Gebiet der Erfindung:
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Diese Erfindung betrifft allgemein Wärmetherapie,
insbesondere eine eingriffsfreie Technik zum Lindern von Schmerz und
zum Erzielen anderer Heilwirkungen, bei denen die Hautfläche
eines Patienten über einem Problembereich einen
Koronaentladungsstrahl ausgesetzt wird, der durch periodische
Signalbündel mit Radio- oder Hochfrequenzenergie erzeugt wird,
deren Wiederholrate im Schallfrequenzbereich liegt.
Stand der Technik:
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Der Begriff "Problembereich", wie er hier verwendet wird,
betrifft eine Muskelgruppe, ein arthritisches Gelenk oder
einen beliebigen anderen Ort unter der Haut eines Patienten,
der Schwierigkeiten hervorruft, und der sich für Behandlung
durch Wärmetherapie anbietet.
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Im Inneren des menschlichen Körpers herrscht ein normales
Temperaturnieveau, für das allgemein ausgeführt wird, daß es
bei 98,6 ºF liegt. Tatsächlich steigt die Körpertemperatur
jedoch im Verlauf einer Periode von 24 Stunden etwas über
diesen Nennwert oder sie fällt etwas darunter. Die
Körpertemperatur wird durch die Beziehung bestimmt, die zwischen
der intern erzeugten Wärmemenge, die vom Grundstoffwechsel
abhängt, und der aus dem Körper entweichenden Wärmemenge
besteht. Zusätzliche Wärme wird als Ergebnis von
Muskelaktivität erzeugt, welche Wärme durch erhöhte Abstrahlung,
Leitung oder Verdampfung von der Hautoberfläche sowie durch
schnelleres und tieferes Atmen abgeleitet wird. Wenn die vom
Körper erzeugte Wärme dessen Wärmeverluste überschreitet,
führt dies zu Fieber.
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Praktiker auf medizinischem Gebiet wissen seit alter Zeit,
daß das Zuführen von Wärme zum Körper beim Lindern von
Muskelkater und verschiedenen andauernden und kurzzeitigen
Schmerzen von Nutzen ist, wie auch bei der Behandlung
bestimmter krankhafter Zustände. So ist die Verwendung von
Wärme zur Behandlung von Arthritis und anderer Anomalitäten
nun alltäglich. Wärmflaschen und elektrische Heizkissen sind
in weitverbreiteter Verwendung, nicht nur zum
Zurverfügungstellen von Wärme, sondern auch dazu, eine gewisse Linderung
oder Therapie in verschiedenen Zuständen zu schaffen. Das
Zuführen von Wärme zur Oberfläche eines Körpers kann durch
Konvektion, durch direkte Berührung mit einer erwärmten
Substanz, d.h. durch Leitung oder durch Einstrahlen von
Energie in den Körper erfolgen.
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Wie in Kapitel 10 von "Therapeutic Heat" im Text
"Therapeutic Heat and Cold", herausgegeben von Justus F. Lehmann und
1982 von Williams and Wilkins veröffentlicht, aufgezeigt,
ist es allgemein anerkannt, daß Wärme wünschenswerte
therapeutische Wirkungen erzielt, da sie die Dehnbarkeit von
Kollagengeweben erhöht, Gelenksteifigkeit verringert und
Schmerzlinderung bewirkt. Darüber hinaus lindert Wärme
Muskelkrämpfe, sie hilft bei der Auflösung entzündlicher
Infiltrate, Ödeme und Exsudate, und sie verbessert den Blutfluß.
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Die genauen physiologischen Mechanismen, durch die
zugeführte Wärme beruhigende und schmerzlindernde Wirkungen
hervorruft, sind nicht bekannt, jedoch ist unabhängig davon, wie
Wärme erzeugt wird, das Ergebnis innerhalb des erwärmten
Gewebes im wesentlichen dasselbe, da Wärme einen
Temperaturanstieg des Gewebes mit einem begleitenden Stoffwechselanstieg
erzeugt. Infolgedessen besteht eine relative Zunahme bei der
Ansammlung von Stoffwechselabfallstoffen, wie Kohledioxid
und sauren Stoffwechselprodukten. Da Wärme auch als
Gefäßerweiterungsmittel wirkt, führt diese Erweiterung zu erhöhter
örtlicher Zirkulation und führt zu verbesserter
Zellversorgung und erhöhtem Austausch von Abfallprodukten. Weitere
Vorteile werden erzielt, da eine große Anzahl von Phagozyten
und Antikörpern durch das Blut in den erwärmten Bereich
transportiert werden.
