DE2929498C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mikroprozessorgesteuerten implantierbaren Schrittmacher, der über eine Leitungsanordnung mit zu stimulierendem Körpergewebe koppelbar ist.

Ein bekannter Schrittmacher dieser Art (DE-OS 27 38 871) ist ausgangsseitig über eine einzige Ausgangsleitung an das Herz anzuschließen. Dem Mikroprozessor ist ein Festwertspeicher zugeordnet, dessen Speicherinhalt zum einen die Reizimpulsbreite und zum anderen den Reizimpulsabstand für einen asynchronen, festfrequenten Stimulationsbetrieb vorgibt.

Des weiteren ist ein mit dem Herz über eine einzige Leitung zu verbindender implantierbarer Herzschrittmacher bekannt (DE-OS 27 55 702), der normalerweise im Bedarfsbetrieb mit einer vorgegebenen von mehreren unterschiedlichen Impulsfolgefrequenzen arbeitet. Durch Betätigen einer magnetischen Zungenschaltergruppe läßt sich der Ladestrom eines die Folgefrequenz bestimmenden Kondensators verändern, um auf diese Weise eine andere der verfügbaren Impulsfolgefrequenzen auszuwählen. Über die Zungenschaltergruppe kann ferner auf einen Asynchronbetrieb umgeschaltet werden.

Es ist auch bekannt ("Hütte" Des Ingenieurs Taschenbuch, 28. Auflage, Band IVB, Elektrotechnik, Teil B, 1962, Seiten 1062 und 1063), Störungen des Kurzwellen-Telegraphie-Empfangs dadurch zu begegnen, daß ein Kurzwellenempfänger derart mit mehreren Antennen zusammenarbeitet, daß er selbsttätig jeweils an die Antenne mit bestem Empfang angeschaltet wird, während die anderen Antennen wirkungslos bleiben.

Schließlich ist ein Katheter zum Stimulieren des Herzens in der Kammer und im Vorhof bekannt (US-PS 38 25 015), der für die Vorhofreizung mit mehreren gegeneinander isolierten elektrischen Leitungen versehen ist, von denen jede an eine eigene Ringelektrode angeschlossen ist. Diese Elektroden sind in Abstand voneinander auf dem Katheterteil angeordnet, der bei der Implantation im Vorhof zu liegen kommt. Dabei werden einige der Vorhof-Ringelektroden mit dem Vorhofgewebe einen besseren Kontakt als andere dieser Elektroden herstellen. Diese Kontakte werden bestimmt, indem nach dem Einführen des Katheters ins Herz, aber vor dessen permanenter Verbindung mit dem zugehörigen Schrittmacher unterschiedliche Leitungspaare vom Arzt getestet werden. Die jeweils günstigsten Leitungen oder Leitungskombinationen werden ausgewählt und dann an den Schrittmacher dauerhaft angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mikroprozessorgesteuerten Schrittmacher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der selbsttätig die jeweils günstigste Betriebsweise und die dazugehörigen Durchschaltungen herbeiführt und der dabei bei geringem Schaltungsaufwand mit möglichst wenig Energie auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitungsanordnung mehrere Leitungen oder Leitungskombinationen aufweist, die an die gleiche und/oder unterschiedliche Stellen des Körpergewebes angeschlossen werden, daß eine von dem Mikroprozessor mit zugeordnetem Speicher gesteuerte Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die eingangsseitig über einen von dem Mikroprozessor gesteuerten Multiplexer und ausgangsseitig über eine gleichfalls von dem Mikroprozessor gesteuerte Wählschaltvorrichtung an die Leitungsanordnung angeschlossen ist, daß die Auswerteeinrichtung derart aufgebaut und programmiert ist, daß sie anhand von im Verlauf des Schrittmacherbetriebes erfaßten Kennwerten ermittelt, welche Leitung oder Leitungskombination für die Durchführung der jeweiligen Stimulations- und/oder Meßaufgabe am besten geeignet ist, und durch entsprechende Ansteuerung durch den Mikroprozessor über die Wählschaltvorrichtung selbsttätig die Leitung oder Leitungskombination einerseits für die Übermittlung von Eingangssignalen vom Körpergewebe an die Auswerteeinrichtung und andererseits für die Übermittlung von Reizimpulsen an das Körpergewebe wirksam macht, und daß zwischen den Multiplexer und den Mikroprozessor ein allen Multiplexer-Analogeingangssignalen gemeinsamer kombinierter Normierungsverstärker und A/D-Umsetzer geschaltet ist.

Bei dem Schrittmacher nach der Erfindung können selbsttätig schadhafte Leitungen erkannt und überbrückt werden; es kann für eine redundante Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung gesorgt werden. Es läßt sich diejenige Leitung auswählen, die den günstigsten Schwellwert für die Meßwerterfassung und/oder Reizimpulsbeaufschlagung hat. Es kann auch von einer Unipolarelektrode auf eine Bipolarelektrode übergegangen werden. Aufgrund der erfaßten Signale kann auch selbsttätig die jeweils günstigste Schrittmacherbetriebsart ausgewählt werden. Zu diesen auswählbaren Betriebsarten gehören vorzugsweise eine Kammerbedarfsstimulation, eine asynchrone Kammerstimulation, eine bifokale Stimulation, eine vorhofsynchrone, kammergesperrte Stimulation (ASVIP), eine Änderung der Impulsbreite in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung, eine Stimulation mit automatischer Schwellwertnachführung, bei welcher die Impulsbreite des Schrittmacherimpulses auf den Kleinstwert eingestellt wird, der noch zu einer Herzmitnahme führt, und eine Herzstimulation an mehreren Stellen zur Unterbrechung von Arrhythmien. In den Speicher können auch Programme zur Durchführung von Telemetriefunktionen eingespeichert werden. Dazu gehören insbesondere die Erfassung von verschiedenen Herzaktivitäten oder von anderen Körperfunktionen sowie die Übermittlung von Daten betreffend die Arbeitsweise des Schrittmachers, wie Kennwerte für die jeweilige Impulsbreite, die Impulsamplitude, die Impulspause, Strom und Spannung der Stromquelle, den Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des Schrittmachers, die Schrittmacherleitungsimpedanz und Schrittmacher-Selbstprüfprogramme.

Der Multiplexer erlaubt es, wahlweise nacheinander einzeln für die Herzaktivität des Patienten kennzeichnende Signale, z. B. Signale betreffend die Vorhof- und die Kammeraktivität, oder für andere Körperbedingungen oder -zustände, wie die Feuchtigkeit innerhalb des Schrittmachers, anzulegen, damit diese Signale dann von dem Mikroprozessor verarbeitet werden. Der kombinierte Normierungsverstärker und A/D-Umsetzer wandelt die analogen Multiplexer-Eingangssignale, die sich in ihrer Amplitude erheblich voneinander unterscheiden können, in ein digitalisiertes Signal von geeigneter Größe für die Verarbeitung im Mikroprozessor um. Dabei reicht ein einziger Normierungsverstärker und A/D-Umsetzer aus, wodurch der Schaltungsaufwand und der Energieverbrauch klein gehalten werden.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines implantierten, programmierbaren, mikroprozessorgesteuerten Schrittmachers, zu und von dem Signale übertragen werden, um das von dem implantierten Schrittmacher durchgeführte Programm zu ändern oder anzupassen und um für die Aktivität des Herzens (oder eines anderen Gewebes) kennzeichnende Signale auf einem externen Monitor wiederzugeben,

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild des implantierten Schrittmachers nach Fig. 1,

Fig. 3A ein Schaltbild der von dem Schrittmacher nach Fig. 2 zu dem Herz des Patienten gehenden Verbindungen für eine Reizimpulsbeaufschlagung und Meßwerterfassung im Kammerbedarfsbetrieb,

Fig. 3B ein Schaltbild der von dem Schrittmacher nach Fig. 2 zum Herz des Patienten führenden Verbindungen für eine A-V-Folgestimulation von Vorhof und Kammer,

Fig. 3C ein Schaltbild der Verbindung zwischen dem Schrittmacher nach Fig. 2 und dem Vorhof sowie der Kammer zur Durchführung einer vorhofsynchronen, kammergesperrten Stimulation (ASVIP),

Fig. 4A ein Ablaufdiagramm für die Schalter und die Komponenten der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A zur Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation,

Fig. 4B ein Ablaufdiagramm für die Betätigung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3B zur Durchführung einer bifokalen Stimulation,

Fig. 4C ein Ablaufdiagramm für die Betätigung der Schalter und der Komponenten nach Fig. 3C zur Durchführung einer ASVIP-Stimulation,

Fig. 5 ein Fließschema für eines von mehreren in dem Speicher des Schrittmachers nach Fig. 2 einzuspeichernden Programmen zur Durchführung einer Kammerbedarfsstimulation entsprechend dem Ablaufdiagramm der Fig. 4A,

Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Schrittmachers nach der Erfindung,

Fig. 7A und B Schaltbilder zweier Ausführungsformen des Schrittmachers nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Funktionsblockschaltbild des bei dem Schrittmacher nach den Fig. 6 und 7 vorgesehenen A/D-Umsetzers,

Fig. 9 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Vor-/Rückwärtszählers nach Fig. 8, und

Fig. 10 ein Schaltbild des A/D-Umsetzers nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt einen Schrittmacher, der auf eine Mehrzahl von Betriebsarten programmiert werden kann, so daß das Herz des Patienten, dessen Vorhof mit 40 und dessen Kammer mit 42 bezeichnet sind, auf unterschiedliche Weise mit Reizimpulsen beaufschlagt werden kann. Außerdem werden die elektrische Aktivität von Vorhof (Atrium) und Kammer (Ventrikel) oder von anderem Körpergewebe erfaßt, um entweder die Schrittmacherarbeitsparameter zu modifizieren oder um entsprechende Signale aus dem Körper 14 des Patienten heraus fernzuübertragen.

Der Schrittmacher 12 weist ein gegenüber Körpergewebe und Fluiden widerstandsfähiges Gehäuse 13, eine erste Leitung 17, die mit dem Vorhof 40 gekoppelt und dort über eine Elektrode angebracht ist, sowie eine zweite Leitung 19 auf, die mit der Kammer 42 in Verbindung steht und an dieser über eine Elektrode festgelegt ist. Ein externer Sender 10 steht über eine Leitung 15 mit einer Spule oder Antenne 16 in Verbindung, die außerhalb des Körpers 14 des Patienten angeordnet ist, um über eine Hf-Verbindung Signale zu dem implantierten Schrittmacher 12 zu übertragen. Ein Monitor 63 ist an den Sender 10 über eine Leitung 59 angeschlossen. Der Sender 10 kann veranlaßt werden, über die Leitung 15 und die Antenne 16 Signale an den implantierten Schrittmacher 12 zu übermitteln, um diesen von einer Betriebsart auf eine ausgewählte andere Betriebsart übergehen zu lassen. Der Arzt kann auf diese Weise entsprechend einem geänderten Zustand des Patienten die Art und Weise vorgeben, in der dem Herzen des Patienten Reizimpulse zugeführt werden. Es versteht sich, daß zum Zeitpunkt der chirurgischen Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 eine bestimmte Stimulationsart erwünscht sein kann. Nach dem Implantieren kann sich der Zustand des Patienten ändern. Eine andere Betriebsart kann dann erwünscht werden. Außerdem besteht der Wunsch, vom Körper des Patienten aus eine Reihe von Signalen zu übermitteln, die für verschiedene erfaßte Bedingungen kennzeichnend sind und die über die Antenne 16 und den Sender 10 laufen, um auf dem Monitor 63 wiedergegeben zu werden. Der implantierte Schrittmacher 12 kann ferner, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einen weiteren Ausgang und eine mit einem Wandler 27 gekoppelte Leitung 25 aufweisen. Bei dem Wandler 27 kann es sich um einen die Bewegung eines Körperorgans erfassenden mechanischen Wandler handeln. Des weiteren kann der Schrittmacher 12 mit einem zusätzlichen Ausgang und einer Leitung 21 ausgestattet sein, die mit einem magnetisch betätigbaren Zungenschalter 23 verbunden ist, der sich vom Arzt dadurch betätigen läßt, daß ein externer Magnet in die Nähe des Schalters gebracht wird, um auf diese Weise den Schalter 23 zu schließen und eine Änderung der Betriebsweise des Schrittmachers 12 herbeizuführen. Eine Leitung 29 ist stellvertretend für eine Mehrzahl von Leitungen, die mit verschiedenen Stellen des Herzens gekoppelt sein können, um beispielsweise für eine Stimulation zu sorgen, die eine Arrhythmie unterdrückt, oder um redundante Leitungen bereitzustellen, die eine defekte Leitung 17 oder 19 ersetzen können.

Fig. 2 zeigt ein Funktionsblockschaltbild des Schrittmachers 12, der als zentrales Steuerelement einen Mikroprozessor 100 und einen Multiplexer 106 aufweist, um analoge Daten aufzunehmen, die von einem ersten Eingang 138a, der über die erste Leitung 19 (Fig. 1) mit dem Ventrikel 42 gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang 138b kommen, der über die zweite Leitung 17 mit dem Atrium 40 (Fig. 1) in Verbindung steht. Die verschiedenen analogen (und digitalen) Eingänge werden von dem Multiplexer 106 unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 in vorbestimmter Weise ausgewählt sowie entsprechend den Prozessen oder Programmen verarbeitet, die in einem Speicher 102 eingespeichert sind.

Der Mikroprozessor 100 ist über einen Adressenbus 112 mit dem Speicher 102 verbunden, so daß gespeicherte und mittels eines Adressenzählers 107 weitergeschaltete Adressen angelegt werden, um ausgewählte Plätze innerhalb des Speichers 102 zu adressieren. Die adressierten Daten werden von dem Speicher 102 über einen Datenbus 110 in den Mikroprozessor 100 überführt.

