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Vorrichtung zur künstlichen Aktivierung des Schlaf-
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bedürfnisses beim Menschen Medizin und Technik bemühen sich seit Jahren,
mit geeigneten Methoden ohne medikamentöse Mittel dem weltweiten Problem von Schlafstörungen
bzw. Schlaflosigkeit und Mi#äneerscheinungen entgegenzutreten.
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Der Schlaf ist auf Grund seiner Natur eine zentral ausgelöste zielgerichtete
Hemmung, bei der die parasympathischen Komponenten überwiegen. Die Auslösung erfolgt
dabei über das vegetative Nervensystem und wird auf das animale System übertragen.
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In dieses animale System sind Mechanismen eingeschaltet, die unter
anderem auch die psychische Tätigkeit hemmen. Der dabei auslösende Wirkungsort des
antagonistischen Wach-Schlaf-Systems wird vom Zwischenhirn dargestellt.
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Gemäß der Erfindung ist ein elektro-physiologisch auf das Gehirn des
Patienten einwirkender Reizstromgenerator vorgesehen, der unter Berücksichtigung
der Chronaxie des Encephalons beim Menschen mit einer Zeit von 100 bis 200 Msec.
und der 1,5 bis 3 msec. betragenden Chronaxie der Flimmererscheinung Folgefrequen
zen aufgrund der physiologischen Gehirntätigkeit entsprechend den alpha-, beta-
und gamma-Rhythmen mit einer Impulsbreite von etwa 1,2 msec. aussendet.
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Die Applikation der Reizimpulse erfolgt dabei ohne Belästigung des
Patienten auf die Orbita und den Processus mastoides über vier Elektroden, die in
einer brillenähnlichen Form eingebracht sein können.
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Das entwickelte Reizstromgerät kann weder einen "Tiefschlag" noch
eine "Narkose'@ produzieren. Durch die vom Gerät erzeugten Impulse, die Uber Elektroden
auf die Orbita und den Processus mastoides appliziert werden, kommt es Jedoch zu
einer schlaffördernden Wirkung bzw.
* den Widerständen r1 bis r5
al3 frequenabestimmene Glieder, wobei mit zu einem Schlafbedürfnis, indem das antagonistische
Schlafsystem aktiviert wird.
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Der Impulsgenerator besteht im Prinzip aus einem stabilen Nulivibrator,
der aufgrund der geforderten Impulscharakteristik ein asymmetrisches Tastverhältnis
aufweist. Diese Asymmetrie wird durch zwei RC-Glieder bestimmt, wobei r10,r11, r12
und k2 Festwerte sind und die Pulslänge ergeben. Die für die Pausenlänge zuständige
Kombination besteht aus k1 als Festwert und * den Trimmpotentiometern, r2, r4, r7
eine Feineinstellung der Frequenzen im Bereich aer alpha-, beta- und gaina-Wellen
vorgenommen werden kann, d. h. für alpha 8 bis 13 Hz, beta 14 bis 30 Hz, gamma 30
bis 70 Hz.
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Die Frequenzänderung in den drei Bereichen wurde aufgrund der Ergebnisse
von EEG-Magnetaufzeichnungen (frequenzmoduliert) vorgesehen, die aperiodisch nach
dem Prinzip der Intervalidauer-Messung ausgewertet wurden. Diese Untersuchung ergab,
daß sich bei den meisten Versuchspersonen eine Frequenzeinengung in diesen drei
Bereichen zeigte, d. h. , daß sich z.B. die alpha-Tätigkeit, die bekanntlich zwischen
8 und 13 Hz liegt, bei einigen Versuchspersonen vorwiegend um 9 Hz lag, hingegen
bei anderen wiederum bei 12 Hz.
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Bei den Untersuchungen wurde der ganze Bereich zwischen 8 und 13 Hz
Uberstrichen, Jedoch war der Schwerpunkt auf eine bestimmte Frequenz gerichtet.
