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Die
Erfindung betrifft ein Elektrotherapiegerät.
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Elektrotherapiegeräte werden
z. B. bei der Schmerzbehandlung verwendet und sind im Allgemeinen
derart eingerichtet, sodass ein elektrischer Strom den Körper oder
einen Körperteil
eines Lebewesens bei einer Anwendung mit dem Elektrotherapiegerät durchfließt. Das
Elektrotherapiegerät
erzeugt dafür
z. B. eine elektrische Spannung, die z. B. über mit der Hautoberfläche des
Lebewesens verbundene Elektroden dem Lebewesen zugeführt werden.
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Ein
Beispiel einer mit Elektrotherapiegeräten durchführbare Elektrotherapie ist
die sogenannte transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS), bei
der über
die Elektroden elektrische Strom- oder Spannungsimpulse mit Frequenzen
typischerweise im Bereich von 10 Hz–100 Hz auf die Hautoberfläche übertragen
werden.
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Jeder
der elektrischen Impulse löst
eine Erregung (Aktionspotenzial) an den Nervenfasern des Lebewesens
aus bzw. wirkt als ein Reiz auf die Nervenfasern, sofern die Phasendauer
und Amplitude der einzelnen Impulse hierfür ausreichen.
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Insbesondere
Impulse mit einer relativ kleinen Impulsbreite benötigen eine
relativ hohe elektrische Spannung, um eine Reizung der Nervenfasern zu
bewirken. Wird die Spannung jedoch zu hoch gewählt, so kann der Impuls schmerzhaft
sein.
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Die
DE 103 53 000 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Elektrotherapie, die eine Schaltungsanordnung
mit einer Endstufe zur Erzeugung einer Folge von Spannungsimpulsen
und zwei Elektroden zum Anlegen dieser Spannungsimpulse an ein zu
behandelndes Körperteil
aufweist. Die Oberfläche
einer der beiden Elektroden weist einen relativ hohen Übergangswiderstand
und die andere Elektrode weist einen relativ geringen Übergangswiderstand
zur menschlichen Haut auf. Die Spannungsimpulse haben Spannungen
von 1 bis 600 V.
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Die
DE 103 00 069 A1 offenbart
ein Gerät
zur elektrischen Stimulierung eines Körpers mittels transkutanter Übertragung
elektrischer Impulse, die nach einem vorgegebenen Programm erzeugt
und über
Elektroden appliziert werden. Bei einer Spannung von 5 bis 30 V
liegt die Frequenz der elektrischen Impulse im Bereich von 2 Hz
bis 100 Hz. Die Impulsdauer ist von 1 s bis 10 s einstellbar, die
Impulse weisen eine Pulsbreite von 50 μs bis 400 μs auf und eine Impulspause zwischen
1 s und 10 s kann gewählt
werden.
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Die
US 6 526 319 B2 offenbart
ein Elektrotherapiegerät
zum erzeugen eines elektrischen Signals. Das elektrische Signal
ist pulsweitenmoduliert und umfasst eine Gruppe von mehreren hintereinander
folgenden elektrischen Impulsen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Elektrotherapiegerät anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Elektrotherapiegerät
zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals, das mittels Elektroden
zur Anwendung an einem Lebewesen vorgesehen ist, wobei der Signalverlauf
des ersten elektrischen Signals periodisch mit einer Periode verläuft und
pro Periode eine Gruppe von wenigstens drei hintereinander folgender
elektrischer Impulse aufweist und wobei jeder der elektrischen Impulse
eine Stärke
unterhalb der Reizschwelle des Le bewesens aufweist, die Stärke der
elektrischen Impulse aber groß genug
ist, sodass alle Impulse einer Gruppe von Impulsen zusammen oberhalb
der Reizschwelle liegen.
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Das
erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät ist demnach
eingerichtet, das erste Signal zu erzeugen, das periodisch verläuft. Jede
der Perioden weist eine Gruppe von wenigstens drei Impulsen, insbesondere
genau vier, fünf,
sechs, sieben, acht, neun oder zehn Impulsen, auf. Der zeitliche
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen einer Gruppe
von Impulsen kann dabei insbesondere gleich sein.
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Das
erste elektrische Signal, bei dem es sich insbesondere um ein elektrisches
Spannungssignal handelt, ist dafür
vorgesehen, Nerven des Lebewesens zu reizen. Die Impulse einer Gruppe
von Impulsen wirken als Reiz auf erregbare Gewebe, z. B. Nervenfasern
des Lebewesens, die dadurch erregt werden, d. h. es wird ein Aktionspotenzial
ausgelöst.
