NO154985B - Innretning for utfoerelse av gjensidig ikke forstyrrende transkutan nervestimulering og pasientovervaaking. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår innretning for utførelse av samtidig, gjensidig ikke-forstyrrende overvåking og transkutan elektrisk nervestimulering av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Transkutan elektrisk nervestimulering (TENS), også ofte hen-vist til som elektronisk smertekontroll, har blitt mer og mer godtatt som et hjelpemiddel eller et supplement til anestesi og/eller analgesi. Det har i en tid vært kjent at transkutan stimulasjon er en nyttig og effektiv moderator ved post-opera-tive smerter (se f.eks. US patent nr. 3.911.930). Nyere for-skning viser at TENS også kan ha en synergistisk virkning sammen med ofte benyttede anestesi midler og analgesi middel på en måte som i hovedsaken lindrer smerter og ubehag hos en pasient, mens den samtidig reduserer mengden og typen av medi-kamenter som pasienten må innta. US-patent nummer 4.294.245 viser en fremgangsmåte for benyttelse av kombinasjon av transkutan nervestimulering med anesti-

middel og analgesimiddel i løpet av en operasjon. Denne anvendelsen innbefatter også benyttelse av elektronisk smerte-kontrollapparat ved at elektrodene som er anbragt på pasienten før og i løpet av operasjonen kan bli etterlatt på plass for benyttelse for lindring av smertene i løpet av den post-opera-tive perioden.

Svært ofte er det imidlertid nødvendig i løpet av operasjonen og i løpet av rekonvalesenstiden for kirurgen, anestesilegen, og andre deltagende leger og sykesøstre å kontinuerlig overvåke visse livsviktige funksjoner hos pasienten, slik som hjertefunksjonen. Den vanlige måten å overvåke hjertefunksjonen er å benytte elektrokardiograf (EKG) ved å anbringe flere følerelektroder på pasienten, på kjent måte, for derved å detektere induserte elektriske endringer proporsjonalt med og direkte representative for hjerteaktiviteten (dvs. den velkjente hjerte PQRST-kompleksen).

Problemer oppstår ved momentan overføring av transkutan elektrisk nervestimulering og lignende ved EKG-overvåking, på grunn av at karakteren og frekvensen til spektrumet til EKG-signalet, både ved friske og syke pasienter og karakteren og frekvensspektrumet til elektriske signaler av den art som er kjent for å være effektive ved elektronisk smertekontroll. Dersom ikke egnede forholdsregler blir tatt, vil EKG-oppteg-ningene i løpet av og umiddelbart etter hver pulstilførsel av TENS i de beste tilfellene være meningsløse og i de verste tilfellene gi en feilaktig indikasjon av pasientens tilstand.

Det er følgelig et primært formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en innretning med hvilken transkutan elektrisk nervestimulering kan bli tilført en pasient, enten sammen eller i kombinasjon med valgte anestesi- og analgesimidler, samtidig som pasientens livsviktige funksjoner, slik som hjertefunksjon, blir kontinuerlig eller perio-disk overvåket.

Problemer med gjensidig interfereringssignaler både frembragt ved behandlingen av pasienten og avfølt ved pasienten ved overvåkingen er ikke nytt. Et antall patenter angår slike gjensidige interferensproblemer i operasjonssalen, ved intensiv overvåking og ellers. US patent nr. 4.117.848 beskriver f.eks. bruk av en følge- og holdekrets for under-trykkelse av "pacemaker"-pulser i en EKG-overvåker. US patentene nr. 3.897.774, nr. 4.137.908 og nr. 3.534.282 beskriver alternative løsninger ved gjensidig ikke-interferering ved benyttelse av "pacemaker" og EKG-overvåker. US patent nr. 3.716.059 beskriver en hjerteopplivningsinnretning om-fattende en frakoppelbar klemme styrt for å forhindre over-føring av EKG-signaler når elektrisk stimulering blir utført på pasienten. US patent nr. 3.910.257 beskriver en sampel-og holdeinnretning for EGK-signaler for å overvåke og deretter kople dem til en dataenhet.

