DE102007012474A1

DE102007012474A1 - Elektrotherapiegerät

Info

Publication number: DE102007012474A1
Application number: DE200710012474
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr. med. Bögelein
Original assignee: Zimmer MedizinSysteme GmbH
Current assignee: ZIMMER, BERND, DE
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: DE102007012474B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrotherapiegerät (1) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (u(t)), das mittels Elektroden (7) zur Anwendung an einem Lebewesen vorgesehen ist. Der Signalverlauf des elektrischen Signals (u(t)) verläuft periodisch mit einer Periode (T) und weist pro Periode (T) eine Gruppe von wenigstens drei hintereinander folgender elektrischer Impulse (20) auf.

Description

Elektrotherapiegeräte werden z. B. bei der Schmerzbehandlung verwendet und sind im Allgemeinen derart eingerichtet, sodass ein elektrischer Strom den Körper oder einen Körperteil eines Lebewesens bei einer Anwendung mit dem Elektrotherapiegerät durchfließt. Das Elektrotherapiegerät erzeugt dafür z. B. eine elektrische Spannung, die z. B. über mit der Hautoberfläche des Lebewesens verbundene Elektroden dem Lebewesen zugeführt werden.
Ein Beispiel einer mit Elektrotherapiegeräten durchführbare Elektrotherapie ist die sogenannte transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS), bei der über die Elektroden elektrische Strom- oder Spannungsimpulse mit Frequenzen typischerweise im Bereich von 10 Hz–100 Hz auf die Hautoberfläche übertragen werden.
Jeder der elektrischen Impulse löst eine Erregung (Aktionspotenzial) an den Nervenfasern des Lebewesens aus bzw. wirkt als ein Reiz auf die Nervenfasern, sofern die Phasendauer und Amplitude der einzelnen Impulse hierfür ausreichen.
Insbesondere Impulse mit einer relativ kleinen Impulsbreite benötigen eine relativ hohe elektrische Spannung, um eine Reizung der Nervenfasern zu bewirken. Wird die Spannung jedoch zu hoch gewählt, so kann der Impuls schmerzhaft sein.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Elektrotherapiegerät anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Elektrotherapiegerät zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals, das mittels Elektroden zur Anwendung an einem Lebewesen vorgesehen ist, wobei der Signalverlauf des ersten elektrischen Signals periodisch mit einer Periode verläuft und pro Periode eine Gruppe von wenigstens drei hintereinander folgender elektrischer Impulse aufweist.
Das erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät ist demnach eingerichtet, das erste Signal zu erzeugen, das periodisch verläuft. Jede der Perioden weist eine Gruppe von wenigstens drei Impulsen, insbesondere genau vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn Impulsen, auf. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einer Gruppe von Impulsen kann dabei insbesondere gleich sein.
Das erste elektrische Signal, bei dem es sich insbesondere um ein elektrisches Spannungssignal handelt, ist dafür vorgesehen, Nerven des Lebewesens zu reizen. Die Impulse einer Gruppe von Impulsen wirken als Reiz auf erregbare Gewebe, z. B. Nervenfasern des Lebewesens, die dadurch erregt werden, d. h. es wird ein Aktionspotenzial ausgelöst.
Die Spannungshöhe der einzelnen Impulse ist beispielsweise kleiner gleich 800 V, kleiner gleich 500 V, kleiner gleich 300 V oder kleiner gleich 200 V. Die Periode des ersten elektrischen Signals beträgt z. B. zwischen 200 μs und 1000 ms. Die Periode beträgt bevorzugt zwischen 300 μs und 500 ms.
Üblicherweise folgt die Auslösung eines Aktionspotenzials einem "Alles oder Nichts"-Prinzip, was bedeutet, dass ein Schwellenwert der elektrischen Spannung über die Zellmembran der Nervenfaser unterschritten werden muss, um die Erregung der Zelle auszulösen.
Dies geschieht im Falle der Elektrostimulation mit Impulsen, deren Ladung an der Zellmembran zu den erwähnten Potenzialänderungen führt.
Bei gewöhnlichen Elektrotherapiegeräten erfolgt die Reizung mit Einzelpulsen mit einer Dauer im Bereich von 0,02 bis 10 ms.
Relativ schmale Impulse, wie die sogenannten "Hochvoltimpulse" mit einer Impulsbreite von beispielsweise unter 50 μs benötigen zur Reizung relativ hohe Spannungen, z. B. bis ca. 500 V bzw. relativ hohe Stromdosen, z. B. größer als 1 A. Dies kann zu schmerzhaften und plötzlich einsetzenden Reizungen führen. Dies ist auch verständlich, zumal in der Haut keine homogenen elektrischen Verhältnisse vorherrschen. Der ohmsche Widerstand der Haut liegt je nach Körperregion, Durchblutung, Schwitzen usw. etwa zwischen 1 kΩ und 1 MΩ.
