DE102015002565A1 - System und Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen - Google Patents

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Abstract

System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, umfassend wenigstens einen Sensor, wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit und wenigstens eine Impulseinheit, wobei der Sensor geeignet ist, einen Messwert zu messen, die Datenverarbeitungseinheit konfiguriert ist, den Messwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen, und ein Steuersignal an die Impulseinheit zu generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen, und die Impulseinheit geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und konfiguriert ist, abhängig von dem Steuersignal einen oder mehrere Stimulations-Impulsparameter zu verändern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, sowie ein Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, unter Verwendung eines solchen Systems.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt Stimulations-Impulse, insbesondere zur elektrischen Muskelstimulation (EMS) zur Stimulation von verschiedenen biologischen Geweben, insbesondere von Muskeln und Nerven, eines Nutzers zu verwenden.
  • Die elektrische Muskelstimulation, hierin auch als EMS bezeichnet, findet insbesondere Anwendung bei speziellen Indikationen im medizinischen Bereich, insbesondere der medizinischen Rehabilitation, sowie im Sport, insbesondere Hochleistungssport, und im Fitnessbereich.
  • Die Wirkungen von Stimulations-Impulsen, insbesondere zur elektrischen Muskelstimulation (EMS) auf verschiedene biologische Gewebe, insbesondere Muskel und Nerven, sowie auf den gesamten Organismus sind für viele Aspekte beschrieben und wissenschaftlich anerkannt.
  • Es ist bspw. bekannt, dass ein Stimulations-Training, bspw. ein EMS-Training, positive Auswirkungen auf die Leistung, Kraft und insbesondere den Muskelaufbau des Nutzers erzielen kann (Kayvan M. Seyri, Nicola A. Maffiuletti; Effect of Electromyostimulation Training on Muscle Strength and Sports Performance. Strength & Conditioning Journal, Vol. 33, No. 1. (February 2011), pp. 70–75).
  • Es wurde ebenfalls bereits beschrieben, dass eine elektrische Stimulation des Muskels zu einer deutlichen Steigerung der Kapillarisierung von Muskeln, um etwa 30%, führen kann (Cabric M, Appell HJ, Resic A. Stereological analysis of capillaries in electrostimulated human muscles. Int J Sports Med 1987; 8: 327–330). Dies ist vor allem bei der Anwendung im Ausdauersport interessant. Auch zeigte die Anwendung eines EMS-Trainings zur Vorbeugung von Schultersubluxationen positive Ergebnisse, die sich insbesondere in einer Reduzierung der Schultersubluxation von 14,8 auf 8,6 mm durch die gezielte Stimulation der um die Schulter liegenden Muskelgruppen zeigte. Dies hat vor allem im Anfangsstadium der Schulterverletzung eine präventive Wirkung, führt jedoch auch zur Verringerung einer wiederholten Luxation bei bereits vorgeschädigten Personen (Lucinda L Baker and Karen Parker, Neuromuscular Electrical Stimulation of the Muscles Surrounding the Shoulder, PHYS THER. 1986; 66: 1930–1937). Weiterhin konnten Zunahmen der Knochendichte und verschiedener Hormone und Enzyme des Knochenstoffwechsels durch die elektrische Stimulation nachgewiesen werden (Arija-Blázquez, A., Ceruelo-Abajo, S., Díaz-Merino, M. S., Godino-Durán, J. A., Martínez-Dhier, L., & Florensa-Vila, J. (2013). Time-course response in serum markers of bone turnover to a single-bout of electrical stimulation in patients with recent spinal cord injury. European journal of applied physiology, 113(1), 89–97; Bloomfield, S. A., Mysiw, W. J., & Jackson, R. D. (1996). Bone mass and endocrine adaptations to training in spinal cord injured individuals. Bone, 19(1), 61–68). Dabei ist der Effekt stark abhängig von der jeweiligen Zielgruppe und nach Beendigung des Trainings nicht konsistent, was deutlich macht, dass eine variablere Einsatzbarkeit und Praktikabilität der zur Stimulation verwendeten Vorrichtung wünschenswert wäre, insbesondere um auch langfristig von dieser Technologie profitieren zu können (Chen, S. C., Lai, C. H., Chan, W. P., Huang, M. H., Tsai, H. W., & Chen, J. J. J. (2005). Increases in bone mineral density after functional electrical stimulation cycling exercises in spinal cord injured patients. Disability & Rehabilitation, 27(22), 1337–1341).
  • Dabei erzielt ein EMS-Training seine positiven Auswirkungen größtenteils über neuronale Verbesserungen, wie z. B. eine gesteigerte Aktivierbarkeit. Vor allem bei kurzfristigen Trainingsprogrammen ist dies der zentrale Grund für die beobachteten Leistungssteigerungen (Bezerra, P., Zhou, S., Crowley, Z., Brooks, L., & Hooper, A. (2009). Effects of unilateral electromyostimulation superimposed on voluntary training on strength and cross-sectional area. Muscle & nerve, 40(3), 430–437; Gondin, J., Guette, M., Ballay, Y., & Martin (2005). Electromyostimulation training effects on neural drive and muscle architecture. Medicine and science in sports and exercise, 37(8), 1291; Maffiuletti, N. A., Pensini, M., & Martin, A. (2002). Activation of human plantar flexor muscles increases after electromyostimulation training. Journal of Applied Physiology, 92(4), 1383–1392).
  • Ebenfalls bekannt sind Effekte der elektrischen Stimulation auf den Knochen durch den gezielten Einsatz in der Rehabilitation, um das Wachstum von nicht mehr selbst zusammenwachsenden Röhrenknochen anzuregen. Dies wird üblicherweise entweder invasiv über implantierte Elektroden oder non-invasiv über die Hautoberfläche durchgeführt (Park, S. H., & Silva, M. (2004). Neuromuscular electrical stimulation enhances fracture healing: results of an animal model. Journal of orthopaedic research, 22(2), 382–387).
  • Ebenfalls bekannt ist die Anwendung von EMS Impulsen zur Sturzprophylaxe bei Senioren. Dabei besteht jedoch das Problem, dass mit üblichen Trainingsvorrichtungen oder -verfahren die Prävention von Stürzen aufgrund der komplexen Hintergründe schwierig ist, insbesondere da neben den intraindividuellen (intrinsischen) Problemen auch äußere (extrinsische) Umstände zu berücksichtigen sind (Kannus, P., Sievänen, H., Palvanen, M., Järvinen, T., & Parkkari, J. (2005). Prevention of falls and consequent injuries in elderly people. The Lancet, 366(9500), 1885–1893). Es konnten durch mehrere prospektive Kohorten-Studien muskuläre Defizite und eine schwache Balance als zentrale Risikofaktoren bei Senioren identifiziert werden (Gardener, M. M., M. C. Robertson & A. J. Campbell (2000). Exercise in preventing falls and fall related injuries in older people – a review of randomized controlled trials. British Journal of Sports Medicine, 34, 7–17.; Robertson, M. C., A. J. Campbell, M. M. Gardener, N. Devlin (2002). Preventing injuries in older people by preventing falls: a meta-analysis of individual-level data. Journal of the American Geriatrics Society, 50(5), 905–911.; Granacher, U., T. Muehlbauer, A. Gollhofer, R. W. Kressig & Lukas Zahner (2011). An Intergenerational approach in the promotion of balance and strength for fall prevention – A mini-review. Gerontology, 57, 304–315.). Zudem konnte nachgewiesen werden, dass die Verbesserung dieser beiden Fähigkeiten zu einer Verringerung der Anzahl an Stürzen und der durch Stürze bedingten Verletzungen um 17–35% führte (Robertson, M. C., A. J. Campbell, M. M. Gardener, N. Devlin (2002). Preventing injuries in older people by preventing falls: a meta-analysis of individual-level data. Journal of the American Geriatrics Society, 50(5), 905–911.; Sherrington, C., J. C. Whitney, S. R. Lord, R. D. Herbert, R. G. Cumming & J. C. T. Close (2008). Effective exercise fort he prevention of falls: A systematic review and meta-analysis. Journal of the Geriatric Society, Journal Compilation, 1–10.). Da Senioren im Alltag eher dazu neigen schnelle Bewegungen tendenziell zu vermeiden, verliert der Körper mit den Jahren diese Fähigkeit. Es kommt zu einem Abbau der spezifischen Typ-II Muskelfasern, welche dafür zuständig sind große Kräfte in kurzer Zeit zu erzeugen. Dies führt unter anderem dazu, dass der Betroffene bei einem frontalen Gleichgewichtsverlust sein Bein aufgrund des muskulären Defizits nicht mehr schnell genug nach vorne vor seinen Körperschwerpunkt bekommt und deswegen stürzt. Aufgrund des Typ-II-Mangels könnte es dem Stürzenden zudem nicht möglich sein, seine Arme rechtzeitig zum Schutz vor den Körper zu bewegen. Dies kann die Auswirkungen durch einen Sturz auf den Kopf oder sogar das Gesicht drastisch verschlimmern. Dabei ist es für Senioren nahezu unmöglich nach einem umfangreichen Abbau der weißen Muskelfasern ein herkömmliches Wiederaufbautraining zu beginnen, da die Ansteuerung dieser Fasern den Einsatz hoher Kräfte benötigt, insbesondere ist dies für viele ältere Menschen aufgrund von verschiedensten körperlichen Verschleiß-erscheinungen nicht möglich. Es ist daher wünschenswert die Stimulationsanwendung dahingehend zu verbessern, dass effektiver und einfacher Kraftfähigkeiten von älteren Menschen möglichst lang erhalten, bzw. wieder aufgebaut werden können.
  • Dies würde zu einer Verbesserung der Lebensqualität der älteren Menschen durch eine Reduktion des Sturzrisikos und dadurch zu einer Verringerung der wirtschaftlichen Kosten für akute Krankenhausaufenthalte oder Rehabilitations-Maßnahmen führen. Besonders im Zusammenhang mit der Regenerationsfähigkeit des Körpers könnten mittels eines verbesserten Stimulationstrainings- oder verbesserten Systemen zur Stimulationssteuerung, insbesondere eines verbesserten EMS-Trainings, um so einen effektiven und größerer Kraftzuwachs und gleichzeitig ein geringeres Ermüdungsempfinden nach dem Training zu erreichen. Aufgrund eines derartig verbesserten Stimulationstrainings würde insbesondere eine Verkürzung der Regenerations- bzw. Rehabilitationszeiten bei verschiedenen Verletzungs- bzw. Krankheitsbildern erreicht werden. Für den Leistungssport bedeutet das eine Ausweitung des Trainingsumfanges bzw. der Intensität und für den Bereich der rehabilitativen Maßnahmen könnte dies zu einer deutlichen Reduktion von Krankenhauskosten und Reha-Aufenthalten führen.
  • Auch hinsichtlich der Behandlung verschiedener Erkrankungen, wie bspw. Chronischer obstruktiver Lungenkrankheit (COPD) (Zanotti, E., Felicetti, G., Maini, M., & Fracchia, C. (2003). Peripheral muscle strength training in bed-bound patients with COPD receiving mechanical ventilation: effect of electrical stimulation. CHEST Journal, 124(1), 292–296), Herzfehlern (Vaquero, A. F., Chicharro, J. L., Gil, L., Ruiz, M. P., Sanchez, V., Lucia, A., ... & Gomez, M. A. (1998). Effects of muscle electrical stimulation on peak VO2 in cardiac transplant patients. International journal of sports medicine, 19(5), 317–322; A randomised study of home-based electrical stimulation of the legs and conventional bicycle exercise training for patients with chronic heart failure Stuart Harris, John P Le-Maitre, Graham Mackenzie, Keith A. A Fox, Martin A Denvir European Heart Journal May 2003, 24 (9) 871–878; Nuhr, M. J., Pette, D., Berger, R., Quittan, M., Crevenna, R., Huelsman, M., ... & Pacher, R. (2004). Beneficial effects of chronic low-frequency stimulation of thigh muscles in patients with advanced chronic heart failure. European heart journal, 25(2), 136–143; Deley, G., Kervio, G., Verges, B., Hannequin, A., Petitdant, M. F., Salmi-Belmihoub, S., ... & Casillas, J. M. (2005). Comparison of low-frequency electrical myostimulation and conventional aerobic exercise training in patients with chronic heart failure. European Journal of Cardiovascular Prevention & Rehabilitation, 12(3), 226–233; Dobsák, Petr, et al. "Electrical Stimulation of Skeletal Muscles An Alternative to Aerobic Exercise Training in Patients With Chronic Heart Failure?." International heart journal 47.3 (2006): 441–453; Karavidas, A., Parissis, J., Arapi, S., Farmakis, D., Korres, D., Nikolaou, M., ... & Kremastinos, D. T. (2008). Effects of functional electrical stimulation on quality of life and emotional stress in patients with chronic heart failure secondary to ischaemic or idiopathic dilated cardiomyopathy: A randomised, placebo-controlled trial. European journal of heart failure, 10(7), 709–713; Sbruzzia, G., Ribeiro, R. A., Schaan, B. D., Signori, L. U., Silva, A. M., Irigoyen, M. C., & Plentz, R. D. (2010). Functional electrical stimulation in the treatment of patients with chronic heart failure: a meta-analysis of randomized controlled trials. European Journal of Cardiovascular Prevention & Rehabilitation, 17(3), 254–260), Knieverletzungen (A home-based protocol of electrical muscle stimulation for quadriceps muscle strength in older adults with osteoarthritis of the knee; Laura A Talbot, Jean M Gaines, Shari M Ling, and E Jeffrey Metter, J Rheumatol July 2003 30(7): 1571–1578; Durmuş, D., Alaylı, G., & Cantürk, F. (2007). 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Journal of neurophysiology, 95(4), 2380–2390), kann der Einsatz von EMS-Therapie positive Effekte haben.
  • Eine Zusammenfassung der Ergebnisse zahlreicher Studien am Menschen kann Doucet et al. (Doucet, B. M., Lam, A., & Griffin, L. (2012). Neuromuscular electrical stimulation for skeletal muscle function. The Yale journal of biology and medicine, 85(2), 201) entnommen werden, worin insbesondere positive Effekte des EMS-Trainings bezüglich Muskelmasse, Zirkulation, Blutfluss, Schmerzreduzierung, Wundheilung und eine Reduktion von Spasmen, bestätigt werden.
  • Neben der insgesamt schnelleren Genesung, insbesondere nach einem Eingriff, spielt zusätzlich das Aufenthalt-verkürzende präoperative Training und das selbst durchführbare Training zu Hause eine wichtige Rolle (Zanotti, E., Felicetti, G., Maini, M., & Fracchia, C. (2003). Peripheral muscle strength training in bed-bound patients with COPD receiving mechanical ventilation: effect of electrical stimulation. CHEST Journal, 124(1), 292–296).
  • Schließlich finden im Stand der Technik EMS-Impulse Anwendung im Fitnessbereich, insbesondere um das äußeres Erscheinungsbild zu verbessern. Ein EMS-Training über 14 Wochen mit Trainingseinheiten à 30 Minuten an jedem fünften Tag führte bspw. zu einer Reduktion des abdominalen Körperfettanteils um –6,8 ± 5,4%, der Gesamtkörperfettmasse um –6,3 ± 5,3%, des Taillenumfangs um –5,7 ± 1,9% und zu einer Zunahme der appendikulären Muskelmasse um +0,8 ± 1,6% (n. s.!) (Kemmler, W., Birlauf, A., & von Stengel, S. (2010). Einfluss eines EMS-Trainings auf die Körperzusammensetzung bei älteren Männern mit metabolischem Syndrom. Die Test II-Studie. Deutsche Zeitschrift fur Sportmedizin, 61(5), 117). Auch bei Frauen nach der Menopause, insbesondere mit einem Alter von 55 oder mehr Jahren, konnte nach 22 Einheiten in 14 Wochen eines Abnahme des Körpergewichts um –1.9 ± 1.7 kg, der Hautfaltendicke um –8.6%, des Taillen- und Hüftumfangs um –2.3% und eine Zunahme der isometrischen Maximalkraft der Rumpfflexoren und -extensoren um +9.9%, der isometrischen Kraft in der Beinpresse (+9.6%) und der Sprungkraft (Leistung) um +8.7% beobachtet werden (KEMMLER, W., SCHLIFFKA, R., & VON STENGEL, S. (2009) Effekt von Ganzkörper-Elektromyostimulation auf physiologische und muskuläre Parameter älterer Menschen. Der Training and ElectroStimulation Trial (TEST). Abschlussbericht Institut für Medizinische Physik, Universität Erlangen-Nürnberg).
  • Das Dokument CA 2537177 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Muskelstimulation, um die Herzpumpfunktion über eine zusätzliche Muskelstimulation zu unterstützen. Die Vorrichtung umfasst eine Impuls-erzeugende Einheit zu Erzeugung und Ausgabe eines elektrischen Stimulationsimpulses, eine Kontrolleinheit zur Steuerung der Impuls-erzeugenden Einheit und zur Gewährleistung, dass der Stimulationsimpuls den zu stimulierenden Muskel erreicht. Weiterhin wird eine Nachweiseinheit bereitgestellt zum Nachweisen des momentanen spontanen oder stimulierten Herzrhythmus des Trägers der Vorrichtung. Zudem werden eine Zähleinheit und eine Speichereinheit bereitgestellt, um die Anzahl an in einer vorbestimmbaren Zeit gegebenen Stimulationsimpulsen zu zählen und zu speichern. Eine weiterhin bereitgestellte Determinationseinheit dient der Bestimmung einer durchschnittlichen Stimulationsfrequenz innerhalb einer definierbaren Zeitspanne, sowie Impulsspeichermittel mit einer Recheneinheit. Die Recheneinheit dient dem Berechnen eines Stimulationsmusters gemäß einer Gleichung, die das Stimulationsmuster als eine Funktion über der durchschnittlichen Stimulationsfrequenz bestimmt. Insbesondere wird der Impuls anhand der R-Zacken des EKGs, des Herzschlages, gesteuert.
  • Es besteht jedoch ein Bedarf an Systemen zur Impuls-Stimulation, die eine verbesserte Nutzerfreundlichkeit und verbesserte Bedienfreundlichkeit aufweisen, so dass ein Nutzer ein derartiges System oder entsprechendes Verfahren im häuslichen Umfeld, insbesondere aber im Freien und ohne fremde Hilfe nutzen kann. Derartige Systeme sind insbesondere ungeeignet für eine Verwendung beim Sport, insbesondere im Freien, bspw. außerhalb eines Studios, da sie grundlegend stationär sind, bspw. vorgesehen sind für den Einsatz in einem Fitnessstudio oder einer Arztpraxis, und damit wenig flexibel in Ihrer Anwendbarkeit sind. Besonders nachteilig ist dabei die üblicherweise umfangreiche Verkabelung zwischen dem Nutzer und der Datenverarbeitungseinheit oder Energiequelle, die die Bewegungsfreiheit zusätzlich einschränkt und relativ unkomfortabel ist. Zudem ist die Abgabe der Stimulationsimpulse durch vorgebbarer Intensität und Dauer, oder durch vorgebbaren Programme, ermöglicht – häufig jedoch kompliziert- und eine individualisierte Anpassung an die spezifischen Gegebenheiten des Nutzers, insbesondere während einer Anwendung, nur in geringem Umfang erlaubt. Die in CA 2537177 A1 beschriebene Vorrichtung erlaubt lediglich anhand der R-Zacken des EKGs, die Impulse anzupassen.
  • Weiterhin haben bekannte Systeme den Nachteil, dass, insbesondere bei Bewegung und generell bei konkaven Körperregionen, Elektroden verrutschen, sich Anschlüsse lösen, Elektroden schlecht anliegen. Dies ist der Fall, da die Elektroden entweder befeuchtet werden müssen oder auf ein Kontaktgel angewiesen sind. Daher wird üblicherweise oftmals vorgeschlagen feuchte Kleidung zu tragen. Weiterhin nachteilhaft ist, dass eine Verkabelung der Systeme, bspw. zwischen Elektroden und einer Steuereinheit, insbesondere beim Sport, hinderlich sind, da diese auftragen und/oder nicht ausreichend flexibel sind. Zudem machen ein relativ mühsames Anziehen und Platzieren der Elektroden die Verwendung unkomfortabel.
  • Das Dokument DE 10 2013 106 864 A1 offenbart ein Bekleidungsstück, welches eine Anregung von Muskelgruppen und Nerven erlaubt. Dabei kann ein solches Bekleidungsstück wenigstens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens einer physikalischen Größe aufweisen. Die Sensoren dienen dabei jedoch der Informationssammlung, ohne dass das Dokument offenbart wie die aufgezeichneten Sensordaten verwendet werden.
  • Das DE 20 2014 102 735 U1 offenbart eine Vorrichtung zur muskulären Stimulation von Bein- und/oder Gesäßmuskulatur durch Elektromyostimulation in Form einer Strumpfhose. Dabei weist die Vorrichtung eine Strumpfhose und weiterhin wenigstens einen Sensor für die Aufnahme der Herzaktivität und eine Signalverarbeitungseinheit, die zur Verarbeitung der Signale der Herzaktivität und der ausgewählten Programmfunktion zu einem Stimulationssignal geeignet ist, auf. Jedoch wird hierdurch lediglich die Anpassung der Stimulation an bestimmte Herzparameter ermöglicht.
