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Elektromedizinisches Reizstromgerät
Bei einem bekannten elektromedizinischen
Reizstromgerät nach der schweizerischen Patentschrift 223 65I werden mit Hilfe eines
Kipposzillators, bestehend aus einer an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen
Reihenschaltung einer regelbaren Induktivität, einer Gasentladungsröhre und einem
Ladekondensator, dem eine hinsichtlich ihres Innenwiderstandes regelbare Ladepentode
parallel geschaltet ist, Spannungsstöße erzeugt und über einen veränderbaren Koppelkondensator
an das Steuergitter einer Verstärkerpentode geleitet. Die Impulsdauer der von dem
Kipposzillator erzeugten Impulse wird durch Änderung der zu der Gasentladungsröhre
in Reihe geschalteten Induktivität geregelt, und die Zeit zwischen zwei Impulsen
(Impulspause) wird durch Regelung des inneren Widerstandes der Ladepentode eingestellt.
Nach bekannten Gesetzen ist daher die Impulsdauer al)-hängig von dem LC-Produkt
der genannten Ladeinduktivität und dem Koppelkondensator sowie von dem Verhältnis
der Größe der Ladeimpedanz zur Größe des Innenwiderstandes der Ladepentode. Die
Periodenzeit (Impulszeit + Pausenzeit) wiederum ist abhängig von dem RC-Produkt
des Innenwiderstandes der Ladepentode und der Kapazität des Ladekondensators. Veränderungen
der Periodenzeit ziehen demnach Veränderungen der Impulszeit nach sich, und umgekehrt.
Außerdem wird durch
Veränderung der Periodenzeit und/oder der Impulszeit
auch die Impulshöhe beeinflußt. Zur Beseitigung der funktionellen Abhängigkeiten
zwischen den einzelnen Regelgrößen sind mechanische Kopplungen zwischen den Einstellorganen
vorgeschlagen. Derartige Kopplungen sind jedoch nur dann in einfacher Weise durchzuführen,
wenn die besagten funktionellen Abhängigkeiten sehr einfacher, etwa linearer Art
sind und außerdem nur eine geringe Zahl von Einstellorganen, möglichst nur zwei,
miteinander zu koppeln sind. In der genannten Patentschrift sind aber weder die
mechanischen Kopplungsmittel näher erläutert, noch sind die funktionellen Abhängigkeiten
der Einstellorgane so einfach und die Zahl der Einstellorgane so klein, daß ohne
nähere Erläuterungen die komplizierten Zusammenhänge ohne weiteres übersehen werden
können. In den Anodenkreis der Verstärkerpentode, deren Gitter die von dem Kipposzillator
abgeleiteten Impulse über den Koppelkondensator zugeführt werden, ist eine Induktivität
eingeschaltet, durch deren Einfluß die monopolaren Spannungsstöße des Kipposzillators
in solche mit bipolarer Form umgestaltet werden. Von den im Ausgangskreis der Verstärkerpentode
so gewonnenen bipolaren Impulsen können mittels einer Gleichrichteranordnung, deren
Einsatzpunkt durch eine Reihe von einzelnen regelbaren Widerständen veränderbar
ist, wählbare Teile entweder nur der positiven oder nur der negativen oder beider
Spitzen der bipolaren Impulse weggeschnitten werden und damit die Amplitude der
Impulse auf einen einstellbaren Wert begrenzt werden.
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Die Erfindung geht davon aus, daß mit dem bekannten Apparat eine
selektive Beeinflussung von Nerven und Muskeln nur beschränkt möglich ist.
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Die zu reizenden Nerven- und Muskelteile unterscheiden sich stark
voneinander in bezug auf ihre Reizschwelle, in bezug auf ihre Fähigkeit, sich an
den Reizstrom zu gewöhnen (Akkomodation), und in bezug auf die Zeit, nach der sie
nach erfolgter Erregung erneut gereizt werden können (Refraktärzeit). Ein Reizstrom,
der selektiv wirken soll, muß demgemäß der Reizschwelle, der Akkomodation und der
Refraktärzeit des zu reizenden Nervs oder Muskels angepaßt sein. Eine Anpassung
an die Reizschwelle ist durch geeignete Bemessung der Amplitude und der Impulsdauer
der Reizstromimpulse, eine Anpassung an die Akkomodation durch geeignete Bemessung
der Flankensteilheit der Impulse und eine Anpassung an die Refraktärzeit durch geeignete
Bemessung der Impulsfolgefrequenz möglich. Diese Überlegungen führten zu der Erkenntnis,
daß ein Reizstromapparat den Bedürfnissen der Praxis nur dann gerecht wird, wenn
er es ermöglicht, den Reizstrom hinsichtlich seiner Impulshöhe (Amplitude) und Impulsdauer,
hinsichtlich der Flankensteilheit der Impulse und hinsichtlich seiner Impulsfolgefrequenz
unabhängig voneinander einzustellen.