Der Multiplexer 106 hat zusätzliche Eingänge 138c, d, e und f. Der Mikroprozessor 100 liefert Steuersignale über einen Eingangswählbus 120 an den Multiplexer 106, wodurch einer der Eingänge 138 bis f ausgewählt wird, um das betreffende Signal über eine Leitung 118, eine Normierungsverstärker- und Analog/Digital-Umsetzerstufe 108 sowie einen Bus 114 auf den Mikroprozessor 100 zu geben. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Ausgangsspannung V_s einer Spannungsquelle 126 über den Eingang 138c an den Multiplexer 106 angelegt, um das Schrittmacherbetriebsverhalten in Abhängigkeit von Änderungen der Spannungsquelle in geeigneter Weise zu modifizieren. Beispielsweise ist es erwünscht, die Reizimpulsbreite zu vergrößern, wenn die Versorgungsspannung sinkt, um für einen Impuls mit mehr oder weniger konstanter Energie zu sorgen; es kann auch erwünscht sein, die Schrittmacherrate bei sinkender Versorgungsspannung herabzusetzen, um anzuzeigen, daß der Schrittmacher ausgewechselt oder eine Modifikation über eine externe Programmierung vorgenommen werden muß. Die Reserveeingänge 138d und 138e können beispielsweise ebenfalls an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angekoppelt sein, um die Aktivitäten dieser Bereiche des Herzens redundant zu überwachen. Die Auslegung kann so getroffen sein, daß der Mikroprozessor auswählt, welcher der Eingänge 138a, b, d und e für die wirkungsvollste Erfassung der Vorhof- und Kammersignale sorgt oder von der Spannungsquelle 126 die geringste Energie erfordert oder eine Herzarrhythmie am wirkungsvollsten unterbricht. Der Eingang 138f kann über die Leitung 21 mit dem Zungenschalter 23 verbunden sein. Wenn dann der Arzt einen externen Magneten so anordnet, daß der Schalter 23 schließt, wird der Mikroprozessor 100 veranlaßt, das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm zu wechseln oder zu ändern. Der Multiplexer wählt oder steuert der Reihe nach einen der Eingänge 138a bis f an, um den betreffenden Eingang über die Leitung 118, die Stufe 108 und den Bus 114 mit dem Mikroprozessor 100 zu verbinden. Der Multiplexbetrieb ist vorgesehen, um den Schaltungsaufwand für die Verarbeitung der Analoginformationen zu vermindern, die den Eingängen 138a bis f zugeführt werden, sowie um ferner den Energiebedarf für diese Funktion herabzusetzen. Ohne den Multiplexer 106 müßte für jeden der Eingänge 138a bis f eine eigene Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 vorgesehen werden. Durch die Verwendung des Multiplexers 106 wird infolgedessen die Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 vermindert; gleichzeitig verkleinert sich dadurch der Schaltungsaufwand für den Schrittmacher 12.

Der Mikroprozessor 100 legt über eine Leitung 116 ein Normierungssteuersignal an die Normierungsverstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an. Dadurch wird der Verstärkungsfaktor des einen Teil der Stufe 108 bildenden Verstärkers so beeinflußt, daß den unterschiedlichen Amplituden der Signale Rechnung getragen wird, die den Eingängen 138a bis f des Multiplexers 106 zugehen. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 126 kann beispielsweise (anfangs) in der Größenordnung von 1,3 bis 6 V liegen, während die von dem Vorhof 40 und der Kammer 42 abgeleiteten Herzaktivitätssignale beispielsweise eine Spannung in der Größenordnung von 1 bis 20 Millivolt haben können. Das Ausgangssignal der Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 ist eine Folge von digitalen Signalen, die in dem Mikroprozessor 100, und zwar insbesondere in den Registern des Mikroprozessors 100, eingespeichert werden. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor 100 in CMOS-Technik mit niedrigem Schwellwert ausgeführt, was für eine relativ geringe Stromentnahme aus der Spannungsquelle 126 sorgt.

Eine wesentliche Komponente des Schrittmachers 12 ist der Speicher 102, der zweckmäßig einen Festspeicherteil (ROM) 102a und einen Speicherteil 102b mit direktem Zugriff (RAM) aufweisen kann. In dem Festspeicherteil 102a sind die grundlegenden Schritte jeder einer Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten (oder anderen Prozessen) gespeichert. Andererseits ist eine Mehrzahl von Parametern oder ganzen Programmen in dem RAM-Speicherteil 102b eingespeichert; dieser Teil läßt sich zu einem späteren Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem sich ändernden Zustand des Patienten umprogrammieren. Der Speicher 102 kann zum Zeitpunkt der Herstellung, vor der Implantation im Körper 14 des Patienten oder über eine externe Speicherladeschnittstelle 104 programmiert werden, die über eine Hf-Verbindung oder eine akustische Verbindung 105 mit dem Speicher 102 gekoppelt ist. Als Schnittstelle 104 lassen sich bekannte Geräte (US-PS 38 33 005 und US-PS 40 66 086) verwenden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein Empfängerfilter vorgesehen sein, das Folgen von Hf-Impulsen erfaßt, die von einem externen Sender übermittelt werden und die derart verschlüsselt sind, daß ein in dem Speicher 102 eingespeichertes Programm umprogrammiert wird oder daß alternativ ein Parameter geändert wird, der an einem Speicherplatz des Speichers 102 eingespeichert ist.

Wenn daher nach der Implantation des Schrittmachers 12 im Körper 14 des Patienten der Arzt eine Änderung des Zustands des Patienten beobachtet, können das Programm oder spezielle Variablen eines in dem RAM-Teil 102b eingespeicherten Programms umprogrammiert werden, um für eine Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens zu sorgen, die sich für den geänderten Zustand am besten eignet. Im Rahmen der Stimulation treten verschiedene Parameter auf, wie die Impulsbreite des Reizimpulses, die Rate oder Frequenz der Impulszuführung, die Zeitdauer zwischen dem Anlegen eines Impulssignals und der Erfassung der darauf zurückgehenden Herzaktivität, während deren die Meßvorrichtung unwirksam gemacht wird, und die Impulsamplitude. Typischerweise wird jeder dieser Parameter beispielsweise in Form eines 8-bit-Wortes bestimmt, das in einem Wortplatz des RAM-Teils 102b des Speichers 102 eingespeichert wird. Wenn es daher erwünscht ist, die Impulsbreite zu ändern, braucht der Arzt nur über die Schnittstelle 104 und die Verbindung 105 in einen bekannten, adressierbaren Wortplatz innerhalb des RAM-Teils 102b ein neues 8-bit-Wort einzugeben, das kennzeichnend für die neue Impulsbreite ist, mit der der Schrittmacher 12 arbeiten soll. Eine neue Stimulationsart kann gleichfalls in den RAM-Teil 102b einprogrammiert werden, indem über die Schnittstelle 104 die betreffenden Schritte des neuen Prozesses eingegeben werden. Alternativ läßt sich eine Betriebsartänderung dadurch bewirken, daß der Anfangsplatz des gewünschten Programms von dem RAM-Teil 102b in den Adressenzähler 107 des Mikroprozessors 100 eingegeben wird, um das Adressieren des nächsten Programms innerhalb des ROM-Teils 102a des Speichers 102 auszulösen. Wenn beispielsweise die anfängliche Betriebsart des Schrittmachers 12 eine Kammerbedarfsstimulation ist und es sich als wünschenswert herausstellt, auf eine A-V-Folgestimulation überzugeben, gibt der Arzt die neue Anfangsadresse für die A-V-Folgestimulationsart über die Schnittstelle 104 ein, um Zugriff zu einem anderen Abschnitt des ROM-Teils 102a zu erhalten, wodurch der Mikroprozessor 100 in der nächsten Betriebsart zu funktionieren beginnt.

Wie weiter unten noch näher erläutert ist, ist es zweckmäßig, die Energie jedes dem Herzen des Patienten zugeführten Reizimpulses konstant zu halten, auch wenn sich der Spannungspegel der Energiequelle 126, beispielsweise einer Batterie, im Laufe der Zeit verringert. Entsprechend Fig. 2 legt der Multiplexer 106 die Batteriespannung V_s über den Eingang 138c an den Mikroprozessor 100 periodisch an, der unter dem Einfluß eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms die gemessene Spannung mit verschiedenen vorbestimmten Spannungen vergleicht, die in dem ROM-Teil 102a oder dem RAM-Teil 102b eingespeichert sind. Auf diese Weise erfolgt eine Einstellung der Impulsbreite des Reizimpulses, um den Energieinhalt, d. h. die Fläche unterhalb der Reizimpulskurve, im wesentlichen konstant zu halten.

Der Speicher 102 kann mit einem Programm beladen werden, das eine Selbstauswahl trifft. Mit anderen Worten, ein derartiges Programm kann auf Herzsignale ansprechen, die an die Eingänge 138a und b angelegt werden, um den Zustand des Herzens zu bestimmen und in Abhängigkeit von dem erfaßten Zustand eines von mehreren Programmen auszuwählen. Die Unterscheidungseigenschaften der auf die atriale P-Welle und die ventrikuläre R-Welle zurückgehenden Eingangssignale sind in der Veröffentlichung "Electrocardial Electrograms and Pacemaker Sensing" von P. Hoezler, V. de Caprio und S. Furman in "Medical Instrumentation" Band 10, No. 4, Juli/August 1976, im einzelnen erörtert. Die Kriterien, anhand deren diese Herzsignale erkannt und verglichen werden sollen, werden in dem Speicher 102 eingespeichert. Wenn eine Änderung festgestellt wird, kann der Mikroprozessor selbsttätig eine andere Schrittmacherbetriebsart auswählen, die für die geänderten Bedingungen des Herzens des Patienten geeignet ist, ohne daß ein Eingriff von außen durch einen Arzt über die externe Speicherladeschnittstelle 104 notwendig wird.

Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann der Speicher 102 des Schrittmachers 12 so programmiert werden, daß er als automatischer Schwellwertnachlaufschrittmacher funktioniert, wobei die Energie der an die Kammer 42 (oder den Vorhof 40) angelegten Reizimpulse schrittweise abgesenkt werden kann, bis keine Mitnahme mehr erfolgt, d. h. bis die Reizimpulse keine Kammerkontraktion mehr auslösen, die sich durch eine innerhalb einer Meß- oder Überwachungsperiode erfaßte R-Welle bemerkbar macht. Wenn bei dieser Betriebsart die R-Welle innerhalb der Meßperiode erfaßt wird, wird ein Steuersignal erzeugt, aufgrund dessen die Impulsenergie um einen vorgegebenen Betrag abgesenkt wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Impulsbreite vermindert wird, bis keine vom Schrittmacher ausgelöste R-Welle mehr festgestellt wird. Dann vergrößert das Programm die Impulsbreite, bis die R-Welle wieder erscheint. Auf diese Weise wird die Energieentnahme aus der Spannungsquelle 126 minimiert, weil die Impulsbreite auf einen Wert eingestellt wird, der gerade ausreicht, um die Mitnahme des Herzens aufrechtzuerhalten.

Die Steuerausgangssignale des Mikroprozessors werden bei der Schaltungsauslegung nach Fig. 2 über Leitungen 131 an Latchtreiber 134 sowie über einen Bus 132 an entsprechende Wählschalter 130 angelegt, die entsprechend den im Speicher 102 eingespeicherten Prozessen zweckentsprechende Schrittmacherimpulse über die Leitungen 17 und 19 (oder 29) auf den Vorhof 40 und/oder die Kammer 42 des Herzens geben. Dabei ist die Leitung 131a mit einem ersten oder Kammertreiber (oder -Verstärker) 134a gekoppelt, der seinerseits mit seiner eigenen Gruppe von Bipolar/Unipolar-Wählschaltern 130a verbunden ist. Den Treiberverstärkern 134b, c und d ist jeweils eine entsprechende Gruppe von Wählschaltern zugeordnet. Beispielsweise ist der Ausgang des Treibers 134b mit Wählschaltern 130b verbunden, um den Vorhof über Leiter 17a, 17b und 17c anzusteuern. Die Treiber 134a bis 134d können Spannungserhöhungsstufen, z. B. Spannungsverdoppler oder -verdreifacher, aufweisen, um den Ausgangsspannungspegel auf den Wert anzuheben, der notwendig ist, um das Herzgewebe bei vorgegebener Spannung der Energiequelle wirkungsvoll zu stimulieren. Die Wählschalter 130 werden mit Hilfe von Signalen gesteuert, die vom Mikroprozessor über den Bus 132 kommen, um wahlweise das Ausgangssignal des ersten Treibers 134a an vorbestimmte der Ausgänge 19a, 19b und 19c anzulegen. Die Schalter 130 sind dabei an die Ventrikelleitung 19 angeschlossen, die in bekannter Weise (US-PS 40 10 758) als Koaxialleitung ausgebildet sein kann, die über den Leiter 19a mit einer Spitzenelektrode und über den Leiter 19c mit einer Ringelektrode verbunden sein kann. Außerdem ist ein Leiter 19b vorhanden, der an eine Platte angeschlossen ist, die von dem Metallbehälter oder Gehäuse 13 gebildet wird, innerhalb dessen der Schrittmacher 12 untergebracht ist. Im normalen bipolaren Betrieb lassen die Wählschalter 130 die negativen und positiven Reizimpulse über die Leiter 19a und 19c der koaxialen Leitung zu der Spitzenelektrode bzw. der Ringelektrode gelangen. Wenn es erwünscht ist, die Reizimpulsbeaufschlagung im herkömmlichen Unipolarbetrieb durchzuführen, wird eine negative Spannung über den Leiter 19a an die Spitzenelektrode gegeben, während eine positive Spannung über den Leiter 19b an die Platte geht. Die Ringelektrode ist dabei nicht angeschlossen.

