DE3217494A1 - Schmerzblockierende bandage mit einem impulsgenerator - Google Patents

Description

PFENNING · MAAS :· iMW-ip·;' ·^: PATENTANWÄLTE SPOTT """PUSCÖMANN Berlin München

DC 2377

Dow Corning Corporation

Beschreibung

Schmerzblockierende Bandage mit einem Impulsgenerator

Die Erfindung betrifft eine in sich geschlossene selbst versorgte Bandage gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 014 347 beschrieben und dargestellt ist.

Solche Bandagen sind ganz allgemein als schmerzblockierende Bandagen bekanntgeworden und werden einer verwundeten Körperstelle zugeordnet, um die dort entstehenden Schmerzen im Sinne einer Blockierung zu beeinflussen, indem schwache elektrische Signale durch die Haut in die darunter liegenden Nerven gebracht werden in Übereinstimmung mit einer als "transkutane elektrische Nerven Stimulation", allgemein bekannt unter dem Begriff "TENS" (transcutaneous electrical nerve stimulation). Es ist nämlich gefunden worden, daß elektrischer Strom in der Lage ist, in irgendeiner Weise die von der peripheren Nerven unmittelbar neben der verwundeten Körperstelle weitergeleiteten Schmerzsignale zu blockieren oder in einem solchen Sinne zu beeinflussen.

Solche Bandagen sind daher in sich geschlossene Systeme ohne Kabel oder Drähte für die Verbindung mit einer externen Stromquelle, eines Impulsgenerators oder eines

Signalgenerators und ähnlichem und weisen ein flexibles Gehäuse auf, das eine stromquelle, einen Impulsgenerator und einen Impulsausgabeschaltkreis umfasst, um sich wiederholende Schwachstromimpulse mit fester Amplitude zu erzeugen und diese an flache am Gehäuseboden befindliche Elektroden zuzuleiten, Zwischen den Elektroden und der Haut des Patienten ist ein ein flexibles segmentiertes elektrolytisches QeI enthaltendes Bauteil anzuordnen, um den elektrischen Impulsen zu ermöglichen, von der einen Elektrode und einem zugeordneten elektrolytischen Segment durch die Haut des Patienten zurück zu einem weiteren elektrolytischen Segment und die zugeordnete zweite Elektrode zu fließen. Solche Bandagen müssen daher als kleine und transportable sowie relativ preiswerte Vorrichtungen ausgebildet sein, im Gegensatz zu bereits bekannten sogenannten TENS-Einheiten, welche die Anbringung von Drähten, Kabeln und Elektroden an genau bestimmte Körperstellen sowie die Einstellung der Impuls-Rate der Impulsamplitude und der Impulsfrequenz in einem externen Impulssignalgenerator erfordern. Da im Gegensatz hierzu die genannten Bandagen kleine in sich abgeschlossene und eigenversorgte Einheiten sind, können diese von jeder beliebigen Person ohne spezielle Übung und Training angewendet werden, zumal die Impulsrate, die Impulsamplitude und die Impulsfrequenz normalerweise fest eingestellt sind und daher nicht zu verändern sind.

Im allgemeinen liefern solche schmerzblockierende Vorrichtungen eine Impulsrate von etwa 100 Impulsen pro Sekunde und eine Pulsweite von etwa 100 Mikrosekunden und einer Pulsamplitude von ca. 20 Volt, gemessen von Spitze zu Spitzer wenn sie als kleinere Bandagen ausgebildet sind. Bei größeren Bandagen dagegen beträgt die Pulsamplitude ca. 80 Volt von Spitze zu Spitze gemessen. In besonderen

