DE809701C

DE809701C - Device for stimulating physiological functions in living beings, in particular in humans

Info

Publication number: DE809701C
Application number: DEP55821A
Authority: DE
Inventors: Stanley Jay Sarnoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-01-03
Filing date: 1949-09-24
Publication date: 1951-08-02

Description

Einrichtung zur Anregung physiologischer Funktionen bei Lebewesen, insbesondere bei Menschen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anregung physiologischer Funktionen bei Lebewesen, insbesondere bei Menschen. Hauptsächlich handelt es sich bei der Erfindung um die Herbeiführung einer künstlichen Atmung.Facility for stimulating physiological functions in living beings, especially in humans. The invention relates to a device for stimulation physiological functions in living things, especially in humans. Mainly the invention involves bringing about artificial respiration.

Die bisherigen Einrichtungen zur Herbeiführung einer künstlichen Atmung beruhen auf dem Prinzip der mechanischen Übertragung eines periodischen Druckes auf die Rippenfellräume. Dies erfolgt entweder direkt, indem Luft oder Sauerstoff durch den Nasen-Rachen-Raum und die Luftröhre in die Lungen gedrückt wird, oder indirekt, indem man entweder die Brust oder den ganzen Körper mit Ausnahme des Kopfes und des Halses einschließt und den eingeschlossenen Raum periodisch unter Druck setzt, so daß die sich ergebende Brustbewegung die natürliche Atmung anregt.The previous devices for bringing about artificial respiration are based on the principle of mechanical transmission of a periodic pressure on the pleural spaces. This is done either directly by adding air or oxygen is pushed through the nasopharynx and the windpipe into the lungs, or indirectly, by looking at either the chest or the whole body except for the head and of the neck and periodically pressurize the enclosed space so that the resulting chest movement stimulates natural breathing.

Obwohl diese Einrichtungen die künstliche Ahnung in erfolgreicher Weise anregen, ist die erforderliche Apparatur verhältnismäßig groß, kostspielig und kompliziert, so daß ihre Verwendung im wesentlichen auf Institute und Kliniken beschränkt ist. Der Patient wird durch den ihn einschließenden Apparat in seinen Bewegungen behindert, und seine Pflege und die ärztliche Beobachtung sind wesentlich erschwert. Die Größe vieler Apparate der erwähnten Art schließt einen leichten Transport derselben und ihre Verwendung in Notfällen und an abgelegenen Plätzen aus. Die hohen Kosten der Apparate beschränken die Anzahl der bei einer Epidemie verfügbaren. Einheiten. Eiiiwesentliches piiysb3ogiselwreesichtspunkt ist'dex, daß alle bekannten Einrichtungen das Atmep des Patienten durch Druckanwendung bewirken, was der normalen Atmung direkt" ;entgegesges@etzt- :ist. Die nachfolgend beschriebene 'l inrichtunk `bewirkt da-. gegen die Atmung durch rhythmische Erzeugung eines Unterdruckes im Pleuraraum, gerade wie dies bei der natürlichen Atmung der Fall ist.Although these bodies the artificial hunch in more successful Encouraging way, the equipment required is relatively large, expensive and complicated, so that their use is essentially applicable to institutes and clinics is limited. The patient is placed in his own by the apparatus that encloses him Hinders movement, and its care and medical observation are essential difficult. The size of many apparatuses of the type mentioned precludes easy transportation the same and their use in emergencies and in remote locations. The high The cost of the apparatus limits the number available during an epidemic. Units. Eiiessentials piiysb3ogiselwreesichtpunkt ist'dex that all known facilities the Atmep effect of the patient by applying pressure, which directly "opposes normal breathing" :is. The 'inrichtunk' described below has the effect of doing this. against breathing by rhythmically generating a negative pressure in the pleural space, just like this in natural breathing is the case.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung; wodurch die künstliche Atmung in einfacher und natürlicher Weise angeregt wird. Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird der Patient in seinen Bewegungen nicht behindert, und dem Patienten werden auch keine Schmerzen und kein Unbehagen bereitet. Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist klein und leicht zu handhaben, sie ist leicht transportabel und kann an beliebiger .Stelle Verwendung finden. Dabei ist 'die 'Einrichtung verhältnismäßig billig herzustellen, und sie'steht eine allgemeine Verbesserung auf dem Gebiete der Atmungsgeräte dar.The object of the invention is to create a device; through which artificial breathing is stimulated in a simple and natural way. In the Device according to the invention, the patient is not hindered in his movements, and no pain or discomfort is caused to the patient. The establishment according to the invention is small and easy to handle, it is easily transportable and can be used anywhere. 'The' facility is proportionate cheap to manufacture, and it's a general improvement in the field of the breathing apparatus.