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Die
Spannungshöhe
der einzelnen Impulse ist beispielsweise kleiner gleich 800 V, kleiner
gleich 500 V, kleiner gleich 300 V oder kleiner gleich 200 V. Die
Periode des ersten elektrischen Signals beträgt z. B. zwischen 200 μs und 1000
ms. Die Periode beträgt
bevorzugt zwischen 300 μs
und 500 ms.
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Üblicherweise
folgt die Auslösung
eines Aktionspotenzials einem ”Alles
oder Nichts”-Prinzip,
was bedeutet, dass ein Schwellenwert der elektrischen Spannung über die
Zellmembran der Nervenfaser unterschritten werden muss, um die Erregung
der Zelle auszulösen.
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Dies
geschieht im Falle der Elektrostimulation mit Impulsen, deren Ladung
an der Zellmembran zu den erwähnten
Potenzialänderungen
führt.
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Bei
gewöhnlichen
Elektrotherapiegeräten
erfolgt die Reizung mit Einzelpulsen mit einer Dauer im Bereich
von 0,02 bis 10 ms.
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Relativ
schmale Impulse, wie die sogenannten ”Hochvoltimpulse” mit einer
Impulsbreite von beispielsweise unter 50 μs benötigen zur Reizung relativ hohe
Spannungen, z. B. bis ca. 500 V bzw. relativ hohe Stromdosen, z.
B. größer als
1 A. Dies kann zu schmerzhaften und plötzlich einsetzenden Reizungen
führen.
Dies ist auch verständlich,
zumal in der Haut keine homogenen elektrischen Verhältnisse vorherrschen.
Der ohmsche Widerstand der Haut liegt je nach Körperregion, Durchblutung, Schwitzen usw.
etwa zwischen 1 kΩ und
1 MΩ.
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Die
einzelnen Impulse können
zumindest teilweise rechteckförmig
sein und insbesondere eine Pulsbreite kleiner oder gleich 100 μs, kleiner
oder gleich 50 μs
oder kleiner gleich 25 μs
aufweisen.
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Relativ
steile Impulse mit einer ebenso relativ steilen Anstiegsflanke,
wie dies bei rechteckförmigen Impulsen
der Fall ist, können
ein kapazitives Überbrücken des
Hautwiderstandes ermöglichen
und koppeln dann ein von dem elektrischen Spannungssignal erzeugtes
elektrisches Feld auf diese Weise an die Nervenzellen. Damit werden
die in der Oberhaut gelegenen Schmerzfasern nicht erregt, wodurch die
Reizung schmerzlos bleibt. Auf diese Weise können gezielt Nerven gereizt
werden, die beispielsweise im Unterhautgewebe oder in anderen tieferen
Geweben des Lebewesens verlaufen. Mit dieser Reizung der Nervenstämme ermöglicht das
erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät eine relativ
effektive Schmerztherapie und im Falle der Reizung motorischer Nerven
auch eine effektive muskelaktivierende Therapie.
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Die
relativ schmalen einzelnen Impulse einer Gruppe von Impulsen gemäß dieser
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes führen somit
zu keinerlei Ladung in der Haut und auch zu keinerlei Reizung von
kutanen Schmerzfasern. Dies ist ein Vorteil im Vergleich zur herkömmlichen
transkutanen elektrische Nerven Stimulation (TENS) Therapie zur
Heimbehandlung, die üblicherweise
mit Einzelimpulsen zwischen 0,2 und 1 ms angeboten wird.
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Es
kann jedoch möglich
sein, dass aufgrund des inhomogenen Hautwiderstands diese eben erwähnte Ankoppelung
mal früher
und mal später
eintritt, sodass es bei relativ kurzen Impulsen mit einer relativ
großem
Spannungsspitze, die entsprechend hohe elektrische Spitzenstromdosen
hervorrufen, zu einem ”Durchschlagen” des Stromes
kommen kann. Dies kann zur Folge haben, dass das Lebewesen einen
solchen Stromschlag als schmerzhaft empfindet.
