EP2303404A2 - Vorrichtung zur stimulierung von arealen des menschlichen gehirns - Google Patents

Vorrichtung zur stimulierung von arealen des menschlichen gehirns

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Publication number
EP2303404A2
EP2303404A2 EP09737524A EP09737524A EP2303404A2 EP 2303404 A2 EP2303404 A2 EP 2303404A2 EP 09737524 A EP09737524 A EP 09737524A EP 09737524 A EP09737524 A EP 09737524A EP 2303404 A2 EP2303404 A2 EP 2303404A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
band
coil
sensors
person
cross
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09737524A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Demmelbauer
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2303404A2 publication Critical patent/EP2303404A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/40—Applying electric fields by inductive or capacitive coupling ; Applying radio-frequency signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/242—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents
    • A61B5/245—Detecting biomagnetic fields, e.g. magnetic fields produced by bioelectric currents specially adapted for magnetoencephalographic [MEG] signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6814—Head
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]

Definitions

  • a so-called helmet is used, to which applicators for applying the cranial region with electromagnetic waves are attached.
  • the device is stationary;
  • the helmet is similar to some dry hoods attached to a device with which it can be aligned around the head and stabilized without touching the head.
  • DE 41 39 535 A1 describes a method and a device for stimulation by means of electrodes which are preferably applied to the skin in the area of the head and are subjected to an electrical signal of variable frequency.
  • EP 0 655 261 A2 describes a device and a method for combating hair loss.
  • On the cranial region is a branched, belt-like brackets a running in serpentine form, insulated electrical line is applied, which is current flowing through.
  • a helmet is proposed in the padding of which pulsating electric current through which coils are installed for the purpose of transcranial magnetic stimulation.
  • sensors and electrodes are installed in the helmet for the purpose of EEG measurement and measurement of ohmic resistances at the head area.
  • the magnetic stimulation is set.
  • the helmet is connected via cable and, if necessary, radio with power supply and control.
  • a textile ie formed from a composite of fibers, a closed loop forming belt is described, which is formed at least on the inner circumferential surface as an electrically conductive contact surface.
  • the band comprises fibers of an electrically conductive material, fibers of an electrically insulating material and fibers of an elastomer, all of which are interwoven so that the band is elastically extensible over a wide range.
  • the band can be permanently saturated by elastic bias on a part of a human body, because it surrounds.
  • the band is equipped with an electrically conductive connecting wire, which should reach to the bottom of the room. It serves to prevent static charge of humans against the ground potential.
  • WO 2005079910 A1 shows a bandage formed from a conventional, elastic, textile material which is provided locally with spaced-apart, flat connection electrodes, via which electrical current can be conducted to the person wearing the bandage.
  • the connecting wires to the electrodes are guided in the textile material.
  • a pad is attached to the bandage on the opposite cross-sectional surface side of the bandage.
  • US 2006167526 A1 describes a device for medical purposes. Via a band, which is equipped with strip-shaped permanent magnets, leads are led to electrodes, which rest against the skin of a human and over which a health-promoting electrical stimulus is to be delivered.
  • the object underlying the invention is to provide an electromagnetic device based on a current-carrying coil which serves to stimulate areas of the human brain by means of magnetic signal patterns.
  • a current-carrying coil which serves to stimulate areas of the human brain by means of magnetic signal patterns.
  • the coil is formed as part of a flat, elastic band, which can be applied in the manner of a headband under elastic bias on the head of a human.
  • the device is easily applied and usable at a very important body zone. Due to the flatness, a helmet or other headgear can be worn over the band if necessary. By also making the conductor of the coil flat, the magnetic effect can be transmitted to humans in a very efficient manner.
  • the coil has only a single turn. It has been shown that with the same effort better effects can be achieved, as by means of coils which have a larger number of turns and accordingly must be flowed through to generate a predetermined magnetic induction with a lower current.
  • the device is used in combination with sensors and a controller, whereby parameters of the physiological state of the treated person are detected and the current flow through the coil is adjusted according to the sensor result.
  • the sensors are arranged on the elastic band.
  • the sensors are already arranged on such a region of the body where the measurable physiological parameters contain many valuable information for the stimulation process.
  • results from the arrangement of the sensors on the elastic band a compact and easy to handle design.
  • sensors are designed as contact electrodes for the skin of the treated person, these contact electrodes being formed as surface areas isolated from one another on the side of the elastic band facing the treated person.
