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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur, insbesondere zur Therapie der terminalen Herzinsuffizienz.
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Elektrische Muskelstimulation findet Anwendung bei speziellen Indikationen im Hochleistungssport, in den Bereichen Fitness und „medical Fitness“ sowie als standardisierte Techniken in der medizinischen Rehabilitation. Die Wirkungen auf das Endorgan Muskulatur und auf den Gesamtorganismus sind an zahlreichen Stellen beschrieben und wissenschaftlich validiert. Es gibt aber bislang kaum Applikationen, die eine Nutzerfreundlichkeit und Bedienfreundlichkeit aufweisen, welche es den Zielgruppen ermöglicht, die Methode in einem häuslichen Umfeld und ohne fremde Hilfe nutzen zu können.
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Eine bekannte Vorrichtung zum Muskeltraining durch Elektrostimulation ist aus der Druckschrift
DE 102 48 235 A1 bekannt, wobei gleichzeitig eine Vielzahl von Körperpartien, insbesondere die komplette Bauch- und Rückenmuskulatur, Schulter-, Brust-, Atmungs-, Arm-, Bein- und Gesäßmuskulatur sowie der Beckenboden inklusive aller tiefer gelegenen Muskelgruppen stimuliert werden. Dies wird erreicht, indem jeweils eine Mehrzahl von Elektroden am Körper befestigt wird, die an einem vorzugsweise über einem Bekleidungsstück zu tragenden Isolationsträger angeordnet sind. Ein solcher Isolationsträger kann bevorzugt einen Brustgurt und/oder einen Bauchgurt umfassen, die zur gleichzeitigen Verwendung miteinander verbindbar sind.
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Vergleichbare Vorrichtungen zeigen die Druckschriften
US 2002/0133195 A1 ,
AT 401 731 B und
DE 202 00 685 U1 .
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Nachteilig an diesen Vorrichtungen zum Muskeltraining ist, dass das Anlegen relativ umständlich ist und großer Sorgfalt bedarf, damit alle Elektroden genau auf den gewünschten Körperregionen zur Anlage kommen. Ein weiterer Nachteil besteht im aufwändigen Verkabeln der Elektroden. Die Elektroden können verrutschen, Anschlüsse können sich lösen, und es können aufgrund konkaver Körperregionen Bereiche entstehen, innerhalb derer die Elektroden keinen vollständigen Körperkontakt haben. Schließlich ist auf eine genügend wirksame Durchfeuchtung der Unterkleidung zu achten, wobei ein Training mit durchfeuchteter Kleidung als unangenehm empfunden werden kann. Des Weiteren ist die umfangreiche Verkabelung zwischen dem Trainierenden und dem Stimulationsgerät teilweise bewegungseinschränkend und unkomfortabel.
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Weitere Vorrichtungen zur elektrischen Muskelstimulation, beispielsweise nach der Druckschrift
EP 0 459 945 B1 , sehen vor, dass kreisförmige bzw. annähernd kreisförmige Elektroden direkt auf der Haut platziert werden. Dies erfordert genaue Anweisungen, beispielsweise eines Trainers oder Therapeuten. Im medizinischen und anderen Bereichen werden insbesondere Kunststoff-Klebeelektroden eingesetzt, die von erfahrenem Fachpersonal am Körper lokalisiert werden müssen und zugleich unangenehm im Hautkontakt sind.
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Die Druckschrift
US 2007/0049814 A1 offenbart ein Komplettsystem, bestehend aus einem mit Elektroden versehenen Anzug, wobei die Elektroden mit einem programmierbaren Stimulatorgerät verbunden sind. Die Verbindung kann dabei per Leitung, jedoch auch drahtlos erfolgen. Bei einer drahtlosen Verbindung erscheint die Versorgung der Elektroden mit Elektroenergie problematisch, währenddessen ein leitungsgebundenes Gerät die Bewegungsfreiheit des Nutzers einschränkt und Unfallgefahren birgt, zumal wenn so wie vorgesehen Steckverbinder verwendet werden. Zudem erfolgt die Bedienung des Systems über das Stimulatorgerät in der Weise, dass Programme abgerufen werden. Diese Programme schränken die Flexibilität der Ansteuerung ein, so dass eine individuelle bzw. akut angepasste Betriebsweise nicht möglich wird.
