Gewisse Magenerkrankungen werden durch eine Vatotonie, das heisst durch gesteigerte Erregbarkeit des parasympathischen Nervensystems, verursacht. Zur Behandlung dieser Erkrankungen wird häufig eine als Vagotomie bezeichnete Operation vorgenommen, bei der die sich auf der Aussenseite des Magens befindenden Vagusnerven durchtrennt werden. Dabei ist es für die Heilung wesentlich, dass wirklich alle Nervenfasern unterbrochen werden.
Es ist nun bereits eine Testvorrichtung bekannt, die ermöglicht, bei der Operation zu überprüfen, ob alle Nervenfasern unterbrochen wurden. Diese Testvorrichtung weist zum Aufblasen des Magens dienende Organe und einen Drucksensor zur Messung des Gasdruckes im Magen auf. Die Vorrichtung weist des weitern eine Signalquelle zur Erzeugung elektrischer Reizsignale und mit der Signalquelle verbundene Elektroden auf, die in einer Zange derart gehaltert sind, dass sie in Verbindung mit den entlang der Speiseröhre verlaufenden Vagusnervensträngen gebracht werden können. Wenn nun den Elektroden Reizsignale zugeführt werden, so wird der Magen, wenn noch intakte Vagusnervenfasern vorhanden sind, kontrahiert. Diese Kontraktion bewirkt einen Druckanstieg, der mit Hilfe des Drucksensors nachgewiesen werden kann.
Bei dieser vorbekannten Testvorrichtung werden Elektroden aus Silber verwendet, denen als Reizsignal eine Folge von Impulsen zugeführt wird. Die letzteren weisen dabei immer das gleiche Vorzeichen und eine konstante Spannung auf. Das Reizsignal wird also durch einen pulsierenden Gleichstrom gebildet.
Es hat sich nun gezeigt, dass die mit dieser Vorrichtung durchgeführten Tests eine unbefriedigende Reproduzierbarkeit aufweisen und dass die Kontraktion des Magens bei längeren Tests oder bei Wiederholungen oft abnimmt. Da nun der Test im Verlaufe einer Operation normalerweise mehrmals wiederholt werden muss, kann die schlechte Reproduzierbarkeit den Erfolg der Operation vereiteln.
Es wurde nun gefunden, dass die schlechte Reproduzierbarkeit insbesondere daher rührt, dass die Grösse des Reizstromes wegen Änderungen des Übertragungswiderstandes nicht konstant bleibt. Die Grösse des Übergangswiderstandes wiederum ist stark von Polarisationseffekten abhängig.
Damit die durch die Polarisationseffekte erzeugten Gegenspannungen und der grosse Übergangswiderstand überhaupt überwunden werden konnten, war eine relativ grosse Impulsspannung von etwa 40 V erforderlich. Aus Sicherheitsgründen sollte jedoch eine möglichst kleine Spannung verwendet werden.
Des weitern wurde festgestellt, dass die Anwendung der vorbekannten Testvorrichtung eine sich durch eine Verfärbung äussernde Veränderung des Gewebes der Speiseröhre verursachte.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Test Vorrichtung zu schaffen, die eine gute Reproduzierbarkeit der Tests ermöglicht und keine Gewebeveränderungen verusacht.
Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur Reizung der Magen-Vagusnerven bei einer Vagotomie-Operation, mit einer Signalquelle zur Erzeugung elektrischer Reizsignale und einem Elektrodenhalter, der mindestens zwei leitend mit zwei verschiedenen Ausgängen der Signalquelle verbundene Elektroden aufweist und derart ausgebildet ist, dass die Elektroden in Verbindung mit den entlang der Speiseröhre verlaufenden Vagusnerven gebracht werden können. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle derart ausgebildet ist, dass sie beim Betrieb ihren beiden Ausgängen eine Folge von Impulsen mit abwechselnden Stromrichtungen zuführt, wobei die Impulsspannungen an den beiden Ausgängen bezüglich eines Erdungs-Anschlusses symmetrisch sind.
Diese Ausbildung der Vorrichtung ermöglicht, Polarisationseffekte weitgehend zu verhindern. Dadurch kann eine gute Reproduzierbarkeit erreicht werden.
Durch die Vermeidung der Polarisationseffekte können auch bereits die Gewebeveränderungen reduziert werden. Es wurde nun zudem erkannt, dass Gewebeveränderungen praktisch vollständig vermieden werden können, wenn Elektroden aus Graphit verwendet werden.
Der Erfindungsgegenstand soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Magens und einer damit verbundenen Testvorrichtung, die Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Speiseröhre und den sie umschliessenden Teil des Elektrodenhalters, die Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2, die Fig. 4 ein Schaltschema der Signalquelle und die Fig. 5 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs einiger Spannungen und des Ausgangsstromes.
In der Fig. 1 ist ein schematisch im Schnitt dargestellter Magen 1, das in diesen mündende Ende der Speiseröhre 2 sowie der an den Magenausgang anschliessende Anfang des Zwölffingerdarms 3 ersichtlich. In der Fig. 1 ist des weitern eine Testvorrichtung dargestellt, die ermöglicht, bei einer Vagotomie-Operation festzustellen, ob alle zur Magenwand führenden Vagus-Nervenfasern unterbrochen sind.
