DE10111678A1 - Stimulatoren und Anregungsspulen zur magnetischen Reizung von neuromuskulärem Gewebe - Google Patents
Stimulatoren und Anregungsspulen zur magnetischen Reizung von neuromuskulärem GewebeInfo
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Abstract
Eine Anregungsspule (11) zur Verwendung in einer Vorrichtung für die magnetische Reizung von neuromuskulärem Gewebe mit einem ferromagnetischen Rücken (13), der benachbart zu einer breiten Seite der Spule angeordnet ist, wobei das Material des ferromagnetischen Rückens eine hohe Permeabilität und einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Stimulatoren mit
Anregungsspulen, die für die magnetische Reizung von
neuromuskulärem Gewebe durch Induzieren von elektrischen
Strömen in derartigem Gewebe konstruiert und vorgesehen
sind.
Eine Anregungsvorrichtung der erwähnten Art umfaßt
üblicherweise ein Mittel zum Anlegen mindestens eines
Stromimpulses und vorzugsweise einer Reihe von
Stromimpulsen an eine Spule, die eine einfache kreisförmige
Spule oder eine Spule in Form einer Acht oder eine Spule
mit einer Vielzahl von Windungen sein kann, welche die
Impulserzeugungsvorrichtung zur Verwendung mit einer
solchen Spule bildet, ist gut bekannt und ist
beispielsweise im GB-Patent Nummer 2298370 und im
Europäischen Patent EP-0692993 beschrieben.
Es ist übliche Praxis, Anregungsspulen als einzelne Schicht
auf oder in einen nichtmagnetischen Träger zu wickeln, so
daß die gesamte Spule so nah wie möglich an dem Gewebe, das
gereizt werden soll, angeordnet werden kann. Die Spule ist
im wesentlichen, abgesehen von irgendeiner
Isolationsbeschichtung, die normalerweise infolge der hohen
Spannungen und Ströme erforderlich ist, in Luft angeordnet,
so daß sich das Magnetfeld, das erzeugt wird, wenn Strom
durch die Spule fließt, ganz in einem Bereich mit hohem
magnetischen Widerstand befindet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anregungsspule
bereitzustellen, die eine hohe Magnetfeldstärke im Gewebe
des Patienten ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Bereitstellung
eines Körpers aus einem ferromagnetischen Material,
vorzugsweise einem Material mit hoher Permeabilität und
niedrigem magnetischen Widerstand, welcher benachbart zu
einer breiten Seite der Spule angeordnet ist. Das Material
des Körpers wird vorzugsweise ausgewählt, um einen Block
mit hoher Permeabilität und mit niedrigem
Wirbelstromverlust vorzusehen, und kann gesintertes
Eisenpulver umfassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung eines magnetischen
Stimulators;
Fig. 2 eine Darstellung einer Anregungsspule und ihres
Magnetfeldes;
Fig. 3 eine Zeichnung einer erfindungsgemäßen
Anregungsspule, die mit einem magnetischen Rücken versehen
ist; und
Fig. 4 eine Zeichnung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Anregungsspule, die mit einem
magnetischen Rücken versehen ist.
Fig. 1 stellt der Vollständigkeit halber eine bekannte
Form eines magnetischen Stimulators, der durch eine
Magnetspule, die als Anregungsspule bekannt ist, einen
Impuls oder eine Reihe von Impulsen erzeugt, zur Verwendung
bei der Reizung von neuromuskulärem Gewebe dar. Das
zeitvariable Magnetfeld mit einem Maximalwert von
typischerweise bis zu mehreren Tesla induziert in dem
Gewebe elektrische Ströme. Die neuromuskuläre Reizung ist
eine etablierte Therapieform.
Der in Fig. 1 gezeigte Stimulator entspricht einem
Ausführungsbeispiel, das in GB-2298370 beschrieben ist. Er
basiert auf der Ansammlung von Ladung durch einen
Speicherkondensator, dem Pumpen von Ladung von diesem
Speicherkondensator zu einem Übertragungskondensator und
einer Ladungspumpe zum Transportieren von Ladung von diesem
Übertragungskondensator zu einem "Entladungs"-Kondensator.