Es ist nicht nur erwünscht, im bipolaren oder unipolaren Betrieb arbeiten zu können, sondern es soll auch ein gegenüber Fehlern unempfindlicher Schrittmacher geschaffen werden, bei dem im Falle der Ermittlung einer fehlerhaften Leitung aufgrund einer mangelhaften Verbindung einer Elektrodenleitung mit dem Herzgewebe oder wegen Bruchs oder Beschädigung einer Leitung der Mikroprozessor 100 geeignete Steuersignale über den Bus 132 an die Wählschalter 130 gibt, wodurch eine andere Kombination von Leitungen (oder Leitern innerhalb der Leitungen) selektiv angekoppelt wird, um die Schrittmacherimpulse der Kammer 42 zuzuführen. Die Wählschalter 130 können beispielsweise so angeordnet sein, daß die Leiter 19a und 19c untereinander verbunden werden können. Alternativ werden die Wählschalter 130 wahlweise so geschlossen, daß Herzimpulse zwischen den Leiter 19a oder den Leiter 19b und den Leiter 19c angelegt werden. Wenn einer der Leiter 19a oder 19b ausfällt, kann dann der andere ohne weiteres an dessen Stelle treten, um den Impuls weiterhin dem Herzen an zwei Stellen zuzuführen.

Der Ausfall einer der Leitungen 17 oder 19 läßt sich durch Verlust der Mitnahme ermitteln, d. h. dadurch, daß an dem Eingang 138b nach der Impulsbeaufschlagung des Ventrikels kein Herzaktivitätssignal erscheint. Alternativ dazu zeigt die Messung einer hohen Impedanz zwischen den Leitern 19a und 19b der Koaxialleitung 19 einen Ausfall der Leitung an, der auf die Ausbildung von Narbengewebe zwischen der Spitzen- oder der Ringelektrode und dem Ventrikel 42 oder auf den Bruch einer der Leiter zurückzuführen sein kann. Nach Feststellung eines solchen Ausfalls wählt der Mikroprozessor 100 einen anderen Prozeß oder ein anderes im Speicher 102 eingespeichertes Programm aus, um Signale einem der Wählschalter 130 zuzuführen und einen Wiederanschluß der Leitung 19 (oder 29) in der oben geschilderten Weise zu veranlassen.

Ein Ausgangssignal des Mikroprozessors geht auch an einen zweiten oder Vorhoftreiberverstärker 134b, dessen Ausgang mit einer weiteren Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden ist, um über eine entsprechende Gruppe von Leitern oder Leitungen 17 an den Vorhof 40 des Patienten (Fig. 1) angekoppelt zu werden. Des weiteren sind Reserveverstärker 134c und 134d vorhanden, die Ausgangssignale des Mikroprozessors 100 aufnehmen und die an weitere Gruppen von Wählschaltern 130 angeschlossen sind. Solche Gruppen von Wählschaltern 130 können mit dem Herz des Patienten über redundante Leitungen verbunden sein. Beispielsweise können die Ausgänge der Verstärker 134c und 134d auch in redundanter Weise an die Kammer 42 und den Vorhof 40 angeschlossen sein. Wenn eine der Leitungen 19 oder 17 brechen sollte oder der Widerstand zwischen der zugehörigen Elektrode und dem Herz übermäßig hoch wird, kann eine redundante Leitung zwischen dem Mikroprozessor 100 und dem Herz durch entsprechende Betätigung der betreffenden Wählschaltergruppe 130 eingeschaltet werden. Um die Impedanz einer der Leitungen 17 und 19 zu messen, ist die betreffende Leitung an eine Ausgangsstufe angeschlossen, die in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird und die einen Ladekondensator aufweist. Die Ladedauer dieses Kondensators ist kennzeichnend für die von der zugehörigen Leitung gebildete Impedanz. Im Betrieb wird der Ausgangskondensator aufgeladen. Nach dessen Aufladung wird die Ausgangsstufe betätigt, um eine Entladung des Kondensators zu bewirken. Dadurch wird ein Reizimpuls über die zugehörige Leitung an das Herz gegeben. Die zur Aufladung des Ausgangskondensators erforderliche Zeitspanne kann zeitlich bestimmt werden, indem über ein Programm des Speichers 102 ein Zähler gestartet wird. Der Zählvorgang wird fortgesetzt, bis die Ladespannung an dem Ausgangskondensator einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Spannungspegel des Kondensators wird unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 wiederholt gemessen; falls der vorbestimmte Pegel nicht überschritten ist, wird der Zählvorgang fortgesetzt. Wenn die Ladespannung des Kondensators den vorbestimmten Wert erreicht hat, hört der Zählvorgang auf; der betreffende Zählwert wird als Kennwert für die Impedanz der Leitung benutzt. Wenn die Leitung unterbrochen ist, ist die Leitungsimpedanz hoch, was eine größere Ladezeitdauer zur Folge hat. Liegt dagegen in der Leitung ein Kurzschluß vor, ist die Ladedauer verhältnismäßig kurz. Es werden erste und zweite Zeitgrenzwerte vorgegeben, um festzustellen, ob die Leitung kurgeschlossen ist oder ob die Leitungsimpedanz entsprechend einem Leitungsbruch zu hoch ist. In jedem Fall werden diese Grenzwerte, die die Form von Zeitzählwerten haben, überprüft; falls sie über- bzw. unterschritten werden, wird die defekte Leitung durch eine redundante zweite Leitung ersetzt.

Die Reservetreiber 134c und d können vorgesehen werden, um für eine Reizung an mehreren unterschiedlichen Stellen, z. B. fünf Stellen, zu sorgen, um auf diese Weise Arrhythmien zu unterbrechen, die der Schrittmacher 12 gegebenenfalls erfaßt. Alternativ lassen sich die zusätzlichen Treiber 134c und d heranziehen, um eine Polarisationsspannung auf den Leitungen 17 und 19 nach der Reizimpulsbeaufschlagung zu beseitigen, oder um im Falle von mit hoher Frequenz arbeitenden Schrittmachern den Ausgangskondensator rasch aufzuladen. Arrhythmien lassen sich feststellen, indem die Zeitverzögerung zwischen der elektrischen Aktivität einer ersten Stelle des Herzens, z. B. dem Vorhof und der Erfassung der Herzaktivität an einer zweiten Stelle, z. B. dem Ventrikel, gemessen wird. Wenn die Verzögerung eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise 100 bis 200 ms, unterschreitet, ist dies ein Hinweis auf eine mögliche Arrhythmie. Arrhythmien werden in ersten Linie dadurch verursacht, daß im Herz des Patienten ein zweiter konkurrierender ektopischer Fokus auftritt, der in Konkurrenz mit dem typischerweise im Vorhof erscheinenden Primärfokus schlägt. Die beiden Schlagzentren konkurrieren untereinander unter Ausbildung einer Arrhythmie, wodurch die Herzaktivität erratisch wird und Blut nicht mehr wirkungsvoll gepumpt wird. Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform sind mehrere Elektroden, von denen jede mit einem Treiberverstärker 134 und einem Wählschalter 130 verbunden ist, an eine entsprechende Anzahl von ausgewählten Stellen des Herzens des Patienten angekoppelt. Eine solche Leitung wird ausgewählt, um dem Herz Reizimpulse zuzuführen, während mittels der restlichen Leitungen die resultierenden Herzaktivitäten an den anderen Stellen erfaßt werden. Mittels eines im Speicher 102 eingespeicherten Programms werden Zeitfenster für jede der vier Leitungen vorgegeben, innerhalb deren Herzaktivitätssignale empfangen werden. Erscheinen die Signale nicht innerhalb der betreffenden Zeitfenster, ist dies ein Hinweis auf eine mögliche Arrhythmie. Falls ein erfaßtes Signal nicht innerhalb des ihm zugeordneten Zeitfensters auftritt, wird eine andere der mehreren Leitungen ausgewählt, um die Reizimpulse zuzuführen. Die verbleibenden Leitungen erfassen die resultierenden Herzaktivitätssignale. Wenn die erfaßten Signale nicht in den zugehörigen Zeitfenstern erscheinen, nachdem die neue Reizleitung ausgewählt wurde, wird wiederum eine andere Leitung bestimmt. Wird auf diese Weise die Arrhythmie nicht unter Kontrolle gebracht, ist das Programm so ausgelegt, daß Reizimpulse sämtlichen Leitungen zugehen, um die Herzaktivität unter Kontrolle zu bringen. Die Zeitdauern, innerhalb deren die Herzaktivitätssignale empfangen werden sollen, werden vorgegeben, wie dies unten in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 erläutert ist.

Der Schrittmacher 12 bildet auf diese Weise ein in hohem Maße flexibles und anpassungsfähiges Gerät, das eine Vielzahl von Faktoren zu korrigieren oder zu kompensieren gestattet. Dazu gehören Schwierigkeiten bei der Meßwerterfassung, zeitliche Schwankungen der von der Energiequelle abgegebenen Spannung und unvorhergesehene Störsignalquellen. Beispielsweise werden in den Speicher Prozesse oder Programme eingegeben, um die R-Wellen anhand von Hauptmerkmalen zu erfassen wie der Neigung des EKG-Signals, der Impulsbreite der R-Welle vom Ventrikel 42, der Amplitude der R-Welle, der Ähnlichkeit der R-Welle mit einem vorhergehenden EKG-Komplex und dergleichen. Außerdem ist der Speicher 102 so programmiert, daß externe Wechselspannungs-Störquellen ignoriert oder unwesentliche Muskelsignale außer Acht gelassen oder ausgefiltert werden. Die Vorteile eines derart anpassungsfähigen Schrittmachers 12 liegen darin, daß ein einziger Schrittmacher vorgesehen werden kann, der entsprechend einer Vielzahl von Operationen programmierbar ist und der sich bei sich ändernder Technologie ständig umprogrammieren läßt. Von der Herstellerseite her ist es nicht mehr notwendig, jede festverdrahtete Schaltung zu modifizieren, um gesonderte Hybridschaltungen zu entwickeln, die sich voneinander durch verhältnismäßig geringfügige Merkmale unterscheiden, beispielsweise durch eine Änderung des Eingangsfilters, der Impulsbreite oder der Impulsfrequenz. Ein weiterer Vorteil des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 ist darin zu sehen, daß eine Hauptfehlerquelle bekannter festverdrahteter Schrittmacher ausgeschaltet wird, nämlich die die Frequenz und Impulsbreite bestimmenden Zeitglied-Kondensatoren. Derzeit werden bei festverdrahteten Schrittmachern RC-Ladevorgänge ausgenutzt, um die erwünschten Zeitsteuerfunktionen durchzuführen, beispielsweise um die Impulsbreite, die Impulsfrequenz und die Refraktärdauer zu bestimmen. Die Erfahrung lehrt, daß Kondensatoren in derartigen Schaltungen eine Hauptursache für einen Ausfall sein können.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist jeder der Treiber 134 mit einer eigenen Gruppe von Wählschaltern 130 verbunden, wodurch ein Reizimpuls mittels einer der Leitungen 17 oder 19 einem entsprechenden Teil des Herzens zugeführt wird. Außerdem legt der Multiplexer 106 ein Wählsignal, das mittels der Leitungen 19 und 17 von der Kammer 42 und dem Vorhof 40 abgeleitet wird, an den Mikroprozessor 100 an. Fig. 3A zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Treiberverstärker 134 und der Wählschalter 130 zur Zuführung der Reizimpulse über die Leitung 19 an den Ventrikel 42, um für eine Kammerbedarfsstimulation zu sorgen. Die betreffenden Zeitsteuerintervalle sind in Fig. 4A veranschaulicht. Die Schrittmacherausgangsstufe besteht aus einem Ausgangstransistor Q_V, über den die an einem Kondensator C_V anstehende Spannung über die Leitung 19 wahlweise an die Kammer 42 ankoppelbar ist. Ein Ausgangssteuersignal T_WV des Mikroprozessors 100 wird über die Leitung 131a, den Verstärker 134a und einen Widerstand R_V2 der Basis des Transistors Q_V zugeführt, wodurch dieser leitend gemacht wird. Infolgedessen wird der zuvor aufgeladene Kondensator C_V nach Masse entladen; über die Leitung 19 wird an die Kammer 42 des Patienten ein Reizimpuls mit einer Impulsbreite angelegt, die derjenigen des Signals T_WV entspricht. Der Wählschalter 130a wird für eine vorbestimmte Dauer mittels eines Steuersignals T_CV geschlossen, das über den Bus 132 zugeführt wird, um den Kondensator C_V in dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Steuersignalen T_WV wieder aufzuladen. Das Steuersignal T_WV macht auf diese Weise den Transistor Q_V selektiv leitend und nichtleitend, wodurch eine entsprechende Folge von Reizimpulsen über die Leitung 19 an die Kammer 42 geht. Im unipolaren Schrittmacherbetrieb ist die Platte oder das Gehäuse 13 des Schrittmachers 12 mit der anderen Klemme der Batterie verbunden.

