöhung des Ausgangs des Tors G13 und taktet die Flip-Flops FF2 und FF3. Der erste Takt bedingt einen Anstieg des Ausgangs Q2 des Fli-F-lop FF 2. Soweit keine zweite Taktgebung vorhanden ist, bleibt der Q3 Ausgang des Flip-Flop FF3 niedrig und das magnetische Abtastsignal an dem Ausgang verbleibt bei einem hohen Wert. Der Zweistufen-Schalter wird während jedes Zyklus zurückgestellt, und zwar 61 Microsekunden nach Ende des Testfensters.
Wenn jedoch ein ständiges magnetisches E-reld auf die Spule beaufschlagt wird, wird die relative Durchlässigkeit des magnetischen Kerns verringert, was dazu führt, daß die Rufstromfrequenz sich erhöht, wie durch die gestrichelten Rufstromwellenformen gemäß Figur 3 wiedergegeben. Die entsprechende Komparator-Ausgangswellenform hat nunmehr zwei oder mehr negative abgehende Ecken in dem Testfenster. Die zweite" negativ-verlaufende"Kante führt zum Einstellen des Flip-Flop FF3, da dessen D Eingang mit dem Q2 Ausgang des Fli-Flop FF2verbunden ist. Der Zähler wird in diesem Zustand verriegelt, b is derselbe zu Ende des Zyklus neu eingestellt wird. Wenn der Ausgang M wenigstens 61 Mikrosekunden über
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den gesamten Zyklus hin, d.h. die letzten 61 Mikrosekunden bei niedrigem Wert gehalten wird, zeigt dies das Vorliegen eines Magnetfeldes an.
Unter Bezugnahme auf die VTO Wellenform gemäß Figur 3 ergibt sich, daß zu Beginn des Abtastintervalls (während dessen der Schalter N4 ausgeschaltet und der Schalter N2 angeschaltet ifet) zwei Nullkreuzungen auftreten (eine positiv, eine negativ) ob oder nicht eine Dritte vorliegen kann (positiv, was zu einem negativen Kompratorausgang führt) hängt von der Frequenz des Resonanzschaltkreises ab. Bei Vorliegen eines magnetischen Feldes, erscheint die dritte Nullkreuzung im Fenster und bei Nichtvorliegen eines magnetischen Feldes erscheint die dritte Nullkreuzung nachdem das MTST Signal auf einen niedrigen Wert abgesunken ist, wobei gleichzeitig die Flip-Flops FF2 und FF3 nicht geta<fcktet werden sollen. Nur eine Nullkreuzung von V-c in der positiven Richtung resultiert in einer Taktgebung für die Flip-Flops. Ob der Flip-Flop FF3 eingestellt ist oder nicht hängt davon ab, ob die dritte Nullkreuzung innerhalb des Abtastfensters liegt. Die Abtastempfindlichkeit kann als die Feldstärke definiert werden, die erforderlich ist, UiU die dritte Nullkreuzung der Rufstromwellenform im inneren des Testfensters zu verlagern unter der Annahme, daß die Bezugsspannung V™™ des Komparators klein ist. Die Empfindlichkeit hängt von zwei Faktoren ab. Der Erste umfaßt die magnetischen Eigenschaften des Spulenkerns. Der Zweite umfaßt die Frequenzverlagerung, um die interessierende Nullkreuzung in eine Lage im Inneren des Testfensters zu bringen.
Die magnetischen Eigenschaften des Spulenkerns hängen von der Form des Kerns und dessen magnetischen Eigenschaften ab, d.h. der B-H Kurve. Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen sollte die dynamische Permeabilität des Kerns sich um einen beträchtlichen Betrag bei der niedrigsten interessierenden Feldstärke verändern. Der Kern sollte großflächige Polflächen jedoch einen kleinen Durchmesser besitzen.
Was die Frequenzverlagerung betrifft, um den Nullkreuzungspunkt von Interesse in die angestrebte Lage innerhalb des Testfensters zu bringen, so hängt dies von der ursprünglichen Lage des Nullkreuzung spunkt es ab. Dies ist wiederum eine Funktion der Resonanz-
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frequenz der LC-Schaltung. Wenn der Schaltkreis auf eine geringfügig niedrigere Frequenz,jedoch sehr nahe zu 8.192 KHz abgestimmt ist, wird die Empfindlichkeit extrem hoch sein,jedoch kann das System durch Störgeräusche oder Interferenz angegriffen werden. Eine ausgezeichnete Störgeräuschunterbindung und gute Empfindlichkeit können erreicht werden, wenn die Resonanzfrequenz auf 8 KHz eingestellt wird. In der Praxis kann die Empfindlichkeit zu derjenigen von Miniatur-Zungenschaltern vergleichbar gemacht werden. Ausgezeichnete Störgeräuschunterbindung ergibt sich aus zwei unterschiedlichen Gründen. Zunächst wird der Magnettest 366 Mikrosekunden jede Sekunde durchgeführt; ein Störgeräusch kann nur dann wirksam werden, wenn es in diese kurze Zeitspanne fällt. Zweitens hilft die hohe Empfindlichkeit der Resonanzschaltung alle Störgeräuschkomponenten abzuweisen, auf die die Resonanzschaltung nicht abgestimmt ist.
