CH389114A

CH389114A - Elektrisches Reizgerät zur Erzeugung von Muskel-Reizimpulsen

Info

Publication number: CH389114A
Application number: CH560061A
Authority: CH
Inventors: Hochstrasser Peter
Original assignee: Hochstrasser Peter
Priority date: 1961-05-13
Filing date: 1961-05-13
Publication date: 1965-03-15

Description

Elektrisches Reizgerät zur Erzeugung von Muskel-Reizimpulsen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Reizgerät zur Erzeugung von Muskel-Reizimpulsen.

Es sind Einrichtungen zur elektrischen Beeinflussung der Herztätigkeit des menschlichen oder tierischen Körpers bekannt, bei welchen ein Steuerkontakt eines Defibrillators einen in seiner Zeitdauer einstellbaren Wechselstromstoss erzeugt, der mittels entsprechend ausgebildeter Elektroden zur Beseitigung des Herzflimmerns auf das Herz geleitet wird, um darauf das stillstehende Herz durch rhythmische Impulsstromstösse wieder zur Kontraktion zu bringen.

Diese Geräte sind in ihrem Aufbau kompliziert und daher sehr teuer. Auch sind sie sehr schwer und können nur durch entsprechend geschultes Personal in Spitälern und Kliniken verwendet werden. Auch eignen sich diese Geräte, insbesondere wegen ihrer langen Impulsdauer, für gewisse Gebiete der Reizung ganz oder teilweise entnervter Muskeln nicht. Zudem ist bei diesen an das Normallichtnetz anschliessbaren Geräten stets die Gefahr von Kurzschluss-Strömen und Schädigungen der Patienten zu befürchten. Diese Nachteile sucht die Erfindung zu umgehen.

Das elektrische Reizgerät ist gekennzeichnet durch einen batteriegespiesenen Primärstromkreis und einen mit diesem elektrisch wirkverbundenen Sekundärstromkreis und Mitteln zur periodischen Erzeugung einer einzelnen Wechselstromschwingung deren
Dauer kleiner als fünf Millisekunden ist.

Das erfindungsgemässe Reizgerät wird anschlies send beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltung eines Reizgerätes;
Fig. 2 die Impulsform, welche mittels der in
Fig. 1 dargelegten Schaltung erzeugt wird;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Reiz gerätes.

Die in Fig. 1 ersichtliche Schaltung weist zwei über einen Transformator Tr1 miteinander verbundene Stromkreise K1 und K2 auf. Ferner ist eine Stromquelle 1 in Form einer Taschenbatteriekombination vorhanden, welche eine Klemmen-Spannung von z. B. 9 V aufweist. Am + Pol der Stromquelle liegt ein Stromkreis aus dem veränderbaren Widerstand R9 in Serie mit einem Kondensator C1 und den Widerständen R1 Rj und R7 zum - Pol. Die Verbindung von R2. mit C1 ist an der Basis des Transistors T1 angeschlossen, dessen Kollektor über den aus den Widerständen R und R4 bestehenden Spannungsteiler am + Pol liegt,

während der Emitter an der Verbindung der Widerstände R, und R7 angeschlossen ist und über den Kondensator C kapazitiv mit dem + Pol verbunden ist. Die Verbindung der Widerstände Ra und R4 liegt an der Basis eines zweiten Transistors T9, dessen Emitter über den Widerstand am am + Pol der Stromquelle, und dessen Kollektor an der Verbindung der Widerstände R1 und Rj angeschlossen ist. Die Basis eines dritten Transistors T2 liegt am Emitter des zweiten Transistors T2, während sein Emitter direkt mit dem + Pol und sein Kollektor über die Primärwicklung 3 des Transformators Tr1 am - Pol angeschlossen ist.

Dieser Primärwicklung ist ein Widerstand R3 parallelgeschaltet. Die Stromquelle
1 ist mit dem Kondensator CA überbrückt.

