DE2554933A1

DE2554933A1 - SYNCHRONOUS HEART PACEMAKER

Info

Publication number: DE2554933A1
Application number: DE19752554933
Authority: DE
Inventors: John M Adams
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1976-06-16
Also published as: FR2293915B1; FR2293915A1; BR7507064A; NL7512530A; CA1067960A; AU497527B2; IT1047835B; SE7513783L; SE412850B; JPS5178595A; GB1520671A; JPS5533347B2; AU8724775A; DE2554933C2

Description

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWANPATENT Attorney DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 ELFENSTRASSE 328000 MUNICH 83 ELFENSTRASSE 32

Ger. P-225Ger. P-225

5. Dezember 19755th December 1975

MEDTRONIC, INC. 3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440/V.St.A.MEDTRONIC, INC. 3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 55440 / V.St.A.

Synchroner HerzschrittmacherSynchronous pacemaker

Die Erfindung betrifft einen künstlichen Herzschrittmacher und befaßt sich insbesondere mit einem Herzschrittmacher, der implantiert werden oder als externer Schrittma- her verwendet werden kann und der auf die sich ändernden Bedürfnisse des Körpers anspricht, jedoch nicht mit der natürlichen elektrischen Herzaktivität beliebiger Art konkurriert.The invention relates to an artificial cardiac pacemaker and is particularly concerned with a cardiac pacemaker, implanted or used as an external pacemaker and which responds to the changing needs of the body, but not with the natural one electrical cardiac activity of any kind competes.

Es ist bekannt (US-PS 3 057 356), für eine ungefährliche, schmerzlose Langzeitanregung des Herzens bei niedrigen Leistungspegeln dadurch zu sorgen, daß ein kleiner, vollständig implantierter, transistorisierter, batteriebetriebener Schrittmacher verwendet wird, der über flexible Elektrcdendrähte unmittelbar mit dem Herzmuskel verbunden wird. Ein solcher asynchroner Schrittmacher erlaubt zwar nur eine Anregung mit fester Anregungsrate, die nicht entsprechendIt is known (US-PS 3,057,356), for a harmless, painless long-term stimulation of the heart at low power levels by ensuring that a small, complete implanted, transistorized, battery-operated pacemaker is used, which is via flexible electrical wires is directly connected to the heart muscle. Such an asynchronous pacemaker allows only one Fixed rate excitation that is not appropriate

609025/0)22609025/0) 22

FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHENTELEPHONE: 089/6012039 CABLE: ELECTRICPATENT MUNICH

den Bedürfnissen des Körpers selbsttätig geändert wird; dessen ungeachtet erwies er sich als nützlich, den Symptomen eines vollständigen Herzblocks entgegenzuwirken. Ein asynchroner Schrittmacher hat jedoch den Nachteil, daß er bei zwischenzeitiger normaler Sinusreizleitung mit dem natürlichen, physiologischen Herzschrittmacher in Konkurrenz tritt.changes automatically according to the needs of the body; nevertheless, it was found to be useful in countering the symptoms of complete heart block. A However, asynchronous pacemakers have the disadvantage that, in the event of normal sinus stimulus conduction in the meantime, with the natural, physiological pacemaker comes into competition.

Es sind auch synchrone oder P-Wellen-Schrittmacher bekannt (US-PS 3 253 596), die ein Reizsignal im Anschluß an jede P-Welle oder Vorhofschlag erzeugen. Wenn der Körper einen Bedarf an einer erhöhten Herzrate signalisiert, was sich an einem erhöhten Vorhofschlag erkennen läßt, reagiert der synchrone Schrittmacher darauf mit einer gesteigerten Kammerreizrate. Die Funktion des bekannten synchronen Schrittmachers spricht jedoch nicht auf eine unregelmäßige ventrikuläre ektopische Aktivität an; er kann in Konkurrenz gegen derartige Schläge treten. Während also der synchrone Schrittmacher nicht mit normal durchgeführten Schlägen konkurriert, kann es zu einer Konkurrenz mit ektopischen oder anomal ablaufenden Schlagen kommen. Jede Konkurrenz zwischen dem natürlichen und dem künstlichen Schrittmacher kann jedoch unerwünscht sein, weil es dadurch möglicherweise zu Tachy- cardie oder gar Herzflimmern kommen kann.Synchronous or P-wave pacemakers are also known (US Pat. No. 3,253,596) which generate a stimulus signal following each P-wave or atrial beat. When the body signals a need for an increased heart rate, which can be recognized by an increased atrial beat, the synchronous pacemaker reacts to this with an increased ventricular stimulation rate. However, the function of the known synchronous pacemaker does not respond to irregular ventricular ectopic activity; he can compete against such blows. So while the synchronous pacemaker does not compete with normally executed beats, it can compete with ectopic or abnormal beats. Any competition between the natural and the artificial pacemaker can, however, be undesirable because it can possibly lead to tachycardia or even cardiac fibrillation.

609^25/0722609 ^ 25/0722

Bekannt ist ferner ein ventrikulär gesperrter Schrittmacher oder Bedarfsschrittmacher (US-PS 3 478 746), bei dem die künstlichen Reizsignale nur im Bedarfsfall ausgelöst werden und anschließend unterdrückt werden können, wenn das Herz zu einem Sinusrhythmus oberhalb einer vorbestimmten Grundrate zurückkehrt. Der Bedarfsschrittmacher räumt das bei asynchronen Schrittmachern auftretende Problem aus, indem er sich bei Vorhandensein von Kammercktivität selbst sperrt, jedoch "anläuft" und fehlende Herzschläge bei Abwesenheit von Kammeraktivität nach einer Grundzeitdauer einfügt. Wenn der Bedarfsschrittmacher "anläuft", arbeitet er als asynchroner Schrittmacher, dessen Rate nicht auf eine Vorhof aktivität anspricht.A ventricularly blocked pacemaker is also known or consumer pacemaker (US Pat. No. 3,478,746) in which the Artificial stimulus signals can only be triggered when necessary and then suppressed when the heart reverts to a sinus rhythm above a predetermined base rate. The demand pacemaker admits that problem that occurs with asynchronous pacemakers by locking itself in the presence of ventricular eccentricity, however, "picks up" and inserts missing heartbeats in the absence of ventricular activity after a base period. When the demand pacemaker "starts up" it works as a asynchronous pacemaker whose rate is unresponsive to atrial activity.

Angesichts der mit einem synchronen Schrittmacher verbundenen Probleme wurde auch ein Schrittmacher entwickelt (US-PS 3 648 707), der das Herz bei Nichtvorhandensein von elektrischer Herzaktivität irgendwelcher Art asynchron anregt, der bei Vorhandensein eines einzelnen ventrikulären Schlages, der ektopisch oder durch Reizleitung vom Vorhof aus ausgelöst sein kann, für eine zweckentsprechende Zeitdauer vollständig in einen Ruhezustand übergeht, und der das Herz bei Vorhandensein von Vorhofaktivität, die nicht von einer arhythmischen Kammeraktivität begleitet ist, synchron anregt.Given the associated with a synchronous pacemaker A pacemaker has also been developed (US Pat. No. 3,648,707) to stimulate the heart in the absence of problems stimulates electrical cardiac activity of any kind asynchronously, which occurs in the presence of a single ventricular beat, triggered ectopically or by conduction from the atrium can be, for an appropriate period of time completely goes into a state of rest, and which the heart if present of atrial activity other than an arrhythmic one Chamber activity is accompanied, stimulates synchronously.

609825/0722609825/0722

Bei allen bisher bekanntgewordenen vorhofsynchronen Schrittmachern kommt es zu einer synchronen Anregung des Herzens, wenn eine Vorhofaktivität in einem bestimmten Bereich erfaßt wird, der von der unteren Asynchronrate des Schrittmachers bis zu einer höchsten oberen Rate reicht. Jede natürliche P-Wellen-Rate, die die obere Rate überschreitet, führt zu einer plötzlichen Änderung des Herzschlages des Patienten und damit zu einem plötzlichen Absinken des Minutenvolumens des Herzens. Vermutlich hat dabei die Vorhofrate des Patienten auf Grund einer Anstrengung oder einer Streß-Situation, die ein erhöhtes Minutenvolumen erfordern, den oberen Grenzwert erreicht. Die plötzliche Änderung des Minutenvolumens des Herzens konnte dazu führen, daß der Patient plötzlich ohnmächtig wurde und angesichts der den Anstieg der Vorhofrate verursachenden Umstände möglicherweise in Gefahr kam.With all atrial synchronous pacemakers known to date a synchronous stimulation of the heart occurs when atrial activity is detected in a certain area that of the lower asynchronous rate of the pacemaker up to a highest upper rate. Any natural P-wave rate that exceeds the upper rate leads to a sudden change in the patient's heartbeat and thus a sudden decrease in the minute volume of the heart. Presumably, the patient's atrial rate due to exertion or a stressful situation, that require an increased minute volume, reaches the upper limit. The sudden change in minute volume of the heart could cause the patient to pass out suddenly and given the increase in atrial rate causal circumstances may have been in danger.

Dieses besondere Merkmal des synchronen Schrittmachers wurde bewußt vorgesehen, weil ein physiologischer Zustand des Herzmuskels diesen gegenüber einer Reizung durch externe elektrische Stimuli während einer vorbestimmten ZeitdauerThis particular feature of the synchronous pacemaker was intentionally provided because of a physiological condition of the The heart muscle to stimulate it from external electrical stimuli for a predetermined period of time

anat

im Anschluß/eine vollständige Depolarisierung des Herzmuskels vulnerabel macht. Wird beispielsweise die Depolarisierung des Herzens durch einen Schrittmacherreizimpuls verursacht, der auf eine erfaßte Vorhofdepolarisierung synchron folgt, muß eine Repolarisierung des Herzmuskelssubsequently / makes a complete depolarization of the heart muscle vulnerable. For example, if the depolarization of the heart caused by a pacemaker stimulus based on a sensed atrial depolarization synchronously follows a repolarization of the heart muscle

609825/0722609825/0722

innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer eintreten, die als das T-WellenT-Intervall bezeichnet wird. Wird eine zweite Vorhofdepolarisierung zu früh im Anschluß an die erste Depolarisierung erfaßt, kann der Schrittmacherstimulus, wenn er dem Herzen während der vulnerablen Periode zugeführt wird, unter Umständen zu Stoßen von Tachykardie oder Herzflimmern führen, die unerwünscht sind und die sogar eine tödliche Folge von Rhythmusstörungen heraufbeschwören können.occur within a predetermined period of time referred to as the T-wave T interval. Will be a second Atrial depolarization is detected too early following the first depolarization, the pacemaker stimulus may if it is fed to the heart during the vulnerable period, possibly experiencing tachycardia or fibrillation which are undesirable and which can even lead to fatal arrhythmias.

Angesichts der vorstehend erläuterten Gefahren wurde der Umstand ausgenutzt, daß die Meßverstärkerschaltungen von synchronen Schrittmachern und Bedarfsschrittmachern eine bewußt vorgesehene Refraktärdauer haben, innerhalb deren sie gegenüber jedem ankommenden Signal unempfindlich sind, das einem zuvor erfaßten Signal zu dicht folgt. Damit wurde verhindert, daß der Meßverstärker den eigenen Reizimpuls des Schrittmachers erfaßt. Man ließ zu, daß diese Refraktärperiode der Meßverstärker von synchronen Schrittmachern die maximal zulässige Rate bestimmt, mit der der Schrittmacher den Vorhofdepolarisierungen synchron folgen kann. So ist es bekannt (US-PS 3 648 707), die Refraktcrperiode des Vorhofmeßverstärkers auf 500 ms einzustellen (was einer maximalen synchronen Rate von 120 Schlagen je Minute entspricht). Wenn die Vorhofdepolarisationen daher in weniger als 500 ms aufeinanderfolgten und an dem P-Wellen-Meßverstärker einIn view of the dangers outlined above, the Exploited the fact that the measurement amplifier circuits of synchronous pacemakers and demand pacemakers have one have a deliberately intended refractory period within which they are insensitive to any incoming signal, the follows a previously acquired signal too closely. This prevented the measuring amplifier from generating its own stimulus of the pacemaker. This refractory period was allowed the sense amplifier of synchronous pacemakers determines the maximum allowable rate at which the pacemaker can follow the atrial depolarizations synchronously. It is known (US Pat. No. 3,648,707), the refractory period of the atrial measuring amplifier set to 500 ms (which corresponds to a maximum synchronous rate of 120 beats per minute). If the atrial depolarizations are therefore in less than 500 ms one after the other and on the P-wave measuring amplifier

609825/0722609825/0722

zweites P-Wellen-Signal ankommt, während der Verstärker noch refraktor ist, wird nur jede zweite Vorhofdepolarisation erfaßt; die Schrittmacherrate ist dann halb so groß wie die Vorhofrate. Steigt die Vorhofrate noch weiter an und treten innerhalb von 500 ms mehrere, beispielsweise drei, Vorhofdepolarisierungen auf, wird von diesen nur eine erfaßt; der Schrittmacher arbeitet beispielsweise mit einem Drittel der Vorhofrate.second P-wave signal arrives while the amplifier is still is refractor, only every other atrial depolarization is detected; the pacemaker rate is then half the atrial rate. If the atrial rate increases even further and pedal several, for example three, atrial depolarizations within 500 ms on, only one of these is grasped; the pacemaker works with a third, for example the atrial rate.

Es wurden auch Schrittmacherschaltungen entwickelt, die zu einem Asynchronbetrieb mit der Grundrate zurückkehren, wenn es zu Vorhofdepolarisierungen mit einer Rate kommt, die den oberen Grenzwert überschreitet. Die Rate für den Asynchronbetrieb stellt den unteren Grenzwert dar, bei dem die Schrittmacherschaltung in Abwesenheit von irgendwelcher Herzaktivität arbeitet. Um für diese Arbeitsweise zu sorgen, wurden gleichfalls die Eigenschaften vorhandener Schrittmacherschaltungen ausgenutzt.Pacemaker circuits have also been developed that revert to asynchronous operation at the basic rate when atrial depolarizations occur at a rate that exceeds the upper limit. The rate for asynchronous operation represents the lower limit at which the pacemaker circuit will operate in the absence of any Cardiac activity is working. To accommodate this operation, the properties of existing pacemaker circuits were also used exploited.

Der plötzliche Übergang von einer hohen auf eine niedrige Schrittmacherrate ist zwar physiologisch insofern von Vorteil, als eine Herzanregung während der vulnerablen Periode vermieden wird. Es kommt jedoch zu einer plötzlichen symptomatischen Absenkung des Minutenvolumens des Herzens, wodurch der Patient mittelbar Schaden erleiden kann.The sudden transition from high to low Pacemaker rate is physiologically advantageous in that it avoids cardiac stimulation during the vulnerable period will. However, there is a sudden symptomatic decrease in the minute volume of the heart, causing the patient can suffer indirect damage.

60982S/G72260982S / G722

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Herzschrittmacher zu schaffen, der nicht nur eine Beaufschlagung des Herzens mit externen elektrischen Reizsignalen während der vulnerablen Phase, sondern auch eine plötzliche Absenkung der Schrittmacherrate verhindert, wenn die P-Wellen-Rate den oberen Grenzwert überschreitet.The invention is based on the object of a cardiac pacemaker to create that is not just an act of the heart with external electrical stimulus signals during the vulnerable period, but also a sudden decrease in the Prevents pacemaker rate when the P-wave rate decreases exceeds the upper limit.

Der künstliche Herzschrittmacher nach der Erfindung liefert auf Grund einer elektrischen Vorhofaktivität, die nicht von einer natürlichen Kammeraktivität begleitet wird, ventrikuläre Reizimpulse, die zweckentsprechend verzögert und synchron mit der Vorhofaktivität sind. Wenn die Vorhofaktivität einen oberen Grenzwert für die künstliche Anregung überschreitet, gibt der Schrittmacher weiterhin ventrikuläre Reizimpulse mit einer Rate ab, die sich dem oberen Grenzwert annähert. Der Schrittmacher liefert die ventrikulären Reizimpulse in Teilsynchronismus mit der Vorhofaktivität.The artificial pacemaker according to the invention delivers ventricular due to electrical atrial activity that is not accompanied by natural ventricular activity Stimulation impulses that are appropriately delayed and synchronized with the atrial activity. When the atrial activity has a exceeds the upper limit for artificial stimulation, the pacemaker continues to emit ventricular stimulation pulses at a rate approaching the upper limit. The pacemaker delivers the ventricular stimulus pulses in Partial synchronism with the atrial activity.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsfonn der Erfindung versorgt der künstliche Herzschrittmacher das Herz mit elektrischen Reizimpulsen, die bei Fehlen irgendwelcher natürlicher elektrischer Herzaktivität eine vorbestimmte Rate haben. Bei Auftreten eines Kammerschlages, der entweder ektopisch auftreten oder durch eine Reizleitung von einer ■ beliebigen Quelle veranlaßt sein kann, sperrt sich der Schrittmacher selbst; er geht für eine geeignete ZeitspanneAccording to a preferred embodiment of the invention the artificial pacemaker supplies the heart with electrical stimulation impulses, which in the absence of any natural electrical cardiac activity have a predetermined rate. When a blow in the chamber occurs, either can occur ectopically or be caused by a stimulus conduction from any source, the locks itself Pacemaker himself; he goes for an appropriate length of time

6O9Ö25/Ö7226O9Ö25 / Ö722

vollständig in den Ruhezustand über. Auf Grund einer
elektrischen Vorhofaktivität, die nicht von einer natürlichen Kammeraktivität begleitet wird, gibt der Schrittmacher Reizimpulse ab, die entsprechend verzögert und in Synchronismus mit den Vorhofschlägen sind.completely hibernates. Because of a
With electrical atrial activity that is not accompanied by natural ventricular activity, the pacemaker emits stimulus pulses that are correspondingly delayed and in synchronism with the atrial beats.