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Das Reizstromgerät nach der Erfindung enthält wie das bekannte Gerät
einen Röhrengenerator für elektrische Impulse und eine Elektronenröhrenanordnung
zur Verstärkung der Impulse, wobei dem Impulsgenerator je ein Regelglied für die
Impulsfolgefrequenz sowie für die Impulsdauer und dem Verstärker ein Regelglied
für die Amplitude zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dem zur Verformung und Begrenzung
der dem Impulsgenerator entnommenen Impulse dienenden Verstärker je ein weiteres
Regelglied für die Pausendauer und die Flankensteilheit zugeordnet, und sämtliche
Regelglieder sind derart in die Gitter-und Anodenkreise der Röhren eingeschaltet,
daß die Amplitude, die Flankensteilheit und die Impulsfolgefrequenz unabhängig voneinander,
die Impulsdauer und die Pausendauer jedoch nur bei Änderung der Impulsfolgefrequenz
unabhängig voneinander einstellbar sind. Das Gerät nach der Erfindung unterscheidet
sich von dem bekannten Gerät somit dadurch, daß der für die Einstellung der Pausendauer
vorgesehene Regler dem Verstärker zugeordnet ist, wodurch eine amplitudenunabhängige
Regelung ermöglicht wird, und daß der Verstärker über die Regelmöglichkeit des bekannten
Gerätes hinaus noch ein Einstellglied zur Änderung der Flankensteilheit der Impulse
besitzt.
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Außerdem erfolgt die Verformung der Impulse nicht durch einen dem
Verstärker nachgeschalteten gesonderten Gleichrichter als Begrenzter, sondern die
Verformung und Begrenzung wird durch Eigenschaften der Verstärkerröhren selbst erzielt,
was den Vorteil einer Einsparung von Bauelementen und Regelgliedern mit sich bringt
und eine amplitudenunabhängige Verformung der Nutzimpulse von der Dreieckimpulsform
über die Trapezform zur Rechteckispulsform ermöglicht.
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Dabei erfolgt die Verformung der Nutzimpulse durch Veränderung der
Amplitude der von dem Impulsgenerator abgegebenen Ursprungsimpulse in Verbindung
mit einer durch nachfolgende Verstärkerröhren regelbaren Begrenzung dieser Impulse,
indem aus den Ursprungsimpulsen mit veränderbarer Amplitude wählbare Teile konstanter
Amplitude herausgeschnitten werden. Die regelbare Begrenzung der Impulse wird durch
sprunghafte Änderung des Anodenstromflusses der dem Impulsgenerator nachgeschalteten
gittergesteuerten Eidtronenröhren bewirkt, deren Gittern Spannwgsstöße zugeführt
werden, die wesentlich größer sind als die durch die Elektronenröhren verzerrungsfrei
verstärkbaren Spannungen.
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Als Regelglieder in der Elektronenröhrenanordnung dienen ausschließlich
Ohmsche Widerstände.
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Das Schaltbild des Gerätes nach der Erfindung ist in der Fig. I dargestellt.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Gitterspannungs-Anodenstrom-Diagramme der Elektronenröhren
und lassen die Verformung der ursprünglichen vom Impulsgenerator erzeugten Dreieckimpulse
erkennen. Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen, in welcher Weise die Sichtbarmachung
der jeweils eingestellten Impulsform erfolgen kann.
