DE19601962C2

DE19601962C2 - Vorrichtung zur sicherheitstechnischen Kontrolle von Interferenzreizstromgeräten

Info

Publication number: DE19601962C2
Application number: DE19601962A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schlegel; Rainer Putz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-20
Filing date: 1996-01-20
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2016-01-21
Also published as: DE19601962A1

Description

Nach dem Stand der Technik ist es möglich, den Reizstrom eines Reizstromterapiegerätes zu messen und anzuzeigen, wie in DE 34 37 667 C2 beschrieben, desweiteren ist bekannt, daß die Spitzenstromanzeige im Betrieb eines Reizstromtherapiegerätes möglich ist (vgl. z. B.: DE 28 43 724 A1), nicht aber deren Überprüfung, welche mit dem nachfolgend beschriebenen Meßgerät für Interferenzreizströme durchgeführt wird. Es muß angeführt werden, daß eine jährliche Überprüfung oben beschriebener Therapiegeräte nach dem Medizinproduktegesetz vorgenommen werden muß, die mit dem Meßgerät für Interferenzreizströme einfach und effektiv durchgeführt werden kann.

Zur Zeit ist nach dem Stand der Technik keine einfache Möglichkeit bekannt, die es erlaubt, den Ausgangsstrom von Reizstromtherapiegeräten zu messen und zu überprüfen. Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zur sicherheitstechnischen Kontrolle von Interferenzreizstömen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit welcher eine einfache und sichere Möglichkeit gegeben ist, Interferenzreizstöme zu prüfen.

Die Verwendung von Reizstrom in der medizinischen Therapie ist keine Erfindung der letzten Jahre. In den vielen Jahren der tausendfachen Anwendung von Reizstom hat sich inzwischen für jeden erkennbar herausgestellt, wie weit das Einsatzgebiet von Reizstrom in der Therapie ist. Wir beobachten gerade in den letzten Jahren eine wachsende Zuwendung zu dieser natürlichen Therapie. Sie ist sicher keine Modeerscheinung, sondern hat ihren reellen Hintergrund in der Erkenntnis, daß die natürlichen Heilmethoden weniger gefährdende Nebenwirkungen besitzen als die zwischenzeitlich bevorzugte Therapie mit Pharmazeutika.

Dieser Sinneswandel in der Ärzteschaft schlägt sich natürlich auch in der Veränderung des Marktes für therapeutische Geräte nieder. Es wird heute geschätzt, daß etwa 14 Millionen DM für Reizstromgeräte in Deutschland investiert werden, was nach grober Schätzung auf 5000 Geräte pro Jahr führt.

Die dabei verwendete elektrische Energie hat je nach Frequenzbereich im Organismus eine andere Wirkung. Man hat deshalb für die Medizin eine Einteilung eingeführt, die von der technischen abweicht:

0 Hz konstanter Gleichstrom (galvanischer Strom)

Niederfrequenzbereich:
1 Hz bis 1 kHz Impulsgleichstöme (z. B. diadynamische Ströme nach Bernard)

Mittelfrequenzbereich (MF)
1 kHz bis 300 kHz mit der Interferenzstromtherapie nach NEMEC, wie er bei der vorliegenden Erfindung auftritt

Hochfrequenzbereich (HE)
über 300 kHz mit der Kurzwellen-, Decimeterwellen- und Mikrowellentherapie

Interferenz-Ströme nach NEMEC sind sogenannte "Mittelfregenz-Reizströme".

Stromformen dabei sind:

a) Klassischer Interferenzstrom (unmodulierter Sinuswechselstrom). Er wird durch zwei gleichzeitig angebrachte Stromkreise erzeugt. Diese Stromkreise bilden im Gewebe Strömungsfelder, die sich kreuzen und den physiologisch wirkenden Strom im Gewebe erzeugen.
b) Stereodynamischer Interferenzstrom
Zu diesen beiden Stromkreisen (des klassischen Interferenzstroms) wird ein dritter Kreis geschaltet. Durch die Überlagerung der mittelfrequenten Ströme entsteht im Gewebe der stereodynamische Interferenzstrom.

