DE1489650A1 - Electronic sleep and anesthesia machine - Google Patents
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Description
Elektronisches Schlaf- und Narkosegerät (Es viird die Priorität der poster. Anmeldung 4 A 7238/64 vom 20. August 1964 in Anspruch genommen) Die therapeutische Bedeutung des Schlafes ist schon frühzeitig erkannt worden. Die sprunghaft ansteigende Entwicklung der Pharmakologie um die Jahrhundertwende brachte eine Vielzahl von Präparaten hervor, welche es ermöglichen, Schlaf künstlich herbeizuführen und diesen erforderlichenfalls auch über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten. Electronic sleep and anesthesia machine (The priority of the poster. Application 4 A 7238/64 of August 20, 1964 claimed) The therapeutic The importance of sleep was recognized early on. The skyrocketing Development of pharmacology around the turn of the century brought a multitude of Preparations that make it possible to artificially induce sleep and this if necessary, to maintain it over a longer period of time.
Nachdem erkannt worden war, daß der pharmakologisch herbeigeführte Schlaf nicht ohne schädigenden Einfluß auf den Organismus bleibt, wurden neue Wege zur Herbeiführung des künstlichen Heilschlafes gesucht. Diese Forschungen führten zu der Erkenntnis, daß es unter gewissen Voraussetzungen möglich ist, Schlaf ohne Gefährdung des Patienten auch mit Hilfe des elektrischen Stromes herbeizuführen. Nach anfänglichen Fehlschlägen, die hauptsächlich in der Unzulänglichkeit der verwendeten Hilfsgeräte und in der mangelnden Kenntnis der Auswirkungen des elektrischen Stromes auf den Organismus begründet waren, führte die weitere Forschung schließlich zur Entwicklung der Elektroschlaftherapie, wie sie derzeit praktiziert wird. Die hiefür verwendete Einrichtung umfaßt ein tragbares Gerät, welches einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Rechteckimpulsen enthält und das die Uberlagerung einer Gleichstromkomponente über die Rechteckimpulse ermöglicht. After it was recognized that it was pharmacologically induced Sleep does not remain without a damaging influence on the organism, new ways have been found wanted to bring about the artificial healing sleep. This research resulted to the knowledge that under certain conditions it is possible to sleep without endangering of the patient with the help of the electric current. After initial Failures mainly in the inadequacy of the auxiliary equipment used and in the lack of knowledge of the effects of the electric current on the Organism were established, further research eventually led to development electrosleep therapy as it is currently practiced. The one used for this Device comprises a portable device which has a pulse generator for generating of rectangular pulses and the superposition of a direct current component made possible by the square-wave pulses.
Das resultierende Signal wird hiebei mittels am Kopf befestigter Elektroden auf den Patienten übertragen. Die bisher mittels dieses Gerätes erzielten Teilerfolge können jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, daß diese Methode der Elektroschlaftherapie noch wesentlicher Verbesserungen bedarf, um als universell anwendbare Therapieform zu weltweiter medizinischer Bedeutung zu gelangen.The resulting signal is generated by means of electrodes attached to the head transferred to the patient. The partial successes achieved so far with this device However, this cannot hide the fact that this method of electro sleep therapy Significant improvements are still needed in order to be used as a universally applicable form of therapy to attain global medical importance.
