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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Herzstimulator gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei
einer Herzstimulation wird ein elektrischer Impuls, d. h. ein Herzstimulationsimpuls
zum Herzgewebe im Atrium und/oder Ventrikel geliefert, um eine Kontraktion
des Atriums und/oder des Ventrikels zu induzieren, wodurch die Pumpkapazität des Herzens
unterstützt
wird. "Capture" bezieht sich auf die
Depolarisation von Herzzellen, die durch einen Stimulationsimpuls
hervorgerufen wird. Eine Depolarisation führt (gewöhnlich) zu einer Kontraktion
des Herzgewebes. In einem Stimulationsimpuls wird der niedrigst
benötigte
Energieinhalt zur Erzielung einer Depolarisation der Herzzellen üblicherweise
als "Stimulationsschwelle" bezeichnet. Die
Antwort des Herzgewebes auf einen Stimulationsimpuls wird als "evozierte Reaktion" (ER) bezeichnet,
die ein Capture (Reizbeantwortung) oder ein Nicht-Capture (keine Reizbeantwortung)
sein kann.
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AUTOCAPTURETM betrifft die automatische Steuerung und
Einstellung des Stimulationsschwellwertes. Wenn diese Funktion für ein Capture
im Ventrikel benutzt wird, kann die "Stimulationsschwelle" definiert werden als der niedrigste
Stimulationspegel, bei dem wenigstens zwei Herzstimulationsimpulse
zu einem Capture führen.
Prüfungen
auf die Stimulationsschwelle werden in bestimmten Intervallen durchgeführt.
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Aus
der US-5 165 404 ist ein Herzstimulator bekannt, der Mittel zum
Bestimmen der Stimulationsschwelle von Stimulationsimpulsen enthält. Die
Beschreibung des Standes der Technik in der US-5 165 404 gibt den
Weg an, wie die Stimulationsschwelle durch aufeinanderfolgende Reduktion
im Energieinhalt der Stimulationsimpulse und eine Überprüfung der
Reaktion des Herzens auf den jeweiligen Stimulationsimpuls bestimmt
werden kann. Wenn das Herz mit dem Reagieren aufhört, wird
die Stimulationsschwelle als die niedrigste Stimulationsimpulsamplitude
definiert, die eine Herzreaktion hervorgerufen hat.
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Aus
der US-4 686 988 ist ein Herzstimulator bekannt, der Mittel enthält um zu
bestimmen, ob atriales Capture vorliegt oder nicht. Es werden zwei
Abfühlverstärker verwendet,
ein erster Verstärker
zum Abfühlen
der innerlichen P-Wellen und ein zweiter Verstärker zum Abfühlen der
P-Wellen in Antwort auf einen Stimulationsimpuls. Die Ausgangssignale
aus diesen beiden Verstärkern
werden selektiv über
Telemetrie an einen externen Empfänger weitergege ben, wo das
Auftreten der atrialen Stimulationsimpulse und der P-Wellen überwacht
werden kann.
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Bei
der Identifizierung der Stimulationsschwelle ist die Weise, bei
der durch Reduzierung der Amplitude der Stimulationsimpulse der
niedrigste Pegel, bei dem ein Capture auftritt, oben beschrieben worden.
Da der Energieinhalt der Stimulationsimpulse für den Erfolg der Stimulation
entscheidend ist, ist die Dauer des Stimulationsimpulses für eine erfolgreiche
Stimulation ebenfalls wichtig. Die Identifizierung der Stimulationsschwelle
wird unter Verwendung der maßgebenden
programmierten Dauer durchgeführt.
Typische Werte für
die Dauer des Stimulationsimpulsbereichs liegen zwischen 0,03 bis 1,0
ms.
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Die
gegenwärtig
benutzten AUTOCAPTURETM-Systeme sind für AUTOCAPTURETM im Ventrikel vorgesehen, in dem die Signalpegel
für die
evozierte Reaktion so hoch liegen, daß sie leicht erfaßt und identifiziert
werden können.
