Es ist bekannt, therapeutische Effekte durch Stimulierung bestimmter Therapiepunkte auf der Haut des Patienten zu erzielen. Wenn die bekannte mechanische Stimulation durch elektrische Stimulation ergänzt oder ersetzt werden soll, sind hierzu insbesondere niederfrequente Ströme, z.B. von ca.
1-10 Hz, geeignet.
Bekannte Typen von Elektrotherapiegeräten sind aber meist für Anwendungen bestimmt, bei denen im Inneren des menschlichen Körpers liegende Organe, Organteile oder Gewebe stimuliert werden sollen, so dass die Geräte für die Stimulierung von in oder nahe der Körperoberfläche gelegenen Therapiepunkten nicht oder schlecht geeignet sind.
Ziel der Erfindung ist ein für die Stimulierung solcher The rapiepunkte besonders geeignetes Gerät, das insbesondere die Erzeugung und therapeutische Anwendung niederfrequenter Stromstösse mit einer Wellenform ermöglicht, die den bei Stimulierung von Nervensträngen entstehenden Strömen ähnlich ist, wobei diese Ströme auf die Körperoberfläche (Epidermis und angrenzende Gewebeschichten) für die Stimulierung von Therapiepunkten der oben beschriebenen Art zur Einwirkung gebracht werden sollen.
Ziel der Erfindung ist ferner eine solche Ausbildung der Elektroden, dass der bei Behandlung mit niederfrequenten Stromstössen vom Patienten mehr oder weniger empfundene Schmerz vermindert werden kann. Diese Ziele lassen sich mit dem erfindungsgemässen Elektrotherapiegerät erreichen, das gekennzeichnet ist durch Elektroden mit Kontaktflächen, die zum Anlegen an nahe nebeneinanderliegenden Teilen der Körperoberfläche des Patienten bestimmt sind, einen niederfrequenten Sperrschwingoszillator zur Erregung der Elektroden und eine Gleichspannungsquelle zur Speisung des Sperrschwingoszillators, wobei die eine Ausgangsleitung des Oszillators zur Festlegung eines Bezugspotentials mit einem Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und die Spannung aus der anderen Ausgangsleitung um dieses Bezugspotential oszilliert,
und wobei die an das Bezugspotential angeschlossene Elektrode eine Kontaktfläche aufweist, die höchstens ebenso gross ist wie die Kontaktfläche der mit der oszillierenden Spannung verbundenen Elektrode.
Bevorzugte Ausführungsformen des ertmdungsgemässen Elektrotherapiegerätes werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die halbschematische Darstellung von für das Therapiegerät geeigneten Elektroden,
Fig. 2 einen ersten bevorzugten Sperrschwingoszillator
Schaltkreis mit Speisespannungsquelle und Elektroden,
Fig. 3 einen zweiten bevorzugten Sperrschwingoszillator Schaltkreis für selbsttätige Aktivierung,
Fig. 4 die Darstellung von bevorzugten Impulsformen, wie sie mit dem Gerät erzeugt und therapeutisch angewendet werden können,
Fig. 5 das Schema eines Beispiels für die Anordnung mehrerer Elektroden auf einem Träger,
Fig. 6 den vergrösserten Schnitt durch eine bevorzugte Elektrodenstruktur,
Fig. 7 die teilweise geschnittene und teilweise schematisch dargestellte Ausführungsform einer anderen Elektrodenstruktur.
Fig. 1 zeigt in halbschematischer vergrösserter Darstellung, wie die beiden Elektroden 11, 12 zur elektrischen Stimulierung eines im Bereich zwischen den Elektroden liegenden Thera piepunktes-an die Körperoberfläche 18 eines Patienten ange legt und mehr oder weniger fest angedrückt werden. Die Elektroden 11, 12 sind mit entsprechenden Sockeln 13, 16 im Elektrodenträger 10 befestigt und über die Leitungen 15, 17 mit einem nicht dargestellten Oszillator verbunden, der entsprechend niederfrequente Stromstösse zu erzeugen in der Lage ist, wie weiter unten eingehender erläutert.
Die mit der Körperoberfläche 18 in Kontakt kommenden Teile der Elektroden 11, 12 sind praktisch durch die vorzugsweise sphäroiden, insbesondere kugelkalottenförmigen bzw.
halbkugelig ausgebildeten Kontaktseiten der Elektroden 11, 12 bestimmt, wobei die Kontaktflächen praktisch gleich gross sind.
