DE4139535A1 - Verfahren und vorrichtung zur cranialen elektro-magnetischen-stimulation - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimulation (CEMS), wobei eine gezielte Reizung des Gehirns durch elektromagnetische Schwingungen er­ folgt, die über mindestens einen Applikator vorzugsweise im Kopfbereich vorzugsweise auf Akupunkturpunkte der Haut appli­ ziert werden. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zur Anwendung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Die craniale Elektro-Magnetische-Stimulation ist ein medizini­ sches Behandlungsverfahren, welches sich einerseits von der traditionellen und modernen Ohrakupunktur, andererseits von der Transkutanen Elektrischen Nervenstimulation (TENS) ableiten läßt. Das Verfahren der cranialen Elektro-Stimulation (CES) wird in der Literatur u. a. auch als "Elektroschlaf" bezeichnet, da vor geraumer Zeit bereits gute Erfolge bei der Behandlung von Schlafstörungen durch die craniale Elektro-Stimulation ver­ zeichnet werden konnten.

Bereits vor der wissenschaftlichen Feststellung von Gehirnströ­ men und vor der technischen Möglichkeit, diese abzuleiten, war ein Verfahren zum elektrischen Induzieren von Schlaf bereits bekannt. In den 50er und 60er Jahren entdeckte man, daß durch die Transkutane Elektrische Nervenstimulation eine nicht-phar­ makologische Einflußnahme auf Schmerzzustände möglich ist. Ent­ sprechende Geräte sind zur Anwendung an peripheren Nerven kon­ zipiert. Als Wirkungsmodell lagen der Entwicklung sog. TENS-Ge­ räte die "Gate-Control-Theorie" des Schmerzes zugrunde. In den 70er Jahren wurde schließlich entdeckt, daß es mittels bestimm­ ter Frequenzen möglich ist, den Organismus zu veranlassen, kör­ pereigene Opioide, sog. Endorphine, auszuschütten, was wiederum zu einer zentralen Schmerzmodulation führt. Dieser Effekt läßt sich bspw. beim Drogenentzug nutzen und wird zu diesem Zwecke von einigen Ärzten bereits angewandt.

Des weiteren wurde die craniale Elektro-Stimulation auch be­ reits zur Erzeugung des alpha-Zustandes im Rahmen einer spe­ ziellen Entspannungstechnik eingesetzt. Des weiteren wurde festgestellt, daß - wie aus der EEG-Ableitung bekannt ist - auch andere Zustände mit spezifischen Frequenzen im Gehirn ein­ hergehen. Die dabei auftretenden Hirnwellenbereiche unterschei­ det man wie folgt:

Als deutlichster Effekt der cranialen Elektro-Stimulation ist wohl der dabei auftretende Entspannungseffekt hervorzuheben, der auch am ehesten reproduzierbar ist. Folglich besteht auch die Möglichkeit, mittels cranialer Elektro-Stimulation die Ge­ sundheit des menschlichen Körpers zu beeinflussen. Ebenso wur­ den bereits psychische und psychomotorische Effekte sowie posi­ tive Effekte auf das Immunsystem festgestellt. Bei zahlreichen Beschwerden wird die craniale Elektro-Stimulation als wirksame Therapie-Mittel bereits eingesetzt.

Ganz allgemein versteht man unter cranialer Elektro-Stimulation eine gezielte Reizung des Gehirns durch elektromagnetische Schwingungen. Diese Schwingungen werden über Elektroden oder in Form von Licht auf die Haut appliziert, wobei dies vorzugsweise im Kopfbereich geschieht. Nach den bislang bekannten Verfahren zur cranialen Elektro-Stimulation und den dabei verwendeten Ge­ räten werden jedoch elektromagnetische Gegebenheiten im Gehirn nicht hinreichend berücksichtigt.

Elektromagnetische Wellen im Elf-Bereich können biologische Substanzen nahezu ungehindert durchdringen. Folglich ist das Gehirn in elektromagnetischer Hinsicht nahezu ungeschützt bzw. nicht abgeschirmt, wodurch u. a. die Ableitung von EEG-Poten­ tialen möglich ist. Dies unterscheidet das Gehirn im wesentli­ chen von technischen Sendern und Empfängern, in denen mögli­ cherweise eine Abschirmung der einzelnen konstituierenden Os­ zillatoren und Resonatoren vorgesehen sein muß, da eine gegen­ seitige Beeinflussung dieser Bauteile eine korrekte Funktion erheblich stören würde. Dies resultiert aus der Tatsache, daß die in Rede stehenden technischen Geräte keineswegs als dissi­ pative Strukturen im Sinne von I. Prigogines aufzufassen sind, die eine komplexe Kohärenzbedingung erfüllen.

