DE3314488A1

DE3314488A1 - Implantierbarer herzdefibrillator mit einer bipolaren messeinrichtung und einer fernmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3314488A1
Application number: DE19833314488
Authority: DE
Inventors: Stanley Monrad Pittsburgh Pa. Bach jr.; Mir Imran; Steve Andrew Leechburg Pa. Kolenik
Original assignee: Mirowski Mieczyslaw Owings Mills Md
Current assignee: Mirowski Family Ventures Washington Dc LLC
Priority date: 1982-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1983-12-01
Also published as: NL189950C; NL8301391A; GB2159718B; GB8310661D0; GB8513802D0; NL189950B; CA1223643A; GB2159718A; FR2530475A1; GB2121288A; GB2121288B; US4614192A; FR2530475B1; DE3314488C2

Description

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MIECZYSLAW MIROWSKI
Owings Mills, Maryland (V.St. A.)

Implantierbarer Herzdefibrillator mit einer bipolaren Meßeinrichtung und einer FSrSuaeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft einen implantierfearen Defibrillator zur Defibrillation des Herzens eines Patienten, insbesondere einen Defibrillator mit einer verbesserten Einrichtung zum Erfassen von Herzrhythmusstörungen, damit eine abnormale Herzfunktion zuverlässiger erfaßt werden kann, sowie mit einer Fernmeßeinrichtung zur Abgabe von Informationen, die den Zustand und die Funktion des implantierten Defibrillators angeben.

In den letzten Jahren sind beträchtliche Fortschritte bei der Entwicklung von Defibrillationstechniken erzielt worden, nit denen verschiedene Herzrhythmusstörungen und andere Störungen der Herzfunktion wirksam behoben werden können. Die bisherigen Arbeiten haben zur Entwicklung von implantierbaren elektronischen Bereitschafts-Defibrillatoren geführt, die auf Grund der Erfassung einer Eerzrhythmusstörung über mit dem Herzen verbundene Elektroden so viel Energie abgeben, dass das Herz depolarisiert und der normale Herzrhythmus wiederhergestellt wird.

7/eitere Forschungsarbeiten hatten die Entwicklung von

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Verfahren zum Gegenstand, die eine zuverlässige überwachung dar Harztätigkeit und damit die Feststellung ermöglichen, ob eine Korrektur des Herzrhythmus erforderlich ist. Zu diesen Verfahren gehören die überwachung der Herskammerfrequenz und die Erfassung eines Flimmerns auf Grund einer Wahrscheihlichkeitsdichtefunktion (WDE)„ In einem nach dem WDF-Verfahren arbeitenden System werden die Orte von Punkten einer EKG-wellenform statistisch mit den für die entsprechenden Punkte der normalen Wellenform angenommenen Orten verglichen. V/enn die erfaßte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Weilenform eine Unregelmäßigkeit anzeigt, kann dies seine Ursache in einer abnormalen Herzfunktion haben. Dieses Verfahren ist in den US-PS 4 184 493 und der US-PS 4 202 340 (Langer und Mitarb.) beschrieben.

In einem heueren System, das in der auf den Anmelder übertragenen, schwebenden US-Patentanmeldung Serial No. 175 (Langer und Mitarb.) vom 5· August 1980 (entsprechende deutsche Patentanmeldung P 31 31 042.7 vom 5· August 1981) angegeben ist, wird einerseits das WDF-Verfahren zum Brfassen einer Herzrhythmusstörung angewendet und ist außerdem eine Herzfrequenzmeßschaltung vorgesehen, die eine Unterscheidung zwischen einem &ammerfliamern und einer Tachykardie mit sehr hoher (über einem vorherbestimmten Schwelle:- wert liegenden) Hersfrequenz einerseits und einem normalen Sinusrhythsius oder einer Tachykardie mit relativ niedriger (unter einem vorherbestimmten Schwellenwert liegenden) Herzfrequenz andererseits ermöglicht.

.'/eitere Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet haben zur Entvvicklung eines Herzfrequenzmeßsysteias geführt, mit dem bei verschieden geformten EKG-Signalen die Herzfrequenz genau gemessen wird. Ein derartiges System ist in der auf den Anmelder übertragenen, schwebenden US-Patentanmeldung 263 910 (Imrani und Kitarb.) vom 15. Mai 1981 angegeben.

Trotz do:" bisher geleisteten Arbeiten und der dabei

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erzielten Ergebnisse haben die "bekannten Geräte verschiedene Nachte ile.

(1) Die Erfassung der R—Zacke muß noch verbessert werden, weil eine äußerst genaue Erfassung der Η-Zacke für eine einwandfreie Funktion und einen hohen Wirkungsgrad des implantierten Defibrillator entscheidend ist. (2) Die Meßelektrode oder -elektroden zur Überwachung der Herzfunktion werden manchmal verlagert, so dass das die Kammerfunktion anzeigende Signal verzerrt oder stark geschwächt wird, was dazu führt, dass der Defibrillator unzuverlässig oder unregelmäßig arbeitet· (3) Derzeit ist es nicht möglich, den Zustand (aktiv oder inaktiv) oder den Betriebszustand des implantierten Defibrillator zu erfassen. (4) La der Defibrillator im Bedarfsfall automatisch arbeiten soll, wäre es vorteilhaft, die Anzahl, der von dem Defibrillator abgegebenen Befibrillationsimpulse laufend zu erfassen und ein Abfragen des so erhaltenen Zählstandes und anderer den Zustand des Defibrillators betreffende Informationen zu ermöglichen, ohne dass dazu ein chirurgischer Singriff erforderlich ist. (5) Da ein schwerwiegendes, bei Defibrillatoren auftretendes Problem darin besteht, dass ihre externen Hochspannungseiektroden kurzgeschlossen werden können, wäre es vorteilhaft, einen derartigen implantierbaren Defibrillator mit einer. Einrichtung zum Verhindern eines Kurzschlusses au versehen, um empfindliche Stromkreise des Defibrillator und die Elektroden zu schützen. (6) Da bei der Verwendung von üblichen Defibrillatoren die Gefahr besteht, dass durch einen gegenüber der R-Zacke asynchronen Impuls der gestörte Hersrhythmus noch beschleunigt wird, wäre eine mit der R-Zacke synchrone Herzrhythmuskorrektur erwünscht.

Angesichts der vorstehenden Bemerkungen hat die Erfindung die Aufgabe, ein iaplantierbarea Herzrhythmuskorrekturgerät, insbesondere einen implantierbaren Defibrillator, zu schaffen, das mit einer verbesserten Meßeinrichtung

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versehen ist, die zum Erfassen von Herzrnythmusstörungen dient, und aas auf Grund der Erfassung einer solchen Störung automatisch Defibrillationsisipulse abgibt,

Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten implantierbaren Herzrhythmuskorrekturgeräts, insbesondere eines implantierbaren Defibrillator bei dem die einwandfreie Anordnung der Frequenzmeßelektroder ohne chirurgischen Eingriff kontrolliert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten implantierbaren Herzrhythmuskorrekturgeräts, insbesondere eines implantierbaren Befibrillators von dem mit Hilfe von externen Einrichtungen verschiedene Zustandeinformationen abgefragt werden können, die den Betriebszustand des Geräts und die einwandfreie Anordnung der Elektroden am Kerzen betreffen.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines implantierbaren Herzrhythmuslcorrekturgeräts, insbesondere eines implantier bar en Defibrillator, bei dem von Schaltungen in dem implantierten Gerät abgegebenen Informationen kodiert und zur Außenseite des Patienten abgegeben •/»erden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines implantierbaren Herzrhythmuskorrekturgeräts, insbesondere eines implantierbaren Defibrillators, bei den ein 3£urz.-jahluß der Defibrillationselektroden bei externen L-efibriilutionsimpulsen verhindert werden kann.

