DE2322953A1

DE2322953A1 - Reizstromgeraet

Info

Publication number: DE2322953A1
Application number: DE2322953A
Authority: DE
Inventors: Donald D Maurer
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-05-07
Publication date: 1973-11-22
Also published as: FR2183891B1; JPS502388A; GB1422845A; NL7306338A; US3817254A; CA1010508A; FR2183891A1

Description

PATENTANWALT DlPL.-iNG. CERriARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 ^Γ 7, Μθί 1973

Medtronic, Inc.
3055 Old Highway Eight", Minneapolis, Minn= 55418/V.St.A..

Reizstromgerät

Periphere Nervenfasern werden in einer jetzt standardisierten Reihenfolge im Hinblick auf abnehmende Größe und Leitungsgeschwindigkeit klassifiziert. Generell nimmt mit kleiner werdender Fasergröße die Amplitude des elektrischen Reizes zu, der erforderlich ist, um ein Aktionspotential auszulösen. Außerdem erfordern die kleineren Fasern längere Impulsdauern als die Reize für große Fasern. Diese Unterschiede bezüglich der Nervenempfindlichkeit oder des Ansprechverhaltens der Nerven wurden ausgenutzt, um selektiv unterschiedliche Arten von Nervenfasern durch Ändern der Amplitude, der Impulsdauer oder der Impulsfolgefrequenz eines elektrischen Reizstromimpulses anzuregen. Bislang konnte jedoch eine Nervenfasernselektivität von gewünschtem Ausmaß nicht verwirklicht werden, was zur Folge hat, daß beispielsweise eine auf den Reizstromimpuls zurückzuführende ausgelöste Tastempfindlichkeit häufig von einer prickelnden, stechenden, brennenden, schmerzenden oder in anderer Weise unangenehmen Empfindung begleitet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die es erlaubt, in verläßlicher Weise eine Tastempfind-

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FERNSPRECHER: 0811/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

lichkeit auszulösen, ohne daß es dabei zu den oben geschilderten unangenehmen Empfindungen kommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Reizstromimpulse erzeugt werden, deren Frequenzkomponenten innerhalb vorbestimmter Frequenzbandgrenzen liegen. Ungefähr 90 % der Impulsenergie fallen erfindungsgemäß in einen Frequenzbereich von im wesentlichen 100 bis 5OOO Hz.

Es konnte gezeigt werden_s daß eine differentielle Erregung der Tastfasern gegenüber den schmerzspezifischen Fasern die Übermittlung von Schmerzempfindungen an die Bewußtseinszentren verhindert. Die vorliegend beschriebene Art der Reizung optimiert die differentielle Anregung zwischen tast- und schmerzspezifischen Fasern und führt infolgedessen zu einer bestmöglichen Unterdrückung der Schmerzübertragung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben* Es zeigen: ■:■*'■;

Figur 1 ein Blockschältbild eines transkutanen Reizstromgerätes und

Figur 2 eine graphische Darstellung der Tast- und Schmerzempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Frequenz.

Es besteht ein zunehmendes Interesse an der externen elektrischen

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Reizung der Haut für Zwecke wie Schmerzunterdrückung, neuromuskuläre Reizung, Datenübermittlung, usw. Bei der vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich insbesondere um ein transkutanes Reizstromgerät zur Unterdrückung von organischen Schmerzen, obwohl das Gerät auch außerhalb dieses speziellen Gebietes mit Erfolg eingesetzt werden ,kann. Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die aus den US-PSen 1 O59 O9O und 1 305 725 bekannten Geräte verwiesen. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Impulsgeneratoren, mittels deren organischer Schmerz unterdrückt werden kann, wenn die Impulse in geeigneter Beziehung zum Nervensystem an den Körper angelegt werden. Mit der organischen Schmerzunterdnuckung geht jedoch eine unangenehme E~pfindung einher, die auf die Reizung zurückzuführen ist und die gelegentlich quälender sein kann als der zu unterdrückende organische Schmerz. Im Rahmen bekannter Versuche, diese unangenehme Empfindung zu vermeiden, wurden die Impulsamplitude, die Impulsdauer und die Impulsfolgefrequenz variiert. Es wurden dadurch gewisse Erfolge erzielt, die jedoch· die Anwendung dieser Technik begrenzten, da für den praktischen Einsatz stark restriktive Parameter vorgegeben wurden.