Dadurch, daß Frequenzen im mittleren Bereich verwendet werden ist es möglich bei geringer Hautbelastung hohe Stromdichten zu erzeugen.

Anwendung

Bei Schmerzzuständen im Zusammenhang mit Radiculopathien, Osteochondrosen, Arthrosen, Myalgien, rheumatische Erkrankungen, traumatischen Erkrankungen und bei Durchblutungs störungen.

Bei der Interferenzstrom-Anwendung werden zwei höherfrequente Ströme von ca. 5 kHz erzeugt, die sich bei entsprechender Lage der Elektroden im umschlossenen Gewebe überlagern. Dadurch, daß bei hohen Frequenzen die sensiblen Faserwände sehr rasch ermüden tritt keine dauernde elektrische Reizung des Gewebes auf. Deshalb ist es möglich hohe Stromdichten auf das Gewebe zu applizieren, ohne ein Schmerzgefühl auszulösen.

Durch die zu- und abnehmende Phasenverschiebung der beiden Ströme zueinander entsteht im umschlossenen Gewebe eine niederfrequente Intensitätsmodulation. Diese Modulation ruft die gleiche Wirkung wie eine niederfrequente Reizung hervor stellt allerdings eine geringere Belastung für das Gewebe dar. In diesem Frequenzbereich ist der Hautwiderstand viel geringer, so daß die elektrische Energie im tiefen Gewebe voll wirksam wird. Je nach Geräteausführung ist der NF-Bereich von 1 Hz bis 100 Hz fest und rhythmisch einstellbar.

Folgende physiologische Wirkungen treten dabei auf:
Konstante Frequenzen:
100 Hz Wirkung auf das vegetative Nervensystem in Form einer Dämpfung des Sympatikus, temporäre Algesie
50 Hz-20 Hz Innerhalb dieser Frequenzbreite ist nach LULLIES eine vaguserregende Wirkung gegeben, starke tetanisierende Reizwirkung auf nicht denenervierte Skelettmuskeln.
20 Hz-1 Hz Innerhalb dieser Frequenzbreite ist nach LULLIES eine sympatikuseregende Wirkung gegeben, starke motorische Reizwirkung in Farm von Einzelkontrak tionen.
Rhytmische Frequenzen:
100 Hz-90 Hz Die Wirkung entspricht der konstannten 100 Hz Wirkung.
10 Hz-1 Hz Die Reizwirkung auf die Skelettmuskulatur entspricht einem Intervalltraining, da die Kontraktionen beim 1 Hz-Durchgang kurzzeitig aussetzen.
100 Hz-50 Hz Die Wirkung kombiniert die der konstanten Frequenzen 100 Hz und 50 Hz im Sinne einer Schmerzdämpfung mit gleichzeitiger Durchblutungssteigerung.

Als Gleichrichter wird ein echter Effektivwert-Gleichrichter benutzt und als Meßwertanzeige ein LCD-Panelmeter, wobei diese Bausteine kommerziell erhältlich sind.

Bei Wechselspannungsmessungen ist im allgemeinen der Effektivwert von Interesse (gleiches gilt für Wechselstrommessungen). Der Effektivwert einer Wechselgröße ist deshalb von besonderer Bedeutung, da er einem Gleichwert identischer Größe entspricht. Das bedeutet, daß eine Wechselspannung an einem rein OHMschen Widerstand die exakt gleiche Leistung in Wärme umsetzt, die eine äquivalente Gleichspannung bewirken würde.

Bei rein sinusförmigen Wechselgrößen kann die Beziehung zwischen Wechsel- und Gleichspannung (-strom) durch eine Formel ausgedrückt werden:

Dies bedeutet, daß der gemessene Spitzenwert durch 1.41 geteilt werden muß, um den Effektivwert zu erhalten. Diese Möglichkeit bietet sich nur bei Sinusform an. Was bedeutet, das bei anderen Kurvenformen beliebig große Abweichungen auftreten können. Daraus ist ersichtlich, daß mit zunehmender Abweichung von der Sinusform der Meßfehler größer wird.