Im Gehirn dagegen können frequenzkodierte Informationen als elektromagnetische Schwingungen nebeneinander auftreten, ohne sich gegenseitig zu stören, weil sie kohärent sind bzw. gemacht werden. Dies geschieht durch entsprechende Taktgeber, die den beteiligten Funktionseinheiten einen Arbeitsrhythmus vorgeben. Im Gehirn lassen sich sowohl serielle als auch parallele Verar­ beitungsvorgänge beobachten, wobei sich die gesamte Struktur bezüglich komplexer Kohärenz dissipativ verhält und somit holo­ graphische Abbildungen von koinzident eintreffenden Informatio­ nen durch Interferenz ermöglicht. Dies geschieht analog zur La­ ser-Holographie. Dabei wird nicht nur das Muster der einzelnen Schwingung, sondern das Interferenzmuster aller im Zeitverlauf vorhandenen Schwingungen gespeichert bzw. wahrgenommen. Dieses komplexe Interferenzmuster wird durch elektromagnetische Schwingungen aus der Umgebung beeinflußt, wenn die jeweiligen Frequenzbereiche zumindest in etwa übereinstimmen. Unter diesen Voraussetzungen ist es nicht erstaunlich, daß die Spektralana­ lysen der Frequenzen der Micropulsationen des Geomagnetfeldes und der Gehirnwellenfrequenzen eine signifikante Übereinstim­ mung aufweisen. In beiden Frequenzspektren liegt das Maximum bei etwa 9 Hz. Das Geomagnetfeld und der Sonnenwind sind mit Sicherheit bereits vor Entstehung jeglichen Lebens existent ge­ wesen, so daß die danach entstandenen Nervensysteme (Oszilla­ toren) diese Frequenzen abbilden und sie zur Kohärenzerzeugung nutzen, zumal diese Frequenzen aufgrund fehlender Abschirmungs­ möglichkeit ohnehin allgegenwärtig sind.

Im Rahmen der für sich bekannten cranialen Elektro-Stimulation sind aus der Praxis zahlreiche Geräte und Stimulationsarten be­ kannt. So gibt es bspw. Geräte mit einer in wenigen Stufen ein­ stellbaren Hauptfrequenz und einer fein eingestellten Umpolfre­ quenz, die meist bei 0,4 Hz liegt. Die Wellenform der Impulse ist ein monophasisches Rechteck, das z. B. im 0,4 Hz-Takt umge­ polt wird, um Elektrolyse-Effekte unter den Applikationselek­ troden zu vermeiden. Außerdem soll die Wiedererkennung der Hauptfrequenz durch diese "Taktstörung" erschwert werden, um einen Gewöhnungseffekt zu vermeiden. Man strebt hier einen stets "neuen" Signalcharakter an. Für das in Rede stehende Ge­ rät ist jedenfalls wesentlich, daß dabei der Betrag des flie­ ßenden Stromes die Wirkung hervorbringen soll, so daß diese Ge­ räte stets mit einer Konstantstromquelle versehen sind. Die Elektrodenplazierung erfolgt an den Ohrläppchen.

Des weiteren gibt es bereits Geräte zur cranialen Elektro-Sti­ mulation mit in feinen Stufen einstellbarer Festfrequenz ohne Umpolfrequenz, um dem Organismus ein Mitschwingen (Resonanz) und Wiedererkennen (Training) zu erleichtern. Durch stabile Wellenform werden biphasische und obertonreiche Signale er­ reicht. Da man hier weniger den Strom, sondern vielmehr die Spannung und damit die Wellenform möglichst stabil halten will, ist keine Konstantstromquelle vorgesehen. Hier soll während der Stimulation die Fähigkeit des Organismus erhalten bleiben, einen ohmschen und kapazitiven Widerstand zu regulieren. Die Elektrodenplazierung erfolgt auch hier an den Ohrläppchen.

Eine weitere Gruppe von Geräten zur cranialen Elektro-Stimula­ tion weist zwei Hauptfrequenzen auf, wobei die eine Frequenz meist unter 4 Hz, die andere meist über 100 Hz liegt. Diese Frequenzen werden gemischt. Somit werden nach Angabe der Her­ steller ausschließlich "wohltuende" Frequenzen über Bügel­ elektroden am Mastoid appliziert, wobei hier mindestens 256 verschiedene Frequenzen gleichzeitig angeboten werden.

Des weiteren gibt es die eingangs bereits erörterten TENS-Ge­ räte, die zur Anwendung in der Körperperipherie konzipiert sind und nur selten, z. B. im Rahmen einer Trigeminusneuralgie, im Kopfbereich angewendet werden.