Zur Sekundärwicklung 4 des Transformators Tr1 ist ein Kondensator C3 parallel geschaltet. Die Sekundärwicklung 4 speist über einen veränderbaren Widerstand R8 das Klemmenpaar 5, 6 an dem die (nicht dargestellten) Elektroden angeschlossen werden.

Diese, insbesondere als Traggerät oder Taschengerät verwendbare Apparatur arbeitet wie folgt:
Im angenommenen Anfangszustand sind die Transistoren T1 und T2 gesperrt.

Der Kondensator C1 wird über R1, R5 und R7, bzw. R. aufgeladen, bis die Schwellenspannung des Transistors T1 erreicht ist. Nun fliesst im Transistor T1 ein kleiner Basisstrom, der einen um die Stromverstärkung von T1 grösseren Kollektorstrom der Basis von T2 zuführt. Am Kollektor von T. erscheint ein um die Stromverstärkung von T2 grösserer Strom 1.2 der an R eine Spannung Rr. il erzeugt. Über den
Widerstand R1 und den Kondensator C1 wird diese
Potentialverschiebung auf die Basis von T1 rückge koppelt und unterstützt den anfänglichen Steuerstrom.

Damit werden die Transistorströme rasch vergrössert bis zum Sättigungsstrom, d. h. bis beide Transistoren voll stromdurchlässig sind.

Der Kondensator C1 entlädt sich nun über R1 und die Basis Emitterstrecke von T. Sobald die Entladung soweit fortgeschritten ist, dass der für die Sättigung notwendige Basisstrom an T1 nicht mehr aufgebracht wird, wiederholt sich der beschriebene Vorgang im umgekehrten Sinne. Der Kollektorstrom an T1 sinkt ab und somit auch der Basisstrom und Kollektorstrom an T2. Die Spannung R5. i2 sinkt und über den Rückkopplungsweg aus R1 und C1 wird der Basisstrom von T1 nochmals verkleinert. Dieser Vorgang spielt sich sehr rasch ab bis T1 und T. gesperrt sind.

Für die Länge der Sperrzeit ist daher hauptsächlich der Widerstand R.- massgebend, für die Länge der Durchschaltzeit bei gegebenem Wert von C1 der Widerstand Rl.

Die Übergänge von einem Schaltzustand in den andern spielen sich infolge der hohen Kreisverstärkung (2 Transistoren a1 a, t 20 X 15 = 300) sehr rasch ab, so dass die Spannung an R, als rechteckförmig angesehen werden kann.

Mit dem gewonnenen Rechteckimpuls wird der Leistungstransistor T3 gesteuert, der die Primärwicklung des Transformators Tr1 im Takt der Rechteckimpulse erregt. Weil die Sekundärbelastung des Transformators nicht definiert ist (die Sekundärseite kann offen sein), ist parallel zur Primärwicklung noch der Widerstand R zur Begrenzung der Ausschaltspannung des Transformators Tr1 vorgesehen.

Wird der gesamte auf-die Primärseite reduzierte Seriewiderstand des Transformators Tr als Rs und der gesamte auf die Primärseite reduzierte Parallelwiderstand als Rp bezeichnet, so folgt die Spannung an der Primärseite von Tr1 dem Gesetz
EMI2.1

<tb> Up <SEP> = <SEP> Ussatterje <SEP> (i <SEP> - <SEP> (1-/T) <SEP> beim <SEP> Einschalten
<tb> Up <SEP> = <SEP> UsatteZie <SEP> ( <SEP> cti1a) <SEP> beim <SEP> Ausschalten
<tb> wobei die Ladezeitkonstante @ LTr1
TL Rs und lTrl die Induktivität des Transformators Tr1 ist.

Der Spannungsanstieg wie der Spannungsabfall folgen also einer Exponentialkurve und somit auch die Induktion im Kern von Tr1.

Die sekundäre Ausgangspannung wird durch das Induktionsgesetz bestimmt
E = di/dt und zeigt einen Verlauf gemäss Fig. 2.