Wie aus Fig. 3A hervorgeht, ist die Kammerleitung 19 ferner über den Leiter 138a an den Multiplexer angeschlossen, und zwar insbesondere an einen Schalter 106a′, der in Abhängigkeit von einem Zeitfenstersignal T_S schließt. Auf diese Weise wird ein Signal, das kennzeichnend für die Kammeraktivität ist, über die Verstärker- und A/D-Umsetzerstufe 108 an den Mikroprozessor 100 angelegt. Die Kammerleitung 19 ist über die Leitung 138a, einen Kondensator C1, Widerstände R1 und R2 sowie einen Verstärker 139 mit dem Multiplexschalter 106a′ verbunden. Bei einem Vergleich des Funktionsblockschaltbilds der Fig. 2 mit der Schaltungsauslegung nach Fig. 3A (sowie den Fig. 3B und C) ist zu berücksichtigen, daß zwischen den Komponenten dieser Figuren keine genaue Korrespondenz besteht. Obwohl ausgeführt ist, daß gewisse Schalter, insbesondere der Schalter 106a′, einen Teil des Multiplexers 106 darstellen, besteht ein schaltungsmäßiger Unterschied darin, daß bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3A (und 3B und C) Meßverstärker, z. B. der Kammermeßverstärker 139, vorgesehen sind, während der Multiplexer 106 nach Fig. 2 einen bestimmten einer Mehrzahl von Analogeingängen mit einem einzigen Verstärker 108 verbindet. Daher ist davon auszugehen, daß die beispielshalber in Fig. 3A (sowie den Fig. 3B und C) dargestellten Schaltfunktionen auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden können. Beispielsweise kann der Multiplexschalter 106a′ durch einen Wählschalter 130 ersetzt oder ergänzt werden. Die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und R1 steht mit Masse über einen Kondensator C2 in Verbindung. Wie aus Fig. 4A folgt, ist es erwünscht, den Verstärker 139 während gewisser Zeitspannen, der Refraktärperiode, innerhalb deren kein Kammersignal erfaßt werden soll, auf Masse zu halten (zu klemmen). Für diesen Zweck wird ein Zeitsteuersignal T_CIV über die Leitung 120 an den Wählschalter 130c angelegt, wodurch die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R2 und R1 während der Refraktärperiode an Masse gelegt wird. Die von den Widerständen R1 und R2 sowie den Kondensatoren C1 und C2 gebildete Schaltung dient als Koppelschaltung zwischen dem Kammermeßverstärker 139 und dem Herz. Wenn der Multiplexschalter 106a′ geschlossen und der Eingang des Kammermeßverstärkers 139 an Masse gelegt wird, ist es erwünscht, für eine Trennung zwischen Masse und dem Herz zu sorgen, weil das Herz andernfalls erheblichen Schaden nehmen könnte. Für diesen Zweck sind der Widerstand R1 und der Kondensator C1 zwischen Masse und das Herz eingefügt. Der Kondensator C2 dient ferner als Tiefpaß, um Störsignale auszufiltern, die auf der Leitung 19 vorhanden sein können, und um die Schließwirkung des Wählschalters 130c zu dämpfen. Der Kammermeßverstärker kann die Form eines bekannten Operationsverstärkers haben. Der Widerstand R2 ist mit dem Eingang des Verstärkers verbunden, um in bekannter Weise dessen Verstärkungsfaktor einzustellen.

Fig. 4A zeigt ein Ablaufdiagramm für die Kammerbedarfsstimulation entsprechend den Ausgangs-/Eingangs-Verbindungen der Fig. 3A, um mittels der Anordnung nach Fig. 2 die Kammer 42 mit Reizimpulsen zu beaufschlagen. Zur Zeit t₀ wurde ein Kammerreizimpuls gerade über die Leitung 19 an die Kammer 42 des Patienten angelegt. Danach wird der RV-Verstärker 139 durch Schließen des Wählschalters 130c für die Refraktärperiode von t₀ bis t₁ nach Masse geklemmt. Während der Refraktärperiode wird der Kondensator CV wieder aufgeladen, indem das Steuersignal T_CV angelegt wird, um den Wählschalter 130a zu schließen. Dadurch wird die Spannung V_s zum Wiederaufladen des Kondensators C_V angelegt. Zum Zeitpunkt der Implantation des Schrittmachers 12 und bei frischer Batterie 126 liegt die Refraktärperiode typischerweise in der Größenordnung von 325 ms. Während der Refraktärperiode wird die Herzaktivität der Kammer 42 nicht erfaßt, weil verschiedene Stör- oder Fremdsignale im Ventrikel 42 vorhanden sein können, deren Aufnahme nicht erwünscht ist. Nach der Refraktärperiode wird beginnend mit dem Zeitpunkt t₁ der Wählschalter 130c geöffnet, während der Schalter 106a′ schließt. Wenn das Herz ein R-Wellensignal erzeugt, das über die Leitung 19, den Leiter 138a und den Kammerverstärker 139 an den geschlossenen Schalter 106a′ geht, antwortet der Mikroprozessor 100 darauf durch Zurückstellen des Zeitsteuerzyklus auf t₀. Das Auftreten des R-Wellensignals vom Ventrikel 42 läßt erkennen, daß die Herzaktivität normal ist und daß es nicht erwünscht ist, ein konkurrierendes Kammerreizsignal zuzuführen. Solange daher das Herz des Patienten ein R-Wellensignal erzeugt, gibt der Schrittmacher 12 kein Ventrikelstimulationssignal ab. Wenn jedoch die Meßdauer von t₁ bis t₂ abgelaufen ist, ohne daß eine R-Wqelle erfaßt wurde, erzeugt der Mikroprozessor 100 ein Zeitsteuersignal T_WV, das über den Leiter 131a, den Verstärker 134a und den Widerstand R_V2 an die Basis des Transistors Q_V geht. Dadurch wird der Transistor Q_V leitend gemacht. Der Kondensator C_V entlädt sich rasch über das Herz (dargestellt durch den Widerstand R₃) so daß an die Kammer 42 ein Reizimpuls über die Leitung 19 und das Gehäuse 13 angelegt wird. Während der Reizperiode von t₂ bis t₃ wird der Kammerverstärker 139 mittels des geschlossenen Schalters 130c auf Masse gehalten. Aufgrund der vorstehenden Diskussion versteht es sich, daß die verschiedenen Perioden, die der Impulsbreite des Kammerimpulses zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ sowie der Refraktärperiode zwischen t₀ und t₁ entsprechen, eingestellt oder umprogrammiert werden können, indem neue 8-bit-Wörter gemäß Fig. 2 in den Speicher 102 eingegeben werden.

Fig. 5 zeigt ein Fließschema für die bei der Kammerstimulation im Bedarfsbetrieb ablaufenden Schritte. Zu diesem Fließschema gehört das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 4A; die Verbindungen der Ausgangs- und Eingangsstufen an den Schrittmacher 12 der Fig. 2 entsprechen denjenigen der Fig. 3A. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mikroprozessor 100 mehrere Hinweisadressenregister zur Speicherung von Hinweisadressen oder Adressen von Wortplätzen im ROM-Teil 102b des Speichers 102 auf. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Mikroprozessor 100 die folgenden Register für das Einspeichern der angegebenen Hinweisadressen:

R(0) = Programmzähler (PC)
R(3) = Schleifenzähler (LC)
R(4) = Zeitzähler (TC)
R(A) = Hinweisadresse für Ausgangszustandstabelle (QP)
R(B) = Hinweisadresse für Zeitdauertabelle (TP)
R(C) = Hinweisadresse für Spannungsübergangspunkttabelle (VP)
R(D) = Hinweisadresse für Refraktärdauer (TR)
R(E) = Eingangshinweisadresse (VDD)

Ferner werden dem Mikroprozessor, wie anhand der Fig. 7A und 7B erläutert, die Flageingangssignale für den Zungenschalter (EF2) und die R-Welle (EF1) zugeführt. Die Notation für die Flageingänge und die Hinweisadressen sowie die Zähler wird in der ganzen folgenden Programmaufstellung benutzt. Wie bei Mikroprozessoren üblich weist der Mikroprozessor 100 den Adressenzähler 107 auf, der für jeden Schritt des Programms während dieser unter dem Einfluß des Mikroprozessors 100 durchgeführt wird, um eins weiterschaltet, um den nächsten Platz im Speicher 102 zu bezeichnen, aus dem Information auszulesen ist. Die anhand der Fig. 5 zu erläuternden Schritte in Verbindung mit einer Kammerbedarfsstimulation wurden unter Verwendung eines Mikroprozessors RCA COSMAC durch die folgenden Maschinenbefehle ausgeführt:

Fig. 5 zeigt ein Fließschema der Schritte, welche die vor­ stehend zusammengestellten Befehle darstellen. Der entsprechende Schritt für die zugehörigen Befehle ist unter der Über­ schrift "Schrittspeicherstelle" zu finden. Das Programm beginnt mit dem Startschritt 200 und geht dann zu dem Schritt 202 über, wo der von dem Register R(3) gebildete Schleifenzähler LC entsprechend dem an der Speicheradresse 04 gespeicherten Befehl auf Null gesetzt wird. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, sind bei der Betriebsart Kammerbedarfsstimulation ein Refraktärzustand ent­ sprechend der Refraktärperiode, während deren der Kammerver­ stärker 139 geklemmt wird, eine Meß- oder Überwachungsperiode, während deren die elektrische Kammeraktivität erfaßt und aus­ gewertet wird, und ein Impulsbreitenzustand vorgesehen, während dessen der ventrikuläre Reizimpuls an den Ventrikel 42 des Patienten angelegt wird. Das Programm durchläuft dreimal für jeden der drei erwähnten Zustände in Schleifenform die Schritte nach Fig. 5, wobei der Schleifenzähler LC nach Abschluß jeder Schleife verringert wird, um erkennen zu lassen, daß der Prozeß zu dem nächsten Zustand weitergegangen ist.

Zunächst wird der Schleifenzähler LC beim Schritt 204 auf Null gesetzt. Der Prozeß geht jetzt auf den Schritt 206 über, innerhalb dessen die oben definierten Hinweisadressen VP, QP, TP und TR auf ihre Ausgangspunkte gestellt werden. Beispielsweise ist VP die Hinweisadresse für die Spannungsübergangspunkttabelle. Im Schritt 206 wird das Register R(C) auf den ersten Platz in der Übergangspunkttabelle gesetzt, welche die Spannungen vorgibt, mit denen die Ausgangsspannung V_s der Spannungsquelle 126 verglichen werden soll. Die Hinweisadresse QP für die im Register R(A) gespeicherte Ausgangszustandstabelle gibt den Platz innerhalb der Ausgangszustandstabelle an, der kennzeichnet, in welchem der Zustände nach Fig. 4A sich der Prozessor befindet, d. h. in der Refraktärperiode, der Meß- oder Über­ wachungsperiode oder in der Impulsgabe- oder Impulsbreitenperiode. Die Ausgangszustandstabelle sieht wie folgt aus:

Im Schritt 208 weist dann der Mikroprozessor 100 den A/D-Umsetzer 108 an, eine digitale Kenngröße für die Versorgungs­ spannung V_s auszulesen. Im Schritt 210 wird der im Mikropro­ zessorregister R(A) gespeicherte Ausgangszustand QP um eins weitergeschaltet, d. h. auf den nächsten Ausgangszustand gebracht. An dieser Stelle läßt das Register R(A) also erkennen, daß sich der Prozeß in der anfänglichen Refraktärperiode befindet. Beim Schritt 212 wird die Spannung V_s mit der Über­ gangspunktspannung (VP) verglichen, die von der im Register R(C) gespeicherten Hinweisadresse für die Spannungsübergangs­ punkttabelle angegeben wird. Wenn die Spannung V_s größer als der Spannungsübergangspunkt ist, geht der Prozeß zum Schritt 216 weiter. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Übergang zum Schritt 214, wo die Hinweisadresse VP für die Spannungs­ übergangspunkttabelle um eins weitergeschaltet wird, um den nächsten Platz der Tabelle anzugeben und den nächstniedrigeren Wert der Übergangspunktspannung zu erhalten. Die Hinweisadresse TP für die Zeitdauertabelle wird um zwei weitergeschaltet, um die beiden nächsten Plätze innerhalb der Zeitdauertabelle zu kennzeichnen.

Der nächste Wert des Spannungsübergangspunktes wird aus der untenstehenden Spannungsübergangspunkttabelle erhalten:

Die nächste Wertgruppe für die Überwachungsdauer und die Im­ pulsbreite wird aus der untenstehenden Zeitdauertabelle erhalten:

Wie ersichtlich finden sich in jeweils zwei Plätzen zunächst eine Dauer für die Überwachungsperiode und dann die Impulsbreite für einen gegebenen Spannungsübergangspunkt, d. h. einen Bezugs­ wert, mit dem die Spannung V_s zu vergleichen ist. Das Programm stellt auf diese Weise die Impulsbreite des Kammerreizimpulses derart ein, daß eine konstante Energie für die Kammerreizimpulse aufrechterhalten bleibt; außerdem wird die Überwachungsperiode abrupt vergrößert, wenn die Spannung V_s der Spannungsquelle 126 abfällt, um am Ende der Lebensdauer der Batterie für eine Verlangsamung der Schrittrate zu sorgen.

Im Schritt 214 wird der Spannungsübergangspunkt von V1 auf V2, beispielsweise von 5,2 auf 4,8 V, umgestellt. Wiederum wird der Wert von V_s mit dem Spannungsübergangspunkt (VP) verglichen falls er größer ist (ja), geht das Programm zum Schritt 216 über, wo der Wert "drei" in den Schleifenzähler LC eingegeben wird, um anzuzeigen, daß sich der Oszillator in der Refraktärperiode befindet. Danach wird der A/D-Umsetzer 108 abgefragt, um die Versorgungsspannung V_s auszulesen. Im Schritt 220 wird der Wert TR der am Platz TR gespeicherten Refraktärperiode ausgelesen und in dem Zeitzähler TC (Register R(4)) eingespeichert.

