Muscular contraction by implanted stimulators

Implanted stimulators have been used at a number of sites within the body, which include (apart from the heart) the bladder, rectum and urethra. A small radio-frequency generator is commonly used externally, coupling to an implanted pick-up coil and rectifying system. The design of both the electronic circuitry and the electrode geometry is dependent on the physiology and anatomy of the tissues. An elementary account of the relevant physiology is therefore given, leading to an examination of the mechanism of excitation. A number of deductions are made affecting waveform, power pulse length, and electrode configuration. Certain experimental apparatus is described at the end of the paper.

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Zusammenfassung Implantierte Stimulatoren werden an verschiedenen Stellen des K?rpers angewandt, au?er am Herzen an Gallenblase, Rektum und Urethra. Im allgemeinen wird ?u?erlich ein kleiner Radiofrequenzgenerator verwendet, der an ein implantiertes Empfangsund Umwandlungssystem gekoppelt ist. Die Anordnung der elektronischen Schaltungen und die Elektrodengeometrie h?ngen von der Physiologie und der Anatomie der einzelnen Gewebe ab. Aus diesem Grund wird eine Einführung in die betreffenden Grundlagen der Physiologie gegeben, welche zu einer Betrachtung des Erregungsmechanismus führt. Eine Reihe von Folgerungen werden gemacht, die Wellenform, Stromst?rke, Impulsl?nge und Elektrodenkonfiguration betreffen. Am Schlu? der Arbeit werden einige Experimentalapparate beschrieben.

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Sommaire Des stimulateurs implantés ont été placés en un très grand nombre d'endroits du corps humain comprenant (en dehors du coeur) la vessie, le rectum et l'urètre. Un petit générateur radio-fréquence est utilisé couramment, placé, à l'extérieur, couplé à une bobine de recueil implantée et à un système redresseur. La réalisation des circuits électroniques et la géométrie des électrodes dépendent toutes deux de la physiologie et de l'anatomie des tissus. Un exposé élementaire, se rapportant à la physiologie, est cependant donné, conduisant à l'étude du mécanisme de l'excitation. On en tire un grand nombre de déductions qui affectent la forme de l'onde, sa puissance, la durée des impulsions et la configuration des électrodes. On décrit à la fin de cet article un appareil d'expérimentation.

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Statistical characterization of the pubertal growth spurt

Background: This is a methodical investigation into the problem of estimating parameters for the pubertal spurt (PS). The variability involved in determining the timing, intensity and duration of the PS for height, leg height and biiliac width is estimated via a realistic simulation. Further, a decomposition of adolescent growth into a component due to the pubertal peak and one due to ongoing prepubertal velocity is evaluated.

Methods: Data for 120 boys and 112 girls are available from 4 weeks to adulthood. The curve-fitting method is kernel estimation for distance, velocity and acceleration.

Results: The age of peak velocity and the age of stopping of the PS are well determined. In contrast, the age of onset of the PS is less well determined. Intensity is less variable for the parameter peak velocity than for maximal acceleration. It is feasible to decompose adolescent growth into a component due to the pubertal peak and one due to ongoing prepubertal growth.

Conclusions: Nonparametric curve-fitting methods which do not rely on a parametric growth model can be successfully used to extract individual characteristics of the PS.

Hintergrund: Dieses ist eine methodische Untersuchung zum Problem der Schätzparameter des puberalen Wachstumsspurts (PS). Die Variabilität, die bei der Bestimmung des Zeitpunktes, der Intensität und Dauer des PS bei der Körperhöhe, der Beinhöhe und bei der Beckenbreite auftritt, wird über eine realistische Simulation geschätzt. Weiterhin wird das Wachstum in der Adoleszens hinsichtlich des puberalen Wachstumsgipfels und der fortwährenden prepuberalen Geschwindigkeit ausgewertet. Methoden: Für 120 Jungen und 112 Mädchen liegen Daten von einem Alter von 4 Wochen bis zum Erwachsenenalter vor. Als Kurven-Glättungsmethode wurde die Kernel-Schätzung für Zunahme, Geschwindigkeit und Beschleunigung genutzt. Resultate: Das Alter bei der maximalen Wachstumsgeschwindigkeit und das Alter beim Abschluß des PS sind gut feststellbar. Demgegenüber ist das Alter des Einsetzens des PS weniger gut feststellbar. Die Intensität der maximalen Wachstumsgeschwindigkeit ist weniger variabel als die Intensität der maximalen Beschleunigung. Es ist möglich das Wachstum in der Adoleszens in einen Bereich des puberalen Wachstumsgipfel und ein fortwährendes prepuberales Wachstums zu unterteilen. Schlußfolgerungen: Nichtparametrische Kurvenglättungsmethoden, welche nicht auf einem parametrischen Wachstumsmodell beruhen, können erfolgreich verwendet werden, um individuelle Charakteristiken des PS herauszuarbeiten.

