DE3789257T2 - Tragbares Elektrotherapiesystem. - Google Patents

Description

• Eine Vielzahl biochemischer Ereignisse, insbesondere Änderungen im Ionentransport, Protein-Synthese und dergleichen, sind beteiligt bei der Heilung von Knochenbrüchen. Es ist seit langem bekannt, daß richtig angewendete Elektrotherapiesignale das Knochenwachstum in der Nachbarschaft frischer Knochenbrüche und uneinheitlicher Brüche anregen können, offenbar durch Initiierung oder Anregung der erforderlichen biochemischen Änderungen. Ausgedehnte Forschungen wurden betrieben im Wege experimentaler Tier-Studien und klinischer Versuche an Menschen, unter Verwendung verschiedener spezifischer Wellenformate, einschließlich invasiv gekoppelter Gleichstromvorrichtungen, kapazitiv gekoppelter, symmetrischer und asymmetrischer Wellenformen, elektromagnetisch gekoppelter asymmetrischer Wellenformen. Ausgezeichnete technische Übersichten dieses Gebietes sind gegeben in J. A. Spadaro's "Bioelectric Stimulations of Bone Formation: Methods, Models and Methanism" in "Journal of Bioelectricity", Band 1 (1), Seite 99, 1982; und in dem "Orthopedic Clinics of North America Symposium on Electrically Induced Osteogenesis, W. B. Saunders Corp. 1984".
• Alle gegenwärtig verwendeten Elektrotherapie-Techniken haben eine oder mehrere Begrenzungen. Z. B. können invasive/angreifende Techniken das Infektionsrisiko erhöhen und unvorhersehbare Nebenwirkungen könnten über lange Zeit auftreten. Kapazitiv gekoppelte System sind begrenzt dadurch, daß bei Betrieb mit sicheren Spannungsniveaus, elektrische Verbindungen zwischen den Kondensatorplatten und der Haut in der Umgebung des Bruches erforderlich sind. Meist werden leitende Gelees angewendet, die aber natürlich nicht auf Dauer angebracht sein können. Elektromagnetisch, induktiv gekoppelte Techniken erfordern Hochenergie-Wellen-Generatoren und sperrige Spulenanordnungen, so daß der Patient nicht außerhalb der Klinik normal leben kann. Obige Vorrichtungen sind beschrieben in US-Patentschriften 4,535,775 von Brighton und Pollack; 4,667,809 von Brighton; 4,467,808 von Brighton und Pollack; 4,266,532, von Ryaby; 3,952,751 von Younger; 3,893,462 von Manning und 3,890,953 von Kraus und Viehbach.
• Im allgemeinen dauert die Heilung, insbesondere nicht glatter Knochenbrüche, mehrere Wochen oder Monate, selbst wenn Elektrotherapie angewendet wurde als zusätzliche Behandlung in experimenteller Anordnung. Da die gegenwärtig verwendeten Elektrotherapievorrichtungen, von Ausnahmen abgesehen, nicht wirklich transportabel sind, so muß der Patient leichten Zugang zu einer Spannungsquelle haben, wenn er von Elektrotherapie profitieren soll. In Anbetracht der Zeitdauer für die Heilung ist dies besonders hinderlich; Tag für Tag muß der Patient seinen Tagesablauf für die Behandlung unterbrechen, wobei es schwierig ist, den Zeitplan einzuhalten.
• Erwünscht ist also die Schaffung einer Vorrichtung mit der Wirksamkeit der gegenwärtigen Vorrichtungen, aber ohne deren Mängel, insbesondere ohne deren hohen Energieverbrauch. Durch Schaffung einer energiesparenden Elektrotherapievorrichtung kann die Größe der Vorrichtung bedeutend vermindert werden, so daß eine vollständig tragbare Vorrichtung konstruiert werden kann, so daß der Benutzer seiner täglichen Routine nachgehen kann, ohne an eine Stromquelle gebunden zu sein.
