DE2638564A1

DE2638564A1 - Schrittmacher

Info

Publication number: DE2638564A1
Application number: DE19762638564
Authority: DE
Inventors: Alexis C M Renirie
Original assignee: Vitatron Medical BV
Current assignee: Vitatron Medical BV
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1977-03-17
Also published as: NL7609376A; US4043347A; GB1563508A; US4097766A

Description

Schrittmacher

Die Erfindung betrifft einen nach Bedarf arbeitenden Schrittmacher, der dann, wenn er keine natürlichen Herzschläge feststellt, Reizungsimpulse bereitstellt und dann, wenn natürliche Kerzschläge auftreten, keine Reizungsimpulse bereistellt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die dem Patienten Reizungsimpulse und dem Schrittmacher die dem natürlichen Herzschlägen des Patienten entsprechende Signale übertragen. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf physiologische Anregungs- oder Reizungsgeräte und insbesondere auf Herzschrittmacher, die nach Bedarf arbeiten und eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen.

Herzschrittmacher sind allgemein bekannt. Derartige Herzschrittmacher werden häufig in den Körper eines Patienten implantiert oder auch bei Patienten auf Intensivstationen oder in Herzkliniken zeitweilig für Patienten benutzt.Daß sich Herz-

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schrittmacher in der hedizin durchgesetzt haben, goht beispielsweise daraus hervor, dass Herzspezialisten und Mediziner überhaupt Herzschrittmacher sehr häufig einsetzen. Es besteht jedoch ein starker Bedarf, Herzschrittmacher zu verbessern, sowohl hinsichtlich den Funktionen, die die Herzschrittmacher ausüben sollen, als auch hinsichtlich der Wirksamkeit und Zuverlässigkeit derartiger .Punktionen. Im selben Masse, wie die vom Herzschrittmacher durchgeführten Punktionen und die verschiedenen Zielsetzungen und Aufgabenstellungen wachsen, steigen auch die Anforderungen an die bei Herzschrittmachern verwendeten Schaltungen, die dadurch immer komplizierter und aufwendiger werden. Dies verringert jedoch die Zuverlässigkeit und die Wirksamkeit derartiger Herzschrittmacher und führt dazu, dass die Leistungsaufnahme derartiger Herzschrittmacher immer höher wird. Es besteht daher ein grundsätzliches Bedürfnis nach zuverlässigen Herzschrittmachern, die die gewünschten Herzschrittmacherfunktionen und -aufgaben wirkungsvoll durchführen bzw. lösen, wobei die Leistungsaufnahme auf Grund dessen, dass die Leistung der Versorgungsquelle begrenzt ist, möglichst klein gehalten werden soll. Darüberhinaus wird eine Integrität der Arbeitsweise angestrebt, die im wesentlichen von der Art und dem Zustand der Versorgungsquelle unabhängig ist. Darüberhinaus soll auch die Betriebsweise _:und Funktionsweise derarti-■ger Herzschrittmacher veränderbar und anpassbar sein.

Eine der wichtigsten Funktionen von Herzschrittmachern, bzw. ein wichtiges Ziel, das bei der Entwicklung von Herzschrittmachen ins Auge zu fassen ist, besteht darin, dass Herzschrittmachen nach Bedarf arbeiten sollen, wobei sie frei schwingen bzw. unbeeinflusst arbeiten und Reizungsimpulse bereistellen sollen, wenn das Herz des Patienten keine natürlichen Impulse erzeugt. Die Herzschrittmacher sollen jedoch keine Impulse bereitstellen, wenn festgestellt wird, dass das Herz des Patienten natürlich und fehlerfrei schlägt. Weitere wünschenswerte Funktionen bestehen darin, dass eine Hysteresig auftreten soll, wobei die Zeitsteuerung des Herzschrittmachers veränderlich sein soll, wenn natürliche Herzschläge festgestellt werden, so

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uass auf diese Weise ein vergrösserter Bereich natürlicher Vorgänge möglich ist. Darüberhinaus soll ein Unterbrechungszeitraum, der jedem bereitgestellten Reizungssignal folgt, beobachtet werden, wobei unerwünschte künstliche, unnatürliche Signale und Störsignale nicht durchgelassen werden sollen, um den Oszillator des Herzschrittmachers während eines vorgegebenen Unterbrechungszeitraumes rückzusetzen, der jedem bereitgestellten Reizungssignal folgt. Eine weitere Punktion, die im Zusammenhang mit Herzschrittmachern wichtig ist, besteht darin, dass das Vorhandensein von Störsignalen oder Interferenzsignalen festgestellt wird, und dass die Arbeitsweise des Herzschrittmachers während derartiger Störungen ein- bzw. verstellt wird, um die Herzschrittmacher-Funktion in der vorgegebenen, gewünschten Weise wirksam zu machen und durchführen zu können. Alle diese genannten Funktionen und auch weitere Funktionen sind bei verschiedenen herkömmlichen Herzschrittmachern berücksichtigt worden. Es besteht aber dennoch ein starkes Bedürfnis nach Herzschrittmachern, die diese und andere Funktionen in einer Weise durchführen und ermöglichen, dass eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht wird und der Herzschrittmacher mit einem geringen Leistungsbedarf auskommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgäbe zugrunde, einen Herzschrittmacher zu schaffen, der nach Bedarf arbeitet und eine Vielfalt von Steuerfunktionen zulässt, wobei er mit einem möglichst geringem Leistungsbedarf auskommen soll und auf einfache Weise und genau ein- sowie verstellbar sein sollte, um die gewünschten Arbeits- und Betriebseigenschaften, sowie die gewünschten Funktionskennlinien zu zeitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1, 4, 6, 7 und 9 gekennzeichneten Herzschrittmacher gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Herzschrittmacher sind in den UnteranSprüchen angegeben.

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2±e erfindungsgemässen Herzschrittmacher enthalten einen Signalgenerator, der normalerweise Reizungsimpulse liefert, um diese einem Patienten bereitzustellen, einen Schwellwertverstärker mit hohem Verstärkungsgrad und einer hohen Ansprechgeschwindigkeit, um die empfangenen Signale zu verstärken und Steuerstufen, die zwischen dem Verstärker und dem Oszillator liegen, um eine Vielzahl erforderlicher und gewünschter Herzschrittmacher-Funktionen und -Betriebsweisen durchzuführen. Zwischen dem Verstärker und den Steuerstufen sind weitere Schaltungsteile enthalten, um den effektiven Verstärkungsgrad des Verstärkers zu verbessern und um die Stromaufnahme der Steuerstufen möglichst gering zu halten. Die Steuerstufen enthalten auch Schaltungsteile, um zwischen den verstärkten Signalen, die den empfangenen, natürlichen Herzschlägen entsprechen und den verstärkten Signalen, die den bereitgestellten Reizungsimpulsen entsprechen, zu unterscheiden. Weiterhin enthalten die Steuerstufen Schaltungseinrichtungen, um gleiche TJnterbrechungs- bzw. Überwachungszeiträume zu schaffen, die sowohl den bereitgestellten Reizungsimpulsen als auch den empfangenen natürlich Signalen folgen.

Die erfindungsgemässen Herzschrittmacher arbeiten also nach Bedarf und führen eine Vielzahl von Steuerfunktionen durch. Ihre Leistungsaufnahme ist sehr gering und es ist möglich, die gewünschten Betriebseigenschaften, -kennlinien und -kennwerte auf einfache Weise und genau einzustellen und zu verstellen. Die erfindungsgemässen Herzschrittmacher, die eine Mehrfachfunktion aufweisen und nach Bedarf arbeiten, funktionieren mit eine vorgegebenen Eingangssignalempfindlichkeit, die unabhängig von den Arbeitsbedingungen des Herzschrittmachers sind. Die erfindungsgemässen Herzschrittmacher kommen mit einem sehr geringen Leistungsbedarf aus. Die erfindungsgemässen Schrittmacher sind insbesondere als Herzschrittmacher bestens geeignet und führen mehrere gewünschte Steuerfunktionen mit einem Minimum an Schaltungsbauteilen und Komponenten aus. Sie können in Modulbauweise hergestellt werden, wobei zwischen den

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Modulen Steckverbindungen oder sonstige Verbindungen vorgesehen sind, so dass die einzelnen Herzschrittmacher durch leichten Austausch der in Modulbauweise vorliegenden Komponenten an bestimmte Aufgabe und Funktionen angepasst werden können, ohne dass die anderen Komponenten und in Modulbauweise vorliegenden Schaltungsstufen verändert werden müssen.

