DE1489702A1

DE1489702A1 - Vorrichtung und Schaltungsanordnung zum Anaesthesieren

Info

Publication number: DE1489702A1
Application number: DE19651489702
Authority: DE
Inventors: Condict Edgar Rhodes
Original assignee: BIO TRONICS RES Inc
Current assignee: BIO TRONICS RES Inc
Priority date: 1964-08-26
Filing date: 1965-08-05
Publication date: 1969-06-04
Also published as: BE667757A; CH467627A; ES320859A1; NL6510787A; DK118902B; IL24075A; US3495596A; ES316066A1; GB1114787A; AT267042B

Description

BIO-TRONICS RESEARCH, INC., Main Street, NEW LONDON, NEW HAMPSHIRE, U. S. A.

Vorrichtung und Schaltungsanordnung zum Anaesthesieren.

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf die Verarbeitung und Verwendung von von einem Lebewesen abgenommenen elektrischen Signalen. Insbesondere bezieht sich sich auf die Verwendung eines elektroencephalographischen Signales zu Anaesthesiezweeken.

Bei der hier im einzelnen beschriebenen Ausführung gemäß der Erfindung wird ein elektroencephalographisches Signal (im folgenden kurz EEG genannt) verarbeitet und zum Anaesthesieren des Patienten zu diesem zurückgeleitet. Ein wesentliches Merkmal liegt dabei darin, daß das EEG-Signal zur Modulation einer Trägerfrequenz verwandt wird. Dieser modulierte Träger wird zu dem gleichen Patienten zurückgeführt, von dem das EEG-Signal abgenommen wurde, um damit die Anaethesie zu erzeugen.

Die Verwendung eines elektrischen Signales zum Zwecke der Anaesthesie ist bekannt. Die für dieses Signal erforderlichen Stromwerte liegen jedoch höher als es für die Anwendung bei einem Menschen erwünscht ist. Der größte Teil der heute verwandten elektronischen Anaesthesiegeräte wird daher bei der Operation von Tieren, insbesondere von größeren Tieren, wie Pferden und Kühen, verwandt.· Die Verhältnisse liegen so, daß sich die zur Zeit bekannten Teohniken der elektronischen Anaesthesie nicht für eine längere Anwendung bei einem Patienten eignen, ohne daß damit eine Gefahr für

das Leben und die Gesundheit des Patienten verbunden ist. Diese ^ B 88/ 909823/0500 ⁸*^{D Or}'G'N4l "-i- ^A

Gefahr erklärt sioh wahrscheinlich daraus, daß die Nervenbahnen während der Behandlung zerstört werden.

Die vorliegende Erfindung stützt sich auf die Lehre, daß EEG-Signale im Gehirn erzeugt oder mindestens im Zusammenhang mit einer Gehirnaktivität hervorgerufen werden, so daß eine Beeinflussung dieser Gehirnaktivität eine Auswirkung auf das Nervensystem haben muß. Zum Erfassen elektrischer Impulse setzt man daher Elektroden auf die Schläfen eines Patienten auf und fuhrt die Impulse dann synchron zu den erzeugenden Signalen zurück. Die von den Elektroden aufgenommenen und verarbeiteten Signale werden Über ein Rückkopplungsnetzwerk zurückgeleitet, damit sich das erforderliche Phasenverhältnis zu den durch das Gehirn intern erzeugten Impulsen ergibt.

Durch Versuche an kleinen Affen wurde festgestellt, daß sioh durch Zurückführen geeignet ausgewählter Frequenzanteile der EEG-Signale bei Säugetieren ein längerer Schlaf und eine Anaesthesie hervorrufen läßt. Weiter wurde festgestellt, daß sioh dieseErscheinungen ohne offensichtliche nachteilige Auswirkungen beliebig lange aufrechterhalten lassen und daß sich diese Erscheinungen durch Unterbrechen des Rückkopplungsweges augenblicklich beenden lassen. Das gleiche Tier ist auf diese Weise viele Male, behandelt worden, ohne daß sich eine Sohädigung zeigte. Neurotisohe Symptom·, wie man sie bei Auftreten von Schmerzen hätte erwarten müssen, sind nioht aufgetreten. Äußerliche und unerwünschte krankhafte Symptome konnten weder zur Zeit der Behandlung nooh nachträglich festgestellt werden«

Es wurde gefunden, daß die Rückkopplung»impulse vorzugsweise als . Modulation einer Trägerfrequenz von 10 kHz und mehr auftreten soll*

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ten. In diesem Fall ist die Rückkopplung schon bei recht niedrigen Trägerstromamplituden erfolgreich und den Ausgangselektroden werden nur kleine Ströme zugeführt. Die Gefahr für den Patienten wird damit bis auf ein Minimum herabgedrückt, dme Zerstörung der Nervenbahnen ergeben sich optimale Wirkungen. Es wird vermutet, daß diese günstigen Auswirkungen auf die relative Leichtigkeit zurückzuführen sind, mit der hohe Frequenzen zu den Nervenbahnen des Gehirnes, die die Wahrnehmung steuern, durchdringen können.