  • optically pumped magnetometers are used as sensors. These can be implemented as small lightweight components and they can produce the smallest fluctuations in a magnetic field, as evidenced, for example, by the activity of a human brain located in close proximity. be able to detect without acting on the brain itself.
  • the device according to the invention is used in vehicles which are controlled by the attending person.
  • that control which receives from sensors measurement data on the physiological condition of the treated person, is able to act not only on the coil, but also on the vehicle controlled by the person being treated.
  • This safety functions can be realized.
  • the controller can limit the maximum speed of the vehicle if, based on the sensor result, it can be concluded that the person being treated is overtired.
  • Fig. 1 shows an exemplary device according to the invention in overview.
  • Fig. 2 shows in sectional view an exemplary band which is part of an exemplary device according to the invention.
  • a device consists of at least one, a closed loop forming band 1, which has at least one coil 2 and an insulation 3, and an electronic control unit 11, which acts on the coil of the band via a supply line 10 with electric current.
  • the most essential parts of the band 1 are a coil 2 and an insulation 3 of this coil.
  • the band in its longitudinal direction in a wide range elastically extensible and that both the cross-sectional area of the band 1 as a whole, and thus the cross-sectional area of the coil 2 are wide and flat.
  • the band By being elastically extensible in its longitudinal direction over a wide range, the band can simply be applied around the head like a conventional headband. It holds friction in the respective position, without the need for further resources. It lies full on the head along its entire length. If, on the side of the band 1 facing the user, electrodes 4 are used to make contact with the skin surfaces of the user. are brought so these electrodes 4 are pressed by the elastic effect of the tape well to the skin.
  • the length of the band can increase at a tensile force of 5 N by about 20 percent compared to the length in the relaxed state.
  • each cross-sectional area of the coil can be close to the head of the person to be treated and the cross-sectional area of the conductor of the coil can nevertheless be relatively large.
  • the cross-sectional dimensions of the band are approximately 8 * 1 mm 2 .
  • the coil 2 has only a single turn, formed of copper, wherein the conductor cross-sectional area is 1 to 1.5 mm 2 and the width of the conductor cross-section is just under 8 mm.
  • the band in its longitudinal direction by low tensile force (less than 10 N) by at least about 5% compared to its length in the relaxed state must be elastically stretchable, of course, the coil 2 must be elastically extensible by low force. To realize this, there are a number of possibilities, of which three are given without any claim to completeness:
  • the conductor cross section of the coil 2 may be formed by a fabric of thin, wires, wherein the running in the tape longitudinal direction wires are guided in loops.
  • the conductor cross section of the coil 2 may be formed by a thin sheet metal strip which runs in the band 1 in a wavy line or a zigzag line.
  • the amplitude of the wavy line or zigzag line is parallel to the direction of the smaller dimension of the cross-sectional area of the band. In this way, the metal strip is stretchable like a bellows.
  • the coil 2 may be formed by a composite of different threads, one type of thread being made of an elastomer and the second type of thread being a conductive wire and at least the second type of thread being guided in curves, undulations or loops.
  • the insulation 3 can and must, as shown, only envelop the cross-sectional area of the coil from the outside. If the cross-sectional area of the conductor of the coil 2 is composed of a plurality of individual strands of a conductive material, even the individual strands can be sufficiently well sheathed by insulation, so that a common enclosing insulation is not necessarily required.
  • the insulation must also have the necessary elastic deformability, so that the band is sufficiently elastically extensible in its longitudinal direction.
  • the insulation 3 can be formed, for example, by a tube made of an elastomer or a fabric made of threads of an elastomer.
  • the stimulation of areas of the human brain is transcranial magnetic stimulation.
  • Magnetic fields are used to induce current flows in the brain according to certain patterns that are similar to brain rhythms.
  • the patterns are composed of signal frequencies of 0.5 Hz to 10 kHz (electrical synapse activity). Due to the cross-sectional shape of the band 1 and the coil 2, the pulse delivery happens very close to the surface of the head of the person to be treated. As a result, even with comparatively low energy consumption, a good result can be achieved. If the coil 2 has only a single turn typical currents with which already very good results are achieved, at 40 to 250 mA. The use of only a single turn and the use of a wide flat conductor cross-section, due to the associated lowönsindukt technically rapid current changes and short high current peaks can be realized much better than otherwise comparable application of several turns and round wires.
  • the device according to the invention can be used well to improve the concentration ability of the person treated with it. This is the application of the device for such Persons of particular value who carry out activities in which a lack of concentration causes a great deal of dangerous situations. Typically, this concerns the control of vehicles over a longer period of time or even work on dangerous machines or devices such as saws, ovens, etc. over a longer period. If a helmet is worn in such activities can create a inventively executed band as a headband and put on a conventional helmet over it. But it is also possible and quite reasonable to equip the helmet itself, which is otherwise worn as a mechanical protection against injury in potentially dangerous situations, with a band according to the invention.