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Das Reizstromgerät nach Fig. I besteht aus dem Impulserzeuger in
Form eines Kipposzillators mit der Gastriode 9, zwei Verstärkerstufen mit den
gittergesteuerten
Elektronenröhren 1 und 2 zur Verformung und Begrenzung der von dem Kipposzillator
gelieferten Impulsspannungen und einer weiteren Elektronenröhre 3, die als Leistungsstufe
ausgebildet ist. Der Kipposzillator mit der Gastriodeg besitzt eine Anzahl Kondensatoren
4 mit verschiedenen Kapazitätswerten. Je nach der gewünschten Impulsfolgefrequenz
wird die eine Belegung eines dieser Kondensatoren mit Hilfe des Umschalters 5 über
die Widerstände 8 und 7 mit dem positiven Pol einer nicht dargestellten Stromquelle
bei 6 verbunden, deren negativer Pol mit 0 und der anderen Belegung der Kondensatoren
verbunden ist. Parallel zu der Reihenschaltung des Umschalters 5 und der Kondensatorbatterie
4 ist die mit einem Schutzwiderstand I4 in Serie geschaltete Gastriode g geschaltet,
wobei die Anode dieser Röhre mit dem Widerstand r4 und ihre Kathode mit 0 verbunden
ist. Das Gitter 10 der Gastriode 9 ist über einen Ableitwiderstand 11 an den Schleifer
eines Spannungsteilers I2 geführt, dessen eines Ende mit 0 und dessen anderes Ende
mit I3 verbunden ist. Zwischen 0 und I3 ist eine nicht dargestellte Spannungsquelle
mit ihrem positiven Pol an 0 und ihrem negativen Pol an I3 angeschlossen. Zu Beginn
der Ladung des über den Umschalter 5 eingeschalteten Kondensators ist infolge der
hochohmigen Widerstände 7 und 8 die Spannung an der Anode der Gastriode g so klein,
daß deren Zündung nicht erfolgen kann. Erst wenn die Ladespannung an dem eingeschalteten
Kondensator und damit die Anodenspannung der Röhre g einen positiven Wert erreicht
hat, der zur Zündung der Röhre ausreicht, wird die Anoden-Kathoden-Strecke der Gastriode
plötzlich leitend. Das hat zur Folge, daß der eingeschaltete Kondensator der Kondensatorbatterie
4 über die nun leitfähig gewordene Röhre g und den Widerstand 14 entladen wird.
Die Zündspannung der Röhre 9, d. h. diejenige Spannung an ihrer Anode, die ausreicht,
um deren Anoden-Kathoden-Strecke leitend zu machen, wird durch die vom Potentiometer
12 abgeleitete, dem Gitter 10 der Röhre 9 zugeführte negative Vorspannung bestimmt.
Je größer diese negative Vorspannung eingestellt ist, um so höher muß die Kondensatorspannung
anwachsen, bis eine Zündung der Röhre erfolgt. Der Entladevorgang des eingeschalteten
Kondensators der Kondensatorbatterie 4 ist beendet, sobald die Spannung an dem Kondensator
und damit an der Anode der Gastriode g auf deren Löschspannung abgesunken ist.
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Nach Beendigung der Entladung des Kondensators beginnt sofort wieder
dessen Neuaufladung über die Widerstände7 und 8. Die erzeugten, vom Spannungsteiler
30 ableitbaren Spannungen haben damit einen sägezahnförmigen Verlauf, wobei die
Anstiegsdauer des erzeugten Dreieckimpulses durch die Ladezeitkonstante der Widerstands-Kondensator-Kombination
(7+8) C und die Abstiegsdauer durch die Entladezeitkonstante der Widerstands - Kondensator
- Kombination (I4 + Innenwiderstand der Gastriode) C gegeben sind. Die Impulsfolgefrequenz
der von dem Kipposzillator erzeugten Dreieckimpulse kann durch Wahl verschiedener
Kondensatorgrößen mittels des Umschalters 5, die Dauer der Impulse durch den Regler
12 verändert werden. Die Impulsdauer ist um so größer, je mehr der Schleifer des
Potentiometer 12 dem mit I3 verbundenen Ende des Potentiometers genähert wird.