Danach geht der Prozeß zum Schritt 222 über, wo der im Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert um eins verringert und die Zeit­ steuerung einer Periode eingeleitet wird, um den Schritt 222 zu durchlaufen, bis der in dem Zeitzähler (TC) gespeicherte Wert auf Null heruntergezählt ist. Als nächstes wird beim Schritt 224 eine Entscheidung getroffen, ob der Wert des Zeitzählers TC gleich Null ist, d. h. die Zeitsteuerfunktion abge­ schlossen ist. Falls dies nicht der Fall ist, geht der Prozeß zum Schritt 226 über, wo eine Entscheidung getroffen wird, um fest­ zustellen, ob der Schleifenzähler LC auf zwei steht, was anzeigt, ob sich der Schleifenzähler LC auf zwei steht, was anzeigt, ob sich der Prozeß im Überwachungszustand entsprechend der RV-Meßperiode befindet. Trifft dies, wie vorliegend der Fall, nicht zu, werden die Schritte 222, 224, 226 der Reihe nach durchlaufen, bis der Anfangszählwert (entsprechend der Refraktärperiode), der in den Zeitzähler TC eingesetzt ist, durch den Schritt 222 auf Null zurückgebracht wird, was im Schritt 224 festgestellt wird. Dadurch wird die Refraktärperiode beendet. An dieser Stelle läßt der Schritt 224 den Prozeß zum Schritt 232 übergehen, wo der Schleifenzähler LC um eins verringert wird, um dadurch anzuzeigen, daß sich der Prozeß im Überwachungszustand befindet, d. h. LC gleich zwei ist. Danach kehrt der Prozeß zum Schritt 204 zurück. An dieser Stelle steht der Schleifenzähler LC nicht auf Null; der Prozeß geht zum Schritt 234 über. Dort wird die Hinweisadresse QP für die Ausgangszustandstabelle um eins weitergeschaltet, während jetzt der Prozeß zum Meß- oder Überwachungszustand übergeht. Dann wird während des Schritts 236 der aus der Zeit­ dauertabelle erhaltene Wert in den Zeitzähler TC eingegeben. Die Hinweisadresse (TP) für die Zeitdauertabelle wird um eins weitergeschaltet, um die nächstgrößere Impulsbreite innerhalb der Zeitdauertabelle zu adressieren.

Danach läuft der Prozeß über den Schritt 222, um den in den Zeitzähler TC eingegebenen Zählwert um eins zu verringern. Falls dabei im Schritt 224 der Wert Null nicht erreicht wird, geht das Programm zum Schritt 226 über. Liegt der Überwachungszustand vor, was in diesem Fall zutrifft, geht der Prozeß weiter zu dem Entscheidungsschritt 228, um festzustellen, ob eine R-Welle an den Multiplexer 106 angelegt wird. Falls innerhalb der Zeitdauer eines einzelnen Rückwärtszählschrittes die R-Welle nicht erfaßt wird, springt der Prozeß zurück, um erneut einen Zyklus ablaufen zu lassen. Dabei wird im Schritt 222 der der Überwachungsperiode entsprechende Zählwert verringert, bis der Zählwert gleich Null ist, was im Schritt 224 ermittelt wird. Wenn im Schritt 228 eine R-Welle ermittelt wird, geht der Prozeß auf den Schritt 230 über, um den Zustand des Zungenschalters 23 zu prüfen. Ist der Zungenschalter offen, erfolgt entsprechend Fig. 4A eine Rückstellung des Prozesses auf t₀, d. h. auf den Schritt 202, wo der Schleifenzähler LC auf Null gestellt und der Prozeß von neuem eingeleitet wird. Bei dem Zungenschalter 23 handelt es sich um einen innerhalb des Schrittmachers 12 untergebrachten, magnetisch betätigbaren Schalter. Nach der Implantation kann der Arzt den Zungenschalter 23 betätigen, indem er einen externen Magneten in die Nähe des implantierten Schrittmachers 12 bringt. Dadurch wird der Zungenschalter 23 geschlossen; es wird die asynchrone Betriebsart eingeleitet. Wenn der Zungenschalter 23 geschlossen ist, was anzeigt, daß im Asynchronbetrieb gearbeitet werden soll, wird der Prozeß durch Schleifenbildung fortgesetzt, wobei eine Rückkehr zum Schritt 222 erfolgt, um den Zeitzählwert TC wiederum zu verringern, selbst wenn eine R-Welle entdeckt wurde. Auf diese Weise wird die Erfassung einer R-Welle ignoriert; der Schrittmacher 12 bewirkt eine Reizimpulsbeaufschlagung im asynchronen Betrieb, ohne daß beim Ermitteln der R-Welle ein Rückstellen erfolgt.

Nachdem die zweite Überwachungsperiode ausgelaufen ist, d. h., wenn der in dem Zeitzähler TC gespeicherte Zählwert entsprechend der Anzeige im Schritt 224 auf Null heruntergezählt ist, geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, wo der Schleifenzähler LC um eins zurückgestellt wird. Der dort gespeicherte Wert ist jetzt gleich eins, was erkennen läßt, daß der Prozeß in seine dritte Schleife übergeht und zum Schritt 204 zurückkehrt. Weil der Zählwert im Schleifenzähler LC nicht gleich Null ist, geht der Prozeß auf den Schritt 234 über, wodurch der Wert QP des Ausgangszustandes um eins weitergeschaltet wird, was anzeigt, daß sich der Prozeß jetzt in dem Impulsbreitenzustand befindet. Als nächstes erfolgt im Schritt 236 ein Adressieren des und ein Zugriff zu dem Wert der Zeitdauer aus der Zeitdauertabelle; dieser Wert wird in dem Zeitzähler TC einge­ speichert. Der Wert der Hinweisadresse TP für die Zeitdauer­ tabelle wird um eins weitergeschaltet, um auf den nächsten Platz in der Zeitdauertabelle in der oben diskutierten Art hin­ zuweisen. An dieser Stelle beginnt der Prozeß mit einer Folge von Zyklen innerhalb deren der Zählwert im Zeitzähler TC im Schritt 222 um eins verringert wird. Ist der Zählwert nicht gleich Null, erfolgt ein Übergang zum Schritt 226. Da sich der Prozeß nicht in der Überwachungsperiode befindet, wird zurück­ gegangen, um im Schritt 222 für eine neue Verringerung zu sorgen. Der Prozeß wiederholt sich, bis der Zählwert in dem Zeit­ zähler TC auf Null verringert ist, eine entsprechende Entscheidung wird durch den Schritt 224 getroffen. Zu diesem Zeitpunkt geht der Prozeß wieder auf den Schritt 232 über, innerhalb dessen der Schleifenzähler LC erneut um eins verringert wird, so daß der Wert jetzt gleich Null ist. Der Prozeß geht zum Schritt 204 über und beginnt ganz von vorne mit der Initialisierung der Werte von VP, QP, TP und TR im Schritt 206.

Vorstehend wurde die Art und Weise erläutert, in welcher der Schrittmacher 12 das in dem Speicher 102 eingespeicherte Programm für die Kammerbedarfsstimulation durchführt, wobei er nacheinander die Refraktärperiode, dann die Überwachungsperiode und schließlich die Stimulations- oder Impulsbreitenperiode durchläuft, bevor wieder ein neuer Zyklus beginnt. Die Länge der Refraktärperiode und der Impulsbreitenperiode wird durch die Spannung V_s der Spannungsquelle 126 bestimmt. Diese Perioden, insbesondere die Impulsbreitenperiode, werden größer, wenn die Spannung V_s abnimmt, um den Energieinhalt des ventrikulären Reizimpulses im wesentlichen konstant zu halten.

Wie ausgeführt, kann der Speicher 102 mit jedem beliebigen einer Mehrzahl von Betriebsarten für die Reizimpulsbeaufschlagung des Herzens programmiert werden, wobei das jeweilige Programm wahlweise von dem Zustand des Patienten oder auch einer Zustandsänderung nach der Implantation des Herzschrittmachers abhängt. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4B der Schrittmacher 12 in einem A-V-Folgebetrieb arbeiten, wobei Reizimpulse sowohl der Kammer 42 als auch dem Vorhof 40 zugeführt werden. Nach entsprechenden Refraktärperioden wird die Kammeraktivität überwacht. Tritt ein Kammersignal nach dem Reizen der Kammer oder des Vorhofs auf, wird der Schrittmacher zurückgestellt. Die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse des Schrittmachers 12 nach Fig. 2 werden entsprechend Fig. 3B gewählt. Wie aus den Fig. 3B und 4B hervorgeht, wird der Kammer 42 ein Impuls un­ mittelbar vor der Zeit t₀ zugeführt, indem ein Reizsignal über die Leitung 19 angelegt wird. Nach t₀ wird der Kammermeßverstärker 139 geklemmt, indem das Signal T_C1 an den Wählschalter 130c angelegt wird. Dadurch wird der Eingang des Verstärkers 139 für eine erste Refraktärperiode von t₀ bis t₁ mit Masse verbunden. Während der ersten Refraktärperiode wird der ventrikuläre Ausgangskondensator C_V wieder aufgeladen, indem dem Wählschalter 130a das Steuersignal T_CV zugeführt wird. Dadurch wird die Versorgungsspannung V_s zur Ladung des Kon­ densators C_V angelegt. In der Periode von t₁ bis t₂ wird der Schalter 106a′ mittels eines vom Mikroprozessor 100 kommenden Steuer- oder Taktsignals T_S1 geschlossen. Infolgedessen wird eine ventrikuläre R-Welle, falls vorhanden, über den Kammerverstärker 139 und den Multiplexer 106 angelegt, um die Zeitsteueroperationen des Mikroprozessors 100 zurückzustellen.

Wenn bei t₂ keine ventrikuläre R-Welle erfaßt wurde, bewirkt der Schrittmacher 12, daß ein Reizimpuls über die Leitung 17 an den Vorhof 40 geht. Dabei wird ein Impulssteuersignal T_WA über den Treiberverstärker 134b und einen Widerstand R_A2 an die Basis eines Vorhofausgangstransistors Q_A angelegt. Der Transistor Q_A wird leitend gemacht, so daß sich ein Vorhof­ ausgangskondensator C_A über den Vorhof 40 entlädt und diesen dadurch reizt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t₂ wird das Zeit­ steuersignal an den Wählschalter 130c angelegt. Der Eingang des Kammerverstärkers 139 wird auf Masse gelegt, wodurch jedes auf die Reizung des Vorhofes zurückzuführende Signal un­ berücksichtigt bleibt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t₃ wird der Vorhofausgangskondensator C_A wieder aufgeladen, indem das Zeitsteuersignal T_CA zugeführt wird, um den Wählschalter 130b zu schließen und die Versorgungsspannung V_s an den Kondensator C_A anzulegen. In der Periode zwischen t₄ und t₅ wird wiederum die Kammeraktivität überwacht. Ein von dem Mikroprozessor 100 kommendes Zeitsteuersignal schließt den Schalter 106a′, so daß die ventrikuläre R-Welle über den freigegebenen Kammer­ verstärker 139 und den geschlossenen Schalter 106a′ an den Mikroprozessor 100 angelegt werden kann. Wenn während dieser zweiten, von t₄ bis t₅ reichenden Überwachungsperiode die ventrikuläre R-Welle erfaßt wird, wird die Zeitsteuerperiode auf t₀ zurückgestellt. Erscheint innerhalb der Periode von t₄ bis t₅ keine R-Welle, wird ein Zeitsteuerimpuls T_WV von dem Mikroprozessor 100 über den ventrikulären Treiber 134a und den Widerstand R_V2 angelegt, um den Kammerausgangstransistor Q_V leitend zu machen. Dadurch wird der geladene Konden­ sator C_V an Masse gelegt. Der Kondensator C_V entlädt sich. Über die Leitung 19 geht ein Reizimpuls an die Kammer 42. Typische Werte für die von t₀ bis t₂ reichende Periode TA und die von t₀ bis t₅ reichende Periode TV sind nachstehend angegeben:

TV (ms)
TA (ms)
2000
1700
1000	750
850	700
850	650
750	600
750	500
650	300
550	425

Das A-V-Folgestimulationsverfahren gemäß Fig. 4B kann beispielsweise ähnlich der Fig. 5 programmiert werden, mit der Ausnahme, daß die sechs Ausgangszustände und ihre entsprechenden Zeitperioden gemäß Fig. 4B durch Zählerwerte eingestellt werden, die von einer entsprechenden, im Speicher 102 eingespeicherten Tabelle abgeleitet werden. So werden anfänglich typische Werte von TV und TA für einen speziellen Patienten programmiert, indem ein Zugriff zu bestimmten Plätzen in den entsprechenden Tabellen erfolgt, und zwar zu jeweils einem Platz für jede der sechs Perioden. Nachdem ein Zählwert in den Zeitzähler eingegeben ist, werden anschließende Zyklen durchgeführt, bis der Zählwert auf Null heruntergezählt ist, um für eine entsprechende zeitliche Bemessung dieser Periode zu sorgen.