  • Insbesondere besteht bei üblichen Stimulationsanwendungen und Stimulationssystemen das Problem, dass diese ein direktes Feedback über die Richtigkeit der Anwendung, die Anpassung der Anwendung an den jeweiligen Zustand des Nutzers oder den Trainingsfortschritt, insbesondere im Breiten- oder Leistungssportbereich, während einer Anwendung nicht erlauben. Weiterhin besteht das Problem, das übliche Stimulationsanwendungen und Stimulationssysteme dem Nutzer wenig Anreiz und Information über den jeweiligen Zustand des Nutzers oder den Trainingsfortschritt während einer Anwendung bieten.
  • In allen medizinischen Anwendungsbereichen, sowie auch im Bereich des Sports, insbesondere Hochleistungssports, und auch im Fitnessbereich, ist es daher ein Bedürfnis, ein Stimulationstraining, insbesondere ein EMS-Training, dahingehend zu verbessern, dass dieses hinsichtlich seiner Wirkung, Anwendbarkeit und Akzeptanz durch den Nutzer verbessert wird. Insbesondere besteht ein Bedarf an einem effektiveren System- oder Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer. Ein weiteres Bedürfnis besteht darin, derartige Systeme dahingehend fortzubilden, dass üblicherweise vorhandene Komponenten, wie Sensor, Recheneinheit und Aktor insb. zur Rückkoppelung und nicht nur zur Kalibrierung verwendet werden.
  • Darüber hinaus sind Anwendungen von Stimulationsimpulsen im Freizeitbereich, im Zusammenhang mit Spielen, wie Computer- oder Konsolenspielen, Bewegungsspielen, wie Lasertag, Paintball, oder dergleichen, oder im Erotikbereich, bisher nicht bekannt.
  • Es soll auch verstanden werden, dass üblicherweise eine Impulseinheit, die geeignet ist Stimulations-Impulse auszulösen, für jede Elektrode einen Kanal aufweist. Mit einem Kanal kann somit nur eine Elektrode und nur die jeweilige Muskelgruppe angesteuert werden. Dies ist unflexibel und komplex, wenn man mehrere Muskelgruppen unabhängig voneinander ansteuern will.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile überwindet.
  • Eine Anwendung von Stimulations-Anwendungen, insbesondere von EMS-Impulsanwendungen, im nicht-sportbezogenen Freizeitbereich, insbesondere im Bereich von Computerspielen, ist nicht bekannt.
  • Es ist deshalb eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zur Steuerung von Stimulations-Impulsen für den Freizeitbereich, insbesondere den nicht-sportbezogenen Freizeitbereich, insbesondere den Bereich von Computerspielen bereitzustellen.
  • Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Gegenstände der vorliegenden Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer nach Anspruch 1.
  • Ein solches erfindungsgemäßes System umfasst wenigstens einen Sensor, wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit und wenigstens eine Impulseinheit, wobei
    • a. der Sensor geeignet ist, einen Messwert zu messen,
    • b. die Datenverarbeitungseinheit konfiguriert ist, den Messwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen, und ein Steuersignal an die Impulseinheit zu generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen,
    • c. die Impulseinheit geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und konfiguriert ist, abhängig von dem Steuersignal einen oder mehrere Stimulations-Impulsparameter zu verändern.
  • Die hierin beschriebenen Aufgaben werden auch durch ein System nach Anspruch 2 gelöst. Ein solches System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, umfassend wenigstens
    eine Datenverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, ein Steuersignal an eine Impulseinheit zu generieren, und
    eine Impulseinheit, wobei die Impulseinheit geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und
    wobei die Impulseinheit wenigstens einen Kanal umfasst, wobei an den Kanal wenigstens zwei Elektroden anschließbar und unabhängig voneinander steuerbar sind, wobei das System bevorzugt ein System nach Anspruch 1 ist.
  • Die hierin beschriebenen Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, unter Verwendung eines Systems, insbesondere tragbaren Systems, nach der vorliegenden Erfindung gelöst. Ein derartiges Verfahren, bei dem eine Impulseinheit einen oder mehrere Stimulations-Impulse auslöst, umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
    • a. Messen eines Messwertes,
    • b. Vergleichen des Messwertes mit einem Schwellenwert,
    • c. Generieren eines Steuersignals, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen,
    • d. Verändern eines Stimulations-Impulsparameters abhängig von dem Steuersignal.
  • Es soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass ein jedes Merkmal, das hierin im Zusammenhang mit einem System nach der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, auch ein Merkmal eines erfindungsgemäßen Verfahrens sein kann, und umgekehrt.
  • Ein solches erfindungsgemäßes System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen sowie ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, unter Verwendung eines solchen erfindungsgemäßen Systems erlaubt vorteilhaft, während einer Stimulation bzw. während einer Stimulationsanwendung Stimulations-Impulsparameter abhängig von den vom Sensor gemessenen Messwerten zu verändern. Dies erlaubt zum einen ein unmittelbares Feedback an den Nutzer abhängig von den gemessenen Messwerten bereitzustellen, zum anderen wird die unmittelbare und automatisierte Anpassung von Stimulations-Impulsparametern abhängig von den durch den Sensor gemessenen Messwert ermöglicht.
  • Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes System und/oder Verfahren den mittels Sensor gemessenen Messwert mittels geeigneter Algorithmen mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Ein derartiger Algorithmus kann vorteilhaft in der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben oder vorgebbar sein. Wenn anhand des Algorithmus festgestellt werden kann, dass der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierten Verhältnis zueinander stehen, wird ein entsprechendes Steuersignal generiert und abhängig von dem Steuersignal ein Impulsparameter verändert. Ein entsprechender Stimulationsimpuls mit geändertem Impulsparameter kann dann von der Impulseinheit ausgelöst werden. Somit kann bspw. die Stimulationsimpulsintensität in Abhängigkeit von dem Messwert erhöht oder erniedrigt werden.
  • Ein derartiges System und/oder Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, sowie ein mittels des Verfahrens und/oder des Systems durchführbares Stimulationstraining, insbesondere ein EMS-Training, stellt somit ein verbessertes System bzw. Verfahren bereit, dass gegenüber im Stand der Technik bekannten Systemen oder Verfahren hinsichtlich seiner Wirkung, Anwendbarkeit und Akzeptanz durch den Nutzer verbessert ist. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung in ihren verschiedenen Aspekten ein effektiveres System – bzw. Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer bereit. Dabei können insbesondere üblicherweise vorhandene Komponenten, wie Sensor, Datenverarbeitungseinheit und Impulseinheit zur Rückkoppelung und/oder Feedback an den Nutzer und nicht nur zur Kalibrierung verwendet werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff „Stimulation an einem Nutzer” bevorzugt eine einzelne Anwendung von ggf. mehreren Stimulationsimpulsen an dem Nutzer verstanden werden, bspw. eine einzelne medizinische Behandlung oder Sitzung währen der Stimulations-Impulse an den Nutzer abgegeben werden, eine Trainingseinheit, oder dergleichen. Es wird jedoch unmittelbar verstanden werden, dass je nach spezifischer Anwendung des Verfahrens oder Systems nach der vorliegenden Erfindung eine Wiederholung der Anwendung, insbesondere eine Wiederholung des Verfahrens möglich oder gewollt ist. Insbesondere bei der medizinischen oder sportlichen Anwendung des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens, kann eine solche „Stimulation an einem Nutzer” Teil einer Behandlung bzw. Trainings sein, das die mehrfache Anwendung der „Stimulation an einem Nutzer” umfasst.
  • Unter dem Begriff „Steuerung von Stimulations-Impulsen”, wie hierin verwendet, soll bevorzugterweise verstanden werden, dass die Abgabe eines Stimulationsimpulses oder einer Mehrzahl von Stimulationsimpulsen von dem erfindungsgemäßen System gesteuert werden. Dabei umfasst eine derartige Steuerung insbesondere, dass eine Impulseinheit derart gesteuert wird, dass diese Impulseinheit einzelne oder mehrere Stimulations-Impulse auslöst, die abhängig von dem Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparameter veränderlich sind. Der Begriff „Steuerung von Stimulations-Impulsen” soll deshalb bevorzugterweise auch umfassen, dass ein oder mehrere Stimulations-Impulse einzeln oder in Kombination, abhängig von dem Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparameter verändert werden. Ein „Sensor, der geeignet ist, einen Messwert zu messen” soll bevorzugterweise ein Sensor sein, der geeignet ist wenigstens eine physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe zu erfassen. Ein „Sensor” wie hierin verwendet, bezeichnet bevorzugtererweise einen Detektor für eine derartige physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe, einen Aufnehmer oder (Mess-)Fühler für eine derartige physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe. Ein Sensor kann dabei als ein technisches Bauteil verstanden werden, das eine derartige physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe qualitativ oder als den Messwert quantitativ erfassen kann. Eine derartige physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Zeit, Druck, Ultraschall, elektrischen Widerstand, insbesondere elektrischer Widerstand eines biologischen Gewebes, bevorzugterweise Muskel, Beschleunigung, Lage, Position, Bewegung, Pulsfrequenz, Herzfrequenz, Temperatur, Wärmestrahlung, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit, oder dergleichen, pH-Wert, Ionenstärke, elektrochemisches Potential, stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung. Diese physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größen werden mittels ihrer physikalischen oder chemischen oder Positions- oder akustischen Effekte von dem Sensor als Messwert erfasst und an die Datenverarbeitungseinheit weitergeleitet, die konfiguriert ist, den Messwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen und ein Steuersignal an die Impulseinheit zu generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen. Insbesondere kann eine derartige physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe eine für den Körper des Nutzers charakteristische physikalische oder chemische oder Positions- oder akustische Größe sein. Im Zusammenhang mit einem Sensor, der geeignet ist einen elektrischen Widerstand als Messwert zu erfassen, soll verstanden werden, dass insbesondere ein elektrischer Widerstand eines biologischen Gewebes, bevorzugterweise eines Muskels, gemeint ist. Es soll jedoch auch verstanden werden, dass zusätzlich oder alternativ auch der elektrische Widerstand anderer biologischer Gewebe als Messwert von einem Sensor im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemessen werden kann, insbesondere bspw. Knochen und/oder Haut, Fettgewebe, insbesondere Fettgewebe über einem Muskel, sowie anderes Gewebe auf die elektrischen Impulse reagiert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens ist der Sensor ausgewählt aus Zeitsensor, insbesondere Uhr, Drucksensor, Ultraschallsensor, Akustik-Sensor, Berührungssensor, Widerstandssensor, insbesondere zur Körperwiderstandsmessung, Elektromyographiesensor, Beschleunigungssensor, Lagesensor, Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor, Sensor zur Messung der Sauerstoffsättigung, Sensor zur Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA); Sensor zur Messung von Magnetwiderstand; Bewegungssensor, Berührungssensor, Pulsfrequenzsensor, Herzfrequenzsensor, EKG-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Erfassung einer Fettverbrennung, Kalorienverbrauchssensor, Schweißsensor, Standort-, insbesondere GPS-, Sensor, Atemsensor, insbesondere zur Messung von Atemfrequenz und/oder Atemtiefe, Spirometrie-Sensor, Laktatsensor-Sensor, Blutzucker-Sensor, ph-Sensor und dergleichen.
  • Das erfindungsgemäße System kann insbesondere einen Sensor umfassen, der die EMG-Aktivität des Nutzers misst. Ein derartiger Sensor kann ein Elektromyographiegerät oder ein Teil davon sein. Dies erlaubt vorteilhaft eine EMG-Aktivität des Nutzers zu messen und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Der Stimulationsimpuls wird bspw. ausgelöst, sobald an einer entsprechenden Muskulatur über den EMG-Sensor eine willentliche Aktivierung des Muskels über das Gehirn nachgewiesen werden kann. Dies ermöglicht eine genaue zeitliche Koordination aus Impuls und natürlicher Kontraktion, was Vorteile bzgl. Koordination und Funktionalität zeigt. Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens kann insbesondere vorteilhaft für den Sport-, als auch für den Reha-Bereich sein.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Ultraschall-Sensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft eine Bestimmung der Körperzusammensetzung des Nutzers und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Über Ultraschall lässt sich die allgemeine Zusammensetzung des unter dem Sensor liegenden Gewebes des Nutzers sehr gut ermitteln. Dies erlaubt es zum einen den generellen Zustand des Nutzers zu ermitteln, bspw. ein Fett-Muskel-Verhältniss, oder dergleichen, und zum anderen kann während Bewegungen nachvollzogen werden, ob ein Muskel an andere Stellen wandert, oder ob sich die Zusammensetzung des Gewebes durch die Bewegung verändert. Beispielsweise wird durch die Anspannung und Bewegung subkutanes Fettgewebe beiseite gedrückt werden und die Elektrode liegt fast direkt auf dem Muskel. Dadurch kann während der Kontraktion die Stimulation entsprechend verstärkt oder verringert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Sensor zur Körperwiderstandsmessung umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft eine Bestimmung des Körperwiderstands des Nutzers und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise kann hierdurch eine automatische Anpassung von Stimulations-Impulsparametern, insbesondere der Stimulations-Impulsintensität, an den jeweiligen Körperwiderstand ermöglicht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da nur noch die Gesamtintensität angepasst werden kann. Über Körperwiderstandsmessung lässt sich die allgemeine Zusammensetzung des unter dem Sensor liegenden Gewebes des Nutzers sehr gut ermitteln. Dies erlaubt es zum einen den generellen Zustand des Nutzers zu ermitteln, bspw. ein Fett-Muskel-Verhältnis, oder dergleichen, und zum anderen kann während Bewegungen nachvollzogen werden, ob ein Muskel an andere Stellen wandert, oder ob sich die Zusammensetzung des Gewebes durch die Bewegung verändert. Beispielsweise wird durch die Anspannung und Bewegung subkutanes Fettgewebe beiseite gedrückt werden und die Elektrode liegt fast direkt auf dem Muskel. Dadurch kann während der Kontraktion die Stimulation entsprechend verstärkt oder verringert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Drucksensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft eine Bestimmung eines Druckes des Nutzers und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise kann ein derartiger Drucksensor in oder an einem Schuh des Nutzers angeordnet sein. Ein Druckanstieg auf der Schuhsohle kann als Messwert gemessen werden und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls, auslösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Wenn bspw. durch den Messwert deutlich wird, dass zu dem jeweiligen Zeitpunkt ein Bodenkontakt mit dem Fuß besteht, kann gemäß dem erfindungsgemäßen System und/oder Verfahren ein Stimulationsimpuls erzeugt werden. Sobald der Messwert auf einen deutlichen Ruhewert abgesunken ist, zeigt dies das Verlassen des Bodens an, und der Stimulationsimpuls kann verändert, insbesondere beendet werden. Dies ermöglicht erneut eine optimale funktionelle Stimulation.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Beschleunigungssensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft eine Bestimmung einer Beschleunigung des Nutzers, insbesondere einer Bewegung, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise kann ein derartiger Beschleunigungssensor das Einnehmen und/oder Überschreiten bestimmter Abstände zu dem Sensor messen. Ein Einnehmen und/oder Überschreiten bestimmter Abstände zu dem Sensor kann als Messwert gemessen werden und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls, auslösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft eine Bestimmung einer Sauerstoffsättigung von biologischem Gewebe, insbesondere der Muskulatur, des Nutzers, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise kann ein derartiger Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor die Sauerstoffsättigung von biologischem Gewebe messen und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls, auslösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern, insbesondere der Intensität verändert ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann insbesondere vorteilhaft Anwendung im Bereich des Seniorensports finden. Ein derartiger Nahinfrarotspektroskopie-Sensor kann derart ausgestaltet sein, dass dieser mittels Infrarotlicht die Sauerstoffsättigung in Muskeln des Nutzers während einer Stimulations-Anwendung misst. Dabei kann insbesondere der Anteil in Prozent des Hämoglobin-und-Myoglobin-tragendenden Sauerstoffs in den Kapillaren und Zellen von Muskelgewebe gemessen werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Sensor zur Bioelektrische Impedanzanalyse umfassen. Dabei kann die Bestimmung der Körperzusammensetzung des Nutzers gemessen werden. Dabei können als Messwerte insbesondere eines oder mehrere von Körperwasser (TBW), fettfreie Masse (FFM), Magermasse (IBM), Fettmasse (FM), Körperzellmasse (BCM), und Extrazelluläre Masse (ECM), gemessen werden. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung einer derartigen Ganzkörpermessung des Nutzers, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Stimulations-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Über Bioelektrische Impedanzanalyse lässt sich die allgemeine Zusammensetzung des unter dem Sensor liegenden Gewebes des Nutzers sehr gut ermitteln. Dies erlaubt es zum einen den generellen Zustand des Nutzers zu ermitteln, bspw. ein Fett-Muskel-Verhältnis, oder dergleichen, und zum anderen kann während Bewegungen nachvollzogen werden, ob ein Muskel an andere Stellen wandert, oder ob sich die Zusammensetzung des Gewebes durch die Bewegung verändert. Beispielsweise wird durch die Anspannung und Bewegung subkutanes Fettgewebe beiseite gedrückt werden und die Elektrode liegt fast direkt auf dem Muskel. Dadurch kann während der Kontraktion die Stimulation entsprechend verstärkt oder verringert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Sensor zur Bestimmung des Magnetwiderstands umfassen. Dabei kann die Bestimmung des Magnetwiderstands des Nutzers gemessen werden. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung eines derartigen Magnetwiderstands des Nutzers, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Hierdurch kann vorteilhaft insbesondere eine Intensitätssteigerung und Muskel-Leistungsdiagnostik durch magnetisches Feld zwischen Gliedmaßen erfolgen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Schweißsensor umfassen. Dabei erlaubt ein derartiger Schweißsensor vorteilhaft Rückschlüsse auf zu trinkende Menge Flüssigkeit während und/oder nach einer Simulationsanwendung, bspw. nach einem Training.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen GPS-Sensor zur Bestimmung der GPS-Position des Nutzers umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung einer GPS-Position des Nutzers, insbesondere einer Bewegung insgesamt, der Ortung des Nutzers, der Bestimmung der Geschwindigkeit des Nutzers und/oder des Höhenprofils, insbesondere eines Auf- oder Anstiegs, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Beschleunigungs-Sensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von detektierten Bewegungen der Gliedmaßen des Nutzers zur Nachvollziehung von Techniken und/oder Koordination oder allgemeiner Bewegungen des Nutzers, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Hierdurch kann vorteilhaft insbesondere eine Intensitätssteigerung und Muskel-Leistungsdiagnostik durch magnetisches Feld zwischen Gliedmaßen erfolgen. Beispielsweise kann ein derartiger Beschleunigungs-Sensor zusätzlich oder alternativ zu einem Drucksensor in oder an einem Schuh des Nutzers angeordnet sein. Ein Messwert des Beschleunigungssensors auf der Schuhsohle kann gemessen werden und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls, auslösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Ein Anstieg des Messwerts auf der Schuhsohle kann einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls, auslösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Elektrokardiogramm(EKG)-Sensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessenen Herzwerten, insbesondere des Herzschlages, umfassend HRV, und damit die Analyse von Fehlfunktionen bzw. Unregelmäßigkeiten bei dem Nutzer, und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Die Herzfrequenz und insbesondere die HRV kann bspw. als Stressmarker genutzt werden, um die Gesamtintensität des Training über die Stimulationsparameter herunterzufahren und dient somit bspw. als ”Not-Stopp”, um Überlastungen zu vermeiden. Andererseits kann auch bei einer zu geringen Belastung und einer entsprechend gegensätzlichen Zielsetzung des Trainings die Gesamtbelastung über eine Anpassung der Stimulationsparameter erhört werden.
  • In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren eine von Herzparametern unabhängige Messung. Insbesondere sind in einer alternativ bevorzugten Ausführungsform die Messwerte Herz-unabhängige Messwerte, insbesondere nicht Herzwerte, ausgewählt aus Herzfrequenz, Herzschlag, Puls und HRV.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Atemsensor, insbesondere Dehnmessstreifen, umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Atemfrequenz und/oder Atemtiefe, und damit auch die Analyse, Dokumentation und Leistungsdiagnostik, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Neben einer möglichen Leistungsdiagnostik und Einschätzung des Trainingsintensität (Bei einer zu geringen Belastung und einer entsprechend gegensätzlichen Zielsetzung des Trainings kann die Gesamtbelastung über eine Anpassung der Stimulationsparameter erhöht werden), ist auch eine zeitliche Abstimmung des Impulses möglich, sodass die Stimulation insoweit möglich nur während der Ausatemphasen einsetzt, um die Atmung bspw. über eine gleichzeitige Stimulation der Atemhilfsmuskulatur, z. B. der Brust, nicht einzuschränken.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Spirometrie-Sensor, insbesondere einen O2- und/oder CO2-Sensor, umfassen. Hierzu kann das erfindungsgemäße System insbesondere eine Atemmaske umfassen. Ein derartiger Spirometrie-Sensor erlaubt vorteilhaft die Messung des Metabolismus. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Messwerte zur Festlegung von Trainingsbereichen, Überwachung der Belastung, und dergleichen, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Bei einer zu geringen Belastung und einer entsprechend gegensätzlichen Zielsetzung des Trainings kann somit die Gesamtbelastung über eine Anpassung der Stimulationsparameter erhöht werden. Die Trainingsbelastung kann entsprechend durchgeführter Leistungsdiagnostiken, insbesondere im Ausdauerbereich, somit optimal angepasst werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Laktatsensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Blutlaktatwerte, und damit auch die genauere Trainingssteuerung, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Bei einer zu geringen Belastung und einer entsprechend gegensätzlichen Zielsetzung des Trainings kann bspw. die Gesamtbelastung über eine Anpassung der Stimulationsparameter erhöht werden. Die Trainingsbelastung kann entsprechend durchgeführter Leistungsdiagnostiken, insbesondere im Ausdauerbereich, somit optimal angepasst werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Temperatursensor, insbesondere einen Thermometer, umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Körperkerntemperatur und Außentemperatur, und damit auch eine Berechnung des Kalorienverbrauchs, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise, kann eine als Messwert erfasste Temperatur des Nutzers eine ”Not-Stopp”-Funktion auslösen, um Überlastung des Körpers zu vermeiden. Außerdem können Angaben über die Effekte des durchgeführten Trainings gemacht werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Sensor zur Bestimmung von Blutzuckerwerten und/oder pH-Werten des Nutzers umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Blutzuckerwerten und/oder pH-Werten, und damit auch die Analyse und Dokumentation physiologischer Auswirkungen der Stimulationsanwendung und/oder des Trainings, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Akustiksensor umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Geräusche des Nutzers, bspw. von Atemgeräuschen, insbesondere Schnarch-Geräuschen, und damit auch einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Ein solcher Akustiksensor kann zur Nutzung der Atemgeräusche wie Verwendung der Dehnmessstreifen zur Messung der Atmung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiger Akustiksensor zur Auswertung akustischer Kommandos verwendet werden. Beispielsweise kann ein gesprochenes Wort, z. B. „Stopp”, zum Pausieren der Stimulationsimpulse führen. Bei einer zu geringen Belastung und einer entsprechend gegensätzlichen Zielsetzung des Trainings kann somit die Gesamtbelastung über eine Anpassung der Stimulationsparameter erhöht werden. Die Trainingsbelastung kann entsprechend durchgeführter Leistungsdiagnostiken, insbesondere im Ausdauerbereich, somit optimal angepasst werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Zeitsensor, insbesondere einen Uhreneinrichtung, umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise kann bei oder nach einer festgelegten Zeit und/oder abhängig von von weiteren Sensoren detektierter Messwerte, der Beginn oder die Veränderung von Stimulationsimpulsen oder Stimulations-Impulsparameter ausgelöst werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das erfindungsgemäße System einen Berührungssensor umfassen. Ein derartiger Berührungssensor kann insbesondere ein kapazitives Element umfassen. Dies erlaubt vorteilhaft die Nutzung von gemessener Berührung, sowie einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Beispielsweise, kann durch eine Berührung, insbesondere eine streichende Bewegungen auf einem kapazitiven Element, oder auch lediglich durch klopfen ein Stimulations-Impuls, insbesondere ein EMS-Impuls ausgelöst werden, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. So können vorteilhaft Stimulations-Impulsparametern, bspw. die Stimulations-Impulsintensität verändert, werden oder auch Stimulations-Programme durch den ausgewählt werden.
  • Es soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass vorteilhaft in einem erfindungsgemäßen System ein oder mehrere Sensoren des gleichen oder unterschiedlichen Typs angeordnet werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens umfasst das System mehrere Sensoren unterschiedlichen Typs. Dies erlaubt vorteilhaft das Messen unterschiedlicher Messwerttypen, insbesondere unterschiedlicher physikalischer oder chemischer Größen. Dies erlaubt insbesondere unterschiedliche Vitaldaten des Körpers des Nutzers zu messen, zu überwachen und zu dokumentieren, und insbesondere unterschiedliche Stimulations-Impulse auszulösen, die abhängig von dem von der Datenverarbeitungseinheit generierten Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist.
  • In diesem Zusammenhang wird der Fachmann unmittelbar verstehen, dass bevorzugterweise ein Vergleichen eines Messwerts mit einem Schwellenwert auch ein Vergleichen mehrerer Messwerte untereinander und/oder mit einem oder mehreren Schwellenwerte umfassen kann.
  • Als „Schwellenwert” wie hierin verwendet, wird bevorzugterweise ein Wert verstanden, der als Grenze für die Verarbeitung eines Messwertes verwendet wird. Beispielsweise kann hierdurch eine Umwandlung des Messwertes in binäre Werte erreicht werden. Bei Unterschreitung des vordefinierbaren Verhältnisses von Messwert und Schwellwert wird beispielsweise der Messwert auf einen Ausgabewert Null und bei Überschreiten auf einen konstanten Ausgabewert, z. B. 1, abgebildet. Bei Überschreitung des vordefinierbaren Verhältnisses von Messwert und Schwellwert wird bspw. ein Impuls ausgelöst.
  • Es ist auch im Rahmen der Erfindung entsprechend der Höhe des Messwertes eine Abstufung der Stimulationsparameter durchzuführen. Bspw. können in einem erfindungsgemäßen System und/oder Verfahren mehrere Schwellenwerte festgelegt sein, verschiedene Stimulations-Impulse zur Folge haben. Hierdurch kann der Impuls noch besser an die jeweilige Situation angepasst werden.
  • Bevorzugterweise umfasst eine Datenverarbeitungseinheit eine Komparator-Schaltung. Ein Steuersignal wird dabei von der Datenverarbeitungseinheit abhängig von dem Vergleich des Messwerts mit einem Schwellenwert bzw. in Abhängigkeit des aus dem Vergleich des Messwertes mit dem Schwellenwert resultierenden binären Wertes generiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Messwert am Nutzer gemessen. Es soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass Messwerte bevorzugt direkt am Nutzer, bspw. mittels am Nutzer angelegter oder mit dem Nutzer kontaktierter Elektroden, gemessen werden. Dies erlaubt vorteilhaft eine relativ kompakte, insbesondere tragbare, Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens und schränkt den Nutzer örtlich nicht in seiner Bewegungsfreiheit ein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens sind die Stimulations-Impulsparameter ausgewählt aus Impulstyp, Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz, Rampe, Impulspause, Einzelimpulsweite, und Einzelimpulsdauer, Rise-Time und Fall-Time. Eine Frequenz kann beispielsweise von etwa 2 bis etwa 2.500 Hz betragen.
  • Eine Dauer kann beispielsweise von etwa 2 bis etwa 10 Sekunden oder Dauerimpuls betragen.
  • Eine Pause kann beispielsweise von etwa 1 bis 5 Sekunden betragen.
  • Eine Rampe am Anfang kann beispielsweise von etwa 0 bis 0,3 Sekunden betragen.
  • Eine Rampe am Ende kann beispielsweise von etwa 0 bis etwa 0,2 Sekunden betragen.
  • Eine Intensität kann beispielsweise von etwa 25 bis etwa 100 Volt (Peak-to-Peak) betragen.
  • Eine Einzelimpulsweite kann beispielsweise von etwa 100 bis etwa 200 μs. betragen.
  • In einem System oder Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist die Impulseinheit geeignet, Stimulations-Impulse auszulösen, und konfiguriert, abhängig von dem Steuersignal einen oder mehrere Stimulations-Impulsparameter zu verändern.
  • Der Begriff „Stimulations-Impuls” wie hierin verwendet soll bevorzugterweise eine Puls-Einheit aus mehreren Einzelimpulsen bezeichnen, die in kurzer Abfolge mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität ausgelöst werden. Der Begriff „Einzelimpuls” wie hierin verwendet bezeichnet bevorzugterweise einen einmaligen Vorgang, dessen Augenblickswerte nur innerhalb einer beschränkten Zeitspanne merklich von null abweichen.
  • Derartige in ihrem einen oder mehreren Stimulations-Impulsparameter veränderte Stimulations-Impulse können insbesondere mittels Darstellung von Spannungsverläufen der Stimulations-Impulse, insbesondere solche mit denen Elektroden beaufschlagt werden verstanden und charakterisiert werden. Insbesondere können Stimulations-Impulse durch eine Mehrzahl jeweils Rechtecksverläufe der Intensitäten, insbesondere Spannungen, vorliegen.
  • Bevorzugt kann ein oder mehrere in einem Stimulationsimpuls auftretende Einzelimpuls von gleichem oder unterschiedlichem Impulstyp sein. Ein Impulstyp ist dabei insbesondere ausgewählt aus bipolarem oder unipolarem Impulstyp. Unter bipolarem Impulstyp soll hierin ein Wechselimpuls, also ein Einzelimpuls mit einer Intensität mit wechselndem Vorzeichenwechsel, insbesondere ein Sinus- oder Rechtecksimpuls, verstanden werden.
  • Die „Intensität” eines Stimulations-Impulses bezeichnet hierin die maximale Auslenkung eines Stimulations-Impulses. Mit anderen Worten wird die Intensität eines Stimulations-Impulses durch die maximale Auslenkung des Einzelimpulses oder der Einzelimpulse mit der größten Auslenkung innerhalb eines Stimulations-Impulses bestimmt.
  • Diese Intensität eines Stimulations-Impulses kann insbesondere unmittelbar zu Beginn des Stimulations-Impulses, oder nach einer Folge von in ihrer maximalen Auslenkung zunehmender Rampenimpulse erreicht werden. Ebenfalls kann ein Stimulationsimpuls am Ende des Stimulationsimpulses unmittelbar durch Ausbleiben von Impulse beendet werden oder nach einer Folge von in ihrer maximalen Auslenkung abnehmender Rampenimpulse erreicht werden. Als „Rampe” wie hierin verwendet, soll dabei die charakteristische Steigung verstanden werden, die aus den maximalen Auslenkungen einer Folge von solchen in ihrer Auslenkung zu Beginn des Stimulations-Impulses zunehmender oder am Ende des Stimulationsimpulses abnehmender Rampenimpulse erreicht wird. Dabei ist die Rampe abhängig von der Dauer und der maximalen Auslenkung der Rampenimpulse von Beginn des Stimulationsimpulses bis zum Erreichen der Intensität des Stimulations-Impulses bzw. abhängig von der Dauer und der maximalen Auslenkung der Rampenimpulse von dem letzten Einzelimpuls mit Intensität des Stimulations-Impulses hin zum Ende des Stimulationsimpulses. Der Begriff „Impulspause”, wie hierin verwendet bezeichnet die zeitliche Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen.
  • Unter dem Begriff „Frequenz” wie hierin verwendet, soll verstanden werden, wie schnell periodisch wiederholte Einzelimpulse (mit maximaler Intensität) des Stimulations-Impulses aufeinander folgen.
  • Der Begriff „Impulsweite” wie hierin verwendet, bezeichnet die Zeitspanne eines Einzelimpulses. Bevorzugterweise wird die Impulsweite als Abstand zwischen Beginn und Ende eines Einzelimpulses bestimmt. Bevorzugt beträgt bei einem Stimulationsimpuls nach der vorliegenden Erfindung eine Impulsweite etwa 25 bis etwa 200 μs.
  • „Rise-” bzw. „Fall-Time” können für die zeitliche Abfolge der Ansprache des Muskels zusätzlich wichtig sein.
  • Unter dem Begriff „Impulsdauer” soll die Zeitspanne für einen vollständig ablaufenden Stimulations-Impuls verstanden werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können mehrere Stimulationsimpulse übereinandergelegt ablaufen. Beispielsweise kann ein erster Stimulationsimpuls durch die folgenden Parameter definiert werden: Frequenz: 50 Hz, Dauer: 5 Sekunden, Pause; 3 Sekunden, Impulstyp: bipolar, Rampe Anfang: 0,3 Sekunden, Rampe Ende: 0,2 Sekunden, Intensität: 50 Volt, Einzelimpulsweite: 100 μs, und ein zweiter Stimulationsimpuls kann mit folgenden Parametern kann zusätzlich aufgebracht werden: Frequenz: 1.000 Hz, Dauer: konstant, Pause; 0 Sekunden, Impulstyp: bipolar, Rampe Anfang: 0 Sekunden, Rampe Ende: 0 Sekunden, Intensität: 10 Volt, Einzelimpulsweite: 50 μs. Dieser Stimulationsimpuls wird bspw. nur ausgelöst, wenn nicht der erste Stimulationsimpuls zeitgleich zu einer Stimulation führt. So lassen sich n Stimulationsimpulse übereinander legen. Bevorzugt werden 1, 2 oder 3 Stimulationsimpulse übereinander gelegt.
  • Darüber hinaus lassen sich die Stimulationsimpulse als Wellen aufbringen. Dabei variiert die Intensität, aber auch Frequenz und Einzelimpulsweite nach einem vorgebbaren Muster. Dieses Muster kann sich während der gesamten Anwendung wiederholen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere Stimulationsimpulse als Dauerimpuls ausgestaltet sein. Dabei soll verstanden werden, dass in einem derartigen Dauerimpuls sich schnell periodisch wiederholende Einzelimpulsen mit maximaler Intensität des Stimulations-Impulses in andauernder Abfolge ausgegeben werden. Insbesondere können sich schnell periodisch wiederholende Einzelimpulsen mit maximaler Intensität des Stimulations-Impulses in andauernder Abfolge und Impulspause von 0 wiederholen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems ist der Stimulations-Impuls ein elektronischer Stimulations-Impuls, insbesondere ein EMS-Impuls. Es ist jedoch zusätzlich oder alternativ im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass ein Stimulations-Impuls als ein mechanischer Impuls bereitgestellt wird. Bevorzugterweise ist die Stimulation eine Elektrostimulation, insbesondere eine EMS-Stimulation.
  • Unter Elektrostimulation wie hierin verwendet, soll bevorzugt die Reizung des Körpers des Nutzers, durch elektrische Stimulations-Impulse, insbesondere in Form von elektrischen Feldern, bezeichnet werden.
  • Bei einem derartigen EMS-Impuls oder einer derartigen EMS-Stimulation wird das biologische Gewebe des Nutzers, insbesondere Muskelzellen, direkt durch elektrische Stimulations-Impulse erregt. Diese Stimulations-Impulse sind bevorzugterweise bedeutend größer und länger gewählt als bei der Stimulation von Nerven. In beiden Fällen kann die funktionelle Elektrostimulation mittels der Impulseinheit, insbesondere mittels mit der Impulseinheit verbundener Elektroden, bevorzugt Oberflächenelektroden, über die Haut des Nutzers erfolgen.
  • Durch Änderung der Stimulations-Impulsparameter, insbesondere der Impulstyp, Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz, Rampe, Impulspause, Einzelimpulsweite, und/oder Einzelimpulsdauer, Rise- Time und Fall-Time können verschiedene Bereiche des Muskelfaserspektrums unterschiedlich stark beansprucht werden. Bei Frequenzen der Einzelimpulse innerhalb des Stimulationsimpulses zwischen 50 und 200 Hz werden mehr die schnellen Muskelfasern aktiviert, während Frequenzen zwischen 5 und 10 Hz eher zur Verbesserung der Ausdauerfähigkeit geeignet sind für die die langsamen Muskelfasern zuständig sind. Diese Form der Stimulation wird hierin auch als EMS-Training bezeichnet.
  • Da die Stimulation nicht über den physiologischen Weg, also Nervensystem zu Muskel, abläuft, sondern auf direkte Art erfolgt, ist die im Stand der Technik bekannte Anwendung von EMS nur begrenzt sinnvoll einsetzbar, da sie üblicherweise in Ruhe oder nur mit einfachen Bewegungen kombiniert erfolgt, wird die Koordinationsfähigkeit nicht entsprechend verbessert. Durch die vorliegende Erfindung, insbesondere durch ein als tragbares System, ausgestaltetes System nach der vorliegenden Erfindung kann dieser Nachteil überwunden werden und das erfindungsgemäße Verfahren und System auch in freier Bewegung und insbesondere im Zusammenhang mit vorteilhaft gestalteten Visualisierungseinheiten angewendet werden und so auch die Koordinationsfähigkeit entsprechend verbessern.
  • Gegebenenfalls wird die direkte Muskelstimulation mit niederfrequentem Reizstrom von einem Nutzer als schmerzhaft empfunden und insbesondere von Personen bei denen noch eine Innervation vorliegt weniger akzeptiert werden. Es liegt daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung für eine direkte Muskelstimulation mittelfrequenten Strom, insbesondere mit Frequenzen über etwa 1000 Hz anzuwenden. Der Fachmann wird unmittelbar erkennen, dass hierdurch die sensible Belastung deutlich herabgesetzt werden kann, da der elektrische Widerstand der Haut gegenüber einem elektrischen Reiz umgekehrt proportional frequenzabhängig ist. Mit anderen Worten, hat die Haut bei 50 Hz einen Widerstand von ca. 3.000 Ohm, so liegt dieser bei 5.000 Hz nur noch bei rund 30 Ohm. Daher sind für das erfindungsgemäße System und Verfahren, bei denen der Stimulations-Impuls ein elektronischer Stimulations-Impuls, insbesondere ein EMS-Impuls, ist mittelfrequente Stromformen bevorzugt. Bevorzugterweise wird daher ein System oder ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung Stimulations-Impulse mit Frequenzen von etwa 2.000 Hz und/oder modulierte Ströme bereitstellen. Modulierte Ströme können insbesondere in Form sog. Modulierte Mittelfrequenz (MMF), bereitgesellt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens weist das System eine Benutzerschnittstelle umfassend eine Visualisierungseinheit und/oder wenigstens ein Eingabemittel auf.
  • Eine solche Benutzerschnittstelle erlaubt dem Nutzer des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens, oder einem Dritten, bspw. einem Trainer oder Arzt, Einstellungen an dem erfindungsgemäßen System vorzunehmen oder Informationen zu entnehmen. Insbesondere kann mittels einer derartigen Benutzerschnittstelle ein erfindungsgemäßes Verfahren eingestellt, ausgestellt oder modifiziert werden. Insbesondere kann eine Benutzerschnittstelle derart ausgestaltet sein, dass ein in der Datenverarbeitungseinheit hinterlegtes Programm, insbesondere umfassend Verfahren zur Steuerung von Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer nach der vorliegenden Erfindung, auswählen oder modifizieren kann. So kann das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren, an die individuellen Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden.
  • Bevorzugt umfasst eine derartige Benutzerschnittstelle wenigstens ein Eingabemittel. Ein derartiges Eingabemittel ist bevorzugt geeignet zur Eingabe von Werten durch einen Nutzer und/oder zur Auswahl oder Änderung eines in der Datenverarbeitungseinheit hinterlegten Programms, insbesondere umfassend Verfahren zur Steuerung von Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer nach der vorliegenden Erfindung. Derartige Eingabemittel können insbesondere durch Einstellknöpfe, Einstellräder, Joysticks, Sensortasten, oder Sensorfelder, Touchscreens, oder dergleichen bereitgestellt sein. Insbesondere kann eine Kamera, die vorzugsweise konfiguriert ist mit dem System, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit zu kommunizieren, als Eingabemittel bereitgestellt sein. So kann bspw. eine Webcam den Nutzer während der Stimulation aufnehmen. Auch kann ein derartiges Einstellmittel als Sensor oder Teil eines Sensors nach der vorliegenden Erfindung, insbesondere eines Berührungssensors ausgestaltet sein. Das Eingabemittel kann als integraler Bestandteil mit dem System, insbesondere mit Elektroden, Energiequelle, Sensor, Datenverarbeitungseinheit, Impulseinheit oder Visualisierungseinheit verbunden sein. Insbesondere kann ein derartiges Eingabemittel als integraler Bestandteil mit einem in dem System umfassten Textils, insbesondere eines Kleidungsstücks, verbunden sein. Alternativ kann das Eingabemittel auch als separates Bauteil ausgestaltet sein. Bevorzugt kann dabei das Eingabemittel als Fernbedienung ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise nicht erforderlich, dass die die das System und/oder das Verfahren steuernde Person sich im gleichen Raum wie der Nutzer ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung des Systems mittels Datenfernübertragung erfolgen.
  • Eine Kommunikation des Eingabemittels mit dem System kann mittels Drahtverbindung mit mechanischer Wirkung, bspw. Bowdenzug, Druckluftschalter, Fesselflug, oder dergleichen; mittels Drahtverbindung mit elektrischer Wirkung, oder als Drahtloses Eingabemittel, bspw. mittels Schall, Ultraschall, Funkwellen, Infrarotstrahlung (IR), Internet, LAN, Intranet, WLAN, oder dergleichen erreicht werden.
  • Insbesondere kann ein derartiges System Schnittstellen umfassen, die die Kommunikation des Eingabemittels mit dem System, insbesondere mit der Datenverarbeitungseinheit, ermöglichen.
  • Auch kann ein derartiges Einstellmittel als Teil einer Visualisierungseinheit ausgestaltet sein. Bevorzugt umfasst eine derartige Benutzerschnittstelle zusätzlich oder alternativ zu dem wenigstens einen Eingabemittel eine Visualisierungseinheit. Eine derartige Visualisierungseinheit kann insbesondere derart ausgestaltet und mit dem System, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit, verbunden sein, dass ein Feedback in Abhängigkeit von der Ausführung der Stimulation an einem Nutzer, insbesondere einer EMS Anwendung, und/oder in Abhängigkeit von den gemessenen Werten und/oder in Abhängigkeit von den Verhältnissen der gemessenen Werte zu den Schwellenwert mittels der Visualisierungseinheit dargestellt wird.
