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Diese
Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher zur intrakardialen Stimulation
von Herzgewebe und/oder zum Abfühlen
von Herzsignalen gemäß Anspruch
1.
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Das
U.S. Patent 4,628,934 beschreibt einen Herzschrittmacher, bei dem
das distale Ende einer Elektrodenvorrichtung mit mehreren unabhängig anschließbaren Elektroden
versehen sein kann.
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Eine
Elektrodenvorrichtung ist durch das U.S. Patent 3,911,928 Stand
der Technik. Mehrere relativ kleine, leitende Oberflächen sind
am Kopf der Elektrodenvorrichtung vorgesehen, um den Schwellwert
zu reduzieren und damit den Energieverbrauch. Alle leitenden Oberflächen auf
dem Kopf dieser Elektrodenvorrichtung sind mit dem gleichen Leiter
verbunden. Das kann zu einem unnötig
starken Energieverbrauch führen,
da einige der leitenden Oberflächen
nicht mit Herzgewebe zur Stimulation in Verbindung-stehen.
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Das
U.S.-Patent 4,760,852 beschreibt eine Schrittmacherelektrode, deren
distales Ende mehrere relativ große leitende Oberflächen aufweist,
die mit dem gleichen Leiter verbunden sind.
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Die
US-A-4,848,352 beschreibt eine Elektrodenvorrichtung mit mehreren
Elektroden, die über elektrische
Anschlüsse
verbunden werden können, um
eine größere Elektrode
zu erzeugen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Herzschrittmacher zu erzielen,
mit dem ein optimaler Schwellwert für jeden Patienten und daher
der niedrigste Energieverbrauch immer erreicht wird. Eine andere
Aufgabe ist es, optimales Abfühlen
von Herzsignalen zu erzielen.
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Als
Ergebnis dieser Konstruktion des Herzschrittmachers gemäß der Erfindung,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wird die Stimulationsoberfläche(n),
die den niedrigsten Schwellwert ergibt(ergeben), automatisch ausgewählt.
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Es
ist in diesem Zusammenhang ein Vorteil, wenn eine leitende Oberfläche als
Stimulationselektrode und eine andere bzw. andere leitende Oberfläche(n) als
indifferente Elektrode(n) dient(dienen).
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Die
Autocapturemittel können
alle möglichen Kombinationen
oder eine von dem Arzt programmierte Anzahl von Kombinationen testen.
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Weiterhin
könnten
auch die Stimulationsimpulse hinsichtlich Zeit und Amplitude an
den verschiedenen Oberflächen
versetzt sein. Das bedeutet, daß die
Dauer der Impulse variieren könnte,
es bedeutet aber auch, daß ein
zweiter Impuls ankommen könnte,
bevor der vorhergehende Impuls abgegeben wurde. Auf diese Art kann
ein Impuls die exakte gewünschte
Morphologie erhalten. Analog kann das Abfühlen von Herzsignalen über die
Oberfläche(n) erfolgen,
die den niedrigsten Schwellwert ergibt(ergeben).
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Eine
weitere vorteilhafte Version des Herzschrittmachers wird erzielt,
wenn die Anzahl und Wahl der leitenden Oberflächen, die über den(die) Anschluß(Anschlüsse) mit
dem Detektor zum Abfühlen
verbunden ist(sind), unabhängig
von der(den) leitenden Oberfläche(n),
die für
die Stimulation ausgenützt
wird (werden), ausgewählt
werden. Das resultiert in einer großen Auswahl von Abfühloberflächen auf
dem Elektrodenkopf. Die Abfühloberfläche mag derart
wählbar
sein, daß es
nicht die selbe Oberfläche
ist, wie sie für
die Stimulation verwendet wird. Das währe ein Vorteil beim Abfühlen unmittelbar nach
einer Stimulation, da die Stimulationsoberfläche dann polarisiert ist und
jedes Abfühlen
in der Polarisationsspannung der Stimulationsoberfläche „ertrinken" könnte.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die leitenden Oberflächen gleichmäßig über den
Elektrodenkopf verteilt sind. Auf diese Weise würde immer eine oder mehrere
Elektrodenoberfläche(n)
optimal an Herzgewebe plaziert sein.