Fig. 4C zeigt das Ablaufdiagramm eines vorhofsynchronen, kam­ mergesperrten Schrittmachers (ASVIP), bei dem sowohl die Kammer- als auch die Vorhofaktivität des Herzens erfaßt wird, um die Zeitsteuerperiode zurückzustellen. Eine solche Betriebsart wird typischerweise bei einem jüngeren Patienten vorgesehen, dessen Vorhöfe normal schlagen, dessen Kammern aber gegebenenfalls defekt sein können. Es ist erwünscht, das Schlagen der Vorhöfe zu beschleunigen und dadurch die Kammeraktivität zu stimulieren. Eine erfaßte Vorhof-P-Welle löst einen Zeitsteuerzyklus aus. Wenn jedoch eine Störung in der Überleitung dieses Signals zur Kammer vorliegt, wird der Kammer 42 auf jeden Fall ein Reizsignal zugeführt. Es ist erwünscht, die Rate der schlagenden Vorhöfe auszunutzen, um das Stimulieren der Kammern zu synchronisieren, das in Folge Myokardinfarkts oder eines in anderer Weise defekten Herzüberleitungssystems beein­ trächtigt sein kann. Wie aus Fig. 4C hervorgeht, beginnt der Zyklus zur Zeit t₀ mit dem Erfassen der Vorhof-P-Welle. Ent­ sprechend Fig. 4C wird ein einzelner Zyklus in sechs Zeitperioden (und Zustände) unterteilt. Während der erste Zeitperiode von t₀ bis t₁ (ebenso wie während der zweiten und dritten Zeitperiode bis t₄) wird der Vorhofverstärker 141 durch ein Zeit­ steuersignal auf Massepotential geklemmt; mittels dieses Signals wird der Schalter 130d geschlossen. Während der Anfangs­ periode legt der freigegebene Kammermeßverstärker 139 ein gegebenenfalls von der Kammer 42 kommendes R-Wellensignal über die Leitung 19 an den Schalter 106a′ an, der mittels eines RV-Steuersignals geschlossen ist. Wenn während der Anfangs­ periode von t₀ bis t₁ ein R-Wellensignal erfaßt wird, wird der Zeitzyklus auf t₀ zurückgestellt. In der zweiten oder Impulsgabeperiode von t₁ bis t₂ bleibt der Vorhofverstärker 141 auf Masse geklemmt. Der Schalter 130d ist geschlossen. Ein Zeitsteuerimpuls T_WV geht über den Treiberverstärker 134a und den Widerstand R_V2 an die Basis des ventrikulären Aus­ gangstransistors Q_V. Der zuvor geladene ventrikuläre Ausgangs­ kondensator C_V entlädt sich über den Transistor Q_V, die Leitung 19 und die Kammer 42. Während der zweiten Periode (und auch bis in die Perioden drei und vier hinein bis zum Zeit­ punkt t₄) ist der Kammerverstärker 139 mittels eines Schalters 130c auf Masse geklemmt. Dem Schalter 130c wird ein Kam­ merklemmsignal TC1 zugeführt. Dadurch wird in der postventrikulären Reizperiode auftretende Herzaktivität ignoriert. In der vierten und fünften Periode von t₃ bis t₅ wird der Kammer­ verstärker 141 freigegeben, so daß das Vorhof-P-Wellensignal über diesen Verstärker und einen geschlossenen Wählschalter 106b′ angelegt werden kann, um die Zeitsteuerung des Prozesses auf t₀ zurückzustellen. Von t₃ bis t₅ wird ein Überwachungszeitsignal RA angelegt, mittels dessen der Schalter 106b′ geschlossen wird. Im normalen Betrieb kann ein Vorhof-P-Wellensignal während der vierten und fünften Zeitperiode von t₃ bis t₅ gemessen werden, wodurch der Zeitsteuerzyklus auf Null zu­ rückgestellt wird. Wenn jedoch keine P-Welle erfaßt wird, wird die Kammer erneut gereizt, imdem ein Steuerimpuls T_WV an die Basis des Kammerausgangstransistors Q_V gegeben wird. Dadurch wird in der vorstehend erläuterten Weise ein Impuls über die Leitung 19 an die Kammer 42 des Patienten angelegt.

Das ASVIP-Schrittmacherverfahren läßt sich beispielsweise ähnlich der Fig. 5 programmieren, wobei sechs Perioden oder Aus­ gangszustände in ähnlicher Weise definiert werden und wobei für jede der sechs Zeitperioden gesorgt wird, indem Hinweisadressen auf entsprechende Tabellen adressiert oder gebildet werden. Auf diese Weise werden variierende Werte der Perioden in einen Zeitzähler eingegeben, dessen Zählwert verringert wird, wenn der Prozeß durch jede der sechs Schleifen hindurch ausgeführt wird.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des anpassungsfähigen, programmierbaren Schrittmachers, wobei entsprechende Komponenten und Schaltungsstufen mit ähnlichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind, die jedoch in der Drei­ hunderter-Serie liegen. Der Mikroprozessor oder die Zentraleinheit (CPU) 300 ist mit einem Multiplexer 306 gekoppelt, wodurch einer der Eingänge 338a, b, e oder f in Form eines Flags über einen Bus 318 zu dem Mikroprozessor 300 übermittelt wird. Der Mikroprozessor adressiert über einen Adressenbus 312 wahlweise einen Speicher 302, der beispielsweise eine Mehrzahl von Abschnitten 302-1 bis 302-16 aufweist. Entsprechend Fig. 6 kann der Speicher 302 als Regenerationsspeicher, beispielsweise als Speicher mit direktem Zugriff, oder als programmierbarer Festwertspeicher (PROM) oder als löschbarer Lesespeicher (EROM) ausgebildet sein. Die adressierten Daten werden aus dem Speicher 302 ausgelesen und einem Datenbus 310 zugeführt, der den Speicher 302, den Mikroprozessor 300, einen Dekoder 342 und einen A/D-Umsetzer 308 untereinander verbindet. Der A/D-Umsetzer 308 setzt den Analogwert der Versorgungsspannung V_s in eine digitale Form um. Das betreffende Signal wird in den Mikroprozessor 300 über den Datenbus 310 eingegeben. Es versteht sich, daß die anderen Analogwerte, beispielsweise die P- und R-Wellen ebenfalls in digitale Form umgesetzt und normiert werden. Die A/D-Umsetzer- und Normierungsstufen sind mit dem Multiplexer 306 gekoppelt. Sie sind ähnlich wie oben erläutert aufgebaut und in Fig. 6 nicht dargestellt. Der Mikroprozessor 300 gibt Zeitsteuersignale über einen N-Bus 352, wodurch der Dekoder mit Befehlen versorgt wird, das Entschlüsseln der auf dem Datenbus 310 erscheinenden Signale einzuleiten. Aufgrund des Ausgangssignals des Mikroprozessors 300 wählt der Dekoder 342 einen einer Mehrzahl von Schaltern 1 bis 16 innerhalb des Blocks 330 aus. Jedem Schalter des Blocks 330 ist eine eigene Latchstufe im Block 340 zugeordnet, die durch das Ausgangssignal des Dekoders 342 gesetzt wird. Die Schalter sind ihrerseits in der oben erläuterten Weise mit einer Verstärker- und Aus­ gangstreiberschaltung verbunden. Auf diese Weise wird eine aus­ reichende Flexibilität gewährleistet, um eine Mehrzahl von Aus­ gangsschaltungen vorsehen zu können, die sich über Leitungen mit verschiedenen Teilen des Herzens koppeln lassen. Außerdem können die Ausgangstreiberschaltungen nachgeladen werden. Ein Zugriff zu Daten an verschiedenen Punkten entweder am Herzen oder an anderen Teilen des Körpers des Patienten ist möglich. Es wird auf diese Weise ein Telemetriesystem geschaffen, um Daten von oder zu dem programmierbaren Schrittmacher nach Fig. 6 zu übermitteln.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 6 ist eine selbstrückstellende Oszillatorschaltung 344 vorgesehen, um einen Adressenzähler 307 innerhalb des Mikroprozessors 300 zurückzustellen. Der Adressenzähler 307 wird für jeden verarbeiteten Schritt weitergeschaltet, um den nächsten Wortplatz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Es wurde gefunden, daß Störsignale, wie sie beispielsweise durch einen Defibrillationsimpuls oder eine andere Quelle erzeugt werden, den Adressenzähler 307 veranlassen könnten, einen bedeutungslosen oder fehlerhaften Platz innerhalb des Speichers 302 zu adressieren. Infolgedessen würde der Prozeß an einem bedeutungslosen Platz hängenbleiben. Wenn die Adresse durch Störsignale so beeinträchtigt wird, daß ein bedeutungsloser Platz adressiert wird, stellt die selbstrückstellende Oszillatorschaltung 344 auf regelmäßiger Basis, beispielsweise 0,5 s, die Adresse auf eine anfängliche Ausgangsadresse für das ausgeführte Programm zurück. Falls der Adressenzähler 307 normal arbeitet, wird von dem Datenbus 310 ein Ausgangs­ signal abgleitet und über eine Leitung 346 angelegt, um die Schaltung 344 zurückzustellen und auf diese Weise das regelmäßige Rückstellausgangssignal zu sperren.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Multiplexer 306 eine zusätzliche Gruppe von Eingängen 339a bis 339d für den Empfang einer binären Anfangsadresse auf, die in den Adressenzähler 307 einzubringen ist, so daß sich jeder der Mehrzahl von Blöcken 302-1 bis 302-16 ansteuern läßt. Im Speicher 302 kann eine Mehrzahl von Schrittmacherbetriebsarten eingespeichert werden. Die Einspeicherung jeder Betriebsart erfolgt dabei in einem gesonderten Block. Der zugehörige Startpunkt läßt sich adressieren, indem eine Binärzahl über die Eingänge 339a bis 339d und eine externe Verbindung 341 eingegeben wird, die wie oben erläutert, als Hf-Verbindung oder akustische Verbindung ausgelegt sein kann.

Zusätzlich können Selbstprüfprogramme oder Datenerfassungsprogramme in bestimmten Blöcken des Speichers 302 eingespeichert sein. Fig. 3A zeigt wie beispielsweise ein Selbstprüf­ programm ausgeführt werden kann, um die Betriebsfähigkeit des Kammermeßverstärkers 139 zu prüfen. Ein weiterer Wählschalter 130g kann in Abhängigkeit von einem Prüfsignal T_t geschlossen werden, das mittels eines solchen im Speicher 102 eingespeicherten Selbstprüfprogramms erzeugt wird, um eine Bezugs­ spannung V_ref in der Größenordnung von 1 mV an den Eingang des Kammermeßverstärkers 139 anzulegen. Das verstärkte Aus­ gangssignal wird seinerseits über den Multiplexer 106 dem Mikroprozessor 300 zugeführt, wobei die verstärkte Spannung mit einem Bezugswert verglichen wird, um zu bestimmen, ob der Verstärker 139 einwandfrei arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, kann eine andere Ausgangsstufe und ein anderer Meß­ verstärker angekoppelt werden, um den defekten Meßverstärker zu ersetzen.

Entsprechend einer weiteren Betriebsart kann ein Programm in einem der Blöcke des Speichers 302 eingespeichert sein, um eine Erfassung und Übermittlung von Daten zu bewirken, die dem implantierten Schrittmacher über entsprechende Leitungen zugeführt werden. Beispielsweise können die Leitungen mit Herzgewebe, anderem Gewebe oder Wandlern verbunden sein, um das EKG des Patienten, die Pulsrate, die Pulsbreite, die De­ polarisationszeit zwischen dem Vorhof und der Kammer und dergleichen zu erfassen. Die Übermittlungszeit eines Depolarisationssignals wird als kennzeichnend für den Zustand des Herzens betrachtet, und es wird mittels eines Meßprogramms ein Zeitfenster entsprechend einer normalen Überleitungsdauer bestimmt. Wenn das empfangene Signal außerhalb der Grenzwerte eines derartigen Zeitfensters liegt, wird eine Anzeige dafür extern übermittelt. Im Rahmen eines Datenerfassungsbetriebs können die Latchstufen, die den zu den betreffenden Stellen des Herzens, zu anderem Gewebe oder zu Wandlern führenden Leitungen zugeordnet sind, durch selektives Schließen des ent­ sprechenden Wählschalters 330 nacheinander einzeln angekoppelt werden, so daß die betreffenden Daten über die externe Verbindung 341 an ein externes Überwachungsgerät übertragen werden.

Außerdem ist ein Eingang 338f vorgesehen, der mit dem Zungen­ schalter 23 verbunden ist, der sich mittels eines externen Magneten schließen läßt, um die Arbeitsweise des Schrittmachers nach Fig. 6 zu ändern. Durch Öffnen und Schließen des Schalters 23 kann eine Folge von Signalen erzeugt werden; auf diese Weise wird die externe Verbindung 341 in die Lage versetzt, Daten zu oder von dem Schrittmacher 12′ zu empfangen oder auszusenden. Beispielsweise wird eine neue Adresse in den Adressenzähler 307 eingegeben, um den Anfangsplatz des nächsten Blockes des Speichers 302 zu adressieren, wodurch eine weitere Betriebsart durchgeführt wird.

Fig. 7A zeigt ein detaillierteres schematisches Schaltbild der Blöcke einer ersten Ausführungsform des Gerätes nach Fig. 6. Der Multiplexer 306 hat eine Folge von sechszehn Eingängen 0 bis 15. Der Multiplexer 306 gibt ein Ausgangssignal auf den A/D-Umsetzer 308. Eine Ausführungsform dieses Umsetzers ist weiter unten anhand der Fig. 8, 9 und 10 erläutert. Der A/D-Umsetzer 308 ist über den Datenbus 310 an den Mikroprozessor 300 angeschlossen und ferner mit einer Latchstufe 309 verbunden, wodurch einer der sechszehn Eingänge des Multiplexers 306 ausgewählt wird, um dem A/D-Umsetzer 308 Analogdaten zuzuführen. Der N-Zeitsteuerbus 352 hat die Form eines Bündels von Leitungen 352a bis d; er ist mit dem Dekoder 342 verbunden, der aus einer Mehrzahl von Gattern besteht. Die Aus­ gänge von zwei der Gatter sind über Leitungen 356 mit einem Umsetzbefehlseingang und mit einem Tristate-Ausgang verbunden. Der Umsetzbefehlseingang bewirkt, daß der A/D-Umsetzer 308 Daten von dem Multiplexer 306 übernimmt, während der A/D-Umsetzer 308 über den Tristate-Ausgang veranlaßt wird, die in digitale Form umgesetzten Daten auf den Daten­ bus 310 zu geben. Des weiteren werden Abtastimpulse 1 und 2 von Leitungen 354a und b abgeleitet; diese Abtastimpulse gehen Latchstufen 342a und 342b zu, wodurch an den Datenbus 310 angelegte Daten wahlweise einem von mehreren Schaltern zugeführt werden können, die in den Blöcken 330a bzw. 330b vorhanden sind. Die Blöcke 330a und 330b umfassen jeweils vier Festkörperwählschalter, über die Ausgangssignale an ausgewählte Ausgangstreiberschaltungen gehen. Bei der in Fig. 7A ver­ anschaulichten Ausführungsform wird ferner das erfaßte R-Wellensignal dem Eingang des Mikroprozessors 300 zugeführt, während das Zungenschaltereingangssignal an den Eingang des Mikroprozessors 300 angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der Mikroprozessor als sein eigener Multiplexer, um wahlweise Zugriff zu Signalen zu erhalten, die auf diese Eingänge gegeben werden, und um auf diese Signale in der gewünschten Folge anzusprechen. Der Mikroprozessor 300 gibt ferner Adressen über den Adressenbus 312 an den Speicher 302, wodurch Daten ausgelesen und an den Datenbus 310 angelegt werden können.