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Die von dem Kipposzillator erzeugten und über den Widerstand 32 dem
Gitter der Verstärkerröhre I zugeführten Spannungsstöße mit dreieckförmigem Spannungsverlauf
können wesentlich größer als die durch die Röhren 1 und 2 verzerrungsfrei verstärkbaren
Spannungen sein. Die Spannungsform der von dem Kipposzillator abgegebenen dreieckförmigen
Impulsspannungen kann also durch Ubersteuerung der Pentoden verändert oder, wenn
man durch eine hohe negative Vorspannung des Steuergitters der Pentode 1 dafür sorgt,
daß eine Über steuerung der Röhre vermieden wird, erhalten werden. Die gewünschte
negative Vorspannung für das Gitter 33 der Pentode I kann mit Hilfe des Potentiometers
3I eingestellt werden, dessen Schleifer über den Spannungsteiler 30 und den Widerstand
32 mit dem Gitter 33 der Röhre 1 verbunden ist und dessen Enden an 0 oder I3 angeschlossen
sind. Die Anode I5 der Pentode I ist über den Widerstand 16, die Anode I7 der Pentode
2 über den Spannungsteiler s8 mit der Leitung 19 verbunden, die zu dem positiven
Pol einer nicht dargestellten Anodengleichspannungsquelle 19 führt, deren negativer
Pol mit 0 verbunden ist. Ferner sind die Schirmgitter 20 bzw. 21 der beiden Pentoden
über die Widerstände 22 bzw. 23 mit der Leitung 24 verbunden, die zu dem positiven
Pol einer nicht dargestellten Schirmgittergleichspannungsquelle führt, deren negativer
Pol mit 0 verbunden ist. Die Fanggitter 25 und 26 der Pentoden I und 2 sind mit
den Kathoden 27 bzw. 28 und mit der Leitung 0 verbunden. Die Schirmgitterspannung
sowie die Anodenspannung und die Widerstände I6 und I8 im Anodenkreis der Pentoden
I bzw. 2 sind so gewählt, daß die Steuergitterspannungs-Anoden-Kennlinien dieser
Röhren noch im negativen Gitterspannungsgebiet einen scharfen Knick und in ihrem
oberen Teil waagerecht verlaufen. Der Widerstand I6 und der Widerstand des Spannungsteilers
I8 müssen hierfür so groß bemessen sein, daß der Spannungsabfall, der an diesen
Widerständen durch den Anodenstrom hervorgerufen wird, nahezu gleich der Anodenspannung
ist.
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Die Umformungen, welche die von dem Kipposzillator gelieferten Spannungsstöße
in den Pentoten 1 und 2 erfahren, kommen dadurch zustande, daß die Arbeitspunkte
der Verstärkerröhren I und 2 durch Einstellung ihrer Gittervorspannung passend gewählt
werden und daß jeweils nur ein Teil der vom Kipposzillator herrührenden Steuerspannungen
verstärkt, der übrige Teil dagegen durch die sättigungsähnlichen Kennlinien abgeflacht
wird. Das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers 30 ist so gewählt, daß entsprechend
der Fig. 2, in der die Kennlinie 40 der Pentode 1
zusammen mit einander
entsprechenden Gitterspannungs- und Anodenstromimpulsen dargestellt ist, jeweils
nur ein mehr oder weniger großer Teil 34, 35, 36 der vom Kipposzillator abgeleiteten
Spannungsstöße, deren Amplitude, wie aus der Fig. 2 erkennbar ist, größer ist als
die von der Pentode I überhaupt verstärkbare Spannung, für die Erzeugung der Gleichstromimpulse
37, 38, 39 benutzt wird, wobei durch die unter dem schräg verlaufenden Teil der
Kennlinie 40 liegenden Teile der Steuerspannungen die Dauer der Impulse und die
Dauer der Pause zwischen den Impulsen bestimmt ist. Durch den Regler 3I (Fig. I)
kann die Vorspannung für das Gitter 33 der Röhre I so stark negativ eingestellt
werden, daß die Spitzen der ankommenden, vom Impulsgenerator herrührenden Dreieckimpulse
noch innerhalb des in Fig. 2 durch zwei von den beiden Knickpunkten der Kennlinie
Ao nach unten gezogenen Linien begrenzten Bereichs liegen. Die Einstellung des Reglers
31 kann aber auch so vorgenommen sein, daß das Gitter 33 der Pentode I weniger negativ
vorgespannt ist; dann ragen die Spitzen aus dem vorerwähnten Bereich heraus und
werden abgeschnitten. Durch den Regler 31 ist also das Impuls-Pausendauer-Verhältnis
amplitudenunabhängig veränderbar.