Die voranstehend erörterten, aus der Praxis bekannten Geräte zur cranialen Elektro-Stimulation bieten meist wenig und zu un­ genaue Einstellmöglichkeiten und eine schlechte Reproduzier­ barkeit der Behandlungsergebnisse, wobei bei Verwendung einer Konstantstromquelle die Haut als physiologisches Frequenzfilter außer Kraft gesetzt wird. Die individuelle Frequenzanpassung an den jeweiligen Patienten ist meist äußerst kompliziert. Des weiteren muß zur Anregung bestimmten Ionen (z. B. Na+, K+, Ca++, Li+) die Stärke des lokalen Geomagnetfeldes bekannt sein, um benötigte Frequenzen zu erreichen (vgl. A. Liboff, Journal of Biological Physics, 13 (1985), S. 91).

Im Falle der gleichzeitigen Applikation von über 256 Frequenzen wird eine Art Frequenzcocktail erreicht, wodurch das Resonanz­ verhalten überlastet wird.

Schließlich lassen die genannten Geräte und Verfahren unphysio­ logisch hohe Frequenzen zu oder enthalten diese hohen Frequen­ zen sogar stets als Grundfrequenz. Die Anwendung unphysiolo­ gisch hoher Frequenzen (bezogen auf das Gehirn) sollten nur nach genauer Indikationsstellung durch einen Arzt erfolgen. Ganz besonders ist hervorzuheben, daß bei den meisten der zuvor genannten Geräten stets die Möglichkeit besteht, eine individu­ ell unverträgliche Frequenz unbeabsichtigt zu applizieren, was unerwünschte Wirkungen nach sich ziehen kann. Schließlich ist eine zu Wirkungseinbußen führende Überstimulation aufgrund ei­ ner zu langen Stimulationsdauer möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimulation anzugeben, bei dem unter Vermeidung der voranstehend genannten Nachteile bekannter Verfahren eine optimale Anpassung der Im­ pulsparameter an bio-kybernetische und informationstheoretische Anforderungen erfolgt. Des weiteren soll eine entsprechende Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an­ gegeben werden.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur cranialen Elektro-Magneti­ schen-Stimulation lagen - reflektiert am zuvor erörterten Stand der Technik - folgende Überlegungen zugrunde. Das Verfahren soll bei möglichst niedriger Energieübertragung kohärenzför­ dernd wirken. Gehirnspezifische Periodizitäten sollen unter­ stützt und nicht gestört werden. Resonanz soll nicht erzwungen werden, vielmehr soll Eigenresonanz gefördert werden. Des wei­ teren sollen Erkenntnisse aus der Informationstheorie bezüglich der Wellenform und des Informationsgehaltes berücksichtigt wer­ den.

Hinsichtlich der zu applizierenden Frequenz ist wesentlich, daß die Energieübertragung um so niedriger sein muß, je genauer ein Sendeoszillator die Eigenfrequenz eines Empfängeroszillators (Resonator) erreicht, um bspw. die Dämpfung zu kompensieren.

Folglich muß das physiologische Frequenzspektrum in möglichst kleinen Schritten reproduzierbar auswählbar sein.

Die Wellenform definiert den Gehalt an harmonischen Oberschwin­ gungen. Jede beliebige Wellenform kann durch eine entsprechende Anzahl von sinusförmigen Teilschwingungen zusammengesetzt wer­ den (Fourier-Transformation). Ist die Wellenform sinusförmig, so existiert über der Grundfrequenz kein weiterer Teilton. Eine Sinusschwingung erfordert keine Kohärenz, da sie auf einen ein­ zigen Oszillator zurückzuführen ist. Die Information (Grund­ frequenz) hat keine Redundanz. Diese macht im Sinne der Infor­ mationstheorie ein Signal verständlicher. Enthält die Wellen­ form sehr viele harmonische Oberschwingungen (= ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz), so ist die Redundanz der Informa­ tion und damit die Verständlichkeit entsprechend hoch. Eine si­ nusförmige Impulsform bewirkt eine langsame Amplitudenänderung, eine rechteckförmige Impulsform eine plötzliche Amplitudenände­ rung. Folglich ist eine rechteckige Impulsform verständlicher, da sie kohärent bezogen auf die Teiltöne ist. Folglich muß die Wellenform möglichst stabil gehalten sein. Eine Konstantstrom­ regelung ist nachteilig.

Schließlich ist hervorzuheben, daß Festfrequenzen nicht oder nur kurze Zeit appliziert werden sollen, wenn deren Vertrag­ lichkeit nicht nachgewiesen ist.