Die Testvorrichtung weist einen Messapparat 4 auf. Dieser enthält als wesentliche Elemente eine Signalquelle zur Erzeugung von zur Reizung der Vagusnerven des Magens dienenden Reizsignalen, einen Drucksensor, ein Anzeigeorgan zur analogen oder digitalen Anzeige des mit dem Sensor gemessenen Druckes sowie ein zur Registrierung des letzteren dienendes Registriergerät. Der Drucksensor ist über eine Schlauchleitung 5 mit dem Innenraum des Magens 1 verbunden. Die Schlauchleitung 5 ist über eine Abzweigung 6 und ein Rückschlagventil 7 mit einer Handpumpe 8 verbunden.
Das Rückschlagventil 7 ist derart angeordnet, dass die Luft nur in Richtung von der Pumpe 8 zur Leitung strömen kann.
Das Rückschlagventil 7 weist ferner ein Verstellorgan 7a auf, das ermöglicht, die Luft ausströmen zu lassen.
Die Leitung 5 ist in der Nähe ihres magenseitigen Endes mit einer elastischen, aufblasbaren Manschette 9 versehen.
Diese ist über einen Schlauch 10 und ein Rückschlag-Ventil 11 oder eine Klammer mit einer kleinen Handpumpe 12 verbunden. Durch Betätigen der letzteren kann die Manschette 9 aufgeblasen werden, so dass sie an der Innenwand der Speiseröhre 2 anliegt und dadurch den Zwischenraum zwischen der Leitung 5 und der Speiseröhre 2 dicht abschliesst. Das Rück schlagventil 11 ist zusätzlich mit einem Verstellorgan 1 la versehen, das ermöglicht, die Manschette nach dem Test wieder zu entleeren. Der Anfang des Zwöffingerdarms 3 kann für den Test etwa mit einer Klammer 13 abgeschlossen werden.
Die Vorrichtung weist des weitern einen Elektrodenhalter 14 mit mindestens zwei Elektroden auf, die über ein zweiadriges Kabel 15 leitend mit zwei verschiedenen Ausgängen der im Messapparat 4 enthaltenen Signalquelle verbunden sind.
Der Elektrodenhalter 14 ist als zangenartige Klammer ausgebildet und weist an den freien Enden der Zangenbacken zwei bei geschlossener Klammer zusammen einen Ring bildende Isolierkörper 16 auf.
Diese Isolierkörper 16 sind in grösserem Massstab in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Jeder der beiden halbringförmigen Isolierkörper 16 weist auf der Ringinnenseite zwei Nuten 16a auf. In diese sind halbkreisförmige, als Eletroden dienende Graphitscheiben 17 und 18 eingesetzt. Die Graphitscheiben sind derart angeordnet, dass die Scheiben 17, 18 paarweise in einer Ebene liegen. Im übrigen sind die Scheiben auf ihren einander zugewandten Seiten mit halbkreisförmigen Ausneh mungen 17a, beziehungsweise 18a versehen. Deren Radien sind so bemessen, dass die Elektroden-Scheiben 17, 18, wenn die Zangenbacken geschlossen sind, die Speiseröhre 2 annähernd umschliessen.
Bei der Durchführung eines Tests werden zuerst die Elektroden 17, 18 in die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Lage gebracht. Dann wird die zum Abschliessen des Mageneinganges dienende Manschette 9 aufgeblasen. Diese drückt dann die Speiseröhre 2 gegen die Elektroden 17, 18, so dass die letzteren fest an der Speiseröhre 2 anliegen. Auf diese Weise gelangen die Elektroden in Verbindung mit den zum Magen führenden, entlang der Speiseröhre 2 verlaufenden Vagusnervensträngen.
Die beiden oberen Elektroden-Scheiben 17 sind durch einen Leiter 19 des Kabels 15 mit dem Ausgang 31 der Signalquelle verbunden. Die beiden unteren Elektroden 18 sind durch den Leiter 20 mit dem Ausgang 32 der Signalquelle verbunden.
Die Fig. 4 zeigt ein Schaltschema mit den wichtigsten Elementen der als Ganzes mit 21 bezeichneten Signalquelle.
Diese weist eine zur Erzeugung der für den Betrieb notwendigen Gleichspannungen dienende Stromversorgungseinheit 22 auf, die mit einem dreipoligen, geerdeten Netzanschluss 23 verbunden ist. Die Signalquelle 21 enthält des weitern einen Impulsgenerator 24 und eine Ausgangseinheit 25. Die Signalquelle 21 weist ferner die bereits erwähnten, mit den Elektroden 17, 18 verbundenen Ausgänge 31 und 32 sowie einen von der Netzerde unabhängigen Erdnungsanschluss 33 auf.
Die Stromversorgungseinheit 22 ist mit dem Impulsgenerator 24 und über zwei Leiter mit den Anschlüssen 26 und 27 der Ausgangseinheit verbunden. Die Stromversorgungseinheit 22 ist derart ausgebildet, dass beim Betrieb zwischen den Anschlüssen 26 und 27 eine erdfreie Speisespannung von etwa 20 V vorhanden ist, wobei der Anschluss 26 das positivere Potential aufweist.
Der Impulsgenerator 24 ist über drei Leiter mit den Anschlüssen 28, 29 und 30 der Ausgangseinheit 25 verbunden.
