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Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Ströme für medizinische Zwecke
Bei
der Anwendung niederfrequenter elektrischer Ströme in der Niedizin ist ein solcher
zeitlicher Verlauf der Behandlungsströme anzustrel>en, daß ein möglichst starker
therapeutischer und diagnostischer Effekt unter möglichster Vermeidung unerwünschter
Nebenerscheinungen (Schmerzempfindung usw.) erzielt werden kann. Insbesondere in
einem der wichtigsten Anwendungsgebiete, nämlich bei der Diagnostik und Therapie
gelähmter oder irgendwie geschwächter Muskeln, hat diese Forderung bekanntlich zur
Auswahl bestimmter Stromformen geführt.
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Muskeln, die durch ihren motorischen Nerv erregt werden können, werden
am kräftigsten durch rasch aufeinanderfolgende kurze Stromimpulse mit einer Frequenz
von etwa 50 Hz und einer Dauer von etwa einigen Millisekunden zu einer tetanischen
Kontraktion gebracht (Faradisation). Für die Zwecke der Elektrogymnastik wird die
Stromdosis im langsamen Rhythmus etwa total in der Minute periodisch zwischen Null
und einem Höchstwert mit sanftem Anstieg und Abfall und entsprechend langer Pause
geändert (Schwellstromtherapie).
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Bei schwereren Lähmungen, wo die faradische Erregbarkeit erloschen
ist, können die Muskeln vielfach noch durch zerhackten galvanischen Strom, der aus
einzelnen in größerem Abstand aufeinanderfolgenden längeren Stromimpulsen von etwa
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Millisekunden Dauer besteht, zur Kontraktion gebracht werden. Ferner kann durch
Anwendung von konstantem galvanischem Strom die Erregbarkeit der motorischen Nerven
gesteigert und die Regeneration geschädigter Nervenfasern gefördert werden.
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Bei schweren, lange bestehenden Lähmungen ist jedoch die Erregbarkeit
der Muskeln so weit abgesunken, daß die genannten Stromarten nicht mehr anwendbar
sind. Einerseits wären die hier zur Kontraktion notwendigen hohen Stromstärken zu
schmerzhaft und andererseits würden die den gelähmten Muskeln benachbarten gesunden
Muskeln in so heftige Kontraktionen versetzt, daß eine etwaige Zuckung des gelähmten
Muskels überhaupt nicht mehr erkennbar wäre.
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Erst in letzter Zeit ist es gelungen, mit Hilfe des galvanischen
Schwellstromes bisher als unerregbar angesehene Muskeln zu einer isolierten Kontraktion
zu bringen. Ein gesunder Muskel spricht auf einen galvanischen Strom nur dann mit
einer Kontraktion an, wenn man diesen plötzlich einschaltet, nicht aber wenn man
ihn langsam ansteigen läßt. Ein gelähmtier Muskel hingegen, der eine Entartungsreaktion
zeigt, reagiert auch auf einen langsam ansteigenden galvanischen Strom genügender
Größe mit einer Kontraktion. Benutzt man zur Reizung einen langsam ansteigenden
galvanischen Strom, so wird daher selektiv nur der schwer geschädigte Muskel zur
Kontraktion gebracht, nicht aber die gesunden. Der langsame Anstieg des Stromes
hat gleichzeitig den Vorteil, daß man sehr hohe Stromdosen verwenden kann, weil
diese bei schrägem Stromanstieg viel weniger unangenehm empfunden werden als bei
steilem.
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Zur t'bungstherapie bei schweren Lähmungen läßt man daher einen galvanischen
Strom periodisch langsam anwachsen und wieder abklingen (galvanischer Schwellstrom).
Je nach dem Grad der Schädigung ist ein mehr oder weniger steiler Stromanstieg optimal.
Während am Beginn der Behandlung bei schweren Lähmungen ein langsamer Stromanstieg
gewählt werden muß, ist bei zunehmender Besserung der Stromanstieg immer steiler
zu wählen, bis schließlich der Muskel wieder faradisch erregbar geworden ist. Der
Stromabfall soll mehr oder weniger sanft sein. Ferner sollen, je nach dem Grad der
Schädigung, verschieden lange Stromflußzeiten und Strompausen womöglich unabhängig
von der Anstiegssteilheit und stufenlos veränderbar angewendet werden. Die Dauer
des Stromanstiegs und die Stromflußdauer sollen genau einstellbar und ablesbar sein,
um den Zustand des Muskels messend verfolgen zu können.
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Die bisher bekannten Ausführungsarten von Niederfrequenzapparaten,
welche galvanischen Schwellstrom erzeugen, weisen verschiedene Nachteile auf.
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Apparate, bei denen der galvanische Schwellstrom aus zerghac, ktem
Gleichstrom durch lineare Siebschaltungen erzeugt wird, welche unmittelbar vor den
Behandlungskreis geschaltet werden, beispielsweise durch einen parallel zum Behandlungskreis
geschalteten Kondensator, haben die Nachteile, daß einerseits die Stromform von
dem je nach der Behandlungsart verschieden großen Patientenwiderstand abhängt und
daß andererseits diese Siebschaltungen nur zum Schwellen des galvanischen Stromes,
aber nicht auch zum Schwellen des faradischen Stromes geeignet sind.
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Mit den bisher bekannten Apparaten, bei denen der galvanische Schwellstrom
durch Kippschwingungen (Relaxationsschwingungen) erzeugt wird, bereitet es beträchtliche
Schwierigkeiten, Stromanstieg, Stromflußdauer, Stromabfall bzw. Strompause bei konstanter
Periodendauer unabhängig voneinander und stufenlos bis zum plötzlichen Sprung mit
wenigen Einstellgliedern bzw. Drehknöpfen einzuregeln. Außerdem erfordert die Stabilität
des Kippvorganges bei den zur Schwellung benötigten langen Periodendauern besonders
gute Kippkondensatoren mit extrem kleinem Gleichstromleitwert.
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Auch die Apparate, bei welchen die Kurvenform eines Stromes räumlich
konserviert ist und mit Hilfe von mechanisch bewegten Teilen abgetastet wird, haben
ähnliche Nachteile. Dazu gehören Geräte mit Filmabtastung und mit motorisch betriebenen
Gleitkontakten eines Widerstandes. Diese Ausführungsart hat den Nachteil, daß der
zeitliche Ablauf nur rascher oder langsamer geregelt werden kann, ohne die Kurvenform
stufenlos ändern zu können. Dazu kommt, daß bei Apparaten mit Gleitkontakten durch
Abnutzung und Verschmutzung schmerzhafte Stromunterbrechungen entstehen können.
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Die in der britischen Patentschrift 58j 650 beschriebene Einrichtung
dient lediglich zur Erzeugung farädischen Stromes auf elektronischem Wege, ist aber
nicht befähigt, Schwellstrom, insbesonders galvanischen Schwellstrom, mit stetig
veränderbarer Kurvenform zu erzeugen.
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In der schweizerischen Patentschrift 223651 werden Einrichtungen
beschrieben. die einerseits verschiedenartige Stromimpulse erzeugen und andererseits
diese Impulse zu schwellen gestatten. Die Veränderungsmöglichkeit der Impulse umfaßt
im wesentlichen nur die Zeitdauer und die relativen Höhen von dipolaren Impulsen,
ohne daß die Anstiegssteilheit der Impulse stufenlos veränderbar und genauer definierbar
wäre. Ferner sind bei den in dieser Patentschrift beschriebenen Schaltungen die
charakteristisclhen Größen der Stromkurven vorwiegend nur mit Hilfe mehr oder weniger
komplizierter Kompensationseinrichtungen praktisch unabhängig voneinander einstellbar.
Schließlich wird die Schwellung galvanischen Stromes überhaupt nicht erwähnt bzw.
sind die beschriebenen Einrichtungen zur Schwellung galvanischen Stromes ungeeignet.
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Die erfindungsgemäße Idee besteht nun darin, daß der Schwellstrom
mit Hilfe einer gittergesteuerten Elektronenröhre erzeugt wird, deren Gitterspannung
durch Aufladen und Entladen eines veränderbaren Kondensators zwischen Gitter und
Kathode der Röhre mit Hilfe von Kontakten eines elektromechanischen Schalters periodisch
verändert
wird. durch Veränderung der Kapazität des Gittcrkontlensators
und des Lade- und Entladewiderstandes können Anstiegs- und Abfallsteilheit des Anodenstromes
stufenlos his zum plötzlichen Sprung und ohne Rückwirdkung des Behandlungskreises
geändert werden. Durch Veränderung der Schließungs- und Öffnungszeit des Auflade-
und Entladekontaktes des elektromechanischen schalters können unal) l1ängig davon
die Stromflußdauer und die Stroml)ause des Anodenstromes stufenlos geregelt werden.
Die Kontaktgalie zur Aufladung und Entladung des Gitterkondensators kann durch irgendeinen
an sich hekannten elektromechanischen Schalter erfolgen. Bei den in Betracht kommenden
relativ niedrigen Schaltfrequenzen von etwa 0,1 bis 1 IIz bereitet es keine besonderen
Schwierigkeiten. die Kontaktgabe betriebssicher zu machen.
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Überdies ist der zeitliche Verlauf der Gitterspannung und damit des
Anodenstromes wegen des Gitterkondensators immer stetig. sofern nicht durch Nullregeln
des Auflade- oder Entladewiderstandes oder der kapanzität des Gitterkondensators
Stromsprünge eingestellt sind. so daß keine schmerzhaften plötzlichez Stromunterbrechungen
im Behandlungskreis auftreten können.
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Nfan kann somit mit dieser Anordnung Stromimpulse belioebige sowie
stufenlos und unabhängig voneinander veränderbarer Anstiegssteilheit, Stromflußdauer.
Abfallsteilheit und Strompause erzeugen.
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Außerdem dann dieselbe Anordnung zur Modulaiton des von einer anderen
Stromquelle erzeugten konstanteii faradischen Stromes zur Herstellung des faradischen
Schwellstromes verwendet werden, wobei ebenfalls die Kuvenform des Schwellvorganges
im obigen Sinn l>eliebig und stufenlos verändert werden kaiin. Die Modulaiton
kann dadurch erzielt werden, daß der Anodenstrom der gittergesteuerten Elektronenröhre
zur Steuerung eines modul ierenden Systemes verwendet wird oder daß die Röhre selbst
gleichzeitig als AIodulator benutzt wird, indem der Anode oder einem Gitter dieser
Röhre der faradische Strom zugeführt wird.
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Eine beispielsweise Ausführung stellt die Schaltung nach Fig. 1 dar.
Energiequelle ist das Wechselstromnetz 1. Der über Leitungen 2 vom Netz gespeiste
Teil 3 der Schaltung ist eine an sich bekannte Anordnung zur Erzeugung von konstantem
galvanischem und faradischem Strom. Dieser Teil 3 soll im folgenden als Therapiestromquelle
beziechnet werden.
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In Serie zur Therapiestromquelle liegen das Regelpotentiometer 4
des Behandlungskreises P und eine gittergesteuerte Elektronenröhre 5, welche mit
Hilfe des Schalters 6 wahlweise kurzgeschlossen werden kann. Zwischen Gitter und
Kathode der Elektronenröhre liegt ein veränderbarer Kondensator 7, welcher mit Hilfe
der Kontakte des Schalters 8 tiler den veränderbaren Widerstand g entladen oder
über den veränderbaren Weiderstand 10 auf negatives Gitterpotential aufgeladen wird.
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Durch Veräncdeerung der Kapazität des Kondensators 7 und der Widerstände
g und 10 kann die Zeitkonstante des Entlade- und Aufladevorganges verändert werden.
Die negative Ladespannung wird dem Wechsel stromnetz I über den Transformator 11
mit den Wicklungen I2 und 13 über den Schalter 14. den Gleichrichter 15 und den
Glättungskondensator I6 entnommen. Der Schalter 8 wird beispielsweise von der rotierenden
Nockenscheibe I7 über den Hebel I8 betätigt, welcher durch Federkraft 19 an die
Nockenscheibe angepreßt wird. Der Drehpunkt 20 des Hebels I8 ist verstellbar, so
daß der Zeitpunkt der Umschaltung des Schalters 8 verändert werden kann. Die Nockenscheibe
I7 wird von einem Motor 21 angetrieben, welcher über die Leitungen 22 und den Schalter
23 aus dem Netz gespeist wird.
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Der der Therapiestromquelle 3 entnommene und gegebenenfalls durch
die Elektronenröhre 5 geschwellte galvanische oder faradische Strom wird dem Potentiometer
4 des Behandlungskreises zugeführt, welches der Dosierung des Stromes dient.
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Die Anzeige des Strommessers 24 ist ein Maß für den im Behandlungskreis
P fließenden Strom. Mit Hilfe von bekannten Siebschaltungen 25 kann die Kurvenform
des faradischen Stromes verändert werden.
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In einer anderen beispielsweisen Ausführung nach Fig. 2 wird der
Therapiestromquelle 3 über die Leitungen 26 konstante Gleichspannung entnommen,
während die von der Therapiestromquelle erzeugte konstante faradische Spannung über
die Leitung 27 einem Gitter der Elektronenröhre 5 zugeführt wird, damit die Elektronenröhre
5 durch Modulation faradischen Schwellstrom erzeugt.
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Eine weitere beispielsweise Ausführung zeigt die Schaltung nach Fig.
3. Hier wird der von der Elektronenröhre 5 erzeugte galvanische Schwellstrom über
die Leitung 28 und der von der Therapiestromquelle erzeugte konstante faradische
Strom über die Leitung 27 einem modulierenden System 29 zur Erzeugung faradischen
Schwellstromes zugeführt.
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Der durch Änderung der Kapazität 7, der Widerstände 9 und 10 und
durch Verstellung des Drehpunktes 20 veränderbare zeitliche Ablauf der Schwellung
kann dem behandelnden Arzt dadurch äußerlich sichtbar gemacht werden, daß im Gehäuse
des Gerätes ein Fenster angebracht ist, hinter welchem bewegliche Blenden angeordnet
sind, die mit den Antrieben der veränderbanre Schlatelemente mechanisch gekuppelt
sind.
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In der beispielsweisen Ausführung nach Fig. 4 wird für den Fall,
daß die Anstiegssteilheit und die relative Stromflußdauer veränderbar seien, die
t) ffnung des Fensters 30 durch zwei bewegliche Blenden 3I und 32 verkleinert. Die
um die Achse 33 drehbare Blende 3I ist mit dem Antrieb des Widerstandes 9, welcher
die Anstiegssteilheit der Schwellung regelt, mechanisch gekuppelt und die von links
nach rechts verschiebbare Blende 32 mit dem zur Veränderung der relativen Stromflußdauer
verstellbarren Drehpunkt 20 des Hebels I8. Die gesamte Länge des Fensters entspricht
der Schwellperiode von beispielsweise 10 Sekunden, während der nicht
abgedeckte
Teil des Fensters den zeitlichen Verlauf der Schwellung darstellt.