Für den Patienten ist von besonderem Vorteil, daß der erfindungsgemäße künstliche Herzschrittmacher nicht plötzlich
auf eine niedrigere Anregungsrate übergeht, wenn die Vorhofaktivität einen oberen Grenzwert überschreitet, wodurch die Herzleistung (das Minutenvolumen des Herzens) abgesenkt wird, wenn der Patient diese möglicherweise am meisten benötigt.It is of particular advantage for the patient that the artificial cardiac pacemaker according to the invention does not suddenly occur
goes to a lower pacing rate when atrial activity exceeds an upper limit, thereby lowering cardiac output (the minute volume of the heart) when the patient may need it most.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden
Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment. In the enclosed
Drawings show:

Fig. 1 das vom Herzen während eines vollständigen Herzschlags erzeugte Spannungssignal,1 shows the voltage signal generated by the heart during a full heartbeat,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines künstlichen Schrittmachers nach der.
Erfindung,FIG. 2 is a block diagram of a preferred embodiment of an artificial pacemaker according to FIG.
Invention,

609825/072* .609825/072 *.

Fig. 3 eine Blockdarstellung, die erkennen läßt, wie die Fig. 3a und 3b zusammenzulegen sind,Fig. 3 is a block diagram showing how Figs. 3a and 3b are to be combined,

Fig. 3a und 3b ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 2,3a and 3b a schematic circuit diagram of the circuit arrangement according to the block diagram of FIG. 2,

Fig. 4 eine Darstellung, die erkennen läßt, wie die Fig. 4a und 4b nebeneinander zu legen sind, undFig. 4 shows a representation that shows how FIGS. 4a and 4b are to be placed side by side, and

Fig. 4a und 4b die Signale, die an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung während verschiedener Betriebsarten erfaßt werden oder auftreten.FIGS. 4a and 4b show the signals which are generated at different points in the circuit arrangement during different Operating modes are detected or occur.

Der menschliche Herzschlag läßt sich elektrisch als eine komplexe Welle darstellen, die entsprechend Fig. 1 aus verschiedenen Teilen besteht, die als P-, Q-, R-, S- un^ T-Wellen bezeichnet sind. Die P-Welle stellt elektrisch einen Vorhofschlag mit zugeordneter Vorhofdepolarisierung dar. Dieser Schlag gibt die Herzrate als Funktion von Körpersignalen an, die kennzeichnend für das erforderliche Minutenvolumen des Herzens sind. Der hauptsächliche und am stärksten ausgeprägte elektrische Impuls des Herzsignals ist die R-Welle, die in der Herzkammer normalerweise eine Größe zwischen 2 und 20 mV hat. Die R-Welle, die die Kammer-The human heartbeat can be electrical as one Represent complex wave, which, according to FIG. 1, consists of different parts, which are called P-, Q-, R-, S- un ^ T-waves are designated. The P-wave is electrical an atrial stroke with associated atrial depolarization This beat indicates the heart rate as a function of body signals indicative of the required Minute volume of the heart. The main and most pronounced electrical impulse of the heart signal is the R wave, which is normally one in the ventricle Size between 2 and 20 mV. The R-wave, which the chamber-

S09825/0722S09825 / 0722

kontraktion anregt und darstellt, hat typischerweise ein AmplitudenVerhältnis zur P-Welle von mindestens 3:1. Die R-Welle wird normalerweise durch Depolarisation der Kammer erzeugt. Kommt es aber auf Grund einer Fehlfunktion des Herzens nicht zur Ausbildung dieser Welle, hat der künstliche Schrittmacher die Aufgabe, dem Herzen periodisch elektronische Impulse zuzuführen, um auf diese Weise für eine fehlende R-Welle zu sorgen. Liefern jedoch sowohl der natürliche als auch der künstliche Schrittmacher eine R-Welle, kommt es zu einer Konkurrenz bezüglich der Steuerung des Herzens. Es kann zu gefährlichen Situationen kommen, wenn der elektronische Schrittmacherimpuls in einem T-Wellenbereich auftritt. Der T-Wellenbereich jedes vollständigen Herzschlages folgt nach ungefähr 0,3 s auf die R-Welle oder den Hauptschlagimpuls. Innerhalb der T-Welle liegt ein kritisches Intervall vor, das als vulnerable Periode oder vulnerable Phase bezeichnet wird. Im Falle eines hochgradig anomalen Herzens kann ein Schrittmacherimpuls, der in diese Periode fällt, möglicherweise Stöße von Tachykardie oder Kammerflimmern auslösen, die unerwünscht sind und sogar zu einer tödlichen Folge von Rhythmusstörungen führen können.stimulates and represents contraction, typically has an amplitude ratio to the P-wave of at least 3: 1. The R-wave is usually created by depolarizing the chamber. However, if this wave does not develop due to a malfunction of the heart, the task of the artificial pacemaker is to periodically supply the heart with electronic impulses in order to ensure that there is no R-wave. However, if both the natural and the artificial pacemaker deliver an R-wave, there is competition over the control of the heart. Dangerous situations can arise if the electronic pacemaker pulse occurs in a T-wave range. The T-wave range of each complete heartbeat follows the R-wave or main beat pulse after approximately 0.3 s. There is a critical interval within the T wave, which is referred to as the vulnerable period or vulnerable phase. In the case of a highly abnormal heart, a pacemaker pulse that falls during this period can potentially trigger bursts of tachycardia or ventricular fibrillation, which are undesirable and can even lead to fatal arrhythmias .

Die in Fig. 1 veranschaulichten Signale können mittels einer EKG-Einrichtung erfaßt und aufgezeichnet oder wiedergegeben werden. Findet sich in einer EKG-Aufzeichnung oder " The signals illustrated in FIG. 1 can be detected and recorded or reproduced by means of an EKG device . Is found in an ECG recording or "

609825/0722609825/0722

-Wiedergabe ein künstlicher Herzschrittmacherimpuls, kann dieser Impuls als Schrittmacherartefakt oder als Spitze bezeichnet werden. In Fig. 1 ist eine solche Spitze bei A dargestellt.-Play an artificial pacemaker pulse, can this pulse can be referred to as a pacemaker artifact or a spike. In Fig. 1, such a peak is at A shown.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäBen künstlichen Herzschrittmachers. Der Schrittmacher weist einen Impulsgenerator 1O auf, der dem Herzen Reizimpulse unter bestimmten Bedingungen und mit einer vorbestimmten Rate zuführt, die von einem Oszillatorzeitglied 12 vorgegeben wird. Eine erste Elektrode 14 ist an den Impulsgenerator 10 angekoppelt; diese Elektrode laßt sich mit dem Herzen des Patienten an oder in der Herzkammer verbinden. Eine indifferente Elektrode 16, die als neutrale Elektrode oder Bezugselektrode wirkt, kann mit einem anderen Teil des Körpers des Patienten oder einem vorbestimmten Teil des Herzens in Kontakt gebracht werden. Die indifferente Elektrode 16 ist scheibenförmig dargestellt, da solche indifferenten Elektroden im Falle von Schrittmachern häufig von leitenden Scheiben oder Gittern auf der Oberfläche des implantierten Impulsgenerators gebildet werden. Der Schrittmacher ist mit einer zweiten Elektrode 18 versehen, die mit dem Herzen des Patienten am oder im Vorhof verbunden werden kann. Die Vorhofelektrode 18 ist in der im folgenden näher erläuterten Weise an einen anderen Teil des Schrittmachers angekoppelt.Fig. 2 shows the block diagram of an inventive artificial pacemaker. The pacemaker has a pulse generator 1O that stimulates the heart under certain conditions and at a predetermined rate which is predetermined by an oscillator timer 12 will. A first electrode 14 is attached to the pulse generator 10 coupled; this electrode can be connected to the patient's heart on or in the heart chamber. An indifferent electrode 16, which acts as a neutral electrode or reference electrode, can be connected to another part of the patient's body or a predetermined part of the heart. The indifferent electrode 16 is shown in the form of a disk because such indifferent ones Electrodes in the case of pacemakers often consist of conductive discs or grids on the surface of the implanted Pulse generator are formed. The pacemaker is provided with a second electrode 18 which is connected to the The patient's heart can be connected at or in the atrium. The atrial electrode 18 is coupled to another part of the pacemaker in the manner explained in more detail below.

609825/0722609825/0722

-¹²- 255A933- ¹² - 255A933

Die veranschaulichte Elektrodenanordnung wird vorzugsweise verwendet, obwohl im Rahmen der Erfindung auch andere Elektrodenanordnungen benutzt werden können. Es ist nur eine Kammerelektrode erforderlich; diese wird auf chirurgischem Wege an der Kammer angebracht oder in diese hineingeführt. Die indifferente Elektrode 16 kann subkutan implantiert werden. Die Elektrode 14 wirkt als Meß- und Reizelektrode; es kann jedoch auch eine gesonderte Elektrodenanordnung vorgesehen sein, um die elektrischen Kammersignale zu erfassen. Die Elektrode 18 wird auf chirurgischem Wege am Vorhof des Herzens des Patienten angebracht oder in diesen eingeführt.The illustrated electrode arrangement is preferred is used, although other electrode arrangements can be used within the scope of the invention. It's just one Chamber electrode required; this is done on surgical Paths attached to or led into the chamber. The indifferent electrode 16 can be implanted subcutaneously. The electrode 14 acts as a measuring and stimulating electrode; however, a separate electrode arrangement can also be provided in order to detect the electrical chamber signals. The electrode 18 is surgically attached to or inserted into the atrium of the patient's heart.

Die indifferente Elektrode 16 ist über eine Leitung 20 und eine damit verbundene Masseleitung 22 an den Impulsgenerator angeschlossen. Die Elektrode 16 dient als Masse für den Impulsgenerator 10 und andere Schaltungskomponenten des Schrittmachers. .The indifferent electrode 16 is via a line 20 and an associated ground line 22 is connected to the pulse generator. The electrode 16 serves as a ground for the Pulse generator 10 and other circuit components of the pacemaker. .

Der Schrittmacher weist ferner einen ersten Signalaufnehmer auf, der auf elektrische Kammersignale des Herzens ansprichtThe pacemaker also has a first signal pickup responsive to electrical ventricular signals from the heart

alsas

und infolge dessen vorliegena/R-Wellen-Detektor bezeichnet wird. Der R-Wellen-Detektor 24 steht mit der Kammerelektrode 14 über Leitungen 26 und 28 in Verbindung. Die Kammerelektrode 14 ist ferner über die Leitung 26 und eine Leitung 30 an den Ausgang des Impulsgenerators 10 angekoppelt.and as a result, denoted a / R-wave detector will. The R-wave detector 24 stands with the chamber electrode 14 via lines 26 and 28 in connection. The chamber electrode 14 is also via the line 26 and a Line 30 coupled to the output of the pulse generator 10.

60982S/072260982S / 0722

Der R-Wellen-Detektor 24 steht Über eine Leitung 39 mit
einem Rückstellanschluß des Impulsgenerators 10 in Verbindung. Ein ventrikuläres Signal, beispielsweise eine
R-Welle, das im Herz erzeugt wird, wird vom Detektor 24
erfaßt und dort mittels eines Meßverstärkers 25 verstärkt; der Impulsgenerator 10 wird daraufhin zurückgestellt, so
daß der Schrittmacher keinen Reizimpuls an das Herz gibt. Der Meßverstärker 25 des R-Wellen-Detektors 24 wird gegenüber jedem auf der Leitung 28 eingehenden Signal für eine
Zeitspanne unempfindlich gemacht, die als Refraktärperiode bezeichnet und mittels einer Refraktärschaltung 34 vorgegeben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine
Refraktärperiode von 300 ms vorgesehen, Zur Sperrung
des Meßverstärkers 25 wird die Refraktärschaltung 34 durch eine verstärkte R-Welle, die über eine Diode 37 und
Leitungen 36, 38 zugeführt wird, oder durch ein Oszillatorausgangssignal wirksam gemacht, das vom Oszillator 12 über eine Leitung 40 und eine Diode 42 einläuft.The R-wave detector 24 is connected via a line 39
a reset terminal of the pulse generator 10 in connection. A ventricular signal, such as a
R-wave generated in the heart is detected by detector 24
detected and amplified there by means of a measuring amplifier 25; the pulse generator 10 is then reset, see above
that the pacemaker does not stimulate the heart. The measuring amplifier 25 of the R-wave detector 24 is against each incoming signal on the line 28 for one
The period of time, which is referred to as the refractory period and is specified by means of a refractory circuit 34, is made insensitive. In the present embodiment, a
Refractory period of 300 ms provided for blocking
of the measuring amplifier 25 is the refractory circuit 34 by an amplified R-wave, which is via a diode 37 and
Lines 36, 38 is supplied, or is made effective by an oscillator output signal which comes in from the oscillator 12 via a line 40 and a diode 42.

Der Oszillator 12 des Impulsgenerators 10 schwingt freiThe oscillator 12 of the pulse generator 10 oscillates freely

mit einer voreingestellten Frequenz von beispielsweisewith a preset frequency of, for example

6O Schlagen pro Minute (entsprechend einem Impulsintervall von 1000 ms), so lange am Rückstelleingang des Oszillators kein verstärktes R-Wellensignal oder am Trigger-Eingang kein Ausgangssignal einer Speicherschaltung 44 für eine obere6O beats per minute (corresponding to a pulse interval of 1000 ms), as long as there is no amplified R-wave signal at the reset input of the oscillator or none at the trigger input Output of a memory circuit 44 for an upper

Rate anliegt. Die von dem Oszillator 12 vorgegebenen 60 SchlägeRate is pending. The 60 beats specified by the oscillator 12

809826/0722809826/0722

pro Minute stellen die untere Schrittmacherrate des Schrittmachers dar. Das von dem Oszillator 12 erzeugte Oszillatorausgangssignal geht über eine Leitung 46 an einen Impulsverstärker 48', der das Äusgangssignal auf einen ausreichenden Spannungs- und Strompegel verstärkt, um die Herzkammern des Patienten anzuregen. Dieser Schrittmacherreizimpuls wird der Kammerelektrode 14 über die Leitungen 3O und 26 zugeführt Der Schrittmacherreizimpuls ist in den Zeichnungen mit A bezeichnet. Der Oszillator 12 hat einen oberen Grenzwert, oberhalb dessen er an einem freien Schwingen im Falle einer Fehlfunktion der Schaltung oder der Batterie gesperrt wird; über diesen oberen Grenzwert kann der Oszillator 12 auch nicht durch einen zweiten Signalaufnehmer 48 hinausgetrieben werden. Dieser obere Grenzwert wird von einer Ratenbegrenzerschaltung 50 vorgegeben, die den Oszillator 12 für eine vorbestimmte Zeitdauer im Anschluß an die Aufnahme eines Oszillatorausgangssignais über die Leitungen 46 und 40 sowie eine Leitung 52 sperrt. Der obere Grenzwert kann beispielsweise bei 120 Schlägen pro Minute liegen, was einem Zeitintervall zwischen den Oszillatorausgangssignalen von 500 ms entspricht.per minute set the lower pacemaker rate of the pacemaker The oscillator output signal generated by the oscillator 12 goes via a line 46 to a pulse amplifier 48 ', which sets the output signal to a sufficient level Voltage and current levels amplified to stimulate the patient's heart chambers. This pacemaker stimulus is the chamber electrode 14 is supplied via the lines 3O and 26 The pacemaker stimulus is denoted by A in the drawings. The oscillator 12 has an upper limit value, above which it is blocked from swinging freely in the event of a malfunction of the circuit or the battery; The oscillator 12 can also exceed this upper limit value are not driven out by a second signal pickup 48. This upper limit is set by a rate limiter circuit 50 predetermined, the oscillator 12 for a predetermined period of time following the inclusion of a Oscillator output signal via lines 46 and 40 and a line 52 blocks. The upper limit can for example 120 beats per minute, which is a time interval between the oscillator output signals of 500 ms is equivalent to.

Der zweite Signalaufnehmer 48 spricht auf natürliche Vorhofschläge des Herzens an, die von der Vorhofelektrode 18 aufgenommen und einem Meßverstärker 54 über eine Leitung 56The second signal pickup 48 responds to natural atrial beats of the heart recorded by the atrial electrode 18 and a measuring amplifier 54 via a line 56

609825/0722609825/0722

zugeführt werden. Der Signalaufnehmer 48 ist daher vorliegend als P-Wellen-Detektor bezeichnet. Der Meßverstärker 54 wird gleichfalls für eine Refraktärperiode . (beispielsweise 150 ms) refraktor oder unempfindlich gemacht. Diese Refraktärperiode wird von einer Refraktärschaltung 58 vorgegeben, die über die Diode 37, eine weitere Diode 60, die Leitungen 36, 39, 40 sowie Leitungen 62 und 64 wirksam gemacht wird, wenn der R.-Wellen-Detektor 24 eine R-Welle verstärkt. Auf diese Weise wird der P-Wellen-Detektor 48 daran gehindert, auf dieselbe R-Welle anzusprechen, wenn diese anschließend von der Vorhofelektrode 18 aufgenommen wird, nachdem sie von der Kammer zum Vorhof gelaufen ist. Die Refraktärschaltung 58 macht über die Dioden 42 und 60 sowie die Leitungen 4O₁ 61, 62 und 64 auch den Meßverstärker 54 gegenüber vom Impulsgenerator 10 erzeugten Oszillatorausgangssignalen und zugehörigen Herzsignalen für eine Zeitspanne von 150 ms refraktor. Schließlich macht die Refraktärschaltung 58 über die Leitungen 62 und 64 den Meßverstärker 54 für 150 ms unempfindlich, nachdem der Meßverstärker ein P-Wellensignal erfaßt und verstärkt hat.are fed. The signal pickup 48 is therefore referred to here as a P-wave detector. The measuring amplifier 54 is also used for a refractory period. (for example 150 ms) refractor or made insensitive. This refractory period is predetermined by a refractory circuit 58, which is made effective via the diode 37, a further diode 60, the lines 36, 39, 40 and lines 62 and 64 when the R.-wave detector 24 amplifies an R-wave . In this manner, the P-wave detector 48 is prevented from responding to the same R-wave when it is subsequently picked up by the atrial electrode 18 after traveling from the ventricle to the atrium. The refractory circuit 58 also refracts the measuring amplifier 54 via the diodes 42 and 60 and the lines 40 ₁ 61, 62 and 64 with respect to the oscillator output signals generated by the pulse generator 10 and the associated cardiac signals for a period of 150 ms. Finally, the refractory circuit 58 makes the measuring amplifier 54 insensitive via lines 62 and 64 for 150 ms after the measuring amplifier has detected and amplified a P-wave signal.