Schließlich hat die Erfindung die Aufgabe der Schaffung eines iaplantierbaren Hersrhythmuskorrekturgeräts_? insbesondere eines implan bierbaren Defibrillators, rjf.it einer einrichtung sum Herabsetzen der Wahrscheinlichkeit einer

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Beschleunigung des Herzrhythmus durch eine Herzrhythnuskorrektur.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben schafft die Erfindung ein Herzriiythmuskorrektursystem mit einem implantiarbaren Defibrillator und einem externen Steuer- und Überwachungsgerät, mit dem der Zustand des implantierten Defibrillator geändert und/oder Sustandsinformationen von ihm erhalten werden können. Der implantierbare Defibrillator besitzt einen Hochspannungs-Inverter mit einer Kurzschlußverhinderungseinrichtung, die Kombination einer '.VDP-Sehaltung und einer Herzfrequenzanalysierschaltung zum Erfassen jeder Her zrhythiaus störung und zum gemeinsamen Aktivieren des Hochspannungs-Inverters, eine Anzahl von mit dem rlerz verbundenen Elektroden, zu denen eine bipolare Meßelektrode gehört, die mit der Herzfrequenzar.alysierschaltung verbunden ist und zum Erzeugen von ^a.rjnerachlagsignalen dient, sowie Hochspannungsimpulse abgebende Elektroden, die mit dem Hochspannungs-Inverter und der ViDF-Schaltung verbunden sind und einerseits energiereiche Defibrillationsimpulse und andererseits WDP-Informationssignale abgeben, einen Impulszähler und -speicher zum Zählen und Speichern der Anzahl der von dem Inverter abgegebenen Defibrillationsiüipulse, einen piezoelektrischen Wandler, der mit der Wand eines die Defibrillatorschaltungen umschließenden Gehäuses verbunden ist und Tonsignale erzeugt, die den Zustand des Defibrillators angeben, eine Einrichtung, die auf die Einwirkung eines extern angeordneten Magneten dadurch anspricht, dass sie den (aktiven oder inaktiven) Zustand des Defibrillators ändert und Prüffunktionen im Innern des Defibrillators auslöst, sowie eine Fernmeßeinrichtung zur Abgabe von kodierten Informationen über den Zuscand des Defibrillators (beispielsweise die Impulszahl und die Ladezeit des Kondensators) In Eorm von den Zustand des Defibriilators und die einwandfreie Anordnung der bipolaren Meßelektrode anzeigenden Tonsignalen über den piezoelektrischen Wandler, ohne dass dazu ein chirurgischer Eingriff

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erforderlich ist.

Das externe Steuer- und überwachungsgerät umfaßt einen
mit der Hand zu haltenden Magneten, mit dem. die vorstehend angegebenen Funktionen ausgelöst werden können, v/enn der
Magnet in der richtigen Lage über einem in dem implantiertei !Defibrillator befindlichen Schutzrohrkontakt angeordnet7.ird, und einen HF-Empfinger mit einem Demodulator zum Dekodieren bestimmter Zustandeinformationen, die von dem implantierten Defibrillator elektromagnetisch abgegeben v/erden, und zum
Anzeigen der dekodierten Informationen auf einer Sicht-

anzeige.

Der Schutzumfang der Erfindung geht aus den Patentansprüche; hervor. Zum besseren Verständnis der vorstehend angegebenen and v/eiterer Aufgaben und Vorteile der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In diesen zeigt

Firur 1 ein vereinfachtes Blockschaltschsma der implantierten und externen Komponenten des Systems
gemäß der Erfindung,

Figur 2 ein ausführliches Schaltschema der Frequenzanalysier- und -mittelungsschaltunp; des Systems gemäß
Figur 1,

Figur 3 ein Sohultschema der Logikschaltung für die

liagnetprüfung und der Invertersteuerschaltung des
Systems ;-emäS der Figur 1,

Fi^ur 4- das Sch alt schema eines Teils der Iiivertersteuerschaluung der; Systems gemäß der Figur 1,

Finur 5 IvOnstrukoionseinzelheiten der zu dem System

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_r:emäß der Figur i gehörenden, bipolaren Meßelektrode zum Erfassen von elektrischen Herzsignalen,

Figur 6 die vierstufige Halteschaltung des Systems gemäß der Figur 1 und

Figur 7 die Anordnung eines piezoelektrischen Kristalls an der Wand eines Gehäuses, das die implantierbaren Komponenten des Systems gemäß der Figur 1 umschließt.

j Figur 1 ist ein Blocksehaltschema der internen und externen

] Komponenten des Systems gemäß der Erfindung. Die implantierbaren Komponenten sind von einem nicht gezeigten, metallischen Gehäuse umschlossen und bilden einen Bereitschafts-Defibrillator, der Herzrhythmusstörungen erfaßt, auf Grund der Erfassung dieser Herzrhythmusstörungen gibt der Defibrillator an das Herz 10 des Patienten eine Folge von Defibrillationsimpulsen (25 bis 30 Joule) ab, deren Anzahl in einem Speicher, beispielsweise einem Zähler, gespeichert wird. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Defibrillator drei Defibrillationsimpulse von 25 Joule und danach erforderlichenfalls einen Impuls von 30 Joule abgeben. Nach dem ersten Impuls wird der Herzrhythmus erneut erfaßt, und v/enn Immer noch eine Rhythmusstörung vorliegt wird ein Aifladevorgang eingeleitet und nach durchgeführter aufladung ein zweiter Impuls abgegeben. -Dieser Vorgang wird er Corderlichenfalls bis zur Abgabe des energiereichen vierten Impulses wiederholt» Danach können keine weiteren Impulse abgegeben werden, ehe mindestens 35 Sekunden lang ein normaler Sinusrhythmus erfaßt worden Ist, worauf der Defibrillator erneut zur Abgabe von vier Schockimpulsen bereit ist«,

Gemäß der Erfindung sind -nit dem Herzen des Patienten und den Defibrillatorschaltungen mehrere Elektroden verbunden, die Meßwerte von dem Herzen an den Defibrillator

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übertragen und die energiereichen Defibrilla-uionsimpulse von der. Defibrillator an das Herz abgeben. Zu diesen Elektroden gehören eine bipolare Meßelektrode 18, die in d--r rechten Herzkammer angeordnet v/erden kann und zum Erfassen der durch die Eontraktionen der Herzkammer erzeugten elektrischen Aktivität dient, und auf entgegengesetzten Seiten des Herzens angeordnete Elektroden 20 und 22, die zum Erfassen der elektrischen Aktivität und zur Abgabe der Defibrillationsimpulse dienen. Die Elektrode 20 wird in der unteren Hochebene angeordnet, Die Flächenelektrode 22 v/ird in der Nähe der Hersspitse mit dem Herzmuskel verbunden. Die Ausbildung und Anschlüsse dieser Elektroden, insbesondere der erfindungsgemäß vorgesehenen, bipolaren Meßelektrode 18, werden nachstehend ausführlicher erläutert.

Zu den externen Komponenten des erfindungsgemäßen Systems gehört eine Demodulations- und Dekodierschaltung 12, die HF-Signale demoduliert und Fernmeßdaten dekodiert, die in der bevorzugten Ausführungsform durch stromführende Leiter der implantierten Defibrillatorschaitungen elektromagnetisch übertragen werden. Eine Sichtanzeige IA- zeigt die Ladezeit an^ die zum Aufladen eines zu dem Defibrillator gehörenden Kondensator zur Speicherung von Hochspannungsenergie erforderlich ist, sowie die in dem implantierten Defibrillator gespeicherte Impulszahl. Die Ladezeit wird durch HF-Signale angegeben, die von der ,Spule eines Hochspannungs-Inverters abgegeben werden, v;enr. dieser arbeitet. Die Impulsanzahl viird durch Dekodiei von Signalen erfaßt, die durch Modulation der HF-Signale erhalten v/erden, die der Hochspannungs-Inverter abgibt, v/enr» or arbeitet;» Dies wird nachstehend erläutert.

,Venn man bei subkutan implantiertem Defibrillator einen Hingmagneten 21 in nächster Nähe eines in dem Gehäuse des

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Defibrillator befindlichen Schutzrohrkontakts 24 auf die Haut des Patienten legt, werden drei Vorgänge ausgelöst. Erstens wird ein HF-Schwinger 50 angesteuert, so dass er KP-Signale erzeugt, die bei aktivem Defibrillator mit dem Herzschlag synchron sind und die bei inaktivem Defibrillator einen Dauerstrich darstellen. Zweitens wird, xvenn der Magnet langer als während eines vorherbestimmten Zeitraums von beispielsweise 30 Sekunden an Ort und Stelle bleibt, ein Zustands-Flipflop 26 umgetastet. Wenn bei aktivem Defibrillator der Magnet 21 nur kurzzeitig angelegt wird, gibt der Defibrillator Informationen ab, die die Impulsanzahl und die Ladezeit des Kondensators betreffen. Diese Vorgänge werden nachstehend ebenfalls ausführlich beschrieben«

Wie vorstehend angegeben wurde, kann der implantierte Defibrillator Herzrhythmusstörungen sehr zuverlässig erfassen und eine Abgabe von nicht erforderlichen Defibrillationsimpulsen verhindern«, Zu diesem Zweck besitzt der implantieroare Defibrillator eine Schaltung 28 zur Analyse der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (WDP). üine derartige Schaltung ist in der US-Patentanmeldung Serial ITo. 175 S70 (P 31 51 042.7), der US-PS 4 184 493 und der US-PS 4 202 beschrieben. Der implantierbare Defibrillator besitzt ferner eine Frequensanalysier- und -mittelungsschaltung 30, die dazu dient, ein die Kammerkontraktionen des Herzens 10 anzeigendes Frequenzsignal zu messen, zu analysieren und zu mitteln. Wenn die Schaltungen 28 und 30 eine HerzrhythmusstÖrung erfassen, gibt jede von ihnen ein Eingangssignal an ein XJBD-G-lied 32 ab, das daraufhin ein Vorbereitungssignal IITVST eine Inverter- und Steuerschaltung 34 abgibt, um diese für die Abgabe eines Defibrillationsimpulses über die Elektroden 20 und 22 an das Herz des Patienten vorzubereiten. Die Schaltung 3^ enthält einen Hochspannungs-Inverter 200 (Figur 4).