Im großen gesehen, befaßt sich die Erfindung mit der Anregung physiologischer Funktionen eines Lebewesens, insbesondere des Menschen; indem einem Nervenstrang ein periodisch wechselndes Potential übermittelt wird, das wiederkehrend bzw. abwechselnd über den Schwellenwert des:- Individuums . ansteigt und dann wieder auf oder unter diesen Wert absinkt. Unter dem Schwellenwert.versteht man denjenigen Wert, bei dem das Zwerchfell' (oder. ein anderer Teil oder andere Teile der bzw. die angeregt werden sollen) auf den Reiz anspricht. Zweckmäßig besteht jede Spannungsperiode aus einer Mehrzahl von Impulsen, die in ihrer Amplitude schrittweise bis zu einem Höchstwert ansteigen und .sich .dann wieder schrittweise vermindern. Innerhalb jeder Periode können die Impulse voneinander durch Zwischenräume getrennt werden, oder es .können zwischen den Perioden Zwischenräume vorhanden sein. Man kann auch gleichzeitig sowohl zwischen den Impulsen als auch zwischen den Perioden Zwischenräume: vorsehen, Obwohl das Potential in den Zwischenräumen sehr wohl auf Null abfallen kann, braucht es nur in den Bereich des Schwellenwertes abzusinken. Die physiologische Wirkung der Anregung kann auf die Bedürfnisse der verschiedenen Individuen und auf verschiedene Krankheitszustände eingestellt werden, und zwar durch Änderung der Amplitude der Impulse, durch Änderung der. Dauer der Impulse, der Länge des etwa vorhandenen Zwischenraumes zwischeft aufeinanderfolgenden Impulsen, der Amplitude der Perioden, der Länge jeder Periode oder der Länge des etwa vorhandenen Zwischenraumes zwischen aufeinanderfolgenden Perioden. Auch eine gleichzeitige Änderung mehrerer dieser veränderlichen Größen ist möglich.On the whole, the invention is concerned with the stimulation of a physiological one Functions of a living being, especially humans; adding a nerve cord a periodically changing potential is transmitted, which recurs or alternates above the threshold of: - individual. rises and then rises or falls again this value drops. The threshold value is understood to be the value at which the diaphragm '(or. another part or parts of the stimulated should be) responds to the stimulus. Each voltage period expediently exists from a plurality of pulses, the amplitude of which is gradual up to one Rise and then gradually decrease again. Inside everyone Period, the pulses can be separated from each other by gaps, or there may be gaps between the periods. You can do it at the same time between the impulses as well as between the periods: provide for, Although the potential in the gaps can very well drop to zero, needs it will only sink into the range of the threshold value. The physiological effect The suggestion can be tailored to the needs of different individuals and to different ones Disease states are adjusted by changing the amplitude of the Impulses, by changing the. Duration of the impulses, the length of any space in between between successive pulses, the amplitude of the periods, the length of each Period or the length of any space between successive ones Periods. Also a simultaneous change of several of these variable quantities is possible.

Es ist angängig, das Potential magnetisch oder elektromagnetisch, beispielsweise durch Übertragung von Impulsen, von einer äußeren Quelle auf einen kleinen magnetischen oder Radioempfänger, der teilweise oder vollständig innerhalb des Patienten angeordnet ist, hervorzurufen. Zweckmäßig ist es jedoch, das Potential durch' Leitung finit Hilfe von getrennten, an verschiedenen Stellen auf der Haut des Individuums angeordneten Kontaktmitteln oder direkt mit Hilfe von' Sonden dem Nerv< zu; ~uführen.' Ausgeieichnete Ergebnisse sind mit Sonden erzielt worden, die direkt an dem Zwerchfellnerv angeordnet wurden. Es hat sich jedqch; gezeigt, daß es auch möglich ist, eine ständige züfriedenstellende Atmung zu erzielen, die sowohl hinsichtlich der äußeren Erscheinung der At ungsbemühungen als auch hinsichtlich der physi61 qgischen Wirkung auf Luftwechsel und Zirkulation normaler natürlicher Atmung nahekommt, indem man die Quelle des periodisch wechselnden Potentials mit- einem Paar Elektroden verbindet, von denen eine auf'die den Verlauf des Zwerchfellnerven bedeckende Hautpartie aufgelegt wird, so daß man das Potential dem Nervenstrang indirekt durch die- Haut zuführt. Die zweite Elektrode wird auf irgendeine andere Stelle der Körperoberfläche gelegt, wie zum Beispiel auf :die Rückseite des Halses,. so daß der Weg des Reizstromes einen Teil des'Zwechfellnerven oder eine seiner anatomischen Wurzeln einschließt. Die dem Nerv zunächst liegende Elektrode steht mit der Haut zweckmäßig auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche in Berührung, während die zweite Elektrode die Haut auf einer verhältnismäßig großen Fläche berührt. Die Elektrode mit der kleinen Berührungsfläche wird als Untersuchungs- oder Prüfelektrode verwendet, um die Stelle aufzufinden, bei der -die zweckmäßigste Anregung oder Reizung des Zwerchfellnerven hervorgerufen wird.It is common to use the potential magnetically or electromagnetically, for example by transmitting pulses from an external source to one small magnetic or radio receiver that is partially or completely inside of the patient is arranged to cause. However, it is useful to use the potential by 'conduction finite help from separate, in different places on the skin the individual arranged contact means or directly with the help of 'probes the Nerve <to; ~ perform. ' Excellent results have been achieved with probes placed directly on the phrenic nerve. It has, however; shown, that it is also possible to achieve constant, satisfying breathing, which both in terms of the outward appearance of the efforts to breathe and in terms of the physiological effect on air exchange and normal natural circulation Respiration by looking at the source of the periodically changing potential a pair of electrodes connects, one of which traces the course of the diaphragmatic nerve covering area of skin is placed, so that one has the potential of the nerve cord supplied indirectly through the skin. The second electrode is on top of any other Place placed on the body surface, such as on: the back of the neck ,. so that the path of the stimulation current is part of the interstitial nerve or one of its anatomical ones Includes roots. The electrode closest to the nerve is in contact with the skin expediently in contact on a relatively small area, while the second Electrode touches the skin over a relatively large area. The electrode with the small contact area is used as an examination or test electrode, in order to find the point at which the most expedient stimulation or stimulation of the Diaphragmatic nerve is caused.

In ähnlicher Weise ist es möglich, eine Ventilation der Lungen durch periodische Reize der zu der Bauchmuskulatur führenden Nerven zu bewirken, die bei ihrer Zusammenziehung Luft aus den Lungen drückt und bei ihrer Entspannung der Luft ermöglicht, wieder in die. Lungen einzutreten.Similarly, it is possible to ventilate the lungs to cause periodic stimulation of the nerves leading to the abdominal muscles, which in their contraction pushes air out of their lungs and their relaxation pushes air out of the lungs allows to get back into the. Lungs to enter.