• Einige Erfinder haben die praktischen Vorteile einer tragbaren Elektrotherapievorrichtung erkannt. Es ist wichtig zu beachten, daß die Tragbarkeit bedeutet, daß die Vorrichtung vom Patienten leicht mit sich getragen werden kann, ohne umständliche Stützmittel, und bezeichnet insbesondere Vorrichtungen mit einem Gewicht von weniger als 2 Pfund und nicht größer als eine kleine Instamatic ® Kamera. US-Patent 4,432,361 beschreibt eine tragbare Vorrichtung, die selbststeuernde Eigenschaften hat und damit dem Patienten die Sicherung der Anwendung erlaubt, ohne Überwachung durch einen Arzt oder eines anderen Fachmanns. Diese Erfindung ist eine Verbesserung über die nach US-Patent 3,842,841, welche die erwünschte Selbstüberwachung nicht aufweist. Eine andere tragbare Elektrotherapievorrichtung ist beschrieben in US-Patent 4,574,809. Diese Vorrichtung kann integriert werden in einen Gipsverband, wobei der Signalgenerator von dem Gipsverband abnehmbar ist.
• In US-Patent 4,535,775 ist beschrieben ein Verfahren zur Behandlung von Knochenbrüchen durch Anbringung von Elektroden an der Haut des Patienten in der Nähe des Bruchs. An die Elektroden können Wechselstromsignale mit um die Achse symmetrischer Wellenform angelegt werden, die Frequenz liegt im Bereich von 20 bis 100 kHz und die Spannung von 2 bis 10 Volt von Spitze zu Spitze. Die Elektroden können entweder kontinuierlich oder intermittierend betrieben werden.
• Die Internationale Publikation WO 85/02547 zeigt eine Technik zur nicht-invasiven Behandlung, wobei ein magnetisches Feld nicht-invasiv an eine Behandlungsstelle angewendet wird durch Beaufschlagung einer Spule mit elektromagnetischen Impulsen. Wenigstens zwei und möglicherweise eine Vielzahl solcher Impulse werden während des aktiven Pulsintervalls angewendet. Jedoch erfordern diese beiden Vorrichtungen eine relativ große Spannungsquelle und sind daher praktisch nicht tragbar. Bei der gegenwärtigen Erfindung dagegen kann eine kleine Spannungsquelle verwendet werden, wie beansprucht, die Spannungszyklen umfassen bzw. bestehen aus einer Folge von Einzelpulsen mit einer Pulsweite von je 0,5 bis 20 Mikrosekunden.
• Dieses Patent beschreibt eine tragbare Elektro-Therapievorrichtung mit beträchtlichen Vorteilen gegenüber früheren Vorrichtungen. Bei einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Systeme überwunden durch ein System, in welchem wirksame Behandlungssignale produziert werden in einer Vorrichtung mit niedrigem Energieverbrauch, die dann wirksam gekoppelt bzw. übertragen werden zu der Behandlungsstelle durch Übertrager, die angepaßt sein können an die äußeren Körperkonturen in der Nachbarschaft der Behandlungsstelle, so daß das ganze System tragbar, also ambulant im Gebrauch ist.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen ein tragbarer Apparat für die Elektrotherapie von Knochenbrüchen und zur Anregung der Gewebeheilung an einer Behandlungsstelle, dieser Apparat hat eine Spannungsquelle, die verbunden ist mit Mitteln zur Umwandlung der elektrischen Energie in eine Serie von amplitudensymmetrischen Spannungszyklen, und Übertragermittel für den Empfang der symmetrischen Spannungszyklen, gekennzeichnet dadurch:
• Die Spannungs-Zyklen umfassen bzw. bestehen aus einer Folge von Einzel-Pulsen mit einer Pulsweite von je 0,5 bis 20 Mikrosekunden;
• die Frequenz, mit der Pulsfolgen aufeinander folgen, liegt im Bereich von 5-25 Hz;
• die Dauer der Pulsfolgen beträgt 1-10 Millisekunden; und die Übertragungsmittel sind derart (am Körper) positionierbar, daß durch Anlegen der elektrischen Energie an den Übertrager ein elektromagnetisches Feld an der Behandlungsstelle erzeugt wird.