Signale im Atrium sind jedoch viel schwächer und emittierte Stimulationsimpulse
interferieren mit den Messungen. Dies bedeutet, daß die Erfassung
der evozierten Reaktion auf eine andere Weise durchgeführt werden
muß, so daß das im
Ventrikel benutzte AUTOCAPTURETM nicht direkt
im Atrium anwendbar ist.
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AUTOCAPTURETM bedeutet, daß der Pegel der Stimulationsspannung
periodisch überprüft wird, wodurch
der Schrittmacherbetrieb zuverlässiger wird.
Ein weiterer Effekt von AUTOCAPTURETM ist es,
den Stromverbrauch zu minimieren, wodurch die Lebensdauer der Schrittmacherbatterie
vergrößert wird.
Insbesondere bei Zweikammerschrittmachern, d. h. DDD-Schrittmachern,
die sowohl im Ventrikel als auch im Atrium stimulieren und abfühlen, besteht auch
ein Bedarf für
eine AUTOCAPTURETM-Funktion im Atrium, um
eine zuverlässigere
Stimulation zu erzielen und den Stromverbrauch zu minimieren.
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DDD-Schrittmacher
können
bei Patienten mit weit variierenden Herzzuständen eingesetzt werden. Einige
Patienten haben eine intakte Leitung zwischen dem Atrium und dem
Ventrikel (AV-Leitung) und einige nicht. Die mechanische Pumpfähigkeit des
Atriums variiert auch von Patient zu Patient. Das Atrium schlägt bei einigen
Patienten elektrisch, d. h. es liegt eine Depolarisation der Herzzellen
vor, aber diese Depolarisation führt
nicht dazu, irgendeine mechanische Kontraktion des Atriums hervorzurufen,
d. h. dem Atrium mangelt es an Pumpfähigkeit.
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Die
US-4 905 696 zeigt, dass ein in dem Ventrikel gemessenes Impedanzsignal
einer schnellen, leicht erfassten Änderung bei einer atrialen
Kontraktion unterliegt. Die Messung wird zwischen der Elektrodenspitze
in dem Ventrikel und dem Metallgehäuse des Schrittmachers oder
einer näher
an der Stimulationselektrode gelegenen indifferenten Elektrode mittels
eines der Elektrodenspitze zugeführten
Hochfrequenzsignals durchgeführt.
Wenn sich das Atrium zusammenzieht, fällt die Impedanz im Ventrikel
ab, wenn sich der Ventrikel mit Blut füllt. Dieses verursacht eine
schnelle, erfassbare Änderung
im Impedanzsignal. Der Überblick über den
Stand der Technik in der US- 4 905 696 gibt noch weitere Wege einer Erfassung
der atrialen Kontraktion an, bei denen eine Elektrode im Atrium
benutzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung gibt eine Lösung für die Probleme an, ein Capture
im Atrium zu verifizieren. Dies wird erreicht bei einem Herzstimulator des
oben beschriebenen Typs mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches
1 angegebenen Merkmalen.
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Somit
wird in dem erfindungsgemäßen Herzstimulator
die zwischen zwei aufeinanderfolgenden, in das Atrium ausgesandten
Stimulationsimpulsen verstreichende Zeit variiert und es werden
die Veränderungen
bei den entsprechenden ventrikulären
Ereignissen studiert. Dies macht es möglich zu verifizieren, ob die
AV-Leitung des Patienten intakt ist. Falls die ventrikulären Ereignisse
zeitlich in der gleichen Weise variieren wie die in das Atrium emittierten
Stimulationsimpulse, liegt eine AV-Leitung und ein Capture im Atrium
vor.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Herzstimulators
enthält
der Stimulator auch einen Impedanzmesser zum Messen der Impedanz
zwischen dem Atrium und dem Ventrikel, wobei der Impedanzmesser
ausgebildet ist, die Impedanz zu messen, falls das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden
ventrikulären
Depolarisationen nicht in der gleichen Weise wie das Intervall zwischen
den Stimulationsimpulsen im Atrium variiert, und angenommen wird,
dass ein Capture vorliegt, falls die Impedanzmessung das Vorhandensein
einer atrialen Kontraktion zeigt und im Depolarisationssignal des
Ventrikels keine begleitende ventrikuläre Aktivität detektiert wird.
