ELECTRICAL STIMULATOR AND METHOD FOR TREATMENT OF THE HUMAN AND ANIMAL BODY WITH STIMULATION CURRENTS

Abstract: 1. A stimulating current device for trancutaneaous muscle stimulation of human and animal bodies by means of pulsed currents which are applied via electrodes, which comprises pulse generators determining the time regime, such as basic clock rate and duration of stimulation and is designed such that - it delivers pulse trains fo low voltage, preferably of 20 to 65 V - it delivers only pulses of single, selectable polarity in each case for at least the duration (tgr ) of a pulse run - the individual pulse duration ti < 10 mu m s, and - individual pulse duration T < 25 mu m s (individual pulse repetition frequencies > 40 kHz) can be adjusted.

Description: Reizstromgerät sowie Verfahren zur Behandlung des menschlichen und tierischen Körpers mit Reizströmen Die Erfindung betrifft ein Reizstromgerät zur Behandlung des menschlichen und tierischen Körpers mittels impulsförmiger Ströme, die über Elektroden appliziert werden, mit Impulsgeneratoren, die das Zeitregime, wie Grundtakt und Reiz zeitdauer, bestimmen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung des menschlichen und tierischen Körpers mittels impulsförmiger Ströme, insbesondere zur Massage, kosmetischen Behandlung sowie zur Unterstützung des sportlichen Trainings, insbesondere unter Verwendung des Reizstromgeräts. Das beschriebene Reizstromgerät ist vielfältig einsetzbar, zum Beispiel zur Behandlung schlaffer Lähmungen, zur Elektrogymnastik gegen Inaktivitätsatrophien, zur Aktivierung der glatten Muskulatur, Reizstrommassagen, zur Behandlung peripherer Durchblutungsstörungen sowie zum Abbau von Körperfettgewebe durch Stimulation von umliegenden Muskelgewebsgebieten. In der Medizin wird die Anwendung von elektrischen Strömen und Spannungen auf biologische Gewebsstrukturen, wie Muskeln und Nerven, zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken genutzt. Der technischen Entwicklung von Reizstromgeräten sind weltweit durch die bestehende physiologische Lehrmeinung und ein Vorurteil der Fachwelt Grenzen gesetzt, die bisher nicht überschritten wurden. Danach muss die Stärke des elektrischen Stromes einen bestimmten Schwellwert überschreiten und der Strom eine bestimmte Mindestdauer fliessen, damit eine Reizwirkung auf das Muskelund Nervengewebe erzeugt werden kann. Die minimale Stromflussdauer ist mit Werten von 0,1 bis 0,7 ms festgesetzt. Für die einzelnen Reizstromarten werden zwar verschiedene minimale Einzelimpulszeiten angegeben, zum Beispiel für Neofaradische Ströme 1 ms, für Exponentialimpulse der Schwellstrombehandlung (Elektrogymnastik) 60 ms, für Ultrareizstrom nach Träbert 2 ms und für Spastikerstrom nach Hufschmidt 0,2 ms. Bei Diadynamischen Strömen nach Bernhard werden die gleichgerichteten Sinushalbwellen mit einer Wirkdauer von 10 ms angewandt (Prospekt der Firma Transformatorenund Röntgenwerk "TuR" Hermann Matern, Reizstromtherapiegerät TuR RS 10, Druckzeichen 111-8-4 Ag 40-58-1-74; "Fibel der Elektrodiagnostik und Elektrotherapie", Verlag Theodor Steinkopf Dresden 1973; "Handbuch medizinischer Elektronik" Teil I, VEB Verlag Technik, Berlin). Die an diesen Reizparametern orientierte Reizstromtechnik führte bei Anwendung dazu, dass elektrische Rechteckimpulse mit 0,1 bis 0,7 ms Dauer und hoher Frequenz sehr rasch eine Verminderung der muskulären Antwortreaktionen zur Folge haben (Ermüdung). Weiterhin stellen sich an den behandelten Muskeln Nachwirkungen im Sinne eines Muskelkaters ein. Durch solche Nebenwirkungen verwischen sich in der Diagnostik die Grenzen zwischen normalen und krankhaften Reaktionen. Für die Therapie von gestörten