DE1180858B - Elektronisches Reizstromgeraet zur Stimulierung der Muskeltaetigkeit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 05 g

Deutsche Kl.: 21 g - 24/01

Nummer: 1180 858

Aktenzeichen: R 31588 VIII c/ 21g

Anmeldetag: 1. Dezember 1961

Auslegetag: 5. November 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Reizstromgerät zur Stimulierung der Muskeltätigkeit, das einen Transistor-Multivibrator und einen von diesem periodisch gesteuerten Transistor-Sperroszillator, dessen Impulse dem Ausgangskreis zugeführt werden, enthält.

Es ist bekannt, daß gewisse Typen elektrischer Pulse benutzt werden können für die Stimulierung der Muskeltätigkeit, um Muskeltöne zu bilden und aufrechtzuerhalten und weiche schlaffe Körpergewebe auszuscheiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vereinfachte transistorisierte Schaltung für die Erzeugung von verbesserten Impulsen zur Muskelreizung zu schaffen, mit welcher die Stimulierung der Muskeltätigkeit sicher und wirksam herbeigeführt werden kann. Dies wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Sperroszillator dauernd an die Speisespannungsquelle angeschlossen und direkt mit dem Ausgang des Multivibrators verbunden ist, und zwar derart, daß entweder durch die positiven Halbwellen der Ausgangsimpulse des Multivibrators an der an der Basis des Oszillatortransistors angeschlossenen Rückkopplungswicklung eine positive Vorspannung erzeugt wird, die den Transistor sperrt, während die negativen Halbwellen den Transistor in seinen leitenden Zustand überführen und den Oszillator in Tätigkeit setzen, oder daß durch die negativen Halbwellen der Ausgangsimpulse des Multivibrators eine positive, den Transistor sperrende Vorspannung, die von einer mit der Rückkopplungswicklung ständig verbundenen Vorspannungsquelle stammt, beseitigt wird, wobei die Behandlungsimpulse von der Sekundärwicklung des Oszillatortransformators entnommen werden.

Beim Gerät nach der Erfindung kann der Ausgangskreis direkt verbunden sein mit dem Transistor-Sperroszillator durch einen Aufwärtstransformator.

Es ist zweckmäßig eine Kabelanordnung vorgesehen für die Verbindung des Ausgangskreises des Gerätes mit einer Körperelektrode, die einen eingebauten Spannungsteiler hat zur Herabsetzung der Amplitude der Impulse vom Ausgang des Sperroszillators. Solch eine Kabelanordnung trägt Angaben und Zeichen, um den speziellen Gebrauch zu zeigen, wie etwa Gesichtsbehandlung, bei der verminderte Pulsamplituden wünschenswert sind.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines Muskel-Stimulators, der die Erfindung enthält;

Elektronisches Reizstromgerät zur Stimulierung
der Muskeltätigkeit

Anmelder:

Relaxacizor Inc., Los Angeles, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Schaefer, Patentanwalt,
Hamburg 1, Ziesenißstr. 6

Als Erfinder benannt:

John Irving Moss, Skokie, JlL,

Mitchell Irwin Kohn, Wheeling, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität: :

V. St. v. Amerika vom 6. Januar 1961 (81072)

F i g. 2 ist ein teilweiser Schnitt eines Äusführüngsbeispiels der Schnuranordnung, und
F i g. 3 ist ein Schaltschemä der Sehnuranordnung. Die Erfindung gestattet verschiedene Ausführungsformen, während in den Zeichnungen nur ein bevor- zugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Muskel-Stimulatoren allgemeinen Charakters gewinnen mehr und mehr Bedeutung für den Hausgebrauch. Die erzeugten Signale bewirken nicht nur eine Reizung und Stärkung der Muskel, sondern haben auch einen Entspannungseffekt für den Benutzer, indem sie die Spannung beseitigen, die infolge von Sorgen oder Überarbeitung u. dgl. entsteht. Ein Problem bei früheren Geräten besteht darin, daß sie elektronische Schaltungsanordnungen aufweisen, die ihre Energie aμs dem normalen Netz von beispielsweise 110 Volt erhalten und Hochspannungselektronenröhren enthalten. Die Elektroden oder Vorrichtungen, welche auf den Körper gesetzt werden und die erzeugten Pulse auf die Muskeln übertragen, müssen angefeuchtet werden, um die Kontaktleitfähigkeit mit dem Körper zu verbessern und während solche Geräte vollkommen sicher sind,