  • the band is attached to the inner circumferential surface of the inner belt of the helmet, that belt which runs along the so-called hat line around the head of the person wearing the helmet and is used for size adjustment.
  • the control electronics 11 required to drive the coil can then be accommodated in the rear part of the helmet.
  • the device according to the invention can be removed from the helmet so that it can also be used without a helmet.
  • An advantageous point for the attachment of a device according to the invention is also the upper part of the backrest or the headrest of the driver's seat of a vehicle.
  • the control electronics 11 may be installed in the backrest or the headrest and be supplied with electrical energy, for example via the board network of the vehicle. But it is also an independent power supply by means of battery or battery possible.
  • the tape 1 can - if it is not used - be hung on the backrest or the headrest.
  • control electronics 11 cooperate with one or more sensors, by which physiological parameters of the treated person can be detected.
  • the device can be automatically turned on or off depending on whether or not a person is at the device in question.
  • sensors or sensor parts are already arranged on the belt 1.
  • these can be, for example, electrical contact electrodes 4, by means of which the electrical resistance can be measured when current flows through the human body.
  • the lines 5, via which these contact electrodes 4 are to be connected to the controller can be carried in the band 1.
  • these lines must therefore be elastically extensible in the longitudinal direction of the band 1 according to the rules set out above.
  • the contact electrodes 4 In order for the contact electrodes 4 to abut well on the skin of the person using the device, typically on the forehead, they are not simply located on the inner circumferential surface of the closed loop formed by the band 1 in the illustrated example, but rather through an intermediate band 1 and the contact electrode 4 arranged cushion 6 lifted slightly.
  • optically pumped magnetometer available only recently with sufficient smallness and simple applicability. These can detect minute variations in a magnetic field, such as those caused by the activity of a near-human brain, without acting on the brain itself.
  • a plurality of such measuring sensors wherein one or more first sensors are to be mounted close to the brain of a human, so typically on the inside of a helmet or on the front of a headrest and one or more other sensors on the outside of the Helms or at the back of the headrest.
  • functions of devices other than the coil 2 can also depend on the measurement results to be influenced.
  • a person sitting in the driver's seat of a car could be prevented from starting up the car or, in a less severe case, limiting the maximum speed achievable, at least by affecting the engine control.
  • work machines can be turned off, or will issue a warning signal.
  • hyperactivity of the brain hyperactivity caused by drugs or mental overload, age-related mental fluctuations can also be detected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Stimulierung von Arealen des menschlichen Gehirns. Sie beinhaltet eine Spule die an einem eine geschlossene Schleife bildenden Band um einen Kopfbereich einer zu behandelnden Person angeordnet wird und zwecks Erzeugung eines auf die behandelnde Person wirkendes Magnetfeldes von einer Steuerungselektronik aus mit Stromfluss beaufschlagt wird. Die Spule (2) ist Teil eines in seiner Längsrichtung elastisch dehnbaren Bandes (1), dessen Querschnittsfläche flach ist und das nach Art eines Stirnbandes unter elastischer Vorspannung am Kopf eines Menschen anlegbar ist.

Description

Vorrichtung zur Stimulierung von Arealen des menschlichen Gehirns
In der DE 2056603 Al wird eine Vorrichtung zur Behandlung oder Diagnose von Bereichen des menschlichen Gehirnes vorgeschlagen. Dabei wird der Schädelbereich der zu behandelnden Person durch eine darum angeordnete Teilkugelschale umgeben, an welcher Applikatoren bzw. Sensoren wie Elektroden, Spulen etc. in verstellbarer Lage befestigt sind. Je nachdem, wo diese Geräte befestigt sind, wirken bzw. detektieren sie an bestimmten Arealen des Gehirnes mehr oder weniger. Zwischen der als "Helm" bezeichneten Teilkugelschale und der Kopfhaut liegen 5 bis 20 cm Abstand. Die Vorrichtung ist also sehr groß und im Alltagsleben damit kaum einsetzbar.
Auch entsprechend der EP 0 497 672 Bl wird ein sogenannter Helm verwendet, an welchem Applikatoren zur Beaufschlagung des Schädelbereiches mit elektromagnetischen Wellen angebracht sind. Durch Hochfrequenzwellen soll die Haut positiv beeinflusst werden. Die Vorrichtung ist stationär; der Helm ist ähnlich wie manche Trockenhauben an einer Vorrichtung befestigt mit der er um den Kopf herum ausgerichtet und stabilisiert werden kann, ohne am Kopf anzuliegen.
