DE19702406A1

DE19702406A1 - EMG-controlled muscle stimulator

Info

Publication number: DE19702406A1
Application number: DE19702406A
Authority: DE
Inventors: Edgar Hartmeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1998-07-30

Abstract

The device detects an EMG signal of a muscle, compares the signal strength (7) with a threshold level (8), and treats the muscle with a stimulation pulse (18) of a suitable length, if the signal strength lies above the threshold level. The treatment is produced only when the signal exceeds the threshold level on a rising flank. The treatment may also be provided if the signal remained a certain period of time underneath the threshold level. A renewed stimulation pulse can not be triggered during the time of the treatment of the muscle with a current stimulation pulse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Derartige gattungsgemäße Vorrichtungen dienen zum Training der Muskelsteue rung bei z. B. durch Schlaganfall gestörter Hirnfunktion. Sie sind einsetzbar, wenn das Gehirn noch Nervensignale zum Muskel schickt, diese aber zu gering sind, um die Muskelaktivität anzuregen. Mit gattungsgemäßen Geräten wird das zu schwache Muskelpotential abgegriffen und bei Überschreiten eines einstellba ren Triggerpegels vom Gerät eine Muskelstimulation ausgelöst. Durch Nerven rückkopplung der nun künstlich angeregten Muskelaktivität zum Gehirn erfährt dieses die erforderliche Rückkopplung, um bei längerem Training mit einem sol chen Gerät die Muskelsteueraktivität wieder aufzubauen. Such generic devices are used to train muscle control tion at z. B. brain function disturbed by stroke. They can be used if the brain sends nerve signals to the muscle, but these are too low are to stimulate muscle activity. With generic devices that will too weak muscle potential is tapped and when an adjustable trigger level from the device triggered muscle stimulation. Through nerves feedback of the now artificially stimulated muscle activity to the brain this provides the feedback required to continue training with a sol device to rebuild muscle control activity.

Ein gattungsgemäßes Gerät ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 91 09 970.6 bekannt.A generic device is from the German utility model G 91 09 970.6 known.

Bei diesem Gerät ist eine Zeitschaltung vorgesehen, die nach dem Ende eines Stimulationsimpulses eine Pause einstellbarer Länge vorgibt, während derer keine Beaufschlagung ausgelöst werden kann. Diese vom Therapeuten einstellbare Pause soll dem Muskel nach der Zwangserregung eine Erholungspause ermögli chen, und zwar insbesondere auch dann, wenn nach dem Ende des Stimula tionsimpulses das EMG-Signal zu hoch liegt und sofort einen erneuten Stimula tionsimpuls auslösen würde. Dies würde zu für den Patienten sehr unangenehmer Dauererregung des Muskels führen.In this device, a timer is provided that after the end of a Stimulation impulse specifies a pause of adjustable length during which none Can be triggered. This adjustable by the therapist A break is supposed to allow the muscle to relax after the compulsive excitement Chen, especially if after the end of the stimula tion pulse the EMG signal is too high and immediately a new stimula would trigger impulse. This would become very uncomfortable for the patient Cause permanent excitation of the muscle.

