DE10300069A1

DE10300069A1 - EP trainer

Info

Publication number: DE10300069A1
Application number: DE2003100069
Authority: DE
Inventors: Dietrich H W Groenemeyer; Till Groenemeyer; Peter Weuthen; Peter Friedrich
Original assignee: Gronemeyer Dietrich H W Prof Drmed; Weuthen Peter Dr
Current assignee: Gronemeyer Dietrich H W Prof Drmed; Weuthen Peter Dr
Priority date: 2003-01-03
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2004-07-22
Also published as: WO2004060481A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät (7) zur elektrischen Stimulation des innervierten Muskels mittels transkutanter Übertragung elektrischer Impulse, die über Elektroden appliziert werden, wobei elektrische Impule im Niederfrequenzbereich von 2 Hz bis 100 Hz generiert werden. Das Gerät zur elektrischen Stimulation dient demnach hauptsächlich der neuromuskulären Stimulation.The invention relates to a device (7) for electrical stimulation of the innervated muscle by means of transcutaneous transmission of electrical pulses which are applied via electrodes, electrical pulses being generated in the low frequency range from 2 Hz to 100 Hz. The device for electrical stimulation is therefore mainly used for neuromuscular stimulation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur elektrischen Stimulation eines Körpers mittels transkutanter Übertragung elektrischer Impulse, die über Elektroden appliziert werden.The invention relates to a device for electrical Stimulation of a body by means of transcutaneous transmission electrical impulses that over Electrodes are applied.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Generierung therapeutisch einsetzbarer elektrischer Impulse, die über Elektroden appliziert werden.The invention further relates to a Process for generating therapeutically usable electrical impulses, the above Electrodes are applied.

Geräte zur transkutanten Übertragung elektrischer Impulse haben sich als leistungsfähige Instrumentarien in der elektromedizinischen Therapie und Diagnostik erwiesen.Transcutaneous transmission devices electrical impulses have proven to be powerful instruments in the electromedical therapy and diagnostics proven.

Da bestimmte Frequenzen verschiedene physiologische Wirkungen aufweisen, unterscheidet man grundsätzlich drei Frequenzbereiche. Niederfrequenz: >0 Hz bis 1000 Hz (= 1 KHz) Mittelfrequenz: 1 KHz bis 100 KHz Hochfrequenz: > 1000 KHz. Since certain frequencies have different physiological effects, a basic distinction is made between three frequency ranges. Low frequency: > 0 Hz to 1000 Hz (= 1 KHz) Medium frequency: 1 kHz to 100 kHz RF: > 1000 KHz.

Niederfrequente und mittelfrequente Ströme erzeugen elektrische Reize in erregbaren Geweben. Daher spricht man auch von Reizstromtherapie. Dabei kann die Erregung entweder eine analgetische, d. h. schmerzlindernde Wirkung oder eine motorische Muskeltätigkeit (Muskelkontraktion) enthalten. Low frequency and medium frequency Generate currents electrical stimuli in excitable tissues. Therefore one speaks also of stimulation current therapy. The excitation can either be an analgesic, d. H. pain relieving effect or motor muscle activity (Muscle contraction) included.

Besonders Reizfrequenzen von 100 Hz und mehr können zu einer Schmerzlinderung beitragen. Auch fördern Impulsströme in diesem Frequenzbereich die Durchblutung. Reizfrequenzen von 100 Hz und darüber erzeugen anfänglich auch Muskelkontraktionen. Dabei kommt es jedoch rasch infolge der Ermüdung des neuromuskulären Systems zu einem Muskelwogen ohne gerichtete (= kraftausübende) Kontraktion. Diese Reizfrequenzen werden daher zur Detonisierung der Muskulatur eingesetzt. Dies kann bei vielen Wirbelsäulen- und Gelenkerkrankungen genutzt werden, weil sie meist von schmerzhaften Muskelverspannungen begleitet sind.Particularly stimulus frequencies of 100 Hz and more can contribute to pain relief. Also promote impulse currents in this Frequency range the blood flow. Stimulation frequencies of 100 Hz and about that generate initially also muscle contractions. However, it happens quickly due to the fatigue of the neuromuscular Systems to a muscle wave without directed (= exerting) contraction. These stimulus frequencies are therefore used to detonate the muscles used. This can be used in many spinal and joint disorders because they are usually accompanied by painful muscle tension are.