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Falls
gemäß der Erfindung
das Fehlen einer funktionierenden AV-Leitung beim Patienten verifiziert
worden ist, muss deshalb eine Prüfung
durchgeführt
werden, um sicherzustellen, ob zum Atrium gelieferte Stimulationsimpulse
eine atriale Kontraktion veranlassen, d. h. ob der Patient ein funktionierendes Atrium
besitzt. Dies wird untersucht durch Studieren der Im pedanzänderung
zwischen der atrialen Elektrode und der ventrikulären Elektrode
während
der atrialen Stimulation. Um sicherzustellen, dass die Impedanzänderung
durch eine atriale Kontraktion und nicht durch eine begleitende
ventrikuläre
Aktivität veranlasst
ist, wird das Depolarisationssignal im Ventrikel studiert, um sicherzustellen,
dass keine begleitende ventrikuläre
Aktivität
vorliegt. Ein Capture ist im Atrium vorhanden, falls eine atriale
Kontraktion in der vorgenannten Weise verifiziert wird und keine
begleitende ventrikuläre
Aktivität
festgestellt wird.
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Falls
der gemessene Impedanzwert anzeigt, dass trotz der Verwendung der
maximalen Stimulationsenergie keine atriale Kontraktion vorliegt,
funktioniert das Atrium nicht und der Herzstimulator schaltet gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herzstimulators
automatisch auf einen Stimulationsmodus um, bei dem nur der Ventrikel
stimuliert wird, beispielsweise auf VVI oder VVI-R. Eine Verifikation
des Captures im Atrium ist eine Funktion, die dauernd aktiviert
sein kann oder nur in einem speziellen Intervall, beispielsweise
einmal pro Stunde aktiviert wird.
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Der
erfindungsgemäße Herzstimulator
wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren in den beigefügten Zeichnungen
mehr im Detail beschrieben, wobei
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1 ein Blockdiagramm eines
erfindungsgemäßen Herzschrittmachers
ist;
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2 ein Blockdiagramm einer
Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
ist.
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Gleichen
oder ähnlichen
Komponenten in den Figuren sind die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.
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1 zeigt ein Blockdiagramm
eines Herzstimulators mit einer atrialen Elektrode 2, einem
atrialen Detektor 4, einem atrialen Impulsgenerator 6,
einer ventrikulären
Elektrode 8, einem ventrikulären Detektor 10 und
einem ventrikulären
Impulsgenerator 12. Der atriale Detektor 4 ist über einen
Zähler 14 mit
einer programmierbaren Steuervorrichtung 16 verbunden,
mit der der atriale Impulsgenerator 6, der ventrikuläre Detektor 10 und
der ventrikuläre
Impulsgenerator 12 in Verbindung stehen. Der ventrikuläre Detektor 10 ist
außerdem
mit einem Impedanzmesser 18, einer Vergleichseinheit 20 und
einer Messeinheit 22 verbunden. Eine Anzeigevorrichtung 24 steht mit
dem Impedanzmesser 18, der Vergleichseinheit 20 und
der Messeinheit 22 in Verbindung. Die Anzeigevorrichtung 24 ist
auch mit der programmierbaren Steuervorrichtung 16 verbunden.