Nachteilig bei diesem Gerät ist die Tatsache, daß nach jedem Stimulationsimpuls auch ein nicht krampfgefährdeter Patient die Pause abwarten muß. Das Ende der Pause wird bei dem bekannten Gerät durch Aufleuchten einer Anzeigelampe an gezeigt. Diese muß der Patient beachten, was für ältere, auffassungs- und sehge störte Patienten schwierig ist. Anstrengungen des Gehirnes zur Muskelerregung während der Pause sind sinnlos und führen zur Frustration des Patienten.A disadvantage of this device is the fact that after each stimulation pulse even a patient who is not at risk of convulsions must wait for the break. The end of In the known device, pause is indicated by the lighting of an indicator lamp shown. The patient must pay attention to these, what older, conceptional and sighted people disturbed patient is difficult. Brain efforts to excite muscles during the break are pointless and lead to patient frustration.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, die auch für ältere, mehrfach behinderte Pati enten einfach und sicher handhabbar ist.The object of the present invention is a device of the gangs mentioned type, which also for older, multiple handicapped Pati ducks is easy and safe to use.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. This object is achieved with the features of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Stimulationsbeaufschlagung nur erfolgen, wenn das Signal anwachsend den Triggerpegel übersteigt. Das be deutet, daß das Signal zuvor unterhalb des Triggerpegels liegen muß, der Muskel also nicht stimuliert ist. Da bei angelegtem Stimulationsimpuls das EMG-Signal hoch ist, muß es nach Ende eines Stimulationsimpulses erst unter den Triggerpe gel abfallen und dann wieder ansteigen. Der Muskel ist dann auf jeden Fall aus reichend entspannt und kann ohne Bedenken erneut stimuliert werden. Für den Patienten bedeutet dies eine wesentliche Bedienungserleichterung. Eine Zwangs pause nach Ende des Stimulationsimpulses wie bei dem bekannten Gerät ist nicht mehr erforderlich. Der Patient kann nach Ende des Stimulationsimpulses jeder zeit, wenn ihm danach zumute ist, durch Gehirnanstrengung eine Aktivierung des Muskels durchführen. Das mühselige Beachten der Anzeigelampe entfällt. Ein Dauerkrampf wird aber dennoch mit Sicherheit verhindert, da nach Ende des Stimulationsimpulses eine neue Beaufschlagung erst erfolgen kann, wenn das EMG-Signal unter den Triggerpegel gefallen ist und diesen wieder anwachsend übersteigt.In the device according to the invention, stimulation can be applied only take place if the signal exceeds the trigger level. That be indicates that the signal must be below the trigger level beforehand, the muscle is not stimulated. Since the EMG signal is applied when the stimulation pulse is applied is high, it must first under the trigger pe after the end of a stimulation pulse gel fall off and then rise again. The muscle is definitely out sufficiently relaxed and can be stimulated again without hesitation. For the This means a significant ease of use for patients. A compulsion pause after the end of the stimulation pulse as in the known device is not more needed. The patient can do anything after the stimulation pulse ends time when he feels like activating the brain Perform muscle. The tedious observation of the indicator lamp is no longer necessary. A Permanent cramp is nevertheless prevented with certainty, since after the end of the Stimulation impulse a new application can only take place if that EMG signal has fallen below the trigger level and this is growing again exceeds.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Hiermit kann eine bestimmte Zeit vorgegeben werden, die vor der Auslösung einer neuen Beauf schlagung liegen muß und während derer das Signal unterhalb des Triggerpegels liegen muß. Dadurch kann je nach therapeutischen Erfordernissen eine Erho lungszeit vorgegeben werden, wobei im Gegensatz zum bekannten Gerät aber sichergestellt ist, daß bereits zu Beginn der Erholungszeit das EMG Signal unter halb des Triggerpegels lag, der Muskel also entspannt war.The features of claim 2 are advantageously provided. With this a certain time can be specified before triggering a new job beat and during which the signal is below the trigger level must lie. Depending on the therapeutic requirements, this can result in an increase lation time can be specified, but in contrast to the known device it is ensured that the EMG signal is already at the beginning of the recovery period was half the trigger level, so the muscle was relaxed.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vor gesehen. Dadurch wird si chergestellt, daß eine bei ungünstigen Umständen mögliche erneute Auslosung einer Stimulation während einer laufenden Stimulation ausgeschlossen ist, es also nicht zu einer Dauerstimulation kommen kann wie bei dem bekannten Gerät, das aus diesem Grund eine Unterbrechungstaste aufweist, die notfalls vom Thera peuten zu bedienen ist.The features of claim 3 are advantageous seen before. This makes si that a new draw is possible in unfavorable circumstances stimulation during an ongoing stimulation is excluded continuous stimulation cannot occur as with the known device, the for this reason has an interruption button, which if necessary from the Thera to operate.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.The invention is shown schematically, for example, in the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention and

Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines EMG-Signalverlaufs. Fig. 2 is a timing diagram of an EMG waveform.

Fig. 1 zeigt einen Unterarm 1 mit einer auf die Haut aufgeklebten Elektrode 2 auf dem Bereich des die Hand hebenden Muskels. Unterarm und Hand liegen auf dem Tisch. Bei Aktivierung des von der Elektrode 2 kontrollierten Muskels hebt die Hand von der Tischplatte ab. Fig. 1 shows a forearm 1 with a glued to the skin electrode 2 on the region of the hand-lifting muscle. Forearm and hand are on the table. When the muscle controlled by the electrode 2 is activated, the hand lifts off the table top.

Die Elektrode 2 ist über eine Leitung 3 an die Vorrichtung 4 angeschlossen und führt in dieser über einen Gleichrichter 5 zu einer Eingangsstufe 6.The electrode 2 is connected to the device 4 via a line 3 and leads in this via a rectifier 5 to an input stage 6 .