Unabhängig von diesen Bestrebungen hat die elektromedizinische Forschung trotz oftmaliger Pehlschläge auf diesem Gebiet immer wieder das Problem aufgegriffen, den elektrischen Strom auch zur Entwicklung neuer Anästhesiemethoden für chirurgische Eingriffe am Menschen heranzuziehen. Als vorläufiges Endergebnis dieser Bestrebungen wurde ein Elektronarkosegerät geschaffen, das mittels eines spannungsstabilisierten Oszillators einen rein sinusförmigen Wechselstrom von etwa 700 Hz erzeugt, der dem Patienten über beidseits am Kopf angelegte Elektroden zugeführt wird. Dieses Gerät hat jedoch schwerwiegende Nachteile, da bei Einschalten des Stromes stets heftige Muskelkrämpfe auftraten, die bei Steigerung der Stromstarke in tonische Krämpfe mit Atemstillstand übergingen. Diesen Erscheinungen konnte nur durch schlagartiges Einsetzen der Narkose gesteuert werden. Diese, in ihrer Wirkung etwa der bekannten Elektroschocktherapie vergleichbare Methode, die stets ein Ansteigen des Blutdruckes und der Pulsfrequenz zur Folge hat, und die bisher nur in Einzelfällen klinisch erprobt wurde, kann daher nicht in allen Fällen risikolos angewendet werden. Abgesehen hievon kann bei Anwendung der Elektronarkose auf anfängliche Intubation in Lokalanästhesie nicht verzichtet werden. Independent of these endeavors, electromedical research has despite frequent failures in this area, repeatedly addressed the problem, The electric current also helped develop new anesthesia methods for surgical Referring to human interventions. As a preliminary end result of these endeavors an electronic anesthesia machine was created, which by means of a voltage-stabilized Oscillator generates a purely sinusoidal alternating current of about 700 Hz, the is fed to the patient via electrodes placed on both sides of the head. This However, the device has serious disadvantages, since it always occurs when the power is switched on violent muscle spasms occurred which, when the current strength increased, turned into tonic Convulsions passed with respiratory failure. These phenomena could only be caused by sudden occurrences The onset of anesthesia can be controlled. These, in their effect about the well-known Electroshock therapy comparable method that always increases blood pressure and the pulse rate, and so far only clinically in individual cases has been tried and tested, can therefore not be used without risk in all cases. Apart from that of this, when using electronic anesthesia, initial intubation under local anesthesia not be waived.
Von den grundlegenden Erkenntnissen der bekannten elektrotherapeutischen und anästhetischen Methoden ausgehend, bezweckt die Erfindung die Schaffung eines universell verwendbaren elektronischen Gerätes, das sich sowohl für Zwecke des medizinischen lIeilschlafes als auch als Narkosegerät in gleicher V Weise eignet und dessen Anwendung mit keinerlei Risiko für den Patienter verbunden ist. Die Erfindung besteht nun darin, daß der in an sich bekannter Weise über Kopfelektroden zugeführte Vlechselstromanteil aus unperiodischen Breitbandsignalen einer Rauschquelle, vorzugsweise eines ltauschgenerators, dessen Leistungsspektrum rechteckförmig ist (weißes Rauschen), besteht. Die zunächst in einem Frequenzbereich von 0 bis etwa 50kHz durchgeführten Versuche haben einwandfrei erkennen lassen, daß die Vermeidung der amplitudenmäßigen Spitzenbelastung, wie sie bei den bekannten Geräten auf Grund der periodischen Aufeinanderfolge von Einzelimpulsen auftritt, in medizinischer Sicht eine Reihe namhafter Vorteile bringt. Diese im nachfolgenden noch näher bezeichneten Vorzüge des Gerätes nach der Erfindung sind vermutlich darauf zurückzuführen, daß die gleichmäßige spektrale Verteilung der Energie beim Breitbandrauschen die Gefahr einer Resonanzüberlastung des Organismus erheblich vermindert. Außerdem werden momentane Spitzenbelastungen wegen der Verwendung eines Breitbandsignales mit statistischer Verteilung (weißes Rauschen) vermieden, welches eine stetige Einwirkung kleiner und regelloser Störungen verkörpert. Erampfbildungen und Schockwirkungen, wie diese bei den bekannten Verfahren beobachtet werden können, treten infolgedessen nach der erfindungsgemäßen Methode nicht auf. From the basic knowledge of the known electrotherapeutic and proceeding from anesthetic methods, the invention aims to provide a Universally usable electronic device that can be used for both medical purposes lIeilschlafes as well as anesthesia device in the same way and its application is not associated with any risk to the patient. The invention now exists in that the Vlechselstrom component supplied in a manner known per se via head electrodes from non-periodic broadband signals from a noise source, preferably an exchange generator, whose power spectrum is rectangular (white noise). The first Tests carried out in a frequency range from 0 to about 50 kHz have been found to be flawless reveal, that the avoidance of the peak load in terms of amplitude, as in the known devices due to the periodic sequence of Single impulses occurs, brings a number of notable advantages from a medical point of view. These advantages of the device according to the invention, which are described in more detail below are presumably due to the uniform spectral distribution the energy in broadband noise the danger of resonance overload of the organism considerably reduced. Also, there are momentary peak loads because of its use of a broadband signal with statistical distribution (white noise) avoided, which embodies a constant influence of small and random disturbances. Eruption and shock effects, as can be observed with the known methods, consequently do not occur according to the method according to the invention.