Es entsteht ein Wechselstromstoss in Form einer Schwingung, deren Dauer unter 5 Millisekunden, vorteilhafterweise um 1 Millisekunde liegt. Die zweite Schwingungshälfte ist stark gedämpft (Dämpfungskonstante 2# > Kreisfrequenz #).

Durch entsprechende Wahl der Impulsdauer, sowie der Werte für Ll. r, R und Rp kann die Form des Ausgangsimpulses in weiten Grenzen variert werden.

Der Energieinhalt des Ausgangsimpulses ist durch den Energieinhalt des Magnetfeldes im Transformator Tr1 bestimmt und kann den vorbestimmten Wert bei irgend welchen Defekten niemals überschreiten.

Der Batterie wird lediglich während der Impulsdauer Strom entnommen.

Die Folgefrequenz, bzw. der Zeitabstand zwischen zwei Impulsen kann einfach durch Veränderung des Widerstandes R. verändert werden. Das Siebglied R7C2 dient lediglich dazu, die Spannungsschwankungen an der Batterie, hervorgerufen durch die kräftigen Stromimpulse des Transistors T, vom Steuerteil (Tl, T) fernzuhalten.

Der Kondensator C3 wirkt stabilisierend auf die Form des Ausgangsimpulses. Je nach Länge der Anschlusskabel ist die Parallelkapazität der Belastung verschieden und kann um einige 100 pF variieren.

Durch eine Grundkapazität von C:3 = 10 000 pF wird der Einfluss von zusätzlichen einigen 100 pF sehr gering.

Der veränderliche Widerstand Rs dient zur Regelung des Ausgangsstromes und somit der Intensität der Impulse.

Der Kondensator C, dient als Energiespeicher. da die Speisebatterie einen zu hohen Innenwiderstand hat, um den erforderlichen Stromimpuls zu liefern.

Das in Fig. 3 perspektivisch dargestellte Taschenreizgerät ist rechteckförmig, ungefähr 10 cm hoch, 7 cm breit und 2 cm dick. Ein Knopf 10 mit einer Skala 11 dient der Frequenzregulierung, ein Knopf 12 mit Skala 13 der Intensitätsregulierung.

Im folgenden sind einige Werte der einzelnen Bauelemente angegeben, wie diese beispielsweise in erfindungsgemässen Geräten zur Verwendung kommen können.

T1 : npn - Steuertransistor T.) : pnp : Steuertransistor T3 : pnp-Leistungstransistor R1 = 0 R2 : 5,6 - 10 M# R3 : 1 K# R : 4,7 kr R, =R', : 1KQ R, ; : 100 Q R7 18 K# R8 : 0 - 10 K# Ci : Ladekondensator 0.25 F : : Siebkondensator 80 F : :. Parallelkondensator 10000 pF C, : Speicherkondensator 250 F
Das beschriebene mit Transistoren und Kleinbatterie ausgerüstete Reizgerät liefert mit Frequenzen die mittels des Patentiometers R ;, stufenlos, oder z.

B. mittels eines Schalters (nicht dargestellt) in 4 Stufen auf den gewünschten Herzrhytmus eingestellt werden können, kurze Impulse von konstanter Dauer von ca.

1 Millisekunde, deren Intensität über einen variablen Seriewiderstand veränderbar sind. Diese Intensität reicht selbst für perkutane Muskelreizung aus und ist bei Nullstellung auf alle Fälle unterschwellig, so dass die jeweilige Reizschwelle aufgesucht werden kann. Der einzelne Reizimpuls ist ein diphasischer Stromstoss, der in der einen der Polaritätsangabe entsprechenden Richtung rasch ansteigt, etwa ebenso rasch abfällt und unmittelbar in die entgegengesetzte Schwankung geringerer Intensität und entsprechend längerer Dauer übergeht (Fig. 2). Damit ist die unmittelbare Kompensation jeglicher Gleichstromkomponente gewährleistet, so dass eine Reizung auch über längere Zeit nicht zu polarisatorischen Effekten führt.

Auf Grund der durch das neue Reizgerät erzeugbaren Impulsform kann das Gerät in erster Linie zur Reizung ganz oder teilweise entnervter Muskeln dienen, um deren Vitalität bis zum Wiedereinsetzen der normalen neurogenen Reizimpulse zu erhalten.