Behandlungssituationen ist es wünschenswert, daß größere Impulsenergie während der Impulsabgabe verabreicht werden. Bei größeren Anlagen der genannten TENS-Bauart kann dies einfach dadurch erreicht werden, . daß diePulsbreite vergrößert wird, daß die Pulsamplitude erhöht oder die Leistung der Energiequelle vergrößert wird. Demgemäß ist in der US-PS 4 105 017 eine Einrichtung mit zwei Betriebsweisen beschrieben. In der zweiten Betriebsart dieser Einrichtung wird ein Impulsstrom erzeugt mit periodisch sich wiederholenden Impulsgruppen, bei dem die Breite der Impulsgruppen erheblich größer ist als die in der normalen Betriebsweise benutzte Impulsbreite der Einzelimpulse, also innerhalb der ersten Betriebsweise. Die Ursache für diese größeren Impulsgruppen ist der Wunsch, eine effektivere Gewebebehandlung zu erreichen. Dies wird bei der vorbekannten Einrichtung dadurch erzielt, daß die Impulsgruppen im Gegensatz zu Einzelimpulsen durch die Benutzung von Taschaltungen in Verbindung mit zwei Oszillatoren erzeugt werden, von denen der eine auf einer niedrigeren und der andere auf einer höheren Frequenz arbeitet. Es hat sich als wünschenswert ergeben, auch bei kleineren tragbaren TENS-Anordnungen dieser Art die Energie des einzelnen Behandlungsimpulses zu erhöhen. Bei tragbaren Anordnungen ist jedoch der Weg über zwei Oszillatoren in Verbindung mit Torschaltungen nicht gangbar, da hierdurch nicht die Impulsenergie, in eine Impulsreihe erhöhbar ist, stattdessen hierbei die effektive Energie erniedrigt, ganz abgesehen davon, daß die Kosten der Anordnung erhöht werden und zusätzlicher Raum benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, insbesondere

zu vereinfachen, daß mit Hilfe einer einfachen wirtschaftlich arbeitenden Schaltungsanordnung schmerzblockierende Impulsströme von periodisch sich wiederholenden Impulsgruppen erzeugbar sind, die mit der gleichen WiederholungsfrSquenz arbeiten wie die bisher bekannten Schaltungsanordnungen, wobei die gewünschte Energieerhöhung pro Impulsgruppe ohne Austausch der Energiequelle, der Änderung der Impulsweite oder der Wiederholungsrate erzielbar sein soll, .wie dies die bekannten Schaltungsanordnungen benötigen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht ihre Unterbringung in einer in sich geschlossenen selbst-versorgten, nach der TENS-Betriebsweise arbeitenden Bandage und liefert die gewünschten Impulsströme mit von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen mit fest vorgegebener Wiederholungsfrequenz, so daß ein Patient dieses selbst bedienen kann, .da weder Versorgungskabel herumhängen noch eine äußere Energiequelle anzuschließen ist und ohne das Pulsweiten oder Wiederholungsfrequenzen einzustellen sind. Zur gewünschten Schmerzlinderung ist lediglich die Impuls-Amplitude einzustellen, was ohne spezielles Training möglich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im einzelnen zeigen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer in sich geschlossenen selbst versorgten, die erfindungsgemäße Schaltung beinhaltende Bandage im an einer schmerzbehafteten Körperstelle eines Patienten angebrachten Zustand,

Figur 2 ein Blockschaltbild der innerhalb der Bandage nach Figur 1 untergebrachten elektrischen Schaltungsanordnung mit einem Rückkopplungszweig gemäß der Erfindung,

Figur 3 einen elektrischen Stromlaufplan des Blockschaltbildes, der in der Bandage enthaltenden Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 zur Erzeugung eines Impulsstromes von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen und

Figur 4 ein schematisches Impulsdiagramm des Impulsstromes von periodisch, sich wiederholender Impulsgruppen gemäß dem Prinzip der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine in sich geschlossene selbst versorgte schmerzblockierende Bandage 3D so ausgebildet, daß sie an einer verwundeten.. Stelle des Körpers eines Patienten, hier am Unterarm 12, angebracht werden kann. Die Bandage 10 weist ein flexibles Gehäuse 14 für eine tragbare Stromversorgungsquelle und ein flexibles Gehäuse für eine, noch zu beschreibende von der Stromversorgungsquelle versorgten Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Impulsstromes von periodisch sich wiederholende Impulsgruppen auf, ferner einen Ein- und Aus-Schalter 18 und

eine Schaltscheibe 20 für das Einstellen der Impulsamplitude der ausgehenden Impulssignale.