Die meisten zur Zeit verwendeten Reizstromgeräte erzeugen allerdings periodische Impulsströme, die weit oberhalb des Niedrigfrequenzbereiches liegen. So ist aus der europäischen Patentschrift 0 203 336 ein Reizstromgerät zur transkutanten Muskelstimulation mittels Erzeugung impulsförmiger Ströme im Mittelfrequenzbereich bekannt.Most currently used Stimulation equipment however, generate periodic pulse currents that are well above the low frequency range lie. So is from the European Patent Specification 0 203 336 an electrical stimulation device for transcutaneous muscle stimulation by generating pulse-shaped streams known in the medium frequency range.

Erhöhte Aufmerksamkeit werden mittlerweile Übungen zur Stärkung und zum Aufbau der Muskulatur geschenkt. Dieses Bedürfnis resultiert vornehmlich aus der Erkenntnis, daß ein Kraftzuwachs der Muskulatur zum körperlichen Wohlbefinden beiträgt. Ein Aufbau kann auch aus therapeutischen Gründen notwenig oder sinnvoll sein.Exercises for Strengthening and given to build the muscles. This need results primarily from the knowledge that an increase in strength of the muscles to the physical Well-being contributes. On Structure can also be necessary or useful for therapeutic reasons his.

Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, daß Impulsserien mit Frequenzen von etwa 20–80 Hz der Stärkung der Muskulatur dienen. Neben der motorischen Wirkung üben niedrige Frequenzen auch eine förderliche Wirkung auf den Stoffwechsel der Muskelzellen aus. Ab einer Reizfrequenz von 10 Hz gehen die Einzelzuckungen in eine tetanische Kontraktion über, wobei die mechanische Zuckung sehr viel länger andauert als der elektrische Reiz. Folglich bauen sich die einzelnen Zuckungen bei einer Reizung mit einer Impulsfolge von mehr als 10 Hz aufeinander auf. Der Muskel entfaltet mit diesen tetanisch genannten Kontraktionen seine Kraft. Die Folge ist, daß Frequenzen von etwa 20 bis 80 Hz die Muskulatur tonisieren. Daher begünstigt diese Form der (neuromuskulären) Stimulation in geeigneter Dosierung auch einen Kraftzuwachs der Muskulatur.Scientific investigations have shown that pulse series with frequencies of about 20-80 Hz of strengthening serve the muscles. In addition to the motor effect, exercise low Frequencies are also beneficial Effect on the metabolism of muscle cells. From a stimulus frequency from 10 Hz the individual twitches change into a tetanic contraction, whereby the mechanical twitch lasts much longer than the electrical stimulus. As a result, the individual twitches build up with irritation a pulse sequence of more than 10 Hz. The muscle unfolds its strength with these contractions called tetanic. The The consequence is that frequencies tonify the muscles from about 20 to 80 Hz. Therefore this form favors the (neuromuscular) Stimulation in a suitable dosage also increases the strength of the Muscles.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Gerät und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Impulse zur Verfügung zu stellen, welche zur neuromuskulären Stimulation eingesetzt werden können. Gerät und Verfahren sollen hinsichtlich der Impulsparameter variabel so einstellbar sein, daß ein optimaler therapeutischer Effekt erzielt wird und insbesondere auch keine Ermüdungserscheinungen auftreten.The invention is based on this based on the task, a device and method for production electrical impulses are available to put which is used for neuromuscular stimulation can be. Device and Methods should be variably adjustable with regard to the pulse parameters be that a optimal therapeutic effect is achieved and in particular also no signs of fatigue occur.