Der atriale Detektor 4 ist in der Lage, die Polarisationssignale
im Atrium abzufühlen
und der atriale Impulsgenerator 6 kann über die atriale Elektrode 2 Stimulationsimpulse
in das Atrium liefern. Der ventrikuläre Detektor 10 ist
in der Lage, die Polarisationssignale im Ventrikel abzufühlen und
der ventrikuläre
Impulsgenerator 12 kann über die ventrikuläre Elektrode 8 Stimulationsimpulse in
den Ventrikel liefern.
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Die
programmierbare Steuervorrichtung 16 kann mittels Telemetrie
(Radiosignale) mit einem (nicht dargestellten) Programmiergerät außerhalb des
Körpers
kommunizieren. Mit dem Programmiergerät können verschiedene Parameter
für den
Betrieb des Herzstimulators, wie der Arbeitsmodus des Herzstimulators
(beispielsweise VVI, DDD), die Frequenz, bei der ein Capture geprüft werden
soll, etc. eingestellt werden. Das Umprogrammieren des Herzstimulators
mit Hilfe eines Programmiergerätes ist
jedem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet vertraut und wird deshalb
hier nicht beschrieben. Es liegt auch außerhalb des Umfangs dieser
Patentanmeldung.
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Bei
der Stimulation des Atriums veranlasst die Steuervorrichtung 16 den
atrialen Impulsgenerator 6 einen Stimulationsimpuls mit
einem voreingestellten Energieinhalt zum Herzen zu senden. Diese Steuerung
wird über
den Zähler 14 ausgeübt, der
ein erstes Intervall zwischen aufeinanderfolgenden emittierten Stimulationsimpulsen
durch Kürzen
oder Verlängern
des Intervalls um eine vorbestimmte Zeitperiode variieren kann,
wobei die Zeit bezüglich
des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden emittierten Stimulationsimpulsen
zum Atrium kurz ist. Diese vorbestimmte Zeitdauer, mit der das erste
Intervall gekürzt
oder verlängert
wird, liegt in der Größenordnung
von 10 bis 100 ms. Der Zähler 14 sendet
Informationen über
die Dauer des ersten Intervalls zur Vergleichseinheit 20.
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Der
ventrikuläre
Detektor 10 fühlt
das Depolarisationssignal des Herzens im Ventrkel ab. Dieses Signal
wird beispielsweise zur Vergleichseinheit 20 gesandt, die
die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden QRS-Komplexen misst, welche
den atrialen Stimulationsimpulsen im Depolarisationssignal zugeordnet sind,
so dass ein zweites Intervall gebildet wird. Die Vergleichseinheit 20 vergleicht
auch das erste Intervall mit dem zweiten Intervall. Ein hohes Maß an Messzuverlässigkeit
wird erzielt, wenn eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender
erster Intervalle variiert und mit einer vorbestimmten Anzahl zweiter Intervalle,
die den ersten Intervallen zugeordnet sind, verglichen wird.
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Ein
Vergleich zwischen dem ersten Intervall und dem zweiten Intervall
bzw. zwischen den ersten und den zweiten Intervallen kann beispielsweise durch
Bestimmen der Differenz zwischen den Zeitintervallen durchgeführt werden.
Falls die Differenz kleiner als ein vorbestimmter Minimalwert ist,
werden die Intervalle als gleich groß angesehen.
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Falls
die Zeit zwischen den QRS-Komplexen in der gleichen Weise wie die
Zeit zwischen den in das Atrium emittierten Stimulationsimpulsen
variiert, ist die elektrische Leitung zwischen dem Atrium und dem
Ventrikel (AV-Leitung) intakt und es liegt dann im Atrium ein Capture
vor. Falls auf diese Weise ein im Atrium vorliegendes Capture festgestellt
wird, geht ein erstes Signal 26 auf „hoch". Dieses Signal wird zur Anzeigevorrichtung 24 gesandt.