Die Erfindung schafft also einen nach Bedarf arbeitenden Schrittmacher, beispielsweise einen Herzschrittmacher, der Herzreizungsimpulse nach Bedarf bereitstellt. Der erfindungsgemässe Schrittmacher besitzt einen Oszillator, der ein Ausgangssignal bereitstellt, welches normalerweise zu den Reizungselektroden durchgelassen wird, einen Verstärker mit geringem Leistungsbedarf, der praktisch unempfindlich gegen Änderungen oder Schwankungen der Versorgungsspannung ist, und die empfangenen natürlichen Signale verstärkt, sowie Steuerstufen, die eine Vielzahl von Funktionen ausüben, einschliesslich des Rücksetzens des Oszillators nach jedem empfangenen natürlichen Signal. Bei Nichtvorliegen einer Störung wird das Rücksetzens des Oszillators während eines Unterbrechungszeitraumes verhindert bzw. blockiert, der entweder einen bereitgestellten Reizungsimpuls oder einem ::.detekti er ten natürlichen Signal folgt. Es sind Schaltungsteile vorgesehen, um zu verhindern, dass ein Reizungssignal zu dem Zeitpunkt bereitgestellt wird, an dem der Oszillator rückgesetzt wird. Es werden Stromquellen-Schaltungen verwendet, um den Verstärker und die Steuerstufen mit Energie zu versorgen. Die Verstärker arbeiten auch mit Stromtreiberstufen zusammen, die so ausgebildet sind, dass der Leistungsbedarf der Verstärker bzw. des gesamten Schrittmachers äusserst gering ist, wobei die Verstärker und der gesamte Schrittmacher unempfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

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1 ein Blockschaltbild mit den Baustuf en und Funktionskomponenten des erfindungsgemässen Schrittmachers, Fig. 2 die Schaltung dos erfindungsgemässen Schrittmachers, Fig. 3 eine Reihe von Kurven, anhand denen die Arbeits- und Funktionsweise des Herzschrittmachers erläutert wird, wenn keine natürlichen Herzschläge oder R-Schwingungen detektiert bzw. festgestellt werden, und

Fig. 4- eine Eeihe von Kurven, die der Erläuterung der Arbeitsweise des Schrittmachers dienen, wenn natürliche Herzschläge festgestellt werden, und/oder wenn Stör- oder Rauschsignale auftreten.

Anhand der Fig. 1 soll nachfolgend die Betriebsweise des erfindungsgemässen Schrittmachers beschrieben werden. Das zentrale Schaltungselement des Schrittmachers ist ein Oszillator 50, der im nicht ausgeschalteten Zustand mit einer festen Frequenz schwingt. Die Ausgangssignale oder Ausgangsimpulse des Oszillators 50, die hinsichtlich der Impulsform und der -stärke zur Reizung des Herzen eines Patienten gewählt sind, gelangen zu einer Verknüpfungsschaltung 51, die die Impulse normalerweise zum Katheter durchlässt, der die Herzsignale an die gewünschte Stelle im Herzen leitet. Wie rechts an der Verknüpfungsschaltung 51 dargestellt ist, übernimmt der Katheter oder andere Übertragungseinrichtungen sowohl die Aufgabe, die erzeugten Reizungssignale dem Herzen zu übertragen, als auch die natürlichen Herzschläge (die Sinus-Knoten) aufzunehmen und diese dann dem Schrittmacher zuzuleiten. Sowohl die erzeugten Reizungssignale als auch die empfangenen natürlichen Herzschlagsignale werden einem Verstärker 54· zugeleitet, der bei dieser Ausführungsform SchaltungsteiIe besitzt, die nur dann Ausgangssignale bereitstellen, wenn die Eingangssignale einen vorgegebenen Schwellwert unter- bzw. übersteigen. Diese Schaltungsstufe muss so ausgelegt sein, dass sie Signale, die der erwarteten Signalgrösse der physiologischen Signale, die überwacht werden sollen, entsprechen, in eine Signalstärke verstärken, die für die weitere Signalverarbeitung geeignet ist.Bei dem nach

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Bedarf arbeitenden Schrittmacher muss der Verstärker die in der Bauchhöhle erzeugten QRS-Schwingungen feststellen und verstärken. Daher muss der Schwellwert des Verstärkers 54 so eingestellt werden, dass die positiven oder negativen Signale mit einer Amplitude verstärkt werden, die grosser als die kleinste zu erwartende QRS-Schwingung ist. Es sei jedoch erwähnt, dass der in Pig. 2 dargestellte Verstärker gemäss der bevorzugten, erfindungsgemässen Ausführungsform so ausgebildet sein kann, dass er Signale mit einem breiten Amplituden- und Frequenzbereich detektieren kann und ein solcher Verstärker hinsichtlich seiner Frequenzansprech-Charakteristik nicht begrenzt ist. Im Zusammenhang mit Schrittmachern ist die Verstärkerbandbreite mit einem kHz festgelegt.

Der Ausgang des Verstärkers 54 ist mit einer kontinuierlich rückstellbaren monostabilen Stufe, die auch als monostabiler Multivibrator bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 55 versehen ist, verbunden. Diese monostabile Multivibrator dient zwei Aufgaben; Einmal erzeugt er ein geeignetes Signal zum Triggern der nachfolgenden Schaltungsstufe, nämlich des Oszillator-Rücksetz-Flip-Flop 56 und schafft eine Stör- bzw. Überlagerungs-Sperrung bzw. -Blockierung, so dass die Signalübertragung zum Flip-Flop 56 so lange verhindert wird, als die am Ausgang des Verstärkers 54· erscheinenden, aufeinanderfolgenden Signale voneinander um einen Zeitraum beabstandet sind, der kleiner als ein vorgegebenes Stör- oder Überlagerungsintervall ist. Der monostabile Multivibrator 55 ist also die zentrale Steuerstufe zur Ausführung der gewünschten Stör- bzw. Überlagerungs-Sperrfunktion. Der monostabile Multivibrator 55 ist auch Teil des Schaltungsweges zur Erzeugung des erforderlichen Signales für den Rücksetzoszillator 50, wenn ein natürliches Herzsignal festgestellt wird. Der Oszil·- lator-Rücksetz-Flip-Flop 56 ändert gemäss dem bevorzugten Ausführung sb ei spiel bei einem vom monostabilen Multivibrator 55 bereitgestellten nach oben schwingenden Signal seinen Binärzustand, wenn am Rücksetzeingang kein Rücksetzsignal auftritt. Wenn der Flip-Flop 56 getriggert wird, stellt dieser dem Oszillator 50 ein Ausgangssignal zur Rücksetzung der Zeitsteuerung

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bereit, so dass der Oszillator 50 an den Beginn des Zeitsteuerzyklus gesetzt und die Erzeugung eines Reizungssignales während eines Zeitraumes verhindert wird, der dem Schrittmacher-Ausschaltintervall (pacer escape interval) entspricht. Das Schrittiaacher-Ausschaltinterval wird natürlich durch den Ausschalt-Z ei träum des Oszillators festgelegt. Das Ausgangssignal des I¹Up-I¹Iop 56 gelangt weiterhin zu einem zweiten Flip-Flop 591 der als Sperr/Hysteresis-Flip-Flop gezeichnet wird. Dieses Signal gelangt zum Setzeingang des letztgenannten Flip-Flops und setzt ihn. Der Oszillator 50 erzeugt zu dem Zeitpunkt, bei dem er entweder rückgesetzt ist, ausgeschaltet ist, oder ein Eeizungssignal liefert, ein Ausgangssignal, das einem zweiten monostabilen Multivibrator 58 zugeleitet wird, der als Unterbrecher- oder Refractory-Multivibrator bezeichnet wird. Der monostabile Multivibrator 58 entspricht dem monostabilen Multivibrator ^ und wird bei Auftreten entweder eines bereitgestellten Reizungsimpulses oder bei Rücksetzen des Oszillators 50 in den instabilen Binärzustand gesteuert. Bei Steuerung in den hohen oder instabilen Binärzustand stellt der monostabile Multivibrator 58 ein Rücksetzsignal bereit, das an den Rücksetz-Anschluss des Flip-Flops 56 gelangt. Weiterhin stellt der monostabile Multivibrator 58 im selben Falle auch dem Flip-Flop ein Triggersignal bereit. Der monostabile Multivibrator 58 ist so ausgebildet, dass er während eines Zeitraumes, der dem gewünschten Unterbrecher-Zeitraum entspricht, im eigenen stabilen Zustand verbleibt, derart, dass der Flip-Flop 56 während eines Zeitraumes, der der Unterbrecherperiode entspricht, rückgesetzt wird und damit nicht auf ein Eingangstaktimpuls anspricht. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 58 gelangt auch zum Flip-Flop 59» der dann und nur dann getriggert wird, wenn an dessen Setzeingang ein Setzsignal auftritt, d. h. der Flip-Flop 59 wird nur dann getriggert, nachdem der Flip-Flop gesetzt ist. Der Flip-Flop 59 wird nach Änderung des Binärpegels am Ausgang des monostabilen Multivibrators 58 getriggert und bleibt während eines Zeitraumes, der dem vom monostabilen Multivibrator 58 gesetzten Zeitraums gleich ist, im geänderten Binärzustand . Bei Änderung des Binärzustandes stellt der Flip-

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^lop 58 der "Verknüpfungsschaltung 51 ein Binärsignal bereit, so dass zu dem Zeitpunkt, bei dem der Oszillator rückgesetzt ist, keine Reizungssignale durch die Verknüpfungsschaltung zum Katheter gelangen können. Es sei jedoch bemerkt, dass dann kein Sperrsignal erzeugt wird, wenn der Oszillator ausgeschaltet ist, weil ein Setzsignal dem Flip-Flop 59 bereitgestellt worden ist. Zur gleichen Zeit, zu der das Sperrsignal erzeugt wird, und nur dann, wenn das Sperrsignal erzeugt wird, wird eine dem Oszillator 50 zugeordnete Hysteresisstufe in Funktion gesetzt, so dass das Oszillator-Ausschaltintervall entsprechend einer geringeren Tast- bzw. Frequenzrate eingestellt wird, solange natürliche Signale auftreten.

