DE4024411C1 - Electrode assembly for appts. affecting central nervous system - produces electrical current through head of user via flat electrodes on forehead and neck for stimulation or sedation - Google Patents

Electrode assembly for appts. affecting central nervous system - produces electrical current through head of user via flat electrodes on forehead and neck for stimulation or sedation

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Abstract

Appts. influencing the central nervous system by means of low power electrical potentials/currents, comprises a light framework which carries conducting contact surfaces (9,10) on cross arms (5,6) respectively. The surfaces (9,10) are adjustable in position and orientation to suit the facial dimensions of a reclining user and exert gentle pressure on forehead and neck as a result of the weight of the electronic oscillator and its battery (13) mounted on a third arm (12). Surfaces (9,10) are padded and incorporate a microswitch (14) for pressure operated on-off control of the oscillator (13). USE/ADVANTAGE - Promoting relaxation and sleep or conversely heightened sense of awareness depending on polarity of electrodes. Compact and easily adjusted device employing known benefits of electro therapy. Does not require adhesive or tensioning aids for retention of contact surfaces in correct position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung für ein Gerät zur elektrischen Beeinflussung des Zentralnervensystems. Ein solche Gerät kann erfolgreich als Einschlafhilfe, aber auch zur Erhöhung des Wachheitsniveaus genutzt werden.The invention relates to an electrode arrangement for a device for electrically influencing the central nervous system. Such a device can be successful as a sleep aid, but also for Increasing the level of alertness can be used.

Die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technik in den führenden Industriestaaten hat bei einer Zunahme der Informationsflut zu einer Erhöhung des Lebenstempos geführt. Durch direkte Auswirkungen auf das Zentralnervensystem des Menschen führen diese Zustände zu erhöhter Reizbarkeit und somit zu psychovegetativem Streß, aber auch sehr häufig zu Schlaflosigkeit in der Nacht und daraus resultierender Schläfrigkeit am Tage. All das beeinträchtigt in hohem Maße den Gesundheitszustand und die Arbeitsfähigkeit des Menschen. In den meisten Fällen wird dann versucht, der Schlaflosigkeit durch Narkotika zu begegnen, die Nebenwirkungen haben und, über längere Zeit eingenommen, zur Gewöhnung des Organismus führen, der dann eine Erhöhung der Dosis oder die Einnahme eines stärkeren Mittels für sich fordert. Für viele Menschen entsteht so eine Spirale ohne Aussichten auf Abhilfe.The rapid development of science and technology in the leading Industrialized countries has become one with an increasing flood of information Increased pace of life. By directly impacting that Central human nervous system lead these conditions to increased Irritability and thus to psycho-vegetative stress, but also very often Sleeplessness at night and resulting sleepiness during the day. All of this greatly affects health and health Human capacity to work. In most cases, the Countering insomnia with narcotics that have side effects and, taken for a long time, lead to the body getting used to it, which then an increase in the dose or taking a stronger medicine on its own demands. For many people, this creates a spiral with no prospects Remedy.

Seit längerer Zeit werden aus diesem Grunde immer wieder Geräte zur Beeinflussung des Zentralnervensystems vorgestellt, die mit Hilfe verschiedener physikalischer Einwirkungen, beispielsweise durch Licht, Schall, elektromagnetische Felder oder direkt durch elektrischen Strom, im menschlichen Organismus wirken. So gehört die Elektroschlaftherapie zum umfangreichen Spektrum der Physiotherapie.For this reason, devices have been used for a long time Influencing the central nervous system presented with the help various physical influences, for example through light, sound, electromagnetic fields or directly through electrical current, in human organism. So electro sleep therapy is part of extensive range of physiotherapy.

