DE3216911A1 - Domiciliary apparatus for electro-therapeutic treatment - Google Patents
Domiciliary apparatus for electro-therapeutic treatmentInfo
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Abstract
Description
Heim gerät zur elektrotherapeutischen BehandlungHeim is given electrotherapy treatment
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Heim gerät zur elektrotherapeutischen Behandlung nach der Gattung des Hauptanspruchs.PRIOR ART The invention is based on a home device for electrotherapeutic treatment according to the preamble of the main claim.
Geräte zur elektrotherapeutischen Behandlung sind in vielfältiger Form und zur Behandlung einer Vielzahl von Störungen des menschlichen Wohlbefindens bekannt. Dabei deckt die Elektrotherapie ein weites Peld innerhalb der allgemeinen physikalischen Behandliingsmögliciikeiten ab. Es ist üblich, mittels geeigneter, über äußere Elektroden und seltener über implantierte Elektroden oder Stimulatoren Ströme zuzuführen (Reizstromtherapie), um beispielsweise gelähmte Muskeln zu erhalten, die Vaso-motorik und Trophik zu verbessern, Gelenk stellungen zu korrigieren, Schmerzen zu lindern, ja sogar funktionelle Bewegungsabläufe zu bewirken. Neben der Reizung erregbarer Nerven- und Muskelstrukturen, bei der fehlende oder unvollständige Nervensignale durch endogene Strömungsfelder ergänzt oder ersetzt werden, die durch von außen zugeführte elektrische Ströme erzwungen werden, kann die Reizstromtherapie oder allgemein die elektrotherapeutische Behandlung der Detonisierung hypertoner Muskulatur, einerDurchblutungsverbesserung, einer Abschwellung durch Flüssigkeitsverschiebung, einer Schmerzbehandlung sowie einer allgemein vegetativen und psychischen Stimulation u. dg. dienen.Devices for electrotherapeutic treatment are diverse Form and treat a wide variety of human wellbeing disorders known. Electrotherapy covers a wide field within general physical treatment options. It is common to use suitable, via external electrodes and less often via implanted electrodes or stimulators Applying currents (electrical stimulation therapy), for example to maintain paralyzed muscles, the vasomotors and trophics to improve joint positions correcting, relieving pain, and even bringing about functional movement sequences. In addition to the irritation of excitable nerve and muscle structures, in the absence of or incomplete nerve signals supplemented or replaced by endogenous flow fields that can be forced by externally supplied electrical currents stimulation current therapy or generally the electrotherapeutic treatment of detonation hypertonic muscles, an improvement in blood flow, a decongestion Fluid displacement, pain treatment and a general vegetative one and psychological stimulation etc. to serve.
Zwar kennt die Elektrophysiolohie die unterschiedlichsten Wirkungen von zugeführten elektrischen Strömen, sei es durch Ionenverschiebungen in einem Volumenleiter oder durch die Reizung erregbarer Strukturen, eine geschlossene Theorie der Elektrotherapie existiert allerdings bisher nicht. Daher kommen bei der Behandlung die unterschiedlichsten Stromfornien in Anwendung, deren Parameter zumeist empirisch festgelegt werden. Üblich ist die Anwendung von Gleichströmen, die Erzeugung und Zuführung von mono- oder bidirektionalen Pulsen mit senkrechten oder an-und absteigenden Flanken, die Verwendung niederfrequenter, gleichgerichteter Wechselströme oder Wechselströme mit Gleichanteil sowie mittelfrequente Wechselstiöme. Die Impulsdauern können hierbei zwischen 0,1 1bis 1000 ms liegen, die Frequenzen zwischen 0, 1 Hz und 4 KHz, und die Spitzenwerte der Ströme zwischen 5 und 80 mA.Electrophysiology knows the most varied of effects of supplied electrical currents, be it through ion shifts in one Volume ladder or by stimulating excitable structures, a closed theory however, electrotherapy does not yet exist. Hence come in the treatment the most diverse stream shapes in use, the parameters of which are mostly empirical be determined. Common is the use of direct currents, the generation and Supply of mono- or bidirectional pulses with vertical or ascending and descending pulses Edges, the use of low-frequency, rectified alternating currents or alternating currents with direct component as well as medium-frequency alternating currents. The pulse durations can here between 0.1 1 and 1000 ms, the frequencies between 0.1 Hz and 4 KHz, and the peak values of the currents between 5 and 80 mA.
Allerdings hängt der Erfolg solcher elektrotherapeutischer Behandlungsmöglichkeiten meist direkt von der Dauer und der Häufigkeit der Behandlung ab; wegen des zum Teil erheblichen Zeit- und Kostenaufwandes bei den bisherigen ambulanten oder stationären Behandlungen ist es nicht ausgeschlossen und kommt auch häufig vor, daß notwendige Behandlungen unvollständig durchgeführt werden oder ganz unterbleiben.However, the success of such electrotherapy treatment options depends usually directly depends on the duration and frequency of treatment; because of the part Considerable expenditure of time and money with the previous outpatient or inpatient Treatments are not ruled out and are often necessary Treatments are carried out incompletely or are not carried out at all.
Es besteht daher Bedarf, Möglichkeiten zu einer intensiveren und kostengünstigeren Behandlung von Patienten oder allgemein behandlungsbedürftiger Personen durch eine Elektrostimulation zu eröffnen, wobei durch eine solche intensivere Behandlung ein erheblich verbesserter Erfolg erzielt werden kann bei gleichzeitiger drasüscher Reduzierung des Zeit- und Kostenaufwands bei ambulanter oder stationärer Behandlung durch ausgesprochene Fachkräfte.There is therefore a need for options for a more intensive and more cost-effective Treatment of patients or people in general need of treatment by a To open up electrical stimulation, through such a more intense treatment one Significantly improved success can be achieved with simultaneous drasüscher Reduction of the time and costs involved in outpatient or inpatient treatment by dedicated specialists.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein lieimgerät zur Elektrostimulation zu schaffen, welches einerseits kostengünstig und einfach aufgebaut und möglichst universell eingesetzt werden soll, andererseits aber unbedingt sicherstellt, daß ohne große Anforderung an die Bedienung der Patient weder durch Gerätefehler noch durch falsche Bedienung gefährdet wird.The present invention is therefore based on the object of a lying device to create electrical stimulation, which is inexpensive and simple on the one hand should be built up and used as universally as possible, but on the other hand absolutely ensures that, without great demands on the operator, the patient neither gets through Device failure is still endangered by incorrect operation.
Das erfindungsgemäße Heim gerät löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß seine Anwendung einfach, eindeutig und gefahrlos ist.The home device according to the invention solves this problem with the characteristic Features of the main claim and has the advantage that its application is simple, unambiguous and is safe.
