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E1 ek trotherapi egerät Die Erfindung betrifft ein Elektrotherapiegerät
mit an einen Patienten anlegbaren Elektroden. Durch wiederholtes Übertragen elektrischer
Impulse auf den Kopf des Patienten kann man diesen in Schlaf versetzen oder andere
therapeutische Effekte erzielen.
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Zur Durchführung einer derartigen Elektrotherapie sind bereits insbesondere
in den Vereinigten Staaten, in Großbritannien, in der Sowie Union und in Japan entsprechende
Geräte entwickelt worden. Alle diese beb kannten Geräte haben jedoch einen gemeinsamen
Nachteil: Sie stellen eine potentielle Gefahrenquelle für den Patienten dar. Außer
der Schock gefahr bei mit Vakuumröhren betriebenen Geräten ist'die Hauptgefahrenquelle
der bekannten Geräte darin zu sehen, daß sie Impulse einer einzigen Polarität an
den Pas
tienten abgeben. Impulse mit einer Polarität erzeugen in
lebenden Körperzellen elektrolytische Dissoziationen.
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Diese Impulse mögen noch so kurzzeitig sein, die kumulative Wirkung
zahlreicher Impulse kann zu irreparablen Schäden im Gehirn führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein für den Patienteh ungefährliches
Elektrotherapiegerät zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß eine erste Schaltung zur Erzeugung einer Kette von elektrischen Impulsen und
eine an die erste angeschlossene und mit dieser zusammenwirkende zweite Schaltung
zur Erzeugung einer Kette aus periodischen Wechselstromstößen, deren vektorielle
Summe gleich Null ist, so daß Netz-Gleichstrom vom Patienten ferngehalten wird,
vorhanden ist; und daß die zweite Schaltung in der Weise in elektrischer Verbindung
mit den Elektroden steht, daß sie Wechsel stromstöße auf den Patienten überträgt
und dabei eine elektrotherapeutische Behandlung ermöglicht.
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Auf diese Weise wird die Übertragunq von Impulsen gleicher Polarität
auf den Patienten verhindert und statt dessen eine Kette von schnellen Impulsen
erzeugt, die abwechselnd positiv und neqativ sind.
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Die Übertragung der Wechselstrom-Impulsketten auf den Patienten erfolgt
auf den Wege über einen Transformator, so daß keine galvanische Verbindunq zwischen
dem Impulsgen#erator und dem Patienten besteht. Dadurch werden Schockgefahren grundsätzlich
ausgeschlossen.
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Ferner ist das Gerät so bemessen, daß die augenblickliche
Ausgangsleistung
auf einen für Menschen grundsätzlich harmlosen Wert reduziert ist. Auftretende Fehler
im System haben die Auswirkung, daß die Ausgangsleistung reduziert wird oder daß
überhaupt keine Ausgangsleistung abgegeben wird. Bei bekannten Systemen können derartige
Fehler dagegen zur Abgabe maximaler Ausgangsleistung führen.
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Vorzugsweise ist das Gerät mit einer Zeitschaltung und einem Stellglied
versehen, mit dessen Hilfe sich der Strom im Verlauf eines bestimmten Zeitraumes
schrittweise auf einen festen Pegel anheben, über einen einstellbaren Zeitraum hinweg
auf diesem Pegel halten und schließlich über einen festen Zeitraum hinweg wieder
schrittweise absenken läßt.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf eine. Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Impulsdiagramm
mit einer Reihe von Impulsen gleicher Polarität, wie sie herkömmliche Geräte erzeugen;
Fig. 2 ein Impulsdiagramm mit einer Kette von schnellen, abwechselnd von positiv
nach negativ und zurück wechselnden Impulsen, wie sie das erfindungsgemäße Elektrotherapiegerät
erzeugt; Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Therapiegerät;
Fig. 4 ein Schaltbild des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles; Fig.
5 eine Fronteinsicht eines in Verbindung mit dem Gerät verwendeten Zeitschalters;
Fig.