Diese Aufgabenstellung wird ausgehend von einem Gerät und Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Frequenz der – elektrischen Impulse im Bereich von 2 Hz bis 100 Hz liegt –, wobei

– die Impulsdauer auf einen Wert von 1 s bis 10 s einstellbar ist,
– Impulse mit einer Pulsbreite (2) von 50 μs bis 400 μs erzeugbar sind, und
– eine Impulspause (6) zwischen 1 s und 10 s anwählbar ist.

This task is solved based on a device and method of the type mentioned in that the frequency of the - electrical pulses is in the range from 2 Hz to 100 Hz -,

The pulse duration can be set to a value from 1 s to 10 s,
- pulses with a pulse width ( 2 ) can be generated from 50 μs to 400 μs, and
- an impulse pause ( 6 ) can be selected between 1 s and 10 s.

Es hat sich gezeigt, daß mit Impulsen und Parametern innerhalb der oben genannten Grenzen ein optimaler Trainings-/Behandlungseffekt erzielt werden kann. Zweckmäßigerweise ist das erfindungsgemäße Gerät derart eingerichtet, daß das Zeitregime variabel ist. Dadurch können insbesondere unterschiedliche Impulsdauern, Pulsbreiten, Impulspausendauern und Trainingseinheitenzeiten angewählt werden, wobei

– die Impulsdauer in Schritten von 1 s vergrößert bzw. verkleinert werden kann, und/oder
– die Pulsbreite (2) in 50 μs Schritten variiert werden kann, und/oder
– die Impulspause (6) sich in Schritten von 1 s vergrößern bzw. verkleinern läßt, und/oder
– sich eine Trainingszeit von 5 min bis 45 min variabel einstellen läßt, und zwar vorzugsweise von 5 min bis 15 min in 1 min-Schritten und von 15 min bis 45 min in 5 min-Schritten.

It has been shown that an optimal training / treatment effect can be achieved with pulses and parameters within the above-mentioned limits. The device according to the invention is expediently set up in such a way that the time regime is variable. In particular, different pulse durations, pulse widths, pulse pause durations and training unit times can be selected, whereby

- The pulse duration can be increased or decreased in steps of 1 s, and / or
- the pulse width ( 2 ) can be varied in 50 μs steps, and / or
- the pulse pause ( 6 ) can be increased or decreased in steps of 1 s, and / or
- A training time can be set variably from 5 min to 45 min, preferably from 5 min to 15 min in 1 min steps and from 15 min to 45 min in 5 min steps.

Die Variabilität des Geräts bzw. Verfahrens erlaubt eine gute Anpassung an die physiologischen Gegebenheiten.The variability of the device or process allows a good adaptation to the physiological conditions.

Gerät und Verfahren arbeiten bei einer Spannung im Bereich von 5 bis 30 V, vorzugsweise 10 bis 20 V. Die Energieabgabe an den Körper liegt bei weniger als 30 W, vorzugsweise weniger als 20 W.Device and process work at a voltage in the range of 5 to 30 V, preferably 10 to 20 V. The release of energy to the body is less than 30 W, preferably less than 20 W.

Die Erzeugung von elektrischen Impulsen mit unterschiedlichen Impulsdauern, Pulsbreiten und Impulspausendauern innerhalb variierender Trainingseinheitenzeiten hat zur Folge, daß ein Gewöhnungseffekt bzw. Lerneffekt der Nerven und Muskulatur auf gleichförmige Reizstromimpulse vermieden wird. Dies würde einer erhöhten Reizwirkung des Stimulationsstromes entgegenstehen. Auch wird durch das variable Zeitregime der körperlichen Verfassung der Trainingspersonen Rechnung getragen. Spezielle an den Bedürfnissen der Trainingsperson orientierte Trainingsprogramme können so realisiert werden.The generation of electrical impulses with different pulse durations, pulse widths and pulse pause durations within varying training unit times has the result that a habituation effect or learning effect of the nerves and muscles on uniform stimulation current impulses is avoided. This would an elevated Counteract the irritant effect of the stimulation current. Also through that variable time regimes of the physical The constitution of the training participants is taken into account. Special on the needs training programs oriented to the training person can will be realized.