• Vor der gegenwärtigen Erfindung hatte man allgemein angenommen, daß der Körper nicht auf symmetrische elektromagnetische Pulse kurzer Dauer reagieren würde, das führte zur Entwicklung großer, sperriger Vorrichtungen für die Erzeugung von Pulsen mit längerer Dauer, die man für erforderlich hielt.
• Der Anmelder/Erfinder hat eine bisher nicht erkannte Eigenschaft der Heilungsbiologie entdeckt und damit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Gewebeheilung von beschädigtem Gewebe erkannt. Symmetrisch gestaltete Pulse von relativ kurzer Dauer und als Pulsfolge (burst of pulses) gruppiert, jeweils gefolgt von einer Ruhezeit (Pause zwischen den einzelnen Puls folgen), sind ebenso wirksam wie Vorrichtungen mit anderen elektrischen Parametern. Diese Erkenntnis erlaubt den Bau von Vorrichtung mit um Größenordnungen kleinerer magnetischer Energie als vorbekannte Vorrichtungen. Diese Erkenntnisse, zusammen mit angepaßten (an den Körper des Patienten) Übertragungsmitteln zur Übertragung der Niederenergiesignale auf das beschädigte Gewebe, erlaubt die Entwicklung von wirklich tragbaren Elektrotherapievorrichtungen.
• Eine Vielzahl von Übertragern jeweils spezifischer Form trägt bei zu der allgemeinen hohen energetischen Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei einer beispielhaften Ausführung der Erfindung umfaßt die angepaßte Übertragungsvorrichtung eine Solenoidspule mit unterschiedlicher Windungszahl, angebracht um das zu heilende Glied und verbunden mit einer Energiequelle zur Erzeugung von Signalen an der Behandlungsstelle.
• Bei der Heilung von Knochenbrüchen steht die Anwendung der vorgeschriebenen Erfindung in keiner Weise den gegenwärtigen Behandlungsprotokollen entgegen oder beeinträchtigt diese. Somit ist dem Arzt eine Behandlungsmöglichkeit gegeben, besonders für solche Brüche, z. B. für komplizierte Brüche, die nach Erfahrungen und Untersuchungen höchstwahrscheinlich besondere Behandlungsprozeduren erfordern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
• Fig. 1 zeigt ein wirksames elektro-therapeutisches Signal gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 ist ein Diagramm der Starrheit bzw. Steifheit im Verhältnis zur Amplitude, wobei ΔtpW = 5 usec, ΔtBW = 5 msec und fBW = 15 Hz.
• Fig. 3 ist eine Vergleichs-Tabelle der energetischen Wirksamkeit verschiedener Übertrager-Spulen.
• Fig. 4 zeigt eine Übertrager-Spule, angebracht um die Bruchstelle herum eines Beines eines Patienten.
• Fig. 5 ist eine Blockdiagramm der Erfindung.
• Fig. 6 zeigt in Perspektive einen an Oberfläche anpaßbaren Übertrager mit einem magnetischen Dipol.
• Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6 und
• Fig. 8 ist ein vergrößerter Schnitt längs Linie 8-8 in Fig. 7.
• Fig. 9 zeigt die Kraftlinien des magnetischen Feldes eines abgeschirmten Dipols.
• Tabelle I zeigt, daß wirksame Signale realisierbar sind bis herab zu 0,5 usec Pulsweite.
• Tabelle II zeigt Steifheitsverhältnisse bei veränderlichen Pulsweiten über den Bereich von 2 bis 10 usec.
• Tabelle III zeigt das Steifheitsverhältnis in Abhängigkeit von der Amplitude bei 5 msec Pulsweite.
• Tabelle IV zeigt die errechnete Lebensdauer einer elektrotherapeutischen Vorrichtung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Batterien, Windungszahlen und Signalpulsweiten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Es ist entdeckt worden, daß ein elektrisches Signal mit besonders einzigartigen Parametern in Stande ist, die Heilung von Knochenbrüchen und beschädigtem Gewebe, insbesondere von Knochenbrüchen, die ohne besondere Behandlung nicht leicht heilen, wie nicht-glatte Brüche, d. h. komplizierte Knochenbrüche, anzuregen. Die Erfindung ist jedoch ebenso wirksam bei der Heilung bei verzögertem bzw. fehlgeschlagenem Zusammenwachsen.
