DE1900062A1

DE1900062A1 - Elektronisch peripherischer Nervenstimulator

Info

Publication number: DE1900062A1
Application number: DE19691900062
Authority: DE
Inventors: Colyer John Ernest George
Original assignee: Wellcome Foundation Ltd
Current assignee: Wellcome Foundation Ltd
Priority date: 1968-01-05
Filing date: 1969-01-02
Publication date: 1969-07-31
Also published as: CH487651A; IL31356A; BR6905327D0; AU3204368A; AU408766B2; FR1604457A; BE726417A; IL31356A0; GB1258812A; US3612060A; NL6818359A

Description

THE !fELLCOME FOUNDATION LIMXTSD
I83-193 EustoE Road
London, N*¥,1, / ENGLAND

Elektronisch peripherischer Nerven stimulator

Die Erfindung betrifft einen elektronisch peripherischen Nervenstimulator, der eine Stromquelle und einen transistorgesteuerten Schwingkreis mit einem Transistor im Stromkreis mit Widerstandskapazitätsnetz sowie einen Transformator mit einer Leistungsimpulse erzeugenden Tertiärwicklung aufweist.

Ein derartiger» vorzugsweise transportabler Stimulator zur Stimulierung peripherischer Nervenstimulation von Patienten ist unter anderem geeignet, die Effekte eines muskelerschlaffanden Arzneimittels auf die nauromuskulare Verbindung eines Muskels oder einer Muskelgruppe eines

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Patienten zu überwachen. Außerdem kann der Stimulator die Effekte solcher Arzneimittel entdecken und deren Wirkung umsteuern oder verhindern oder bestimmen, ob der Grund der Muskelerschlaffung auf Muskelschwäche oder eine Wirkung auf oder durch das zentrale Nervensystem zurückzuführen ist.

Bei einem chirurgischen Eingriff ist es oft notwendig, den Typ, die Dauer der Wirkung und die Intensität der in einem Patienten vorhandenen neuromuskulären Störung zu wissen, z.B. ob die Störung durch ein depolarisierendes oder nichtdepolarisierendes Arzneimittel hervorgerufen ist. Die besonderen Aspekte der Wirkungsweise von Arzneimitteln können durch Nervenstimulation festgestellt werden, wobei hinsichtlich der wesentlichen Merkmale auf die noch schwebende australische Patentanmeldung No. 68267/65, eingereicht am 23_e12.I965, bezug genommen wird.

Auf der anderen Seite kann es notwendig sein, daß während eines chirurgischen Eingriffes die willkürliche Muskulatur in dem Bereich, in dem der Chirurg den Eingriff vornimmt, entspannt oder gelähmt werden muß, so daß sie sich nicht zusammenziehen oder bewegen kann. Dies wird durch Verabreichung eines neuromuskulären Hemmittels (amskelerschlaffendes Mittel) erreicht, und danach ist durch fortlaufende Kontrolle einer neuromuskulären Verbindung eine zunehmende Dosis von entspannenden Mitteln möglich, die rechtzeitig verabreicht werden muß, um unerwünschte Bewegungen der Muskeln zu vermeiden.

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Bs kann aber auch ein Verhindern der Wirkung des muskelerschlaffenden Mittels erwünscht sein, um die Beobachtung des Zustandes des Patienten während der nachoperativen Periode zu erleichtern.

Weiterhin kann es wünschenswert sein, während eines chirurgischen Eingriffs Nerven oder Nervengewebe durch Stimulation festzustellen und dabei eine Reaktion von damit verbundenen Muskelgruppen zu erhalten₀

In der bereits erwähnten Patentanmeldung sind die Typen der neuromuskulären Hemmittel näher beschrieben, wie auch die Wirkungsweise solcher Mittel, und die Typen und Effekte der Stimulation, die für unterschiedliche Bedingungen notwendig sind»

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Nervenstimulator zu schaffen für die oben genannten Zwecke, der geeignet ist, entweder einen kontinuierlichen oder einen intermittierenden Leistungsimpuls über einen weiten (variablen) Frequenzbereich, zu liefern und der einen niedrigen Stromverbrauch hat (was in bezug auf den Gebrauch in der Chirurgie sehr wichtig ist, da es hier notwendig ist, daß der Strom während einer längeren Operation nicht ausfällt), der vorzugsweise eine unterschiedliche Spannung hat und sicher ist für den Gebrauch in Operationssälen, wo leicht entflammbare Gase vorhanden sein können.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der tatsächliche Scheinwiderstand des Widerstandskapazitätsnetzes variabel ist, um eine wahlweise Leistungswiederholungsrate zu erreichen, wobei der Transformator eine erste Primärwicklung im Stromkreis mit dem Kollektor des Transistors und.eine zweite Primärwicklung im Stromkreis mit der Basis des Transistors hat, und durch den Transistor mittels einer positiven Rückkupplungswindung zu der genannten Transistorbasis "reflektierter" Strom hindurchgeführt wird.