Bekanntermaßen werden hier zur Beeinflussung des Wachheitszustandes großflächige Kontaktelektroden über Stirn und Nacken angebracht und darüber Impulsströme mit bestimmten Parametern oder auch Gleichströme (stabile Galvanisation) geleitet. Dabei hat sich gezeigt, daß die Schaltung der Stirnelektrode als Anode (Elektromangel) und der Nackenelektrode als Kathode (Elektronenüberschuß) zu einer Herabsetzung des Wachheitsgrades führt. Bei umgekehrter Polung hingegen erhöht sich der Wachheitsgrad. Von verschiedenen Autoren sind folgende Impulsparameter empfohlen worden:
 10 Hz, t= 0.4 ms, tan= 0.4 ms, tab= 0.4 ms oder
 10 Hz, t=10.0 ms, tan=10.0 ms, tab=10.0 ms oder
100 Hz, t= 1.4 ms, tan= 1.0 ms, tab= 0.4 ms oderAs is known, large contact electrodes are attached over the forehead and neck to influence the state of wakefulness, and pulse currents with specific parameters or direct currents (stable galvanization) are conducted over them. It has been shown that switching the front electrode as an anode (lack of electricity) and the neck electrode as a cathode (excess of electrons) leads to a reduction in the level of wakefulness. With reverse polarity, on the other hand, the level of alertness increases. The following pulse parameters have been recommended by various authors:
10 Hz, t = 0.4 ms, t an = 0.4 ms, t ab = 0.4 ms or
10 Hz, t = 10.0 ms, t an = 10.0 ms, t ab = 10.0 ms or
100 Hz, t = 1.4 ms, t an = 1.0 ms, t ab = 0.4 ms or

Dosiert wird sensibel unterschwellig bis eben schwellig, aber nicht über 1 mA. Dosage is sensitive subliminal to just swelling, but not over 1 mA.  

Gilbert schreibt in seinem Buch "Niederfrequente Reizströme in der therapeutischen Praxis", 9. Auflage Pflaum, München 1977, häufiges Einschlafen bei stabiler Galvanisation sei beobachtet worden. Es sind viele Elektrodenanordnungen für elektrische Anwendungen am menschlichen Körper beschrieben worden. Aus "Medizinal-Markt/Acta Medicotechnica, 1966, Nr. 5, S. 261-263 ist bekannt, daß Flächenelektroden an Stirn und Nacken durch eine breite Gummibinde gehalten werden. In der GB 21 60 426 A ist eine Elektrodenanordnung beschrieben, die durch ein Gummiband sowie einen Federbügel gehalten wird, wobei die Steuerelektronik und die Spannungsquelle an der Elektrodenanordnung angebracht sind. Aus der DE-PS 22 80 48 ist bekannt, daß die Elektroden durch einen Federbügel miteinander verbunden sind und damit an Stirn und Nacken gehalten werden, wobei die Elektroden an dem Bügel verschoben werden können. Die bisher beschriebenen Kontaktierungsverfahren an der Hautoberfläche sind aber mit zusätzlichen Vor- und Nachbereitungsmaßnahmen oder störenden Nebeneffekten (z. B. Hautreizungen durch auch zu verwendende Klebefolie oder Druck durch Gummibänder) verbunden.Gilbert writes in his book "Low frequency stimulus currents in the therapeutic practice ", 9th edition Pflaum, Munich 1977, frequent Falling asleep with stable galvanization was observed. There are many electrode assemblies for electrical applications human body has been described. From "Medizinal-Markt / Acta Medicotechnica, 1966, No. 5, pp. 261-263 is known to have surface electrodes on the forehead and neck with a wide elastic band being held. GB 21 60 426 A is an electrode arrangement described, held by a rubber band and a spring clip is, the control electronics and the voltage source on the Electrode arrangement are attached. From DE-PS 22 80 48 is known that the electrodes are connected to each other by a spring clip are and are held on the forehead and neck, the electrodes can be moved on the bracket. The so far described contacting methods on the skin surface are with additional preparation and follow-up measures or disruptive Side effects (e.g. skin irritation due to adhesive film to be used or pressure connected by rubber bands).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzugeben, die einen kompakten Aufbau besitzt und eine einfache Handhabung des Geräts ermöglicht, wobei sich jede weitere Berührung des Gerätes mit dem Körper, die über den angestrebten Druck der Elektroden an Stirn und Nacken hinausgeht, erübrigt und die im Falle der Anwendung bei Schlafstörungen mit einem Handgriff am Körper einsatzbereit wie auch wieder absetzbar ist.The invention has for its object an electrode arrangement to specify the type mentioned in the preamble of claim 1, which has a compact structure and a allows easy handling of the device, with each additional touch of the device with the body, the target pressure of the electrodes goes out on the forehead and neck, superfluous and in the case of Use for sleep disorders with a handle on Body ready for use as well as removable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 solved.