Der Anschluss 29 ist dabei direkt mit dem Speisespannungs Anschluss 27 verbunden.
Im folgenden soll nun der Aufbau der Ausgangseinheit 25 näher besprochen werden. Diese weist eine Zenerdiode 34 auf, deren Kathode mit dem Anschluss 26 und deren Anode über einen Widerstand 35 mit den Anschlüssen 27 und 29 verbunden ist. An den letzteren sind ferner die Emitter von zwei npn-Transistoren 36 und 37 angeschlossen. Die Basis des Transistors 36 ist mit dem Impulsgenerator-Anschluss 28 und die Basis des Transistors 37 mit dem Impulsgenerator-Anschluss 30 verbunden. Die Kollektoren der npn-Transistoren 36 und 37 sind leitend mit dem Kollektor von je einem pnp Transistor 38, beziehungsweise 39 verbunden. Die Basen der beiden letzteren sind mit der Anode der Zenerdiode 34 verbunden.
Die Emitter der beiden Transistoren 38 und 39 sind je über einen Widerstand 40, beziehungsweise 41 mit dem einen Ende eines Einstellwiderstandes 42 verbunden, dessen anderes Ende an den Speisespannungs-Anschluss 26 angeschlossen ist.
Die Ausgangseinheit 25 weist des weiteren zwei Paare zueinander komplementärer Leistungstransistoren 43, 44, 45 und 46 auf. Unter komplementären Transistoren werden hierbei Transistoren mit umgekehrt dotierten Zonen verstanden.
Jedes der beiden Transistor-Paare bildet den Zweig einer Brückenschaltung, wobei die Emitter des durch den pnp-Transistor 43 und den npn-Transistor 44 gebildeten Paares miteinander und mit dem Signalquellen-Ausgang 31 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 45 und 46 des anderen Paares sind miteinander und mit dem Signalquellen-Ausgang 32 verbunden. Jeder der beiden Signalquellen-Ausgänge 31 und 32 ist ferner über einen Widerstand 47 beziehungsweise 48 mit dem Erdungs-Anschluss 33 verbunden. Damit die Spannungen an den beiden Ausgängen 31 und 32 beim Betrieb bezüglich des Erdungs-Anschlusses 33 symmetrisch sind, weisen die beiden Widerstände 47 und 48 den gleichen Wert auf.
Die Kollektoren der beiden gleich dotierte Zonen aufweisenden Transistoren 43 und 45 der Brücke sind direkt mit dem Anschluss 29, das heisst mit dem Minuspol der Speisespannung, verbunden. Dagegen sind die Kollektoren der beiden andern Brücken-Transistoren 44 und 46 über eine Leuchtdiode 49 mit dem Einstellwiderstand 42 und über diesen mit dem Pluspol der Speisespannung verbunden. Die Basen der beiden zueinander komplementären Transistoren 43 und 44 des einen Brückenzweiges sind miteinander und mit den Kollektoren der beiden ebenfalls zueinander komplementären Transistoren 36 und 38 verbunden. Die Basen der beiden andern Brücken-Transistoren 45 und 46 sind entsprechend miteinander und mit den Kollektoren der beiden Transistoren 37 und 39 verbunden.
Im folgenden soll nun die Arbeitsweise der Signalquelle 21 erläutert werden. Der Impulsgenerator 24 enthält einen Oszillator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen und eine Weiche.
Die letztere ist derart ausgebildet, dass den beiden Anschlüssen 28 und 30 abwechselnd ein bezüglich des Anschlusses 29 positiver Impuls zugeführt wird. Der zeitliche Verlauf der Spannung U zwischen den Klemmen 28 und 29 ist im obersten Teildiagramm der Fig. 5 dargestellt und mit 51 bezeichnet. Im zweiten Teildiagramm zeigt die Kurve 52 den Verlauf der Spannung zwischen den Anschlüssen 29 und 30 in Abhängigkeit von der Zeit t. Wie den beiden Teildiagrammen entnommen werden kann, werden dem Anschluss 28 in regelmäs- sigen Abständen Impulse 51a und dem Anschluss 30 Impulse 52a zugeführt. Die Impulse 52a liegen dabei ungefähr in der Mitte zwischen zwei Impulsen 51a.
Zunächst soll nun der Zustand der Ausgangseinheit in demjenigen Zeitpunkt beschrieben werden, in welchem dem Anschluss 28 ein positiver Impuls 51a zugeführt wird. Durch einen derartigen Impuls wird der Transistor 36 leitend. Dadurch wird dem Transistor 43 ein Basisstrom zugeführt, so dass dieser ebenfalls leitend wird.
Die Basisspannung der beiden Transistoren 38 und 39 wird währenddessen durch die Zenerdiode 34 konstant gehalten. Da die beiden Transistoren 38 und 39 über die Emitterwiderstände 40 und 41 sowie über den zu den letzteren in Serie geschalteten, gemeinsamen Einstellwiderstand 42 mit dem Pluspol der Speisespannung verbunden sind, ist ihr Kollektorstrom näherungsweise unabhängig von der Kollektorspannung. Da ferner der Transistor 37 während des Eintreffens eines Impulses 51a am Anschluss 28 gesperrt ist, fliesst der Kollektorstrom des Transistors 39 in die Basis des Brükkentransistors 46. Die Widerstände 40, 41 und 42 sind derart bemessen, dass der Transistor 46 durch den ihm zugeführten Basisstrom in den Arbeitsbereich gelangt, jedoch noch nicht gesättigt ist.
