DE10261261A1 - Medical muscle and nerve stimulation method in which the stimulation signals are controlled directly or indirectly based on previously recorded electromyogram curves - Google Patents

Medical muscle and nerve stimulation method in which the stimulation signals are controlled directly or indirectly based on previously recorded electromyogram curves Download PDF

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Abstract

Stimulation of muscles and or nerves using electrical stimulation signals, whereby the stimulation signal parameters, e.g. current amplitude and impulse width, are controlled directly or indirectly based on previously recorded EMG (electromyogram) curves.

Description

Schon Luigi Galvani fand 1780 durch Versuche mit Froschschenkeln heraus, dass sich Muskeln durch elektrischen Strom stimulieren lassen.Luigi Galvani found out in 1780 With frogs' legs, try to find out that muscles are electrical Let electricity stimulate.

Auf medizintechnischem Gebiet werden heute Elektrostimulationsgeräte zu Muskeltraining und Schmerzbehandlung (TENS = Transkutane Elektrische Nerven Stimulation) eingesetzt. Mittels elektrischer Impulse über Elektroden werden entweder die Muskeln zur Kontraktion gebracht oder bestimmte physiologische Vorgänge an den Nerven ausgelöst.In the medical field electrostimulation devices today for muscle training and pain treatment (TENS = Transcutaneous Electrical Nerve stimulation). By means of electrical impulses via electrodes either the muscles contract or certain physiological ones operations triggered on the nerves.

Charakteristisch ist, dass die Impulsfolgen über einen mehr oder weniger aufwendigen Generator synthetisch erzeugt werden – das reicht von einer einfachen analogen Oszillatorschaltung bis hin zu mikrorechnererzeugten variablen Impulsfolgen. Da die Applikation konstanter elektrischer Parameter (Frequenz, Impulsbreite, Impulshöhe) zu nicht gewollten Gewöhnungseffekten an den Muskeln oder Nerven führt, sind mittlerweile zeitliche Modulationen von Parametern üblich (z.B. Frequenz-, Amplituden- oder Pulsbreitenmodulation bzw. Mischformen daraus).It is characteristic that the impulse sequences over one Generating more or less complex generator synthetically - that's enough from a simple analog oscillator circuit to micro-computer generated variable pulse trains. Since the application of constant electrical Parameters (frequency, pulse width, pulse height) for unwanted habituation effects leads to the muscles or nerves, temporal modulations of parameters are now common (e.g. Frequency, amplitude or pulse width modulation or mixed forms thereof).

Die körpereigene Ansteuerung der Muskulatur ist jedoch weitaus komplexer und bis jetzt keineswegs vollständig erforscht. Ein Gesamtmuskel besteht aus einer Vielzahl einzelner kontraktionsfähiger Einzelfasern. Das Gehirn steuert nur das Zusammenspiel verschiedener ganzer Muskeln. Das Verhalten der einzelnen Fasern innerhalb eines Muskels ist jedoch sehr dynamisch und organisiert sich zum Teil selbst.The body's control of the Muscles, however, are far more complex and have not been so far Completely explored. A whole muscle consists of a large number of individual ones contractive single fibers. The brain only controls the interaction of various whole muscles. However, the behavior of the individual fibers within a muscle is very dynamic and partly self-organized.

Es besteht zum einen das Problem, dass durch die synthetisch erzeugten Stimulationsmuster ein Gewöhnungseffekt an den Muskeln auftritt, so dass die Wirksamkeit der Stimulation mit fortschreitender Dauer abnimmt. Zum anderen werden die synthetischen Signale oft als unangenehm empfunden, was die Akzeptanz der Geräte herabsetzt. Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.On the one hand there is the problem that through the synthetically generated stimulation pattern a habituation effect occurs on the muscles, so the effectiveness of the stimulation decreases with increasing duration. On the other hand, the synthetic Signals are often perceived as unpleasant, which reduces the acceptance of the devices. These problems are solved by the features listed in claim 1 solved.

Bei diesem Verfahren auf Basis von EMG-Signalen entstehen keine Muskelverkrampfungen und die notwendige elektrische Energie und damit unerwünschte Nebenwirkungen verringern sich (EMG = Elektromyogramm). Gegenüber herkömmlichen Impulsformen wird die Stimulation als bedeutend angenehmer empfunden.In this process based on EMG signals do not cause muscle cramps and the necessary reduce electrical energy and thus undesirable side effects itself (EMG = electromyogram). Compared to conventional pulse forms felt the stimulation as significantly more pleasant.

Da die meisten Elektrostimulationsgeräte heutzutage tragbar und batteriebetrieben sind, stellt sich auch die Forderung nach energieeffektiver Stimulation, um lange Laufzeiten mit einer Batterie oder Akkuladung zu erzielen. Hier hat die Erfindung den Vorteil, dass mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz effektiv stimuliert werden kann.As most electrical stimulation devices nowadays portable and battery operated, there is also the requirement after energy-effective stimulation to achieve long terms with a To achieve battery or battery charge. Here the invention has the advantage that stimulates effectively with comparatively little energy input can be.

Die EMG-Signale von kranken Muskeln unterscheiden sich von denen gesunder Muskeln. Es ist natürlich auch möglich, die Aktivität von gesunden Muskeln aufzuzeichnen und für die Stimulation an kranken Muskeln zu verwenden.The EMG signals from sick muscles are different from those of healthy muscles. Of course it is possible, the activity of healthy muscles and for stimulating sick people Muscles to use.