Wie weiter unten genauer erläutert, ist stets eine Elektrode - bzw. sind die verschiedenen Kontaktflächen einer mehrteiligen Elektrode - mit der oszillierenden Spannung verbunden, während die andere Elektrode an ein Bezugspotential angeschlossen ist.
Auch wenn das erfmdungsgemässe Gerät gemäss einer bevorzugten Ausführungsform netzunabhängig ist und als Speisespannungsquelle eine konventionelle Trockenbatterie aufweist, kann so das Schwimmen der Elektroden sicher vermieden werden. Trotz der Anwendung von niederfrequenten Stromstössen aus einem Oszillator kann man hier von einer negativen Elektrode oder Kathode sprechen, z.B. wenn nur mit Halbschwingungen gearbeitet wird oder wenn man auf einen bestimmten Schwingungsteil, nämlich das Einschwingen, Bezug nimmt.
In der Praxis wird von Patienten bei Behandlung mit solchen Stromstössen manchmal ein Schmerz an der Kontaktstelle mit einer bestimmten Elektrode, häufig der Kathode empfunden. Beim erfmdungsgemässen Gerät ist die für diese Kontaktstelle vorgesehene Elektrodenfläche daher mindestens ebenso gross wie die entsprechende Kontaktstelle der Bezugselektrode. Vorzugsweise ist die Kontaktstelle der CKathode# bzw. oszillierenden Elektrode erheblich grösser, z.B. zweimal und mehr, als die Kontaktstelle bzw. -fläche der Bezugselektrode. Allgemein kann die Kontaktfläche der oszillierenden Elektrode relativ so stark vergrössert werden, dass die dort auftretende Stromdichte in einer, eine mindestens merkliche Verringerung des Schmerzes bei der Behandlung bewirkenden
Weise verringert wird.
Vorzugsweise liegen die als Kontaktstellen vorgesehenen Flächenteile beider Elektroden praktisch in gemeinsamen Ebenen und relativ nahe nebeneinander, z.B. in einem Abstand von einigen Millimetern bis wenigen Centimetem, etwa zwischen 1-50 mm. Grössere Abstände sind weniger zweckmässig, teils weil dann die Genauigkeit der Applikation ge fährlet sein kann, teils weil das Gerät bzw. der Elektrodenteil zunehmend unhandlicher wird. Die Elektroden sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Halter vorgesehen, der mit dem restlichen Teil des Gerätes fest oder aber über ein Kabel verbunden sein kann. Der Elektrodenhalter kann mit einer Bezugsmarkierung zur optimalen Positionierung der Elektroden relativ zu einem Therapiepunkt versehen sein.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Teile des eifmdungs- gemässen Elektrotherapiegerätes auf einem gemeinsamen Träger vorgesehen, wobei das Gerät so leicht und kompakt ausgeführt sein kann, dass es in einer normalen Trag- oder Anzugstasche Platz findet. Dies ist besonders für die ambulan te Selbstbehandlung stossweise auftretender Schmerzzustände (z.B. Migräne, Rückenschmerzen) wichtig.
In Fig. 2 ist ein für das Therapiegerät geeigneter Oszillatorschaltkreis gezeigt, der eine stabilisierte Frequenz erzeugt und als Sperrschwingoszillator mit Transformatorkupplung ausgebildet ist. Das Ausgangssignal wird von der Sekundärwicklung 23 des Kupplungstransformators 21 abgenommen.
ZurSekundärwicklung23 ist einzumEinstellen derAmplitude des Ausgangssignals vorgesehener, veränderlicher Widerstand
25 parallel geschaltet. Der Schiebekontakt 26 dieses Wider standes ist mit der Elektrode 202, die andere Elektrode 204 ist mit dem einen Ende der Sekundärwicklung 23 verbunden.
Sperrschwingoszillatoren solcher Art mit einem Transistor 250 und einem Schalter 260 sind an sich bekannt. Als Modilikation zur Frequenzstabilisierung besitzt der in Fig. 2 gezeigte Sperr schwingoszillator für das erfindungsgemässe Therapiegerät einen Kondensator 22 zum Ausgleich von nicht erwünschten Änderungen der Oszillatorfrequenz, die durch die Änderung des Kontaktwiderstandes zwischen den Elektroden 202, 204 und der Haut 210 bewirkt werden. Gewollte Änderungen der Oszillatorfrequenz können durch Einstellung des veränderlichen Ausgangswiderstandes 25 bewirkt werden.