Die einzelnen Impulse können zumindest teilweise rechteckförmig sein und insbesondere eine Pulsbreite kleiner oder gleich 100 μs, kleiner oder gleich 50 μs oder kleiner gleich 25 μs aufweisen.
Relativ steile Impulse mit einer ebenso relativ steilen Anstiegsflanke, wie dies bei rechteckförmigen Impulsen der Fall ist, können ein kapazitives Überbrücken des Hautwiderstandes ermöglichen und koppeln dann ein von dem elektrischen Spannungssignal erzeugtes elektrisches Feld auf diese Weise an die Nervenzellen. Damit werden die in der Oberhaut gelegenen Schmerzfasern nicht erregt, wodurch die Reizung schmerzlos bleibt. Auf diese Weise können gezielt Nerven ge reizt werden, die beispielsweise im Unterhautgewebe oder in anderen tieferen Geweben des Lebewesens verlaufen. Mit dieser Reizung der Nervenstämme ermöglicht das erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät eine relativ effektive Schmerztherapie und im Falle der Reizung motorischer Nerven auch eine effektive muskelaktivierende Therapie.
Die relativ schmalen einzelnen Impulse einer Gruppe von Impulsen gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes führen somit zu keinerlei Ladung in der Haut und auch zu keinerlei Reizung von kutanen Schmerzfasern. Dies ist ein Vorteil im Vergleich zur herkömmlichen transkutanen elektrische Nerven Stimulation (TENS) Therapie zur Heimbehandlung, die üblicherweise mit Einzelimpulsen zwischen 0,2 und 1 ms angeboten wird.
Es kann jedoch möglich sein, dass aufgrund des inhomogenen Hautwiderstands diese eben erwähnte Ankoppelung mal früher und mal später eintritt, sodass es bei relativ kurzen Impulsen mit einer relativ großem Spannungsspitze, die entsprechend hohe elektrische Spitzenstromdosen hervorrufen, zu einem "Durchschlagen" des Stromes kommen kann. Dies kann zur Folge haben, dass das Lebewesen einen solchen Stromschlag als schmerzhaft empfindet.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes ist dieses derart ausgeführt, dass jeder der elektrischen Impulse eine Stärke unterhalb der Reizschwelle des Lebewesens aufweist, die Stärke der elektrischen Impulse aber groß genug ist, sodass alle Impulse einer Gruppe von Impulsen zusammen oberhalb der Reizschwelle liegen. Dadurch ist es einerseits möglich, die einzelnen Impulse zuverlässig derart zu wählen, dass diese wenn, dann nur kaum schmerzhaft sind, andererseits jedoch die einzelnen Gruppen von Impulsen eine ausreichende Stärke haben, um das Aktionspotenzial auszulösen. Dadurch ermöglicht diese Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes eine zuverlässige, aber auch eine möglichst schmerzfreie Reizung der Nerven des Lebewesens. Die einzelnen Impulse dieser Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes sind bevorzugt deutlich unterhalb der Reizschwelle dosiert, um eine schmerzfreie Anwendung zu ermöglichen. Die Gesamtheit der Impulse einer Gruppe von Impulsen wird quasi als Summationsimpuls wirksam, der in seiner Gesamtheit die gewollte Reizung hervorruft. Handelt es sich bei dem ersten elektrischen Signal um das elektrische Spannungssignal, dann betragen die Impulshöhen der einzelnen Impulse für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes beispielsweise maximal 300 V.
Die Zeitdauer zwischen dem Beginn des ersten Impulses und des letzten Impulses einer Gruppe von Impulsen kann beispielsweise kleiner als 1000 μs, kleiner als 800 μs, kleiner als 600 μs, oder kleiner gleich 300 μs sein. Insbesondere bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes mit vier Impulsen pro Gruppe von Impulsen kann die Impulsdauer insbesondere um 20 μs und die Zeitdauer zwischen dem Beginn des ersten Impulses und des letzten Impulses einer Gruppe von Impulsen in etwa 300 μs betragen.
Die einzelnen Impulse weisen nach einer Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes eine biphasische Form auf. Dies verhindert eine Polarisierung der Gewebe mit der Folge von chemischen Verätzungen. Die Gewebepolarisation kann aber auch mit relativ langen biphasischen Impulsen vermieden werden.
Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes weist dieses eine Rechenvorrichtung und einen Leistungsverstärker auf. Auf der Rechenvorrichtung kann ein Rechnerprogramm laufen, das ein zweites elektrisches Signal erzeugt, dessen Form im Wesentlichen der Form des ersten elektrischen Signals entspricht. Der Leistungsverstärker kann das erste elektrische Signal durch Verstärken des zweiten elektrischen Signals erzeugen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 ein Elektrotherapiegerät und
2 einen von dem Elektrotherapiegerät erzeugte elektrischen Spannungsverlauf.