Während des Eintreffens eines positiven Impulses 51a fliesst daher ein Strom vom Anschluss 26, das heisst vom Pluspol der Speisespannung, über den Einstellwiderstand 42, die Leuchtdiode 49 und den Brücken-Transistor 46 zum Ausgang 32 und von diesem über den gestrichelt angedeuteten, durch das Speiseröhrengewebe gebildeten Lastwiderstand 60. Dieser Strom fliesst dann über den Ausgang 31 und den Brücken Transistor 43 zum Anschluss 27, das heisst zum Minuspol der Speisespannung.
Der zwischen den Elektroden gemessene Last-Widerstand 60, der sich aus dem Gewebewiderstand und den Übergangswiderständen zusammensetzt, beträgt bei kleinen Strömen, das heisst bei Strömen in der Grösse von etwa 10 mA oder weni ger, typischerweise etwa 100 Q. Bei grösseren Strömen wird er kleiner und fällt bei 300 mA auf etwa 60 Q ab. Selbstverständlich können die genauen Widerstandswerte von Patient zu Patient beträchtlich streuen.
Da der Basis des Brücken-Transistors 46 durch den Transistor 39 ein konstanter Strom eingeprägt wird, und weil der Widerstand 42 zusätzlich eine Stromgegenkopplung bewirkt, ist die Stärke des Ausgangsstromes von der Spannung über der Kollektor-Emitterstrecke des Brücken-Transistors 46 und von der Grösse des Lastwiderstandes 60 innerhalb gewisser Grenzen unabhängig. Die Ausgangseinheit 25 bildet also mit andern Worten näherungsweise eine Impuls-Stromquelle. Die Grösse des Ausgangsstromes kann mit Hilfe des Einstellwiderstandes 42 eingestellt werden. Der letztere und die beiden Widerstände 40 und 41 sind beispielsweise so bemessen, dass der Ausgangsstrom etwa im Bereich von 15 bis 300 mA variiert werden kann.
Die beiden Widerstände 47 und 48 weisen beispielsweise Widerstands-Werte in der Grösse von 10 kQ auf, so dass der über sie fliessende Strom im Vergleich zu dem über den Lastwiderstand 60 fliessenden Strom vernachlässigbar klein ist. Im übrigen sind die Elemente der Ausgangseinheit 25 derart dimensioniert, dass der Ausgangsstrom auch im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden nicht wesentlich ansteigt. Die Begrenzung des maximalen Ausgangsstromes bedeutet insbesondere auch eine Erhöhung der Sicherheit für den Patienten. Im übrigen ist die Stromversorgungseinheit 22 so ausgebildet, dass der Ausgangsstrom im Falle eines Versagens der Regelung bereits durch ihren Innenwiderstand auf einen Wert begrenzt wird, der für den Patienten noch keine Gefahr bietet.
Wenn nun der Anschluss 28 spannungslos ist und dem Anschluss 30 ein positiver Impuls 52a zugeführt wird, so werden die Transistoren 37 und 45 leitend. In diesem Fall fliesst ein Strom vom Anschluss 26 über den Widerstand 42, die Leuchtdiode 49 und den Brückentransistor 44 zum Ausgang 31 und dann über den Lastwiderstand 60 zum Ausgang 32 und über den Brücken-Transistor 45 zum Minuspol.
Wenn beide Anschlüsse 28 und 30 spannungslos sind, sind beide Transistoren 36 und 37 gesperrt. Dementsprechend sind auch die beiden Brücken-Transistoren 43 und 45 gesperrt, so dass kein Ausgangsstrom fliesst. Da die Transistoren 38 und 39 in diesem Betriebszustand einen sehr grossen Kollektorwiderstand sehen , fliessen durch diese Transistoren nur sehr kleine Kollektorströme. In diesem Betriebszustand arbeiten die Transistoren 38 und 39 also nicht mehr als Stromquellen.
Wenn den beiden Anschlüssen, etwa wegen einer Störung des Impulsgenerators 24, gleichzeitig ein Impuls oder eine konstante Spannung zugeführt würde, so hätte dies zur Folge, dass beide Transistoren 36 und 37 leitend wären. Die Brükken-Transistoren 43, 44, 45, 46 währen dann ebenfalls alle mehr oder weniger leitend, wobei jedoch wegen der Symmetrie der Brücke kein Ausgangsstrom fliessen würde. Auch beim Auftreten einer derartigen Störung besteht also keine Gefahr, dass ein zu grosser Strom fliessen könnte.
Zur weiteren Erläuterung der Funktion der Signalquelle 21 und zur Zusammenfassung des bisher Gesagten sind in der Fig. 5 noch die zeitlichen Änderungen des Ausgangsstromes und der Spannungen an den beiden Ausgängen 31 und 32 dargestellt. Die Kurve 53 bezeichnet dabei den Ausgangsstrom, wobei ein positiver Wert einem vom Ausgang 32 zum Ausgang 31 fliessenden Strom entspricht. Wie dem Diagramm entnommen werden kann, folgt auf einen positiven Stromimpuls 53a jeweils ein negativer Stromimpuls 53b. Durch dieses abwechselnde Ändern der Stromrichtung können Polarisationseffekte in der Übergangszone des Gewebes und dadurch auch Änderungen des Übergangswiderstandes weitgehend vermieden werden. Durch die beschriebene Stromregelung wird gewährleistet, dass die Stromimpulse immer genau die gleiche Rechteckform aufweisen und dass bei allen Stromimpulsen die gleiche Ladungsmenge zugeführt wird.