Der Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden 202, 204 und der Haut 210, d.h. der durch den Doppelpfeil angedeutete Lastwiderstand 220 kann zwischen einigen 10000 Ohm bei leichtem Andrücken der-Elektrode und einigen 1000 Ohm bei kräftigem Anpressen der Elektrode liegen. Wenn der Lastwiderstand 220 sehr hoch und die Belastung des Oszillators daher klein ist, steigt die Spannung an der Primärwicklung 24 und damit auch an der Sekundärwicklung 25. Die höhere Spannung an der Primärwicklung 24 lädt dann den Kondensator 27. Die Entladung von Kondensator 27 dauert verhältnismässig lange und während dieser Zeitspanne sinkt die Frequenz des Sperrschwingoszillators. Umgekehrt steigt die Oszillatorfrequenz, wenn der Lastwiderstand 220 klein ist.
Aus diesen Gründen wäre die Frequenz des Sperrschwingoszillators vom Druck abhängig, mit dem die Elektroden auf die Haut gepresst werden.
Eine solche Änderung der Frequenz des Oszillators ist aber unerwünscht, weil dadurch die Frequenz der einem Therapiepunkt zugeleiteten elektrischen Stimuli gegenüber der idealen Frequenz von nerveninduzierten Spannungen verschoben wird.
Ohne den Kondensator 22 würde sich die Oszillatorfrequenz zwischen etwa 4 Hertz und etwa 2 Hertz ändern, wenn der Lastwiderstand 220 zwischen 2 Kiloohm und 16 Kiloohm verändert wird. Wenn der Kondensator 22 eine Kapazität von 0,05 I1F aufweist, ändert sich die Oszillatorfrequenz bei der angegebenen Änderung des Lastwiderstandes 220 nur noch zwischen 3,5 Hertz und 2,5 Hertz. Wenn die Kapazität des Kondensators 22 auf 0,1 ,aF erhöht wird, beträgt die Oszillatorfrequenz etwa 3 Hertz und zeigt im angegebenen Änderungsbereich des Lastwiderstandes 220 praktisch keine vom Lastwiderstand abhängige Frequenzänderungen.
Wenn der Kondensator 22 eine Kapazität von 0,2 I1F aufweist, ändert sich die Frequenz in Abhängigkeit vom genannten Lastwiderstand zwischen 2,5 Hertz und 3,5 Hertz, wobei die niedrigere Frequenz dem geringeren Lastwiderstand und die höhere Frequenz dem höheren Lastwiderstand entspricht. Aus diesen Gründen wird die Verwendung eines Kondensators 22 mit einer Kapazität von 0,1 pF bevorzugt, weil dies eine praktisch konstante Oszillatorfrequenz bei den praktisch bedeutsamsten Veränderungen des Lastwiderstandes ergibt.
Der Grund für diese sehr vorteilhafte Stabilisierung der Oszillatorfrequenz liegt wahrscheinlich darin, dass der Kondensator 28 bei hohem Lastwiderstand mit einer höheren Spannung aufgeladen wird und dadurch eine grössere Ladung speichert, welche durch den Widerstand 27 wieder entladen wird, während gleichzeitig die Ladung über den Kondensator 22 und den veränderlichen Widerstand 25 abfliesst, wodurch das Absinken der Oszillatorfrequenz verhindert wird.
Der Oszillatorschaltkreis gemäss Fig. 2 umfasst ferner einen Kondensator 29, der Frequenzänderungen verhindert, die durch Änderungen des Innenwiderstandes der zur Speisung des Kreises vorgesehenen Gleichstromquelle 200 bewirkt werden. Ohne den Kondensator 29 steigt die Oszillatorfrequenz beim Ansteigen des Innenwiderstandes der Stromquelle 200 ebenfalls, beispielsweise von ursprünglich 3 Hertz auf 8 Hertz. Auch dieser Frequenzanstieg ist aus den genannten Gründen unerwünscht. Wenn der Kondensator 29 eine Kapazität von 10 ,aF aufweist, steigt die Oszillatorfrequenz mit steigendem Innenwiderstand der Stromquelle 200 von 3 Hertz nur auf etwa 5 Hertz an. Bei einer Kapazität des Kondensators 29 von 20 pF steigt unter den genannten Bedingungen die Oszillatorfrequenz von 3 Hertz auf etwa 4 Hertz an.
Mit der bevorzugten Kapazität des Kondensators 29 von 30 pF oder mehr bleibt die Oszillatorfrequenz praktisch auch dann konstant, wenn der Innenwiderstand der Stromquelle 200, beispielsweise einer normalen Trockenbatterie, bis auf 2000 Ohm ansteigt.