Arrière plan: ceci est une analyse méthodique du problème de l'estimation des paramètres de la poussée pubertaire (PP). La variabilité de détermination de la chronologie, de l'intensité et de la durée de la PP pour la stature, la hauteur de la jambe et la largeur biiliaque, est estimée au moyen d'une simulation réaliste, puis est effectuée une décomposition de la poussée de l'adolescence en un composant du au pic pubertaire et en un autre du à la continuation de la vélocité prépubertaire. Méthodes: des données sur 120 garçons et sur 112 filles sont disponibles de l'âge de quatre semaines jusqu'à l'état adulte. La méthode d'ajustement des courbes est celle de l'estimation de fond (kernel), pour la distance, la vélocité et l'accélération. Résultats: l'âge de la vélocité de pic et celui de l'arrêt de la PP sont bien déterminés. Par contre, l'âge au début de la PP est moins précis. L'intensité est moins variable pour la vélocité de pic que pour l'accélération maximale. Il est possible de décomposer la poussée de l'adolescence en un composant du au pic pubertaire et un autre du à la poursuite de la croissance prépubertaire. Conclusions: les méthodes non paramétriques d'ajustement des courbes, qui ne reposent pas sur un modèle paramétrique de croissance peuvent être utilisées avec succès pour extraire des caractéristiques individuelles de la PP.     

A three-state myo-electric control

A myo-electric system which permits on-off control of two functions from a single control site is described. Designed for control of externally-powered prosthetic and orthotic appliances, the system may be used with a wide variety of control sites due to its high sensitivity. The electro-mechanical relays used at the output are capable of controlling load currents up to 1A. The initial clinical trial, with a young AE amputee, has been successful. Circuit development and further clinical evaluation are now being carried out concurrently.

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Zusammenfassung Ein myoelektrisches System wird beschrieben, das von einer Kontrollstelle die on-off-Kontrolle von zwei Funktionen erlaubt. Das System wurde zur Kontrolle von extern betriebenen Prothesen und orthop?dischen Apparaten entworfen, ist aber wegen seiner hohen Empfindlichkeit auf eine gro?e Zahl von Kontrollfunktionen anwendbar. Die am Ausgang verwendeten elektromechanischen Relais k?nnen Stromst?rken bis zu einem Ampère kontrollieren. Die erste klinische Probeanwendung bei einem jungen Amputierten war erfolgreich. Die Schaltungen und die klinische Erprobung werden weiterentwickelt.

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Sommaire On décrit un système myo-électrique permettant un contr?le par tout ou rien et dans les deux sens à partir d'un seul emplacement de contr?le. Con?u pour contr?ler les prothèses et les orthèses à alimentation extérieure, le système peut être utilisé avec une grande variété des emplacements de contr?le grace à sa haute sensibilité. Les relais électro-mécaniques employés à la sortie sont capables de supporter des courants de un ampère. L'essai clinique initial, fait sur un jeune amputé, a été couronné de succès. On fournit aussi les schémas des circuits et l'on étudie les possibilités cliniques futures.

     

On the axial drift of blood corpuscles

Many observers have noticed that, when blood flows in a blood vessel of a living animal or in a narrow tube, the blood cells appear to drift to the axis; it has been suggested that this phenomenon is important in accounting for the anomalous flow properties of blood. It is shown in this paper, through an analysis based on the fluid mechanics of a simplified model of blood flow, that the axial movement of a blood cell, which is independent of the initial velocity of the cell, results from the effect of the inertia of the homogeneous liquid surrounding the cell.

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Zusammenfassung Viele Untersucher stellten fest, da? bei der Str?mung von Blut in einem Blutgefa? eines lebenden Tieres oder in einer engen R?hre die Blutzellen zur Achse hin zu str?men scheinen; man hat versucht, dieses Ph?nomen zur Erkl?rung der anomalen Str?mungseigenschaften des Blutes heranzuziehen. In dieser Arbeit wird an Hand einer Analyse, die auf der Str?mungsmechanik in einem vereinfachten Blutstr?mungsmodell beruht, gezeigt, da? die axiale Bewegung, die unabh?ngig von der Anfangsgeschwindigkeit der Zelle ist, durch die Tr?gheit der die Zelle umgebenden homogenen Flüssigkeit hervorgerufen wird.