Vorteilhaft ist das Gerät so eingerichtet, daß die elektrischen Impulse eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Der sich ergebende Polaritätswechsel des bidirektionalen Reizstromes ist insofern von Bedeutung, als bei jedem Wechsel Reize an unterschiedlichen Stellen des Muskels stattfinden unter Vermeidung einer Beeinträchtigung des Ionengleichgewichtes an der Membran, so daß eine ausgeglichene Ladungsbilanz aufrechterhalten bleibt. Der Polaritätswechsel bewirkt also, daß eine frühzeitige Ermüdung der Muskulatur vermieden wird.The device is advantageously set up in such a way that the electrical pulses have a different polarity. The resulting change in polarity of the bidirectional stimulation current is important in that with each change stimuli in different parts of the muscle take place while avoiding an impairment of the ion balance on the membrane so that a balanced charge balance is maintained. The polarity change causes a early fatigue of the Muscle is avoided.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn während der Trainingszeit Änderungen des Zeitregimes vorgenommen werden können. Dadurch wird gewährleistet, daß die Trainingsperson direkten Einfluß auf das individuelle Trainingsprogramm ausübt. Änderungen des Zeitregimes während der Trainingszeit haben auch den Vorteil, daß Gewöhnungs- bzw. Lerneffekte der Muskulatur auf gleichförmige Reizstromimpulse zusätzlich vermieden werden.It turns out to be beneficial if during the Training time changes of the time regime can be made. This ensures that the Training person directly influence exercises the individual training program. Changes in the time regime during the Training time also have the advantage that the habituation or learning effects of Muscles on uniform Additional stimulation current impulses be avoided.

Es ist sinnvoll, daß mehrere für bestimmte Körperregionen spezifische Elektroden zur Verfügung stehen. Dabei kann es sich beispielsweise um Rückenelektroden, Bauchelektroden oder aber auch um Beinelektroden oder Gesäßelektroden handeln. Eine Elektrodenapplikation unter Berücksichtigung anatomisch-funktioneller Gegebenheiten ist Voraussetzung für den Erfolg einer Trainingseinheit.It makes sense that several for certain regions of the body specific electrodes available stand. These can be, for example, back electrodes, stomach electrodes or also act as leg electrodes or buttock electrodes. An electrode application considering anatomical-functional Conditions are a prerequisite for the success of a training session.

Das erfindungsgemäße Gerät und Verfahren wird eingesetzt, um die Muskulatur der Trainingsperson zu stärken. Das Anwendungsgebiet kann jedoch noch weiter ausgedehnt werden. So eignet sich das erfindungsgemäße Gerät und Verfahren auch zum Ausdauertraining, zur Körperentspannung sowie für Schlankheitsprogramme.The device and method according to the invention is used to strengthen the muscles of the training person. The area of application can, however, be expanded further. The device and method according to the invention are suitable also for endurance training, for body relaxation as well as for slimming programs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

1 Ein Impulsdiagramm zur Definition der Reizstromparameter; 1 A pulse diagram to define the stimulation current parameters;