Bei der Form und besonderen Lage des Körperteiles Kopf/Hals im Raum bei liegendem Anwender wird nur die Hebelwirkung der Elektrodenanordnung am menschlichen Körper genutzt, um einen Druck der beiden Kontaktflächen gegen Stirn und Nacken auszuüben (siehe Abb. 2). Das Kräftegleichgewicht zwischen der Gewichtskraft am Hebelarm mit der Elektronik und der Haltekraft der Nackenpartie von oben auf den Hebelarm mit der endständigen Querstabkontaktfläche wird ausgenutzt, um diese Kontaktfläche von unten gegen den Nacken zu drücken und die mittlere Querstabkontaktfläche, die den Drehpunkt des zu beschreibenden Hebels bildet, von oben auf die Stirn des auf dem Rücken liegenden Anwenders zu drücken. Bei mechanisch bedingter größerer Druckkraft der Drehpunktelektrode über der Stirn gegenüber der Druckkraft der Nackenelektrode bietet die größere Fläche der Stirn gegenüber der Nackenpartie eine einfache Möglichkeit für den mechanischen Druckausgleich auf die Haut, indem die Kontaktfläche des mittelständigen Querstabes über der Stirn großflächiger gewählt wird.With the shape and special position of the head / neck body part in the room when the user is lying down, only the leverage of the electrode arrangement on the human body is used to exert pressure on the two contact surfaces against the forehead and neck (see Fig. 2). The balance of forces between the weight on the lever arm with the electronics and the holding force of the neck section from above onto the lever arm with the terminal crossbar contact surface is used to press this contact surface against the neck from below and the middle crossbar contact surface, which forms the pivot point of the lever to be described to press from above on the forehead of the user lying on the back. If the pivot point electrode over the forehead has a greater mechanical force than the pressure force of the neck electrode, the larger area of the forehead opposite the neck area offers an easy option for mechanical pressure equalization on the skin by choosing a larger area for the contact area of the central crossbar over the forehead.

Die Elektrodenanordnung gleicht in ihrer Form dem großen Druckbuchstaben E und bildet somit zwei ineinandergelegte, nach einer Seite hin offene Bügel (Abb. 1). Dadurch ist es möglich, die Elektrodenanordnung mit einem Handgriff so in Funktionsstellung zu bringen, daß der Bügel, der durch die beiden kontaktflächentragenden Querstäbe sowie dem dazwischen liegenden Hebelarm gebildet wird, von einer Seite so um den Kopf gelegt wird, daß die entständige Kontaktfläche unter dem Nacken und die mittelständige Kontaktfläche auf der Stirn zu liegen kommt. Der andere Hebelarm mit dem Querstab, der Steuerelektronik und Spannungsquelle aufnimmt, zeigt dann nach oben und über den Kopf hinaus vom Körper weg (Abb. 2).The shape of the electrode arrangement is similar to that of the capital letter E and thus forms two nested brackets that are open on one side ( Fig. 1). This makes it possible to bring the electrode assembly into a functional position with a handle so that the bracket, which is formed by the two contact surface-bearing cross bars and the intermediate lever arm, is placed around the head from one side so that the contact surface under the Neck and the middle contact area comes to rest on the forehead. The other lever arm with the crossbar, which houses the control electronics and voltage source, then points upwards and over the head away from the body ( Fig. 2).