• Die hier beschriebene tragbare Elektrotherapievorrichtung ist gegründet auf experimentellen Studien, welche zeigen die therapeutische Wirksamkeit eines elektromagnetischen Signals mit einer symmetrischen Wellenform, bestehend aus einer Pulsfolge mit positiven und negativen Phasen von Pulsen mit einem besonderen Bereich der Pulsweiten (der Dauer der Pulsfolge, der Dauer jedes einzelnen Pulses innerhalb der Pulsfolge, der Spitzenamplitude und der Frequenzen). Ein Hauptmerkmal dieses Signals ist, daß es fast um eine Größenordnung weniger Energie benötigt als bekannte Geräte mit verschiedenen Signalen. Wir haben gezeigt, daß die Pulsweite eines wirksamen Signals reduziert werden kann bis hinab zum Bereich von 0,5 Microsekunden und immer noch Gewebeheilung bewirkt. Das elektromagnetische Feld und die zugehörige Energiedichte in dem Gewebe ist proportional zu dB/dt, d. h. zu der Änderungsrate, d. h. zur Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen Flußdichte, und somit unabhängig ist von der Pulsweite bei dB/dt = konstant. Da die zur Erzeugung eines Signals erforderliche Energie eine Funktion des Quadrats der Pulsweite ist, kann sie reduziert werden durch Verminderung der Pulsweite/Dauer. Bisher ist dieser Aspekt der Elektrobiologie der Gewebeheilung, insbesondere der Knochenheilung nicht erkannt worden.
• Biologische Studien von Tierversuchen haben die Wirksamkeit des gepulsten Signals gezeigt. Als zuverlässigstes Tierversuchsmodell für diese Studien hat sich erwiesen das Kaninchen- Wadenbein System, wie es beschrieben ist durch C. T. Brighton et al in "The Journal of Orthopedic Research", Band 3, Nr. 3, 1985". Bei diesem System erleiden Kaninchen einen Querbruch des Mittelschaftes eines Wadenbeins, worauf ein passender Übertrager über der Bruchstelle installiert und dann eine Energiequelle angeschlossen wurde. Experimentiertiere und Kontrolltiere wurden mit dem in Fig. 1 gezeigten Signal behandelt, wobei Vs-c die Spannung an der Spule bedeutet, ΔtpW ist die Pulsweite, d. h. die Dauer eines Einzelimpulses, ΔtBW ist die Dauer der gesamten Pulsfolge und fBW ist die Frequenz der Pulsfolgen (vgl. Fig. 1). Es wurde gefunden, daß ΔtpW zwischen 2 und 10 Mikrosekunden theoretisch wirksam ist, wobei 5 Mikrosekunden besonders wirksam sind. Gegenwärtig verwendete Vorrichtungen erzeugen ΔtpW im Bereich von 20 bis 300 Mikrosekunden bei asymmetrischen Signalen.
• Experimentell haben wird gezeigt, daß ΔtpW von 2 bis 10 Mikrosekunden wirksam sind, es ist jedoch klar für den Fachmann, daß der Bereich ΔtpW von 0,5-20 Microsekunden therapeutisch akzeptabel ist. Dies ergibt sich aus einfachen theoretischen Betrachtungen. Die Aktivierung der zellularen Maschinerie, die involviert ist in der Heilung von Knochen oder Gewebe durch elektromagnetische Strahlung erfordert die Aufbringung eines Signals mit definierten Konstanten für die Dauer der Signalfolge, der Dauer des Einzelsignals und der Frequenz der Signalfolgen. Hierzu muß man realisieren, daß das Signal bis zur Erreichung der verletzten Stelle gesundes Gewebe durchdringen muß und auf diesem Wege nicht zu sehr gedämpft werden darf. Dies bedeutet wiederum, daß die Zeitkonstanten der magenetischen, elektrischen, chemischen und Elektro-Diffusionswirkungen des Signals besondere Zeitkonstanten darstellen. Man erkennt bei Betrachtung der Tafel I (aus "Electric Fields, Forces, and Flows in Biological Tissue," Al Grodzinsky, MIT, Juli 1985), daß die magnetische "Diffusion"-Gleichung sicherstellt, daß unterhalb 100 mHz das magnetische Feld durch die verletzte Stelle vollständig hindurchdringt. Bezüglich elektrischer "Diffusion", die Durchdringung des Knochens durch die Ersatzstromdichte bleibt gering bis zu 1 mHz. Ferner, der Viskosefluß von interstitiellem Fluid in den Kanälchen (canaliculi) kann Frequenzen bis zu 1 mHz folgen. Im Gegensatz dazu jedoch verschwinden Einflüsse von mechanischem Streß oberhalb einer Frequenz von 500 Hz. Aus dieser kurzen Analyse ist klar, daß man extrapolieren kann von 2 Mikrosekunden Pulsweite bis hinab zu 0,5 Mikrosekunden, in der Erwartung therapeutisch wirksamer Resultate.
• Die Elektrotherapie wurde fortgesetzt über 16 Tage, wobei Vs-c, ΔtpW und die Anwendungszeit variierten. Nach der Behandlung wurden die Vergleichstiere und die Versuchstiere geopfert und die gebrochenen Wadenbeine freigeschnitten. Die Wadenbein wurden mechanisch getestet auf Drei-Punkt-Biegesteifheit in einem CGS Lawrence Testapparat von Brighton, wie oben beschrieben, und die maximale Biegefestigkeit wurde bei allen Wadenbeinen gemessen. Die Steifheitsverhältnisse von gebrochenen zu in-Takten Wadenbeinen wurden bestimmt und verglichen mit denen von nicht behandelten Kaninchen.
• Während etwa 30 Minuten nach der Opferung der Tiere wurde eine Deformationsrate von ungefähr 4 mm / Minute angewendet und das Steifheitsverhältnis bestimmt. Letzeres wird erhalten durch Bestimmung der Neigung der Last-Deformationskurve oder Steifigkeit des gebrochenen und des in-Takten Wadenbeins des gleichen Tieres. Auf diese Weise werden Variationen in der Festigkeit der Wadenbeine individueller Tiere berücksichtigt. Die Festigkeitsverhältnisse bei den Tieren in der Experimentalgruppe wurden verglichen mit denen der Vergleichstiere bei verschiedenen Pulsweiten und Amplituden.
• Tafel II zeigt, daß die erhaltenen Steifigkeitsverhältnisse statistisch bedeutsam sind, wobei Vs-c = 74 mV, ΔtpW = 5 Mikrosekunden, fBW = 15 Hz, ΔtBW = 5 msek und ΔtpW variiert von 2 bis 10 Mikrosekunden. Ferner zeigen Tafel III und Fig. 2, daß die Wirksamkeit dieser Parameter eine Funktion der Amplitude des Signals ist. Wirksam ist eine Amplitude größer als 25 und kleiner als 200 mV, wobei der Bereich 50 bis 100 mV besonders wirksam ist, bei einer Versuchsspule mit 67 Windungen und einem Durchmesser von 5,8 mm.
• Während das oben gezeigte Signal besonders elektrotherapeutisch wirksam ist, ist zu erwarten, daß auch andere Signale als die einfache positiv und negativ rechteckige Welle wirksam sind. Zu betonen ist, daß Schlüsselmerkmale eines passenden Signals darin bestehen, daß es symmetrisch ist, eine enge Pulsweite, wie oben beschrieben, hat und eine Pulsfolge, ein Impulsbündel bzw. zeitlich geballt auftretende Pulse darstellt. Es ist somit zu erwarten, daß Rechteckwellen, Sinuswellen und andere Wellenformen mit diesen Eigenschaften therapeutisch effektiv sind.
• Obige Diskussion zeigt, daß es möglich ist, Heilung zu bewirken von Knochenbrüchen bei bisher unerwartet niedrigen Pulsweiten/ Dauer der Einzelsignale. Dies führte zur Konstruktion eines kleinen, batteriebetriebenen Geräts, welches ein wirksames Signal liefert mit passender Stärke von 3 bis 9 mV/cm bei einer Entfernung von 2 cm. Bevor wir, die Erfinder, jedoch Gebrauch machen konnten von unseren Elektrotherapiebeobachtungen, welche die Tragbarkeit ermöglichen, war es erwünscht, den Signal- Generator zu kombinieren mit einem energetisch wirksameren Übertrager zur Übertragung des Signals auf das beschädigte Gewebe. Die Bestimmung eines