DE19702406A1 - EMG-gesteuerter Muskelstimulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige gattungsgemäße Vorrichtungen dienen zum Training der Muskelsteue­ rung bei z. B. durch Schlaganfall gestörter Hirnfunktion. Sie sind einsetzbar, wenn das Gehirn noch Nervensignale zum Muskel schickt, diese aber zu gering sind, um die Muskelaktivität anzuregen. Mit gattungsgemäßen Geräten wird das zu schwache Muskelpotential abgegriffen und bei Überschreiten eines einstellba­ ren Triggerpegels vom Gerät eine Muskelstimulation ausgelöst. Durch Nerven­ rückkopplung der nun künstlich angeregten Muskelaktivität zum Gehirn erfährt dieses die erforderliche Rückkopplung, um bei längerem Training mit einem sol­ chen Gerät die Muskelsteueraktivität wieder aufzubauen.

Ein gattungsgemäßes Gerät ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 91 09 970.6 bekannt.

Bei diesem Gerät ist eine Zeitschaltung vorgesehen, die nach dem Ende eines Stimulationsimpulses eine Pause einstellbarer Länge vorgibt, während derer keine Beaufschlagung ausgelöst werden kann. Diese vom Therapeuten einstellbare Pause soll dem Muskel nach der Zwangserregung eine Erholungspause ermögli­ chen, und zwar insbesondere auch dann, wenn nach dem Ende des Stimula­ tionsimpulses das EMG-Signal zu hoch liegt und sofort einen erneuten Stimula­ tionsimpuls auslösen würde. Dies würde zu für den Patienten sehr unangenehmer Dauererregung des Muskels führen.

Nachteilig bei diesem Gerät ist die Tatsache, daß nach jedem Stimulationsimpuls auch ein nicht krampfgefährdeter Patient die Pause abwarten muß. Das Ende der Pause wird bei dem bekannten Gerät durch Aufleuchten einer Anzeigelampe an­ gezeigt. Diese muß der Patient beachten, was für ältere, auffassungs- und sehge­ störte Patienten schwierig ist. Anstrengungen des Gehirnes zur Muskelerregung während der Pause sind sinnlos und führen zur Frustration des Patienten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die auch für ältere, mehrfach behinderte Pati­ enten einfach und sicher handhabbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Stimulationsbeaufschlagung nur erfolgen, wenn das Signal anwachsend den Triggerpegel übersteigt. Das be­ deutet, daß das Signal zuvor unterhalb des Triggerpegels liegen muß, der Muskel also nicht stimuliert ist. Da bei angelegtem Stimulationsimpuls das EMG-Signal hoch ist, muß es nach Ende eines Stimulationsimpulses erst unter den Triggerpe­ gel abfallen und dann wieder ansteigen. Der Muskel ist dann auf jeden Fall aus­ reichend entspannt und kann ohne Bedenken erneut stimuliert werden. Für den Patienten bedeutet dies eine wesentliche Bedienungserleichterung. Eine Zwangs­ pause nach Ende des Stimulationsimpulses wie bei dem bekannten Gerät ist nicht mehr erforderlich. Der Patient kann nach Ende des Stimulationsimpulses jeder­ zeit, wenn ihm danach zumute ist, durch Gehirnanstrengung eine Aktivierung des Muskels durchführen. Das mühselige Beachten der Anzeigelampe entfällt. Ein Dauerkrampf wird aber dennoch mit Sicherheit verhindert, da nach Ende des Stimulationsimpulses eine neue Beaufschlagung erst erfolgen kann, wenn das EMG-Signal unter den Triggerpegel gefallen ist und diesen wieder anwachsend übersteigt.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Hiermit kann eine bestimmte Zeit vorgegeben werden, die vor der Auslösung einer neuen Beauf­ schlagung liegen muß und während derer das Signal unterhalb des Triggerpegels liegen muß. Dadurch kann je nach therapeutischen Erfordernissen eine Erho­ lungszeit vorgegeben werden, wobei im Gegensatz zum bekannten Gerät aber sichergestellt ist, daß bereits zu Beginn der Erholungszeit das EMG Signal unter­ halb des Triggerpegels lag, der Muskel also entspannt war.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vor gesehen. Dadurch wird si­ chergestellt, daß eine bei ungünstigen Umständen mögliche erneute Auslosung einer Stimulation während einer laufenden Stimulation ausgeschlossen ist, es also nicht zu einer Dauerstimulation kommen kann wie bei dem bekannten Gerät, das aus diesem Grund eine Unterbrechungstaste aufweist, die notfalls vom Thera­ peuten zu bedienen ist.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines EMG-Signalverlaufs.