6 einen Längsschnitt im Verlauf einer Linie 6-6 von Fig. 5; Fig. 7 ein Diagramm
mit einer Zeit-Strom-Kurve, welche durch Verwendung des ZeAtchalters von Fig. 5
und 6 erzielbar ist Fig. 8 und 9 je eine schematische Darstellung der Widerstands
anordnung von Potentiometern des Zeitschalters von Fig. 5 und 6; und Fig. 10 und
11 je eine schematische Darstellung eines Schleiferweges bei einer 40-Minuten- bzw.
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60-Minuten-Einstellung.
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Das aus den in Fig. 3 schematisch dargestellten Baugruppen bestehende
Elektrotherapiegerät arbeitet folgendermaßen: Zur Stromversorgung der verschiedenen
Transistorschaltungen des Impulsgenerators dient eine Gleichstromquelle 1 mit einem
negativen bzw. Null-Potential Ausgang und je einem weiteren Ausgang für ein niedriges
und für ein hohes#positives Potential. "Hoch" bedeutet hier lediglich, daß dieser
Ausgang ein höheres Potential als der andere hat. Bei einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel
der Erfindung liegt die höhere positive Spannung im Bereich von 12 Volt bei 3 ma,
die niedrigere positive Spannung bei 3 Volt bei 3. ma, und der Minus-Anschluß hat
Null-Potential.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine Gleichstromquelle
mit zwei positiven Ausgang gen; diese Zahl kann auch bei 1 oder höher als 2 liegen.
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Die von der Gleichstromquelle 1 versorgten Transistorschaltungen sind
ein Relaxations-Oszillator 2 der ein
periodisches Signal für einen
monostabilen Multivibrator 3 erzeugt. Dieser läßt sich in der Weise einstellen,
daß er einen Impuls von gegebener Dauer erzeugt, sobald er ein Signal vom Relaxations-Oszillator
2 erhält.
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Solange dieser Impuls andauert, wird eine nachgeschaltete Torschaltung
4 geöffnet und verbindet dabei die Gleichstromquelle 1 mit einem Oszillator 5 und
einem begrenzten Leistungsverstärker 6. Der Oszillator*5 gibt eine Kette von Schwingungen
ab, die bei konstanter Amplitude in ihrer Frequenz zwischen gegebenen Grenzen veränderbar
sind. Die Länge dieser Schwingungskette entspricht der Dauer' des vom Multivibrator
3. abgegebenen Impulses. Der Ausgang des Oszillators 5 ist über Begrenzerwiderstände
mit dem im Gegentakt betriebenen Leistungsverstärker 6 verbunden. Die Ausgangsleistung
des Gegentakt-Verstärkers 6 ist auf eine Augenblicksleistung begrenzt, welche eine
gegebene Anzahl von Milliwatt beträgt. Über einen Trenntransformator 7 werden die
Impulsketten schließlich auf zwei Elektroden 8 und 9 übertragen, welche dem Patienten
angelegt werden. In Fig. 1 sind Impulse gleicher Polarität dargestellt, wie sie
von bekannten Geräten der genannten Art abgegeben werden. Die vom Gerät gemäß Fig.
3 und 4 abgegebenen Impulsketten sind dagegen in Fig. 2 aufgetragen. Die Signal
stärke läßt sich durch ein-Handstellglied 10 einstellen. Mittels eines Zeitschalters
11 läßt sich ein besonderer Betriebsablauf erzielen, in dessen Verlauf der Signal
strom langsam während einer festen Zeitdauer auf einen Maximal pegel ansteigt, diesen
Pegel über eine einstellbare Zeitdauer hinweg konstand einhält, um schließlich im
Verlauf eines weiteren festen Zeitraumes langsam wieder auf Null abzusinken.
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Die in Fig. 4 aufgetragene Schaltung ist ein mögliches Ausführungsbeispiel
für das Blockschema von Fig 3.
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Diese Schaltung ist aus Gründen der Einfachheit und Zuverlässigkeit
mit integrierten Schaltkreisen (NCR-Doppel-Gates) aufgebaut.
