DE1564329B2

DE1564329B2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung elektrischer impulse fuer die muskelreizung

Info

Publication number: DE1564329B2
Application number: DE19661564329
Authority: DE
Inventors: Michael; Barnet Hertfordshire; Schaefer Hermann Fred London; McDonald (Großbritannien)
Original assignee: Medical And Biological Instrumentation Ltd., Ashford, Kent (Grossbritannien)
Priority date: 1965-05-26
Filing date: 1966-05-25
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE1564329A1; GB1129142A; US3516413A; DE1564329C3; FR1481367A

Description

trager verzichtet werden. Statt des Übertragers werden lediglich einige Halbleiterelemente benötigt. Derartige Halbleiterelemente lassen sich auf kleinerem Raum unterbringen als ein Übertrager. Dies ermöglicht es beispielsweise, das Gerät bzw. genauer die Schaltungsanordnung nach der Erfindung auf so kleinem Raum aufzubauen, daß trotz des Vorhandenseins eines Ausgangsübertragers die ganze Schaltungsanordnung in einem Reizgerät untergebracht werden kann, das bei seiner Benutzung in eine Hand paßt.

Um ein Verhältnis von Impulsbreite zu Impulspause zu erzielen, das kleiner als 1 ist, wird zweckmäßigerweise so vorgegangen, daß ein Rückführungsweg des Multivibratorkreises des Rechteckimpulsgenerators von seinem Ausgangstransistor zu einem anderen Transistor eine Vorrichtung zur Erhöhung der Rückführspannung aufweist. Die Vorrichtung zur Erhöhung der Rückführspannung erhält bevorzugt einen als Emissions-Nachlaufstufe geschalteten Rückführ-Transistor, der mit dem Ausgang des Ausgangs-Transistors des Multivibratorkreises des Rechteckimpulsgenerators und über einen Kondensator mit der Basis von dessen anderem Transistor verbunden ist.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der zweite Transistor der Uberlagerungsstufe ein NPN-Transistorist, da in diesem Falle der Aufbau der Schaltungsanordnung bekanntlich erleichtert wird. Der Ausgang der Uberlagerungsstufe kann zur Regelung der Reizstärke über den beweglichen Kontakt eines Potentiometers der Ausgangsstufe zugeführt sein.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß an wenigstens einer Sekundärwicklung des Transformators wenigstens eine Behandlungselektrode angeschlossen ist, welche an den Körper einer Person zum Anreizen bestimmter Muskeln anlegbar ist.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß aus der deutschen Patentschrift 974944 eine Schaltungsanordnung bekannt ist, bei der entsprechend dem Anspruch 5 der Ausgang der Überlagerungstufe über den beweglichen Kontakt eines Potentiometers der Ausgangsstufe zugeführt ist. Aus der deutschen Auslegeschrift 1114 263 ist es über den Gattungsbegriff des Anspruches 1 hinaus bekannt, daß gemäß Anspruch 6 an wenigstens einer Sekundärwicklung des Transformators wenigstens eine Behandlungselektrode angeschlossen ist, welche an den Körper einer Person zum Anreizen bestimmter Muskeln anlegbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fi g. 1 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm und die

Fig. 2(a), 2 (b), 2(c) zeigen die an verschiedenen Punkten der Schaltvorrichtung entstehenden Wellenformen der elektrischen Signale.

In Fig. 1 sind unten in einem Blockdiagramm die grundsätzlichen Funktionen der Schaltvorrichtung gezeigt, wobei über jedem Block die zugehörigen elektrischen Schaltelemente innerhalb gestrichelter Linien gezeigt sind. Hierbei repräsentiert Block 1 den Wellenimpulsgenerator, dessen schaltungsmäßiger Aufbau im einzelnen innerhalb der gestrichelten Linien 2 gezeigt ist, Block 3 repräsentiert den Rechteckimpulsgenerator innerhalb der gestrichelten Linien 4, Block 5 repräsentiert die Überlagerungsstufe innerhalb der gestrichelten Linien 6 und Block 7 repräsentiert die Ausgangsstufe innerhalb der gestrichelten Linien 8.