De tidligere kjente løsningene er imidlertid av mindre betyd-ning for elektronisk smertekontroll av flere forskjellige grunner., Ikke minst på grunn av at de må en ekstern forbindelse med den respektive signalfrembringelse og signal-avfølingsenhet, og de tenderer også mot å avføle signaler på en måte som er motvirkende overskridelsen av TENS eller som gir spesialiserte og arbeidskrevende synkronisasjons-

og signalbehandlingsutstyr eller som er spesielt tilpasset til anvendelser beskrevet i eksemplene som har liten rele-vans til TENS-EKG-situasjonen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en innretning av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av karakteristikken til krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Foreliggende oppfinnelse er basert på at på grunn av iboende karakter med effektiv transkutan elektrisk nervestimulasjons-signaler og deres gjennomgang gjennom legemet, og iboende karakter av hjertefunksjoner som vist ved hjelp av elektro-kardiografsignalene, egnet for overvåking av EKG-signaler og egnet for anvendelse av valgte, forutbestemte amplitude og frekvenskriteria vil tillate detektering av forekomsten av TENS-signalet direkte fra EKG-signaler. I løpet av slike perioder med TENS-"interferens", blir EKG-signaler som forekom rett før avfølingen samplet og fastholdt, og også holdt en ønsket tidsperiode etter forekomsten av stimuleringen.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse blir transkutan elektrisk nervestimulering tilført pasienten ved å benytte anbringelse og pulsering av TENS-stimuleringselektroder på en slik måte som kan være sikker og effektiv med hensyn til overføring av EKG-overvåking. Ingen innbyrdes forbindelse er nødvendig mellom TENS-enheten og EKG-overvåkingsenheten. EKG-elektrodene blir likeledes anbragt som ønsket og EKG-ledninger koplet til en enhet i samsvar med prinsippene ved foreliggende oppfinnelse og anbragt mellom ledningene og EKG-behandlingsenheten.

Ved en enhet ifølge foreliggende oppfinnelse blir ved den foretrukne utførelsesformen EKG-pasientledningene først koplet med inngangen til en differensial forsterker som har egnet forsterkning, filtrering og felles modusavvisnings-funksjoner. Signalbanen blir så forgrenet, idet den ene grenen inneholder en forsinkelseskrets fulgt av en sample-og holdekrets. Den andre grenen inneholder en høyfrekvens-differensialforsterker som i foretrukket form utfører en differensieringsfunksjon, hvorved amplitude og frekvenskrite-rier kan bli tilført samtidig basert på tidsforandringer i EKG-signalet. På denne måten er det mulig å skille mellom stimuleringspulsen og visse lignende sammensatte trekk ved elektrokardiografsignalet, slik som R-bølgen. For slike signaler som overskrider frekvens/amplitude-forbindelsekrite-riet, som indikerer forekomsten av en stimuleringspuls, blir en "holdepuls"-generator aktivert i alminnelighet en monostabil multivibratorkrets som påvirker en sample- og holdebryter anordnet ved et endeknutepunkt til de forgrenede banene. Et EKG-signal som forekom rett før oppstartingen av stimuleringspulsen blir derfor fastholdt for en bestemt tid, bestemt av varigheten av holdepulsen, hvoretter den normale EKG-kanalen lar påfølgende signaler passere. Ved ea foretrukket form av foreliggende oppfinnelse forløper sample-og holdeoperasjonen bare i den aktuelle varigheten av den tilknyttede transkutane nervestimuleringspulsen, men dessuten i et tidsrom deretter egnet for å sikre at et "rent" EKG-signal igjen vil bli avfølt. Egnet dempning er benyttet for å gradere det øvrige signalet (dvs. EKG-signalet) for'inn-føring i en vanlig EKG-forsterker og -overvåker.