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Die in der Druckschrift
DE 600 38 341 T2 beschriebene Vorrichtung ist ein Beispiel dafür, dass sich theoretisch erfolgversprechende Verfahren in der Praxis nicht umsetzen lassen, da gravierende Mängel im methodischen Ansatz und in der Handhabbarkeit einer breiten Anwendung entgegenstehen.
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Auch andere Verfahren einer Elektromyostimulation, wie zum Beispiel Miha-Bodytec.de, Amplitrain, sind ohne Hilfsperson nicht durchführbar und damit nicht geeignet, in einem häuslichen Umfeld von einem Patienten allein angewandt zu werden. Gründe sind beispielsweise eine aufwändige Verkabelung oder komplexe Einstellungen an der Bedieneinheit.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine elektrische Aktivierung der Ober- und Unterschenkelmuskulatur sowie der Gesäßmuskulatur unabhängig vom muskulären und mentalen Vermögen oder der Motivation von herzinsuffizienten (NYHA II-III) Patienten zu ermöglichen.
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Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, den Nutzen der Elektromyostimulation für Patienten in ihrem häuslichen Umfeld nutzbar zu machen, die Akzeptanz aufgrund von Anwendungsproblemen zu verbessern und von daher eine hierfür geeignete Vorrichtung zur muskulären Stimulation von Rumpf- und Beinmuskulatur anzubieten, die flexibel einsetzbar sowie sicher und einfach zu bedienen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur muskulären Stimulation der Gesäß- und Beinmuskulatur durch Elektromyostimulation, umfassend eine integrierte textilbasierte Kontaktelektroden aufweisende, an einem Körper anliegende, ein- oder mehrteilige, aus einem elastischen flachgestrickten Flächengebilde bestehende Strumpfhose, wobei in dem Flächengebilde integrierte, textilbasierte elektrische Leitungen ausgebildet sind, mittels derer die Kontaktelektroden elektrisch konnektierbar sind, und Kontaktelektroden als mehrschichtige Einheiten aus einem textilen Teil und einer körperseitigen elektrisch leitfähigen Stimulationsschicht ausgebildet sind, bevorzugt als Implantierung in die Textilstruktur eingebettet. Als Strumpfhose ist jedes Kleidungsstück anzusehen, das die erfindungsgemäßen Merkmale und Funktionen aufweist. Es kann die komplette Strumpfhose zum Einsatz kommen, um Gesäß- und Beinmuskulatur zu stimulieren, oder einzelne Teile wie ein Hüftteil oder wenigstens ein Beinteil, um einzelne Bereiche, beispielsweise das Gesäß oder Beine, einzeln stimulieren zu können.
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Die Kontaktelektroden sind mithilfe der Strumpfhose an vorgesehenen Stellen am Körper positioniert, um dort stimulierende elektrische Impulse einzuleiten. Hierzu sind die Kontaktelektroden mit der Stimulationseinheit elektrisch leitend verbunden. Die Bedienung erfolgt jedoch bevorzugt nicht direkt über die Stimulationseinheit, wobei eine solche Lösung von der Erfindung ebenfalls umfasst ist, sondern bevorzugt über eine Bedieneinheit. Die Signale, von der Bedieneinheit bei der Eingabe von Bedienbefehlen erzeugt, werden über die Kommunikationseinheit auf die Stimulationseinheit übertragen. Hierdurch ermöglicht die Vorrichtung eine zugleich einfache und flexible Bedienung durch den Anwender, der damit Art und Stärke der Stimulation seiner Muskeln umfassend beeinflussen kann.
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Vorteilhaft ist eine Strumpfhose, die am Körper anliegt und ein- oder mehrteilig aus einem elastischen textilen Flächengebilde mit integrierten textilbasierten Kontaktelektroden und in dem textilen Flächengebilde integrierten, textilbasierten elektrischen Leitungen ausgebildet ist. Eine am Körper anliegende, elastische Strumpfhose erhöht das Wohlbefinden und hält den Bediener warm als optimale Voraussetzungen für eine erfolgreiche Behandlung. Entsprechend den Vorlieben des Nutzers oder den Umständen, unter denen die Vorrichtung benutzt wird, kann die Strumpfhose einteilig sein oder, beispielsweise um einfacher angelegt zu werden, auch mehrteilig aus einem Hüftteil und zwei Beinteilen mit entsprechenden elektrischen und mechanischen Verbindungelementen ausgeführt sein. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Anwender nur noch über ein Bein verfügt oder nur eines für eine Stimulationsbehandlung geeignet ist bzw. wenn ausschließlich eine Stimulation über die Gesäßmuskulatur erfolgen soll oder kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrischen Leitungen textilbasiert ausgebildet und damit, ohne die Elastizität oder andere Trageeigenschaften des Anzugs zu beeinträchtigen, in das textile Flächengebilde integriert sind. Dies kann beispielsweise durch metallbeschichtete, bevorzugt isolierte Kunststofffasern erfolgen, die zusammen mit den anderen das textile Flächengebilde bildenden Fasern verarbeitet werden. Damit können die Signale von der Stimulationseinheit durch das textile Flächengebilde, das die Strumpfhose bildet, zu den Kontaktelektroden geleitet werden.