Es wurde gefunden, daß bestimmte Frequenzanteile des von den Elektroden abgenommenen Signales die gewünschten Wirkungen hervorrufen und daß andere Frequenzanteile nicht erforderlich sind und sogar noch schädigend wirken können. Diese Frequenzen, im wesentlichen alle Frequenzen über 40 und unter 5 Hz werden daher ausgefiltert. Diese Frequenzen scheinen nachteilige Auswirkungen auf die Herz- und Atemfunktionen zu haben. Um 60 Hz-Artefacte auszuschal«- ten, verwendet man weiter ein Hochpaßfilter zur Beeinflussung des zum Patienten zurückgeführten Signals. Die dann noch zurückbleibenden Frequenzanteile sind dann, wenn man sie als Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz aufdrückt, recht brauchbar zum» Hervorrufen der Anaesthesia. ,

Statt der Modulation eines Trägers mit einem EEG-Signal können auch EKG-Signale aufgenommen, zur Modulation eines Trägers verwandt und auf die gleiche Weise zurückgeführt werden, wie dies die EEG-Signale beschrieben wurde, Bei allen untersuchten fieren wurde festgestellt, daß dadurch ein Ausbleiben des Herzschlages bewirkt werden kann.

Die Erfindung wird im Zuummetihmg alt ätr Verarbeiimng «üstn Signals wum Zwrnk® ein#r Anfi&ethcwl« totiöhritfeen» _(iOit «täfetl

,.»*■ BAD ORIGINAL

tretenden erfindungsgemäßen Schritte können aber bei Jedem vom Körper abgenommenen elektrischen Signal verwandt werden, um ein Rück- . kopplungssignal zu erzeugen, das dem Nervensystem des Patienten zugeführt wird. .

Die hier beschriebene Ausführung dient zum Erreichen einer totalen Anaesthesie. Der Erfindeirr hat jedoch Selbst-Versuche durchgeführt und dabei festgestellt, daß sich durch geeignete Auswahl der zurück·« geführten Frequenzen Teile seines Körpers schmerzunempfindlich machen ließen, wie ein Arm, ein Bein, der andere Arm, das andere Bein; ohne daß er dabei das Bewußtsein verlor. Die Versuche haben gezeigt, daß die Auswirkung auf die Körperfunktionen frequenz- und phasenabhfingig sind. Zur Lokalanaesthesie jedes Körperteils wird nur ein sehr schmales Frequenzband der EEG-Signale benötigt, das im allgemeinen nur wenige Hz breit ist. Die Höhe der Frequenz schwankt jedoch im allgemeinen mit dem gerade behandelten Körperteil. Auch bei dieser Teilanaesthesie werden die Elektroden an den Kopf des Patienten angeschlossen und man verwendet die gleiche Schaltung, wie sie hier im Zusammenhang mit der Totalanaesthesie beschrieben wird.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen einer Anaesthesie, die sich sicher und wirkungsvoll über längere Zeitabschnitte aufrechterhalten läßt.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Mittel zur Anwendung des von dem Patienten erzeugten EEG-Signals als Ausgangsgröße für das Bewirken der Anaesthesie. .

Ein weiterer Zweck der Erfindung liegt darin, daß man das von dem anaesthesierten Patienten abgegebene EEG-Signal zur Steuerung der

Anaesthesie verwendlP.^{9 8 2 3} / 0 5 0 0

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Die Erfindung sieht weiter vor, daß Signale niedriger Frequenz dem Nervensystem des Patienten zugeführt werden.

Die Erfindung sieht weiter vor, daß ein behandeltes oder abgeändertes Signal, das vom Nervensystem des Patienten agenommen wurde, wieder in dieses Nervensystem eingegeben wird.

Der Ausdruck "Patient" wird in den Ansprüchen und im größten Teil der Beschreibung zur Bezeichnung des erfindungsgemäß behandelten Lebewesens verwandt. Unter den Begriff "Patient" fallen damit sowohl Menschen als auch Tiere. ·■·

Die Erfindung wird nun am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungen beschrieben. Dabei ist:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Grundschaltung zum Erzeugen der Anaesthesie,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiter entwickelten Schaltung zum Erzeugen einer elektronischen Anaesthesie unter Verwendung der grundlegenden Modulations- und Rückkopplungsteohnik, wie sie in Fig. !gezeigt wird, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung, bei der das EEG-Signal zum Regeln der Größe des Ausgangsstromes verwandt wird, der mit einer bekannten elektronischen Anaesthesie-Anordnung erzeugt wird. ·

Die beiden Ausführungen' nach den Figuren 1 und 2 verwenden die. gleiche Grundschaltung. Bei der Ausführung nach Fig. 2 werden Je-.κ doch noch weitere ScWal^uh§static verwandt, die zum Zwecke de

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cherheit, der überwachung und Flexibilität verwendet werden. In ' Pig. 1 also wird die Grundschaltung gezeigt. In den Figuren 1 und 2 werden daher für-die gleichen Blöcke die gleichen Bezugszeichen verwandt.