Ein Mikroschalter, der unter einer der unterpolsterten Kontaktelektroden (vorzugsweise über der Stirn) eingebaut ist, setzt das Gerät mit Beginn des Einsatzes am Kopf selbständig in Betrieb und schaltet es auch sofort aus, wenn der Anwender im Moment eines ausreichenden Effektes die Elektrodenanordnung mit einem Handgriff vom Kopf nimmt und zum Beispiel einschlafen will.A microswitch placed under one of the padded contact electrodes (preferably over the forehead) is installed, the device sets at the beginning of the Use the head independently and also switch it off immediately, if the user has the electrode arrangement with a Takes the handle off his head and wants to fall asleep, for example.

Insgesamt läßt sich die Elektrodenanordnung an jede Kopfgröße und Kopfform anpassen, da die beiden Querstäbe mit Kontaktflächen um ihre Achsen gedreht und der mittelständige Querstab entlang der Achse des Längsstabes verschoben werden können.Overall, the electrode arrangement can be adapted to any head size and shape, because the two cross bars with contact surfaces rotated about their axes and the medium-sized crossbar are moved along the axis of the longitudinal bar can.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Fig. 1-3 an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. An einem etwa 40 cm langen Stab (1) mit vorzugsweise quadratischem Querschnitt sind an beiden Enden in gleicher Ebene und parallel zu zweien der vier langen Flächen sowie senkrecht zur Längsachse jeweils ein Bohrkanal (2) und (3) gesetzt (Abb. 1). In der gleichen Ebene befindet sich parallel zur Längsachse ein Langloch von etwa 10 cm Läne (4), das etwa 18 cm von dem einem Endloch (2) entfernt beginnt und etwa 12 cm von dem anderen Endloch (3) entfern endet. Dieser Längsstab (1) ist aus stabilem, aber leichtem Material gefertigt. Mit jeweils einer Schraube (7) und (8) ist durch das Endloch (2) und durch das Langloch (4) jeweils ein etwa 20 cm langer Querstab (5) und (6) mit seiner einen Stirnfläche am Längsbalken (1) befestigt. Auf einer ihrer Längsflächen tragen beide Querstäbe (ebenfalls aus vorzugsweise leichtem und stabilem Material) jeweils eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche (9) und (10). Mittels der Schrauben (7) und (8) besteht entsprechend der Kopfform und Kopfgröße die Möglichkeit, beide Querstäbe (5) und (6) um ihre Längsachse zu drehen und den mittleren Querstab (5) entlang dem Längsstab (1) im Bereich des Langloches (4) zu verschieben, um die Kontaktflächen (9) und (10) der Stirnebene bzw. der Nackenebene anzupassen und so für den Gebrauch eines Anwenders zu arretieren. Mit Hilfe einer weiteren Schraube (11) ist auch durch das Endloch (3) eine Querstab (12) mit seiner Stirnfläche am Längsstab befestigt zur Aufnahme der Steuerelektronik/Spannungsquelle (13). Auch dieser sollte vorzugsweise aus leichtem und stabilem Material mit quadratischem Querschnitt sein.The invention will be explained below using an exemplary embodiment with reference to FIGS. 1-3. On an approximately 40 cm long rod ( 1 ) with a preferably square cross-section, a drilling channel ( 2 ) and ( 3 ) are placed at both ends in the same plane and parallel to two of the four long surfaces and perpendicular to the longitudinal axis ( Fig. 1). In the same plane there is an elongated hole parallel to the longitudinal axis of approximately 10 cm lane ( 4 ), which begins approximately 18 cm from one end hole ( 2 ) and ends approximately 12 cm from the other end hole ( 3 ). This longitudinal bar ( 1 ) is made of stable but light material. With each screw ( 7 ) and ( 8 ) through the end hole ( 2 ) and through the elongated hole ( 4 ) each about 20 cm long crossbar ( 5 ) and ( 6 ) with its one end face on the longitudinal beam ( 1 ). Both cross bars (also made of preferably light and stable material) each carry an electrically conductive contact surface ( 9 ) and ( 10 ) on one of their longitudinal surfaces. Using the screws ( 7 ) and ( 8 ), depending on the shape and size of the head, there is the possibility of rotating both crossbars ( 5 ) and ( 6 ) around their longitudinal axis and the central crossbar ( 5 ) along the longitudinal bar ( 1 ) in the area of the elongated hole ( 4 ) in order to adjust the contact surfaces ( 9 ) and ( 10 ) of the forehead plane or the neck plane and thus to arrest them for use by a user. With the help of a further screw ( 11 ), a cross bar ( 12 ) is also attached with its end face to the longitudinal bar through the end hole ( 3 ) for receiving the control electronics / voltage source ( 13 ). This too should preferably be made of a light and stable material with a square cross section.