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Bevorzugt werden sämtliche, zumindest jedoch einzelne Kontaktelektroden von einer Stimulationseinheit gesteuert. Diese ist mechanisch und elektrisch mit der Strumpfhose lösbar verbunden, wie unten ausführlich beschrieben.
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Besonders günstig ist auch eine Strumpfhose mit wenigstens einer zirkumferentiellen Kontaktelektrode im Bereich von Ober- oder Unterschenkel, bevorzugt an jedem Ober- und Unterschenkel jeweils eine Kontaktelektrode.
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Ein besonderer Tragekomfort entsteht, wenn die bevorzugt als Inselintarsie ausgeführte Kontaktelektrode eine leitfähige Beschichtung aufweist, als Stimulationsschicht ein elektrisch leitender Kautschuk vorgesehen ist, der auf dem textilen Flächengebilde angeordnet ist und als eine elektrisch konnektierte textilbasierte kautschukbeschichtete Kontaktelektrode ausgeführt ist. Die ein weiches Kissen ausbildende Beschichtung liegt angenehm auf der Haut und verteilt durch ihre elektrischen Eigenschaften den Strom sehr gleichmäßig über die gesamte an der Haut anliegende Fläche. Dadurch kommt es nicht zu unangenehmen lokalen Stromspitzen; der Stromeintritt in die Haut bleibt für den Nutzer angenehm. Die leitfähige Beschichtung stellt nur ein Zusatzelement der Elektrode dar, die bereits fertig und funktionsfähig aus dem textiltechnischen Prozess hervorgeht und bereits geeignete elektrische Eigenschaften aufweist. Besonders günstige Trageeigenschaften werden erreicht, wenn die Beschichtung aus einer leitfähigen Dispersion oder einem leitfähigen Polymer besteht, da diese Materialien weich an der Haut anliegen.
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Als Material für die Kontaktelektroden und/oder deren Stimulationsschicht, einschließlich Sensorelektroden, kommen leitfähige Polymermassen in Betracht, die an den textilen Strukturen angeordnet sind. Bevorzugt ist ein elektrisch leitender Kautschuk vorgesehen, der besonders bevorzugt textilbasierte Elektroden auf dem textilen Flächengebilde ausbildet, das bevorzugt hierbei als ein Flachgestrick ausgeführt ist. Es sind nach der Erfindung jedoch auch andere Arten eines textilen Flächengebildes, z.B. Gewirke oder Rundgestricke, umfasst sowie anderen Arten der elektrischen Leitung, wie beispielsweise isolierte Litzen.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Bedieneinheit als grafische Nutzerschnittstelle, aufweisend einen berührungsempfindlichen Bildschirm, und zur Steuerung der Aktivität der Kontaktelektroden ausgebildet und die Bedieneinheit von der Strumpfhose beabstandet ist. Durch eine beabstandete Bedieneinheit wird erreicht, dass die Strumpfhose und die an ihr angeordneten Elemente ein minimales Gewicht aufweisen und trotzdem eine optimale Bedienung gewährleistet ist, die insbesondere auf den jeweiligen Nutzerkreis, beispielsweise ältere Menschen oder Menschen mit eingeschränkter Mobilität, ausgerichtet werden kann, ohne die Stimulationseinheit selbst verändern zu müssen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Bedieneinheit abrufbare Programme zur Steuerung der Aktivität der Kontaktelektroden bei der Abgabe elektrischer Impulse abgespeichert. Damit kann die Stimulationseinheit kleiner und leichter aufgebaut und die informationstechnische Leistungsfähigkeit des Systems ganz oder zum überwiegenden Teil auf die Bedieneinheit übertragen werden. Bevorzugt ist diese beabstandet zur Strumpfhose und zur Stimulationseinheit angeordnet und wird nicht vom Nutzer getragen, während er das Stimulationstraining absolviert.