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Gemäß einer
zusätzlichen
Ausführungsform der
Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Elektrodenkopf hemisphärisch ist
und die leitenden Oberflächen
dicht aneinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine relativ
große
Anzahl von leitenden Oberflächen
auf einem sehr kleinen Elektrodenkopf angebracht werden. Die Form
des Elektrodenkopfes stellt sicher, daß Herzgewebe nicht beschädigt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist das Zentrum des Elektrodenkopfes ein hervorstehendes
Teil mit einer leitenden Oberfläche
auf. Da das hervorstehende Teil extrem klein ist, hat dieses Teil
zumindest eine Chance, in Kontakt mit Herzgewebe zu verbleiben,
wenn sich der Elektrodenkopf verschiebt.
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Eine
Version der Erfindung, einfach in Bezug auf die Konstruktion, schlägt vor,
daß der
Elektrodenkopf aus mehreren leitenden Körpern besteht, die voneinander
isoliert sind. Mit einer derartigen Ausführungskonstruktion kann der
Elektrodenkopf eine Konfiguration haben, bei der einer der leitenden
Körper
in Relation zu dem anderen versetzt ist. Das freie Ende des hervorstehenden
Körpers
kann zusätzlich zu
den Seiten des freien Endes isoliert werden, um jede Leitung zwischen
den leitenden Oberflächen
der Körper
zu verhindern. Als ein Ergebnis dieser Struktur des Elektrodenkopfes
können
die leitenden Oberflächen
eines Körpers
oder eines anderen zur gleichzeitigen Stimulation von Herzgewebe
und/oder zum Abfühlen
von Herzsignalen verwendet werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung schlägt
vor, daß der
Elektrodenkopf mit einer traumatischen Befestigungskompo nente ausgestattet
ist, auf der zumindest eine leitende Oberfläche vorgesehen ist. Das ergibt
sowohl das Befestigen des Elektrodenkopfes an der Herzwand und stellt
sicher, daß zumindest
zwei leitende Oberflächen
in Kontakt mit Herzgewebe sind.
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Bei
einer konstruktiv einfachen Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Befestigungskomponente
wendelförmig
ist. Auf diese Weise kann der Elektrodenkopf teilweise in Herzgewebe
eingeschraubt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung besteht mindestens eine der leitenden Oberflächen aus
mikroporösem
Material. Als Ergebnis des mikroporösen Materials können die
Stimulationselektrode und die indifferente Elektrode sehr klein gemacht
werden, während
die leitenden Oberflächen gleichzeitig
relativ groß sind.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann zumindest eine der leitenden Oberflächen mit einer
Schicht aus einem Ionen austauschenden Material beschichtet sein.
Das Ionen austauschende Material dient z.B. als Schutz gegen Schmutzteilchen.
Die leitenden Oberflächen
sind sehr empfindlich gegen derartige Teilchen, besonders wenn die Oberflächen aus
mikroporösem
Material hergestellt sind.
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Die
Erfindung kann passenderweise durch eine Ausführungsform verfeinert werden,
bei der zumindest eine der leitenden Oberflächen mit einer Medikamentenschicht
beschichtet ist. Diese Beschichtung hat einen antiinflamatorischen
Effekt, wenn der Elektrodenkopf gegen die Herzwand gedrückt oder
in diese hineingeschraubt wird. Auf diese Art wird die Bildung von
fibrösem
Gewebe um den Elektrodenkopf herum, etwas was ansonsten auftreten
könnte, verhindert
oder reduziert.