Fig. 7B zeigt ein detailliertes schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Schrittmachers nach Fig. 6. Die Komponenten der Fig. 7B sind mit den gleichen Bezugszeichen wie entsprechende Komponenten der Fig. 6, jedoch in der Fünfhunderter-Serie, versehen. Die der R-Welle, der P-Welle und dem Zungenschalterausgangssignal entsprechenden Eingangs­ signale werden an die Eingänge , und des Mikroprozessors 500 angelegt. Bei dieser Ausführungsform führt der Mikroprozessor 500 Multiplex­ funktionen aus, so daß jeweils einer dieser Werte verarbeitet wird. Typischerweise liegen solche Eingangssignale in Analogform vor; sie müssen in digitale Form durch Schaltungen umgesetzt werden, die in dem gestrichelten Block 508 zusammengefaßt sind. Der A/D-Umsetzer weist eine Schaltungskomponente auf und empfängt Eingangssignale von Operations­ verstärkern 511, denen ein von Zenerdioden 513 gebildetes Be­ zugssignal zugeführt wird. Ein Taktsignal wird einem Eingang des Umsetzers 515 über ein Flip-Flop 509 und einen Feldeffekt­ transistor 517 zugeführt. Der Speicher 502 ist mit Ausgängen des Mikroprozessors 500 verbunden und besteht aus zwei Blöcken. Der Mikroprozessor 500 liefert Befehle über den N-Bus 552 an einen Dekoder 542. Der Dekoder 542 führt Entschlüsselungsfunktionen für das Ausgangssignal des Speichers 502 unter dem Einfluß der Zeitsteuersignale aus, die über den N-Bus 552 zugehen. Die Ausgangssignale des Dekoders 542 werden an zwei Latchstufen 540a und 540b angelegt. Der Dekoder 542 wählt eine Latchstufe aus, wodurch ein entsprechender Wählschalter innerhalb der Schaltergruppen 530a und 530b geschlossen wird. Die Wählschaltergruppen können aus integrierten Schaltungen bestehen.

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Niederenergie- A/D-Umsetzers 308, wie er bei dem Schrittmacher nach Fig. 7 vorgesehen ist. Entsprechend Fig. 8 wird eine in digitale Form umzusetzende Analogspannung V(X) über eine Eingangsleitung 404 an einen Schalter (S₁) 407 angelegt, der in einer ersten Stellung (auf) die Analogspannung V(X) dem Eingang (V_in) eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 402 zuführt, dessen Aus­ gang mit dem Eingang eines Akkulumatorzählers 400 verbunden ist. Wie durch die Eingänge des Zählers 400 angedeutet ist, kann der Akkumulatorzähler 400 entweder vorwärts (auf) oder rückwärts (ab) zählen. Ein Ausgangssignal des Zählers geht über ein Gatter 414 an einen Eingang 15005 00070 552 001000280000000200012000285911489400040 0002002929498 00004 14886 eines N-Ausgangszählers 412. Ein Taktsignal wird über eine Eingangsleitung 418 an eine Steuerlogik 408 und insbesondere an eine durch n dividierende Schaltung 410 angelegt, mittels deren Ausgangssignal der Schalter 407 in eine zweite Stellung (ab) gebracht werden kann. Dadurch wird eine Bezugsspannung über eine Leitung 406 an den Eingang des Os­ zillators 402 gegeben. Gleichzeitig gelangt ein ab-Befehlssignal über ein Gatter 418′ an den ab-Eingang des Akkumulatorzählers 400, das dann ein Rückwärtszählen veranlaßt. Gleichzeitig geht ferner ein Ausgangssignal von der Steuerlogik 408 an den Rückstelleingang des N-Ausgangszählers 412.

Der A/D-Umsetzer 308 gemäß Fig. 8 arbeitet wie folgt. Eine unbekannte Spannung V(X) wird an den Oszillator 402 über den Schalter 407 während einer festen Zeitdauer T_up angelegt. Während dieser Zeitdauer T_up zählt der Akkumulatorzähler 400 das Aus­ gangssignal des Oszillators 402 in Vorwärtsrichtung aus. Der Akkumulatorzähler 400 arbeitet insofern sehr ähnlich wie ein Analogintegrator, indem sich der Zählwert des Akkumulatorzählers 400 für einen gegebenen Spannungspegel von V(X) mit linearer Geschwindigkeit aufbaut.

Die Zeit T_up hängt von der Taktfrequenz ab, die über die Leitung 418, die Steuerlogik 408 und die Schaltung 410 zugeführt wird. Am Ende der Zeitdauer T_up wird der Schalter S1 in die zweite Stellung gebracht, um den Eingang des Oszillators 402 mit der Bezugsspannung E_ref zu verbinden. Gleichzeitig mit diesem Umschalten auf die Bezugsspannung wird der "A"-Akkumlatorzähler 400 auf Rückwärtszählen umgeschaltet. Während dieses Rückwärtszählers prüft eine zweckentsprechende Schaltungsstufe wann der Akkumulatorzähler 400 auf einen vorbestimmten Zählwert, z. B. Null, zurückgezählt hat. Die für das Rückwärtszählen der Bezugsspannung auf Null erforderliche Zeitdauer ist proportional dem Mittelwert der Eingangsspannung V(X). Während der Akkumulatorzähler 400 auf Null zurückgezählt wird, wird die Taktfrequenz F_CLK mittels des N-Ausgangszählers 412 ausgezählt. In dem N-Ausgangszählers 412 anfallende Zählwerte liegen in digitaler Form vor und sind der anfänglich unbekannten Spannung V(X) unmittelbar proportional. Dies führt zu einer Spannungs/Frequenz-Umsetzung.

Die grundlegenden Gleichungen für den Betrieb des A/D-Umsetzers 308 lauten:

A_auf = K_VCO T_up (1)

A_ab = K_VCO E_ref T_x (2)

Die Gleichungen (1) und (2) geben den Vorwärts- und den Rück­ wärtszählwert des Akkumulatorzählers 400 als Funktion der un­ bekannten Spannung und der Bezugsspannung sowie der Zeitdauer an, während deren diese Spannung dem Oszillator 402 zugeführt wird. Der Vorwärtszählwert und der Rückwärtszählwert des Zählers 400 sind gleich, weil der Zähler 400 bei Null beginnt und am Ende eines Arbeitsspiels zu Null zurückkehrt. Setzt man diese beiden Gleichungen einander gleich, fällt der Maßstabsfaktor K_VCO für den spannungsgesteuerten Oszillator heraus, d. h. dieser Faktor hat auf das Ausgangssignal der A/D-Umsetzung keinen Einfluß. Die Gleichung (3), die den akkumulierten Zählwert N(X) des Ausgangszählers als Funktion der Taktfrequenz F_CLK und der Zeitdauer angibt, die erforderlich ist, um den Akkumulatorzähler zurück auf Null zu bringen, d. h. T_X, lautet wie folgt:

N(X) = T_X F_CLK (3)

Die Gleichung (4), die die Vorwärtszähldauer T_up als Funktion des "n"-Zählers und der Taktfrequenz angibt, hat die folgende Form:

T_up = n/F_CLK (4)

Die Gleichung (5), die zeigt, daß der Zählwert N des Ausgangs­ zählers proportional zu n und der unbekannten Spannung dividiert durch die Bezugsspannung ist, lautet:

Die Gleichung (5) zeigt, daß der digitale Ausgangszähler N(X) unabhängig von der Taktfrequenz F_CLK, der Abtastfrequenz und, was von besonderem Interesse ist, auch unabhängig von dem Maß­ stabsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators ist. Wenn beispielsweise die unbekannte Spannung V(X) 2 Volt beträgt, die Bezugsspannung gleich 2 Volt ist und der n-Zähler bei 64 steht, befindet sich am Ende jeder Umsetzung im Ausgangszähler N ein Zählwert von 64. Diese besondere Eigenschaft des A/D-Umsetzers gestattet es, in Reihe mit dem Schalter S1 und dem spannungs­ gesteuerten Oszillator 402 einen Verstärker zu legen, im we­ sentlichen ohne daß dies den Ausgangszählwert beeinflußt. Dies gilt selbst dann, wenn sich der Verstärkungsfaktor ändert oder von Einheit zu Einheit unterschiedlich ist, voraussgesetzt daß die Verstärkung während eines Umsetzungszyklus konstant bleibt. Mit anderen Worten, weil entsprechend Fig. 8 ein einziger spannungsgesteuerter Oszillator 402 benutzt wird, um sowohl die analoge Eingangsspannung V(X) als auch die Bezugsspannung E_ref zu verarbeiten, hat der durch den Oszillator 402 bedingte Maßstabsfaktor auf den digitalen Ausgang des Zählers 412 keinen Einfluß. Weil ferner das gleiche Taktsignal F_CLK benutzt wird, um sowohl den Takt für den Akkumulatorzähler 400 während der Rückwärtszählperiode T_X als auch den Takt für den N-Ausgangszähler 412 während der gleichen Periode vorzugeben, beeinflußt die Frequenz des Taktsignals F_CLK den digitalen Ausgang des Zählers 412 nicht, der kennzeichnend für die Amplitude des analogen Eingangssignals V(X) ist. Der zur Anlieferung des Taktsignals F_CLK benutzte Taktgeber bedarf daher keiner hohen Ge­ nauigkeit und damit auch keiner relativ hohen Stromaufnahme. Vielmehr kann der Taktgeber so ausgelegt werden, daß er der Energiequelle, d. h. der Batterie des Schrittmachers, nur in minimalem Umfang Leistung entnimmt.

Fig. 10 zeigt ein detailliertes Schaltbild des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 8. Das Eingangssignal wird einem Zweirichtungs­ schalter in Form des Schalters 407 zugeführt, dessen Ausgangs­ signal an den spannungsgesteuerten Oszillator geht, der in einer Schaltung mit Phasenregelschleife enthalten ist. Das Aus­ gangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird dem Akkumulatorzähler 400 zugeführt, der aus vier auf/ab-Zählern besteht. Die Taktfrequenz F_CLK wird zusammen mit dem Abtastimpuls über Leitungen 418 bzw. 420 angelegt, um das Aus­ gangssignal des Akkumulatorzählers 400 zeitlich auf den N-Aus­ gangszähler 412 einzustellen. Ein entscheidender Teil der ver­ anschaulichten Ausführungsform des A/D-Umsetzers 308 ist die Auslegung der Steuerlogik 408, die entsprechend Fig. 10 einen Zähler 409 in Form eines 4-bit-Ringzählers aufweist. Dieser Zähler 409 zwingt den A/D-Umsetzer 308 auf eine und nur eine von vier möglichen Betriebsarten entsprechend seinen vier Ausgangszustände 0, 1, 2 und 3. Diese vier Betriebsarten des A/D-Umsetzers 308 gemäß Fig. 10 sind: (1) Warten; (2) Voreinstellen; (3) Vorwärtszählen und (4) Rückwärtszählen.

Der Wartebetrieb stellt einen Ruhezustand für den A/D-Umsetzer 308 dar, in dem der spannungsgesteuerte Oszillator 402 abge­ schaltet ist, die unbekannte Spannung und die Bezugsspannung über den Zweirichtungsschalter S1 von dem Oszillator 402 ab­ getrennt sind und das zuletzt umgesetzte digitale Wort in dem Zähler 402 als digitales, Parallel-8-bit-Wort steht. Der Um­ setzer 308 verbleibt im Wartezustand, bis er einen Abstastimpuls empfängt, der den Übergang in den Voreinstellbetrieb bewirkt. Im Wartezustand nimmt der A/D-Umsetzer 308 sehr wenig Energie auf.

Der dem Wartezustand folgende Voreinstellvorgang wird benutzt, um den aus den Zählern 400a, 400b und 400c bestehenden Akkumulator über einen Störeingang auf ein binäres Wort von eins vor­ einzustellen. Der Zähler 412 wird während dieser Betriebsart zurückgestellt. Die maximal vorhandene Zeitdauer für die Vor­ einstellung beträgt die Hälfte einer Taktperiode.

Während des Aufwärtszählens wird der Ausgang 3 des Dividierers 409 auf logisch 1 gebracht, wodurch die Akkumulatorzähler 400a, 400b und 400c gezwungen werden, im Vorwärtsbetrieb zu zählen. Während dieser Betriebsart gibt der Zweirichtungsschalter S1 das unbekannte analoge Eingangssignal auf den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 402. Der n-Zähler 410 beginnt die Zeitdauer zu bestimmen, während deren die unbekannte Spannung angelegt wird, indem die Bezugstaktfrequenz bis zu dem vorprogrammierten Zählwert ausgezählt wird, der den Ausgang 9 einer UND-Schaltung 425 auf logisch 1 bringt. Während dieser Arbeitsphase werden Zählwerte in den Zählern 400a, 400b und 400c akkumuliert. Wenn der Ausgang 9 der UND-Schaltung 425 auf logisch 1 springt, was erkennen läßt, daß die Vorwärtszählperiode erreicht ist, stehen die Ausgänge 8 und 9 beide auf logisch 1; ein Befehl, den Ringzähler 409 weiterzuschalten, geht an ein Impulsstreckgatter 427. Wenn der nächste Taktimpuls den Wert logisch 1 erreicht, wird der Ringzähler 409 auf den nächsten Zustand umgestellt, der dem Abwärtszählen entspricht.