Diese Messungen bzw. Feststellungen konnten auch in den beta- und gamma-Bereichen
beobachtet werden, Da die Reizimpulse den Zweck einer Forcierung der Gehirntätigkeit
in bezug auf Schlaf ausüben, brachte eine relativ genaue Anpassung der Reizfrequenz
an die einzelnen physiologischen alpha-, beta- und gaiia-Tätigkeiten des zu behandelnden
Patienten eine frühere Reaktion. Dies ist zwar nicht erforderlich, zumal eine Auswertung
einer EEG-Kurve, wie sie klinisch geschrieben wird, in bezug auf Intervalldauer-Messung
außerordentlich kompliziert und aufwendig ist.
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Andererseits kann Jedoch eine Verkürzung der Behandlung gegeben sein,
da Ja Frequenzgleichheit zwischen Gehirntätigkeit
und Reizimpulsserie
eine Intensivierung ergibt, andernfalls (asynchron) der Gehirntätigkeit eine Frequenz
überlagert bzw. aufgezwungen wurde und somit erst eine Umstellung erwirkt werden
muß.
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Um Temperatureinflüssen in bezug auf Drift und somit einer ungewollten
Frequenzänderung entgegenzuwirken, wurde ein Silizium-Doppeltransistor verwendet.
Die Umschaltung der drei Behandlungsfrequenzen erfolgt mittels Drucktasten, die
entsprechend ihrer Aufgabe mit "alpha", "beta" und gamma bezeichnet sind.
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Die Auskopplung der annähernd rechteckförmigen Impulse erfolgt kapazitiv.
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Die vom astabilen Multivibrator ausgekoppelten Impulse werden einem,
aus zwei integrierten NAND/NOR-Gattern bestehenden, monostabilen Multivibrator zugeführt,
der drei Funktionen bezüglich der Impulsform ausführt: 1. Verlängerung des Impulses
auf 1,2 msec.
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2. Verkürzung der Anstiegs- und Abfallflanken (Steilheit).
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3. Formung des Impulses auf maximalem Rechteck.
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Um diese Funktionen zu erfüllen, wurde ein integrierter Festkörperschaltkreis
der RTuL-Serie verwendet, der aufgrund seiner Technologie alle Komponenten in einem
Siliziumchip vereinigt. Über den Vorwiderstand Rv und den Elektrolytkondensator
k5 wird die Batteriespannung auf die für den Baustein erforderlichen Wert von +4,5
Volt reduziert. Die Auskopplung erfolgt hier galvanisch und wird über r 18 der Basis
eines Siliziumtransistors zugeführt, der als Phasenumkehrstufe und Treiber arbeitet.
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Sein Arbeitswiderstand r19 und r20 ist geteilt, um die Vorspannung
für den Endstufentransistor zu erzeugen.
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Die von diesem Punkt abgegebenen Impulse mit einer Breite von 1,2
msec. werden einem pnp Silizium-Kleinleistungstransistor p3 zugeführt, dessen Kollektor-
bzw.
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Lastwiderstand aus der Sekundärwicklung eines invers betriebenen Trenntransformators
besteht. Die Höhe der übertragenen Amplitude bzw. Leistung wird über ein
10-Gang-Wendelpotentiometer#r21,
das als Spannungsteiler geschaltet ist und mittels eines digital anzeigenden Drehknopfes
betätigt wird, eingestellt. In Verbindung mit den Elektrolytkondensatoren k6 und
k7 wird eine doppelte Sicherheit gegen zu schnelles Hochregeln der Amplitude gewährleistet
und somit der zu behandelnde Patient vor ~Schocks" geschützt. Die in die primäre
(hochohmige 4 kohm) Wicklung des Transformators m1 induzierten und hochtransformierten
Impulse werden durch die parallelliegenden Zenerdioden n1 und n2 auf die maximale
Amplitudenhahe von 33 Volt begrenzt. Wurde die Zenerdiode n1 durch ein technisches
Gebrochen in ihrer Schwellspannung unendlich werden, würde n2 wirksam.