Det er et hovedtrekk ved foreliggende oppfinnelse at forekomsten av interferens (dvs. TENS)-signalet blir detektert ved sann (dvs. EKG)-signal med ingen tilleggsforbindelse nød-vendig fra TENS-enheten for synkronisering av sample/holdeoperasjonen. Dette gir betraktelige fordeler og frihet ved valg av TENS-enheter med ulike operasjonskarakteristikker og ved anvendelsen av enhver slik gitt enhet er man fri innbyrdes forbindelser mekaniske og elektriske grensesnittfor-bindelser eller -forhindringer.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et blokkdiagram av en modul for utførelse av prinsippene ved foreliggende oppfinnelse og som kan bli innebygget mellomliggende vanlige elektrokar-diografelektroder og en vanlig elektrokardiograf-forsterker/overvåker/skriver. Fig. 2 viser et detaljert kretsskjema over blokkdiagrammet

vist på fig. 1 i en foretrukken form.

I den følgende beskrivelsen er lite hensyn tatt til den aktuelle mekanismen ved anvendelsen av transkutan stimuleringselektroder ved en pasient eller til andre innretninger for frembringelse av TENS-signalene og overføring av dem til elektrodene. Det skal bemerkes at transkutan elektrisk nervestimulering for smertekontroll er til nå vel utviklet og at flere slike enheter er kommersielt tilgjengelige fra flere forskjellige firmaer og disse innbefatter elektronikken og elektrodekonstruksjonen.

I samsvar med prinsippene ved foreliggende oppfinnelse

tjener pasientens legeme som en innbyrdes forbindelse mellom TENS-enheten og elektrokardiografen, idet samvirke mellom

TENS og EKG blir avfølt av EKG-elektroder, som så blir på egnet måte behandlet før elektrokardiografavfølingselektro-dene og et elektrokardiografsystem som fortrinnsvis, selv om ikke nødvendigvis, er av den typen som er vanlig i handelen. Det skal forøvrig bemerkes at anbringelsen av EKG-elektrodene på pasienten, i samsvar med prinsippene med foreliggende oppfinnelse, er de samme som ville bli anvendt ved anvendelse av vanlig EKG-metoder uten anvendelse av elektronisk smertekontroll .

Fig. 1 viser pasienttilkoplingene 100, og det skal her bemerkes at slike ledninger er forbundet på egnet i og for seg kjent måte som ved anbringelse av EKG-følerelektroder. EKG-signalene blir koplet, ved hjelp av ledninger, til en inngangsdifferen-sialforsterker 101. Forsterkeren 101 har generelt en høy inngangsimpedans, høy felles modusspenningsevne og svært høy felles modusavvisning. I dette henseende utgjør diffe-rensialforsterkeren 101 et høyt frekvensundertrykkelses-nettverk og pulsundertrykkelsesnettverk, forskyvningsjuster-ing og felles modusavvisningsjustering. Ved forsterker-utgangspunktet 102 avgrenes signalbanen og signalene fra forsterkeren 101, som fremdeles innbefatter både EKG- og TENS-signaler (når sistnevnte forekommerJ blir tilført både en forsinkelsesenhet 103 og til en forsterkerdifferenr* siator 106. Signalbanen gjennom forsinkelseselementet 103 og bufferforsterkeren 104 er den prinsipale signalbanen og forsinkelsen 103 er anordnet for å kompensere for tiden som medgår for informasjonsbehandlingen i den alternative banen, som innbefatter en differensiator 106 og en genera-tor for holdepulsen 107. Siden EKG-signalene normalt passe-rer fra forsterkeren 101 gjennom forsinkelsesenheten 103 og forsterkeren 104 gjennom en bryter 105 og til utgangskretsen 108 så lenge som det ikke er noe TENS-signal som skal bli undertrykket i forhold til EKG-signalene. Utgangskretsen 108 demper for å gradere EKG-signalene i et område aksep-tabelt for EKG-overvåkingsinnretningen 110, som kan være en såkalt monitor. Differensiatoren 106 og generatoren 107 tjener til å detektere tilstedeværelsen av TENS-signaler i EKG-bølgeformen og når slike signaler blir detektert, og til å frembringe en holdepuls ved 107 som aktiverer sample- og holdebryteren 105 for å avbryte den kontinuerlige koplingen av EKG-signalet til utgangskretsen 108, og slik holding fort-setter en bestemt tid etter at TENS-signalpulsen har opphørt. Slik holdetid blir i det vesentlige tilveiebragt ved varigheten på holdepulsen frembragt av generatoren 107.