Ein Abwärtszählbetrieb wird bewirkt, indem der Ausgang 7 des Ringzählers 409 auf logisch 1 gebracht wird. Dieser Zustand zwingt den Akkumulatorzähler 400 rückwärtszuzählen. Außerdem wird die Bezugsspannung an den spannungsgesteuerten Oszillator 402 angelegt. Die Taktfrequenz wird dem Eingang des N-Zählers 412 zugeführt. Wenn daher die Zählwerte aus den Akkumulatorzählern 400a, 400b und 400c herausgetrieben werden, werden Taktimpulse im N-Zähler 412 akkumuliert. Wenn die Akkumulatorzählerkette in allen Zuständen auf logisch 0 gesteuert ist, springt der Ausgang einer UND-Schaltung 429 auf logisch 1. Der Ringzähler 409 wird über das vorstehend beschriebene Impuls­ fangnetzwerk auf Wartezustand gebracht. Der Abschluß dieses Zyklus bewirkt, daß die unbekannte Eingangsspannung V(X) di­ gitalisiert und in dem Ausgangszähler 412 mit dem oben erläuterten Maßstabsfaktor gehalten wird.

Der A/D-Umsetzer 408 nach den Fig. 8 und 10 eignet sich insbesondere für den Schrittmacher 12 gemäß Fig. 1. Es ist von entscheidender Bedeutung, im Schrittmacher Schaltungskomponenten vorzusehen, die der Energiequelle des Schrittmachers, z. B. in Form der Schrittmacherbatterie, ein Minimum an Leistung ent­ ziehen. Für diesen Zweck kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 10 in CMOS-Technologie ausgeführt werden. Des weiteren wird der Oszillator 402 zwecks Lieferung eines Ausgangssignals nur während derjenigen Zeitspannen mit Energie versorgt, während deren ein analoges Eingangssignal V(X) digitalisiert werden muß. Zu anderen Zeiten ist der spannungsgesteuerte Os­ zillator 402 stromlos. Die Speisung des Oszillators 402 geschieht unter dem Einfluß der Steuerlogik 408 und insbesondere des Ringzählers 409. Hinzu kommt, daß der A/D-Umsetzer 308 eingestellt werden kann, indem unterschiedliche Werte von "n" im Zähler 410 vorgesehen werden. Der A/D-Umsetzer 308 ist daher geeignet, um Eingangsspannungen von variierenden Amplituden zu erfassen. Bei den verschiedenen, vorstehend erläuterten Ausführungsformen des Schrittmachers ist es zweckmäßig, sowohl die relativ große Spannung V_s der Batterie als auch die relativ kleinen Spannungssignale umzusetzen, die von der Kammer und dem Vorhof des Patienten abgeleitet werden. Entsprechend Fig. 10 wird die vorgewählte Vorwärtszähldauer T_up durch den Wert "n" bestimmt, der in den "n"-Zähler 410 eingebracht wird. Der Wert von "n" kann entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung eingestellt werden, indem einer der mehreren Ausgänge Q4, Q5, Q6 und Q7 des "n"-Zählers 410 angeschlossen wird. Eine (nicht gezeigte) Schaltstufe kann zwischen einem der Ausgänge des Zählers 410 und der UND-Schaltung A9 vorgesehen werden, um den Wert von "n" gemäß Fig. 7A der Steuerung durch den Mikroprozessor 300 zu unterwerfen. Außerdem kann ein an sich bekannter, programmierbarer Zähler an Stelle des vor­ liegenden Zählers 410 vorgesehen werden, was es ermöglicht, ein in dem Zähler eingespeichertes binäres Wort unter dem Einfluß des Mikroprozessors zu variieren. Der Wert von "n" läßt sich damit in Abhängigkeit davon ändern, welches analoge Eingangssignal in digitale Form umgesetzt werden soll. Der Wert "n" wird in Ab­ hängigkeit von der Amplitude der betreffenden Eingangsspannung V(X) variiert, wobei größere Werte für "n" für kleinere Amplituden vorgesehen werden. In der Praxis ist es erwünscht, im Aus­ gangszähler 412 einen Zählwert zu erreichen, welcher der bekannten Zählkapazität nahe kommt, um auf diese Weise die maximale Auflösung für ein Eingangssignal von gegebener Amplitude zu ge­ währleisten. Ein einziger Analog/Digital-Umsetzer 308 kann auf diese Weise für unterschiedliche Eingangssignale von variierender Amplitude benutzt werden, wobei die Genauigkeit des binären Aus­ gangssignals durch Variieren des Wertes von "n" sichergestellt wird. Es versteht sich, daß der Umsetzer 308 nicht auf die vorstehend geschilderte spezielle Anwendung beschränkt ist.

Claims (18)

1. Mikroprozessorgesteuerter implantierbarer Schrittmacher, der über eine Leitungs­ anordnung mit zu stimulierendem Körpergewicht koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung (17, 19, 29) mehrere Leitungen oder Leitungskombinationen aufweist, die an die gleiche und/oder unter­ schiedliche Stellen des Körpergewebes angeschlossen werden, daß eine von dem Mikroprozessor (100, 300, 500) mit zugeordnetem Speicher (102, 302, 502) gesteuerte Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die eingangsseitig über einen von dem Mikroprozessor gesteuerten Multiplexer (106, 306) und ausgangsseitig über eine gleichfalls von dem Mikroprozessor gesteuerte Wählschaltvorrichtung (130, 330, 530) an die Leitungsanordnung angeschlossen ist, daß die Auswerteeinrichtung derart aufgebaut und programmiert ist, daß sie anhand von im Verlauf des Schrittmachersbetriebes erfaßten Kennwerten ermittelt, welche Leitung oder Leitungskombination für die Durchführung der jeweiligen Stimulations- und/oder Meßaufgabe am besten geeignet ist, und durch entsprechende Ansteuerung durch den Mikroprozessor über die Wählschaltvorrichtung selbsttätig die Leitung oder Leitungskombination einerseits für die Übermittlung von Eingangssignalen vom Körpergewebe an die Auswerteeinrichtung und andererseits für die Übermittlung von Reizimpulsen an das Körpergewebe wirksam macht, und daß zwischen den Multiplexer und den Mikroprozessor ein allen Multiplexer-Analogeingangssignalen gemeinsamer kombinierter Normierungsverstärker und A/D-Umsetzer (108, 308) geschaltet ist.

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (138c) der Eingänge des Multiplexers (106) mit eimem Signal beaufschlagt ist, das kennzeichnend für die Ausgangsspannung einer einen Teil des Schrittmachers bildenden Spannungsquelle (126) ist, und daß der Mikroprozessor (100) das Betriebsverhalten des Schrittmachers in Abhängigkeit von diesem Signal modifiziert.

3. Schrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (100) bei sinkender Ausgangsspannung der Spannungsquelle (126) eine selbsttätige Vergrößerung der Reizimpulsbreite derart bewirkt, daß die Energie der Reizim­ pulse weitgehend konstant bleibt.

4. Schrittmacher nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (102, 302) mehrere Speicherabschnitte (302-1 bis 302-16) aufweist, in denen jeweils ein Programm für eine von mehreren unterschiedlichen Schrittmacherbetriebsarten eingespeichert ist, daß dem Mikroprozessor (100, 300) eine Adressiereinrichtung (107, 307) zum Adressieren der in den Speicherabschnitten eingespeicherten Programme zugeordnet ist, und daß der Multiplexer (106, 306) mit mindestens einem zusätzlichen Eingang (138f; 339a bis 339d) für Signale zum Ansteuern der Adressiereinrichtung über den Mikroprozessor zwecks Auswahl des jeweils gewünschten Programms versehen ist.

5. Schrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine zusätzliche Eingang (339a bis 339d) des Multiplexers (306) an den Ausgang eines einen Teil des Schrittmachers bildenden Empfängers (341) angeschlossen ist, der zwecks Auswahl des jeweils gewünschten Programms verschlüsselte Steuersignale von einem außerhalb des Körpers des Patienten angeordneten Sender (343) empfängt.

6. Schrittmacher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Ein­ gang (138) des Multiplexers (106) an einen einen Teil des Schrittmachers bildenden Schalter (23) angeschlossen ist, der zwecks Auswahl des jeweils gewünschten Programms mittels eines externen Magneten betätigt wird.

7. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mikroprozessor (300) eine Rückstelleinrichtung (344) zum periodischen Erzeugen eines Rückstellsignals verbunden ist, das die Adressiereinrichtung (307) auf eine vorbestimmte Ausgangsadresse zurückstellt.

8. Schrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (344) bei einwandfreiem Arbeiten der Adressiereinrichtung (307) gesperrt ist.

9. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicher (102) ein Programm eingespeichert ist, das bewirkt, daß der Mikroprozessor (100) anhand der von der Auswerteeinrichtung im Verlauf des Schrittmacherbetriebes erfaßten Kennwerte selbsttätig eines von mehreren in den Speicher (102) eingespeicherten Programmen für jeweils eine unterschiedliche Schrittmacherbetriebsart auswählt.

10. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speicher (302) Selbstprüf- und Datenerfassungsprogramme zum Prüfen der Funktionsfähigkeit von mehrfach vorhandenen Funktionseinheiten (139) des Schrittmachers und zum selbsttätigen Ankoppeln einer der anderen Funk­ tionseinheiten bei Erkennen eines Defekts der überprüften Funktionseinheit ein­ programmiert sind.

11. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschaltvorrichtung (330, 530) eine auf die aus dem Speicher (302, 502) ausgegebenen Signale ansprechende und von dem Mikroprozessor (300, 500) angesteuerte Decodiereinrichtung (342, 542) zum Auswählen von einzelnen Wählschaltern der Wählschaltvorrichtung sowie eine Latchanordnung (340, 540) vorgeschaltet sind, welche auf das Signal der Decodiereinrichtung ansprechend den aus­ gewählten Wählschalter geschlossen hält.

12. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Speichers (102) nach der Implantation mittels verschlüsselter Signale änderbar ist, die von einem externen Gerät (10, 16) übermittelt werden.

13. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Normierungsverstärker und A/D-Umstzer (308) versehen ist mit

• - einem Oszillator (402), der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz von dem Oszillatoreingangssignal abhängt,
• - einem Signalgeber zum Erzeugen eines Bezugssignals,
• - einem mit dem Eingang des Oszillators (402) gekoppelten Schalter (407), der aus einer ersten Stellung, in der er die analogen Eingangssignale dem Oszillatoreingang zuführt, in eine zweite Stellung bringbar ist, in der er dem Oszillatoreingang das Bezugssignal zuführt,
• - einem mit dem Oszillatorausgangssignal beaufschlagten ersten Zähler (400), der entsprechend der Frequenz des Oszillatorausgangssignal unter Bildung eines Ausgangssignals in einer Betriebsart vorwärtszählt und in einer zweiten Betriebsart rückwärts zählt,
• - einem wahlweise das Ausgangssignal des ersten Zählers (400) aufnehmenden den zweiten Zähler (412) zur Bildung eines entsprechenden digitalen Aus­ gangssignals,
• - einem Taktgeber zur Lieferung eines Taktsignals und
• - einer das Taktsignal aufnehmenden Steuerung (408) zur Lieferung eines Steuersignals nach Empfang einer ausgewählten Anzahl (n) von Taktsi­ gnalschwingungen, wobei der Schalter (407) auf das Steuersignal ansprechend von der ersten in die zweite Stellung übergeht, der erste Zähler (400) auf das Steuersignal ansprechend das Arbeiten in der ersten Be­ triebsart beendet, so daß zu diesem Zeitpunkt das Oszillatorausgangssignal einen für das analoge Eingangssignal kennzeichnenden ersten Zählwert darstellt, und der erste Zähler (400) in der zweiten Betriebsart zu arbeiten beginnt, um von dem ersten Zählwert aus rückwärts zu zählen, wobei ferner der zweite Zähler (412) auf das Steuersignal ansprechend mit dem Zählen der Taktsignalschwingungen beginnt, und wenn das Ausgangssignal des ersten Zählers (400) einen zweiten vorbestimmten Zählwert erreicht, das Zählen der Taktsignalschwingungen unter Bildung des digitalen Aus­ gangssignals beendet, das unabhängig von der Taktsignalfrequenz kenn­ zeichnend für das analoge Eingangssignal ist.

14. Schrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (408) einen dritten Zähler aufweist, der n Schwingungen des Taktsignals zählt und im Anschluß daran das Steuersignal abgibt und der mit einer Einrichtung für eine änderbare Einstellung des Wertes von n versehen ist.

15. Schrittmacher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zähler (410) eine Einrichtung zur Aufnahme und Speicherung eines Kennwertes für n aufweist.

16. Schrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (408) eine Aktivierungseinrichtung aufweist, die auf ein das Vorhandensein eines umzusetzenden analogen Eingangssignals kennzeichnendes Abtastsignal ansprechend den Oszillator (402) für eine Zeitdauer aktiviert, die der Zeitdauer entspricht, die erforderlich ist, um den ersten Zähler (400) in der ersten und der zweiten Betriebsart arbeiten zu lassen, um die analogen Eingangssignale in die entsprechenden digitalen Ausgangssignale umzusetzen.

17. Schrittmacher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung einen Ringzähler mit einem ersten Ausgang, der kennzeichnend für die Zeitspanne ist, innerhalb derer der Oszillator (402) deaktiviert ist, einen zweiten Ausgang, der kennzeichnend für die erste Betriebsart des ersten Zählers (400) ist, und einen dritten Ausgang aufweist, der kennzeichnend für die zweite Betriebsart des ersten Zählers ist.

18. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Normierungsverstärker und A/D-Umsetzer (308) aus CMOS- Komponenten aufgebaut ist.