Der zu dem Entladungskondensator gehörende Umschaltkreis
kann im wesentlichen unabhängig von der Laderate des
Speicherkondensators arbeiten.
Insbesondere liefert eine Hochspannungs-Stromversorgung 1
einen Ladestrom zum Speicherkondensator 2. Die Leitung
eines gesteuerten Gleichrichters 3 in Schaltung mit einem
Induktor 4 transportiert Ladung vom Kondensator zu einem
Übertragungskondensator 5. Eine Freilaufdiode 6 ist
parallel zum Kondensator 5 angeordnet, um einen Sperrstrom
zu leiten, der erzeugt wird, wenn der Gleichrichter 3
gesperrt ist. Die Ladung kann durch eine gesteuerte
Gleichrichterschaltung 8, die gesteuerte Gleichrichter 8a
bis 8d enthält, vom Übertragungskondensator 5 zu einem
Entladungskondensator 9 transportiert werden. Der
Kondensator 9 wird durch eine Gleichrichterschaltung 10,
die aus gesteuerten Gleichrichtern 10a bis 10d besteht, in
eine Anregungsspule 11 steuerbar entladen, welche
normalerweise mit einem Erdanschluß 12 versehen ist.
Wie vorher erwähnt, werden die Anregungsspulen
normalerweise als einzelne Schicht auf oder in einen nicht
magnetischen Träger gewickelt, so daß alle Leiter so nahe
wie möglich an dem Gewebe liegen können, das gereizt werden
soll. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer typischen Spule
11 und die zu dieser gehörenden Magnetfeldlinien 12. Die
Magnetfeldlinien sind sowohl um die Achse als auch die
Ebene der Spulenwicklungen symmetrisch.
Wenn ein Element aus einem ferromagnetischen Material
hinter der Spule angeordnet wird, was in Fig. 3 gezeigt
ist, wird das Magnetfeld verzerrt und ist nun insbesondere
um die Ebene der Spule asymmetrisch. Die Wirkung des
ferromagnetischen Materials ist vorzugsweise die
Bereitstellung eines Weges mit niedrigem magnetischen
Widerstand für das Magnetfeld an der Rückseite der Spule.
Sehr wenig der vom magnetischen Stimulator gelieferten
Energie muß verwendet werden, um das Magnetfeld an der
Rückseite der Spule zu erzeugen, so daß der Großteil der
zur Spule gelieferten Energie verwendet werden kann, um das
Magnetfeld auf der anderen Seite der Spule aufzubauen. Das
Endergebnis ist, daß für dieselbe zugeführte Energie die
Magnetfeldstärke im Gewebe des Patienten höher ist.
Fig. 3 stellt eine Spule 11 mit einem magnetischen Rücken
13 dar, der so angeordnet ist, daß im wesentlichen die
gesamte Spule in unmittelbare Nähe eines Patienten gebracht
werden kann, aber der Bereich an der Rückseite der Spule
von einem ferromagnetischen Material eingenommen wird, das
vorzugsweise eine hohe Permeabilität bei geringem
Wirbelstromverlust aufweist. Vor der Spule, d. h. wo sich
der Patient befindet, befindet sich das Magnetfeld in einem
Medium, wie z. B. Luft, mit hohem magnetischen Widerstand
und geringer Permeabilität.
Fig. 4 stellt eine geringfügig andere Anordnung dar, bei
der die Spule 11 in Schlitzen in einer breiten Fläche des
Körpers 14 aus ferromagnetischem Material angeordnet ist:
das Magnetfeld ist im wesentlichen dasselbe wie in Fig. 3
gezeigt.
Weitere Anordnungen sind möglich. Der ferromagnetische
Körper kann verlängert oder abgeschrägt werden, um eine
schalenartige Form vorzusehen. Die ganze Patientenseite der
Struktur könnte schalenförmig sein und eine geringfügig
versenkte Flachspule aufnehmen. Die Spule kann die Form der
Figur einer Acht aufweisen, welche eng benachbart zum
Körper des ferromagnetischen Materials angeordnet ist.