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Der Defibriilationsimpuls wird jedoch nur abgegeben, wenn die Schaltung 34- in einen aktiven Zustand überführt was en ist. Zu diesem Zweck wird mitcels des Hingmagneten 21 das Zustands-Flipflop 26 umgetastet, so dass ^ von seines Ausgang 0 ein Signal EN an die Inverter- und Steuerschaltung 34- abgibt, die dadurch aktiviert wird. Ferner gibt die Frequenzanalysierschaltung 30 über den Leiter 35 ein riiit Kaamerkontraktion des Herzens 10 synchrones Signal als Zeitsteuersignal an die Schaltung 34- ab, damit die Abgabe der Defibrillationsimpulse synchron mit den Kammerkontrsktionen erfolgt. Diese Synchronisation gewährleistet, dass der Defibriilationsimpuls eine wirksame Defibril-•lationswirkung auf das Herz 10 ausübt und die Gefahr einer Beschleunigung des Herzrhythmus herabgesetzt wird.

Zum Zählen der abgegebenen Defibrillationsimpulse gibt die Schaltung 34· bei jeder Abgabe eines Defibrillationsimpulses einen Impuls CT an eine nachstehend beschriebene Impulssählschaltung ab.

In der Figur 1 ist ferner ein Vergleicher 36 gezeigt, welcher der Frequenzanalysierschaltung 30 zugeordnet ist und für die Herzfrequenz einen Schwellenwert von beispielsweise 160 Schlagen pro Minute festlegt, bei dem die Schaltung 30 ein Ansteuersignal abgibt, das zusammen mit de: AUßgangssignal der 7,'DF-Schaltung über das UND-Glied 32 bewirkt, dass die Inverter- und Steuerschaltung 34- aktiviert .vird. Die Freo.uenzanalysier- und -mitteilungsschaltung 50 3:1 et über den Leiter 31 an einen Eingang des Vergleichers 36 ein Analogsignal 3ΑΤΞ ab, dessen Amplitude die Sammerfroyuenz darstellt. An den anderen Eingang des Vergleichers 36 wird ein den Schwellenwert der Frequenz angebendes Signal RATE THRESHOLD abgegeben. Bei der Herstellung des Defibrillator wird der durch das Signal RATS THBESHOLD angetretene Schwellenwert so eingestellt, dass der Vergleich

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36 an das UIiD-Glieά 32 ein Signal aDgiut, wenn die durch das Signal RATE dargestellte Kammerschlagfrequenz einen vorherbestimmten Schwellenwert von oeispielsweise 160 Schlägen pro Minute erreicht.

Wenn bei einem Herzflimmern der Inverter einen Defibrillationsimpuls abgibt, spricht der ein Register 38 enthaltende, digitale Impulszähler auf das von dem Inverter 34 abgegebene Impulssignal CT an, so dass in dem Zahler 38 die abgegebenen Defibrillationsimpulse gezählt und gespeichert werden. Der Zählstand des Zählers 38 kaun wahrend einer mit dem Magneten durchgeführten Prüfung elektromagnetisch abgefragt werden. Bei aktivem Defibrillator wird die Prüfung eingeleitet, indem der Ringmagnet 21 über dem Schutzrohrkontakt 24 aufgelegt und nach kurzer Seit wieder weggenommen wird.

Dadurch wird der Hochspannungs-Inverter 200 angesteuert, worauf die Logikschaltung 40 ein Fernmeßsteuersignal abgibt, welches bewirkt, dass der '.Vandler 39 die digitale Zählstandsinformation in serielle Daten umwandelt und deren Bits sui einea Impulsdauer-Modulator 90 aügi^t, der über den Frequenzmodulator 92 die Frequenz des HochspanuUiigs-lnverters 200 moduliert. Bei aktive^ Inverter 200 erzeugt deren Spule ein HP-Signal, das von de^ externen Demodulator 12 demoduliert wird. Durch die Demodulation des HF-Signals wird die Ladezeit des Speicherkondensators erfaßt (Diese Seit entspricht der längste^ Dauer des HF-Signals) und wird ferner die Gesamtanzahl der an den Patienten abgegeöenen Defibrillationsimpulse erfaßt. Der Demodulator 12 ist ein üblicher FM-Demodulator and vorzugsweise in einem Abstand von einige_ Zentimetern vom Patienten angeordnet. Nach der Demodulation oewirict der Demodulator 12 eine Sichtanzeige der Ladezeit des Konde^-

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satora, woraus der Zustand der implantierten Batterie hervorgeht, sowie der Anzahl der von de_ Defibrillator abgegebenen Impulse.

Zustandsanzeige uud -veränderung

Der Zustand des implantierte^ Def Ibrillators wird durch ueGTsiiiimte Tonsignale angezeigt, die der NF-Schwinger 50 über den piezoelektrischen Wandler 52 augiDt« Bei aktivem Defibrillator gibt das Zustands-Flipflop 26 (Figur 1) ein Signal a±x den einen Eingang eines UliD-Gliedes 44- ab, ar dessen anderen Eingang der die Frequenzanalysierschaltung 3C perxodiscae Kammerschlagsignale anlegt. V/enn sich der Magnet 21 in der Näne des Schutzrohrkonwastes 2A- befindet, De wirkt die ADga-e jedes Kammerschlagioapulses durch die Frecuenzanalysierschaltung 30, dass das UITO-Glied 4-8 durchgeschaltet und der NF-Schwinger 50 angesteuert wxrd. (Bei laitrels des Magneten 21 geschlossenem Schutzrohrkoütarvt 24 wird an den Inverter 46 ein 0- oder L-Signal und an das UND-Glied 48 ein 1-Signal abgelegt.) Der 3ch:vinger 50 steuert dann einen piezoelektrischen Wandler 52 aus, der direkt an dem Gehäuse des implantierDaren Dexxorillators angeuracht ist, We^n daher bei aktive^ DefiDi'illator aas Zustands-Flipflop 26 ein Signal üuer seinen Ausgang Q abgiut, werdeü periodisch Tonsignale aogestrahlt, die mit de.-. Kerzschlag synchron sind. In der oevorzugten Ausführun^sfprm schwingt der piezoelektrische ./analer 52 si υ einer Frequenz von etwa 3000 Hz, so dass ■lie '/on ihm aogestranlten Tonsignale von einer Person v/ahrgeuOEamen v.'erden können, die sich im Bereich des von deir. "analer abgestrahlten Schalles befindet. Die von de_ Fiesokristall 52 synchron siit dem Her^scnlag abgestrahlte^ Toninipulse zeigen somit au, dass die bipolare Elekurode ir. Merzen des Patienten richtig angeordnet ist»

In inakcive^ Zustand des Zustande-Flipflops 26 giut dieses kein Signal ZIl ab, so dass das USD-Glied 44 ^

ist₅ und gibt das Flipflop 26 über seinen Ausgang ~_t an einen Eingang des UTTD-Gliedes 48 ein Dauerstrichsignal aD. Bei inaktivem Flipflop 26 Dewirkt die Anordnung des Magneten 21 in der Nahe des Schutzrohrkontaktes 24 eoe^- falls, dass über den Inverter 46 ein DauerstrIchsignal an den anderen Eingang des UND-Gliedes 48 abgegeben wird. Infolgedessen wird der Oszillator 50 ständig ausgesteuert₃ so dass der pszoelektriscne Wandler 52 em Dauerstrxcn-Tonsignal von etwa 3000 Hz abstrahlt.

Somit wird der aktive Zustand des Defibrillators durch ein getastetes Tonsignal _ind der inaktive Zusta .d des Defibrillators durch einen Dauerton angezeigt.

Wenn im aktiven Zustand des Defibrillators die bipolare Meßelektrode 18 nicht richtig in der rechte.. Herzkammer angeordnet ist, wird überhaupt kein Tonsignal abgestrahlt, weil die KammerSchlagsignale nicht erfaßt werden. Die 3rzeugung eines Tonsignals zeigt also a^i, dass die Elektrode 18 richtig im Bereich der recuten tier ζ kauter angeordnet ist»

Die Betrieosfrequenz des Oszillators 50 und des piezoelektrischen Wandlers 52 ist so gewählt, dass sie im wesentlichen der Eigenschwingungsfrequenz des starre±* Gehäuses entspri_ht, das die Schaltungen.des Dofibrillators umschließt, so dass der V/andler '52 zum. Erzeugen eines Tonsignals mit einer gegebenen Lautstärke nur eine minimale Energiemenge benötigt„

In der Figur 7 ^³* S^ezeiS"^? ^w^-^e <ier Piezokristall 52 auf der Innenfläche einer Wand 51 d-ss implantierbai-o^ Gehäuses montiert ist. Damit die Wand 51 des Gehäuses wirksam in Schwingungen versetzt wird, sind eme Fläche des Kristalls

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52 und die Innenfläche der Wand 51 miteinander durch e_i.ne massive Scnicht 53 eines Epoxidharzklebers, beispielsweise aus Eccobond 24-, veruunäen. Diese Schicht enthält ein IsolierDand 55· Vorzugsweise ist zwischen dem Kristall und der wand kein Luftraum vorhanden, sondern wird dj.e Wand 51 selbst zn ATF-S chwingungen augeregt.