Nachfolgend soll anhand -von Fig. 2 die ins einzelne gehende Schaltungsanordnung des erfindungsgemässen Schrittmachers beschrieben werden. Zunächst wird der Oszillator erläutert. Die Zeittaktsteuerung wird in der Hauptsache durch das Aufladen des Kondensators 91 und durch die Wirkungsweise der Transistoren 72 und 73 bewirkt. Die Transistoren 72 und 73 befinden sich abwechselnd entweder beide im leitenden oder im beide im nicht leitenden Zustand. Der Emitter des Transistors 72 wird mit einer positiven Spannung beaufschlagt und die Basis ist über die Diode 81 mit einem Anschluss des Kondensators 91 verbunden. Der andere Kondensatoranschluss ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 102 und 103 verbunden. Der Widerstand 102 liegt über einen Widerstand 101 an der positiven Spannungsklemme und ist auch mit der Basis des Transistors 71 verbunden, dessen Kollektor an der Basis des Transistors 72 und dessen Emitter über dem Widerstand 104· an der positiven Spannungsquelle liegt. Der Widerstand 103 ist weiterhin mit dem Kollektor des Transistors 73 verbunden, dessen Emitter an Masse und dessen Basis über dem Widerstand 106 am Kollektor des Transistors 72 liegt. Die Widerstände 105A und 105B bilden ein einstellbares Widerstandspaar, dessen Wert entsprechend der gewünschten Impulsintervall-Zeitperiode gewählt wird. Diese Widerstände liegen zwischen dem Kondensator 91 und Masse. Der Kollektor des Transistors 72 ist über die Diode 82 mit einer Verknüpfungsschaltung

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verbunden, die aus den Transistoren 75 und 74-A, sowie aus den Transistoren 107 und 108 besteht. Der Kollektor des Transistors 74-A liegt an der Basis des Transistors 74-B, dessen Kollektor über den Widerständen 110 und 111 mit der positiven Spannungsquelle , sowie über den Ausgangskondensator 92 mit der Schrittmacher-Aus gangsklemme verbunden ist. Die Ausgangskiemme steht über die Zenerdiode 88 mit Masse in Verbindung.

Während des Betriebs wird der Kondensator 91 über den aus den Widerständen 101, 102, 105A und 105B bestehenden Widerstandskreis entladen, wenn sich die Ausgangsimpuls-Transistoren und 73 im nicht leitenden Zustand befinden. Die Widerstände 105A und 105B sind bezüglich ihres Widerstandswertes wesentlich grosser als die Widerstände 101 und 102, so dass die Zeitkonstante etwa gleich dem Wert des Kondensators 91 multipliziert mit dem aus den Widerständen 105A und 105B gebildeten Widerst and swert ist. Wenn sich der Kondensator 91 über dem Leitungsweg zu dem Schaltungspunkt auflädt, wo die Spannung an der Kathode der Diode 81 gerade unterhalb der positiven Versorgungsspannung V-g liegt, werden die Diode 81 und der Transistor in den leitenden Zustand versetzt. Bei leitendem Transistor 72 wird ein Stromweg von der positiven Spannungsquelle über den Widerstand 106 zur Basis des Transistors 73 geschaffen, so dass dieser Transistor ebenfalls in den leitenden Zustand versetzt wird. Wenn beide Transistoren 72 und 73 leitend sind, liegt ein Aufladeweg zur Aufladung des Kondensators 91 über die Diode 81, den Widerstand 103 und den Transistor 73 vor, der etwa eine Zeitkonstante aufweist, die durch den Widerstand 103» der in der Grössenordnung von sechs Kiloohm liegt, und den Kondensator 91 festgelegt ist. Eine Aufladung geht solange vor sich wie der durch den Kondensator 91 fliessende Strom den Transistor 72 im Sättigungszustand hält. Wenn sich der Kondensator 91 ijedoch bis zu dem Spannungswert V_ß aufgeladen hat, geht der Transistor 72 in den nicht leitenden Zustand über, so dass der Transistor 73 ebenfalls in den nicht leitenden Zustand gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Ausschaltung dieses Leiterkreises und der Kondensator 91 entlädt sich über

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die Widerstände 101 und 102, bis die beiden Widerstände wieder in den leitenden Zustand gesteuert werden. Diese Transistoren können auch dann in den leitenden Zustand gesteuert werden, wenn ein positives Signal über die Diode 87 zur Basis des Transistors 73 gelangt, der dann in den leitenden Zustand gerät, und dadurch den Transistor 72 in Vorwärtsrichtung vorspannt und auch diesen dann in den leitenden Zustand bringt.

Wenn der Kondensator 91 über die Diode 81 aufgeladen wird, so ist das Zeitintervall des Ausgangsimpulses normalerweise eine Funktion der exponentiellen Auflade-Kennlinie, die durch den Kapazitätswert des Kondensators 91 und den Widerstandswert des Widerstandes 103 festgelegt ist. Während dieses Aufladevorganges steigt jedoch die Spannung über den Widerstand 101 an und wenn die Spannung an der Basis des Transistors 71 um einen Wert abfällt, der der Basis-Emitter-Vorspannung in Vorwärtsrichtung dieses Transistors entspricht, geht der Transistor in den leitenden Zustand über. Wenn der Transistor 71 leitend ist, wird der Basisstrom des Transistors 72 unterbrochen, so dass die Transistoren 72 und 73 nicht leitend werden. Auf diese Weise ist eine genauere Steuerung des ZeitintervalIs des Ausgangsimpulses möglich, da der gesteuerte, durch den Transistor 71 fliessende Strom die Begrenzung der Aufladzeit und damit eine Begrenzung der Zeit ermöglicht, bis zu der die Transistoren 72 und 73 in den nicht leitenden Zustand gebracht werden, zu dem Zeitpunkt dann auch der Ausgangsimpuls beendet ist.

Wenn der Transistor 72 leitet, gelangt ein Ausgangssignal über den Transistor 75 zur Basis des Transistors 74-B, der dann leitend wird, so dass am Kollektor des Transistors 74-B ein negatives Signal auftritt, das über den Ausgangskondensator 92 zum Katheter gelangt. Die Basis des Transistors 7^A und die Gate-Elektrolde des Feldeffekttransistors 75 sind mit der Drain-Elektrode des CMOS-Transistors 208 verbunden, der im Steuerabschnitt der Schaltung enthalten ist. Solange der Transistor 208 nicht leitet, leiten die Transistoren 7^-A und 75.

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Wenn der CKOS-Transistor 208 jedoch leitet, werden die Transistoren 74A und 75 in den nicht leitenden Zustand gebracht, so dass kein durch den Transistor ?4B und dem Kondensator 92 erzeugter Reizungsimpuls durchgelassen wird.