Die optimale Wahl für das ferromagnetische Material des
Körpers ist nicht unbedingt einfach, da viele
ferromagnetische Materialien eine ziemlich hohe elektrische
Leitfähigkeit aufweisen. Wenn ein homogenes Element aus
einem solchen Material verwendet werden würde, bestünde ein
Leistungsverlust in den Wirbelströmen, die innerhalb des
ferromagnetischen Kerns induziert werden, und diese
Wirbelströme können jeglichen Wirkungsgradgewinn, der durch
Verringern des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises
erhalten wird, aufheben. Das übliche Verfahren zum
Verringern der Wirbelströme in anderen Zusammenhängen
besteht darin, einen Magnetkern aus einer Mehrzahl von
Schichten auszubilden. Im vorliegenden Fall müßten die
Schichten radial angeordnet werden, was nicht besonders
zweckmäßig ist.
Vorzugsweise besteht daher das Material des Körpers 13 oder
14 aus einem gepreßten und gesinterten Pulver. Das Pulver
kann im wesentlichen reines Eisen sein, könnte jedoch ein
anderes Material sein, das in der bevorzugten Form eine
hohe Permeabilität (beispielsweise 500 relativ zu Luft)
aufweist. Das bevorzugte Material für den Kern ist ein
weichmagnetisches Verbundpulver, wie z. B. jenes, das als
"Somaloy" vertrieben wird, welches von Hoganas erhältlich
ist.
Andere Materialien können verwendet werden. Vorzugsweise
beträgt die Permeabilität mindestens 10 und der spezifische
Materialwiderstand sollte derart sein, daß für eine
Anregungsfrequenz von 50 Hz und ein Impulstastverhältnis
von 1 : 80 der Wirbelstromverlust in der Größenordnung von
12,5 Watt pro Kilogramm liegt und vorzugsweise weniger als
15 Watt pro Kilogramm beträgt.
Die erfindungsgemäße Bereitstellung eines magnetischen
Rückens für eine Spule erfordert keine signifikante
Entwurfskorrektur der Spule. Der Rücken kann benachbart zur
Rückseite von derzeit bekannten Spulen angeordnet werden.
Die Querschnittsfläche des ferromagnetischen Rückens ist
nicht durch die Größe der Spule eingeschränkt, wie es der
Fall wäre, wenn die Spule um den ferromagnetischen Kern
gewickelt wäre. Die Dicke des Elements kann nach Bedarf
erhöht werden, um das Erreichen der Sättigung zu vermeiden.
Die Anwesenheit des ferromagnetischen Materials erhöht die
Selbstinduktivität der Spule. Für eine gegebene Geometrie
sieht dies die Gelegenheit vor, weniger Windungen in der
Spule mit einer größeren Querschnittsfläche zu verwenden.
Dadurch kann der elektrische Widerstand der Spule
verringert werden und diese Verringerung verringert den
Energieverlust in der Spule.
Claims (5)
1. Anregungsspule zur Verwendung in einer Vorrichtung für
die magnetische Reizung von neuromuskulärem Gewebe,
gekennzeichnet durch einen ferromagnetischen
Rücken (13), der benachbart zu einer breiten Seite der
Spule angeordnet ist, wobei das Material des
ferromagnetischen Rückens eine hohe Permeabilität und einen
hohen spezifischen Widerstand aufweist.
2. Spule nach Anspruch 1, wobei das Material gesintertes
Eisenpulver umfaßt.
3. Magnetischer Stimulator für neuromuskuläres Gewebe mit
einer Schaltung (10) zum wiederholten Entladen eines
Kondensators (9) in eine Spule (11), die zur Anordnung
benachbart zu einem Patienten ausgelegt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spule (11) einen ferromagnetischen
Rücken (13) aufweist, der benachbart zu einer breiten Seite
der Spule angeordnet ist, so daß er an der Rückseite der
Spule liegt, wenn die Spule benachbart zum Patienten
angeordnet ist.
4. Stimulator nach Anspruch 3, wobei der Rücken (13) aus
gesintertem Eisenpulver besteht.
5. Stimulator nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der
spezifische Materialwiderstand des Rückens (13) derart ist,
daß für eine Anregungsfrequenz von 50 Hz und ein
Impulstastverhältnis von 1 : 80 der Wirbelstromverlust
geringer als 15 Watt pro Kilogramm ist.
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