Der Gleichrichter 5 ist erforderlich, um aus dem mit der Elektrode 2 vom Muskel abgegriffenen Wechselsignal nach Gleichrichtung das mit 7 dargestellte Signal zu erzeugen, das in seinem zeitlichen Verlauf die Höhe des EMG-Signals wieder gibt. Gestrichelt ist ein Triggerpegel 8 angegeben. Die Eingangsstufe 6 ist als Triggerstufe ausgebildet, die das Signal 7 mit dem Triggerpegel 8 vergleicht und auf der Leitung 9 ein digitales Signal abgibt, das auf 1 liegt, wenn das Signal 7 über dem Triggerpegel 8 liegt und auf 0 liegt, wenn das Signal 7 unter dem Trig gerpegel 8 liegt. Dieses digitale Signal ist mit 10 über der Leitung 9 im Vergleich zum Triggerpegel 8 angegeben. The rectifier 5 is required in order to generate the signal represented by 7 from the alternating signal tapped off by the muscle with the electrode 2 , which signal reproduces the level of the EMG signal over time. A trigger level 8 is indicated by dashed lines. The input stage 6 is designed as a trigger stage which compares the signal 7 with the trigger level 8 and emits a digital signal on line 9 which is at 1 when the signal 7 is above the trigger level 8 and at 0 when the signal 7 is below the Trig gerpegel 8 . This digital signal is indicated by 10 over line 9 in comparison to trigger level 8 .

Das digitale Signal 10 wird einer Ausweitstufe 11 zugeführt die auf ihrer Aus gangsleitung 12 den dargestellten kurzen Steuerimpuls 13 nur dann abgibt, wenn das digitale Signal 10 an den Flanken 14 voll 0 nach 1 wechselt. Dies ist, wie der Vergleich der Signale 7 und 10 zeigt, dann der Fall, wenn das Signal 7 von unten anwachsend den Triggerpegel 8 übersteigt.The digital signal 10 is supplied to an expansion stage 11 which outputs the short control pulse 13 shown on its output line 12 only when the digital signal 10 on the edges 14 changes completely from 0 to 1. As the comparison of signals 7 and 10 shows, this is the case when signal 7, increasing from below, exceeds trigger level 8 .

Der Steuerimpuls 13 läuft zu einer Auslöseschaltung 15, die über eine mit einem Regler 16 einstellbare Zeit auf ihrer Ausgangsleitung 17 einen Stimulationsim puls 18 erzeugt, der in einem Verstärker 19 verstärkt wird, dessen Ausgang an die zur Elektrode 2 führende Leitung 3 angeschlossen ist. Der Verstärker 19 gibt den verstärkten Stimulationsimpuls 18 an die Elektrode 2 zur Stimulation des Mus kels.The control pulse 13 runs to a trigger circuit 15 , which generates a stimulation pulse 18 on its output line 17 over an adjustable time with a controller 16 , which pulse is amplified in an amplifier 19 , the output of which is connected to the line 3 leading to the electrode 2 . The amplifier 19 outputs the amplified stimulation pulse 18 to the electrode 2 for stimulating the muscle.

In Fig. 2 ist das EMG-Signal nach Gleichrichtung, also das Signal 7, über eine längere Zeit aufgetragen. Gestrichelt ist wiederum der Triggerpegel 8 angegeben.In Fig. 2 is the EMG signal after rectification, therefore, the signal 7, applied over a longer time. The trigger level 8 is again indicated by dashed lines.

Zu einem Zeitpunkt a steigt durch Anstrengung des Patienten das EMG-Signal an. Es erreicht von unten den Triggerpegel 8 und löst einen Stimulationsimpuls aus, der bei b endet. Danach liegt das Signal 7 unter dem Triggerpegel 8 und überschreitet diesen wieder bei c zur Auslösung eines erneuten Stimulationsim pulses bis d. Danach fällt das Signal erst allmählich ab und unterschreitet bei e den Triggerpegel 8. Eine erneute Beaufschlagung ist zwischen d und e ausge schlossen, da erst danach das Signal wieder von unten über dem Triggerpegel an steigen kann, also automatisch erst eine Erholungszeit des Muskels abgewartet wird.At time a, the EMG signal rises due to the patient's effort. It reaches trigger level 8 from below and triggers a stimulation pulse that ends at b. Thereafter, the signal 7 is below the trigger level 8 and exceeds this again at c to trigger a new stimulation pulse to d. After that, the signal only gradually drops and falls below the trigger level 8 at e. A renewed application is excluded between d and e, since only then can the signal rise above the trigger level again from below, i.e. does it automatically wait until the muscle has recovered.