Nachfolgend soll die Verstärkerstufe der Schaltung beschrieben werden. Die Eingangssignale gelangen über den Widerstand 113 und den Kondensator 94- zu den Verstärkern 70 bzw. 72, die auch als OTA 1 und OTA 2 bezeichnet werden. Die zwischen dem Kondensator 94· und Masse liegende Diode 83 dient dazu, die einkomiaenden Signale zu klemmen, wie sie auch bei den bereitgestellten Reizungssignalen der Fall ist, um die Amplitude der Eingangssignale des Verstärkers zu begrenzen. Der Kondensator 93 filtert die nicht erwünschten hochfrequenten Signale aus den einkommenden Signalen aus. Das über den Kondensator 94· gelangende Eingangssignal wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einem Zweiwege-Verstärker eingegeben, der aus dem Verstärkerpaar 70-71 und 72-73 besteht. Diese Verstärker, die auch als OTA-1-4 bezeichnet werden, sind Qperations-Gegenwirkleitwert-Verstärker (operational transconductance amplifiers), die beispielsweise die von RCA hergestellten CA3080 Bausteine sein können. Es wird auf die vom Hersteller veröffentlicht Literatur hingewiesen, in der die Arbeitskennlinien dieser Verstärker beschrieben sind. In diesem Zusammenhange reicht es auch, darauf hinzuweisen, dass diese Verstärkereinheiten hohe Eingangswiderstände, einen Gegenwirkleitwert, der eine Funktion des an einem der Eingänge liegenden Stromes ist, und einen Ausgangsstrom besitzen, der gleich dem Gegenwirkleitwert bzw. der Steilheit multipliziert mit der Differenz der beiden Eingangssignale am Verstärker ist. Jeder OTA wirkt bezüglich der Ausgangssignale als Stromquelle und der Ausgangsstrom ist eine Funktion der Differenz zwischen den beiden angelegten 'Eingangssignal en. Durch Anlegen einer Vorspann- oder Bezugsspannung an eine der beiden Differenz-Eingangsklemmen des OTA-Verstärkers, kann der OTA-Verstärker als Vergleichsstufe verwendet werden, derart, dass das Ausgangssignal umgeschaltet wird, wenn die Eingangs-Differenzspannung von einer

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Polarität zur anderen übergeht, wodurch eine nützliche Charakteristik bzw. Feststellung für eine Erzeugung von Impulsen mit hoher Geschwindigkeit geschaffen wird. Der gesamte Stromverbrauch jedes OTA-Verstärkers einschliesslich des Vorspannstromes ist etwa dreimal so gross wie der Vorspannstrom, so dass der Stroniabfluss durch Einstellen bzw. Halten des Vor spann stromes auf einem geringen Wert auf einem äusserst kleinen Pegel gehalten werden kann. Im praktischen Fall ist der Stromverbrauch für diese Verstärker kleiner als 1 Mikroampere.

Das Eingangssignal des OTA 1 liegt am negativen, oder invertierenden Eingang, während dasselbe Signal am positiven oder nicht invertierenden Eingang des OTA 2 auftritt. Die jeweils anderen Eingänge der OTA 1 und OTA 2 werden mit positiver
Versorgungsspannung bzw. mit positiven Versorgungsstrom von
der Stromquelle versorgt, die durch den Feldeffekttransistor 76 und den Widerstand 115 gebildet-wird. Das Ausgangssignal
dieser Stromquelle wird zunächst dem positiven Anschluss des OTA 1 und dann über die aus den Widerständen 116 und 117 bestehende Widerstandskombination zum negativen Anschluss des
OTA 2 geführt. Der negative Anschluss des OTA 2 steht auch
über den Widerstand 119 mit dem· Einstell- bzw. Vorstromeingang des OTA 1 und über den Widerstand 118 mit dem Voreinstell-
oder Vorstromeingang des OTA 2 in Verbindung, so dass auf diese Weise die Steilheits-Werte bzw. die Gegenwirkleitwerte der
beiden OTAs eingestellt" werden. Da die Eingangsimpedanzen an den Spannungseingangsklemmen hoch sind, werden die Voreinstellströme durch die Stromquelle und durch die Vorwiderstände
118 bzw. 119 in der richtigen Weise eingestellt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 116 und 117 ist mit den Eingängen über den Widerstand 114 und mit dem negativen oder invertierenden Eingängen der OTA 3 und OTA 4- verbunden, so
dass eine Vergleichs- oder Referenzspannung für jeden dieser OTAs bereitgestellt wird. Der Kondensator 95 liegt zwischen dem Widerstand 11A- und Masse, um den Verbindungpunkt 116/117
zu entkoppeln.

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"arch die Schaltungskombination des Feldeffekttransistors 77" und des Widerstandes 120, der mit dem Ausgang des OTA 2 verbunden ist, und durch den Feldeffekttransistor 78 und dem Widerstand 123, der mit dem Ausgang des OTA 1 verbunden ist, werden zusätzliche Stromquellen geschaffen. Die Ausgangsströme der ersten beiden OTAs, die die Verstärkung durchführen, sind jeweils mit dem positiven oder nicht invertierenden Eingangsanschluss von jeweils einem der beiden zweiten OTAs verbunden. Die zweiten OTAs werden auch von den Vor- bzw.Einstellströmen gesteuert, die von den entsprechenden Stromquellen über die Widerstände 121 bzw. 122 bereitgestellt werden. Bei dieser Anordnung ist der Ausgang Jedes ersten Verstärkers mit einer in Reihe zu einem Widerstand, d. h. zum Widerstand 121 bzw. 122 liegenden Stromquelle verbunden, so dass sich ein Spannungsverstärkungsfaktor im Bereich von 10 bis 20 ergibt. Das verstärkte Signal wird dann mit einer vorgegebenen Vor- oder Schwellwert spannung, die am Eingang des nächsten Verstärkers liegt, verglichen,derart, dass der zweite Verstärker nur dann ein Ausgangssignal bereitstellt, wenn das Eingangssignal einen vorgegebenen Wert übersteigt, so dass der zweite Verstärker eine Schwellwertfunktion ausübt. Bei dieser Anordnung verarbeiten die Verstärker OTA 1 und OTA 3 negative Signale und die Verstärker OTA 2 und OTA 4- positive Signale, wobei die beiden Verstärkerpaare in geeigneter Weise zueinander symmetrisch eingestellt sind, so dass jeder Verstärker denselben absoluten Amplitudenschwellwert besitzt.

Nachfolgend soll die Steuerstufe erläutert werden. Dieser Teil des Schrittmachers enthält mehrere integrierte Schaltkreise. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden als integrierte Schaltkreise "CMOS"-Schaltungen, d. h. Komplementär-Metalloxid-Halbleiter schaltungen, verwendet. Insbesondere wird bei der Erfindung das Schaltungsbauteil CD4O07A-Dualkomplementärpaar plus Inverter eingesetzt.Angaben über die Kennlinien und Kennwerte, sowie Angaben über die Verwendung dieser integrierten Schaltungen sind in der Literatur, beispielsweise in den RCA-

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Festkörper-Datenbuchserien beschrieben, die 1973 herausgegeben wurden und digitale COS/MOS-integrierte ^: Schaltungen erläutern. Bei der in Mg. 1 dargestellten Schaltung sind mehrere Komplementärpaare dargestellt und in verschiedenen Fällen wird nur eine der beiden Einheiten im Paar verwendet, derart, dass das Paar als einziger Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp wirkt. Bei der Beschreibung der einzelnen Einheiten jedes Paares, die schematisch dargestellt sind, sollen diese Paare jeweils nur als getrennte Transistoren beschrieben werden, obwohl die dargestellte Ausführungsform Bausteine enthält, die drei Komplementärpaare enthalten. Natürlich können auch einzelne MOS/FET- Bauelemente oder andere Bauteile verwendet werden.

Der Ausgang des Verstärkers OTA 3 ist mit der Gate-Elektrode des Transistors 201 verbunden, dessen Dain-Elektrode mit der Leitung 150 in Verbindung steht, die ihrerseits über eine aus einem Feldeffekttransistor 80 und einem Widerstand 125 bestehenden Stromquelle an der positiven Spannungsversorgungsklemme liegt. In entsprechender Weise ist derAusgang des Verstärkers OTA 4 mit der Gate-Elektrode des Transistors 204 verbunden, dessen Dain-Elektrode ebenfalls an der Leitung liegt. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass die Ausgänge der Verstärker jeweils mit dem Gate-Elektrodeneingang hoher Impedanz einer, integrierten Schaltung, entweder des Transistors 201 oder 20A-, und der Ausgang der integrierten Schaltung ihrerseits mit einer Stromquelle in Verbindung stehen. Auf diese Weise wird ein äusserst hoher Verstärkungsgrad erreicht. Darüberhinaus ermöglicht diese Schaltungsanordnung, die integrierte Schaltung in den leitenden Zustand zu versetzen, ohne dass dadurch ein starker Stromabfluss bzw. Stromverbrauch verursacht wird, weil das Ausgangssignal der integrierten Schaltung einer Stromquelle zugeführt wird, die den Strom auf einen vorgegebenen Wert begrenzt hält. Die Verbindung zwischen dem Verstärker OTA 4 und dem Transistor 204 und der aus dem Transistor 80 und dem Widerstand 125 bestehenden Stromquelle ist die gleiche, so dass auch die gleichen Arbeitskennlinien und Arbeitskennwerte erhalten

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werden,wenn ein Signal durch den Verstärker OTA 4- kommt..