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Eine der Erfindung entsprechende Technik verwendet
Umwandlungserwärmung, zu der das Umwandeln der einen oder anderen
Form von Energie in Wärme gehört. Die am üblichsten
verwendeten Quellen für derartige Energie sind Hochfrequenzwellen
im kurzwelligen Wellenlängenbereich sowie in den
Mikrowellenbändern des Spektrums elektromagnetischer Wellen, und
Ultraschallenergie. Kurzwellendiathermie verwendet
Hochfrequenzwellen im Frequenzbereich von 10 bis 100 MHz, wobei das
menschliche Gewebe mit Hochfrequenzstrom behandelt wird,
entweder durch Induktion oder durch Leitung. Bei
Mikrowellendiathermie beträgt die Frequenz für gewöhnlich etwa
2.500 MHz. Während Kurzwellendiathermie dazu neigt, sich im
Körpergewebe weit auszubreiten, sind Mikrowellen
quasioptisch und können zum Aufheizen kleiner ausgewählter Bereiche
fokussiert und ausgerichtet werden.
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UItraschallwellentherapie verwendet
Hochfrequenzschallwellen, jedoch ist diese Energie hinsichtlich ihrer
Heizeigenschaften selektiv. Da Ultraschallenergie an Grenzflächen im
Körper reflektiert wird, kann sie in übergroßen Dosen
zerstörend sein.
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Die Erfindung betrifft eine therapeutische Technik, bei der
ein Koronaentladungsstrahl dadurch erzeugt wird, daß eine
Entladungselektrode Signalbündeln mit Hochfrequenzenergie
ausgesetzt wird, deren Wiederholungsrate im
Ultraschallfrequenzbereich liegt. Demgemäß sind die Patente US-A-
3,676,633 und US-A-3,617,684 für Di Mino von
Hintergrundinteresse, bei denen ein Koronaentladungsstrahl auf einen
Widerstand in einer gedruckten Schaltung gerichtet wird, um
den ohmschen Wert desselben zu ändern. Diese Patente haben
jedoch nichts mit Wärmetherapie zu tun.
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Von Hintergrundinteresse ist auch das Patent US-A-4,368,410
für Hance et al, das eine Ultraschalltherapietechnik
offenbart, bei der die Ultraschallenergie gepulst wird. Gemäß dem
Patent US-A-3,980,906 für Kuris et al wird mit einer
Schallrate modulierte Ultraschallenergie einer schwingenden
Zahnbürste oder einem Rasierapparat zugeführt. Gemäß dem
Dokument US-A-4,343,301 für Indeck wird eingriffsfreie
Neurochirurgie unter Verwendung zweier Ultraschallstrahlen
ausgeführt, um ein niederfrequentes Schwebungsmuster zu erzeugen.
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Auf dem Gebiet der Ultraschalltherapie finden sich die
Patente US-A-4,177,819 für Kofsky et al, US-A-4,153,061 für
Nemic, und US-A-3,096,768 für Griffith.
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GB-A-2,026,322 beschreibt eine Vorrichtung zur
Gewebebehandlung durch Elektrotherapie, bei der Einrichtungen zur
Übermodulation eines Radiofrequenz-Trägersignals mittels eines
Schallfrequenz-Modulationssignals, um das Trägersignal
periodisch zu unterbrechen, wodurch diskrete, periodisch
voneinander getrennte Signalbündel mit Radiofrequenz-Energie
erzeugt werden, und eine Elektrode vorgesehen sind, an die
die Signalbündel mit Radiofrequenz-Energie zur Behandlung
eines zu behandelndes Gewebebereichs durch Einsatz der
Elektrode angelegt werden. Diese Vorrichtung dient zum
Stimulieren von Knochenwachstum und zum Heilen von
Weichgewebezellen, und sie weist eine oder mehrere Kontaktelektroden zur
Anordnung auf der Hautoberfläche auf, um ein elektrisches
Potential an das darunterliegende Gewebe anzulegen. Die
Vorrichtung gemäß GB-A-2,026,322 ist keine
Wärmetherapievorrichtung.