Zum Verändern des Zustandes des Defiorillators mittels des Zusta^ds-Flipfiops 26 wird der Magnet während eines Zeitraums, der langer ist als ein vorherbestimmter Seitraum, der in der bevorzugte^ Ausführungsform 30 Sekunden beträgt, über dem Schutzrohrkontakt gehalten. V/enn der Eagnet 21 langer als 30 Sekunde^ in e-ner Stellung gehalten wird, in welcher der Schutzrohrkontakt 24· geschlossen ist, erzeugt ein 30-3ekunde^-Zeitschalter 54- ein Signal CK, das eiii Umtasten des Flipflops 26 bewirkt. Der Zeitschalter 54- enthält vorzugsweise RC-Ladenetzwerk, das in einer Kippschaltung angeordnet ist und das Signal CK erzeugt. Man ka^r, als diesen Verzögerungs-Zeitschalter 54· jeden geeignete.. Zeitschalter verwenden, der auf den Schutzrohrkontakt anspricht, beispielsweise einen digitalen Zeitschalter. Im inaktiven Zustand bewirkt das Zustands-Flipxlop 26 ferner las öffnen der Stromkreise, die zum Speisen aller (Ia^n nicht benötigte^ Komponenten des Defibrillator diene^, so dass de« nicht gezeigten Batterien möglichst we .ig Strom entnommen wird. Im inaktiven Zustand des L-efitrillators brauchen nur die zur Zustandsänderung und zum £rzeuge^ des Tonsignals dienenden Stromkreise gespeist zu -.verae_. Im aktive** Zustand wird mit dem Signal ΕΪ7 ein nicht gezeigter elektronischer Schalter geschlossen, üoer άβ α ±3niTx die Frequenz analysier schaltung 30 und die V/DF-28 nit elektrischem Strom gespeist v/erden.

Frecuenzanalysier- und -mittelungsschaltung 50

Die Figur 2 ist ein Schaltschema der in der ?i<jur 1 dargestellten Fre'r.iensanalysier- und -aiitte

schaltung 30· ««ie vorstehend erläutert wurde, erfaßt die Schaltung 30 die Bepolarisation der rechner Herzkammer und erzeugt sie ein Analogsignal, dessen Spannungspegel· der mittleren Kammerschlagfrequenz proportional ist. In der Schaltung 30 empfange« zwei Leiter 56 und Kammerschlagsignale von der bipolaren Meßelektrode 18. Das Kammerschlagsignal wird dann einem Hochpaß 58 zugeführt, in dexii Signalkomponenten unter einer Frequenz von 30 Ha geschwächt werden. Das Ausgangssignal des Hochpasses wird in einem Vorverstärker 59 verstärkt. Zwischen der Elektrode 18 und dem Hochpaß 58 ist ein Hochspannungs-Schutzkreis 55 angeordnet, der die Schaltung vor der hohen Spannung eines Defibrillationsimpulses schützt.

Der Vorverstärker 59 ist mit dem Verstärker 66 verbunden, der in .seiner Rückkopplungsschleife einen Verstärkungsregler AGC besitzt. Dieser trachtet, seine Ausgangsamplitude auch bei schwankenden Eingangssignalpegeln konstant zu halten, Es ist "bekannt, dass die Amplitude der EKG-Signale sehr stark schwankt.

Das verstärkungsgeregelte Kammerschlagsignal wird von einem Impulsformer empfangen, der einen Vergleicher 76 enthält und auf Grund der Kammerschlagsignale eine Folge von Rechteckimpulseju erzeugt. Vorteilhafterweise werden auf Grund der positiven und der negativen Ausschläge des Kammerscnlagsignals Auslöseimpulse erzeugt, so dass die Schaltung 30 auf verschiedene charakteristische Kammerschlagsignale von Patienten, bei denen das Kaiamerschlagsignai stark positiv oder stark negativ ist, und auf charakteristische Signale von verschiedenen Stellen der Herzkaiamer, an denen die bipolare Meßelektrode 18 angeordnet werden kann, gleich gut anspricht. Aus diesem Grunde und anderen Gründen ist die Schaltung 30 sehr zuverlässig.

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von dem Vergleicher 76 abgegebenen Rechteekimpulse dienen zum Setzen eines monostabilen Multivibrators 78_t der einen anderen Rechteckimpuls mit einex* festgelegten Dauer von ^T/orzugsweise etwa 150 ms erzeugt. Dieser Zeitraum entspricht der Ansprachesperrzeit der Vorrichtung. Der Multivibrator 78 kann nacn seinem Kippen durch andere Signale, Deispielsweise durch T-Zacken usw. erst nach dem Ablauf der Ansprachesperrzeit von 150 ms erneut gekippt '»verde~. Das aus Sperrimpulsen von einheitlicher Bauer "bestehende Signal REFRAG wird von de^ Multivibrator 78 einerseits elu einen Mittelungskreis 80 und andererseits ■an das üND-Gliea 4-4 (Figur 1) angelegt. Außerdem wird über die Leitung 35 an die Inverter- und Steuerschaltung 3^ ein R-Zackensignal abgegeben, das die Defibrillationsinrpuise mit der R-Zacke synchronisiert (Figuren 1 und $). Bas von der Kippschaltung 78 abgegebene Signal REFSAC wird in dei. Frequenzmittelungskreis 80 integriert, der einen ^idersta^a 82 und einen Kondensator 84 enthält und ähnlich arbeitet wie ein Frequenz-Spannungs-Wandler. Beispielsweise hat das Signal RSFRAC bei 60 Schläger pro Minute ein Tastverhältnis von 15%· Nach seiner Integration bzw. ^fv'itx;elung stellt es das vorerwähnte Signal RATE von vorherbestimmter Amplitude dar. Bei steigender Schlagfrecuenz nimmt auch das Tastverhältnis des Signals REFRAC zu, weil die Inipulce von konstanter Dauer häufiger auftretoü, und erzeugt nach ihrer Integration die Schaltung der Kreis SO d^,s Signal IUTE mit einer entsprechend höheren Amplitude. In dem auch in Figur 1 gezeigten 7ergleicher 56 v/irä las Signal RATE mit dem Schwellenwertsignal RATE THSiCIIClD verglichen und ein Signal zum Ansteuern des UIiD-JIiedes 52 erzeugt. Das an den Vergleicher 56 angelegte Signal 3ATE TIiRESKOLD wird so gewählt, dass der Yergleicher ein Signal mit einer vorherbestimmten Frequenz abgiut.

Ein in -ier Figur I nicht gezeigtes Verzögerungsglied 86 ■be-.-vir-ki", eine "erzögerung von 2 Sekunden und gibt ein _

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Sicnal an das UND-Glied 32 nur weiter, wenn ^-is ^T:incrnng^- signal für 2 Sekunden oder nähr an das verzöfTorunasn-lj^d 86 angelegt worden ist. Durch diese Verzögerunπ wire die

Wahrscheinlichkeit der Erfassung von kurzen, von selbst aufhörenden Phythmusstörungen vermindert.

Inverter und Steuerschaltungen

Die Inverter- und Steuerschaltung 34 sov/ie el ie Locrikschaltung 40 für die Magnetpriifung sind in den Figuren 3, 4 and 6 ausführlicher dargestellt. Der in der Figur 4 aezei^te Hochspannungs-Inverter 200, der aus als Gleichspannungswandler bekannt ist, stellt ein übliches Sauelenent dar, das in der Technik der implantierbaren Defibrillatoren bekannt ist. Bin derartiger Gleichspannungswandler ist in der US-PS 4 164 946 beschrieben und dort ~iit 30 bezeichnet. Der Hochspannunos-Inverter 200 l'idt einen darin vorgesehenen Rpeicherkondensator 202 auf einen vorherbestimmten Pegel auf und wird unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen entweder über die in cer oberen Hohlvene angeordnete Elektrode 20 und die Flächenelektrode 22 oder ü.ber einen Prüf lastwiderstand 212 entladen. Der Hochspannungs-Inverter 200 besitzt eine nicht fiezeiate, implantierte Spule, die während des Betriebes des Inverters, d.h. während der Ladezeit des Kondensators 202, FIF-Signale abstrahlt. Diese abgestrahlten HF-Signale können in der nachstehend beschriebenen ^r7eiso außerhalb des Körpers des Patienten erfaßt werden.