Der Wellenimpulsgenerator innerhalb der gestrichelten Linien 2 besteht aus Transistoren T₁ und T₂, die zur Bildung eines frei laufenden Multivibrators zwischen den Stromzuführungsleitungen 13 und 14 mit einem Widerstand 15 und einem Kondensator 16, einem Widerstand 17 und einem Kondensator 18 und Widerständen 19 und 20 verbunden sind. Der Wellenimpulsgenerator erzeugt ein Ausgangssignal in der

ίο Leitung 22, welches im wesentlichen die in Fi g. 2 (a) gezeigte Form aufweist. Bei dieser Wellenform ist nach einer Impulspause von jeweils 750 Millisekunden für jeweils 750 Millisekunden ein Impuls vorhanden. Die Zeitabstände sind dabei von den Konstanten des Stromkreises bestimmt. In der betreffenden Schaltung weist der Widerstand 19 680 000 Ohm und der Kondensator 16 eine Kapazität von 2,2 Mikrofarad auf, während der Widerstand 20 680 000 Ohm und der Kondensator 18 eine Kapazität von 1,5 Mikrofarad hat. Die Gestalt der Anlaufseite der Welle ist vom Widerstand 15 und vom Kondensator 16 bestimmt.

Der Rechteckimpulsgenerator innerhalb der gestrichelten Linien 4 besteht aus den Transistoren T₃, T₄ und T₅, die zur Bildung eines frei laufenden Verbundvielfachvibrators zwischen den Stromzuführleitungen 13, 14 zusammen mit einem Widerstand 24 und einem Kondensator 25, einem Widerstand 26 und einem Kondensator 27, einem Widerstand 28 und einem Kondensator 29 und Widerständen 31 und 32 verbunden sind. Dieser Generator erzeugt über den Widerstand 28 ein Ausgangssignal, dessen Form in F i g. 2 (b) gezeigt ist. Die Impulsbreite des Signals ist hierbei jeweils 200 Mikrosekunden nach einer Impulspause von 15 Millisekunden.

Die Gestalt und Zeitfolge des Ausgangssignals des Rechteckimpulsgenerators resultiert aus der besonderen Anordnung der Bauelemente des Schaltkreises. Die Transistoren T₃ und T₄ bilden zusammen mit den Widerständen 31, 24, 26 und 28 und den Kondensatoren 27 und 25 einen herkömmlichen Multivibratorkreis, dessen Ausgang ein »An/Aus-Verhältnis« bzw. »Impulsbreite/Impulspause-Verhältnis« von etwa eins hat. Für die Muskelanregung ist es jedoch vorzuziehen, daß die Zeitdauer des Impulses nicht gleich der Zeitdauer zwischen je zwei Impulsen ist. In der vorliegenden Schaltung wird diese Wirkung dadurch erreicht, daß der Ausgang vom Transistor 4 über die Leitung 33 an den Transistor 5 angelegt wird, der als

So Emissions-Nachlaufstufe geschaltet ist.

Der Ausgang der Emissions-Nachlaufstufe ist über eine Leitung 34 und einen Kondensator 29 an die Basis des Transistors T₃ angelegt. Die Wellenform am Ausgang der Emissions-Nachlaufstufe ist im wesentlichen dieselbe, die am Kollektor des Transistors T₄ erscheint, so daß diese Anordnung im wesentlichen einer Parallelschaltung des Kondensators 29 mit dem Kondensator 27 äquivalent ist. Die Emissions-Nachlaufstufe hat einen niedrigen Ausgangswiderstand, so

6q daß der Kondensator 29 eine verhältnismäßig große Kapazität haben kann, ohne die Rechteckwellenform des über dem Widerstand 28 erscheinenden Signals zu stören. Der Umstand, daß der Kondensator 29 wirkungsmäßig parallel zum Kondensator 27 liegt, führt dazu, daß das »An-Aus-Verhältnis« des Signals wesentlich verkleinert ist. In der gezeigten Schaltung hat der Kondensator 27 1000 pF., der Kondensator 25 2200 pF. und der Kondensator 29 0,15 Mikrofarad.