In der DE 41 39 535 Al werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stimulation mittels vorzugsweise im Kopfbereich an der Haut anliegenden Elektroden beschrieben, die mit einem elektrischen Signal mit variabler Frequenz beaufschlagt sind.
Die EP 0 655 261 A2 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren um Haarausfall zu bekämpfen. Am Schädelbereich ist mittels verzweigter, gurtartiger Halterungen eine in Schlangenlinienform verlaufende, isolierte elektrische Leitung angelegt, welche Stromdurchflossen ist.
In der WO 2007103475 A2 wird ein Helm vorgeschlagen in dessen Polsterung von pulsierendem elektrischem Strom durchflossene Spulen zwecks transkranieller magnetischer Stimulierung eingebaut sind. Ebenso sind in dem Helm Sensoren und Elektroden zwecks EEG- Messung und Messung von ohmschem Widerständen am Kopfbereich eingebaut. Abhängig von Messergebnissen wird die magnetische Stimulierung eingestellt. Dazu ist der Helm über Kabel und erforderlichenfalls Funk mit Energieversorgung und Steuerung verbunden.
In der DE 10 2004 058 722 Al wird ein Sitz vorgeschlagen in dessen Lehne von Strom durchflossene Spulen eingebaut sind, deren Magnetfeld eine auf die den Sitz benützende Person wohltuende Wirkung habe, beispielsweise auf Langstreckenflügen die Leistungsfähigkeit von Besatzungsmitgliedern steigere. Ergänzend wird vorgeschlagen, den Sitz mit Messvorrichtungen auszustatten um einen Parameter des physiologischen Zustandes der den Sitz benutzenden Person zu messen und die Spulen dementsprechend optimiert anzusteuern.
In der EP 71 342 Bl wird ein textiles, also aus einem Verbund von Fasern gebildetes, eine geschlossene Schleife bildendes Band beschrieben, welches zumindest auf der innen liegenden Mantelfläche als elektrisch leitfähige Kontaktfläche ausgebildet ist. Das Band weist Fasern aus einem elektrisch leitfähigen Material, Fasern aus einem elektrisch isolierenden Material und Fasern aus einem Elastomer auf, welche allesamt so miteinander verwoben bzw. verflochten sind, dass das Band in einem weiten Bereich elastisch dehnbar ist. Das Band kann durch elastische Vorspannung dauerhaft satt an einem Körperteil eines Menschen anliegen, denn es umringt. Das Band ist mit einem elektrisch leitenden Verbindungsdraht ausgestattet, welcher zur Bodenfläche des Raumes reichen soll. Es dient dazu, statische Aufladung des Menschen gegenüber dem Bodenpotential zu verhindern.
Die WO 2005079910 Al zeigt eine aus einem herkömmlichen, elastischen, textilen Material gebildete Bandage welche örtlich mit zueinander beabstandeten, flächigen Anschlusselektroden ausgestattet ist, über welche elektrischer Strom auf die die Bandage tragende Person geleitet werden kann. Die Anschlussdrähte an die E- lektroden sind im textilen Material geführt. Zur Verbesserung des Anpressdrucks einer Elektrode an die Person ist an der der Elektroden gegenüberliegenden Querschnittsflächenseite der Bandage ein Kissen an der Bandage befestigt.
Die US 2006167526 Al beschreibt eine Vorrichtung für medizinische Zwecke. Über ein Band, welches mit streifenförmigen Permanentmagneten ausgestattet ist, werden Leitungen zu Elektroden geführt, welche an der Haut eines Menschen anliegen und worüber ein gesundheitsfördernder elektrischer Reiz abgegeben werden soll.
In der WO 2007078889 A2 wird vorgeschlagen eine Rasteranordnung von optisch gepumpten Magnetometern unter anderem zur Messung von Gehirnaktivität zu verwenden.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine auf einer stromdurchflossenen Spule basierende elektromagnetische Vorrichtung zu schaffen, welche zur Stimulierung von Arealen des menschlichen Gehirns mittels magnetischer Signalmuster dient. Bei möglichst hohem Nutzen soll die neu zu schaffende Vorrichtung ge- genüber bisher dazu vorgeschlagenen Vorrichtungen besser alltäglich verwendbar sein.