Die zur Erregung der zu dem Zwerchfell oder anderen Muskeln führenden Bewegungsnerven erforderliche Spitzenspannung ändert sich mit der zu behandelnden Person und mit der Anwendungsstelle auf den betreffenden Patienten. Diese zur Reizung der Bewegungsnerven.erforderliche Spitzenspannung liegt jedoch unterhalb des Schwellenwertes, der erforderlich ist,. um schmerzleitende Nerven zu erregen. Somit kann eine wirksame Atmungstätigkeit hervorgerufen werden, ohne bei dem Patienten eine SchMerzempfindung zu bewirken. Wenn das Potential durch die Haut zur Wirkung gebracht wird, so sind für gewöhnlich 5 bis 2o Volt erforderlich. Erfolgt die Anlage des Potentials dagegen unmittelbar mittels einer Sonde auf einen Nerven, so ist ein Bruchteil von i Volt (etwa''[, Volt) meist ausreichend.Those leading to arousal of the muscles leading to the diaphragm or other muscles The peak tension required by the motor nerves changes with the one to be treated Person and with the application site on the patient concerned. This to irritation the motor nerves; however, the required peak voltage is below the threshold value, which is required. to excite pain-conducting nerves. Thus can be an effective Breathing activity can be induced without the patient feeling painful to effect. If the potential is brought into effect through the skin, so are usually 5 to 20 volts required. If the potential is created against it directly on a nerve by means of a probe, it is a fraction of one volt (about '' [, volts) mostly sufficient.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zum Zwecke der Erläuterung in der Zeichnung dargestellt. Hierin sind Fig. i ein Schaltschema; einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht einer Ausführung der Sonde, Fig. g die Kurve einer charakteristischen Potentialwelle in Abhängigkeit von der Zeit, wie man sie mit der in Fig. i gezeigten Ausführungsform erhält, Fig. ¢ ein Schaltschema einer anderen Ausführungs= form, Fig. 5 ein Bild, das die Wellenform des von dem Oszillator dem Impulserzeuger auf der Linie 5-5 in Fig. 4 zugeführten Potentials zeigt, Fig. 6 ein Bild der Wellenform des von dem Impulserzeuger auf der Linie 6-6 in Fig. 4 gelieferten Potentials, Fig. 7 ein Bild der Wellenform des dem Potentiometer auf der Linie 7-7 in Fig.4 gelieferten Potentials und Fig. 8 ein Bild des durch das Potentiometer auf der Linie 8-8 der Fig. 4 dem Patienten zugeführten Potentials.Embodiments of the invention are for purposes of illustration shown in the drawing. Herein Fig. I is a circuit diagram; one embodiment of the invention, FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of the probe, FIG. g is the curve of a characteristic potential wave as a function of time, as is obtained with the embodiment shown in FIG. i, FIG Another embodiment, Fig. 5 is a picture showing the waveform of the oscillator shows the potential applied to the pulse generator on the line 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 is a picture of the waveform of the pulse generator on line 6-6 in FIG supplied potential, Fig. 7 is a picture of the waveform of the potentiometer the line 7-7 in Fig. 4 and Fig. 8 is a picture of the by the Potentiometer on line 8-8 of Figure 4 of the potential applied to the patient.

Bei der zum Zwecke der Erläuterung gewählten besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein periodisch wechselndes elektrisches Potential zur Anregung oder Reizung des Zwerchfellnerven oder anderer Nerven eines Individuums mit Hilfe eines Vakuumröhrenoszillators Os und eines Rechteckwellen-Generators G erzeugt. Diese Vorrichtungen können von der dem Fachmann bekannten Art sein. Die Verbindung zwischen dem Oszillator Os und dem Generator G ist in der Weise bewerkstelligt, daß eine Anode p1 der Oszillatorvakuumröhre V1 an eine Generatorspeiseklemme t1 und eine Röhrenkathode k1 an eine Generatorspeiseklemme t., angeschlossen ist, wozu die Leitungen ii bzw. 12 dienen. Zwischen einem Röhrensteuergitter g1 und der Kathode k1 liegt ein Schwingungskreis, in welchem eine Drossel L1 mit einer veränderlichen Kapazität Cl parallel liegt. Zwischen den Generatorklemmen t1 und t2 liegt der von dem Oszillator gespeiste Kreis, welcher eine Kapazität C2 und parallel damit eine Drossel L, enthält. Die Kreiselemente des Oszillators Os und der Generator G sind so bemessen, daß man an den Abgabeklemmen t;, und t4 des Generators ein periodisch wechselndes Potential von rechteckiger Wellenform mit einer Pulsationsdauer von o,ooi Sek. erhält. Die Abgabeleistung des Generators G ist durch beliebige bekannte :Mittel regelbar, so daß man Pulsationen mit einem Spitzenpotential erhält, das sich zwischen o,o und 6o Volt ändert.In the particular embodiment chosen for the purpose of illustration the invention is a periodically changing electrical potential for excitation or irritation of the diaphragmatic nerve or other nerves of an individual with the aid a vacuum tube oscillator Os and a square wave generator G generated. These devices can be of the type known to those skilled in the art. The connection between the oscillator Os and the generator G is accomplished in such a way that that an anode p1 of the oscillator vacuum tube V1 to a generator supply terminal t1 and a tube cathode k1 is connected to a generator supply terminal t., for which purpose the lines ii and 12 are used. Between a tube control grid g1 and the cathode k1 is an oscillation circuit in which a throttle L1 with a variable Capacity Cl is parallel. Between the generator terminals t1 and t2 is that of the oscillator fed circuit, which has a capacitance C2 and in parallel with it a Throttle L contains. The circular elements of the oscillator Os and the generator G are dimensioned so that at the output terminals t; and t4 of the generator a periodic alternating potential of rectangular waveform with a pulsation duration of o, ooi sec. The output of the generator G is known by any one : Medium adjustable so that pulsations with a peak potential are obtained that changes between o, o and 6o volts.