Der Ausgang des P-Wellen-Detektors 48 ist mit der Speicherschaltung 44 verbunden, die beim normalen Arbeiten des Schrittmachers (d.h., bei einem Arbeiten unterhalb des oberen Grenzwertes im P-Wellen-Synchronbetrieb) für eine P-R-Verzb'gerung von ungefähr 100 ms zwischen dem Erfassen einerThe output of the P-wave detector 48 is to the memory circuit 44 connected during normal operation of the pacemaker (i.e. when operating below the upper limit value in P-wave synchronous operation) for a P-R delay of approximately 100 ms between the detection of a

809825/0722809825/0722

255A93-3255A93-3

P-Welle und der Abgabe eines Schrittmacherimpulses A durch den·Impulsgenerator 10 sorgt. Die Speicherschaltung 44 für die obere Rate weist einen Speicher 66 auf, der durch die verstärkte P-Welle gesetzt werden kann, die über die Leitung 62 seinem Setzeingang zugeführt wird. Das Löschen des Speichers 66 erfolgt entweder durch ein verstärktes R-Wellen-Signal, das der R-Wellen-Detektor 24 abgibt (Diode und Leitungen 36, 39, 40), oder durch ein Oszillatorausgangssignal des Oszillators 12 (über die Leitungen 40 und 61 sowie die Dioden 42 und 60). Diese Signale werden jeweils gleichzeitig sowohl dem Setz- als auch dem Löscheingang des Speichers 66 zugeführt.P-wave and the delivery of a pacemaker pulse A. the pulse generator 10 provides. The memory circuit 44 for the upper rate has a memory 66 which can be set by the amplified P-wave transmitted via the Line 62 is fed to its set input. The memory 66 is erased either by means of an amplified R-wave signal emitted by the R-wave detector 24 (diode and lines 36, 39, 40), or by an oscillator output signal of the oscillator 12 (via the lines 40 and 61 and the diodes 42 and 60). These signals are each simultaneous supplied to both the set and the clear input of the memory 66.

Wenn der Speicher 66 durch ein verstärktes P-Wellen-Signal an seinem Setzeingang gesetzt wird, gibt er ein Speicherausgangssignal auf eine Leitung 68. Beim Löschen des Speichers 66 entweder durch ein verstärktes R-Wellen-Signal oder das Oszillatorausgangssignal verschwindet das Speicherausgangssignal auf der Leitung 68. Bei dem Speicher 66 kann es sich umeinen bistabilen Multivibrator oder ein Flip-Flop beliebiger bekannter Ausführung handeln, der bzw, das bistabile B«triebszustände hat.When the memory 66 by an amplified P-wave signal is set at its set input, it gives a memory output signal on a line 68. When clearing the memory 66 either by an amplified R-wave signal or the oscillator output disappears, the memory output on line 68. In memory 66, may it is a bistable multivibrator or a flip-flop of any known design which or, the bistable B «has operating states.

Das Speicherausgangssignal geht über die Leitung 68 zu einer P-R-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung 70. Bei derThe memory output is applied on line 68 a P-R interval time delay circuit 70. In the

609826/0722609826/0722

Schaltung 70 kann es sich um eine beliebige herkömmliche Zeitverzögerungsschaltungsanordnung handeln, die auf ein Speicherausgangssignal anspricht und ein voreingestelltes Zeitverzögerungsintervall von 80 bis 150 ms hat. Dieses Intervall ist so gewählt, daß es dem mittleren Intervall zwischen der natürlich auftretenden P-Welle und der anschließenden R-Welle eines normalen Herzens entspricht, das innerhalb eines normalen Bereichs schlägt. Vorzugsweise ist das -P-R-Intervall auf 100 ms eingestellt. Die Schaltung spricht nicht auf ein Speicherausgangssignal an, dessen Dauer nicht mindestens der Dauer des voreingestellten Intervalls entspricht.Circuit 70 may be any conventional time delay circuitry that operates on a The memory output signal responds and has a preset time delay interval of 80 to 150 ms. This Interval is chosen to be the mean interval between the naturally occurring P-wave and the subsequent one R wave corresponds to a normal heart beating within a normal range. Preferably is the -P-R interval is set to 100 ms. The circuit does not respond to a memory output signal whose duration is not at least the duration of the preset interval is equivalent to.

Aufgrund des Speicherausgangssignals erzeugt die P-R-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung 70 ein Triggersignal, das über eine Leitung 72 zu dem Triggereingang des Oszillators geht. Der Oszillator 12 gibt daraufhin sofort das Oszillatorausgangssignal auf die Leitung 46. Dieses Signal wird verstärkt und dem Ventrikel des Patienten zugeführt. Das Oszillatorausgangssignal stellt ferner den Oszillator 12 zurück, löscht den Speicher 66 und macht den R-Wellensowie den P-Wellen-Detektor refraktor. Das gesamte Zeitintervall zwischen der Erfassung der P-Welle und der Anregung der Kammer beträgt auf diese Weise ungefähr 80 bis 150 msj die Schrittmacherschaltung spricht auf ein anschließendes R-Wellensignal mindestens 300 ms lang nicht an.Based on the memory output, the P-R interval time delay circuit generates 70 a trigger signal which is sent via a line 72 to the trigger input of the oscillator goes. The oscillator 12 then immediately emits the oscillator output signal on lead 46. This signal is amplified and delivered to the patient's ventricle. That Oscillator output also resets oscillator 12, clears memory 66, and makes the R-wave as well the P-wave detector refractor. The entire time interval between the detection of the P-wave and the In this way, stimulation of the chamber is approximately 80 to 150 msj and the pacemaker circuit responds to a subsequent one R-wave signal off for at least 300 ms.

609825/0722609825/0722

Die Fig. 3α und 3b zeigen entsprechend Fig. 3 nebeneinandergelegt schematisch ein vollständiges Schaltbild einer Ausführungsform einer Herzschrittmacher-Impulsgeneratorschaltung, die entsprechend Fig. 2 arbeitet. Die Schaltungsstufen 10, 24, 44 und 48 und die zugehörigen Verbindungsleitungen können innerhalb einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen, die beispielsweise die indifferente Elektrode 16 bilden kann, gekapselt oder hermetisch abgedichtet sein. Die Schaltungsstufen 10, 24, 44 und 48 werden von einer gemeinsamen Stromquelle gespeist, die mehrere nicht veranschaulichte Batterien B+ aufweist, die untereinander in Serie geschaltet sind und parallel zu einem nicht veranschaulichten Kondensator und jeder der Schaltungsstufen liegen.FIGS. 3α and 3b show, according to FIG. 3, placed side by side schematically a complete circuit diagram of an embodiment of a cardiac pacemaker pulse generator circuit, which works according to FIG. The circuit stages 10, 24, 44 and 48 and the associated connecting lines can within a shield against electromagnetic interference, for example the indifferent Can form electrode 16, be encapsulated or hermetically sealed. The circuit stages 10, 24, 44 and 48 are fed by a common power source, which has several batteries B +, not shown, interconnected are connected in series and in parallel with an unillustrated capacitor and each of the circuit stages lie.

Die R-Wellen und -P-Wellen-Detektoren 24 und 48 stimmen bis auf die Zeitkonstanten der Refraktärteile überein. Daher ist nur die Schaltungsauslegung des R-Wellen-Detektors 24 im einzelnen dargestellt und beschrieben. Bei der Anordnung nach Fig. 3a wird die R-Welle der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors Q1 über eine Filterschaltung zugeführt, die ^US Kondensatoren C1 und C2 sowie Widerständen R1 und R14 besteht. Das verstärkte Ausgangssignal des Feldeffekttransistors Q1 geht an die Basis eines Transistors Q2, der eine zweite Verstärkerstufe bildet. Ein Kondensator C6,The R-wave and P-wave detectors 24 and 48 tune to on the time constants of the refractory parts. thats why only the circuit layout of the R-wave detector 24 in individually illustrated and described. In the arrangement of FIG. 3a, the R-wave of the gate electrode becomes one Field effect transistor Q1 fed through a filter circuit, the ^ US capacitors C1 and C2 and resistors R1 and R14 is made. The amplified output signal of the field effect transistor Q1 goes to the base of a transistor Q2 which forms a second amplifier stage. A capacitor C6,

609825/0722609825/0722

der in Reihe mit einem Widerstand R5 und einer Diode CR1 zwischen einer positiven Sammelleitung 72' und einer Masseieitung 74 liegt, wird normalerweise aufgeladen. Wenn der Transistor Q2 entsprechend einem größeren oder kleineren Stromfluß über den Feldeffekttransistor Q1 mehr oder weniger Strom führt, ändert sich die Spannung am Kondensator C6 entsprechend. Liegt die erfaßte Amplitude der R-Welle über einem vorbestimmten Pegel, beispielsweise * 3 mV, ist die Ladespannung des Kondensators C6 hinreichend groß, um einen normalerweise gesperrten Transistor Q3 stromführend zu machen. Die Meß- und Verstärkerschaltung gemäß Fig. 3a spricht auf positive und negative R-Wellen-Signale an. Liegt ein Herzsignal von solcher Polarität vor, daß ein negatives Potential am Kollektor des Transistors Q2 erscheint, wird über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Q3 und den Kondensator C6 ein Strom gezogen, wodurch der Transistor Q3 aufgesteuert wird. Liegt dagegen ein Herzsignal von entgegengesetzter Polarität am Eingang der Meß- und Verstärkerschaltung an, erscheint am Kollektor des Transistors Q2 ein positives Potential, das den Transistor Q3 zu sperren sucht. Wenn jedoch das positive Potential am Kollektor des Transistor^ Q2 verschwindet, lädt sich der über die Diode CR1 entladene Kondensator C6 Über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q3 auf, Wodurch der Transistor Q3 stromführend gemacht wird.which is in series with a resistor R5 and a diode CR1 between a positive bus 72 'and a ground line 74 is normally charged. If the transistor Q2 conducts more or less current in accordance with a larger or smaller current flow through the field effect transistor Q1, the voltage on the capacitor C6 changes accordingly. If the detected amplitude of the R-wave is above a predetermined level, e.g. The measuring and amplifier circuit according to FIG. 3a responds to positive and negative R-wave signals. If there is a heart signal of such polarity that a negative potential appears at the collector of transistor Q2, a current is drawn across the emitter-base path of transistor Q3 and capacitor C6, whereby transistor Q3 is turned on. If, on the other hand, a cardiac signal of opposite polarity is present at the input of the measuring and amplifier circuit, a positive potential appears at the collector of transistor Q2 which tries to block transistor Q3. However, when the positive potential disappears at the collector of transistor Q2 ^, the discharged through the diode CR1 capacitor C6 so that the transistor Q3 is rendered energized loads across the base-emitter path of the transistor Q3 on.

609825/0722609825/0722

Ein magnetisch betätigter Schalter S1 liegt über eine Diode CR5 zwischen dem Kollektor des Transistors Q3 und der Masseleitung 74. In entsprechender Weise ist der Schalter S1mit derselben Stelle im P-Wellen-Detektor 48 verbunden. Er hat die Aufgabe, beide Meßverstärkerschaltungen zu sperren, wenn er auf magnetischem Wege geschlossen wird. Der Schalter S1 ist vorgesehen, damit der Arzt die Meß- und Verstärkerschaltung durch Betätigen des Schalters S1 mit Hilfe eines zweckentsprechenden Magnetfeldes sperren kann. Dabei wird der Kollektor des Transistors Q3 auf die Durchlaßspannung der Diode CR5 gelegt. Wenn die Meßverstärkerschaltungen auf diese Weise blockiert sind, schwingt der Oszillator 12 (Fig. 2) frei; er erzeugt Reizsignale mit einer von der Batteriespannung abhängigen Rate. Der Arzt kann daher die Funktionsfähigkeit des Impulsgenerators und den Zustand der Batterien kontrollieren, indem er die Freilaufrate überwacht und die jeweils gemessene Rate mit der Rate vergleicht, die zum Zeitpunkt der Implantation vorlag.A magnetically operated switch S1 is located over a Diode CR5 between the collector of transistor Q3 and of the ground line 74. In a corresponding way is the Switch S1 with the same location in P-wave detector 48 tied together. Its task is to block both measuring amplifier circuits when it is closed magnetically will. The switch S1 is provided so that the Doctor the measuring and amplifier circuit by pressing the switch S1 with the help of an appropriate magnetic field can lock. This becomes the collector of transistor Q3 applied to the forward voltage of the diode CR5. When the sense amplifier circuits blocked in this way, the oscillator 12 (Fig. 2) oscillates freely; it also generates stimulus signals a rate dependent on the battery voltage. The doctor can therefore reduce the functionality of the pulse generator and check the condition of the batteries by reading the Free running rate is monitored and the rate measured in each case the rate compares that at the time of implantation Template.

Der Kollektor des Transistors Q3 steht seinerseits über einen Kondensator C7 und eine Diode CR2 mit der Basis eines Transistors Q4 in Verbindung. Liegt die Amplitude des Herzsignals über dem vorbestimmten Wert, wird der Transistor Q3 aufgesteuert, wodurch die über den Kondensator C7 an die Basis des Transistors Q4 angelegte Spannung in RichtungThe collector of transistor Q3 in turn protrudes a capacitor C7 and a diode CR2 with the base of one Transistor Q4 in connection. If the amplitude of the cardiac signal is above the predetermined value, the transistor Q3 opened, whereby the via the capacitor C7 to the Base of transistor Q4 applied voltage in the direction

609825/0722609825/0722

auf das Potential B+ ansteigt; der Transistor Q4 wird aufgesteuert. Das Herzsignal wird also erfaßt und verstärkt; übersteigt es den vorbestimmten Pegel, wird der Transistor Q4 entsperrt.rises to the potential B +; transistor Q4 is turned on. The heart signal is thus recorded and amplified; if it exceeds the predetermined level, the Transistor Q4 unlocked.

Wenn der normalerweise keinen Strom führende Transistor Q4 entsperrt wird, wird auch der Transistor Q5 aufgesteuert, da an seine Basis über einen Widerstand R9 Spannung in Durchlaßrichtung angelegt wird. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q5 liegt mit der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q4 und Widerständen R11 und R12 in Reihe zwischen der positiven Sammelleitung 72' und der Masseleitung 74. Wenn die Transistoren Q4 und Q5 Strom führen, fällt die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände R11 und R12 steil ab, wodurch ein Kondensator C8 veranlaßt wird, sich auf den Spannungsabfall am Widerstand R11 aufzuladen. Der Ladestrom für den Kondensator C8 wird von B+ über die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors Q6 gezogen, was diesen Transistor stromführend zu machen sucht. Der Kondensator C8 kann sich auf die am Widerstand R11 abfallende Spannung abzüglich des Emitter-Basis-Durchlaßspannungsabfalls des Transistors Q6 aufladen.When transistor Q4 is unlocked, the transistor Q5 is also turned on, since voltage in at its base via a resistor R9 Forward direction is applied. The emitter-collector path of the transistor Q5 lies with the emitter-collector path of transistor Q4 and resistors R11 and R12 in Series between the positive manifold 72 'and the Ground line 74. When transistors Q4 and Q5 are conducting, the voltage at the junction of the will drop Resistors R11 and R12 steeply, creating a capacitor C8 is caused to rely on the voltage drop across the resistor R11 to charge. The charging current for the capacitor C8 is from B + via the emitter-base junction of a transistor Q6 pulled what seeks to make this transistor live. The capacitor C8 can affect the falling across the resistor R11 Charge the voltage minus the emitter-base forward voltage drop of transistor Q6.