Die beste Möglichkeit zur Erzielung hoher Genauigkeiten bei den verschiedensten Kurven verläufen ist daher die wirkliche Messung des Effektivwertes, in der Meßtechnik häufig auch als "echter Effektivwert" oder "true RMS" bezeichnet.

Der Effektivwert ist definiert als:

Meßtechnisch bedeutet dies, daß die vorstehende Formel "elektronisch" nachvollzogen werden muß. Hierzu muß der Meßwert quadriert dann integriert und danach radiziert werden.

Inzwischen werden von einigen Herstellern echte Effektivwertwandler in integrierter Bauweise angeboten, so daß auf solche Bausteine zurückgegriffen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert.

Es zeigt:

Abb. 1: den menschlichen Körper, simuliert durch eine Ersatzschaltung

Abb. 2 und Abb. 3: Schaltbilder von Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Abb. 4 bis Abb. 7: Ansichten, die schematisch die Vorrichtung und ihre Anwendung verdeutlichen

Die Schaltung in Abb. 1 zeigt, daß das benutzte Widerstandsnetzwerk den menschlichen Körper darstellen soll. Die Anordnung der Widerstände soll den Bereich in dem der Reizstrom wirksam ist, simulieren. Der Widerstand R5 stellt somit den "Summenpunkt" dar in dem der Strom physiologisch wirksam ist.

Die beiden Generatoren stellen das Reizstromgerät mit den beiden Stromkreisen dar. Durch die unterschiedlichen Frequenzen der beiden Kreise entsteht wie, schon erwähnt, die Frequenzmodulation im "Gewebe".

In dem Meßgleichrichter wird die gemessene Spannung, die keine "meßbare" Spannungform darstellt, gleichgerichtet. Mit dieser Gleichspannung wird eine Digitalanzeige angesteuert und der Strom, der im Widerstandsnetzwerk fließt, in Form einer Spannungsmeßung angezeigt.

Für ein so komplexes System wie dem echten Effektivwert-Gleichrichter, konnte die Schaltung mit erstaunlich geringem Aufwand realisiert werden. Dies liegt an der wesentlichen Funktion des Wandlerbausteins (IC 2 vom Typ AD 636 von Analog-Devices). In diesem IC sind alle Funktionseinheiten zur Umsetzung des echten Effektivwertes einer Wechselspannung in eine äquivalente Gleichspannung integriert. Zur Impedanzwandlung, damit eine vorange hende Schaltung nicht belastet wird, ist der OP 1 eingesetzt. Steht das gepufferte Signal am Ausgang des OP 1 (Pin 6) zur Ansteuerung des Eingangs an IC 2 (Pin 4) zur Verfügung (vgl. Abb. 2).

Am Ausgang des IC 2 (Pin 8) kann dann eine Gleichspannung abgegriffen werden, die dem echten Effektivwert der Eingangsspannung entspricht, bezogen auf Analog-Ground = AG = Punkt "d" bzw. "f'.

Zur Spannungsversorgung der Schaltung sind zwei stabilisierte Festspannungen erforderlich. Die positive Festspannung kann im Bereich von +2 V bis +12 V liegen, während die negative Festspannung -2.5 V bis -12 V betragen darf (jeweils bezogen auf Schaltungsmasse auch AG bezeichnet). Die Spannungsdifferrenz darf 16 V nicht überschreiten.

Gemessene Spannungen im gezeigten Beispiel: -3.6 V und +5.6 V

In Abb. 2 wird die komplette Schaltung und Beschaltung des Meßgleichrichters gezeigt. Die technischen Daten beziehen sich auf Herstellerangaben.
Spannungsversorgung: +2.0 V bis +12 V
Masse: -2.0 V bis -12 V
Gesamtspannung: max +16 V
Eingangsspannungsbereich: 0 V-200 mV_eff
Überlastschutz: +/-50 V
Crest-Faktor: 6
Genauigkeit = +/-0.3% +/-0.3 mV
Bandbreite (V_in = 200 mV): 1 Mhz (3 dB) 130 kHz (0.1 dB = 1%)

Theoretische Grundlagen zum LCD-Panel meter (Abb. 3)

Die digitale Anzeige - also Ziffernanzeige - analoger Größen erfordert einen Analog-Digital- Umsetzer (ADU). Schaltungen dieser Art werden heute in Form integrierter Schaltkreise realisiert. Man kann dabei zwischen Momentanwertumsetzern und integrierenden Umsetzern unterscheiden.