Die gewünschte Dauer der periodischen Änderungen des Spitzenpotentials erhält man mittels eines Reglers, wie z. B. mittels eines Potentiometers Rv, das aus einem umlaufenden Kontakt 13, einem Isoliersegment 14 und einer angezapften Wicklung 16 besteht. Die Anzapfungen der Wicklung 16 werden abwechselnd durch einen Drehschalter s über eine Leitung 17 mit der Klemme t3 verbunden. Eine Leitung stellt eine Verbindung des anderen Endes 15 der Wicklung 16 mit einer Abgabeklemme t4 des Generators sowie mit einer Kathode k2 einer Vakuumröhre v2 her. Ein Gitter g2 und eine Anode p2 der Röhre v2 sind durch eine Leitung i9 mit einer der Sonden P des Sondenträgers S (Fig. 2) verbunden, der nachfolgend im einzelnen beschrieben werden wird. Die andere Sonde P steht durch eine Leitung 20 mit dem umlaufenden Kontakt 13 des Potentiometers Rv in Verbindung.The desired duration of the periodic changes in the peak potential is obtained by means of a controller such. B. by means of a potentiometer Rv that from a circumferential contact 13, an insulating segment 14 and a tapped Winding 16 consists. The taps of the winding 16 are alternately by one Rotary switch s connected to terminal t3 via a line 17. A line provides a connection of the other end 15 of the winding 16 to an output terminal t4 of the Generator and a cathode k2 of a vacuum tube v2. A grid g2 and an anode p2 of the tube v2 are connected by a line i9 to one of the probes P des Probe carrier S (Fig. 2) connected, which will be described in detail below will. The other probe P is through a line 20 with the peripheral contact 13 of the potentiometer Rv in connection.

Der umlaufende Kontakt 13 wird durch einen Motor M mit Rädervorgelege angetrieben, der an die Netzklemmen a und c angeschlossen ist. Zur Geschwindigkeitsregelung des Motors M ist sein Nebenschlußfeld F in Reihe -reit einem veränderlichen Widerstand r mit den Klemmen a und c verbunden. Wie aus Fig.2 ersichtlich, besteht der Sondenhalter S aus einer Mulde 21, die aus nachgiebigem Isolierstoff, wie i. B. aus halbhartem Gummi, hergestellt ist. Die Mulde 21 hat halbkreisförmige Form, und an ihrer Innenseite sind zwei metallische Sonden P befestigt, welche mit biegsamen Leitungen i9 bzw. 20 in Verbindung stehen. Die Sonden P sind in zwei verschiedenen, die Zylinderachse schneidenden Ebenen angeordnet, zwischen denen sich ein Zwischenraum von etwa i cm befindet. Die Innenseite der Mulde und die Sonden P sind so ausgeführt, daß sie eine im wesentlichen glatte Oberfläche bilden, die die Umhüllung des Zwerchfellnerven N berührt, dem der Reiz zugeführt werden soll.The revolving contact 13 is driven by a motor M with gear reduction, which is connected to the mains terminals a and c. To control the speed of the motor M, its shunt field F is connected in series with a variable resistor r to the terminals a and c. As can be seen from Figure 2, the probe holder S consists of a trough 21 made of flexible insulating material, such as i. B. made of semi-hard rubber. The trough 21 has a semicircular shape, and two metal probes P are attached to its inside, which are connected to flexible lines i9 and 20, respectively. The probes P are arranged in two different planes intersecting the cylinder axis, between which there is a gap of about 1 cm. The inside of the trough and the probes P are designed so that they form a substantially smooth surface which contacts the envelope of the diaphragmatic nerve N to which the stimulus is to be delivered.

Am Hals des Patienten wird ein kleiner Einschnitt gemacht, so daß der Zwerchfellnerv N frei liegt. Der Sondenträger S wird dann unter den Nerv N geschoben, so - daß er den Nerv in der in Fig. 2 gezeigten Weise untergreift. Wenn die Sonde P über die Innenfläche der Trägermulde 21 vorsteht, so wird der Nerv N dem elektrischen Potential ausgesetzt, das an die Sonden P angelegt wird.A small incision is made in the patient's neck so that the diaphragmatic nerve N is exposed. The probe carrier S is then pushed under the nerve N, so - that it engages under the nerve in the manner shown in FIG. When the probe P protrudes from the inner surface of the tray 21, the nerve N becomes the electrical Exposed to potential applied to probes P.

Um die Atmung anzuregen, wird den Sonden P ein periodisch wechselndes Potential mit den in Fig. 3 gezeigten Charakteristiken zugeführt. Dieses Potential besteht aus einer Reihe von rechteckigen Pulsationen oder Impulsen w mit Spitzenwerten, die sich so ändern, daß die Einhüllungskurve e gebildet wird. Wenn der Impuls w1 angelegt wird, so reizt der niedrige Spitzenwert des Potentials nur wenige Fasern des Zwerchfellnerven N, und die entsprechenden von diesen Fasern beeinflußten Muskelabschnitte des Zwerchfells ziehen sich zusammen. Da die Spitzenspannung der darauffolgenden Impulse w anwächst, werden mehr und mehr Fasern in dem Zwerchfellnerv erregt und daher mehr und mehr Muskelabschnitte des Zwerchfells zur Kontraktion gebracht, bis das Zwerchfell als Ganzes einer kräftigen Zusammenziehung unterliegt, wodurch der Pleuraraum expandiert und Luft in die Lungen eingesaugt wird. Das Aufhören der Reize bei der Rückkehr der Spannung auf einen konstanten niedrigen oder Nullwert (wie z. B. auf Null nach dem Impuls wp in Fig. 3) bewirkt eine Entspannung des Zwerchfells und eine Verminderung der Größe des Pleuraraumes, so daß die Luft aus den Lungen ausgestoßen wird. Die Folge von niedrigen, schrittweise ansteigenden und plötzlich absteigenden Spannungsperioden wird dann wiederholt.To stimulate breathing, the probes P is a periodically changing Potential having the characteristics shown in FIG. 3 is supplied. This potential consists of a series of rectangular pulsations or pulses w with peak values, which change so that the envelope curve e is formed. When the pulse w1 is applied, the low peak value of the potential only stimulates a few fibers of the diaphragmatic nerve N, and the corresponding muscle sections influenced by these fibers of the diaphragm contract. Since the peak voltage of the following Impulse w grows, more and more fibers in the diaphragmatic nerve are excited and therefore, more and more muscle sections of the diaphragm are brought up to contract the diaphragm as a whole is subject to a strong contraction, whereby the The pleural space expands and air is drawn into the lungs. The cessation of stimuli when the voltage returns to a constant low or zero value (like z. B. to zero after the pulse wp in Fig. 3) causes a relaxation of the diaphragm and a decrease in the size of the pleural space, allowing air to escape from the lungs is expelled. The sequence of low, gradually increasing and suddenly decreasing voltage periods is then repeated.

