AT503075B1

AT503075B1 - DEVICE FOR FOOT REFLEX ZONE STIMULATION

Info

Publication number: AT503075B1
Application number: AT18572005A
Authority: AT
Inventors: Gerald Haas; Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss; Mario Ing Strummer; Helmut Votzi
Original assignee: Fachhochschule Technikum Wien
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2008-05-15
Also published as: AT503075A1

Description

2 AT 503 075 B12 AT 503 075 B1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektrofußreflexzonenstimulation bestehend aus Energieversorgung, Ansteuerelektronik und n Elektroden, die auf einem dem Fuß angepassten Elektrodenträger befestigt und entsprechend den Fußreflexzonen angeordnet sind und einer weiteren (n+1.) Elektrode (Bezugselektrode), die im Bereich der Anordnung der n Elektroden oder im Nahbereich des Fußes oder sonst irgendwo am Körper angebracht ist, wobei die Elektroden beliebig geformte Metallstücke, die an einer Seite mit der Elektronik verbunden sind und auf der anderen Seite auf die Haut drücken, sind, wobei die Metallstücke rund oder rechteckförmig und an der Berührstelle in Kegel- oder Kegelstumpfform, bzw. in Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform ausgeführt sein können und die Elektroden mit beliebigen elektrischen Signalen angesteuert werden und die Elektroden mittels gemultiplexter Stromquellen versorgt oder Stromquellen mittels Analogschalter an die Elektroden angeschlossen werden. Die Anregung von Fußreflexzonen durch Druck (Akupressur) und durch Massage ist seit Tausenden von Jahren bekannt.The invention relates to a device for electrofußreflexzone stimulation consisting of power supply, control electronics and n electrodes mounted on a foot adapted to the electrode carrier and arranged according to the Fußreflexzonen and another (n + 1.) Electrode (reference electrode), in the region of the arrangement of n electrodes or in the vicinity of the foot or anywhere else on the body, the electrodes are arbitrarily shaped pieces of metal, which are connected on one side to the electronics and press on the other side of the skin, the metal pieces round or rectangular and can be executed at the contact point in a conical or truncated cone shape, or in pyramid or truncated pyramid shape and the electrodes are driven with any electrical signals and the electrodes supplied by multiplexed power sources or power sources are connected by analog switches to the electrodes. The stimulation of foot reflex zones through pressure (acupressure) and through massage has been known for thousands of years.