Die Gehäuse 14 und 16 sind integrale Bauteile einer Grundplatte 22, die an ihre dem Körper des Patienten zugewandten Bodenfläche entsprechend flache Elektroden enthält. Wie an sich bekannt, ist zwischen dem Körper des Patienten und den flachen Elektroden eine . flexible Elektrolyt-Auflage einzufügen, die segmentierte Gel-Abschnitte enthält. Die beschriebene Bandage wird an der anzubringenden Stelle mit Hilfe von geeigneten Klebebändern oder Pflastern 24 gehalten, die.über der Grundplatte 22 liegen.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der im Gehäuse 16 befindlichen Schaltungsanordnung dargestellt, die der Erzeugung der genannten Impulsströme von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen dient. Sie weist einen Impulsgenerator 28 zur Erzeugung sich wiederholender Impulse 30 auf, die über eine Impulspuffer- und -Former-Stufe 32 einer Impulsausgangsstufe 34 zugeleitet werden. Ein positiver Rückkopplungsschaltkreis 36 überbrückt die Impulsausgangs-Stufe 34 und bewirkt, daß Impulsströme von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen 38 entstehen, deren Amplitude mittels der Stufe 40 einstellbar ist, die gleichzeitig die Impulsgruppen mittels der Klemmen A und B an die entsprechenden Elektroden an der Unterseite der Grundplatte 22 weiterleiten. Schließlich ist ein Wandler 42 vorgesehen, der auf die Änderungen der Amplitude anspricht, um einen hörbaren Ton zu erzeugen, dessen Höhe- oder Stärke- einer Anzeige der augenblicklichen Amplitudenhöhe ist, die über die Stufe 40 einstellbar ist.

In Fig. 3 ist der zum eben beschriebenen Blockschaltbild

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gehörende Übersichts-Stromlaufplan mit Ausnahme der Triggerstufe 44, die in Fig. 22 nicht dargestellt ist, gezeigt. Als Alternative zum Ein- und Aus-Schalter 18, durch den der Impulsgenerator 28 eingeschaltet wird, ist die Triggerstufe 44 vorgesehen, die an eine nicht dargestellte dritte Elektrode in der Grundplatte über eine Eingangsklemme C anzuschließen ist, vgl. auch Fig. 3, links oben.

Im Stromlaufplan der Fig. 3, sobald die Bandage 10 auf der Haut des Patienten aufliegt, wird die Triggerstufe 44 durch Betätigen des Ein- und Aus-Schalters 18 imitiert, der in Reihe mit der Stromversorgungsquelle liegt und dadurch auch die Triggerstufe versorgt, um die Erzeugung der Impulse 30 zu veranlassen.

Wenn, wie Fig. 3 zeigt, die Triggerstufe 44 eingeschaltet ist, wird ein Transistor 46 in den Leitzustand gebracht und die Stromversorgungsquelle an einen von einem Serienwiderstand 48 und einem Kondensator 51 gebildeten RC-Zeitkreis geschaltet, der die Schwingfrequenz bzw. die Wiederholungsrate im ausgehenden Impulssignalstrom bestimmt. Der Widerstand 48 und der Kondensator 50 in Verbindung mit den Unijunction-Transistor 52 liefern ein Impulssignal mit einer Impulswiederholungsrate von etwa 150 Impulsen pro Sekunde mit einer Impulsbreite zwischen 50 bis 400 Mikrosekunden und einer Impulsamplitude zwischen einem Minimum von Null Volt, Spitze zu Spitze gemessen, und einem Maximum von etwa 60 bis 80 Volt, ebenfalls von Spitze zu Spitze gemessen.

Eine onp-impulspuffer- und Impulsformer-Stufe enthält einen Transistor 54, um die Impulse 30 bezüglich ihrer

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Impulsbreite und Amplitude zu optimieren und leitet die entsprechenden Ausgangsimpulse über einen Widerstand 56 zu einer Impulsausgangsstufe, die von einem npn-Transistor 58 und von einem Ausgangstransformator 60 gebildet ist. Der Ausgangstransformator 60 weist eine Primärwicklung 62 und eine mit einer Mittelanzapfung 70 versehene Sekundärwicklung 64 auf.