Muskelfunktionen erhebt sich zudem die Frage, ob man eine, durch Krankheit oder Operation verursachte, verminderte Funktion der Muskeln durch eine Massnahme beheben kann, die selbst in kurzer Zeit, nach 400 ms, eine Funktionsminderung erzeugt. Aus der DE-PS 29 08 365 ist als grundlegende Aussage sogar zu entnehmen, dass sich mit Impulsen, deren Impulsdauer kleiner als 1 ms ist, selbst gesunde Muskeln nicht reizen lassen, und die Anwendung solcher Impulse ausschliesslich auf Nervenreizung beschränkt bleibt. Im Handbuch der medizinischen Elektronik wird die Lehrmeinung vertreten, dass bei mehr als 1000 Impulsen pro Sekunde jede motorische und sensible Reizwirkung verschwindet. Der Stand des Fachwissens auf diesem Gebiet wird ferner durch das Referat von Dr. Senn "Wirkungsweise der Niederfrequenztherapie"anlässlich der 63. 6 3 . Jahres- versammlung der Schweizerischen Gesellschaft für Unfallmedizin in Wellikon vom 13. bis 15. Okt. 1977 zusammenfassend dargestellt. Weiterhin tritt bei den bisherigen Reizstromgeräten eine relativ hohe Patientenbelastung durch die Verwendung hoher Impuls spannungen (max. 350 V) und hoher Impulsströme (max. 150 mA) auf, wobei besonders an den Grenzschichten (Elektroden/Haut) hohe Stromkonzentrationen mit schmerzhafter Wirkung zu verzeichnen sind, was in den darunter liegenden Geweben zu einer elektrolytischen Depolarisation einzelner Gewebeschichten führt. Diese Wirkungen versucht man durch dicke Schwammunterlagen sowie auch durch bidirektionale Reizströme zu mildern. Wegen der relativ grossen Impulsleistungen und der hohen Impulsspannungen bei der Muskelstimulation sind darüber hinaus einfache, miniaturisierte Geräte in der Reizstromgerätetechnik bisher nur schwer zu ermöglichen, was einer ambulanten Selbstbehandlung der Patienten entgegensteht. Die hohen, zur Anwendung kommenden Impulsleistungen schliessen einerseits meist eine netzunabhängige batteriebetriebene Gerätetechnik aus und andererseits verlangt der Netzbetrieb besonders bei dieser Gerätegattung umfangreiche Schutzmassnahmen, die wiederum bei der technischen Realisierung volumenund gewichtserhöhend wirken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Reizstromgerät anzugeben, mit dem die Stagnation auf dem Gebiet der Reizstrombehandlung überwunden werden kann und Ermüdungserscheinungen sowie andere Nachwirkungen einer längeren Behandlung ausgeschaltet werden können. Die Erfindung löst ferner die Aufgabe, durch eine neue Methode der Reizstrombehandlung auch andere Einsatzgebiete zu erschliessen. Diese Aufgaben werden gemäss dem Konzept der Erfindung gelöst, wie es in den Ansprüchen 1, 9 und 10 definiert ist. Weiterbildungen des Erfindungsprinzips ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Anhand eines Ausführungsbeispiels wird ein erfindungs gemässes Reizstromgerät, wie es für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist, erläutert. In der angefügten Zeichnung zeigen: Fig. 1 Ein Impulsdiagramm zur Definition der Reiz stromparameter und Fig. 2 den prinzipielloi Aufbau eines Reizstromge rätes sowie den idealisierten Impulsspannungs verlauf an den verschiedenen Stellen des Schaltungsaufbaus (a, b, c). Durch einen Impulsgenerator 1 wird die Impulsgruppenfolgeperiode TGF erzeugt; dh, es wird mittels dieses Impulsgenerators der Grundtakt für die Reizstromimpulsgruppen erzeugt, indem er den zeitlichen Beginn der jeweiligen Impulsgruppen steuert. Dies erfolgt dadurch, dass er ein Signal einem monostabilen Multivibrator 2 vermittelt, welcher die Reizdauer (Stimulationsphase), dh die Impulsgruppendauer tgr, bestimmt. Die zeitlichen Parameter der vom Impulsgenerator 1 und dem monostabilen Multivibrator 2 gelieferten Impulse sind einstellbar, zB für den Impulsgenerator 1, der die Impulsgruppenfolgeperiode TGF erzeugt, zwischen 0,1 und 1,0 s, und für den Multivibrator 2, der die Impulsgruppendauer tgr bestimmt, zwischen 10 und 1000 ps. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 2 steuert einen Einzelimpulserzeuger 3 an, der die Einzelimpulsdauer ti sowie die Pause zwischen den Einzelimpulsen und damit auch die Einzelimpulsperiodendauer T bzw die Einzelimpuls folgefrequenz T bestimmt. Die Einzelimpulsdauer t. ist T 1 gleich bzw kleiner 10 ps; die Einzelimpulsperiodendauer T ist kleiner 25 ps. Es ist zweckmässig, bei Geräten für Arzt, Klinik und Forschung durch in der Technik übliche Massnahmen Einzelimpulsdauer t. und Einzelimpulsfolgefrequenz T einstellbar zu gestalten. Bei handlichen, batteriebetriebenen Geräten für die Anwendung im ambulanten Bereich hingegen sind Geräte mit fest eingestellten Parametern angezeigt. Die Ausgangs impulse des Einzelimpulserzeugers 3 dienen sodann der Ansteuerung eines Durchflusswandlers 4, der die Impulse im Patientenstromkreis erzeugt. Der Patientenstromkreis, in dem mindestens während einer Reizdauer tgr nur Impulse einer Polarität auftreten, ist dabei durch den Übertrager des Durchflusswandlers galvanisch vollständig von der Generatorschaltung entkoppelt. Zwischen den Durchflusswandler 4 und die Elektroden können ein Strommesser für die Anzeige der auftretenden Scheitelwerte und/oder eine Strombegrenzungsschaltung, zB für einen Strom von 120 mA, vorgesehen werden. Für letztere ist es auch vorteilhaft, sie so auszulegen, dass die zu begrenzenden Ströme einstellbar sind. Die Amplitude UA der Ausgangs impulse des Reizstromgeräts wird über die Betriebsspannung des Durchflusswandlers 4 eingestellt. Die Applikation der Ausgangs impulse erfolgt über mindestens zwei flächenhafte Elektroden 5. Damit wird erreicht, dass die kapazitive Komponente des komplexen Patientenwiderstandes, auch unter Einbeziehung der Elektrodenkapazitäten, in einem Zeitraum, der kürzer ist als die Zeitkonstante aus kapazitiver und ohmscher Komponente des Patientenwiderstandes, auf eine Spannung aufgeladen werden kann, die oberhalb einer Schwellspannung liegt, bei der eine Muskelreaktion erfolgt. Der Durchflusswandler 4 ist so dimensioniert, dass sein Innenwiderstand kleiner als 100 Q ist, so dass eine annähernd konstante Spannung an den Elektroden ansteht, unabhängig davon, wie hoch sich der Patientenwiderstand einstellt. Ein derartiges Gerät ist zum gewerblichen Gebrauch für die Zwecke der Muskelmassage, zB der Muskelentspannung nach einseitiger körperlicher Belastung und/ oder sportlicher Betätigung, anwendbar. Es ist auch zur Beeinflussung der Gesamtkonstitution geeignet und scheint bei Herbeiführung einer negativen Energiebilanz zur gezielten Gewichtsreduktion, dh, bei bewusster Auswahl der zu behandelnden Körperpartien, auch zur Korrektur der Figur des Menschen anwendbar, wenn diese durch Fettansatz beeinflusst ist. Bei der Anwendung des Reizstromgerätes mit dem im Anspruch 1 definierten Impulsreizmuster bzw des Verfahrens gemäss Anspruch 10 wurde auch ein eindeutiger Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel nachgewiesen. Insoweit scheint das Gerät anwendbar: - Zur Verbesserung der diabetischen Stoffwechsellage, - bei der Behandlung bestimmter Formen von Fettstoff wechselstörungen, wie Hypertriglycerid- und/oder Hypercholesterolämie sowie etwa - zur Vorsorge bei Infarktgefährdung bzw zur Behand lung nach Infarkten. Darüber hinaus sind die eingangs genannten Behandlungsformen einschliesslich der Behandlung zu kosmetischen Zwecken ein Anwendungsgebiet des Reizstromgerätes mit den definierten Impulsparawtern.