Der Ausgang der integrierten Schaltung ist über die Leitung mit dem monostabilen Flip-Flop 55 (vgl. Fig. 1) verbunden, der aus den Transistoren 202A, 202B, 203A und 20JB in Kombination mit dem aus dem Widerstand 127 und dem Kondensator 96 bestehenden Rückkoppelweg besteht. Zwischen dem Kondensator 96 und Masse liegt eine Diode 85, um bezüglich des Kondensators 96 einen Stromweg in einer Richtung zu schaffen. Diese Anordnung schafft einen rücksetzbaren monostabilen Flip-Flop, wobei der Zeitraum, während dem die Schaltung im instabilen Zustand verharrt, durch die Stromquelle 80 und den Kondensator 96 festgelegt ist. Der monostabile Multivibrator wird getriggert, wenn das an der Leitung 150 auftretende Eingangssignal auf den Null-Zustand oder auf Massepotential abfällt, das dann auftritt, wenn entweder vom Verstärker OTA 3 oder OTA 4 ein Ausgangssignal bereitgestellt wird, wie dies in Fig. 3 anhand der Kurve (e) ersichtlich ist. An der Leitung 150 liegt normalerweise eine Spannung mit etwa dem Versorgungsspannungswert Vj an, da die Transistoren 201 und 204- sich beide im nicht leitenden Zustand befinden. Sobald jedoch einer der beiden Transistoren 201 und 204 in den leitenden Zustand kommt, liegt die Leitung 150 an Masse und triggert dadurch den monostabilen Multivibrator.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators wird am Ausgang der Transistoren 202A und 202B abgenommen, der mit den Gate-Elektronen der Transistoren 203A und 203B sowie mit dem Taktsignaleingang des Flip-Flops 56 verbunden ist. Der Flip-Flop 56 ist ein Flip-Flop vom JK-Typ, der auf dem Markt erhältlich ist. Der Taktsignaleingang spricht nur auf Spannungsflanken und die Setz- und Rücksetzeingänge sprechen nur auf Spannungspegel an. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Flip-Flop 56 normalerweise gesetzt, so dass er durch die Anstiegsflanke eines Taktimpulses getriggert wird. Wenn er jedoch durch ein Signal am Rücksetzeingang rückgesetzt wird, spricht er nicht auf einen einkommenden Taktimpuls an. Das am Q-Anschluss

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auftretende Ailsgangssignal des Flip-Flops 56 gelangt über den Widerstand I30 und die Diode 87 zur Basis des Transistors 73 und rücksetzt den Oszillator 50.

Der monostabile Unterbrecher-Multivibrator 58, der, wie die Bezeichnung schon sagt, ebenfalls ein monostabiler Multivibrator ist, besteht aus CMOS-Transistoren 205A, 05B, 206A und 206B in Kombination mit dem Widerstand 128, dem Widerstand 129 und dem Kondensator 97· Das Eingangssignal zu diesem monostabilen Multivibrator wird vom Kollektor des Transistors 73 über die Diode 8A- den gemeinsamen Gate-Elektroden der Transistoren 205A und 205B bereitgestellt. Der Kondensator 98 legt diesen Schaltungspunkt an Masse.Die gemeinsamen Gate-Elektronen sind weiterhin über eine aus einem Feldeffekttransistor 79 und einem Widestand 125 bestehenden Stromquelle mit der positiven Spannungsquelle verbunden. Die Diode 86 bildet einen Stromweg für die Entladung des Kondensators 97» nachdem der Multivibrator wieder in den stabilen Zustand zurückgekehrt ist. Trotz der Tatsache, dass dieser Strom durch den Widerstand 129 begrenzt wird und auch durch die Schutzdioden des CMOS-Transistors und die Gate-Elektroden-Kanalddode des Verbindungs- bzw. Übergangs-Feldeffekttransistors 79 fliessen könnte, verhindert die Diode 86, dass überflüssiger, oder nicht erforderlicher Strom durch diesen Stromweg mit geringer Leckrate und daher durch die Dioden mit hohem Schwellwert fliesst. Das Ausgangssignal des monostabilen Unterbrecher-Multivibrators 58 wird an den Ausgängen der Transistoren 205A und 205B abgegriffen, die mit der gemeinsamen Gate-Elektrode der Transistoren 206A und 206 B verbunden sind und dem Rücksetzeingang des Flip-Flops 56 zugeführt. Im normalen Zustand, wenn der Oszillator also ausgeschaltet ist, ist der Transistor 73 nicht leitend, so dass auch die Diode 84 nicht leitend ist und dadurch an der gemeinsamen Gate-Elektrode der Transistoren 205A und 205B ein hohes Eingangssignal vorliegt, so dass sich der Transistor 205B im leitenden Zustand befindet und dadurch am ßücksetzeingang des Flip-Flops 56 ein Null-Signal oder ein Signal mit niederem Pegel anliegt. Wenn der Oszillator ausgeschaltet oder rückge-

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_etzt wird, geht der Transistor 73 in den Sättigungszustand über, so dass an der gemeinsamen Gate-Elektrode der Transistoren 205A und 205B ein negatives Signal auftritt, das den Transistor 205A in den leitenden Zustand versetzt und den monostabilen Multivibrator triggert, so dass am Rücksetzeingang des Flip-Flops 56 ein Signal mit hohem Pegel auftritt. In diesem Falle tritt am Flip-Flop 59 ein Taktimpuls auf. Der Flip-Flop 59 wird gesetzt, wenn der Flip-Flop 56 gesetzt wird, d.h., nachdem ein Herzschlag auftrat, und rückgesetzt, wenn der monostabile Multivibrator 58 am Ende des Unterbrecher-Zeitraumes in den stationären Zustand zurückkehrt. Am Ende des Unterbrecherzeitraumes ist das Taktsignal für den Flip-Flop 59 positiv (das Taktsignal ist das inverse Signal des Cl2-Signals, das in den Fig. 3 und 4- dargestellt ist) und rücksetzt den Flip-Flop 59· Solang der Flip-Flop 59 "eingeschaltet" ist, d. h., während des durch den Herzschlag verursachten Unterbrecher-Zeitraumes, liegt am Q-Ausgang des Flip-Flops 59 ein Signal mit hohem Pegel, das den Transistor 208 in den leitenden Zustand und den Transistor 74A in den nicht leitenden Zustand versetzt, so dass die Ausgangs-Verknüpfungsschaltung gesperrt wird.

Der Q-Ausgang des Flip-Flops 59 ist" mit der Gate-Elektrode des Transistors 207 verbunden, deren Drain-Elektrode über den Widerstand 13I mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 101 und 102 in Verbindung steht. Das Signal am φ-Ausgang weist normalerweise einen hohen Pegel auf, so dass der Transistor 207 im nicht leitenden Zustand gehalten wird und kein Strom durch den Widerstand 141 fliesst. Wenn jedoch Herzschläge abgefühlt und dadurch der Oszillator rückgesetzt und der Flip-Flop 59 gesetzt wird, geht das Signal am t£-Ausgang in den Hull-Pegel über, so dass der Transistor 207 in den leitenden Zustand versetzt wird und ein Stromweg durch den Widerstand 131 entsteht, der den Widerstand 101.kurzschliesst bzw. unwirksam macht. In diesem Falle muss die Spannung am Kondensator 91 auf einen hohen Wert gebracht werden, bevor

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der Transistor 71 in den leitenden Zustand versetzt werden kann und den Aufladevorgang des Kondensators beendet. Auf diese Weise lädt sich der Kondensator 91 auf eine höhere Spannung als die Normalspannung auf, so dass dadurch ein längerer Entladezeitraum entsteht. Die aus dem Flip-Flop 59» dem Transistor 207» dem Widerstand 13I und dem Oszillator 50 bestehende Schaltungsstufe stellt dann dem Schrittmacher eine Hysteresis bereit, so dass die Ausschaltzeit- immer dann verlängert wird, wenn natürliche Herzschläge beim Patienten auftreten.

