DE3725125A1 - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Herzschrittmacher und insbesondere auf Herzschrittmacher, mit denen es möglich ist, die angeregten Potentiale sehr schnell nach der Erzeugung eines herzschritt­ erzeugenden Stimulus festzustellen, wenn die gleiche Elektrode für die Erzeugung des Stimulus und zur Feststellung benutzt wird.

Die Erzeugung jeglicher herzschlagerzeugenden Stimuli führt zu einer Ladungsspeicherung in den Körpergeweben. Bevor solche Ladungen nicht im wesentlichen abgebaut sind, ist es normaler­ weise unmöglich, eine elektrische Aktivität festzustellen. Dies trifft insbesondere zu, falls die gleiche Elektrode sowohl für die Erzeugung des Schrittstimulus und für die Messung bzw. Abfrage des angeregten Potentials benötigt wird, das durch den Herzschlag erzeugt wird. Bevor die Ladungen, die von einem Stimulus herrühren, hinreichend abgebaut sind, ist eine zuver­ lässige Ermittlung eines durch einen Herzschlag erzeugten Potentials nicht möglich, da die Potentiale, die von den Ladungen des Stimulus herrühren, sehr viel größer sind als die Potentiale, die von einem Herzschlag herrühren.

Es ist übliche Praxis auf dem Gebiet der Herzschrittmacher, den Abfrageverstärker, der mit einer Leitung verbunden ist, über die der Stimulus erzeugt wird, für viele Millisekunden abzuschalten oder auszutasten. Das heißt, daß mit dem Abfrageverstärker nicht festgestellt werden kann, daß das Herz aufgrund des Stimulus tatsächlich schlägt. Bei einem Zweikammerherzschrittmacher wird eine Ventrikularaustastperiode im allgemeinen dem Ventrikular­ abfrageverstärker zugeordnet, die mit der Erzeugung eines atrialen Stimulus beginnt; auf diese Weise wird ein Atrial­ stimulus nicht mit dem Ventrikularschlag verwechselt. Auch hier ist eine Ventrikularabfrage nicht möglich, bevor die Ladungen, die mit dem Atrialstimulus erzeugt werden, abgebaut sind. Es ist seit langem ein Wunsch, die Austastperioden zu verkürzen, indem der Prozeß des Ladungsabbaus bzw. der Ladungsverteilung be­ schleunigt wird und somit das "Übersprech"-Problem, das Zwei­ kammerherzschrittmachern inherent ist, zu lösen, ohne die Ab­ fragefähigkeit zu beeinträchtigen.

Zu diesem Zweck ist es üblich, eine sogenannte aktive Wieder­ aufladung vorzusehen. Ein typischer Herzschrittmacher weist einen Koppelkondensator im Ausgangskreis auf. Da der Nettostromfluß durch einen Kondensator 0 sein muß, wird durch eine Wechsel­ stromkopplung sichergestellt, daß keine Nettoladung dem Körper­ gewebe zugeführt wird. Der Ausgangskondensator ist im allgemeinen Teil eines pulserzeugenden Schaltkreises. Die Ladung wird in dem Kondensator gespeichert, und diese Ladung wird dann schnell über die Leitung abgegeben, wenn ein Stimulus erforderlich ist. Die so abgegebene Leitung fließt dann in umgekehrter Richtung durch den Kondensator, bis die Ladung in den Körpergeweben abgebaut ist. Um die Ladungsneutralisation zu beschleunigen, kann ein "aktiver" Wiederaufladekreis benutzt werden, um den Ausgangskondensator über einen Transistorschalter mit einer Potentialquelle zu verbinden. Hierdurch wird ein größerer Sperrstromfluß durch den Kondensator verursacht und die Ladungen, die in den Körpergeweben gespeichert sind, verschwinden schneller. In den meisten Fällen werden Negativpulse benutzt, um das Herz zu stimulieren. Bei einer aktiven Wiederaufladeschaltung besteht damit der Schritt­ zyklus aus einem negativen Puls, auf den ein positiver Puls folgt.

Bei einer neueren Entwicklung wird ein positiver Vorladungspuls zusätzlich zu einem positiven Nachladungspuls vorgesehen. Diese Technik ist in den US-PS 43 43 312 und 43 73 531 beschrieben. Die gesamte Ladung, die während der beiden positiven Pulse abgegeben wird, entspricht der Ladung, die während des negativen Pulses in entgegengesetzter Richtung abgegeben wird; auf diese Weise ist die Nettoladung 0. Obwohl in den beiden Patentschriften nicht beschrieben ist, weshalb ein positiver Vorladungspuls zusammen mit einem positiven Nachladungspuls besser ist als der positive Nachladungspuls allein, selbst wenn die kombinierte "Fläche" unter den beiden Pulsen im ersteren Fall gleich ist der "Fläche" unter dem einzigen Puls im letzteren Fall, besteht kein Zweifel, daß die gespeicherten Ladungen schneller abgebaut werden. Ein Grund hierfür wird darin gesehen, daß dies etwas zu tun hat mit den Raumladungen, die durch die Elektrode erzeugt werden. Das Verfahren kann gedacht werden als drei kugelige Wellenfronten, die von einer Punktquelle ausgehen. Die Größen der Wellenfronten und ihre Trennung ist einstellbar, so daß schnell nach der Aus­ sendung der letzten Wellenfront das Nettopotential der Punkt­ quelle sich 0 nähert. Leider können die Schaltungen, die als Beispiele in den beiden Patentschriften beschrieben sind, in der Praxis nur schwierig verwirklicht werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Schrittmachersystem zu schaffen, das mit einem Minimum von Steuerungen ein sicheres, verläßliches Abfragen des Herzschlages (Atrium- oder Ventrikel) ermöglicht.

Es soll weiter das komplexe Verfahren der Vermeidung der Pola­ risierung in integrierter Form realisiert werden können. Weiter soll ein Abfragen der erzeugten Potentiale mit einer Elektrode oder mit einer Differentialabfrage durch die gleichen Elemente durchführbar sein, die die Elektrodenpolarisierung unterdrücken.

Weiter soll der Ausgleich der Elektrodenpolarisation durch eine einzige Einstellung erreichbar sein, die dann unabhängig von Änderungen in der Amplitude der Schrittspannung ist. Schließlich soll ein Übersprechen in Zweikammerschrittmachern verhindert werden, ohne die Abtastfähigkeit zu beeinträchtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, durch das das Nachpotential in der Schrittmacherelektrode, das der Erzeugung eines Schrittstimulus folgt, auf eine minimale Größe gebracht wird, schließt die Ver­ wendung eines Differentialverstärkers ein, um die Herzaktivität abzutasten. Die Herzschrittmacherelektroden, die die Stimulation bewirken und die Referenz bilden, sind mit den Eingängen des Verstärkers verbunden. Es wird ein Dreiphasenstimulus erzeugt, wobei die erste und die dritte Phase von gleicher Polarität sind, während die zweite Phase entgegengesetzte Polarität aufweist. Die erste und zweite Phase werden über einen Kondensator geliefert und die treibenden Spannungen, die hervorgerufen werden, haben Amplituden, die im wesentlichen einander proportional sind. Die erste Phase beginnt mit einer Ruhespannung über den Kondensator. Die dritte Phase benutzt die Spannung über den Kondensator, um einen Strom durch den Kondensator und die Stimulationselektrode zu treiben, bis die Spannung über dem Kondensator wieder der Ausgangsruhespannung entspricht.

Diese Technik unterscheidet sich von der bekannten Technik, wie sie beispielsweise in den oben erwähnten Patentschriften be­ schrieben ist. Die Technik nach dem Stand der Technik arbeitet wirklich nur bei einem ständig arbeitenden System im einge­ schwungenen Zustand. Am Anfang jedes einzelnen schritterzeugenden Zyklus liegt eine bestimmte Ausgangsspannung über den Konden­ satorausgang. Falls kontinuierlich Pulse mit einer festen Rate erzeugt werden, wird ein eingeschwungener Zustand schließlich erreicht, wenn die Kondensatorspannung am Ende des Zyklus gleich der Kondensatorspannung am Anfang des Zyklus ist. Das Ergebnis ist ein sehr schneller Ladungsausgleich, wie er gewünscht wird. Falls das Herz jedoch nicht ständig angeregt wird, fällt die Kondensatorspannung als Ergebnis von Leckstrom durch den Konden­ sator und die gedruckte Schaltung, auf der dieser angeordnet ist, ab. Das Ergebnis ist, daß für die erste Anzahl von Stimulations­ zyklen der Ladungsausgleich nicht ausreicht, um die durch den Stimulus angeregten Herzpotentiale abfragen zu können. Gemäß der Erfindung ist dagegen die Abfrage der angeregten Potentiale bereits bei der ersten Stimulierung des Herzens möglich, selbst wenn dieses für Stunden zuvor nicht stimuliert worden ist. Das bedeutet, daß die Vorteile der Erfindung auch erreicht werden, wenn nur ein einziger isolierter Stimuluszyklus erfolgt. Das Schlagen des Herzens kann im Anschluß an die Erzeugung des ersten Schrittmacherimpulses sofort abgefragt werden. Eine andere Schwierigkeit beim Arbeiten nach dem Stand der Technik ist, daß der Ladungsausgleich und damit die Abfrage des angeregten Potentials abhängig ist von der Amplitude des Stimulus. Wenn die Amplitude verändert wird, beispielsweise mit Hilfe eines externen Programmiergerätes, muß der Ladungsausgleichsschaltkreis durch Verstellung angepaßt werden. Gemäß der Erfindung ist die An­ passung automatisch, genauer gesagt, es muß niemals eine Ein­ stellung durchgeführt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden unter Bezug auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Herzschrittmachers, in dem das System der Erfindung realisiert werden kann.

Fig. 2A und Fig. 2B, in denen sich die Fig. 2B rechts an die Fig. 2A anschließt, geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder und zeigen den Schaltkreis, der in dem Block 15 in Fig. 1 enthalten ist.