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Sommaire Beaucoup d'observateurs ont remarqué que, lorsque le sang circule dans les veines d'un animal vivant, ou dans un tube étroit, les cellules du sang semblent se déplacer vers l'axe; on a pensé que ce phénomène était important pour étudier cet écoulement particulier au débit sanguin. Dans cet article on démontre, grace à une analyse basée sur la mécanique des fluides appliquée à un modèle simplifié du débit sanguin, que le mouvement vers l'axe d'une cellule sanguine, qui est indépendant de la vitesse initiale de la cellule, résulte de l'effet d? à l'inertie du liquide homogène entourant la cellule.

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This paper originally appeared as a Technical Note inJap. J. med. Electron. biol. Engng,3, p. 65 (1965).     

Control of body fluid volume regarded as a feedback system

Control models of body fluid volume via tonicity are developed in several ways, and all are demonstrated to be able to reproduce the characteristic response of organisms to ingestion of water. The diversity of models is due to uncertainties in renal and hormonal physiology, on which they are based.

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Zusammenfassung Kontroll-Modelle des K?rperflüssigkeitsvolumens durch Tonus sind auf verschiedene Weisen entwickelt worden, und alle zeigen, da? es m?glich ist, die charakteristische Antwort des Organismus auf Aufnahme von Wasser zu reproduzieren. Die Verschiedenheit der Modelle ist auf Unsicherheiten der zugrundeliegenden Nieren-und Hormonphysiologie zurückzuführen.

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Sommaire Pour simuler l'auto-régulation du volume de fluide du corps humain au moyen de la tonicité, des modèles sont mis au point de différentes manières et l'on prouve que tous permettent de reproduire la réponse type d'organismes quelconques à l'ingestion d'eau. La variété des modèles est d?e à des incertitudes sur la physiologie des reins et des hormones que ces modèles utilisent comme principe de départ.

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Based on a Paper read at the 6th International Conference on Medical Electronics and Biological Engineering, Tokyo, 1965.     

The recording of d.c. and very low frequency components of ECG signals from epicardial leads

By means of the calomel electrode technique described and the use of d.c. amplifiers it has been possible to measure and record the very low frequency and d.c. components of ECG signals. These signals can be recorded by means of a commercial electrocardiograph with 50 mV d.c. input terminals, connected to a special preamplifier. Both very low frequency and d.c. components of signals from the epicardium carry information about the heart muscle conditions. These conditions depend, among others, on the electrolyte composition and concentration changes in a zone between two exploring electrodes on the heart muscle.

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Zusammenfassung Mit Hilfe der beschriebenen Kalomelelektrodentechnik und mit Gleichstromverst?rkern wurde die Messung und Registrierung von Gleichstrom- und Niederfrequenzkomponenten von EKG-Signalen erm?glicht. Diese Signale k?nnen erhalten werden mit einem kommerziellen EKG-Ger?t mit 50 mV Gleichstromeingang, das an einen speziellen Vorverst?rker angeschlossen ist. Die Gleichstrom- und Niederfrequenzkomponenten von Signalen aus dem Epikard enthalten Information über den Zustand des Herzmuskels. Unter anderem sind dafür Zusammensetzung und Konzentrations?nderungen der Elektrolyte in dem Herzmuskelbezirk zwischen den beiden Elektroden verantwortlich.

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Sommaire Il a été possible de mesurer et enregistrer les composantes continue et à très basse fréquence de signaux ECG au moyen d'une technique utilisant des électrodes de calomel et des amplificateurs à courant continu. Ces signaux peuvent être enregistrés au moyen d'un électrocardiographe de modèle courant, ayant des bornes d'entrée à courant continu, de 50 mV, connectées à un pré-amplificateur spécial. Les composantes des signaux, continue et à très basse fréquence, provenant de l'épicarde, approtent des informations sur les conditions de fonctionnement du muscle cardiaque. Ces conditions dépendent, entre autres, de la composition électrolytique et les variations de concentration dans une z?ne située entre deux capteurs placés sur le muscle cardiaque.