Das Widerstandskapazitätsnetz weist einen einzigen Kondensator und vier in Serie miteinander verbundener Widerstände auf, wobei drei der Widerstände zur Bildung der variabelen Impulswiederholungsrate so miteinander verbunden sind, daß sie wahlweise aus dem Stromkreis ausgeschlossen werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Widerstandskapazitätsnetz einen einzigen Kondensator und vier in Serie miteinander verbundene Widerstände auf, wobei drei der Widerstände so miteinander verbunden sind, daß Impulswiederholungsraten von 1 Impuls/ 10 Sek., 1 Impuls/5 Sek., 1 Impuls/Sek. oder 50 Impulse/Sek. erreicht werden können.

Außerdem ist eine Gasentladungslampe in Serie mit der genannten Tertiärwicklung verbunden.

Des weiteren ist ein potentialer Verteilerapparat im Stromkreis mit der Tertiärwicklung verbunden, um die Spannung der genannten Leistungsimpulse auf ein gewünschtes Niveau einstellen zu können·

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Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erklärt, wobei auf die beiliegende Zeichnung bezug genommen wird, die ein Schaltbild des Stromkreises der Vorrichtung darstellt ·

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der peripherische Nervenstimulator im allgemeinen eine Stromquelle aufweist, einen Schwingkreis unter Verwendung eines einzelnen Transistors VT1 in Verbindung mit einem Impulstransformator (oder Weckdrosselspule) T1 und der Impulswiederholungsrate, die durch ein R-C-Netz kontrolliert wird, und einen Leistungsstromkreis, der mit der zweiten Wicklung des genannten Transformators TI verbunden ist.

Die fundamentale Tätigkeit des Stromkreises basiert auf einem modifizierten "Blockierungs-Schwingkreis". Der Kondensator C1 hat anfangs querdurch eine Spannung von Null, aber er lad sich auf in ein negatives Potential durch das zeitgesteuerte Widerstandsnetz R1 - Rk (oder durch einen einzelnen zeitgesteuerten Widerstand, wie es gerade der Fall erfordert) bis zu dem Zeitpunkt, wo die Spannung quer durch C1 die vorwärtsführende Spannung des Basis_TEmitters des Transistors VT1 übersteigt. Die Transistorbasis wird dann führend und Kollektorstrom wird durch die Wicklung W1 des Transformators T1 geführt. Der durch die Wicklung W1 führende Strom wird in die Wicklung '.Ί2 reflektiert und durch positives Zurückleiten wird der Transistor "auf" hart geschaltet. Dadurch wird ein kurzes Abheben der Basis verursacht, und daher erhält der Kollektor einen Stromimpuls.

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Durch zusätzliche Basisspannung, die von dem reflektierten Impuls geliefert wird, wird es dem Basisstrom ermöglicht, den Kondensator C1 auf ein sehr kleines Niveau zu entladen. Der Basisstrom ist wünschenswerterweise auf einen sicheren Wert begrenzt durch die Einführung eines die Reihenschaltung begrenzenden Widerstandes r6.

Nachdem der Impuls vom Kollektor-Stromkreislauf abgeklungen ist, wird der Transistor VT1 abgeschaltet, da die Spannung quer durch C1 sich wieder Null nähert und der Stromkreislauf nicht länger aufrechterhalten werden kann. So wird nur ein Impuls erzeugte

Der Kreislauf wird dann wiederholt, indem sich der Kondensator CT durch das Widerstandsnetz R1 - Rk aufläd, eine Kette von einzelnnen Impulsen erzeugt wird durch den Stromkreislauf, so lange wie die Stromquelle "eingeschaltet" ist, in diesem Falle durch Schalter s.1, der gemeinschaftlich mit einem Potentiometer RV1 betrieben wird, worauf nachstehend bezug genommen wird*

Die Impulswiederholungsrate hängt von der Zeitkonstante des R-C-Netzes ab, wobei diese, wie in der Zeichnung dargestellt, variabel ist durch die den v/iderstand einschaltende Anordnung, die den Schalter 32 und die Kontaktknöpfe 33 und Sk aufweist. Aber in einer viel einfacheren Ausführungsform ist sie durch einen einzigen zeitgesteuerten Widerstand festgesetzt. Die Anodenkapazität von C1 muß so ausgewählt sein, daß der Transistor VT1 anfangs voll "eingeschaltet" ist, und der oder die Widerstände die hauptsächlich zeitgesteuerten Elemente sind.