Die Erfindung stellt insbesondere sicher, daß bei der Elektrostimulation zuhause neben der Vermeidung von sensiblen Belästigungen die folgenden Gefährdungen ausgeschlossen sind: Die haut unter den aufgelegten Elektroden wird durch eine mögliche Ionenwanderung weder verätzt, noch besteht die Gefahr, daß sich durch zu große Stromdichten eine Verbrennung ergibt. Diese Möglichkeiten sind insbesondere bei Patienten mit sensiblen Ausfällen nicht auszuschließen, da diese nicht durch Stromschnerzen gewarnt werden.The invention particularly ensures that during electrical stimulation At home, in addition to avoiding sensitive nuisances, the following hazards The following are excluded: The skin under the applied electrodes is damaged by a possible Ion migration neither burns, nor is there a risk of excessive current densities a combustion results. These possibilities are particularly common in patients with Sensitive failures cannot be ruled out, as these are not warned by power failures will.
Solche Stromschmerzen entstehen durch die Reizung freier Nervenenden; sie sind kein direktes Anzeigen für Schädi,Dungen, sie warnen aber indirekt vor Verätzungen und Verbrennungen. Ferner wird durch die vorliegende Erfindung ausgeschlossen, daß sich eine Gefährdung durch die Bildung von Strombahnen ergibt, die über das Herz führen und deren effektive Stromstärke größer als 50 mA ist bei einem Andauern der Durchströmung über mehrere Iierzperioden hindurch. Hierdurch kann Kammerflimmern auftreten.Such electrical pains arise from the irritation of free nerve endings; they are not a direct indication of damage, dung, but they warn indirectly Chemical burns and burns. Furthermore, the present invention excludes that there is a risk of the formation of current paths over the Lead heart and whose effective current is greater than 50 mA when it lasts the flow through several periods. This can cause ventricular fibrillation appear.
Der Erfindung gelingt es daher, zum Teil widersprüchlichen Anforderungen zu genügen, indem nämlich: 1. das erfindungsgemäße Heimgerät es möglich macht, elektrotherapeutische Maßnahmen und Behandlungsschritte vorzunehmen, wobei die Bedienung durch den Anwender, der auch ein eingewiesener Laie sein kann, einfach und eindeutig ist; 2. dem Therapeuten werden eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten für Diagnose und Therapie geboten, wodurch sich auch die Möglichkeit ergibt, die Behandlung von Zeit zu Zeit durch den Therapeuten zu überprüfen und zu aktualisieren und in entsprechender Weise den Patienten bzw. dessen Pfleger einzuweisen; 3. bei der Anwendung wird jede Gefährdung des Patienten durch Bedienungs- und Gerätefehler ausgeschlossen und schließlich ist 4. das erfindungsgemäße Heimgerät ist in der Anschaffung und im Betrieb preiswert, so daß sich Kostenersparnisse des erhöhten Angebots und der verbesserten Möglichkeiten zur Durchführung wirksamer elektrotherapeutischer Behandlungsniaßnahmen ergeben.The invention therefore succeeds in meeting partly contradicting requirements to be sufficient by namely: 1. The home device according to the invention makes it possible to use electrotherapeutic To undertake measures and treatment steps, whereby the operation by the user, which can also be a trained layperson, is simple and unambiguous; 2. The therapist will be given a variety of setting options for diagnosis and Therapy is required, which also results in the possibility of treating time to be reviewed and updated in due time by the therapist To instruct the patient or their carer; 3. When applying any Endangerment of the patient due to operating and device errors excluded and finally is 4. the home device according to the invention is inexpensive to purchase and operate, so that there are cost savings of the increased supply and the improved possibilities for the implementation of effective electrotherapeutic treatment measures.
Besonders hohe Anforderungen werden an die Sicherheit des erflndungsgemäßen Gerätes gestellt, da im Gegens#atz zu von Fachkräften angewendeten bekannten Geräten nicht davon ausgegangen werden kann, daß die Heimgeräte regelmäßig überprüft und gewartet werden. Zusätzlich zur richtigen Funktion muß auch die richtige Anwendung bei den erfindungsgemäßen Heimgeräten redundant überwacht werden. Schließlich kommt auch der Ausbildung der Elektroden als Übergangsstelle zwischen Stimulator und Patient eine besondere Bedeutung zu und die Erfindung schafft Mittel, auch hier den genannten Anforderungen zu genügen.Particularly high requirements are placed on the security of the invention Device, as it is in contrast to known devices used by specialists It cannot be assumed that the home appliances are checked regularly and being repaired. In addition to having the right function, it must also have the right application be monitored redundantly in the home devices according to the invention. Finally comes also the design of the electrodes as a transition point between the stimulator and the patient a special meaning to and the invention creates means, also here the mentioned Requirements to meet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten ~Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im hauptanspruch angegebenen Heimgeräts zur elektrotherapeutischen Behandlung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the home device specified in the main claim for electrotherapeutic treatment possible.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Fig. 1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes den Funktionsplan des erfindungsgemäßen IIeimgeräts, Fig. 2 in detaillierter Blockschaltbilddarstellung den Funktionsplan der Überwachungsschaltung als für die vorliegende Erfindung maßgebenden Teilbereich des Gesamtgeräts, Fig. 3 den detaillierten Schaltungsaufbau der Schutzlogikschaltung als Teilkomponente der Übe rwachungs schutz schaltung und die Fig. 4, 5, 6a, 6b und f den detaillierten Schaltungsaufbau von weiteren, zur Überwachungsschutzschaltung gehörenden Teilkomponenten, während die Fig. 8 eine Ausführungsform von bei vorliegender Erfindung mit Vorteil verwendbaren Elektroden zeigt.They show: FIG. 1 in the form of a schematic block diagram Function diagram of the on-board device according to the invention, FIG. 2 in a detailed block diagram representation the function diagram of the monitoring circuit as decisive for the present invention Part of the overall device, FIG. 3 shows the detailed circuit structure of the protection logic circuit as a sub-component of the monitoring protection circuit and Figs. 4, 5, 6a, 6b and f the detailed circuit structure of further, to the monitoring protection circuit belonging subcomponents, while FIG. 8 shows an embodiment of the present Invention shows usable electrodes with advantage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundaufbau des erfindungsgemäßen Heim geräts ist in Fig. 1 dargestellt; er umfaßt eine erste Baugruppe 1 für Bedienung, Einstellung und Anzeigen, eine Baugruppe 2 zur Erzeugung von beliebig vorgebbaren für die elektrothe rapeuti s che Behandlung erforderlichen elektrischen Signale einschließlich der Signalformen in beliebiger Ausbildung 3 hierzu sind vorzugsweise Mikroprozessoren oder sonstige Rechenschaltungen einsetzbar -, eine die Endverstärkung der erzeugten Signale bewirkende Baugruppe 3, eine Baugruppe 4 zur elektrischen Versorgung sämtlicher Baukomponenten mit den erforderlichen Spannungen und Strömen sowie letztendlich eine Überwachungs-Schutzschaltung 5, die ihre eigene Funktion betreffende Signale, soweit erforderlich, von sämtlichen anderen Baugruppen 1 bis 4 zugeführt erhält und auf ein Ausgangsschutzrelais 6 arbeitet, welches so geschaltet ist, daß seine Relaiskontakte 6a, 6b die der elektrischen Stimulation bzw. Reizung dienenden Elektroden vom Ausgang des Leistungsverstärkers 3 ab- bzw. an diesen anschalten können.Description of the exemplary embodiments The basic structure of the inventive Home device is shown in Fig. 1; it comprises a first assembly 1 for operation, Setting and displays, an assembly 2 for generating arbitrarily specifiable the electrical signals required for the electrotherapeutic treatment including the signal forms in any configuration 3 for this purpose are preferred Microprocessors or other computing circuits can be used - one of the final amplification the generated signals causing assembly 3, an assembly 4 for electrical Supply of all components with the necessary voltages and currents and finally a monitoring protection circuit 5 which has its own function relevant signals, if necessary, from all other assemblies 1 to 4 is supplied and operates on an output protection relay 6, which is switched in this way is that its relay contacts 6a, 6b those of electrical stimulation or stimulation Serving electrodes from the output of the power amplifier 3 off or on can.