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trifft man einen großen Widerstand bei den Verbrauchern an, weil die Furcht vor einem elektrischen Schock besteht. Das neue System nach der Erfindung ist eine vereinfachte Transistor-Schaltungsanordnung, die bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung arbeitet, die verbesserte Pulse zur Muskel-Stimulierung erzeugt und auch die Befürchtungen hinsichtlich der Sicherheit der Einrichtung beseitigt, welche technisch nicht versierte Benutzer hegen.

Das Gerät nach der F i g. 1 weist einen Multivibrator 10 auf, der den Betrieb eines Transistor-Sperroszillators 12 steuert, dessen Ausgang über einen Aufwärtstransformator direkt verbunden ist mit einem Paar von Lastkreisen 13. Die in den Lastkreisen erscheinenden Pulse werden auf geeignete, auf die Muskel einwirkende Punkte des Benutzers gegeben, und zwar durch eine Kabelanordnung, die mit einer Elektrode verbunden ist, welche am Körper befestigt ist. Es sind verschiedene Typen von Elektroden verschiedener Größe und Formen für die Stimulierung verschiedener Muskeln verfügbar.

Die Schaltung nach F i g. 1 und ihre Wirkungsweise wird nachstehend im einzelnen beschrieben, und die Werte sowie Typenbezeichnungen werden für viele der Schaltungselemente gegeben. Es versteht sich jedoch, daß diese speziellen Angaben in erster Linie gegeben werden zu dem Zweck, um ein wirksames Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erläutern, und die Werte sollen nicht als kritisch betrachtet werden. Viele Änderungen und Abwandlungen sind für den Fachmann leicht zu verwirklichen.

Die Schaltung erhält ihre Energie aus einer geeigneten Quelle von beispielsweise 24 Volt Gleichstrom mit der angegebenen Polarität, die mit den Klemmen

20 und 21 verbunden ist, der Speisekreis enthält einen Schalter 20 a. Der Multivibrator besitzt zwei npn-Transistoren 23 und 23 a, deren Emitterelektroden untereinander und über einen Widerstand 24 von 2200 Ohm mit der Speiseleitung 20 verbunden sind, die Kollektorelemente des Transistors sind über Widerstände 25 bzw. 26 von je 2200 Ohm zurückgeführt zur Speiseleitung 21. Ein Potentiometer 27 von 5000 Ohm ist verbunden zwischen den Emitterelektroden der Transistoren und der Speiseleitung 21 und besitzt einen Mittelabgriff 28, der verbunden ist mit den Basiselektroden der Transistoren 23 und 24 über die Widerstände 29 von 56 000 Ohm bzw. 30 von 82000 Ohm. Ein Widerstand 31 von 22000 Ohm verbindet die Basiselektrode des Transistors 23 mit dem Kollektor des Transistors 23 a, und ein Widerstand 32 von 15 000 Ohm verbindet die Basiselektrode des Transistors 23 a mit dem Kollektor des Transistors 23. Ein Kondensator 33 von 16 μψ liegt parallel zum Widerstand 31, und ein Kondensator 34 von 16 μΈ liegt parallel zum Widerstand 32.