Die Frequenz der Pulsationen w, die maximale Amplitude des Impulses wp und die relative Dauer der Perioden niedrigen und ansteigenden Potentials sind unabhängig gemäß den konstitutionellen Erfordernissen des Patienten regelbar, wie dies nachfolgend beschrieben werden wird, so daß man einen normalen Atmungsverlauf erhält. Wenn der normale Atmungsverlauf nicht bekannt ist, so kann man Versuche mit niedrigen Spannungswerten anstellen, die schrittweise erhöht werden, bis das Aussehen des Patienten, z. B. die Hautfarbe und die Atmungsbewegung anzeigen, daß von dem Blut genügend Sauerstoff aufgenommen und genügend Kohlendioxyd abgeschieden wird.The frequency of the pulsations w, the maximum amplitude of the pulse wp and the relative duration of the periods of low and rising potential independently adjustable according to the constitutional requirements of the patient, such as this will be described below so that one can have a normal breathing pattern receives. If the normal course of breathing is not known, experiments can be done start with low voltage values that are gradually increased until the Appearance of the patient, e.g. B. the skin color and the breathing movement indicate that absorbed sufficient oxygen and deposited sufficient carbon dioxide in the blood will.

Zur Erzeugung der in Fig. 3 gezeigten Wellenform liefert der Oszillator Os an die' Speiseklemmen t1 und 1, und damit an den Generator G eine sinusförmige Welle. An die Generatorklemmen !s und t4 wird darauf- hin eine Reihe von rechteckigen Impulsen w von einer Dauer von o,ooi Sek. und von der gleichen Frequenz wie die Sinuswelle abgegeben. Ein Regelmittel, wie z. B. der Kondensator Cl, wird so eingestellt, daß die Frequenz der von dem Oszillator Os gelieferten Sinuswellen und damit die Frequenz der rechteckigen Impulse w im Bereich von 5 bis 6o Hertz liegt. Üblicherweise wird man eine Frequenz von annähernd 4o Hertz anwenden, wobei der Bestwert, wie oben beschrieben, bestimmt wird. Die Leistung des Generators G wird so eingeregelt, daß man ein optimales Spitzenpotential wp in dem Bereich von o,i bis 6o Volt erhält. Die Röhre Va dient zur Strombegrenzung, so daß der Sondenstrom stets auf einen Sicherheitswert beschränkt ist.To generate the waveform shown in FIG. 3, the oscillator Os delivers a sinusoidal wave to the supply terminals t1 and 1, and thus to the generator G. A series of rectangular pulses w with a duration of 0.01 seconds and of the same frequency as the sine wave is then delivered to the generator terminals ! S and t4. A control means such as B. the capacitor Cl is set so that the frequency of the sine waves supplied by the oscillator Os and thus the frequency of the rectangular pulses w is in the range of 5 to 60 Hertz. Usually a frequency of approximately 40 Hertz will be used, the best value being determined as described above. The output of the generator G is regulated in such a way that an optimal peak potential wp in the range from 0.1 to 60 volts is obtained. The tube Va serves to limit the current so that the probe current is always limited to a safety value.

Die einhüllende Kurve a erhält man, indem der Kontakt 13 des Potentiometers Rv mittels des Zahnradvorgelegernotors M im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn der Kontakt 13 die isolierenden Segmente 14 berührt, so ist keine Verbindung vorhanden, und das Potential zwischen den Sonden P ist, wie bei 0 in Fig. 3 angegeben, gleich Null. Wenn der Kontakt 13 die Wicklung 16 zuerst bei 1g berührt, so erhalten die Sonden P einen Impuls wie den Impuls w1 in Fig. 3. Wenn der Kontakt 13 dann auf seinem Weg fortschreitet, so nimmt der in Reihe mit dem Sondenstromkreis liegende Widerstand ab, so daß die aufeinanderfolgenden Impulse w Spitzenwerte von wachsender Größe haben. Ist der Punkt erreicht, an dem kein Widerstand in dem Sondenstromkreis verbleibt und der Impuls wp einen Spitzenwert von annähernd der gleichen Größe wie das Spitzenpotential der an den Generatorklemmen t, und i, auftretenden Pulsationen hat, so gleitet der Kontakt 13 wieder auf die isolierenden Segmente 14 über, und das Potential zwischen den Sonden fällt auf Null ab. Bei den folgenden Umdrehungen des Kontaktes 13 wiederholt sich dieses Spiel.The enveloping curve a is obtained by turning the contact 13 of the potentiometer Rv clockwise by means of the counter gear motor M. When the contact 13 touches the insulating segments 14, there is no connection and the potential between the probes P is, as indicated at 0 in FIG. 3, equal to zero. If the contact 13 first touches the winding 16 at 1g, the probes P receive a pulse like the pulse w1 in Fig. 3. When the contact 13 then advances on its way, the resistance in series with the probe circuit decreases, so that the successive pulses w have peaks of increasing magnitude. If the point is reached at which no resistance remains in the probe circuit and the pulse wp has a peak value of approximately the same size as the peak potential of the pulsations occurring at the generator terminals t, and i, the contact 13 slides back onto the insulating segments 14 over, and the potential between the probes drops to zero. This game is repeated with the following revolutions of the contact 13.

Die Frequenz, mit der sich das Spiel wiederholt, hängt von der Geschwindigkeit des Rädervorgelegemotors M ab, dessen antreibende Welle in ihrer Drehzahl von etwa 6 bis 6o Umdrehungen in der Minute verändert werden kann, damit man die optimale Dauer der Atmungsperiode in dem Bereich von i bis io Sekunden erhält. Die Einstellung der absoluten Dauer der Periode ansteigenden Potentials erfolgt mittels des Schalters s.The frequency with which the game repeats depends on the speed of the gear motor M from, whose driving shaft in its speed of about 6 to 6o revolutions per minute can be changed to get the optimal one Duration of the breathing period in the range of i to io seconds. The setting the absolute duration of the period of increasing potential is done by means of the switch s.