Gemäß Fig. 1 werden an die Schläfen des Patienten zwei Elektroden 11 angelegt. Diese Elektroden nehmen das von dem Patienten selbst gebildete EEG-Slgnal auf. Dieses Signal wird in dem Verstärker 12 verstärkt. Die Größe des Signals wird von einer Größenordnung von Mikrovolt bis auf eine Größe im Bereioh von einigen hundert Millivolt angehoben. Das verstärkte EEG-Signal wird einem AM-Modulator 20 zugeführt. Der Modulator 20 moduliert die von dem Oszillator 22 erzeugte Trägerfrequenz mit dem EEG-Signal. Das modulierte Signal wird durch einen von Hand einstellbaren Phasenschieber 24 geleitet. Die Bedienung stellt die Phase so ein, daß maximale Anaesthesie bei minimalem Strom erreicht wird. Der Phasenschieber 2k hat sich als sehr wesentlich zum Erreichen der Anaesthesie herausgestellt. Das modulierte und in seiner Phase verschobene Signal wird dem Patienten über die Elektroden 26 zugeleitet. Diese Elektroden 26 können mit den Aufnahmeelektroden 11 identisch sein.

Der in Fig. 1 gezeigten Grundschaltung werden zahlreiche Merkmale hinzugefügt, die nun im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert werden. Die zusätzlichen Merkmale dienen unter anderem zum Unterdrücken von vielen der Frequenzen, die mit den Elektroden 11 aufgenommen werden. Duroh Ausfiltern von Signalen, die durch das Herz und duroh Muskeln erzeugt werden, sowie auch duroh das Ausfiltern von äußeren aus der Atmosphäre aufgenommenen Signalen entsteht ein Signal, welohes der Erfinder als ein gereinigtes EEG-Signal ansieht. Dieses gereinigte EEG-Slgnal läßt sioh weit sicherer einsetzen und unterdrückt die überflüssigen Signalantelle, die von den Elektroden 11

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aufgenommen^ werden. Ea sei noch darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "EEG'-Signal" hier sowohl zur Beschreibung des von den Elektroden 11 aufgenommenen Signals als auch zur Bezeichnung des ver-; arbeiteten Signals verwandt wird, das von der in Pig. 2 erzeugten Schaltung geliefert wird. Unabhängig davon, ob das verarbeitete oder gereinigte EEG-S;ignal sämtliche in dem Gehirn erzeugten SIg-* nale -enthält öder nicht, oder ob auch durch äußere Quellen erzeugte Frequenzen in Ihm enthalten sind, wird es nicht als ein die Erfindung beschränkender Paktor angesehen. Erfindungsgemäß werden diejenigen Frequenzenfund Spitzen ausgefiltert, die für den Patienten gefährlich werden können. Das resultierende Signal ist dann wirkungsvoll und sicher. Infolge der Eigenschaften der ausgefilterten Frequenzen ergibt sich ganz offensichtlich, daß das resultierende Signal dann ein sehr stark gereinigtes EEG-Signal ist* Ebenso offensichtlich ist, daß dieses verarbeitete und gereinigte EEG-Signal auch bestimmte vom Gehirn erzeugte Frequenzen nicht enthält. Die Stärke der Reinigung oder Beeinflussung des verarbeiteten EEG-Signals ist eine spekulative Angelegenheit. Die Lösung dieses Problemes beeinflußt jedoch nicht den Umfang der Erfindung.

Gemäß Fig. 2 sind die Elektroden 11 unmittelbar an einen EEG-Vorverstärker 12A angeschlossen. Hierbei handelt es sich um einen stabilen Verstärker mit niedrigem Geräuschpegel, mit einem sehr hohen Eingangswiderstand und der verhältnismäßig niedrigen Verstärkung von etwa 50. Die vom Vorverstärker 12A abgegebene Spannung wird dann in dem Standard-Verstärker 12 weiter verstärkt. Dieser hat einen Verstärkungsfaktor von etwa 1000. Es entsteht daiS verstärkt« EEG-Signal, das im übrigen Teil der Schaltungsanordnung weiter^ verarbeitet wird. , -