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Als Koppelglied zwischen den Pentoden I und 2 kann eine ähnliche
Widerstandsanordnung wie zwischen dem Kipposzillator und der Pentode 1 verwendet
werden. Bei der Schaltungsanordnung der Fig. I befinden sich in einem Parallelzweig
zu der Pentode I zwei Spannungsteiler 41, 42, die in zweckmäßiger Weise derart zwangläufig
miteinander einstellbar ausgebildet sind, daß die über den Gitterwiderstand 43 an
das Steuergitter 44 der Pentode 2 gelangende Amplitude geregelt und gleichzeitig
die Gittervorspannung derart mitgeregelt wird, daß der tiefste Punkt der Steuerspannung
stets, wie aus Fig. 3, die sich in ihrem Aufbau mit Fig. 2 deckt, ersichtlich ist,
unter den unteren Knick der Kennlinie 45 gelangt. Da die Steuerspannung für die
Pentode 2 an einem Parallelzweig zur Pentode 1 abgenommen wird und ihren größten
Wert dann hat, wenn der Strom durch die Pentode 1 am kleinsten ist, sind die Steuerimpulse
46, 47, 48 in Fig. 3 gegenüber der gewohnten Weise spiegelbildlich anzuordnen, so
daß die abgeflachten oberen Teile der Impulse unter den unteren Knick der Kennlinie
und die Basis der Impulsspannungen je nach der gewählten Verstärkung mehr oder weniger
in das Gebiet der abgeflachten Kennlinie 45 gelangen. Auf diese Weise wird erreicht,
daß die Anstiegsteilheit der Impulse mittels des Reglers 4I, 42 unabhängig von der
gewählten Impulsdauer einstellbar ist. Da durch die Pentode 2 nur die unter dem
ansteigenden Teil der Kennlinie 45 liegenden Teile der Steuerspannungen entsprechend
verstärkt werden, muß bei einer Übersteuerung dieser Röhre der Anstieg der Impulsspannung
rascher erfolgen. Dabei bleibt die Impuls dauer unverändert, und die Impulspause
wird um die durch den rascheren Spannungsanstieg gewonnene Zeit vergrößert. Je nach
der gewählten Verstärkung der Steuerspannungen 46, 47, 48 erhält man somit Gleichstromimpulse
49, 50, 5I mit gleicher Impulsdauer, aber verschiedener Anstiegsteilheit.
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Die in den Pentoden I und 2 verformten Gleichstromimpulse werden
schließlich in der Pentode 3 in an sich bekannter Weise verzerrungsfrei verstärkt
und an den Klemmen 52, 53 des Spannungsteilers 54 abgenommen. Das Schirmgitter 55
der Pentode 3 ist über den Widerstand 56 mit der die Schirmgitterspannung zuführenden
Leitung 57, die mit dem Fanggitter 58 leitend verbundene Kathode 59 mit der LeitungO
verbunden. Die über den Gitterwiderstand 60 an das Steuergitter 6I der Pentode 3
geführten Impulse werden an einem einstellbaren Spannungsteiler 62 abgenommen, der
an den Abgriff des Spannungsteilers I8 in der Anodenleitung der Pentode 2 und an
die negative Spannung führende Leitung 13 gelegt ist. Die Anode 63 der Pentode 3
ist über den Spannungsteiler 54 mit der die Anodenspannung zuführenden Leitung 64
verbunden. Der Widerstand des Spannungsteilers 54 ist zweckmäßigerweise verhältnismäßig
niedrig gewählt, so daß durch die bei der Behandlung eines Patienten auftretende
Polarisationskapazität keine Verschleifung der oberen Kanten der Spannungskurve
der Gleichstromimpulse stattfindet.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Stärke der Impulse, die dem Patienten
zugeführt werden. in an sich bekannter Weise rhythmisch zu ändern. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen. daß die Einstellung des Spannungsteilers 54 oder die Größe des
Schirmgittervorwiderstandes 56 mit Hilfe eines Motors periodisch verändert wird.
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Da bei einem Reizstromgerät mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
die Impulsdauer und die Anstiegsteilheit der erzeugten Gleichstromimpulse innerhalb
großer Bereiche für sich einstellbar sind, kann beim Arbeiten mit einem solchen
Gerät eine große Erleichterung dadurch erzielt werden, daß, wie in den Fig. 4 bis
6 veranschaulicht, die jeweilige Form der erzeugten Impulse durch einen Kathodenstrahloszillographen
(Fig. 4) angezeigt oder durch ein mechanisches Abbild (Fig. 5, 6) veranschaulicht
wird. Dabei ist es zweckmäßig, den Kathodenstrahloszillographell bzw. die Vorrichtung
zur Erzeugung des mechanischen Abbildes in das Gehäuse des Reizstromgerätes einzubauen.
Die Vorrichtung zur Erzeugung des mechanischen Abbildes kann beispielsweise aus
einer über Rollen gespannten, die Kurvenform der Impulse veranschaulichende Schnur
hestehen, wobei die Rollen beim Einstellen der Impulsdauer bzw. der Anstiegsteilheit
den jeweils erzielten Formänderungen der Impulse entsprechend zwangläufig verschoben
werden (Fig. 5).
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Das mechanische Abbild der Impulskurve kann auch dadurch erzeugt werden,
daß eine farbige oder eine leuchtende Fläche durch beweglich angeordnete und bei
der Einstellung zur Anderung der Kurvenform entsprechend geschwenkte bzw. verschobene
Scheiben mehr oder weniger stark
abgedeckt wird (Fig. 6). Es ist
auch möglich, die veränderlichen Teile der Impulskurve auf derartige bewegliche
Scheiben aufzuzeichnen.