Nachfolgend sollen die Fig. 3 und 4 beschrieben werden, anhand denen die gesamte Arbeitsweise des Schrittmachers bei den unterschiedlichen Zuständen und Bedingungen erläutert wird. Fig. 3 zeigt Kurven, die eine Anzahl von Schaltungszustanden in Abhängigkeit der Zeit für den Fall darstellen, wenn keine QJRS-Schwingungen festgestellt werden, d. h. wenn der Schrittmacher frei und mit einer festen Frequenz schwingt. Der Kurven (a), (b) und (c) geben die Spannung am Kollektor des Transistors 73» sum Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 91 und den Widerständen 102 und 103» bzw. über den Widerständen 105A und IO5B wieder. Wenn der Oszillator ausgeschaltet ist, wird der Transistor 73 in den leitenden;;Zustand gebracht, so dass der Kollektor des Transistors 73 im wesentlichen an Masse liegt. Da der Widerstand 103 im Vergleich zu der aus den Widerständen 102 und 101 bestehenden Widerstandskombination klein ist, fällt die Spannung Vq,. zum Zeitpunkt der Oszillator-Triggerung praktisch auf den Massepegel ab. Auf Grund des Umschaltens des Transistors 73 wird der Transistor 74-B auch in den leitenden Zustand gebracht, was durch die Kurve (d) dargestellt ist, die die Emittentspannung (74-Be) wiedergibt. Das negative Ausgangs-Reizungssignal, das am Kollektor des Transistors 74-B bereitgestellt und über den Kondensator 92 übertragen wird, wird an die Verstärkerstufe gelegt, so dass an der Leitung 150 -ein Signal mit niederem Pegel auftritt, wie dies durch die Kurve (e) dargestellt ist. Wie bereits früher erläutert, erzeugt der monostabile Multivibrator dann, wenn dieses Eingangssignal am monostabilen Multivibrator 55 auftritt, einen anhand

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der Kurve (f) dargestellten Taktausgangsimpuls, der dem Flip-Flop 56 zugeleitet wird. Gleichzeitig wird das negative Signal vom Transistor 73 eiern monostabilen Unterbrecher-Multivibrator 58 zugeleitet, der ein durch Cl^ bezeichnetes Ausgangssignal, welches durch die Kurve (g) dargestellt wird, erzeugt, das dem Rücksetzeingang des Flip-Flops 56 zugeleitet wird. Das Taktsignal für den Flip-Flop 59 (das Signal FF2) ist das inverse Signal des Signales CIp. -Obwohl dies nicht in den Kurven (f) und (g) dargestellt ist, so ist die Zeitsteuerung derart, dass die Vorderflanke des CIo-Impulses vor der 'Vorderflanke des Cl^-Impulses liegt, so dass der Flip-Flop 56 rückgesetzt wird, bevor er vom Cl^-Impuls getriggert werden kann. Daher tritt am Q-Ausgang des Flip-Flops 56 kein Ausgangssignal auf, wie dies durch die Kurve (h) dargestellt ist. Aus diesem Grunde wird der Flip-Flop 59 auch nicht gesetzt, so dass er auch nicht auf die positive Flanke des ihm zugeleiteten Taktsignales anspricht und kein Ausgangssignal am Q-Ausgang bereitstellt, wie dies die Kurve (i) zeigt.

Nachfolgend soll-Fig. 4 beschrieben werden, in der die Signalzustände dargestellt sind, wenn zuerst __ die QRS-Signale auftreten, und dann Stör- oder Bauschsignale festgestellt werden, wie dies in der Kurve (a) wiedergegeben ist.Die verstärkten, durch die Kurve (a) dargestellten Signale werden dem rücksetzbaren mono stabilen Multivibrator 3^> zugeleitet, der die durch die Kuve (b) dargestellten Taktimpulse erzeugt. Diese Taktimpulse triggern den Flip-Flop FF1, der am Q-Ausgang Ausgangssignale bereitstellt, die in der Kurve (d) dargestellt sind. Diese Ausgangssignale gelangen zur Basis des Transistors 73» der dadurch in den leitenden Zustand versetzt wird und den Oszillator rücksetzt. Gleichzeitig wird dem Setzeingang des Flip-Flops FF2 ein Signal zugeleitet, das diesen in den gesetzten Zustand bringt. Durch das Rücksetzen des Oszillators wird der monostabile Multivibrator 58 getriggert, der den Unterbrecher-Zeitraum beendet, nachdem der Flip-Flop FF2 rückgesetzt ist. Das Ausgangssignal des Flip-Flops FF2, das durch die Kurve (e)

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dargestellt ist, erzeugt für die Verknüpfungsschaltung 51 ein Sperrsignal, so dass der Durchgang des Oszillatorsignales durch die Verknüpfungsschaltung 51 zum Katheter gesperrt bzw. unterbrochen wird. Die Zeitverzögerung zwischen der Bereitstellung des Rücksetzsignales an den Oszillator und der Bereitstellung des Sperrsignales an die Verknüpfungsschaltung 51 ist so klein, dass das vom Oszillator 50 bereitgestellte Reizungssignal vollständig gesperrt -wird. Der C^-Impuls wird bezüglich des Clx,-Impulses auch etwas verzögert, so dass der Flip-Flop FF1 zuerst getriggert und dann rückgesetzt wird.

Wenn ajn Ausgang des Verstärkers Stör- oder Rauchsignale auftreten, bleibt das Ausgangssignal des rücksetzbaren monostabilen Multivibrators ^ auf einem hohen Wert, und zwar auf Grund der Tatsache, dass dieser Multivibrator 55 durch den Spannungspegel des Verstärkerausgangssignales kontinuierlich gesetzt ist oder wieder gesetzt wird. Daher wird der monostabile Multivibrator 55 wieder gesetzt, wenn ein weiteres oder wiederholtes Signal durch den Verstärker kommt, bevor der monostabile Multivibrator 55 ausgeschaltet ist und der Kondensator 96 muss über den gesamten Zeitraum hinweg unwirksam gemacht bzw. ausgeschaltet werden, bevor der monostabile Multivibrator in den stabilen Zustand zurückkehrt. Durch Setzen oder Einstellen der Zeitsteuerung des monostabilen Multivibrators durch den Kondensator 96 und die Stromquelle 80 kann also die gewünschte Stör- oder Rauschaussonderung bzw. -selektion durchgeführt werden.

Es bestehen vier Verbindungen zwischen der Steuerschaltung und dem Oszillator. Das Oszillator-Rücksetζsignal wird vom !Flip-Flop FF1 zum Transistor 73 geleitet, um die Zeitsteuerung des Oszillators nach Feststellen eines natürlichen Signales rückzusetzen. Ein Unterbrechersignal wird vom Oszillator dem monostabilen Unterbrecher-Multivibrator bereitgestellt, nachdem sowohl die gelieferten Reizungsimpulse aufgetreten sind und eine Rücksetzung auf Grund der Feststellung des natürlichen Signales vorgenommen ist. Der Clp-Impuls wird in jedem Falle erzeugt und der Flip-Flip FF1 wird für den Unterbrehungs-Zeit-

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raum rückgesetzt, der sowohl der Oszillator-Rücksetzung als auch den bereitgestellten Reizungsimpulsen folgt, so dass die einkommenden Signale nach beiden Vorgängen dieser Art für den gegebenen Unterbrecher-Zeitraum unterbrochen bzw. gesperrt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemässe Schrittmacher die nachfolgend aufgeführten Werte auf, die lediglich beispielsweise angegeben werden und jeweils auch abgewandelt und geändert werden können:

Tabelle I

Impulsintervall: 860 ms

Impulsbreite: ^s 1 ms Impulsamplitude: auf 10 mA begrenzt Vergrösserung des Impulsintervalls, wenn die Versorgung sspannung um etwa 25 % abfällt: 50 bis 60 ms

Vergrösserung der Impulsbreite, wenn die Versorgungsspannung um .ca 25 7o abfällt: 0,2 ms

Unterbrechungszeit: 340 bis 360 ms Stör- bzw. Rauschintervall: 73 ^s

Schwellwert der empfangenen Signale: 1,5 bis 2,0 mV

Stromentnahme bzw. Stromverbrauch: etwa 3/lA.» im nicht "belasteten

' Zustand

Die genannten Kennwerte, insbesondere der geringe Stromverbrauch werden durch die neue Schaltungsanordnung gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhalten, ohne dass dadurch die Mehrfach-i¹ unktionen, die bei einem nach Bedarf arbeitenden Schrittmacher gewünscht werden, nachteilig beeinflusst werden. Die Verstärkerstufe führt eine Schwellwert-Detektionsfunktion aus und arbeitet mit der als Eonstantstromquelle wirkenden Ein-

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t^angsstufe mit einem äusserst geringen Stromverbrauch.Die Zwischenstufe zwischen der Verstärker- und Steuerstufe ermöglicht eine äusserst hohe Signalverstärkung und einen sehr geringen Stromverbrauch, und zwar auf Grund dessen, dass die Ausgänge der Verstärker OTA direkt mit den, hohe Eingangsimpedanzen aufweisenden CMOS-Transistoren verbunden sind, die ihrerseits die Stromquelle ansteuern.Auf Grund dessen, dass die Stromquelle direkt sowohl mit den Ausgängen der CMOS-Transistoren als auch mit dem monostabilen Multivibrator, der durch die Ausgangssignale der CMOS-Transistoren angesteuert wird, verbunden ist, lässt sich eine Betriebsweise mit hohem Verstärkungsgrad erreichen, so dass eine schnelle Umschaltung bei einem Betrieb mit begrenztem Strom erzielt wird.