Am Ausgang des Verstärkers 12 bildet sich ein EEG-Sig&al mife

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Stärke in der Größenordnung von einigen hundert Millivolt. Der Geräuschpegel am Ausgang des Verstärkers 12 ist groß. Hierbei han- . delt es sich sowohl um äußere Störungen als auch um Frequenzen, die im Gehirn noch zusätzlich zu den EEG-Signalen erzeugt werden* Zu den Störgeräuschen gehören elektrocardiographische Signale, Muskelströme, Netzfrequenzen und Störungen aus der Umwelt, die von den Elektroden 11 aufgefangen werden. Diese Störungen können von den Zündfunken von Zündkerzen stammen, vom Lauf elektrischer Motore oder von den verschiedenartigsten elektronischen Einrichtungen eines Krankenhauses, in dem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung verwandt wird. Zur weitgehenden Unterdrückung dieser Störgeräusche wird ein Bandfilter 14 und ein Einfangverstärker 16 verwandt.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 12 wird in zwei Signale aufgeteilt. Das eine Signal läuft durch das Bandfilter 14 durch. Dieses Bandfilter hat eine solche Durchlaßcharakteristik, daß die sehr niederfrequenten Frequenzen abgeschnitten werden, die auf elektrocardiographisohe Einflüsse zurückgehen oder von den Muskeln erzeugt werden. Auf der anderen Seite des Durchlaßbereiches wird die Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) und noch höhere Frequenzen abgeschnitten* Die Bemessung des Bandfilters 14 ist nicht besonders kritisch. Es muß nur sichergestellt sein, daß die Netzfrequenzen nicht durchgelassen werden. Bei einer Netzfrequenz von zum Beispiel 60 Hz ist es daher sehr wichtig, daß sämtliche Frequenzen von wesentlich . mehr als 50 Hz ausgefiltert werden. In einem Versuch wurde ein preiswertes Bandfilter 14 verwandt, das zwischen 5 und 20 Hz· eine verhältnismäßig flaohe Durchlaßkurve hatte und bei 40 Hz um 3 db abfiel. Bin um 5 Hz tiefer liegendes unteres Ende des DurohlaQbereiches unterdrückt viele der unerwünschten Geräusche und viele der Huf Muskelströme zurückgehenden Signale, während die erfln-

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dungsnotwendigen EEG-Frequenzen beibehalten werden. Am Ausgang des Filters 14 entsteht somit ein in etwa gereinigtes EEG-Signal. In diesem Signal sind jedoch noch die im Durchlaßbereich des Filters 14 aufgefangenen oder erzeugten Störfrequenzen enthalten. Die Ausgangsspannung des Filters 14 bildet das Bezugssignal für den Einfangverstärker 16.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 12 wird noch über einen zweiten Weg dem Einfangnverstärker 16 zugeleitet und bildet dann dessen Eingangssignal. Durch das Zusammentreffen des gefilterten Bezugssignals vom Filter 14 und der Ausgangsspannung des Verstärkers 12 in dem Einfangverstärker 16 erzeugt dieser ein EEG-Signal» das verhältnismäßig frei ist von Hintergrundgeräuschen und anderen äußeren Signalen. Ein brauchbarer Einfangverstärker wird in einem Aufsatz von Robert D. Moore beschrieben, der den Titel trägt: "Lock-In Amplifiers for Signals Buried in Noise"* erschienen im Heft vom 8. Juni 1962 des Electronics Magazine.

Es ist zweckmäßig, das EEG-Signal an einigen Punkten der Schaltungsanordnung zu überwachen. Dabei ist ein Bildschirm l8 am Ausgang des Einfangverstärkers 16 besonders wertvoll für eine Anzeige des von dem Patienten tatsächlich erzeugten EEG-Signals. Da am Ausgang des Einfangverstärkers 16 ein verhältnismäßig reines EEG-Signal auftritt, kann man es aufzeichnen und als Bezugswert für das normale EEG-Signal des Patienten verwenden.

Anschließend wird ein üblicher AM-Modulator 20 verwandt, um die Ausgangsspannung eines Oszillators 22 mit dem verhältnismäßig reinen EEG-Signal zu modulieren. Es ist wichtig, daß die Frequenz des Oszillators 22 beträchtlich höher als diejenigen Frequenzen ist," die man bisher im allgemeinen bei der elektronischen Anaesthesie

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verwandte. Versuche haben gezeigt, daß die Frequenz des Oszillators nicht besonders kritisch 1st, solange sie in einem verhältnismäßig hohen Frequenzbereich liegt. Frequenzen in dem verhältnismäßig breiten Bereich von 50 kHz bis 15 MHz haben sich als äußerst zufriedenstellend herausgestellt* Auch Frequenzen unterhalb von 50 kHz lassen sich sicher verwenden. Es wurde jedoch gefunden, daß bei wesentlich unter 50 kHz liegenden Frequenzen der dem Patienten für eine gleichbleibende Anaesthesie zuzuführende Strom erhöht werden muß. Einer der Hauptgründe dafür, daß die Trägerfrequenz für das EEQ-Signal im Hundfunkfrequenzbereich liegt, liegt darin, daß damit größte Wirksamkeit des EEG-Signals bei kleinster Stromzufuhr zum Patienten erreicht werden kann.

