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VORRICHTUNG ZUR ELEKTROTHERAPEUTISCHEN BEHANDLUNG VON MUSKEL- UND NERVENGEWEBE

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrotherapeutischen Behandlung von Muskel- und Nervengewebe, mit einem Signalgeber zum Generieren von Wechselstrom definierter Frequenz und Amplitude sowie wenigstens zwei

10 Elektroden zur Beaufschlagung des Muskel- und Nervengewebes mit diesem Wechselstrom, wobei der Signalgeber periodisch eine simultane Modulation von Frequenz und Amplitude in einer Phase ansteigender Frequenz und einer Phase absteigender Frequenz erzeugt.

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Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 100 39 240 Al vorbekannt. Diese Schrift betrifft ein elektrotherapeutisches Gerät zur Behandlung etwa des menschlichen Körpers durch Beaufschlagung desselben mit Wechselstrom mit simultan modulierter

20 Frequenz und Amplitude.

Für die Auslösung von Reizwirkungen in den behandelten Muskel- und Nervengeweben sind Amplitude und Frequenz des angelegten Stromes sowie ihr Verhältnis zueinander maßgebend.

25 Eine Reizwirkung wird dabei lediglich oberhalb einer Reizschwelle bewirkt, an welcher die Verläufe von Frequenz und Amplitude auszurichten sind. Innerhalb des Amplituden- und Frequenzverlaufs während der Behandlung ist zwischen einer Phase ansteigender Frequenz und einer Phase absteigender Fre-

30 quenz zu unterscheiden, wobei jeweils mitzulesen ist, daß eine simultane Modulation der Amplitude jeweils entsprechend erfolgt .

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Die aufsteigende Phase führt im Laufe der Anwendung zu Reizzwecken von der überschwelligkeit bezüglich der Reizschwelle in die Unterschwelligkeit, d.h. der etwa bei 4 kHz maximal 5 überschwellig gewordenen Modulation wird durch in Vierteltonschritten erfolgende Frequenzzunahmen und simultan erfolgende Intensitäts- Zu- oder Abnahmen ein „Ausschleichvorgang ^' " realisiert, der bei Muskelreizungen zu einer allmählichen und nicht abrupten Erschlaffung der gereizten Muskeln führt. 10

Die absteigende Phase führt umgekehrt von der Unterschwelligkeit in die überschwelligkeit, bewirkt also die eigentliche Reizung des behandelten Gewebes.

15 Das Behandlungsfrequenzband der Trägerfrequenz umfasst insgesamt 3 Oktaven, beginnend mit einer Frequenz von 2 ¹² Hz (also 4096 Hz oder 4kHz) . Eine Erhöhung um eine Oktave bedeutet bekanntermaßen eine Verdopplung der Frequenz, so daß das Band bis 2 ¹⁵ Hz (also 32768 Hz oder 32 kHz) reicht. Bevorzugterma-

20 ßen wird die Frequenz in Vierteltonschritten erhöht, so daß einschließlich der Oktavengrenzen selbst insgesamt 73 Trägerfrequenzen im Rahmen der Behandlung angeboten werden können.

Bei höheren Modulationsfrequenzen entsteht jedoch das Prob- 25 lern, daß in der für höher werdende Modulationsfrequenzen immer kürzer werdenden, zur Frequenz sich reziprok verhaltenden Periodendauern nicht mehr alle 73 Trägerfrequenzen wenigstens zweimal, also für wenigstens zwei Perioden der Trägerfrequenz, angeboten werden können. Dies wäre wünschenswert, um 30 die Frequenzen der aufsteigenden und der absteigenden Phase lückenlos zu durchlaufen.

>RN:2009012309192100DE AKZ.PCT/DE2009/075000 Einσaticrsdafcum.23.01.2009

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Beträgt zum Beispiel die Modulationsfrequenz 20 Hz, so hat diese eine Periodendauer von 1/20 s, also 50 ms, demnach 25 ms für die ansteigende und 25 ms für die absteigende Phase. Sollen nunmehr die 73 Mittelfrequenzen in diesen 25 ms unter- 5 gebracht werden, so stehen für jede Mittelfrequenz nur 0,34 ms zur Verfügung, bei einer Trägerfrequenz von 4 kHz sind dies noch nicht einmal zwei Perioden, bei 32 kHz immerhin etwa elf Perioden. Das Problem verschärft sich bei weiterer Zunahme der Modulationsfrequenz. 10

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine lückenlose Behandlung in den bevorzugten Frequenzbändern zu ermöglichen.

