DE102019126251A1

DE102019126251A1 - Vorrichtung zur Elektromyostimulation

Info

Publication number: DE102019126251A1
Application number: DE102019126251.8A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Erdenkäufer
Original assignee: Emsware GmbH
Current assignee: Emsware GmbH
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-04-02
Also published as: DE202018105644U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektromyostimulation aufweisend wenigstens eine Stimulationseinheit mit wenigstens einer Körperelektrode, einem der Stimulationseinheit zugeordneten Energiespeicher und wenigstens eine Bedieneinheit. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Stimulationseinheit wenigstens zwei Leistungsmodule aufweist, wobei jedem Leistungsmodul ein von den anderen Leistungsmodulen getrennter Stromkreis mit wenigstens einer Körperelektrode zugeordnet ist. Weiterhin sind die Leistungsmodule über einen gemeinsamen Stromrichter mit dem Energiespeicher verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektromyostimulation aufweisend wenigstens eine Stimulationseinheit mit wenigstens einer Körperelektrode, einem der Stimulationseinheit zugeordneten Energiespeicher und wenigstens eine Bedieneinheit.
Bei der Elektromyostimulation, welche auch als EMS-Training bezeichnet wird, werden Muskelzellen direkt durch elektrische Reize angeregt. Zur Übertragung der Reize werden zumeist Körperelektroden verwendet, wobei ein entsprechender Impuls zumeist von außen über die Haut und Nerven bzw. Nervenbahnen zu den Muskeln geleitet wird.
Eine solche Vorrichtung geht beispielsweise aus der DE 10248235 A1 hervor, mit der mehrere Körperpartien und/oder Muskelgruppen gleichzeitig stimuliert werden sollen. Beispiele für zu stimulierende Körperpartien sind Bauch-, Rücken-, Schulter-, Brust-, Bein- oder Gesäßmuskulatur. Hierzu soll eine Mehrzahl an Körperelektroden eingesetzt werden, die an einem Isolationsträger, wie beispielsweise einem Brustgurt und/oder einem Bauchgurt befestigt sind.
Ein Komplettsystem zur Elektromyostimulation offenbart die US 2007/0049814 A1 . Bei diesem Komplettsystem sind Körperelektroden in einen Stimulationsanzug integriert.
Da bei beiden Systemen jedoch immer alle Muskelpartien gleichzeitig stimuliert werden, kann das Training von einer betreuenden Person kaum gezielt beeinflusst werden, um beispielsweise einzelne Muskelgruppen stärker zu trainieren oder Verletzungen bzw. körperliche Beeinträchtigungen der zu trainierenden Person zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vorgenannte Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass verschiedene Muskelgruppen mit einer einzigen Vorrichtung gezielt, das heißt unterschiedlich, angesteuert und trainiert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
Die Vorrichtung zur Elektromyostimulation aufweisend wenigstens eine Stimulationseinheit mit wenigstens einer Körperelektrode, einen der Stimulationseinheit zugeordneten Energiespeicher und wenigstens eine Bedieneinheit, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Stimulationseinheit wenigstens zwei Leistungsmodule aufweist, wobei jedem Leistungsmodul ein von den anderen Leistungsmodulen getrennter Stromkreis mit wenigstens einer Körperelektrode zugeordnet ist und dass die Leistungsmodule über einen gemeinsamen Stromrichter mit dem Energiespeicher verbunden sind.
Der Aufbau der Vorrichtung mit den getrennten Stromkreisen stellt dabei sicher, dass jedes Leistungsmodul unabhängig von den anderen Leistungsmodulen steuerbar ist, insbesondere einzeln steuerbar ist, und so eine gezielte Stimulation einzelner Muskeln oder Muskelgruppen möglich ist. Damit kann seitens eines die Vorrichtung bedienenden Trainers gezielt auf mögliche Verletzungen einer zu trainierenden Personen eingegangen werden. Die Möglichkeiten der gezielten Steuerung reichen dabei von der Stimulation nur einer einzelnen Muskelgruppe bis hin zu unterschiedlichen Intensitäten, Frequenzen und einer zeitlich versetzten Ansteuerung der Körperelektroden. Bevorzugt sind dafür insgesamt 14 Leistungsmodule, sogenannte Powerboards, vorgesehen, denen jeweils eine Muskelgruppe zugeordnet ist. Die Leistungsmodule erzeugen dann den Impuls für die jeweilige Muskelgruppe.