     

The use of regularity as estimated by approximate entropy to distinguish saltatory growth

A nonlinear dynamics metric, approximate entropy (ApEn), is investigated as a diagnostic method for distinguishing between mathematical models, and the underlying mechanistic hypotheses that purport to describe the same time series experimental observations. ApEn measures the occurrence of pattern regularity within a time series, and is used here to investigate growth patterns in daily length growth. The notion investigated is that ApEn distributions for competing time series patterns expressed as mathematical formulations can be modelled by Monte Carlo and bootstrap methods and compared to the ApEn values for an original experimental data series. If the ApEn values for the different models do not overlap, then it is expected that ApEn can be utilized to distinguish these models and hypotheses, and to provide statistical assessment for the underlying biological patterns in experimental data. The conclusion is that the ApEn metric is successful as a time series diagnostic tool. It is a model-independent statistic that clearly differentiates saltatory growth from slowly varying continuous models of growth and serves to further document the saltatory nature of growth. This is a unique application of approximate entropy, illustrating the broad applicability of ApEn to biological time series, with the specific example of discriminating a saltatory growth process in longitudinal growth data. Future investigations of regularity in longitudinal time series in human biology with ApEn statistics are suggested.

Es wird eine nichtlineare dynamische metrische approximative Entropie (ApEn) als diagnostische Methode untersucht, um zwischen mathematischen Modellen (und den zugrundeliegenden mechanistischen Hypothesen) zu unterscheiden, welche darauf abzielen, experimentelle Beobachtungen gleicher Zeitserien zu beschreiben. ApEn misst das Auftreten von Musterregelmäßigkeiten in Zeitserien und wird hier benutzt, um Wachstumsmuster im täglichen Längenwachstum zu untersuchen. Es wird geprüft, ob ApEn-Verteilungen für konkurrierende Zeitserienmuster, ausgedrückt in mathematischen Formulierungen, durch Monte-Carlo- und Bootstrap-Methoden modelliert und mit den ApEn-Werten für eine originale experimentelle Datenserie verglichen werden können. Wenn sich die ApEn-Werte für die verschiedenen Modelle nicht überlappen, dann wird angenommen, dass ApEn benutzt werden kann, um diese Modelle und Hypothesen zu unterscheiden und die zugrundeliegenden biologischen Muster in den experimentellen Daten statistisch zu bewerten. Es wird geschlussfolgert, dass die ApEn-Metrik ein erfolgreiches Instrument zur Zeitseriendiagnostik ist. Sie stellt eine modellunabhängige Statistik dar, welche saltatorisches Wachstum eindeutig von langsam variierenden kontinuierlichen Wachstumsmodellen differenziert und außerdem dazu dient, die saltatorische Natur des Wachstums zu belegen. Dies ist eine besondere Anwendung der appoximativen Entropie, welche die breite Anwendbarkeit von ApEn auf biologische Zeitserien am speziellen Beispiel der Unterscheidung von saltatorischen Wachstumsprozessen in longitudinalen Wachstumsdaten dokumentiert. Weitere Untersuchungen von Regelmäßigkeiten in longitudinalen Zeitserien mittels der ApEn Statistik auf dem Gebiet der Humanbiologie werden vorgeschlagen.

On explore une méthode de diagnostic par entropie approchée (EnAp) de métrique dynamique non linéaire, pour distinguer entre modèles mathématiques et hypothèses mécanistes sous-jacentes qui prétendent décrire les mêmes observations expérimentales en séries temporelles. L'EnAp mesure l'apparition d'une structure régulière au sein de séries temporelles et est utilisée ici afin d'évaluer les modalités de la croissance quotidienne en longueur. La notion explorée est que des distributions EnAp de modèles de séries temporelles exprimés par des formulations mathématiques, peuvent être modelés par des méthodes de Monte-Carlo et d'amorµage et comparées à des valeurs EnAp pour une série originelle de données expérimentales. Si les valeurs EnAp de différents modèles et hypothèses ne se chevauchent pas, l'EnAp peut alors être utilisée pour les distinguer et fournir l'appui statistique aux modalités biologiques sous-jacentes aux données expérimentales. La conclusion est que la métrique de l'EnAp est efficace comme outil diagnostic de séries temporelles. C'est une statistique indépendante du modèle qui distingue clairement la croissance saltatoire des modèles de croissance à lente variation continue et sert à accroître les connaissances sur la nature saltatoire de la croissance. C'est une application unique de l'entropie approchée, qui illustre la vaste applicabilité de l'EnAp à des séries biologiques temporelles, avec l'exemple spécifique de discrimination du processus saltatoire de la croissance dans les données de croissance longitudinale. Des recherches futures sur la régularité dans les séries temporelles longitudinales en anthropobiologie au moyen des statistiques utilisant l'EnAp seraient souhaitables.     

Informations Réactifs : AFP

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