'Venn der Hochspannunas-Inverter 2OO durch das von den vorstehend beschriebenen Zustands-Flipflop 25 abceaebene Signal EM aktiviert ist, befindet sich der Inverter 2no in betriebsfähigen Zustand. Der Hochspannunns-Inverter 200 beginnt zu arbeiten, wenn er ein Signal I\ⁿ'T.^y'TFR STλRT errofängt, das ger£ß Ficrur 3 dadurch aun<-rol"st wird, daß das ITTD-Glied 32 ein Signal iriVST oder die Lonik-

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3j 144b

schaltung 40 für die Magnetprüfung (Figuren I und 3) ein Signal HGTST abgibt. 7/enn der Hochspannungs-Inverter 200 .'arbeitet, giot er in der nachstehend beschriebenen '.",'eise ein Signal TSV HIJIiIiIITG an die Logikschaltung 40 für die Magnetprüfung ab. Der Hoehspannungs-Inverter 2CO bleibt in Betrieb, bis der Speicherkondensator 202 auf den vorherbestimmten Pegel geladen ist« Die Betriebsdauer des Hoohspannungs-Inverters 200, d.g., die zum Aufladen des Kondensators 202 erforderliche Zeit, ist von der Spannung der Batterie des Defibriilators abhängig, (Siehe die Beschreibung der US-PS 4 164- 946.) Während des Aufladens des Speicherkondensators wird das von der Spule des Inverters 2CO abgestrahlte HP-Signal derart frequenzmoduliert, dass ea die Anzahl der Kntladungeii des Inverter; 2CC über die Elektroden 20, 22 anzeigt. Diese Information kann außerhalb des Körpers des Patienten mittels des Demodulators und Dekodierers 12 erfaßt werden.

Der Kondensator 202 wird auf Grund eines üoer eine Leitung 206 an einen gesteuerte^ Prüflast-Siliziumgleichrichter (3ZR) 204 angelegten Durchschaltesignals oder auf Grund eines über die Leitungen 208 an den Herz-SCR 212 angelegte; Durchschaltesignals entladen. Die Leitung 206 und die Leitungen 208 werden von einer Steuerschaltung gespeist, die nachstehend anhand der Figur 3 beschrieben wird· Das Durchschalten des SCR 204 mittels eines Impulses auf der Leitung 206 bewirkt, dass der Kondensator 202 über deu Prü?l;jt3twiderstand 212 ental&en wird. Das Durchschalten des ZTd 210 mittels der über die Leitungen 208 angelegten Signale bewirkt;, dass der Kondensator 202 über die -^lek- zroden 20, 22 entladen wird. Beim Entladen αes Kondensator über die Elektroden 20 und 22 wird ein Sähliarpuls CT erzeugt, der gemäß Figur 1 den Zähler 38 fortschaltet, der die über das Herz des Patienten erfolgten .Entladungen zählt. Ferner wird gemäß Figur 4 an die in aer Figur 5 gezeigte Steuerschaltung ein Impulsrückkopplungssignal acrvi";ecen, mit dem in der nachstehend beschriebenen .','eise ■ier .J-ochneice-G.JR 214 durch^eschaltet -/ird.

„IQ-.

Der Herz-3CR 210 wird durch Signale durchgeschaltet, die über einen Kuraschlußverhinderungskreis und die Leiter 208 angelegt werden. Der Kurzschlußverhinderungskreis enthält einen kleinen Impulsübertrager 216, der mit dem Herz-SCH 210 verbunden ist und diesen auf Grund eines ÜDer die 3ingangsleiter 208 augelegten Signals durchschaltete Dieses Signal wird an die Primärwicklung des Übertragers 216 angelegt. Von der Sekundärwicklung des Übertragers wird der Herz-SCR 210 durchgeschaltet, so aass er den Hochspannungs-Defibrillationsimpuls an die Elektroden 20 und 22 abgiot. Dieser Kreis verhindert, dass ein von einem externen Defibrillator au das Herz eines Patienten angelegter Defibrillationsimpuls durcn einen mit dem Herzen dieses Patienten verbundenen, implantierten Defibrillator und insbesondere durch dessen Hochspannun.isinverter, geleitet wird. Dank der Kopplung mittels des Übertragers ist keine widerstandsarme Masseverbindung vorhanden.

Der AbschaeiSe-SCR 214 wird G^em&^ß der Figuren 3 und 4 durch ein über die Leitung 216 angelegtes Signal durchgeschaltet. Der Abschneide-SCR hat folgende Aufgaoe: Die Entladung des Kondensators 202 über die implantierten Elektroden erfolgt in"einer exponentiell abklingenden Wellenform. Wenn diese Wellenform auf eine bestimmte Spannung abgeklungen ist, wird der Abschneide-SGR 214· gezündet wodurch der abklingende Impuls abgeschnitten wird. Vorzugsweise wird der Impuls nach etwa 2/3 der Dauer des voll abklingenden Impulses abgeschnitten.

Die Durchschalteimpulse für die Schaltung nach :^?igur *'-•»/erden von der Invertersteuerschaltung im Zusammenwirken mit der in Figur 3 gezeigten Logikschaltung 40 für die iiagnetprüfung erzeugt. Gemäß der ?igur 3 '-vird das Signal

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eopY

ο ό i 4 4 C

a ·
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INVST von dem UND-Glied 32 oder das Signal MGTST von der Logikschaltung 4-0 für die Magnetprüfung an ein ODER-Glied 218 angelegt, worauf dieses das Signal IJTVERTEH START erzeugt, das den Hochspannungs-Inverter zum Laden des Speicherkondensators 202 veranlaßt. Wenn eine Defibrillation erforderlich wird, bewirkt das von dem UND-Glied 32 über das ODER-Glied 218 abgegebene Signal INVST, dass der Inverter zu arbeiten beginnt und das Patienten-Flipflop 220 gesetzt wird. Dessen Ausgangssignal wird an das UHD-Glied 222 angelegt, an dessen zweiten Eingang vor. der in der Figur 1 gezeigten Frequenzanalysierschaltung 50 über die Leitung 35 das R-SaCken-Signal angelegt wird* An den dritten Eingang des UND-Gliedes 222 wird von dem Kochspannungs-Inverter üDer das Inverter-Logikelement 224-das Signal IUV RUMING angelegt. ?/ährend der Inverter arbeitet, liegt an dem dritten Eingang des UND-G-liedes 222 und an dessen Ausgang der Pegel L. V/enn der Inverter zu arbeiten aufhört, d.h. wenn der Speicherkondensator vollständig aufgeladen ist, liegt am Ausgang des Logikelenents 224 des Inverters der Pegel H, so dass danach an das UND-Glied 222 angelegte R-Zacken-Signale bewirken, dass über einen RC-Impulsformer 226 und einen Puffer 228 ein Impuls an einen Transistor 230 angelegt wird. Dieser wird dadurch durchgeschaltet, so dass über die L_eiter 208 ein Durchschalteimpuls an den Herz-SCR 210 (Figur 4-) abrregeben und dadurch dieser gezündet wird. Jetzt wird ler .Kondensator 202 über ai e mit dea Herzen des Patienten verbundenen elektroden entladen. Infolge dieser Entladung v;ird auch ein Zähliinpuls CT erzeugt, der über das ODER-Glied 232 das Hers-Flipflop 220 zurücksetzt.

Bei durchgeschaiteteai Herz-3CR 210 wird der Kondensator 2C2 unter Erzeugung eines exponentiell abklingenden Hoch-Gpar.r.un;_;s impuls es über die mit dem Herzen des Patienten