Die mit 54 und 55 bezeichneten Kurven zeigen den zeitlichen Verlauf der zwischen dem Ausgang 31 und dem Erdungsanschluss 33, beziehenungsweise zwischen dem Ausgang 32 und dem Erdungsanschluss 33 gemessenen Spannung. Wie den Diagrammen entnommen werden kann, erscheint beim Eintreffen eines Impulses 51a am Ausgang 31 ein negativer Spannungsimpuls 54a und am Ausgang 32 ein positiver Spannungsimpuls 55a. Beim Eintreffen eines Impulses 52a tritt dann am Ausgang 31 ein positiver Spannungsimpuls 54b und am Ausgang 32 ein negativer Spannungsimpuls 55b auf.
Die Spannungen an den beiden Ausgängen 31 und 32 sind also in jedem Zeitpunkt bezüglich des Erdungsanschlusses 33 symmetrisch. Für die Durchführung der Operation und der Tests wird der Patient zweckmässigerweise mit dem Erdungsanschluss 33 verbunden. Die Symmetrie der Ausgangsspannungen hat dann den sehr wesentlichen Vorteil, dass Streuströme weitgehend vermieden werden können. Da für die Durchführung der Tests einerseits Impuls-Ströme in der Grösse von etwa 100 mA zweckmässig sind und da anderseits über das Herz fliessende Streuströme mit einem Wert in der Grösse von 0,02 mA bereits das sehr gefährliche Herzkammerflimmern verursachen können, ist die Vermeidung von Streuströmen im Bereich des Herzens sehr wesentlich für die Sicherheit des Patienten.
Die Vermeidung von Polarisationseffekten und die Verwendung einer Stromregelung hat den weiteren Vorteil, dass mit relativ kleinen Impulsspannungen gearbeitet werden kann.
Die Impulsspannungen betragen typischerweise einige Volt und können höchstens den Wert der Speisespannung, nämlich etwa 20 Volt, erreichen.
Für die einzelnen Tests werden normalerweise Impulsfolgen mit einer Dauer von etwa 30 s verwendet. Die Signalquelle 21 ist daher zweckmässigerweise mit einem einstellbaren Zeitschalter versehen, der die Impulserzeugung nach dem Ablauf der vorgewählten Zeit selbsttätig abschaltet.
Soll nun im Verlauf einer Vagotomie-Operation ein Test durchgeführt werden, wird zuerst die Klammer 14 derart fixiert, dass die Elektroden, wie bereits erwähnt, die Speiseröhre 2 umschliessen. Dann wird der Magenausgang verschlossen und mittels der Handpumpe 12 die Manschette 9 aufgeblasen. Schliesslich wird der Magen 1 mit der Handpumpe 8 derart aufgeblasen, dass ein Druck von beispielsweise etwa 100 mm WS entsteht. Nun kann den Elektroden von der Signalquelle eine Impulsfolge zugeführt werden.
Wenn noch nicht durchtrennte Vagusnervenfasern zum Magen führen, wird sich dieser während der Zufuhr der Impulsfolge kontrahieren und dadurch einen kleinen Anstieg des Druckes verursachen. Sind dagegen alle Nervenfasern unterbrochen, so bleibt der Druck bei der Reizung konstant oder nimmt eventuell sogar etwas ab.
Beim Zuführen der Reizimpulse erzeugt die Leuchtdiode 49 Leuchtsignale. Da diese nur auftreten, wenn tatsächlich ein Ausgangsstrom fliesst, wird ein Unterbruch des Ausgangsstromkreises sofort durch das Ausbleiben der Lichtsignale ersichtlich. Falls der Ausgangsstrom etwa wegen eines zu grossen Übergangswiderstandes der Elektroden-Speiseröhren Verbindung wesentlich unter dem vorgesehenen Sollwert liegt, äussert sich dies natürlich durch eine geringere Lichtintensität und kann ebenfalls festgestellt werden.
Die mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführten Versuche haben erwiesen, dass auch bei länger dauernden Tests und bei mehrfachen Wiederholungen keine Gewebeveränderungen feststellbar sind. Des weitern hat sich gezeigt, dass sich bei Wiederholungen der Tests gut reproduzierbare Anstiege des Magendruckes ergeben.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung in verschiedener Weise modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, alle Transistoren durch ihre komplementären Typen zu ersetzen und die Polarität der Speisespannung umzudrehen.
Certain gastric diseases are caused by vatotonia, that is, by increased excitability of the parasympathetic nervous system. To treat these diseases, an operation known as a vagotomy is often performed, in which the vagus nerves on the outside of the stomach are severed. It is essential for healing that all nerve fibers are really interrupted.