Darüberhinaus kann die Verstärker-, die Steuer- und Oszillatorstufe in Modulform ausgebildet werden, so dass die Verstärkeroder Oszillatorstufe verändert werden und mit der Steuerstufe zwischengeschaltet werden kann. Die Steuerstufe kann ebenfalls vorbehaltlich der Einschränkungen verändert werden, dass die vier Stromwege zwischen der Steuerstufe und dem Oszillator beibehalten werden. _e

Einige speziellere Vorteile der erfindungsgemässen Schrittmacherschaltung sollen noch erwähnt werden. Die IFeldeffektrransistor-Stromquellen ermöglichen äusserst kleine Ströme und sind leicht durch Einstellen und durch Wahl der Quellenwiderstände veränderbar bzw. einstellbar. Es wurden spezielle Ausgestaltungen der Stromquelle beschrieben und dargestellt. Es sind jedoch auch andere Schaltungen für die Stromquellen im Zusammenhang mit den Verstärkern OTA möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Die Verstärker OTA können mit sehr geringem Stromverbrauch, der üblicherweise einschliesslich des Vorstromes etwa 0,3 yA beträgt oder noch geringer ist, betrieben werden.

Durch Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Stromquellen ist die Einstellung der positiven und negativen Verstärkerempfind-

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j.ichkeit unabhängig voneinander, sowie unabhängig von der Versorgung sspannung möglich. Nach richtiger Einstellung und Abstimmung kann die Verstärkerstufe mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden, ohne dass dadurch eine merkliche Änderung der Empfindlichkeit oder des Stromverbrauchs auftritt. Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform sind symmetrische, positive und negative Verstärker/Vergleicherkreise verwendet worden. Es ist jedoch gegebenenfalls auch möglich, die Empfindlichkeit dieser Kreise asymmetrisch einzustellen. Gegebenenfalls auftretende Verschiebungs- oder Versetzungsspannungen der Verstärker OTA werden durch Einstellung oder Verstellung der Verstärkerempfindlichkeit ausgeglichen.

Die Einschalt- oder Funktionszeit der beiden monostabilen Multivibrator en wird auf Grund der Stromquellen-Verbindungen im wesentlichen unabhängig von Änderungen und Schwankungen der Versorgungsspannung gehalten. Die Einschalt- bzw. Funktionszeit der monostabilen Multivibratoren wird durch die Zeit festgelegt, die erforderlich ist, die Kondensatoren 96 bzw. 97 auf die Schwellwertspannung der MOS-Feldeffekttransistören aufzuladen, wobei die Schwellwertspannung bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung bei etwa 1,5 V liegt. Ohne Verwendung der Stromquellenstufen müssten Widerstände mit Widerstandswerten in der Grössenordnung von etwa 25 Hegohm verwendet werden, um eine solche Unabhängigkeit von Versorgungsspannungs-Schwankungen zu erzielen. Derartig grosse Widerstände sind jedoch unzuverlässig und schwierig einzustellen und zu wählen. Darüberhinaus sind die Sehalt-Kennlinien bzw. Kennwerte der monostabilen Multivibratoren ebenfalls unabhängig von der Versorgungsspannung, beispielsweise liegt der Schaltpunkt für den monostabilen Multivibrator 55 bei erwa 1,4- Volt, was der Spannung Vp der MOS-Feldeffekttransistören entspricht.

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Claims

Patentansprüche

Λ.) Nach Bedarf arbeitender Schrittmacher, der dann, wenn er keine natürlichen Herzschläge feststellt, Reizungsimpulse bereitstellt und dann, wenn natürliche Herzschläge auftreten, keine Reizungsimpulse bereitstellt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die dem Patienten Reizungsimpulse und dem Schrittmacher den" natürlichen Herzschlägen des Patienten entsprechende Signale übertragen, gekennzeichnet durch Reizungssignale erzeugende Schaltungsteile (50), die periodische Reizungssignale erzeugen und Rücksetzsignale empfangen, um die Reizungssignale erzeugende Schaltungsteile (50) bei Feststellen natürlicher Herzschläge rückzusetzen, eine Verstärkerstufe (54-)» die mit dem Ausgang der Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) und den Elektroden verbunden ist, .um. die empfangenen natürlichen Herzschlagsignale und die Reizungssignale zu verstärken und nach Bedarf arbeitende Steuerstufen (55? 56, 58), deren Eingänge mit den Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) bzw. mit der Verstärkerstufe (54) und dessen einer Ausgang mit den Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen(50) verbunden sind, um Rücksetzsignale nur bei Empfang verstärkter natürlicher Herzschlagsignale bereitzustellen, wobei die Steuerstufen (55» 56, 58) eine Unterbrechungsintervallstufe (58) zur Zeitsteuerung eines Unterbrechungsintervalls aufweisen und die Unterbrechungsintervallstufe (58) die Steuerstufen (55» 56) unempfindlich gegen den Empfang von von der Verstärkerstufe (5²O kommenden Signalen für einen vorgegebenen Unterbrechungszeitraum zu machen, der sowohl der Erzeugung der Reizungssignale als auch dem Rücksetzen der Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) folgt.

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hysteresisstufe (59)» die mit den nach Bedarf arbeitenden Steuerstufen (55» 56,58) und mit den Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) verbunden ist, um das Ausschaltintervall der die Reizungssignale erzeugenden Schalttungsteile (50), das den empfangenen natürlichen Herzsignalen folgt, zu verändern.

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5. Schrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) einen Oszillator, der normalerweise die periodischen Signale und weiterhin im rückgesetzten Zustand Ausgangssignale bereitstellt, und eine Verknüpfungsschaltung (51) umfasst, die die Reizungsimpulse den Elektrodennur dann zuleitet, wenn die normalen periodischen Signale erzeugt werden.

4. Nach Bedarf arbeitender Schrittmacher, der dann, wenn er keine natürlichen Herzschläge feststellt, Reizungsimpulse bereitstellt und dann, wenn natürliche Herzschläge auftreten, keine Reizungsimpulse bereitstellt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die dem Patienten Reizungsimpulse und dem Schrittmacher den' natürlichen Herzschlägen des Patienten entsprechende Signale übertragen, gekennzeichnet durch Reizungssignale erzeugende Schaltungsteile (50), die normalerweise periodisch Reizungssignale erzeugen und Rücksetzsignale empfangen, um die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) bei Feststellen natürlicher Herzschläge rückzusetzen, wobei die Rücksetzung die Erzeugung eines Reizungssignales bewirkt, eine Verstärkerstufe (54-), die mit dem Ausgang der die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) und mit der Elektrode verbunden ist, um die empfangenen, natürlichen Herzschlagsignale und die Reizungssignale zu verstärken, Rücksetz stufen (55, 56)·, deren einer Eingang mit dem Ausgang der Verstärkerstufe (5²O und deren einer Ausgang mit den die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) verbunden ist, um den die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) nur nach Empfang eines von der Verstärker stufe (54-) kommenden, verstärkten Herzschlagsignales ein Rücksetζsignal zu erzeugen und bereitzustellen, und eine Hysteresisstufe (59), die mit den die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) und den Rücksetzstufen (55, 56) verbunden ist , um das Ausschaltintervall der die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) für einen vorgegebenen Zeitraum zu ändern, der kleiner als ein Impulszyklus ist und dem Rücksetzen der die Reizungs-

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signale erzeugenden Schaltungstsile (50) bei Feststellen eines natürlichen Herzschlages folgt.

5. Schrittmacher nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch eine Verknüpfungsschaltung (51)? die die Reizungssignale selektiv durchlässt, de.ren erster Eingang mit dem Ausgang der die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) verbunden ist, und deren zweitem Eingang ein Sperrsignal zugeleitet wird, und eine Sperrstufe (59), deren einer Eingang mit den Rücksetζstufen (55, 56) und deren anderer Eingang mit dem zweiten Eingang der Verknüpfungsschaltung (51) verbunden ist, und die ein Sperrsignal erzeugt, wobei der Durchgang durch die Verknüpfungsschaltung (51) während des besagten, vorgegebenen Zeitraumes gesperrt wird.