  • Der Begriff „Visualisierungseinheit” wie hierin verwendet, soll bevorzugterweise eine Veranschaulichungseinrichtung bezeichnen, die abstrakte Daten des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens, insbesondere umfassend Steuerimpulsparameter, Steuerimpulsprogramme, Messwerte, Schwellenwerte, oder dergleichen und Zusammenhänge in eine für den Nutzer erfassbare, bevorzugterweise graphische bzw. visuell erfassbare Form zu bringt. Insbesondere kann eine Visualisierungseinheit die Wiedergabe der abstrakten Daten eines erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens in einer für den Nutzer erfassbaren visuellen und/oder akustischen und/oder haptischen Form ermöglichen. Eine derartige Visualisierungseinheit kann hierzu insbesondere einen Bildschirm, Touchscreen, Vibrationselemente und/oder Lautsprecher aufweisen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems kann eine Visualisierungseinheit als integraler Bestandteil mit dem System, insbesondere mit Elektroden, Energiequelle, Sensor, Datenverarbeitungseinheit, Impulseinheit oder Eingabemitteln verbunden sein. Insbesondere kann eine derartige Visualisierungseinheit als integraler Bestandteil mit einem in dem System umfassten Textils, insbesondere eines Kleidungsstücks, verbunden sein. Alternativ kann die Visualisierungseinheit auch als separates Bauteil ausgestaltet sein. Bevorzugt kann dabei die Visualisierungseinheit als drahtlose Visualisierungseinheit ausgestaltet sein. So kann beispielsweise eine Visualisierung der abstrakten Daten des Systems getrennt von dem Nutzer ermöglicht werden. Beispielsweise, kann der Nutzer die Visualisierung der abstrakten Daten auf einem Fernsehgerät oder Bildschirm, oder auf einer Armbanduhr verfolgen, ohne mit diesem fest, bspw. mittels Kabeln oder Drähten verbunden zu sein. Oder ein Dritter kann auf einer derartigen Visualisierungseinheit die der abstrakten Daten unabhängig und insbesondere räumlich getrennt von dem Nutzer überwachen. Es ist damit nicht erforderlich, dass die das System und/oder das Verfahren überwachende, und ggf. steuernde Person im gleichen Raum wie der Nutzer ist. Insbesondere können die mittels Sensoren gemessenen Werte, insbesondere Vitalwerte des Nutzers, in Echtzeit oder verzögert übermittelt werden. Bspw. Können die Werte an einen Trainer oder medizinischen Betreuer während einer Anwendung übermittelt werden. Dies erlaubt es die Messwerte zu erfassen, zu speichern und insbesondere die Anwendung zu überwachen. Hieraus können Rückschlüsse über die vom Nutzer durchgeführte Anwendung gezogen werden, die wiederum erlauben das Anwendungsverhalten des Nutzers zu optimieren. Bspw. können Sportbewegungen, bspw. Beim Golf, Basketball, oder dergleichen durch den Nutzer selbst oder durch Dritte analysiert und verbessert werden. Auch erlaubt es das erfindungsgemäße System die gesammelten Daten zu speichern und/oder mittels geeigneter Datenverbindung bspw. in ein Speichermedium, insbesondere auch eine Cloud zu übermitteln und dort zu speichern.
  • Eine Kommunikation der Visualisierungseinheit mit dem System kann mittels Drahtverbindung mit elektrischer Wirkung, oder als Drahtloses Eingabemittel, bspw. mittels Schall, Ultraschall, Funkwellen, Infrarotstrahlung (IR), Internet, LAN, Intranet, WLAN, oder dergleichen erreicht werden. Insbesondere kann ein derartiges System Schnittstellen umfassen, die die Kommunikation der Visualisierungseinheit mit dem System, insbesondere mit der Datenverarbeitungseinheit, ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Visualisierungseinheit einen Monitor, Bildschirm, Touchscreen oder einen Beamer. Dies erlaubt vorteilhaft eine relativ komplexe und/oder großflächige Darstellung. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Visualisierungseinheit eine Uhr, insbesondere Armbanduhr, mit einem Display. Dies erlaubt besonders vorteilhaft das Tragen der Uhr, insbesondere beim Sport und die relativ kompakte Darstellung. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Visualisierungseinheit eine Brille, insbesondere 3D-Brille. Dies erlaubt vorteilhaft, die Darstellung direkt vor dem Auge des Nutzers. Dabei kann besonders vorteilhaft auch die Darstellung eines virtuellen Raumes, insbesondere in 3D-Ansicht, ermöglicht werden. Weiter alternativ kann die Visualisierungseinheit LEDs oder OLEDs umfassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System eine Visualisierungseinheit zur Darstellung einer virtuellen Realität, insbesondere in 3D-Ansicht. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einer Ausführungsform einen Schritt des Bereitstellens eines virtuellen Raumes, insbesondere in 3D-Ansicht, sowie wahlweise einen Schritt des Visualisierens des Nutzers und/oder einer virtuellen Umgebung des Nutzers in einem virtuellen Raum insbesondere in 3D-Ansicht. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System eine zur Darstellung einer virtuellen Realität, insbesondere in 3D-Ansicht, auf einer eine Visualisierungseinheit angepasste Datenverarbeitungseinheit. Dabei umfasst die Darstellung einer virtuellen Realität, insbesondere in 3D-Ansicht, bevorzugterweise die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit oder einer fiktiven Umgebung, und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung. Mit anderen Worten, kann beispielsweise bei einem Nutzer, der wie bei einer Bizepscurlbewegung die Hand durch Abknicken im Ellbogengelenk zur Schulter führt, ein Sensor, z. B. ein Bewegungssensor, diese Bewegung erkennen bzw. messen, Die Datenverarbeitungseinheit kann den Messwert mit einem Schwellenwert vergleichen, und ein Steuersignal an die Impulseinheit generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen. Entsprechend kann die Impulseinheit Stimulations-Impulse auslösen, die abhängig von dem Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert sind. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungseinheit ein Steuersignal an die Impulseinheit generieren, kund die Impulsintensität mit zunehmender Verkürzung des Winkels zwischen Unter- und Oberarm erhöhen. Gleichzeitig wird dem Nutzer eine virtuellen Realität, insbesondere in 3D-Ansicht, bereitgestellt, bei der der Nutzer sich selbst sieht, bspw. auf einer Datenbrille, wie er die Bewegung mit einer Hantel ausführt, obwohl er tatsächlich keine Hantel in der Hand hält. Sobald der Nutzer den Arm wieder gestreckt hat, kann die Impulseinheit die Auslösung von Stimulations-Impulsen beenden, bzw. die Intensität der Stimulationsimpulse beträgt Null.
  • Es soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren und/oder System besonders vorteilhaft ausgestaltet sein kann, indem zum einen abstrakte Daten des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens, insbesondere umfassend Steuerimpulsparameter, Steuerimpulsprogramme, Messwerte, Schwellenwerte, oder dergleichen und Zusammenhänge in eine für den Nutzer erfassbare, bevorzugterweise graphische bzw. visuell erfassbare Form dargestellt werden können, zum anderen zusätzlich oder alternativ, dem Nutzer er selbst, ein echter oder fiktiver Trainingspartner und/oder ein ihn umgebenden virtuellen Raum während der Stimulation dargestellt werden kann. Dies erlaubt es vorteilhaft den Nutzer während einer Stimulationsanwendung in eine künstliche Realität zu versetzen. Dies kann die Akzeptanz und das Wohlbefinden des Nutzers in einer medizinischen Anwendung oder einem sportbezogenen Training erhöhen, indem dem Nutzer bspw. ein angenehmeres Umfeld dargestellt wird. Zum anderen kann über eine derartige Darstellung das erfindungsgemäße System zu einem effektiveren Training führen, indem dem Nutzer er selbst, ein echter und/oder fiktiver Trainingspartner dargestellt wird. Schließlich kann das erfindungsgemäße System und/oder Verfahren auch zur Durchführung von Spielen, insbesondere Video- oder Computerspielen ausgestaltet sein.
  • Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems, und insbesondere mittels virtueller Realität, ein automatischer Trainer bereitgestellt werden, der dem Nutzer in Abhängigkeit von den mittels Sensor detektieren Messwerten, insbesondere Messwerten während einer Bewegung, Anweisungen gibt und somit das Anwendungs-, insbesondere Trainingsverhalten des Nutzers optimiert.
  • Die Benutzerschnittstelle, insbesondere die Visualisierungseinheit und/oder das Eingabemittel, kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems an einem Band befestigt werden, welches an der Hand getragen werden kann. Dabei ist es bevorzugt, dass das Band so ausgestaltet ist, dass es über Handfläche und Handrücken verläuft und mit einer Daumenschlaufe ausgestattet ist. Die Daumenschlaufe fixiert das Band. Dadurch ist es möglich, die Benutzerschnittstelle auch dann gut sichtbar zu platzieren, wenn ein von dem System umfasstes Textil, insbesondere Kleidungsstück – wie bei Sportkleidung häufig – vergleichsweise lange Ärmel aufweist. Das Band kann zur individuellen Anpassung mit Klettverschluss versehen sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens umfasst das System eine Energiequelle. Eine derartige Energiequelle kann Nutzenergie als Gleich, oder Wechselstrom, Spannung, oder dergleichen bereitstellen. Insbesondere ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens eine Energiequelle bereitgestellt, die ausgerichtet ist Energie durch Bewegung zurückzugewinnen. Zusätzlich oder alternativ können in einem von dem System umfassten Textil, insbesondere einem Kleidungsstück, integrierte Kristalle zur Energieerzeugung dienen. Zusätzlich oder alternativ kann Wärmeenergie, insbesondere vom Nutzer während der Anwendung des Systems und/oder der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugter Wärmeenergie, bspw. durch die Erhöhung der Körpertemperatur, als Energiequelle dienen. Zusätzlich oder alternativ, kann das System eine Energiequelle enthalten, die ausgerichtet ist Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, bspw. kann das System Solarenergie durch entsprechende Panels auf der Oberfläche eines Textils, insbesondere eines Kleidungsstückes, verwenden, um Nutzenergie dem System und/oder einzelnen Komponenten bereitzustellen.
  • Eine Energiequelle, wie hierin verwendet bezeichnet, bevorzugt einen Energieträger, ein Energiespeichermittel oder ein Energiewandler, der zur Bereitstellung von Nutzenergie dient.
  • Eine derartige Energiequelle erlaubt es dem erfindungsgemäßen System zur erfindungsgemäßen Verwendung ausreichend Nutzenergie bereitzustellen. Insbesondere können Sensor, Datenverarbeitungseinheit und Impulseinheit, sowie weitere Komponenten des Systems über eine gemeinsame oder verschiedene Energiequellen verfügen.
  • Besonders bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens, bei denen der Stimulationsimpuls ein elektrischer Impuls ist, kann es vorteilhaft sein, die Impulseinheit, insbesondere Elektroden, soweit vorhanden, mit einer separaten der Impulseinheit zugeordneten Energiequelle zu versehen. Insbesondere können der Impulseinheit und ggf. vorhandenen einzelnen Elektroden oder Elektrodenpaaren jeweils eigene Energiequellen in Form von Energiespeichermitteln, insbesondere Akkus zugeordnet sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die eine oder mehrere Energiequellen Energie kabellos gewinnen, beispielsweise durch Bewegung oder Induktion.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens ist das System ein tragbares System.
  • Ein System nach der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt ein tragbares System. Der Begriff „tragbares System” wie hierin verwendet, soll bevorzugterweise ein System bezeichnen, dessen Komponenten, insbesondere Sensoren, Datenverarbeitungseinheit, Impulseinheit, Leiter, Elektroden, soweit vorhanden vom Nutzer getragen werden können. Dies erlaubt vorteilhaft eine relativ kompakte, insbesondere tragbare, Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens und schränkt den Nutzer örtlich nicht in seiner Bewegungsfreiheit ein. Insbesondere können das gesamte System oder einzelne Komponenten des Systems, insbesondere die Datenverarbeitungseinheit, Impulseinheit, insbesondere mit der Impulseinheit verbundene Elektroden, Benutzerschnittstelle, Informationseinheit, Visualisierungseinheit als tragebare Komponente ausgestaltet sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens ist die Energiequelle eine tragbare Energiequelle. Insbesondere können als tragbare Energiequelle Akkus vorgesehen sein, um das System oder einzelne Komponenten des Systems, insbesondere die Impulseinheit, insbesondere mit der Impulseinheit verbundene Elektroden, mit Nutzenergie zu versorgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens sind die Elektroden, die Energiequelle, der Sensor, die Datenverarbeitungseinheit und/oder die Impulseinheit mit einem Textil, insbesondere einem Kleidungsstück, verbunden.
  • Dies stellt vorteilhaft ein System bereit, bei dem der Nutzer das System oder einzelne Komponenten davon mit dem Textil, insbesondere einem Kleidungsstück, tragen kann, ohne dass der Nutzer örtlich und/oder in seiner Bewegungsfreiheit eingeschränkt wäre.
  • Es ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass das System, insbesondere die Elektroden, die Energiequelle, der Sensor, die Datenverarbeitungseinheit und/oder die Impulseinheit mit dem Textil fest verbunden sind. Dies kann mittels geeigneter Verbindungsmittel, bspw. mittels Nähverbindung, mittels Magnetverbindung, Einstricken oder dergleichen erreicht werden. Alternativ ist es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass das System, insbesondere die Elektroden, die Energiequelle, der Sensor, die Datenverarbeitungseinheit und/oder die Impulseinheit mit dem Textil fest lösbar sind. Dies kann mittels geeigneter Verbindungsmittel, bspw. mittels Klettverschlüssen, Gurten, Schnallen, Druckknöpfen, Magneten oder dergleichen erreicht werden.
  • Beispielsweise ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Energiequelle als dehnbare, fadenähnliche Batterie bereitgestellt. Dabei kann die Batterie in das Gewebe des Textils eingearbeitet und somit tragbar sein.
  • Ebenfalls kann bspw. die Impulseinheit, insbesondere mit der Impulseinheit verbundene Elektroden, in das Gewebe des Textils eingearbeitet und somit tragbar sein.
  • Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Komponenten des Systems flexibel ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich sind die einzelnen Komponenten wasserdicht ausgeführt, so dass das gesamte System mit der Hand oder in der Waschmaschine gewaschen werden kann.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform betrifft einen als sog. Wing ausgestaltetes Textil, also ein Kleidungsstück, welches zwei über den Rücken miteinander verbundene Armlinge aufweist. Jeder Armling des erfindungsgemäßen Wings weist dabei bevorzugt eine Impulseinheit und insbesondere mit der Impulseinheit verbundener Elektroden, auf. Eine derartige Impulseinheit kann insbesondere wenigstens zwei Elektroden umfassen. Die Impulseinheit, insbesondere die Elektroden können beispielsweise an den Oberarmen, Bizeps/Trizeps oder am Rücken angeordnet sein.
  • Eine alternative Ausführungsform betrifft eine als Stulpe für die Extremitäten oder den Rumpf ausgestaltetes Textil. Eine derartige Stulpe kann insbesondere wenigstens zwei Zonen aufweisen, eine leitende und eine drüber gestülpten nicht leitenden Zone. Die Elektroden können bspw. als Ringelektroden und/oder als Elektrodenflächen ausgeführt sein. Derartige Elektroden lassen sich vorteilhaft auf den Muskeln platzieren.
  • Eine alternative Ausführungsform betrifft ein als Handschuh ausgestaltetes Textil. Bei einem derartigen Handschuh kann dieser so ausgestaltet sein, dass der Handschuh nach Außen leitet, so dass beide Handschuhe mit dem eigenen Körper oder dem Körper eines dritten Kontakt haben müssen, um einen erfindungsgemäßen Stimulationsimpuls auszulösen. In der Kombination mit einem bspw. unipolaren Stimulationsstrom kann ein solcher Handschuh dies in Wahrnehmung zur Stimulation bei lediglich den Berührungen eines Handschuhs auslösen Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur vorteilhaften Unterstützung einer Massage.
  • Eine weitere besondere Ausführungsform betrifft spezielle Elektroden für die Zunge bzw. den Mundinnenraum.
  • Eine weitere besondere Ausführungsform sieht die Aufteilung eines Elektrodenpaares auf zwei Personen vor. In diesem Fall ist die Stimulation nur bei einem Kontakt dieser beiden Personen vorhanden. Insbesondere können die Elektroden derart angeordnet sein, dass ein Stimulationsimpuls vor Allem an der Kontaktstelle wahrgenommen werden wird.
  • In einer besonderen Ausführungsform ist ein Textil ein Kleidungsstück für Tiere, insbesondere für Kamele, Hunde oder Pferde bestimmt und an die anatomischen Gegebenheiten des Tieres angepasst.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens bei dem die Elektroden, die Energiequelle, der Sensor, die Datenverarbeitungseinheit und/oder die Impulseinheit mit einem Textil, insbesondere einem Kleidungsstück, verbunden sind, kann ein solches Textil, insbesondere ein Kleidungsstück, für den Oberkörper oder den Unterkörper des Nutzers angepasst bzw. bestimmt sein, es kann sich mithin beispielsweise um ein T-Shirt, ein Langarmshirt, eine Mütze, Wangen- und/oder Gesichtsmaske, Tanktop, Slip, Büstenhalter, Sohlen, Strümpfe, Schuhe oder eine Hose handeln.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens, umfasst das System, insbesondere die Impulseinheit, wenigstens zwei Elektroden.
  • Insbesondere kann das erfindungsgemäße System zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, ein Steuersignal an eine Impulseinheit zu generieren, und eine Impulseinheit umfassen, wobei die Impulseinheit geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und wobei die Impulseinheit wenigstens einen Kanal umfasst, wobei an den Kanal wenigstens zwei Elektroden anschließbar und unabhängig voneinander steuerbar sind.
  • Es soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass ein solches erfindungsgemäßes System, insbesondere ein Textil oder als Kleidungsstück ausgeführtes Textil, umfassen kann, vorzugsweise eine Impulseinheit, die insbesondere ein EMS-Gerät umfassen kann, mit einem oder mehreren Kanälen aufweist. An diese Kanäle können zwei oder mehr Elektroden angeschlossen werden. Die Zuordnung ist flexibel. Durch einen weiteren MC oder Router können einem Kanal wechselnde Elektroden zugewiesen werden. In der einfachsten Form werden nacheinander unterschiedliche Elektrodenpaare angesprochen, wobei die jeweiligen Paare gleich bleiben (monogame Lösung). In einer weiteren Ausführung können die Zuordnungen der Elektroden wechseln (polygame Lösung.
  • Ein erfindungsgemäßes System, insbesondere ein EMS System, kann vereinfacht werden, wenn ein Stimulationskanal mit Hilfe mehrerer Relays auf wechselnde Elektrodenpaare aufgebracht werden kann.
  • Dies erlaubt vorteilhaft eine relativ kostenggünstige Ausführung des Systems. Besonders kann ein einzelner Kanal mehrere Relays aufweisen, uns so können Stimulationsimpulse zu einer jeden angeschlossenen Elektrode, oder zu einem jeden angeschlossenen Elektroden paar geleitet werden. Dabei hängt die Anzahl an Relays von der Anzahl der zu stimulierenden Muskelgruppen ab. Beispielsweise werden zwei Relays benötigt, um zwischen zwei zu stimulierenden Muskelgruppen umzuschalten. Ein Umschalten zwischen Relays nach einer bestimmten Zeitpanne kann alle gewünschten Muskeln des Körpers stimulieren.
  • Grundsätzlich ist die Elektronik des erfindungsgemäßen Systems so ausgestaltet, dass bis zu 12 Muskelgruppen trainiert werden können. Um die Elektroden der jeweiligen Muskelgruppen unabhängig voneinander ansteuern zu können, müssten hierfür gemäß dem Stand der Technik bis zu 12 Kanäle in der Elektronik vorgesehen sein. Dies ist jedoch vergleichsweise teuer.
  • Um die Elektronik bzw. die Steuerung des erfindungsgemäßen Systems für den Nutzer relativ kostengünstig gestalten zu können, kann ein erfindungsgemäßes System, insbesondere ein Textil oder als Kleidungsstück ausgeführtes Textil, nur einen Kanal aufweisen und ein Relais sowie einen Mikrocontrollerumfassen, über die einzelnen Elektroden hintereinander ansteuerbar sind. Alternativ oder zusätzlich können die Elektroden beliebig zugeordnet werden, beispielsweise erst linker Bauch-rechter Bauch, dann linker Bauch-rechte Brust.
  • Ebenfalls beispielhaft, können am Bauch plazierte Elektroden auf die durch eine geeignete Zuordnungsabfolge die Stimulation dergestalt aufgebracht wird, dass diese der Kontraktion beim Gehen nahekommt und so den Lösreflex auslöst.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßes Systems und/oder Verfahrens, umfasst das System, insbesondere ein Textil oder als Kleidungsstück ausgeführtes Textil, mindestens einen oder mehr Kanäle zum Ansteuern der Elektroden. Dabei kann jeder Kanal hinsichtlich der Stimulations-Parameter, insbesondere Impulstyp, Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz, Rampe, Impulspause, Einzelimpulsweite, und/oder Einzelimpulsdauer, die Rise- Time und Fall-Time sowie Polarität unabhängig von den anderen Kanälen gesteuert werden. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung dies nur vor Beginn einer Stimulationsanwendung oder während einer Stimulationsanwendung zulassen. Darüber hinaus liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Verlauf dieser Parameter anhand definierter Werte zulassen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann ein Kanal vorgesehen sein, der mit entsprechenden Relais und Mikrocontrollern vorgesehen ist und dadurch Elektroden-Gruppen bildet, die separat gleichzeitig ansteuerbar sind, wobei Elektroden einer Gruppe ebenso hintereinander angesteuert werden. Diese lassen sich beliebig kombinieren, es kann also mehr als eine Gruppe geben.
  • Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes System wenigstens einen Kanalwechsel erlauben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann einen Schritt des Kanalwechsels zwischen zwei oder mehreren Elektroden oder Elektrodenpaaren umfassen. Ein derartiger Kanalwechsel erlaubt den gesamten Körper des Nutzers mittels nur weniger, bevorzugterweise einer einzigen Kanalelektronik zu stimulieren. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst bevorzugterweise ein Einkanalsystem. Ein derartiges System ist relativ kostengünstig und relativ kompakt. Dabei wird der Fachmann anerkennen, dass das Gehirn des Nutzers, insbesondere eines menschlichen Nutzers, Signale nicht im Millisekunden und Mikrosekundenbereich verarbeiten wird. Wird in einem derartigen Einkanalsystem schnell genug zwischen den einzelnen Elektroden geschaltet, beispielsweise jede Millisekunde, so können bei einer Frequenz von 100 Hz, 10 Kanäle unmerklich mit nur einem Stimulationskanal betrieben werden, so wird bei dem Nutzer der Eindruck einer den gesamten Körper betreffenden Stimulation entstehen. Beispielsweise kann ein derartiges Umschalten zwischen einzelnen Elektroden oder Elektrodenpaaren, d. h. bspw. von an der Brust eines Nutzers angeordneter Elektroden zu bspw. am Bauch angeordneter Elektroden oder von an der rechten Brustseite angeordneter Elektroden zu an der linken Brustseite angeordneter Elektroden, erfolgen. Auch kann ein derartiges System an der Wirbelsäule angeordnete Elektroden aufweisen und von der oberen Wirbelsäulenregion zu der unteren Wirbelsäulenregion umschalten, oder umgekehrt, um bspw. Rückenschmerzen zu behandeln.
  • Ein solches Einkanalsystem erlaubt daher vorteilhaft ein Mehrkanalsystem zu ersetzen.
  • Auch kann ein Kanalwechsel mit mehr als einer Kanalelektronik durchgeführt werden. Dabei soll verstanden werden, dass wenigstens ein Kanal wenigstens zwei Elektroden ansteuert. Der Fachmann wird unmittelbar verstehen, dass vorteilhafterweise die Anzahl der Elektroden erhöht werden kann und wie oben die Anzahl der Gruppen. Dabei kann es teils eine feste Zuordnung geben, teils eine flexible.
  • Ein Kanalwechsel kann daher besonders vorteilhaft eingesetzt werden, um mit Stimulationsimpulsen die Impulseinheit, insbesondere verschiedene Elektroden, anzusteuern. Dies erlaubt es die Stimulationsimpulse an Impulseinheiten, insbesondere Elektroden, in unterschiedlichen Regionen des Körpers des Nutzers auszulösen und somit jeden beliebigen Muskel mit einem Stimulationsimpuls zu beaufschlagen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere die Impulseinheit, nicht mit dem Textil, insbesondere nicht mit dem Kleidungsstück des Nutzers, verbunden, also insbesondere nicht Teil des Kleidungsstückes. In einer solchen Ausführungsform weist das Kleidungsstück vorzugsweise eine Vorrichtung auf, welche die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere die Impulseinheit, gegen Verrutschen sichert. Diese Vorrichtung kann beispielsweise in einer Tasche bestehen, die lösbare Verbindungsmittel wie Klett und/oder Flausch aufweist. Diese Vorrichtung kann für alle lose mitzuführenden Gegenstände verwendet werden, auch unabhängig von einer Stimulations-Anwendung. In einer alternativen Ausführungsform können die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere die Impulseinheit, mittels magnetischer Schließen und/oder Rastung mit dem Kleidungsstück verbunden werden. Generell können die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere die Impulseinheit Teil des Kleidungsstückes sein oder lediglich per Kabel mit einzelnen oder allen Elektroden des Kleidungsstückes verbunden werden.
  • Die Elektroden können dabei mit dem Textil, insbesondere Kleidungsstück, fest verbunden sein, bspw. direkt auf das Textil gestickt oder gemoost werden, oder vorab auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, welches wiederum mit der Textil verbunden, insbesondere genäht, gestickt, geklebt, ge-lasert, verschweißt, wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens umfasst die Elektrode ein leitendes Garn oder ist aus einem leitenden Garn gebildet. Insbesondere Elektroden zur Übertragung eines elektronischen Stimulations-Impulses, insbesondere eines EMS-Impulses, ausgebildet sind, können ein leitendes Garn umfassen oder aus einem leitenden Garn gebildet sein. Das leitende Garn kann beispielsweise ein metallhaltiger Faden, insbesondere metallbeschichteter Faden sein. Der Faden ist vorzugsweise ein Kunststofffaden, insbesondere ausgewählt aus Polyamid, Polyester oder auch Polypropylen. Das Metall ist ausgewählt aus Metallen mit elektrischen Leitfähigkeiten von wenigstens 1 und höchstens 80 S/m, weiter bevorzugt wenigstens 40 S/m. Das Metall ist vorzugsweise Kupfer, Silber oder Gold. Alternativ kann bereits beschichtete Garn noch von einer Titanschicht ummantelt sein. Diese ist vorzugsweise wenige Atome dick.
  • Erfindungsgemäße Textile, insbesondere Kleidungsstücke, können, insbesondere als Teil der Impulseinheit, leitfähige Zonen mit Elektroden und Zonen ohne Elektronen aufweisen. Zonen mit Elektroden weisen dabei Elektroden auf und sind somit leitfähig. Die Zonen ohne Elektroden sind vorzugsweise nicht leitfähig. Das bedeutet, dass diese elektrodenfreien, nichtleitenden Zonen im trockenen Zustand eine Leitfähigkeit von weniger als 0,5 S/m aufweisen.
  • Die Zonen mit Elektroden können vorzugsweise bis zu etwa 75%, bevorzugtererweise bis zu etwa 80%, 85%, 90%, 95%, bevorzugtesterweise bis zu 100% leitendes Garn aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Zonen mit Elektroden bis zu etwa 80% leitfähiges Garn auf. Dabei soll verstanden werden, dass eine prozentuale Angabe bezogen auf den Anteil an leitendem Garn sich auf den Gewichtsanteil des leitenden Garns am Textil in der entsprechenden Zone bezieht. Um eine optimale Leitfähigkeit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, in den Zonen mit Elektroden einen Anteil leitenden Garns vorzusehen, der wenigstens 10%, weiter bevorzugt wenigstens 20% und besonders bevorzugt wenigstens 30% beträgt. Die verschiedenen Zonen können nahtlos ineinander übergehen, um den Tragekomfort zu erhöhen. Insbesondere können sie rundgestrickt sein.
  • In einer Ausgestaltung dieser Erfindung wird das leitende Garn, insbesondere im Bereich wenigstens einer Zone mit Elektroden, mit einem hydrophilen Garn kombiniert. Das bedeutet vorzugsweise, dass das leitende Garn mit dem hydrophilen Garn zusammen gestrickt, gewirkt, gestickt oder gefacht wird. Diese Maßnahme hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektrode Feuchtigkeit benötigt, um den Hautwiderstand zu überwinden. Das hydrophile Garn kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Viskose, Baumwolle, Wolle oder auch einem hydrophil ausgestatteten Synthetikgarn.
  • Das Verhältnis von hydrophilem Garn zu leitendem Garn beträgt vorzugsweise wenigstens 1:10, weiter bevorzugt wenigstens 1:4. Wird ein zu geringer Anteil hydrophilen Garns eingesetzt, tritt der gewünschte Effekt nicht ein. Wird ein zu hoher Anteil hydrophilen Garns verwendet, ist der Anteil des leitenden Garns im Verhältnis zu gering, so dass die gewünschte Leitfähigkeit nicht erzielt werden kann. Daher ist das genannte Verhältnis vorzugsweise auf höchstens 1:1, weiter bevorzugt höchstens 1:2 beschränkt. Gemeint ist das Masseverhältnis in der betreffenden Zone.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden alternativ oder zusätzlich zum hydrophilen Garn mit einer feuchtigkeitsspeichernden Schicht versehen sein. Die Schicht ist vorzugsweise zwischen Haut und Elektrode angeordnet. Beim erfindungsgemäßen Kleidungsstück also vorzugsweise auf der dem Körper zugewandten Innenseite. Die zusätzliche Schicht kann insbesondere eine Schicht sein, die aus einem feuchtigkeitsspeichernden Material besteht, vorzugsweise in Form eines Vlieses.
  • Es ist bevorzugt, dass die Elektroden mit dem erfindungsgemäßen Textil, insbesondere mit dem Kleidungsstück, lösbar verbunden sind. Die Elektroden können vorzugsweise an der Innenseite des Kleidungsstückes lösbar befestigt sein. Die Elektroden können zu diesem Zweck auf ihrer Außenseite mit Klett versehen werden. Das Kleidungsstück weist dann vorzugsweise an der entsprechenden Stelle seiner Innenseite Flausch auf, der mit dem Klett eine lösbare Verbindung eingeht. Es sind auch entsprechende Ausführungsformen erfindungsgemäß, die Flausch an der Elektrode und Klett am Kleidungsstück aufweisen. Die lösbare Verbindung bietet den Vorteil, dass die Elektroden an verschiedenen Stellen angebracht werden können. Das Kleidungsstück wird dadurch flexibler. Ferner können defekte Elektroden leicht ausgetauscht werden oder die Art der Elektrode den gewünschten Verwendungen angepasst werden, das Kleidungsstück kann insgesamt länger und flexibler verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zur Klettverbindung können Magnete oder andere lösbare Verbindungen eingesetzt werden.
  • Die Elektroden können aus einem leitfähigen Polymer gefertigt werden. Ein bevorzugtes leitfähiges Polymer ist Silikon, das durch Zusatz von Titanpartikeln leitfähig gestaltet wird. Anstatt einer glatten Oberfläche wird die Oberfläche der Elektrode vorzugsweise aufgeraut, um ein Verrutschen bei der Verwendung zu vermeiden. Dies wird im Falle des leitfähigen Polymers vorzugsweise durch die Verwendung einer entsprechend rauen Matrize beim Formen der Elektrode erzielt. Alternativ kann das leitfähige Polymer auch nach seiner Herstellung insbesondere durch mechanische Nachbearbeitung mit einer rauen Oberfläche ausgestattet werden. Die Elektrode wird vorzugsweise der Körperform des Verwenders angepasst. Damit ist gemeint, dass die Elektrode vorzugsweise die Anatomie des Körpers angepasst wird.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Elektroden können, insbesondere im Falle eines leitfähigen Polymers, mehrschichtig aufgebaut sein. Mehrschichtig meint insbesondere zwei, drei oder vierschichtig. Der Schichtaufbau kann dabei eine oder mehrere leitfähige und/oder eine oder mehrere nicht-leitfähige Schichten aufweisen.
  • Im Falle eines mehrschichtigen Aufbaus der Elektrode kann eine Schicht wiederum aus einer Stofflage bestehen. Dabei ist der Stoff vorzugsweise so ausgewählt, dass seine Dehnbarkeit bzw. Elastizität in etwa derjenigen des Materials der Elektrode entspricht. Dies ist besonders bei Elektroden von Bedeutung, die ein leitfähiges Polymer umfassen, da solche Polymerelektroden zum Reißen neigen können und die Stofflage die Reißneigung vermindern kann. Bevorzugterweise beträgt die Elastizität 10% bis 30%. Die erfindungsgemäß bevorzugte Stofflage in der Elektrode kann auch dazu dienen, eine Verbindung zu fixieren, die zum Einbringen des Stimulationsstromes dienen kann. Unabhängig von einer eventuellen Stofflage weisen die erfindungsgemäßen Elektroden vorzugsweise eine Verbindung zum Einbringen des Stimulationsstromes auf. Die Stofflage kann aus leitfähigem Material gefertigt sein, insbesondere aus dem zuvor beschriebenen leitfähigen Garn. So wird zusätzlich dafür gesorgt, dass sich der Strom gleichmäßig bzw. wie gewünscht in der Elektrode verteilt, was sich besonders bei Elektroden mit leitfähigen Polymeren als vorteilhaft erwiesen hat. Dies gilt insbesondere wenn die Stofflage zur Fixierung einer Verbindung zum Einbringen des Stimulationsstromes genutzt wird.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektroden erlaubt, diese besonders dünn zu gestalten. Dies trifft insbesondere auf Elektroden zu, die leitendes Garn oder leitfähiges Polymer umfassen. Die erfindungsgemäßen Elektroden können bevorzugterweise Dicken in einem Bereich von 0,1 mm bis 3 mm. Durch ein optionales Polster zwischen der Außenseite einer Elektrode und Innenseite des Kleidungsstückes kann zusätzlicher Anpressdruck erzeugt werden. Dies ist insbesondere bei konkaven Körperregionen bevorzugt. Folglich betrifft eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ein Kleidungsstück, welches wenigstens ein Polster zwischen einer Außenseite einer Elektrode und einer Innenseite des Kleidungsstückes aufweist, insbesondere in einer konkaven Körperregion wie beispielsweise zwischen den Brüsten.
  • Wenn in diesem Dokument auf eine „Innenseite” Bezug genommen wird, so ist damit im Zweifel diejenige Seite gemeint, die dem Körper des Verwenders zugewandt ist. Wird auf die „Außenseite” Bezug genommen, so ist damit die dem Körper des Verwenders abgewandte Seite gemeint. Der Nutzer ist im Falle der Anwendung für sportliche Zwecke der Sportler, im Falle der Anwendung für therapeutische oder diagnostische Zwecke der Patient oder Proband, und im Falle der Anwendung für Freizeit- bzw. Spielzwecke der Spielende oder Freizeitübende.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Kleidungsstück wenigstens eine äußere Ringelektrode und wenigstens eine innere Ringelektrode, insbesondere zwei äußere Ringelektroden. Diese Elektroden eignen sich neben der bevorzugten Verwendung mit bipolaren Strömen auch für die Verwendung mit unipolaren Strömen. Der Eintritt des Stroms in den Körper soll vorzugsweise über die größere Elektrode erfolgen. Stimulationseinheiten die ausschließlich unipolare Impulse ermöglichen erlauben eine weitere Reduktion der Systemkomplexität.
  • Das erfindungsgemäße Kleidungsstück weist vorzugsweise unterschiedliche Kompressionszonen bzw. eine graduelle Kompression auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens, umfasst das System Leiter zur elektrischen Verbindung von Impulseinheit und Elektroden.
  • Derartige Leiter erlauben die Übertragung eines von der Impulseinheit erzeugten Stimulationsimpulses von der Impulseinheit an die Elektroden.
  • Derartige Leiter können eine Kombination aus einem Polymer, insbesondere Silikon, und leitfähigem Zwirn, Garn, Litzen oder dergleichen umfassen. Das leitende Medium wird vorzugsweise biegeschlaff oder sprungelastisch von Silikon ummantelt. Elektroden können entweder unlösbar, beispielsweise per Naht, oder lösbar, beispielsweise mittels Druckknopf, mit den Leitern verbunden. Auch die Leiter selbst können lösbar oder unlösbar mit dem Textil, insbesondere dem Kleidungsstück, unlösbar oder lösbar verbindbar sein. In einer Ausführungsform bei der die Leiter unlösbar mit dem Textil verbunden sind, werden die Leiter auf das Textil, insbesondere auf das Kleidungsstück, aufgestickt. Dabei können die isolierten oder nichtisolierten Leiter vorzugsweise mäandernd, insbesondere biegeschlaff oder sprungelastisch, auf dem Textil angeordnet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems ist das Verfahren und/oder System geeignet zum Einstudieren eines vorgebbaren Bewegungsablaufs. In einer Ausführungsform umfasst das System, bevorzugterweise die Datenverarbeitungseinheit, ein einem Bewegungsablauf entsprechende Abfolge an Stimulationsimpulsen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Generierens von Stimulationsimpulsen in einer einem vorgebbaren Bewegungsablauf entsprechenden Abfolge. Beispielsweise wird der Nutzer mit EMS Impulsen auf ein Abweichen von einem vorgegebenen Bewegungsablauf hingewiesen, oder die Muskeln werden durch einen geeignete Stimulationsabfolge dergestalt kontrahiert, dass der Nutzer die vorgegebene Bewegung ausführt. Besonders vorteilhaft ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei daran gedacht, dass sich das erfindungsgemäße System, und/oder Verfahren zur Behandlung von Querschnittgelähmten eignet, die hierdurch wieder aus eigener Kraft Bewegungsabläufe erlernen oder durchführen, bspw. Fahrrad fahren, können.
  • Hierzu kann in dem System, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit ein Bewegungsablauf eines Nutzers vorgegeben oder vorgebbar sein. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt dabei vorteilhaft einen Bewegungsablauf durch die zeitliche Reihenfolge der Muskelkontraktionen zu beschreiben. Hierzu kann ein entsprechendes in dem System, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit hinterlegter Bewegungsablauf, einen Nutzer zur Ausführung genau dieses Bewegungsablaufs veranlassen bzw. diese unterstützen. Bspw. kann der runde Tritt beim Fahrradfahren, Golfschwung, eine Vorkontraktion beim Laufen, kurz bevor der Nutzer den Boden berührt, oder ähnliches als Bewegungsablauf in dem System, insbesondere der Datenverarbeitungseinheit vorgebbar sein. Dies erlaubt vorteilhaft ein Einstudieren vorher unbekannter Bewegungsabläufe.
  • Insbesondere kann ein derartiger Bewegungsablauf an den Körper des Nutzers, insbesondere die Körperkontur, das Gewicht oder die Größe, anpassbar sein.
  • Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung die korrekte Ausführung des Bewegungsablaufs durch den Nutzer mittels Sensoren zu messen und/oder zu dokumentieren. Dadurch kann der Nutzer die zu erlernende Bewegung und seinen gemachten Fortschritt kontrollieren. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens, bei eine nicht-korrekten Ausführung des Bewegungsablaufs der Nutzer ein entsprechendes Feedback erhalten und/oder korrigiert werden. Dazu kann insbesondere ein optimaler Bewegungsablauf als Schwellenwert in dem System hinterlegt sein. Hierdurch kann mittels eines Vergleiches des mittels Sensor aufgenommenen tatsächlichen Bewegungsablaufs mit einem als Schwellenwert vorgegebenen Bewegungsablauf ein Steuersignal generiert werden, wenn der als Messwert gemessene tatsächliche Bewegungsablauf des Nutzers und als Schwellenwert vorgegebenen Bewegungsablauf in einem vordefinierten Verhältnis zueinander stehen, bspw. der Nutzer zu weit von dem vorgegebenen Bewegungsablauf abweicht. In Folge kann ein oder können mehrere Steuerimpuls-Parameter abhängig von dem Steuersignal verändert werden, um so den Nutzer auf den nicht-korrekten Bewegungsablauf hinzuweisen und/oder diesen zu korrigieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems ist das Verfahren und/oder System geeignet in einem Computer oder Videospiel dem Nutzer ein Feedback über eine Spielsituation zu geben. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System, insbesondere die Datenverarbeitungseinheit, eine Spiel-Schnittstelle. Mittels einer derartigen Spielschnittstelle ist das System mit einem Computer- oder Videospiel verbindbar. Beispielsweise, kann in einem Computerspiel ein Stimulationsimpuls dazu genutzt werden eine Spielsituation, insbesondere Treffer zu veranschaulichen, bis hin zur zeitweisen teilweisen Immobilisation des oder der Spieler. Beispielsweise kann der Nutzer das Video- oder Computerspiel spielen und bestimmten Spielsituationen können einen oder mehrere Stimulationsimpulse auslösen, die die bestimmte Spielsituation, bspw. einen Treffer, simulieren. Hierzu können weiter Sensoren vorgesehen sein, die geeignet sind Emotionen an das Spiel oder weitere an dem Spiel beteiligte Nutzer zu übertragen. Diese Anwendung kann auch auf Lasertag oder ähnliche Spiele übertragen werden.
  • Insbesondere kann im Rahmen ein solches Video- oder Computerspiel das erfindungsgemäße System und/oder Verfahren einen virtuellen Raum bereitstellen.
  • Ein Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Systems, insbesondere tragbaren Systems nach der vorliegenden Erfindung, wobei eine Impulseinheit einen oder mehrere Stimulations-Impulse auslöst, umfasst die Schritte:
    • a. Messen eines Messwertes,
    • b. Vergleichen des Messwertes mit einem Schwellenwert,
    • c. Generieren eines Steuersignals, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen,
    • d. Verändern eines Stimulations-Impulsparameters abhängig von dem Steuersignal.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden die Schritte a bis d wenigstens alle 10 Minuten während der Dauer einer Anwendung wiederholt werden
  • Insbesondere kann der Schritt a des Messens eines Messwertes regelmäßig kontinuierlich oder diskontinuierlich weiderholt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Stimulations-Impuls gekennzeichnet durch eine Frequenz im Bereich von 1 bis 100 Hz.
  • Alle Ausführungsformen des Verfahrens und/oder Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen den Vorteil, dass zur Steuerung von Stimulations-Impulsen, insbesondere EMS-Impulsen, die Mobilität und Handling eines solchen Systems und/oder Verfahrens erhöht wird. So lässt sich bspw. EMS mit sportartspezifischen Training kombinieren. Tromboseprophylaxe bspw. auf Langstreckenflügen. Zur speziellen Verwendung beim bzw. während des Sports vor (Aufwärmung, Aktivierung), während (Steigerung der Wirksamkeit des Trainings) oder nach dem Sport (Verbesserung der Regeneration). Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren und/oder System insbesondere die Rückkoppelung mit dem Nutzer. Anhand der über Sensoren ermittelten Messwerte berechnet die Datenverarbeitungseinheit unter Berücksichtigung vorher definierter Schwellenwert Stimulations-Impulse, die über die Impulseinheit, uns insbesondere über mit der Impulseinheit verbundener Elektroden, auf den Körper übertragen und die entsprechenden Körperregionen aktiviert werden. Besonders vorteilhaft stellt das erfindungsgemäße Verfahren und/oder System eine Möglichkeit bereit, die eine mobile und einfache Nutzung der Stimulationsanwendung erlaubt. Insbesondere, zeichnet sich das erfindungsgemäße System durch eine hohe Qualität der Materialien, dir verbesserte Möglichkeit zur Dokumentation der Trainingsleistungen, verbesserte Trainingssteuerung, bspw über einen virtuellen online-Coach, Sportwissenschaftliche Hintergründe, individuelle Gestaltung des Trainings und der Stimulations-Impulse aus.