Die aus dieser Anordnung resultierende Signal-Wellenform hat eine »An«-Periode von 200 Mikrosekunden und eine »Aus«-Periode von 15 Millisekunden. Aus Fig. 2(b) ist dies qualitativ ersichtlich.

Die Uberlagerungsstufe, welcher der Ausgang des Wellenimpulsgenerators über die Leitung 22 und der Ausgang des Rechteckimpulsgenerators über die Leitung 35 und der Emissions-Nachlaufstufe eingegeben wird, schließt einen Transistor T₆ und einen NPN-Transistor T₇ in Serienschaltung mit einem Widerstand 36 zwischen den Stromzuführungsleitungen 13 und 14 ein. Der Ausgang der Uberlagerungsstufe ist an einem Potentiometer 37. Der Ausgang des Wellenimpulsgenerators, welcher die in Fig. 2(a) gezeigte Form aufweist, wird über die Leitung 22 der Basis des Transitors T₆ aufgegeben und das Ausgangssignal des frei laufenden Rechteckimpulsgenerators, welches die in Fig. 2 (b) gezeigte Form hat, wird über die Leitung 35 der Basis des Transistors T₇ aufgegeben. Das der Basis des Transistors T₆ aufgegebene Signal bestimmt, ob der Transistor leitet oder nicht und damit ob Strom durch den Widerstand 36 und das Potentiometer 37 fließt oder nicht. Die Spannung zwischen der Verbindung des Widerstandes 36 und des Potentiometers 37 und der Leitung 14 liefert eine Kontrolle für den Betrag der Spannung, die zu jedem Zeitpunkt an dem Transistor T₁ liegt. Die zweite Kontrolle der an dem Transistor liegenden Spannung ist von dem Ausgang der Emissions-Nachlaufstufe über Widerstand 28 gegeben. Auf diese Weise kann es eingerichtet werden, daß das Potential über dem Potentiometer 37 dank des durch den Transistor T₆ fließenden Stromes in einem bestimmten Moment so ist, daß der Transistor T₁ nicht leitet und daher das Eingangssignal, welches ihm von dem Rechteckimpulsgenerator über Leitung 35 eingegeben wird, durchläßt. Zu anderen Zeitpunkten kann das Potential über dem Potentiometer 37 so sein, daß der Transistor T₇ leitet, so daß das Signal von dem Rechteckimpulsgenerator mit einer Amplitude hindurchgeht, die von der Spannung an dem Emitter des Transistors bestimmt ist. Diese Steuerung des Transistors T₇ ist in vielerlei Hinsicht ähnlich der bekannten Steuerung eines Ventil-Modulators.

Der Ausgang der Uberlagerungsstufe über das Potentiometer 37 weist die in Fig. 2(c) gezeigte Form auf. Diese Impulsform entspricht in ihren Umrissen der Impulsform nach Fig. 2(a), enthält aber aufeinander folgende Impulse gemäß Fig. 2(b). Die aufeinander folgenden Impulse sind dabei in der Fig. 2 (c) in bedeutend kleinerem Maßstab als in der Fig. 2(b) gezeichnet.

Der Ausgang des Überlagerungskreises wird über den beweglichen Kontakt des Potentiometers 37 und

ίο die Leitung 38 der Ausgangsstufe zugeführt. Die Ausgangsstufe besteht aus den zwei Transistoren T₈ und T₉, einem Transformator mit einer Primärwindung 40 und einer Anzahl von Sekundärwindungen 41, an welche Puffer angeschlossen sind. Der Puffer 42 wird an den Körper der zu behandelnden Person angelegt, um einen bestimmten Muskel zu stimulieren.