A test device is already known which makes it possible to check during the operation whether all nerve fibers have been interrupted. This test device has organs used to inflate the stomach and a pressure sensor for measuring the gas pressure in the stomach. The device furthermore has a signal source for generating electrical stimulus signals and electrodes connected to the signal source which are held in forceps in such a way that they can be brought into connection with the vagus nerve cords running along the esophagus. If stimulus signals are now applied to the electrodes, the stomach will contract if the vagus nerve fibers are still intact. This contraction causes a pressure increase, which can be detected with the help of the pressure sensor.
In this previously known test device, electrodes made of silver are used, to which a sequence of pulses is fed as a stimulus signal. The latter always have the same sign and a constant voltage. The stimulus signal is thus formed by a pulsating direct current.
It has now been shown that the tests carried out with this device have an unsatisfactory reproducibility and that the contraction of the stomach often decreases with longer tests or with repetitions. Since the test usually has to be repeated several times in the course of an operation, the poor reproducibility can thwart the success of the operation.
It has now been found that the poor reproducibility is due in particular to the fact that the magnitude of the stimulation current does not remain constant due to changes in the transmission resistance. The size of the contact resistance, in turn, is heavily dependent on polarization effects.
A relatively large pulse voltage of around 40 V was required so that the counter voltages generated by the polarization effects and the large contact resistance could be overcome at all. However, for safety reasons, the lowest possible voltage should be used.
Furthermore, it was found that the use of the previously known test device caused a change in the tissue of the esophagus which was manifested by discoloration.
The invention is now based on the object of creating a test device which enables good reproducibility of the tests and does not cause any tissue changes.
The invention relates to a device for stimulating the gastric vagus nerves during a vagotomy operation, with a signal source for generating electrical stimulation signals and an electrode holder which has at least two electrodes conductively connected to two different outputs of the signal source and is designed such that the electrodes may be associated with the vagus nerves running along the esophagus. The device is characterized in that the signal source is designed in such a way that during operation it supplies its two outputs with a sequence of pulses with alternating current directions, the pulse voltages at the two outputs being symmetrical with respect to a ground connection.
This design of the device enables polarization effects to be largely prevented. This enables good reproducibility to be achieved.
By avoiding the polarization effects, the tissue changes can already be reduced. It has now also been recognized that tissue changes can be practically completely avoided if electrodes made of graphite are used.
The subject of the invention is to be explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows a schematic representation of a stomach and a test device connected to it, FIG. 2 shows a longitudinal section through the esophagus and the part of the electrode holder surrounding it, FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG FIG. 2, FIG. 4 a circuit diagram of the signal source and FIG. 5 a diagram of the time profile of some voltages and the output current.
In FIG. 1, a stomach 1 is shown schematically in section, the end of the esophagus 2 opening into it and the beginning of the duodenum 3 adjoining the gastric outlet. Furthermore, FIG. 1 shows a test device which makes it possible to determine during a vagotomy operation whether all of the vagus nerve fibers leading to the stomach wall are interrupted.
The test device has a measuring apparatus 4. This contains, as essential elements, a signal source for generating stimulus signals used to stimulate the vagus nerves of the stomach, a pressure sensor, a display element for analog or digital display of the pressure measured by the sensor, and a recording device used to register the latter. The pressure sensor is connected to the interior of the stomach 1 via a hose line 5. The hose line 5 is connected to a hand pump 8 via a branch 6 and a check valve 7.
The check valve 7 is arranged such that the air can only flow in the direction from the pump 8 to the line.
The check valve 7 also has an adjusting element 7a, which enables the air to flow out.
The line 5 is provided with an elastic, inflatable cuff 9 near its gastric end.
This is connected to a small hand pump 12 via a hose 10 and a non-return valve 11 or a clamp. By actuating the latter, the cuff 9 can be inflated so that it rests against the inner wall of the esophagus 2 and thereby tightly closes the gap between the line 5 and the esophagus 2. The non-return valve 11 is also provided with an adjusting element 1 la, which enables the cuff to be emptied again after the test. The beginning of the duodenum 3 can be closed with a clip 13 for the test.
The device also has an electrode holder 14 with at least two electrodes which are conductively connected to two different outputs of the signal source contained in the measuring apparatus 4 via a two-core cable 15.
The electrode holder 14 is designed as a pincer-like clamp and has two insulating bodies 16, which together form a ring when the clamp is closed, at the free ends of the pincer jaws.
These insulating bodies 16 are shown on a larger scale in FIGS. 2 and 3. Each of the two half-ring-shaped insulating bodies 16 has two grooves 16a on the inside of the ring. Semicircular graphite disks 17 and 18 serving as electrodes are inserted into these. The graphite disks are arranged in such a way that the disks 17, 18 lie in pairs in one plane. In addition, the disks are provided on their mutually facing sides with semicircular Ausneh provisions 17a and 18a. Their radii are so dimensioned that the electrode disks 17, 18 approximately enclose the esophagus 2 when the forceps jaws are closed.
When carrying out a test, the electrodes 17, 18 are first brought into the position shown in FIGS. 2 and 3. Then the cuff 9, which is used to close the stomach entrance, is inflated. This then presses the esophagus 2 against the electrodes 17, 18 so that the latter lie firmly against the esophagus 2. In this way, the electrodes come into contact with the vagus nerve cords leading to the stomach and running along the esophagus 2.
The two upper electrode disks 17 are connected to the output 31 of the signal source by a conductor 19 of the cable 15. The two lower electrodes 18 are connected by the conductor 20 to the output 32 of the signal source.