Es steht nicht sicher fest, warum eine Trägerfrequenz aus dem Rundfunkfrequenzbereich gegenüber niedrigeren Frequenzen vorzuziehen ist. Es wird jedoch vermutet, daß die höheren Frequenzen eine bessere Verteilung des EEO-Slgnals in dem berührten Nervengebiet bewirken. Tierversuche zeigten, daß eine Trägerfrequenz von 250 kHz weit besser ist als eine Trägerfrequenz von 40 kHz. Falls es überhaupt eine einzige optimale Frequenz gibt, schwankt dieae zweifellos mit der Gattung und auch mit dem Individuum. Zum Erzielen guter Erfolge bei der Anaesthesie ist jedoch jeder schmale Frequenzbereich anwendbar*

Die Ausgangsspannung des Modulators 20 wird einem Phasenschieber 24 zugeführt. Der Phasenschieber 24 wird von Hand duroh den Arzt oder einen Assistenten unter gleichzeitiger Beobachtung des Bildschirms 18 eingestellt. Für jeden Patienten und für jede Einzelanwendung wird man eine bestimmte Stellung des Phasenschiebers 24 finden» bei der das EEG-Slgnal auf dem Bildschirm lS ein Minimum anniLnat. Dies bedeutet maximalen Anaesthesieef f ekt. Für eine Total-

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anaesthesie werden die beiden Elektroden 26 auf die Schläfen des Patienten aufgesetzt. Falls der Oszillator 22 genügend von den Elektroden 11 isoliert ist, können diese mit den Elektroden 26 identisch sein und auch für diese verwandt werden.

Signale mit Hetzfrequenz oder 50 Hz stellen eine Gefahr für den Patienten dar. Solche Signale können Krämpfe, Herzstörungen oder sogar einen Ausfall der Herztätigkeit bewirken. Aus diesem Grunde schaltet man den Elektroden 26 einen Hochpaß vor, mit dem alle Frequenzen abgeschnitten werden, die unter einer verhältnismäßig sicheren Frequenz, Z. B. 10 kHz, liegen.

Im allgemeinen soll natürlich eine maximale Modulation ohne Verzerrung des EEG-Signals erreicht werden. Maximal strebt man eine Modulation des Trägers von 90 % an. Damit vermeidet man eine Übermodulation und das Entstehen von Oberwellen. Mit einem Bildschirm 28, der an den Ausgang des Modulators 20 angeschlossen ist, kann man die Modulation überwachen und eine Übermodulation vermeiden. Vor dem Modulator 20 liegt noch ein Amplitudenbegrenzer JO. Übergroße Spitzen werden in dem Amplitudenbegrenzer 30 weggeschnitten und dadurch wird das Risiko einer Übermodulation herabgesetzt.

Zur weiteren Sicherheit liegt unmittelbar vor den Elektroden 26 noch ein Strombegrenzer 32. Dieser schneidet Stromspitzen ab, die in dem Leistungsverstärker 29 entstehen.

Zur weiteren Sicherheit liegt ein Bildschirm 34 unmittelbar vor dem Patienten, das heißt an den Elektroden 26. Mit dem Bildschirm 34 wird der Arzt gewarnt, falls das dem Patienten zugeführte Signal aus irgendeinem Grunde auf irgendeine Weise von einem Normwert ab- weichen sollte oder gefährlich wird.

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Im allgemeinen will man ebenso das von den Elektroden 11 abgenommene Signal beobachten. Hierzu dient der Bildschirm J56. Der Arzt kann dann den gesamten Signalbereich überwachen und abweichende oder gefährliche Signale sofort erkennen.

Es ist sehr schwierig, den Durchschnittswert des dem Patienten zugefühften Stromes zu messen. Der maximale Strom liegt jedoch, insbesondere bei Frequenzen Über 100 kHz, unter 1 mA. Der tatsächliche Strom schwankt beträchtlich, da er eine Punktion des jeweiligen Patienten, der Trägerfrequenz und auch des Übergangswiderstan- ' des zwischen dem Patienten und den Elektroden 26 ist. 5 mA sieht man noch als einen sicheren Strom an. Eine 5 mA-Schmelzsicherung 38 liegt daher am Ausgang des Leistungsverstärkers 29. Der Strombegrenzer 32, bei dem es sich einfach um eine Zenerdiode handeln kann, wird auf einen höheren Wert von etwa 10 mA eingestellt, so daß Stromspitzen abgeschnitten werden. Einer der Hauptzwecke und -ergebnisse dieser Erfindung ist jedoch eine wirkungsvolle Anaesthesie bei minimalster Stromzufuhr zum Patienten. Der dem Patienten zugeführte Strom liegt daher im allgemeinen weit unter den Sicherheitsgrenzen, die durch die Schmelzsicherung 58 und den Begrenzer 32 gegeben werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist schon hunderte von Malen ohne schädliche Auswirkungen bei fünf Versuchsaffen und zwei Versuchskaninchen wie auch schon wenige Male am Erfinder selbst verwandt' worden. Schädliche Auswirkungen oder Nebenwirkungen wurden nicht beobachtet. Die Anaesthesie trat sofort ein, war wirkungsvoll und vollständig.