Fig. 3 ist eine Tabelle, die die Betätigung der Schalter in dem Schaltkreis der Fig. 2A und 2B wiedergibt.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm den Dreiphasenschrittpuls, der durch die Schaltung nach den Fig. 2A und 2B erzeugt wird.

Fig. 5 bis Fig. 10 zeigen die wirksamen Komponenten der Schaltung nach den Fig. 2A und 2B, die während verschiedener Arbeitsphasen des Systems wirksam sind und die für das Verständnis der Wirkung des Systems hilfreich sind, in­ dem nur solche Elemente wiedergegeben sind, deren Verständnis im Einzelfall notwendig ist.

Der Herzschrittmacher ist in Fig. 1 in einem sehr abstrakten Blockschaltbild wiedergegeben. Ein Mikroprozessor 11 steuert alle Schaltungen in den übrigen Blöcken. Der Telemetrieblock 14 ist in bei bekannten Herzschrittmachern üblicher Weise ausgebildet und erlaubt sowohl die Verstellung der Arbeitsparameter des Herz­ schrittmachers von einem externen Programmiergerät als auch die Übermittlung von Informationen von Herzschrittmachern, die nicht nur zur Sammlung von Daten dient, sondern auch der Daten eines Signals, die repräsentativ für das jeweilige Abtastsignal sind. Hochentwickelte Telemetrieschaltungen ermöglichen die Abfrage von gespeicherten diagnostischen Daten und die Abfrage von Daten in Echtzeit.

Der Analog/Digitalblock 12 wird mit einem sogenannten ANLG_-CMP- Signal von dem Abfrage- und Polarisationssteuergerät 15 versorgt. das ANLG_-CMP-Signal ist eine Wellenform mit zwei Ebenen am Q-Auslaß eines Flip-Flop 52 in Fig. 2B. Wie zu beschreiben sein wird, sind die Folge der Bits, die das Signal repräsentieren, Anstiege und Abstiege in dem Abfragesignal. Der A/D-Block wirkt auf dieses Signal, und zwar gesteuert von dem Mikroprozessor, um Informationen über das Anfragesignal zu erlangen. Die ANLG_-CMP- Wellenform wird in Übereinstimmung mit den Wirkungen des Blocks 15 auf die beiden Leitungen 16, die zum Herz führen, abgeleitet, wie weiter unten zu beschreiben sein wird.

Der Mikroprozessor hat eine direkte Verbindung mit dem Abfrage- und Polarisationssteuerblock 15 und die Signale über diese direkte Verbindung steuern die verschiedenen Schalter, die in den Fig. 2A und 2B wiedergegeben sind. Zusätzlich erzeugt der Aus­ gangsgenerator 13 ein Potential über seiner Ausgangsleitung, die zum Block 15 führt. In den Fig. 2A und 2B ist dieses Potential als 0_-TNK bezeichnet. Dieses Potential repräsentiert die Größe der negativen Phase des Stimulationsimpulses. Wie zu beschreiben sein wird, erlaubt die Schaltung nach den Fig. 2A und 2B, die dem Block 15 in Fig. 1 entspricht, den schnellen Ladungsausgleich unabhängig von der Größe des O_-TNK-Signals.

Die Schaltung nach den Fig. 2A und 2B ist in durchgezogenen und in gestrichelten Linien wiedergegeben. Die durchgezogenen Linien geben solche in dem integrierten Schaltkreis enthaltenen Elemente wieder, die das Kernstück des Blocks 15 nach Fig. 1 bilden. Mit gestrichelten Linien sind die externen Bauelemente dargestellt, die für die Integration in dem Chip zu groß sind. Deren Ver­ bindungen mit dem integrierten Schaltkreis erfolgen über Stifte, die in der Zeichnung dargestellt sind. Oben in Fig. 2A ist bei­ spielsweise ein 0,15 µF Kondensator 25 gestrichelt dargestellt. Dieser ist über die Anschlußstifte PA_-REF und PA_-IN geschaltet, mit denen der Stift einer Vorverstärkerreferenz und ein Vorver­ stärkereingangsstift bezeichnet sind.

Bevor die Arbeitsweise des Schaltkreises im einzelnen beschrieben wird, ein paar allgemeine Bemerkungen. Es sind 22 Schalter dar­ gestellt, die als SW 1 bis SW 22 bezeichnet sind. Abhängig von der Betriebsweise des Blocks 15 in Fig. 1, die durch den Mikropro­ zessor 11 bestimmt wird, sind einige der Schalter offen und andere geschlossen. Fig. 3 zeigt in einer Tabelle die Schalter, die bei den einzelnen Betriebsarten jeweils offen bzw. geschlossen sind. Alle Schalter sind aktive Schaltelemente auf dem Chip der integrierten Schaltung.

In der Schaltung nach Fig. 2A ist der Stift 28 mit der Leitung zur Spitzenelektrode verbunden, mit der der "pace"-Stift über den externen Kondensator 26 in Verbindung steht. Die Spitzenelektrode ist die im Herzen liegende Elektrode, die mit dem negativen Stimulus beaufschlagt wird. Es sind weiter zwei Stifte "CASE" und "RING" vorgesehen. Falls eine bipolare Leitung verwendet wird, kann die indifferente Elektrode entweder der Ring oder das Gehäuse sein. Falls eine unipolare Elektrode verwendet wird, ist die indifferente Elektrode das Gehäuse. Der Stift "CASE" ist elektrisch mit dem Gehäuse verbunden; der Stift "RING" ist mit der Ringelektrode nur verbunden, falls eine bipolare Leitung verwendet wird. Falls eine bipolare Leitung benutzt wird, bestimmt die Stellung der Schalter 1 bis 4, welche der beiden möglichen indifferenten Elektroden (CASE oder RING) wirksam ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß, wie in Fig. 3 wiedergegeben, die Schalter 5, 6, 7, 19 und 22 jeweils gemeinsam geöffnet oder geschlossen sind. Die ersten drei Schalter 5, 6 und 7 steuern die Verbindung der beiden möglichen Anoden (CASE oder RING) und die Stimulationsleitung (TIP) mit der Referenzmasse. Während der ECG-Phase (Abfrage) sind alle drei Schalter 5, 6, 7 ebenso wie die Schalter 17 und 20 geschlossen. Die beiden Schalter 19 und 20 sind geschlossen, damit ein in Fig. 2A erscheinender Delta- Modulator wirksam wird, und die drei Schalter 5, 6 und 7 sind geschlossen, damit jeder der drei Eingänge über einen 200 K- Widerstand mit der Referenzmasse verbunden wird. Zu allen anderen Zeiten sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, alle fünf Schalter offen. Die Schalter 19 und 20 werden offengehalten, so daß der Delta-Modulator als S und H (SAMPLE und HOLD) Schaltkreis wirkt. Die Schalter 6 und 7 sind ebenfalls offen, damit kein Strom durch das Gehäuse, den Ring oder die Spitze und die 200 K-Widerstände zur Referenzmasse fließen soll.

Während der verschiedenen Phasen, die bei der Schritterzeugung beteiligt sind, und auch während der Betriebsarten Alarm- und Abfrageantrieb werden Stromimpulse von den Schrittmachern ab­ gegeben, und es ist unerwünscht, daß irgendeiner der Ströme über die 200 K-Widerstände fließt. Die Anordnung getrennter Schalter für die Eingänge "CASE" und "RING" ermöglicht einen Betrieb als Zweikammerschrittmacher, in dem jeweils zwei Schaltkreise nach den Fig. 2A und 2B verwendet werden. Es können aber auch unter­ schiedliche Kammern in unterschiedlichen Betriebsarten angeregt werden, und zwar unipolar oder bipolar.

Bei Verwendung von zwei Schaltkreisen in Zweikammerschrittmachern würden die Schalter 19 und 20 in einem der beiden Schaltkreise offen sein, selbst wenn ein Schrittmacherstimulus in dem anderen erzeugt wird; Ziel ist es, das Elektrogrammsignal für jede Kammer nur zu beobachten, wenn keine der Kammern angeregt wird, so daß nur die Herzaktivität analysiert wird.

Der Kondensator 20 ist ein üblicher Koppelkondensator, der benutzt wird, um Gleichspannung von den Elektroden fernzuhalten und zu verhindern, daß die Ruhe- oder Offset-Gleichspannung des Operationsverstärkers 22 verstärkt wird. Der Operationsverstärker 22 hat einen Verstärkungsfaktor von 30, wenn der Schalter 10 offen ist. Dies ist das Verhältnis des Rückkopplungswiderstandes zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Minus-Eingang zur Eingangsimpedanz, die verbunden ist mit dem Minuseingang. Die Wirkung des Operationsverstärkers besteht darin, die beiden Signale an den Minus- und Pluseingängen gleich zu machen. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, dieses zu erreichen. Aus diesem Grunde liegt eine gewisse Ruhe-Spannung über den Plus- und Minuseingängen des Operationsverstärkers 22. Diese Ruhe-Spannung wird in den Kondensatoren 20 und 26 gespeichert.

Der Kondensator 26 ist ein üblicher Wechselspannungskoppelkon­ densator für die Erzeugung des Stimulus. Fig. 4 zeigt die Form des Dreiphasenschrittmacherstimulus, wie er an dem "PACE"-Stift erscheint. Der positive Vorladungsimpuls hat die Form einer Rampe. Diese Rampe ist zwar nicht notwendig, sie ist jedoch vorteilhaft, da sich durch Versuche ergeben hat, daß die Arbeits­ weise der Schaltung weniger abhängig von der Amplitude des Stimulus ist, wenn ein Rampenvorladeimpuls verwendet wird anstelle eines rechteckigen Vorladeimpulses. Es ist auch allgemein anerkannt, daß ein scharfer positiver Impulse mit größerer Wahr­ scheinlichkeit Tachycardie anregt, wenn dieser während einer T-Welle angewendet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht begrenzt auf die Verwendung eines Rampenpotential für den Vorladeimpuls. Es ist weiter bekannt, daß ein Herzschlag durch einen positiven Impuls getriggert werden kann. Daher kann die Polarität der drei Phasen des Stimulus, der in Fig. 4 gezeigt ist, auch umgekehrt werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß die mittlere Phase, wie dargestellt, negativ ist, da bekannt ist, daß weniger Energie erforderlich ist, um das Herz anzuregen, falls ein negativer Stimulus verwendet wird.