Der Sperroszillator 12 hat einen pnp-Transistor 35 mit einer Emitterelektrode, die mit der Speiseleitung

21 verbunden ist und einer Kollktorelektrode, die über die Primärwicklung 36 α eines Aufwärtstransformators 36 mit der Speiseleitung 20 verbunden ist. Eine Rückkopplungswicklung 36 & des Transformators 36 hat eine mit der Basiselektrode des Transistors 35 verbundene Klemme und ist auch über einen Kondensator 37 von 0,05 μΡ mit dem Kollektor des Transistors 35 verbunden. Die andere Klemme dei Rückkopplungswicklung 36 b ist über einen Kondensator 38 von 2,0 μ¥ mit der Speiseleitung 21 verbunden.

Die negative Klemme einer Vorspannungsbatterie 11, die eine kleine I¹/2-Volt-Gleichspannungsbatterie ist, ist verbunden mit dem Kollektor des Kipposzillator-Transistors 23 a, und ihre positive Klemme ist über einen Widerstand 39 von 3900 Ohm und die Rückkopplungswicklung 36 b mit der Basiselektrode des Transistors 35 verbunden.

Die positive Vorspannung, die auf die Basis des Transistors 35 durch die Batterie 11 gegeben wird, hält den Speroszillator gesperrt. Die Vorspannung wird durch die negative Hälfte des Zeitsignals vom Multivibrator 10 beseitigt und schaltet den Sperroszillator ein. Sobald der Transistor 35 leitend wird, induziert die Stromänderung in der Primärwicklung 36 a einen Strom in der Wicklung 36 b, welche zum Transistor 35 rückkoppelt und eine wiederholte pulsähnliche Schwingung bewirkt. Das Potentiometer 27 ermöglicht eine Verstellung, um die Pulsbreite und Wiederholungsgeschwindigkeit des Zeitsignals vom Multivibrator 10 zu variieren. Ein Widerstand 40 von 1000 Ohm liegt parallel zur Primärwicklung 36 a, wodurch die Schwingungen gedämpft und ein schädliches umgekehrtes Potential gehindert wird, zum Kollektor des Transistors 35 zu gelangen. Wenn der Multivibrator den Sperroszillator einschaltet, ist es für die Pulse unerwünscht, plötzlich eine maximale Amplitude zu erreichen, da einige Benutzer sich vor der bevorstehenden Stimulierung fürchten und der Entspannungseffekt nicht erreicht wird. Eine allmähliche Zunahme in der Amplitude der Pulse bei Betriebsbeginn des Sperroszillatorzyklus ist außerordentlich wirksam, um den Benutzer für die Stimulierung vorzubereiten.

Ein Ladekreis des Sperroszillators 35 hat eine große Kapazität 41 von 100 μΡ, die in Serie verbunden ist mit einer Halbleiterdiode 42, und diese Serienschaltung liegt parallel zur Primärwicklung 36 a des Transformators 36. Ein Widerstand 43 von 5600 Ohm liegt parallel zum Kondensator-41 zwischen demVerbindungspunkt zwischen Kondensator 41 und der Diode 42 und der Speiseleituüg 20. Wenn der Transistor 35 leitfähig wird, lädt sich der Kondensator 41 über die Diode nach einer Exponentialkurve auf, deren Steilheit bestimmt ist durch die relativen Werte des Kondensators und die Impedanz des Ladekreises. Die Zeitkonstante des Ladekreises soll groß sein in bezug auf die Periode des Sperroszillators und der Wert der Kapaziät41 soll derart sein, daß fünf bis zehn Pulse des Sperroszillators erforderlich sind zum vollständigen Aufladen des Kondensators. Der Ladekreis bewirkt eine hohe Anfangsladung für den Sperroszillator und infolgedessen erhöht sich die Amplitude der Pulse vom Sperroszillator 12 allmählich beim Beginn der Betriebsperiode des Oszillators. Wenn der Speroszillator gesperrt ist, entlädt sich der Kondensator 41 über den Widerstand 43.