2 Diagramm zur Berechnung der 2 Diagram to calculate the

Impulsleistungpulse power

1 zeigt ein Impulsdiagramm 10 des erfindungsgemäßen Gerätes 7. Es wird ein monopolarer Impuls zugrunde gelegt. Für die Reizung der Nerven und Muskeln sind dabei die Impulsintensität 1, die Impulsbreite 2, die Impulsanstiegzeit 3, die Impulsabfallzeit 4 sowie die Impulsfrequenz von Bedeutung. In dem erfindungsgemäßen Gerät 7 können diese Reizparameter unabhängig voneinander mittels der Tastenfunktion 8 variiert werden. Die Impulsintensität 1 gibt den Spitzenwert der Stromstärke 1 an. Die Impulsanstiegzeit 3 charakterisiert die Steilheit des Impulses, d. h. sie entspricht der Zeit, in der der Strom vom Wert Null bis zum Scheitelwert 1 ansteigt, wohingegen die Impulsabfallzeit 4 der Zeit entspricht, in der der Strom vom Scheitelwert bis Null absteigt. Aus der Summe der Impulsanstiegszeit 3 und der Impulsabfallszeit 4 ergibt sich die Impulsdauer 2. Impulsintensität 1, Impulsdauer 2, Impulsanstieg 3 und -abfallzeit 4 bestimmen die Impulsform 9. 1 shows a timing diagram 10 of the device according to the invention 7 , A monopolar impulse is used. For the irritation of the nerves and muscles are the pulse intensity 1 , the pulse width 2 , the pulse rise time 3 , the pulse decay time 4 as well as the pulse frequency of importance. In the device according to the invention 7 can control these stimulus parameters independently using the button function 8th can be varied. The pulse intensity 1 gives the peak current value 1 on. The pulse rise time 3 characterizes the steepness of the pulse, ie it corresponds to the time in which the current flows from zero to the peak value 1 increases, whereas the pulse decay time 4 corresponds to the time in which the current rises from the peak value to zero. From the sum of the pulse rise time 3 and the pulse decay time 4 the pulse duration results 2 , pulse intensity 1 , Pulse duration 2 , Pulse increase 3 and waste time 4 determine the pulse shape 9 ,

Die Zahl der Impulse je Zeiteinheit gibt die Impulsfrequenz an, wohingegen die Impulsperiodendauer 5 den Zeichenabstand zwischen den Anfangsfußpunkten zweier aufeinanderfolgender Impulse entspricht. Der zeitliche Abstand zwischen dem Endpunkt eines Impulses und dem Anfangspunkt des folgenden Impulses wird durch die Impulspause 6 festgelegt.The number of pulses per unit of time indicates the pulse frequency, whereas the pulse period lasts 5 corresponds to the character spacing between the starting base points of two successive pulses. The time interval between the end point of a pulse and the start point of the following pulse is determined by the pulse pause 6 established.

Das erfindungsgemäße Gerät und Verfahren können beispielsweise zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden, aber auch zum Muskelaufbau und -training, im Rahmen von Schlankheitsprogrammen, zur Körperentspannung, etc.The device and method according to the invention can, for example be used for therapeutic purposes, but also for muscle building and -training, as part of slimming programs, for body relaxation, Etc.

Beispielexample

Bei der therapeutischen Nachbehandlung einer Oberarmfraktur zur Kräftigung und zum Aufbau der Muskulatur kommen beispielsweise die folgenden Behandlungsparameter zum Tragen: Spannung: 16 V Impulsdauer: 4 s Pausendauer: 2 s Frequenz: 80 Hz Anstiegszeit: < 0,1 s Pulsbreite: 350 μs Behandlungszeit: 20 min Betriebsart: bipolar The following treatment parameters are used in the therapeutic follow-up treatment of an upper arm fracture to strengthen and build up the muscles: Tension: 16 V Pulse duration: 4 s Break time: 2 s Frequency: 80 Hz Rise time: <0.1 s Pulse width: 350 μs Treatment time: 20 min operating mode: bipolar

Das Programm läuft mit der gewählten Einstellung automatisch ab. Zur Erhöhung des therapeutischen Effekts können beispielsweise Impulsdauer, Pausendauer und Pulsbreite über die Behandlungszeit variiert werden, so daß sich Phasen mit hohem und niedrigem Reizpotential ergeben bzw. ablösen. Die Impulse werden über eine Manschettenelektrode und eine feuchte textile Abdeckung des Oberarms appliziert. Die Elektroden werden immer paarweise die Extremität umschließend angelegt.The program runs with the selected On position automatically. To increase the therapeutic effect, pulse duration, pause duration and pulse width can be varied over the treatment time, for example, so that phases with high and low irritation potential result or are detached. The impulses are applied via a cuff electrode and a moist textile covering of the upper arm. The electrodes are always placed around the extremity in pairs.