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Die hohe Leistungsfähigkeit hinsichtlich der ausführbaren Programme, die die Bedieneinheit bietet, ermöglicht in einer alternativen Ausführungsform auch eine Verarbeitung automatisch generierter Eingangsdaten. Im Falle einer bidirektionalen Kommunikation zwischen Stimulations- und Bedieneinheit können beispielsweise mittels Sensoren in der Strumpfhose ermittelte Werte wie Körpertemperatur, Hautwiderstand oder physiologische Ströme herangezogen werden, um das ausgeführte Programm in seinem Ablauf in Echtzeit zu modifizieren und zu einem weiter optimierten und individualisierten Trainingsablauf zu gelangen.
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Alternativ oder ergänzend hierzu ist die Aktivität wenigstens einer einzelnen Kontaktelektrode gesondert steuerbar. Ungeachtet der vielfältigen programmtechnischen Möglichkeiten, die mit der Bedieneinheit angeboten werden, soll auch eine individuelle, manuelle Ansteuerung der Kontaktelektroden möglich sein. Hierdurch kann der Nutzer schnell auf individuelle Bedürfnisse oder Wünsche reagieren, ohne ein geeignetes Programm aufrufen oder ein solches gar erstellen zu müssen.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn die Stimulationseinheit zur steuerbaren Energieversorgung der Kontaktelektroden ausgeführt ist und elektrische Leitungen zwischen der Stimulationseinheit und den Kontaktelektroden vorgesehen sind. Die elektrischen Leitungen sind bevorzugt, wie oben ausgeführt, als textile Leitungen in die Strumpfhose integriert. Ungeachtet dessen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, auch andere Möglichkeiten der Energie- und Signalübertragung zu nutzen, beispielsweise durch außen an der Strumpfhose oder im Textilverbund, z.B. einem Gewebe, geführte herkömmliche Leitungen oder Litzen.
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Besondere Vorteile resultieren, wenn die Stimulationseinheit abnehmbar mit der Strumpfhose verbunden ist. Damit kann die Strumpfhose auch ohne Beeinträchtigung getragen werden, wenn kein Stimulationstraining durchgeführt wird. Zudem kann eine Stimulationseinheit von mehreren Benutzern, von denen jeder über eine individuelle Strumpfhose verfügt, genutzt werden.
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Hierbei hat es sich als günstig erwiesen, wenn zur Verbindung der Stimulationseinheit mit der Strumpfhose wenigstens ein metallener oder metallisierter Druckknopf vorgesehen ist. Eine solche Verbindung stellt eine gleichermaßen haltbare und einfache wie elektrisch sichere Verbindung dar. Besonders bevorzugt sind mehrere Kontakte vorgesehen. Durch die Druckknöpfe wird die Stimulationseinheit elektrisch kontaktiert und gleichermaßen fest an der Strumpfhose gehalten.
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Alternativ oder ergänzend zum Einsatz von Druckknöpfen ist zur Verbindung wenigstens ein bevorzugt metallisiertes Klettverbindungselement vorgesehen. Eine Klettverbindung ist einfach aufgebaut und in der Weise flexibel einsetzbar, dass sie an verschiedenen Orten anheftbar ist. Wenn die Stimulationseinheit beispielsweise die Hakenseite aufweist, kann sie auf einer größeren Fläche auf der Strumpfhose, die mit der Flauschseite ausgestattet ist, befestigt werden. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass die Kontakte als offene Leiterbahnen vertikal an der Strumpfhose verlaufen und somit auch die Stimulationseinheit zur Erhöhung der Bequemlichkeit des Nutzers vertikal an unterschiedlichen Stellen angeheftet werden kann.
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Als weitere Alternative ist zur Verbindung wenigstens ein Magnetkontakt vorgesehen. Magnetkontakte bieten eine sichere elektrische Verbindung und sind dennoch im Bedarfsfall schnell und leicht lösbar, beispielsweise wenn der Nutzer bei der Bewegung mit der Stimulationseinheit an ein Hindernis stößt. Dadurch werden Unfälle und eine Beschädigung der Strumpfhose vermieden.