Das erste Signal 26 ist im Normalzustand „niedrig". Falls die Zeit
zwischen den QRS-Komplexen nicht in der gleichen Weise wie die Zeit
zwischen atrialen Stimulationsimpulsen variiert, d. h. falls der
Unterschied zwischen den Intervallen den vorbestimmten Minimalwert überschreitet,
geht ein zweites Signal 28 auf „hoch" und dieses Signal wird zum Impedanzmesser 18 gesandt.
Das zweite Signal 28 ist normalerweise „niedrig".
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Der
mit dem ventrikulären
Detektor 10 verbundene Impedanzmesser 18 misst,
falls das von der Vergleichseinheit 20 erhaltene zweite
Signal 28 „hoch" ist, während der
atrialen Stimulation die Impedanz zwischen der Elektrode im Atrium
und der Elektrode im Ventrikel. Bei einer atrialen Kontraktion liegt eine
leicht erfassbare Impedanzänderung
vor, die mittels des Impedanzmessers 18 dazu benutzt wird, die
atriale Kontraktion zu detektieren. Die Impedanzmessung kann auf
mehrere verschiedene Weisen durchgeführt werden, die dem Fachmann
vertraut sind, beispielsweise wie in der in der oben zitierten US-4
905 696 beschriebenen An.
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Falls
die Impedanzmessung ergeben hat, dass eine atriale Kontraktion vorliegt,
geht ein drittes Signal 30 auf „hoch". Dieses Signal wird durch den Impedanzmesser 18 ausgegeben
und zur Anzeigevorrichtung 24 und zur Messeinheit 22 gesandt.
Der normale Zustand des dritten Signals 30 ist „niedrig", aber das Signal
geht für
eine vorgegebene Zeitdauer auf „hoch", wenn eine atriale Kontraktion detektiert wird.
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Somit
wird das dritte Signal 30 zur Messeinheit 22 gesandt,
zu der ebenfalls ein detektiertes Polarisationssignal aus dem ventrikulären Detektor 10 gesandt
wird. Falls das dritte Signal 30 „hoch" ist und das Depolarisationssignal keine
gleichzeitige ventrikuläre
Aktivität
anzeigt, geht ein viertes Signal 32 auf „hoch". Dieses vierte Signal 32 wird
zur Anzeigevorrichtung 24 gesandt. So geht das vierte Signal 32 auf „hoch", falls die Impedanzmessung
ergibt, dass eine atriale Kontraktion vorliegt und keine gleichzeitige ventrikuläre Aktivität detektiert
wird. Die Erzeugung des vierten Signals 32 verifiziert
das Vorliegen eines Captures im Atrium.
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Das
erste 26, das dritte 30 und vierte Signal 32 werden
somit zur Anzeigevorrichtung 24 gesandt.
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2 zeigt ein Blockdiagramm
der Anzeigevorrichtung 24 mit einem OR-Glied 34 und
einem NOT-Glied 36. Das erste Signal 26 und das
dritte Signal 30 werden zum OR-Glied 34 gesandt.
Falls entweder das erste Signal 26 oder das dritte Signal 30 „hoch" ist, gibt das OR-Glied ein erstes
Anzeigesignal 38 aus, welches „hoch" ist, um das Vorhandensein eines Captures
im Atrium anzuzeigen. Das vierte Signal 32 wird zum NOT-Glied 36 gesandt. Falls
für eine
vorbestimmte Zeitdauer mit keiner atrialen Kontraktion an einem
vorbestimmten Zeitpunkt das dritte Signal „niedrig" ist und das NOT-Glied 36 ein
Ausgangssignal ausgibt, das zum Eingangssignal invers ist, zeigt
ein zweites Anzeigesignal 40, das an dem vorbestimmten
Zeitpunkt „hoch" ist, an, dass keine
atriale Kontraktion eingetreten ist und demzufolge im Atrium kein
Capture vorliegt. Der vorbestimmte Zeitpunkt, der bestimmt, wann
das zweite Anzeigesignal 40 relevant ist, hängt davon
ab, wann die Impedanzmessung durchgeführt wird, und dies hängt wiederum
von der Zeit ab, während
der das Atrium stimuliert wird. Wenn die programmierbare Steuervorrichtung 16 nach
jedem emittierten atrialen Stimulationsimpuls ein Zeitfenster erzeugt,
falls das zweite Signal 28 „hoch" ist, und das zweite Anzeigesignal40 während dieses
Zeitfensters untersucht wird, kann ein „hoch"-Zustand für das zweite Anzeigesignal 40 leicht
identifiziert werden.