Im Rahmen der gegenständlichen Erfindung wird nun ein Gerät bzw. eine Gerätefamilie zur Elektrofußreflexzonenstimulation vorgeschlagen. Dabei handelt es sich um Geräte zur Applizie-rung eines sich in Raum und Zeit ändernden Stromflusses, im Besonderen im Bereich der Fußreflexzonen, einfache, leicht mitzuführende Geräte bis zu komplexen Systemen mit überlagertem Rechner zur Datenverarbeitung für die medizinisch-biologische Forschung. Der Stand der Technik ist im folgenden beschrieben. In EP 717 974 A2 (BUMBA) wird ein Gerät zur mechanischen Stimulierung der Fußsohlen beschrieben. Die dabei verwendeten Stößel werden pneumatisch oder hydraulisch bewegt. Zusätzlich können die Stößel durch je eine eingebaute Schwingspule in oszillierende Bewegung (Vibration) versetzt werden. Das Gerät führt keine elektrische Stimulierung durch. DE 203 03 923 U1 (PETRIKOVI) beschreibt medizinische Sportgeräte, bei denen die Tritt- bzw. Standfläche zur Stimulierung der Fußreflexzonen mechanisch und elektrisch angeregt werden. DE 31 03 502 A1 (MATONIA) stellt eine Vorrichtung zur Organreflexbehandlung durch Reizung entsprechender Zonen am Fuß eines Menschen dar. Gegenüber der Hauptanmeldung DE-P 30 37 435.7 werden anstelle der Düsen Schwachstromelektroden verwendet. WO 1998/32 487 A1 (PASKAR) beschreibt ein Gerät zur elektrischen Anregung der Reflexzonen. Um Störungen und Gefährdung durch das umgebende elektromagnetische Feld, verursacht durch das Versorgungsnetz, zu vermeiden, werden die Elektroden geerdet. WO 2004/080528 A2 (AFFERENT CORPORATION) zeigt Vorrichtungen zur Neurostimulierung besonders des Fußes und der Ferse. Dies erfolgt sowohl mechanisch als auch elektrisch in Form eines Schuhs, eines Sockens bzw. einer Einlegesohle. FR 2 612 712 A1 (SFILIO) zeigt ein Gerät zur Elektrotherapie für Anwendung in der Human-und Veterinärmedizin. Spezielle Signalformen werden dabei verwendet, insbesondere. Rechteckpulse, Sinuspulse, Dreieckpulse, Rechteckbursts und auch amplitudenmodulierte Träger. US 5 766 236 A (DETTY) zeigt eine manschettenartigen Vorrichtung zur Anbringung an den menschlichen Fuß (bzw. anderen Körperteilen) in dem Elektroden eingearbeitet sind. Die Stimulierung erfolgt durch kurze Spannungspulse relativ großer Spannung. US 4 390 023 A (RISE) beschreibt ein Gerät zur Stimulation von Gewebe, wobei die Ansteuerung durch nur eine gemultiplexte Stromquelle erfolgt. Bei der gegenständlichen Realisierung werden jedoch mehrere Stromquellen (DC1 bis DCn in Fig. 1) die mittels Analogschalter an die Elektroden angeschlossen werden.In the context of the subject invention, a device or a family of devices for electrofussive reflex stimulation is now proposed. These are devices for applying a flow of energy that changes in space and time, in particular in the area of foot reflex zones, simple, easy-to-carry devices to complex systems with superimposed computer for data processing for medical biological research. The prior art is described below. EP 717 974 A2 (BUMBA) describes a device for the mechanical stimulation of the soles of the feet. The rams used are moved pneumatically or hydraulically. In addition, the plungers can be set in oscillating motion (vibration) by a built-in voice coil. The device does not perform electrical stimulation. DE 203 03 923 U1 (PETRIKOVI) describes medical sports equipment in which the footboard for stimulating the foot reflex zones are mechanically and electrically excited. DE 31 03 502 A1 (MATONIA) represents a device for organ reflex treatment by stimulation of corresponding zones on the foot of a person. Compared to the parent application DE-P 30 37 435.7 low-current electrodes are used instead of the nozzles. WO 1998/32487 A1 (PASKAR) describes a device for electrical excitation of the reflex zones. To avoid interference and exposure to the surrounding electromagnetic field caused by the supply network, the electrodes are grounded. WO 2004/080528 A2 (AFFERENT CORPORATION) shows devices for neurostimulation, especially of the foot and the heel. This is done both mechanically and electrically in the form of a shoe, a sock or an insole. FR 2 612 712 A1 (SFILIO) shows a device for electrotherapy for use in human and veterinary medicine. Special signal forms are used, in particular. Rectangular pulses, sine pulses, triangular pulses, rectangular bursts and also amplitude-modulated carriers. US 5 766 236 A (DETTY) shows a sleeve-type device for attachment to the human foot (or other body parts) in which electrodes are incorporated. The stimulation is carried out by short voltage pulses of relatively high voltage. US Pat. No. 4,390,023 A (RISE) describes a device for stimulating tissue, wherein the activation is effected by only one multiplexed current source. In the present realization, however, several current sources (DC1 to DCn in Fig. 1) which are connected by means of analog switches to the electrodes.

Die Vorrichtung wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass zur Ansteuerung der Elektroden winkelmodulierte (FM, PM) Signale verwendet werden. 3 AT 503 075 B1The device is realized according to the invention in that angle-modulated (FM, PM) signals are used to drive the electrodes. 3 AT 503 075 B1

Die Vorrichtung zur Elektrofußreflexzonenstimulation besteht in ihrer Kernstruktur aus n Elektroden, die auf einem dem Fuß angepassten (ergonomisch) Träger befestigt und entsprechend den Fußreflexzonen angeordnet sind und mit Hilfe einer elektronischen Schaltung angesteuert werden. Eine weitere (n+1.) Elektrode (Bezugselektrode) kann sich im Bereich der Anordnung der n Elektroden oder im Nahbereich des Fußes oder irgendwo am Körper befinden. Die Bezugselektrode kann auch vom Probanden in einer Hand gehalten werden oder ist als Klebe-, Klemm- oder Saugelektrode am Körper des Probanden angebracht. Diese Elektroden werden auf die Haut gedrückt. Die Steuerung und die Energieversorgung kann nun entweder ganz oder teilweise in diesem Fußteil oder in einem externen Geräteteil, der dann durch ein Kabel mit dem Fußteil verbunden ist, untergebracht werden.The device for electrofußreflexzonenstimulation consists in its core structure of n electrodes, which are mounted on a foot adapted (ergonomic) support and arranged according to the Fußreflexzonen and are controlled by means of an electronic circuit. Another (n + 1.) Electrode (reference electrode) may be in the area of the arrangement of the n electrodes or in the vicinity of the foot or anywhere on the body. The reference electrode can also be held by the subject in one hand or is attached to the body of the subject as an adhesive, clamping or suction electrode. These electrodes are pressed onto the skin. The controller and the power supply can now either completely or partially in this footer or in an external device part, which is then connected by a cable to the foot part, are housed.