6. Nach Bedarf arbeitender Schrittmacher, der normalerweise Reizungsimpulse bereitstellt und diese Reizungsimpulse bei Feststellen natürlicher Herzschläge sperrt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die die Reizungssignale einem Patienten und die den natürlichen Herzschlägen entsprechenden Signale dem Schrittmacher übertragen, gekennzeichnet durch Reizungssignale erzeugende Schaltungsteile (50), die normalerweise periodisch Reizungssignale erzeugen und einen Oszillator enthalten, der bei Empfang eines Rücksetzsignales rückgesetzt werden kann, eine Reizungssignal-Verknüpfungsschaltung (51)» die die erzeugten Reizungssignale entweder durchlässt oder nicht durchlässt, wobei ein erster Eingang der Verknüpfungsschaltung (51) niit dem Ausgang der die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) verbunden ist und ein zweiter Eingang ein Sperrsignal zugeführt erhält, wobei die Reizungssignale durch die Verknüpfungsschaltung (51) nicht durchgelassen werden, wenn das Sperrsignal auftritt, eine Signalverstärker stufe (54·)» die die ihr angelegten Signale verstärkt und einen Gegenwirkleitwert-Verstärker (70-?2), der die Eingangssignale verstärkt, und eine aktive Schaltungsstufe umfasst, deren Eingang direkt mit dem Ausgang des Gegenwirkleitwert-Verstärkers

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(70-72) verbunden ist, und die eine hohe Eingangsinipedanz aufweist und in Abhängigkeit von dem am Eingang anliegenden Signal am Ausgang einen hohen oder niederen Spannungssustand einnimmt, wobei die Signalverstärkerstufe (54-) eine Stromquellenstufe besitzt, die mit dem Ausgang der aktiven Schaltiingsstufe verbunden ist, eine Übertragungseinrichtung, die die lieizungssignale von der Verknüpfungsschaltung (51) zu den Elektroden führt, die natürlichen Herzschiagsignale von den .Elektroden empfängt und die Reizungssignale sowie die natürlichen Herzschlagsignale zur Verstärkerstufe (54) leitet, Steuorstufen (55» 56), denen Eingangssignale von der Verstärkerstufe (54) und vom Oszillator (50) zugeführt werden, um festzustellen, wenn die vom Verstärker (54) bereitgestellten Signale die festgestellten natürlichen Signale darstellen, und um sodann ein Eücksetzsignal zu erzeugen, wenn eines der verstärkten Signale ein natürliches Signal darstellt, eine Verbindung, die die Eücksetzsignale dem fieizungssignal erzeugenden Generator (50) zuführt, und den Oszillator nur dann rücksetzt, wenn ein natürliches Signal auftritt und eine Sperrstufe (59)» die mit den Steuerstufen (33-, 56, 58) und den die Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) verbunden ist und immer dann ein Sperrsignal bereitstellt, wenn der die Reizungssignale erzeugende Generator (50) zurückgesetzt ist, und dessen Ausgang mit der Verknüpfungsschaltung (51) verbunden ist, wobei das Sperrsignal bewirkt, dass die erzeugten Reizungssignale bei Auftreten eines natürlichen Signales nicht durchgelassen werden.

7· Nach Bedarf arbeitender Schrittmacher, der normalerweise Reizungsimpulse bereitstellt und diese Reizungsimpulse bei Feststellen natürlicher Herzschläge sperrt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die die Reizungssignale einem Patienten und die den natürlichen Herzschlägen entsprechenden Signale dem Schrittmacher übertragen, gekennzeichnet durch einen Oszillator (50), der normalerweise periodische Ausgangssignale bereitstellt und Schaltungsteile besitzt,

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die die Bereitstellung von Ausgangssignalen periodisch triggem und Rücksetzimpulse zugeführt erhalten, die die Bereitstellung von Ausgangssignalen bewirken und die Zeitsteuerung des Oszillators (50) rücksetzen, eine Verstärkerstufe (54), die mit den Elektroden verbunden ist und die natürlichen HerzscKlagsignale und die den bereitgestellten Reizungssignalen entSTDrechenden Signale verstärkt, eine Rücksetzstufe (55i 56J, die zwischen der Verstärkerstufe (54) und dem Oszillator (50) liegt und den Oszillator (50) immer dann mit den Rücksetzimpulsen rücksetzt, wenn ein natürliches Signal von der Verstärkerstufe (54) verstärkt wird, eine Unterbrechungsstufe (58), die mit dem Oszillator (50) und den Rücksetzstufen (55> 56) verbunden ist, und entsprechend der Erzeugung eines Ausgangssignals vom Oszillator (50) ein Unterbrechungssignal bereitstellt, das die Rücksetzstufen (55» 56) während eines vorgegebenen Unterbrechungszeitraumes in einem Zustand hält, bei dem die Rücksetzstufen (55, 56) nicht auf die von der Verstärkerstufe (54) bereitgestellten Signale ansprechen, eine die Reizungssignale bereitstellende Stufe (51), deren einer Eingang mit dem Ausgang des Oszillators (50) und deren Ausgang mit den Elektroden verbunden ist, die den Elektroden Reizungssignale bereitstellt, wenn der Oszillator (50) die normalen periodischen Signale erzeugt, und die die Bereitstellung der Reizungssignale an die Elektroden unterbindet, wenn die Ausgangssignale durch Rücksetzen des Oszillators (50) erzeugt werden und eine Sperrstufe (59), die zwischen den Rücksetzstufen (55, 56) und der die Reizungssignale bereitstellenden Stufe (51) liegt und die Sperrung verursacht, wenn der Oszillator (50) rückgesetzt ist.

8. Schrittmacher nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die'Rücksetzstufen (55, 56) Stör-Blockierungsstufen aufweisen, die das Rücksetzen blockieren, wenn die von der Verstärkerstufe (54) bereitgestellten Signale mit einer Frequenz auftreten, die grosser ist als eine vorgegebene Störfrequenz.

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Nach Bedarf arbeitender Schrittmacher, der normalerweise . Reizungsimpulse bereitstellt und diese Reizungsimpulse bei Feststellen natürlicher Herzschläge sperrt, und der mit Elektroden zusammenwirkt, die die Reizungssignale einem Patienten und die den natürlichen Herzschlägen entsprechenden Signale dem Schrittmacher übertragen, gekennzeichnet durch Reizungssignale erzeugende Schaltungsteile (50), die normalerweise periodi-sch« Reizungssignale erzeugen und einen Oszillator besitg^a, der bei Auftreten eines Rücksetzsignales rückgesetzt werden kann, eine Reizungssignal-Verknüpfungsschaltung (51)i die die erzeugten Reizungssignale entweder durchlässt oder nicht durchlässt, deren erster Eingang mit dem Ausgang der Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteile (50) verbunden ist, und an derem zweiten Eingang ein Sperrsignal zugeführt wird, wobei die Reizungssignale nicht von der Verknüpfungsschaltung (5Ό durchgelassen werden, wenn das Sperrsignal am zweiten Eingang auftritt, eine Signalverstärkerstufe (54-) ι die die an ihr auftretenden Eingangssignale verstärkt, eine Übertragungseinrichtung, die die Reizungssignale von der Verknüpfungsschaltung (51) zu den Elektroden führt, die natürlichen Herzschlagsignale von den Elektroden empfängt und die Reizungssignale und die natürlichen Herzschlagsignale der Verstärkerstufe (54) zuleitet, Steuerstufen (35^ 56, 58), deren Eingangssignale von der Verstärkerstufe (54) und vom Oszillator (50) kommen, um festzustellen, wenn die von der Verstärkerstufe (54) bereitgestellten Signale die festgestellten natürlichen Signale darstellen und um nur dann ein Rücksetzsignal zu erzeugen, wenn eines der verstärkten Signale ein natürliches Signal darstellt, eine Verbindung, die die Rücksetzsignale zum Reizungssignalgenerator (50) führt, so dass der Oszillator (50) nur bei Auftreten eines natürlichen Signales rück'gesetzt wird und eine Sperrstufe (59)» die mit den Steuerstufen (55, 56, 58) und den Reizungssignale erzeugenden Schaltungsteilen (50) verbunden ist, um immer dann ein Sperrsignal bereitzustellen, wenn die Reizungssignale erzeugenden

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Schaltungsteile (50) rückgesetzt sind, wobei ein Ausgang der Sperrstufe (59) mit der Verknüpfungsschaltung (51) verbunden ist, so dass das Sperrsignal bewirkt, dass das erzeugte Reizungssignal bei Auftreten eines natürlichen Signals nicht durchgelassen wird.

10. Schrittmacher nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstufen (55₅ 56, 58) eine Stör-Austastschaltung, aufweisen, die die Erzeugung ,des Rücksetssignales bei ^^ Feststellen von verstärkten Signalen mit Unterbrechungen γ-verhindert, die kürzer als ein vorgegebener Störzeitraum sind.

11. Schrittmacher nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stör-Austastschaltung einen kontinuierlich setzbaren Multivibrator umfasst, der ein Schaltungselement aufweist, um ein Ausgangssignal mit vorgegebener Zeitdauer zu erzeugen, wenn am Eingang des Multivibrators ein Signal auftritt und der rückgesetzt wird und mit dem Austasten vorgegebener Dauer wieder beginnt, wenn ein nachfolgendes Eingangssignal innerhalb des Stör-Zeitraumes auftritt.

12. Schrittmacher nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstufen (55₅ 56, 58) eine Unterbrechungsstufe (58) enthalten, die einen vorgegebenen Unterbrechungszeitraum, der der Erzeugung eines Signals von den Reizungssignalen erzeugenden Schaltungsteilen (50) folgt, austastet und die die Erzeugung eines Rücksetzsignals während des Unterbrechungszeitraumes verhindert.

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