Die voranstehende Aufgabe - unter Zugrundelegung der zuvor er­ örterten Grundsätze bzw. Zielsetzungen - ist hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst. Danach weist das eingangs erörterte Ver­ fahren folgende Verfahrensschritte auf:

Zunächst einmal wird eine elektrische Signal- bzw. Impulsfolge mit vorgebbarer Frequenz erzeugt. Dies geschieht mittels eines Oszillators. Durch eine geeignete elektronische Schaltung wird die vorgebbare Frequenz (Grundfrequenz) derart moduliert, daß die elektrische Signalfolge einen Frequenzbereich zwischen vor­ gebbaren Grenzfrequenzen in ansteigender oder abfallender Folge durchläuft. Erfindungsgemäß werden einzelne Frequenzen nur kurzzeitig appliziert, so daß kein Gewöhnungseffekt und auch keine Schädigung aufgrund konstanter Frequenzen eintreten kann. Vielmehr wird ein Frequenzspektrum zwischen den definierbaren Grenzfrequenzen durchlaufen, wobei die Grenzfrequenzen unter Hinzuziehung informationstheoretischen kybernetischen und har­ monikalen Wissens vorgegeben bzw. eingestellt werden. Des wei­ teren wird der jeweilige Applikator mit der modulierten Signal­ folge gespeist und die modulierte Signalfolge wird auf die Haut - vorzugsweise im Kopfbereich - appliziert.

Die wesentliche Erkenntnis des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ ruht darauf, daß dem menschlichen Gehirn ein Spektrum an Fre­ quenzen im Bereich zwischen den Grenzfrequenzen angeboten wird, wobei dieses Spektrum in wahlweise ansteigender und/oder ab­ fallender Folge durchfahren wird. Eine Gewöhnung an bestimmte Frequenzen durch ständige Überlagerung der gehirneigenen Fre­ quenzen kann nicht stattfinden, vielmehr bleibt die Wirkung durch sich stets ändernde Frequenzen erhalten. Ein "Ermüdungs­ effekt" ist daher wirksam vermieden.

Hinsichtlich des Frequenzbereichs der modulierten Signalfolge ist es von besonderem Vorteil, wenn dieser durch Vorgabe der Grenzfrequenzen auswählbar ist. Dieser Frequenzbereich liegt in weiter vorteilhafter Weise zwischen 0 und 35 Hz, vorzugsweise zwischen 0,1 und 32 Hz. Die Zyklusdauer der modulierten Signal­ folge, d. h. die Zeit zum Durchlaufen des vorgegebenen Frequenz­ bereichs, ist ebenfalls vorgebbar.

Die Frequenz der elektrischen Signalfolge kann zwischen den Grenzfrequenzen in Stufen gleiten. Die Dauer einzelner Frequen­ zen bzw. Frequenzstufen der Signalfolge ist dabei ebenfalls vorgebbar. Alternativ dazu könnte die Frequenz der elektrischen Signalfolge zwischen den Grenzfrequenzen quasi stufenlos glei­ ten, wodurch sich die Frequenz im Zeitverlauf ändert, ohne daß sog. Frequenzplateaus auftreten.

Die in erfindungsgemäßer Weise realisierten Zyklen ansteigender und fallender Frequenzen der Signalfolge können im Sinne einer Frequenzschaukel kombiniert werden. Mit anderen Worten könnte sich auf eine Signalfolge mit steigender Frequenz bei Erreichen der oberen Grenzfrequenz eine Signalfolge mit fallenden Fre­ quenzen anschließen. Dies könnte sich periodisch wiederholen. Des weiteren ist es möglich, daß die Zyklen ansteigender und fallender Frequenzen der Signalfolge beliebig kombinierbar sind. Diese Kombinierbarkeit der Zyklen steigender und fallen­ der Frequenzen könnte soweit reichen, daß nicht die gesamten Zyklen, sondern frei wählbare Zyklusabschnitte beliebig kombi­ nierbar sind, wodurch sich die unterschiedlichsten Signalfolgen mit unterschiedlichsten Frequenzzyklen kombinieren lassen.

Des weiteren ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn die dem elektrischen Applikator zugeführte Signalfolge aus biphasischen Impulsen besteht.

Der Applikator appliziert die elektrische, vorzugsweise bipha­ sische Signal- bzw. Impulsfolge durch direkten Hautkontakt in Form von Elektroden. Stattdessen oder zusätzlich zu diesen Elektroden könnte eine elektromagnetische Signalfolge bei­ spielsweise in Form von Licht, d. h. im Sinne einer Lichtstimula­ tion vorzugsweise der Akupunkturpunkte der Haut, appliziert werden. Die rein elektrische Reizung könnte demnach durch die Lichtstimulation der Haut ersetzt oder ergänzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur cranialen Elektro-Magneti­ schen-Stimulation, insbesondere zur Anwendung des zuvor erör­ terten Verfahrens, ist gekennzeichnet durch einen vorzugsweise quarzstabilisierten Oszillator zur Erzeugung einer elektrischen Signal- bzw. Impulsfolge mit vorgebbarer Grundfrequenz, einer Einrichtung zur Modulation der Grundfrequenz derart, daß die elektrische Signalfolge einen Frequenzbereich zwischen vorgeb­ baren Grenzfrequenzen in steigender oder fallender Folge durch­ läuft und eine Impulsformungseinheit zur Erzeugung einer einem Applikator zuführbaren Impulsfolge mit definierten Impulspara­ metern.