15 Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den

Merkmalen des Hauptanspruchs. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Erfindungsgemäß wird zur Erzielung einer hinsichtlich der 20 Abdeckung des Frequenzbands lückenlosen Behandlung die Phase ansteigender Frequenz verkürzt, so daß die Phase absteigender Frequenz entsprechend verlängert werden kann. Während das Absteigen der Frequenz eine Muskelkontraktion bewirkt, verursacht eine ansteigende Frequenz die Muskelerschlaffung. Im 25 Gegensatz zu einer beschleunigten Muskelreizung und der damit verbundenen Kontraktion ist eine abrupte Muskelerschlaffung sinnesphysiologisch, also hinsichtlich der Empfindung, unproblematisch ist und kann folglich in Kauf genommen werden. Die Muskelkontraktion sollte hingegen „sanfter", sukzessive 30 erfolgen. Mit dem Verzicht auf die aufsteigende Modulationsphase kann dies erreicht werden, denn hierdurch werden Zeitfenster für Vierteltonschritte in der absteigenden Phase frei .

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Prinzipiell ist es somit auch möglich, die Phase ansteigender Frequenz auf zumindest näherungsweise Null zu verkürzen und nach dem Absteigen der Frequenz auf den niedrigsten Wert ab- 5 rupt auf den höchsten Wert eines Frequenzdurchlaufs zurückzuspringen.

Bei dem übergang von einer nicht wahrnehmbaren Behandlung zu einer Behandlung, welche zur Reizung führt, wird eine so ge-

10 nannte Reizschwelle überschritten, welche beim Durchlaufen der Frequenzen durchkreuzt werden kann. Dies erfolgt bei ansteigender Frequenz von einem überschwelligen Bereich hin zum unterschwelligen Bereich und bei absteigender Frequenz umgekehrt. Besonders angenehm erscheint die Reizung dann, wenn

15 die Reizschwelle von der Frequenz-Amplituden-Kennlinie in spitzem Winkel geschnitten wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Frequenz- Amplituden-Kennlinie einer Gerade und somit die Frequenz pro- 20 portional zur Amplitude gewählt.

Die Vorrichtung stellt in spezieller Ausgestaltung einen Bereich der Modulationsfrequenz von 0,1 Hz bis 200 Hz bereit. Vorzugsweise wird eine Modulationsfrequenz von 20 Hz gewählt,

25 da diese Frequenz mit der natürlichen, im menschlichen Körper zu einer maximal kräftigen und nicht oder erst relativ spät zur Ermüdung führenden Kontraktion eingesetzten Frequenz ü- bereinstimmt . Die modulierte Frequenz, also die Trägerfrequenz, umfasst vorzugsweise drei Oktaven von 4 kHz bis 32

30 kHz, welche bevorzugter Maßen während der Behandlung in diskreten Vierteltonschritten durchlaufen werden.

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Dabei sollte jeder der genannten Vierteltonschritte idealerweise zweimal in jeder Periode angeboten werden, nämlich einmal in der Phase ansteigender Frequenz und einmal in der Phase absteigender Frequenz. Wie bereits ausgeführt kann jedoch 5 in Ermangelung entsprechender Zeitfenster bei der gewählten Modulationsfrequenz auf das Angebot in der Phase ansteigender Frequenz verzichtet werden.

Die eingekoppelte Leistung ist mit Vorteil nach oben be- 10 grenzt, um eine Gefährdung durch zu große Wärme bzw. zu hohe Stromstärken zu verhindern. Insoweit ist die simultan zur Frequenz modulierte Amplitude derart zu begrenzen, daß der Wert der eingekoppelten Leistung 5000 mW nicht übersteigt . 15

Mithin sind mit der Vorrichtung nicht lediglich einzelne Frequenz-Amplituden-Kennlinien ausführbar; vielmehr ist eine Programmierung der Vorrichtung dahingehend ermöglicht, daß eine Behandlung mithilfe des Geräts nach den Vorgaben und 20 Parametern des Bedieners durchgeführt wird.