Die Amplitude des Stimulus ist die Größe der senkrechten Linie in Fig. 4 zwischen der horizontalen Grundlinie und dem untersten Ende des negativen Stimulus. Diese Größe ist als O_-TNK bezeich­ net und ist bestimmt durch die Größe des Potentials an Knoten­ punkt 24. Dieses Potential kann bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung zwischen 0 und 7,5 V variieren. Der Knotenpunkt 24 ist nicht als Stift dargestellt. Der Grund hierfür ist, daß es bei der tatsächlichen Ausführung des Systems nach Fig. 1 nicht notwendig ist, die Blöcke 12, 13 und 14 in der dargestellten Weise zu trennen. Das O_-TNK-Potential am Knoten 24 kann auch von anderen Schaltkreisen abgeleitet werden, die auf dem gleichen Chip angeordnet sind, der den Schaltkreis nach den Fig. 2A und 2B trägt. Diese Elemente sind jedoch für das Ver­ ständnis der Erfindung nicht wesentlich. Es ist daher der Eingang am Knoten 24 einfach als O_-TNK bezeichnet, ohne Rücksicht darauf, daß zusätzliche Elemente zwischen dem Knoten und etwaigen Ein­ gangsstiften angeordnet sein können. In ähnlicher Weise können bei der praktischen Ausführung der Erfindung die Schaltungs­ elemente ganz rechts in Fig. 2B, die den Komparator 50 und die Spannungsquellen 38 und 40 einschließen, auch im A/D-Block 12 nach Fig. 1 enthalten sein. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die jeweilige Schaltungsaufteilung, die verwendet wird.

Der O_-TNK-Wert kann durch ein externes Programmiergerät fest­ gelegt werden. Alternativ kann Energie gespart werden, wenn die Stimulus-Amplitude durch den Mikroprozessor veranlaßt wird, der Stimulusschwelle zu folgen. Wie die O_-TNK-Größe bestimmt wird, ist für die vorliegende Erfindung unerheblich. Es wird jedoch angenommen, daß das O_-TNK-Potential von einem Kondensator abge­ leitet wird. In einem solchen Fall würde der Kondensator während der Abgabe des negativen Stimulusimpulses etwas entladen werden. Aus diesem Grunde zeigt Fig. 4, daß der negative Impuls in seiner Größe während der Dauer des Stimulus leicht abfällt.

Die Wellenform nach Fig. 4 ist nicht maßstabsgerecht. Die Vor­ ladeperiode hat eine Dauer von etwa 3 ms. Der Nachladeintervall hat eine Dauer von etwa 8 ms und die Breite des negativen Stimulus beträgt etwa 0,5 ms. Ein Austastintervall von 300 ms, der es ermöglicht, daß der Schaltkreis sich nach dem Schalten aus­ gleicht, folgt zum Gesamtzyklus. Die Wellenform gibt das Potential am "PACE"-Stift wieder.

Der Kondensator 32, der mit dem "RMP_-CAP"-Stift verbunden ist, dient dazu, die Rampenform zu erzeugen, die die Form des Vorlade­ pulses steuert, wie sie in Fig. 4 wiedergegeben ist. Obwohl der Kondensator nur eine Größe von 3 nF hat, ist er noch zu groß, um in den Schaltkreis integriert zu werden. Es ist daher ein externes Bauelement. Der Kondensator 30, der als Ladungspumpe dient, wie noch zu beschreiben sein wird, ist so klein, daß er integrierbar ist.

Der Stift "ALERT" (Alarm) unten links in Fig. 2A dargestellt, wird verwendet, um einen piezoelektrischen Kristall anzutreiben, der zur Erzeugung eines hörbaren Alarmsignals dient. Der Alarm­ schaltkreis ist für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung und ist nur dargestellt, da dieser Teil der integrierten Schaltung ist. Der Patient hört tatsächlich einen Piep als Warnung, medizinische Betreuung zu suchen. Der Arzt programmiert den Mikroprozessor so, daß unter bestimmten Bedingungen der Alarm ausgelöst wird. Um den Alarm tatsächlich zu betätigen, werden durch den Mikroprozessor abwechselnd die Schalter 21 und 22 betätigt. In der dargestellten Ausführungsform ist es die O_-TNK-Spannung am Knoten 24, mit der tatsächlich der Kristall beaufschlagt wird. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß zum Anheben der Spannung am "ALERT"-Stift der Schalter 21 geschlossen wird, während beim Herabsetzen der Spannung der Schalter 22 geschlossen wird, so daß der Stift mit der Masse des Schaltkreises verbunden ist. Der Schalter 1 ist während eines Alarms geschlossen; das Gehäuse ist mit Masse verbunden, so daß die Rückleitung für den Strom durch das Gehäuse erfolgt. Alle anderen Schalter sind offen, mit Ausnahme der Schalter 11, 13, 17 und 18 aus Gründen, die weiter unten zu besprechen sein werden. In der Tabelle nach Fig. 3 zeigt das Fehlen eines Codebuchstabens an, daß der ent­ sprechende Schalter offen ist.

Was die Tabelle nach Fig. 3 selbst betrifft, werden die einzelnen Schalterlagen, die dort wiedergegeben sind, verständlich, wenn weiter unten das Arbeiten des Systems im Detail beschrieben wird. Es sollen jedoch die verschiedenen Betriebsarten erwähnt werden, bevor die Schaltung und ihre Wirkungen im einzelnen besprochen werden. Die ECG-Betriebsart ist die konventionelle Abtastung. Die Austastbetriebsart gibt den Status der Schalter während der Zeit wieder, während der ein Abfragen im Anschluß an einen Stimulus- Zyklus unmöglich gemacht ist.

Die vier Phasen eines Schrittmacherimpulses, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, sind in der Tabelle nach Fig. 3 gesondert aufge­ zeichnet, und zwar als Vorladung, Stimulus, aktive Nachladung und Austastung. Es trifft dazu, daß der Abfrageverstärker während der Erzeugung eines Stimulus ausgetastet oder abgeschaltet wird. Die Tabelleneintragungen für die Betriebsart "Austastung" trifft jedoch nur zu, wenn dies für die anderen nicht zutrifft, bei­ spielsweise wenn eine Abtastung oder Abfrage auch ohne einen Schrittmacherimpuls unmöglich gemacht wird.

Die Betriebsart "passive Nachladung" wird normalerweise nicht verwendet. Falls jedoch aktive Nachladung nicht gewünscht wird, kann eine passive Nachladung verwendet werden, wie noch zu beschreiben sein wird.

Die Betriebsarten "Alarmantrieb hoch" und "Alarmantrieb niedrig" sind bereits beschrieben. Die letzten beiden Betriebsarten sind ähnlich und haben mit den Abfragefunktionen zu tun. Ein Sensor, der der Atmung des Patienten zugeordnet ist, kann periodisch, beispielsweise 10mal pro Sekunde, abgefragt werden. Zwei unter­ schiedliche Betriebsarten sind in der Tabelle nach Fig. 1 heraus­ gestellt, da der Sensor entweder über das Gehäuse oder den Ring betrieben werden kann, wobei hiervor einer der Schalter 1 oder 2 geschlossen wird.

In Fortsetzung der allgemeinen Beschreibung der Schaltung nach Fig. 2A und 2B sei darauf hingewiesen, daß das Widerstandsnetz­ werk an der linken Seite der Fig. 2B ein übliches R-2R-Netz vom Leitertyp sein kann, das eine binäre Standardgewichtung aufweist. Das Netzwerk dient als Abschwächer und bestimmt damit die Ab­ frageempfindlichkeit. Ein 8-Bit-Register, das nicht dargestellt ist, wird durch den Mikroprozessor gesetzt, um die Empfindlich­ keit zu steuern, und die acht Schalter in dem Netzwerk werden durch die Bits in diesem Register gesteuert. Die Empfindlichkeit kann durch den Arzt programmiert werden, oder sie kann auto­ matisch durch den Mikroprozessor einstellbar sein. Wenn die Empfindlichkeit zu gering ist, kann im allgemeinen ein Herzschlag nicht festgestellt werden. Wenn die Empfindlichkeit zu hoch ist, kann Geräusch und Rauschen irrtümlich als Herzschlag inter­ pretiert werden. Eine automatische Sensitivitätseinstellung ist ohne wesentliche Bedeutung für die vorliegende Erfindung und der Abschwächer in Fig. 2 ist nur wiedergegeben, da dieser in dem integrierten Schaltkreis angeordnet ist, auf dem der Gegenstand der Erfindung implementiert ist.

In dem Schaltungsteil nach Fig. 2B befinden sich drei Konden­ satoren 54, 56 und 60 sowie der Widerstand 58, die alle externe Bauelemente sind. Diese Bauelemente sind zwischen drei Stiften, PCMP_-IN (positiver Komparatoreingang), NCMP_-IN (negativer Kom­ paratoreingang) und FIL_-IN (Filtereingang) geschaltet. Diese vier Bauelemente und die Ausgangsimpedanz des Abschwächers wirken als übliches Bandpaßfilter, wie es üblicherweise in einem Abfrage­ verstärker eines Schrittmachers verwendet wird. Sie bilden auch das Herz eines Delta-Modulators. Die Kondensatoren sind extern, da sie für eine Integration zu groß sind. Der Widerstand 58 ist auch ein externes Bauelement, da hierdurch eine bessere Kontrolle seines Wertes möglich ist.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Ausführungsform der Delta-Modulation verwendet. Der Q -Ausgang des Flip-Flop 52, der an den Knoten ANLG_-CMP geführt ist, führt ein Signal auf zwei Ebenen, das abgeleitet ist von dem Signal auf der Tip-Leitung nach dessen Abschwächung in dem Leiternetzwerk. Das Eingangs­ signal liegt am Plus-Eingang des Komparators 50 an. Die Ausgangs­ folge folgt dem Eingangssignal in dem Sinne, daß der Ausgang eine 1 repräsentiert, wenn der Eingang ansteigt und eine 0 repräsentiert, wenn der Eingang abfällt. Wenn der Eingang sich nicht ändert, alternieren die Ausgangsbits in ihrem Wert. Die Technik der Delta-Modulation ist allgemein beschrieben in der US-PS 44 66 440. Hingewiesen wird auch auf die US-PS 44 48 196, 45 09 529 und 45 27 133.