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist erkannt wor­ den, daß eine Impulsfolge mit vorgebbarer Grundfrequenz derart zu modulieren ist, daß die elektrische Signalfolge keinen kon­ stanten Frequenzbereich, sondern vielmehr einen Frequenzbereich zwischen vorgebbaren Grenzfrequenzen in steigender oder fallen­ der Folge durchläuft. Diese Signalfolge wird durch eine Impuls­ formungseinheit derart weiterverarbeitet, daß sie mit definier­ ten bzw. definierbaren Impulsparametern einem Applikator zu­ führbar ist.

Die Einrichtung zur Modulation der Grundfrequenz weist in vor­ teilhafter Weise einen dem Oszillator nachgeschalteten ersten Frequenzteiler und eine dem ersten Frequenzteiler nachgeschal­ tete PLL-Schaltung zur Erzeugung eines vorzugsweise ganzzahli­ gen Vielfachen der geteilten Grundfrequenz auf.

Dem ersten Frequenzteiler ist in weiterer vorteilhafter Weise ein in Reihe zu dem Oszillator angeordneter zweiter Frequenz­ teiler parallel geschaltet. Dieser zweite Frequenzteiler steu­ ert über eine Auswahllogik einen dritten Frequenzteiler an, der wiederum einen der PLL-Schaltung zugeordneten VCO (Voltage Con­ trolled Oscillator) zur Erzeugung eines ganzzahligen Vielfachen der geteilten Grundfrequenz beaufschlagt. Mit anderen Worten wird die Grundfrequenz durch den zweiten Frequenzteiler zur Be­ aufschlagung der Auswahllogik aufgeteilt, so daß dadurch die PLL-Schaltung zur Multiplikation der bereits geteilten Grund­ frequenz beaufschlagt werden kann. Sowohl der erste als auch der zweite Frequenzteiler können in vorteilhafter Weise auch von einer programmierbaren Steuereinheit beaufschlagt sein, so daß das Teilungsverhältnis der beiden Frequenzteiler auch unab­ hängig voneinander vorgebbar ist.

Die Einrichtung zur Modulation der Grundfrequenz weist des wei­ teren ein der PLL-Schaltung zugeordnetes Schleifenfilter auf, wobei das Schleifenfilter bei einer Frequenzänderung in der Rückkopplungsschleife ein wahlweise schnelleres oder langsa­ meres Gleiten der Frequenzen verursacht. Das Schleifenfilter ist demnach verantwortlich dafür, mit welcher Trägheit bzw. Dämpfung Frequenzsprünge bzw. Frequenzänderungen vollzogen wer­ den. Des weiteren könnte das Schleifenfilter über eine vorzugs­ weise programmierbare Steuereinheit einstellbar sein, so daß die Geschwindigkeit des Gleitens der Frequenzen insoweit einstellbar ist.

Des weiteren weist die Einrichtung zur Modulation der Grundfre­ quenz in weiterer vorteilhafter Weise einen vierten Frequenz­ teiler zur Vorgabe der Applikationsfrequenz auf. Dieser Fre­ quenzteiler teilt die mit der PLL-Schaltung durch Multiplika­ tion der bereits geteilten Grundfrequenz erzielte Frequenz in beliebiger Größenordnung. Auch der vierte Frequenzteiler könnte von einer programmierbaren Steuereinheit beaufschlagt sein.

Des weiteren ist es von besonderem Vorteil, wenn die zuvor er­ örterte Impulsformungseinheit elektrische Impulse mit einstell­ barer Intensität und Impulsdauer generiert. Folglich lassen sich durch die Impulsformungseinheit die Impulse selbst beein­ flussen, wobei die Frequenz der Impulse durch die Einrichtung zur Modulation der Grundfrequenz vorgegeben ist. Die Impulse sind im Hinblick auf die Applikation mittels Elektroden bipha­ sisch ausgelegt. Im Hinblick auf die Applikation von Licht, vorzugsweise über Leucht-Ohrclipse, muß aus den biphasischen Signalen ein monophasisches Signal, vorzugsweise durch Ein­ schaltung einer Leuchtdiode als Applikator, gewonnen werden.