Es ist ersichtlich, daß der äußere Umriß jedes vom Wellenimpulsgenerator ausgehenden Impulses und daher jeder Einhüllenden gemäß F ig. 2(c) allmählich bis zu einem Maximum ansteigt. Es wird also erreicht, daß die von dem frei laufenden Rechteckimpulsgenerator ausgehenden Impulse nicht sofort ihr Maximum erreichen, wodurch bei der behandelten Person Unbequemlichkeiten verhindert werden.

Mit der Leitung 22 ist ein Entkopplungskondensator 43 verbunden, um alle Signale, die an der Leitung 22 erscheinen könnten, von dem Rechteckimpulsgenerator zu entkoppeln und so zu verhindern, daß sie mit dem Wellenimpulsgenerator gekoppelt werden.

Die Energiequelle wird zwischen den Leitungen 43' und 14 eingeschaltet, die Leitung 13 über den Widerstand 44 an den Negativpol angeschlossen.

Der Kreislauf stellt eine relativ einfache Quelle zur Erzeugung rechteckiger Impulse dar, bei denen das »An-Aus«- Verhältnis etwa 1:100 oder mehr beträgt, während die einzelnen Teilimpulse allmählich auf ein Maximum ansteigen.

Die Schaltung schließt ein Potentiometer 45 ein, das über jede der unabhängigen Sekundärauslaßwindungen anschließbar ist, so daß die dem Puffer 42 aufgegebene Reizspannung kontrollierbar ist. Zusätzlich ist eine Neon-Anzeigelampe 46 in Serie mit einem festen Widerstand parallel zu einer Sekundärwindung geschaltet, um den Betrieb der Schaltung anzuzeigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse für die Muskelreizung mit einem Transistoren enthaltenden frei schwingenden Multivibrator als einem Wellenimpulsgenerator, dessen Ausgangsimpulse zur Amplitudenmodulation der Ausgangssignale eines Rechteckimpulsgenerators der Basis eines ersten Transistors zugeführt sind, dessen Emitter-Kollektorstrecke zu derjenigen eines zweiten Transistors in Reihe geschaltet ist, sowie mit einer Ausgangsstufe, die einen Transformator aufweist, dessen Primärwicklung in Reihe zu der Emitter-Kollektorstrecke eines Schalttransistors liegt, dessen Basis mit dem Ausgang der das modulierte Rechteckimpulssignal erzeugenden Stufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T₆) und der zweite Transistor (T₁) miteinander eine Oberlagerungsstufe bilden, bei der die Basis des zweiten Transistors (T₇) der Überlagerungsstufe (5) mit dem Ausgang des Rechteckimpulsgenerators (3) verbunden ist, der aus einem zwei Transistoren (T₃, T₄) aufweisenden freischwingenden Multivibratorkreis besteht, und daß einer (T₁) der Transistoren des Wellenimpulsgenerators (1) mit einer Stromzuführungsleitung (13) über einen Widerstand (15) und über einen Kondensator (16) verbunden ist, die derart dimensioniert sind, daß die Ausgangsimpulse des Wellenimpulsgenerators und damit die Umhüllenden der Ausgangssignale allmählich ansteigen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückführungsweg des Multivibratorkreises des Rechteckimpulsgenerators (3) von seinem Ausgangstransistor (T₄) zu seinem anderen Transistor (T₃) eine Vorrichting (T₅, 29) zur Erhöhung der Rückführungsspannung aufweist, um ein Verhälntis von Impulslänge zu Impulspause zu erzielen, das kleiner als 1 ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erhöhung der Rückführungsspannung einen als Emissions-Nachlaufstufe geschalteten Rückf ühr-Transistor (T₅) enthält, der mit dem Ausgang des Ausgangs-Transistors ( T₄) des Multivibratorkreises des Rechteckimpulsgenerators (3) und über einen Kondensator mit der Basis von dessen anderem Transistor (T₃) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (T₁) der Überlagerungsstufe (5) ein NPN-Transistor ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Überlagerungsstufe (5) über den beweglichen Kontakt eines Potentiometers der Ausgangsstufe zugeführt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Sekundärwicklung (41) des Transformators wenigstens eine Behandlungselektrode (42) angeschlossen ist, welche an den Körper einer Person zum Anreizen bestimmter Muskeln anlegbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse für die Muskelreizung mit einem Transistoren enthaltenden, freischwingenden Multivibrator als einem Wellenimpulsgenerator, dessen Ausgangsimpulse zur Amplitudenmodulation der Ausgangssignale eines Rechteckimpulsgenerators der Basis eines ersten Transistors zugeführt sind, dessen Emitter-Kollektorstrecke zu derjenigen eines zweiten Transistors in Reihe geschaltet ist, sowie mit einer Ausgangsstufe, die einen Transformator aufweist, dessen Primärwicklung in Reihe zu der Emitter-Kollektorstrecke eines Schalttransistors liegt, dessen Basis mit dem Ausgang der das modulierte Rechteckimpulssignal erzeugenden Stufe verbunden ist.

Beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 974 944 und aus der Patentschrift Nr. 24 825 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen ist Ost-Berlin sind Reizstromgeräte bekannt, die zur Erzeugung elektrischer ,Impulse für die Muskelreizung dienen. Diese bekannten Geräte haben den Nachteil, daß sie elektronische Schaltungsanordnungen aufweisen, welche von dem normalen Wechselstromnetz gespeist werden und Elektronenröhren verwenden, die mit hohen Spannungen arbeiten. Im Hinblick darauf muß ein besonderer Aufwand betrieben werden, um die Behandlungselektroden oder Vorrichtungen, die an den Körper angelegt werden, um die erzeugten Impulse auf die Muskelpartien übertragen zu können, so zu gestalten, daß sie ungefährlich sind. Obwohl dies bei den bekannten Geräten stets der Fall ist, besteht doch teilweise noch eine Abneigung vor der Verwendung von Geräten, die am Wechselstromnetz arbeiten. Hier soll mit der Einrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 1114 263, die die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung aufweist, Abhilfe geschaffen werden, indem eine mit Transistoren ausgerüstete und infolgedessen mit niedriger Spannung arbeitende Schaltung verwendet wird. Diese transistorisierte Schaltungsanordnung weist einen Sperrschwinger auf, für den stets ein Übertrager erforderlich ist. Ein derartiger Übertrager stellt aber ein relativ kostspieliges und zudem viel Platz in Anspruch nehmendes Element dar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mit Transistoren arbeitende Schaltungsanordnung für ein Reizstromgerät zu schaffen, welches neben dem gegebenenfalls vorgesehenen Ausgangsübertrager keines weiteren Übertragers bedarf.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß der erste Transistor und der zweite Transistor miteinander eine Überlagerungsstufe bilden, bei der die Basis des zweiten Tran-

sistors der Überlagerungsstufe mit dem Ausgang des Rechteckimpulsgenerators verbunden ist, der aus einem zwei Transistoren aufweisenden, freischwingenden Multivibratorkreis besteht, und daß einer der Transistoren des Wellenimpulsgenerators mit einer Stromzuführungsleitung über einen Widerstand und über einen Kondensator verbunden ist, die derart dimensioniert sind, daß die Ausgangsimpulse des Wellenimpulsgenerators und damit die Umhüllenden der Ausgangssignale allmählich ansteigen.

Bei Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung für ein Reizstromgerät kann auf den bei der bekannten Schaltungsanordnung vorgesehenen Sperrschwinger und infolgedessen auch auf dessen Über-