Der positive Rückkopplungsschaltkreis 36 enthält einen Widerstand 66 in Reihenschaltung mit einem Kondensator 68, die zwischen der Mittelanzapfung 70 des Ausgangstransformators und der Eingangsklemme oder Schaltpunkt Impulsformerstufe liegen.

Zwischen die Klemmen der Sekundärwicklung des Ausgangs- ■ transformator ist ein Potentiometer 74 gelegt, dessen veränderlicher Abgriff 76 mit der Ausgangsklemme A verbunden ist.

Es ist nun gefunden worden, daß durch eine Einstellung des als Potentiometers geschalteten Widerstandes 66 die an den Ausgangsklemmen A und B erscheinenden Impulsgruppen aus einem, aus zwei oder aus drei Impulsen bestehen können. Beispielsweise zeigt Fig. 4 eine sich wiederholende Impulsgruppe mit jeweils drei Impulsen, und zwar mit der gleichen Impulswiederholungsfrequenz, mit der die Impulse 30 durch den Impulsgenerator 28 erzeugt werden. Wie Fig. 4 ferner zeigt, enthält jede Impulsgruppe eine Kombination von Impulsen 80, 82 und 84, die jeweils durch das Ruhestrom-Niveau 86 voneinander getrennt sind.

Die Impulsamplitude ist durch Ändern des Potentiometer-

armes 76 einstellbar. Ein piezoelektrischer Kristallschallwandler 88 liegt zwischen den Ausgangsklemmen A und B und erzeugt eine hörbare Anzeige der augenblicklichen Impulsamplitude. Sobald die Impulsamplitude geändert wird, ändert sich auch die Tonhöhe - Lautstärke des Schallwandlers 88 in der Weise, daß bei höherer Impulsamplitude der hörbare Ton höher, bei kleineren Impulsamplitude der hörbare Ton tiefer liegt. Auf diese Weise hat der Benutzer der Bandage einen direkten hörbaren Hinweis auf die Höhe der augenblicklich eingestellten Impulsamplitude.

Schließlich ist ein Beipaß-Kondensator 90 zwischen den Klemmen der Stromversorgungsquelle gelegt.

In einem hergestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Fig. 2 und 3 wurde eine Impulsgruppenwiederholungsfrequenz von etwa 70 Hz erzielt mit einer Impulsgruppenbreite von etwa 160 AJ see; die Impulsgruppen-Amplitude ist einstellbar von einem Niveau Null Volt bis etwa 60 bis 80 Volt, gemessen von Spitze zu Spitze. Die Werte der hier zu verwendeten Bauteile gemäß Fig. 3 sind: Widerstand 11 = 50 KOhm, Widerstand 13 = 200 KOhm, Widerstand 48 = 68KOhm, Widerstand 15 = 100 Ohm, Widerstand 17 =! 220 Ohm, Widerstand 19 = 5,6 K Ohm, Widerstand 21 β 47 Ohm, Widerstand 23 = 1 KOhm, Widerstand 56 » 10 KOhm, Potentiometer 66 β 50 Ohm, Potentiometer 74 = 5 KOhm Kondensator 50 « 0,1 Mfd, Kondensator 90.» 10 Mfd, Elektrolyt, Kondensator 68 == 0,1 ,uF, Transistor 45 = Type MPS A20, Unijunction-Transistor 52 = Type 2N2646 oder 2N4871, Transistor 54 = Type 2N3906, Transistor 58 a Type MPS Al4.

Der Ausgangstransformator 60 ist ein sogenannter Audio-Transformator mit einem Eingangswiderstand von 8 Ohm

primärseitig und einer Sekundärwicklung mit einem Audio-Frequenzwiderstand von IK Ohm mit einem Gleichstrom-Primär-Widerstand von 0,95 Ohm und einem Gleichstrom-Sekundär-Widerstand von 6,5 Ohm. Der piezoelektrische Wandler 88 ist unter der Typenbezeichnung 7BB-20-6AO von der Firma Murata erhältlich.

Durch die vorstehende bis ins einzelne gehende Beschreibung der Schaltungsanordnung soll keinerlei Einschränkung des Erfindungsgedankens erfolgen, für den hier tätigen Durchschnittsfachmann sind Änderungen der beschriebenen Schaltkomponenten ohne weiteres möglich.