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Die
Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
Seitenansicht eines Herzschrittmachers ist, an den eine Elektrodenvorrichtung
gemäß der Erfindung
angeschlossen ist, mit einem vergrößert, teilweise im Querschnitt
dargestellten Elektrodenkopf;
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2 eine
Vorderansicht eines Elektrodenkopfes nach 1 ist;
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3 ein
Querschnitt der Elektrodenvorrichtung entlang der Schnittlinie III-III
in 1 ist;
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4 in
einem Flußdiagramm
die Autocapturerealisierung detaillierter illustriert;
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5 in
einem Flußdiagramm
eine Autocaptureroutine, die der Herzschrittmacher gemäß einem ersten
Test ausführen
kann, illustriert;
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6 in
einem Flußdiagramm
eine weitere Autocaptureroutine, die der Herzschrittmacher gemäß einem
zweiten Test ausführen
kann, illustriert.
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1 zeigt
einen Herzschrittmacher 14 zur intrakardialen Stimulation
von Herzgewebe eines Patienten und/oder zum Abfühlen von Herzsignalen. Der
Schrittmacher 14 weist eine Elektrodenvorrichtung 1 auf,
die ein Elektrodenkabel 2 enthält, das an seinem distalen
Ende mit einem hemisphärischen Elektrodenkopf 3 ausgestattet
ist. Der Elektrodenkopf 3 ist mit vier runden, dicht aneinander
angeordneten leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7 versehen,
die gleichmäßig auf
dem Elektrodenkopf 3 verteilt sind und die durch Isoliermaterial 8 voneinander
getrennt sind. Die leitende Oberfläche 7 ist in dieser 1 verborgen.
Jede leitende Oberfläche 4, 5, 6, 7 ist
mit ihrem eigenen langgestreckten, flexiblen Leiter 9, 10, 11, 12 verbunden,
der sich bis zum proximalen Ende des Elektrodenkabels erstreckt,
wobei die Leiter 9, 10, 11, 12 voneinander
isoliert sind. Das Elektrodenkabel 2 ist auch mit einer
externen Isolationsschicht 13 versehen. Der Herzschrittmacher 14 ist
mit dem proximalen Ende des Elektrodenkabels 2 verbunden. Der
Herzschrittmacher 14 weist weiterhin einen Schalter 15 mit
vier Ausgangsanschlüssen 16, 17, 18, 19 auf,
jeder mit seinem eigenen Leiter 9, 10, 11, 12 für die leitenden
Oberflächen 4, 5, 6, 7 auf
dem Elektrodenkopf 3 verbunden. Der Schalter 15 hat auch
eine Elektronikeinheit 20, die mit den Ausgangsanschlüssen 16, 17, 18, 19 verbunden
ist. Der Herzschrittmacher 14 weist zusätzlich einen Stimulationsimpulsgenerator 21 und
einen Detektor 22 zum Abfühlen auf, jeder von denen individuell
mit der Elektronikeinheit 20 verbunden, und eine Autocapturefunktionseinheit 23,
die mit dem Stimulationsimpulsgenerator 21, dem Detektor 22 und
der Elektronikeinheit 20 verbunden ist.
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2 zeigt,
daß die
leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7 gleichmäßig auf
dem Elektrodenkopf verteilt sind. Die leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7 sind
die Enden von aus leitendem Material hergestellten Drähten, deren
andere Enden mit einem der voneinander isolierten Leiter 9, 10, 11, 12,
verbunden sind, wie in dem Querschnitt durch die Elektrodenvorrichtung
in 3 dargestellt.
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Nachdem
das Elektrodenkabel 2 in bekannter Weise in das Herz eines
Patienten eingeführt
und der Elektrodenkopf an Herzgewebe angelegt worden ist, wird der
Stimulationsgenerator 21 über die Elektronikeinheit 20,
z.B. über
den Ausgangsanschluß 18 und
Leiter 11, zu der leitenden Oberfläche 6 durchgeschaltet,
wodurch eine Spannung zur Stimulation des Herzgewebes an diese Oberfläche 6 angelegt
wird. Der Detektor 22 wird dann in gleicher Weise über die Elektronikeinheit 20,
eine oder mehrere der Ausgangsanschlüsse 16, 17, 18, 19 und über den
korrespondierenden Leiter 9, 10, 11, 12 zu
einer oder mehreren leitenden Oberfläche(n) 4, 5, 6, 7 zum
Abfühlen von
Herzsignalen durchgeschaltet. Die Anzahl und Auswahl der mit dem
Detektor 22 über
einen oder mehrere der Leiter 9, 10, 11, 12 verbundenen
leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7 kann
unabhängig
von der(den)für
die Stimulation eingesetzten leitenden Oberfläche(n) 4, 5, 6, 7 gewählt werden.