Das Anfügen einer Magnettest-Steuerlogik zu einem gegebenen TeIeraetriesystem führt zu einer geringfügigen Zunahme im gesamten Gleichstrom. Unter Anwenden von Standard CMOS Logikkonfigurationen kann der Strom bei weniger als 0.1 Mikroampere gehalten werden. Bezüglich des zum Betreiben der Resonanzschaltung erforderlichen Stroms, wobei eine Spule mit Q = 20 und mit V = 2.8 Volt vorliegt, betrugt der Spitzenstrom durch die Spule 120 Mikroampere und der Durchschnittswert lag bei 2.3 Nanoampere. Somit wird der gesamte Systemstrom durch gut unter 0.2 Mikroampere erhöht. Es ist ebenfalls zu beachten, daß bei Speisen des Systems von einer Batterie hoher Impedanz mit einem Standard überbrückungskondensator von 10 Mikrofarad,die Betriebsspannung während des LC-Spitzenstromstoßes geringfügig unter ihren ursprünglichen Wert abfällt. Der Abfall beträgt jedoch weniger als 5 Millivolt und hat somit keinerlei schädliche Wirkung auf den Gesamtbetrieb des Systems.

Claims (9)

European Patent Attorney _ PATENTANWALT D-1000 BERLIN 33 \a ^a'l ^85 1Δ WPRPn IWIIPHP FALKENRIED 4 Ot IAlMhKhD MIhHh Telefon: (030) 8311950 Diplom-Chemiker Telex: 185 443 US/71/2533351 8459 Case 42 TELECTRONICS N.V. de Ruyterkade 58 A Curacao, Niederländische Antillen Anwendung einer Teleraetrie-Spule zwecks Ersatz eines magnetisch betätigten Zungenschalters in implantierbaren Vorrichtungen Patentansprüche
1. Telemetrie-System für die Anwendung bei einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung, die einen abgestimmten Schaltkreis mit Induktor- und Kondensatoranordnungen und einer logischen Telemetrieanordnung zum Steuern des Beaufschlagens von Erregungsimpulsen auf den Induktor bei einem Betrieb in der Übertragungsmode, gekennzeichn eöt durch eine Anordnung zum Abtasten der Spannungen über dem Induktor, wenn in der Empfangsmode gearbeitet wird, der abgestimmte Schaltkreis eine Resonanzfrequenz aufweist, die mit der Stärke des äußeren Magnetfeldes variiert, die durch den Induktor hindurchtritt und eine Anordnung zum periodischen Abtasten der Gegenwart eines Magnetfeldes, das durch die Spule hindurchtritt, wobei die Abtastanordnung eine Vorrichtung zum Beaufschlagen eines Erregungssignals auf den abgestimmten Schaltkreis für ein vorherbestimmtes Zeitintervall, eine Anordnung zum Begrenzen eines Abtastfensters besitzt, das zu vorherbestimmten Zeitpunkten im Anschluß an die Erregung des abgestimmten Schaltkreises beginnt und aufhört, sowie eine Anordnung zum Feststellen der Art besitzt, in der der Signalpegel an einem ausgev/ählten Punkt in
dem abgestimmten Schaltkreis einem Schwellenwert während des Abtastfensters entspricht.
2. System nach Anspruch 1, dad urch gekennzeichnet, daß die logische Telemetrie-Anordnung den Betrieb der Abtastvorrichtung während des Übertragens oder Empfangens von Telemetrie-Signalen inhibiert.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Beginn jedes Abtastzyklus zum Vorbereiten des abgestimmten Schaltkreises vor der Erregung desselben vorliegt.
4. System nach Ansprächen 1 oder 3, dadurch gekennzeichn e t , daß bei Betrieb in der Empfangsmode die logische Telemetrie-Anordnung und die Abtastvorrichtung die Abtastanordnung gemeinsam benutzen.
5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die abgestimmten Schaltkreisringe der Schwingung der Erregung folgen, wobei die Abtastanordnung mit einer Spannung arbeitet, die über dem Induktor erscheint, und das Abtastfenster eine Dauer dergestalt aufweist, daß eine vorherbestimmte Anzahl von Nullkreuzungen während des Abtastfensters nur in Gegenwart eines Magnetfeldes vorherbestimmter minimaler Stärke auftritt.
6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssignal dem abgestimmten Schaltkreis in periodischen Intervallen beaufschlagt wird und die das Abtastfenster definierende Anordnung und die Feststellanordnung zu periodischen Intervallen arbeiten.
7. feläme'trie-System, das einen abgestimmten Schaltkreis mit Induktor- und Kondensatoranordnungen und eine logische Telemetrie-Anordnung zum Steuern der Beaufschlagung von Erregungsimpulsen auf die Induktoranordnung bei Betrieb in einer Übertragungsmode aufweist, gekennzeichnet durch Abtastspannungen über dem Induktor bei Betrieb in der Empfangsmode, wobei der abgestimmte Schaltkreis eine Resonanzfrequenz besitzt, die mit der Stärke des äußeren Magnetfeldes variiert, das durch den
BAD
Induktor hindurchtritt und eine Anordnung zum periodischen Abtasten des Vorliegens eines Magnetfeldes, das durch die Spule hindurchtritt, die Abtastanordnung eine Anordnung zum Beaufschlagen von Erregungssignalen auf den abgestimmten Schaltkreis aufweist, wobei das Ansprechen auf dieselben eine Funktion der Stärke des äußeren Magnetfeldes darfetellt, das durch den Induktor hindurchtritt und eine Anordnung zum Analysieren des Ansprechens des abgestimmten Schaltkreises auf das Erregungssignal.
8. System nach Anspruch 7, daduch gekennzeichnet , daß die logische Telemetrie-Anordnung den Betrieb der Abtastanordnung während des Übertragens oder des Empfangs der TeIemetrie-Signale inhibiert.
9. System nach Ansprüchen 7 und 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Anordnung zum Beginn jedes Abtastzyklus zum Vorbereiten des abgestimmten Schaltkreises vor der Erregung desselben vorliegt.
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