optimalen Übertragers erfordert die Betrachtung der energetischen Wirksamkeiten verschiedener Übertrager. Zum Teil bestimmend für den Typ von Übertrager der bevorzugt wird für eine besondere Anwendung im Fall eines Knochenbruches ist die Natur des zu behandelnden Knochenbruches. Für tiefe, komplizierte Brüche, besonders solche des Femurs, ist ein Übertrager erwünscht, der Energie durch beträchtlich weiches Gewebe hindurch liefern kann. Im Gegensatz dazu kann ein zur Aufrechterhaltung der gleichen Feldstärke weniger Energie benötigender Übertrager angewendet werden bei Knochenbrüchen näher an der Haut, z. B. Tibia, Clavicle.
• Eine Übertragerspule wird bevorzugt zur Behandlung tiefliegender Knochenbrüche. Die für einen Spulen-Übertrager (z. B. Helmholtz paarige Spulen, einfache Spulen, einfache Spulen schräg zum Bruch oder zum Solenoid) erforderliche Kraft beträgt:
Gleichung I
• P = (1-nREC)(L/21/fc)²(VSC·4 · 6/10)²ΔtPWΔtBWfB
• wobei ¹¹REC der anteilige Energiegewinnungskoeffizient ist L ist die Spuleninduktanz fc ist die Spulenempfindlichkeit, VSC ist die Spannung an der Versuchsspule und ΔtPW ΔtBW und fB sind Pulsweiten, Dauer der Pulsfolge und Frequenz der Pulsfolgen. Somit kann eine die Energiewirksamkeit verschiedener Spulentypen des Übertragers ausdrückende Konstante dargestellt sein wie folgt:
• Kc = L/fc²
• Ein Vergleich der Kc von verschiedenen Spulentypen des übertragers in Fig. 3 zeigt, daß ein Solenoidspulentyp-Übertrager energetisch am wirksamsten ist. Tatsächlich ist die Reihenfolge der Energieausnutzung der Übertragerspulen: Solenoid > einfache Spule > Schrägspule > Helmholtzspule.
• Wenn ein konformaler Solenoid-Übertrager zur Übertragung des Signals, wie in Fig. 1 gezeigt, kombiniert wird mit einer Signalerzeugungsvorrichtung, so kann diese Kombination integriert werden in oder an einem Gipsverband. Fig. 4 zeigt ein Beispiel hiervon. Ein konformaler (winkeltreuer) Solenoid wird bevorzugt, andere Spulen-Übertrager können aber auch angewendet werden. Somit ist wirklich ein tragbares Elektro-Therapiegerät geschaffen zur Behandlung flacher und tiefliegender Brüche. Fig. 5 zeigt das typische Blockdiagramm dieser Einheit.
• Ein anderer exemplarischer Übertrager ist der konformale, magnetische Dipol (CMD), der flache, gebündelte Felder über eine relativ große Bruchstelle errichtet, wie bei Tibia-, Ulna-, Radius-, Clavicle-, oder Scaphoid-Brüchen. Während andere Übertrager, wie einfache Spulen, Helmholtzspulen usw., große, energieverschwendende Felder außerhalb der Übertrager errichten, "fängt" der CMD diese äußeren Felder und lenkt sie gegen die Bruchzone, und bewirkt damit eine Energieeinsparung von 20 bis 40%, während die Strahlenbelastung benachbarter Körperbereiche reduziert wird. Fig. 6 bis 8 zeigen Beispiele typischer winkeltreuer magenetischer Dipolübertrager. Gemäß Fig. 6 bis 8 hat der Übertrager einen Metallschirm 10, 10' mit einem erhöhten Bereich 12, 12' zur Unterbringung der Übertragerspulen 14, 14' über Leitungen 16, 16' zugeführter Strom fließt durch die Spulen 14, 14', die um ein passendes Trägerelement 18, 18' gewickelt sind. Letzteres wird durch Kleben, Harz oder dergleichen 19 festgehalten. Fig. 9 zeigt die Kraftlinien des von dem konformalen magnetischen Dipols ausgehenden magnetischen Feldes. Durch Lenkung oder Richtung des magnetischen Feldes in die gewünschte Richtung wird beträchtliche Menge an Energie eingespart.