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Jeder
der elektrischen Impulse weist eine Stärke unterhalb der Reizschwelle
des Lebewesens auf, die Stärke
der elektrischen Impulse ist aber groß genug, sodass alle Impulse
einer Gruppe von Impulsen zusammen oberhalb der Reizschwelle liegen. Dadurch
ist es einerseits möglich,
die einzelnen Impulse zuverlässig
derart zu wählen,
dass diese wenn, dann nur kaum schmerzhaft sind, andererseits jedoch
die einzelnen Gruppen von Impulsen eine ausreichende Stärke haben,
um das Aktionspotenzial auszulösen.
Dadurch ermöglicht
das erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät eine zuverlässige, aber auch
eine möglichst
schmerzfreie Reizung der Nerven des Lebewesens. Die einzelnen Impulse
des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes sind
bevorzugt deutlich unterhalb der Reizschwelle dosiert, um eine schmerzfreie
Anwendung zu ermöglichen.
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Die
Gesamtheit der Impulse einer Gruppe von Impulsen wird quasi als
Summationsimpuls wirksam, der in seiner Gesamtheit die gewollte
Reizung hervorruft. Handelt es sich bei dem ersten elektrischen
Signal um das elektrische Spannungssignal, dann betragen die Impulshöhen der
einzelnen Impulse für
diese Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes beispielsweise
maximal 300 V.
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Die
Zeitdauer zwischen dem Beginn des ersten Impulses und des letzten
Impulses einer Gruppe von Impulsen kann beispielsweise kleiner als
1000 μs,
kleiner als 800 μs,
kleiner als 600 μs,
oder kleiner gleich 300 μs
sein. Insbesondere bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes mit
vier Impulsen pro Gruppe von Impulsen kann die Impulsdauer insbesondere
um 20 μs
und die Zeitdauer zwischen dem Beginn des ersten Impulses und des
letzten Impulses einer Gruppe von Impulsen in etwa 300 μs betragen.
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Die
einzelnen Impulse weisen nach einer Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes eine
biphasische Form auf. Dies verhindert eine Polarisierung der Gewebe
mit der Folge von chemischen Verätzungen.
Die Gewebepolarisation kann aber auch mit relativ langen biphasischen
Impulsen vermieden werden.
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Nach
einer Variante des erfindungsgemäßen Elektrotherapiegerätes weist
dieses eine Rechenvorrichtung und einen Leistungsverstärker auf.
Auf der Rechenvorrichtung kann ein Rechnerprogramm laufen, das ein
zweites elektrisches Signal erzeugt, dessen Form im Wesentlichen
der Form des ersten elektrischen Signals entspricht. Der Leistungsverstärker kann
das erste elektrische Signal durch Verstärken des zweiten elektrischen
Signals erzeugen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
Elektrotherapiegerät
und
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2 einen
von dem Elektrotherapiegerät erzeugte
elektrischen Spannungsverlauf.
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Die 1 zeigt
ein Elektrotherapiegerät 1 in teilweise
blockschaltbildartiger Darstellung. Das Elektrotherapiegerät 1 weist
ein Gehäuse 2,
eine Rechenvorrichtung 3, einen Vorverstärker 4,
einen Leistungsverstärker 5 und
einen Ausgang 6 auf, an dem beispielsweise zwei Elektroden 7 angeschlossen werden
können.
Die Rechenvorrichtung 3 ist beispielsweise ein Mikroprozessor
oder ein digitaler Signalprozessor.
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Die
Elektroden 7 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
dafür vorgesehen,
in Kontakt mit der Hautoberfläche
eines in den Figuren nicht näher
dargestellten Lebewesens gebracht und mit einer elektrischen Spannung
u(t) beaufschlagt zu werden. Die elektrische Spannung u(t) wird
vom Elektrotherapiegerät 1 erzeugt
und steht am Ausgang 6 bereit. Der Verlauf der Spannung
u(t) ist in der 2 dargestellt.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist die Spannung u(t) periodisch mit einer Periode T. Pro Periode
T weist die Spannung u(t) eine Gruppe mehrerer äquidistant nachfolgender biphasischer
Spannungsimpulse 20 auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
weist die Spannung u(t) pro Periode T vier Spannungsimpulse 20 auf,
die jeweils einen ersten Impulsanteil 21 mit einer positiven
elektrischen Spannung und einen zweiten Impulsanteil 22 mit
einer negativen elektrischen Spannung 22 umfassen. Die
ersten Impulsanteile 21 sind rechteckförmig und weisen eine Impulsbreite Δt und eine
Spannungshöhe
U auf. Die Zeitdauer T1 jeder Gruppe von
vier Spannungsimpulsen 20, d. h. die Zeitdauer T1 zwischen dem Beginn des ersten Spannungsimpulses 20 einer
Gruppe von Spannungsimpulsen 20 bis zum Ende des letzten
Spannungsimpulses 20 dieser Gruppe beträgt T1.