Die Energieversorgung wird man, um Probleme mit Sicherheitsbestimmungen für medizinische und therapeutische Geräte zu umgehen, mit Batterien oder Akkumulatoren realisieren.The power supply will be implemented with batteries or accumulators to avoid problems with safety regulations for medical and therapeutic devices.

Als einfachste Vorrichtung wird man ein Fußgerät mit eingebauter Stromversorgung, Steuerelektronik und einfachen Bedienelementen realisieren.The simplest device is a foot device with built-in power supply, control electronics and simple controls.

Die Elektroden der aus n Elektroden bestehenden Anordnung sind beliebig geformte Metallstücke (z.B. nadelförmige Stifte mit unterschiedlicher Länge, unterschiedlichem Durchmesser und Kopf), die an einer Seite mit der Elektronik verbunden sind, auf der anderen Seite auf die Haut drücken. Die Stifte können rund oder rechteckförmig sein und an der Berührstelle in Kegel- oder Kegelstumpfform, bzw. in Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform ausgeführt sein. Die Auflagefläche kann zum Schutz vor Verletzungen eine Bombierung aufweisen. Es kann auch sinnvoll sein, den an der Haut aufliegenden Teil leicht austauschbar zu gestalten, um den Übergang zur Haut der Anwendung entsprechend zu gestalten. Aus Gründen der Hautverträglichkeit sollte die Seite, die mit der Haut in Berührung kommt, vergoldet oder aus einem anderen, nicht oxidierenden, gut leitfähigen und hautverträglichen Material sein. Da die Elektroden mit der Elektronik verbunden werden müssen, ist eine Steckverbindung sinnvoll, da dies die Austauschbarkeit des auf der Haut aufliegenden Teils erleichtert.The electrodes of the n-electrode array are arbitrarily shaped pieces of metal (e.g., pin-shaped pins of different length, diameter, and head) connected to the electronics on one side and pressed against the skin on the other side. The pins may be round or rectangular and be executed at the contact point in a conical or truncated cone shape, or in pyramidal or truncated pyramidal form. The support surface may have a crown to protect against injury. It may also be useful to make the part resting on the skin easily replaceable in order to make the transition to the skin of the application accordingly. For skin compatibility purposes, the side that comes into contact with the skin should be gold plated or made from another non-oxidizing, highly conductive and skin-friendly material. Since the electrodes must be connected to the electronics, a plug connection makes sense, as this facilitates the interchangeability of the part resting on the skin.

Die Elektrodenposition wird entsprechend der aus der medizinischen Fachliteratur bekannten Anordnung der Fußreflexzonen gewählt. Die Einstellung eines komplexen Elektrodenstrom-(Elektrodenspannung-) Zeit Profils kann in Form einer Programmsteuerung erfolgen. Es ist dazu eine Schnittstelle zu einem PC sinnvoll, wo über eine Bedienoberfläche das Anregungsprofil vorgegeben wird. Dabei kann gleichzeitig eine Protokollierung der Behandlung erfolgen. Für einfache Vorrichtungen kann die Ansteuerung der Elektroden mit Hilfe eines einfachen Mikrocontrollers, durch Oszillatoren, Zählerschaltungen, astabile Multivibratoren, spannungsgesteuerte Oszillatoren und ähnliches erfolgen.The electrode position is chosen according to the known from the medical literature arrangement of the foot reflex zones. The setting of a complex electrode current (electrode voltage) time profile can be done in the form of program control. An interface to a PC makes sense, where the excitation profile is specified via a user interface. At the same time, logging of the treatment can take place. For simple devices, the driving of the electrodes can be done by means of a simple microcontroller, by oscillators, counter circuits, astable multivibrators, voltage controlled oscillators and the like.

Der Elektrodenträger kann in Form einer Schuheinlage, in Form eines Schuhs oder einer anderen Auftrittsfläche gestaltet sein. So kann z.B. durch einen orthopädischen Abguss ein genaues Abbild der Fußfläche angefertigt werden, auf dem ein Flexiprint, auf dem sich die Elektroden und deren Verschaltung befinden, aufgebracht werden kann. Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der Elektroden sind Stifte mit Federeinsätzen, die am Elektrodenträger befestigt sind.The electrode carrier can be designed in the form of a shoe insert, in the form of a shoe or another tread surface. Thus, e.g. an orthodontic cast can be used to make an exact image of the foot area on which a Flexiprint, on which the electrodes and their circuitry are located, can be applied. Another possibility of realizing the electrodes are pins with spring inserts, which are attached to the electrode carrier.