Claims: Ansprüche 1. Reizstromgerät zur Behandlung des menschlichen und tierischen Körpers mittels impulsförmiger Ströme, die über Elektroden appliziert werden, mit Impulsgeneratoren, die das Zeitregime, wie Grund takt und Reizdauer, bestimmen, gekennzeichnet durch derartige Auslegung, dass - es während mindestens einer Impulsgruppendauer (tor) gr jeweils nur Impulse einer einzigen, wählbaren Pola rität abgibt, - deren Einzelimpulsdauer t. 10 ps ist, und - Einzelimpulsperiodendauern T < 25 ijs (Einzelimpuls folgefrequenzen T > 40 kHz) einstellbar sind. 2. Reizstromgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Impulsfolgen mit einer Spannungsamplitude (UA) von 20 bis 65 V abgibt. 3. Reizstromgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch - einen Impulsgenerator (1), der einen einstellbaren Grundtakt für Impulsfolgen, d.h. einstellbare Impuls gruppenfolgeperioden (TGF) erzeugt, - einen monostabilen Multivibrator (2), der durch Aus gangssignale vom Impulsgenerator (1) gesteuert ist und der den zeitlichen Beginn der in ihm erzeugten Impulsfolgen steuert, wobei die Impulsgruppen dauer (t ) einstellbar ist, gr - einen Einzelimpulserzeuger (3), der von den Aus gangssignalen des Multivibrators (2) gesteuert ist und die Einzelimpulsdauer (ti) sowie die Einzel impulsperiodendauer (t) bzw die Einzelimpulsfolge frequenz (T) ) bestimmt, und - einen Durchflusswandler (4), der von den Ausgangs signalen des Einzelimpulserzeugers (3) angesteuert ist und die Impulse im Patentenstromkreis erzeugt und von der Impulserzeugerschaltung (1, 2, 3) gal vanisch trennt (Fig. 2). 4. Reizstromgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Quelleninnenwiderstand C100 Q. 5. Reizstromgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es Impulsfolgen mit einer Einzelimpulsperioden dauer (T) von 5 bis 10 ps (Einzelimpulsfolgefrequenz (T) von 100 bis 200 kHz abgibt. 6. Reizstromgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es Impulsfolgen mit einer Einzelimpulsdauer (ti) von 2 bis 5 ps abgibt. 7. Reizstromgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es Impulsfolgen mit einer Impulsgruppenfolge periode (TGF) von 0,1 bis 1,0 s abgibt. 8. Reizstromgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es Impulsfolgen mit einer Impulsgruppendauer (tor) gr von 2 bis 500 s abgibt. 9. Verwendung des Reizstromgeräts nach einem der An sprüche 1 bis 8 zur elektrischen Stimulation für folgende Zwecke: Sportliches Muskeltraining, kosme tische Behandlung, Beseitigung von Krampfzuständen, Massage, Elektrogymnastik, Abbau von Körperfettgewebe, Verbesserung der diabetischen Stoffwechsellage, Behand lung von Fettstoffwechselstörungen, Infarktvorsorge und Infarktbehandlung. 10. Verfahren zur Behandlung des menschlichen und tieri schen Körpers mittels impulsförmiger Ströme, insbesondere zur Massage und kosmetischen Behandlung sowie zur Unterstützung des sportlichen Trainings, ausgenommen Verfahren zur Diagnose und chirurgischen sowie therapeutischen Behandlung des menschlichen und tierischen Körpers, die über Elektroden appliziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass - zumindest während einer einzigen Stimulationsphase (t ) nur elektrische Impulse einer einzigen, vor gr gegebenen Polarität angewandt werden, - deren Einzelimpulsdauer ti # 10 ps ist, - wobei die der Summe aus Einzelimpulsdauer(t#)und Einzelimpulspause entsprechende Einzelimpulsperioden dauer T < 25 ps (EinzelimpulsfolgefrequenzT > 1 40 kHz) beträgt. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsfolgen mit einer Einzelimpulsperiodendauer (T) von 5 bis 10 s (Einzelimpulsfolgefrequenz # 100 bis 200 kHz) angewandt werden. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsfolgen mit einer Einzelimpulsdauer (ti)von 2 bis 5 ps angewandt werden. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsfolgen mit einer Impulsgruppenfolgeperiode (TGF) von 0,1 bis 1,0 s angewandt werden. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsfolgen mit einer Impulsgruppendauer (t ) von gr 2 bis 500 ps angewandt werden. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Impulsfolgen mit einer Spannungsamplitude (UA) von 20 bis 65 V angewandt werden. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass flächenhafte Elektroden verwendet werden.

Inventors: BLUMEL, GEORG, DR. SC. NAT., BUHNERT, GERHARD, DIPL.-ING., GIBAS, PETER, DR., KLEIBERT, GERD, DIPL.-PSYCHOLOGE, KRIESEL, WERNER, PROF. DR. SC. PHIL., PAERISCH, MANFRED, PROF. DR. MED. HABIL, Blümel, Georg, Dr. sc. nat., Bühnert, Gerhard, Dipl.-Ing.
Applicants: VEB STARKSTROM-ANLAGENBAU LEIPZIG-HALLE
Application year: 1986
Main classification: A61N1
IPC codes: A61N1