Im Betrieb erzeugt der Multivibrator eine sich selbsterhaltende Schwingung beim Schließen des Schalters 20 a. Das positive Potential an der Basis des Transistors 35 des Sperroszillators, welches von der positiven Klemme der Vorspannungsbatterie 11 geliefert wird, ist ausreichend, um zu verhindern, daß der Transistor 35 leitend wird, und es wird keine Pulsschwingung über der Primärwicklung 36a erzeugt. Wenn die negative Hälfte des Zeitsignals vom Multivibrator 10 anwesend ist, wird die positive Vorspannung an der Basiselektrode beseitigt, und der Transitor 35 wird leitend für die Dauer des negativen

Teiles des Zeitsignals, wodurch eine Pulsschwingung über der Primärwicklung 36 a erzeugt wird. Die positive Halbwelle des zeitbestimmenden Ausgangssignals liefert die positive Vorspannung zur Basiselektrode des Transistors 35 und sperrt den Sperroszillator. Der Sperroszillator hat einen bestimmten Zyklus von etwa 50% und bewirkt den gewünschten pulsförmigen Ausgang für annähernd Vt Sekunden und kernen Ausgang (Impulspause) für ^ZU Sekunden. Der bestimmte Zyklus und die Impulspause werden durch das Potentiometer 27 im Multivibratorkreis verändert, welcher die Pulsbreite und Wiederholungsgeschwindigkeit des Multivibratorausganges verändert. Der Ausgang des Sperroszillators ist direkt gekoppelt von der Primärwicklung 36 a des Transformators 36, welche 100 Drahtwindungen enthält, zur Sekundärwicklung 36 c, welche 600 Windungen enthält. Der Aufwärtstransformator 36 gestattet eine direkte Anwendung des Ausgangs vom Oszillator bei einer erhöhten Amplitude über ein Lastpotentiometer 44 ao von 4000 Ohm, das parallel zur Sekundärwicklung 36 c liegt. Bei einer Ausgangssteckdose 45 ist eine Klemme 46 mit dem Mittelabgriff des Potentiometers 44 verbunden, und die andere Klemme 47 ist mit einer Klemme 48 des Potentiometers in Verbindung. Eine Sekundärwicklung 36 d des Transformators 36, ähnlich der Wicklung 36 c, schafft einen anderen Ausgangskreis für den Sperroszillator. Der Mittelabgriff des Potentiometers 44 kann durch den Bedienenden eingestellt werden, um die Amplitude der Oszillatorspule zu variieren, die gekoppelt sind durch die Steckdose 45 und eine nicht dargestellte Kabelanordnung mit einer Körperelektrode.

Für gewisse Anwendungsfälle ist eine verhältnismäßig niedrigere Spannung notwendig, da eine Anwendung der vollen Spannung, beispielsweise bei Gesichtsbehandlung, dem Benutzer unangenehm sein würde. Eine spezielle Kabelanordnung wird vorgesehen mit einem eingebauten Spannungsteiler, und sie trägt besondere Zeichen, um den betreffenden Zweck anzugeben.

Die F i g. 2 zeigt eine Kabelanordnung zur Verbindung des Ausgangs des elektronischen Muskel-Stimulators an der Steckdose 45 mit einer Körperelektrode. Die besondere dargestellte Kabelanordnung ist für Gesichtsbehandlung bestimmt und hat einen eingebauten Spannungsteiler, welcher die beim Gesicht angewandte Spannung auf ein gewünschtes niedriges Niveau begrenzt, ohne daß der Bedienende irgendeine Einstellung nötig hätte. Das Ausführungsbeispiel umfaßt einen Stecker 50 mit Steckerstiften 51 und 52 zur Verbindung mit der Ausgangssteckdose 45. Widerstände 53 und 54 sind in Serie verbunden parallel zu den Steckerstiften 51 und 52, und Drähte 55 und 56 sind verbunden parallel zu einem der Widerstände 53. Die gesamte Anordnung ist eingekapselt in einem geeigneten Isoliermaterial 57, aus dem die Steckerstifte 51 und 52 herausragen. Die Drähte 55 und 56 enden in Steckern 58 und 59 zur Verbindung mit einer Gesichtselektrode. Ein besonderes Band 60 zur Aufnahme der Zeichen ist auf den Drähten 55 und 56 befestigt, um anzuzeigen, daß die Anordnung für einen speziellen Gebrauch, beispielsweise zur Gesichtsbehandlung, geeignet ist.