Die 1 zeigt ein Elektrotherapiegerät 1 in teilweise blockschaltbildartiger Darstellung. Das Elektrotherapiegerät 1 weist ein Gehäuse 2, eine Rechenvorrichtung 3, einen Vorverstärker 4, einen Leistungsverstärker 5 und einen Ausgang 6 auf, an dem beispielsweise zwei Elektroden 7 angeschlossen werden können. Die Rechenvorrichtung 3 ist beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein digitaler Signalprozessor.
Die Elektroden 7 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dafür vorgesehen, in Kontakt mit der Hautoberfläche eines in den Figuren nicht näher dargestellten Lebewesens gebracht und mit einer elektrischen Spannung u(t) beaufschlagt zu werden. Die elektrische Spannung u(t) wird vom Elektrotherapiegerät 1 erzeugt und steht am Ausgang 6 bereit. Der Verlauf der Spannung u(t) ist in der 2 dargestellt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Spannung u(t) periodisch mit einer Periode T. Pro Periode T weist die Spannung u(t) eine Gruppe mehrerer äquidistant nachfolgender biphasischer Spannungsimpulse 20 auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Spannung u(t) pro Periode T vier Spannungsimpulse 20 auf, die jeweils einen ersten Impulsanteil 21 mit einer positiven elektrischen Spannung und einen zweiten Impulsanteil 22 mit einer negativen elektrischen Spannung 22 umfassen. Die ersten Impulsanteile 21 sind rechteckförmig und weisen eine Impulsbreite Δt und eine Spannungshöhe U auf. Die Zeitdauer T₁ jeder Gruppe von vier Spannungsimpulsen 20, d. h. die Zeitdauer T₁ zwischen dem Beginn des ersten Spannungsimpulses 20 einer Gruppe von Spannungsimpulsen 20 bis zum Ende des letzten Spannungsimpulses 20 dieser Gruppe beträgt T₁. Des Weiteren sind die ersten und zweiten Impulsanteile 21, 22 derart dimensioniert, dass im Mittel die elektrische Spannung u(t) 0 V beträgt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels beträgt die Spannungshöhe U jeder der ersten Impulsanteile 21 in etwa 300 V, die Impulsbreite Δt jeder der ersten Impulsanteile 21 in etwa 20 μs, die Zeitdauer T₁ zwischen dem Beginn des ersten Spannungsimpulses 20 bis zum Ende des letzten Spannungsimpulses 20 einer Gruppe von Spannungsimpulsen 20 in etwa 300 μs und die Periodendauer T in etwa 500 ms. Diese Werte können durch das Elektrotherapiegerät 1 fest vorgegeben sein oder variabel eingestellt werden.
Um die am Ausgang 6 des Elektrotherapiegerätes 1 bereitstehende elektrische Spannung u(t) zu erzeugen, läuft im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf der Rechenvorrichtung 3 ein Rechnerprogramm, das ein elektrisches Signal er zeugt, das im Wesentlichen die Form der elektrischen Spannung u(t) aufweist.
Das elektrische Signal der Rechenvorrichtung 3 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dem Vorverstärker 4 des Elektrotherapiegerätes 1 zur Vorverstärkung zugeführt. Mittels in den Figuren nicht näher dargestellter Eingabemittel, wie z. B. Tasten, Potentiometer oder einem Touchscreen, kann mittels des Vorverstärkers 4 die Spannungshöhe U der ersten Impulsanteile 21 eingestellt werden.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird dabei die Spannungshöhe U derart eingestellt, dass jeder der Spannungsimpulse 20 eine Spannungshöhe U unterhalb der Reizschwelle des Lebewesens aufweist, die Spannungsimpulse 20 einer Gruppe von Spannungsimpulsen 20 jedoch ausreichen, um zusammen oberhalb der Reizschwelle des Lebewesens zu liegen.
Außerdem ist es im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgesehen, wahlweise die elektrische Spannung u(t) mit einem niederfrequenten Signal zu modellieren. Mit den Eingabemitteln kann auch die Zeitdauer einer Anwendung mit dem Elektrotherapiegerät 1 eingestellt werden.
Das mittels des Vorverstärkers 4 verstärkte elektrische Signal der Rechenvorrichtung 3 wird dem Leistungsverstärker 5 zugeführt, der dieses Signal verstärkt, um das an den Ausgängen bereitstehende elektrische Signal u(t) zu erzeugen.
Das Elektrotherapiegerät 1 kann ferner nicht dargestellte Regel- und Messvorrichtungen umfassen, die dafür vorgesehen sind, die eingestellte Spannungshöhe U des ersten Impulsanteils 21 zu überwachen. Das Elektrotherapiegerät 1 kann auch derart ausgeführt sein, dass der erste Impulsanteil 21 eine negative und der zweite Impulsanteil 22 eine positive elektrische Spannung aufweist oder dass die beiden Impulsanteile 21, 22 umschaltbar sind. Das Elektrotherapiegerät 1 kann auch mehr als zwei Elektroden 7, z. B. vier Elektroden umfassen.
Die Spannungsimpulse 20 brauchen auch nicht notwendigerweise eine biphasische Form, wie in der 2 dargestellt, aufweisen, sondern können auch eine monophasische Form haben.