Alle leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7 können mit
Vorteil zu dem Detektor 22 durchgeschaltet werden.
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In 4 wird
die Struktur des Herzschrittmachers 14, der die Autocapturefunktion
und Auswahl der Elektrodenoberflächenkonfiguration
ausführt,
in einem Blockdiagramm dargestellt. Der Stimulationsimpulsgenerator 21,
der Detektor 22 und die Autocapurefunktionseinheit 23 sind,
wie ebenfalls in 1 dargestellt, mit der Elektronikeinheit 20 verbunden.
In der Elektronikeinheit 20 ist ein erster Schalter 121 zwischen
den Ausgangsanschluß 16 und
den Stimulationsimpulsgenerator 21 geschaltet, ein zweiter Schalter 122 ist
zwischen den Ausgangsanschluß 17 und
den Stimulationsimpulsgenerator 21 geschaltet, ein dritter
Schalter 123 ist zwischen den Ausgangsanschluß 18 und
den Stimulationsimpulsgenerator 21 geschaltet, ein vierter
Schalter 124 ist zwischen den Ausgangsanschluß 19 und
den Stimulationsimpulsgenerator 21 geschaltet, ein fünfter Schalter 125 ist
zwischen den Ausgangsanschluß 16 und
den Detektor 22 geschaltet, ein sechster Schalter 126 ist zwischen
den Ausgangsanschluß 17 und
den Detektor 22 geschaltet, ein siebenter Schalter 127 ist
zwischen den Ausgangsanschluß 18 und
den Detektor 22 geschaltet und ein achter Schalter 128 ist
zwischen den Ausgangsanschluß 19 und
den Detektor 22 geschaltet. Die Schalter 121–128 können, wenn sie
durch die Autocapturefunktionseinheit 23 aktiviert werden,
selektiv jeden Ausgangsanschluß 16, 17, 18, 19 oder
eine Kombination der Ausgangsanschlüsse 16, 17, 18, 19 entweder
mit dem Impulsgenerator 21 und/oder dem Detektor 22 verbinden.
Weiterhin kann ein neunter Schalter 129 keinen, einen oder
beide von dem Stimulationsimpulsgenerator 21 und Detektor 22 mit
dem Gehäuse
des Herzschrittmachers 14 zum unipolaren Stimulieren und
Abfühlen
verbinden. Die Autocaputrefunktionseinheit 23 ist so programmiert,
um automatisch die leitende Oberflächenkombination zu suchen,
die in dem niedrigsten Stimulationsschwellwert resultiert. Das bedeutet, daß die Autcapturefunktionseinheit 23 selektiv über die
Schalter 121 bis 129 eine Sequenz verschiedener Stimulationsdis-positionen
testen und die effektivste auswählen
wird.
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Die
Autocapturefunktion selbst ist bekannt. Im Grunde wird sie durch
Reduzieren der Stimulationsenergie ausgeführt, bis keine Reaktion vom
Herzen kommt, d.h. kein Capture, wonach die Stimulationsenergie
erhöht
wird, bis vom Detektor 22 Capture detektiert und der Schwellwert
bestimmt wird.
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5 illustriert
ein mögliches
Flußdiagramm zur
Ausführung
einer Auswahl der zehn niedrigsten Schwellwerte aller programmierten
Kombinationen. Die Anzahl der möglichen
Kombinationen könnte größer sein
als die Anzahl der programmierten Kombinationen. Das beruht darauf,
daß es
zum Beispiel nicht angebracht ist, bipolar zwischen zwei leitenden Oberflächen zu
stimulieren, die zu dicht nebeneinander liegen.