Hierzu ist es beispielsweise möglich, die Steigung der Frequenz-Amplituden-Kennlinie zu verändern, so daß die Reizschwelle in unterschiedlichen Winkeln geschnitten werden 25 kann. Diese Kennlinien können dann nacheinander durchlaufen werden, beispielsweise um die Intensität der Behandlung sukzessive zu erhöhen.

Mit Vorteil können zwischen solche Reizphasen auch Pausen 30 eingeschoben werden, welche entweder durch Zurückgehen der

Intensität auf Null, oder aber durch Festhalten der Amplitude, vorzugsweise der maximalen Amplitude, bei der oberen Eckfrequenz erreicht werden können. Die Pause wird dadurch nicht

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„verschenkt", sondern zur maximalen, dabei aber unterschwellig bleibenden Einkopplung von elektrischer Leistung genutzt, z.B. zur Erleichterung von Diffusionsvorgängen.

5 Der programmierte Therapiervorgang ist mit Vorteil so angelegt, daß ein stetiger übergang von der „paradoxen" Stimulation (Steigung positiv) über die „synergistische" Stimulation (Steigung negativ) bis zur reinen „vertikalen" Stimulation möglich ist. Dies kann bei Reizung größerer Muskelgruppen 10 oder ganzer Extremitäten wegen der geforderten Limitierung des Outputs auf 5000 mW erforderlich sein, weil ansonsten Leistung im unterschwelligen Bereich reizunwirksam „verschenkt" wird.

15 Eine vertikale Stimulation sollte mit konstant bleibender oder niederfrequent modulierter Modulationsfrequenz und in Vierteltonschritten nur absteigend oder auch aufsteigend modulierbarer Mittelfrequenz durchgeführt werden. Diese Form der mit höheren Frequenzen als 20 Hz jeweils nur verhältnis-

20 mäßig kurz und mit angemessenen Pausen durchzuführenden Reizung erscheint für den Aufbau schneller, rasch ermüdender Muskelfasern als eine sinnvolle Ergänzung bisher bekannter Anwendungen.

25 Die vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

30 Figur 1 eine mögliche Frequenz-Amplituden-

Kennlinienschar mit einem Sammelpunkt im unterschwelligen Bereich,

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Figur 2 eine mögliche Frequenz-Amplituden-

Kennlinienschar mit einem Sammelpunkt im überschwelligen Bereich,

5 Figur 3 eine über drei Perioden hinweg dargestellte Frequenz-Amplituden-Kennlinie,

Figur 4 die Frequenz-Amplituden-Kennlinie aus Figur 3 in einem dreidimensionalen Koordi- 10 natensystem, sowie

Figur 5 eine modulierte Kennlinie.

Figur 1 zeigt eine Kurvenschar bestehend aus einer Reihe von

15 Frequenz-Amplituden-Kennlinien, welche in einem Sammelpunkt 4 zusammentreffen. Die Kennlinien verkörpern dabei jeweils einen Durchgang eines Frequenzlaufs, der zur Behandlung von Muskel- und Nervengewebe mithilfe von Wechselstrom mithilfe einer entsprechenden Vorrichtung vorgesehen ist. Die einzel-

20 nen Frequenz-Amplituden-Kennlinien werden jeweils einmal in absteigender Frequenzrichtung in diskreten Vierteltonschritten zwischen einer unteren Eckfrequenz fu, welche mit 4 kHz gewählt ist, und einer oberen Eckfrequenz f ₀ , welche mit 32 kHz gewählt ist, durchlaufen. Zwischen den beiden Eckfrequen-

25 zen fu und fo sind somit drei Oktaven umfasst, welche demnach dreimal sechs Ganztonschritte, entsprechend 72 Vierteltonschritte beinhalten. Zusammen mit den Eckfrequenzen selbst sind somit 73 Tonhöhen abzudecken, welche nacheinander, jedoch lediglich in absteigender Frequenzrichtung, im Schaubild

30 also von rechts nach links, durchlaufen werden.