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Bevorzugt weist die Stimulationseinheit zur Energieversorgung einen Akkumulator auf. Der Akkumulator liefert die Energie, den elektrischen Strom zum Betrieb der Kontaktelektroden, die den Strom in den Körper einleiten. Durch einen Akkumulator, der fest installiert oder auswechselbar mit der Stimulationseinheit verbunden ist, kann die Energie schnell wieder aufgeladen werden und die Stimulationseinheit ist erneut einsatzbereit. Nach der Erfindung ist es jedoch auch vorgesehen, anstelle des Akkumulators nicht wieder aufladbare Batterien oder andere Stromquellen zu benutzen, wie beispielsweise einen Generator, diesen bevorzugt in Verbindung mit einem zumindest kurzzeitig wirksamen Speicher.
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Besondere Vorteile zeigen sich, wenn die Kommunikationseinheit zur drahtlosen Signalübertragung ausgebildet ist und eine feste Kabelverbindung zwischen Stimulationseinheit und Bedieneinheit entfallen kann. Hierdurch werden die Bewegungsfreiheit des Nutzers erhöht und Unfälle, beispielsweise durch Stolpern oder Hängenbleiben mit dem Kabel, vermieden. Zudem kann der Nutzer ungehindert Freizeitaktivitäten oder anderen Tätigkeiten nachgehen, während er das Training absolviert.
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Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Kommunikationseinheit zur Signalübertragung nach Bluetooth-Standard ausgebildet ist. Da es sich um eine etablierte Kommunikationstechnik handelt, sind die entsprechenden Komponenten funktionssicher, leicht verfügbar und preisgünstig. Zudem handelt es sich um einen Übertragungsstandard, der mit sehr geringen Leistungen auskommt, so dass die unerwünschte Immission von elektromagnetischer Strahlung trotz der körpernahen Position minimal ist.
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Eine besonders vorteilhafte und kostengünstige Kombination von Bedieneinheit und Kommunikationseinheit erfolgt in der Nutzung eines handelsüblichen Tablet-PCs oder eines Smartphones, das von einem für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehenen Programm gesteuert wird. Damit liegt eine multifunktionale Bedieneinheit vor, die über einen berührungsempfindlichen Bildschirm sowie wenigstens eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation verfügt. Alternativ dazu ist jedoch auch ein eigens als Bedieneinheit entwickeltes Gerät vorgesehen.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, dass sie im synchronisierten Modus als muskuläre externe Conterpulsation zur Augmentierung der kardialen Leistung dienen kann oder im asynchronen Modus eine gezielte Trainingshilfe beim Auftrainieren der Beinmuskulatur und somit zur Senkung des peripheren Widerstandes (Ökonomisierung der Herzarbeit) angewendet werden.
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Darüber hinaus wird es möglich, bereits anerkannte und validierte Therapieoptionen derart nutzerfreundlich zu gestalten, dass diese von der Zielgruppe akzeptiert werden und ohne fremde Hilfe im häuslichen Milieu angewandt werden können. Somit kommt es zu einer niedrigeren Re-Hospitalisierungsrate der Zielgruppe, insbesondere herzinsuffiziente Patienten, und zu einer positiven Beeinflussung der Grunderkrankung. Die Anwendung verbessert nachweisbar die Blutzirkulation, steigert die Leistungsfähigkeit, reduziert Beschwerden, schenkt Wohlbefinden, Belastbarkeit und Lebensfreude.
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Bei der praktischen Anwendung wird durch die elektrische Stimulation eine signifikante Anhebung der Pulsdruckkurve in der diastolischen Phase erreicht. In den stimulierten Zyklen bildet sich in der abfallenden Flanke ein Nebenmaximum bzw. Plateau aus. Das Integral der Pulskurve ist in den stimulierten Zyklen durchschnittlich 17% größer als in den nicht-stimulierten Zyklen, was einer entsprechenden Steigerung der Perfusion in der Fingerbeere entspricht. Bei Ermittlung der Pulskonturkurve am Ohrläppchen zeigt sich ebenfalls eine respektable Augmentation in der Diastole. Die ansteigende Flanke wird zur Stimulationstriggerung verwendet.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigt:
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1: schematisch eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur; und
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2: schematisch eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Strumpfhose für eine Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur 1 mit einer Strumpfhose 2, die Kontaktelektroden 6, 26 zur Stimulation aufweist, die in einer Trägerstruktur 22 eingebracht sind. Die Kontaktelektroden 6, 26 sind mittels textilbasierter Leitungen 7 und einen elektrisch kontaktierbaren Bajonettverschluss 9 mit der Stimulationseinheit 3 verbunden. Die Stimulationseinheit 3 sendet die elektrischen Impulse aus, die letztlich die gewünschten physiologischen Effekte beim Anwender hervorrufen sollen, nämlich die Elektromyostimulation.