Momentanwerfumsetzer

Momentanwertumsetzer tasten in regelmäßigen, sehr kurzen Abständen (z. B. einige ns bzw. µs) die Eingangsspannung ab und bilden aus dem Abtastwert einen entsprechenden binär codierten Zahlenwert. Mit Momentanwertumsetzern lassen sich auch Wechselspannungs signale umsetzen. Die Abtastfrequenz muß allerdings etwa fünfmal höher liegen als die höchste Eingangsfrequenz.

Integrierende Umsetzer

Diese Analog-Digital-Umsetzer enthalten, wie der Name schon andeutet, meist einen Integrator. Die Schaltung tastet nicht einzelne Werte der Eingangsspannung ab, sondern bildet den Mittelwert über ein bestimmtes Zeitintervall und setzt diesen in eine Binärzahl um. Ein integrierender Umsetzer integriert die Eingangsspannung bis zu einem bestimmten Maximalwert und zählt die Integrationszeit mit einem Zähler aus.

Bei der verwendeten Digitalanzeige konnte nicht festgestellt werden, welche Art der Meßwertumsetzung verwendet wurde. Es wurde eine Digitalanzeige zur Beurteilung des Reizstromes gewählt, da ein Digitalmultimeter folgende Vorteile bietet:

1. leichtes Ablesen des Meßwerts
2. übertrifft die Genauigkeit von Zeigerinstumenten
3. mechanisch Unempfindlich (besonders Vorteilhaft bei transportablen Geräten)

Der Nachteil, daß Änderungen der Meßgröße schlecht beurteilt werden können ist in dieser Anwendung vernachlässigbar, da die Meßgröße konstant etwa 50 mA betragen muß.

Die Digitalanzeige dient wie gesagt dazu, den gemessenen Wert des Interferenzstromes anzuzeigen. Dieses Digitalvoltmeter ist ein 3 1/2-stelliger Spannungsmesser. Der Grundmeßbereich beträgt ±199.9 mV mit einer Genauigkeit von 0.1% ± 1 Digit. Durch entsprechende externe Beschaltung kann dieser Baustein für viele Arten von Meßaufgaben eingesetzt werden. In diesem speziellen Fall ist es nicht notwendig, einen externen Spannungsteiler aufzubauen, da der Effektivwert-Gleichrichter eine entsprechend "kleine" Meßspannung liefert.

Das IC des Typs ICL7106 beinhaltet beispielsweise alle wesentlichen Schaltungsteile, die für die Umsetzung einer Spannung in eine digitale Anzeige notwendig sind.

Zur Spannungsversorgung des Panelmeters dient entweder eine 9 V Batterie oder eine gut gesiebte und stabilisierte Betriebsspannung, die zwischen 9 V und 12 V liegen kann. Bei vorliegendem Meßgerät wurde eine 9 V Batterie verwendet. Die Batterie muß polungsrichtig eingebaut werden, da sonst Bauelemente zerstört werden

Technische Daten

Eingangswiderstand: 1000 MΩ
Genauigkeit: 0.1% der Anzeige ± 1 Digit
Meßbereich: 199.9 mV über ein Wider standsnetzwerk erweiterbar auf 0.2 V, 2 V, 20 V, 200 V
Auflösung: 100 µV
Vorzeichen: automatische Minusanzeige
Dezimalpunkt: in drei Positionen wählbar
Bereichsüberschreitung: Ausblenden der letzten drei Ziffern
Versorgungsspannung: +9 V bis +12 V DC
Stromaufnahme: ca. 1 mA