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. 30 ·

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verbundenen Elektroden entladen. Dieser exponentiell abklingende Impuls wird über einen Rückkopplungsajuschluß an einen Schwellenv/ert-Yergleicher 234 rückgekoppelt, v.'enn das exponentiell abklingende Rückkopplungssignal auf einen vorherbestimmten Bezugspegel abgeklungen ist, der an dem Minuseingang des Vergleichers 234 liegt, erzeugt dieser ein Ausgangssignal, das von dem Inverter 236 invertiert und von dem Impulsformer 238 geformt und dann über den Leiter 216 an den Ab schneide-SCE 214- (Figur 4) angelegt wird, um diesen zu zünden. Beim Zünden des Abschneide-SCR 214 wird der an den Elektroden 20, 22 anliegende, exponentiell abklingende Impuls abgeschnitten. Dies geschieht, weil es nicht erwünscht ist, den Impuls exponentiell bis auf den Null-Pegel abklingen zu lassen.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Logikschaltung für die Magnetprüfung und das Zünden des Prüflast-SCR 2Q4 beschrieben. Die Logikschaltung für die Magnetprüfung wird angesteuert, wenn das IMD-Glied 240 durchgeschaltet wird. Das Durchschalten des UMD-Gliedes erfolgt, wenn der Defibrillator aktiviert wird, d.h., wenn er von dem Zustand-Flipflop 26 ein Signal EIT empfängt, und wenn der Magnet aus dem Bereich des Schutzrohrkontakts 24 entfernt wird, so dass an das TßTD-Glied^der Pegel H abgelegt wird. ".Venn der Magnet 21 in die ITähe 'des Schutzrohrkontakts 24 gebracht und dadurch dieser geschlossen wird, legt der Shutzrohrkontakt an das UND-Glied 240 einen negativen oder Null-Pegel an. '.Venn durch das Wegnehmen des Magneten der Schutzrohrkontakt 24 geöffnet wird, legt dieser an den Eingang des UlSD-G-iiedes 240 den Pegel H an, so dass das UND-Glied 240 durchgeschaltet wird. Zum Einleiten einer Liagnetprüfung muß der Magnet; innerhalb von 30 Sekunden aus dem Bereich des Schutzrohrkontakts 24 entfernt werden, v/enn der Magnet 2.1 länger als 30 Sekunden im Bereich des Schutsrohrkontakts 24 bleibt, wird das Zustand-Flipflop 26 blockiert und legt es an das UUD-Glied 240 den Pegel L an, sο dass das

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. 34 ·

-22-UIID-Glied 240 nicht durchgeschaltet v/erden kann,

Beim Durchschalten des UHD-G-Iiedes 24-0 wird das Verzöger ungs-Flipflop 242 gesetzt, so dass es über das ODER-Glied 218 ein Signal I£GT3T an die Inverter- und Steuerschaltung 34 anlegt und der Inverter 200 zu arbeiten beginnt. Durch das Ausgangssignal des Flipflops 242 wird i'orner das Flipflop 244 für die Magnetprüfung gesetzt, worauf nach einer durch das Verzögerungsglied 245 bewirkten, kurzen Verzögerung ein Signal an einen Eingang des UND-Gliedes 248 angelegt wird. Lüt dem zweiten Eingang des Ul-TD-Gliedes 248 ist über das Logikelement 224 des Inverters die Leitung für das Signal UlTV HUNNI2TG verbunden, ,Venn der Inverter zu arbeiten aufhört, v/eil sein Kondensator 202 vollständig geladen Ist, gent der zweite Eingang des UITD-Gliedes 248 auf den Pegel L, so dass das UND-Glied 243 durchgeschaltet wird und ein Ausgangsimpuls über einen Inipuisforner und einen Puffer ai, dem Prüflast-SCK 204 angelegt und dieser dadurch gezündet wird. Jetzt wird der Zondensator über den Prüf lastwiders'cand 2±2 entladen.

".Ver.n das Magnetprüfuiigs-Flipflop 244 gesetzt ist und an !jeirssi Ausgang Q, der Pegel.H liegt, wird dieser auch an άι\ΰ C^-t-Glied 232 angelegt, so dass das Herz-Flipflop c-Γ-Ο i~i zuruokgecetsten Zustand verbleibt. Daher kann "j'a'uxüp.ä der ila^netprüfung das Herz-Flipflop nicht gesetzt und -:ein Defibrillationsimpuls über das Herz des Fatiente** werden.

Ό-ud einer Magnetprüfung ist das Magnetprüfungs-Flipflor rscetzD und das UND-Glied 250 für die Fernmeßsteuerung ;n_c~eΰehaltet, solange der Inverter 200 aroeitet. Infolge ,ei. gibt die Logikschaltung 40 für die Kagnetprüfung ei, :::.eß3teuer:3ignal a^ den S-Bit-Parallel-oerien-ümseüser _to, ior in der Figur 1 gezeigt ist*

:*;3hii.'\ä vrurce schon .gesagt, dass bei .jeder Abgabe

copy]

eines Lefibrillationsimpulses an den Patienten ein Signal CT an den in der Figur 1 gezeigten Zähler 58 abgegeben wird. Auf Grund des von der Logikschaltung 4-G für die Magnetprüfung abgegebenen Fernmeßsteuersignals wird der Zählstand des Zählers 38 auf den 8~3it-Parallel-3erien-Umsetzer 39 übertragen, der daraufhin Date.ubits seriell an den Impulsdaruermodulator 90 abgibt. Dieser gibt dann an den Inverterfrequenzmodulator 92 ein impulsdauermoduliertes Signal ab. Bei arbeitendem Inverter 200 bewirkt der Inverterfrequenzmodulator 92 eine Frequenzmodulation des von der Inverterspule erzeugten HF-Signals. Diese frequenzmodulierte Information kann außerhalb des Körpers des Patienten von dem externen Demodulator und Dekoder erfaßt werden, der die frequenzmodulierten Signale demoduliert und die Anzahl der gezählten Defibrillationsimpulse zählt, Durch die Erfassung der Zeit, in welcher die Inverterspule ein HF-Signal abstrahlt, wird die Aufladeseit des Speicherkondensators erfaßt. Das Herauslese** der Pernmeßinlormation aus deiu Zähler 38, das Umsetzen und die Impulsdauermodulation dieser Information und die Inverterfrequenzmoduiation dauern etwa 2 Sekunde^. Dagege^-i datiert das Auflade- des in der Inverter- und Steuerschaltung 3^ angeordneten Speicherkondensators 202 etwa 5 "ois 6 Sekunde«.

Als Demodulator und Dekoder 12 und Sichtanzeigegerät IA-kann man jede geeignete -externe Einrichtung verwenden, die geeignet ist, die übertragene Information zu de^odulieren und zu dekodieren und optisch darzustellen.

Figur 6 zeigt; die vierstufige Halteschaltung. Ss wurde schon gesagt, dass nach der Abgabe von vier Defibrillauionsimpulsen an den Patienten diese Schaltung den Inverter 200 blockiert, "bis ein normaler Sinusrhythmus 55 Sekunden

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lang erfaßt worden ist. Die vierstufige Halteschaltung enthält ein vierstufiges Schieberegister, an dessen vierte ^3-Stufe eine Invertersperrleitung angeschlossen ist. Jeder einen Defibrillationsimpuls anzeigende Impuls GT '»vird gezählt, ilach dem Smpfang von vier Impulsen CT v/ird üoer dj.e Invertersperrleitung ein Aus gangs signal zum Sperren des Inverters 200 abgegeben. Jeder Impuls OT wird ferner üuer ein ODER-Glied 302 an einen Zeitschalter 304- abgegebe«, dessen Ablaufzeit 35 Sekunden beträgt und der durch de« Empfang jedes Impulses CT ausgelöst -wird. Wenn nach vier Impulsen CT weitere Signale INVST au das ODER-Glied 302 angelegt werden, die anzeige«, dass der Patient weiter einer Defibrillation bedarf, läuft der 35-3ekunde^-Zeitschalter weiter. Erst wenn ein normaler Sinusrhythmus erfaßt wird, d.h. kein Signal ZwVST mehr erzeugt; wird, setzt der 35-Sekunde«-Zeitschalter das Schieberegister 300 zurück, so dass der Hochspannung-Inverter 20C wieder arbeiten kann.

Bipolare Meßelektrode 19

In der Figur 5 sind Einzelheiten der in der Figur 1 gezeigten, bipolaren Meßelektrode 18 dargestellt. Die Elektrode 18 ist. in der rechtem Herzkammer implantiert. .Vie vorstehend abgegeben wurde, dient sie zum Messen der relativ schwachen elektrischen Signale* die durch die Kammerkontraktionen erzeugt werden» Diese als R-Zaciken "bekannten Signale werden an die in Figur 1 gezeigte Frec'asnzanalysier- und -mittelungsschaltung 30 angelegt.

Die Elektrode 18 besteht aus einem ersten Drahtleiter 301 und einem im Abstand von dsm Leiter 301 angeordneten, zv/eiten Brahtleitor 302. Der Leiter 301 ist au seinem ciisüäien Ende elektrisch mit einer leitenden Spitze 303 verbunden, die um den Leiter 301 herumgequetscht ist.

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Der Leiter 302 ist ferner elektrisch mit einer mit ihm in Berührung stehenden, leitenden Ringelelektrode 304 verbunden, die ein biegsames Isolierglied 306 aus einem Elastomer umgibt. In der bevorzugten Ausführungsform betragt der Abstand zwischen den leitenden Elementen 303 und 304· etwa 1 cm.

Die Drahtleiter 301 und 302 sind mit je einer Leiterwicklung 30φ bzw. 303 umwickelt, die sich getrennt voneinander durch einen Zwillingsschlauch 305 erstrecken und an einen Stecker 310 angeschlossen sind, der in den impiantierbaren Defibrillator steckbar ist. Die Leiterwicklung 308 ist in der Nähe ihres distalen Endes von einem Schlauch 312 aus medizinisch reinem Silikon umgeben.