Der Bandpaß 14 ist als ein Filter beschrieben worden, das alle Frequenzen unter 5 Hz und über 40 oder 50 Hz abschneidet. Im prakti-

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sehen Einsatz ist der Bandpaß 14 jedoch ein veränderlicher Bandpaß, dessen obere und untere Grenzfrequenz zum Erzielen optimaler Ergebnisse eingestellt werden kann. Es kommt selten vor, daß der gesamte Bereich von 5 bis 40 Hz für eine totale Anaesthesie erforderlich ist» Da in diesem Band von 5 bis 40 Hz mehr Geräusche als erwünscht enthalten sind, wird der Arzt die Grenzfrequenzen des Bandpasses •l4 so einstellen, daß die gewünschte Anaesthesie bei einem Minimum an Störgeräuschen eintritt. Der Geräuschpegel läßt sich auf dem Bildschirm 18 überwachen. Bei der Behandlung eines Menschen wird der Bandpaß auf 5 bis14 Hz eingestellt. Bei einem Bandpaß l4 der hier verwandten Art, der keine scharfe Grenzfrequenz hat, bedeutet dies, daß der Übergang über l4 Hz liegt. Man schließt einen Kompromiß zwischen der Herabsetzung des Geräuschpegels und der Übertragung des gesamten Bereiches des EEG-Signals. Solange wie das durch die Schaltungsanordnung durchlaufende Frequenzband breit genug ist, um eine allgemeine Anaesthesie zu erreichen, wird der Zweck erfüllt. Zur größtmöglichen Störgeräuschunterdrückung wird das Band so sehmal wie möglich gehalten.

Es ist erwünscht, die Störgeräusche so weitgehend wie möglich zu unterdrücken und gleichzeitig noch ejjie allgemeine Anaesthesie hervorzurufen, da das Störsignal auf den Träger aufmoduliert und zum Patienten zurückgeleitet wird, wobei es nicht zum Hervorrufen des Anaesthesie beiträgt. Weiter besteht die sehr reelle Möglichkeit, daß diese Störgeräusche schädliche Nebenwirkungen, wie z. B. epileptische Anfälle, auslösen. Insgesamt gesehen» liegt einer der Hauptzwecke der Erfindung in dem Erreichen einer allgemeinen Anaesthesie mit einem Minimum an dem Patienten zuzuführendem Strom und mit einem Minimum an äußeren Störsignalen·

Es sei darauf hingewiesen, daß bestimmte andere in den Figuren

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dargestellte Merkmale miteinander zu einer einzigen Schaltung ver- " einigt werden können, die mehr als eine Funktion erfüllt. Zum Beispiel können der Hochpaß 21 und der Leistungsverstärker 29 zu einem einzigen Block zusammengefaßt werden, der dann einen abgestimmten Verstärker bildet. Bei Abstimmung des Verstärkers 29 auf die Trägerfrequenz könnte der Hochpaß 21 wegfallen.

Im Zusammenhang mit sowohl der Beschreibung als auch den Ansprüchen leuchtet es ein, daß die verschiedenen in den Schaltbildern als getrennte Blocks dargestellten Punktionen in ihrer Reihenfolge vertauscht werden können. Es wird sich im allgemeinen empfehlen, daß der Spannungsbegrenzer JO hinter dem Einfangverstärker liegt. An sich besteht jedoch kein Grund, warum die Spannungsbegrenzung nicht auch am Ausgang des Hauptverstärkers 12 erfolgen sollte.

Selbst der Phasenschieber 24, der in der Anaesthesierungsschaltung ein sehr wichtiges Element darstellt, kann an jeder beliebigen Stelle hinter dem Modulator 20 in die Schaltung eingelegt werden. Die verschiedenen in den Ansprüchen genannten Mittel sind somit so zu verstehen, daß sie auf das Signal einwirken und dabei die beanspruchte Punktion erfüllen. Sie müssen aber nicht in der beanspruchten Reihenfolge zur Wirkung kommen.