Diese Frequenzstabilisierung beruht darauf, dass die Zeitkonstante beim Laden des Kondensators 29 mit der Batterie 200 (diese Zeitkonstante errechnet sich aus dem Produkt der Kapazität des Kondensators 29 und dem Innenwiderstand der Batterie 200) in der Grössenordnung von einer Hundertstelsekunde liegt und verglichen mit der normalen Oszillationsperiode (1: f = 1: 3 Sekunden) des Sperrschwingoszillators sehr klein ist. Das hat zur Folge, dass die für eine Sperrschwingoszillation erforderliche Energie vom Kondensator 29 und nicht direkt von der Batterie 200 kommen kann.
Durch die beschriebene Verwendung der Kondensatoren 22 und 29 kann jedenfalls gemäss einer bevorzugten Ausführungsform erreicht werden, dass der Oszillatorschaltkreis mit einer konstanten, von Änderungen des Lastwiderstandes und des Innenwiderstandes der Stromquelle praktisch unabhängigen Frequenz schwingt.
In Fig. 3 ist das Schema des Schaltkreises für ein ohne
Schalter aktivierbares erfindungsgemässes Therapiegerät ge zeigt. Dieser Kreis ist so aufgebaut, dass er nur erregt werden kann, wenn die Elektroden 304 und 302 mit einem schwachen
Leiter, etwa der Haut des Patienten, in Berührung gebracht worden sind. Dann fliesst ein elektrischer Strom von der Bat terie 300 über einen nur zur Sicherung vorgesehenen Schalter
360, die Elektrode 304, die Haut 310 (den Lastwiderstand 302) die Elektrode 302, die Widerstände 315 und 316, den Basisan schluss des Transistors 350 und den Widerstand 317. Dadurch liegt an der Basis des Transistors 350 eine Vorspannung, wel che den Sperrschwingoszillator in Betrieb setzt.
Wenn die
Elektroden 302, 304 von der Haut 310 abgenommen werden, wird der beschriebene Schaltkreis unterbrochen und es fliesst kein Strom mehr, weshalb auch an der Basis des Transistors 350 keine Vorspannung mehr anliegt, so dass der Kollektorstrom des Transistors 350 und damit die Oszillation des Sperrschwingoszillators unterbrochen wird. Dieser Kreis enthält einen als Filter wirksamen Kondensator 390, der verhindert, dass der an der Elektrose 302 auftretende Wechselstrom über die Widerstände 315 und 316 an die Basis des Transistors 350 geleitet und damit der Basis des Transistors eine Spannung mit negativen Spannungsstössen zugeleitet wird. Weiter ist ein Kondensator 341 vorgesehen, der bewirkt, dass den Elektroden 302, 304 nur alternierende Spannung zugeleitet wird.
Beim Abnehmen der Elektroden 302, 304 von der Haut des Patienten wird der Strom abgeschaltet und damit die als Stromquelle verwendete Batterie nicht unnötig belastet, auch wenn der Schalter 360 nach der Verwendung des Gerätes nicht mehr geöffnet wurde.
Die Funktion der übrigen Komponenten des Kreises, dem Transformator 31 mit Primärwicklung 34, Sekundärwicklung 33, dem veränderlichen Widerstand 35 und den Kondensatoren 38, 39, entspricht praktisch dem in Fig. 2 dargestellten Sperrschwingoszillator mit Frequenzstabilisierung.
Wesentlich für eine besonders bevorzugte Ausführungsform desserfindungsgemässen Gerätes ist, dass beide in den Fig. 2 und 3 gezeigten Sperrschwingoszillatoren beim Einschalten negativ einschwingen, d.h. dass die gelieferte Ausgangsspannung eine Wellenform aufweist, deren Spannung zuerst negativ und nach dem Durchlauf durch Null positiv wird, wie es in Fig. 4 anhand von zwei Impulsen 41, 42 auf der Zeitabszisse dargestellt ist, deren durchbrochen eingezeichneter Teil andeuten soll, dass weder die Aufeinanderfolge mehrerer Impulse noch deren Abstand kritisch für den Betrieb des Gerätes ist. Auf der Ordinate des Diagrammes von Fig. 4 ist der Spannungsverlauf um den Nullwert aufgetragen.