Die vorliegende Erfindung läßt sich am besten verstehen, wenn man

% die bei bekannten Geräten verwendeten Impulse im Rahmen einer Fourier Analyse betrachtet. Jeder Impuls hat eine Sinusgrundkomponente. Von der reinen Sinusform abweichende Impulse besitzen darüberhinaus Sinuswellenkomponenten mit Frequenzen, die Vielfache der Grundfrequenz sind. Dadurch, daß man ermittelt, welche

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dieser Frequenzkomponenten auf welche der verschiedenen Nervenarten einwirken, ist es möglich, ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenzkomponenten innerhalb von vorbestimmten Frequenzbandgrenzwerten liegen, wodurch die unerwünschte unangenehme Empfindung vermindert wird. Periphere Nervenfasern werden in der Reihenfolge abnehmender Größe und Leitungsgeschwindigkeit klassifiziert. Im vorliegenden Rahmen sind die Fasern der Klasse Α-Beta, die der Tastempfindung dienen, und die Fasern der Klasse C, die schmerzspezifisch sind, von besonderem Interesse. Außerdem wurde gefunden, daß eine Differentialanregung der A-Beta-Fasern mit Bezug auf die C-Fasern die Übermittlung von Schmerzinformationen über die Fasern der Klasse C verhindert.

Figur 1 zeigt ausgehend von den vorstehenden Erläuterungen ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Reizstromgerätes. Mit 10 ist ein Impulsgenerator bezeichnet, der grundsätzlich in beliebiger, beispielsweise bekannter Weise aufgebaut sein kann, Bei dem Ausgangssignal des Impulsgenerators 1O kann es sich entweder um einen Zweiweg- oder Vollwellenimpuls oder aber um einen Einweg- oder Halbwellenimpuls handeln. Der Impulsgenerator 10 ist mit einer Folgefrequenzsteuerung 11 versehen, die in bekannter Weise arbeitet. Das Ausgangssignal des Impulsgenerators 1O gelangt über eine Leitung 12 zu einem aktiven Tiefpaßfilter 13, bei dem es sich um eines einer Reihe bekannter Filter handeln kann. Je nach dem Ausgangssignal des Impulsgenerators 10 liefert das Tiefpaßfilter 13 einen Zweiweg- oder Einwegimpuls mit einer einzigen Frequenz oder mit mehreren Frequenzkomponenten innerhalb

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der im folgenden angegebenen Grenzwerte. Das gefilterte Signal gelangt vom Filter 13 über eine Leitung 14 zu einer Leistungsverstärker- und Stromsteuereinheit 15, deren Ausgang über einen herkömmlichen Wandler 20 mit Ausgangselektroden 17 und 18 gekoppelt ist. Die Elektroden werden unmittelbar am Körper angebracht. Eine Rückkopplungsleitung 21 ist vorgesehen, um bei dem Reizstromgerät nach der Erfindung für ein Arbeiten mit konstantem Strom zu sorgen. Außerdem kann es sich bei gewissen Anwendungsfällen als notwendig erweisen, die Impulsfolgefrequenz zu variieren, um eine Nervenadaption zu vermeiden. Für diesen Zweck kann an den Eingang des Impulsgenerators 1O in bekannter Weise ein Sägezahngenerator angeschlossen werden.

Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung der Tast- und Schmerzempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Frequenz, Die Tastempfindlichkeitskurve 23 ist eine im wesentlichen glockenförmige Kurve, was auf die unmittelbare elektrische Reizung zurückzuführen ist. Mit 24 ist die Schmerzempfindlichkeitskurve bezeichnet, die Segmente A, B und C aufweist. Die Segmente A und C sind auf Sekundäreffekte der Reizung zurückzuführen., beispielsweise auf chemische Effekte. Das Segment B resultiert sowohl aus den Sekundäreffekten als auch aus dem Einfluß der unmittelbaren elektrischen Reizung. Eine größere differentielle Anregung der Tastnervenfasern im Vergleich zu den Schmerznervenfasern verhindert die Übermittlung eines Schmerzsignals durch die Schmerz fasern. Jede spezielle Reizfrequenz, die ein Tastansprechsignal auslöst, das stärker als das Schmerzansprechsignal ist, verhindert die

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Schmerzübermittlung, wodurch jede unangenehme Empfindung der Reizung vermieden wird. Ein Beispiel für eine derartige Frequenz ist in Figur 2 bei X angedeutet.