Zum Lösen der Aufgabe wird vorgeschlagen die Spule als Teil eines flachen, elastischen Bandes auszubilden, welches nach Art eines Stirnbandes unter elastischer Vorspannung am Kopf eines Menschen angelegt werden kann.
Damit ist die Vorrichtung an einer dafür sehr bedeutenden Körperzone einfach anlegbar und verwendbar. Durch die Flachheit kann über dem Band im Bedarfsfall auch noch ein Helm oder eine andere Kopfbedeckung getragen werden. Indem auch der Leiter der Spule flach ausgebildet ist, kann die magnetische Wirkung in sehr effizienter auf den Menschen übertragen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Spule nur eine einzige Windung. Es hat sich gezeigt, dass damit bei gleichem Aufwand bessere Wirkungen erzielbar sind, als mittels Spulen, welche eine größere Anzahl von Windungen aufweisen und dementsprechend zum Erzeugen einer vorgegebenen magnetischen Induktion mit einem geringeren Strom durchflössen werden müssen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Vorrichtung in Kombination mit Sensoren und einer Steuerung verwendet, wodurch Parameter des physiologischen Zustandes der behandelten Person erfasst werden und der Stromfluss durch die Spule entsprechend dem Sensorergebnis angepasst wird.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren an dem elastischen Band angeordnet. Damit sind die Sensoren schon an einem solchen Bereich des Körpers angeordnet, an dem die messbaren physiologische Parameter viele für das Stimulationsverfahren wertvolle Informationen beinhalten. Zudem ergibt sich durch die Anordnung der Sensoren an dem elastischen Band eine kompakte und gut handhabbare Bauweise.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind Sensoren als Kontaktelektroden zur Haut der behandelten Person ausgebildet, wobei diese Kontaktelektroden als voneinander isolierte Flächenbereiche an der der behandelten Person zugewandten Seite des e- lastischen Bandes ausgebildet sind.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden als Sensoren optisch gepumpte Magnetometer eingesetzt. Diese sind als kleine leichte Bauteile ausführbar und sie können kleinste Schwankungen eines Magnetfeldes, wie sie beispielsweise durch die Aktivität eines in Nahbereich befindlichen menschlichen Gehirns hervorgeru- fen werden, detektieren ohne dabei selbst auf das Gehirn zu wirken.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fahrzeugen angewendet welche durch die behandelnde Person gesteuert werden. Bevorzugt ist dazu jene Steuerung, welche von Sensoren Messdaten über den physiologischen Zustand der behandelten Person empfängt, in der Lage, nicht nur auf die Spule, sondern auch auf das von der behandelten Person gesteuerte Fahrzeug zu wirken. Damit können Sicherheitsfunktionen verwirklicht werden. Beispielsweise kann durch die Steuerung die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges begrenzt werden, wenn auf Grund des Sensorergebnisses darauf zu schließen ist, dass die behandelte Person übermüdet ist.
Die Erfindung wird an Hand von stilisierenden Skizzen veranschaulicht:
Fig. 1: zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung im Überblick.
Fig. 2: zeigt in Schnittansicht ein beispielhaftes Band, welches Teil einer beispielhaften erfindungsgemäße Vorrichtung ist .
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht zumindest aus einem, eine geschlossene Schleife bildenden Band 1, welches zumindest eine Spule 2 und eine Isolierung 3 aufweist, sowie einer Steuerelektronik 11, welche die Spule des Bandes über eine Versorgungsleitung 10 mit elektrischem Strom beaufschlagt.
Die wesentlichsten Teile des Bandes 1 sind eine Spule 2 und eine Isolierung 3 dieser Spule.
Für die Auslegung des Bandes ist von grundsätzlicher Bedeutung dass das Band in seiner Längsrichtung in einem weiten Bereich e- lastisch dehnbar ist und dass sowohl die Querschnittsfläche des Bandes 1 als Ganzes, also auch die Querschnittsfläche der Spule 2 breit und flach sind.
Indem das Band in seiner Längsrichtung in einem weiten Bereich elastisch dehnbar ist, kann es wie ein herkömmliches Stirnband einfach um den Kopf herum angelegt werden. Es hält zufolge Reibung in der jeweiligen Position, ohne dass es dazu weiterer Mittel bedarf. Es liegt auf seiner ganzen Länge satt am Kopf an. Wenn an der dem Benutzer zugewandten Seite des Bandes 1 Elektroden 4 zwecks Kontaktierung von Hautflächen des Benutzers ange- bracht sind, so werden diese Elektroden 4 durch die elastische Wirkung des Bandes gut an die Haut angedrückt.