  • Mehrkanalsysteme mit ein bis 12 Kanälen können sämtliche Muskelgruppen des Körpers targetieren. Jeder Kanal ist dabei von anderen Kanälen isoliert und einzeln ansteuerbar. Die Kanäle können galvanisch voneinander isoliert sein.
  • Jeder Kanal kann bis zu 50 V–100 mA @ 500 ohm. Dies ist die maximale Leistung, die ein Nutzer von einem Kanal erhalten kann, um noch die Kriterien hinsichtlich Sicherheit zu erfüllen. Es können jedoch auch Kanäle mit bis zu 100 v vorgesehen sein.
  • In stationären Systemen, insbesondere EMS-Systemen spielt Größe eine untergeordnete Rolle. Sollen jedoch bei mobiler Anwendung, bspw. während des Laufens, sämtliche Muskeln angesprochen werden, sind Größe und Gewicht des Systems ein wichtiger Faktor. Das erfindungsgemäße System überwindet diese Probleme indem eine maximale Anzahl an Kanälen in relative kleiner Dimensionierung angeordnet werden können. Damit erlaubt das erfindungsgemäße System genauso viele Muskelgruppen anzusprechen wie stationäre Multikanalvorrichtungen des Standes der Technik, erlaubt jedoch die mobile tragbare Anwendung.
  • Weiterhin kann die Datenverarbeitungseinheit als mobile Applikation, insbesondere eines Mobiltelefons, Computers, oder Tablet-PCs, ausgeführt sein, die es erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere eine Trainingsanwendung mit dem erfindungsgemäßen System, auszuwählen, zu kontrollieren und einzustellen. Dabei können insbesondere Bluetooth, Internet, WLAN, oder andere kabellose Kommunikationsmethoden zum Einsatz kommen, die eine Echtzeitkommunikation zwischen Datenverarbeitungseinheit und Impulseinheit ermöglichen. Insbesondere kann, für den Fall von Kommunikationsübertragungsproblemen, das System eine weitere Datenverarbeitungseinheit, insbesondere weitere Benutzerschnittstelle und, besonders weitere Eingabemittel aufweisen, die es erlauben wenigstens grundlegende Einstellungen an dem System vorzunehmen. Beispielsweise kann bei einem Ausfall der als Mobiltelefon ausgestalteten Datenverarbeitungseinheit, ein System, bspw. ein Trainingsanzug eine weitere Benutzerschnittstelle aufweisen, um die Intensität von Stimulationsimpulsen zu verändern oder die Stimulationsimpulse abzuschalten.
  • Zusätzlich oder alternativ können Strombegrenzungseinheiten in das System integriert werden, um den Nutzer vor ungewünschten Muskel oder Hautschädigungen durch zu starke Stromimpulse zu bewahren. Weiterhin kann ein dauerhaftes Überwachen der Stimulationsimpulse an den Muskeln durch das System vorgesehen sein, dass den Nutzer vor plötzlich ungewollt auftretenden hohen Stromintensitäten schützt.
  • Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Systems auch höhere Frequenzen bereit zustellen, Machen es darüber hinaus anwendbar zur Muskelregeneration, Erholungsbehandlung und Schmerzbehandlung. Übliche Geräte können nur etwa 1 Hz bis 150 Hz bereitstellen. Das erfindungsgemäße System erlaubt Frequenzen von etwa 1 Hz bis 2000 Hz. Höhere Frequenzen wie bspw. 2000 Hz finden dabei vorzugsweise Verwendung in Spezialprogramme, die von Experten empfohlen werden. Grundsätzlich ist jedoch vorgesehen, dass ein Nutzer die ggf. in der Datenverarbeitungseinheit vorgegebenen Programme im Bereich von etwa 1 Hz bis etwa 150 Hz regulieren kann, so dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems für den durchschnittlichen Nutzer sicher bleibt.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems kann insbesondere bei Verwendung von EMS vorteilhaft mit einfacheren Mitteln die Kraftfähigkeit von älteren Menschen verbessert und länger erhalten werden, bzw. wieder aufgebaut werden.
  • Für diese Fälle stellt das erfindungsgemäße System und/oder Verfahren, insbesondere beim EMS-Training, eine sehr gute Möglichkeit dar die verloren gegangenen schnellen Muskelfasern vor allem in den Extremitäten wiederherzustellen. Im Rumpfbereich könnte zudem eine allgemeine Stabilisierung erreicht werden, was sich ebenfalls positiv auf die gesamte körperliche Verfassung auswirkt. Dies legt den Grundstein für eine sturzfreie Zukunft.
  • Nachdem Frauen überproportional häufiger betroffen sind (Stevens, J. A. & E. D. Sogolow (2005). Gender differences for non-fatal unintentional fall related injuries among older adults. Injury Prevention, 11, 115–119.), kann sowohl das erfindungsgemäße System als auch das Verfahren und die Trainingsinterventionen vorteilhaft an diese Zielgruppe angepasst werden.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen und Beispiele näher erläutert, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen entnehmen lassen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform; ein tragbares Systems zur Steuerung von EMS-Impulsen während einer EMS-Anwendung an einem EMS-Nutzer, bestehend aus wenigstens einem Sensor, einer Datenverarbeitungseinheit und einer Impulseinheit;
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform; ein Kleidungsstück, ausgestattet mit wenigstens 2 Elektroden, einem Leiter zur elektrischen Verbindung von Impulseinheit und Elektrode. Die Geräte sind mit einer tragbaren Energiequelle bestückt. Elektroden, Energiequelle, Sensor, Datenverarbeitung, wie auch Impulseinheit sind von der Kleidung lösbar;
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform; ein EMS-Nutzers bei der Ausführung eines Bewegungsablaufes, welcher mittels eines Sensors erfasst, und auf einem Monitor visualisiert wird. Anwendungsbereiche, wie Virtual Reality sind geplant.
  • 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform; ein EMS-Nutzer, der mit wenigstens 2 Elektroden ausgestattet ist, wird durch Impulse während seiner Aktivität stimuliert, die über einen Sensor getaktet werden, wahlweise Zeit-, Druck-, Beschleunigungs- oder Ultraschallsensor, Widerstandsgerät, Eletromyogaphiegerät; und
  • 5 eine Darstellungen eines Spannungsverlaufs eines gemäß dem erfindungsgemäßen Systems und/oder Verfahrens erzeugten Stimulationsimpulses. Impulsparameter sind ausgewählt aus Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz und Rampe.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das System 1 zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer 2, hier einem Mensch, umfasst wenigstens einen Sensor 3, wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit 4 und wenigstens eine Impulseinheit 5. In der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Elektroden 8 und die Sensoren 3 mit einem Textil, hier einem als Trainingsanzug 10 ausgestalteten Kleidungsstück 10 verbunden und jeweils in einem unteren Beinbereich des Trainingsanzugs 10 fest angebracht. Hierdurch wird ein tragbares System 1 bereitgestellt, das es dem Nutzer erlaubt örtlich und/oder in seiner Bewegungsfreiheit uneingeschränkt die Stimulationsanwendung durchzuführen. Dabei ist der Sensor 3 bspw. geeignet einen Messwert insbesondere die EMG-Aktivität des Nutzers 2 zu messen. Dies erlaubt vorteilhaft eine EMG-Aktivität des Nutzers 2 zu messen und einen Stimulations-Impuls, insbesondere einen EMS-Impuls auszulösen, der abhängig von dem Messwert oder Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparametern verändert ist. Vorteilhaft können in dem System 1 ein oder mehrere Sensoren 3 des gleichen oder unterschiedlichen Typs angeordnet werden. Durch die Anordnung der Sensoren 3 an dem Trainingsanzug 10 kann der vom Sensor gemessener Messwert direkt am Nutzer 2 gemessen werden. Das in 1 dargestellte System 1 ist dabei so konfiguriert, dass der Stimulations-Impuls ein elektronischer Stimulations-Impuls, insbesondere ein EMS-Impuls ist und die Stimulation eine Elektrostimulation, insbesondere eine EMS-Stimulation ist.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 4 ist konfiguriert, den Messwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen, und ein Steuersignal an die Impulseinheit 5 zu generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen. In der vorliegende gezeigten Ausführungsform sind Impulseinheit 5 und Datenverarbeitungseinheit 4 in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht, dass vom Nutzer 2 in einer Hand getragen werden kann, oder wahlweise in eine Tasche gesteckt oder lösbar mit dem Trainingsanzug 10 verbunden werden kann. Die Impulseinheit 5 ist dabei geeignet, Stimulations-Impulse auszulösen, und konfiguriert, abhängig von dem Steuersignal einen oder mehrere Stimulations-Impulsparameter zu verändern.
  • Mit einem wie dem dargestellten System 1 kann insbesondere ein Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer, unter Verwendung eines Systems, insbesondere tragbaren Systems, nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Ein derartiges Verfahren, bei dem eine Impulseinheit einen oder mehrere Stimulations-Impulse auslöst, umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
    • a. Messen eines Messwertes,
    • b. Vergleichen des Messwertes mit einem Schwellenwert,
    • c. Generieren eines Steuersignals, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen,
    • d. Verändern eines Stimulations-Impulsparameters abhängig von dem Steuersignal.
  • Dabei wird der mittels Sensor gemessene Messwert mittels geeigneter Algorithmen/mit einem Schwellenwert vergleichen. Ein derartiger Algorithmus kann vorteilhaft in der Datenverarbeitungseinheit vorgegeben oder vorgebbar sein. Wenn anhand des Algorithmus festgestellt werden kann, dass der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierten Verhältnis zueinander stehen, wir ein entsprechendes Steuersignal generiert und abhängig von dem Steuersignal ein Impulsparameter verändert. Ein entsprechender Stimulationsimpuls mit geändertem Impulsparameter kann dann von der Impulseinheit ausgelöst werden. Somit kann bspw. die Stimulationsimpulsintensität in Abhängigkeit von dem Messwert erhöht oder erniedrigt werden. Ebenfalls können alternativ oder zusätzlich weitere Stimulations-Impulsparameter wie Impulstyp, Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz, Rampe, Impulspause, Einzelimpulsweite, und/oder Einzelimpulsdauer verändert werden.
  • Das in 1 dargestellte System 1 umfasst zudem eine Benutzerschnittstelle 6, mit einem Eingabemittel 62, bspw. Tasten. Die Benutzerschnittstelle 6 ist in der dargestellten Ausführungsform in einem von der Datenverarbeitungseinheit 4 und Impulseinheit 5 separaten Gehäuse angeordnet und als Fernbedienung ausgestaltet. Damit lässt sich mittels der die Benutzerschnittstelle 6 umfassenden Fernbedienung, die Datenverarbeitungseinheit 4 und die Impulseinheit 5 Steuern und Einstellen, ohne dass der Nutzer 2 die Fernbedienung bei der Stimulationsanwendung bei sich tragen muss. Das tragbare die Datenverarbeitungseinheit 4 und die Impulseinheit 5 umfassende Gehäuse umfasst weiter eine Energiequelle 7. Mittels geeigneten elektrischen Leitern 9 ist die Impulseinheit 5 und die Energiequelle 7 jeweils mit den Elektroden 8 und den Sensoren 3 verbunden, um diese mit einem geeigneten Nutzstrom zu versorgen, sowie den in der Impulseinheit 5 generierten Stimulationsimpuls an die Elektroden 8 zu übertragen.
  • Wie aus der in 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 ersichtlich kann das Textil 10 auch als Oberteil ausgestaltet sein. Hier sind die Elektroden 8 und Sensoren 3 jeweils in einem linken und rechten Bauchbereich angeordnet. Das die Datenverarbeitungseinheit 4 und die Impulseinheit 5 aufweisende Gehäuse enthält hierbei austauschbare Akkus als Energiequelle 7. Weiterhin unterscheidet sich die in 2 dargestellte Ausführungsform von der in 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass als Visualisierungseinheit 61 und Eingabemittel 62 ein Mobiltelefon oder Tablet-PC verwendet wird. Hierbei erfolgt die Übertragung von Daten von dem Visualisierungseinheit 61 und Eingabemittel 62 zu der Datenverarbeitungseinheit 4 mittels geeigneter Übertragungsmittel, bspw. Funk oder WLAN. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist als Visualisierungseinheit 61 ein Bildschirm 6, 61 bereitgestellt, der als Eingabemittel 62 unter anderem eine Kamera 6, 62 aufweist. Wie unmittelbar aus 3 ersichtlich wird dem Nutzer 2 mittels des Bildschirms 6, 61 eine virtuelle Realität bereitgestellt, die den Nutzer 2 bei der Ausführung eines Bewegungsablaufs, hier dem Heben eines Gewichtes, zeigt. Dabei wird in der virtuellen Umgebung dem durch die Kamera 61 aufgenommenen Bild des Nutzers 2 das Gewicht als Teil der virtuellen Umgebung hinzugefügt. Dem Nutzer 2 wird dabei in Echtzeit sein Bewegungsablauf mit visualisiertem Gewicht dargestellt. Wie in 3 ebenfalls ersichtlich umfasst das System 1 hier ebenfalls ein Textil 10 in Form eines Wings an dem Elektroden 8 und Sensoren 3 jeweils am hinteren Bereich der Oberarme angeordnet sind. Wird der in der hier nicht dargestellten Datenverarbeitungseinheit 4 hinterlegte Bewegungsablauf nicht korrekt vom Nutzer 2 ausgeführt, erhält der Nutzer 2 einen Stimulationsimpuls über die Elektroden 8. Ebenfalls ist es möglich einen Stimulationsimpuls als Simulation der Spielsituation, bspw. die Auswirkung des gehobenen Gewichts, auszugeben.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Steuerung von Stimulations-Impulsen nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform; ein EMS-Nutzer 2, der mit wenigstens 2 Elektroden hier an einer Trainingshose 10 ausgestattet ist, wird durch Impulse während seiner Aktivität stimuliert, die über einen Sensor getaktet werden, wahlweise Zeit-, Druck-, Beschleunigungs- oder Ultraschallsensor, Widerstandsgerät, Eletromyogaphiegerät.
  • 5 zeigt eine Darstellung eines Spannungsverlaufes eines beispielhaften Stimulationsimpulses. Ein solcher Stimulationsimpuls kann insbesondere von der Impulseinheit 5 abhängig von dem Steuersignal in einem oder mehreren Stimulations-Impulsparameter verändert und ausgelöst werden. Insbesondere können Elektroden des erfindungsgemäßen Systems mit einem solchen Stimulationsimpuls beaufschlagt werden. Es ist dabei aus 5 unmittelbar ersichtlich, dass hier jeweils Rechtecksverläufe der Impuls-Intensitäten vorliegen. Der gesamte Stimulations-Impuls umfasst eine Puls-Einheit aus mehreren Einzelimpulsen, die in kurzer Abfolge mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität ausgelöst werden. Jeder Einzelimpuls ist dabei ein einmaliger Vorgang, dessen Augenblickswerte nur innerhalb einer beschränkten Zeitspanne merklich von null abweichen. Derartige in ihrem einen oder mehreren Stimulations-Impulsparameter veränderte Stimulations-Impulse können insbesondere mittels Darstellung von Spannungsverläufen der Stimulations-Impulse, insbesondere solche mit denen Elektroden beaufschlagt werden wie beispielsweise in 5 gezeigt verstanden und charakterisiert werden. Insbesondere können Stimulations-Impulse durch eine Mehrzahl jeweils Rechtecksverläufe der Intensitäten, insbesondere Spannungen, vorliegen. Der hier dargestellte Stimulationsimpuls besteht aus Einzelimpulse mit bipolarem Impulstyp. Die Intensität des Stimulations-Impulses wird nach einer Folge von in ihrer maximalen Auslenkung zunehmender Rampenimpulse erreicht. Die Rampe wie in 5 dargestellt zeigt dabei eine charakteristische Steigung, die aus den maximalen Auslenkungen der Folge von solchen in ihrer Auslenkung zunehmender Rampenimpulse erreicht wird. Dabei ist die Rampe abhängig von der Dauer und der maximalen Auslenkung der Rampenimpulse von Beginn des Stimulationsimpulses bis zum Erreichen der Intensität des Stimulations-Impulses. In 5 ist nach vollständigem Ablauf des Stimulationsimpulses eine Impulspause dargestellt, die die zeitliche Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stimulationsimpulsen bezeichnet. Der nach der Impulspause nachfolgende Stimulationsimpuls ist anhand seines ersten Rampenimpulses angedeutet. Der dargestellte Stimulationsimpuls hat eine Impulsweite von etwa 25 bis etwa 200 μs.
  • Beispiele
  • Mittels der erfindungsgemäßen Systeme und Verfahren lassen sich insbesondere bei erfindungsgemäßen tragbaren EMS-Systemen oder Anwendungen vorteilhafte Effekte erreichen. Durch tragbare Systeme ist dabei eine deutliche Steigerung der Funktionalität möglich. Dabei sind die Anwendungsfelder des erfindungsgemäßen Systems oder Verfahrens nahezu unbegrenzt.
  • In allen hierin im Folgenden beschriebenen Beispielen können die mit stationären Geräten erzielten Ergebnisse durch den funktionelleren und angenehmeren Einsatz deutlich gesteigert werden.
  • Beispiel 1
  • Ein Gruppe von n = 15 Elite Rugby Spielern führt für 12 Wochen ein isometrisches EMS Training mit einem erfindungsgemäßen System und Verfahren mit Elektroden an vier Beinmuskeln durch. Dabei wurde das Training mit Kniestrecksehne, Plantarflexoren, und Gluteus-Muskulatur durchgeführt. Während der ersten 6 Wochen, wurden Trainingseinheiten 3 mal die Woche und während der letzten 6 Wochen einmal die Woche mit folgendem Pulsmuster durchgeführt:
    Rechteckig gepulste Ströme (100 Hz) für 400 μs; Dabei wurden Klebeelektroden mit einem Stimulationskanal verwendet (nur ein Muskel kann beidseitig stimuliert werden, danach wird zum nächsten Muskel gewechselt).
  • Nach absolviertem Training zeigen sich positive Effekte, insbesondere hinsichtlich Kniebeugen +15%, Squat Jump +10%, Drop Jump +7%,
    Kniebeugen: Zunahme des 1-RepetitionMaximums; Bei den Sprüngen geht es um eine Steigerung der gesprungen Höhe
  • Beispiel 2
  • Eine Gruppe (n = 20) überregional spielender Fußball Spieler Gruppe n = 10 und 10 Kontrollprobanden führt für 5 Wochen ein isometrisches EMS Training mit einem erfindungsgemäßen System und Verfahren mit Elektroden am Rectus Femoris aus.
  • Das Training wurde in 12-minütigen EMS-Trainingseinheiten durchgeführt, mit 3 Trainingseinheiten pro Woche. Elektrostimulation wurden an beiden Quadriceps femoris Muskeln durchgeführt. Während der Stimulation, wurden die Probanden auf eine Maschine zur Kräftigung der Quadriceps femoris Muskeln gesetzt, wobei das Knie in einem 60° Winkel fixiert wurde (0° entspricht voller Streckung des Beines).
  • Ein tragbares Batteriebetriebenes System nach der vorliegenden Erfindung wurde verwendet. Drei 2-mm-dicke selbst-klebende Elektroden wurden auf jedem Oberschenkel platziert.
  • Rechteckig gepulste Ströme (100 Hz) mit Impulsdauer 400 ms wurden gegeben.
  • EMS-Stimulation wurde drei Sekunden lang ausgeführt mit nachfolgender 17 Sekunden Erholungspause (duty cycle 15%). Während der Trainingseinheit wurden 36 Kontraktionen durchgeführt. Die Stimulationsintensität wurde bestimmt durch die Schmerztoleranz des Nutzers. – Die maximal tolerierte Intensität variierte zwischen 60 und 120 mA, sowohl für die Probanden als auch für die Kontrollgruppe.
  • Nach absolviertem Training zeigen sich positive Effekte, insbesondere hinsichtlich Drehmoment (isokinetisch) nach 3 Wochen +16%, nach 5 Wochen +27%, Ballgeschwindigkeit Schuss nach 3 W. +7%, nach 5 W. +10% (ohne Anlauf), Ballgeschwindigkeit Schuss nach 5 W. +6% (mit Anlauf), Kraft, Schussgeschwindigkeit, und Zeiteffizienz.