Beim Betrieb des Gerätes bestimmen Dauer, Intensität und Frequenzumfang des zugeführten Signales den Zustand des Patienten während der Indikation, wobei alle Phasen vom oberflächlichen Schlafzustand bis zur Vollnarkose herbeigeführt werden können. The duration, intensity and frequency range determine the operation of the device of the supplied signal the condition of the patient during the indication, whereby brought about all phases from superficial sleep to general anesthesia can be.
In jedem Fall kann der Wachzustand durch Abschalten des Gerätes spontan wieder hergestellt werden, doch haben umfangreiche Versuche gezeigt, daß ein allmähliches Absenken der zugeführten Energie dem Patienten am zuträglichsten ist, während ein abruptes Abschalten unangenehm empfunden wird.In any case, the waking state can spontaneously by switching off the device can be restored, but extensive tests have shown that a gradual Lowering the supplied energy is most beneficial to the patient during a Abrupt shutdown is uncomfortable.
Im einzelnen konnten bei der praktischen Erprobung des Gerätes von medizinischer Seite aus folgende Beobachtungen gemacht werden: Bei Einsatz des Gerätes zur Schlaftherapie blieben Blutdruck und Puls des Patienten konstanter. Weiters erwies sich eine Erhöhung des Effektivwertes der Stromstärke als möglich. Das bei der sonst üblichen Verwendung von Rechteckimpulsen schon bei einem Einsteliwert von 0,6 bis 0,8 mA feststellbare Prickeln unter den Elektrodenflächen trat erst bei etwa 1 bis 1,5 mA auf. Die ohne Gefährdung des Patienten mögliche Erhöhung der Stromstärke wirkte sich einerseits in einer Vertiefung des Schlafzustandes aus und ermöglichte es andererseits, Patienten, die auf die übliche Dosierung nicht ansprachen, in Schlaf zu versetzen. During the practical testing of the device, medical side made the following observations become at Using the device for sleep therapy, the patient's blood pressure and pulse remained more constant. An increase in the effective value of the current was also found as possible. This is already the case with the otherwise usual use of square-wave pulses A setting of 0.6 to 0.8 mA detectable tingling under the electrode surfaces did not occur until around 1 to 1.5 mA. Possible without endangering the patient On the one hand, an increase in the strength of the current resulted in a deepening of the state of sleep and on the other hand made it possible for patients who did not respond to the usual dosage addressed to put to sleep.
Bei Verwendung des Gerätes zu Narkosezwecken zeigte sich außer der bei der Schlaftherapie zu beobachtenden Vergleichmäßigung des Blutdruckes und Pulses eine wesentlich verbesserte Muskelrelaxation. Dadurch konnte die Gabe von Relaxantien, welche außer Atropin (zur Hemmung der Speichelsekretion) als einzige Pharmaka bei der Elektronarkose Verwendung finden, verringert werden. Der bei mittels Impulsstrom oder Sinus strom herbeigeführter Elektronarkose häufig auftretende Laryngospasmus ist bei Verwendung von Breitbandsignalen nur sehr selten zu beobachten, so daß auch seltener eine Intubation erforderlich ist. When using the device for anesthetic purposes, it was also shown observed equalization of blood pressure and pulse during sleep therapy a significantly improved muscle relaxation. This enabled the administration of relaxants, which, apart from atropine (to inhibit saliva secretion), are the only pharmaceuticals the use of electronic anesthesia can be reduced. The by means of pulsed current or sinus current-induced electronic anesthesia, common laryngospasm is only very rarely observed when using broadband signals, so that too intubation is required less often.