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US-A-4,572,194 offenbart eine Elektrotherapievorrichtung,
bei der eine dauernde Koronaentladung durch eine
gleichgerichtete Hochspannung erzeugt wird.
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur
Gewebebehandlung durch Elektrotherapie angegeben, in der Einrichtungen
zur Übermodulation eines Radiofrequenz-Trägersignals mittels
eines Schallfrequenz-Modulationssignals, um das Trägersignal
periodisch zu unterbrechen, wodurch diskrete, periodisch
voneinander getrennte Signalbündel mit Radiofrequenz-Energie
erzeugt werden, und eine Elektrode vorgesehen sind, an die
die Signalbündel mit Radiofrequenz-Energie zur Behandlung
eines zu behandelnden Gewebebereichs durch Einsatz der
Elektrode angelegt werden, wie aus dem oben angegebenen Dokument
GB-A-2,026,322 bekannt, wobei die erfindungsgemäße
Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrode eine
Nicht-Kontakt-Glimmentladungselektrode ist, die einen auf
dem zu behandelnden Gewebebereich auftretenden
Glimmentladungsstrahl erzeugt, wenn die Elektrode mit Signalbündeln
mit Radiofrequenz-Energie versorgt wird, und gegenüber dem
zu behandelnden Gewebegebiet beabstandet ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
einer Wärmetherapievorrichtung beschrieben, um Schmerz zu
lindern und andere vorteilhafte Wirkungen dadurch zu
erzielen, daß die Haut eines Patienten in einer Fläche über einem
Problembereich einem Koronaentladungsstrahl ausgesetzt wird,
der von einer Spannungsquelle im unteren Hochfrequenzbereich
erzeugt wird, wobei der Koronaentladungsstrahl keine
nachteiligen Auswirkungen auf den Patienten hat. Der Begriff
"unterer Hochfrequenzbereich", wie er hierbei verwendet
wird, betrifft dasjenige Band im Hochfrequenzspektrum, das
im Frequenzbereich von 100.000 bis 1.000.000 Hz liegt, wie
es normalerweise für Nachrichtenübertragung über lange
Strecken verwendet wird. Dieses untere Hochfrequenzband ist
in weitem Umfang für Funktelegraphie reserviert, wurde
jedoch bisher nicht bei der Diathermie verwendet. Die
Hochfrequenzleistung zum Erzeugen des Koronaentladungsstrahls
wird in periodischen Signalbündeln erzeugt, deren
Wiederholungsrate im Schallfrequenzbereich liegt. Es wird eine
Sonde mit Entladungselektrode verwendet, die so gehandhabt
werden kann, daß sie eine beliebige Hautfläche eines
Patienten über einem Problembereich abrastert. Ein
Koronaentladungsstrahl wird von der Spitze der Elektrode abgestrahlt
und trifft auf die Haut, wo er von dem darunterliegenden
Gewebe des Patienten zu absorbieren ist und in
therapeutische Wärme umzuwandeln ist. Der Koronaentladungsstrahl wird
von einer Energieerzeugungseinheit gewonnen, bei der ein
Träger im unteren Hochfrequenzbereich mit relativ niedriger
Leistung durch ein Schallfrequenzsignal übermoduliert wird,
um diskrete, voneinander getrennte, periodische
Hochfrequenzbündel zu erzeugen, deren Wiederholungsrate mit der
Schallfrequenz übereinstimmt, und deren Spitzenamplitude
eine solche ist, daß eine Koronaentladung bewirkt wird.