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Der Kollektor-Stromimpuls in der Wicklung ¥1 wird
ebenfalls in die zweite Wicklung W3 reflektiert, durch welche quer hindurch ein hoher Spannungsimpuls entwickelt wird, dessen Wert vom ersten zum zweiten Wicklungsverhältnis bestimmt wird.

Dieser hohe Spannungsimpuls beschickt die Reihenschaltung einer Gasentladungs-(Neon) Lampe LP1 und eines Potentiometers RV1. Die Gasentladungslampe LP1 dient als sichtbarer Anzeiger für das Vorhandensein eines Leiabungsiepulses und dazu, die Spannung, die quer durch
das Potentiometer RV1 vorhanden ist, zu begrenzen.

Die Leistungsverbindungen SK1 und SK2 werden vom Bewegungsarm bzw. einer Seite des Potentiometers RV1 genommen, wobei die Spannung quer durch die Ladung durch Einstellung des Potentiometerarmes reguliert wird;

Um die verbesserte Tätigkeit des beschriebenen Stromkreises zu erleichtern, ist ein Widerstand R5 parallel mit dem Kondensator C1, ein Widerstand R7 parallel mit der Gasentladungslampe LP1, ein Widerstand R8 parallel mit dem Potentiometer RV1 uiid ein .viderstand R9 ist in Reihe mit dem Bewegungsarm des Potentiometers RV1 verbunden.

Vom praktischen Standpunkt aus gesehen, hat der Widerstand R5 eine stabilisierende Wirkung auf den Brennpunkt des Transistors VT1 und hilft Abweichungen in der Kapazitanz des Kondensators C1 auszugleichen. Der widerstand R7 stabilisiert den Brennpunkt der Lampe LP1 und verhindert das Auftreten von großen Höchstspannungen
quer durch die Wicklung ¥3 in dem Augenblick, bevor

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eine Gasionisation in der· Lampe LPl stattfindet. Der Widerstand R8 wird einzig und allein als Regulator* für die Leistungsspannung gebraucht, wobei der ¥ert so ausgewählt ist, daß die nichtgeladene Leistungsspannung von gewünschtem Wert ist und so Abweichungen in Teilparametern ausgleicht. Der Wert des Resistors ist so ausgewählt, daiS ein optimaler Ausgleich für Abweichungen £m Ladungswiderstand geschaffen wird, um ein ungefähres, lineares Gesetz für Leistungsspannnng gegen Potentiometer-Rotation zu erreichen, und zwar für alle Werte des Ladungsbild er Standes innerhalb eines Arbeitsbereiches,

Viele Änderungen können in dem beschriebenen und illustrierten Stromkreis vorgenommen werden, ohne vom Erfind ungsber eich abzuweichen. Jedoch werden folgende Angaben durch Beispiele als Komponente oder Teilwerte gegeben, die angewandt werden können_t um eine solche Vorrichtung zu konstruieren; die Elemente» auf die sich bezogen wird, sind in der Zeichnung angegebens

Batterie, 6 Volt (k χ 1,5 Voltgröße AA

Bleistifzelle)

Widerstand R1, %?0K Ohm

Widerstand R2_t 2?OK Ohm

Widerstand R3, 56K Ohm

Widerstand R*fr_t IQQQK Ohm

Widerstand R5, IQQK Ohm

Widerstand R6_t 22 Ohm

Widerstand R7, 33QK Ohm

Widerstand R8_t 33K Ohm

Widerstand R9, IQQO Ohm

Potentiometer RVI, 25K Ohm, linear

Kondensator Cl, 2OQ Mikro-Farad

(6 Volt Arbeitsspanrtung)

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— y —

Transistor, Germanium PNP Type 2N217

Transformator, "Ferguson" Type

Alle erwähnten 'Widerstände sind Kohl ens toff-Typen von 0,5 Watt, und obwohl optimale Werte für die Widerstände R8 und R9 angegeben sind, sollten diese ausgewählt werden für eine gewünschte Nicht-npannungaspitze bzw. für eine optimale Kontrollinearität.