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Die Steuersignale werden von einem Empfänger 5‘ der Kommunikationseinheit aufgenommen, ausgesendet werden sie von einem Sender 5 der Bedieneinheit 4. Zwischen der Stimulationseinheit 3 und der Bedieneinheit 4 werden, je nach der steuerungstechnischen Ausstattung der Stimulation, die einzelnen Steuerimpulse für die Kontaktelektroden 6, 26 oder größere Programmabschnitte übertragen. In der bevorzugten Ausführung wird jedoch die Bedieneinheit 4 die Programme abarbeiten und die entsprechenden Steuersignale zur Stimulationseinheit 3 senden. Diese ist zudem so ausgeführt, dass Sie mittels eines Netzteils aufladbar ist; sie weist hierzu einen eingebauten oder auswechselbaren Akku auf.
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Die Bedieneinheit 4 ist in der besonders bevorzugten Ausgestaltung als Smartphone ausgeführt, damit sie die gewünschten Stimulationsprogramme über das Internet laden und ausführen kann. Die Steuerung der Stimulationseinheit 3 erfolgt dann über das im Smartphone eingebaute Bluetooth-Kommunikationssystem.
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Ungeachtet dessen ist es alternativ ebenso vorgesehen, eine eigenständige Bedieneinheit 4 anzubieten, die als für den vorgesehenen Einsatzzweck besonders entwickeltes Gerät dient und hierzu mit den entsprechenden Stimulationsprogrammen bereits ausgestattet ist.
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Die hier nicht dargestellte graphische Benutzeroberfläche bietet zumindest die folgenden Anzeigen und Funktionen:
Die auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm 8 darstellbare Benutzeroberfläche beinhaltet eine Abbildung eines 3-D-Torsos (untere Hälfte), wobei die Modi „asynchron“ und „synchron“ einstellbar sind.
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Im Modus „asynchron“ ist eine Auswahl aus bevorzugt 6 Programmen möglich, über einen Schiebe- oder +/– Regler sind die Intensitäten (Amplitude) einstellbar, und zwar getrennt für jedes Paar der Muskelareale. Eine optische Darstellung des gewählten Areals ist vorgesehen, bevorzugt über Illumination.
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In diesem Modus werden drei Paar Muskelareale unabhängig von der elektrischen Aktivität des Herzens stimuliert. Es sind bevorzugt folgende Stimulationsparameter abrufbar:
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Im Modus „synchron“ sind folgende Funktionen einstellbar:
- • Delay in Bezug auf den Anstieges der Pulskonturkurve, wobei die Einstellung des Delay bevorzugt mittels Schieberegler „+“ und „–„ erfolgt,
- • Amplitude für Oberschenkel und Unterschenkel getrennt,
- • Delay von Unterschenkel zu Oberschenkel,
- • Nur Oberschenkel oder Unterschenkel im Wechsel,
- • Anzahl der Herzzyklen pro Kontraktionszyklen, bevorzugt variabel von 1:1 bis 6:1.
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Im synchronen Modus werden nur die Muskelareale (Oberschenkel/Unterschenkel) EKG- bzw. pulswellengetriggert erregt, indem eine Pulswelle, z.B. von einem Ohrsensor 14 ermittelt, in die Steuerung der Stimulation einfließt.
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Als Bedingung für die Triggerung steht, dass der ausgelöste Konterpuls gegen die geschlossene Aortenklappe laufen muss. Der Trigger mittels EKG ist hinreichend erprobt und ist als Alternative zur Triggerung durch den Impuls vom Ohrsensor 14 (Pulswelle) vorgesehen.
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Die Triggerung mittels ansteigender Flanke der Ohr-Pulswelle erfolgt in der Weise, dass die ansteigende Flanke der Ohr-Pulswelle im zeitlichen Bereich der T-Welle des EKG liegt. Die Aortenklappe schließt zum Ende der T-Welle. Der Konterpuls besitzt eine Pulswellenlaufzeit zum Herzen >90 ms. Daher ist die Trigger-Bedingung erfüllt.