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Der Relaxations-Oszillator 2 besteht aus einem Unijunction-Transistor
20 in Verbindung mit einer Zeitschaltung, die sich aus einem veränderlichen Widerstand
21 zur kontinuierlichen Einstellung der Wiederholzeit, einem Widerstand 22 sowie
drei Kondensatoren 23, 24 und 25 zusammensetzt, die jeweils durch einen Wahlschalter
26 zuschaltbar sind und verschiedene Arbeitsbereiche darstellen.
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Zum Ausgleich der Umgebungstemperatur dient ein Widerstand 27.
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Das Ausgangssignal des Relaxations-Oszillators 2 liegt an einem Lastwiderstand
28 und gelangt an den Eingang eines Doppelgatters 29. Der Ausgang des einen Gatters,
dem das Eingangssignal zugeführt wird, ist über eine aus einem Schalter 30, Widerständen
31 und 32 sowie einem Kondensator 33 bestehende Zeitschaltung mit dem Eingang des
anderen Gatters innerhalb dieses Doppelgatters 29 verbunden. Der eigentliche Ausgang
des Doppelgatters 29 führt über einen Begrenzerwiderstand 35 zur Basis eines npn-Schalttransistors
34, welcher die nachfolgende Verstärkerstufe je nach Schaltzustand mit dem Minus-Anschluß
der Gleichstromquelle 1 verbindet bzw. von dieser trennt. Der Maximal strom, der
durch den Schalttransistor 34 fließt, wird durch den Wert des Begrenzerwiderstandes
35 bestimmt. Dieses ist eine von zwei Maßnahmen zur Begrenzung der augenblicklichen
Ausgangsleistung des Elektrotherapiegerätes auf einen
sicheren Wert.
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Die Ausgangsstufe des Gerätes besteht aus dem Oszillator 5 und dem
Gegentakt-Leistungsverstärker 6-. Man könnte zwar die Ausgangsschaltung des Gerätes.
in der Weise vereinfachen, daß man einen direkt auf den Patienten einwirkenden Oszillator
benutzt; läßt man jedoch den Gegentakt-Verstärker fort, so läßt sich die Ausgangsleistung
nicht präzise steuern.
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Der Oszillator 5 besteht im wesentlichen aus einem Doppelgatter 36,
dessen beide Eingänge über Zeitschaltungen mit dem Ausgang des anderen Doppelgatters
29 verbunden sind.
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Diese Zeitschaltungen bestehen aus Widerständen 37, 38, 40 und 41,
einem Schalter 39 sowie. Kondensatoren 42 und 43. Die beiden, Ausgänge des Doppelgatters
36 sind über je einen Begrenzerwiderstand 44 bzw. 45 an die Basis je eines zum Leistungsverstärker
6 gehörenden npn-Transistors 46 bzw. 47 geführt. Die Emitter der beiden Transistoren
46 und 47 sind miteinander verbunden, während ihre Kollektoren an je ein Ende der
Primärwicklung eines Transformators 48 angeschlossen sind. Diese Primärwicklung
ist durch einen Kondensator 49 überbrückt.
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Die Begrenzerwiderstände 44 und 45 begrenzen den Eingangsstrom der
Transistoren 46 und 47 und damit auch die Ausgangsleistung dieser Transistoren bei
einer gegebenen Spannung. Diese Begrenzerwiderstände 44 und 45 stellen die zweite
erfindungsgemäße Sicherheitsmaßnahme zur Begrenzung der augenblicklichen Ausgangsleistung,
welche dem Patienten zugeführt wird, dar.
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Von den Ausgangswicklungen des Transformators 48 werden
folgende
drei verschiedenen Kreise gespeist: a) der Ausgangskreis mit den Elektroden 8 und
9, welche an den Patienten angelegt werden. Die Ausgangsspannung wird durch einen
Schalter 50 und ein Potentiometer 51 gesteuert.
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b) Ein Lampenkreis, welcher als visuelles Stimulans dient und aus
einer Neonlampe 52 und einem in Serie geschalteten Begrenzungswiderstand 53 zusammengesetzt
ist.
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c) Einen Lautsprecherkreis als akustisches Stimulans, bestehend aus
einem Lautsprecher 54.