Es können somit neurale Schädigungen entzündlicher oder traumatischer Natur behandelt werden, vorab die klassische periphere Facialisparese, sodann die etwas weniger häufigen Lähmungen bei Radix-, Plexus- oder Nervenentzündung der Extremitäten, aber auch der Zunge und des Gaumens. Häufiger in der ambulanten Praxis sind die Schäden nach Prellung oder nach Durchtrennung, die ja auch beim Durchführen operativer Wiederherstellungsmassnahmen (Plastik) einer muskulären Reizbehandlung bedürfen. Es ist bekannt, dass der entnervte Muskel meist auf den fälschlicherweise verwendeten faradischen Strom nicht anspricht, bzw. dass bei dieser Behandlung unerwünschterweise gerade die Antagonisten des geschädigten Muskels gereizt werden. Hier kommt die Behandlung mit richtig placierten Einzelreizen in Frage (in der Regel 50 Reize pro Muskelgruppe und pro Sitzung).

Auf die spezielle exponentielle Stromform gemäss Fig. 2 spricht gerade der degenerierende Muskel sehr gut an. Auch empfindliche Patienten mit Facialisparese, bei denen die elektrische Reizung wegen der Schmerzhaftigkeit des Reizes auf Schwierigkeiten stösst, können die Reizung mit dem neuen Apparat ohne jegliche Schmerzempfindung ertragen, im Gegensatz zu den bisher üblichen Behandlungen mit galvanischer Einzelzuckung .

Neben den genannten Indikationsgebieten kommt auch ein elektrisches Muskeltraining an Körperteilen in Frage, die aus irgend einem Grunde nicht verlagert und bewegt werden dürfen. Selbst bei Polio kann die elektrische Muskelreizung als wertvolle ergänzende Hilfe mittels des beschriebenen Reizgerätes vorgenommen werden.

Claims

PATENTANSPRUCH Elektrisches Reizgerät zur Erzeugung von Muskel-Reizimpulsen, gekennzeichnet durch einen batteriegespiesenen Primärstromkreis und einen mit diesem elektrisch wirkverbundenen Sekundärstromkreis und Mitteln zur periodischen Erzeugung einer einzelnen Wechselstromschwingung, deren Dauer kleiner als fünf Millisekunden ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind zur Erzeugung einer Schwingung, deren zweite Halbperiode gedämpft ist.

2. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Reizimpulse annähernd 1 Millisekunde beträgt.

3 Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stromkreise über einen Transformator (Tr1) miteinander verbunden sind.

4. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (R9) vorgesehen sind, um die Impulsfrequenz auf einen bestimmten Herzrhythmus abzustimmen.

5. Reizgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reizimpulsfrequenz mittels eines veränderbaren Widerstandes (R,) abstimmbar ist.

6. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Heizimpulslänge ein Widerstand (Rl) und eine Kapazität (Cl) vorgesehen sind.

7. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dessen Steuerteil zwei Transistoren (Tl, T,) angeordnet sind.

8. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siebglied (RC2) zwischen dem Steuerteil (Tt, T2) und der Batterie vorgesehen ist zum Zwecke Spannungsschwankungen der Batterie (1) vom Steuerteil (Tl, T2) fernzuhalten.

9. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Sekundärstromkreis ein Kondensator (C3) angeordnet ist.

10. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Intensitätsregelung der Reizimpulse ein veränderbarer Widerstand (Rs) vorgesehen ist.

11. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es als Taschengerät ausgebildet ist.

12. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Speicherung von Energie im Primärkreis ein Kondensator (C4) dient.

13. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärstromkreis einen Leistungstransistor (T;3) aufweist, der die Primärwicklung (4) des Transformators (tor1) periodisch speist.

14. Reizgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Primärwicklung (4) des Transformators (Tr1) zwecks Begrenzung von dessen Ausschaltspannung ein Widerstand (R) angeordnet ist.