Obwohl das verstärkte R-Wellen-Signal an der Basis des Transistors Q4 von verhältnismäßig kurzer Dauer ist, während deren die Transistoren Q4, Q5 und Q6 aufgesteuert werden,Although the amplified R-wave signal at the base of the Transistor Q4 is of relatively short duration, during which transistors Q4, Q5 and Q6 are turned on,

60982S/072260982S / 0722

sucht eine über den Transistor Q6, einen Widerstand R13 und eine Diode CR13 anliegende Spannung den Transistor Q4 leitend zu halten. So lange sich daher der Kondensator C8 auflädt und der Transistor Q6 stromführend bleibt, bleiben auch die Transistoren Q4 und Q5 aufgesteuert. Dadurch, daß über den Transistor Q6 Strom fließt, sucht sich ein mit der Basis des Transistors Q5 verbundener Transistor C9 auf dieseeks one across transistor Q6, resistor R13 and a diode CR13 applied voltage to keep transistor Q4 conductive. As long as the capacitor C8 is charging and transistor Q6 remains energized, transistors Q4 and Q5 also remain on. Because of the When transistor Q6 flows current, a transistor C9 connected to the base of transistor Q5 looks for the

Batteriespannung aufzuladen. Während der Kondensator C9 aufgeladen wird, bleibt der Transistor Q5 stromführend. Wenn der Kondensator C8 jedoch voll aufgeladen ist, sperrt der Transistor Q6; der Kondensator C9 beginnt, sich zu entladen. Die Ladedauer des Kondensators C8 bestimmt die verhältnismäßig kurze Impulsdauer des verstärkten R-Wellensignals auf der Leitung 39. Während sich der Kondensator C9- entlädt, wird die Basisspannung des Transistors Q5 auf einen Wert abgesenkt, der zur Stromführung des Transistors nicht mehr ausreicht; der Transistor Q5 sperrt. Die Entladedauer des Kondensators C9 ist so gewählt, daß sie bei ungefähr 300 ms liegt. Während dieser Zeitspanne kann die Schaltungsanordnung auf ein ankommendes R-Wellensignal nicht ansprechen. Wenn der Transistor Q5 sperrt, wird der Kondensator C8 in umgekehrter Richtung vorgespannt; der Transistor Q6 wird weiter zugesteuert; der Kondensator C8 entlädt sich. Obwohl also der Transistor Q6 nur für eine kurze Zeitspanne Strom führt, um das Signal (b) auf der Leitung 39 zu erzeugen, ist die Schaltungsanordnung für eine Zeitdauer refraktor,Charge battery voltage. While the capacitor C9 is charged transistor Q5 remains energized. However, when the capacitor C8 is fully charged, it blocks Transistor Q6; the capacitor C9 begins to discharge. The charging time of the capacitor C8 determines the relative short pulse duration of the amplified R-wave signal line 39. As capacitor C9- discharges, the base voltage of transistor Q5 goes to a value lowered, which is no longer sufficient to conduct the current of the transistor; the transistor Q5 blocks. The discharge time of the Capacitor C9 is chosen to be approximately 300 ms. During this period of time, the circuit arrangement do not respond to an incoming R-wave signal. if transistor Q5 blocks, capacitor C8 is reverse biased; transistor Q6 will continue controlled; the capacitor C8 discharges. So although transistor Q6 is only current for a short period of time leads to generate the signal (b) on line 39, the circuit arrangement is refractor for a period of time,

60982S/072260982S / 0722

die von der Bemessung der Kondensatoren C9 und C1O sowie der Bemessung des Widerstandes R9 abhängt.that of the rating of the capacitors C9 and C1O as well as the Dimensioning of the resistor R9 depends.

Aus Fig. 3a geht hervor, daß die Refraktärschaltung 34 einen integralen Bestandteil des Meßverstärkers 25 bildet; die beiden Schaltungsanordnungen nutzen gemeinsam die Leitung aus, um abgehende verstärkte R-Wellensignale zu übermitteln und ankommende Oszillatorrückstellsignale aufzunehmen. Ein einlaufendes Oszillatorrückstellsignal gelangt über den Widerstand R13 und eine Diode CR3 zur Basis des Transistors Q4, wodurch dieser Transistor in der zuvor beschriebenen Weise aufgesteuert wird. Die Transistoren Q5 und Q6 werden gleichfalls stromführend gemacht. Der Kondensator C9 wird aufge-₍ laden und sorgt erneut für die Refraktärperiode, während er sich entlädt. Bei dem Kondensator C10 handelt es sich um einen verhältnismäßig kleinen Kondensator, der als Filter wirkt, um zu verhindern, daß hochfrequente Störsignale eine Stromführung durch den Transistor Q4 auslösen.From Fig. 3a it can be seen that the refractory circuit 34 forms an integral part of the measuring amplifier 25; the two circuits share the line to transmit outgoing amplified R-wave signals and to receive incoming oscillator reset signals. An incoming oscillator reset signal is passed through resistor R13 and a diode CR3 to the base of transistor Q4, thereby turning this transistor on in the manner previously described. The transistors Q5 and Q6 are also made live. The capacitor C9 is listed _(loading and provides again for the refractory period, while it discharges In the capacitor C10, there is a relatively small capacitor, which acts as a filter to prevent. That high-frequency noise current conduction through transistor Trigger Q4.

Der in Fig. 3b veranschaulichte Impulsgenerator 10 umfaßt den Oszillator 12 mit Transistoren Q7, Q8, Q9 und Q1O, die Ratenbegrenzerschaltung 50 mit einem Transistor Q12 sowie den Impulsverstärker 48', zu dem Transistoren Q11, Q13 und Q14 gehören. The pulse generator 10 illustrated in Fig. 3b comprises the oscillator 12 with transistors Q7, Q8, Q9 and Q10, the rate limiter circuit 50 with a transistor Q12 and the pulse amplifier 48 ', which includes transistors Q11, Q13 and Q14.

609828/0722609828/0722

Was den Oszillator anbelangt, wird beim Ausbleiben der normalen Herztätigkeit, zu erkennen durch das verstärkte R-Wellen- oder P-Wellensignal, ein Taktkondensator C11 über einen Taktwiderstand R14·' mit einer Geschwindigkeit aufgeladen, die durch die RC-Zeitkonstante des Serienzeitgliedes bestimmt ist. Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators C11 auf einen Bezugsspannungswert bestimmt die Grundrate, mit der Reizimpulse von dem künstlichen Herzschrittmacher an die Herzkammer des Patienten angelegt werden. Die am Kondensator C11 aufgebaute Ladespannung gelangt über Widerstände R15 und R16 zum Emitter des Transistors Q1O. Wird ein verbestimmter Wert oberhalb der Bezugsspannung erreicht, die von der Verbindungsstelle von Widerständen R17 und R18 aus an die Basis des Transistors angelegt wird, führt der Transistor Q1O Strom. Nach Aufsteuern des Transistors Q1O steigt die der Basis des Transistors Q9 zugeführte Spannung an, wodurch auch dieser Transistor entsperrt wird. Wie aus Fig. 3b hervorgeht, ist der Kollektor des Transistors Q1O unmittelbar an die Basis des Transistors Q9 angeschlossen. Führt der Transistor Q1O Strom, steigt die an der Basis des Transistors Q9 anliegende Spannung, wodurch der Transistor Q9 aufgesteuert wird. Nach Entsperrung des Transistors Q9 wird über Widerstände R20 und R21 Potential an die Basis des ersten Ausgangstransistors Q11 angelegt; der Transistor Q11 wird für eine Impulsdauer aufgesteuert, die in der im folgenden näher erläuterten Weise vorgegeben wird. As far as the oscillator is concerned, if the heart does not function normally, as can be recognized by the amplified R-wave or P-wave signal, a clock capacitor C11 is charged via a clock resistor R14 · 'at a rate which is determined by the RC time constant of the series timer . The rate at which the capacitor C11 is charged to a reference voltage value determines the basic rate at which the stimulation pulses from the artificial cardiac pacemaker are applied to the patient's heart chamber. The charging voltage built up across capacitor C11 is passed through resistors R15 and R16 to the emitter of transistor Q10. If a certain value is reached above the reference voltage, which is applied from the junction of resistors R17 and R18 to the base of the transistor, the transistor Q10 conducts current. After transistor Q10 is turned on, the voltage applied to the base of transistor Q9 rises, which also enables this transistor. As can be seen from Fig. 3b, the collector of the transistor Q10 is connected directly to the base of the transistor Q9. If the transistor Q10 is carrying current, the voltage applied to the base of the transistor Q9 rises, whereby the transistor Q9 is turned on. After the transistor Q9 is enabled, potential is applied to the base of the first output transistor Q11 via resistors R20 and R21; the transistor Q11 is turned on for a pulse duration which is specified in the manner explained in more detail below .

609825/0722609825/0722

Die Entsperrung der Transistoren Q9 und Q1O des Oszillators und die anschließende Entsperrung des ersten Ausgangstransistors Q11 sind dadurch bedingt, daß der Ratenbegrenzertransistor Q12 gleichfalls Strcm führt, weil die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors QI2 in Reihe mit dem von den Widerständen R17 und R18 gebildeten Bezugsspannungsteiler liegt. Zunächst sei angenommen, daß der Transistor Q12 aufgesteuert ist.The unlocking of transistors Q9 and Q1O of the oscillator and the subsequent enabling of the first output transistor Q11 are due to the fact that the rate limiter transistor Q12 also leads Strcm, because the emitter-collector path of the transistor QI2 is in series with it the reference voltage divider formed by the resistors R17 and R18. First it is assumed that the Transistor Q12 is turned on.

Die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Ausgangstransistors QI1 liegt ferner in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q12 und Widerständen R22 und R23. Wird beim Aufsteuern der Transistoren Q9 und QTO positive Spannung an die Basis des Transistors Q11 gelegt, führt dieser Transistor Strom; die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände R22 und R23, die mit der Basis des zweiten Ausgangstransistors Q13 in Verbindung steht, wird abgesenkt. Die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Ausgangstrcnsistors Q13 liegt in Reihe mit einem Widerstand R24, einer Diode CR9 und einem Widerstand R25. Der Transistor Q13 wird durch die niedrigere Spannung an seiner Basis aufgesteuert.The emitter-collector path of the first output transistor QI1 is also in series with the emitter-collector path of transistor Q12 and resistors R22 and R23. Will be at Turn on transistors Q9 and QTO positive voltage When the base of transistor Q11 is placed, this transistor carries current; the tension at the junction of the Resistors R22 and R23 connected to the base of the second output transistor Q13 is connected, is lowered. The emitter-collector path of the second output transistor Q13 is in series with a resistor R24, a diode CR9 and a resistor R25. The transistor Q13 is through the lower voltage at its base turned on.

Wenn die Spannung am Kollektor des Transistors Q13 ansteigt, gelangt eine stärker positive Spannung über einen Widerstand R28, eine Diode CR6 (42 in Fig. 2) und Widerstände R37 und R38 zur Basis des Rückstelltransistors Q7, wodurch dieserWhen the voltage at the collector of transistor Q13 increases, a more positive voltage passes through a resistor R28, a diode CR6 (42 in Fig. 2) and resistors R37 and R38 to the base of reset transistor Q7, causing it

809825/0722809825/0722

Transistor stromführend gemacht wird. Der Taktkondensator C11 wird über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q7 entladen, wodurch das nächste Arbeitsspiel des den Widerstand R14*und den Kondensator C11 umfassenden RC-Zeitgliedes vorbereitet wird. Das Rückstellsignal gelangt über die Diode CR6 und die Leitungen 40 und 39 auch zu der Refraktärschaltung des R-Wellen-Detektors 24, zum Löscheingang des Speichers 66 sowie über die weitere Diode 60 zu der Refraktärschaltung des P-Wellen-Detektors 48 und zum Setzeingang des Speichers 66.Transistor is made energized. The clock capacitor C11 is via the collector-emitter path of transistor Q7 discharged, whereby the next working cycle of the resistor R14 * and the capacitor C11 comprehensive RC timing element being prepared. The reset signal comes through the Diode CR6 and lines 40 and 39 also to the refractory circuit of the R-wave detector 24, to the extinguishing input of the Memory 66 and via the further diode 60 to the refractory circuit of the P-wave detector 48 and to the set input of memory 66.

Wie vorstehend erläutert, beruht das Refraktärhalten der Meßverstärker im wesentlichen auf der Aufrechterhaltung einer niedrigen Spannung an der Basis des Transistors Q5. Während sich der Kondensator C10 von der Batteriespannung auf einen Spannungswert entlädt, der nicht ausreicht, um den Transistor Q5 in Sperrichtung vorzuspannen, kann ein erfaßtes Signal an der Basis des Transistors Q4 diesen Transistor nicht aufsteuern und damit ein verstärktes R-Wellensignal auf der Leitung 39 erscheinen lassen.Entsprechendes gilt für den P-Wellen-Detektor.As explained above, the refractory maintenance is based on the Measuring amplifier essentially on the maintenance a low voltage at the base of transistor Q5. While the capacitor C10 is disconnected from the battery voltage discharges to a voltage level that is insufficient to reverse bias transistor Q5, a detected signal at the base of transistor Q4 this Do not turn on the transistor and thus let an amplified R-wave signal appear on the line 39. Corresponding applies to the P-wave detector.

Bei Aufsteuerung des Transistors Q13 kann Batteriestrom über den Widerstand R24, die Diode CR9 und den Widerstand R25 fließen; die am Widerstand R25 anstehendeWhen transistor Q13 is turned on, battery power is available through resistor R24, diode CR9 and resistor R25 flow; the one present at resistor R25

609825/0722609825/0722

Spannung gelangt auf die Basis des Leistungsausgangstransistors GJI4, der auf diese Weise stromführend gemacht wird. Die Entsperrung des Transistors Q14 hat zur Folge, daß sich ein Ausgangstransistor C13 rasch über die Kammerelektrode 14, das Herz des Patienten und die indifferente Elektrode 16 entlädt. Der Kondensator C13 wird in der Zeitspanne zwischen den Schrittmacherausgangsimpulsen von der Batterie B+ über einen Widerstand R29 und die vorstehend genannten Elektroden wiederaufgeladen. Der Kondensator C13 entlädt sich rasch, und die Amplitude sowie die Impulsbreite des Schrittmacherausgangssignals sind so gewählt, daß sie über der Reizschwelle des Herzens liegen. Die Wiederaufladung des Kondensators C13 erfolgt jedoch wegen des hohen Widerstandswertes des Widerstandes R29 langsam; der Wiederaufladestrom wird unter der Reizschwelle des Herzens gehalten.Voltage arrives at the base of the power output transistor GJI4, which is made live in this way will. The unlocking of the transistor Q14 has the consequence that an output transistor C13 quickly across the chamber electrode 14, the patient's heart and the indifferent Electrode 16 discharges. The capacitor C13 is in the period between the pacemaker output pulses from battery B + through resistor R29 and the above are recharged. The capacitor C13 discharges rapidly, and the amplitude and pulse width of the pacemaker output signal are selected so that that they are above the heart's threshold. However, the capacitor C13 is recharged because of the high resistance of resistor R29 slowly; the recharge current is below the pacing threshold of the Held heart.

Ein Kondensator C14 und eine Zener-Diode CR1O schützen die Schrittmacherschaltung gegen elektrische Signale hoher Amplitude, die die Elektrode 14 von externen Quellen aus aufnehmen kann.A capacitor C14 and a Zener diode CR1O protect the pacemaker circuit against high amplitude electrical signals applied to electrode 14 from external sources can accommodate.

Zur Vorgabe der Impulsbreite der Schrittmacherausgangsimpulse ist eine Impulsbreitensteuerschaltung vorgesehen, die den Transistor Q8 und einen Kondensator C12 umfaßt. Wenn die Transistoren Q9 und Q10 gesperrt sind, sucht sichFor specifying the pulse width of the pacemaker output pulses there is provided a pulse width control circuit comprising the transistor Q8 and a capacitor C12. When the transistors Q9 and Q10 are blocked, it searches

S09825/0722S09825 / 0722

der Kondensator C1 2 zusammen mit dem Kondensator C11 über eine Reihenschaltung aufzuladen, zu der die Widerstände R14, R15, R16 der Kondensator C12, die Diode CR5 und der Widerstand R25 gehören. Die Spannung am Kondensator C12 folgt der Spannung am Kondensator C11.the capacitor C1 2 together with the capacitor C11 to charge a series circuit to which the resistors R14, R15, R16 the capacitor C12, the diode CR5 and the resistor R25 belong. The voltage on capacitor C12 follows the voltage on capacitor C11.

Wenn der Transistor Q13 jedoch leitet, wird eine Spannung an dem damit in Reihe liegenden, von Widerständen R26 und R27 gebildeten Spannungsteiler aufgebaut. Die Verbindungsstelle der Widerstände R26 und R27 ist mit der Basis des normalerweise gesperrten Impulsbreitensteuertransistors Q8 verbunden, dessen Emitter-Kollektor-Strecke an die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R15 und R16 angeschlossen ist. Der Transistor Q8 wird durch die Spannung am Widerstand R27 leitend gemacht, die bei aufgesteuertem Transistor Q13 entwickelt wird, so lange die von der Stromversorgungsbatterie B+ abgegebene Spannung ihren Normalwert hat. Die Spannung am Kondensator C12 wird in diesem Falle Über die Widerstände R16 und R15 sowie den Transistor Q8 entladen. Gleichzeitig wird der über den Transistor Q13 und den Widerstand R24 fließende Strom der anderen Seite des Kondensators C12 zugeführt, so daß sich der Kondensator C1 2 in entgegengesetzte Richtung zu laden sucht.However, when the transistor Q13 conducts, a voltage becomes built up on the voltage divider formed by resistors R26 and R27, which is connected in series. The junction of resistors R26 and R27 is to the base of the normally off pulse width control transistor Q8 connected, its emitter-collector path to the junction connected between resistors R15 and R16 is. The transistor Q8 is made conductive by the voltage across the resistor R27, which when turned on Transistor Q13 is developed as long as that of the Power supply battery B + output voltage has reached its normal value. The voltage across capacitor C12 is in In this case via the resistors R16 and R15 as well as the Discharge transistor Q8. At the same time, the current flowing through the transistor Q13 and the resistor R24 becomes the on the other side of the capacitor C12, so that the capacitor C1 seeks to charge 2 in the opposite direction.