Die bipolare Elektrode 18 kann natürlich auch anders als vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass zwischen der distalen Spitzenelektrode 303 und der Ringelelektrode 304 ein Abstand vorhanden ist« Die Elektrode kann von zwei Elektroden gebildet werden, die voneinander getrennt sind, beispielsweise von korkenzieher- oder nadeiförmigen Elektroden, die keinen Teil einer einteiligen Konstruktion bilden. Es ist festgestellt worden, dass bei einem Abstand von 0,5 bis 1,5 cm, vorzugsweise von 1,0 cm, zwischen der Spitze 303 und dem Ring 304 anstelle des normalerweise in Elektroden von bekannten Herzschrittmachern vorhandenen Abstandes von mehr als 2,5 cm das erhaltene Signal eine steilere Anstiegsflanke hat und daher besser zur Frequenzmessung geeignet ist, besonders bei chaotischen Herzrhythmusstörungen, beispielsweise bei einer polysaorphen Kämmertadhykardie und bei einem K amine r f 1 immern.

Lu der vorstehenden Beschreibung werden mit den Ausdrücken

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"Flimmern" , "Herzrhythmuskorrektur", "Defibrillation", "Defibrillator" und "Herzrhythmuskorrekturgerät" alle IebensDedrohenden Herzrhythmusstörungen Dezeichnet, die durch die Abgabe eines Hochspanzmngsschocks auf einen normalen Sinusrhythmus korrigiert werden können, sowie die Korrektur derartiger Rhythmusstörungen zu einem normalen Sinusrhytharus und die dazu verwendeten Geräte. Beispielsweise umfaßt der Ausdruck "Flimmern" auch eine Tachykardie mit lebensbedrohend hoher Frequenz

Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, mit dem die Aufgaben der Erfindung gelöst werden kennen. Bestimmte Merkmale der Erfindung können aber auch in einer Weise bemitzt werden, die nicht dargestellt oder beschriebeii ist. Daher umfaßt die Erfindung auch alle Abänderungen, die der Fachmann im Rahmen des Erfindungsgedankens vornehmen kann»

/ ■

3 3 Ί 4 4 ö ö

übersetzung der Beschriftung der Zeichnungen zu P 33 14 488.5-33 vom 21. April 1983

Figur

INVST 4ct. hold

MGD

8-Bit. Par. to Ser. Conv.

INV RUNNING Telemetry control MÄGTST

RATE THRESHOLD

Rate analysis and averaging

RATE R-wave output

Internal components External comnonents

PDF-Analyse

INVST

4-stufige Halteschaltung Inverter- u. Steuerschaltung

Zähler S-Bit-Parallel-Serien-Wandler Impulsdauermodulator Inverterfrequenzmodulator Demodulator- und Dekodierschaltung Sichtanzeige INV RUNNING Fernineßsteuerung MAGTST Testlogik für Magnetprüfung RATE THRESHOLD

Freguenzanalysier- und -mittelungsschaltung

RATE R-Zackensignal 30-Sekunden-Zeitschalter NF-Schwinger Implantierbare Komponenten Externe Komponenten

2 -

33U48

Flour 2	Hochspannungsschutz
55	Hochpaß
58	AGC
AGC	Frequenzanalysier- und -mittelungsschaltung
30	REF
REF	Verzögerungsglied
86	RATE
RATE	REFRAC
REFRAC	inonostabiler Multivibrator
78	Ausgang
OUT	Auslöseimpulse
TRIG.	zum UND-Glied 44
to AND gate 44	R-Zackensignal
R-wave out
Fiaur 3	MGTST
MGTST	INVERTER START
INVERTER START	EN
EN	Schutzrohrkontakt
Reed switch	Fernmeßsteuerung
Telemetry control	Testlogik für Magnetprüfung
40	Verzögerungsglied
246	Verzögerungsglied
DELAY	INVERTER RUNNING
IMV RUN	Verzögerung 10 ms
10 iris delay	Durchschaltesignal
TRG	Prüflast-SCR
Test Load SCR	R-Zacken-Signal (von Leitung 35}
R-Wave (from line 35)	Durchschaltesignal
TRIG	CT
CT	Impulsrückkoppelung
Pulse feedback

TRG Truncate SCR (from 32) Durchschaltesignal Abschneide-SCR (von 32)

Figur

INV RUNNING EN H.V.

MOD Inverter Start Truncate Trig

Test load TRIG Pulse feedback 20 22 Test load TRG INV RUNNING

Hochspannungs-Inverter Modulation

INVERTER START

Durchschaltesignal für Abschneide-SCR

Prüflast

Durchschaltesignal Impulsrückkoppelung Elektrode in oberer Hohlvene Flächenelektrode

Durchschaltesignal für Prüflast-SCR

Figur

CT INVST Inverter inhibit 35 Sec. delay

INVST

Invertersperrsignal Verzögerung 35 Sek.

Claims

33H488

PATENTANSPRÜCHE

/1· Inplantierbarer Defibrillator zur automatischen Defibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch:

Einen Detektor zum Erfassen eines Flimmerns des Herzens;

eine Defibrillationseinrichtung, die unter Steuerung durch den Detektor mindestens einen energiereichen Defiorillarionsimpuls erzeugt und an das Herz abgibt;

einen Zähler zum Zählen der von der Defibrillationseinriuhtung abgegebenen Defibrillationsiiupulse;

eine mit dem Zähler veruundene Feriimeßeinrichtung zum üuertragen von die Anzaiil der Defibrillationsimpulse a^geoender Information zur Außenseite des Patienten auf Grund eines FerüEießs teuer signals; und j

eine Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Fer.ameßsteuersignals' auf Grund eines außerhalb des Fatienten erzeugten Abfragesignals.

2„ Iiaplantierbarer Defibrillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Defibrillationseinriohtung einen Speicherkondeüsator und einen Hoohspaunungs-Inverter zum Laden des Speicherkonde^sators besitzt, und dass der Hochspannungs-Inverter geeignet ist, -.vähreiid des Ladens des Speicherkondensators HF-Signale abzustrahlen j dia außerhalb des Patienten erfaßbar öind, und dass die Fernmeßeinrichtung einen Frequenzmo-iulator Desitzt, der dazu dient, die Frequenz der von dem liochspannungs-Inverter abgestrahltem HF-Signale ?nrsprechend den Zählotand des Zählers zu modulieren^

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*..' όό Ι

3. Implantierbarer Defiorillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler ein Register zum Zählen der an das Herz des Patienten abgegebenen Lefibrillationsimpulse besitzt, dass die Per^meßeinrichtung einen mit dem Register gekoppelten Umsetzer besitzt, der dazu dient, den Zählstand des Registers in eine Impulsfolge umzusetzen, ferner einen Impulsdauer modulator zur Impulsdauermodulation der von dem Umsetzer abgegebenen Impulsfolge, und dass der Impulsdauermodulator mit dem Frequenzmodulator gekoppelt ist und dieser die Frequenz der HF-Signale unter Steuerung durch das von dem Impulsdaueriaodulator abgegebene, impulsdauermodulierte Signal moduliert.

4-, liaplantierbarer Defibrillator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer durch das von der Steuereinrichtung angegebene Eernmeß-Steuersignal aktiviert wird»

5. Impla^tierbarer Defibrillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet j dass die Steuereinrichtung auf Grund des Abfragesignals ferner an den Hochspannungs-Inverter ein Prüfsignal abgibt, das den "Betrieo des Hochspannungs-Inverrers auslöst, und die Steuereinrichtung ferner einen Prüflastwiderstaud sowie eine Einrichtung besitzt, die bewirkt, dass da.r Speicherkondensator üoer den -rrüflas^widerstand entladen .wird, wenn der Hcchspannungs-Inveroer seinen Betrieb vollständig durchgeführt hat«

6. Implantierbarer Defibrillator naen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Schutzrohrkontakt besitzt, die auf ein mittels emes

erzeugtes Aktivierungssignal a_3pricht.

7· laplantierbarer Defibrillator mit einer elektrode, die in der Herzkammer eines Patienten anzuordnen ist und

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COPY

33H488

zum Srfassen von R-Zacken dieiit, und rdt einem

Hochspannungs-Inverter zum Laden eines Speicherkonden- j

sators für die Bsfibrillation, gekennzeichnet durch: j

Einen implantierbaren NF-Schwinger zum Erzeugen von f

Tonsignalen, die außerhalb des Körpers eines Patienten j

wahrnehmbar sind; f

eine Aktievierungseinrichtung mit einem Aktivierungs- j ausgang und einem Blockierausgang, die rait dem Hochspannungs-Inverter gekoppelt sind und dazu dienen,

diesem zu aktivieren "bzw. zu blockieren; j

einem mit der genanntem Elektrode gekoppelten H-Zacken-Detektor zum Erfassen der R-Zaeken des Herzens des Patienten;

eine Logikschaltung, die mit dem KP-Schwinger und der Aktivierungsschaltung und de*u R-Sacken-Bete&tor verbunden ist und dazu dient, an den KE-Schwinger Steuersignale abzugeoeii, die sowohl die richtige Anordnung der Elektrode im Herzen des Patienten als auch de^ angesteuerten bzw. blockierten Zustand des Inverters anzeiget; und

eins Schalteinrichtung, die mit der Aktivierungschaltung and der Logikschaltung gekoppelt Uuü geeignet ist, auf Grund eines außerhalD des Patienten erzeugten Prüfsignal: den Hochspannungsinverter wahlweise anzusteuern und zu Dlückieren und zu bewirken, dass die von !er Logikscnaitung abgegebenen Steuersignale die von dem KP-"ir/rr.vinger erzeugten Tonsignale steuern.