Fig. 1 zeigt einen Unterarm 1 mit einer auf die Haut aufgeklebten Elektrode 2 auf dem Bereich des die Hand hebenden Muskels. Unterarm und Hand liegen auf dem Tisch. Bei Aktivierung des von der Elektrode 2 kontrollierten Muskels hebt die Hand von der Tischplatte ab.

Die Elektrode 2 ist über eine Leitung 3 an die Vorrichtung 4 angeschlossen und führt in dieser über einen Gleichrichter 5 zu einer Eingangsstufe 6.

Der Gleichrichter 5 ist erforderlich, um aus dem mit der Elektrode 2 vom Muskel abgegriffenen Wechselsignal nach Gleichrichtung das mit 7 dargestellte Signal zu erzeugen, das in seinem zeitlichen Verlauf die Höhe des EMG-Signals wieder­ gibt. Gestrichelt ist ein Triggerpegel 8 angegeben. Die Eingangsstufe 6 ist als Triggerstufe ausgebildet, die das Signal 7 mit dem Triggerpegel 8 vergleicht und auf der Leitung 9 ein digitales Signal abgibt, das auf 1 liegt, wenn das Signal 7 über dem Triggerpegel 8 liegt und auf 0 liegt, wenn das Signal 7 unter dem Trig­ gerpegel 8 liegt. Dieses digitale Signal ist mit 10 über der Leitung 9 im Vergleich zum Triggerpegel 8 angegeben.

Das digitale Signal 10 wird einer Ausweitstufe 11 zugeführt die auf ihrer Aus­ gangsleitung 12 den dargestellten kurzen Steuerimpuls 13 nur dann abgibt, wenn das digitale Signal 10 an den Flanken 14 voll 0 nach 1 wechselt. Dies ist, wie der Vergleich der Signale 7 und 10 zeigt, dann der Fall, wenn das Signal 7 von unten anwachsend den Triggerpegel 8 übersteigt.

Der Steuerimpuls 13 läuft zu einer Auslöseschaltung 15, die über eine mit einem Regler 16 einstellbare Zeit auf ihrer Ausgangsleitung 17 einen Stimulationsim­ puls 18 erzeugt, der in einem Verstärker 19 verstärkt wird, dessen Ausgang an die zur Elektrode 2 führende Leitung 3 angeschlossen ist. Der Verstärker 19 gibt den verstärkten Stimulationsimpuls 18 an die Elektrode 2 zur Stimulation des Mus­ kels.

In Fig. 2 ist das EMG-Signal nach Gleichrichtung, also das Signal 7, über eine längere Zeit aufgetragen. Gestrichelt ist wiederum der Triggerpegel 8 angegeben.

Zu einem Zeitpunkt a steigt durch Anstrengung des Patienten das EMG-Signal an. Es erreicht von unten den Triggerpegel 8 und löst einen Stimulationsimpuls aus, der bei b endet. Danach liegt das Signal 7 unter dem Triggerpegel 8 und überschreitet diesen wieder bei c zur Auslösung eines erneuten Stimulationsim­ pulses bis d. Danach fällt das Signal erst allmählich ab und unterschreitet bei e den Triggerpegel 8. Eine erneute Beaufschlagung ist zwischen d und e ausge­ schlossen, da erst danach das Signal wieder von unten über dem Triggerpegel an­ steigen kann, also automatisch erst eine Erholungszeit des Muskels abgewartet wird.