Für die Ausführung mit simultaner Applikation müssen demnach vorzugsweise zwei Impulsformungseinheiten vorgesehen sein. Eine getrennte Regelbarkeit ist dann möglich.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, den Gegenstand der vor­ liegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprü­ chen 1 und 15 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimu­ lation und

Fig. 2 in einem Schaltbild eine konkrete Schaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild zeigt ein Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur cranialen Elektro-Stimulation, wobei eine gezielte Reizung des Gehirns durch elektromagnetische Schwingungen erfolgt, die über minde­ stens einen Applikator vorzugsweise im Kopfbereich auf die Haut appliziert werden. Im Falle der Vorkehrung eines einzigen Ap­ plikators dient dieser der Lichtstimulation. Zur elektrischen Stimulation sind stets zwei Applikatoren in Form von Elektroden erforderlich.

Erfindungsgemäß ist ein quarzstabilisierter Oszillator 1 zur Erzeugung einer elektrischen Signal- bzw. Impulsfolge mit vor­ gebbarer Grundfrequenz F_G, einer Einrichtung 2 zur Modulation der Grundfrequenz F_G derart, daß die elektrische Signalfolge einen Frequenzbereich zwischen vorgebbaren Grenzfrequenzen in steigender oder fallender Folge durchläuft, und eine Impulsfor­ mungseinheit 3 zur Erzeugung einer einem Applikator 4 zuführba­ ren Impulsfolge mit definierten Impulsparametern vorgesehen.

Die Einrichtung 2 zur Modulation der Grundfrequenz F_G weist einen dem Oszillator 1 nachgeschalteten ersten Frequenzteiler 5 und eine dem ersten Frequenzteiler 5 nachgeschaltete PLL-Schal­ tung 6 zur Erzeugung eines vorzugsweise ganzzahligen Vielfachen der geteilten Grundfrequenz F_G auf. Dem ersten Frequenzteiler 5 ist ein in Reihe zu dem Oszillator 1 angeordneter zweiter Fre­ quenzteiler 7 parallel geschaltet. Der zweite Frequenzteiler 7 steuert über eine Auswahllogik 8 einen dritten Frequenzteiler 9 an, der wiederum einen der PLL-Schaltung 6 zugeordneten VCO 10 zur Erzeugung eines ganzzahligen Vielfachen der geteilten Grundfrequenz F_G beaufschlagt.

Sowohl der erste Frequenzteiler 5 als auch der zweite Frequenz­ teiler 7 sind jeweils von einer programmierbaren Steuereinheit 11, 12 beaufschlagbar.

Die Einrichtung 2 zur Modulation der Grundfrequenz F_G weist des weiteren ein der PLL-Schaltung 6 zugeordnetes Schleifenfilter 13 auf. Das Schleifenfilter 13 verursacht bei Frequenzänderun­ gen in der Rückkopplungsschleife ein wahlweise schnelleres oder langsameres Gleiten der Frequenzen. Das Schleifenfilter 13 ist über eine programmierbare Steuereinheit 14 einstellbar.

Der Einrichtung 2 zur Modulation der Grundfrequenz F_G ist ein vierter Frequenzteiler 15 zur Vorgabe der Applikationsfrequenz F_A nachgeschaltet. Der vierte Frequenzteiler 15 ist ebenfalls von einer programmierbaren Steuereinheit 16 beaufschlagt.

Die Impulsformungseinheit 3 generiert elektrische Impulse mit einstellbarer Intensität und Impulsdauer. Die Impulse sind vor­ zugsweise biphasisch. Der Applikator 4 ist als Elektrode in Form eines Ohrclips ausgeführt.

Ebenso könnte ein in den Figuren nicht dargestellter zusätzli­ cher Applikator in Form einer Lichtquelle vorgesehen sein, wo­ bei durch diesen Applikator die elektrische Signal- bzw. Im­ pulsfolge in Form von Licht, d. h. im Sinne einer Lichtstimula­ tion der Haut, appliziert würde.

Fig. 2 zeigt eine konkrete Schaltungsanordnung eines Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimulation. Dabei handelt es sich um einen quarzstabilisierten, digitalen PLL-Frequenzsynthesizer. Durch Löt-Codierbrücken können unterschiedliche Frequenzberei­ che definiert werden. Das Ausgangssignal ist ein biphasisches Rechteck, die jeweilige Impulsdauer beträgt 0,8 ms. Die defi­ nierten Frequenzbereiche werden in der codierten Zyklusdauer nach dem Prinzip der Frequenzschaukel überstrichen. Das Gerät schaltet nach ca. 45 min. selbsttätig aus (Applikation von Spannungs-Impulsen auf Ohrclip-Elektroden).