I samsvar med prinsippene ved foreliggende oppfinnelse angir forsterker/differensiatoren 106 deler, generelt parallelt med hverandre, for respektiv behandling av positive og negative gjennomganger av signaler fra punktet 102, påfølgende kombinasjon av disse og nivåskifting og/eller forsterkning av' signalet over et visst nivå (tilsvarende TENS-signalene, men utelukker ethvert EKG-signal). Beregningen av den deriverte av de kombinerte EKG/TENS-signalene (dvs. benyttel-sen av tidsforandringen eller steilheten) frembringer et effektivt samlet amplitude- og frekvenskriterium for å skille TENS-signalene fra EKG-signalene. Nivåfølsomhetsforsterk-ningen av den deriverte tillater holdepulsgeneratoren 107, som er en monostabil multivibratorkrets, kun å sende en holdepuls ved mottagelse av et inngangssignal (dvs. den amplitude-behandlede tidsderiverte av et signal fra punktet 102) som er et TENS-signal (eller annet støysignal), men ikke noe trekk av hjertefunksjonssignal representert av EKG-kurven. Det skal bemerkes at frekvens- og forsterkningskriteriet kan bli tilveiebragt på annen måte enn ved benyttelse av tids-avledninger og nivåfølsomhetsforsterkning som beskrevet i forbindelse med fig. 1.

Operasjonen av den viste utførelsesformen vist på fig. 1 skal beskrives nærmere under betraktning av kretsen vist på fig. 2, som utgjør en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. På fig. 1 er hver av funksjonsblok-kene 101 til 108 vist med punkt-strek-linjede opphyllinger av de detaljerte kretsene som utfører operasjonen tilsvarende funksjonselementene på fig. 1.

Elektrokardiografledningene, betegnet 100 på fig. 1, er vist på fig. 2 som respektive negative, referanse, positive og jordforbindelser. De første tre er forbundet med respektive RC-høyfrekvensundertrykningsnettverk 201-202, 203-204, og 205-206. Hver av de er også koplet til et pulsundertrykkelsesnettverk definert av respektive diodepar 207, 208 og 209. Forsterkerne 210, 211 og 212 betraktet sammen med deres respektive matninger, forspenninger og innbyrdes forbundne komponenter danner tilsammen en differensialforsterker. Forskyvningsjusteringen er tilveiebragt ved hjelp av variabel motstand 214 og felles modus avvisningsjustering er tilveiebragt ved hjelp en variabel motstand 215. Som bemerket blir utgangssignalene fra forsterkeren 211 og 212 koplet med inngangen til en differensialforsterker 210 og forsterkeren 213 tilfører felles modussignal i inverse fase tilbake til pasienten (dvs. via pulsundertrykkelsesnettverket 208 og høyfrekvensundertrykkelsesnettverket 203-204) for forbedret felles modusavvisning.

Signalene ved punktet 102, ved hvilket signalbanen deles, innbefattende EKG-signaler og noen ganger TENS-signaler. Utgangen til forsterkeren 101 langs den prinsipale signalbanen blir først koplet med forsinkelsesnettverket 103, definert av motstanden 216 og kondensatoren 217 og så til en forsterker 220, med tilknyttet tilbakekoplings- og forspenningskrets. Utgangen til bufferforsterkeren 104 er koplet med en holdekondensator 231 over en sjikt FET (JFET) bryter 227. Muligheten for JFET 227 å slippe gjennom ytterligere signaler fra forsterkeren 220 til kondensatoren 231 er dessuten avhengig av tilstedeværelsen eller fraværet av TENS-signaler i EKG-signalene, som detektert av høyfre-kvensforsterkeren 106 og koordinert av holdepulsgeneratoren 107 .