Der letztere Querstab (12) sollte länger als die Querstäbe (5) und (6) sein, um mittels des Gewichtes der Baugruppe Steuerelektronik/Spannungsquelle (13) das Hebelgleichgewicht gegenüber dem Längsstab (1) einzustellen, wenn man die Mittellinie (15) des Anwenders in Frontalansicht bzw. die Verbindungslinie beider Kontaktelektrodenauflagepunkte an Stirn und Nacken als die eine Drehachse der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung betrachtet.The latter crossbar ( 12 ) should be longer than the crossbars ( 5 ) and ( 6 ) in order to adjust the lever balance with respect to the longitudinal bar ( 1 ) by means of the weight of the control electronics / voltage source assembly ( 13 ), if one considers the center line ( 15 ) of the User viewed in frontal view or the connecting line of the two contact electrode support points on the forehead and neck as the one axis of rotation of the electrode arrangement according to the invention.

Die andere Drehachse (16) der Elektrodenanordnung wird durch die Auflage der Kontaktfläche (9) auf der Stirn senkrecht zur Längsachse des Anwenders gebildet (Abb. 1). Das Hebelgleichgewicht des Längsstabes wird durch die Fixierung der Nackenkontaktelektrode des Querstabes (6) unter dem Nacken und einem entsprechenden Gegengewicht der Baugruppe Steuerelektronik/Spannungsquelle am Querstab (12) realisiert.The other axis of rotation ( 16 ) of the electrode arrangement is formed by the contact surface ( 9 ) resting on the forehead perpendicular to the longitudinal axis of the user ( Fig. 1). The lever balance of the longitudinal bar is achieved by fixing the neck contact electrode of the cross bar ( 6 ) under the neck and a corresponding counterweight of the control electronics / voltage source assembly on the cross bar ( 12 ).

Da die Druckkraft der Stirnkontaktelektrode (9) stets größer ist als die der Nackenkontaktelektrode (10), sollte über der Stirn eine flächenmäßig größere Elektrode als im Nacken benutzt werden, um einen annähernd gleichmäßigen Andruck über Stirn und Nacken zu gewährleisten.Since the pressure force of the forehead contact electrode ( 9 ) is always greater than that of the neck contact electrode ( 10 ), an area larger than the area of the neck should be used over the forehead to ensure an approximately uniform pressure on the forehead and neck.

Zur Schonung der Haut und Erzielung eines gleichmäßigen Übergangswiderstandes der gesamten Kontaktflächen sollten diese flexibel und weich unterpolstert sein.To protect the skin and achieve an even contact resistance The entire contact areas should be flexibly and softly padded be.

Die Steuerelektronik besteht aus einem Rechteckstromgenerator, der die beiden Kontaktelektroden (9) und (10) über elektrische Leiter mit einem elektrischen Potential versieht. Spannungsquelle und Steuerelektronik (13) werden über einen Mikroschalter (14), der sich vorzugsweise unter der Stirnelektrode (9) befindet, elektrisch verbunden, sobald die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung am Kopf zum Einsatz kommt (Abb. 3).The control electronics consist of a rectangular current generator which provides the two contact electrodes ( 9 ) and ( 10 ) with an electrical potential via electrical conductors. The voltage source and control electronics ( 13 ) are electrically connected via a microswitch ( 14 ), which is preferably located under the end electrode ( 9 ), as soon as the electrode arrangement according to the invention is used on the head ( Fig. 3).