8. Isplantierbarer Defibrillator nach Anspruch 7? dadurch

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COPY 7

gekennzeichnet, dass die Logikschaltung

(1) ein Dauerstrich-Steuersignal an den NF-Schwinger a"bgibt, wenn sich die Aktivierungsschaltung im Blockierungszustand befindet;

(2) Sm den HF-Schwinger ein mit de- R-Zacken-3ignal

des R-Zacken-Detektors synchronisiertes, periodisches Steuersignal abgiot, wenn sich die Aktivierungsschaltung im Aktivierungszustand befindet und die Elektrode im Herzen des Patienten richtig angeordnet ist; und

(3) kein Steuersignal an den KF-Schwinger abgibt, wenn

■ sich die Aktivierungsschaltung im Aktivierungszus"cand befindet und die Elektrode nicht richtig im Kerzen des Patienten angeordnet ist,

so dass der 3F-Schwinger auf Grund der Steuersignale (1) bis (3) einen Dauerton, einen periodischen Ton bzw. keinen Ton erzeugt.

9» Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung die Aktivierungsschaltung von dem Aktivierungs- in den Blockierungszustand umschaltet, wenn das'Aktivierungssignal über einen vorherbestimmten Zeitraum hinaus angedauert hat.

10. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der ITP-Schwinger einen piezo-elektrxscheii V/analer besitzt, der direkt am Gehäuse des implantierbaren Defibrillators befestigt ist·

11. Implantierbarer Defibrillator zur Defibrillaticn des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch:

Bine implantierbare· Defibriilatorschaltung zur Abgaoe

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eines Hοchspannungs-Korrekturimpulses;

zwei am Herzen eines Patienten anoringoare Elektroden zur Abgabe des Hochspannungs-Korrekturimpulses durch das Herz des Patienten hindurch; und

eine Kurzschlußverhinderungsschaltung, die zwischen der implantieroaren Defibrillatlonsschaltung und den beiden Elektroden angeordnet ist und Deiia Anlegen einer Hochspannung von außen an die oeiae.u Elektrode« einen Kurzschluß von Energie üoer die implantierDars DefiDrxl-1ationsschaltung verhindert.

12» ImplantierDarer Defibrillator nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlußverhinderungsschaltung einen mit den. beiden Elektroden in Reihe geschalteten, elektronischen Schalter und eine ^steuereinrichtung aufweist, die de^ elektronischen Schalter auf Grund des Empfanges eines Befibrillationssignals von der impiantie: baren Defibrillationsschaltung ansteuert und die einen Übertrager auf v/eist, der eine mit der implantier baren Lei'ibrillationsschaltung gekoppelte Primärwicklung und 3i:?e mit dem elektronischen Schalter gekoppelte Sekundär-v/icklung beaitst.

15. I-Τ.Ό lautier barer Defibrillator zur Bef ibrillation des

fleraens eines Patienten, gekennzeichnet durcu; !

Eins bipolare -ilektrode^anordjuung zum I/Iessen der Herzfrequenz eines Patienten;

einen rait der bipolare^ -^lektrodeuaiiord^ung gekoppelten -ier-zfr^quenzaecektor zum Erzeugen von Aus gangs sign.-; len entsprechend der von der bipolaren Elektrodenanordnung

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Kerzfrequenz; und

eine nit dem Herzfrequenzdetektor gekoppelte Defibrillations einrichtung zur Äbgaoe eines Korrekturimpulses an das Herz des Patienter, unter Steuerung durcn die Ausgangssignale des Herzfrequenzdetektors;

wobei die bipolare elektrodenanordnung zwei Elektroden "besitzt, die einen Abstand von 0,5 "bis 1,5 cm voneinander haben.

14-. Implantierbarer Defibrillator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden SleSrferoden 1 cm beträgt.

15· Imp lautier bar er Defibrillator nacn Anspruch IA-, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden auf einer langgestreckten Sonde montiert sind, die eine Elektrode an der distalen Spitze der Sonde montiert ist und die andere Elektrode aus einer ' Ringelektrode besteht, welche die Sonde im Abstand von der distalen Spitze umgibt.

16. Herzschlagfrequenzdetektor, der auf ihn zugeführte EKG-Signale anspricht, gekennzeichnet durch:

Einen Eingang für EKG-Signale;

einen Umsetzer zum Umsetzen, der EKG-Signale in eine Polge von einheitlichen Impulsen, die je einem Herzschlag entsprechen;

eine Mittelungseinrichtung zum Mitteln der Anzahl der einheitlichen Impulse pro Zeiteinheit und zum Erzeugen eines analogen Ausgangssignals, dessen Amplitude der gemittelten Impulsfrequenz proportional ist; und

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einen Vergleicher zum Vergleichen des analogen Ausgangssignals der Llit-celungseinrichtung mit einem Bezugssignal und zur Abgabe eines frequenzanseigenden Ausgangssignals, wenn das analoge Ausgangssignal über dem Pegel des Bezugssignais bleibt.

17. Herzschlagfrequenzdetektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer einen Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung besitzt.

Ιδ. Hersschlagfrequenzdetektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelungseinrichtung die Frequenz der einheitlichen Impulse in ein Spannungssignal umsetzt.

19. System zur Verwendung mit einem implantierbaren automatischen Defibrillator zur Defibrillation des Herzens eines Patiencen bei einer Herzrhythmusstörung, gekennzeichnet durch:

■&ine Einr;angseinrichtung zum Empfang von EKG-Wellenf ormei;

einen mit der Eingangseinrichtung gekoppelten WDF-Signalgeber zum Ableiten einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktic: von den EKG-V/ellenformen und zum Erzeugen eines der 7/ahrscheinlichkeitodichtefunktion entsprechenden Ausgangs-

einen rr.it der Eingangseinrichtung gekoppelten Hersfrequensdotektor zusa Mittein der Herzschlagfrequenz, zum "Jrasetzen der frequenz in ein Analogsignal, sum Vergleiche Ies Analogsignals mit einem Bezugssignal und zum Erzeuger eines frequensanzeigenden Ausgangssignals, wenn das Analogsignal größer¹ ist als das Bezugs signal; und

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eine mit dem WDF-Signalgeber und dem Herzfrequenzdetektor gekoppelte Defibrillationseinrichtung zur Abgabe eines Lefibrillationsimpulses auf Grund des der Watecheinlichkeitsdichtefunktion entsprechenden Ausgangssignals und des frequenzanzeigenden Aus^angs

20. Implantierbare Einrichtung zur medizinsichen Behandlung eines medizinischen Zustandes eines Patienten, gekennzeichnet durch: ' ;.

Eine Analysiereinrichtung zur Feststellung des medizinischen Zustandes und zur Abgabe eines entsprechenden Behandlungsbefehls;

eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln des medizinischen Zustandes auf Grund des Behandlungsbefehls;

einen Zähler zum Zählen der Behandlungen des medizinischen Zustandes und zur Abgabe eines entsprechenden Zählstandes;

einen Sender zum Übertragen eines Signals an eine außerhalb des Körpers des Patienten befindliche Stelle; und

einen Modulator zur Modulation des übertragenen Signals entsprechend dem genannten Zählsxiand, so dass an die außerhalb des Körpers des Patienten befindliche Stelle Information übertragen wird, die angibt, wie oft der medizinische Zustand bisher mit Hilfe der Torrichtung behandelt worden ist.

21« Implantierbare medizinische Vorrichtung mit einem aktiven Zustand zum Behandeln eines medizinischen

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·'·■.:■·.:■ 331U8S - 3-

Zustand eines Patienten und einem inaktiven Zustand, in dem keine Behandlung vorgenommen wird, gekennzeichnet durch:

Eine Analysiereinrichtung zur Feststellung des medizinischen Zustandes und zur Abgabe eines entsprechenden Behandlungsbefehls; ■

eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln des medizinischen Zustande.s auf Grund des Behandlungsbefehls;

eine Steuereinrichtung, die auf Grund eines von einer außerhalb des Körpers des Patienten gelegenen Stelle durch dessen Haut hindurch übertragenen Signals den Zustand der implantierbaren Vorrichtung ändert.

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