Bei der zweiten in Fig.4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vakuumröhre V,. mit einer in ihrem Anodenkreis angeordneten Wicklung Lm vorgesehen, die mit einer- Wicklung Lla in dem Gitterkreis der Röhre magnetisch gekoppelt ist, so daß die Rückkopplung bewirkt, daß die Röhre in Schwingung tritt: Das Potential für das Röhrengitter wird in üblicher Weise von einem Widerstand r, und einer Kapazität c, geliefert. Die von dem Oszillator abgegebene, sich gemäß dem Sinusgesetz nach Fig. 5 ändernde Energie erscheint auf der Linie 5-5 in Fig.4. Die vom Oszillator abgegebene Energie wird zur Erregung eines Impulsgenerators benutzt, der mit dem Oszillator über einen Koppelkondensator c4 ver- bunden ist. Der Generator hat zwei Vakuumröhren V$ und V4, deren Kathoden k$ und k4 miteinander verbumden sind, während die Röhrenanoden a, und a, über die Widerstände r3 bzw. r4 mit der B-Strornquelle in Verbindung stehen.In the second embodiment of the invention shown in FIG. provided with a winding Lm arranged in its anode circuit, which is magnetically coupled to a winding Lla in the lattice circle of the tube, so that the feedback causes the tube to vibrate: the potential for the tube lattice is usually provided by a resistor r, and a capacity c, supplied. The energy emitted by the oscillator, which changes according to the sine law according to FIG. 5, appears on the line 5-5 in FIG. The statement by the oscillator energy is used for excitation of a pulse generator, which is connected to the oscillator via a coupling capacitor c4 comparable prevented. The generator has two vacuum tubes V $ and V4, the cathodes k $ and k4 of which are connected to one another, while the tube anodes a, and a, are connected to the B current source via the resistors r3 and r4, respectively.

Das Gitter g, der Röhre V' wird normal beaufschlagt, so daß die Röhre bei Abwesenheit eines negativen Steuersignals von dem Oszillator leitet. Die Gitterbeaufschlagung wird durch Verbindung eines Anzapfwiderstandes r, zur B-Stromquelle bewirkt. Der Widerstand r, ist mit zwei einstellbaren Kontakten x, und x2 versehen. Der Kontakt x, ist unmittelbar mit den Kathoden kg und k4 verbunden, während' der Kontakt x$, der auf ein mehr negatives Potential als der Kontakt x, eingestellt ist, über die Widerstände r- und r, mit dem Gitter g, in Verbindung steht. Das Gitter ist fernerhin über den Kondensator, an die Anode a4 der Röhre V4 angeschlossen. Das Gitter g4 steht mit der Verbindungsstelle der Widerstände r, und r" in Verbindung, die zwischen der Anode a, und der Erde in Reihe liegen, so daß bei leitender Röhre V, das Gitter g4 genügend negativ ist, so daß die Röhre V4 nicht leitet.The grid g, of the tube V 'is loaded normally so that the tube conducts in the absence of a negative control signal from the oscillator. The grid is applied by connecting a tap resistor r to the B current source. The resistor r is provided with two adjustable contacts x, and x2. The contact x, is directly connected to the cathodes kg and k4, while the contact x $, which is set to a more negative potential than the contact x, is connected to the grid g, via the resistors r- and r stands. The grid is also connected via the capacitor to the anode a4 of the tube V4. The grid g4 is connected to the junction of the resistors r 1 and r ″ which are in series between the anode a and earth, so that when the tube V is conducting, the grid g4 is sufficiently negative that the tube V4 is not directs.

Die Kopplungskapazität c4 des Oszillators steht mit der Verbindungsstelle der Widerstände r; und r, in Verbindung, so daß das Gitter g3 während des negativen Teiles der gelieferten Welle gegenüber der Kathode k$ negativ beaufschlagt wird, wodurch der Stromfluß durch die. Röhre V$ gesperrt ist. Das Potential des Gitters g4 wird daraufhin mehr positiv, so daß die Röhre V4 leitet und dabei Strom durch den Widerstand r4 zieht. Der sich ergebende Spannungsabfall im Widerstand r4 veranlaßt einen Stromfluß durch die Widerstände r7 und r,, wodurch das dem Gitter g3 aufgedrückte Potential schrittweise ansteigt, bis nach einer hauptsächlich durch die Zeitkonstante der Reihenschaltung der Kapazität c, und der Widerstände r., und r, und in geringerem Ausmaß durch die Ohmsche Charakteristik von r4 und die B-Stromqupllenspannung bestimmten Zeitspanne, das Gitter g, genügend' positiv wird, so daß die Röhre V= wieder leitet. Der Spannungsabfall in r, drückt dem Gitter g4 dadurch ein 'relativ negatives Potential auf, so daß die Röhre V4 gesperrt wird. Dadurch, daß man äen Ohmschen Wert des Widerstandes r4 gegenüber dem Ohmschen Gesamtwert der Widerstände r7 und r, verhältnismäßig klein macht, so daß der die Kapazität c, aufladende Strom die Größe des Spannungsabfalls in dem Widerstand r4 nicht wesentlich be4influßt, entsteht in r4 ein rechteckiger Spannungsimpuls, der in der Form der in Fig. 6 gezeigten Spannungswelle ähnlich ist, jedoch einen geringeren Spitzenwert hat. Die Periode der Impulse an dem Widerstand r4 kann durch Änderung entweder des Wertes des Widerstandes r7 oder desjenigen der Kapazität c, eine Änderung erfahren, indem dadurch die Zeitkonstante des RC-Stromkreises geändert wird.The coupling capacitance c4 of the oscillator is connected to the junction of the resistors r; and r, in connection, so that the grid g3 is acted upon negatively with respect to the cathode k $ during the negative part of the supplied wave, whereby the current flow through the. Tube V $ is blocked. The potential of the grid g4 then becomes more positive, so that the tube V4 conducts and draws current through the resistor r4. The resulting voltage drop in the resistor r4 causes a current to flow through the resistors r7 and r ,, whereby the potential impressed on the grid g3 rises gradually until after a time constant of the series connection of the capacitance c, and the resistors r., And r, and to a lesser extent by the ohmic characteristic of r4 and the B current source voltage, the grid g becomes positive enough that the tube V = conducts again. The voltage drop in r presses the grid g4 a 'relatively negative potential, so that the tube V4 is blocked. By making the ohmic value of the resistor r4 relatively small compared to the total ohmic value of the resistors r7 and r, so that the current charging the capacitance c, does not significantly influence the size of the voltage drop in the resistor r4, a rectangular shape is created in r4 Voltage pulse which is similar in shape to the voltage wave shown in Fig. 6 but has a smaller peak value. The period of the pulses on resistor r4 can be changed by changing either the value of resistor r7 or that of capacitance c, thereby changing the time constant of the RC circuit.