Zur Ansteuerung können kontinuierliche Signale, Wechselsignale und Burstsignale verwendet werden. Aus der Literatur ist bekannt, dass die einzelnen Organe durch bestimmte Frequenzen besonders angeregt werden (F.-J. Begher: Einführung in die Elektroakupunktur nach Voll, Uelzen M L Verlag, 1994). Dazu eignet sich besonders die Amplituden- (AM) und Winkelmodulation (FM, PM). Höhere Frequenzen erzeugen Verschiebungsströme und ermöglichen so einen Stromfluss durch galvanisch schlecht leitende Zonen. Verwendet man Einzelpulsansteuerung, so kann man im Prinzip natürlich jede Signalform erzeugen, naheliegend sind aber Trapez-, Dreieck-, Glocken- oder Parabelform. Auch hier ist die Erzeugung der Signale durch einen Mikrorechner das Einfachste. 4 AT 503 075 B1To control continuous signals, alternating signals and burst signals can be used. It is known from the literature that the individual organs are particularly stimulated by certain frequencies (F.-J. Begher: Introduction to electroacupuncture according to Voll, Uelzen M L Verlag, 1994). Particularly suitable for this purpose is the amplitude (AM) and angle modulation (FM, PM). Higher frequencies generate displacement currents and thus allow a current flow through galvanically poorly conducting zones. If you use single-pulse control, you can of course in principle generate any waveform, but obvious are trapezoidal, triangular, bell or parabolic. Again, the generation of the signals by a microcomputer is the simplest. 4 AT 503 075 B1

Je nach Anwendung sind verschiedene Elektroden zu stimulieren. So muss z.B. für die Stimulierung des Knies nur ein kleiner Bereich unter Strom gesetzt werden und bei Stimulierung der Lunge und Bronchien ein anderer Bereich. Die Auswahl kann über einen Programmspeicher im Mikroprozessor erfolgen. Die Auswahl des Programms kann z.B. über Tasten erfolgen. Auf einem kleinen Display (z.B. Siebensegmentanzeige) wird das gewählte Programm angezeigt. Eine Überstimulierung ist zu vermeiden. Dies kann durch einen Timer, der entsprechend eingestellt wird, erzielt werden. Zur allgemeinen Stimulierung wird die Zone die stimuliert wird laufend geändert. Die Stromdichte soll den Empfehlungen der Elektrotherapie genügen. Es wird auch empfohlen, die Zeitdauer, während der ein unipolarer Strom fließt, zu begrenzen, da es sonst zu galvanischen Effekten kommt.Depending on the application, different electrodes are stimulated. So, for example, for the stimulation of the knee, only a small area will be electrified and another area will be stimulating the lungs and bronchi. The selection can be made via a program memory in the microprocessor. The selection of the program may e.g. via keys. A small display (for example seven-segment display) shows the selected program. Overstimulation should be avoided. This can be achieved by a timer, which is set accordingly. For general stimulation, the zone that is stimulated is constantly changed. The current density should meet the recommendations of electrotherapy. It is also recommended to limit the time during which a unipolar current flows, otherwise galvanic effects will occur.

Figur 1 zeigt das Grundprinzip, Fig. 2 zeigt Elektrodenformen und Fig. 3 die Befestigung.FIG. 1 shows the basic principle, FIG. 2 shows electrode shapes and FIG. 3 the attachment.