Bei der Auslegung des Bandes 1 kann man sich bezüglich der Länge und eines guten Kraft-Weg-Verlaufes bei Dehnung an herkömmlichen textilen Stirnbändern orientieren. Beispielsweise kann sich die Länge des Bandes bei einer Zugkraft von 5 N um ca. 20 Prozent gegenüber der Länge in entspanntem Zustand vergrößern.
Indem die Querschnittform des Bandes flach ist, liegt es gut am Kopf an ohne störend aufzutragen und ohne sich zu verdrillen. Indem auch die Querschnittsform der Spule 2 flach ist, kann sich jeder Querschnittsbereich der Spule nahe am Kopf der zu behandelnden Person befinden und die Querschnittsfläche des Leiters der Spule kann dennoch relativ groß sein.
Bei einer sehr gut tauglichen, beispielhaften Dimensionierung betragen die Querschnittsabmessungen des Bandes etwa 8 * 1 mm2. Die Spule 2 hat dabei nur genau eine einzige, aus Kupfer gebildete Windung, wobei die Leiterquerschnittsfläche 1 bis 1,5 mm2 beträgt und die Breite des Leiterquerschnittes bei knapp unter 8 mm liegt .
Da das Band in seiner Längsrichtung durch geringe Zugkraft (weniger als 10 N) um mindestens etwa 5 % gegenüber seiner Länge in entspanntem Zustand elastisch dehnbar sein muss, muss natürlich auch die Spule 2 durch geringe Kraft elastisch dehnbar sein. Um dies realisieren zu können gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, von denen hier ohne Anspruch auf Vollständigkeit drei Möglichkeiten genannt seien:
Der Leiterquerschnitt der Spule 2 kann durch ein Gewebe aus dünnen, Drähten gebildet sein, wobei die in Bandlängsrichtung verlaufenden Drähte in Schleifen geführt sind.
Der Leiterquerschnitt der Spule 2 kann durch ein dünnes Blechband gebildet sein, welches im Band 1 in einer Wellenlinie oder einer Zickzacklinie verläuft. Dabei liegt die Amplitude der Wellenlinie bzw. Zickzacklinie parallel zur Richtung der kleineren Abmessung der Querschnittsfläche des Bandes. Auf diese Weise ist das Blechband wie ein Faltenbalg dehnbar.
Die Spule 2 kann durch einen Verbund von unterschiedlichen Fäden gebildet sein, wobei eine Fadenart aus einem Elastomer besteht und die zweite Fadenart ein leitfähiger Draht ist und wobei zumindest die zweite Fadenart in Kurven, Wellen oder Schleifen geführt ist. In dem Fall, dass die Spule 2 aus einer einzigen Windung mit einem Leiter mit "ungeteilter" Querschnittsfläche gebildet ist, kann und muss die Isolierung 3 - wie dargestellt - die Querschnittsfläche der Spule nur 2 von außen umhüllen. Wenn die Querschnittsfläche des Leiters der Spule 2 auf mehreren Einzellitzen eines leitfähigen Materials zusammengesetzt ist, können auch schon die einzelnen Litzen ausreichend gut durch eine Isolierung ummantelt sein, sodass nicht zwangsweise eine gemeinsame umhüllende Isolierung erforderlich ist. Jedenfalls muss auch die Isolierung die notwendige elastische Verformbarkeit aufweisen, damit das Band in seiner Längsrichtung ausreichend elastisch dehnbar ist. Die Isolierung 3 kann dazu beispielsweise durch einen Schlauch aus einem Elastomer oder ein Gewebe aus Fäden eines E- lastomers gebildet sein.
Bei der Stimulierung von Arealen des menschlichen Gehirns handelt es sich um transkranielle Magnetstimulation. Dabei werden Magnetfelder dazu benutzt, Stromflüsse im Gehirn nach bestimmten Mustern, die ähnlich den Gehirnrhythmen sind, hervorzurufen. Die Muster sind aus Signalfrequenzen von 0,5 Hz bis 10 kHz (elektrische Synapsenaktivität) zusammengesetzt. Auf Grund der Querschnittsform des Bandes 1 und der Spule 2 geschieht die Impulsabgabe sehr nahe an der Oberfläche des Kopf der zu behandelnden Person. Dadurch kann schon mit vergleichsweise geringem Energieaufwand ein gutes Ergebnis erzielt werden. Wenn die Spule 2 nur eine einzige Windung aufweist liegen typische Stromstärken mit denen schon sehr gute Ergebnisse erzielt werden, bei 40 bis 250 mA. Durch die Anwendung von nur einer einzigen Windung und die Anwendung eines breiten flachen Leiterquerschnittes, können auf Grund der damit verbundenen niedrigen Leitungsinduktivität rasche Stromänderungen und kurze hohe Stromspitzen deutlich besser realisiert werden, als bei ansonsten vergleichbarer Anwendung von mehreren Windungen und Runddrähten.