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Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung werden
insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, und sie
werden in der folgenden detaillierten Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert, das in
Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 veranschaulicht die Grundkomponenten eines
erfindungsgemäßen Systems, wie es beim Ausüben einer
Wärmetherapietechnik verwendet wird;
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Fig. 2 ist ein Blockschaltdiagramm, das die verschiedenen
Stufen von Energieerzeugungseinheiten im System zeigt;
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Fig. 3 veranschaulicht den Signalverlauf der an die
Entladungselektrode im System angelegten Spannung; und
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Fig. 4 veranschaulicht eine alternative Form einer Sonde mit
mehreren Elektroden.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Grundtechnik:
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Gemäß Fig. 1 verwendet eine erfindungsgemäße Technik eine
Energieerzeugungseinheit 10, die periodische Signalbündel
mit Hochfrequenzenergie erzeugt, deren Wiederholungsrate
einer Schallfrequenz entspricht. Diese Energie wird über ein
flexibles Kabel 11 an eine mit der Hand zu haltende Sonde 12
mit spitziger Entladungselektrode 12A geführt, von der ein
Koronaentladungsstrahl B abgestrahlt wird. Der Strahl B wird
auf die Hautfläche 13 eines Patienten über einem
Problembereich 14 gerichtet, und er trifft auf diese Fläche auf.
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Die Spitze der Elektrode 12A wird innerhalb einiger weniger
Zentimeter von der Haut entfernt angeordnet, wobei der
Abstand zwischen der Spitze und der Haut ein solcher ist, daß
der Koronaentladungsstrahl auf die Haut trifft um vom
darunterliegenden Gewebe des Patienten absorbiert zu werden und
in therapeutische Wärme umgewandelt zu werden. Die
Auftreffzone ist wegen des Koronaentladungsstrahls klein, und um
eine relativ große Hautfläche zu bestrahlen, wird der Strahl
über diese Fläche gerastert, damit der gesamte
darunterliegende Problembereich der Behandlung unterzogen wird.
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Eine Koronaentladung ist ein stark aktiver Glimmbereich um
eine Entladungselektrode. Wenn die Elektrode ein spitzer
Draht ist, wie im vorliegenden Fall, erstreckt sich dieser
Glimmbereich über einen kurzen Abstand über diesen Punkt
hinaus. Wenn angenommen wird, daß der Draht negativ geladen
ist, nehmen die freien Elektronen in der Luft im Bereich des
starken elektrischen Feldes um den Draht Energie aus diesem
Feld auf, um positive Ionen und andere Elektronen durch
Stöße zu erzeugen. Diese neuen Elektronen werden wiederum
beschleunigt und führen zu weiterer Ionisierung. Dieser
kumulative Prozeß führt zu einer elektronischen Lawine, bei der
die positiven Ionen zum geladenen Draht beschleunigt werden
und diesen bombardieren. Als Folge einer solchen
Ionenbombardierung werden Sekundärelektronen von der Drahtoberfläche
ausgestoßen, die dahin wirken, die Koronaentladung aufrecht
zu erhalten.
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Wenn die an die Entladungselektrode gelegte Spannung auf
einen Wert über demjenigen Punkt erhöht wird, bei dem eine
stabile Koronaentladung aufrecht erhalten wird, bricht die
Elektrizität der Luft vollständig zusammen, was zu einer
Funkenentladung führt. Um eine Koronaentladung zu erzeugen,
muß die Spitzenspannung der Entladungselektrode relativ hoch
sein, jedoch unter dem Wert, der zu Funkenentladung führt.
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Das dauernde Anlegen von Energie im unteren
Hochfrequenzbereich mit relativ niedriger Leistung führt zu keiner
Koronaentladung. Wegen der Energieerzeugungseinheit 10 wird jedoch
der kontinuierliche Hochfrequenzträger in Signalbündeln
erzeugt, die eine Resonanzspule im System stoßmäßig anregen,
wobei die sich ergebenden Energiestöße eine Spitzenamplitude
aufweisen, die dafür ausreicht, einen aufrechterhaltenen
Koronaentladungsstrahl zu erzeugen.
Energieerzeugungseinheit
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Gemäß Fig. 2 weist die Energieerzeugungseinheit 10 einen
Generator 15 für untere Hochfrequenz auf, der einen Träger
erzeugt, der im Frequenzbereich von 200.000 bis 300.000 Hz
liegt. In der Praxis wird dieser Generator durch einen
Oszillator mit einem piezoelektrischen Kristall, der z.B. bei
200 kHz arbeitet, frequenzgeregelt, wobei der
Trägergenerator auch amplitudenstabilisiert ist. Ein herkömmlicher
Generator für untere Hochfrequenz kann zu diesem Zweck verwendet
werden.