Eine solche ist dann aber auch wesentlich leichter durchzuführen, da durch die allgemein verringerte Muskelkontraktion auch die Kiefermuskulatur entspannt ist und die Kiefer zur Durchführung der Intubation daher auch leichter zu öffnen sind. Weiters ist auch der Kehlkopfeingang mit dem Laryngoskop leichter dazustellen, eine Fehlintubation daher nahezu unmöglich und eine einwandfreie Ventilation der Lunge gesichert. Der normale Gasaustausch (02-Aufnahme und C02-Abgabe) ist daher während der Elektronarkose voll gewährleistet.However, this is then also much easier to carry out, because the generally reduced muscle contraction also relaxes the jaw muscles and the jaws are therefore easier to open in order to perform intubation are. Furthermore, the entrance to the larynx is easier to visualize with the laryngoscope, incorrect intubation is therefore almost impossible and perfect ventilation secured to the lungs. The normal gas exchange (02 uptake and C02 release) is therefore fully guaranteed during electronic anesthesia.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Breitbandsignale einem in an sich bekannter Weise vorgesehenen Gleichstromanteil überlagert sein. Diese Maßnahme hat sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft erwiesen. So wird einerseits durch den Gleichstromanteil ein günstigerer Ubergangswiderstand an den Elektroden erzielt, andererseits konnte eine beruhigende Wirkung des Gleichstromanteiles auf den Patienten festgestellt werden. Die besondere Wirksamkeit der Kombination eines Breitbandsignales mit einem Gleichstromanteil konnte an Hand zahlreicher praktischer Versuche eindeutig nachgewiesen werden. In a further embodiment of the invention, the broadband signals be superimposed on a direct current component provided in a manner known per se. This measure has proven to be advantageous in several respects. So will on the one hand, due to the direct current component, a more favorable transition resistance to the Electrodes achieved, on the other hand, a calming effect of the direct current component to be determined on the patient. The particular effectiveness of the combination of a broadband signal with a direct current component could be more practical on the basis of numerous Experiments can be clearly demonstrated.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Schlaf- und Narkosegerätes besteht erfindungsgemäß darin, daß der Rauschquelle ein Breitbandverstärker und diesem ein variables Bandfilter nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal über ein Motorpotentiometer und einen weiteren Breitbandverstärker sowohl einem Beobachtungsgerät, z. B. einem Oszillographen, als auch - unter Zwischenschaltung eines Meßgerätes - den Kopfelektroden zuführbar ist, die einen weiteren Anschluß für den allenfalls zuzuführenden Gleichstromanteil besitzen. Diese in ihrem Aufbau relativ einfache Anordnung gestattet es, die Elektrodenspannung mittels des Motorpotentiometers stetig mit beliebig langsamer Geschwindigkeit hinaufzuregeln, wodurch es möglich ist, die Reizzunahme in der Zeiteinheit innerhalb der Reizschwelle zu halten. Eine derart feinfühlige Regelung wäre mit den bisher üblichen handgeregelten Potentiometern nicht möglich. Dieses Verfahren ist schon psychologisch für den Patienten und den Arzt viel angenehmer als eine plötzliche Steigerung der Spannung, welche schockartige Beanspruchungen des Patienten auslöst, die sich durch Abwehrbewegungen, Aufbäumen u.dgl. kundtun. Dies ist selbstverständlich vor allem bei Anwendung des Gerätes in der Elektroanästhesie von besonderer Bedeutung. Das Vorhandensein eines Bandfilters gestattet es überdies, bestimmte Frequenzbereiche des Breitbandsignales auszufiltern, was, wie durch Versuche nachgewiesen werden konnte, die Schmerzempfindlichkeit des Patienten herabzusetzen gestattet. Besonders kann es sich als zweckdienlich erweisen, die Amplituden der niedrigen Frequenzen, welche die Spitzenwerte in der Randzone des Bandes darstellen, zu beschneiden, da der Patient gegenüber Belastungsspitzen niedriger Frequenzen in der Regel wesentlich empfindlicher ist als gegenüber der stetigen Belastung durch die übrigen Bandfrequenzen. There is a preferred embodiment of the sleeping and anesthesia device according to the invention in that the noise source is a broadband amplifier and this one variable band filter is connected downstream, whose output signal via a motor potentiometer and a further broadband amplifier both to an observation device, e.g. B. a Oscillographs, as well as - with the interposition of a measuring device - the head electrodes can be supplied, which has a further connection for the direct current component that may be supplied own. This arrangement, which is relatively simple in structure, allows the electrode voltage using the motor potentiometer to steadily increase at any slow speed, whereby it is possible to increase the stimulus in the unit of time within the stimulus threshold to keep. One such sensitive control would be with the previous conventional hand-controlled potentiometers not possible. This procedure is nice psychologically much more pleasant for the patient and the doctor than a sudden one Increase in tension, which triggers shock-like stress on the patient, which make themselves known through defensive movements, rearing up and the like. This goes without saying of particular importance when using the device in electro anesthesia. The presence of a band filter also allows certain frequency ranges to filter out the broadband signal, which has been proven by experiments could reduce the patient's sensitivity to pain. Particularly it may be useful to measure the amplitudes of the low frequencies, which represent the peak values in the edge zone of the band, to be cut, there the patient is generally significant in relation to stress peaks of low frequencies is more sensitive than to the constant exposure to the other band frequencies.
Einer weitgehenden Anpassung an die individuellen Gegebenheiten jedes einzelnen Behandlungsfalles dient ein weiterer Erfindungsvorschlag, wonach der Wechsel- und/oder der Gleichstromanteil in Abhängigkeit von einer oder mehreren physischen Meßgrößen, z. B. des Blutdruckes, der Pulsfrequenz, der Reaktionsströme im Gehirn od.dgl. geregelt ist. Selbstverständlich ist der Regelbereich durch den maximal zulässigen Proportionalitätsfaktor zwischen Gleich- und Wechselstromanteil begrenzt. Diese Maßnahme ermöglicht es erstmals, die Behandlung des Patienten weitgehend selbsttätig ablaufen zu lassen, so daß sich die Bedienung des Gerätes in der Regel auf eine überwachende Tätigkeit beschränkt. An extensive adaptation to the individual circumstances of each individual treatment case serves a further invention proposal, according to which the change and / or the direct current component depending on one or more physical Measured variables, e.g. B. the blood pressure, the pulse frequency, the reaction currents in the brain or the like. is regulated. Of course, the control range is the maximum through the permissible proportionality factor between direct and alternating current component is limited. This measure makes it possible for the first time to treat the patient to a large extent automatically to run, so that the operation of the device is usually on a monitoring activity limited.
Bei Verwendung des Gerätes zur Elektroschlaftherapie hat es sich gezeigt, daß unter diesen Umständen eine einzige Bedienungsperson ohne weiters in der Lage ist, gleichzeitig die Behandlung mehrerer Patienten durchzuführen bzw. zu überwachen. Der entscheidendste Vorteil dieser Erfindungsmaßnahme besteht aber in der raschen Reaktionsfähigkeit des Gerätes auf plötzliche Schwankungen einer der physischen Meßgrößen, was vor allem bei der Anwendung der Elektronarkose bei schwierigen chirurgischen Eingriffen von größter Bedeutung ist. So kann beispielsweise bei plötzlich auftretender Pulsbeschleunigung eine selbattätige Abschwächung des Wechseletromanteiles unter gleichzeitiger Verstärkung der beruhigenden Gleichstromkomponente erfolgen. Dadurch wird nicht nur das Operationsrisiko herabgesetzt, sondern auch der Anästhesist bei seiner verantwortungsvollen Tätigkeit entlastet.When using the device for electro sleep therapy, it has been shown that under these circumstances a single operator is easily able to do so is to carry out or monitor the treatment of several patients at the same time. The most decisive advantage of this inventive measure, however, is the rapid Responsiveness of the device to sudden fluctuations in any of the physical Measured variables, which is especially important when using electronic anesthesia for difficult surgical procedures Intervention is of the utmost importance. For example, in the event of a sudden Pulse acceleration, an automatic weakening of the alternating electricity component simultaneous amplification of the calming direct current component take place. Through this not only reduces the risk of surgery, but also helps the anesthetist relieved of his responsible work.