Da die vorlie gende Erfindung hauptsächlich den Bereich der Überwachungsschutzschaltung betrifft, braucht auf den Aufbau und die Ausbildung der restlichen Baugruppen nur soweit eingegangen zu werden, wie für die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erforderlich bzw. zum besseren Verständnis wünschenswert. Die an der Baugruppe Bedienung und Anzeige für die elektrothelapeutisclle Behandlung gewählten bzw. vorgegebenen Signale werden in der Baugruppe Signalerzeugung erzeugt und in der Baugruppe Leistungsverstärker verstärkt, deren Ausgang mit den Reizelektroden über die schon erwähnten Aus gangsrelaisschalter 6a, 6b verbunden ist. Es ist also die Überwachungsschutzschaltung 5, die alle anderen Baugruppen kontrolliert und über ihr Ausgangsrelais den Leistungsverstärker mit den Reizelektroden verbindet. Das Netzgerät 4 stellt die benötigten Versorgungsspannungen zur Verfügung und kann bevorzugt nach bestimmten Normen so ausgelegt sein, daß es zusammen mit dem Leistungsverstärker den Ausgangs strom beschränkt (beispielsweise Schutzklasse II nach VDE 0750).Since the present invention mainly the field of the monitoring protection circuit concerns, only needs to build and train the rest of the assemblies to be entered as far as for the solution of the underlying of the invention Task required or desirable for better understanding. The one on the assembly Operation and display for the electrothelapeutic treatment selected or specified Signals are generated in the signal generation assembly and in the power amplifier assembly amplified, the output of which with the stimulation electrodes via the already mentioned output relay switch 6a, 6b is connected. So it is the supervisory protection circuit 5, which controls all other assemblies and the power amplifier via its output relay connects to the stimulation electrodes. The power supply unit 4 provides the required supply voltages available and can preferably be designed according to certain standards so that it together with the power amplifier limits the output current (for example Protection class II according to VDE 0750).
Die Gruppe 1 zur Bedienung und Anzeige kann beispielsweise eine nicht dargestellte Tastatur sowie eine Display-Einrichtung umfassen, wobei in der Baugruppe Signalerzeugung 2 beliebig vorgebbare Strom verläufe und Kurvenforme n für die elektrothe rapeuti s che Behandlung erzeugt werden, und zwar beispielsweise und vorzugsweise aufgrund gespeicherter Daten per Programm von einer Rechenschaltung. Ein großer Teil der Gerätefunktionen, insbesondere im Bereich der Signalerzeugung kann daher auch von digitalen Schaltungselementen, die ihrer Form nach Logikschaltungen oder Mikroprozessoren sein können, übernommen werden.For example, group 1 for operation and display cannot do one The keyboard and a display device shown include, in the assembly Signal generation 2 freely definable current courses and waveforms n for the electrothe rapeuti s che treatment are generated, for example and preferably on the basis of stored data by a program from a computing circuit. A large Part of the device functions, especially in the area of signal generation, can therefore also of digital circuit elements that are shaped according to logic circuits or Microprocessors can be taken over.
Daher kann der Bereich Bedienung und Anzeige sowie Signalerzeugung so ausgelegt werden, daß bestimmte, für einen jeweiligen Patienten ausgewählte Behandlungsparamete r erstmalig vom Therapeuten per Tastatur oder mit einem übergeordneten Rechner in das Gerät eingegeben und abgespeichert werden, wobei dann der heimische Anwender, vom Therapeuten entsprechend eingewiesen, das jeweilige Programm per Kennziffer aufrufen kann; eine Veränderung ist dann beispielsweise nur noch bezüglich der Amplitude (Stromstärke) möglich und erfolgt durch Einstellung vom Anwender her. Es versteht sich, daß der Aufbau allgemein in digitaler bzw. analoger Technik erfolgen kann.Therefore, the area of operation and display as well as signal generation be designed so that certain treatment parameters selected for a respective patient r for the first time by the therapist using the keyboard or a higher-level computer in the device can be entered and saved, whereby the home user, instructed accordingly by the therapist, the respective program by code number can call; a change is then, for example, only with regard to the amplitude (Current strength) possible and is done by setting by the user. It understands that the structure can generally be carried out using digital or analog technology.
Zur Erzielung der weiter vorn schon erwähnten Schutzfunktionen werden entsprechend bevorzugten Merkmalen vorliegender Erfindung Überwachungsmaßnahmen getrõffen, die nach verschiedenen Prinzipien gestaffelt sind und sich einander teilweise auch überlappen können. Die folgenden Ausführungen erläutern zunächst allgemein einige Grundbedingungen bezüglich der zu erzielenden Schutzfunktionen, auf deren Realisierung dann weiter unten in Verbindung mit der Erläuterung der einzelnen Schaltungskomponenten der Überwachungsschutzschaltung noch genauer eingegangen wird.In order to achieve the protective functions already mentioned above monitoring measures in accordance with preferred features of the present invention met, which are staggered according to different principles and partially differ from each other can also overlap. The following explanations initially explain in general some basic conditions regarding the protective functions to be achieved on their Implementation then further below in connection with the explanation of the individual circuit components the monitoring protection circuit will be discussed in more detail.
So werden Baugruppen, bei denen die Gefahr besteht, daß sie eveduell eher ausfallen können, wie beispiels -weise Spannun gsre gler und Leistungsverstärker dauernd überprüft; die Ausgangsströme werden durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung ständig darauf kontrolliert, ob sie den Patienten ge-I~ihrden können. Anwendung und Bedienung werden so eingeschränkt, daß ein Einschalten im Gefährdungsfall verhindert wird und ein gefahrloses Ausschalten jederzeit möglich ist. Dabei erfolgt eine nleßtechnische Erfassung dieser beschriebenen Gefährdungen, ofine daß die Bedienung des Geräts hierdurch eine Erschwerung erflihrt Da es möglich ist, daß die Haut infolge zu großer Gleichal#Leiie der Ströme oder zu kurzes Pausen zwischen den Pulsen sowie durch ungeeignete Elektroden verätzt werden kann, werden Gleichanteile und Pausen-Pulsverhältnisse ständig gemessen und überwacht. Werden Ströme mit Gleichanteilen, beispielsweise monodirektionale Impulse für die Therapie verwendet, dann kann es sinnvoll sein, anstelle der Messung und Bestimmung der Gleichanteile und der Pausen-Pulsverhältnisse stets ein Pausen-Pulsverhältnis zu fordern, welches größer l ist.In this way, assemblies that are at risk of being eveduell become more likely to fail, such as voltage regulators and power amplifiers constantly checked; the output currents are reduced by the protective circuit according to the invention constantly checked to see whether they can get along with the patient. use and operation are restricted in such a way that switching on in the event of danger is prevented and a safe switch-off is possible at any time. A measurement is carried out Detection of these hazards described, ofine that the operation of the device This makes it difficult because it is possible that the skin as a result of too large Same # Leiie of the currents or too short pauses between the pulses as well as through unsuitable electrodes can be etched Constant components and pause pulse ratios are constantly measured and monitored. If currents with equal components, For example, if mono-directional impulses are used for therapy, then it can be useful instead of measuring and determining the constant components and the pause pulse ratios to always demand a pause / pulse ratio which is greater than l.