Das Eingangssignal, das durch einen Delta-Modulator behandelt wird, kann dadurch rekonstruiert werden, daß ein Schritt bestimmter Größe für jedes Bit Sample verursacht. Die Richtung des Schrittes hängt dabei von dem Wert des Bit-Sample ab. Solange der Delta- Modulator mit hinreichend großer Rate arbeitet, folgt das rekon­ truierte Signal dem Eingangssignal. Der in Fig. 2B dargestellte Delta-Modulator wird jetzt beschrieben.

Das Herz des Delta-Modulators sind der Komparator 50, der Flip- Flop 52 und zwei entgegengesetzt gepolte Stromquellen 48 und 40, die zwischen die negative und positive Spannungsquelle geschaltet sind. Die Ausgänge des Flip-Flop steuern die Schalter 46 und 48. Es ist auch möglich, beide Schalter unwirksam zu machen durch Anordnung von Steuertoren in den Verbindungen 42 und 44 . Wenn der Schalter 46 geschlossen ist, fließt Strom aufwärts durch die Konstantstromquelle 38. Wenn der Schalter 48 geschlossen ist, fließt Strom abwärts durch die Konstantstromquelle 40.

Die Arbeitsweise eines Delta-Modulators kann am besten verstanden werden, wenn zunächst eine andere Schaltung betrachtet wird, und zwar eine, in der das Eingangssignal ausgehend von dem Abschwächer über einen Kondensator 54 dem Minus-Eingang des Komparators 50 zugeführt wird, wie es dargestellt ist, bei dem jedoch der Plus-Eingang des Komparators mit einem Referenzpotential ver­ bunden ist, und im übrigen von dem Schaltkreis abgetrennt ist. Es sei jetzt beispielsweise davon ausgegangen, daß das Eingangs­ signal von irgendeinem Ruhepegel abzufallen beginnt. Hierdurch wird ein Abfall des Potentials am Minus-Eingang des Komparators bewirkt, während der Ausgang des Komparators steigt. Der D-Eingang des Flip-Flop 52 ist somit hoch und der nächste 32 K-Clock-Impuls bringt den Q-Ausgang des Flip-Flop hoch. Der Schalter 48 schließt und Strom fließt von der Quelle 40 nach links durch den Kon­ densator 54. Hierdurch wird das Potential am Minuseingang des Komparators wieder auf den Referenzwert gebracht. In ähnlicher Weise wird bei einem Schließen des Schalters 46 ein von links nach rechts verlaufender Stromfluß durch den Kondensator bewirkt, wenn das Eingangssignal von einem Ruhewert ansteigt und der Ausgang des Komparators auf "niedrig" geht, so daß der Flip-Flop 52 entsprechend gesetzt wird. Der Status des Flip-Flop wird kontrolliert in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Bit. Da die beiden Ausgänge des Flip-Flop die Stromflüsse von den ent­ sprechenden Stromquellen steuern, repräsentiert der Ausgang des Komparators nicht nur ein Bit, das eine Anzeige dafür gibt, in welcher Weise sich das Eingangssignal ändert, er steuert auch die Stromquellen entsprechend den Anforderungen.

Der Minus-Eingang des Komparators ist praktisch Masse. Er wird aufrechterhalten durch Rückkopplung auf das Potential des Referenzpotentials, das mit dem positiven Komparatoreingang verbunden ist. Der Kondensator 54 wird geladen und entladen durch die Stromquellen, so daß dem Potential des Ausgangs des Ab­ schwächers ein Kondensatorpotential addiert oder subtrahiert wird, in der Weise, daß der sich ergebende Wert am Minus-Eingang des Komparators dem Referenzpotential entspricht. Wenn ein ein­ geschwungener Zustand erreicht ist, bei dem abwechselnd 0 und 1 Bits am ANLG_-CMP Ausgangsknoten anliegen und dann eine plötzliche Änderung in dem Ausgangspotential des Abschwächers auftritt, wird eine Mehrzahl von Bits des gleichen Wertes erzeugt, bis der Kondensator aufgeladen oder entladen ist bis auf einen Wert, der die Änderung im Ausgang des Abschwächers kompensiert. Die Anzahl der Bits gleichen Wertes am Ausgang des Delta-Modulators re­ präsentiert dabei die Größe der Änderung im Eingangssignal, während der Wert der Ausgangsbits die Richtung der Änderung repräsentiert.

Anstatt den Plus-Ausgang mit einem Referenzpotential zu verbinden, wie oben beschrieben, wird der Plus-Eingang des Komparators mit dem Eingang verbunden werden. Es werden weiter die Kondensatoren 56 und 60 sowie der Widerstand 58 über die Eingänge des Kompa­ rators geschaltet. Die meisten Herzschrittmacher und Signal­ verstärker haben ein Bandpaßfilter, das aus zwei Kondensatoren und zwei Widerständen besteht. Das typische Bandpaßfilter schließt aber auch einen Verstärker ein. Um einen Filterwert Q größer als 1 zu erreichen, müssen entweder Induktoren verwendet werden, oder es ist ein Verstärker notwendig. Ein Delta-Modulator erfordert gleichfalls einen Verstärker und einen Kondensator. Was die Schaltung nach Fig. 2B betrifft, ist hier keine Einsparung an Bauelementen erreicht, da ein Delta-Modulator, der einen Konden­ sator erfordert, und ein Filter, das zwei Kondensatoren und zwei Widerstände erfordert, auch weiterhin die Zahl der Bauelemente erfordern würde, die in der Zeichnung dargestellt sind, nämlich drei Kondensatoren und zwei Widerstände. Die Einsparungen liegen in der Benutzung nur eines einzigen Verstärkers, nämlich des Komparators 50 anstelle von zwei Verstärkern, die andernfalls benötigt würden, und zwar einem für den Delta-Modulator und dem anderen für den Filter. Der Hauptvorteil der Erzielung der Funktionen sowohl des Delta-Modulators als auch des Filters bei Benutzung einer einzigen aktiven Vorrichtung besteht darin, daß für den Vertrieb des Schrittmachers weniger Leistung benötigt wird.

Was den Delta-Modulator anbetrifft, sind Details seiner Arbeits­ weise für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig. Der Schaltungsteil nach Fig. 2B kann allgemein besprochen definiert werden als ein Abschwächer mit nachgeschaltetem Delta-Modulator.

Alles, was man von diesem Schaltungsteil wissen muß, besteht darin, daß die Schalter 19 und 20 beide immer offen sind, aus­ genommen während der Abfrage, wie in der Tabelle nach Fig. 3 gezeigt ist. Dies wird vorgenommen, um eine Spannungsänderung über dem Kondensator zu verhindern. Der Delta-Modulator dient damit als ein S- und H-Kreis während des Austastens und wann immer die Aktivität, die jeweils stattfindet, eine andere ist als eine übliche Abtastung.

Die Vorgänge während der ECG-Processing-Betriebsart sind in Fig. 5 wiedergegeben. Die vereinfachte Darstellung, die hier benutzt wird, wird auch in den folgenden Figuren verwendet. Nur solche Bauelemente sind dargestellt, die für das Verständnis der jeweils beschriebenen Arbeitsweise notwendig sind. Der Delta- Modulator selbst ist zur Vereinfachung mit einem einzigen Schalter dargestellt, mit dem eine der beiden Spannungsquellen 38 und 40 mit dem Kondensator 54 verbindbar ist. Ebenso ist der Abschwächer aus der linken Seite des Schaltungsteils nach Fig. 2B als Block 36 in Fig. 5 dargestellt. Die "CASE"- und "RING"-Stifte sind in Fig. 5 in einer von der Fig. 2A abweichenden Form dar­ gestellt. Einer von ihnen dient als Anode, während der andere als "unbenutzte" Anode bezeichnet werden kann. In beiden Fällen ist das Gehäuse oder der Ring die Anode, abhängig von der Stellung der Schalter 3 und 4. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind während des ECG-Processing beide Schalter 1 und 2 offen, dagegen sind die Schalter 4 und 5 geschlossen. Wie aus dem Schaltungsteil nach Fig. 2A ersichtlich, liegt jede der beiden möglichen Anoden somit über einen 200 K-Widerstand an der Referenzmasse. Welche der beiden Anoden mit dem PA_-REF-Stift verbunden ist, hängt davon ab, welcher der Schalter 3 und 4 geschlossen ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist bei einpoligem Abfragen, bei dem das Gehäuse als Anode dient, der Schalter 3 geschlossen und der Schalter 4 geöffnet. Auf der anderen Seite ist bei bipolarem Abfragen der Schalter 4 geschlossen und der Schalter 3 ist offen. In beiden Fällen ist die wirksame Anode einmal über einen 200 K-Widerstand mit der Referenzmasse und zum andern mit dem Kondensator 20 verbunden. Dieser 200 K-Widerstand und der 200 K-Widerstand, der mit dem Stift 28 in Fig. 2A verbunden ist, verhindern, daß die Elektroden mehr als einige Millivolt vom Massepotential abweichen.