Es ist weiter möglich, daß das, was zum Ausführen getrennter Punktionen als getrennte Blocks beschrieben worden ist, zu einer ein- .; zigen Schaltung zusammengefaßt werden kann. Eines der bedeutungsvolleren Beispiele dieser Zusammenfassung von zwei Punktionen in ein einziges Element ist das Zusammenlegen der Aufnahmeelektroden II. und der Zuführungselektroden 26. Im allgemeinen wird man diese als getrennte Elektroden ausführen. Genau dieselbe Elektrode kann

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aber auch zum Ausführen beider Punktionen verwandt werden. Somit soll die Aufzählung getrennter Mittel oder getrennter Elemente in den Ansprüchen auch solche Ausführungen decken, in denen die getrennten Mittel oder getrennten Elemente zu einem einzigen Mittel oder einem einzigen Element «ueiUTunengtfaßt sind.

liner der Hauptzwecke dieser Erfindung liegt darin» daß die elektronische Anaesthesie mit weit geringeren Strömen erreicht wird als man sie bisher dem Patienten zugeführt hat, wodurch die elektronische Anaesthesie weit sicherer und wirkungsvoller wird. Es ist schon bekannt, die Ausgangsspannung eines Oszillators einem Lebewesen, insbesondere Tieren, zuzuführen, um damit eine Anaesthesie zu bewirken. Bei den bisher bekannten elektronischen Anaesthesie verfahren sind die Muskelkontraktionen oder -spasmen schon hinreichend gefährlich, so daß ein Muskelrelaxans, wie z. B. Curare, verwandt werden mußte.

Fig. 3 erläutert ein verbessertes System und eine verbesserte Technik, die man den zur Zeit erhältlichen elektronischen Anaesthesiegeräten hinzufügen kann. An die Schläfen des Patienten sind Übliche Aufnahmeelektroden 51 angesetzt, die das EEG-Slgnal abnehmen, das dann in einem Standardverstärker 52 verstärkt wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 52 wird über einen Gleichrichter und ein RC-Glled 5^ geleitet und bildet dann eine Regelspannung. Die Grüße dieser Regelspannung ist eine Funktion der DurohsohnittsgrtJ-ße des EEG-Signals. Bei einem bereits behandelten Patienten wird die Regelspannung daher abnehmen· Mit dieser Regelspannung wird ein Oszillator 56 geregelt. Die Ausgangsspannung des Oszillators 56, die im allgemeinen auf eine bestimmte Frequenz eingestellt wird, wird über ein Schutzfilter 58 Elektroden 60 zugeführt, die auf den

Schläfen des Patienten aufliegen und die Anaesthesie hervorrufen.,

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Mit der In Flg. 3 gezeigten Verbesserung wird die Ausgangsspannung des Oszillators 56 sofort herabgesetzt, wenn die Anaesthesie wirk-, sam wird, so daß dem Patienten nur das zum Erzeugen der gewünsch- · ten anaesthetischen Wirkung notwendige Stromminimum zugeführt wird.

Zu den grundlegenden Merkmalen dieser Erfindung gehört der Gedanke, daß das EEG-Signal des Patienten selbst in einer geschlossenen Schleife wieder zu ihm zurückgeführt wird, um die Anaesthesie zu bewirken. Die Modulation dieses EEO-Signals auf eine Trägerfrequenz im Rundfunkfrequenzbereich, um dann diesen modulierten Träger zum Patienten zurückzuführen, ist ein maßgebliches Element dieser Erfindung. Der Phasenschieber 24 ist weiter erforderlich, um eine sofortige und sichere Anaesthesie zu gewährleisten. Innerhalb dieses grundlegenden erfinderischen Rahmens lassen, sich viele Verbesserungen und Abwandlungen ausführen, ohne daß man dabei den Orundbereloh der Erfindung verläßt.

Zum Beispiel sind der Bandpaß 14 und der Einfangverstärker 16 offensichtlich das preisgünstigste und praktischste Mittel zum Unterdrücken von Geräuschen und unerwünschten Frequenzen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung zum Erzielen dieses Ergebnisses auf keinen Fall auf die gerade in Fig. 2 gezeigte Ausführung beschränkt ist. Für diese allgemeine (im allgemeinen filternde) Funktion wurde bei den meisten der Versuche statt des Filters 14 und des Verstärkers 16 ein Spektrum-Analysator verwandt. Falls das passende Filter auf dem Markt erhältlioh' wäre, wäre die Anwendung eines einstellbaren Bandpasses ganz besonders empfehlenswert, falle ein Bandpaß mit genügend steilen Durchlaßflanken erhältlich wäre. Falls der Bandpaß auf Grenzfrequenzen von z. B. 5 und 14 Hz eingestellt werden soll, ist eine recht scharfe Trennung sowohl . bei 5 als auch bei 14 Hz erwünscht. Ein solcher Bandpaß mit verän-

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derlieher Grenzfrequenz ist nioht ohne weiteres verfügbar. Somit wird in Fig. 2 die Anordnung aus dem Einfangverstärker 16 und dem einstellbaren Bandpaß l4 als die gegenwärtig bevorzugte Form gezeigt·

Diese Erfindung ist in Verbindung mit einem System beschrieben worden« bei dem das Trägerslgnal durch das EEG-Signal amplitudenmoduliert wird, da eine solche Modulationstechnik bereits verwendet wurde und sich als erfolgbringend herausgestellt hat. Der Zweck dtr Modulation liegt jedooh darin« dafl tin TrKgeriignal mit einer betriohtlioh höheren Frequenz erzeugt wird« damit das Gewebe besser durchdrungen wird Und eine wirkungsvollere Anaesthesia entsteht. Innerhalb dieser Beschreibung sollte deshalb nichts so ausgelegt werden« daß die Erfindung auf Amplitudenmodulation beschränkt sei. Jede Modulationsteohnifc läßt aioh verwenden, bei der das EEO-Signal in das Nervengewebe hineingeführt wird und die eine Demodulation des Signals und die sioh daran anschließende Anaesthesie ermöglicht.