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Falls
das zweite Anzeigesignal „hoch" ist, bedeutet dies,
dass keine atriale Kontraktion aufgetreten ist. Damit mangelt es
dem Atrium an Pumpfähigkeit
und der Herzstimulator kann demgemäss auf einen Stimulationsmodus
umschalten, in dem das Atrium nicht stimuliert wird, beispielsweise
auf VVI oder VVI-R.
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Die
Prüfung
auf das Vorhandensein des atrialen Captures kann nach jeder atrialen
Stimulation oder jeder zweiten oder dritten atrialen Stimulation durchgeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die Prüfung
in vorgebebenen Intervallen, beispielsweise einmal in der Stunde
vorzunehmen.
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Die
Stimulationsschwelle kann überprüft werden,
wenn im Atrium ein Capture detektiert worden ist. Eine solche Überprüfung kann
in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise in einer, zwei, vier oder
acht Stunden erfolgen. Durch Definition ist die Stimulationsschwelle
der niedrigste Stimulationspegel, bei dem wenigstens zwei aufeinanderfolgende Stimulationsimpulse
ein Capture zur Folge haben. Wenn die Stimulationsschwelle geprüft wird,
ist der maßgebende
Stimulationspegel der Startpunkt und dieser Pegel wird allmählich jeweils
um einen vordefinierten Betrag reduziert. Falls (bei wenigstens
zwei aufeinanderfolgenden Captures) noch ein Capture vorliegt, wird
der Pegel erneut um den vorbestimmten Betrag reduziert etc., bis
kein Capture mehr detektiert wird. Die neue Stimulationsschwelle
wird als der niedrigste Pegel identifiziert, bei dem ein Capture vorliegt
und der neue Stimulationspegel wird erhalten, wenn zu einer identifizierten
Stimulationsschwelle ein Sicherheitsbereich addiert wird.
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(Nicht
dargestellte) Vorrichtungen zur Durchführung einer Prüfung des
Stimulationspegels sind innerhalb der programmierbaren Steuervorrichtung 16 angeordnet.
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Das
beschriebene Verfahren zum Prüfen
des Stimulationspegels im Atrium arbeitet in der gleichen Weise
wie die Prüfung
auf den Stimulationspegel im Ventrikel, welche eine bekannte Technik
für den Fachmann
auf dem betreffenden Gebiet darstellt und hier nicht beschrieben
wird.
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Die
atriale Elektrode 2 und die ventrikuläre Elektrode 8 können auf
individuellen Elektrodenleitungen im Atrium bzw. Ventrikel oder
auf der gleichen Elektrodenleitung angeordnet sein, welche dann
als eine einzige Leitung dient.
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- 2
- atriale
Elektrode
- 4
- atrialer
Detektor
- 6
- atrialer
Impulsgenerator
- 8
- ventrikuläre Elektrode
- 10
- ventrikulärer Detektor
- 12
- ventrikulärer Impulsgenerator
- 14
- Zähler
- 16
- programmierbare
Steuervorrichtung
- 18
- Impedanzmesser
- 20
- Vergleichseinheit
- 22
- Messeinheit
- 24
- Anzeigevorrichtung
- 26
- erstes
Signal
- 28
- zweites
Signal
- 30
- drittes
Signal
- 32
- viertes
Signal
- 34
- OR-Glied
- 36
- NOT-Glied
- 38
- erstes
Anzeigesignal
- 40
- zweites
Anzeigesignal