Aus der Zeichnung ist das Schaltbild einer Ausfthrungsvariante des elektronischen Schlaf- und Narkosegerätes nach der Erfindung ersichtlich. From the drawing is the circuit diagram of a variant of the electronic sleep and anesthesia device according to the invention can be seen.
Die Anordnung besteht aus einem handelsüblichen Rauschgenerator 1 mit einem Frequenzbereich von etwa 5 bis 30 kHz. The arrangement consists of a commercially available noise generator 1 with a frequency range of about 5 to 30 kHz.
Das vom Rauschgenerator 1 auagehende Breitbandsignal wird in einem nachgeschalteten Breitbandverstärker 2 verstärkt und einem variablen Bandfilter 3 zugeführt. Das Bandfilter 3 ermöglicht es, die für die Behandlung unerwünschten Bereiche des Frequenzbandes herauszufiltern.The broadband signal coming from the noise generator 1 is in a downstream broadband amplifier 2 amplified and a variable band filter 3 supplied. The band filter 3 makes it possible to remove the undesirable for the treatment Areas of the frequency band to filter out.
Das Ausgangs signal des Bandfilters 3 wird über ein Motorpotentiometer 4 einem weiteren Breitbandverstärker 5 zugeleitet. The output signal of the band filter 3 is a motor potentiometer 4 fed to a further broadband amplifier 5.
Das Motorpotentiometer 4 übernimmt dabei die Aufgabe, die Spannung an den Patientenelektroden stetig mit beliebig langsamer Geschwindigkeit, erforderlichenfalls aber auch beschleunigt oder verzögert hinaufzuregeln, wodurch es möglich ist, die Reizzunahme pro Zeiteinheit innerhalb der Reizschwelle zu halten. Die im Breitbandverstärker 5 verstärkte Rauschspannung gelangt einerseits über ein Meßgerät 7 zu den Patientenelektroden 8, 9, andrerseits wird es einem Beobachtungsgerät, in vorliegendem Fall einem Kathodenstrahloszillographen 6 zugeführt, Zur uberlagerung eines Gleichstromanteiles besitzt die Patientenelektrode 8 einen eigenen Gleichstromanschluß 10. Die an sich bekannten Einrichtungen zur Erzeugung der Gleichstromkomponente sind zwecks besserer Übersichtlichkeit im Schaltbild nicht dargestellt.The motor potentiometer 4 takes on the task of providing the voltage on the patient electrodes continuously at any slow speed, if necessary but also accelerated or delayed upregulation, which makes it possible to increase the Keep the increase in stimuli per unit of time within the stimulus threshold. The one in the broadband amplifier 5 amplified noise voltage reaches the patient electrodes on the one hand via a measuring device 7 8, 9, on the other hand it becomes an observation device, in the present case a cathode ray oscillograph 6, for superimposing a direct current component, the patient electrode has 8 its own DC connection 10. The known devices for Generation of the direct current components are shown in the circuit diagram for the sake of clarity not shown.
Die aus der Zeichnung ersichtliche Schaltungsanordnung stellt selbstverständlich nur eines von einer Vielzahl der im Rahmen der Erfindung möglichen Ausführungsbeispiele dar. Besonders besteht hinsichtlich der verwendeten Rauschquelle keine Beschränkung und es kann hiezu z. B. eine Diode, mit gleichem Effekt aber auch das Rauschen eines Widerstandes od.dgl. benützt werden. The circuit arrangement shown in the drawing is of course only one of a large number of the possible embodiments within the scope of the invention In particular, there is no restriction on the noise source used and it can for this purpose z. B. a diode, but with the same effect also the noise of a Resistance or the like. be used.
Patentansprüche: Patent claims:
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