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Das
Flußdiagramm
beginnt mit dem ersten Block durch Starten TEST A und Zuordnen der
ersten Kombination (n: = 1). Die Funktion wird dann fortschreiten
mit der Auswahl und Verbindung der ersten Elektrodenkombination,
d.h. der ersten Kombination von leitenden Oberflächen 4, 5, 6, 7,
und der Schwellwert wird für
die erste Kombination in einer bekannten Weise bestimmt. Da dieser
TEST A die zehn Kombinationen mit dem niedrigsten Schwellwert auswählen soll,
untersucht ein Frageblock, ob die Anzahl n zehn Auswahlen überschritten
hat. Wenn nicht, wird die aktuelle Kombination und der bestimmte Schwellwert
unmittelbar gespeichert und die Anzahl für die aktuelle Kombination
wird um eins erhöht
(n: = n + 1). Im nächsten
Frageblock wird bestimmt, ob alle möglichen Kombinationen N schon
getestet worden sind. Wenn das der Fall ist, wird der Test beendet
und die zehn Kombinationen, die den niedrigsten Stimulationsschwellwert
zeigen, werden in einem Speicher gespeichert. Wenn TEST A nicht
alle Kombinationen durchlaufen hat, wird die nächste ausgewählt und
ihr Schwellwert bestimmt.
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Wenn
die Anzahl der getesteten Kombinationen zehn übersteigt (JA im Block n > 10?), wird der bestimmte
Schwellwert für
die aktuelle Kombination mit den gespeicherten Schwellwerten ver glichen
und wenn irgendein gespeicherter Schwellwert größer ist als der gerade bestimmte
Schwellwert (JA im Block IST DER GESPEICHERTE SCHWELLWERT HÖHER?), wird
die gespeicherte Kombination durch die vorliegende Kombination und
deren Schwellwert ersetzt. Die Anzahl der getesteten Kombinationen
wird nun erhöht
und die Funktion schreitet wie oben beschrieben fort.
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Es
sollte beachtet werden, daß dieses
Flußdiagramm
nur die Ausführung
der Autocapturefunktion angibt. Wenn die Anzahl der möglichen
Kombinationen groß ist,
könnte
es für
einen Patienten sehr unangenehm sein, wenn der Herzschrittmacher
in einer ununterbrochenen Sequenz alle Kombinationen durchlaufen
müßte. Im
Besonderen in dem Block BESTIMME SCHWELLWERT könnten daher Zeitfunktionen
enthalten sein, die die Anzahl der Tests pro Stunde oder dergleichen
reduzieren. Wenn keine spezielle Kombination automatisch ausgewählt worden
ist, wird das Herz mit einer Kombination und Stimulationsenergie
stimuliert, die entweder durch einen Arzt ausgewählt wurde, oder eine Kombination und
Stimulationsenergie, die vorhergehend durch die Autocapturefunktion
ausgewählt
wurde.
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6 illustriert
ein Flußdiagramm
für einen TEST
B. TEST B ist eine Fortsetzung von TEST A und in TEST B werden die
zehn gespeicherten Kombinationen getestet, um zu bestimmen, welche
der zehn den niedrigsten Schwellwert hat. TEST B wird routinemäßig von
dem Herzschrittmacher 14 durchgeführt, um sicherzustellen, daß es die
Kombination mit dem niedrigsten Schwellwert ist, die permanent aktiviert
wird.
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Das
Flußdiagramm
beginnt mit einem STARTE TEST B Block, der automatisch in ausgewählten Zeitintervallen
durch die Autocapturefunktionseinheit 23 eingeleitet werden
könnte.
Die erste Kombination wird dann adressiert (m: = 1) und in dem nächsten Block
ausgewählt.