IC 1 ist ein Oszillator und 14-stufiger Binärteiler, der mit einem Schwingquarz mit 32768 Hz stabilisiert wird. Am Q8 wird die Referenzfrequenz 128 Hz abgegriffen und dem PLL IC 4 zuge­ führt. Q14 gelangt an IC 2, einem 7-stufigen Binärzähler. Mit Q6 und Q7 an der Codierbrücke wird die Zyklusdauer (32 und 64 sec.) eingestellt. IC 3B sorgt für ein Tastverhältnis von 50% und Teilung durch 2. Zyklusdauer 1 (fest verdrahtet) beträgt ca. 128 sec., Zyklusdauer 2 (optional) beträgt 64 sec. IC 3A ist als Teiler : 2 geschaltet und zur Einstellung der Basisfre­ quenz 0,25 Hz fest verdrahtet. IC 4 erhält entsprechend der Zy­ klusdauer über IC 5A und IC 5B erst die Grundfrequenz (Schleife geschlossen), dann eine Frequenz / 16.

Die PLL-Schaltung versucht nun, das 16fache der Grundfrequenz einzuregeln. Da das Schleifenfilter sehr träge dimensioniert ist, dauert die Einstellung der jeweiligen Frequenz fast so lange wie die halbe Zyklusdauer. Die Ausgangsfrequenz pendelt dadurch zwischen der Grund- und Maximalfrequenz sanft hin und her.

Der Ausgang des PLL-Synthesizers gelangt an IC 6, der fest ver­ drahtet über S2 den Grundton definiert: Modus 1 = 1 Hz, Modus 2 = 4 Hz, optional 0,5 Hz für Modus 1, für Modus 2: 2, 8, 16, 32, 64 Hz. Das Signal gelangt an IC 7A und IC 7B. IC 7B erzeugt einen Impuls von 0,8 ms Dauer im zugeführten Takt. Dieser Im­ puls gelangt an IC 5C, ein elektronischer Schalter, der das über den Schleifer von P1 abgegriffene Potential für 0,8 ms auf IC 9 schaltet.

IC 7A stabilisiert das Tastverhältnis auf 50% bei einer Tei­ lung : 2, der Grundton beträgt damit 0,5 und 2 Hz. IC 8A, B (Schmitt-Trigger-Inverter) verbessern die Flankensteilheit und schalten IC9, der als Umpolschalter geschaltet ist, in der ge­ wünschten Frequenz um.

Jeweils unmittelbar nach dem Umschalten erhält IC 9 über IC 5C den Therapiestrom mit der durch IC 7B erzeugten Impulsdauer von 0,8 ms. Daraus ergibt sich eine maximal zulässige Frequenz F_max = 512 Hz.

IC 8C und D steuern über IC 5D die Leuchtdiode an, wobei nur jeder zweite Impuls angezeigt wird. Die LED blinkt daher in der Frequenz, nicht pro Therapie-Impuls. Die Blinkdauer ist mit der Impulsdauer identisch.

Die Stromversorgung mit Schutzdiode und stabilisierendem Kon­ densator ist als Abschaltautomatik ausgelegt, so daß nach 45 min. selbsttätig abgeschaltet wird. Vor erneutem Einschalten muß das Gerät für etwa 1 min. ausgeschaltet bleiben, da sonst eine kürzere Anwendungsdauer resultiert, zumal C1 nicht voll­ ständig über T1 entladen wurde. Der Timer kann durch eine op­ tionale Lötbrücke inaktiviert werden.

Über R4 wird die Stromaufnahme der Schaltung auf max. 2,0 mA limitiert (typ. < 1,5 mA).

Desweiteren kann eine Feldantenne eingebaut sein, die nur dann in Betrieb ist, wenn kein Stecker in der Ausgangsbuchse befind­ lich ist.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß das voranstehend rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich der ergän­ zenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese je­ doch keineswegs einschränkt.

Claims (26)