Figur 1 zeigt das Grundprinzip einer Realisierung der Vorrichtung zur Elektrofußreflexzonensti-mulation. Von einer Batterie oder einem Akkumulator (5) wird über einen Hauptschalter (8) und eventuell einem Spannungsstabilisator (16) die gesamte Schaltung versorgt. Ein Mikrocontroller pC (1) steuert den kompletten Ablauf. Über Tasten (2, 3) kann das Programm gewählt werden (Auswahl der Punkte, Intensität, Zeit). Durch ein Display (4, 5) kann das eingestellte Programm abgelesen werden. Die Stromquellen (13), die den Strom durch den Fuß einprägen, werden über Multiplexer (7, 8, 9) bzw. Analogschalter (12), die über einen Adressbus (6) adressiert werden, angesteuert. Eine Stromquelle (13) kann z.B. mit einem selbstleitenden JFET und einem Widerstand gebildet werden. Auf dem Elektrodenträger (10) sind die Elektroden (11) befestigt. Der Bezugspunkt (14) ist mit den Stromquellenschaltern (12) verbunden. Es sei angemerkt, dass der Bezugspunkt (14) nicht auf dem Elektrodenträger (10) befestigt sein muss. Ein Spannungsbegrenzungselement (15) schützt das System vor z.B. elektrostatischen Entladungen. Das System kann durch eine Schnittstelle (17) zur Kommunikation mit einem überlagerten System erweitert werden.Figure 1 shows the basic principle of a realization of the device for Elektrofußreflexzonensti-mulation. From a battery or an accumulator (5), the entire circuit is supplied via a main switch (8) and possibly a voltage stabilizer (16). A microcontroller pC (1) controls the complete process. The program can be selected via buttons (2, 3) (selection of points, intensity, time). Through a display (4, 5), the set program can be read. The current sources (13), which impress the current through the foot, are controlled via multiplexers (7, 8, 9) or analog switches (12), which are addressed via an address bus (6). A current source (13) may be e.g. be formed with a normally-on JFET and a resistor. On the electrode carrier (10), the electrodes (11) are attached. The reference point (14) is connected to the power source switches (12). It should be noted that the reference point (14) need not be mounted on the electrode carrier (10). A voltage limiting element (15) protects the system from e.g. electrostatic discharges. The system may be extended by an interface (17) for communication with a higher level system.

Figur 2 zeigt Elektrodenformen. Von oben nach unten sieht man einen Kegel-, einen schmalen und einen breiten Zylinder-, einen Zylinder- mit kegelförmiger Vertiefung, einen Kronen-, einen Kugel- (ein Zylinder der auch beliebig bombiert sein kann) und einen mit mehreren Kegeln oder Pyramiden versehenen Kopf.FIG. 2 shows electrode shapes. From top to bottom you can see a conical, a narrow and a wide cylinder, a cylindrical with a conical depression, a crown, a ball (a cylinder can also be arbitrarily cambered) and one provided with several cones or pyramids Head.

Figur 3 zeigt eine Skizze für die Befestigung der Elektrode. Die Feder dient zur Definition des Anpressdrucks.FIG. 3 shows a sketch for the attachment of the electrode. The spring is used to define the contact pressure.

Bezugszeichenaufstellung (1) Mikrocontroller (2) Wahl Taster (3) Eingabe Taster (4) Anzeigeelement (5) Batterie, Akkumulator (6) Adressbus (7) Multiplexer (8) Hauptschalter (9) Bezugspotential, Masse (10) Elektrodenträger (11) Elektroden (12) Stromquellenumschalter, Analogschalter (13) Stromquelle (14) Bezugselektrode (15) Überspannungsbegrenzung, Schutzbeschaltung (16) Spannungsregler (17) SchnittstelleReference symbol (1) Microcontroller (2) Selection Push button (3) Input Push button (4) Display element (5) Battery, accumulator (6) Address bus (7) Multiplexer (8) Main switch (9) Reference potential, ground (10) Electrode carrier (11) Electrodes (12) Current source switch, analog switch (13) Current source (14) Reference electrode (15) Overvoltage limiting, protective circuit (16) Voltage regulator (17) Interface

Claims

5 AT 503 075 B1 Claims: 1. Device for electrofußreflex zone stimulation consisting of power supply, control electronics and n electrodes (11) which are mounted on a foot adapted to the electrode carrier (10) and arranged according to the Fußreflexzonen and another (n + 1). Electrode (reference electrode) (14), which is mounted in the region of the array of n electrodes or in the vicinity of the foot or anywhere else on the body, wherein the electrodes (11) arbitrarily shaped pieces of metal, which are connected on one side with the electronics and the metal pieces are particularly round or rectangular and at the contact point in a conical or truncated cone shape or in pyramidal or truncated pyramid shape (Fig. 2) can be executed and the electrodes are driven with any electrical signals and the electrodes are supplied by means of multiplexed current sources (7) or current sources are connected to the electrodes (11) by means of analog switches (12), characterized in that angle-modulated (FM, PM) signals are used to drive the electrodes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the electrodes (11) are designed in the form of a flexible printed circuit board and plated with gold.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode carrier (10) is designed in the form of a precise orthopedic casting.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that trapezoidal, bell-shaped or parabolic signals are used to drive the electrodes.

5. The device according to claim 4, characterized in that the signals for the electrodes are realized either by analog, mixed analog-digital or digital circuits.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the power supply and the required control electronics are housed together with the remaining parts of the device in a housing.

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the power supply and the required control electronics are housed in a separate housing.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that an interface, in particular wirelessly such as radio or infrared transmission, with the one hand, the system can be configured and on the other hand, data for evaluation can be taken, is provided. For this purpose 2 sheets of drawings