Wie bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 1 angedeutet, ist das Kontaktflächenverhältnis der Elektroden des erfindungsgemässen Gerätes für den Betrieb bzw. die Therapie bedeutsam. Wenn die Kontaktfläche der Kathode bzw. der oszillierenden und vorzugsweise negativ einschwingenden Elek trode gemäss einer bevorzugten Form des erfindumgsgemässen Gerätes erheblich grösser sein soll, als die der Bezugselektrode, kann man entweder die zum Kontakt bestimmte Fläche der oszillierenden Elektrode bzw. diese selbst vergrössern oder aber in Gestalt von zwei oder mehr Elektrodenteilen vorsehen, wie dies schematisch in Fig. 5 angedeutet ist. Der nur teilweise gezeichnete Halter 50 trägt eine Bezugselektrode 51 und zwei elektrisch miteinander verbundene oszillierende Elektroden oder Kathoden 52, 54.
Mindestens die oszillierenden Elektroden sind gegen den Halter 50 elektrisch isoliert.
Die in Fig. 5 dargestellte Zahl der oszillierenden Elektroden 52, 54 sowie ihre geometrische Verteilung bzw. ihr räumliches Verhältnis zur Bezugselektrode 51 (die gewünschtenfalls auch in mehrere Elektroden unterteilt sein kann) sind nicht kritisch und können ohne weiteres modifiziert werden. Man kann die Kontaktflächen auch unterschiedlich formen und z.B. einer Bezugselektrode mit annähernd kreisförmiger bzw.
kugelkalottenförmiger Kontaktfläche eine stab- oder wulstförmig ausgebildete oszillierende Elektrode beiordnen, deren Kontaktfläche annähernd die Form eines Troges mit mehr oder weniger abgerundetem Boden hat und um ein mehrfaches grösser als die Kontaktfläche der Bezugselektrode ist.
In den Fig. 6 und 7 sind bevorzugte Elektrodenstrukturen für das erfindungsgemässe Gerät stark vergrössert im Schnitt dargestellt. Die vorzugsweise metallischen Elektrodenkörper 60 bzw. 70 haben rotationssymmetrische Wandungen 61, 71, die jeweils einen hohlen Kammerraum 62, 72 umschliessen, der mit einem Bodenteil 63, 73 verschlossen ist. Im kugelkalottenförmigen Bodenteil 64, 74 sind mehrere feine Durchbrechungen 65, 75, z.B. Bohrungen, vorgesehen. Zum Betrieb wird der Kammerraum 62 bzw. 72 mit Wasser, physiologischer Kochsalzlösung oder dergleichen gefüllt, so dass die aussen an der Elektrode befestigte hydrophile saugfähige Schicht 66 bzw. 76, z.B. aus Gewebe, Pappe oder Papier, befeuchtet wird und feucht bleibt. Auf diese Weise wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen Elektrode und der Haut des Patienten sichergestellt.
Bei Verwendung von reinem Wasser bildet sich der Elektrolyt mit den auf der Haut normalerweise vorhandenen Salzen bzw. Säuren.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform muss der Flüssigkeitsinhalt, etwa durch Eintauchen der aufgeschraubten Elektrode, jeweils wieder aufgefüllt werden. Mit einer einzigen Kamm erfüllung kann aber bereits eine Flüssigkeitsversorgung über Tage sichergestellt werden, insbesondere wenn die saugfähige Schicht 66 in den Behandlungspausen mit einer (nicht dargestellten) Kappe abgedeckt ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt, kann der Kammerraum 72 aber auch über eine Leitung 77 aus einem schematisch dargestellten Vorratsbehälter 700 fortlaufend mit Flüssigkeit versorgt werden, wobei eine entsprechend geregelte Druckeinwirkung 710 für die Versorgung vorgesehen sein kann, wenn der Leitungsweg 720 entsprechend lang ist bzw. einen entsprechenden Strömungswiderstand bildet. In jedem Fall soll das Wasser bzw.
die Salzlösung nur sichernd, d.h. praktisch drucklos, an den Öffnungen 65, 75 austreten bzw. durch Kapillarwirkung in der saugfähigen Schicht 66 bzw. 76 verteilt und verteilt gehalten werden.
Die hier beschriebene Feuchthaltemechanik der Kontaktflächen von Elektroden ist für die hier beschriebenen Formen der therapeutischen Applikation elektrischer Ströme hervorragend geeignet, um einen gleichmässigen Stromübergang zu gewährleisten, lokale Verbrennungen zu vermeiden und gege benenfalls einen gewissen Kühlungseffekt zu erzielen. Es versteht sich, dass die Lösung auch ein Lokalanästhesiemittel enthalten kann bzw. dass die Kontaktflächen der Elektroden entsprechend gross ausgebildet und über entsprechende Verbindungen mit Leitfähigkeitsflüssigkeit zur Verteilung in der saugfähigen hydrophilen Schicht versorgt werden können.