Für die genauere Bemessung der Induktionsvorrichtung und ihrer optimalen Ansteuerung hinsichtlich magnetischer Flussdichte, Strom, Frequenz, sowie Änderungen dieser Größen, gelten im übrigen die gleichen, den betreffenden Fachleuten bewussten Regeln, wie für stationär angewendete Geräte zur Stimulierung von bestimmten Arealen des menschlichen Gehirns. Deswegen wird hier nicht weiter auf diese Regeln eingegangen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gut dazu verwendet werden, die Konzentrationsfähigkeit der damit behandelten Person zu verbessern. Damit ist die Anwendung der Vorrichtung für solche Personen besonders wertvoll, welche Tätigkeiten verrichten, bei denen mangelnde Konzentration in hohem Maß gefährliche Situationen bedingen. Typischerweise betrifft das das Steuern von Fahrzeugen über einen längeren Zeitraum oder auch das Arbeiten an gefährlichen Maschinen oder Vorrichtungen wie Sägen, Öfen etc. über einen längeren Zeitraum. Wenn bei derartigen Tätigkeiten ein Helm getragen wird kann man ein erfindungsgemäß ausgeführtes Band wie ein Stirnband anlegen und einen herkömmlichen Helm darüber aufzusetzen. Es ist aber auch möglich und durchaus sinnvoll, schon den Helm selbst, welcher im Übrigen als mechanischer Schutz gegen Verletzungen in potentiell gefährlichen Situationen getragen wird, mit einem erfindungsgemäßen Band auszustatten. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Band dazu an der Innenmantelfläche des Innengurtes des Helm angebracht, jenes Gurtes also, welcher entlang der sog. Hutlinie um den Kopf der den Helm tragenden Person herum verläuft und zur Größenanpassung verwendet wird. Die zur Ansteuerung der Spule erforderliche Steuerungselektronik 11 kann dann im hinteren Teil des Helmes untergebracht sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vom Helm abnehmbar, sodass sie auch ohne Helm anwendbar ist.
Eine vorteilhafte Stelle für die Anbringung einer Erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch der obere Teil der Lehne oder die Kopfstütze des Fahrersitzes eines Fahrzeuges. Die Steuerelektronik 11 kann in die Lehne oder die Kopfstütze eingebaut sein und beispielsweise über das Boardnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist aber auch eine davon unabhängige Energieversorgung mittels Batterie bzw. Akku möglich. Das Band 1 kann - sofern es nicht benutzt wird - an der Lehne bzw. der Kopfstütze aufgehängt sein.
Idealerweise wirkt die Steuerungselektronik 11 mit einem oder mehreren Sensoren zusammen, durch welche physiologische Parameter der behandelten Person erfasst werden können. Im einfachsten Anwendungsfall dazu kann die Vorrichtung in Abhängigkeit davon automatisch ein bzw. ausgeschaltet werden, ob sich eine Person an dem betreffenden Gerät befindet oder nicht.
In weiter entwickelten Anwendungsfällen wird nicht nur gemessen, ob sich ein Mensch an der Vorrichtung befindet, sondern auch, wie einzelne Parameter seines Zustandes, beispielsweise seine Gehin- aktivität, gerade beschaffen sind und dementsprechend wird die Stimulierung optimal eingestellt. Bevorzugt sind dazu Sensoren bzw. Sensorteile schon am Band 1 angeordnet. Gemäß Fig. 2 können dies beispielsweise elektrische Kontaktelektroden 4 sein, über welche der elektrische Widerstand bei Stromfluss über den menschlichen Körper gemessen werden kann. Gemäß Fig. 2 können die Leitungen 5, über welche diese Kontaktelektroden 4 mit der Steuerung zu verbinden sind, im Band 1 mitgeführt werden. Selbstverständlich müssen diese Leitungen damit auch gemäß den weiter oben ausgeführten Regeln in Längsrichtung des Bandes 1 elastisch dehnbar sein.