609825/0722609825/0722

Wenn die Transistoren Q7 und Q8 aufgesteuert werden, fällt die Spannung am Emitter des Transistors Q1O in Richtung auf das Massepotential, was den Transistor Q1O zu sperren sucht. Die Ladespannung vcm Transistor Q13 über den Widerstand R24 und den Kondensator C12 sucht dagegen, den Transistor QIO für eine Zeitspanne stromführend zu halten, die von der Ladegeschwindigkeit des Kondensators C12 abhängt. Durch sorgfältige Auswahl der Bemessung der vorstehend genannten Widerstände, des Widerstandes R16 und des Kondensators C1 kann diese Zeitspanne, die ihrerseits die Entsperrdauer des Transistors Q1 4 und damit die Impulsbreite des Schrittmacherausgangsimpulses bestimmt, voreingestellt werden. Wird zusätzlich ein ferneinstellbarer Widerstand vorgesehen, kann die Impulsbreite entsprechend den physiologischen Gegebenheiten des Patienten geändert weraen. Der Schrittmacherimpuls hat typischerweise eine Impulsbreite zwischen 0,5 und 1,2 ms, worauf der Transistor Q10 gesperrt wird. Infolge dessen werden auch die Transistoren Q9, Q11 , Q13 und Q14 gesperrt, wodurch der vom Transistor Q14 angelieferte Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 10 beendet wird. Wenn der Transistor Q13 sperrt, wird der Rückstellimpuls an der Basis des Transistors Q7 beendet, so daß sich der Kondensator C11 wiederaufladen kann, um den nächsten Arbeitszyklus in der oben erläuterten Weise einzuleiten. Außerdem beginnt die Wiederaufladung des Kondensators C12, wenn die Transistoren Q7 und Q8 gesperrt werden. Die ImpulsbreiteWhen transistors Q7 and Q8 are turned on, it falls the voltage at the emitter of the transistor Q1O in the direction of the ground potential, which seeks to block the transistor Q1O. the Charge voltage vcm transistor Q13 through resistor R24 and the capacitor C12 seeks against it, the transistor QIO keep energized for a period of time that depends on the charging speed of the capacitor C12 depends. By careful Selection of the rating of the aforementioned resistors, resistor R16 and capacitor C1 can this time span, which in turn the unlocking duration of the transistor Q1 4 and thus the pulse width of the pacemaker output pulse determined, preset. If a remote adjustable resistor is also provided, the pulse width can be changed according to the physiological conditions of the patient. The pacemaker pulse typically has a pulse width between 0.5 and 1.2 ms, whereupon transistor Q10 is turned off. As a result, the transistors Q9, Q11, Q13 and Q14 blocked, as a result of which the transistor Q14 supplied Output pulse of the pulse generator 10 is terminated. When transistor Q13 blocks, the reset pulse is applied to the Base of transistor Q7 terminated, so that the capacitor C11 can recharge to the next duty cycle initiate in the manner explained above. In addition, the capacitor C12 starts recharging when the Transistors Q7 and Q8 are blocked. The pulse width

609825/0722609825/0722

des künstlichen Schrittmacherimpulses wird selbsttätig vergrößert, wenn die Batteriespannung B+ infolge einer Erschöpfung der Batterie absinkt, um zu gewährleisten, daß der Schrittmacherreizimpuls eine ausreichende Energie hat, um das Herz weiterhin ansprechen zu lassen, d.h., den Herzmuskel zu depolarisieren. Der Impulsbreitensteuertransistor Q8 bewirkt dies dadurch, daß er keinen Strcm führt, wenn an seiner Basis und an dem Widerstand R27 eine niedrigere Spannung anliegt. Daraufhin muß sich der Kondensator C1 2 über den zusätzlichen Widerstand R15 und den Rückstelltransistor Q7 entladen. Durch den zusätzlichen Widerstand im Entladestromkreis werden die Entladedauer und die Entsperrzeit des Transistors Q1O verlängert; die Impulsbreite des Schrittmacherimpulses wird erhöht.of the artificial pacemaker pulse is automatically increased when the battery voltage B + drops as a result of exhaustion of the battery to ensure that the pacemaker stimulus has sufficient energy to keep the heart responding, ie to depolarize the heart muscle. The pulse width control transistor Q8 does this by not conducting a current when a lower voltage is present at its base and resistor R27. The capacitor C1 2 must then discharge via the additional resistor R15 and the reset transistor Q7. Due to the additional resistance in the discharge circuit, the discharge duration and the unlocking time of the transistor Q10 are extended; the pulse width of the pacemaker pulse is increased.

Der insoweit beschriebene Impulsgenerator 10 arbeitet also in einem als Betriebsart I bezeichneten Sperrbetrieb und einem als Betriebsart II bezeichneten Bedarfsbetrieb, wenn zu einem geeigneten Zeitpunkt ein Rückstellsignal eingeht, das den Transistor Q7 stromführend macht, um den Kondensator C11 zu entladen und das Taktintervall zurückzustellen. Der Impulsgenerator 10 arbeitet ferner in einem als Betriebsart III bezeichneten Asynchronbetrieb, wenn das RC-Zeitglied voll auslaufen kann, worauf sich der Oszillator zurückstellt. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach den Fig. 2, 3a und 3b in dem mit Betriebsart IVThus, the pulse generator 10 described above operates in a process called mode I-cut operation and a required operation called mode II, when a reset signal is received at an appropriate time, which makes the transistor Q7 energized to discharge the capacitor C11 and resetting the clock interval. The pulse generator 10 also operates in an asynchronous mode, referred to as operating mode III, when the RC timing element can fully expire, whereupon the oscillator resets itself. The mode of operation of the circuit arrangement according to FIGS. 2, 3a and 3b in the mode IV

609325/0722609325/0722

und V bezeichneten Synchronbetrieb erfordert eine Erläuterung der Ratenbegrenzerschaltung des Impulsgenerators 10 und der Speicherschaltung 44 für die obere Rate.and V synchronous operation requires an explanation of the rate limiter circuit of the pulse generator 10 and the Upper rate memory circuit 44.

Wie aus Fig. 3b hervorgeht, weist der Impulsgenerator den normalerweise leitenden Ratenbegrenzertransistor Q12 auf, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors Q10 über den Widerstand RI8 verbunden ist und dessen Emitter an die Masseleitung 74 angeschlossen ist. Die Basis des Ratenbegrenzertransistors Q12 steht über einen Widerstand R30 mit der Spannungsversorgung sowie über einen Kondensator C15 und einen Widerstand R31 mit dem Kollektor des normalerweise gesperrten zweiten Ausgangstransistors Q13 in Verbindung. Der Transistor Q12 hat bei bekannten Oszillatorschaltungen die Aufgabe, zu verhindern, daß der Oszillator das Herz des Patienten mit einer zu hohen Rate anregt, falls eines der Oszillatortaktglieder ausfällt oder schadhaft wird. Wenn beispielsweise der Stromkreis am Widerstand R17 unterbrochen wird, würde der Transistor Q10 vorzeitig entsperrt, so daß eine sehr rasche, möglicherweise gefährliche Folge von Reizimpulsen zum Herz des Patienten gehen würde. Im Betrieb ist der Transistor Q12 durch die Batteriespannung über den Widerstand R3O normalerweise in Durchlaßrichtung vorgespannt. Um einen künstlichen Reizimpuls zu beenden, wird der Transistor QIO in der vorstehend erläuterten Weise gesperrt, wodurch auch die Transistoren Q9, Q11 und Q13As can be seen from Fig. 3b, the pulse generator comprises the normally conductive rate limiter transistor Q12, its collector to the base of transistor Q10 via the Resistor RI8 is connected and its emitter to the Ground line 74 is connected. The base of the rate limiter transistor Q12 is connected through a resistor R30 the power supply and a capacitor C15 and a resistor R31 connected to the collector of the normally-off second output transistor Q13. In known oscillator circuits, the transistor Q12 has the task of preventing the oscillator from damaging the heart stimulates the patient at too high a rate in the event that one of the oscillator clock links fails or becomes damaged. For example, if the circuit at resistor R17 is interrupted transistor Q10 would be enabled prematurely, which is a very rapid, potentially dangerous, result of stimulus pulses would go to the patient's heart. In operation, transistor Q12 is through battery voltage Normally forward biased through resistor R30. To stop an artificial stimulus, the transistor QIO is blocked in the manner explained above, whereby the transistors Q9, Q11 and Q13

609825/0722609825/0722

gesperrt werden. Während der Transistor Q1 3 Strom führt, lädt sich jedoch der mit der Basis des Transistors Q12 verbundene Kondensator C15 auf. Wenn der Transistor Q13 gesperrt wird, bewirkt die negative Ladung des Kondensators C15 eine Vorspannung des Transistors Q1 2 in Sperrichtung, wodurch der Transistor Q1 2 am erneuten Entsperren für eine Zeitdauer gehindert wird_t die von der Entladedauer des Kondensators C15 abhängt. Wie aus Fig. 3b hervorgeht, entlädt sich der Kondensator C15 in erster Linie über die Widerstände R3O, R31, R26, R27 und R24, die Diode CR9 und den Widerstand R25. Die Entladedauer liegt in der Größenordnung von 500 ms. Während der Transistor Q12 gesperrt ist, können der Transistor Q1O und damit auch die Transistoren Q9, Q11, Q13 und Q14 nicht aufgesteuert werden. Wenn daher eines der Bauteile der Oszillatorschaltung schadhaft wird und den Transistor Q10 vorzeitig zu entsperren sucht, übernimmt der Transistor Q12 eine Schutzfunktion, indem er die vorzeitige Aufsteuerung der genannten Transistoren verhindert und damit die Rate, mit der Reizimpulse an das Herz des Patienten angelegt werden können, auf einen Wert in der Größenordnung von 12O Schlägen pro Minute begrenzt.be blocked. However, while transistor Q1 3 is carrying current, capacitor C15 connected to the base of transistor Q12 is charging. When transistor Q13 is turned off, the negative charge on capacitor C15 will reverse bias transistor Q1 2, preventing transistor Q1 2 from being turned off again for a period of time _t which depends on the discharge time of capacitor C15. As can be seen from FIG. 3b, the capacitor C15 discharges primarily through the resistors R3O, R31, R26, R27 and R24, the diode CR9 and the resistor R25. The discharge time is in the order of 500 ms. While transistor Q12 is blocked, transistor Q10 and thus also transistors Q9, Q11, Q13 and Q14 cannot be turned on. Therefore, if one of the components of the oscillator circuit becomes defective and attempts to unlock transistor Q10 prematurely, transistor Q12 takes on a protective function by preventing the aforementioned transistors from being turned on prematurely and thus the rate at which stimulation pulses can be applied to the patient's heart , limited to a value on the order of 120 beats per minute.

Die Ratenbegrenzerschaltung verhindert auf diese Weise ein Weglaufen des Schrittmachers in den Betriebsarten I bis III. Bei der vorliegend bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ratenbegrenzerschaltung auch für denThe rate limiter circuit prevents in this way the pacemaker running away in operating modes I to III. In the presently preferred embodiment of the invention, the rate limiter circuit is also used for the

609825/0722609825/0722

P-Wellen-Synchronbetrieb der Betriebsarten IV und V ausgenutzt. Im Synchronbetrieb erzeugen verstärkte P-Wellen-Signale, welche den Speicher der Speicherschaltung 44 für die obere Rcte setzen, ein Triggersignal, das unmittelbar an den Taktkondensator C11 angelegt wird und die dort aufgebaute Spannung sehr rasch auf den Wert erhöht, der erforderlich ist, um den Transistor Q1O leitend zu machen und in der vorstehend erläuterten Weise einen ventrikulären Reizimpuls zu erzeugen. Wenn jedoch die Ratenbegrenzung noch nicht ausgelaufen ist, bleibt das Impulssignal unwirksam, bis die Ratenbegrenzerschaltung abgelaufen ist. Infolge dessen kann der Schrittmacher nicht in Synchronismus mit Herz-P-Wellen getrieben werden, deren Rate 120 Schläge pro Minute überschreitet.P-wave synchronous operation of operating modes IV and V used. In synchronous operation, amplified P-wave signals generate which the memory of the memory circuit 44 for the upper Rcte set, a trigger signal which is applied directly to the clock capacitor C11 and which is built up there Voltage increased very quickly to the value required to make transistor Q10 conductive and in the above explained way to generate a ventricular stimulus pulse. However, if the rate limit has not expired is, the pulse signal remains ineffective until the rate limiter circuit has expired. As a result, can the pacemaker is not in synchronism with cardiac P-waves are driven at a rate of 120 beats per minute exceeds.

Die Speicherschaltung 44 für die obere Rate weist entsprechend Fig. 3a einen Speicher (66 in Fig. 2) mitThe upper rate memory circuit 44 has a corresponding function Fig. 3a has a memory (66 in Fig. 2)

82
einem Inverter sowie NOR-Schaltungen 84, 86 und 88, und eine Zeitverzögerungsschaltung (70 in Fig. 2) mit einem Widerstand R32, einer Diode CR7, einem Kondensator C17 und einem Transistor Q15 auf. Es versteht sich, daß der Inverter 82 und die NOR-Schaltungen 84, 86 und 88 auch als Festkörperschaltungen ausgebildet sein können, die an sich bekannt und infolge dessen vorliegend nicht näher dargestellt sind. Ein Inverter spricht auf ein Eingangssignal von positiver oder negativer Polarität an seinem82
an inverter and NOR circuits 84, 86 and 88, and a time delay circuit (70 in Fig. 2) comprising a resistor R32, a diode CR7, a capacitor C17 and a transistor Q15. It goes without saying that the inverter 82 and the NOR circuits 84, 86 and 88 can also be designed as solid-state circuits which are known per se and are therefore not shown in greater detail here. An inverter responds to an input signal of positive or negative polarity at its

60 9825/072 260 9825/072 2

Eingang in der Weise an, daß er die Polarität des Signcls umkehrt und am Ausgang ein invertiertes Signal abgibt. Eine NOR-Schaltung, beispielsweise die NOR-Schaltung 84, invertiert die Polarität und läßt Signale an ihren beiden Eingängen (beispielsweise 90 und 92) in der folgenden Weise durch, bzw. sperrt diese Signale:Input in such a way that it corresponds to the polarity of the Signcls reverses and emits an inverted signal at the output. A NOR circuit such as NOR circuit 84 is inverted the polarity and passes signals on its two inputs (e.g. 90 and 92) in the following way, or blocks these signals:

9090 9292 Ausgang (94)Exit (94) niedriglow niedriglow hochhigh hochhigh niedriglow niedriglow niedriglow hochhigh niedriglow hochhigh hochhigh niedriglow

In Fig. 3a liegt der Eingang 92 in Abwesenheit eines Setzsignals normalerweise hoch, weil der Inverter die normalerweise niedrige Eingangsspannung invertiert. Wird das Vorliegen eines Rückstellsignals vom Impulsgenerator 10 oder einer verstärkten R-Welle vom R-Wellen-Detektor durch ein hochliegendes Signal am Löscheingang (Eingang 9O) gekennzeichnet, während das Vorliegen eines der zuvor genannten Eingangssignale am Setzeingang dazu führt, daß der Inverter 82 am Eingang 92 ein niedrig liegendes Signal anliefert, reagieren die drei entsprechend Fig. 3a miteinander verbundenen NOR-Schaltungen wie folgt:In Fig. 3a the input 92 is in the absence of a set signal normally high because the inverter inverts the normally low input voltage. Will the presence a reset signal from the pulse generator 10 or an amplified R-wave from the R-wave detector high signal at the reset input (input 9O), while the presence of one of the aforementioned Input signals at the set input cause the inverter 82 to have a low signal at input 92 the three NOR circuits connected to one another according to Fig. 3a react as follows:

609825/0722609825/0722

9090

9696

niedrig (normal) hoch (Eingang) hoch (Eingang) niedrig (normal)low (normal) high (input) high (input) low (normal)

hoch (normal) niedrighigh (normal) low

niedrig (Eingang) niedriglow (input) low

niedrig (Eingang) hochlow (input) high

Aus der Logiktabelle ist zu ersehen, daß der Speicherausgang normalerweise niedrig liegt oder niedrig gemacht wird. Dies gilt für alle möglichen Fälle, mit der Ausnahme, daß nur ein Eingangssignal am Setzeingang erscheint. Der Speicher ist bistabil, d.h., er verharrt an seinem Ausgang 96 in einem stabilen Hoch- oder Niedrigzustand, bis eine Kombination von Hoch- und Niedrig-Signalen, die seinen Zustand zu ändern vermag, am Setz- oder Löscheingang erscheint.The logic table shows that the memory output usually low or made low. This is true for all possible cases except that only one input signal appears at the set input. Of the Memory is bistable, i.e. it remains in a stable high or low state at its output 96 until a Combination of high and low signals indicating its state able to change, appears at the set or delete input.

Zwischen den Setzeingang und den Inverter 82 ist eine Differentiationsschaltung gelegt, die Widerstände R33 und R34 sowie einen Kondensator C18 umfaßt und die so ausgelegt ist, daß ein hochliegendes Löschsignal länger dauert, als das momentane, niedrig liegende Setzsignal am Eingang 92.A differentiation circuit, the resistors R33 and R34, is connected between the set input and the inverter 82 and a capacitor C18 which is designed so that a high-level cancel signal lasts longer than that momentary, low-lying set signal at input 92.

Bei der PR-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung ist der Transistor Q15 in Emitterfolgeschaltung angeordnet. Seinem Kollektor wird die positive Batteriespannung zugeführt! seinIn the PR interval time delay circuit, the is Transistor Q15 arranged in emitter follower circuit. His The positive battery voltage is fed to the collector! be

60982S/G72260982S / G722

Emitter steht mit dem Taktkondensator C11 über die Leitung in Verbindung; seine Basis ist an den Kondensator C17 angeschlossen. Wenn die Spannung an der Basis die Emitterspannung überschreitet, wird der Transistor Q15 ausreichend leitend gemacht, um seine Emitterspannung auf die Basisspannung abzüglich des Basis-Emitter-Durchlaßspannungsabfalls des Transistors anzuheben.The emitter is connected to the clock capacitor C11 via the line in connection; its base is connected to the capacitor C17. When the voltage at the base exceeds the emitter voltage, the transistor Q15 becomes sufficient made conductive to its emitter voltage to the base voltage minus the base-emitter forward voltage drop of the transistor to raise.