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Nachfolgend sind die elektrischen Daten bzw. Typenangaben für die
Bauelemente der vorstehend beschriebenen Schaltungen des Gerätes in einer Tabelle
aufgeführt.
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TABELLE Bauelemente elektr. Daten oder Type Transistor 20 2N2,646
Veränd. Widerstand 21 500K Ohm-Potentiometer Widerstand 22 100K Ohm Kondensator
23 2 uF Kondensator 24 0.5 1uF Kondensator 25 0.1 1uF Widerstand 27 270 Ohm Widerstand
28 100 Ohm Gatter 29 Pairchild Xu 1 914 Widerstand 31 2.7 k Ohm Widerstand 32 2.7
k Ohm Kondensator 33 1 ~uF Transistor 34 2X{565
Bauelemente eiektr.
Daten oder Type Widerstand 35 3.9 k Ohm Gatter 36 Fairchild u i 914 Widerstand 37
5.6 k Ohm Widerstand 38 5.6 k Ohm Widerstand 40 5.6 k Ohm Widerstand 41 5.6 k Ohm
Kondensator 42 0.05 µF Kondensator 43 0.05 µm Widerstand 44 22 k Ohm Widerstand
45 22 k Ohm Transistor 46 2N3565 Transistor 47 -2N3565 Transformator 48 Kern: 3/16"
x 3/16" Permalloy oder Hi-Nickel primär: 600 Wdgn. CT, sekundär: 900+900+900+50
Wdgn.
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Potentiometer 51 50 k Ohm Neon Lampe 52 NE-2 Widerstand 53 220 k Ohm
Lautsprecher 54. --3.2 k Ohm Die in der vorstehenden Tabelle aufgeführten Daten
bzw. Typen sind für eine Versorgungsspannung von plus 12 Volt am höheren Ausgang,
und für plus 3 Volt am niedrigen Ausgang der Gleichstromquelle 1 ausgelegt. Ferner
wurde ein Zeitschalter 11 ausgewählt, welcher eine Brückenschaltung aus insgesamt
vier Dioden vom Typ iN93 besitzt, über dessen Mitte ein Gleichstrom-Ampermeter vom
Typ 0-100 UA sowie parallel dazu ein Filterkondensator von 100 /UF geschaltet" ist.
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Es hat sich gezeigt, daß das Elektrotheratiegerät seine Patienten
besonders wirksam in Schlaf versetzt, wenn man,
den Ausgangsstrom
über einen Zeitraum hinweg langsam ansteigen läßt. In Versuchen hat sich ein Zeitraum
von etwa 5 Minuten als Idealwert herauskristallisiert.
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Nachdem der maximale Strompegel erreicht ist, wird das Ausgangssignal
über einen Zeitraum, dessen Länge davon abhängt, wie lange der Schlaf anhalten soll,
auf diesem Pegel gehalten. Nachdem dieser Zeitraum des konstanten Strompegels abgelaufen
ist, reduziert man den Strom wieder langsam auf Null. Auch für den Zeitraum der
Stromverminderung hat sich eine Zeitspanne von etwa 5 Minuten als günstig erwiesen.
In den Figuren 5 und 6 ist ein Zeitschalter dargestellt, mit dessen Hilfe sich der
Zeitraum des maximalen Stromflusses zwischen Null und einem Höchstwert von 50 Minuten
einstellen läßt.
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Der in Fig. 5 von der Vorderseite und in Fig. 6 seitlich geschnitten
dargestellte Zeitschalter besitzt als zeitbestimmendes Element 60 eine handelsübliche
Küchenzeituhr, wie sie die Hausfrau beim Eierkochen benutzt. Am freien Ende einer
Welle 61 des zeitbestimmenden Elementes 60 sitzt ein Handknopf 69, den man auf eine
gewünschte Laufzeit zwischen Null und 60 Minuten einstellt und der nach Ablauf der
einer stellten Zeit auf Null zurückkehrt. Ferner sind auf der Welle 61 ein Schleifer
67 eines Potentiometers 62 sowie ein Schleifer 71 eines weiteren Potentiometers
63 befestigt. An einem Träger 64 sitzt ein BUgel 65, an dessen Ende das Potentiometer
62 mitte#ls einer -Mutter 66 festgeschraubt ist. Wie sich aus Fig. 6rentnehmen läßt,
ist dem Potentiometer 62 ein Kippschalter 68 zugeordnet, welcher in der Nullstellung
des Handknopfes 69 offen ist und sofort geschlossen wird, sobald der Handknopf 69
aus seiner in Fig. 5 dargestellten
Ruhelage heraus verstellt wird.