1. Verfahren zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimulation (CEMS), wobei eine gezielte Reizung des Gehirns durch elektro­ magnetische Schwingungen erfolgt, die über mindestens einen Ap­ plikator vorzugsweise im Kopfbereich auf die Haut appliziert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ schritte:
Erzeugung einer elektrischen Signal- bzw. Impulsfolge mit vorgebbarer Frequenz;
Modulation der Frequenz derart, daß die elektrische Si­ gnalfolge einen Frequenzbereich zwischen vorgebbaren Grenzfre­ quenzen in ansteigender oder abfallender Folge durchläuft;
Speisung des Applikators mit der modulierten Signalfolge; und
Applikation der modulierten Signalfolge auf die Haut.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der modulierten Signalfolge auswählbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere und/oder untere Grenzfrequenz des Frequenzbe­ reichs der Signalfolge vorgebbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Frequenzbereich der modulierten elektri­ schen Signalfolge zwischen 0 und 35 Hz, vorzugsweise zwischen 0,1 und 32 Hz und der Frequenzbereich des Lichtes im Falle ei­ ner Lichtstimulation zwischen 0 und 32 kHz liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zyklusdauer der modulierten Signalfolge, d. h. die Zeit zum Durchlaufen des vorgegebenen Frequenzbe­ reichs, vorgebbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz der elektrischen Signalfolge zwischen den Grenzfrequenzen in Stufen gleitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einzelner Frequenzen bzw. Frequenzstufen der Signalfolge vorgebbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz der elektrischen Signalfolge zwischen den Grenzfrequenzen quasi stufenlos gleitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Zyklen ansteigender und fallender Frequenzen der Signalfolge im Sinne einer Frequenzschaukel kombinierbar sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zyklen ansteigender und fallender Fre­ quenzen der Signalfolge beliebig kombinierbar sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklen ansteigender und fallender Frequenzen der Signal­ folge in frei wählbaren Zyklusabschnitten beliebig kombinierbar sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Applikator zugeführte Signalfolge aus biphasischen Impulsen besteht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Applikator - im Falle einer elektrischen Stimulation zwei Applikatoren - die elektrische Signalfolge durch direkten Hautkontakt appliziert.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß anstelle der elektrischen Applikatoren oder zusätzlich zu den elektrischen Applikatoren mindestens ein Ap­ plikator die elektrische Signalfolge in Form von Licht, d. h. im Sinne einer Lichtstimulation der Haut, vorzugsweise an den Aku­ punkturpunkten, appliziert.

15. Vorrichtung zur cranialen Elektro-Magnetischen-Stimulation (CEMS), wobei eine gezielte Reizung des Gehirns durch elektro­ magnetische Schwingungen erfolgt, die über mindestens einen Ap­ plikator vorzugsweise im Kopfbereich auf die Haut appliziert werden, insbesondere zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise quarzstabilisierten Oszillator (1) zur Erzeugung einer elektri­ schen Signal- bzw. Impulsfolge mit vorgebbarer Grundfrequenz f_G, einer Einrichtung (2) zur Modulation der Grundfrequenz f_G derart, daß die elektrische Signalfolge einen Frequenzbereich zwischen vorgebbaren Grenzfrequenzen in steigender oder fallen­ der Folge durchläuft, und einer Impulsformungseinheit (3) zur Erzeugung einer einem Applikator zuführbaren Impulsfolge mit definierten Impulsparametern.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Modulation der Grundfrequenz f_G einen dem Oszillator (1) nachgeschalteten ersten Frequenzteiler (5) und eine dem ersten Frequenzteiler (5) nachgeschaltete PLL- Schaltung (Phase-Locked-Loop) (6) zur Erzeugung eines vorzugs­ weise ganzzahligen Vielfachen der geteilten Grundfrequenz f_G umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Frequenzteiler (5) ein in Reihe zu dem Oszillator (1) angeordneter zweiter Frequenzteiler (7) parallel geschaltet ist, daß der zweite Frequenzteiler (7) über eine Auswahllogik (8) einen dritten Frequenzteiler (9) ansteuert, der wiederum einen der PLL-Schaltung (6) zugeordneten VCO (Voltage Control­ led Oscillator) (10) zur Erzeugung eines ganzzahligen Vielfa­ chen der geteilten Grundfrequenz f_G beaufschlagt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Frequenzteiler (5) und ggf. der zweite Fre­ quenzteiler (7) jeweils von einer programmierbaren Steuerein­ heit (11) beaufschlagt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Modulation der Grundfrequenz f_G desweiteren ein der PLL-Schaltung (6) zugeord­ netes Schleifenfilter (13) aufweist und daß das Schleifenfilter (13) bei Frequenzänderung in der Rückkopplungsschleife ein wahlweise schnelleres oder langsameres Gleiten der Frequenzen verursacht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifenfilter (13) über eine vorzugsweise programmierbare Steuereinheit (14) einstellbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (2) zur Modulation der Grundfrequenz f_G ein vierter Frequenzteiler (15) zur Vorgabe der Applikationsfrequenz f_A nachgeschaltet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Frequenzteiler (15) von einer programmierbaren Steuereinheit (16) beaufschlagt ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformungseinheit (3) elektrische Impulse mit einstellbarer Intensität und Impulsdauer generiert.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse biphasisch sind.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Applikator (4) als Elektrode und/oder als Leuchtdiode, vorzugsweise in Form eines Ohrclip, ausgeführt ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zusätzlicher Applikator in Form einer Licht­ quelle vorgesehen ist, der die elektrische Signal- bzw. Impuls­ folge in Form von Licht, d. h. im Sinne einer Lichtstimulation der Haut, appliziert.