Des Weiteren sind die ersten und zweiten Impulsanteile 21, 22 derart
dimensioniert, dass im Mittel die elektrische Spannung u(t) 0 V
beträgt.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
beträgt
die Spannungshöhe
U jeder der ersten Impulsanteile 21 in etwa 300 V, die
Impulsbreite Δt
jeder der ersten Impulsanteile 21 in etwa 20 μs, die Zeitdauer
T1 zwischen dem Beginn des ersten Spannungsimpulses 20 bis
zum Ende des letzten Spannungsimpulses 20 einer Gruppe
von Spannungsimpulsen 20 in etwa 300 μs und die Periodendauer T in etwa
500 ms. Diese Werte können
durch das Elektrotherapiegerät 1 fest
vorgegeben sein oder variabel eingestellt werden.
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Um
die am Ausgang 6 des Elektrotherapiegerätes 1 bereitstehende
elektrische Spannung u(t) zu erzeugen, läuft im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
auf der Rechenvorrichtung 3 ein Rechnerprogramm, das ein
elektrisches Signal er zeugt, das im Wesentlichen die Form der elektrischen
Spannung u(t) aufweist.
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Das
elektrische Signal der Rechenvorrichtung 3 wird im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
dem Vorverstärker 4 des
Elektrotherapiegerätes 1 zur
Vorverstärkung
zugeführt.
Mittels in den Figuren nicht näher
dargestellter Eingabemittel, wie z. B. Tasten, Potentiometer oder
einem Touchscreen, kann mittels des Vorverstärkers 4 die Spannungshöhe U der
ersten Impulsanteile 21 eingestellt werden.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird dabei die Spannungshöhe
U derart eingestellt, dass jeder der Spannungsimpulse 20 eine Spannungshöhe U unterhalb
der Reizschwelle des Lebewesens aufweist, die Spannungsimpulse 20 einer
Gruppe von Spannungsimpulsen 20 jedoch ausreichen, um zusammen
oberhalb der Reizschwelle des Lebewesens zu liegen.
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Außerdem ist
es im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgesehen,
wahlweise die elektrische Spannung u(t) mit einem niederfrequenten
Signal zu modellieren. Mit den Eingabemitteln kann auch die Zeitdauer
einer Anwendung mit dem Elektrotherapiegerät 1 eingestellt werden.
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Das
mittels des Vorverstärkers 4 verstärkte elektrische
Signal der Rechenvorrichtung 3 wird dem Leistungsverstärker 5 zugeführt, der
dieses Signal verstärkt,
um das an den Ausgängen
bereitstehende elektrische Signal u(t) zu erzeugen.
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Das
Elektrotherapiegerät 1 kann
ferner nicht dargestellte Regel- und Messvorrichtungen umfassen,
die dafür
vorgesehen sind, die eingestellte Spannungshöhe U des ersten Impulsanteils 21 zu überwachen.
Das Elektrotherapiegerät 1 kann
auch derart ausgeführt
sein, dass der erste Impulsanteil 21 eine negative und
der zweite Impulsanteil 22 eine positive elektrische Spannung
aufweist oder dass die beiden Impulsanteile 21, 22 umschaltbar
sind. Das Elektrotherapiegerät 1 kann
auch mehr als zwei Elektroden 7, z. B. vier Elektroden
umfassen.
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Die
Spannungsimpulse 20 brauchen auch nicht notwendigerweise
eine biphasische Form, wie in der 2 dargestellt,
aufweisen, sondern können auch
eine monophasische Form haben.
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- 1
- Elektrotherapiegerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Rechenvorrichtung
- 4
- Vorverstärker
- 5
- Leistungsverstärker
- 6
- Ausgang
- 7
- Elektroden
- 20
- biphasische
Spannungsimpulse
- 21
- erster
Impulsanteil
- 22
- zweiter
Impulsanteil
- Δt
- Impulsbreite
- T
- Periodendauer
- T1
- Zeitdauer
- U
- Spannungshöhe
- u(t)
- elektrische
Spannung