Claims (4)

1. Elektrodenanordnung für ein Gerät zur elektrischen Beeinflussung des Zentralnervensystems durch Erzeugung eines elektrischen Stromflusses durch den Kopf des Anwenders über Flächenelektroden an Stirn und Nacken, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein Längsstab aus leichtem sowie stabilem Material mit drei Querstäben derart versehen ist, daß die Querstäbe alle mit einer ihrer Stirnflächen an ein und derselben Längsseite des Längsstabes befestigt sind, wobei jeweils ein Querstab an den Enden des Längsstabes und der dritte dazwischen angebracht ist, und die Querstäbe somit in einer Ebene, parallel zueinander und jeweils senkrecht zum Längsstab stehen,
  • - die Querstäbe derart gestaltet sind, daß der untere der endständig angebrachten Querstäbe mit einer Kontaktfläche versehen ist zwecks Hautkontakt im Nacken des Anwenders, und der mittlere Querstab ebenfalls mit einer Kontaktfläche versehen ist zwecks Hautkontakt mit der Stirn des Anwenders, am Querstab am oberen Ende des Längsstabes die Steuerelektronik und die Spannungsquelle angeordnet sind, und
  • - bei Anwendung der Längsstab mit seinen drei Querstäben so an den Kopf geschoben wird, daß bei liegendem Anwender die Kontaktfläche des unteren endständigen Querstabes von unten gegen den Nacken drückt und den einen Arm eines Hebels bildet, die Gewichtskraft des oberen endständigen Querstabes den anderen Hebelarm bildet und somit die Kontaktfläche des mittleren Querstabes als Drehpunkt des Hebels von oben auf die Stirn gedrückt wird unter Ausschluß jeglicher weiterer Berührung des Gerätes mit dem Anwender.
1. Electrode arrangement for a device for electrically influencing the central nervous system by generating an electrical current flow through the user's head via surface electrodes on the forehead and neck, characterized in that
  • - A longitudinal bar made of light and stable material is provided with three cross bars such that the cross bars are all fastened with one of their end faces to one and the same long side of the longitudinal bar, one cross bar being attached to the ends of the longitudinal bar and the third in between, and the cross bars are therefore in one plane, parallel to each other and perpendicular to the longitudinal bar,
  • - The crossbars are designed such that the lower of the terminally attached crossbars is provided with a contact surface for skin contact in the user's neck, and the central crossbar is also provided with a contact surface for skin contact with the user's forehead, on the crossbar at the upper end of the Longitudinal rod, the control electronics and the voltage source are arranged, and
  • - When using the longitudinal bar with its three cross bars is pushed to the head so that when the user is lying down, the contact surface of the lower end cross bar presses against the neck from below and forms one arm of a lever, the weight of the upper end cross bar forms the other lever arm and thus the contact surface of the central crossbar as the fulcrum of the lever is pressed onto the forehead from above, excluding any further contact of the device with the user.
2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen dem Nacken bzw. der Stirn großflächig angepaßt und unterpolstert sind.2. Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the contact surfaces of the neck or forehead are largely adapted and are padded. 3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle des Gerätes mit Hilfe eines Mikroschalters, der unter einer der Kontaktflächen angeordnet ist, mit der Steuerelektronik elektrisch verbunden wird, wenn die Kontaktfläche gegen des Kopf des Anwenders gedrückt wird. 3. Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage source of the device with the help of a microswitch, which is arranged under one of the contact surfaces with which Control electronics is electrically connected when the contact area is pressed against the user's head.   4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Anpassung des Gerätes an die Kopfform des Anwenders die beiden Querstäbe mit Kontaktfläche um ihre Achse drehbar sind und der mittlere Querstab entlang der Achse des Längsstabes verschiebbar ist.4. Electrode arrangement according to claim 1, characterized in that to adapt the device to the shape of the user's head Cross bars with contact surface are rotatable about their axis and the middle crossbar is slidable along the axis of the longitudinal bar.
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