Die Vorderansicht des Gerätes ist in Abb. 4 gezeig, mit den Bezugsbezeichnungen
1 Anzeige
2 Wahlbereichsschalter
3 Eingangsbuchsen
4 Kanalumschalter

Die Rückansicht ist in Abb. 5 gezeigt, mit
1 Oszilloskopausgang
2 Ein-/Ausschalter
3 Batteriefach

Mit der Erfindung können die Interferenzströme von Reizstromtherapiegräten gemessen werden, wie folgt:

Mit dem Ein-/Ausschalter (Abb. 5, Pos. 2) wird das Gerät in Betrieb genommen. Auf der Anzeige (Abb. 4, Pos. 1) erscheint nun der Wert 0,0.

Nun werden die Anschlußleitungen des Reizstromgerätes an die Anschlußbuchsen (Abb. 4, Pos. 3) angeschlossen. Die Anschlußbelegungen des Testgerätes wird dem Anschlußbelegungsplan entnommen.

Mit dem Wahlbereichsschalter (Abb. 4, Pos. 2) wird der Belastungs-Widerstand des Gerätes eingestellt. Man kann zwischen 500 Ohm, 1000 Ohm und 2000 Ohm auswählen.

Wenn das Reizstrommeßgerät eingeschaltet wird, kann man den Interferenzstrom direkt am Meßgerät an der Anzeige (Abb. 4, Pos. 1) ablesen. Durch die Realisierung eines Bereichsumschalters, ist es möglich den Effektivwert, sowie den Spitzenwert anzuzeigen. Dieser Umschalter ist auf den Zeichnungen von Vorder- und Rückansicht noch nicht abgebildet, er befindet sich aber nach dem Einbau neben dem Ein-/Ausschalter (Rückansicht).

Mit dem Kanalumschalter (Abb. 4, Pos. 4) kann man nun durch drücken des Schalters überprüfen, ob auf beiden Kanälen die gleichen Ströme fließen.

Am Oszilloskopausgang kann man ein Oszilloskop anschließen. Um die frequenzmodulierte Spannung zu betrachten, muß man die Anschlußleitungen entsprechend der Anschluß belegung, wie unter Abb. 7 abgebildet ist, ändern. Das Oszilloskop muß einen Spannungsteiler von 1 : 10 besitzen, da sonst der Meßbereich des Oszilloskop überschritten wird. Am Bildschirm des Oszilloskop ist die frequenzmodulierte Spannung des Reizstromgerätes sichtbar.

Zum Prüfen des Interferenzstromes belegt man die Anschlüsse des Meßgerätes (Abb. 4, Pos. 3) mit dem Reizstromtherapiegerät nach den Vorgaben in Abb. 6 der Zeichnungen.

Zum Prüfen des Oszilloskopbildes belegt man die Anschlüsse des Meßgerätes (Abb. 4, Pos. 3) mit dem Reizstromtherapiegerät nach den Vorgaben in Abb. 7 der Zeichnungen.

Bei der Wartung des Gerätes gilt. Vor jeder Messung ist der Zustand des Gerätes zu prüfen.

a) auf äußere Beschädigungen des Gerätes
b) Zustand der Batterien
c) auf den Automatischen Nullabgleich des Gerätes beim Einschalten

Claims

Vorrichtung zur sicherheitstechnischen Kontrolle von Interferenzreizstomgeräten mit zwei Spannungsgeneratoren G1 und G2 mit einem Widerstandsnetzwerk, welches verschiedene bei der Anwendung am Menschen auftretende Widerstände (R1-R4, R5) simuliert, wobei der Interferenzstrom am entsprechenden Widerstand (R5) wahlweise als Effektivwert oder Spitzenwert angezeigt wird, wobei die zu den Spannungsgeneratoren G1 und G2 gehörende Stromkreise zunächst einzeln gemessen werden und dann bei zusammengeschalteten Kreisen die Messwertaufnahme für den Interferenzstrom über einen Spannungsteiler erfolgt und über eine Digitalanzeige ausgegeben und zusätzlich der Stromverlauf im Spannungsteiler über einen Anschluss für ein Oszilloskop ausgegeben wird.