Anstatt wirklicher EMG-Signale können auch Daten verwendet werden, die künstlich durch Rechenalgorithmen erzeugt werden und EMG-typische Formen haben, d.h. ein pseudo-stochastisches Grundmuster aufweisen.Instead of real EMG signals, data can also be used used that artificially are generated by calculation algorithms and have typical EMG shapes, i.e. have a pseudo-stochastic basic pattern.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment is shown in the drawing and will be closer in the following described.

Über Elektroden (1) werden die Muskelaktivitätssignale (EMG) bei einer Körperbewegung oder statischen Muskelanspannung mittels Verstärker (2) erfasst, vorverarbeitet (Gleichrichtung, Filterung) und in einem Zeitraster (z.B. aller 10 ms) als Zeitspur abgelegt (siehe 2).About electrodes ( 1 ) the muscle activity signals (EMG) during body movement or static muscle tension are amplified ( 2 ) recorded, preprocessed (rectification, filtering) and stored in a time grid (e.g. every 10 ms) as a time track (see 2 ).

Diese Aktivitätswerte sind die Basis für die Erzeugung der Stimulationswerte. Dabei sendet der Stimulator (4) Stromimpulse mit einer festen oder variablen Frequenz aus (meist im Bereich von 20 – 100 Hz). Die Stromstärke oder die Breite der Impulse oder der Impulspakete und damit die applizierte Energie wird durch das vorher aufgenommene EMG-Signal bestimmt (siehe 3). Damit wird dem Muskel ein körpertypisches Ansteuersignal zugeführt.These activity values are the basis for the generation of the stimulation values. The stimulator sends ( 4 ) Current pulses with a fixed or variable frequency (mostly in the range of 20 - 100 Hz). The current strength or the width of the pulses or the pulse packets and thus the applied energy is determined by the previously recorded EMG signal (see 3 ). A muscle-typical control signal is thus supplied to the muscle.

Für das Verfahren ist es unerheblich, ob eine Zeitspur im Bereich <1sek abgelegt und zyklisch wiederholt wird, oder ob eine längere Sequenz im Minutenbereich gespeichert wird.For the procedure makes no difference whether a time track is stored in the range <1sec and is repeated cyclically, or whether a longer sequence in the minutes range is saved.

11
Elektrodenelectrodes
22
EMG – VerstärkerEMG amplifier
33
Speicher für MessreiheStorage for series of measurements
44
Mikrorechnermicrocomputer
55
steuerbarer Stimulatorcontrollable stimulator

Claims (8)

Stimulation von Muskeln und/oder Nerven mittels elektrischer Stimulationssignale, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Stimulationssignale in wesentlichen Parametern (z.B. Stromstärke, Impulsbreite) mittel- oder unmittelbar durch den vorher aufgezeichneten zeitlichen Verlauf von EMG-Werten gesteuert wird, wobei die Abbildung der EMG-Werte auf die Stimulationsparameter quasi-analog ist und damit über eine bloße Triggerung hinausgeht.Stimulation of muscles and / or nerves by means of electrical stimulation signals, characterized in that the temporal course of the stimulation signals is controlled in essential parameters (eg current intensity, pulse width) directly or indirectly by the previously recorded temporal course of EMG values, the mapping of the EMG values on the stimulation parameters is quasi-analog and therefore goes beyond mere triggering. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgezeichnete Signal vor- und/oder nachverarbeitet wird, z.B. durch Gleichrichtung oder Filterung.Like claim 1, characterized in that the pre-recorded and / or is processed, e.g. by rectification or filtering. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeittakt und damit die Wiedergabegeschwindigkeit verringert oder erhöht wird.Like claim 1, characterized in that the Clock and thus the playback speed is reduced or elevated becomes. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EMG-Werte eines Muskels aufgezeichnet werden und die Stimulation an einem anderen Muskel appliziert wird.As claimed in claim 1, characterized in that the EMG values of one muscle are recorded and the stimulation on another muscle kel is applied. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EMG-Signale nicht gespeichert, sondern zeitnah zur Stimulation eines anderen Muskels über ein zweites Paar Elektroden genutzt werden, wobei der EMG-Meßverstärker mit einem Paar Elektroden und der Stimulator mit einem weiteren Paar Elektroden getrennt voneinander ausgeführt werden.Like claim 1, characterized in that the EMG signals are not stored, but rather in real time to stimulate one other muscle over one second pair of electrodes are used, the EMG measuring amplifier with one pair of electrodes and the stimulator with another pair Electrodes are made separately. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch EMG-Signale gewonnenen Steuerungsdaten vervielfältigt und dann unabhängig von der ursprünglichen Aufzeichnung in Stimulationsgeräten für die Signalerzeugung verwendet werden.Like claim 1, characterized in that the Control data obtained by EMG signals are reproduced and then independent from the original Recording in stimulation devices for the Signal generation can be used. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein EMG-ähnliches Basissignal auf Grundlage einer Rauschquelle und/oder Softwarealgorithmen erzeugt wird.Like claim 1, characterized in that a EMG-like Base signal generated based on a noise source and / or software algorithms becomes. Wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EMG-Aufzeichnung und/ oder Stimulation für mehrere gleichartige Kanäle realisiert wird.Like claim 1, characterized in that the EMG recording and / or stimulation implemented for several similar channels becomes.
DE10261261A 2002-12-27 2002-12-27 Medical muscle and nerve stimulation method in which the stimulation signals are controlled directly or indirectly based on previously recorded electromyogram curves Withdrawn DE10261261A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI763382B (en) * 2021-03-18 2022-05-01 宏碁股份有限公司 Electronic device and method for determining the intensity of low-frequency current
DE102020132844B3 (en) 2020-12-09 2022-05-19 Protronic Innovative Steuerungselektronik Gmbh Apparatus and method for muscle stimulation

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