• Die Tragbarkeit kann realisiert werden durch Integrierung oder Einverleibung des Übertragers in den Gipsverband, wobei die Energiequelle und der Signalgenerator in einem geringen Abstand vorgesehen sind. Zum Beispiel können letztere Komponenten an dem Hüftgürtel des Benutzers angebracht und über Leitungen mit dem Übertrager verbunden sein. Wahlweise können alle Komponenten an dem Gips (verband) angebracht werden oder in diesem integriert sein. Die erstgenannte Anordnung wird bevorzugt, wenn der Patient dauernd Elektrosimulation genötigt, wodurch die Batterien häufig ausgetauscht werden müssen. Bei Patienten mit kleineren Brüchen dagegen ist der für maximale Heilung nötige Arbeitszyklus/Anwendungsdauer bedeutend reduziert, so daß während der erforderlichen Anregungsdauer die Batterien nicht ausgetauscht werden müssen. Hier mag es erwünscht sein, zur Bequemlichkeit des Patienten oder zu ästhetischen Zwecken die gesamte Einheit in den Gips (verband) zu integrieren.
• Es ist zu erwarten, daß die zur Erzeugung des therapeutischen Signals verwendete Energiequelle weniger als 2 Pfund wiegt und ungefähr die Größe einer mittleren Instamatic ® Kamera hat.
• Wegen der guten Energieausnutzung der Elektrotherapievorrichtung braucht der Benutzer die Batterien erst nach Tagen auszuwechseln und eventuell erst nach Monaten. Tafel IV zeigt die angenäherte Anzahl nutzbarer Stunden einer durch besondere Batterien betriebenen Vorrichtung, wenn die Vorrichtung einen Solenoidübertrager mit einem Durchmesser von 12,7 cm, einem 1/d Verhältnis von ungefähr 1 und einem Widerstand von 0,63 Ohm hat. Änderungen dieser Parameter sind natürlich von Einfluß auf die Größe der für die Behandlung erforderlichen Batterien. Ferner ist zu erwähnen, daß die Informationen auf der Tafel erhalten wurden mit folgender Gleichung: Gleichung 2
• wobei
• IB: Batteriestrom
• IOH: Strom an den Zuleitungen
• KC: Spulenkonstante
• ΔtpW : Pulsweite/Dauer der Einzelpulse
• N : Windungen pro Spule
• VS : Batteriespannung
• R : Treiberkreis, Ausgangswiderstand
• r/t : Widerstand pro Windung
• ΔtBW : Dauer der Puls folge
• fBW : Frequenz der Puls folgen
• und Vs-cp-p = 200 mv, ΔtpW = 5 msek., ΔtBW = 5 msek.
• und fB = 15 Hz.
• Ein zusätzliches Merkmal betreffend die vorliegende Erfindung wird ersichtlich durch Bezugnahme auf Gleichung 2 und Tabelle III. Es ist ersichtlich, daß "N", oder die Zahl der Windungen des Solenoids, nicht unveränderlich ist. Durch Erhöhung oder Erniedrigung der Zahl der Windungen ist es möglich, die Lebensdauer der zum Betrieb der Vorrichtung verwendeten Batterien wesentlich zu ändern. Somit wird man bei einer bestimmten Anwendung N wählen zum Besten der Bedürfnisse des Benutzers.
• Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 aufgezeigt. Die Vorrichtung kann abnehmbar an einen Gipsverband angepaßt sein und mit einer Batterieladeeinheit ausgerüstet sein, so daß der Patient die Nachladung, sollte dies erforderlich sein, bewirken kann mit Reservebatterien oder während Behandlungspausen. Ferner können weitere Schaltkreise zur Erfassung der Länge der Zeit oder der Dosis der Behandlung oder sichtbare oder hörbare Alarmvorrichtungen zur Information des Patienten in die Vorrichtung integriert sein. TABLE I PHYSICAL EFFECT DEFINING EQUATION TIME CONSTANT EQUIVALENT BREAK FREQUENCY EQUIV. PARAMETERS MAGNETIC DIFFUSION ELECTRIC DIFFUSION VISCOUS DIFFUSION MECHANICAL µ = permeability σ = conductivity H = field ε = permitivity µ = permeability n = viscosity ρ = density R = channel radius (1 um) m = modulus k = HYD Constant TABLE II - STIFFNESS RATIOS PULSE WIDTH (us) @ 100 mV EXPERIMENT CONTROL TABLE III - STIFFNESS RATIO EXPERIMENT CONTROL TABLE IV Battery Type Alkaline Lithium Akaline