Die Trennung der Stromkreise kann in weiterer Ausgestaltung durch eine galvanische Trennung dieser sichergestellt sein. Die galvanische Trennung gewährleistet einerseits, dass die von dem Stromrichter erzeugte Spannung an die Leistungsmodule übertragen werden kann und andererseits, dass gleichzeitig keine gegenseitige Beeinflussung der Stromkreise der Leistungsmodule erfolgen kann. Die einzelnen Leistungsmodule mit den Stromkreisen sind somit unabhängig voneinander steuerbar und von einem gemeinsamen Energiespeicher speisbar.
Als Energiespeicher ist in einer bevorzugten Ausführung ein Akkumulator vorgesehen, der über eine Steckverbindung mit der Stimulationseinheit verbindbar ist. Der Energiespeicher kann bei dieser Ausführung dann beispielsweise zum Laden einfach von der Stimulationseinheit getrennt werden.
Der zwischen dem Energiespeicher und den Leistungsmodulen geschaltete Stromrichter ist in weiterer Ausgestaltung ein Gleichspannungswandler, um die bevorzugt als Gleichspannung vorliegende Energie des Energiespeichers auf die benötigte Spannung zu transferieren. Insbesondere erzeugt der Gleichspannungswandler dabei aus einer Eingangsspannung von 7,4 V oder 12 V eine Ausgangsspannung von 48 V. Die 48 V sind dann die Spannung, die allen Leistungsmodulen gemeinsam zur Verfügung steht und zwischen diesen aufgeteilt werden kann. In den Leistungsmodulen erfolgt dementsprechend eine Reduzierung der Leistung, wie sie für den jeweiligen Impuls benötigt wird. Die maximale Leistung aller Leistungsmodule ist dabei durch die maximale Leistung der Ausgangsspannung des Stromrichters, insbesondere die gemeinsamen 48 V, begrenzt.
Nach einer Weiterbildung weist der Stromrichter zudem einen Sicherheitsstecker auf, der bei Ziehen dieses den Stromrichter abschaltet. Die Eingangsspannung des Stromrichters wird dann vorteilhafterweise nicht hochtransferiert.
Das Ziehen des Sicherheitssteckers kann beispielsweise bei Verkrampfungen oder anderen Unfällen während des Trainings notwendig sein, um einen sofortigen Abbruch der Muskelstimulation durch die Vorrichtung sicherzustellen und mögliche Folgeverletzungen aufgrund einer unkontrollierten Stimulation der Muskelgruppen zu vermeiden.
Für die oben genannte Ausführung mit 48 V Ausgangsspannung am Stromrichter bedeutet dies beispielhaft, dass die Ausgangsspannung des Stromrichters nach Ziehen des Sicherheitssteckers bei den 7,4 V des Energiespeichers liegt. Da die Leistungsmodule selbst noch mal 5 V von den 7,4 V verbrauchen bleiben somit maximal 2,4 V übrig, die an den Körperelektroden ankommen. Diese 2,4 V sind für eine zu trainieren der Person ungefährlich.
Insbesondere kann der Sicherheitsstecker auch derart gestaltet sein, dass bei Ziehen dieses sämtliche Stromkreise der Stimulationseinheit unterbrochen werden.
Um den Sicherheitsstecker auf einfache Weise greifen zu können, kann der Sicherheitsstecker weiter mit einer Schnur, Schlaufe oder dergleichen versehen sein. Darüber hinaus kann der Sicherheitsstecker zudem in einer Signalfarbe, beispielsweise rot, gefärbt sein.