In diesem Augenblick wird das Gerät mit Strom versorgt. Der Kippschalter 68 entspricht
dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Schalterl2 an den positiven Ausgängen der Gleichstromquelle
1.
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Wie erwähnt, ist der Schleifer 71 des anderen Potentiometers 63 fest
mit der Welle 61 verbunden; das Gehäuse dieses Potentiometers 63 kann jedoch gegenüber
dem Gehäuse des Zeitschalters bzw. gegenüber dem Träger 64 verdreht werden und besitzt
zu diesem Zwecke eine auf der Welle-61 und gegenüber der Skala drehbar gelagerte
Buchse 72 mit einem Stellzeiger 73. Das Gehäuse dieses verdrehbaren Potentiometers
63 ist gegenüber dem Gehäuse 75 des Zeitschalters durch eine Friktionskupplung in
Form einer Druckfeder 74 gegen unerwünschtes Verdrehen gesichert.
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Der in Fig. 7 aufgetragenen Strom-Zeit-Funktion läßt sich entnehmen,
wie der Strom innerhalb von 5 Minuten von Null auf seinen Maximalwert ansteigt und
schließlich wieder innerhalb von 5 Minuten vom Maximalwert auf Null absinkt. Der
Zeitraum, in welchem der Maximalstrom fließt, ist dagegen veränderlich und läßt
sich von einer Bedienungsperson des Elektrotherapiegerätes einstellen.
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In Fig. 8 sind die Widerstandsbahnen der beiden Potentiometer 62 und
63 schematisch dargestellt. Über 30?-ihres Verstellweges hinweg besitzen sie einen
im wesentlichen linearen Abschnitt mit hohem Widerstand 79 bzw.
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77, während der Rest ihrer jeweiligen Widerstandsbahnen durch je einen
Abschnitt 78 bzw. 82 mit niedrigem Widerstand gebildet wird. Die freien Enden dieser
Abschnitte
mit niedrigem Widerstand sind gemäß Fig. 8 und 9 durch
eine Leitung elektrisch miteinander verbunden. Um die Zeitdauer des Konstanten Stromflusses
verändern zu können, muß man die relative Lage der beiden Abschnitte mit hohem Widerstand
79 und 77 der beiden Potentiometer 62 und 63 gemäß Fig. 9, 10 und 11 zueinander
auf folgende Weise verändern: Am Widerstandselement 70 des Potentiometers 63 befindet
sich gemäß Fig. 6 ein Anschlag 76, den der Schleifer 71 mitnimmt, wenn die Welle
61 beim Aufziehen des zeitbestimmenden Elementes 60 verdreht wird. Gemäß Darstellung
von Fig. 9 wurde der Handknopf 69 auf 40 Minuten eingestellt. Bei diesem Einstellvorgang
hat der Schleifer 71 das Widerstandselement 70 über den Anschlag 76 so weit verdreht,
daß der Stellzeiger 73 auf 30 Minuten steht, was der Zeitdauer des maximalen Stromes
entspricht. Der Stellzeiger 73 behält diese Stellung bei, während sich der Handknopf
69 langsam auf seine Null-Stellung zurückbewegt.
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Zu Beginn des 40 Minuten langen Zeitraumes liegt der Schleifer 71
des Potentiometers 63 auf dem Abschnitt 77 mit hohem Widerstand, während der andere
Schleifer 67 des Potentiometers 62 auf seinem Abschnitt 78 mit niedrigem Widerstand
78 liegt. (Siehe Fig. 9 und 10).