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Es ist beim synchronen Modus bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nur ein Stimulationsmuster mit einer Impulsbreite von 350 µs, einer Frequenz von 85 Hertz, einer Impulsdauer von 1 bis 20 % des RR-Intervalls (Abstand zwischen zwei R-Zacken, dem Beginn zweier Kontraktionen der Herzkammern) und einer Impulsform [====] vorgesehen.
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Es ist ein Umschalten von der Benutzeroberfläche „Torso“ auf eine Benutzeroberfläche „EKG-Darstellung“ vorgesehen, bevorzugt durch eine Wisch-Bewegung.
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Die Stimulationseinheit muss so ausgeführt sein, dass sie die Aufnahme eines medizinischen Netzteiles zum Aufladen des Akkus erlaubt. Sie ist in Beckenhöhe an der Strumpfhose 2 befestigbar, bevorzugt durch einen „click-Bajonett-Verschluss“. Der Verschlussmechanismus am Textil dient gleichzeitig zur Konnektierung der insgesamt sechs Kontaktelektroden 6 in der Strumpfhose 2 zur Erregung der Oberschenkelmuskulatur (M quadriceps femoris), der Unterschenkel- sowie der Gesäßmuskulatur. Bevorzugt sind einzelne Muskeln abwählbar. Die Bedienung erfolgt bevorzugt über eine Tastaturfolie (z.B. Ein/Aus), zur Akkukontrolle sowie des Status der Bluetooth-Verbindung ist eine Anzeige vorgesehen.
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Zur Aufnahme weiterer Messwerte ist wenigstens ein Ohrsensor 14 vorgesehen. Dieser ist bevorzugt als Ohrclip ausgeführt, der mit einem Bluetooth-Sender 5, bevorzugt ähnlich einem Headset für Mobiltelefone, elektrisch-mechanisch verbunden ist, um die ermittelten Werte an die Stimulationseinheit 3, bevorzugt jedoch an die Bedieneinheit 4 zu übertragen. Bevorzugt kommt ein Ohrclip für optische Transmissionsmessung zum Einsatz. Ohrclip und Bluetooth-Chip sind jeweils als preisgünstige Standardkomponenten erhältlich. Beides ist konstruktiv-mechanisch und elektrisch durch Kombination bestehender Komponenten verbunden. Der Bluetooth-Chip sendet das Pulswellensignal zur Bedieneinheit 4.
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Mit Hilfe des Ohrsensors 14 wird die Pulswelle registriert, die zur Triggerung des Stimulationsimpulses im Betriebsmodus „synchron“ erforderlich ist.
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Alternativ zu dem Ohrsensor 14 ist ein Sensor mit entsprechender Funktionalität zur Anbringung an einer Fingerbeere vorgesehen.
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Die Stimulationseinheit 3 ist mit einer Software ausgestattet, die zumindest für die Bereitstellung folgender Funktionen ausgestattet ist:
- • Signalkonditionierung (Pegelanpassung, Glättung),
- • Kontinuierliche Bestimmung von Herzfrequenz bzw. Herzzyklusdauer (Schwellenwertanalyse),
- • Bestimmung der ansteigenden Flanke in Pulswellensignal,
- • Ausgabe Pulswellenkurve an Bedieneinheit,
- • Ausgabe Stimulationszeit an Bedieneinheit und
- • Ausgabe Herzfrequenz an Bedieneinheit.
- Übergabe der Parameter von Bedieneinheit 4 an Stimulationseinheit 3:
- • Impulsdauer: 0–20% des RR-Intervalles und
- • Stimulationsverhältnis: Stimulation / Herzzyklen, abhängig von Frequenz.
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Die Stimulationseinheit 3 wird durch die Bedieneinheit 4 angesteuert. Bevorzugt kommt hierzu ein Tablet-PC oder ein Smartphone zum Einsatz, das durch eine spezielle Software angesteuert wird. Durch die bei solchen Geräten standardmäßig vorhandene Möglichkeit zur drahtlosen Signalübertragung durch eine integrierte Kommunikationseinheit (5, 5‘) entfallen sämtliche für eine sichere und einfache Bedienung hinderlichen Verkabelungen. Der Tragekomfort erlaubt damit die Anwendung im Alltag, eine Hilfsperson ist nicht notwendig.