Wie in TEST A wird der Schwellwert bestimmt. In TEST B ist es nur
relevant, die Kombination mit dem niedrigsten Schwellwert zu finden
und der erste Schwell wert wird daher gespeichert, um mit anderen
Kombinationen verglichen zu werden. In dem nächsten Block wird die Zahl
für die Kombination
erhöht
und die Funktion kontrolliert, ob alle Kombinationen bereits kontrolliert
worden sind und in diesem Fall wird TEST B beendet. Ansonsten wird
die nächste
Kombination ausgewählt
und ihr Schwellwert bestimmt. Die gegenwärtige Kombination und ihr Schwellwert
wird nun mit der gespeicherten Kombination und dem Schwellwert verglichen und
wenn der gespeicherte Schwellwert höher ist, wird die gegenwärtige Kombination
und der gegenwärtige
Schwellwert die früher
gespeicherte Kombination und deren Schwellwert ersetzen und die
Funktion wird durch Erhöhen
der Anzahl der Kombinationen fortgesetzt. Wenn der gespeicherte
Schwellwert niedriger ist als der aktuelle Schwellwert, wird die Funktion
nur dahingehend fortgesetzt, die nächste Kombination zu überprüfen. Wenn
TEST B beendet ist, wird die Autocapturefunktionseinheit die ausgewählte Kombination
solange verwenden, bis ein neuer Test anzeigen kann, daß eine andere
Zahl der Kombination zu bevorzugen ist, oder wenn ein Arzt über Telemetrie
durch eine externe Programmiereinheit eine andere Kombination für die Stimulation
auswählt.
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Analog
kann die Autocapturefunktionseinheit eine Kombination leitender
Oberflächen 4, 5, 6, 7 auswählen, die
das beste Abfühlniveau
für den
Detektor 22 ergibt.
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Es
mag geeignet sein, wenn der Block BESTIMME SCHWELLWERT in TEST B,
wie in TEST A mit Mitteln zur Verlängerung des gesamten Tests
versehen ist, so daß der
Patient durch den TEST so unbeeinflußt wie möglich bleibt.
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Weiterhin
kann die Autocapturefunktionseinheit, wenn sie bipolar angeschlossen
ist, die Verbindung umschalten, so daß die negativ leitende(n) Oberfläche(n) positiv
werden und umgekehrt. Der Polwechsel kann automatisch durchgeführt werden, wenn
eine Erhöhung
des Schwellwertes durch die Autocapturefunktionseinheit 23 detektiert
wird, wodurch getestet wird, welche der beiden Kombinationen den
niedrigsten Schwellwert ergibt.
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Die
leitenden Oberflächen,
die aus einem mikroporösen
Material bestehen, können
mit einem Ionen austauschenden Material und mit einer Medikamentenschicht
beschichtet sein.
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Der
Elektrodenkopf der Elektrodenvorrichtung ist nicht auf die beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt.
Das Wesentliche ist, daß die
leitenden Oberflächen
auf dem Elektrodenkopf voneinander elektrisch isoliert sind, so
daß der
Bediener eine Möglichkeit
hat, eine oder eine gewünschte
Kombination mehrerer leitender Oberflächen zu verwenden, um eine
optimale Stimulation mit minimalem Energieverbrauch zu erhalten.
Die Anzahl der leitenden Oberflächen
ist nicht begrenzt. Zusätzlich
kann die Größe und Form
aller oder einiger dieser Oberflächen
variieren. Diese Ausführungsformen
sind nur durch die folgenden Patentansprüche begrenzt.
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- 1
- Elektrodenvorrichtung
- 2
- Elektrodenkabel
- 3
- Elektrodenkopf
- 4,
5, 6, 7
- leitende
Oberfläche
- 8
- Isoliermaterial
- 9,
10, 11, 12
- Leiter
- 13
- Isolierschicht
- 14
- Herzschrittmacher
- 15,
121–129
- Schalter
- 16,
17, 18, 19
- Ausgangsanschluß
- 20
- Elektronikeinheit
- 21
- Stimulationsimpulsgenerator
- 22
- Detektor
- 23
- Autocapturefunktionseinheit