Der Operationsverstärker 22 ist als Standarddifferentialschaltung mit einem Wechselstromkoppelkondensator 20 vorgesehen, dies jedoch mit einem wesentlichen Unterschied. Da ein 3 M-Widerstand zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dessen Minus-Eingang geschaltet ist und da ein 100 K-Widerstandes am Eingang vorge­ sehen ist, beträgt der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 30. Der Plus-Eingang des Verstärkers ist in ähnlicher Weise mit einem 100 K-Widerstand und einem an Masse liegenden 3 M-Widerstand ver­ sehen. In dieser Standardausbildung tritt keine Änderung im Ausgang des Verstärkers ein, wenn die gleiche Potentialänderung am linken Ende der beiden 100 K-Widerständen auftritt. Unge­ wöhnlich an der Schaltung nach Fig. 5 ist der 3 M-Widerstand, der zwischen den "PACE"-Stift und dem Kondensator 20 geschaltet ist. Zwischen den Plus- und Minus-Eingängen des Operationsverstärkers besteht eine gewisse Ruhespannung. Es fließt damit Strom aufwärts durch den Kondensator 26 in Fig. 5, bis der Kondensator bis auf diese Ruhespannung aufgeladen ist. Der Kondensator lädt normaler­ weise auf eine Spannung auf, die der Ruhespannung plus ¹/₃₁ der Tip-Spannung entspricht, weil die Widerstände, die an den Plus- Eingang angeschaltet sind, als Spannungsteiler wirksam sind. Ein Potential von ¹/₃₁ der TIP-Spannung ist typisch einige Mikrovolt und kann vernachlässigt werden. Der Grund für die Aufrechter­ haltung der Ruhespannung über den Kondensator wird weiter unten erläutert.

Abgesehen von dieser ungewöhnlichen Schaltung des Kondensators 26 ist die Arbeitsweise der Schaltung relativ üblich. Eine Differen­ tialverstärkungsschaltung wird benutzt, um ein Elektrogrammsignal abzuleiten, das dann abgeschwächt wird. Nach Abschwächung wird in dem Delta-Modulator das Signal in einer Weise verarbeitet, die als üblich anzusehen ist, was den Gegenstand der Erfindung betrifft.

Es wird weiter darauf hingewiesen, daß entsprechend der Tabelle nach Fig. 3 der Schalter 11 während des ECG-Processing geschlossen ist. Auf diese Weise kann der TIP mit dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers verbunden werden, so daß eine Abtastung stattfinden kann. Der Schalter 13 ist geschlossen, um den Rampen­ kondensator 32 mit der Referenzmasse zu verbinden, wie in Fig. 5 dargestellt. Der Kondensator wird entladen gehalten in Vorbe­ reitung für die Erzeugung einer Rampe, die wiederum die Form des Vorladeimpulses steuert. Die Schalter 17 und 18 sind beide geschlossen, so daß der Kondensator 30 zwischen Referenzmasse und dem O_-TNK-Potential liegt. Der Kondensator 30 dient als Ladungs­ pumpe, wie noch zu beschreiben sein wird und wird zunächst auf dem O_-TNK-Potential gehalten bis dieses benötigt wird.

Der nächste Betriebszustand ist der des Austastens oder Abschaltens. Diese Betriebsart ist in Fig. 6 dargestellt. Der Schalter 19 ist offen, und der Delta-Modulator ist praktisch von dem Abschwächer abgeschaltet. Da der Schalter 20 offen ist, werden die Konden­ satorpotentiale des Delta-Modulators gehalten. Es ist weiter dargestellt, daß keine der Stromquellen 38 und 40 während dieses Betriebszustandes mit dem Kondensator 54 verbunden ist, obwohl der Flip-Flop 32 weiter durch die Clock angesteuert wird. Bereits oben ist darauf hingewiesen, daß beide Schalter 46 und 48 gleich­ zeitig offen gehalten werden können.

Obwohl in Fig. 6 die Vorgänge während der Austastung dargestellt sind, sind die Anodenverbindungen angegeben, so daß die Alarm- und Abtastbetriebszustände auch erkennbar sind. Während des Austastens sind alle Schalter 1 bis 6 offen und die beiden möglichen Anoden sind damit von der Schaltung abgetrennt. Abhängig davon, ob eine unipolare oder bipolare Leitung benutzt wird, ist eine der beiden möglichen Anoden vollständig abgetrennt, aber auch die andere Anode ist ebenfalls abgeschaltet, wenn das Abtasten ausgetastet ist. Mit der Angabe "oder sonstiger Kanal" für die wirksame Anode in der Legende ist gemeint, daß, falls ein Zweikammerschrittmacher gemäß der Lehre der Erfindung konstruiert wird, die Anode, die einer der Kammern zugeordnet ist, ausge­ tastet wird, selbst wenn über den anderen Kanal eine Schritt­ macherfunktion durchgeführt wird. Die Legende in Fig. 6 stellt weiter fest, daß die benutzte Elektrode während der Alarm- und Abtast-Funktionen an Masse anliegt. Dies resultiert daraus, daß einer der beiden Schalter 1 oder 2 geschlossen ist, wie in der Tabelle nach Fig. 3 angegeben ist. Für die Alarm- oder Abtast- Funktion ist damit ein Rückweg für den Strom gegeben. Während des Betriebszustandes "Alarm" wird der Schalter 1 geschlossen, so daß der Stromrückfluß über das Gehäuse erfolgt. Der piezoelektrische Kristall, der für den Alarmton verwendet wird, ist auf der Innen­ seite des Gehäuses montiert und dies ist der Grund, weshalb das Gehäuse für den Stromrückfluß benötigt wird. In der Abtast- Betriebsweise kann der Rückweg für den Strom über das Gehäuse oder den Ring verlaufen. Der Ring befindet sich im Herzen und die Verwendung des Ringes als Anode erlaubt eine bessere Messung des Minutenvolumens. Wenn jedoch lediglich eine Messung der Atmungs­ geschwindigkeit gewünscht ist, ist es vorteilhafter, das Gehäuse als Anode zu benutzen.

Während des Austastens ist der Rampenkondensator 32 noch beid­ seitig mit der Referenzmasse verbunden und das O_-TNK-Potential liegt noch über dem Pumpkondensator 30. Wenn das System ausge­ tastet ist, werden Potentialänderungen am TIP am Ausgang des Verstärkers 22 reflektiert. Sie haben jedoch keine Wirkung auf das Arbeiten des Systems, da das Abtasten ausgetastet ist. Der Kondensator 26 bleibt entsprechend der Ruhespannung des Ver­ stärkers 22 geladen. Falls ein Herzschlag am Ende des üblichen Intervalls nicht festgestellt wird, wird ein Schrittmacher­ stimulus erzeugt. Die drei Phasen des Stimulus sind in Fig. 4 dargestellt. Die erste Phase ist bekannt als Vorladung, der entsprechende Schaltungsteil, der während dieser Phase wirksam ist, ist in Fig. 7 dargestellt. Wie aus der Tabelle nach Fig. 3 ersichtlich, ist einer der Schalter 1 oder 2 geschlossen, so daß die wirksame Anode mit der Masse verbunden ist. Der Schalter 10 in dem Schaltungsteil nach Fig. 2A ist geschlossen und somit der Widerstand im Rückkopplungsweg des Verstärkers 22 überbrückt. Aus diesem Grunde ist der Ausgang des Verstärkers 22 in Fig. 7 als direkte Verbindung mit dessen Minus-Eingang dargestellt. Bei geschlossenem Schalter 12 ist der Rampenkondensator 32 zwischen dem Plus-Eingang des Verstärkers und der Masse geschaltet. Wie aus der Tabelle nach Fig. 3 ersichtlich, ist der Schalter 14 geschlossen, so daß der Kondensator 26 mit dem Ausgang des Ver­ stärkers verbunden ist. Für das Verständnis der Fig. 7 bleiben noch die Schalter 15 bis 17 zu betrachten. Wie in der Tabelle nach Fig. 3 angegeben, sind die Schalter 15 und 16 geschlossen, wenn die Schalter 17 und 18 offen sind und umgekehrt. Die beiden Schalterpaare ändern ihren Zustand, gesteuert durch die 32 K-Clock. Aus Fig. 2A ist ersichtlich, daß bei geschlossenen Schaltern 17 und 18 der Pumpkondensator zwischen dem O_-TNK-Potential und Masse geschaltet ist. Bei geschlossenen Schaltern 15 und 16 liegt der Kondensator zwischen dem Plus-Eingang des Verstärkers und dessen Ausgang.

Wenn der Pumpkondensator 30 zwischen Masse und dem O_-TNK-Knoten liegt, wird die rechte Seite des Kondensators negativ aufgeladen, da O_-TNK ein negatives Potential ist. Wenn die verschiedenen Schalter sich in der Stellung befinden, in der der Kondensator über den Operationsverstärker geschaltet ist, wie in Fig. 7 angegeben, arbeitet der Verstärker selbst als ein Puffer mit dem Verstärkungsfaktor 1, da der Ausgang mit dem Minus-Eingang ver­ bunden ist. Strom fließt durch den Kondensator 30 von rechts nach links und nach unten durch den Rampenkondensator 32, der dabei positiv aufgeladen wird. Der Strom entlädt den Pumpkon­ densator 30 und lädt den Rampenkondensator bis der Pumpkonden­ sator entladen ist. Die gesamte Ladung des Pumpkondensators ist dann in den Rampenkondensator überführt. Angenommen, daß das O_-TNK-Potential ein etwa 6,8 µF Kondensator ist, wird die volle Spannung auf den Pumpkondensator übertragen. Das Potential, das auf den Rampenkondensator übertragen wird, ist umgekehrt pro­ portional den relativen Kapazitäten des Rampen- bzw. Pumpkonden­ sators. Mit den angegebenen Größen ist jeder Schritt in der Rampe ¹/₃₀₀ des O_-TNK-Potentials. Die Schrittgröße bleibt im wesent­ lichen konstant. Die Neigung der Rampe hängt einerseits von der Geschwindigkeit ab, mit der die einzelnen Schritte aufeinander­ folgen, das ist hier die 32 K-Clock, andererseits von der Schrittgröße.