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2 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur komplexen Elektromyostimulation als elektrische Strumpfhose 2. Es handelt sich dabei um eine Strumpfhose 2, umfassend eine Trägerstruktur 22, in die elektrisch leitende Flächen, z.B. Intarsien, als Kontaktelektroden 6, 26 eingearbeitet sind, wobei zirkumferentielle Kontaktelektroden 26 die Oberschenkel- und/oder die Unterschenkelmuskulatur umschließen. Die Kontaktelektroden 6 liegen eben an der Gesäßmuskulatur auf. Die Strumpfhose 2 kann wahlweise den gesamten Bein- und Fußbereich umschließen oder nur so weit reichen, dass auch die zirkumferentiellen Kontaktelektroden 26 an den Unterschenkeln durch die Strumpfhose 2 in ihrer Position fixiert werden.
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Die elektrische Verbindung dieser Kontaktelektroden 6, 26 zu der Stimulationseinheit 3 erfolgt durch in das Textil integrierte elektrische Leitungen 7. Die Stimulationseinheit 3 ist bevorzugt im Hüftbereich in das Textil eingelassen oder auf andere Weise dort permanent oder temporär angebracht. Im Textil integriert sind ferner Körpersensoren 13, bevorzugt als Signalaufnehmer zur Registrierung des EKG. Bevorzugte Orte für die Anbringung von Körpersensoren 13 sind die rechte Hüfte, die linke Hüfte und/oder der Unterschenkel. Durch die Verarbeitung des EKG in einer in der Stimulationseinheit 3 und/oder der Bedieneinheit 4 integrierten Verarbeitungseinheit sind die Stimulationsströme beeinflussbar. Somit ist insbesondere wahlweise ein herzsynchroner oder ein asynchroner Stimulationsmodus ansteuerbar. Die Kommunikation zwischen Bedieneinheit 4 und Stimulationseinheit 3 erfolgt bevorzugt drahtlos über die Kommunikationseinheit 5‘.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Aufteilung der Kommunikationseinrichtung in den Empfänger 5 und den Sender 5‘ hat nur für einen monodirektionalen Betrieb, z.B. bei der Übertragung von Steuerbefehlen von der Bedieneinheit 4 zur Stimulationseinheit 3 Bedeutung. Für die volle Funktionalität im Sinne der Erfindung ist jedoch ein bidirektionaler Betrieb erforderlich, um z.B. die Messwerte der Körpersensoren 13 an die Bedieneinheit 4 übertragen zu können.
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Die als Stimulationsschicht ausgebildeten textilbasierten elektrisch leitfähigen Flächen der Kontaktelektroden 6, 26 sind mit einem ionisierten Polymer vulkanisiert. Die Stimulationsschicht ist in der Lage, den Strom ohne Befeuchtung auf die menschliche Haut zu transferieren.
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Körpersensoren 13 dienen der Aufnahme des EKG, das an die Bedieneinheit übertragen wird. Die Körpersensoren 13 sind bevorzugt an der rechten und linken Seite der Hüfte und am rechten und linken Unterschenkel angeordnet. Es werden bevorzugt vier Körpersensoren 13 in die Strumpfhose 2 integriert, die in Struktur und Funktionalität den Kontaktelektroden 6 gleichen. Die Körpersensoren 13 sind so platziert, dass eine maximale Dehnbarkeit der Trägerstruktur 22 gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur
- 2
- Strumpfhose
- 3
- Stimulationseinheit
- 4
- Bedieneinheit
- 5
- Kommunikationseinheit, Bluetooth-Sender
- 5‘
- Kommunikationseinheit, Bluetooth-Empfänger
- 6
- Kontaktelektrode, Kautschukelektrode
- 7
- elektrische Leitung
- 8
- berührungsempfindlicher Bildschirm
- 9
- Bajonettverschluss
- 13
- Körperpensor (EKG—Aufnehmer)
- 14
- Ohrsensor
- 22
- Trägerstruktur
- 26
- zirkumferentielle Kontaktelektrode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10248235 A1 [0003]
- US 2002/0133195 A1 [0004]
- AT 401731 B [0004]
- DE 20200685 U1 [0004]
- EP 0459945 B1 [0006]
- US 2007/0049814 A1 [0007]
- DE 60038341 T2 [0008]