  • Beispiel 3
  • Eine Gruppe (n = 17) national spielender Eishockey Spieler N = 9 EMS-Probanden, +8 Kontrollprobanden, führt für 3 Wochen ein isometrisches EMS Training mit einem erfindungsgemäßen System und Verfahren aus (Vasti), 9 Trainingseinheiten in 3 Wochen à jeweils 12 min; isometrische Stimulation des vierköpfigen Oberschenkelstreckers ohne Bewegungsmöglichkeit; 85 Hz, 250 μ, 4 s Stimulation, 20 s rest; 30 Kontraktionen pro Session bei mindestens 60% der zuvor gemessenen maximalen willentlichen Kontraktion; Während EMS-Anwendung wurden die Sportler auf eine Beinstreckmaschine gesetzt mit Kniewinkel 60° ((0° entspricht voller Streckung des Beines). Zwei Paare selbstklebender Positivelektroden (eine jede mit den Abmessungen 25 cm2; 5 × 5 cm), die die Eigenschaft aufweisen die Membran zu depolarisieren, wurden auf den Vastus medialis und Vastus lateralis Muskel platziert. Zwei rechteckige Negativelektroden, jede mit der Abmessung 50 cm2 (10 × 5 cm) wurden über das Oberschenkeldreieck jedes Beines, etwa 1–3 cm unterhalb der Leistenbänder platziert.
  • Nach absolviertem Training zeigen sich positive Effekte, insbesondere hinsichtlich Drehmoment isokinetisch Exzentrik +37%, Konzentrik +49%, 10 m Skating-Sprint-Zeit –5%,. (Brocherie, F. R. A. N. C. K., Babault, N. I. C. O. L. A. S., Cometti, G. I. L. L. E. S., Maffiuletti, N. I. C. O. L. A., & Chatard, J. C. (2005). Electrostimulation training effects on the physical performance of ice hockey players. Med Sci Sports Exerc, 37(3), 455–460)
  • Beispiel 4
  • Ein einzelner Gewichtheber auf olympischem Niveau führt für 4 + 2 Wochen ein isometrisches EMS Training mit einem erfindungsgemäßen System und Verfahren aus (Vasti). Es werden zwei EMS-Trainings-Phasen der Oberschenkel-Strecker (M. vastus lateralis, M. vastus medialis, M. vastus intermedius, M. rectus femoris) von 4 und 2 Wochen durchgeführt, die durch kurzen Phasen normalen Trainings ohne EMS unterbrochen wurden. Es zeigen sich durch jede der beiden EMS-Trainingsphasen deutliche Leistungsfortschritte, die während der Phase des herkömmlichen Krafttrainings ohne EMS nicht messbar waren. Nach absolviertem Training zeigen sich positive Effekte, insbesondere hinsichtlich Steigerung des Anteils an Typ-II Muskelfasern (Typ-I 25 ☐ 14%, Typ-II 55 ☐ 65%), Steigerung Squat, Clean & Jerk, Snatch (Squat +20 kg nach 4, +20 kg nach 4 + 2),
  • Die in Beispielen 1 bis 4 erzielten Effekte entstehen dabei insbesondere aus der speziellen Anpassung des elektrischen Impulses gemäß des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens Je individueller ein Impuls gestaltet wird, desto besser sind auch die jeweiligen Anpassungen.
  • Als Trainingsprogramme und Parameter werden in den Beispielen 1 bis 4 insbesondere die folgenden Parameter verwendet.
  • Die im folgenden genannten Impulsformen sind Grundprogramme für die Stimulationsbehandlung mit dem erfindungsgemäßen System und/oder Verfahren.
  • Programm 1 eignet sich zur Begleitung eines Krafttrainings, Programm 2 zur Begleitung eines Ausdauertrainings.
  • Die nachfolgend genannten Werte sind Studienergebnisse, welche durch genau diese bzw. nur geringfügig veränderte Stimulationen entstanden sind. Standard Training Program 1: Intermittent Impulse
    Pulse: rectangular/sine, bipolar
    Frequency: 100/120 Hz
    Pulse width: 400 μs
    Pulse rise: 1up/1down; 0.75up/0.5down
    Pulse time: 4/5 s
    Pulse pause: 3/4 s
  • Eine entsprechende Studie mit Systemen des Standes der Technik wurde veröffentlicht. (Babault, N., Cometti, G., Bernardin, M., Pousson, M., & Chatard, J. C. (2007). Effects of electromyostimulation training on muscle strength and power of elite rugby players. The Journal of Strength & Conditioning Research, 21(2), 431–437.)
    ☐ highly trained rugby players, 6 weeks 3×/week + 6 weeks 1×/week, isometric contractions, 5on/15off, rectangular, knee extensors, plantar flexors, gluteus muscles
    Strength increase (torque): +16%
    1RM Squat Strength: +8% after 6 weeks, +15% after 12 weeks
    Squat Jump: +10% after 12 weeks
    Drop Jump: +12% after 12 weeks
    No change in 15-repetitive-jumps performance & 20 m/50 m sprint time
  • Eine entsprechende Studie mit Systemen des Standes der Technik wurde veröffentlicht (Bezerra, P., Zhou, S., Crowley, Z., Brooks, L., & Hooper, A. (2009). Effects of unilateral electromyostimulation superimposed on voluntary training on strength and cross-sectional area. Muscle & nerve, 40(3), 430–437.)
    ☐ students, right leg only, 5on + 1up&down/5off, rectangular, isometric, cathode: inguinal fold, anode: proximal patella, +voluntary contraction, 6 weeks à sessions
    Strength (MVC): +30%
    CSA: +3% (6 weeks too short)
  • Eine entsprechende Studie mit Systemen des Standes der Technik wurde veröffentlicht (Billot, M., Martin, A., Paizis, C., Cometti, C., & Babault, N. (2010). Effects of an electrostimulation training program on strength, jumping, and kicking capacities in soccer players. The Journal of Strength & Conditioning Research, 24(5), 1407–1413)
    ☐ football players, 5 weeks à 3 sessions, isometric, rectangular, 3on/17off
    Eccentric torque: +12% after 3weeks, +22% after 5 weeks
    Isometric torque: +16% after 3 weeks, +27% after 5 weeks
    Ball speed (without run-up): +7% after 3 weeks, +10% after 5 weeks
    Ball speed (with run-up): +6% after 5 weeks
    No effect on jumps and 10 m sprint time and v at 10 m
    Standard Training Program 2: Continuous Stimulation für endurance training
    Pulse: rectangular/sine, bipolar
    Frequency: 2–50 Hz
    Pulse width: 200–400 μs
    Pulse rise: no rise
    Pulse time: up to 2 h (at 50% of maximum power output)
    Pulse pause: 0 s
    No studies known – completely new on the market
  • Eine entsprechende Studie mit Systemen des Standes der Technik wurde veröffentlicht (Doucet, B. M., Lam, A., & Griffin, L. (2012). Neuromuscular electrical stimulation for skeletal muscle function. The Yale journal of biology and medicine, 85(2), 201.)
  • Einsatzmöglichkeiten speziell des WLS Calf Guards & WLS Wing
  • Grundsätzlich wirkt der Einsatz der beiden Produkte während jeglicher Art von Bewegung intensitätssteigernd. Durch den Impuls wird ein erheblich größerer Anteil der beteiligten Muskelfasern aktiv. Die Verbindung mit der jeweiligen Zielkoordination stellt die ansonsten eingeschränkte Funktionalität des EMS Trainings sicher. Besonders die Angebote dieser beiden funktionellen Einzelprodukte ist eine Neuheit.
  • Beispiel 5
  • Spezifische Einsatzbeispiele für die erfindungsgemäßen Systeme und deren Vorteile:
  • 1. WLS Calf Guards
  • Einsatzgebiete:
    • Läufer/Jogger/Walker, Leichtathleten (Sprung- und Laufdisziplinen), Radsportler (Rennrad, Mountainbike), Ballsportler mit Lauf- oder Sprunganteilen (z. B. Fußball, Volleyball), Turner mit Sprunganteilen (z. B. Boden, Sprung)
  • Vorteile:
  • Allgemeine trainingsabhängige „Kraft”-steigerung in Kombination mit spezifisch verbesserter Koordination
    • • gesteigerte Reaktivkraftfähigkeiten (z. B. Sprintbewegungen im Fußball)
    • • höhere Sprungkraft (z. B. Weitsprung, Bodenturnen)
    • • bessere Bewegungsökonomie (Effizienz) der Bewegungen (z. B. Laufen)
    • • gesteigerte Kraftausdauer (z. B. Radfahren)
  • 2. WLS Wing
  • Einsatzgebiete:
  • 1) Leistung
    • Leichtathleten (Wurfdisziplinen), Ballsportler mit Wurf- oder Schlaganteilen (z. B. Tennis, Handball, Volleyball), Turner bei Disziplinen mit Armeinsatz (z. B. Ringe, Barren), Kraftsportler (z. B. Powerlifter, Bodybuilder), Ruderer (Ergometer), Schwimmer
  • 2) Körperhaltung
  • Ausdauersportler (v. a. Radfahrer & Läufer), Schreibtischarbeiter, Handwerker
  • Vorteile:
  • 1) Allgemeine trainingsabhängige „Kraft”-steigerung in Kombination mit spezifisch verbesserter Koordination,
    • • stärkere Wurf- und Schlagkraft (z. B. Handball, Tennis)
    • • Unterstützung beim Muskelaufbau
    • • Bodyforming der Arme
    • • bessere Ökonomie (Effizienz) der Bewegungen (z. B. Turnen, Schwimmer)
    • • gesteigerte Kraftausdauer (z. B. Rudern)
  • 2) Verbesserung der Körperhaltung (Aufrichtung des Oberkörpers)
  • Grundsätzliche sportwissenschaftliche Aussage zur Funktionalität von EMS und den Vorteilen unserer Produkte:
  • Um die medizinische bzw. sportwissenschaftliche Funktionalität des EMS Trainings nachzuweisen, haben wir eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt und ausgewertet. Dabei wurden die angenommenen positiven Auswirkungen des EMS Training bestätigt. Besonders hervorzuheben ist, dass vor allem die Studien besonders gute Ergebnisse aufweisen, die das EMS Training in Kombination mit sportartspezifischen Bewegungen durchgeführt haben. Dies verdeutlicht die hohe Funktionalität der mobilen erfindungsgemäßen EMS-Anzüge.
  • Beispiel 6:
  • Umsetzung EMS-Training mit Virtual Reality
  • Eine Fitness-Studio-Umgebung wird virtuell, aber realistisch nachgebaut. Der Trainierende 2 mit einem System 1 nach der vorliegenden Erfindung, das ein Kleidungsstück 10 eine als 3D-Brille ausgestaltete Visualisierungseinheit 61 mit eingebautem Monitor umfasst. Die durch die Brille 61 dargestellte Umgebung scheint real und der Nutzer 2 fühlt sich wie im Fitness-Studio – auch die Geräte sind aus einem herkömmlichen Studio wiederzuerkennen. Der Trainierende 2 kann jetzt seinen zuvor zusammengestellten Trainingsplan durchlaufen und mit seinem ersten Gerät beginnen. Die in der Datenverarbeitungseinheit 4 hinterlegte Software erkennt welches Gerät der Nutzer 2 ansteuert und bereitet die Impulseinheit 5 vor nur die zu trainierende Muskelgruppe zu stimulieren.
  • In einer ersten Ausführungsform werden die vorgebbaren Bewegungen dem Nutzer 2 in der als 3D-Brille ausgestalteten Visualisierungseinheit 61 übe einen Avatar gezeigt. Diese Bewegung wird dann vom Nutzer 2 nachgeahmt. Die Art und Abfolge der von der Impulseinheit 5 generierten elektrischen Stimulationsimpulse und angesteuerten Elektroden 8 wird optisch in der 3D-Brille 61 dargestellt. Somit kann bspw. dem Trainierenden 2 angezeigt werden, wann und wo ein Stimulationsimpuls erfolgt. Dies stellt bereits ein sinnvolles Trainingstool dar.
  • In einer zweiten Ausführungsform wird der Trainierende 2 während der Übungsausführung Feedback zu seiner Bewegung bekommen. Dies kann über zwei verschiedene Methoden der Bewegungsanalyse umgesetzt werden:
  • 1) Beschleunigungssensoren
  • An den großen Gelenken werden Beschleunigungssensoren 3 angeordnet, welche, nach einer Kalibration zu Beginn des Trainings, die Position der einzelnen Gliedmaßen genau nachverfolgen können. Dadurch kann die Bewegung der Sensoren 3 mit vorgegebenen Trajektorien abgeglichen werden, welche die optimalen Bewegungsausführen wiederspiegeln.
  • Zusätzlich könnte durch das Einnehmen oder Überschreiten bestimmter Abstände von bestimmten Sensoren 3 zueinander die Abgabe eines Stimulationsimpulses getriggert werden. Dies ist vor allem in koordinativ anspruchsvollen Sportarten von Bedeutung (z. B. Laufen).
  • 2) Optische Systeme
  • Ein Bewegungsfeedback kann auch technisch einfacher umgesetzt werden. Hierzu kann das System ein oder mehrere Kameras 62 umfassen. Dabei können insbesondere in aktuellen Spielekonsolen üblicherweise enthaltene Kameras 62 verwendet werden, um Spiele über die Bewegungen des Körpers zu steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei Konsolen-Spiel Anwendung finden und die jeweilige bestehende Technologie nutzen und ergänzen.
  • Beispiel 7:
  • Elektromyografie (EMG): EMG-Aktivität wird als Trigger für EMS-Impuls genutzt
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Stimulation abhängig von der elektrischen Muskelaktivität des Verwenders 2 ausgelöst. Zu diesem Zweck umfasst das erfindungsgemäße Kleidungsstück 10 vorzugsweise einen Sensor 3 zum elektromyographischen Messen der Muskelaktivität des Verwenders 2. Die Impulseinheit 5 löst einen Stimulationsimpuls aus, wenn die gemessene Stromstärke an der Sensorelektrode 3 einen festgelegten Schwellenwert überschreitet. Dieser Wert ist abhängig von der Anlage der Elektroden 8, dem Hautwiderstand, dem Unterhautfettgewebe und weiteren Faktoren. Aus diesem Grund wir dieser Schwellenwert vor jeder Benutzung softwareintern über die Verwendung von Algorithmen kalibriert.
  • Beispiel 8:
  • Ultraschall: Bestimmung der Körperzusammensetzung und Anpassung des Impulses
  • Ultraschall wird auch heute schon eingesetzt, um die Körperzusammensetzung zu bestimmen. Allerdings als großes Einzelgerät. Nachdem die Messung jedoch vergleichsweise umständlich ist und der ganze Körper nur sehr umständlich abgedeckt werden kann, werden mittlerweile hauptsächlich Bioimpedanzwaagen eingesetzt. Diese sind einfacher zu bedienen und mittlerweile auch vergleichsweise anerkannt. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Systems 1 mit Generierung von EMS-Impulsen erlaubt es, nicht mehr jede Elektrode einzeln einstellen zu müssen, sondern nur noch eine Stromstärke zu regeln, die dann jede Elektrode 8 aufgrund der mittels Sensor 3 gemessenen Körperzusammensetzung mit einem Faktor belegt; Gewebe mit mehr Fett leitet schlechter – es muss also die Stromstärke und/oder Spannung im Vergleich zu anderen Elektroden 8 nach oben geregelt werden, um die gleiche Kontraktion zu spüren. Die verschiedenen Körperflüssigkeiten zeigen sich im Ultraschall durch verschiedene Farbtiefen ab. Somit kann über einen optischen Sensor 3 ermittelt werden, wie die Anteile verteilt sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 weist das erfindungsgemäße Kleidungsstück 10 eine Anzahl n an Elektroden 8: E1, E2 ... En und eine vorzugsweise gleiche Anzahl an Ultraschallsensoren 3: U1, U2 ... Un auf. Mithilfe der Ultraschallsensoren 8 wird der Fettgehalt des Gewebes des Nutzers 2 an dem betreffenden Ort ermittelt. Anhand des Fettgehaltes wird die Stromstärke an der betreffenden Elektrode 8 angepasst, wobei die Stromstärke an einem Ort mit höherem Fettgehalt größer gewählt wird als an einem Ort mit niedrigerem Fettgehalt.
  • Beispiel 9:
  • Körperwiderstandsmessung an Elektroden:
  • Automatische Anpassung der Impulsintensität aufgrund der Höhe des jeweiligen Körperwiderstands, nur noch die Gesamtintensität muss angepasst werden – die einzelnen Elektroden passen dann automatisch
  • Wie hierin in Beispiel 7 im Zusammenhang mit Ultraschall beschrieben, wobei Der Körperwiderstand über Bioimpedanzmessung (BIA) gemessen wird. Ein Elektrischer Stimulationsimpuls wird von einer Elektrode 8 zu einer weiteren Elektrode geschickt; über die benötigte Zeit kann gemessen werden, wie das Gewebe zusammengesetzt ist; wird als Einzelmessung relativ zuverlässig eingesetzt (z. B. InBody720); Hierdurch muss nicht mehr jede Elektrode einzeln eingestellt werden, sondern es ist nur noch eine Stromstärke zu regeln, die dann jede Elektrode aufgrund der gemessenen Körperzusammensetzung mit einem Faktor belegt; Gewebe mit mehr Fett leitet schlechter – es muss also Stromstärke und/oder Spannung im Vergleich zu anderen Elektroden nach oben geregelt werden, um die gleiche Kontraktion zu spüren; bei mehr eingelagerter Flüssigkeit erfolgt die Anpassung entsprechend;
    Ein weiterer Nutzen des beschriebenen Systems besteht darin Trainingsfortschritte aufzuzeigen; in gewissen Abständen werden die einzelnen Gliedmaßen und Körperteile auf ihre Zusammensetzung getestet;
  • Beispiel 10:
  • Drucksensor in Schuh: Druckanstieg auf Schuhsohle triggert EMS-Impuls
  • Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Systems 1 besteht für Menschen mit Lähmungserscheinungen, um wieder ein runderes Gangbild zu erzeugen. Dabei werden EMS-Impulse durch einen Druckanstieg auf der Schuhsohle ausgelöst. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, den Stimulations-Impuls während einer Bewegung optimal zu timen; z. B. beim Laufen muss der Impuls während der Phase, in der das Bein in der Luft ist nicht anspannen; aus koordinativer Sicht wäre es deutlich besser, wenn der Impuls die Muskulatur nur dann kontrahieren würde, wenn der Fuß auf dem Boden aufsetzt und die Anpassung nach Verlassen des Bodens wieder aufhören würde; dies erlaubt das erfindungsgemäße System 1 und insbesondere ein damit ausgeführtes EMS-Training und macht damit das EMS-Training in allen Sportarten auf zwei Beinen deutlich funktioneller.
  • Beispiel 11:
  • Beschleunigungssensoren: Einnehmen/Überschreiten bestimmter Abstände von bestimmten Sensoren triggert den Impuls
  • Wie hierin unter Beispiel 9 im Zusammenhang mit dem Drucksensor in den Schuhen beschrieben, wobei hier das System 1 auf den gesamten Körper anwendbar ist; wenn eine bestimmte voreingestellte Stelle zweier Sensoren zueinander erreicht wird, wird der Stimulationsimpuls ausgelöst und bei Verlassen dieses Abstandes wird der Stimulationsimpuls wieder ausgestellt.
  • 1) Beschleunigungssensoren
  • An den großen Gelenken werden Beschleunigungssensoren eingebaut, welche, nach einer Kalibration zu Beginn des Trainings, die Position der einzelnen Gliedmaßen genau nachverfolgen können. Dadurch kann die Bewegung der Sensoren mit vorgegebenen Trajektorien abgeglichen werden, welche die optimalen Bewegungsausführen wiederspiegeln.
  • Zusätzlich könnte durch das Einnehmen oder Überschreiten bestimmter Abstände von bestimmten Sensoren zueinander der Stimulationsimpuls getriggert werden. Dies ist vor allem in Koordinativ anspruchsvollen Sportarten von Bedeutung (z. B. Laufen).
  • 2) Optische Systeme
  • Ein Bewegungsfeedback kann auch technisch einfacher umgesetzt werden. Hierzu kann das System ein oder mehrere Kameras 62 umfassen. Dabei können insbesondere in aktuellen Spielekonsolen üblicherweise enthaltene Kameras 62 verwendet werden, um Spiele über die Bewegungen des Körpers zu steuern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei Konsolen-Spiel Anwendung finden und die jeweilige bestehende Technologie nutzen und ergänzen.
  • Gemäß 1) und/oder 2) kann der Proband 2 selbst den Stimulationsimpuls steuern. Erst durch eine eigene Bewegung wird der Stimulationsimpuls ausgelöst. Hierzu werden mittels Sensoren die Bewegungsdaten als Messwerte erfasst, an die Datenverarbeitungseinheit übertragen, dort verarbeitet und insbesondere mit einem Schwellenwert verglichen und daraufhin mittels Impulseinheit 5 ein Stimulations-Impulse ausgelöst, und an den Elektroden eine Stimulation erzeugt.
  • Zeitgleich kann eine Visualisierung entweder 2D oder 3D, der eigenen Bewegung. In Kombination mit 1) und/oder 2) in einer Visualisierungseinheit dargestellt werden.
  • Beispiel 12:
  • Nahinfrarotspektroskopie (NIRS): Messung der Sauerstoffsättigung der Muskulatur/des Gewebes, Anpassung Intensität (bes. Seniorensport)
  • In einem erfindungsgemäßen System 1 kann mittels geeigneter Sensoren die Sauerstoffsättigung während der Belastung gemessen werden. Die gemessenen Messwerte werden in einer in der Datenverarbeitungseinheit bereitgestellten Software analysiert. Daraufhin können entsprechende Trainingsempfehlungen gegeben werden. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Systems abhängig vom detektierten Messwert Stimulationsimpulsparameter, insbesondere die Stimulationsintensität variiert und geändert und das Training somit noch individueller gestaltet werden.