Die rechteckige Potentialwelle wird mittels eines Koppelkondensators c7 und eines Anzapfwiderstandes r", die zwischen der Anode a4 und der Erde in Reihe liegen, dem Gitter g5 einer Verstärkungsröhre V6 zugeführt. Das Gitter g6 ist mit dem Anzapfkontakt verbunden, um die Verstärkerleistung regelbar zu machen, wodurch die Spitzenamplitude der in Fig. 6 gezeigten Impulse bestimmt wird. Die Beaufschlagung des Gitters g, erfolgt durch einen Widerstand r1, der zwischen der Kathode k, und der Erde liegt. Das B-Potential für die Anode a5 wird über einen Widerstand r1, geliefert.The rectangular potential wave is generated by means of a coupling capacitor c7 and a tapping resistor r ", which are connected in series between the anode a4 and the earth are fed to the grid g5 of an amplification tube V6. The grid g6 is with the tap contact connected to the amplifier power adjustable to make, thereby determining the peak amplitude of the pulses shown in FIG will. The loading of the grid g takes place through a resistor r1, which is between the cathode k, and the earth lies. The B potential for the anode a5 is a Resistance r1 supplied.

Die von dem Verstärker gelieferte Energie wird einem Spitzenwertstromkreis zugeleitet, der eine Kapazität c. enthält, die zwischen den einen Enden der parallelen Wicklungen r14 .und r1, eines Potentiometers Rvl angeschaltet ist. Die entgegengesetzten Enden der Wicklungen r14 und r, sind geerdet. Sowohl der Wert der Kapazität c8 als auch der Parallelwiderstandswert der Widerstände r14 und r1, sind klein gemacht, wodurch die Zeitkonstante ihre Reihenschaltung kurz ist, so daß aufeinanderfolgende Wechsel in der zugeführten rechteckigen Potentialwelle abwechselnd eine Ladung und Entladung der Kapazität c8 über das Potentiometer Rvl bewirken. Die die Kapazität über das Potentiometer Rvl ladenden und entladenden Stromflüsse verlaufen in entgegengesetzten Richtungen, so daß der Spannungsabfall in den Windungen r14 und r" eine Reihe von abwechselnd positiven und negativen scharfspitzigen Impulsen ergibt, die die in Fig. 7 gezeigte Form haben.The energy delivered by the amplifier becomes a peak value circuit supplied, which has a capacity c. contains that between the one ends of the parallel Windings r14. And r1, a potentiometer Rvl is switched on. The opposite Ends of windings r14 and r are grounded. Both the value of the capacitance c8 and also the parallel resistance of resistors r14 and r1 are made small, whereby the time constant its series connection is short, so that consecutive Change in the supplied rectangular potential wave alternately a charge and Discharge the capacitance c8 via the potentiometer Rvl. Its the capacity Charging and discharging current flows via the potentiometer Rvl run in opposite directions Directions so that the voltage drop in turns r14 and r "is a series of alternating positive and negative sharp-pointed impulses which the in Fig. 7 have the shape shown.

Die Elektroden p1 und p, welche die Aufgabe haben, die Spitzenimpulse dem Körper des Patienten zuzuführen, stehen mit dem drehbaren Arm 131 des Potentiometers Rvl bzw. mit der Erde in Verbindung.The electrodes p1 and p, which have the task of generating the peak pulses to supply the patient's body, are available with the rotatable arm 131 of the potentiometer Rvl or in connection with the earth.

Wie oben mit Bezug auf die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, erfolgt die Modulation der Spitzenimpulse nach Fig. 7 durch Drehung des Armes 131 des Potentiometers Rvl im Uhrzeigersinn mittels eines Motors Ml. Dadurch erhält man eine periodische Änderung der Spitzenamplitude der Impulse und eine Einhüllungskurve ähnlich der in Fig.8 gezeigten.As described above with reference to the first embodiment of the invention the modulation of the peak pulses according to FIG. 7 is carried out by rotating the arm 131 of the potentiometer Rvl clockwise by means of a motor Ml. This gets a periodic change in the peak amplitude of the pulses and an envelope curve similar to that shown in Fig.8.