Claims (12)

1. Tragbarer Apparat zur Elektro-Therapie von Knochenbrüchen und zur Anregung der Gewebeheilung an einer Behandlungsstelle des Körpers, mit einer Stromquelle, die mit Mitteln versehen ist zur Umwandlung elektrischer Energie in jeweils eine Serie amplituden-symmetrischer Spannungs-Zyklen, und mit Übertragungsmitteln zur Aufnahme bzw. Übertragung der symmetrischen Spannungs-Zyklen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Die Spannungs-Zyklen umfassen bzw. bestehen aus einer Folge von Einzel-Pulsen mit einer Pulsweite von je ΔtpW = 0,5 bis 20 Mikrosekunden;

die Frequenz, mit der Pulsfolgen aufeinander folgen, liegt im Bereich von 5-25 Hz;

die Dauer der Pulsfolgen ΔtBW beträgt 1-10 Millisekunden; und die Übertragungsmittel sind derart (am Körper) positionierbar, daß durch Anlegen der elektrischen Energie an den Übertrager ein elektromagnetisches Feld an der Behandlungsstelle erzeugt wird.

2. Apparat gemäß Anspruch 1, wobei die elektrische Stromquelle eine Batterie mit einer Spannung von 10-40 Volt und ein Volumen von ungefähr 32,77-98,32 cm³ (2 bis 6 Kubik-Inches) hat.

3. Apparat nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Stromquelle weniger als 0,91 kg (2 pounds) wiegt.

4. Apparat nach einem den vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragungsmittel eine Übertragungsspule ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus winkeltreuen Spulen, schrägen Spulen und einfachen Spulen.

5. Apparat nach Anspruch 1, wobei der Übertrager eine winkeltreue (konformale) Spule ist.

6. Apparat nach Anspruch 1, wobei der Übertrager ein winkeltreuer magnetischer Dipol ist.

7. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Spitzen-Amplitude des Spannungs-Zyklus größer als 25 mV und kleiner als 200 mV ist.

8. Apparat nach Anspruch 1, wobei der Übertrager durch Guß gebildet und der Übertrager nahe an der Bruchstelle oder Behandlungsstelle positionierbar ist.

9. Apparat nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Pulse sinusförmig sind.

10. Apparat nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Pulse rechtwinklig sind.

11. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Pulse Dreieckform aufweisen.

12. Apparat nach Anspruch 1, wobei die Pulsfolge eine Amplitude von 50-150 mV hat.