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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Geräte zum Verringern
und Verhindern von Übergewicht sowie zum Verringern des Übergewichts
zur Gesundheit und Schönheit, und insbesondere betrifft
sie ein Ultraschallgerät zur medizinischen Behandlung und
Verhinderung von Übergewicht und zum Verringern von Übergewicht zur
Gesundheit und Schönheit.
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HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
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In
jüngerer Zeit wurden Erkrankungen Erwachsener (einschließlich
Säugetieren), wie Diabetes Mellitus, Bluthochdruck und
eine Gefäßdegeneration im Gehirn und den Bauchorganen
zu schwerwiegenden Problemen. Der wichtigste Ursprung derselben
ist Übergewicht.
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Um
das Übergewicht zu verringern, ist es wissenschaftlich
bekannt, dass eine Verringerung der Kalorienaufnahme sowie Training
wirkungsvoll sind. Es wird die Verabreichung von Appetitzüglern
und Verdauungs-/Aufnahmehemmern zusätzlich zu Verstärkern
des Wärmestoffwechsels untersucht, und einige derselben
sind von den Behörden genehmigt.
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Das
Training betreffend zeigen Personen die Tendenz zu Diätmaßnahmen,
Gehen, körperlichem Training, Tanzen, Schwimmen, Radfahren
usw., da es auf Grund der sitzenden Betätigung und der
Verbreitung von Autos an Training fehlt. Jedoch stellt es ein großes
Problem dar, dass es ohne viel Zeit und starken Willen sehr schwierig
ist, ein Trainingsprogramm durchzuziehen. Daher ist ein Verfahren
zum Verringern von Übergewicht auf bequeme und effektive
Weise erwünscht.
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Am
Markt existiert eine Anzahl von Schönheitssalons, die eine
Fettverringerung durch Ultraschall als Variation der Volksmedizin
ankündigen. Jedoch sind derartige Techniken nicht wissenschaftlich
belegt, die bei allen Anlagen verwendete Frequenz beträgt
1 MHz, und die Ultraschall-Ausgangsleistung wird nicht angezeigt, sondern
nur die elektrische Eingangsleistung pro Wandlereinheitsfläche.
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Beispielsweise
offenbart das Buch mit dem Titel "Wrinkles Stretched
in only 5 min." von Masuda, herausgegeben am 25. August
1996 von Success Marketing Co. Ltd. ein Ultraschallbehandlungsverfahren
unter Verwendung eines Ultraschall-Bestrahlungsgeräts für
Schönheit, erhöhten Blutfluss und Lymphfluss durch
den Effekt einer Thermoerwärmung und Massage um die Schönheit
der Haut zu verbessern. Derartige Thermoerwärmung bringt
das Fett in einen leicht abbaubaren Zustand, und Massage fördert
einen solchen Abbau weiter. Es ist auch die Stimulation, durch Ultraschall,
des empfindlichen Flecks, als ”Tubo bei Akupunktur und
Moxibustion” offenbart.
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Im
oben genannten Buch sind 1–10 MHz für medizinische
Behandlung sowie 1 MHz zur Schönheitserhöhung
offenbart. Betreffend die Schallleistungsdichte, oder Intensität,
bei der Schallbehandlung sind die folgenden Tatsachen offenbart:
die durch die Society für Ultrasound für Medicine
and Biology definierte Sicherheitsgrenze beträgt für
eine Dauerschallbehandlung (CW) 1000 mW/cm2,
und sie beträgt für gepulste (PW) Schallbehandlung
240 mW/cm2 (SPTA). Für Anwendungen
zum Erhöhen der Schönheit betrug die verwendete Intensität
1500–2000 mW/cm2 für dicke
Muskeln, 1000–1500 mW/cm2 für
dünne Muskeln, 500 mW/cm2 für das Gesicht
bei CW-Schallbehandlung sowie 120 mW/cm2 für
das Gesicht bei PW-Schallbehandlung. Ihr Pegel beträgt
die Hälfte der oben genannten Sicherheitsgrenze.
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Jedoch überschreitet
die oben offenbarte Intensität, wie sie für dicke
und dünne Muskeln verwendet wird, deutlich die Sicherheitsgrenze
von 1000 mW/cm2 bei CW-Behandlung, so dass
die offenbarte Intensität die elektrische Leistung pro
Wandlereinheitsfläche sein muss. Wenn angenommen wird,
dass es sich um die elektrische Leistungsstärke handelt,
entspricht eine elektrische Intensität von 1500–2000
mW/cm2 einer Schallintensität von
500–700 mW/cm2, da die Wandlungseffizienz
des Wandlers von elektrische in Schallenergie im Allgemeinen 30%
beträgt, und dies stimmt mit der Beschreibung überein,
dass die Werte der Hälfte der Sicherheitsgrenze entsprechen.
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In
einem anderen Kapitel ist es offenbart, dass ein wissenschaftlicher
Versuch zur Fettverringerung ausgeführt wurde und diese
effektiv war, und es wird über das Verringerungsausmaß berichtet.
Obwohl keine wissenschaftliche Beschreibung der Schallbehandlungsbedingungen,
wie der Intensität, angegeben ist, wird in Zusammenhang
mit einer benachbarten Beschreibung vernünftigerweise angenommen,
dass beim Gerät zur Schönheitserhöhung
1 MHz verwendet wurde und dass die Schallintensität des
Geräts weniger als 700 mW/cm2 betrug,
wobei erneut die oben genannte Wandlungseffizienz von elektrischer
in Schallenergie angenommen wird.
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Betreffend
Patentanmeldungen, offenbart die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
H4-89058 (Yahmann Co.) ein Gerät für
die Schönheit unter Verwendung einer Frequenz von 1–3
MHz und einer Intensität von 100–500 mW/cm
2. Die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
H3-123559 (Yahmann Co.) offenbart einen Fettverringerungseffekt,
zu dem es durch eine Muskelschrumpfung und eine Verbesserung im
Blut-/Lymphflüssigkeitsfluss kommt. In der detaillierten
Erläuterung dieser Anmeldungsunterlagen sind eine Frequenz
von 20–50 kHz und eine Intensität von 100–500
mW/cm
2 offenbart, jedoch existiert keine
Offenbarung zu irgendeinem wissenschaftlichen Grund, weswegen diese
Werte spezifiziert werden, sowie keinerlei wissenschaftliche Daten,
die erläutern, worauf die spezifizierten Werte beruhen.
Ferner gelangte noch kein kommerzielles Produkt auf den Markt.
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Für
die im Stand der Technik spezifizierten Werte von 20–50
kHz bei 100–500 mW/cm2 sowie 1–3
MHz bei 100–500 mW/cm2 existieren
keinerlei wissenschaftlich beweisbare Daten, die ihre Wirksamkeit
bestätigen würden. Ferner sind keine Gründe
dafür beschrieben, weswegen diese Werte spezifiziert werden,
wobei die Sicherheit berücksichtigt wäre. Entsprechend
den ausgeführten Versuchen, wie sie später vom
Erfinder beschrieben werden, sind diese Werte unpassend.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die wirksame Frequenz und Intensität,
unter Berücksichtigung von Sicherheitsüberlegungen,
für Lipolyse in lebenden Körpern, klarzustellen
sowie ein Gerät zum Ausführen von Lipolyse auf
sichere und effektive Weise an einem lebenden Körper unter
Verwendung einer Ultraschallbehandlung zu schaffen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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In
einem lebenden Körper wird Fett durch Fettsyntheseenzyme
in einer Fettzelle aus Glucose und freier Fettsäure synthetisiert,
und es bildet ein Öltröpfchen, da bei Menschen
eine Fettzelle von Erwachsenen meistens eine weiße Fettzelle
ist. Demgemäß wird nachfolgend davon ausgegangen,
dass eine Fettzelle eine weiße Fettzelle bedeutet. Eine
Fettzelle ist bei Geburt schlank und 20 μm lang, jedoch
wächst sie entsprechend einer Fettan sammlung zu einer Kugel
mit einem Durchmesser von 100 μm (manchmal 200 μm).
Zur Ansammlung von Fett in Erwachsenen kommt es durch ein Wachstum
jeder Fettzelle statt durch eine Zunahme der Anzahl derselben. In
einer gewachsenen Fettzelle ist das Öltröpfchen
durch eine Zellflüssigkeitsschicht auf weißer
Basis bedeckt, deren Dicke viel kleiner als der Durchmesser des Öltröpfchens
selbst ist.
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In
der Zellenflüssigkeit ist ein endoplasmatisches Reticulum
eingeschlossen, das ein als hormonsensitive Lipase (HSL) bezeichnetes
Lipolyseenzym enthält, das Fett in Glycerol und Fettsäure
abbaut. Indessen ist die Oberfläche eines Fettöltröpfchens
mit einer fließfähigen Molekülschicht
eines Phospholipids bedeckt, und es besteht Schutz gegen Kontakt
mit dem Lipolyseenzym, das sich an der Oberfläche des endoplasmatischen
Reticulums befindet.
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Innerhalb
des Fetts eines lebenden Körpers verschwindet die Phospholipidschicht
teilweise, wenn Hormone zugeführt werden, wie von der Nebennierenmedulla
freigesetztes Ephinedrin (Adrenalin) oder vom Symphatikus freigesetztes
Norephinedrin (Noradrenalin). Dann gelangt das Öltröpfchen
in direkten Kontakt mit dem endoplasmatischen Reticulum, und die
Lipolyse startet. Fett wird in Glycerol und freie Säure
aufgetrennt, und dann verlassen die Auftrennungserzeugnisse die
Zelle in das Blut, und sie werden schließlich durch Trainung
usw. verbrannt oder verbraucht. Die verbliebenen Endprodukt werden
als CO2 und H2O
bei der Atmung und/oder durch den Urin aus dem Körper ausgegeben.
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Es
ist bekannt, dass eine Schallbehandlung an einem lebenden Körper
Effekte wie eine Förderung von Enzymreaktionen, Emulgierbarkeit,
wärmeerzeugende Effekte, eine Ausdehnung kapillarer Blutgefäße
sowie eine Verbesserung des Stoffwechsels zeigt. Bei der Erfindung
ist die Erhöhung des peripheren Blutflusses durch Ausdehnung
kapillarer Blutgefäße als Ergebnis einer Schallbehandlung
dieselbe wie beim zur Gesundheit und Schönheit verwendeten
Gerät gemäß dem Stand der Technik. Jedoch
haben die Erfinder Zweifel am Vorliegen wissenschaftlicher Belege
zur Effektivität eines herkömmlichen Geräts
für Gesundheit und Schönheit sowie die dabei verwendeten
Frequenzen. Wie es aus den oben genannten biochemischen Lipolysemechanismen
vorhergesagt wird, muss eine effektive Frequenz unter 1 MHz liegen,
und die Effektivität muss für Mechanismen wie
die Stimulation des Symphatikussystems, die Freisetzung von Hormonen
an Symphatikusenden sowie die Aktivierung und Fluidisierung der
Phospholipidschicht frequenzabhängig sein. Die Erfinder haben
die wirksame Frequenz und deren Intensität experimentell
untersucht, um diese Vorhersage zu studieren. Die Erfindung beruht
auf der Tatsache, dass die durch derartige Versuche erzielten Ergebnisse
ziemlich verschieden von den Beschreibungen im Stand der Technik
sind.
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Gemäß der
Erfindung ist eine vernünftige Erläuterung die
Folgende. Das Ende des Symphatikus wird durch Schallbehandlung mit
einer speziellen Frequenz und Intensität stimuliert, wobei
ein Lipolysehormon wie Norephinedrin (Noradrenalin) freigesetzt
wird oder die Phospholipidschicht oder ein Öltröpfchen
selbst bewegt wird und zwischen dem Öltröpfchen
und dem endoplasmatischen Reticulum, d. h. einem Lipolyseenzym,
ein gewisser Kontakt auftritt, wodurch Lipolyse erfolgt.
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Eine
erste Erscheinungsform der Erfindung ist ein Ultraschall-Bestrahlungsgerät
mit einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung zum Behandeln eines
lebenden Körpers durch den erzeugten Ultraschall, um dadurch
im lebenden Körper für eine Lipolyse des Fetts
zu sorgen, speziell gekennzeichnet durch eine Ultraschallenergie
von 15–50 kHz, wobei die Intensität an der der
Schallbehandlung unterzogenen Körperoberfläche
größer als 10 mW/cm2 ist
und unter der Sicherheitsgrenze für Hämolyse liegt.
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Eine
zweite Erscheinungsform der Erfindung ist ein Ultraschall-Bestrahlungsgerät
mit einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung zum Behandeln eines
lebenden Körpers mit dem erzeugten Ultraschall, um dadurch
im lebenden Körper für eine Lipolyse von Fett
zu sorgen, speziell gekennzeichnet durch eine Ultraschallenergie
von 50–140 kHz, wobei die Intensität an der der
Schallbehandlung unterzogenen Körperoberfläche größer
als 4 mW/cm2 ist und unter der Hämolysegrenze
oder dem Sicherheitsniveau auf Grundlage des mechanischen Index
liegt.
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Eine
dritte Erscheinungsform der Erfindung ist ein Ultraschall-Bestrahlungsgerät
mit einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung zum Behandeln eines
lebenden Körpers mit dem erzeugten Ultraschall, um dadurch
im lebenden Körper für eine Lipolyse von Fett
zu sorgen, speziell gekennzeichnet durch eine Ultraschallenergie
von 180–700 kHz, wobei die Intensität an der der
Schallbehandlung unterzogenen Körperoberfläche größer
als 10 mW/cm2 ist und unter der durch den
mechanischen Index definierten Sicherheitsgrenze liegt.
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Eine
vierte Erscheinungsform der Erfindung ist ein Ultraschall-Bestrahlungsgerät
mit einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung zum Behandeln eines
lebenden Körpers mit dem erzeugten Ultraschall, um dadurch
im lebenden Körper für eine Lipolyse von Fett
zu sorgen, speziell gekennzeichnet durch eine Ultraschallenergie
von 700 kHz–1,3 MHz, wobei die Intensität an der
der Schallbehandlung unterzogenen Körperoberfläche
größer als 800 mW/cm2 ist
und unter der durch den mechanischen Index definierten Sicherheitsgrenze liegt.
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Die
Schallbehandlung kann eine beliebige mit kontinuierlich, gepulst
oder intermittierend erzeugtem Ultraschall oder eine Kombination
derartiger Schallbehandlungen sein. Eine intermittierende Schallbehandlung
kann dazu verwendet werden, die Zeit zum Ausbilden des Kontakts
des Öltröpfchens mit einem Enzym von der Zeit
zu trennen, in der Fett nach einem derartigen Kontakt abgebaut wird.
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Indessen
ist es, aus Gesundheitsgesichtspunkten, nicht wünschenswert,
dass die Schallbehandlung ohne Sorgfalt ausgeführt würde.
Der Sicherheitsgrad für medizinische Diagnosegeräte
ist gemäß dem Standard der Society für
Ultrasound in Medicine and Biology sowie durch die FDA in den USA
auf 1000 mW/cm2 festgesetzt, und es kann
gesagt werden, dass dieser Wert für einen Frequenzbereich
von 1–10 MHz anwendbar ist. In diesem Bereich ist die Intensitätsabschwächung
bei Durchdringung durch den lebenden Körper stark, und
die effektive Tiefe ist auf einen flachen Bereich unter der Körperoberfläche
beschränkt.
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Hierbei
ist die effektive Tiefe als die Tiefe ausgehend von der Körperoberfläche
definiert, wo Lipolyse durch Schallbehandlung effektiv auftritt.
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Die
auf den Körper übertragene Energie ist proportional
zur Intensität und Zeit der Schallbehandlung. Die Eindringungsintensität
fällt entsprechend einer Exponentialfunktion mit der Eindringpfadlänge,
wobei der Exponent durch das Produkt aus Absorptionskoeffizienz
x Länge gegeben ist. Ferner ist in einem lebenden Körper
der Absorptionskoeffizienz proportional zur angewandten Frequenz.
Beispielsweise beträgt der durch die Frequenz dividierte
Absorptionskoeffizienz in menschlichem Fett 0,063 Neper/cm MHz.
Demgemäß beträgt der Wert Dämpfung/Absorptionskoeffizient
für das Eindringen in 1 cm Fett 0,55 dB/cm bei 1 MHz sowie 1,09
dB/cm für einen Muskel.
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Entsprechend
Versuchen durch den Erfinder hat der effektive Intensitätsbereich
für Lipolyse den weiten Umfang von 10–1000 mW/cm2 bei einer Frequenz von 50,0 kHz. Außerdem
war die Effektivität für diese weiten Intensitätsbereiche
konstant. Die ef fektive Tiefe kann aus den Daten zu 135 cm für
Fett und 70 cm für Muskeln berechnet werden. Anders gesagt,
kann die oben genannten Intensität bei 500 kHz selbst nach
einer Dämpfung auf den niedrigen Wert von 10 mW/cm2 noch für Lipolyse an tiefen Bauchorganfett
sorgen, jedoch führt eine derartige niedrige Intensität
nie zu einer Beeinträchtigung von Knochen und Bauchorganen.
Andererseits wird die effektive Tiefe bei 1 MHz aus dem durch Versuche
erhaltenen effektiven Bereich von 800–1000 mW/cm2 zu 1,7 cm für Fett und 0,9 cm
für Muskeln berechnet.
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Andererseits
hat die World Federation für Ultrasound in Medicine and
Biology (WFUMB) das Konzept eines mechanischen Index (MI) zum Abschätzen
der Gefahren einer Gewebezerstörung durch mechanische Kavitation
eingeführt. Der MI ist durch die folgende Gleichung MI
= P/f1/2 gegeben, wobei M der maximale Spitzenunterdruck
in der Einheit MPA ist und f die Frequenz in der Einheit MHz ist.
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Der
zulässige MI-Pegel ist nicht klar festgelegt, sondern er
ist in das Gutdünken des Arzts gestellt, während
dieser Nutzen und Gefahren abwägt. Jedoch existieren einige
Beschreibungen, gemäß denen ein MI = 0,6 oder
weniger bei medizinischer Behandlung als sicher angesehen wird.
Die Japanese Society for Ultrasound in Medicine hat festgelegt,
dass der MI kleiner als 1 sein sollte. Die Erfinder haben als Grenze
MI = 0,6 verwendet, wobei jedoch die Grenze in der Zukunft geändert
werden kann. Dieser Pegel kann bei Personen angewandt werden, die
unter Übergewichtserkrankungen sowie solchen Erkrankungen
leiden, deren Ursprung in Übergewicht liegt. Für
unbestimmt gesunde Einzelpersonen, die nach Anwendungen zur Verbesserung
der Gesundheit und der Schönheit schauen, wird ein Pegel
für medizinische Diagnoseanwendungen von 1000 mW/cm2 empfohlen.
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Bei
einer Frequenz von unter 1 MHz, wie sie für eine biochemische
Fettverringerung zu erwarten ist, zeigt die Ultraschall energie ein
starkes Eindringvermögen sowie eine starke biochemische
Reaktion. So muss der Einfluss auf Knochen, Blutgefäße
und Bauchorgane sorgfältig berücksichtigt werden.
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Insbesondere
kann in einem Bereich unter 100 kHz dominante Kavitation zur Gefahr
einer Gewebezerstörung führen, und ein gewisses ”tick
tick”-Gefühl kann, selbst im sichereren unteren
Bereich, als unangenehm empfunden werden. Ferner wird durch große
Emulgier- oder Dispergierkräfte leicht Hämolyse
erzeugt. Diese Vorgänge sind ebenfalls Funktionen der Frequenz
und der Intensität. Demgemäß sollte der
Intensitätspegel unter der oben genannten Hämolysegrenze
liegen.
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Ferner
hat die FUMB darauf hingewiesen, dass hinsichtlich der Temperatur
von einer Schallbehandlung unterzogenem Gewebe Sorgfalt gewahrt
werden sollte, einschließlich weiter gefassten Anwendungen
wie einer medizinischen Behandlung, und zwar auf Grund eines Thermoerwärmungseffekts
der Schallbehandlung, und sie hat als Maß für
den durch eine Schallbehandlung verursachten Temperaturanstieg das
Konzept eines Thermoindex (TI) eingeführt. Eine Temperaturerhöhung
unter 1,5°C (TI < 1,5)
ist bei langzeitiger Schallbehandlung ziemlich sicher, wohingegen
2°C für 30 Min. oder 4°C für
5 Min. unter größerer Vorsicht zu verwenden sind.
Daher ist es, während einer Schallbehandlung, erforderlich,
einem Temperaturanstieg in der Schallbehandlung unterzogenen Bereichen
Aufmerksamkeit zu schenken.
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Die
Lipolyseprodukte, die durch die oben genannten Prozeduren abgebaut
werden, wie FFA, werden in das Blut freigesetzt. Es ist erforderlich,
das Lipolyseerzeugnis zu verbrennen oder zu verbrauchen, um eine Neusynthese
in Fett und eine Ansammlung desselben in vivo zu verhindern. Obwohl
zum Verbrennen oder Verbrauchen des oben genannten Lipolyseerzeugnisses
ein sanftes Training wirkungsvoll ist, ist es auch möglich,
EMS (elektrische Muskelstimulation) zu verwenden. EMS ist eine Methode
zum künstlichen Entwickeln von Muskeln unter Verwendung
eines schwachen Stroms, was es einem Benutzer ermöglicht,
die Effekte eines Trainings zu erzielen, ohne dass der Benutzer
von sich aus trainieren würde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine veranschaulichende Schnittansicht eines Geräts, das
bei einem Versuch zum Bestimmen des effektiven Bereichs in der Frequenz-
und der Intensitätsdomäne verwendet wurde;
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2 ist
ein Kurvenbild, das den effektiven Bereich in der Frequenz- und
der Intensitätsdomäne zeigt, wobei beide Achsen
eine logarithmische Skala zeigen;
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3 ist
eine perspektivische Außenansicht, die ein spezielles Beispiel
einer Konfiguration eines Ultraschall-Bestrahlungsgeräts
gemäß der Erfindung zeigt; und
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4 ist
ein Diagramm, das ein Verwendungsbeispiel des in der 3 dargestellten
Ultraschall-Bestrahlungsgeräts zeigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten als Erstes die
Maximalintensität für die oben genannte Hämolyse,
Kavitation, eine Zellzerstörung sowie Emulgierbarkeit,
um die Sicherheit zu klären. Jedoch existiert in der Technik
kein gut bestätigtes Verfahren zum Messen der absoluten
Schallleistung. Das einzig verfügbare Verfahren besteht
im Verwenden einer Gewichtswaage. Das aktuell verfügbare
Gerät ist über 800 kHz anwendbar. Der Grund für
Funktionsunfähigkeit unter 800 kHz besteht im Fehlen eines
effizienten Absorptionsmaterials bei ei ner derartigen niedrigen
Frequenz, das das Innere des Messbads auskleiden würde,
und daher werden stehende Wellen gebildet, und von der Badewand
reflektierte Wellen sind unvermeidlich. Die Erfinder haben, nach
einer umfassenden Untersuchung, ein Dämpfungsmaterial gefunden,
das in einem derartigen niedrigen Frequenzbereich funktioniert,
und durch zusätzliches Auskleiden der Wand mit diesem Material
haben sie es ermöglicht, die Intensität in einem
derartigen niedrigen Frequenzbereich mit gewisser Genauigkeit zu
messen. Die oben genannte Maximalintensität wurde mit Dauerstrichwellen
bei Frequenzen von 24 kHz, 36 kHz, 100 kHz, 160 kHz, 500 kHz und
1 MHz gemessen.
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Die 1 zeigt
das beim Versuch für die oben genannte Hämolyse
verwendete Gerät. Auf einem oberen Niveau des Bads, das
als Ultraschall leitendes Medium warmes Wasser enthält,
ist eine Schlittenführung 3 angeordnet. Auf haltenden
Trägerelementen 4a und 6a, die nach rechts
und links verschiebbar sind, sind ein Probenhalterkasten 4 aus
einem für Ultraschall transparenten Material bzw. ein Schlitten 6 angeordnet,
der eine Ultraschallerzeugungs- und Abstrahleinrichtung (nachfolgend
einfach als Bestrahlungseinrichtung oder Wandler bezeichnet) nach
oben unten verschiebbar hält. Das gesamte System ist so
ausgerichtet, dass eine Probe im Probenkasten einer Schallbehandlung
im Fernfeld des von der Bestrahlungseinrichtung oder dem Wandler
emittierten Ultraschallstrahl unterzogen werden kann.
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An
der Innenwand des Bads ist, mit Ausnahme eines Fensters (nicht dargestellt)
für visuelle Betrachtung der Relativpositionierung des
Probenhalters 4 und des Wandlers 5, ein Ultraschalldämpfungsmaterial 7, wie
ein Nylonfaservlies, an dem Schleifteilchen anhaften, als Auskleidung
vorhanden, um an den Wänden reflektierte Wellen zu unterdrücken.
Auch schwimmen auf der freien Wasseroberfläche Schwimmfolien 8 aus
expandiertem Polystyren, deren Unterseite mit demselben Dämpfungsmaterial beschichtet
ist, um Reflexionen an der freien Wasseroberfläche zu unterdrücken.
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Bei
der Messung für Hämolyse wurde Probenblut aus
einer Vene einer Vene einer männlichen Person verwendet,
dem Heparin zugesetzt war, um Koagulation zu vermeiden, wobei dann
Kühlung in einem Kühlschrank erfolgte. Es wurde
eine Probe von 1 ml in einem Polyethylenbeutel mit einer 20 μm
dicken Wand aufgenommen. Der Probenbeutel wurde im Probenkasten
untergebracht, in Badwasser von 36°C getaucht, für
30 Min. einer Schallbehandlung bei jeweiligen Testbedingungen (Frequenz
und Intensität) unterzogen und dann zentrifugiert. Das
erhaltene Serum wurde durch Kolorimetrie und Analyse des LDH(Laktatdehydrogenase)-Gehalt
auf Hämolyse untersucht.
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Es
wurde geklärt, dass für das Auftreten von Hämolyse
eine Schwellenintensität besteht, dass eine Schallbehandlung
unter der Schwelle (nachfolgend als Hämolysegrenze bezeichnet)
sicher ist und dass über dieser Grenze tatsächliche
Hämolyse auftrat. Die Hämolyseschwelle ergab sich
unterhalb von 1000 mW/cm2 zu 24 kHz, 36
kHz und 100 kHz, jedoch ergab sich bei 1000 mW/cm2 im
Bereich von 160 kHz–1 MHz keine Hämolyse.
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Die
gemessenen Schwellenwerte für Hämolyse sind in
der Tabelle 1 angegeben und in der 2 aufgetragen.
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Die
Kavitationsgrenze, sowie eine Emulgierbarkeitsgrenze betreffend
die Intensität, sind größer als die Hämolysegrenze,
so dass es als ausreichend angesehen wird, die Hämolyse
zu betrachten. Es war auch die Intensitätsgrenze zur Zerstörung
einer Fettzelle viel höher, und dies wurde unter 1000 mW/cm2 nie beobachtet.
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Demgemäß ist
bei der Erfindung die Intensitätssicherheitsgrenze durch
die Hämolysegrenze definiert, wenn ein Bereich von 24– 100
kHz vorliegt, dagegen im Bereich von 160 kHz–1 MHz, für
undefiniert gesunde Einzelpersonen, durch die medizinische Diagnosesicherheitsgrenze
von 1000 mW/cm
2, wie sie durch die Society
für Ultrasound in Medicine angegeben ist, sowie für
medizinische Behandlung durch die von der WFUMB angegebene Grenze
MI = 0,6 (Linie G in der
2) wie es in der Tabelle 1 und
der
2 angegeben ist. Tabelle 1
Frequenz | Intensität
bei der Hämolysegrenze | Intensität
für MI =0,6 |
24 kHz | 17 mW/cm2 | |
36 kHz | 18 mW/cm2 | |
100 kHz | 32 mW/cm2 | |
160 kHz | | 1900 mW/cm2 |
500 kHz | | 5800 mW/cm2 |
1 MHz | | 11900 mW/cm2 |
1,3 MHz | | 15500 mW/cm2 |
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Wie
es aus der Tabelle 1 erkennbar ist, ist es ersichtlich, dass der
im Stand der Technik gemäß der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungsnummer H3-123559 offenbarte
Bereich von 20–50 kHz bei 100–500 mW/cm
2 die Hämolysegrenze überschreitet
und daher gefährlich ist.
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Dann
wurde Lipolyse für die verschiedenen Paare von Frequenz
und Intensität, innerhalb des Sicherheitsbereichs, für
die oben genannten undefiniert gesunden Einzelpersonen untersucht.
Als Testtier wurde eine Ratte eingesetzt. Ihr Bauchraum wurde durch
die Bestrahlungseinrichtung einer Schallbehandlung unterzogen, wobei
er sich in einem Wasserbad 2 auf 36°C in einem solchen
Abstand befand, dass ein Schallfernfeld erzielt wurde, das eine
gleichmäßige Intensitätsverteilung zeigt,
die ausreichend weit aufgeweitet war, um den gesamten Bauchraum
zu überdecken.
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Die
Zentralnerven wurden unter Verwendung von Nembutal anästhesiert,
so dass Effekte wie psychologischer Stress, durch Blutnahme verursachte
Schmerzen sowie die Erkennung niedriger Ultraschallfrequenzen, für
die die Ratte Hörempfindlichkeit haben könnte,
ausgeschlossen waren.
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Dann
wurden die Bauchhaare abrasiert, um zu verhindern, dass sich in
ihnen Luftblasen sammelten, und der Bauch der Ratte wurde mit einem
oberflächenaktiven Mittel gewaschen, um die Oberfläche
hydrophil zu machen.
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Dann
wurde aus der Schwanzvene eine Blutprobe vor der Schallbehandlung
entnommen, und im Wasserbad von 36°C erfolgte eine Schallbehandlung
auf die oben beschriebene Weise für 10 Minuten. Nach der
Schallbehandlung wurde die Ratte aus dem Bad in die Raumluft herausgenommen
und dort für 10 Minuten belassen. Dann wurde aus der Schwanzvene
erneut eine Blutprobe nach der Schallbehandlung entnommen. Die beiden
Blutproben wurden zentrifugiert, und ihr abgetrenntes Serum wurde
analysiert, um quantitativ den Gehalt an FFA, eines Lipolyseprodukts,
zu bestimmen, und es erfolgte Vergleich mit einer Kontrollprobe,
die ähnlich, jedoch ohne Schallbehandlung, verarbeitet
wurde. Die Anzahl der getesteten Proben betrug 15 zur Kontrolle,
6 bei 24 kHz bei 15 mW/cm2, 8 für
500 kHz bei 20 mW/cm2, 12 bei 1 MHz bei
900 mW/cm2 sowie 4 für andere Paare
der Frequenz und der Intensität.
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Wenn
der FFA-Gehalt vor der Schallbehandlung mit X bezeichnet wird und
der Gehalt nach der Schallbehandlung mit Y bezeichnet wird, zeigt
die Zunahme (d = Y-X) keine Übereinstimmung oder Korrelation
mit der Schallintensität, und die meisten Werte unterschieden
sich nicht signifikant von denen der Kontrolle, wenn ein t-Test
gemäß Student ausgeführt wurde.
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Andererseits
hängt Y so von X ab, als würde ein bestimmter
Steigungs- oder Faltungsfaktor b (b = Y/X) existieren. Die Punkte
der Koordinaten X und Y sind in der XY-Ebene gestreut, jedoch entsprechen
sie gut einer Regression zu einer Linie, die durch den Ursprung
der XY-Koordinaten verläuft. Die Steigung b gibt den Multiplikations-
oder Faltungsfaktor an.
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Die
Steigung b der Kontrollprobe betrug 1,24 ± 0,109, und es
wurde geklärt, dass der Unterschied gegenüber
b = 1,04 ± 0,09 für die nicht verarbeitete Kontrollprobe
auf dem Eintauchen in das 36°C warme Wasser beruhte.
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Die
Steigung b an jedem Punkt innerhalb der Koordinaten wurde mit der
Steigung b der Kontrollprobe gemäß dem t-Test
nach Student verglichen.
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An
jedem Punkt wurde beurteilt, ob er effektiv oder nicht effektiv
war, wobei die t-Tests für b und d gemeinsam berücksichtigt
wurde. Die Ergebnisse sind in der
2 dargestellt
und durch Markierungen eingeteilt, wobei die verschiedenen Markierungen
Bedeutungen aufweisen, wie sie in der Tabelle 2 angegeben sind. Tabelle
2
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Für
jeden effektiven Punkt in der 2 ist auch
der b-Wert (Faltungsfaktor) angegeben.
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Aus
der 2 ist Folgendes erkennbar:
- (A)
Im unteren Frequenzbereich von 15–140 kHz und in höheren
Frequenzbereichen von 180–1,3 MHz bestehen effektive Bereiche.
- (B) In jedem Bereich existiert eine untere Intensitätsschwelle, über
der Lipolyse auftrat und unter der keine auftrat.
- (C) Innerhalb des effektiven Bereichs war der Faltungsfaktor
beinahe konstant, b = 1,94 ± 0,16, und er hing nicht von
der Frequenz oder der Intensität ab. Im unteren Intensitätsbereich
war der Faltungsfaktor nicht signifikant verschieden von dem der
Kontrollprobe (b = 1,24 ± 0,109), und es erfolgte keine
Lipolyse.
- (D) Die untere effektive Grenze betrug im höheren Frequenzbereich
wie 500 kHz 10 mW/cm2, und sie betrug im
unteren Frequenzbereich, abhängig von der Frequenz, 10
bis 4 mW/cm2.
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Die
oben angegebenen Tatsachen liefern einige Hinweise auf den Lipolysemechanismus,
jedoch sind aktuell genaue Einzelheiten des Mechanismus immer noch
unklar.
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Nun
sind die effektiven Bereiche dadurch zu definieren, dass unter Berücksichtigung
der in der 2 angegebenen Schwellenpunkte
Grenzlinien zu ziehen sind.
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Jede
Markierung entspricht einem erläuterten Bereich, und sie
liegt entfernt von der Grenzlinie:
- O Existiert in einem
vollkommen effektiven Bereich und liegt entfernt von der Grenzlinie.
- ⦁ Existiert in einem vollkommen nicht effektiven Bereich
und liegt entfernt von der Grenzlinie.
- Δ Existiert beinahe auf der Grenzlinie oder sehr nahe
an dieser.
- Existiert
nahe der Grenzlinie, jedoch in einem nicht effektiven Bereich.
-
Unter
Berücksichtigung derartiger Erläuterungen wurden
die effektiven Bereiche durch die in der 2 auftretenden
Grenzlinien dargestellt.
-
Nachfolgend
werden die Grenzlinien unter Verwendung englischer Buchstaben, wie
sie an jedem Grenzpunkt angegeben sind, erläutert.
- G. Die effektive Obergrenze wurde auf einen
zulässigen Wert des mechanischen Index, nämlich
MI = 0,6, entsprechend WFUMB, eingestellt.
- L. Die Grenze wurde auf eine Frequenz von 1,3 MHz eingestellt,
wo die effektive Tiefe an der Körperoberfläche
bei undefiniert gesunden Personen verschwindet. Zur Behandlung könnte
eine höhere Frequenz mit höherer Intensität,
um einzudringen, verwendet werden. Jedoch ist die Energieabsorption
proportional zum Quadrat der Frequenz, und die Erwärmung
würde zu stark werden und könnte durch Überschreiten
des Thermoindex gefährlich werden. So wurde dieser Bereich
für die Behandlung ausgeschlossen.
- K. Der Punkt für 800 kHz bei 450 mW/cm2 betrug Δ (ineffektiv),
und der Punkt für 1 MHz bei 700 mW/cm2 betrug ⦁ (ineffektiv).
Daher wurde im Bereich von 700 kHz–1,3 MHz die Untergrenze
auf 800 mW/cm2 eingestellt, und die Obergrenze
wurde auf den zulässigen MI-Pegel eingestellt.
- J. Der Punkt für 800 kHz bei 450 mW/cm2 war
INCREMENT, und für 800 kHz bei 20 mW/cm2 war
er ⦁, und Punkte für 500 kHz bei 450, 250, 20
mW/cm2 waren O, vollständig effektive,
weswegen die Grenze auf 700 kHz eingestellt wurde.
- I. Der Punkt für 500 kHz bei 20 mW/cm2 war
O, und für 500 kHz bei 3,5 mW/cm2 war
er ⦁, so dass der Mittelpunkt von 10 mW/cm2 als
Grenze eingestellt wurde. H, F. Die Punkte für 160 kHz
bei 900 mW/cm2, 200 mW/cm2 waren Δ,
und der Punkt für 160 kHz bei 100 mW/cm2 war ⦁.
Da ein nicht effektiver Frequenzbereich zu keinem vollkommenen Linienspektrum
bei einem physikalischen oder biochemischen Effekt führen kann,
wurde zum nicht effektiven Bereich eine Breite von ±20
kHz hinzugefügt, seine tiefste Grenze wurde auf 140 kHz
eingestellt, und seine höchste Grenze wurde auf 180 kHz
eingestellt.
- E. Für 100 kHz bei 4 mW/cm2 ergab
sich O, völlig effektiv. Daher wäre die tiefste
Grenze noch tiefer. Jedoch wurde die effektive Tiefe beinahe null,
wenn dieser Pegel an der Körperoberfläche angewandt
wurde. So wurde die niedrigste Grenze auf 4 mW/cm2 festgesetzt.
- D. Bei einer Intensität von 8 mW/cm2 war
der Punkt für 100 kHz O, vollkommen effektiv, der Punkt
für 36 kHz war ,
nicht effektiv, und der Punkt für 24 kHz war ⦁,
vollständig nicht effektiv. Daher wurde die Grenze auf
50 kHz eingestellt, was nahe bei 36 kHz und zwischen 24 kHz und
100 kHz liegt.
- C. Der Punkt für 24 kHz bei 8 mW/cm2 war ⦁,
vollständig nicht effektiv. Der Punkt für 36 kHz
bei 8 mW/cm2 war ,
nicht effektiv, und der Punkt für 24 kHz bei 15 mW/cm2 war O, vollständig effektiv. So
wurde die Untergrenze auf den mittleren Pegel von 10 mW/cm2 eingestellt.
- B. Dies ist die Untergrenze, bei der Ultraschall und noch tiefere
Frequenzen für manche Personen manchmal hörbar
sind, was zu unerwünschten Geräuschen führt.
- A. Diese ist die Grenze entsprechend der oben genannten Hämolysegrenze,
wie durch Versuche von den Erfindern erhalten.
-
Die
durch die oben genannten Grenzen gebildeten effektiven Bereiche
sind in der 2 dargestellt. Die erste Erscheinungsform
entspricht dem durch die Grenzen A, B, C, D, E und F umschlossenen
Bereich. Die zweite Erscheinungsform entspricht dem durch die Grenzen
G, H, I, J, K und L umschlossenen Bereich.
-
Hier
muss eine Auswertung des Stands der Technik erfolgen, wobei diese
Auswertung wie folgt beschrieben wird.
-
Das
mitgeteilte Ergebnis zum Gesundheits- und Schönheitsgerät
ist dergestalt, dass 900 mW/cm2 bei 1 MHz
effektiv waren, jedoch 700 mW/cm2 bei 1
MHz nicht effektiv waren. Demgemäß ist die Schwelle
zu 800 mW/cm2 angenommen. Wenn die Schallbehandlungsintensität
an der Körperoberfläche zu 1000 mW/cm2 (für undefiniert
gesunde Einzelpersonen) angenommen wird, beträgt die effektive
Tiefe, bis die Intensität auf 800 mW/cm2 geschwächt
ist, 1,7 cm für Fett und 0,9 cm für Muskeln, und
es kann kein Eindringen in das Bauchorganfett erfolgen, das zur
Verbesserung der Gesundheit bei undefiniert gesunden, jedoch übergewichtigen Personen
verringert werden muss.
-
Betreffend
den Bereich von 1–3 kHz bei 100–500 mW/cm
2, wie im Stand der Technik (ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit der
Veröffentlichungsnummer H4-89058 offenbart, war
zumindest der Bereich von 1 MHz und unter 700 mW/cm
2 nicht
effektiv, wie es in der
2 dargestellt ist.
-
Allgemein
gesagt, kann im Bereich höherer Frequenzen, wenn versucht
wird, die Intensität an der Körperoberfläche
zu erhöhen, während darauf abgezielt wird, in
tiefen Körperbereichen die erforderliche Intensität aufrechtzuerhalten,
die Gefahr auftreten, dass der Sicherheitspegel gemäß dem
Thermoindex überschritten wird oder es zu einem Temperaturanstieg
an der Körperoberfläche kommt, da die Energieabsorption
(Quadrat des Schalldrucks) pro 1 cm proportional zum Quadrat der
Frequenz ist und die innerhalb von 1 cm erzeugte Wärme
zunimmt.
-
Zusammengefasst
gesagt, gilt Folgendes:
- 1. Wie es in der 2 dargestellt
ist, liegt ein effektiver und sicherer Bereich in den Frequenzbändern
von 15–140 kHz und 180 kHz–1,3 MHz. Der Mechanismus
für jedes Band ist anders.
- 2. Im Band von 15–114 kHz ist der Schwächungskoeffizient
niedrig, und Ultraschallenergie kann tief in den Körper
reichen, so dass dies für Lipolyse von nicht nur subkutanem
Fett sondern auch von Bauchorganfett effektiv sein kann. Das Letztere
ist der Grund für Erkrankungen Erwachsener.
- 3. Im Band von 180 kHz–1,3 MHz existiert dieselbe Effektivität
wie im effektiven Intensitätsbereich. Beispielsweise existiert
bei 500 kHz dieselbe Effektivität (Faltungsfaktor) innerhalb
eines weiten Intensitätsbereichs von 10–1000 mW/cm2. Dies bedeutet, dass dies für
Lipolyse in einem weiten Tiefenbereich von flach bis tief geeignet
ist. Ferner ist ein Nutzen dahingehend zu erwarten, dass die Intensität
in der Tiefe auf einen so niedrigen Wert geschwächt wird,
dass unerwünschte Effekte auf Bauchorgane oder Knochen
vermieden werden können.
- 4. Es muss ein Verbrennungs- oder Verbrauchsablauf für
das Lipolyseprodukt konzipiert werden.
-
Als
Nächstes wird ein spezielles Beispiel einer Konfiguration
eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Bestrahlungsgeräts
unter Bezugnahme auf die 3 erläutert. Das durch
eine perspektivische Ansicht von außen in der 3 dargestellte
Ultraschall-Bestrahlungsgerät 10 verfügt
zusätzlich zu einer Funktion für eine Ultraschallbehandlung über
eine EMS-Funktion, und es ist mit einem Gerätehauptgehäuse 11,
in das eine Treiberschaltung für die Ultraschallbehandlung
und die EMS eingebaut ist, und Klebekissen 20 versehen,
die über ein Kabel mit dem Gerätehauptgehäuse 11 verbunden
sind.
-
Am
Gerätehauptgehäuse 11 sind verschiedene
Bedienungstasten vorhanden, wie eine Spannungsversorgungstaste 12,
eine Modusumschalttaste 13, eine Start/Pause-Taste 14 und
Einstelltasten 15 für die EMS-Intensität
sowie eine Anzeigeeinheit 16. Durch Bedienen der Modusumschalttaste 13 kann
der Modus beispielsweise auf einen solchen umgeschaltet werden,
in dem nur die Ultraschallbehandlungsfunktion für eine vorbestimmte
Zeit betrieben wird, einen Modus, in dem sowohl die Ultraschallbehandlungsfunktion
als auch die EMS-Funktion gleichzeitig betrieben werden, und einen
Modus, in dem nur die EMS-Funktion für eine vorbestimmte
Zeit betrieben wird. Ferner kann die Intensität für
EMS durch Bedienen der Einstelltasten 15 für die EMS-Intensität
vor oder während des Betriebs der EMS-Funktion eingestellt
werden. Der ausgewählte Modus und die zugehörige
Restzeit, die Intensität bei EMS und dergleichen werden
auf der Anzeigeeinheit 16 angezeigt.
-
Die
Klebekissen 20 zeigen ausreichende Haftkraft, um an die
Haut des menschlichen Körpers geklebt zu werden. Die Erzeugungs-
und Bestrahlungseinrichtung für Ultraschall kann Ultraschall
erzeugen, dessen Frequenz beispielsweise 517 kHz und dessen Intensität 10 mW/cm2 betragen, wenn eine von der Treiberschaltung
des Gerätehauptkörpers 11 gelieferte
hochfrequente Spannung während des Betriebs der Ultraschallbehandlungsfunktion
zugeführt wird. Ferner wird von der Treiberschaltung des
Ge rätehauptgehäuses 11 ein schwacher
Strom für EMS an die Klebekissen 20 geliefert.
-
Beim
Verwenden des in der 3 dargestellten Geräts 10 zur
Ultraschallbehandlung werden Klebekissen 20 an vier Stellen
am Bauch angebracht, wie es in der 4 dargestellt
ist. In diesem Zustand kann beispielsweise durch Schallbehandlung
bei einer Frequenz von 517 kHz und einer Intensität von
10 mW/cm2 Fett im Schallbehandlungsbereich
abgebaut werden. Ein Teil des Abbauprodukts kann, aus seinem aktuellen Zustand,
eine Rücksynthese in Fett erfahren und wird in Fettzellen
gespeichert. So ist es bevorzugt, dass das Lipolyseprodukt dadurch
verbrannt oder verbraucht wird, dass die Ultraschallbehandlungsfunktion
und die EMS-Funktionen gleichzeitig betrieben werden oder die EMS-Funktion
nach der Ultraschallbehandlungsfunktion betrieben wird. So kann
unter Verwendung der Ultraschallbehandlungsfunktion in Kombination
mit der EMS-Funktion eine Verringerung von Körperfett leichter,
effektiver und schneller als alleine durch Training und Diät
bewerkstelligt werden.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Durch
die Erfindung wird es möglich, ein Gerät zum Ausführen
von Lipolyse an Fett eines lebenden Körpers effektiv, sicher
und in kurzer Zeit durch eine Ultraschallbehandlung an einem lebenden
Körper zu schaffen. Das Gerät kann einfacher,
effektiver und schneller für eine Verringerung von Fett
sorgen, als eine Verringerung durch Training oder Diät
alleine möglich ist. Vorteile bei der Behandlung und Verhinderung
von Erkrankungen, die sich aus Übergewicht ergeben, sowie
eine Verbesserung der Gesundheit und eine Erhöhung der
Schönheit sind sehr hoch, und die Nachfrage nach dieser
Art von Gerät ist sehr hoch. Demgemäß ist
es zu erwarten, dass durch dieses Gerät eine wesentliche
Industrie entsteht, und seine industrielle Anwendbarkeit ist hoch.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 4-89058 [0010, 0065]
- - JP 3-123559 [0010, 0045]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Buch mit dem
Titel ”Wrinkles Stretched in only 5 min.” von
Masuda, herausgegeben am 25. August 1996 von Success Marketing Co.
Ltd. [0006]