Wenn sich der Arm 131 des Potentiometers Rvl in seiner Grundstellung befindet, so ist das Potential zwischen den Elektroden p1 und p$ Null, wie bei 0' (Fig. 8). Wenn sich nun der Potentiometerarm 131 aufwärts bewegt, so steigt das Elektrodenpotential schrittweise bis zu einem Spitzenwert e' an, wenn der Arm 131 die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen r14 und r1, erreicht. Wenn dann der Arm 131 sich längs der Wicklung r1, abwärts bewegt, so wird mehr und mehr Widerstand in den Stromkreis eingeschaltet, so daß das Elektrodenpotential eine Verminderung erfährt. Da die Wicklung r1, beträchtlich kürzer ist als die Wicklung r1, so bewirkt der sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegende Arm 131 den Abfall des Elektrodenpotentials auf den Nullwert (0" in Fig. 8) in einer Zeit, die kürzer ist als die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Potential auf den Spitzenwert e' ansteigen zu lassen. Die Periode, während deren das Nullpotential zwischen den Punkten 0' und 0" in Fig. 8 andauert, ergibt sich daraus, daß der Arm 131 während des Kontaktes mit dem Abschnitt 141 von niedrigem Widerstandswert geerdet ist.When the arm 131 of the potentiometer Rvl is in its basic position, the potential between the electrodes p1 and p $ is zero, as at 0 '(FIG. 8). If the potentiometer arm 131 now moves upwards, the electrode potential rises gradually up to a peak value e 'when the arm 131 reaches the junction between the resistors r14 and r1. When the arm 131 then moves down along the winding r1, more and more resistance is switched on in the circuit, so that the electrode potential experiences a reduction. Since the winding r1, is considerably shorter than the winding r1, the arm 131 moving at a uniform speed causes the electrode potential to drop to the zero value (0 "in FIG. 8) in a time shorter than the time required is required to raise the potential to the peak value e '. The period during which the zero potential persists between points 0' and 0 "in Fig. 8 results from the fact that the arm 131 during contact with the section 141 is grounded of low resistance.

Die Sondenelektroden p1 und p2 können der in Fig. 2 gezeigten Sonde ähnlich sein, die unmittelbar an den Nervenstrang angelegt wird. Es kann sich dabei aber auch um Oberflächenelektroden üblicher Art handeln, die nahe dem Nerven auf die Haut aufgelegt werden. In diesem Falle muß das Spitzenpotential erhöht werden. Durch Einregelung der Impulsfrequenz, der Maximalamplitude des Reizpotentials und der relativen Dauer der Phasen des Atmungskreislaufes mit ansteigender und absteigender Spannung kann man, wie oben beschrieben, einen Atmungsvorgang erzielen, der den konstitutionellen Erfordernissen bei dem betreffenden Patienten angepaßt ist. Das Aussehen des Patienten, z. B. seine Hautfarbe und die Atmungsbewegung, zeigen an, wenn eine genügende Ventilation stattfindet. Es kann dies auch mehr quantitativ bestimmt werden, z. B. durch Feststellung des Blut-p$-Wertes oder des Gasgehaltes oder der Gasspannungen im Blut oder durch Analyse der vom Patienten ausgeatmeten Luft.The probe electrodes p1 and p2 can be of the probe shown in FIG be similar, which is applied directly to the nerve cord. It can turn out to be but also surface electrodes of the usual type, which are located close to the nerve applied to the skin. In this case, the peak potential must be increased. By adjusting the pulse frequency, the maximum amplitude of the stimulus potential and the relative duration of the phases of the respiratory cycle with increasing and decreasing As described above, tension can be achieved through a breathing process that reduces the is adapted to the constitutional requirements of the patient concerned. That Appearance of the patient, e.g. B. his skin color and breathing movements indicate if there is sufficient ventilation. It can do this more quantitatively be determined, e.g. B. by determining the blood p $ value or the gas content or the gas tensions in the blood or by analyzing those exhaled by the patient Air.

Bei den oben beschriebenen besonderen Ausführungsformen wird das Ausmaß der Zwerchfellkontraktion und damit die Tiefe der Atmung durch Amplitudenregelung am Impulsgenerator eingestellt, während die Atmungsgeschwindigkeit durch die Motordrehzahl geregelt wird. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine Impulsfrequenz anzuwenden, die sich mit den Änderungen des Spitzenpotentials ebenfalls ändert. Diese Änderung kann man durch Kupplung der Impulsfrequenzregelung mit der Motorwelle erzielen. Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen einen getrennten Oszillator und Impulsgenerator zeigen, ist es selbstverständlich möglich, einen selbst erregten Impulsgenerator zu benutzen oder die rechteckigen Impulse unmittelbar von einer sinusförnügen Wechselstromquelle durch geeignete, die Wellenform entsprechend verändernde oder beschneidende Kreise oder von einem mechanisch angetriebenen Kontaktgeber zu beziehen. Die oben beschriebenen Ausführungsformen zeigen mechanisch angetriebene Potentiometer zur Modulierung des wirksamen Wertes des Reizpotentials. Es ist jedoch auch angängig, diese Modulation auf nicht mechanischem Wege, z. B. durch Elektronenröhrenkreise, zu bewirken.In the particular embodiments described above, the extent is the diaphragmatic contraction and thus the depth of breathing through amplitude control set on the pulse generator while the respiratory rate by the engine speed is regulated. In some cases it can be advantageous to use a pulse frequency, which also changes with the changes in the peak potential. This change can be achieved by coupling the pulse frequency control with the motor shaft. Although the embodiments described above use a separate oscillator and Show pulse generator, it is of course possible to have a self-excited To use a pulse generator or the square pulses directly from a sinusförnügen alternating current source by suitable, the waveform changing accordingly or clipping circles or from a mechanically driven contactor too relate. The embodiments described above show mechanically driven Potentiometer for modulating the effective value of the stimulus potential. However, it is also acceptable to use this modulation in a non-mechanical way, e.g. B. by electron tube circles, to effect.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränken die Erfindung in keiner Weise. Sie können Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.The illustrated embodiments limit the invention in no way. You can experience changes without the scope of the invention is left.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the artificial stimulation of a physiological function of a living being, in particular a human being, characterized by means for transmitting a periodically changing potential to a nerve strand of the living being, the potential rising to a peak value above the threshold value of the living being and then again during each period drops to or below the threshold.

2. Device according to claim i, characterized in that the potential after falling to or below the threshold value remains at or below this value for a substantial portion of each period.

3. Device according to claim i or 2, characterized marked that each period contains a train of pulses, the amplitude being more consecutive Impulses gradually increases during each period and then decreases again.

4th Device according to one of the preceding claims, characterized in that in each period the increase in amplitude is gradual and the decrease in amplitude occurs suddenly.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the number of periods of z. B. the diaphragmatic nerve of a patient potential to be supplied with the breathing rate of the patient at least approximately is to be brought into agreement.