4 shows a circuit diagram with the most important elements of the signal source designated as a whole by 21.
This has a power supply unit 22 which is used to generate the direct voltages required for operation and which is connected to a three-pole, earthed mains connection 23. The signal source 21 also contains a pulse generator 24 and an output unit 25. The signal source 21 also has the aforementioned outputs 31 and 32 connected to the electrodes 17, 18 as well as an earth connection 33 that is independent of the mains earth.
The power supply unit 22 is connected to the pulse generator 24 and via two conductors to the connections 26 and 27 of the output unit. The power supply unit 22 is designed such that, during operation, a floating supply voltage of approximately 20 V is present between the connections 26 and 27, the connection 26 having the more positive potential.
The pulse generator 24 is connected to the connections 28, 29 and 30 of the output unit 25 via three conductors.
The connection 29 is directly connected to the supply voltage connection 27.
The structure of the output unit 25 will now be discussed in more detail below. This has a Zener diode 34, the cathode of which is connected to the connection 26 and the anode of which is connected to the connections 27 and 29 via a resistor 35. The emitters of two npn transistors 36 and 37 are also connected to the latter. The base of the transistor 36 is connected to the pulse generator connection 28 and the base of the transistor 37 is connected to the pulse generator connection 30. The collectors of the npn transistors 36 and 37 are conductively connected to the collector of one pnp transistor 38 and 39, respectively. The bases of the latter two are connected to the anode of the Zener diode 34.
The emitters of the two transistors 38 and 39 are each connected via a resistor 40 or 41 to one end of an adjusting resistor 42, the other end of which is connected to the supply voltage connection 26.
The output unit 25 also has two pairs of mutually complementary power transistors 43, 44, 45 and 46. Complementary transistors are understood here to mean transistors with inversely doped zones.
Each of the two transistor pairs forms the branch of a bridge circuit, the emitters of the pair formed by the pnp transistor 43 and the npn transistor 44 being connected to one another and to the signal source output 31. The emitters of the transistors 45 and 46 of the other pair are connected to one another and to the signal source output 32. Each of the two signal source outputs 31 and 32 is also connected to the ground connection 33 via a resistor 47 and 48, respectively. So that the voltages at the two outputs 31 and 32 are symmetrical with respect to the ground connection 33 during operation, the two resistors 47 and 48 have the same value.
The collectors of the two transistors 43 and 45 of the bridge, which have the same doped zones, are connected directly to the connection 29, that is to say to the negative pole of the supply voltage. In contrast, the collectors of the other two bridge transistors 44 and 46 are connected via a light-emitting diode 49 to the setting resistor 42 and via this to the positive pole of the supply voltage. The bases of the two mutually complementary transistors 43 and 44 of one bridge branch are connected to one another and to the collectors of the two transistors 36 and 38, which are likewise complementary to one another. The bases of the other two bridge transistors 45 and 46 are correspondingly connected to one another and to the collectors of the two transistors 37 and 39.
The mode of operation of the signal source 21 will now be explained below. The pulse generator 24 contains an oscillator for generating square-wave pulses and a switch.
The latter is designed such that the two connections 28 and 30 are alternately supplied with a positive pulse with respect to the connection 29. The variation over time of the voltage U between the terminals 28 and 29 is shown in the uppermost partial diagram of FIG. 5 and denoted by 51. In the second partial diagram, curve 52 shows the course of the voltage between terminals 29 and 30 as a function of time t. As can be seen from the two partial diagrams, the connection 28 is supplied with pulses 51a and the connection 30 is supplied with pulses 52a. The pulses 52a lie approximately in the middle between two pulses 51a.
First of all, the state of the output unit will now be described at the point in time at which a positive pulse 51a is supplied to the connection 28. Such a pulse makes transistor 36 conductive. As a result, the transistor 43 is supplied with a base current so that it also becomes conductive.
The base voltage of the two transistors 38 and 39 is kept constant by the Zener diode 34 during this time. Since the two transistors 38 and 39 are connected to the positive pole of the supply voltage via the emitter resistors 40 and 41 and via the common setting resistor 42 connected in series with the latter, their collector current is approximately independent of the collector voltage. Furthermore, since the transistor 37 is blocked during the arrival of a pulse 51a at the terminal 28, the collector current of the transistor 39 flows into the base of the bridge transistor 46. The resistors 40, 41 and 42 are dimensioned such that the transistor 46 is affected by the base current supplied to it enters the work area but is not yet saturated.
During the arrival of a positive pulse 51a, a current therefore flows from connection 26, i.e. from the positive pole of the supply voltage, via setting resistor 42, light-emitting diode 49 and bridge transistor 46 to output 32 and from there via the dotted line through the esophageal tissue formed load resistor 60. This current then flows via the output 31 and the bridge transistor 43 to the connection 27, that is to say to the negative pole of the supply voltage.
The load resistance 60 measured between the electrodes, which is made up of the tissue resistance and the contact resistances, is typically about 100 Ω for small currents, i.e. for currents of about 10 mA or less. With larger currents, it is smaller and drops to about 60 Q at 300 mA. Of course, the exact resistance values can vary considerably from patient to patient.