Sämtliche Komponenten der Stimulationseinheit mit Ausnahme der Körperelektroden und Leitungen zu den Körperelektroden sind nach einer Weiterbildung auf einer gemeinsamen Hauptplatine angeordnet. Um die Leistungsmodule an dieser Hauptplatine der Stimulationseinheit zu befestigen, weist die Hauptplatine in einer bevorzugten Ausgestaltung Steckplätze auf, in welchen die Leistungsmodule eingesteckt werden können. Die Leistungsmodule sind damit einfach von der Hauptplatine lösbar und austauschbar. Im Falle einer Beschädigung können entsprechende Leistungsmodule daher leicht ersetzt werden. Insbesondere ist jedem Leistungsmodul ein Steckplatz der Hauptplatine zugeordnet.
Neben den Steckplätzen für die Leistungsmodule können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung auch der Stromrichter sowie die galvanische Trennung der einzelnen Stromkreise der Leistungsmodule auf der Hauptplatine angeordnet sein. Des Weiteren kann auf der Hauptplatine ein Hauptprozessor angeordnet sein, durch den an der Bedieneinheit eingegebene Befehle an die jeweiligen Leistungsmodule weitergeleitet werden.
Die Bedieneinheit selbst ist nach einer Weiterbildung über eine Kommunikationseinheit mit dem Hauptprozessor verbunden, insbesondere über eine drahtlose Kommunikationseinheit mit dem Hauptprozessor verbunden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine Signalübertragung der Kommunikationseinheit via Bluetooth. Die Signalübertragung via Bluetooth ist etabliert, preisgünstig und hat einen geringen Energiebedarf. Zur Signalübertragung zwischen der Bedieneinheit und der Stimulationseinheit sind dementsprechend Komponenten der Kommunikationseinheit sowohl der Bedieneinheit als auch der Stimulationseinheit zuzuordnen. Auf der Hauptplatine kann gemäß einer einfachen Ausführung der Erfindung lediglich ein Empfänger der Kommunikationseinheit angeordnet sein, der unmittelbar mit dem Hauptprozessor gekoppelt ist.
Um die Stimulationseinheit mit den Leistungsmodulen zu steuern, kann die Bedieneinheit weiterhin eine grafische Benutzerschnittstelle mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm aufweisen. Auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm können dann einfach sämtliche anzusteuernde Muskelgruppen abgebildet sein sowie Bedienfelder zur Steuerung der Frequenz, der Impulsbreite, des Impulsanstiegs oder der Impulsstärke. Eine das Training mit der Vorrichtung leitende und steuernde Person kann somit auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm der Bedieneinheit sämtliche wichtige Parameter auf einem Blick erfassen.
Abgesehen von der Bedieneinheit sind nach einer Weiterbildung sämtliche Komponenten der Vorrichtung an einem Stimulationsanzug angeordnet. Im Einzelnen sind dies insbesondere die Stimulationseinheit mit den Körperelektroden sowie der Energiespeicher. Um Bewegungen einer den Stimulationsanzug tragenden Person möglichst wenig zu beeinträchtigen, eignet sich eine Anordnung der Hauptplatine der Stimulationseinheit sowie des Energiespeichers an einer Rückenseite des Stimulationsanzugs.
Die Körperelektroden können nach einer Weiterbildung flächig in den Stimulationsanzug integriert sein. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Körperelektroden derart in den Stimulationsanzug integriert sind, dass diese von dem Stimulationsanzug lösbar sind. Die lösbare Anordnung der Körperelektroden an dem Stimulationsanzug ermöglicht dann ein einfaches und schnelles Austauschen der Körperelektroden, beispielsweise im Falle einer Beschädigung der jeweiligen Körperelektrode oder wenn eine Körperelektrode in anderer Größe benötigt wird. Mit austauschbaren Körperelektroden kann der Stimulationsanzug so an eine bestimmte Person und deren individuelle Abmessungen angepasst werden.