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In diesel Falle würde sich die Amplitude bei voll aufgedrehten Regler
um weitere 3 Volt erhöhen, Jedoch würde auch diese Amplitude noch keine kritische
Situation für den Patienten ergeben. Die in Serie liegende Siliziumdiode regeneriert
in Verbindung mit dem Grundlastwiderstand r23 die Reizimpulse auf ihre Rechteckform.
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Ein mit den Patienten in Serie und mit dem Elektrolytkondensator k9
überbrücktes Drehspulinstrument g2 zeigt den arithmetischen Mittelwert des durch
den Schädel fließenden Reizstromes an. Ein weiteres Instrument gl zeigt die Batteriespannung
an. Die Inbetriebnahme des Reizstrongerätes erfolgt über einen Mikroswitch b4, der
in Verbindung mit einer Zeituhr steht und nach Ablauf der vorgegebenen Zeit selbständig
abschaltet. Die Stromversorgung erfolgt durch zwei in Serie liegende Flachbatterien
(9 Volt) und kann gegen wiederaufladbare Nickelcadiiunbatterien ersetzt werden.
Der parallel zur Stromversorgung liegende Elektrolytkondensator k8 verhindert eine
Rückwirkung der Impulse auf die Batterien.
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Welche der drei Frequenzen für den zu behandelnden Patienten am günstigsten
ist, wird entweder empirisch bzw.
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aufgrund der Diagnose am besten vom behandelnden Arzt
festgelegt,
sie soll Jedoch während der Behandlung (mindestens 20 Tage) nicht ohne wirklichen
Grund geändert werden. Es ist empfehlenswert, den Patienten von der Ungefährlichkeit
bzw. von der Schmerzlosigkeit der Behandlung zu unterrichten, um eventuellen Angstzuständen
entgegenzuwirken.
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Nach Anlegen der Elektroden wird das Gerät mittels des Drehknopfes
"Time" eingeschaltet und gleichzeitig die Länge der Behandlungsdauer vorgegeben.
Sie ist zwischen 5 und 120 Minuten wählbar und soll nicht uffbr 15 Minuten betragen.
Sodann überzeuge man sich, daß der Zeiger des Meßgerätes "Batterie" im Bereich 0,6-1
steht, andernfalls sind die Batterien zu erneuern bzw. aufzuladen.
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Aus Sicherheitsgründen ist es angebracht, die Herzfrequenz des Patienten
zu untersuchen und nach einigen Minuten Behandlung erneut zu überprüfen, um bei
einer eventuell auftretenden Arrhythmie das Gerät abzuschalten. Dieses Vorgehen
ist besonders bei Schrittmacherpatinten angebracht.
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Mit dem Amplitudenregler ~grain" wird die Höhe des Reizstromes eingestellt,
wobei man sich am zweckmäßigsten nach den Angaben des Patienten richtet. Mit zunehmendem
Hochregeln muß sich auch der Zeigerausschlag des Instrumentes "Arithmetic Current"
vergrößern; man setzt dies so lange fort, bis der Patient ein leichtes Prickeln
an den Elektrodenstellen verspürt und regelt anschließend so weit zurück, bis der
genannte Effekt gerade noch spürbar ist. Somit steht der Patient unter Behandlung
und wird selbsttätig nach Ablauf der vorgegebenen Zeit abgeschaltet.
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Abbildung 2 zeigt original EEG-Registrierungen, in denen die einzelnen
Wach-Schlafstadien unter Bezugnahme auf die Ableitungsregionen dargestellt sind.
Die Registrierung des EEGs erfolgte dabei Jeweils nach kurzzeitigen Ausschalten
(Aus- und Einschleichen) des Reizstromgerätes.