Das Rampenpotential, das sich über dem Kondensator 32 bildet, ist durch den Verstärker 22 gepuffert, so daß ein positives Potential über den Kondensator 32 auf die TIP-Elektrode gelangt. Die Dauer des Vorladeimpulses wird durch den Mikroprozessor bestimmt. Für die jeweils verwendeten Elektroden kann die Vorladeperiode durch Laborversuche bestimmt werden. Die Oberflächenkapazität einer Elektrode variiert in Abhängigkeit von dem Material, aus dem sie besteht und aus der Art, wie das Material behandelt ist. Der Stimulus nach Fig. 4 kann über jede Art von Leitung in einer salzigen Lösung zugeführt werden. Durch Umwandlung der ANLG_-CMP- Impulsfolge zurück in ein Analogsignal kann die Dauer der Vor­ ladung so eingestellt werden, daß sich ein minimales Potential auf der Elektrode im Anschluß an den 8 ms-Nachladungsintervall ergibt, der weiter unten beschrieben wird. Die Nachladedauer ist mit 8 ms festgelegt, da diese Zeit kurz genug ist, um das ange­ regte Signal abtasten zu können. Bei einer Nachladungsdauer von 8 ms ist eine Vorladeperiode typisch etwa 3 ms, wobei nochmals darauf hingewiesen wird, daß die verschiedenen Phasen in Fig. 4 nicht maßstäblich dargestellt sind.

Der Operationsverstärker erzeugt während des Vorladungsbetriebs­ zustandes das Rampenpotential, das sich über dem Kondensator 32 aufbaut. Dies erfolgt jedoch mit einer niedrigen Ausgangsim­ pedanz, so daß Strom in die TIP-Elektrode getrieben wird. Der Kondensator 26 muß für eine Sperrspannung von etwa 3 V ausgelegt sein. Bei einer VDD-Speisung von 2,8 V ist der maximale Ausgang des Operationsverstärkers weniger als 3 V. Zunächst liegt ein Ruhespannungspotential über dem Kondensator 26, wie oben unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Das Ruhespannungspotential kann eine der beiden Polaritäten haben. Die Spannung über dem Konden­ sator kann somit die Polarität ändern, wenn der Kondensator während der Vorladephase aufgeladen wird.

Bei einem programmierbaren Herzschrittmacher ist einer der Parameter, die ein Arzt einstellen kann, die Dauer der Vorladung, obwohl dies nicht in der Zeichnung dargestellt ist. Mit Hilfe der Telemetrie ist der Arzt in der Lage, das Elektrogrammsignal, das festgestellt wird, zu beobachten. Der Arzt kann graduell die Amplitude der Schrittimpulse reduzieren unter Beobachtung des festgestellten Signals bis dessen Ermittlung verlorengeht. Was er im Anschluß an die Vorladeperiode dabei beobachtet, ist der Artifact, der 8 ms nach Erzeugung eines Stimulus abgetastet wird. Die Vorladedauer kann dann so verstellt werden, daß der Artifact minimiert wird. Es ist auch vorgesehen, daß die gesamte Sequenz automatisiert werden kann, so daß der Herzschrittmacher auto­ matisch die Dauer der Vorladeperiode einstellt. Wie noch zu beschreiben sein wird, ermöglichen die speziellen Schaltungsmerk­ male der Erfindung einen automatischen Ladungsausgleich unab­ hängig von der Amplitude des Schrittmacherimpulses, d. h. un­ abhängig davon, welche Größe das O_-TNK-Potential hat. Hierdurch alleine wird jedoch nicht der Artifact eliminiert, der der Nach­ ladeperiode folgt. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß die Ladungen, die während der beiden Phasen geliefert werden, ein solches Verhältnis haben, daß das Potential an der Spitzenquelle 0 ist. Es wird erwartet, daß eines Tages Vorrichtungen entwickelt werden, mit denen es möglich ist, daß der Herzschrittmacher automatisch die relativen Ladungshöhen, die während der beiden positiven Phasen geliefert werden, einstellt, um das Abtasten eines angeregten Signals im Anschluß an die Nachladephase zu verbessern.

Das Arbeiten der Schaltung während der Stimulusphase ist in Fig. 8 dargestellt. Wie aus der Tabelle nach Fig. 3 ersichtlich, ist jetzt der Schalter 8 geschlossen und der Schalter 14 ist dafür geöffnet. Wie aus Fig. 2A ersichtlich, wird durch Öffnen des Schalters 14 der Auslaß des Operationsverstärkers von der TIP-Leitung abgetrennt und durch das Schließen des Schalters 8 wird der Kondensator, über den sich das O_-TNK-Potential ausge­ bildet hat, mit dem Ausgangskondensator 26 verbunden. Der O_-TNK- Kondensator wird jetzt entladen und erzeugt den negativen Stimulus. Während der Dauer des Impulses wird der Kondensator in bekannter Weise etwas entladen. Aus diesem Grunde ist in Fig. 4 der negative Stimulus mit einer sich verringernden Amplitude während seiner etwa 0,5 ms-Dauer dargestellt. Diese Verringerung der Pulsamplitude könnte minimiert werden durch Verwendung eines Kondensators mit einer Kapazität größer als die des konventionellen 6,8 µF-Kondensators, der typischerweise benutzt wird. Ein größerer Kondensator würde jedoch ein größeres Volumen benötigen. Ein größerer Kondensator würde darüber hinaus eine längere Zeit benötigen, um auf das O_-TNK-Potential aufgeladen zu werden, wenn der Mikroprozessor entscheidet, daß die Amplitude des Schritt­ macherimpulses eine Änderung erfordert.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Schalter 15 bis 18 nach wie vor eine Rampenspannung über dem Kondensator 32 erzeugen. Dies ist jedoch unerheblich, da der Ausgang des Verstärkers 22 nicht mehr mit dem "PACE"-Stift verbunden ist.

Die aktive Nachladephase ist in Fig. 9 dargestellt. Der Schalter 14 ist wieder geschlossen, so daß der Ausgang des Verstärkers 22 die TIP-Leitung treibt. Der Verstärker wird jetzt benutzt, um die dritte Phase, einen positiven Impuls, einzuleiten. Der Verstär­ kerausgang muß dabei auf den "PACE"-Stift geschaltet sein. Der Schalter 8 ist geöffnet, so daß das O_-TNK-Potential die TIP- Leitung nicht mehr treibt. Mit geschlossenem Schalter 11 liegt der Plus-Eingang des Verstärkers an der Verbindung der 3 M und 100 K-Widerstände, wie in Fig. 9 dargestellt. Schließlich werden die Kondensatoren 30 und 32 auf die Ruhebedingungen zurückgeführt. Dabei ist der Rampenkondensator vollständig entladen und der Pumpkondensator liegt am O_-TNK-Potential in Vorbereitung für einen weiteren Zyklus. Dieser Schaltzustand nach Fig. 9 bedarf besonderer Beachtung.

Wie in der Tabelle nach Fig. 3 wiedergegeben, ist während der aktiven Nachladung der Schalter 10 geschlossen, so daß der Auslaß des Verstärkers 22 mit dem Minus-Einlaß verbunden ist. Da der Schalter 10 geschlossen ist, ist der TIP über einen 100 K-Wider­ stand mit dem Plus-Eingang des Verstärkers verbunden. Die anderen geschlossenen Schalter halten die Potentiale über den Konden­ satoren 30 und 32 auf ihren Ruhepegeln. Der Kondensator 26 er­ zwingt einen Ladungsausgleich, wie bei vergleichbaren Konden­ satoren gemäß dem Stand der Technik, und zwar aufgrund der Tatsache, daß kein Nettostrom vorhanden ist, der durch den Kon­ densator fließt und damit zur TIP-Leitung. Der Kondensator dient gleichzeitig als Sicherheitselement, da er verhindert, daß Gleichstrom zum Herzen fließt, etwas, was im Hinblick auf bestimmte Fehlfunktionen der integrierten Schaltung verheerend sein könnte. Um den Abbau der im Körpergewebe gespeicherten Ladungen zu beschleunigen, wird beim Stand der Technik im An­ schluß an die Erzeugung eines negativen Stimulus die rechte Seite des Kondensators 26 mit der Masse verbunden. Genau dies ist in Fig. 10 dargestellt für einen Betriebszustand, der als passive Nachladung bezeichnet wird.

Für den Fall, daß eine aktive Nachladung nicht gewünscht ist, ist der der Schalter 9 anstatt des Schalters 14 geschlossen, wie in der Tabelle nach Fig. 3 angegeben. Wie aus Fig. 2A erkennbar, wird hierdurch bewirkt, daß die rechte Seite des Kondensators 26 in Fig. 10 mit der Masse verbunden wird anstatt mit dem Ausgangs des Operationsverstärkers 22, wie in Fig. 9 dargestellt. Während der aktiven Nachladung wird mit der Spannung über den Konden­ sator, der den Operationsverstärker treibt, nicht nur der Kon­ densator entladen, sondern es werden auch die Ladungen, die in den Körpergeweben verblieben sind, abgeleitet.

Die linke Seite des Kondensators ist über einer 100 K-Widerstand mit dem Plus-Eingang des Verstärkers verbunden. Der Widerstand ist aus Sicherheitsgründen notwendig. Er begrenzt den Strom, der an die TIP-Elektrode abgegeben werden kann, selbst für den Fall, daß der Plus-Eingang des Verstärkers auf die typisch 2,8 V- Speisung begrenzt ist. Der Strom ist weiter begrenzt durch die 200 K-Widerstände, die die Anoden über die Schalter 5 und 6 während des normalen ECG-Processing mit der Masse koppeln. Die Schalter 1 und 2 werden offen gehalten, um nicht das Gehäuse und den Ring mit der Masse kurzzuschließen. Wie in Fig. 9 darge­ stellt, bilden die 100 K- und 3 M-Widerstände einen Spannungs­ teiler, so daß ³⁰/₃₁ der Kondensatorspannung über den Eingängen des Operationsverstärkers liegt. Der Ausgang des Verstärkers wird positiv getrieben und Strom fließt nach links durch den Kon­ densator und die TIP-Leitung. Die Wellenform des Stromes ist im wesentlichen unabhängig von der Impedanz des Körpers, durch die der Strom fließt.