Damit die Kontaktelektroden 4 gut an der Haut des die Vorrichtung benutzenden Menschen - typischer Weise an der Stirn - anliegen, sind sie in dem dargestellten Beispiel nicht einfach an der Innenmantelfläche der durch das Band 1 gebildeten geschlossenen Schleife angeordnet, sondern davon durch ein zwischen dem Band 1 und der Kontaktelektrode 4 angeordnetes Kissen 6 etwas abgehoben.
Man kann als Sensoren auch die erst in jüngerer Zeit in ausreichender Kleinheit und einfacher Anwendbarkeit erhältlichen optisch gepumpten Magnetometer verwenden. Diese können kleinste Schwankungen eines Magnetfeldes, wie sie beispielsweise durch die Aktivität eines in Nahbereich befindlichen menschlichen Gehirns hervorgerufen werden, detektieren ohne dabei selbst auf das Gehirn zu wirken.
Für die Anwendung empfiehlt es sich, mehrere derartige Messsensoren zu verwenden, wobei ein oder mehrere erste Sensoren nahe am Gehirn eines Menschen, also typischerweise an der Innenseite eines Helms oder an der Vorderseite einer Kopfstütze anzubringen sind und ein oder mehrere weitere Sensoren an der Außenseite des Helms bzw. an der Rückseite der Kopfstütze. Durch datentechnische Auswertung der von beiden Sensoren bzw. Sensorgruppen gemessenen Signale kann man die Größe von Umgebungsmagnetfeldern auf das Messergebnis eines einzelnen Sensors - die durchaus deutlich stärker sein können als die vom Gehirn ausgesandten Magnetfelder - weitgehend erkennen und das Messergebnis davon bereinigen.
Aus den Messergebnissen - sowohl von optisch gepumpten Magnetometer als auch von herkömmlichen Widerstandsmessungen - kann an Hand von medizinischen Erfahrungswerten auf Gehirnaktivitäten und/oder auf andere Körperfunktionen zurückgeschlossen werden und dementsprechend die Spule 2 in optimiert angepasster Weise angesteuert werden.
In einer Weiterentwicklung davon können in Abhängigkeit von den Messergebnissen auch Funktionen anderer Geräte als der Spule 2 beeinflusst werden. Typischer Weise könnte man bei erkennbarer hoher Müdigkeit einer auf dem Fahrersitz eines Autos sitzenden Person eine Inbetriebnahme des Autos verhindern oder in einem weniger schweren Fall zumindest durch Einwirkung auf die Motorsteuerung die erreichbare Höchstgeschwindigkeit beschränken. Ebenso können Arbeitsmaschinen ausgeschaltet werden, oder ein Warnsignal ausgeben werde. Außer Müdigkeit können beispielsweise auch Überaktivität des Gehirnes, durch Drogen oder mentale Überlastung verursachte Hyperaktivität, altersbedingte mentale Schwankungen erkannt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für die Stimulierung von Arealen des menschlichen Gehirns, welche eine Spule beinhaltet, die an einem eine geschlossene Schleife bildenden Band um einen Kopfbereich einer zu behandelnden Person angeordnet wird und zwecks Erzeugung eines auf die behandelnde Person wirkendes Magnetfeldes von einer Steuerungselektronik aus mit Stromfluss beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) Teil eines in seiner Längsrichtung elastisch dehnbaren Bandes (1) ist, dessen Querschnittsfläche flach ist und das nach Art eines Stirnbandes unter elastischer Vorspannung am Kopf eines Menschen anlegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Leiters der Spule (2) flach ist, wobei die Ausrichtung der größeren Querschnittsabmessung gleich liegt wie die Ausrichtung der größeren Querschnittsabmessung des Bandes (1) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) nur eine einzige Windung hat.
4. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselektronik (11) mit Sensoren (4) in Verbindung steht, über welche Parameter des physiologischen Zustandes der zu behandelnden Person erfassbar sind, dass die Steuerungselektronik in Anpassung an diese Parameter den Stromfluss durch die Spule (2) optimiert und dass Sensoren an dem Band (1) befestigt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren optisch gepumpte Magnetometer sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren die Haut der behandelten Person kontaktierende Kontaktelektroden (4) sind, welche an der Innenmantelfläche der durch das Band (1) gebildeten geschlossenen Schleife angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Kontaktelektrode (4) und dem Band (1) ein Kissen (6) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen (5) zu den Sensoren (4) als Teil des Bandes (1) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Fahrzeug in einer für den Lenker des Fahrzeuges anwendbaren Weise angeordnet ist und dass die Steuerungselektronik (11) dazu in der Lage ist, auf das Fahrzeug zu wirken.
10. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (1) in einem als mechanischer Kopfschutz dienenden Helm angeordnet ist.
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