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Ebenfalls in der Einheit vorhanden ist ein
Tonfrequenzerzeuger 16, der im Frequenzbereich von 3.000 bis 5.000 Hz
arbeitet, um ein Schallsignal zu erzeugen. Dieses wird einem
Verstärker 17 verstärkt und an einen Koppler 18 gegeben, der
mit dem Hochfrequenzgenerator 15 verbunden ist, um eine
Amplitudenmodulation des HF-Trägers zu bewirken. Der
Tonoszillator 16 ist vorzugsweise ein abgeschirmter,
transistorierter Festkörpergenerator, der ein stetiges Signal in einer
Richtung mit Toleranzen erzeugt, die so klein sind, wie es
der aktuelle Standard zuläßt. Auch der Verstärker 17 ist
transistorisiert.
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Bei der Amplitudenmodulation wird die Amplitude des
Hochfrequenzträgers abhängig vom Signal verändert, wobei die sich
ergebende modulierte Welle Seitenbänder enthält, die die
Summe und die Differenz der Träger- und der Signalfrequenz
sind. Wenn der Modulationsindex "M" 0 ist, wird keine
Signalinformation auf den Träger übertragen. Wenn jedoch M = 1
(100 %-ige Modulation) ist, dann ändert sich im Fall einer
sinusförmigen Trägerwelle die einhüllende des Trägers von
null bis zum Doppelten des Wertes seiner nichtmodulierten
Amplitude. Wenn jedoch "M" den Wert 1 überschreitet, wird
der Träger übermoduliert, wodurch der Träger periodisch mit
einer Wiederholrate unterbrochen wird, die mit dem
Tonfrequenzsignal übereinstimmt.
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Bei der Erfindung wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist,
der Hochfrequenzträger C durch das Tronfrequenzsignal
übermoduliert,
was zu periodischen Signalbündeln P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; usw.
mit Hochfrequenzenergie führt, deren Wiederholrate der
Schallfrequenz entspricht. Diese Energiesignalbündel aus dem
HF-Generator 15 werden über einen Ausgangsverstärker 19 an
eine Resonanzspule 20 gegeben. Die Spule 20 ist induktiv mit
einer Ausgangsspule gekoppelt, die über eine flexible
Leitung 11 an die Sonde 12 angeschlossen ist.
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Da die Resonanzspule 20 durch die Signalbündel P&sub1;, P&sub2; usw.
mit Hochfrequenzenergie stoßmäßig angeregt wird, weisen die
sich ergebenden, gedämpften Wellenstöße in der Spule 20 eine
hohe Spitzenamplitude auf, und dies ruft die gewünschte
Koronaentladung hervor, um einen stiftförmigen Strahl zu
erzeugen, der sowohl sichtbar als auch hörbar ist. Der Grund
dafür, daß er sichtbar ist, ist der, daß der Koronastrahl
ein blaues Leuchten erzeugt, und der Grund, daß er hörbar
ist, ist der, daß die Energiesignalbündel mit einer
Schallrate erzeugt werden, und daher gehört werden können. In der
Praxis liegt die Ausgangsleistung des Systems in der
Größenordnung von 5 bis 15 Watt. Dieser Wert liegt weit unter
jedem Pegel, der zu Verbrennungen oder Verletzungen bei einem
Patienten führen würde.
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Es wurde herausgefunden, daß die sich ergebende, in einem
Schmerzbereich des menschlichen Körpers erzeugte
Wärmeenergie dazu in der Lage ist, in etwa 20 Sekunden den Schmerz zu
lindern. Es wurde auch herausgefunden, daß dauerndes
Aussetzen des Problembereichs über dem Koronaentladungsstrahl über
eine Zeitspanne von 30 bis 40 Sekunden im Fall einer
Entzündung aufgrund eines rheumabedingten Arthritiszustandes die
Schwellung minimiert und daß eine deutliche Verringerung der
Schwellung etwa 24 Stunden nach dieser Bestrahlung erfahren
wird.