Das in 2 dargestellte Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen der Spannung U und dem Strom 1 bei einem Armelektrodenpaar, der sich beispielsweise bei einer Behandlung zur Kräftigung der Muskulatur nach einer erfolgten Fraktur des Oberarmes herstellen läßt. Der Zeitmaßstab (waagerecht) beträgt 2 ms/cm. Der Maßstab (senkrecht) für den Impuls 11 beträgt 10 V/cm und für den Impuls 12 50 mA/cm. Die Impulsbreite beläuft sich auf 350 μs. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bei einer Spannung von ca. 16 V ein Strom von ca. 30 mA fließt. Daraus läßt sich gemäß der Formel P = U·I die Impulsleistung berechnen. Sie beträgt 16·0.03 A = 0.48 W. Die elektrische Arbeit des positiven Impulses beträgt nach der Formel A = P·t bei einer Impulsbreite von 350 μs = 0.035 ms = 0.00035 s folglich 0.48 W·0.00035s = 0.00017 Ws. Die gleiche Leistung wird ungefähr auch bei dem negativen Impuls abgegeben. Bei 80 Impulsen pro Sekunde werden in einer Sekunde 0.00017·2·80 = 0.03 Ws an den Körper abgegeben.This in 2 The diagram shows the relationship between the voltage U and the current 1 in a pair of arm electrodes, which can be produced, for example, in a treatment to strengthen the muscles after a fracture of the upper arm. The time scale (horizontal) is 2 ms / cm. The scale (vertical) for the impulse 11 is 10 V / cm and for the pulse 12 50 mA / cm. The pulse width amounts to 350 μs. The diagram shows that at a voltage of approx. 16 V a current of approx. 30 mA flows. The pulse power can be calculated from this according to the formula P = U · I. It is 16 · 0.03 A = 0.48 W. The electrical work of the positive pulse is, according to the formula A = P · t with a pulse width of 350 μs = 0.035 ms = 0.00035 s, consequently 0.48 W · 0.00035s = 0.00017 Ws. The same power is also given approximately at the negative impulse. at 80 Pulses per second are delivered to the body in one second 0.00017 · 2 · 80 = 0.03 Ws.

Claims

Device for the electrical stimulation of a body by means of transcutaneous transmission of electrical pulses which are generated according to a predetermined program and applied via electrodes, characterized in that at a voltage of 5 to 30 V the frequency of the electrical pulses is in the range from 2 Hz to 100 Hz , where - the pulse duration can be set from 1 s to 10 s, - pulses with a pulse width ( 2 ) can be generated from 50 μs to 400 μs, - an impulse pause ( 6 ) can be selected between 1 s and 10 s

device according to claim 1, characterized in that a variable time regime selectable is.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that - the pulse duration is adjustable in steps of 1 s, - the pulse width ( 2 ) can be varied in steps of 50 μs, - the pulse pause ( 6 ) can be varied in steps of 1 s, and / or - a training time from 5 min to 45 min can be set.

device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the polarity of the electrical Pulse is adjustable.

device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the time regime over a selected Period can be changed is.

device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that there are one or more for certain body regions has specific electrodes.

device according to one of the claims 1 to 6 for the Use in the cosmetics / wellness and fitness area.

Method for generating therapeutically usable electrical pulses which are applied via electrodes, characterized in that electrical pulses are generated at a voltage of 5 to 30 V in the low frequency range from 2 Hz to 100 Hz, wherein - a pulse duration of 1 s to 10 s is set - pulses with a pulse width ( 2 ) from 50 μs to 400 μs, and - an impulse pause ( 6 ) is set between 1 s and 10 s.

A method according to claim 8, characterized in the existence Time regime selected becomes.

Method according to claim 8 or 9, characterized in that - the pulse duration is increased or decreased in steps of 1 s, - the pulse width ( 2 ) is varied in 50 μs steps, - the pulse pause ( 6 ) is increased or decreased in steps of 1 s, and / or - a training time of 5 min to 45 min is set.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that that the electrical pulses have a different polarity.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that that during the Training time changes of the time regime.

Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that that several for certain body regions specific electrodes are supplied with stimulation current.

Method according to one of claims 8 to 13 for use in the cosmetics / wellness, fitness area as for use in the medical therapy.