  • Beispiel 13
  • Einsatz als Vaginal und/oder Analsonde zum Training der jeweiligen Schließmuskeln. Auch in Kombination mit einem Drucksensor zur Überprüfung der Krontraktionsrichtung und -fähigkeit.
  • Beispiel 14
  • Akustische, Bewegungs-, taktile und oder optische Sensoren zur Steuerung des Systems bzw. einzelner Impulsparameter durch Gesten und/oder gesprochene befehle. Zum Beispiel Kopfnicken zum Starten, Hand heben und Handfläche nach vorne = Stop, winkende Bewegung nach oben mehr Intensität, Handfläche nach unter: Weniger Intensität. Klopfen auf die Brust = Pause. Etc. Einmal mit beiden beinen Hüpfen = Stop, zweimal mit beiden Beinen hüpfen = Training wieder aufnehmen
  • Beispiel 15
  • Zwei Personen sind räumlich getrennt. Eine oder beide Personen tragen Elektroden die mit einer Stimulationseinheit verbunden sind. Die jeweils andere Person kann die Stimulation steuern. Beispielsweise kann eine Bewegung der einen Person zu einer Stimulation der anderen Person führen. Dies kann virtuell erfolgen (Person A sieht mittels augmented realtiy die eigene Hand in Kombination mit der anderen Person B) oder auch über eine Fernbedienung, beispielsweise sind die Elektrodenplatzierungen auf einem Avatar gekennzeichnet. Durch entsprechende Berührung des Avatars wird die andere Person stimuliert.
  • In einer weiteren Ausführung kann dies mit Aktoren verbunden werden, die an der Person aufgebracht sind, die die Stimulation auslöst, um so ein weiteres Feedbackelement zu ergänzen.
  • Beispiel 16:
  • Einsatz in der Schwerelosigkeit
  • Das erfindungsgemäße System in Form eines Trainingsanzugs kann auch vorteilhaft zum Astronautentraining eingesetzt werden. Die Körperkraft und Ausdauer des Astronauten wird dadurch verbessert, während dieser sich für längere Zeit in der Schwerelosigkeit befindet. Während des Tragens des Anzugs wird ein Abbau der Muskelmasse des Astronauten vermindert, sowie die Knochenstrukturwahrung verbessert.
  • Das erfindungsgemäße System kann auch verwendet werden, die Vital- und Bewegungsdaten (insbesondere in Extrempositionen) zu erfassen,. Diese Anwendung optimiert die Gesundheit und das Wohlbefinden des Astronauten und kann möglicherweise die Zeit, in der er sich im Weltall aufhalten kann verlängern. Insbesondere kann die Verwendung des erfindungsgemäßen Systems die Notwendigkeit an auf der Erde durchgeführten Übungen zur Vorbereitung herabsetzen und auch die Erholungszeit nach Rückkehr zur Erde verkürzen.
  • Astronauten können nicht 1 oder 2 Stunden am Tag trainieren. Gerade für längere Flüge ist es jedoch notwendig ihre physische Gesundheit und Konstitution zu erhalten. Mit dem erfindungsgemäßen System können sie diese während ihrer Arbeit trainieren und so die Zeit im Weltall besser nutzen.
  • Alternativen aus dem Stan der Technik, wie Tretmühlen, Alternatives to our suit like treadmills, Squadmaschinen, Flugräder, oder Ergometer benötigen zudem wesentlich mehr Platz als das erfindungsgemäße System und erlauben keinen der weiteren vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems. Eine Kombination solcher Systeme des Standes der Technik mit dem erfindungsgemäßen System ist jedoch möglich.
  • Auch werden Astronauten üblicherweise mit Vorrichtungen ausgestattet, die deren Vitaldaten erfassen: ECGs, Blutdruck, Atemfrequenz. Diese Vorrichtungen können sich gegenseitig jedoch behindern, und sind schwer und schwierig zu installieren.
  • Das erfindungsgemäße System erlaubt hier mit den entsprechenden Sensoren eine in einen Raumanzug integrierbare Lösung und so die Komplexität zu erniedrigen.
  • Beispiel 17:
  • Laufsportarten (Joggen, Walken, Ballsportarten, etc.)
    • Sensor: Drucksensor im Schuh
    • Elektroden: untere Extremitäten
    • Verfahren: Bei Registrierung eines Anstieges des Drucks auf den Drucksensor unter der Fußsohle (über den Grund-/Ruhewert ohne Belastung auf dem Sensor hinaus) wird folgender Impuls ausgelöst:
  • Pulse: rechteckig, bipolar
    Frequency: 20 Hz
    Pulse width: 200 μs
    Pulse rise: 0 s up, 0 s down
  • Direkt nach dem Druckabfall, der durch das Verlassen des Fußes vom Boden ausgelöst wird, wird der Impuls umgehend beendet. Die restlichen Elektroden des Anzuges werden mit einem submaximalen Dauerimpuls (ca. 30% der maximalen Impulsstärke) stimuliert werden:
    Pulse: rechteckig, bipolar
    Frequency: 50 Hz
    Pulse width: 400 μs
    Pulse rise: no rise
    Pulse pause: 0 s, kontinuierliche Stimulation
  • Beispiel 18:
  • Laufsport (Walken, Joggen, Trail-Running, etc.)
    • Sensor: GPS
    • Elektroden: alle Verfügbaren
    • Verfahren: Über das GPS werden sowohl Geschwindigkeits-, als auch Höhenangaben registriert. Um dabei v. a. auf die gesteigerte Intensität während des bergauf Laufens Rücksicht zu nehmen, wird die Impulsstärke in Abhängigkeit vom Steigungsgrad reduziert. Der Grundimpuls (in mA) wird dabei pro einem Prozent Steigung um 10% reduziert. Die Stimulationsparameter werden dabei wie im Anwendungsbeispiel 1 gestaltet.
  • Beispiel 19:
  • Fitnesstraining (Kraftübungen, etc.)
    • Sensor: Elektromyographie-Sensoren (EMG)
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Während eines gezielten Trainings für bestimmte Muskelgruppen werden die entsprechenden Muskeln nur dann über einen elektrischen Impuls innerviert, wenn über das EMG ein Anstieg der muskulären Aktivität über das Ruhelevel hinaus gemessen wird. Sobald die festgesetzte Schwelle von 5 mV für mehr als 10 ms überschritten wird, wird folgender Impuls ausgelöst:
  • Impulsform: sinusförmig, bipolar
    Frequenz: 120 Hz
    Impulsweite: 400 μs
    Impulsentwicklung: 0.75 s up/0.5 s down
    Impulsdauer: 4 s
    Impulspause: 3 s
  • Beispiel 20:
  • Fitnesstraining (Kraftübungen mit dem mobilen Coach über die App)
    • Sensor: Chronograph, Beschleunigungssensor, App-Vorgaben
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Bei der Durchführung einer Trainingseinheit, die durch den mobilen Coach der App vorgeben wird, wird für jede ausgewählte Übung eine bestimmte Zeit vorgeben. Diese Zeit sorgt gleichzeitig für die Einhaltung der vorgegebenen Geschwindigkeit. Für einen Liegestütz beispielsweise werden zwei Sekunden für das heruntergehen und 2 Sekunden für das hochdrücken veranschlagt. Sobald der Beschleunigungssensor in der zentralen Elektronikeinheit eine Veränderung der Bewegungstrajektorie in Richtung Boden registriert, wird der Impuls ausgelöst und über die von der App festgelegte Dauer aufrechterhalten. Eine Kombination mit Beispiel 19 ist möglich. Der dabei ausgegebene Impuls entspricht Beispiel 19.
  • Beispiel 21:
  • Allgemein – Individuelle maximale Intensität (Kraftübungen, Ausdauertraining, etc.)
    • Sensor: Elektrokardiogramm (EKG, mind. 2 Messelektroden)
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Um zu garantieren, dass die gewünschten Trainingsziele des Nutzers erreicht werden, wird dessen Herzfrequenz (HF) und Herzfrequenzvariabilität (HRV) über ein EKG gemessen. Bevor der Einsteiger ein Training beginnen kann, wird mittels einer ca. 5-minütigen Messung der HRV und der HF das Leistungsniveau des Nutzers festgestellt. Dieses Verfahren ist wissenschaftlich gesichert und in verschiedenen Publikationen veröffentlicht (u. a. Väinämö, Nissilä, Mäkikallio, Tulppo, Röning. Artificial neural networks for aerobic fitness approximation. Proceedings of International Conference on Neural Networks (ICNN), Washington DC, June 3–6, 1996, pp 1939–1949; Väinämö, Mäkikallio, Tulppo, Röning. MS-Windows software for aerobic fitness approximation:neuroaerobic. The Scandinavian Conference on Image Analysis, Lappeenranta, Finland, June 9–11, 1997; Väinämö, Mäkikallio, Tulppo, Röning. A neuro-fuzzy approach to aerobic fitness classification: a multistucture solution to the context-sensitive feature selection problem. Proceedings of IEEE World Congress on Computational Intelligence, Anchorage, May 4–9, 1998.). Aufgrund dieser Einschätzung und seiner ermittelten maximalen HF wird ihm eine individuelle Schwellen-HF zugeteilt, bis zu welcher der Nutzer bei voller Stimulationsintensität weiter trainieren darf. Sobald die ermittelte Schwellen-HF überschritten wird, wird die Stimulationsintensität (mA) pro überschrittenen Schlägen (bpm) um 10% verringert. Die Einteilung der altersabhängigen Leistungsfähigkeit wird in drei Bereiche aufgeteilt: niedrig (Verringerung der Stimulations-Intensität ab 80% der vorhergesagten maximalen HF), mittel (Verringerung der Stimulations-Intensität ab 90% der vorhergesagten maximalen HF), hoch (Verringerung der Stimulations-Intensität ab 100% der vorhergesagten maximalen HF). Ist einem Nutzer beispielsweise eine maximale Herzfrequenz von 200 vorausgesagt und seine altersabhängige Leistungsfähigkeit wird als hoch eingeschätzt, wird die Stimulationsstärke erst ab 200 bpm verringert. Wird die Leistungsfähigkeit des gleichen Nutzers auf niedrig gesetzt, wird die Stimulationsintensität bereits ab 160 bpm heruntergefahren. Dies stellt einen Schutzmechanismus dar.
  • Beispiel 22:
  • Allgemein – Optimale Belastungsintensität (Kraftübungen, Ausdauertraining, etc.)
    • Sensor: Elektrokardiogramm (EKG, mind. 2 Messelektroden)
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Die EKG-Daten werden außerdem dazu eingesetzt die Nutzer innerhalb ihrer individuellen Leistungsbereiche trainieren zu lassen. Hierfür wird die HRV herangezogen, die Informationen über den Belastungszustand einer Person gibt. Bei geringen Anstrengungen ist tendenziell eher der Parasympathikus aktiv. Bei steigender Trainingsintensität und Herzfrequenz wird zunehmend der Sympathikus aktiv. Ab einer gewissen Belastung kommt es allerdings zu keiner weiteren Abnahme der HRV mehr (HRV-Plateau). Dieser Bereich entspricht einer Belastung von ca. 60% der maximalen Herzfrequenz. Wenn ein Nutzer unterhalb dieser Schwelle trainiert wird nur wenig Energie verbraucht (= geringer Kalorienverbrauch) und nur zu geringen Anpassungen aufgrund eines unzureichenden Trainingsreizes. Deswegen wird (außer im Regenerationsprogramm) die Stimulationsintensität dahingehend variiert, dass es zu einer Zunahme der Belastungsintensität kommt (z. B. durch eine Verkürzung der Pausenzeiten zwischen den Impulsen). Kommt es aufgrund der Veränderung der Stimulationsparameter zu einer Erhöhung der Belastung (gemessen an der HRV-Schwelle), wird die Stimulation entsprechend beibehalten. Falls dies nicht den gewünschten Effekt hat und der Nutzer mit dem mobilen Coach trainiert, werden automatisch Übungen ausgesucht, welche das Herz-Kreislauf-System deutlich mehr belasten und somit die Aktivität des Sympathikus steigern (HF-Anstieg & HRV-Abfall). Dadurch wird die Effektivität des Trainings garantiert. Bei einer Zunahme der HRV wird pro 10% Zunahme die Pausenzeit um 30% reduziert (bis zu einer minimalen Pausenlänge von 1,5 s) bzw. werden die nachfolgenden Übungen aus der nächsthöheren Intensitäts-Kategorie gewählt. Kommt es zu einem Abfall der HRV (oberhalb der HRV-Schwelle, siehe Beispiel 21), wird pro 5% Abfall innerhalb von 2 min die Pause um 30% verlängert bzw. die nachfolgenden Übungen aus der nächstniedrigeren Kategorie gewählt.
  • Beispiel 23:
  • Allgemein – Optimale Belastungsintensität (Kraftübungen, Ausdauertraining, etc.)
    • Sensor: Laktatsensor
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Das gleiche Ziel wie in Beispiel 22 kann über einen identischen Mechanismus auch durch die Messung des Laktatwertes erreicht werden. Dabei ist nicht der absolute Laktatwert entscheidend, sondern die Veränderung des Laktatwertes in Verlauf der Trainingseinheit. Ein sinkender Laktatwert spricht für eine Erholung des Organismus. Ist dies aufgrund der Zielsetzung des Trainings nicht erwünscht erfolgt eine Intensivierung der Trainingsintensität über eine Verkürzung der Pause zwischen den Impulsen bzw. über eine entsprechende Übungsauswahl. Bei einem Abfall des Laktatwertes von je 0,5 mmol/l wird die Pausenzeit um 30% reduziert (bis zu einer minimalen Pausenlänge von 1,5 s) bzw. werden die nachfolgenden Übungen aus der nächsthöheren Intensitäts-Kategorie gewählt. Kommt es zu einer Zunahme des Laktatwertes um je 1 mmol/l innerhalb von 2 min (ab einem absoluten Wert von 4 mmol/l über dem eingangs gemessenen Ruhewert), wird die Pause um 30% verlängert bzw. die nachfolgenden Übungen aus der nächstniedrigeren Kategorie gewählt.
  • Beispiel 24:
  • Allgemein – Optimale Trainingsintensität (Kraftübungen, Ausdauertraining, etc.)
    • Sensor: Atemgas-Analyse (Spiroergometer)
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Die Atemgasanalyse lässt auf die Belastungsintensität schließen. Um ein optimales Training zu garantieren wird die Belastungsintensität anhand der individuellen Leistungsfähigkeit und der gemessen Atemgaswerte geregelt. Bei einem Abfall der O2-Aufname wird je 5 ml/min/kg die Pausenzeit um 30% reduziert (bis zu einer minimalen Pausenlänge von 1,5 s) bzw. werden die nachfolgenden Übungen aus der nächsthöheren Intensitäts-Kategorie gewählt. Kommt es zu einer Zunahme der O2-Aufname wird je 5 ml/min/kg innerhalb von 2 min (ab einem relativen Wert von 80% der maximalen Sauerstoffaufnahme), wird die Pause um 30% verlängert bzw. die nachfolgenden Übungen aus der nächstniedrigeren Kategorie gewählt.
  • Beispiel 25:
  • Allgemein – Körperkerntemperatur (Kraftübungen, Ausdauertraining, etc.)
    • Sensor: Thermometer (z. B. im Ohr)
    • Elektroden: alle verfügbaren
    • Verfahren: Ab einer bestimmten Körperkerntemperatur (KKT) kommt es zu einer Denaturierung der menschlichen Eiweiße, was immense Schädigungen zur Folge haben kann. Grundsätzlich kann jedoch durch ein intensives Training die KKT über ein normales Maß hinaus ansteigen. Ab einer KKT von über 41°C regelt die Elektronik die Stimulationsintensität (in mA) pro weiteren 0,2°C um 10% nach unten. Dies stellt einen Schutzmechanismus dar.
  • Die in der vorgenannten Beschreibung, den Ansprüchen, den Beispielen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der vorliegenden Erfindung, können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zur Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    System
    2
    Nutzer
    3
    Sensor
    4
    Datenverarbeitungseinheit
    5
    Impulseinheit
    6
    Benutzerschnittstelle
    61
    Visualisierungseinheit
    62
    Eingabemittel
    7
    Energiequelle
    8
    Elektroden
    9
    Leiter
    10
    Textil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102013106864 A1 [0018]
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Claims (19)

  1. System (1) zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer (2), umfassend wenigstens einen Sensor (3), wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (4) und wenigstens eine Impulseinheit (5), wobei a) der Sensor (3) geeignet ist, einen Messwert zu messen, b) die Datenverarbeitungseinheit (4) konfiguriert ist, den Messwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen, und ein Steuersignal an die Impulseinheit (5) zu generieren, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen, c) die Impulseinheit (5) geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und konfiguriert ist, abhängig von dem Steuersignal einen oder mehrere Stimulations-Impulsparameter zu verändern.
  2. System (1) zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer (2), umfassend eine Datenverarbeitungseinheit (4), die konfiguriert ist, ein Steuersignal an eine Impulseinheit (5) zu generieren, und eine Impulseinheit (5), wobei die Impulseinheit (5) geeignet ist, Stimulations-Impulse auszulösen, und wobei die Impulseinheit (5) wenigstens einen Kanal umfasst, wobei an den Kanal wenigstens zwei Elektroden anschließbar und unabhängig voneinander steuerbar sind, wobei das System bevorzugt ein System nach Anspruch 1 ist.
  3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stimulations-Impulsparameter ausgewählt sind aus Impulstyp, Intensität, Dauer des Stimulationsimpulses, Frequenz, Rampe, Impulspause, Einzelimpulsweite, und/oder Einzelimpulsdauer, die Rise- Time und Fall-Time.
  4. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor (3) ausgewählt ist aus Zeitsensor, insbesondere Uhr, Drucksensor, Ultraschallsensor, Akustik-Sensor, Berührungssensor, Widerstandssensor, insbesondere zur Körperwiderstandsmessung, Elektromyographiesensor, Beschleunigungssensor, Lagesensor, Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor, Sensor zur Messung der Sauerstoffsättigung, Sensor zur Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA); Sensor zur Messung von Magnetwiderstand; Bewegungssensor, Berührungssensor, Pulsfrequenzsensor, Herzfrequenzsensor, EKG-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Erfassung einer Fettverbrennung, Kalorienverbrauchssensor, Schweißsensor, Standort-, insbesondere GPS-, Sensor, Atemsensor, insbesondere zur Messung von Atemfrequenz und/oder Atemtiefe, Spirometrie-Sensor, Laktatsensor-Sensor, Blutzucker-Sensor, ph-Sensor.
  5. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Messwert am Nutzer (2) gemessen wird.
  6. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stimulations-Impuls ein elektronischer Stimulations-Impuls, insbesondere ein EMS-Impuls ist und die Stimulation eine Elektrostimulation, insbesondere eine EMS-Stimulation ist.
  7. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das System (1) eine Benutzerschnittstelle (6) umfassend eine Visualisierungseinheit (61) und/oder wenigstens ein Eingabemittel (62), aufweist und/oder das System (1) eine Energiequelle (7) umfasst.
  8. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend den Sensor und eine Benutzerschnittstelle (6), wobei Sensor und/oder Benutzerschnittstelle angepasst sind zur Steuerung des Systems und/oder einzelner Impulsparameter durch Gesten.
  9. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend wenigstens zwei Elektroden (8).
  10. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend Leiter (9) zur elektrischen Verbindung von Impulseinheit (5) und Elektroden (8).
  11. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das System (1) ein tragbares System (1) ist, und bevorzugterweise die Energiequelle (7) eine tragbare Energiequelle ist.
  12. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Elektroden (8), die Energiequelle (7), der Sensor (3), die Datenverarbeitungseinheit (4) und/oder die Impulseinheit (5) mit einem Textil (10), insbesondere einem Kleidungsstück, verbunden sind.
  13. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das System umfasst, eine Visualisierungseinheit zur Darstellung einer virtuellen Realität, insbesondere in 3D-Ansicht.
  14. Verfahren zur Steuerung von Stimulations-Impulsen während einer Stimulation an einem Nutzer (2), unter Verwendung eines Systems (1), insbesondere tragbaren Systems (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Impulseinheit (5) einen oder mehrere Stimulations-Impulse auslöst, umfassend die Schritte: a) Messen eines Messwertes, b) Vergleichen des Messwertes mit einem Schwellenwert, c) Generieren eines Steuersignals, wenn der Messwert und der Schwellenwert in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander stehen, d) Verändern eines Stimulations-Impulsparameters abhängig von dem Steuersignal.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte a bis d wenigstens alle 10 Minuten während der Dauer einer Anwendung wiederholt werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei ein Stimulations-Impuls gekennzeichnet ist durch eine Frequenz von etwa 2 bis etwa 2.500 Hz, eine Dauer von etwa 2 bis etwa 10 Sekunden oder Dauerimpuls, eine Pause von etwa 1 bis 5 Sekunden, einem bipolaren Impulstyp, einer Rampe Anfang von etwa 0 bis 0,3 Sekunden, einer Rampe Ende von etwa 0 bis etwa 0,2 Sekunden, einer Intensität von etwa 25 bis etwa 100 Volt (Peak-to-Peak), einer Einzelimpulsweite von etwa 100 bis etwa 200 μs.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Stimulations-Impuls ein EMS-Impuls ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das System eingerichtet ist zum Einstudieren eines vorgebbaren Bewegungsablaufs.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das System eingerichtet ist zum Stimulieren der Muskulatur in der Reihenfolge und Intensität innerhalb eines vorgebbaren Bewegungsablaufs, insbesondere koordinationsspezifischen Bewegungsablaufes.
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