Die zwischen den Ausgang 96 und die Leitung 72 geschaltete Verzögerungsschaltung führt in ihrem normalen Ruhezustand keinen Strom; sie gibt dabei kein Triggersignal an den Taktkondensator C11. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einem niedrig liegenden Ausgangssignal am Ausgang 96 der Kondensator C17 über die Diode CR7 entladen wird und den Transistor Q15 nicht bis zur Entsperrung vorspannen kann. Der logische Zustand "niedrig" kann dem Massepotential oder einer -negativen Spannung entsprechen, das bzw. die an der Basis des Transistors Q15 erscheint. Wenn jedoch der Speicher gesetzt wird, sucht eine hochliegende positive Spannung am Ausgang 96 den Kondensator C17 über den Widerstand R32 mit einer Geschwindigkeit aufzuladen, die von der RC-Zeitkonstante von Widerstand R32 und Kondensator C17 abhängt. Die Werte für die hochliegende positive Spannung', den Widerstand R32 und den Kondensator C17 können beispielsweise so gewählt sein, daß sich der Kondensator C17 innerhalb einer Zeitdauer von 100 ms auf die Bezugsspannung an derThe delay circuit connected between the output 96 and the line 72 is in its normal idle state no power; it does not give a trigger signal to the clock capacitor C11. This is due to the fact that with a low output signal at output 96, capacitor C17 is discharged via diode CR7 and cannot bias transistor Q15 until unlocked. The logic state "low" can correspond to the ground potential or a negative voltage that or the appears at the base of transistor Q15. However, if the Memory is set, a high-lying positive voltage at the output 96 seeks the capacitor C17 via the resistor Charge R32 at a rate determined by the RC time constant of resistor R32 and capacitor C17 depends. The values for the high positive voltage ', the resistor R32 and the capacitor C17 can, for example be chosen so that the capacitor C17 is within a period of 100 ms to the reference voltage at the

609825/07 2 2609825/07 2 2

Basis des Transistors Q1O (Fig. 3b) auflädt, um den Transistor Q15 aufzusteuern (falls die Spannung am Kondensator C11 nicht bereits den Bezugsspannungswert erreicht hat), sobald die Spannung am Kondensator C1 7 die dann am Kondensator C11 anliegende Spannung plus den Basis-Emitter-Durchlaßspannungsabfall überschreitet. Unabhängig von der Spannung am Kondensator C11 zu dem Zeitpunkt während des 100 ms-Intervalls, zu welchem der Transistor Q15 leitet, lädt sich der Kondensator C11 dann mit der RC-Zeitkonstante von Widerstand R32 und Kondensator C17 auf, so daß er am Ende der 100 ms die Bezugsspannuing (abzüglich des Emitter-Kollektor-Spannungsabfalls des Transistors Q15) erreicht hat.Base of transistor Q1O (Fig. 3b) charges to the Turn on transistor Q15 (if the voltage on the capacitor C11 has not already reached the reference voltage value) as soon as the voltage on capacitor C1 7 is then on Capacitor C11 applied voltage plus the base-emitter forward voltage drop exceeds. Regardless of the voltage on capacitor C11 at the time during the 100 ms interval at which transistor Q15 conducts, the capacitor C11 then charges with the RC time constant of resistor R32 and capacitor C17, so that it is on At the end of 100 ms the reference voltage (minus the emitter-collector voltage drop of transistor Q15).

Wenn die Ratenbegrenzerschaltung des Impulsgenerators 10 im Anschluß an die Zeitverzögerung von 1OO ms noch nicht ausgelaufen ist, lädt sich der Kondensator C11 weiterhin auf Batteriespannung auf; er macht die Transistoren Q9 und Q1O leitend, wenn das Ratenbegrenzungsintervall verstrichen ist und der Ratenbegrenzertransistor Q12 wieder Strom führt. Wenn die Ratenbegrenzerschaltung abläuft und die Transistoren Q13 und Q14 dann ebenfalls entsperrt werden, wird ein Schrittmacherimpuls an die Kammerelektrode 14 angelegt, Ein Rückstellsignal geht vom Impulsgenerator über die Leitung 4O zum Löscheingang sowie über eine Diode CR8 zum Setzeingang. Das Rückstellsignal liegtIf the rate limiter circuit of the pulse generator 10 is not yet after the time delay of 100 ms has leaked, the capacitor C11 continues to charge on battery voltage; he makes transistors Q9 and Q1O conductive when the rate limit interval has elapsed and the rate limiter transistor Q12 is again current leads. If the rate limiter circuit expires and transistors Q13 and Q14 are then also enabled, a pacemaker pulse is applied to the ventricular electrode 14, a reset signal is provided by the pulse generator via line 4O to the extinguishing input and via a Diode CR8 for set input. The reset signal is present

609825/0722609825/0722

gleichzeitig am Eingang 90 hoch und am Eingang 92 (infolge der Wirkung des Inverters 82) niedrig, wodurch der Ausgang des Speichers auf den logischen Zustand "niedrig" gelegt wird. Die Spannung am Kondensator C17 entlädt sich rasch über die Diode CR7 und den Ausgang 96, wodurch der Transistor Q15 an einer Stromführung gehindert wird. Gleichzeitig wird der Kondensator C11 entladen.simultaneously high at input 90 and low at input 92 (as a result of the action of inverter 82), which causes the output of the memory is set to the logic state "low". The voltage on capacitor C17 quickly discharges through the Diode CR7 and output 96, which makes transistor Q15 is prevented from conducting a current. At the same time the Discharge capacitor C11.

Wird der Speicherausgang innerhalb einer Zeitspanne von 100 ms nach dem Setzen auf den Zustand "hoch" zurück auf "niedrig" gesetzt, kann sich der Kondensator C17 auf einen Wert aufgeladen haben, der ausreicht, um den Transistor Q1 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, so daß sich der Kondensator C11 auf einen entsprechenden Wert auflädt. Diese Arbeitsweise ergibt sich aus dem Betrieb der Schaltungsanordnung entsprechend der Betriebsart I nach Fig. 4a. Wenn jedoch die Speicherschaltung gelöscht wird, bewirkt dieses, daß ein Rückstellsignal innerhalb der Schaltung erzeugt wurde und daß das Rückstellsignal gleichzeitig dem Rückstelltransistor Q7 zugeführt wird, um den Kondensator C11 zu entladen. Auf diese Weise wird der Impulsgenerator 10 daran gehindert, einen Schrittmacherreizimpuls zu erzeugen.If the memory output is activated within a period of Set back to "low" 100 ms after being set to the "high" state, the capacitor C17 can switch to a Have charged value sufficient to power transistor Q1 bias in the forward direction so that the capacitor C11 charges to a corresponding value. These The mode of operation results from the operation of the circuit arrangement in accordance with the operating mode I according to FIG. 4a. However, when the memory circuit is cleared, this causes a reset signal within the circuit has been generated and that the reset signal is simultaneously supplied to the reset transistor Q7 to the capacitor C11 to discharge. This is how the pulse generator becomes 10 prevented from generating a pacemaker stimulus.

Anhand der Fig. Aa und 4b seien verschiedene Betriebsarten des künstlichen Herzschrittmachers erläutert. In diesenVarious modes of operation of the artificial cardiac pacemaker will be explained with reference to FIGS. Aa and 4b. In these

609825/0722609825/0722

Figuren sind die P-Welle und die R-WeIIe₁ die vom Herzen erzeugt und von den Elektroden 18. bzw. 14 aufgenommen werden, der Schrittmacherimpuls A, die Sägezahnspannung der einstellbaren Taktschaltung des Oszillators und die an den Stellen (a bis h) der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 erzeugten Signale zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten veranschaulicht. Der künstliche Schrittmacherimpuls A ist in gestrichelten Linien den P-Wellen und R-Wellen überlagert dargestellt, um anzudeuten, daß er von den betreffenden Detektoren nicht aufgenommen wird. Bei der Darstellung der P-Welle ist die R-Welle gestrichelt angedeutet; umgekehrt ist bei der R-Welle die P-Welle mit gestrichelten Linien veranschaulicht, um erkennen zu lassen, daß diese Wellen von den betreffenden Detektoren nicht erfaßt werden. Die auf diese Weise gebildete, bei der Darstellung der P-Welle gestrichelt veranschaulichte R-Welle ist zeitlich verzögert, um anzudeuten, daß diese Signale die Vorhofelektrode nach einem eine Zeitverzögerung bewirkenden Durchlaufen des Herzens erreichen wurden. Die Sägezahnwelle der RC-Oszillatorspannung tritt an der Verbindungsstelle von Widerstand R14¹ und Kondensator C17 des Oszillators 12 gemäß Fig. 3b auf. Alle in den Fig. 4a und 4b wiedergegebenen Wellenformen sind stilisiert, um das Arbeitsprinzip des Schrittmachers leichter veranschaulichen zu können; sie geben nicht unbedingt die tatsächliche Amplitude, Polarität oder Form der betreffenden Signale wieder.Figures are the P-wave and the R-wave ₁ generated by the heart and picked up by the electrodes 18 and 14, the pacemaker pulse A, the sawtooth voltage of the adjustable clock circuit of the oscillator and those at points (a to h) of the Circuit arrangement according to FIG. 2 illustrates signals generated at successive times. The artificial pacemaker pulse A is shown in dashed lines superimposed on the P-waves and R-waves to indicate that it is not picked up by the detectors concerned. In the representation of the P-wave, the R-wave is indicated by dashed lines; conversely, in the case of the R wave, the P wave is illustrated with dashed lines in order to show that these waves are not detected by the relevant detectors. The R-wave formed in this way, shown in dashed lines in the representation of the P-wave, is delayed in time to indicate that these signals would reach the atrial electrode after a time-delayed passage through the heart. The sawtooth wave of the RC oscillator voltage occurs at the junction of resistor R14 ¹ and capacitor C17 of oscillator 12 according to FIG. 3b. All of the waveforms shown in FIGS. 4a and 4b are stylized in order to be able to more easily illustrate the working principle of the pacemaker; they do not necessarily reflect the actual amplitude, polarity, or shape of the signals in question.

609825/0722609825/0722

Es werden fünf Betriebsarten der Schaltungsanordnungen nach den Fig. 2, 3a und 3b diskutiert, wie dies über den betreffenden Diagrammen der Fig. 4a und 4b angedeutet ist. Die Betriebsart I stellt den Sperrbetrieb bei Vorhandensein von normaler Herzaktivität dar. In der Betriebsart I wird entsprechend Fig. 2 das P-Wellen-Signal von der Vorhofelektrode 18 aufgenommen. Dieses Signal wird von dem P-Wellen-Detektor 48 verstärkt; es tritt als Signal a an der Leitung 62 auf. Das verstärkte P-Wellen-Signal (a) wird dem Setzeingang des Speichers 66 zugeführt, der daraufhin das in Fig. 4 bei c) dargestellte Speicherausgangssignal auf die Leitung 68 gibt. Das Speicherausgangssignal (c) wird der PR-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung 70 gemäß Fig. 2 zugeleitet, die nach einer Zeitdauer von 100 ms den Oszillator 12 triggert, falls der Speicher 66 nicht vor ■Ablauf der 1OO ms gelöscht wird. Das verstärkte P-Wellen-There are five modes of operation of the circuit arrangements Figs. 2, 3a and 3b discussed how this is related to the Diagrams of Figs. 4a and 4b is indicated. The operating mode I sets the locking mode in the presence of normal cardiac activity. In mode I, accordingly Figure 2 shows the P-wave signal from the atrial electrode 18 added. This signal is amplified by the P-wave detector 48; it occurs as a signal a on line 62. The amplified P-wave signal (a) is fed to the set input of the memory 66, which then the memory output signal shown in FIG. 4 at c) on the line 68. The memory output signal (c) becomes the PR interval time delay circuit 70 according to FIG 2, which triggers the oscillator 12 after a period of 100 ms if the memory 66 does not precede ■ Expiry of the 100 ms is deleted. The reinforced P-wave

Signal (a) geht außerdem an die Refraktärschaltung 58, die das Refraktärsignal (g) erzeugt, das dem Meßverstärker zugeführt wird. Das Refraktärsignal (g) hat eine unveränderliche Impulsbreite von 150 ms. Die Refraktärdauer kann jedoch während des 150 ms-Intervalls von neuem gestartet werden.Signal (a) also goes to refractory circuit 58, which generates the refractory signal (g) that is sent to the measuring amplifier is fed. The refractory signal (g) has an invariable one Pulse width of 150 ms. The refractory period can but restarted during the 150 ms interval will.

Im Falle der Betriebsart I kontrahiert die Herzkammer auf Grund der Kontraktion des Vorhofes. Die 1OO ms der Zeitverzögerungsschaltung 70 verstreichen. Das natürlicheIn the case of operating mode I, the heart chamber contracts due to the contraction of the atrium. The 1OO ms the Time delay circuit 70 elapse. The natural one

609825/0722609825/0722

R-Wellen-Signal wird von der Kammerelektrode 14 aufgenommen und mittels des R-Wellen-Detektors 24 verstärkt, um das verstärkte R-Wellen-Signal gemäß der Darstellung (b) zu erzeugen. Das verstärkte R-Wellen-Signal (b) wird an den Löscheingang des Speichers 66 angelegt, um den Speicher zu löschen und auf diese Weise das Speicherausgangssignal (c) zu beenden. Nimmt man an, daß die Zeitspanne zwischen der Erzeugung der Signale (a und b) 80 ms beträgt, löst die TR-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung 70 den Oszillator nicht aus, was sich in der Signaldarstellung (d) bemerkbar machen würde. Das verstärkte R-Wellen-Signal (b) wird dem Rückstelleingang des Oszillators 12 zugeführt, wodurch die Spannung auf oder nahezu auf das Massepotential zurückgestellt und damit die Taktgabe für den Oszillator 12 erneut gestartet wird. Es ist infolge dessen zu erkennen, daß in der Betriebsart I der künstliche Herzschrittmacher gemäß den Fig. 2, 3a und 3b daran gehindert wird, Reizimpulse zu erzeugen, weil die Kammer auf die Vorhofdepolarisation auf natürliche Weise rechtzeitig anspricht.R-wave signal is picked up by the chamber electrode 14 and amplified by means of the R-wave detector 24 to detect the to generate an amplified R-wave signal according to the illustration (b). The amplified R-wave signal (b) is sent to the The clear input of the memory 66 is applied to clear the memory and in this way the memory output signal (c) to end. Assuming that the time between the generation of signals (a and b) is 80 ms, solves the TR interval time delay circuit 70 does not turn off the oscillator, which is noticeable in the signal representation (d) would do. The amplified R-wave signal (b) is fed to the reset input of the oscillator 12, whereby the voltage is reset to or nearly to the ground potential and so that the clocking for the oscillator 12 is started again. As a result, it can be seen that in mode I the artificial pacemaker 2, 3a and 3b is prevented from generating stimulus pulses because the ventricle is on the atrial depolarization naturally responds in a timely manner.

Zu der Betriebsart II des Schrittmachers nach den Fig. 2, 3a und 3b kommt es, wenn eine spontane Depolarisation der Kammer des Patienten stattfindet, ohne daß dem eine Depolarisation des Vorhofes oder die Zuführung eines elektrischen Reizsignals vorausgeht. Wenn eine derartige isoliert auftretende oder ektopische R-Welle erscheint,Regarding mode II of the pacemaker according to FIG. 2, 3a and 3b occur when a spontaneous depolarization of the Chamber of the patient takes place without the depolarization of the atrium or the delivery of a electrical stimulus signal precedes. When such an isolated or ectopic R-wave appears,

SG9825/Ö722SG9825 / Ö722

255A933255A933

bevor das Zeitglied des Oszillators 12 voll abgelaufen ist, setzt sie das Zeitglied des Oszillators zurück, wodurch verhindert wird, daß dem Herzen ein künstlicher Reizimpuls zugeführt wird. Diese Betriebsart des Schrittmachers nach Fig. 2 wird als Ventrikelsperrbetrieb bezeichnet. Wird eine ektopische R-Welle von der Kammerelektrode 14 erfaßt und im R-Wellen-Detektor 24 verstärkt, gelangt sie über die Leitung 39 zum Rückstelleingang des Oszillators 12, zur Refraktärschaltung 34 des R-Wellen-Meßverstärkers 25, zur Refraktärschaltung 58 des P-Wellen-Meßverstärkers 54 und zum Löscheingang des Speichers 66. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, fällt die Spannung am Kondensator C11 in dem Augenblick wieder auf Null oder Masse zurück, in dem das verstärkte R-Wellen-Signal (b) zum Rückstelleingang des Oszillators 12 gelangt. Obwohl der P-Wellen-Detektor 48 so abgestimmt ist, daß er alle einlaufenden Signale mit Ausnahme der P-Welle abweist, ist für eine zusätzliche Sicherung dadurch gesorgt, daß die Refraktärschaltung 58 ausgelöst wird, so daß der Meßverstärker 54 für eine Zeitspanne von 150 ms kein ankommendes Signal erfassen kann. Da die Kammerelektrode 14 der ektopischen Depolarisationswelle in der Herzkammer näherliegt als die Vorhofelektrode 18, erreicht die R-Welle die in der Darstellung der P-Welle gemäß Fig. 4a gestrichelt wiedergegeben ist, die Vorhofelektrode nach einer gewissen Zeitverzögerung. Falls infolge der speziellen Form der ektopischen R-Welle der Meßverstärkerbefore the timer of the oscillator 12 has fully expired, it resets the timer of the oscillator, thereby preventing is that the heart is supplied with an artificial stimulus. This mode of operation of the pacemaker according to Fig. 2 is referred to as the ventricular lock mode. Will be a ectopic R-wave detected by the chamber electrode 14 and im R-wave detector 24 amplified, it arrives on the line 39 to the reset input of the oscillator 12, to the refractory circuit 34 of the R-wave measuring amplifier 25, to Refractory circuit 58 of the P-wave measuring amplifier 54 and to the clear input of memory 66. As can be seen from Fig. 4, the voltage on capacitor C11 falls at that moment back to zero or ground, in which the amplified R-wave signal (b) is sent to the reset input of the Oscillator 12 arrives. Although the P-wave detector 48 is tuned so that it rejects all incoming signals with the exception of the P-wave, is for an additional Secured by the fact that the refractory circuit 58 is triggered, so that the measuring amplifier 54 for one Cannot detect an incoming signal for a period of 150 ms. Since the chamber electrode 14 of the ectopic depolarization wave is closer in the ventricle than the atrial electrode 18, the R-wave reaches the representation of the P-wave is shown in dashed lines according to FIG. 4a, the atrial electrode after a certain time delay. If because of the special shape of the ectopic R-wave of the measuring amplifier

609826/0722609826/0722

diese möglicherweise verstärkt haben könnte, wird dies dadurch verhindert, daß die Refraktärschaltung 58 während dieser Zeitspanne ausgelöst wird.this could possibly have intensified, this will be the result prevents the refractory circuit 58 during this period of time is triggered.