Som vist er signalene fra punktet 102 koplet med et par for-sterkerdeler 218 og 219, hvor førstnevnte 218 behandler positive overganger av ethvert TENS-signal tilstede og sistnevnte 219 behandler negative overganger. Utgangssignalene til forsterkeren 218 og 219 blir ført sammen ved hjelp av diodene 221 og 222 og motstanden 223 og så ført til en nivå-følsom forsterker 224 for egnet nivåveksling og forsterkning. Foreningsoperasjonen av forsterkeren 218 og 219 og kombina-sjonen av signalene derfra med diodene 221 og 222 og motstanden 223 gir et signal proporsjonalt med det tidsderiverte signal av signalet ved punktet 102. Amplituden til det utledede signalet, nå egnet for å aktivisere transistoren 224, til-svarer detekteringen av et TENS-signal i EKG-bølgen. Egnet forspenningskrets for transistoren 224 gir dette nøyaktige nivået. Transistoren 224 aktiverer fortrinnsvis en monostabil multivibratorkrets fortrinnsvis av en tidskrets av den typen som er vanligvis kjent som "555"-tidskrets med egnet forbindelse som vist. Denne monostabile multivibratoren 226 driver bryteren 227 ved hjelp av transistoren 228 og dioden 229.

Når TENS-signalene blir detektert ved 106 og 107 opphører bryteren 227 å lede, og spenningen på kondensatoren 231

blir forhalt umiddelbart før en slik ledestopp, fastholdt og koplet med EKG-overvåkeren. Varigheten av fastholdelses-tiden, tilveiebragt av den monostabile multivibratoren 226 sammen med dens tilknyttede krets, omfatter fortrinnsvis TENS-pulsen pluss en ønsket tid deretter. Når JFET 227 igjen blir gjort ledende, gjentar EKG-signalene, som igjen er frie for TENS-interferens, ladning og utladning av kondensatoren 231 og fører derved de tidsvarierende EKG-signalene til utgangen.

Utgangstrinnet 108 er definert av en bufferforsterker 232, hvis forsterkning blir justert av endring av motstanden 250. EKG-signaler fra forsterkeren 232 blir ført til et RC-filter 233 og 234 og så ført til et utgangsmotstandsnettverk 235-238, som er adskilt av utgangsterminalene 239-242. Nettverket definert av motstandene 235-238 tjener først til å dempe signalet til slike nivåer som EKG-overvåkerne kan drive og for det andre for å tilveiebringe en inngangssammenstilling for EKG-overvåkeren slik at EKG-inngangsforsterkerens aktive tilbakekopling ville funksjonere.

Ovenfor nevnte har blitt beskrevet og vist med en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, men det er natur-ligvis klart at utallige alternative utførelsesformer vil være mulig for fagmannen på området uten å avvike fra rammen til foreliggende oppfinnelse.

Claims (3)

1. Innretning for utførelse av samtidig, gjensidig ikke-forstyrrende overvåking og transkutan elektrisk nervestimulering (TENS) for smertekontroll, innbefattende elektrode (100) for avføling av bestemte pasient-funksjoner og frembringelse av et overvåkingssignal for tilførsel til en utgangskrets (108), og TENS-organ for direkte anlegg mot pasienten for tilførsel av direkte pulser med elektrisk energi til pasienten, karakterisert ved innretning (218, 219, 221, 222, 223) for utvikling av den deriverte av signalet fra elektrodene, sammen-ligningsinnretning (224) for sammenligning av de tidsderiverte signalene med en forutbestemt terskel indikativ for forekomsten av TENS-pulser, sperreinnretning (226, 227) som reagerer på sammenligningsinnretningen (224) for å sperre akkumulasjonen av pasientovervåkingssignalet fra elektroden (100) for en forutbestemt tid etter at det deriverte signal overskrider nevnte terskel, og sampel- og holdeinnretning (231) for å tilføre overvåkingssignalet avfølt rett før det deriverte signal overskrider terskelen til utgangskretsen (108) i løpet av driften av sperreinnretningen (226, 227).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter en tidsforsinkelse (103) for å forsinke signalet fra elektroden (100) med en forutbestemt tidsforsinkelse for å muliggjøre operasjonen av sammenligningsinnretningen (224) og hvor om nødvendig sampel- og holdeinnretningen (105) aktiveres.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den innbefatter forsterkere (210, 211, 212) for å forsterke signaler fra elektrodene før de blir fremvist.