Claims (12)

1. PFENNING · MAAS**:- fMElkl&;\: PATENTANWÄLTE SPOTT **" PUSCHMANN """ Berlin München

   DC 2377

   Dow Corning Corporation Midland, Michigan, V.St.A.

   Patentansprüche

   \X)'In sich geschlossene, selbst-versorgte Bandage zum Anbringen an einer Körperstelle eines Patienten, die einer schmerzhaften Stelle benachbart ist, mit einem Schaltkreis zum Erzeugen von sich wiederholenden Schwachstrom-Impulsen innerhalb der Körperstelle, um die von der schmerzenden Stelle ausgehenden Schmerzen zu blockieren, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Schaltkreis (28, 32, 34, 40) ein Rückkopplungsstromkreis (36) derart gekoppelt ist, daß ein Impulsstrom von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen auf den Patienten einwirkt.
2. 2. Bandage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rückkopplungsstromkreis (36) eine positive Rückkopplung erzeugende Bauteile umfasst.
3. 3. Bandage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Rückkopplungsstromkreis (36) aus einer Serienschaltung eines Widerstandes (66) und eines Kondensators (68) besteht.
4. 4. Bandage nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -

   zeichnet , daß der Serienwiderstand (66) des Rückkopplungsstromkreises (36) einstellbar ist, um den Betrag der positiven Rückkopplung und damit die daraus resultierende Anzahl der Einzelimpulse innerhalb der sich wiederholenden Impulsgruppen zu ändern.
5. 5. Bandage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (74, 76) für das Ändern der Amplitude der sich wiederholenden Impulsgruppen vorgesehen ist*
6. 6. Bandage zum Anbringen an einer einer schmerzhaften Körperstelle eines Patienten benachbarten Stelle, mit einer eine Stromversorgung, einen Imoulsgenerator.und einen Impulsausgabekreis umfassenden Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Schwachstrom-Impulsen mit fester Amplitude und einer vorgegebenen Wiederholungsfrequenz innerhalb des Körpers des Patienten, um die von einer verletzten Stelle ausgehenden Schmerzen zu blockieren, dadurch - · gekennzeichnet , daß mit dem Schaltkreis (28, 32, .34, 40) ein Rückkopplungskreis (36) derart gekoppelt ist, daß sich ein Impulsstrom von periodisch sich wiederholender Impulsgruppen erzeugt wird, dessen Wiederholungsfrequenz der fest vorgegebenen Wiederholungsfrequenz des Schaltkreises entspricht, daß mit dem Impulsausgabekreis (40) Schaltmittel (74, 76) zum Variieren der •Impulsamplituden verbunden sind und daß mit diesen Schaltmitteln (74,76) schallerzeugende Schaltmittel (42,88) ver-bunden sind zwecks Erzeugung eines von der jeweils eingestell

   Impulsamplitude der Impulse innerhalb der Impulsgruppen abhängigen hörbaren Signals.
7. 7. Bandage nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η - zeichnet, daß der Rückkopplungsschaltkreis (36) ein den Impulsausgabekreis (34) überbrückender positiver Rückkopplungsschaltkreis ist.
8. 8. Bandage nach Anspruch 7, .dadurch gekennzeichnet , daß der Rückkopplungsstromkreis (36) die Serienschaltung.eines Widerstandes (66) und eines Kondensators (68) umfasst.
9. 9. Bandage nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Impulsausgabekreis (34) einen Transformator (60) umfasst, mit einer einen Mittelabgriff (70) aufweisenden Sekundärwicklung (64), und daß der Rückkopplungsschaltkreis zwischen dem Mittelabgriff und dem Impulsausgabekreis (Schaltpunkt 72) liegt.
10. 10. Bandage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Einstellung der Amplitude ein einstellbares Potentiometer (74) enthalten, das zwischen den Ausgangsklemmen (A, B) der Sekundärwicklung (64) des Transformators (60) liegt.
11. 11. Bandage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltmittel zur hörbaren Anzeige einen piezoelektrischen Lautsprecher (88) aufweisen.
12. 12. Bandage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis (36) lediglich passive Schaltelemente (66,68) aufweist.