Die dritte Betriebsart des künstlichen Herzschrittmachers nach den Fig. 2, 3a und 3b geht davon aus, daß es weder im Vorhof noch in der Herzkammer zu einer Depolarisation innerhalb eines bestimmten, voreingestellten Intervalls des Impulsgeneratorzeitgliedes im Oszillator 12 kommt. Dieses Intervall wird voreingestellt; es kann einer Zeitspanne von 1 OOO ms, bzw. einer Herzschlagrate von 60 Schlägen pro Minute entsprechen. Wenn die Herzschlagrate von Vorhof und Kammer des Patienten unter 60 Schläge pro Minute abfällt, sorgt der künstliche Herzschrittmacher für eine asynchrone Anregung des Herzens. Diese Betriebsart kann als Bedarfsbetrieb bezeichnet werden; sie ist in Fig. 4a in dem der ektopischen R-Welle der Betriebsart II folgenden Zeitbereich veranschaulicht. Aus der Darstellung der RC-Oszillator-Spannung ist zu erkennen, daß bei der Betriebsart II die Spannung auf Null vermindert wurde, und entsprechend dem dargestellten Sägezahnverlauf ständig ansteigt, bis eine vorbestimmte Bezugsspannung (+Ref.) erreicht wird, worauf der Oszillator das Oszillatorausgangssignal (e) abgibt. Das Oszillatorausgangssignal (e) wird zurückgeführt, um den Oszillator 12 zurückzustellen und die Spannung von dem positiven Bezugsspannungspegel wieder aufThe third mode of operation of the artificial pacemaker according to FIGS. 2, 3a and 3b assumes that it is neither in the Atrium still in the ventricle to a depolarization within a certain, preset interval of the pulse generator timing element in the oscillator 12 comes. This Interval is preset; it can span a period of 1 000 ms or a heartbeat rate of 60 beats per Minute. If the patient's atrial and ventricular heartbeat rate drops below 60 beats per minute, the artificial pacemaker ensures an asynchronous Stimulation of the heart. This operating mode can be referred to as on-demand operation; it is in Fig. 4a in which the ectopic R wave of mode II following time range illustrated. From the representation of the RC oscillator voltage it can be seen that in mode II the voltage was reduced to zero, and accordingly the sawtooth curve shown increases continuously until a predetermined reference voltage (+ Ref.) is reached, whereupon the oscillator emits the oscillator output signal (e). The oscillator output signal (e) is fed back, to reset the oscillator 12 and restore the voltage from the positive reference voltage level

609825/0722609825/0722

den Spannungspegel Null zurückzubringen, wie dies in Fig. 4a veranschaulicht ist. Gleichzeitig wird das Signal (e) den Refraktärschaltungen 34 und 58 sowie dem Löscheingang des Speichers 66 zugeführt. Entsprechend der Darstellung der R-Welle in Fig. 4a wird das Oszillatorausgangssignal (e) mittels des Impulsverstärkers 48" verstärkt, um den Schrittmacherimpuls A zu erzeugen. Dieser wird über die Kammerelektrode 14 angelegt; die Herzkammer wird depolarisiert; die R-Welle wird ausgebildet. Weil das Oszillatorausgangssignal (e) an die Refraktärschaltungen 34 und 58 angelegt wird, kann weder der R-Wellen-Detektor 24 noch der P-Wellen-Detektor 48 den Schrittmacherimpuls oder die induzierte R-Welle aufnehmen.bring back the voltage level to zero, as illustrated in Figure 4a. At the same time, the signal (e) is den Refractory circuits 34 and 58 and the clear input of the Memory 66 supplied. According to the representation of the R wave in Fig. 4a becomes the oscillator output signal (e) amplified by the pulse amplifier 48 "to the pacemaker pulse A to generate. This is applied via the chamber electrode 14; the ventricle is depolarized; the R-wave is formed. Because the oscillator output signal (e) is applied to the refractory circuits 34 and 58 Neither the R-wave detector 24 nor the P-wave detector can 48 record the pacemaker pulse or induced R-wave.

Bei der Betriebsart III spricht im Anschluß an die Erzeugung des Oszillatorausgangssignals (e) die Ratenbegrenzerschaltung 50 an, um den Oszillator 12 für 500 ms zu sperren, wie dies durch das Sperrsignal (.h) angedeutet ist.In operating mode III, the rate limiter circuit speaks after the oscillator output signal (e) has been generated 50 to lock the oscillator 12 for 500 ms, as indicated by the lock signal (.h) is.

Im Falle der Betriebsart IV der Schrittmacherschaltung nach den Fig. 2, 3a und 3b arbeitet die Schaltungsanordnung im P-Wellen-Synchronbetrieb. Dabei treten Vorhofdepolarisationen oder P-Wellen mit einer die Grundrate des Oszillators 12 überschreitenden Rate auf; wegen einer Störung des natürlichen Reizleitungssystems des HerzensIn the case of mode IV of the pacemaker circuit According to FIGS. 2, 3a and 3b, the circuit arrangement operates in P-wave synchronous mode. Atrial depolarizations occur or P-waves at a rate exceeding the base rate of the oscillator 12; because of a Disruption of the heart's natural conduction system

809825/0722809825/0722

sind sie jedoch nicht in der Lage, die Depolarisaticn der Herzkammer innerhalb des normalen P-R-Intervalls auszulösen, für das in diesem Falle 100 ms gewählt sind. Bei der Erläuterung dieser Betriebsart sei ferner angenommen, da3 die Vorhofrate unter dem Ratengrenzwert von 120 Schlägen pro Minute liegt, d.h., eine mittlere Dauer von mehr als 5OO ms, den von der Ratenbegrenzerschaltung 50 vorgegebenen Wert, hat.however, they are not able to the depolarisaticn the Trigger the ventricle within the normal P-R interval, for which 100 ms are selected in this case. When explaining In this mode of operation it is also assumed that the atrial rate is below the rate limit of 120 beats per minute, i.e. an average duration of more than 500 msec, is that specified by the rate limiter circuit 50 Worth, has.

Entsprechend Fig. 2 wird zu Beginn der Betriebsart IV das P-Wellen-Signal erfaßt und im P-Wellen-Detektor 48 verstärkt. Das verstärkte P-Wellen-Signal (a) setzt den Speicher 66 der Speicherschaltung 44. Der Setzzustand des Speichers 66 ergibt sich aus dem Signalverlauf (c in Fig. 4a). Die P-Welle trat nach Beendigung der Refraktärperiode des Meßverstärkers 54 auf, die auf das unmittelbar vorhergehende R-Wellen-Signal in der Betriebsart III zurückzuführen war. Das Speicherausgangssignal (c) wird der PR-Intervall-Zeitverzögerungsschaltung 70 zugeführt; diese löst nach einer Zeitdauer von 100 ms (Kurvenverlauf (d)) die Erzeugung eines Oszillatorausgangssignals (e) durch den Oszillator aus. Aus dem in Fig. 4a wiedergegebenen Verlauf der RC-Oszillatorspannung folgt, daß in dem Augenblick, in dem das Signal (d) erscheint, volle Spannung an das Zeitglied angelegt wird> die Form des Kurvenverlaufs ändert sich sofort. Bei Anlegen der vollen Spannung (B+) an dasAccording to FIG. 2, at the beginning of mode IV, the P-wave signal is detected and amplified in the P-wave detector 48. The amplified P-wave signal (a) sets the memory 66 of the memory circuit 44. The setting state of the Memory 66 results from the signal curve (c in Fig. 4a). The P wave occurred after the end of the refractory period Measurement amplifier 54, which can be traced back to the immediately preceding R-wave signal in mode III was. The memory output (c) is sent to the PR interval time delay circuit 70 supplied; this triggers the generation after a period of 100 ms (curve (d)) an oscillator output signal (e) by the oscillator. From the course of the shown in Fig. 4a RC oscillator voltage follows that in the moment in which the signal (d) appears, full voltage is applied to the timer> the shape of the curve changes immediately. When applying full voltage (B +) to the

60982S/072260982S / 0722

Zeitglied wird der Bezugsspannungspegel rasch erreicht und überschritten, was bewirkt, daß der Oszillator 12 das Oszillatorausgangssignal (e) abgibt. Das Oszillatorausgangssignal (e) stellt in der zuvor beschriebenen Weise den Oszillator 12 zurück und löscht den Speicher 66, wodurch das Oszillatorausgangssignal (e) und das Speicherausgangssignal (c) beendet werden. Das Oszillatorausgangssignal (e) wird mittels des Impulsverstärkers 48 verstärkt und als Schrittmacherimpuls A der Kammerelektrode 14 zugeführt; es regt die dem Schrittmacherimpuls A folgende R-Welle an. In der zuvor erläuterten Weise wird der Meßverstärker 54 durch das verstärkte P-Wellen-Signal (a) für seine Refraktärperiode unempfindlich gemacht. Nach 1OO ms innerhalb der 15O ms andauernden Refraktärperiode wird das Oszillatorausgangssignal (e) der Refraktärschaltung 58 zugeführt, um die Refraktärperiode des Meßverstärkers 54 entsprechend dem Kurvenverlauf (g) erneut zu starten. Nach Erzeugung des Oszillatorausgangssignals (e) sperrt die Ratenbegrenzerschaltung 50 den Oszillator 12 wiederum für 5OO ms; der Meßverstärker 25 wird für 300 ms refraktor gemacht.Timer, the reference voltage level is reached quickly and exceeded, which causes the oscillator 12 to emit the oscillator output signal (e). The oscillator output signal (e) resets the oscillator 12 in the manner previously described and clears the memory 66, whereby the oscillator output signal (e) and the memory output signal (c) are terminated. The oscillator output signal (e) is amplified by the pulse amplifier 48 and used as a pacemaker pulse A supplied to the chamber electrode 14; it excites the R-wave following the pacemaker pulse A. In the previously explained way, the measuring amplifier 54 by the amplified P-wave signal (a) for its refractory period made insensitive. After 100 ms within the 15O ms continuous refractory period becomes the oscillator output signal (e) the refractory circuit 58 supplied to the Refractory period of the measuring amplifier 54 according to the Start the curve (g) again. After the oscillator output signal (e) has been generated, the rate limiter circuit blocks 50 the oscillator 12 again for 500 ms; the measuring amplifier 25 is made refractor for 300 ms.

Die vorstehend erläuterten Betriebsarten sind an sich bekannt. Erfindungsgemäe arbeitet der Schrittmacher in einer fünften Betriebsart, die in vorteilhafter Weise den Betrieb eines Synchronschrittmachers mit einem stabilen oberen Ratengrenzwert erlaubt.The operating modes explained above are known per se. According to the invention, the pacemaker works in one fifth mode of operation, which advantageously operate a synchronous pacemaker with a stable upper rate limit.

60982S/072260982S / 0722

Für die in Fig. 4b veranschaulichte Betriebsart V sei angenommen, daß die Vorhof- oder P-W'ellenrate über 120 Schläge pro Minute ansteigt. Entsprechend Fig. 4b bedeutet dies, daß das Intervall zwischen den P-Wellen unter 500 ms absinkt. Zur einfacheren Darstellung ist davon ausgegangen, daß das P-Wellen-Intervall von gerade oberhalb 500 ms an der linken Seite der Darstellung auf ungefähr 45O ms (133 Schläge pro Minute) für die restlichen dargestellten Intervalle übergeht. Es ist ferner angenommen, daß das Ratenbegrenzungssignal (f) der Betriebsart IV gerade ausläuft, wenn die erste P-Welle (gezählt von links) erfaßt wird. Wie im Falle der Betriebsart IV wird wiederum ein Schrittmacherimpuls A 1OO ms nach dem Erfassen und Verstärken der P-Welle erzeugt. Die Ratenbegrenzerschaltung wird erneut gestartet, um den Oszillator für 5OO ms zu sperren? die Spannung des Oszillatorzeitgliedes fiängt wieder zu steigen an.For the operating mode V illustrated in FIG. 4b, it is assumed that that the atrial or P-wave rate is over 120 beats per minute increases. According to FIG. 4b, this means that the interval between the P waves drops below 500 ms. For the sake of simplicity, it is assumed that the P-wave interval is just above 500 ms at the left Side of the display to about 450 ms (133 beats per Minute) for the remaining intervals shown. It is further assumed that the rate limit signal (f) mode IV is about to expire when the first P-wave (counting from the left) is detected. As in the case of mode IV In turn, a pacemaker pulse A 100 msec after the detection and amplification of the P-wave is generated. The rate limiter circuit is started again to block the oscillator for 500 ms? the voltage of the oscillator timer begins to rise again.

Die zweite P-Welle erscheint ungefähr 450 ms nach der ersten P-Welle. Der P-Wellen-Detektor 48 erzeugt daraufhin das verstärkte P-Wellen-Signal (a), weil die Refraktärschaltung 58 bereits ausgelaufen ist. Das Signal (a) setzt den Speicher 66, so daß das Speichercusgangssignal (c) erscheint. Nach 1OO ms wird Oszillator 12 getriggert. Der Oszillator kann jedoch 50 ms lang nicht ansprechen; wie aus dem Kurvenverlauf für die Spannung des Zeitgliedes hervorgeht, bleibt die Zeitgliedspannung nahe B+, bis die volle Zeitspanne vonThe second P-wave appears approximately 450 ms after the first P-wave. The P-wave detector 48 then generates the amplified P-wave signal (a) because the refractory circuit 58 has already expired. The signal (a) sets the memory 66 so that the memory bus exit signal (c) appears. Oscillator 12 is triggered after 100 ms. However, the oscillator cannot respond for 50 ms; like from the curve for the voltage of the timer, the timer voltage remains near B + until the full period of time

609825/0722609825/0722

500 ms für den Betrieb der Ratenbegrenzerschaltung 50 abgelaufen ist. Sobald der Oszillator 12 nicht langer gesperrt wird, wird er veranlaßt, das Oszillatorausgangssignal (e) und den Schrittmacherimpuls A zu erzeugen. Gemäß Fig. 4b ist zu dem Zeitpunkt, zu dem das Oszillatorausgangssignal (e) erzeugt wird, die P-Wellen-Refraktärschaltung 58 voll ausgelaufen; infolge dessen wird sie jetzt erneut gestartet.500 ms has elapsed for the rate limiter circuit 50 to operate is. As soon as the oscillator 12 is no longer blocked, it is caused to output the oscillator output signal (e) and generate the pacing pulse A. According to FIG. 4b, at the point in time at which the oscillator output signal (e) is generated, the P-wave refractory circuit 58 fully leaked; as a result, it will now be restarted.

Die dritte und die vierte P-Welle lassen die Schrittmacherschaltung nach den Fig. 2, 3a und 3b in ähnlicher Weise ansprechen. Es ist jedoch festzustellen, daß die PR-Intervalle breiter werden, bis die vierte R-Welle zeitlich fast der fünften P-Welle entspricht. Weil der Fall eintreten könnte, daß die natürliche P-Welle und die ausgelöste R-Welle gleichzeitig erscheinen, und weil der P-Wellen-Detektor 48 unter Umständen nicht zwischen diesen beiden Wellen unterscheiden kann, es sei denn, die Detektorfilterkreise könnten kundenseitig für jeden Patienten abgestimmt werden, wird der P-Wellen-Detektor 48 sowohl durch die verstärkte P-Welle (a) als auch durch das Oszillatorausgangssignal (e) refraktor gemacht.The third and fourth P-waves leave the pacemaker circuit respond in a similar manner according to FIGS. 2, 3a and 3b. It should be noted, however, that the PR intervals become wider until the fourth R-wave almost corresponds in time to the fifth P-wave. Because the fall could happen that the natural P-wave and the triggered R-wave appear simultaneously, and because the P-wave detector 48 below Certain circumstances cannot distinguish between these two waves, unless the detector filter circuits could be provided by the customer will be matched for each patient, the P-wave detector 48 by both the amplified P-wave (a) and the oscillator output signal (e) refractor made.

Wenn folglich die fünfte P-Welle auftritt, ist der P-Wellen-Detektor 48 auf Grund des vorausgegangenen Oszillatorausgangssignals (e) refraktor. Daher wird die Speicherschaltung 44 durch die fünfte P-Welle nicht gesetzt; derThus, when the fifth P-wave occurs, it is the P-wave detector 48 due to the previous oscillator output signal (e) refraktor. Therefore, the memory circuit 44 not set by the fifth P wave; the

609825/0722609825/0722

255A933255A933

Schrittmacher wird gesperrt, bis die sechste P-Welle erscheint. Wie die Fig. 4b erkennen läßt, hat der Schrittmacher künstliche Reizimpulse A in konstanten Abständen von 500 ms bis zur vierten P-Welle geliefert. Das Intervall zwischen dem vierten Schrittmacherimpuls A und dem nächsten Schrittmacherimpuls A ist jedoch auf Grund der überprungenen P-Welle größer; es dauert ungefähr 650 ms. Bei der sechsten P-Welle befinden sich jedoch sämtliche Refraktärschaltungen und die Ratenbegrenzerschaltung im Ruhezustand; die R-Welle folgt in dem 100 ms-Intervall, und zwar in Übereinstimmung mit dem Ansprechverhalten der Schrittmacherschaltung auf die erste dargestellte P-Welle.Pacemaker is locked until the sixth P-wave appears. As can be seen in FIG. 4b, the pacemaker has artificial stimulus pulses A at constant intervals from 500 ms to fourth P-wave delivered. The interval between the fourth pacing pulse A and the next pacing pulse A. however, it is larger due to the skipped P-wave; it takes about 650 ms. However, the sixth P-wave has all of the refractory circuits and the rate limiter circuit at rest; the R wave follows in the 100 ms interval, in accordance with the Response of the pacemaker circuit to the first P-wave shown.