Durch die unterschiedlich erläuterten Komponenten mit den oben angegebenen Werten können folgende Resultate erzielt werden:

a) Leistungsspannung, - O bis 375 Volt (nicht geladen,

offener Stromkreis) - 0 bis 20 Volt (1,000 Ohm

Ladungswiderstand)

b) Impulssteigerung, - weniger als 1,0 Mikrosekunden

c) Impulsweite, - ungefähr 1,3 Milli-Sekunden

(insgesamt)

d) Impulswiederholungsrate, - 1 Impuls/10 Sek.

(Schiebeschalter S2 nach links)

- 1 Impuls/5 Sek. (Schiebeschalter S2 nach rechts)

- 1 Impuls/Sek. (Kontaktknopf S3 betätigt)

- 50 Impulse/Sek. (Kontaktknopf s4 betätigt).

Aus den vorhergehenden Angaben kann entnommen werden, daß durch den Schalter S2 mit zwei Positionen die Auswahl von fortlaufend automatisch kreisenden "Stoß-Stimulus "-Frequenzen von einem Impuls pro 5 oder

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Sekunden ermöglicht wird. Die Betätigung des Kontaktknopfes S3 bewirkt die automatische Auswahl einer fortlaufenden "Stoß-Stimulus"-Frequenz von einem Impuls pro Sekunde, aber diese wird umgekehrt in die 5-Sekunden oder 10-Sekunden-Impulsrate, sobald der Kontaktknopf freigegeben ist. Ähnlich wird eine maximale tetanische Stimulus-Rate von 50 Impulsen pro Sekunde erreicht, solange der Kontaktknopf s4 heruntergedrückt ist.

Der Behälter für die beschriebenen Bestandteile kann aus irgendeinem geeigneten Plastikmaterial bestehen, wobei die Deckschicht eine Öffnung aufweist, damit das Anbringen der sich außen befindlichen Vorrichtung für die Lampe LPI des Schalters S2, der Kontaktknöpfe S3 und s4 und des Kontrollknopfes für den gleichlaufenden Potentiometer/Schalter S1 ermöglicht wird. Die Deckschicht kann zusätzlich mit entsprechenden Indizien markiert sein und der Behälter mit einer Öffnung versehen, damit er eine verbindbare Sonde oder einen Elektrodenzapfen aus Blei aufnehmen kann.

Elektroden für den Gebrauch in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Form von Plattenelektroden, Nadelelektroden oder, wenn angebracht, von Sonden aufweisen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Elektronisch, peripherischer Nervenstimulator, der eine Stromquelle und einen transistorgesteuerten Schwingkreis mit einem Transistor im Stromkreis mit Widerstandskapazitätsnetz sowie einen Transformator mit einer Leistungsimpulse erzeugenden Tertiärwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der tatsächliche Scheinwiderstand des Widerstandskapazitätsnetzes variabel ist, um eine wahlweise Leistungswiederholungsrate zu erreichen, wobei der Transformator (TI) eine erste Primärwicklung im Stromkreis mit dem Kollektor des Transistors (VT1) und eine zweite Primärwicklung im Stromkreis mit der Basis des Transistors (VT1) hat, und durch den Transistor ("VTl) mittels einer positiven Rückkupplungswindung zu der genannten Transistorbasis "reflektierter" Strom hindurchgeführt wird.

2. Elektronisch peripherischer Nervenstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandskapazitätsnetz einen einzigen Kondensator (C1) und vier in Serie miteinander verbundener" Widerstände (Rl - R^) aufweist, wobei drei der Widerstände zur Bildung der variablen Impuls-Wiederholungsrate so miteinander verbunden sind, daß sie wahlweise aus dem Stromkreis ausgeschlossen werden können.

3· Elektronisch peripherischer Nervenstimulator nach Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet, daß das Widerstandskapazitätsnetz einen einzigen Kondensator (C1) und vier in Serie miteinander verbundene Widerstände (Rl - Rh) aufweist, wobei drei der iv'iderstände so

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miteinander verbunden sind, daß Impuls-Wiederholungsraten von 1 Impuls/10 Sek., -1 ImjJuls/5 Sek., 1 Impuls/ Sek., oder 50 Impulse/Sek. erreicht werden können.

4. Elektronisch peripherischer Nervenstimulator nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasentladungslampe (LP1) in Serie mit der genannten Tertiärwicklung verbunden ist,

5. Elektronisch peripherischer Nervenstimulator nach Anspruch 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß ein potentialer Verteilerapparat (RV1) im Stromkreis mit der Tertiärwicklung verbunden ist, um die Spannung der genannten Leistungsimpulse auf ein gewünschtes Niveau einstellen zu können.

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