Zwischen b und c übersteigt bei f und g das Signal den Triggerpegel 8. Der Zeit­ punkt f liegt sehr kurz nach b. g liegt ebenfalls nur sehr kurze Zeit nach f. Wenn hier in so kurzem Zeitabstand eine erneute Stimulationsbeaufschlagung des Mus­ kels verhindert werden soll, kann die Auswertstufe 11 derart ausgebildet sein, daß sie die Zeit zwischen einer Anstiegsflanke 14 und der vorhergehenden abfal­ lenden Flanke des Signales 10 bestimmt und bei einer ansteigenden Flanke 14 nur dann einen Steuerimpuls 13 abgibt, wenn diese Zeit größer als eine vorbestimm­ te, über einen Regler 20 einstellbare Zeit ist. In dem über der Leitung 9 darge­ stellten digitalen Signal 10 würde also beispielsweise die erste kurze Pause vor der ersten ansteigenden Flanke 14 noch nicht zu einer Auslösung fühlen, die län­ gere Pause vor der zweiten ansteigenden Flanke 14 aber beispielsweise ausrei­ chen, um einen Steuerimpuls 13 und damit einen Stimulationsimpuls 18 auszulö­ sen.

Zur Anpassung an die unterschiedliche Höhe des Rauschens, die unter anderem auch durch die Plazierung der Elektrode 2 auf dem Muskel bestimmt ist, kann die Höhe des Triggerpegels 8 mit einem Regler 21 an der Eingangsstufe 6 eingestellt werden.

Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt der Abgriff des EMG-Signales vom Muskel mit derselben Elektrode 2, die auch zur Stimulation ver­ wendet wird. Es können aber auch zu diesen Zwecken getrennte Elektroden vor­ gesehen sein, die gesondert an den Gleichrichter 5 und den Verstärker 19 ange­ schlossen sind.

Während der Dauer des Stimulationsimpulses 18 ist im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 auf der Leitung 3, also auch am Eingang der Eingangs­ stufe 6 das Signal 7 hoch und liegt über dem Triggerpegel 8. Während dieser Zeit ist also eine weitere Auslösung eines Stimulationsimpulses nicht möglich.

Wird dagegen mit getrennten Elektroden für den Abgriff des EMG-Signales und für die Stimulation gearbeitet, so kann während des Anlegens des Stimula­ tionsimpulses das am Muskel abgegriffene EMG-Signal unter den Triggerpegel 8 fallen und bei erneutem Ansteigen einen erneuten Stimulationsimpuls auslösen. Es könnte dann zu einer Dauerstimulation können. Um diesen Fall auszuschlie­ ßen, kann die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dahingehend geändert werden, daß während der Zeit der Abgabe eines Stimulationsimpulses eine erneute Auslö­ sung eines Stimulationsimpulses ausgeschlossen wird. Dazu kann beispielsweise von der Leitung 17 eine Verbindungsleitung zu einem Reset-Eingang der Aus­ wertstufe 11 führen. Damit wird dafür gesorgt, daß die Auswertstufe 11 keinen Steuerimpuls 13 abgeben kann, solange auf der Leitung 17 ein Stimulationsim­ puls 18 anliegt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Abnahme eines EMG-Signales von einem Muskel, zum Ver­ gleich der Signalstärke (7) mit einem Triggerpegel (8) und zur Beaufschlagung des Muskels mit einem Stimulationsimpuls (18) geeigneter Länge, wenn das Signal (7) oberhalb des Triggerpegels (8) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung (Steuerimpuls 13) erfolgt, wenn das Signal (7) anwach­ send den Triggerpegel (8) übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschla­ gung (Steuerimpuls 13) nur darin erfolgt, wenn das Signal (7) eine bestimmte Zeit unterhalb des Triggerpegels (8) lag.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeit der Beaufschlagung des Muskels mit einem Steuerimpuls (18) ein erneu­ ter Steuerimpuls nicht ausgelöst werden kann.