Ebenfalls ist in dem Schaubild eine Reizschwelle 1 dargestellt, welche den übergang von einer nicht spürbaren hin zu

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einer spürbaren Reizung des mit dem genannten Wechselstrom beaufschlagten Muskel- und Nervengewebe darstellt und somit eine natürlich gegebene Schwelle ist. Eine spürbare Reizung findet dabei im überschwelligen Bereich 2, eine nicht spürba- 5 re „Reizung" - also eigentlich bei richtigem Verständnis keine Reizung mehr - findet hingegen im unterschwelligen Bereich 3 statt. Eine überquerung dieser Reizschwelle 1 beim Durchlaufen einer Amplituden-Frequenz-Kennlinie führt demnach vom unterschwelligen Bereich 3 kommend zur Kontraktion, vom über-

10 schwelligen Bereich 2 kommend hingegen zur Erschlaffung eines mit dem entsprechenden Wechselstrom beaufschlagten Muskels. Im Rahmen der Erfindung wird auf ein Durchlaufen der Kennlinien in Richtung aufsteigender Frequenz verzichtet und die entsprechenden Durchläufe gegen Null verkürzt. Dies hat den

15 Vorteil, daß eine Modulation der gewählten Frequenz f mit einer Modulationsfrequenz etwa von 20 Hz möglich ist, wobei gleichzeitig alle 73 Vierteltonhöhen angeboten werden können. Die Modulationsfrequenz ist mit 20 Hz möglichst nahe am natürlichen Vorbild gewählt, so daß sich eine Muskelkontraktion

20 für eine etwa zu behandelnde Person so angenehm wie möglich darstellt.

Figur 2 zeigt eine weitere Kurvenschar von Frequenz- Amplituden-Kennlinien, wobei in dieser Konfiguration der Sam- 25 melpunkt 4 im überschwelligen Bereich 2 liegt. Demnach schneiden hier sämtliche Frequenz-Amplituden-Kennlinien die Reizschwelle 1.

Die Figuren 3 und 4 bringen in den bloßen Frequenz- und Amp- 30 litudengang zusätzlich den Zeitaspekt hinein, indem die Zeit t in einer zusätzlichen Achse aufgetragen ist.

rMJM.innoni «nomoi nnnu AVZ • ¹ Pr ¹ T/DE2009/075OOO JT.inσanσsdatum: 23.01.2009

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In Figur 3 verläuft die Zeitachse gegenparallel zur Frequenzachse, so daß eine Abfolge von mehreren Durchläufen gezeigt werden kann. Die zwischen den einzelnen Durchläufen von der unteren Eckfrequenz f _υ bis zur oberen Eckfrequenz f ₀ ein- 5 schiebbaren Pausen können alternativ durch ein Halten der

Amplitude A auf einem aktuellen Wert oder auf einem maximalen Wert A _ma5C bzw. durch ein Zurückgehen und Halten eines Amplitudenwerts von Null gefüllt werden.

10 Eine andere Ansicht desselben Sachverhalts zeigt Figur 4, in welcher ein dreidimensionales Koordinatensystem mit einer eigenen Zeitachse enthalten ist. Auf der Zeitachse sind hierbei der Beginn einer ersten Periode Ti und einer zweiten Periode T ₂ aufgetragen.

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Figur 5 zeigt einen möglichen Therapiervorgang, welcher vorsieht, die Trägerfrequenz mit einer Modulationsfrequenz zu überlagern. Die Trägerkurve 6 führt dabei die Vierteltonschritte aus, welche eine Reizung des behandelten Muskel- und

20 Nervengewebes verursachen, während die Hüllkurve mit einer Frequenz von 20 Hz eine Modulation der Hochton- Trägerfrequenzen in eine natürliche, körpereigene Frequenz veranschaulicht .

25 Somit ist vorstehend eine Vorrichtung zur elektrotherapeuti- schen Behandlung von Muskel- und Nervengewebe beschrieben, welche eine lückenlose Behandlung unter bevorzugten Bedingungen ermöglicht, indem auf eine Phase ansteigender Frequenz zugunsten einer Phase absteigender Frequenz zumindest teil-

30 weise verzichtet wird.

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B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E

1,1' Reizschwelle

2 überschwelliger Bereich

3 unterschwelliger Bereich

4 Sammelpunkt

5 Hüllkurve

6 Trägerkurve

Ti Beginn Erste Periode

T ₂ Beginn Zweite Periode f Frequenz fu untere Eckfrequenz fo obere Eckfrequenz

A Amplitude

Amax Amplitudengrenzwert t Zeit

non.innnftiiin-1 ounnni? nττ7. • PCT/DE2009/075000 Einαancrsdatum: 23. Ol .2009