Der Ausgang des Operationsverstärkers wird mit dem "PACE"-Knoten über den Schalter 14 verbunden, obwohl dieser Schalter in der Zeichnung 9 nicht dargestellt ist. Der Schalter hat typisch eine Impedanz von 100 Ohm. Die Impedanz des Körpers bezogen auf die TIP-Elektrode ist ähnlich in der Größenordnung von einigen 100 Ohm. Dies ist der Grund dafür, daß Strom durch den Konden­ sator in den Körper fließt und nicht durch den 100 K-Widerstand. Am Beginn der aktiven Nachladung steigt die Spannung an der TIP-Leitung plötzlich an, wie in der Wellenform nach Fig. 4 dargestellt. Die tatsächliche Erhöhung des Potentials hängt von dem Verhältnis der Körperimpedanz zu der Impedanz des Schalters ab. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die positive Potentialspitze am Beginn der Nachladephase etwas höher als die Rampenspitze am Ende der Vorladephase. Abhängig vom Verhältnis der Impedanzen und der Größe der Ladung, die während der Vorladephase abgegeben wird, kann aber die Spitze der Nachladung auch kleiner sein als die Spitze der Vorladung.

Auf alle Fälle tritt der Strom, der während der aktiven Nach­ ladeperiode fließt, in die rechte Seite des Kondensators ein und verläßt diesen auf der linken Seite. Der Stromfluß hört auf, wenn eine Gleichgewichtsbedingung erreicht ist. Das Potential über den Kondensator ist in diesem Fall gleich der Ruhespannung über den beiden Eingängen des Verstärkers. Dies ist genau die Bedingung, die oben in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 5 beschrieben ist. Es sei in Erinnerung gerufen, daß die Ladung des Potentials 26 auf das Ruhepotential gebracht wird, während das System eine Herzaktivität abtastet. Das bedeutet, daß am Ende der Nachlade­ phase der Kondensator genau die gleiche Ladung hat, die er unmittelbar vor Beginn der Vorladephase hatte. Dies bedeutet wiederum, daß Ladungsausgleich erzielt worden ist. Wesentlicher ist noch, daß der Ladungsausgleich sehr schnell erzielt wird, da während des Ausgleichprozesses das Potential über dem Kondensator verursacht, daß der Verstärker das Potential aktiv in entgegen­ gesetzter Richtung treibt.

Es sei darauf hingewiesen, daß mit einer Impedanz für den Schalter 14 von etwa 100 Ohm die Zeitkonstante des Ladekreises unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Kondensator 26 eine Größe von 6,8 µF hat, nur 0,68 ms beträgt. Das bedeutet, daß gut vor der Nachladedauer von 8 ms Ladungsausgleich erzielt wird. Wenn eine passive Nachladung verwendet wird, ist der Zeitraum für die Wiederaufladung wie beim Stand der Technik sehr viel länger. Typisch erfordert es 50 bis 150 ms, bevor eine Abtastung wieder zuverlässig wird. Dies ist zu vergleichen mit der 8 ms-Dauer der aktiven Nachladeperiode gemäß der Erfindung. Der größte Teil des angeregten Potential, das der Erzeugung eines negativen Stimulus erfolgt, tritt während der ersten 30 ms auf, die dem Stimulus folgen. Auf diese Weise kann durch Anwendung der Erfindung der größte Teil des angeregten Potentials abgetastet werden.

Beim Stand der Technik ist in Verbindung mit nur einem positiven Puls in Folge auf den negativen Stimulus vorgeschlagen, einen Kondensator, wie die rechte Seite des Kondensators 26, auf eine positive Potentialzufuhr zu legen. Das Problem, das hierbei auftritt, ist, daß keine Möglichkeit besteht zu wissen, wie lange die Verbindung aufrechterhalten werden muß. Es ist nicht genug, die positiven und negativen Impulsphasen in ihrer Dauer gleich zu machen, da die Impedanz der Körpergewebe während der positiven Phase im allgemeinen niedriger ist, als während der negativen Phase. Daher würden die Ladungen, die in beiden Richtungen fließen, während der Kondensator mit den beiden Quellen verbunden ist, nicht notwendig gleich sein. Es würde daher länger dauern, bis die verbliebenden Ladungen abgebaut sind. Gemäß der Erfindung wird dagegen ein aktiver Antrieb vorgesehen, um die Ladung zu treiben bis, und nur bis der Ausgleich erzielt ist. Es ist bekannt, wann die Ladung ausgeglichen ist, da der Kondensator die Nachladungsphase nur so lange treibt, bis er sich genau in dem­ selben Zustand befindet, in dem er sich vor der Vorladephase befand. Darüber hinaus findet sich Nachladephase statt, während eine kleine Zeitkonstante die Ausgangsschaltung kennzeichnet, so daß ein verläßliches Abtasten aufgenommen werden kann, bevor das angeregte Potential verschwunden ist.

Es dürfte nunmehr klar sein, weshalb der Kondensator in Fig. 5 in der recht ungewöhnlichen Konfiguration geschaltet ist, auf die oben Bezug genommen ist. Die Schaltung in Fig. 5 stellt sicher, daß das Potential über dem Kondensator gleich dem Ruhepotential des Verstärkers 22 ist. Der einzige Grund für die Entwicklung dieses Potentials über dem Kondensator während des ECG-Processing besteht darin, daß es dieses Potential ist, das sich über dem Kondensator entwickelt, wenn die Nachladung abgeschlossen ist. Dieses Merkmal ist jedoch nicht kritisch, insbesondere wenn das Ruhepotential des Operationsverstärkers niedrig ist. Der vielleicht wesentlichste Aspekt der Erfindung besteht in der Anordnung des Standardkoppelkondensators im Rückkopplungsweg des Operations­ verstärkers, so daß der Kondensator schnell getrieben wird mit dem gesamten Strom, der durch den Kondensator und den Körper fließt. Auf diese Weise stoppt der getriebene Strom automatisch, wenn der Kondensator in seine Ruhebedingung zurückgekehrt ist und, da der gesamte Strom durch den Körper fließt, auch der Körper zu seiner Ruhebedingung zurückgekehrt ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht weiter darin, daß der Vorladestrom sich mit der Größe des O_-TNK- Potentials ändert und damit auch die Amplitude des Stimulus. Wie oben beschrieben in Verbindung mit der Wiedergabe der Vorladung in Fig. 7, bestimmt das O_-TNK-Potential die Amplitude des Vor­ ladeimpulses. Ähnlich bestimmt, wie in Verbindung mit der Stimulus-Zeichnung nach Fig. 8 und der Wellenform nach Fig. 4 beschrieben, das O_-TNK-Potential die Amplitude des negativen Stimulus. Änderungen des O_-TNK-Potentials beeinflussen damit in keiner Weise den Ladungsausgleich. Die Ladung, die während der Vorladephase geliefert wird, ist proportional zu der Ladung, die während des Stimulus abgegeben wird. Im allgemeinen reicht es aus, wenn die Ladungen einander im wesentlichen proportional sind, d. h. wenn die beiden Ladungen einander proportional sind innerhalb einer Grenze von 10%. Wie oben beschrieben, ist es für die Möglichkeit einer verläßlichen Abtastung kurz nach dem negativen Stimulus nicht ausreichend, daß die Nettoladung 0 ist. Wichtig sind die relativen Ladungsmengen in den beiden positiven Wellenfronten. Dies ist eine Funktion der zeitlichen Aufeinander­ folge der drei Phasen in den einzelnen Zyklen. Die Dauer des Vorladeimpulses wird gesteuert, um maximale Wirkung zu erzielen. Die Ladungs- und zeitliche Abhängigkeit wird danach nicht durch Änderungen des O_-TNK-Potentials beeinträchtigt, da dieses Potential die Ladungen bestimmt, die während der beiden ersten Phasen in proportionaler Weise abgegeben werden.

Die Erfindung ist auch anwendbar für Zweiphasenimpulse, in denen ein aktiver Nachladungsimpuls, aber kein Vorladeimpuls vorliegt. Nach dem Stand der Technik war die Ladung, die während der Vor­ ladeperiode abgegeben wurde, abhängig von der Impedanz des Körper. Da die Körperimpedanz variiert, konnte ein Ladungsaus­ gleich während der aktiven Periode nicht gesteuert werden. Der Koppelkondensator war zwar in der Lage, einen Ladungsausgleich herbeizuführen. Hierfür wurde jedoch eine längere Zeit benötigt, da keine Möglichkeit für die Schaltung bestand, genau zu wissen, wann die aktive Nachladung zu unterbrechen war, d. h. wann ein Ladungsausgleich erzielt war. Bei der Schaltung gemäß der Erfin­ dung besteht dagegen selbst bei Abwesenheit eines Vorladeimpulses eine aktive Nachladung bis, und nur bis ein Ladungsausgleich erzielt wird, und dieses im wesentlichen unabhängig von der Körperimpedanz.

Obwohl die Erfindung beschrieben ist unter Bezug auf eine spezielle Ausführungsform, ist zu verstehen, daß diese Aus­ führungsform lediglich die Anwendung der Prinzipien der Erfindung illustrieren soll. Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modi­ fikationen möglich und auch andere Anordnungen können Anwendung finden.