Durch entsprechende Bemessungen des Netzteils, des Leistungsverstärkers und der Elektroden sowie durch kontinuierliche Überwachung werden Verbrennungen vermieden, wobei der Spitzenwert 2 der Stromdichte einen Wert von beispielsweise 0, 2 A/mm nicht überschreiten soll. Wesentlich ist ferner und wird durch die erfindungsgemäße Überwachungsschutzschaltung sichergestellt, daß Herzkammerflimmern nicht auftritt, wenn eine Strom bahn über das Herz in weniger als 1 Sekunde abgeschaltet wird. Eine Einschaltung des Gerätes ist ferner nur bei angelegten Elektroden - also geschlossenem Elektrodenstromkreis - und minimalem Ausgang strom möglich. Hierdurch wird einerseits vermieden, daß eine Elektrode ungewollt unter Spannung berührt werden kann, und andererseits kann die Spannung bei falsch angelenkten Elektroden unterhalb gefährlicher Stromstärken abgeschaltet werden.By corresponding measurements of the power supply unit, the power amplifier and the electrodes as well as continuous monitoring will cause burns avoided, the peak value 2 of the current density having a value of, for example Should not exceed 0.2 A / mm. It is also essential and is made possible by the inventive Monitoring protection circuit ensures that ventricular fibrillation does not occur, when a current through the heart is switched off in less than 1 second. One The device can only be switched on when the electrodes are in place - i.e. when the electrodes are closed Electrode circuit - and minimum output current possible. This is on the one hand avoided that an electrode can be accidentally touched under tension, and on the other hand, the voltage with incorrectly hinged electrodes can be below dangerous Currents are switched off.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung bestehen darin, daß einmal die Ausgangsleistung des Gerätes auf geringere Werte beschränkt ist und bei besonders gefährdeten Patienten auch mit Meßelektroden in der Nähe des Herzens eine Durchströmung desselben festgestellt und das Gerät rechtzeitig wieder abgeschaltet wird. Unerwünschte Durchströmung, wie sie beispielsweise durch einen Fehler im Netzteil, durch einen Gehäuse schluß und eine nicht vermeidbare Erdung des Patienten entstehen können, werden durch einen Fehlerstromschutz (in der Netzzuleitung oder im Elektrodenkreis) vermieden. Schließlich wird das Gerät dann abgeschaltet, wenn der Anwender nicht regelmäßig die Ein- Taste (Totmann- Taste) bedient und so seine Aufmerksamkeit bekundet.There are further advantageous refinements of the present invention in the fact that once the output power of the device is limited to lower values is and for particularly endangered patients also with measuring electrodes in the vicinity of the A flow through the same was detected with the heart and the device timely again is switched off. Unwanted flow, such as that caused by a Fault in the power supply unit, due to a short in the housing and unavoidable grounding of the patient are caused by residual current protection (in the power supply line or in the electrode circuit). Finally, the device is then switched off if the user does not regularly use the on button (dead man button) and so on expresses his attention.
Die Darstellung der Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Überwachungsschutzschaltung sowie die Gewinnung von für die Überwachungsfunktionen erforderlichen Meßdaten und Signale. In der Darstellullg der Fig. 2 sind zunächst die Baugruppen 2, 3 und 4 für die Signalerzeugung, den Leistungsverstärker und die Stromversorgung dargestellt; die Überwachungs schutzschaltung umfaßt eine logische Entscheidungsschaltung 7, der eine Vielzahl weiterer Ü berwaciiungsteilkomponenten zugeordnet sind, die ihr zuarbeiten und mit den erforderlichen, zum Teil redundanten Signaldaten versorgen, so daß die Entscheidungsschaltung 7 in die Lage versetzt wird, nlit ihrem Ausgang Q das weiter vorn schon erwähnte Ausgangsrelais 6 unter Beobachtung und Sicherstellung der Überwachungskriterien und Sicherheitsanforderungen anzusteuern.The illustration in FIG. 2 shows the basic structure of the monitoring protection circuit as well as the acquisition of measurement data required for the monitoring functions and Signals. In the illustration in FIG. 2, the assemblies 2, 3 and 4 are initially shown shown for signal generation, power amplifier and power supply; the monitoring protection circuit comprises a logic decision circuit 7, to which a large number of other monitoring sub-components are assigned to her work and supply the necessary, partly redundant signal data, so that the decision circuit 7 is enabled with its output Q the above-mentioned output relay 6 under observation and safeguarding to control the monitoring criteria and security requirements.
Die Überwachungsteilkomponenten sind im folgenden als Überwachungsblöcke bezeichnet und bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der überwachungsschutzschaltung sind die folgenden Überwachungsblöcke vorgesehen: Ein erster Überwachungsblock Freigabe 7a, ein zweiter Überwachungsblock Pausen/Puls -verhältnis 7b und die folgenden Überwachungsblöcke für Gleichanteil 7c, Stromkreis 7d, Strom summe 7e, Verstärker 7f, Spannung 7g sowie Potentialdifferenz 7h. Schließlich ist noch ein Überwachungsblock Zeitschaltung-Totmanntaste 7i vorgesehen, sowie eine Taste 8 für Notausschaltung, die dem Ausgangsrelais 6 zugeordnet ist. Es versteht sich, daß der Überwachungsschutzschaltung 5 je nach Ausbildung des Geräts und den gestellten Anforderungen noch weitere Überwachungsblöcke zugeordnet werden können.The monitoring sub-components are hereinafter referred to as monitoring blocks and in the embodiment of the monitoring protection circuit shown in FIG the following monitoring blocks are provided: A first monitoring block release 7a, a second monitoring block pause / pulse ratio 7b and the following monitoring blocks for DC component 7c, circuit 7d, current sum 7e, amplifier 7f, voltage 7g and potential difference 7h. Finally is still a monitoring block timer-deadman button 7i is provided, as well as a button 8 for emergency shutdown, which is assigned to output relay 6. It goes without saying that the monitoring protection circuit 5 depending on the design of the device and the set Further monitoring blocks can be assigned to requirements.
Die Ausgänge der Überwachungsblöcke 7b bis 7h sind mit sogenannten R-Eingängen der logischen Entscheidungsschaltung 7 verbunden; dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei Anstehen eines Ausgangssignals an diesen Überwachungsblöcken 7b bis 7h ein Rücksetzen (Reset) des Ausgangsrelais 6, also das Abschalten der Reizelektroden vom Ausgang des Leistungsverstärkers 3 bewirkt wird. Der Ausgang des Überwachungsblocks Freigabe 7a ist mit einem Setzeingang S der Entscheidungsschaltung 7 verbunden; mit anderen Worten, eine die Anschaltung der Reizelektroden an das Gerät bewirkende Ansteuerung des Ausgangsrelais 6 wird überhaupt nur dann freigegeben und insoweit vorbereitet, wenn an diesem S-Eingang der Entscheidungsschaltung 7 ein hinreichend großes Ausgangssignal der Freigabe schaltung ansteht. Man erkennt im übrigen, daß sich ein solches Signal nur dann ergibt, wenn ein Amplitudenpotentiometer 2a am Ausgang der Baugruppe Signalerzeugung 2 in seiner Anfangs-,also Nullposition befindet, die sicherstellt, daß zunächst, also bei den Einschaltungsvorbereitungen und dem Einschalten des Geräts die Amplitude der zugeführten Reizströme oder -spannungen auf Null gestellt ist. Erst nach dem Einschalten kann die Amplitude allmählich von der Bedienungsperson höhergefahren werden.The outputs of the monitoring blocks 7b to 7h have what are known as R inputs of the logic decision circuit 7 connected; this means with In other words, when there is an output signal at these monitoring blocks 7b to 7h a reset of the output relay 6, i.e. the switching off of the stimulus electrodes is effected by the output of the power amplifier 3. The output of the monitoring block Enable 7a is connected to a set input S of the decision circuit 7; in other words, one that causes the stimulation electrodes to be connected to the device Activation of the output relay 6 is only then released and to the extent that it is prepared when a sufficient at this S input of the decision circuit 7 There is a large output signal from the enable circuit. It can also be seen that such a signal is only obtained when an amplitude potentiometer 2a is on The output of the signal generation module 2 is in its starting, i.e. zero position, which ensures that initially, i.e. with the preparations for activation and the Switching on the device, the amplitude of the supplied stimulation currents or voltages is set to zero. Only after switching on can be the amplitude gradually raised by the operator.
Weiter unten wird auf den Aufbau der einzelnen Überwachungsblöcke sowie der logischen Entscheidungsschaltung 7, soweit erforderlich, noch im einzelnen eingegangen werden; im folgenden wird zunächst del grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktion der Überwachungs schutzschaltung erläutert. Der Uberwachungsblock 7b mit R-Signalausgang ermittelt das Pausen/Pulsverhältnis der dem Patienten zugeführten Reizstromkurve; der Eingang dieses Schaltungsblocks ist direkt mit dem Ausgang der Baugruppe Signalerzeugung 2 verbunden und kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß bei Unterscixeiten eines vorgegebenen Pausen/Pulsverhältnisses, etwa wenn der Anteil der Pausendauer keiner als der Pulsdauer wird, der Ausgang auf H-Signal hochgeht und durch# entsprechende Ansteuerung der Entscheidungsschaltung 7 das Ausgangsrelais 6 die Reizelektroden vom Leistungsverstärker 3 abtrennt.Below is a look at the structure of the individual monitoring blocks and the logic decision circuit 7, if necessary, in detail To be received; The following first describes the basic structure and the basic function of the monitoring protection circuit explained. The monitoring block 7b with R-signal output determines the pause / pulse ratio of the supplied to the patient Stimulation current curve; the input of this circuit block is directly connected to the output of the Signal generation assembly 2 connected and can be designed, for example, that at Unterscixeiten a given pause / pulse ratio, for example when the The proportion of the pause duration is no more than the pulse duration, the output goes high to an H signal and by # appropriate control of the decision circuit 7 the output relay 6 separates the stimulation electrodes from the power amplifier 3.
Der nachfolgende Überwachungsblock Gleichanteil 7c ist mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers verbunden; die Messung des Gleichanteils kann analog oder digital durchgeführt werden. Im einfachsten Fall ist diese Überwachungsschaltung für den Gleichanteil so aufgebaut, daß nach Herausfilterung der Wechselstromanteile der gewonnene Gleichanteil-Mittelwert mit einem vorgege-Bienen St ilwellwert verglichen wird; ein hochgehendes R-Ausgangssignal Lvihrt ebenfalls zum Rücksetzen des Ausgangsrelais 6 über die Entscheidungsschaltung 7.The subsequent monitoring block DC component 7c is connected to the output of the power amplifier connected; the measurement of the direct component can be analog or can be carried out digitally. In the simplest case, this is a monitoring circuit for the direct component constructed in such a way that after filtering out the alternating current components the obtained constant component mean value is compared with a given bee Stilwell value will; a high R output signal Lvi also causes the output relay to be reset 6 via the decision circuit 7.
Die nachfolgende Schaltung Überwachungsblock Stromkreis 7d überprüft, ob der Patientenstromkreis geschlossen ist. Die beiden Eingänge dieser Schaltung sind mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers und mit der anderen, über einen niederohmigen Meßshunt 9 gegen Masse abgeschlossenen Reizelektrode verbunden; in der gleichen Weise wie der nachfolgende Überwachungsblock Strom summe 7e sorgt ein hochgehendes R-Ausgangssignal für die Abschaltung der Reizelektroden vom Gerät, wenn bestimmte Schwellwerte überschritten sind. Dem Eingang des Überwachungsblocks Strom summe 7e ist dabei ein Ausgangssignal eines Summenstromwandlers 10 zugeführt, der den Strom in beiden Reizelektrodenleitungen oder in der Netz zuleitung ermittelt.The following circuit monitoring block circuit 7d checked, whether the patient circuit is closed. The two inputs of this circuit are connected to the output of the power amplifier and to the other, via a low-resistance Measuring shunt 9 connected to the stimulus electrode closed off from ground; in the same In the same way as the subsequent monitoring block Stromumum 7e ensures a high R output signal for switching off the stimulation electrodes from the device, if certain Threshold values have been exceeded. The input of the monitoring block current sum 7e is an output signal of a summation current converter 10 is supplied to the Current determined in both stimulation electrode lines or in the power supply line.
Der Überwachungsblock Verstärker 7f überprüft, ob die mit einem gegebenen Verstärkungsverhältnis k des Leistungsverstärkers gewichtete Differenz von Eingangs- zu Ausgangssignal des Leistungsverstärkers ober- oderunterhalb einer vorgegebenen Schwelle ist, daher sind die beiden Eingangsanschlüsse des Überwachungsblocks Verstärker 7f mit dem Abgriff des Amplitudenpotentiometers 2a als Eingang des Leistungsverstärkers sowie mit dessen Ausgang verbunden. Der Überwachungsblock Spannung 7g erhält eine Vielzahl von zu überwachenden Spannungen zugeführt> hauptsächlich von der Baugruppe Versorgung 4, was durch die zum Eingang des Überwachungsblocks Spannung 7g führende Leitung schreite schematisch angedeutet ist und schaltet ebenfalls bei Unter- oder Über-schreite vorgegebener Schwellwerte den weiteren Betrieb des Geräts durch R-Signal an seinem Ausgang ab.The monitoring block amplifier 7f checks whether the with a given Amplification ratio k of the power amplifier weighted difference of input to output signal of the power amplifier above or below a predetermined Threshold, therefore the two input connections of the monitoring block are amplifiers 7f with the tap of the amplitude potentiometer 2a as the input of the power amplifier as well as connected to its output. The monitoring block voltage 7g receives a Large number of voltages to be monitored supplied> mainly from the module Supply 4, which is caused by the voltage 7g leading to the input of the monitoring block Line strides is indicated schematically and also switches with under- or If the specified threshold values are exceeded, continued operation of the device due to an R signal at its exit.
Der Übe rwachungs block Potentialdifferenz ist fakultativ vorgesehen und kann dafür verwendet werden, um mittels Hilfs-Meßelektroden beispielsweise nur bei besonders gefährdeten Patienten oder dann, wenn aus therapeutischen Gründen besonders große Reizströme erforderlich sind, ein in bestimmten Körperregionen, etwa in Ilerznähe galvanisch durch den Reizstrom angekoppeltes Signal zu erfassen; im einzelnen ist dieser Überwachungsblock als Spannungssensor unter Einschluß eines Instrumentationsverstärkers ausgebildet, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes ebenfalls wieder mit Ausgang R-Signal abschaltet.The monitoring block for potential difference is optional and can be used for this purpose by means of auxiliary measuring electrodes for example only in particularly vulnerable patients or if for therapeutic reasons particularly large stimulation currents are required, one in certain body regions, to detect galvanically coupled signal through the stimulation current, for example in the vicinity of the heart; in detail, this monitoring block is a voltage sensor including a Instrumentation amplifier formed, which when a predetermined value is exceeded The limit value is also switched off again with the R signal output.
Schließlich umfaßt der Überwachuflgsblock 7i die Einschalt-Haupttaste 11 des Geräts, die aber gleichzeitig als Totmanntaste so ausgebildet ist, daß sie auf eine nachgeschaltete Zeitschaltung, etwa ein Monoflop 12 arbeitet, das bei jeweils rechtzeitiger Betätigung innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, der dasMonoflop 12 beispielsweise in seinem astabilen Zustand hält, an seinem Ausgang Setzsignal (Einschalten bzw. weitere Einschaltung) aufweist, sonst jedoch auf Rücksetzsignal geht und über die Schaltkontakte des Ausgangsrelais 6 die Reizelektroden vom Gerät trennt.Finally, the monitoring block 7i comprises the main power-on button 11 of the device, which is designed as a dead man's button so that it on a downstream timer, such as a monoflop 12, which works at each timely actuation within a specified period of time that the Monoflop 12 holds, for example, in its astable state, at its output set signal (Switching on or further switching on), but otherwise on reset signal goes and via the switching contacts of the output relay 6 the stimulation electrodes from the device separates.
Die f1tig. 3 zeigt ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eines el~heblichen Teilbereichs der Überwachungs schutzschaltung in öberwie gend diskretem Schaltungsaufbau; es versteht sich aber, daß hier prinzipiell eine Vielzahl von Lösungen in Frage kommen können, die in entsprechender oder zumindest ähnlicher Weise aus den jeweiligen Aus#angssignalen der Überwachungsblöcke die Schutzmaßnahmen für den Patienten treffen, beispielsweise also das Ausgangsrelais abschalten. Es versteht sich ferner, daß die im folgenden in Verbindung mit der Fig. 3 bzw. auch in Verbindung mit der Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele anhand der Fig. 4 bis 7 gewählten speziellen Ausführungsbeispiele für Gatterschaltungen, Verstärker oder Transistoren bestimmten Leitungstyps auf der Basis der bekannten Regel der Schaltalgebra durch gleichwirkende Gatterschaltungen oder Transistoren jeweils anderen Leitungstyps und in entsprechender Änderung der jeweiligen Steuerspannungen und Signale ausgebildet sein können.The ready. 3 shows a first possible embodiment of a The main part of the monitoring protection circuit is mostly discreet Circuit construction; It goes without saying, however, that in principle a large number of Solutions can come into question that are in corresponding or at least similar Based on the respective output signals of the monitoring blocks, the protective measures meet for the patient, for example so the output relay switch off. It is also understood that the following in connection with the 3 or also in connection with the explanation of further exemplary embodiments Special exemplary embodiments for gate circuits selected on the basis of FIGS. 4 to 7, Amplifiers or transistors of a certain conductivity type based on the known Rule of switching algebra through equivalent gate circuits or transistors different line types and with a corresponding change in the respective control voltages and signals can be formed.
Es ist ein erstes ODER-Gatter 13 vorgesehen, welches zusammen mit einem vom Ausgang des ODER-Gatters 13 angesteuertem UND-Gatter 14 sowie einem an seinen beiden Eingängen S und R sowohl vom UND-Gatter 14 als auch vom ODER-Gatter 13 angesteuerten Flipflop 15 eine Speichereinheit bildet, die über die Eingänge Rl bis Rk gesperrt und über den einen S-Eingang des UND-Gatters 14 freigegeben werden kann. Die Freigabe der Speichereinheit 13, 14 und 15 erfolgt nur dann, wenn an den Sperreingängen R des ODER-Gatters 13 kein Signal ansteht. Hierdurch ergibt sich am Ausgang des Flipflops 15, der mit einem wefteren,nachgeschalteten UND-Gatter 16 verbunden ist, ein Freigabe signal; gleichzeitig kann eine Leuchtdiode oder ein sonstiges Signalelement 17 vom anderen Ausgang des Flipflops 15 zur optischen Anzeige des eingeschalteten Zustands und Normalbetriebs angesteuert werden.A first OR gate 13 is provided which, together with one controlled by the output of the OR gate 13 AND gate 14 and one on its two inputs S and R from both the AND gate 14 and the OR gate 13 controlled flip-flop 15 forms a memory unit, which via the inputs Rl to Rk blocked and released via the one S input of AND gate 14 can. The release of the storage unit 13, 14 and 15 only takes place if the Blocking inputs R of the OR gate 13 no signal is present. This results in at the output of the flip-flop 15, which is connected to a wefteren, downstream AND gate 16 is connected, a release signal; at the same time a light emitting diode or a other signal element 17 from the other output of the flip-flop 15 for visual display the switched-on state and normal operation can be controlled.
Der weitere Aufbau des in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausfiihrungsbeispiels der Überwachungsschutzschaltung 5 ist so getroffen, daß der Ausgang des UND-Gatters> gegebenenfalls über einen Widerstand 18 mit einem Schaltelement, hier dem Transistor 19 verbunden ist, in dessem Emitterkreis das Ausgangsrelais 6 liegt; parallel zu dem Relais ist in üblicher Weise eine Schutzdiode 20 geschaltet. Im Kollektorkreis des Schalttransistors 19 befinden sich zwei beispielsweise auch gleichartig aufgebaute Spannungsteiler aus den Widerständen 21 und 22 sowie 21a und 22a. Die Einschaltungs-Uaupttaste ll, die gleichzeitig die Totmanntaste ist, ist in Reihe mit den Widerständen 21 und 22 geschaltet und liegt ferner in Reihe mit der Notausschalttaste 8, die weiter vorn schon iii Verbindung mit der Erläuterung der Fig. 2 erwähnt worden ist, an einer geeigneten Versorgungsspannung +UB. Neben der Schaltung der Elektrodenkontakte, was durch die gestrichelte Linienführung 23 angedeutet ist, schaltet das Ausgangsrelais 6 noch einen Selbsthaltekontakt 6c, so daß die Kollektorstromversorgung des Transistors 19 über den Widerstand 2 la weiter aufrechterhalten bleibt, wenn nach Loslassen der Einflaupttaste 11 die Stromzuführung über den Widerstand 21 wieder unterbrochen ist.The further structure of the preferred exemplary embodiment shown in FIG the monitoring protection circuit 5 is made so, that the exit of the AND gate> possibly via a resistor 18 with a switching element, here the transistor 19 is connected, in whose emitter circuit the output relay 6 lies; A protective diode 20 is connected in parallel to the relay in the usual manner. In the collector circuit of the switching transistor 19 there are also two, for example Identically constructed voltage dividers made up of resistors 21 and 22 and 21a and 22a. The main switch-on button ll, which is also the deadman button, is connected in series with resistors 21 and 22 and is also in series with the emergency stop button 8, which has already been mentioned above in connection with the explanation 2 has been mentioned to a suitable supply voltage + UB. Next to the circuit of the electrode contacts, which is indicated by the dashed line 23 is indicated, the output relay 6 switches a self-holding contact 6c, so that the collector power supply of the transistor 19 via the resistor 2 la is maintained when the power supply is released after releasing the Einflaupttaste 11 is interrupted again via the resistor 21.
l)a der Eingang des die Totmannschaltung bildenden Monoflops 12 it den Verbindungspunkt der Spannungsteilerschaltung 21, 22 ve rbunden ist, an den auch die Ein-Haupttaste 11 angeschlossen ist, ergibt sich ein Setzen des Monoflops 12 jeweils bei jedem Drücltell der Ein-llaupttaste. Geschieht dieses Drücken der Taste 11 in regelmäßigen Zeitabständen, die kürzer sind als beispielsweise der astabile Schaltzustand des Monoflops 12, dann ergibt sich am Ausgang dieses Monoflops ständig ein solches Eingangssignal zum zweiten Eingang des UND-Gatters 16, daß die Weitergabe des Freigabesignals von der Speichereinheit 13, 14, 15 an den Schalttransistor 19 sichergestellt ist. Wird die regelmäßige Bedienung der Ein-Haupttaste 11 unterbrochen oder übersehen, dann schaltet das UND-Gatter 16 nach Rückkippen des Monoflops 12 das Freigabe signal vom Eingang des Schalttransistors 19 ab, das Ausgangsrelais 6 wird stromlos und die Zuführung des Reizstrorns vom Leistungsverstärker 3 zu den Reizelektroden entsprechend Fig. 2 wird über die Relaiskontakte unterbrochen. Wird die Nutausschaltertaste 8 gedrückt, dann wird, wie ersichtlich, auch der Selbsthaltekreis des Ausgangsrelais 6 bezüglich der Kollektorstromversorgung des Schalttransistors 19 unterbrochen und das Relais fällt ab, und zwar auch dann, wenn die vorgeschaltete Logik versagt haben sollte.l) a the input of the dead man's circuit forming monoflop 12 it the connection point of the voltage divider circuit 21, 22 is connected to the If the main ON button 11 is also connected, the monoflop is set 12 each time the power button is pressed. If this is done pressing the Key 11 at regular time intervals that are shorter than, for example, the astable Switching state of the monoflop 12, then results continuously at the output of this monoflop such an input signal to the second input of the AND gate 16 that the forwarding of the release signal from the memory unit 13, 14, 15 to the switching transistor 19 is ensured. Will the regular operation of the main one button 11 interrupted or overlooked, then the AND gate 16 switches after tilting back of the monoflop 12, the release signal from the input of the switching transistor 19, the Output relay 6 is de-energized and the stimulation current is supplied from the power amplifier 3 to the stimulation electrodes according to FIG. 2 is interrupted via the relay contacts. If the slot switch button 8 is pressed, then, as can be seen, the self-holding circle is also activated of the output relay 6 with respect to the collector power supply of the switching transistor 19 interrupted and the relay drops out, even if the upstream Logic should have failed.
In Fig. 3 ist der Uberwachungsblock Spannung 7g in seiner speziellen Anschaltung an das diskrete Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt und das Schaltungsbeispiel der Fig. 4 zeigt in direkter Weiterleitung der Fig. 3 Art und Ausbildung dieser Spannungsüberwachung; gleiche Schaltungskomponenten sind dabei in allen Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen.In Fig. 3 the monitoring block voltage 7g in its special Connection to the discrete exemplary embodiment of FIG. 3 and the circuit example FIG. 4 shows the type and design of this in a direct continuation of FIG. 3 Voltage monitoring; the same circuit components are in all figures provided with the same reference numerals throughout.
Die Fig. 4 zeigt einen ersten Schaltungsteilbereich des Gesamtkomplex Spannungsüberwachung, der so ausgelegt ist, daß er ohne eine besondere Versorgungsspannung funktioniert, die ja ausfallen könnte. Der Schaltungsbereich umfaßt einen in der Zeichnung dick dargestellten Schaltknoten 25, auf den Widerstände 26a bis 6i von Verosrgungsspannungen U1 bis Uk von beliebigen Schaltungspunkten (der sonsitgen, im Gerät für relev.lnl ej C!I#tC .en Potentialen íütlren. Bei fehlerfreiem Betrieb ist der Knoten 25 spannungslos und liegt daher auf Massepotential. Die Bemessung der Widerstände 26a bis 26i ist so betroffen, daß bei Ausfall oder Störung einer Spannung der Betrag der Knotenspannung größer als eine vorgegebene, zu einer Umschaltung von an den Knoten angel sciialteten Schaltelementen führt, beispielsweise größer als ein Spannungsabsolutwert von 2 V ist.4 shows a first circuit section of the overall complex Voltage monitoring, which is designed so that it can be operated without a special supply voltage works that could fail. The circuit section includes one in the Switching node 25, shown in bold drawing, on the resistors 26a to 6i of Supply voltages U1 to Uk from any circuit point (the other, in the device for relevant.lnl ej C! I # tC .en Potentials íutlren. If the During operation, the node 25 is de-energized and is therefore at ground potential. The dimensioning of the resistors 26a to 26i is affected so that in the event of failure or failure of a Voltage the amount of the node voltage greater than a predetermined one, leading to a switchover of switching elements connected to the node leads, for example larger as a voltage absolute value of 2V.
An den Knoten 25 sind die Steuereingänge von Halbleiterschaltelementen, nämlich Transistoren 27 und 28 angeschlossen; ferner ist noch eine Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 29 und 30 vorgesehen und mit ihrem Fußpunkt an den Knoten 25 angeschlossen, wobei vom Verbindungspunkt der Widerstände 29 und 30 ein Widerstand 31 zum Steuereingang des ersten Schalttransistors 27 geführt ist; der knoten 25 ist direkt über eine für positive Spannungen in i#lußrichtung gepolte Diode 32 und einen weiteren Widerstand 33 mit dein Steuereingang des anderen Schalttransistors 28 verbunden.The control inputs of semiconductor switching elements are at node 25, namely, transistors 27 and 28 connected; there is also a voltage divider circuit from the resistors 29 and 30 and with their base at the node 25 connected, the junction of the resistors 29 and 30 being a resistor 31 is led to the control input of the first switching transistor 27; the knot 25 is directly via a diode 32 and polarized for positive voltages in the forward direction another resistor 33 with your control input of the other switching transistor 28 connected.