Zwischen b und c übersteigt bei f und g das Signal den Triggerpegel 8. Der Zeit punkt f liegt sehr kurz nach b. g liegt ebenfalls nur sehr kurze Zeit nach f. Wenn hier in so kurzem Zeitabstand eine erneute Stimulationsbeaufschlagung des Mus kels verhindert werden soll, kann die Auswertstufe 11 derart ausgebildet sein, daß sie die Zeit zwischen einer Anstiegsflanke 14 und der vorhergehenden abfal lenden Flanke des Signales 10 bestimmt und bei einer ansteigenden Flanke 14 nur dann einen Steuerimpuls 13 abgibt, wenn diese Zeit größer als eine vorbestimm te, über einen Regler 20 einstellbare Zeit ist. In dem über der Leitung 9 darge stellten digitalen Signal 10 würde also beispielsweise die erste kurze Pause vor der ersten ansteigenden Flanke 14 noch nicht zu einer Auslösung fühlen, die län gere Pause vor der zweiten ansteigenden Flanke 14 aber beispielsweise ausrei chen, um einen Steuerimpuls 13 und damit einen Stimulationsimpuls 18 auszulö sen.Between b and c, the signal exceeds trigger level 8 at f and g. The point in time f is very short after b. g is also only a very short time after f. If a renewed stimulation of the muscle is to be prevented in such a short time interval, the evaluation stage 11 can be designed such that it determines the time between a rising edge 14 and the preceding falling edge of the signal 10 and only then on a rising edge 14 outputs a control pulse 13 if this time is greater than a predetermined te, adjustable time via a controller 20 . In the digital signal 10 presented via line 9 , for example, the first short break before the first rising edge 14 would not yet feel a trigger, but the longer break before the second rising edge 14 would suffice, for example, by a control pulse 13 and thus trigger a stimulation pulse 18 .

Zur Anpassung an die unterschiedliche Höhe des Rauschens, die unter anderem auch durch die Plazierung der Elektrode 2 auf dem Muskel bestimmt ist, kann die Höhe des Triggerpegels 8 mit einem Regler 21 an der Eingangsstufe 6 eingestellt werden.In order to adapt to the different level of noise, which is also determined, among other things, by the placement of the electrode 2 on the muscle, the level of the trigger level 8 can be set with a controller 21 on the input stage 6 .

Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt der Abgriff des EMG-Signales vom Muskel mit derselben Elektrode 2, die auch zur Stimulation ver wendet wird. Es können aber auch zu diesen Zwecken getrennte Elektroden vor gesehen sein, die gesondert an den Gleichrichter 5 und den Verstärker 19 ange schlossen sind.In the embodiment shown in Fig. 1, the tap of the EMG signal from the muscle with the same electrode 2 , which is also used for stimulation ver. However, separate electrodes can also be seen for these purposes, which are separately connected to the rectifier 5 and the amplifier 19 .

Während der Dauer des Stimulationsimpulses 18 ist im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 1 auf der Leitung 3, also auch am Eingang der Eingangs stufe 6 das Signal 7 hoch und liegt über dem Triggerpegel 8. Während dieser Zeit ist also eine weitere Auslösung eines Stimulationsimpulses nicht möglich.During the duration of the stimulation pulse 18 , in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 on line 3 , ie also at the input of input stage 6, signal 7 is high and is above trigger level 8 . A further triggering of a stimulation pulse is therefore not possible during this time.

Wird dagegen mit getrennten Elektroden für den Abgriff des EMG-Signales und für die Stimulation gearbeitet, so kann während des Anlegens des Stimula tionsimpulses das am Muskel abgegriffene EMG-Signal unter den Triggerpegel 8 fallen und bei erneutem Ansteigen einen erneuten Stimulationsimpuls auslösen. Es könnte dann zu einer Dauerstimulation können. Um diesen Fall auszuschlie ßen, kann die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dahingehend geändert werden, daß während der Zeit der Abgabe eines Stimulationsimpulses eine erneute Auslö sung eines Stimulationsimpulses ausgeschlossen wird. Dazu kann beispielsweise von der Leitung 17 eine Verbindungsleitung zu einem Reset-Eingang der Aus wertstufe 11 führen. Damit wird dafür gesorgt, daß die Auswertstufe 11 keinen Steuerimpuls 13 abgeben kann, solange auf der Leitung 17 ein Stimulationsim puls 18 anliegt.If, on the other hand, separate electrodes are used for tapping the EMG signal and for the stimulation, the EMG signal tapped on the muscle can fall below the trigger level 8 during the application of the stimulation pulse and trigger a renewed stimulation pulse when it rises again. It could then lead to permanent stimulation. In order to exclude this case, the device shown in FIG. 1 can be modified such that a renewed triggering of a stimulation pulse is excluded during the time when a stimulation pulse is being delivered. For this purpose, for example, a connecting line can lead from line 17 to a reset input of evaluation stage 11 . This ensures that the evaluation stage 11 can not deliver a control pulse 13 as long as a stimulation pulse 18 is present on line 17 .

Claims

1. Device for taking an EMG signal from a muscle, to compare the signal strength ( 7 ) with a trigger level ( 8 ) and to apply a stimulation pulse ( 18 ) of suitable length to the muscle if the signal ( 7 ) is above the trigger level ( 8 ), characterized in that the application (control pulse 13 ) takes place when the signal ( 7 ) increases the trigger level ( 8 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the exposure (control pulse 13 ) takes place only when the signal ( 7 ) was below the trigger level ( 8 ) for a certain time.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a renewed control pulse can not be triggered during the time of the application of the muscle with a control pulse ( 18 ).