Ein Ausführungsbeispiel Erfindung, aus dem sich weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben können, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung einer Hauptplatine einer Stimulationseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2: eine Draufsicht auf eine grafische Benutzerschnittstelle einer Bedieneinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Aus der Darstellung gemäß 1 sind auf einer Hauptplatine 1 einer Stimulationseinheit 2 an Steckplätzen 3 gehalterte Leistungsmodule 4 ersichtlich, welche parallel zueinander und nebeneinander gepackt sind. Weiter ist auf der Hauptplatine 1 ein Stromrichter 5 angeordnet, der als Gleichspannungswandler mit seiner Ausgangsspannung die Leistungsmodule 4 versorgt. Dem Stromrichter 5 ist weiterhin ein Steckverbinder 6 zugeordnet, an dem ein in 1 nicht dargestellter Energiespeicher der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeschlossen werden kann. Zur Steuerung der Leistungsmodule 4 und des Stromrichters 5 ist ein Hauptprozessor 7 auf der Hauptplatine 1 angeordnet. Dieser Hauptprozessor 7 ist mit einem Bluetooth-Empfänger 8 gekoppelt, um von einer in 1 nicht dargestellten Bedieneinheit eingehende Signaldaten drahtlos an den Hauptprozessor 1 weiterzuleiten.
2 zeigt eine grafische Benutzerschnittstelle 9 einer solchen Bedieneinheit. Die grafische Benutzerschnittstelle 9 ist in funktionale Teilbereiche unterteilt. Mittig weist die grafische Benutzerschnittstelle einen Teilbereich mit einem Steuerelement 10 auf, mit dem Einstellungen bezüglich Impulsbreite, Impulsanstieg, Frequenz und Intensität geändert und festgelegt werden können. Ein in der Draufsicht gemäß 2 rechts angeordneter Teilbereich bildet ein Bedienfeld 11 ab, mit dem ausgewählt werden kann welche Eigenschaft der Stimulationseinheit gesteuert werden soll. Als Eigenschaften sind dabei unter anderem Level, Frequenz, Impulsbreite und Impulsanstieg angegeben. Ein links des Steuerelements 10 angeordnetes Bedienfeld 12 ermöglicht die Anwahl einer anzusteuernden Muskelgruppe, wobei die einzelnen Muskelgruppen um eine Abbildung einer einen Stimulationsanzug tragenden Person herum angeordnet sind. Oberhalb und unterhalb der vorgenannten Bedienfelder 11, 12 sind weitere Bedienfelder 13, 14 angeordnet, welche weitere Einstellungen, beispielsweise bezüglich unterschiedlicher Trainingsmodi, ermöglichen.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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

DE 10248235 A1 [0003]
US 2007/0049814 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Elektromyostimulation aufweisend wenigstens eine Stimulationseinheit (2) mit wenigstens einer Körperelektrode, einem der Stimulationseinheit (2) zugeordneten Energiespeicher und wenigstens eine Bedieneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationseinheit (2) wenigstens zwei Leistungsmodule (4) aufweist, wobei jedem Leistungsmodul (4) ein von den anderen Leistungsmodulen (4) getrennter Stromkreis mit wenigstens einer Körperelektrode zugeordnet ist, und dass die Leistungsmodule (4) über einen gemeinsamen Stromrichter (5) mit dem Energiespeicher verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmodule (4) einzeln ansteuerbar sind, insbesondere mit unterschiedlichen Intensitäten, Frequenzen und zeitlich versetzt ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt 14 Leistungsmodule (4) vorgesehen sind, denen jeweils eine Muskelgruppe zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmodule (4) galvanisch voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein Akkumulator ist, der über eine Steckverbindung mit der Stimulationseinheit verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (5) ein Gleichspannungswandler ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler aus einer 12 V Eingangsspannung eine Ausgangsspannung von 48 V erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (5) einen Sicherheitsstecker aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsstecker mit einer Schnur, Schlaufe oder dergleichen versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmodule (4) an Steckplätzen (3) einer Hauptplatine (1) der Stimulationseinheit (2) befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Leistungsmodulen (4) ein Hauptprozessor (7) zur Ansteuerung der jeweiligen Leistungsmodule (4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit über eine Kommunikationseinheit mit dem Hauptprozessor (7) verbunden, insbesondere über eine drahtlose Kommunikationseinheit mit dem Hauptprozessor (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit eine grafische Benutzerschnittstelle mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulationseinheit (2) und der Energiespeicher an einem Stimulationsanzug angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperelektroden derart flächig in den Stimulationsanzug integriert sind, dass die Körperelektroden austauschbar an dem Stimulationsanzug befestigt sind.