Claims (30)

1. Schaltung zur Erzeugung eines Stimulus in einem Herzschritt­ macher mit einer Elektrode, einem Koppelkondensator und Mitteln für die Steuerung eines isolierten Stimuluszyklus, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen der Fluß eines negativen Stimulierungsstroms über den Koppelkondensator zu der Elektrode veranlaßt wird und Mittel, die durch die Kondensatorspannung getrieben werden, um über den Konden­ sator anschließend einen positiven Strom der Elektrode zuzuführen, bis die Kondensatorspannung auf ihren Wert zurückkehrt, den sie vor Beginn des isolierten Stimulus­ zyklus besessen hat, wobei die Mittel zur Anlegung des positiven Stroms wirksam sind, um einen Strom anzulegen, der eine Funktion der Kondensatorspannung ist, aber im wesent­ lichen unabhängig ist von der Ladungsimpedanz des Körpers, mit dem die Elektrode gekoppelt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines positiven Stromflusses durch den Kondensator und die Elektrode unmittelbar vor dem Fluß des negativen Stimulierungsstromes.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Arbeitszyklus die Nettoladung, die der Elektrode zugeführt wird, gleich 0 ist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden nach Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Änderung der Amplitude des negativen Stimulierungsstromes und Mittel für die Steuerung der positiven Ladung, die der Elektrode unmittelbar vor dem Fluß des negativen Stimulierungsstromes zugeführt wird derart, daß diese im wesentlichen proportional der negativen Ladung ist, die während des Flusses des negativen Stimu­ lierungsstromes abgegeben wird, und zwar unabhängig von der Amplitude.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Stromfluß unmittelbar vor dem Fließen des negativen Stimulierungsstromes als Rampe ausgebildet ist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Rampe und die Ampli­ tude des negativen Stimulierungsstromes im wesentlichen einander proportional sind und daß die Dauer der Rampe so gewählt ist, daß das Restpotential der Elektrode unmittelbar nach Anlegen des positiven Stromes minimiert wird.

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe und die Amplitude des negativen Stimulierungsstromes einander im wesentlichen proportional sind und daß die Dauer der Rampenwelle so gewählt ist, daß das Restpotential an der Elektrode unmittelbar nach Anlegen des anschließenden positiven Stromes so weit herabgesetzt ist, daß eine verläßliche Abtastung eines Herzschlagsignals an der Elektrode zu möglich ist, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ladungen, die der Elektrode vor dem und anschließend an den negativen Stimu­ lierungsstrom zugeführt wird derart ist, daß das Rest­ potential der Elektrode unmittelbar, nachdem der nach­ folgende positive Strom angelegt ist, niedrig genug ist, um ein zuverlässiges Abtasten des Herzschlagsignals zu ermög­ lichen, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist.

9. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anlegen des positiven Stroms einen Operationsverstärker aufweisen, in dessen Rückkopplungsweg der Kondensator geschaltet ist.

10. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker einen positiven Stromfluß verursacht, bis die Kondensatorspannung so weit reduziert ist, daß das Ruhepotential gestützt wird, das über den Eingängen des Operationsverstärkers auftritt.

11. Schaltung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung des Operationsverstärkers, so daß dieser als Abtastwertverstärker arbeitet.

12. Schaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen der Operationsverstärker so gesteuert wird, daß er als Abtastwertverstärker arbeitet, mit dem gleichzeitig über den Kondensator ein Potential erzeugt wird, das gleich dem Potential über den Kondensator nach Beendigung des anschließenden positiven Stromflusses ist.

13. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Strom und die positiven Ströme in Amplitude und Zeit so aufeinander abgestimmt sind, daß das Restpotential der Elektrode unmittelbar nach Auf­ bringen des nachfolgenden positiven Stromes so niedrig ist, daß mit der Elektrode ein Herzschlagsignal, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist, zuverlässig abtastbar ist.

14. Schaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11, gekennzeichnet durch Mittel für die Steuerung des Operationsverstärkers, so daß dieser als ein Signalverstärker arbeitet, und durch Mittel, die wirksam sind, während der Verstärker als Signalver­ stärker arbeitet, um gleichzeitig über dem Kondensator ein Potential aufzubauen, das gleich dem Potential ist, das über dem Kondensator am Ende des darauffolgenden positiven Strom­ flusses vorhanden ist.

15. Schaltung zur Erzeugung eines Stimulus in einem Herzschritt­ macher mit einer Elektrode, einem Koppelkondensator und Mitteln für die Steuerung eines isolierten Stimuluszyklus, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines positiven Stromflusses durch den Kondensator und die Elektrode, Mittel zur Erzeugung eines negativen Stimulierungsstroms, der durch den Kondensator zu der Elektrode fließt, durch die Konden­ satorspannung getriebene Mittel für die Anlegung eines an­ schließenden positiven Stromes an die Elektrode durch den Kondensator, bis die Kondensatorspannung auf ihren Wert zurückgeht, die dieser vor Erzeugung des positiven Stromes am Beginn des isolierten Stimuluszyklus hat, durch Mittel zur Änderung der Amplitude des negativen Stimulierungs­ stromes und Mittel zur Steuerung der Amplitude des positiven Stromflusses unmittelbar bevor der negative Stimulierungs­ strom fließt, so daß die Amplitude des positiven Strom­ flusses im wesentlichen proportional zur Amplitude des negativen Stimulierungsstroms ist, unabhängig von der Amplitude.

16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Stromfluß unmittelbar vor dem Fluß des negativen Stimulierungsstromes die Form einer Rampenwelle hat.

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Rampenwelle und die Amplitude des negativen Stimulierungsstromes im wesentlichen einander proportional sind und daß die Dauer der Rampenwelle so ist, daß das Restpotential an der Elektrode unmittelbar nach Anlegen des anschließenden positiven Stromes ein Minimum beträgt.

18. Schaltung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Restpotential an der Elektrode unmittelbar nach dem darauffolgenden positiven Stromfluß niedrig genug ist, um zuverlässig an der Elektrode ein Herzschlagsignal fest­ zustellen, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist.

19. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ladungen, die der Elektrode vor und im Anschluß an den negativen Stimulierungsstrom zugeführt wird, derart ist, daß das Restpotential an der Elektrode unmittel­ bar im Anschluß an den anschließenden positiven Stromfluß niedrig genug ist, um zuverlässig ein Herzschlagsignal festzustellen, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist.

20. Schaltung nach Anspruch 15, bei der die Mittel zum Auf­ bringen des positiven Stromes einen Operationsverstärker aufweisen, in dessen Rückkopplungsweg der Kondensator geschaltet ist.

21. Schaltung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des Operationsverstärkers derart, daß dieser als Signalverstärker arbeitet und Mittel, die wirksam sind, während der Verstärker als Operationsverstärker arbeitet, um gleichzeitig über dem Kondensator ein Potential zu erzeugen, das dem Potential gleich ist, das über dem Kondensator auftritt bei Beendigung des darauffolgenden positiven Strom­ flusses.

22. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Strom und die positiven Ströme ein Verhältnis von Amplitude zu Zeitdauer haben, daß das Restpotential an der Elektrode unmittelbar im Anschluß an den darauffolgenden positiven Stromfluß niedrig genug ist, um ein Herzschlag­ signal, das durch den negativen Stimulierungsstrom angeregt ist, zuverlässig abzutasten.

23. Verfahren zur Minimierung des Restpotential an einer Herz­ schrittmacherelektrode im Anschluß an einen Schrittstimulus, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Verwendung eines Differentialverstärkers, um die Herzaktivität abzutasten durch Kopplung der Stimu­ lierungs- und Referenzelektroden des Schrittmachers mit dessen Eingängen,
• b) beim Feststellen der Herzaktivität Aufrechterhaltung einer Ruhespannung über einen Kondensator, der mit der Stimulierungselektrode gekoppelt ist, die gleich der Ruhespannung des Differentialverstärkers ist und
• c) Erzeugung eines dreiphasigen Stimulus, dessen erste und dritte Phase eine Polarität haben und dessen zweite Phase die andere Polarität hat, wobei
  • i) die erste und zweite Phase über den Kondensator abgegeben werden und Spannungen aufweisen, die zueinander im wesentlichen proportional sind, wobei die erste Phase mit der Ruhespannung über den Kondensator beginnt und
  • ii) die dritte Phase die Benutzung einer Spannung über den Kondensator einschließt, um einen Strom durch den Kondensator und die Stimulierungselektrode zu treiben, bis die Spannung über dem Kondensator wieder der Ruhespannung entspricht.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase in Form einer Rampe erzeugt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß selektiv die Amplitude der zweiten Phase variiert wird, während die relativen Amplituden der drei Phasen im wesent­ lichen proportional zueinander bleiben.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Restpotential unmittelbar am An­ schluß an die dritte Phase so weit herabgesetzt ist, daß ein angeregtes Signal auch im Falle eines isolierten Schritt­ stimulus zuverlässig feststellbar ist.

27. Verfahren zur Minimierung des Restpotentials an einer Elektrode eines Herzschrittmachers im Anschluß an die Erzeugung eines isolierten Schrittstimulus, gekennzeichnet durch die Schritte:

• a) Kopplung einer einen Stimulus erzeugenden Schaltung mit der Schrittmacherelektrode über einen Kondensator,
• b) Betreiben der Schaltung zur Erzeugung eines drei­ phasigen Stimulus, dessen erste und dritte Phase eine Polarität haben und dessen zweite Phase die andere Polarität hat, wobei
  • i) die erste und zweite Phase über den Kondensator abgegeben werden und Spannungen aufweisen, die zueinander im wesentlichen proportional sind, und
  • ii) die dritte Phase die Benutzung einer Spannung über den Kondensator einschließt, um einen Strom durch den Kondensator und die Stimulierungselektrode zu treiben, bis die Spannung über dem Kondensator wieder der Ausgangsspannung vor Erzeugung des Stimulus entspricht.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase in Form einer Rampe erzeugt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß selektiv die Amplitude der zweiten Phase variiert wird, während die relativen Amplituden der drei Phasen im wesent­ lichen proportional zueinander bleiben.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Restpotential unmittelbar im An­ schluß an die dritte Phase so weit herabgesetzt ist, daß ein angeregtes Signal auch im Falle eines isolierten Schritt­ stimulus zuverlässig feststellbar sind.