Bei der Modulation kann es sloh demnaoh auoh um eine Impulsfrequenzmodulation handeln« bei der die Größe des EEO-Signale duroh die Impulsfolge frequenz wiedergegeben wird.

Eine mögliche Modulationsteohnik liegt auoh in der Anwendung eines Zerhackers, entweder eines elektromechanischen oder eines elektrischen Zerhackers, der das EEG-Signal zerhackt oder unterbricht· Das zerhaokte Signal wird dann auf den Patienten zurüokgeleitet, Solange die ünterbreoherfrequenz ausreichend hooh liegt« um eine wirkungsvolle Verbreitung in dem Nervensystem sicherzustellen« stellt diese. Teohnik nur eine der Modulationsteohniken dar* die man anwenden kann. Es ist daher offensichtlich, daß sowohl diese als auoh

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zahlreiche andere Modulationstechniken, die anwendbar sind, durch die beifolgenden Ansprüche gedeckt sind.

Patentansprüche ;

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Claims

Patentansprüche

l.J Vorrichtung und Schaltungsanordnung zum Anaesthesieren eines Lebewesens mit einem Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Stromes und mit Elektroden, mit denen dieser Strom in das Lebewesen eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lebewesen ein elektrisches Signal entnommen und das den Strom erzeugende Mittel (22, 56) hiermit geregelt wird.

2. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Strom erzeugende Mittel ein Oszillator (22, 56) mit einer Frequenz ist, die um mindestens eine Größenordnung über der vorherrschenden Frequenz des dem Lebewesen entnommenen Eigensignals liegt, und der dem Oszillator (22, 56) entnommene Strom als Trägerfrequenz mit dem Eigensignal moduliert wird.

5. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz in einem Modulator (20) amplitudenmoduliert wird.

4. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis >, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenschieber (24) zwischen dem Modulator (20) und den Elektroden (26) liegt, mit denen das modulierte Signal in das Lebewesen eingeleitet wird.

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5. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (24) einstellbar ist.

6. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (11), die das Eigensignal von dem Lebewesen abnehmen, und dem Modulator (20)· ein Bandpaß (14) mit einer oberen Grenzfrequenz von etwa 40 Hz liegt.

7· Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (11) und dem Modulator (20) ein Einfangverftärker (16) liegt, der Eingang dt· ElnfangvtrstÄrkers (16) an die Elektroden (11) angeschlossen ist und das In dem Bandpaß (14) gefilterte Eigensignal das Bezugssignal für den EinfangverstÄrker (16) bildet·

8. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaß (14) eine untere Orensfrequenz von etwa 5 Hz hat.

9· Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwisohen dem Einfangverstärker (16) und dem Modulator (20) ein Spannungsbegrenzer (30) liegt.

10. Vorrichtung und Schaltungsanordnung naoh Anspruch 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß zwisohen dem Phasenschieber (24) und den Elektroden (26) ein Hoohpaß (21), ein Kraftverstärker (29) und ein Strombegrenzer (32) liegen.

11. Vorrichtung und Schaltungsanordnung naoh Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, daß die Qrenzfrequenz des Hoohpasses bei et- wa 10 kHz liegt. 9098 2 3/050 0 _QRlGmAL

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12. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch an verschiedenen Punkten an die Schaltung angeschlossene Bildschirmgeräte (18, 28, 34, 36).

13. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildschirmgerät (18) an den Ausgang

' des Einfangverstärkers (16) und ein Bildsehrimgerät (28) an den Ausgang des Modulators (20) angeschlossen ist.

14. Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 13* dadurch gekennzeichnet, daß vor den Elektroden (26) noch eine Schmelzsicherung liegt.

15· Verfahren zum Anaesthesieren mit der Vorrichtung und Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Lebewesen abgenommene EEG-Signal nach Verstärkung durch einen einstellbaren Bandpaß durchgeleitet wird, eine Trägerfrequenz im Rundfunkfrequenzbereich mit dem EEG-Signal moduliert wird, die modulierte Trägerfrequenz durch einen Phasenschieber durchgeleitet und dann an das Lebewesen angelegt wird und dabei der Phasenschieber soweit verstellt wird, bis das von dem Lebewesen abgenommene EEG-Signal ein Minimum erreicht, und die Bandbreite des Bandpasses soweit wie möglich verengt wird, ohne daß die Größe des von dem Lebewesen abgenommenen EEG-Signals ansteigt.

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