Fig. 4b läßt also erkennen, daß die erläuterte Schrittmacherschaltung in der fünften Betriebsart auf eine P-Wellenrate, die einen vorbestimmten oberen Grenzwert, beispielsweise 120 Schläge pro Minute, überschreitet, in der Weise reagiert, daß die Rate auf näherungsweise den oberen Grenzwert stabilisiert wird.4b shows that the pacemaker circuit explained in the fifth operating mode to a P-wave rate, which exceeds a predetermined upper limit value, for example 120 beats per minute, reacts in such a way, that the rate is stabilized at approximately the upper limit value.

Die Rate fällt periodisch für einen Schlag auf eine niedrigere Rate ab, die jedoch noch immer die Grundrate der Oszillatorschaltung oder die Hälfte der tatsächlichen P-Wellenrate erheblich übertrifft. Die mittlere Schrittmacherrate ist gleich dem oberen Ratengrenzwert, wenn sie der P-Wellenrate entspricht; sie sinkt dann allmählichThe rate periodically drops to a lower one for one beat Rate from, but still the basic rate of the oscillator circuit or half the actual rate Significantly exceeds the P-wave rate. The mean pacing rate is equal to the upper rate limit if it corresponds to the P-wave rate; it then gradually decreases

609825/0722609825/0722

geringfügig ab, wenn die P-Wellenrate weiter ansteigt.decreases slightly as the P-wave rate continues to increase.

In physiologischer Hinsicht hat die erzielte obere Ratenstabilisierung im synchronen Schrittmacherbetrieb den Vorteil, daß das Minutenvolumen des Herzens des Patienten nicht plötzlich halbiert wird. Obwohl sich die mittlere Schrittmacherrate nahe der oberen Rate stabilisiert, wenn die natürliche P-Wellenrate ansteigt, sucht die damit verbundene Stabilisierung der Herzleistung die P-Wellenrate relativ langsam zurückbringen, wenn der Patient seine Aktivität verringert. Der für einen bestimmten Patienten vorgesehene obere Ratengrenzwert kann so gewählt werden, daß er sich dem erwarteten physikalischen Aktivitätsgrad anpaßt. Das Funktionsverhalten des Schrittmachers steigert das Wohlbefinden des Patienten; es wird eine zusätzliche Sicherheit gegen physikalische Schäden während Perioden anstrengender Aktivität oder physischen Stresses erzielt, auf Grund deren der Herzleistungsbedarf erhöht wird.In physiological terms, the upper rate stabilization achieved has been achieved in synchronous pacemaker operation the advantage that the minute volume of the patient's heart is not is suddenly cut in half. Although the mean pacemaker rate stabilized near the upper rate, when the natural P-wave rate increases, seeks the associated one Stabilizing cardiac output will bring the P-wave rate back relatively slowly when the patient is active decreased. The one intended for a specific patient upper rate limit can be chosen to adapt to the expected level of physical activity. That Functional behavior of the pacemaker increases the patient's well-being; it becomes an additional security against physical damage achieved during periods of strenuous activity or physical stress, due to which the Cardiac output requirement is increased.

Was die Verläßlichkeit und physiologische Gesichtspunkte anbelangt, wird es durch die periodische Wiederherstellung des zeitlichen Synchronismus (die 100 ms-Verzögerung) zwischen dem künstlichen Schrittmacherimpuls und den selektiv erfaßten P-Wellen, in Fällen, in denen die Vorhofrate des Herzens die maximale Schrittmacherrate übertrifft, für den Arzt möglich, sich anhand eines EKG-Streifens davon zu überzeugen,As for the reliability and physiological aspects as far as it is concerned, it is made possible by the periodic restoration of time synchronism (the 100 ms delay) between the artificial pacemaker pulse and the selectively sensed P-waves, in cases where the atrial rate of the heart Exceeds the maximum pacemaker rate, possible for the doctor to convince himself with the help of an EKG strip

809825/0722809825/0722

daß der implantierte Schrittmacher einwandfrei arbeitet und nicht nur asynchron mit der oberen Schrittmacherrate läuft. In technischer Hinsicht wird bei dem oben erläuterten Schrittmacherbetrieb dadurch, daß der P-Wellen-Detektor im Anschluß an eine erfaßte P-WeIIe₁ eine erfaßte R-Welle und ein Impulsgeneratorausgangs- oder Rückstellsignal refraktor gemacht wird, berücksichtigt, daß es der P-Wellen-Detektormeßschaltung schwer fallen würde, zwischen einer natürlichen P-Welle und einer vom Schrittmacher verursachten R-Welle zu unterscheiden, die mit der natürlichen P-Welle zeitlich eng zusammenfällt , eine Erscheinung, zu der es in der Betriebsart V notwendigerweise kommt, wenn die natürliche Vorhofrate die obere Schrittmacherrate übersteigt.that the implanted pacemaker is working properly and is not just running asynchronously with the upper pacemaker rate. Technically, in the pacemaker operation discussed above, by refracting the P-wave detector following a detected P-wave _1, a detected R-wave and a pulse generator output or reset signal, it takes account of the P-waves Detector measurement circuit would find it difficult to distinguish between a natural P-wave and a pacemaker-induced R-wave that closely coincides in time with the natural P-wave, a phenomenon that necessarily occurs in mode V when the natural Atrial rate exceeds the upper pacing rate.

Ansprüche:Expectations:

609325/0722609325/0722

Claims

ί 1.ySynchronous pacemaker with a device for selective acquisition of natural electrical heart signals, a device for generating an artificial one Stimulus signal in temporal synchronism with the recorded heart signal and a device that gives the heart the supplies generated stimulus signal to trigger a corresponding heartbeat, characterized by a device, which responds when the sensed cardiac signals repeat at a rate exceeding an upper pacemaker rate, and the synchronous pacing rate at a rate approaching, but not exceeding, the upper pacing rate medium rate stabilized and halt.

2, synchronous cardiac pacemaker with a device for the selective acquisition of natural electrical cardiac signals, a device for generating an artificial stimulus signal in time synchronism with the detected one Heart signal and a device that sends the heart the generated stimulus signal to trigger a corresponding Heartbeat supplies, characterized in that to stabilize the synchronous pacemaker rate to a mean rate that approximates but does not exceed the upper pacing rate, a means of inhibiting

608828/0722 .608828/0722.

the generation of a subsequent stimulus signal for a a predetermined period of time corresponding to an upper pacing rate and means are provided which that between the acquisition of cardiac electrical signals that exceed the upper pacing rate Repeat rate, and the time elapsed from synchronously generating the artificial stimulus signal such changes to include the predetermined period of time,

3. Synchronous pacemaker according to claim 2, characterized by a device for periodic interruption the selective acquisition of natural cardiac electrical signals that move at an upper pacing rate repeat the exceeding rate in such a way that the generation of a subsequent stimulus signal in temporal synchronism with the detected heart signal takes place.

4, method of controlling the operation of a synchronous Pacemaker, in which natural electrical heart signals are selectively detected, an artificial stimulus signal is generated in temporal synchronism with the detected heart signal and the generated stimulus signal to the Heart is applied to trigger a corresponding heartbeat, characterized in that for stabilization the synchronous pacemaker rate to a medium one

*8 25/0722* 8 25/0722

Rate that approaches the upper pacing rate, but does not exceeds the generation of a subsequent stimulus signal locked for a predetermined period of time corresponding to an upper pacing rate and the period of time that between the acquisition of cardiac electrical signals that exceed the upper pacing rate Repeat rate, and the synchronous generation of the artificial stimulus signal elapses, is changed in such a way, that it includes the predetermined period of time.

5. The method according to claim 4, characterized in that the detection of natural electrical heart signals after the generation of a stimulus signal blocked for a further predetermined period of time and thus the synchronous Generating the artificial stimulus signal at the upper pacemaker rate is periodically interrupted for one pacemaker cycle to ensure the temporal synchronism of the generation to restore the artificial stimulus signals.

6. The method according to claim 4, characterized in that the selective acquisition of natural cardiac electrical signals that are at an upper pace rate Repeat the exceeding rate, is interrupted periodically in such a way that the generation of a subsequent Stimulus signal takes place in temporal synchronism with the detected heart signal.

6O9S2S / O722

7. Synchronous artificial pacemaker with a pulse generator for generating the patient's heart to trigger a heartbeat in synchronism with one detectable natural electrical heart signal of the patient deliverable electrical pacemaker pulses at a synchronous rate that is between a lower base pacing rate and an upper maximum pacing rate and with a timer that is responsible for generating the pacemaker pulses at the lower basic pacemaker rate ensures that the pacemaker does not receive any natural heart signals within a maximum period of time detected, characterized by a maximum rate limiter circuit, which specifies the maximum pacemaker rate by controlling the generation of pacemaker pulses for a Prevented a predetermined minimum period of time following the generation of each pacemaker pulse, as well as by a memory circuit which, on the basis of natural heart signals, reacts the impulse generator to the natural heart signals can respond 'after the predetermined minimum period of the maximum rate limiter circuit has elapsed is so that the pulse generator is in synchronism with the natural electrical signals, but with a average rate that does not exceed the maximum pacemaker rate.

609825/0722609825/0722

8. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 7, characterized by one coupled to the pulse generator first electrode, which can be connected to the heart of the patient on or within the chamber, around the chamber to deliver the artificial pacemaker impulses and to record natural electrical ventricular signals, as well as through a reset circuit coupled to the timing element and the first electrode which is responsive to an electrical chamber signal the maximum time period starts again and prevents the pulse generator from sending a stimulus signal to the heart to be supplied for the maximum period of time.

9. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 8, characterized by one coupled to the pulse generator second electrode that can be connected to the patient's heart on or in the atrium to make natural record electrical atrial signals, as well as through a with the pulse generator and the second electrode coupled trigger circuit that acts on the electrical Atrial signals towards the pulse generator causes a Generate a pacing pulse in synchronism with a sensed atrial electrical signal.

609825/0122609825/0122

10. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 7, characterized by a second electrode coupled to the pulse generator which is connected to the heart of the Can be connected to patients on or in the atrium in order to record natural electrical atrial signals, as well as by a with the pulse generator and the second electrode coupled trigger circuit that acts on the electrical Atrial signals sent to the pulse generator cause a pacemaker pulse to be synchronized with a sensed electrical one Generate atrial signal.

11. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 10, characterized in that one with the second electrode and a time delay circuit coupled to the trigger circuit responsive to each detected electrical Atrial signal causes the trigger circuit to generate the pulse generator to generate a pacemaker pulse in synchronism with the detection of the atrial electrical signal and after an atrial-ventricular delay period has elapsed to stimulate, and that the memory circuit with the second electrode and the time delay circuit is coupled and, in response to the electrical atrial signal, the response signal of the time delay circuit for maintains a period of time greater than the elapsed predetermined period of time of the high rate limiter circuit is so that the trigger circuit the

60982S/072260982S / 0722

Pulse generator for generating a pacemaker pulse in synchronism with atrial electrical activity of the heart.

12. Synchronous artificial cardiac pacemaker with a pulse generator for generating the heart of the patient for the purpose of triggering a heartbeat in temporal synchronism with a detectable natural electrical heart signal of the patient deliverable electrical pacemaker pulses at a synchronous rate which is between a lower basic pacemaker rate and an upper maximum pacemaker rate, as well With a timing element which ensures the generation of the pacemaker pulses with the lower basic pacemaker rate if the pacemaker does not detect any natural heart signals within a maximum period of time, characterized by a maximum rate limiter circuit which specifies the maximum pacemaker rate by the generation of the pacemaker pulses for a predetermined minimum period of time in the connection prevents the generation of each pacemaker pulse, a device which interferes between the acquisition of cardiac electrical signals that coincide with a pace repeat the rate exceeding the maximum rate , and changes the elapsed time to the synchronous generation of artificial pacemaker pulses in such a way that it includes the predetermined minimum period of time,

609d25/0722609d25 / 0722

and by a device which enables the selective detection of natural cardiac electrical signals, the repeating at a rate exceeding the upper pacing rate, periodically interrupts so that the generation of a subsequent pacemaker pulse in time synchronism with the detected cardiac signal he follows.

13. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 12, characterized by one coupled to the pulse generator first electrode which can be connected to the heart of the patient on or within the chamber to the Ventricular supply the artificial pacemaker impulses and receive natural electrical ventricular signals, as well by a reset circuit coupled to the timer and the first electrode, which is based on an electrical Chamber signal can start again the maximum duration and prevents the pulse generator from entering the heart To supply stimulus signal for the maximum duration.

14, synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 13, characterized by a second electrode coupled to the pulse generator and connected to the patient's heart at or in the atrium is connectable to natural electrical Record atrial signals, as well as through one coupled to the pulse generator and the second electrode

609825/0722609825/0722

Trigger circuit based on the electrical atrial signals hin causes the pulse generator to generate a pacemaker pulse in synchronism with a sensed electrical atrium generate signal.

15. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 12, characterized by one coupled to the pulse generator second electrode, which can be connected to the patient's heart on or in the atrium, to be natural electrical Record atrial signals, as well as through one coupled to the pulse generator and the second electrode Trigger circuit based on the electrical atrial signals hin causes the pulse generator to generate a pacemaker pulse in synchronism with a sensed atrial electrical signal to create.

16. Syrichron artificial pacemaker according to claim 15, characterized in that a time delay circuit coupled to the second electrode and the trigger circuit .provided, which triggers the trigger circuit in response to every detected electrical atrial signal, the pulse generator for generating a pacemaker pulse in time synchronism with the detection of the atrial electrical signal and after an atrial-ventricular delay period has elapsed, and that the

609825/0722609825/0722

Means for changing the length of time between the acquisition of cardiac electrical signals which are related to a repeating the rate exceeding the maximum pacing rate and the synchronous generation of artificial pacing pulses a memory circuit connected to the second electrode and the time delay circuit is coupled and in response to the electrical atrial signal, the response signal of the time delay circuit for a Maintains a period of time greater than the elapsed predetermined period of time of the high rate limiter circuit is, so that the trigger circuit in the pulse generator for generating a pacemaker pulse Synchronism with the atrial electrical activity of the heart.

17. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 14, characterized in that for a periodic interruption of the selective detection of natural A device providing electrical heart signals is coupled to the second electrode and the trigger circuit Signal response stage based on atrial electrical signals picked up by the second electrode Makes trigger circuit effective, as well as a refractory circuit coupled to the signal response stage and the pulse generator having, due to a generated pacemaker pulse, the signal response stage during a

609826/0722609826/0722

predetermined refractory period prevents to respond to electrical atrial signals, so that with increasing synchronous pacemaker time interval at increasing atrial heart rate sends an atrial signal into the Refractory period falls and does not generate a Pacemaker pulse is detected.

18. Artificial atrial synchronous pacemaker, labeled by a pulse generator for generating electrical pacemaker pulses to the heart chamber a patient for stimulating a heart contraction in synchronism with a detectable natural electrical Atrial signal and are deliverable at a synchronous rate between a lower basic pacemaker rate and an upper maximum pacing rate, the pulse generator having a clock control circuit for Controlling the generation of pacing pulses at the lower base pacing rate when the pacemaker no atrial or ventricular electrical signals detected within a maximum cycle time, furthermore a maximum rate limiter circuit to set the maximum pacemaker rate by disabling the generation of pacemaker pulses for a predetermined minimum cycle duration following the generation of each such pacemaker pulse, and has a reset circuit coupled to the clock control circuit, by means of which the maximum

6098*5/07226098 * 5/0722

.63-255Λ933

cycle time again due to electrical atrial signals can be started; furthermore by a trigger circuit coupled to the pulse generator, by means of whose the pulse generator is independent of the clock control circuit can be caused to generate a pacemaker pulse; first and second electrodes, of which the first electrode can be connected to the patient's heart on or in the heart chamber is to transmit the artificial pacemaker impulses to the heart chamber and natural electrical ones Record chamber signals, and of which the second electrode can be connected to the heart on or in the atrium is to pick up natural atrial electrical signals; a signal response stage coupled to the first electrode, which due to the first Electrode recorded electrical chamber signals generates a first signal; one to the second electrode coupled second signal response stage, which on the basis of recorded by the second electrode electrical Generate a second signal for atrial signals; one with the first signal response stage and the reset circuit connected circuit stage which resets the clock control circuit based on the first signal, to restart the maximum rate between pacemaker pulses; one with the trigger circuit coupled time delay circuit, which due to

Every other signal causes the pulse generator to generate a pacing pulse after an atrial-ventricular time delay in synchronism with the detection of the atrial electrical signal; as well as a memory circuit with one input coupled to the first and second signal response stage and one with the Time delay circuit coupled output, wherein the memory circuit based on the second signal second signal at the time delay circuit for a period of time which is the duration of the predetermined Clock interval of the maximum rate limiter circuit, so that the pulse generator generates a pacemaker pulse in synchronism with the sensed atrial electrical signals coming from the atrium, but with one generates a mean rate not exceeding the maximum pacemaker rate.

19. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 18, characterized by one with the second signal response stage and refractory circuit coupled to the pulse generator, which is based on a generated pacemaker pulse blocks the second signal response stage in order to periodically interrupt the generation of the second signal, when the atrial electrical signal is exceeding the maximum pacemaker rate Rate repeats so that the predetermined minimum cycle duration

6O982S/Ö7226O982S / Ö722

the maximum rate limiter elapses before the second electrode picks up a subsequent atrial electrical signal.

20. Synchronous artificial cardiac pacemaker according to claim 18, characterized in that the input of the memory circuit is coupled to the circuit arrangement for resetting the clock control circuit and the Memory circuit on the basis of the first signal, the second signal to the time delay circuit when it occurs of the first signal disappears.

609825/0722609825/0722