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Angenommen, die Abschnitte 77 und 79 mit hohem Widerstand besitzen
einen Widerstand von 50.000 Ohm, so liegt zu Beginn des 40 Minuten langen Zylkus
ein maximaler Widerstand von 50.000 Ohm zwischen den Anschitissen 80 und 81. Während
sich der Handknopf 69 auf Null zu bewegt, rotiert der Schleifer 71 entgegen der
Uhrzeigersinne Uber den Abschnitt mit hohem Widerstand 77
hinweg
und gelangt nach 5 Minuten auf den Abschnitt mit niedrigem Widerstand 82 Das bedeutet,
daß nach Ablauf von 5 Minuten die beiden Schleifer 71 und 67 praktisch kurzgeschlossen
sind, so daß ein unvermin derter Strom fließen kann, Dleser-Zustand dauert bis 5
Minuten vor Erreichen des Nullpunktes an, wenn nämlich der andere Schleifer 67 in
seinen Abschnitt 79 mit hohem Widerstand einläuft0 In den letzten 5 Minuten steigt
der Widerstand innerhalb des Abschnittes mit hohem Widerstand 79 linear -auf seinen
Maximalwert an Sobald der Schleifer 67 den Nullpunkt erreicht hat, liegen wieder
50#000 Ohm zwischen den Anschlüssen 80 und 81.
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Aus Fig. 11 läßt sich entnehmen, daß der beschriebene Vorgang ähnlich
abläuft, wenn man den Zeitschalter auf 60 Minuten einstellt0 In diesem Falle wird
der Stellzeiger 73 mit dem Widerstandselement 70 auf 50 Minuten verstell-t und verbleibt-
dort, bis er m#anuell zurückgestellt wird, Nach Ablauf der #eit kann die Bedienungsperson
entweder den Stellzeiger 73 manuell auf Null zurückstellen, oder erstellt ihn auf
die Zeit ein, mit welcher das Gerät mit vollem Strom fahren soll.
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Der Kippschalter 68 ist eine konventionelle Type, wie man sie beispielsweise
aus Radiogeräten kennt, und er schaltet aus, sobald der Handknopf 69 die Nullstellung
erreicht hat. In Fig0 5 sind Handknopf 69 und Stellzeiger 73 in Nullstellung gezeichnetO
Der zuvor beschriebene Zeitschalter stellt nur eine von vielen möglichen Ausführungen
dar, -wie sie im Rahmen der Erfindung verwendbar sind0
stand kleiner
oder größer als 30°C so kann man @@ Anstiegs- und Abfallzeiten des Stromes verkle@@@
oder vergrößern, ganz nach Wunsch. Selbstverständlich können Anstiegszeit und Abstiegszelt
des Strcrr unterschiedlich gestaltet sein, indem man entsprechend unterschiedliche
Winkel fiir die Hochwiderstands Abschnitte verwendet.
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Ferner kann der Zeitschal ter so ausr#elegt werde der Stromwert im
Betriebszeitraum schwankt.
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Selbstverständlich beschrankt sich die Erfinde nicht aus das zuvor
beschriebene Aus führurlcsbeispjj o:~nde es sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche
Abwandtur möglich.
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Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein elektrischen @@-gerät zur
Schlafbehandlung und/oder für andere @@@@@@@@@ tische Effekte durch wiederholtes
Anlegen von elektrischen Impulsen, bei dem Gefahren für den Patienten dadurch vermieden
werden, daß Ketten von schnel@@@@@@@@@@ positiv und negativ wechselnden Impulsen,
deren ktorielle.Summe gleich Null ist, erzeugt werden diese Weise vermeidet man
das Anlegen von Netzstrom an den Patienten. Zur Vermeidung von Scho@@@@@@efahren
führt man die Impulse dem Patienten über einen Transformator zu. Ein einstellbarer
Zeitschaiter läßt den Strom im Verlauf eines festen Zeitraumes stetig auf einen
festen Pegel ansteigen, hält dert festen Pegel über einen einstellbaren Zeitraum
hinweg a@@recht und läßt schließlich den Strom im Verlauf eines weiteren festen
Zeitraumes gleichmäßig auf Null absinken