F i g. 3 ist ein Schaltschema der Kabelanordnung, welches den Spannungsteiler zeigt. Die Werte der Widerstände 53 und 54 sind 2200 Ohm bzw. 1500 Ohm und bewirken eine Pulsamplitude an der Behandlungselektrode, die eine genügende Stimulierung für die Gesichtsmuskeln ergibt und gleichwohl niedrig genug ist, um unerwünschte Effekte zu vermeiden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Reizstromgerät zur Strmulierung der Muskeltätigkeit, das -einen Transistor-Multivibrator und einen von diesem periodisch gesteuerten Transistor-Sperroszillator, dessen Impulse dem Ausgangskreis zugeführt werden, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperroszillator dauernd an die Speisespannungsquelle angeschlossen und direkt mit dem Ausgang des Multivibrators verbunden ist, und zwar derart, daß entweder durch die positiven Halbwellen der Ausgangsimpulse des Multivibrators an der an der Basis des Oszillatortransistors (35) angeschlossenen Rückkopplungswicklung eine positive Vorspannung erzeugt wird, die den Transistor sperrt, während die negativen Halbwellen den Transistor (35) in seinen leitenden Zu- . stand überführen und den Oszillator in Tätigkeit setzen, oder daß durch die negativen Halbwellen der Ausgangsimpulse des Multivibrators eine positive, den Transistors (35) sperrende Vorspannung, die von einer mit der Rückkopplungswicklung ständig verbundenen Vorspannungsquelle (11) stammt, beseitigt wird, wobei die Behandlungsimpulse von der Sekundärwicklung (36 c) des Oszillatortransformators (36) entnommen werden.

2. Gerät nach Anspruch 1 mit einer an die Rückkopplungswicklung angeschlossenen Vorspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die den Oszillator sperrende Vorspannung durch eine Batterie erzeugt wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lastkreis des Oszillators parallel zu der Primärwicklung (36 a) des Transformators Stromzweige vorgesehen sind, die ein i?C-Glied und eine Gleichrichterdiode (42) enthalten und bei Anschalten der Anordnung einen Nebenstromweg bilden, der erst nach vollständiger Aufladung des Kondensators (41) für den Stromfluß durch die Primärwicklung (36 a) unwirksam wird, so daß die Amplitude der Ausgangsimpulse nach Anschalten des Gerätes allmählich ansteigt und dann erst die gewünschte Höhe annimmt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenstromweg die Gleichrichterdiode (42) in Reihe mit dem Kondensator (41) liegt, dem ein Widerstand (43) parallel geschaltet ist, und daß die Zeitkonstante dieses Nebenstromweges etwa fünf- bis zehnmal größer als die Periode des Sperroszillators ist.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatortransformator als Aufwärtstransformator ausgebildet ist und an seine Sekundärwicklung ein Behandlungskreis angeschlossen ist, mit dem die Amplitude der der Körperelektroden zugeführten Impulse eingestellt werden kann.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklung des Transformators ein Spannungsteiler angeschlossen ist, an dem der Anschluß der Körperelektroden verstellbar ist.

7. Gerät nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Enden der Sekundärwicklung anzuschließende Kabelstecker für den Anschluß der Körperelektroden den Spannungsteiler enthält und vorzugsweise mit besonderen Kennzeichnungen für den speziellen therapeutischen Anwendungszweck, für welchen die beim Anschluß des Kabelsteckers eingestellten Reiz-

stromimpulsstärken besonders geeignet sind, versehen ist (Fig.2).

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1234 604; USA.-Patentschriften Nr. 2 842136, 2 842135, 661744.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen