DE2314573A1

DE2314573A1 - Geraet zur foerderung von heilungsprozessen

Info

Publication number: DE2314573A1
Application number: DE19732314573
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Kraus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1974-10-03
Also published as: SE7403943L; ATA234774A; DE2314573C2; US3915151A; CH576262A5; DD110761A5; IT1011102B; JPS5713303B2; GB1466337A; FR2222106B1; FR2222106A1; SE411099B; AT343272B; JPS49127493A

Description

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. März 1973 9034-73/Dr.v.B/Ro.

Werner Kraus, 8000 München 40, Bauerstr. 31

Gerät zur Förderung von Heilungsprozessen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Förderung von Heilungsprozessen mit einer an einem zu behandelnden Körperteil anlegbaren Spule, die an eine Quelle für einen mit niedriger Frequenz schwankenden Strom anschließbar ist und ein entsprechendes Magnetfeld zu erzeugen gestattet, das den zu behandelnden Körperteil durchflutet.

Es ist aus der DT-PS 1 918 299, der DT-OS 2 116 869 und der Münchner medizinischen Wochenschrift 42 (1972) S. 1814-1819 bekannt, daß die Heilung frakturierter Knochen durch einen niederfrequenten, den verletzten Knochenbereich galvanisch durchfließenden Wechselstrom gefördert wird. Der Wechselstrom hat vorzugsweise eine Frequenz unter 100 Hz und eine Kurvenform ohne steile Vorder- und Rückflanken.

Der den verletzten Knochenbereich durchfließende Wechselstrom kann in einer mit entsprechenden Elektroden versehenen, implantierten Aufnehmerspule durch ein Magnetfeld induziert werden, das von einer an den zu behandelnden Körperteil angelegten und mit einem entsprechenden Wechselstromgenerator verbundenen Spule erzeugt wird.

Es ist auch aus der oben bereits erwähnten DT-OS 2 116 bekannt, daß der alleinige Einfluß eines geeignet gerichteten niederfrequenten magnetischen Wechselfeldes einen fördernden

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Einfluß auf Heilungsprozesse hat und zu einer verstärkten Vascularisation führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät anzugeben, das eine noch stärkere Förderung von Heilungsprozessen ermöglicht als die oben erwähnten bekannten Geräte.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Gerät der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Spule zwei im Abstand voneinander angeordnete und an eine Quelle für eine mit niedriger Frequenz schwankende Spannung anschließbare, flächige Elektroden zum Erzeugen eines den zu behandelnden Körperteil gleichzeitig mit dem Magnetfeld durchflutenden elektrischen Feldes zugeordnet sind.

Es wurde nämlich gefunden, daß die Regeneration defekten Knochen- und Weichgewebes durch die gleichzeitige Applikation langsam veränderlicher elektrischer und magnetischer Felder, vorzugsweise etwa gleicher Stärke, erheblich gefördert werden kann.

Die flächigen Elektroden sind gegen den zu behandelnden Körperteil elektrisch isoliert oder im Abstand von diesem so angeordnet, daß durch den zu behandelnden Körperteil kein galvanischer Leitungsstrom sondern nur der VerSchiebungs- und Polarisationsstrom fließt, der durch das elektrische Feld zwischen den kondensatorplattenartigen flächigen Elektroden erzeugt wird.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die vorzugsweise etwa gleichen Energieinhalt aufweisenden elektrischen und magnetischen Felder sich mit gleicher Frequenz, jedoch mit in Bezug aufeinander, vorzugsweise um etwa 90°, ver-

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Behobener Phase ändern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich insbesondere zur Behandlung von Extremitäten eignet;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung sform der Erfindung;

Fig. 3a eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3b einen vergrößerten Querschnitt durch einen zu dem Gerät gemäß Fig. 3 gehörenden Marknagel;

Fig. 4 eine Figur 3a ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 und 6 teilweise geschnittene Ansichten wieder anderer Ausführungsform der Erfindung.

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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung enthält eine im wesentlichen zylindrische, nicht näher dargestellte Spule 10/ die über eine zu behandelnde Extremität, z.B. ein gestrichelt angedeutetes Bein 12 geschoben werden kann. An der Innenwand der Spule 10 sind auf gegenüberliegenden Seiten zwei Elektroden 14 angeordnet, die z.B. aus einem dünnen Metallblech bestehen und mit einer nicht dargestellten Isolierung versehen sind, die einen galvanischen Kontakt zwischen den Elektroden 14 und dem zu behandelnden Bein 12 oder anderen Körperteil verhindert. Die Spule 10 und die Elektroden 14 sind über jeweils zwei nur schematisch angedeutete Drähte 16 mit einem elektrischen Funktionsgenerator 18 verbunden, der einen Strom für die Speisung der Spule 10 und eine Spannung zur Speisung der Elektroden 14 liefert.

Der an die Spule 10 gelieferte Strom kann ein symmetrischer oder unsymmetrischer Wechselstrom oder ein Gleichstrom mit überlagerter Wechselstromkomponente oder ein pulsierender Strom sein. Die Frequenz des Wechselstroms oder der Wechselstromkomponente des vom Funktionsgenerator 18 erzeugten Spulenstroms ist vorzugsweise verstellbar und liegt im Bereich zwischen z.B. 1 und 100 Hz, vorzugsweise zwischen etwa 5 und 30 Hz» Die Schwingungsform des Wechselstroms bzw. Wechselstromanteils ist vorzugsweise relativ oberwellenarm (z.B. weniger als 20% oder 10% Oberwellen) . Die Vorder- und Rückflanken der Wechselstromhalbwellen sollen nicht abrupt sondern allmählich sein, ein Rechteckwellenstrom ist also im Gegensatz zu einem sinusförmigen oder dreieckwellenförmigen Strom unerwünscht.

Der Funktionsgenerator enthält vorzugsweise Mittel zum Erzeugen von Stromverläufen, die physiologischen Schwankungsvorgängen im menschlichen Körper nachgebildet sind, z.B. dem Verlauf der Brustkorbbewegung beim Atmen, dem Drückverlauf in der Lunge oder dem Verlauf der Pulswellenform, insbesondere der Systole eines gesunden, normalen Menschens.

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Analoges gilt für die Spannung, die der Funktionsgenerator 18 an die Elektroden 14 liefert.

Die Amplituden des Wechselstroms und der Wechselspannung sind vorzugsweise einstellbar und sie haben vorzugsweise solche Werte, daß der Energieinhalt des den behandelten Körperteil durchflutenden Magnetfeldes und der Energieinhalt des den behandelten Körperteil gleichzeitig durchflutenden elektrischen Feldes wenigstens annähernd gleich sind. Die magnetische Feldstärke im Gewebe kann z.B. zwischen 20 und 200 Gauß liegen während die elektrische Feldstärke etwa O,l V/cm bis etwa 1 V/cm betragen kann.

Der Funktionsgenerator 18 kann Stellglieder zur gleichzeitigen und unabhängigen Veränderung der Amplituden der Wechselspannung und des Wechselstromes enthalten.

Vorzugsweise enthält der Funktionsgenerator 18 ferner eine Vorrichtung, die die Phasenlage zwischen Wechselstrom und Wechselspannung einzustellen gestattet. Vorzugsweise haben Wechselstrom und Wechselspannung bzw. die Wechselstrom- und Wechselspannungskomponenten des der Spule 10 zugeführten Stromes und der an die Elektroden 14 angelegten Spannung eine Phasenverschiebung von etwa 90°.

Die Spule 10 und die ihr zugeordneten Elektroden 14 sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß die in Fig. 1 schematisch dargestellten magnetischen Feldlinien im wesentlichen parallel zur Hauptrichtung der Blutbahnen im behandelten Körperteil bzw. in Längsrichtung einer behandelten Extremität verlaufen. Die elektrischen Felder sollen im Gegensatz dazu etwa senkrecht zu den Magnetfeldern verlaufen und damit etwa senkrecht zur physiologischen Orientierung, beispielsweise dem im Knochen.

I nach-,-*.. ■' -Tn örderung

Das Gerät gemäß Fig. 1 eignet sich besonders zur Förderung der Heilung geschlossener Knochenbrüche, bei denen die Osteosynthese nicht operativ, sondern durch eine äußerliche Gipsführung bewirkt wird. Bei solchen Brüchen kann die Heildauer

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und damit die Gefahr atrophischer Störungen, insbesondere bei alten Menschen, wesentlich herabgesetzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Magnetspulenanordnung 10', die eine Anzahl von Flachspulen 1Oa bis 1Of enthält, die als flachgedrückte Zylinderspulen angesehen werden können und an ihren parallel zur Windungsachse verlaufenden Längsrändern gelenkig miteinander verbunden sind, so daß sie z.B. außen an den Rumpf oder Kopf angelegt werden können und in dem betreffenden Körperteil dann ein axiales Magnetfeld erzeugen. Die Flachspulen 10a bis 1Of sind elektrisch in Reihe geschaltet und mit einem Funktionsgenerator 18 verbunden, wie anhand von Fig. 1 erläutert worden ist.

Die eine, in eine bestimmte Richtung weisende Seite jeder Flachspule 10a bis 1Of trägt eine entsprechende plattenartige Elektrode 14a bis 14f, deren Oberfläche mit einer nichtdargestellten Isolierung überzogen ist.

Die an den Flachspulen 10a bis 10c angeordneten Elektroden sind mit der einen zum Funktionsgenerator 18 führenden Leitung verbunden, während die andere zum Funktionsgenerator 18 an die Elektroden der Flachspulen 1Od bis 1Of angeschlossen ist. Die bei dieser Ausführungsform auftretende elektrische und magnetische Feldverteilung ist in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3a zeigt im Schnitt einen gebrochenen Knochen 20, der durch einen Marknagel 22 reponiert worden ist. Der Marknagel 22 enthält eine Aufnehmerspule 24 (Fig. 3b) aus einem stabförmigen Ferritkern, auf den eine Solenoidwicklung aufgebracht ist. Im Gegensatz zu den oben erwähnten bekannten "Elektro-Marknägeln" sind die Enden der Aufnehmerspule 24 jedoch nicht mit Elektroden an der Oberfläche des Marknagels verbunden, die im galvanischen Kontakt mit dem zu heilenden Knochen stehen, sondern mit Elektroden 14', deren Oberfläche isoliert ist, so daß zwischen ihnen keine galvanischen Ströme fließen können. Die Elektroden 14' können z.B. in den Marknagel eingebettet sein, der dann zumindest in diesem Bereich aus dielektrischem Material besteht.

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Der beschriebene Marknagel 22 wird wie üblich in den verletzten Knochen 20 eingesetzt und die den Marknagel 22 mit der Aufnehmerspule 24 enthaltende verletzte Extremität wird dann in das Feld einer über die verletzte Extremität geschobenen Spule 10 gebracht, die mit einem Funktionsgenerator 18 der anhand von Fig. 1 erläuterten Art verbunden ist. Die durch das Magnetfeld der Spule 10 in der Aufnehmerspule 24 induzierte Spannung gelangt zu den isolierten Elektroden 14', so daß im Knochenbereich ein elektrisches Feld entsteht, welches etwa senkrecht zum Magnetfeld verläuft. Die Spule 10 kann, wie es anhand von Fig. 1 erläutert wurde, zusätzlich mit Elektroden 14 versehen sein, die vom Funktionsgenerator 18 direkt mit einer Spannung versorgt werden, die vorzugsweise die gleiche Frequenz wie der Wechselstrom in der Spule 10 hat, diesen gegenüber jedoch in der Amplitude um etwa 90° verschoben ist.

Bei dem Gerät gemäß Fig. 3 ist selbstverständlich auch das

Magnetfeld der Aufnehmerspule 24 wirksam, die also als

valent zur Spule 10 angesehen werden kann. -

nachträglich geändert

Das Gerät gemäß Figur 4 ist ähnlich aufgebaut, wie das gemäß Figur 3a und für wirkungsgleiche Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Bei Figur 4 ist der gebrochene Knochen 20 jedoch nicht genagelt, sondern, da es sich um einen geschlossenen Bruch handelt, auf andere, nicht dargestellte Weise, z.B. durch einen Gipsverband, fixiert. Über das Glied mit dem gebrochenen Knochen 20 ist wieder eine Magnetspule 10 geschoben, an deren Innenseite zwei in ihrer Form dem verletzten Glied angepaßte, elektrisch gegen dieses isolierte Elektroden 14 zum Erzeugen eines transversalen elektrischen Feldes E angeordnet sind. Die Spule 10 und die Elektroden 14 werden durch einen Funktionsgenerator 18· mit einem niederfrequenten Strom bzw. einer niederfrequenten Spannung gespeist. Hier wird jedoch der Funktionsgenerator 18' durch einen Pulsaufnehmer 30 synchronisiert oder gesteuert, d.h. daß in letzterem Falle der Verlauf des Wechselstromes bzw. der Wechselspannung dem der

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Pulsdruckwelle entspricht. Der Funktionsgenerator 18' kann alternativ auch durch ein EKG synchronisiert oder hinsichtlich des Kurvenverlaufes gesteuert werden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsformen des vorliegenden Gerätes die einen stiftförmigen Körper 32 mit abgerundeten Enden aufweisen, der z.B. aus einem Fluorkohlenstoff-Polymer bestehen kann. Im Körper befindet sich eine im wesentlichen zylinderförmige Aufnehmerspule 24, die/einen nichtdargestellten, stabförmigen Magnetkern enthalten kann.

Die Enden der Aufnehmerspule sind mit jeweils zwei Elektroden verbunden, die im Körper 32 einbettet sind. Vorzugsweise sind die Oberflächen der Elektroden isoliert, so daß von ihnen keine galvanischen Ströme ausgehen können. Die Elektroden 14a -der Ausführungsform gemäß Figur 5 haben die Form von Teilen eines Zylindermantels und sind auf entgegengesetzten Seiten des Körpers 32 angeordnet. Die Elektroden 14b der Ausführungsform gemäß Figur 6 sind ringförmig und am Körper 32 mit axialem Abstand angeordnet.

Die Ausführungsformen gemäß Figur 5 und 6 können z.B. bei Osteomyelitis in den Markkanal eines Knochens eingesetzt werden, sie eignen sich ferner zur Erzeugung von autologem Gefäßersatz durch Umwachsen oder Einkapselung.

Das vorliegende Gerät eignet sich besonders gut zur Förderung von Heilungsprozessen in und unter der geschlossenen Haut, also z.B. bei geschlossenen Brüchen und auch bei pathologischen Prozessen im Gewebe. Vermutlich hat die Polarisationskraft des elektrischen Feldes einen maßgeblichen Einfluß auf die Wiederherstellung der gestörten Struktur des Gewebes während die Verteilung von Blutgefäßen innerhalb der Struktur direkt durch das magnetische Feld beeinflußt wird. Durch das Zusammenwirken von elektrischem und magnetischem Feld werden also die wesentlichen

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Voraussetzungen für den Heilungsprozess geschaffen.

Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der biologischen Prozesse im Gewebe ergibt sich dadurch, daß man dem magnetischen und/oder elektrischen Wechselfeld, besonders letzterem, eine Gleichkomponente überlagert, die gegebenenfalls so groß sein kann, daß eine Polaritätsumkehr des Feldes nicht mehr eintritt sondern ein pulsierendes Feld vorgegebener Polarität einwirkt. In diesem Falle kann der Funktionsgenerator 18 bzw. 18¹ Schaltungsanordnungen enthalten, die dem der Spule 10 zugeführten Wechselstrom einen Gleichstrom vorzugsweise einstellbarer Amplitude und gegebenenfalls einstellbarer Polarität zu überlagern gestattet und/ oder der den Elektroden 14 zugeführten Wechselspannung eine Gleichspannung vorzugsweise einstellbarer Amplitude und Polarität zu überlagern gestattet.

Die bevorzugte Phasenbeziehung zwischen elektrischem und magnetischem Feld kann außer durch ein gegebenenfalls verstellbares Verzögerungsglied im Funktionsgenerator auch durch ein Differenzierglied erzeugt werden, das aus dem die Spule 10 speisenden Wechselstrom eine Wechselspannung ableitet, deren Verlauf dem zeitlichen Differential des Wechselstromes entspricht. Die Verwendung eines Differenziergliedes zurErzeugung der gewünschten Phasenverschiebung zwischen magnetischem und elektrischem Feld eignet sich besonders bei Verwendung von nicht sinusförmigen Strom- bzw. Spannungsverläufen, z.B. wenn der Verlauf der Felder dem einer biologischen Größe, z.B. der Pulsdruckwelle oder Systole angepaßt werden soll.

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Claims

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Ansprüche

'Gerät zur Förderung von Heilungsprozessen mit einer an einem zu behandelnden Körperteil anlegbaren Spule, die an eine Quelle für einen mit niedriger Frequenz schwankenden Strom anschließbar ist und ein entsprechendes Magnetfeld zu erzeugen gestattet, das den zu behandelnden Körperteil durchflutet, dadurch gekennzeichnet, daß der Spule (10, 24) zwei im Abstand voneinander angeordnete und an eine Quelle (10, 24) für eine mit niedriger Frequenz schwankende Spannung anschließbare, flächige Elektroden (14, I4a-l4f, 14') zum Erzeugen eines den zu behandelnden Körperteil gleichzeitig mit dem Magnetfeld durchflutenden elektrischen Feldes zugeordnet sind.
2.) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (14) wenigstens annähernd parallel zu der von den Spulenwindungen eingenommenen Fläche verlaufen.
3.) Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Spule aus einer Anzahl von gelenkig miteinander verbundenen Flachspulen (lOa-lOf) besteht, von denen mindestens zwei mit einer flächigen Elektrode versehen sind.
4.) Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine in einem Marknagel, einer Schiene, einer Huftkopfprothese oder dgl. angeordnete oder an dieser befestigte Aufnehmerspule (24), deren Anschlüsse mit mindestens zwei isolierten, flächigen Elektroden (14') verbunden sind.
5.) Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für den Spulenstrom und die Quelle für die Elektrodenspannung einen Generator enthält, der den Strom und die Spannung mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von näherungsweise 90° liefert.

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6.) Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für den Spulenstrom und die Quelle für die Elektrodenspannung ein Differenzierglied enthält, das eine dem zeitlichen Differential des Spulenstroms entsprechende Spannung für die Elektroden liefert.
7.) Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für den Spulenstrom eine Schaltungsanorladung enthält, die dem Spulenstrom einen Gleichstrom einstellbarer Größe zu überlagern gestattet.
8.) Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Quelle für die Elektrodenspannung eine Schaltungsanordnung enthält, die der Elektrodenspannung eine Gleichspannung einstellbarer Größe und Polarität zu überlagern gestattet.
9.) Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet d u r ch einen stabförmigen Körper (32) aus gewebeverträglichem Isoliermaterial, der eine Aufnehmerspule (24) und zwei mit dieser elektrisch verbundene, bei der Körperoberfläche verlaufende Elektroden (14a, 14b) vorzugsweise mit isolierten Oberflächen enthält.

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