1: Elektrotherapiegerät
2: Gehäuse
3: Rechenvorrichtung
4: Vorverstärker
5: Leistungsverstärker
6: Ausgang
7: Elektroden
20: biphasische Spannungsimpulse
21: erster Impulsanteil
22: zweiter Impulsanteil
Δt: Impulsbreite
T: Periodendauer
T₁: Zeitdauer
U: Spannungshöhe
u(t): elektrische Spannung

Claims

Elektrotherapiegerät zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals (u(t)), das mittels Elektroden (7) zur Anwendung an einem Lebewesen vorgesehen ist, wobei der Signalverlauf des ersten elektrischen Signals (u(t)) periodisch mit einer Periode (T) verläuft und pro Periode (T) eine Gruppe von wenigstens drei hintereinander folgender elektrischer Impulse (20) aufweist.
Elektrotherapiegerät nach Anspruch 1, wobei jeder der elektrischen Impulse (20) eine Stärke unterhalb der Reizschwelle des Lebewesens aufweist, die Stärke der elektrischen Impulse aber groß genug ist, sodass alle Impulse (20) einer Gruppe von Impulsen (20) zusammen oberhalb der Reizschwelle liegen.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dessen erstes elektrisches Signal (u(t)) genau vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn Impulse (20) pro Periode (T) aufweist.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dessen Impulse – biphasische Impulse (20) sind und/oder – zumindest teilweise rechteckförmig sind und eine Pulsbreite (Δt) kleiner oder gleich 100 μs, kleiner oder gleich 50 μs oder kleiner gleich 25 μs aufweisen.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (20) einer Gruppe von Impulsen (20) gleich ist.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zeitdauer (T₁) zwischen dem Beginn des ersten Impulses (20) und des letzten Impulses (20) einer Gruppe von Impulsen (20) zwischen 100 μs und 1000 μs, insbesondere zwischen 200 μs und 800 μs, insbesondere zwischen 300 μs und 600 μs liegt oder gleich 300 μs ist.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Periode (T) des ersten elektrischen Signals (u(t)) kleiner als 1000 ms ist, insbesondere 500 ms beträgt.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dessen erstes elektrisches Signal ein elektrisches Spannungssignal (u(t)) ist.
Elektrotherapiegerät nach Anspruch 8, dessen Impulse (20) eine Spannungshöhe kleiner gleich 800 V, kleiner gleich 500 V, kleiner gleich 300 V oder kleiner gleich 200 V aufweisen.
Elektrotherapiegerät nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, das eine Rechenvorrichtung (3) und einen Leistungsverstärker (5) aufweist, wobei die Rechenvorrichtung mittels eines auf ihr laufenden Rechnerprogramms ein zweites elektrisches Signal erzeugt, dessen Form im Wesentlichen der Form des ersten elektrischen Signal (u(t)) entspricht und der Leistungsverstärker (5) das erste elektrische Signal durch Verstärken des zweiten elektrischen Signals erzeugt.