In ähnlicher Weise verhindert jeder Impuls mit einzelnen Frequenzkomponenten, die zusammen ein stärkeres Tastansprechsignal als Schmerzansprechsignal auslösen, eine Schmerzübermittlung, wodurch jede unangenehme Empfindung der Reizung entfällt.

Es wurde gefunden, daß ein im wesentlichen aus einer reinen Sinuswelle bestehender Impuls (entweder Vollwellen- oder Halbwellenimpuls) innerhalb eines Bereiches von im wesentlichen 1OOO bis 3000 Hz eine stärkere Tastempfindlichkeit als' Schmerzempfindlichkeit zur Folge hat und dadurch jede unangenehme Empfindung beseitigt. In ähnlicher Weise führt ein Reizstromimpuls mit mehreren Frequenzkomponenten, bei dem im wesentlichen 90 % der Impulsenergie innerhalb eines Frequenzberei ches von im wesentlichen 100 bis 5000 Hz liegen und dessen Grundfrequenz vorzugsweise in den Bereich von im wesentlichen 1000 bis 30OO Hz fällt,-zu einer größeren Tastempfindlichkeit als Schmerzempfindlichkeit, wodurch jede unangenehme Empfindung vermieden wird_c

Die Art der Impulserzeugung kann in mannigfacher Wiese modifiziert werden. Beispielsweise kann anstelle des Impulsgenerators 10 und des Filters 13 ein Normalfrequenzgenerator mit Frequenzsynthese benutzt werden.

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Claims

Arvsprüche

.] Für transkutone Anwendungen geeignetes Reizstromgerät mit einem Impulsgenerator, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang des Impulsgenerators (1O) angeschlossene Filtereinrich— tung (13), die jeden Impuls in einen Impuls umwandelt, dessen Frequenzkqmponenten derart beschaffen sind, daß im wesentlichen 90 % der Impulsenergie in einen Frequenzbereich von im wesentlichen 100 bis 50OO Hz fallen.
2. Reizstromgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewandelten Impulse im wesentlichen Sinusganzwellen mit einer Frequenz sind, die im wesentlichen innerhalb eines Frequenzbereiches von 1000 bis 30OO Hz liegt.
3. Reizstromgerät nach Anspruch 1, dadurch -gekennzeichnet, daß die umgewandelten Impulse im wesentlichen Sinushalbwellen mit einer Frequenz sind, die im wesentlichen innerhalb eines Frequenzbereiches von 1000 bis 3000 Hz liegt.
4. Reizstromgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Grundfrequenz der umgewandelten Impulse innerhalb eines Frequenzbereiches von im wesentlichen 1000 bis 3000 Hz liegt.
5. Reizstromgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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die umgewandelten Impulse Ganzwellenimpulse sind.
6. Reizstromgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewandelten Impulse Halbwellenimpulse sind.
7. Reizstromgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Konstantstromstufe zur Regelung des Ausgangsstromes der Filtereinrichtung (13).
8. Transkutanes Reizstromgerät gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Folge von Impulsen, von denen jeder Frequenzkomponenten aufweist, die derart beschaffen sind, daß im wesentlichen 90 % der Energie innerhalb eines Bereiches von im wesentlichen 100 bis 5000 Hz liegen.
9. Transkutanes Reizstromgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse im wesentlichen Sinusganzwellen mit einer Frequenz bilden, die im wesentlichen innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 30OO Hz liegt.
10. Transkutanes Reizstromgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse im wesentlichen Sinushalbwellen mit einer Frequenz bilden, die im wesentlichen innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 3000 Hz liegt.
11. Transkutanes Reizstromgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz der Impulse innerhalb eines

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Bereiches von im wesentlichen 1OOO bis 3000 Hz liegt.
12. Transkutones Reizstromgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Zweiwegimpulse sind.
13. Transkutanes Reizstromgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Einwegimpulse sind.
14. Transkutanes Reizverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Körperteil Impulse angelegt werden, von denen jeder Frequenzkomponenten aufweist, die derart beschaffen sind, daß im wesentlichen 9O % der Energie innerhalb eines Bereiches von im wesentlichen 100 bis 50OO Hz liegen.

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