Since the base of the bridge transistor 46 is impressed by the transistor 39 with a constant current, and because the resistor 42 also causes negative current feedback, the strength of the output current depends on the voltage across the collector-emitter path of the bridge transistor 46 and on the size of the load resistor 60 independently within certain limits. In other words, the output unit 25 approximately forms a pulse current source. The magnitude of the output current can be set with the aid of the setting resistor 42. The latter and the two resistors 40 and 41 are dimensioned, for example, such that the output current can be varied approximately in the range from 15 to 300 mA.
The two resistors 47 and 48 have, for example, resistance values of the order of 10 kΩ, so that the current flowing through them is negligibly small compared to the current flowing through the load resistor 60. In addition, the elements of the output unit 25 are dimensioned such that the output current does not increase significantly even in the event of a short circuit between the electrodes. Limiting the maximum output current also means, in particular, an increase in safety for the patient. In addition, the power supply unit 22 is designed in such a way that, in the event of a failure of the regulation, the output current is already limited by its internal resistance to a value which does not yet pose a risk to the patient.
If the connection 28 is now dead and a positive pulse 52a is fed to the connection 30, the transistors 37 and 45 become conductive. In this case, a current flows from the connection 26 via the resistor 42, the light-emitting diode 49 and the bridge transistor 44 to the output 31 and then via the load resistor 60 to the output 32 and via the bridge transistor 45 to the negative pole.
When both terminals 28 and 30 are dead, both transistors 36 and 37 are blocked. Accordingly, the two bridge transistors 43 and 45 are also blocked, so that no output current flows. Since the transistors 38 and 39 see a very large collector resistance in this operating state, only very small collector currents flow through these transistors. In this operating state, the transistors 38 and 39 no longer work as current sources.
If a pulse or a constant voltage were fed to the two connections at the same time, for example because of a fault in the pulse generator 24, this would result in both transistors 36 and 37 being conductive. The bridge transistors 43, 44, 45, 46 would then also all be more or less conductive, although no output current would flow because of the symmetry of the bridge. Even if such a disturbance occurs, there is no risk that an excessively high current could flow.
To further explain the function of the signal source 21 and to summarize what has been said above, FIG. 5 also shows the changes over time in the output current and the voltages at the two outputs 31 and 32. Curve 53 denotes the output current, a positive value corresponding to a current flowing from output 32 to output 31. As can be seen from the diagram, a positive current pulse 53a is followed by a negative current pulse 53b. This alternating change in the direction of the current can largely avoid polarization effects in the transition zone of the tissue and thereby also changes in the transition resistance. The described current regulation ensures that the current pulses always have exactly the same rectangular shape and that the same amount of charge is supplied to all current pulses.
The curves denoted by 54 and 55 show the time profile of the voltage measured between the output 31 and the ground connection 33, or between the output 32 and the ground connection 33. As can be seen from the diagrams, when a pulse 51a arrives at output 31, a negative voltage pulse 54a appears and a positive voltage pulse 55a appears at output 32. When a pulse 52a arrives, a positive voltage pulse 54b occurs at output 31 and a negative voltage pulse 55b occurs at output 32.
The voltages at the two outputs 31 and 32 are therefore symmetrical with respect to the ground connection 33 at all times. To carry out the operation and the tests, the patient is expediently connected to the ground connection 33. The symmetry of the output voltages then has the very important advantage that stray currents can largely be avoided. Since, on the one hand, impulse currents of around 100 mA are appropriate for carrying out the tests and, on the other hand, stray currents flowing through the heart with a value of 0.02 mA can cause the very dangerous ventricular fibrillation, it is important to avoid Stray currents in the area of the heart are very important for the safety of the patient.
Avoiding polarization effects and using current regulation has the further advantage that relatively small pulse voltages can be used.
The pulse voltages are typically a few volts and can at most reach the value of the supply voltage, namely about 20 volts.
Pulse trains with a duration of about 30 seconds are normally used for the individual tests. The signal source 21 is therefore expediently provided with an adjustable time switch which automatically switches off the generation of pulses after the preselected time has elapsed.
If a test is to be carried out in the course of a vagotomy operation, the clamp 14 is first fixed in such a way that the electrodes, as already mentioned, enclose the esophagus 2. Then the gastric outlet is closed and the cuff 9 is inflated by means of the hand pump 12. Finally, the stomach 1 is inflated with the hand pump 8 in such a way that a pressure of, for example, about 100 mm water column arises. A pulse train can now be fed to the electrodes from the signal source.
If vagus nerve fibers that have not yet been severed lead to the stomach, it will contract as the pulse train is delivered, causing a small increase in pressure. If, on the other hand, all nerve fibers are interrupted, the pressure remains constant during the stimulation or may even decrease somewhat.
When the stimulus pulses are supplied, the light emitting diode 49 generates light signals. Since these only occur when an output current is actually flowing, an interruption in the output circuit is immediately apparent from the absence of the light signals. If the output current is significantly below the intended target value, for example because the contact resistance of the electrode-esophagus connection is too high, this is of course expressed as a lower light intensity and can also be determined.
The tests carried out with the device described above have shown that no tissue changes can be detected even in tests that take longer and are repeated several times. Furthermore, it has been shown that repetitions of the tests result in easily reproducible increases in gastric pressure.
Of course, the device can be modified in various ways. For example, it is possible to replace all transistors with their complementary types and to reverse the polarity of the supply voltage.