Man erkennt, daß im Fehlerfall bei einer in positive Richtung gewenden Knotenspannung der Kollektor des Schalttransistors 19 über (st'tl Schalttransistor 28 an Masse gelegt wird, bei negativer Knotenspannung über den Schalttransistor 27. In beiden Fällen legt dieser Schaltungsteilbereich der Spannungsüberwachung 7g den Kollektor des Transistors 19 auf Masse, das Ausgangsrelais 6 fällt ab und #ier Selbsthaltekreis wird unterbrochen. Dabei begrenzen die weiter vorn schon erwähnten Widerstände 21 und 21a im Kollektorkreis des Schalttransistors 19 die Ströme durch das Relais bzw. den 'I ransistor, der das Relais kurzschließt.It can be seen that in the event of an error, one will turn in a positive direction Node voltage of the collector of the switching transistor 19 via (st'tl switching transistor 28 is connected to ground, in the event of a negative node voltage via the switching transistor 27. In both cases, this part of the circuit defines the voltage monitoring 7g the collector of transistor 19 to ground, the output relay 6 drops out and #ier self-holding circuit is interrupted. The limits already mentioned above Resistors 21 and 21a in the collector circuit of the switching transistor 19 carry the currents through the relay or the transistor that short-circuits the relay.
Der Spannungsteiler aus den Widerständen 29 und 30 sperrt dabei den Transistor 27 bei fehlerfreiem Betrieb. Dabei wird die Schaltung zur Spannungsüberwachung von der gleichen Spannung wie das Ausgangsrelais 6, also von +UB versorgt, damit sie in der Lage ist, bei Ausfall dieser Spannung sicher abzuschalten.The voltage divider from the resistors 29 and 30 blocks the Transistor 27 when working properly. The circuit is used to monitor the voltage from the same voltage as the output relay 6, i.e. supplied by + UB, with it it is able to switch off safely if this voltage fails.
Ferner gehört zum Überwachungsblock Spannung 7g noch die in Fig. 5 dargestellte Schaltsperre, die dafür sorgt, daß das Gerät beim Ein- und Ausschalten über die Netzversorgung gesperrt wird und verhindert wird, daß Ausgleichsvorgänge im Gerät auf den Patienten übertragen werden.The voltage monitoring block 7g also includes the voltage in FIG. 5 Switching lock shown, which ensures that the device is switched on and off is blocked via the mains supply and prevents equalization processes can be transferred to the patient in the device.
Die in Fig. 5 gezeigte Schaltsperre als Schaltungsteilbereich der Spannungsüberwachung 7g - der zur stromversorgung bzw. zum Netzgerät gehörende Teilbereich ist gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 4 versehen - umfaßt im wesentlichen einen Komparator 35, der an seinem Ausgang erst dann ein Freigabesignal R. dem ODER-Gatter der Fig. 3 zuführt, wenn ein Kondensator 36 nach dem Einschalten des Geräts auf eine vorgegebene Spannungshöhe aufgeladen ist. An die mit dem Ausgang eines Reglers 37 im Netzgerät verbundene, die Versorgungsspannung +UB führende Ausgangsleitung ist eine Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 38a, 38b angeschlossen, deren Verbindungspunkt mit dem schon erwähnten Kondensator 36 und dem Eingang einer Spannungsfolgeschaltung 39 zur Impedanzwandlung verbunden ist. Der Ausgang der Spannungsfolgeschaltung, beispielsweise Operationsverstärker oder auch nur Emitterfolger zur belastungsfreien Ankopplung7ist mit dem einen Eingang des Komparators 35 verbunden, während sein anderer Eingang an die Versorgungsspannungsieitung angeschlossen ist. Man erkennt, daß nach dem Einschalten am Komparator eine maximale Spannungsdifferenz anliegt, da der Kondensator zu diesem Zeitpunkt noch nicht aufgeladen ist. Die Aufladezeitkonstante des Kondensators ist so bemessen, daß Ausgleichsvorgänge im Gerät nach dem Einschalten mit Sicherheit abgeschlossen sind; die Spannungsdifferenz am Komparator 35 wird dann zunehmend geringer, bis der Komparator 35 das Sperrsignal R.The shift lock shown in Fig. 5 as a circuit section of the Voltage monitoring 7g - the sub-area belonging to the power supply or the power supply unit is shown in dashed lines and provided with the reference numeral 4 - essentially comprises a comparator 35, which at its output only then sends an enable signal R. to the OR gate 3 supplies when a capacitor 36 after switching on the device a predetermined voltage level is charged. To those with the output of a controller 37 output line connected in the power supply unit and carrying the supply voltage + UB a voltage divider circuit is connected from the resistors 38a, 38b, whose Connection point with the already mentioned capacitor 36 and the input of a voltage follower circuit 39 is connected for impedance conversion. The output of the voltage sequence circuit, for example operational amplifier or also only emitter follower for load-free coupling 7 is connected to one input of the comparator 35, while its other input is connected to the supply voltage line. It can be seen that after switching on the comparator there is a maximum voltage difference because the capacitor is not yet charged at this point. The charging time constant of the capacitor is dimensioned so that compensation processes in the device after switching on have been completed with certainty; the voltage difference across the comparator 35 becomes then increasingly less until the comparator 35 receives the locking signal R.
ain Eingang des ODER-Gatters 13 der Fig. 3 wegnimmt und auch die Ansteuerung des Ausgangsrelais 6 freigibt.ain input of the OR gate 13 of FIG. 3 removes and also the control of the output relay 6 enables.
Beim Ausschalten fällt die Spannung vor dem Regler 37 der Spannungsversorgung schnell ab und schaltet daher über den Widerstand 40 den Komparator 35 noch vor dem Ausfall der Spannungsversorgung hinter den Regler zurück.When switching off, the voltage drops in front of the regulator 37 of the voltage supply quickly and therefore switches the comparator 35 upstream via the resistor 40 the failure of the power supply behind the controller.
Die folgenden Figuren 6a und 6b betreffen die Überwachungsblöcke Pausen/Pulsverhältnis 7b (Fig. 6a) sowie Gleichanteile 7c (Fig. 6b).The following FIGS. 6a and 6b relate to the monitoring blocks pause / pulse ratio 7b (Fig. 6a) and DC components 7c (Fig. 6b).
Beide Überwachungsblöcke können mit einem analogen Integrierer oder digitalen Zähler arbeiten.Both monitoring blocks can be connected to an analog integrator or digital counter working.
Die Schaltung zur Messung des Pausen/Pulsverhältnisses entsprechend Fig. 6a enthält einen Fensterkomparator 45, der mit dem Signalausgang der Baugruppe Signalerzeugung 2 verbunden ist und dessen Ausgang daher abhängig von Puls oder Pause hoch oder nieder liegt. Der Ausgang des Fensterkompara tors 45 ist mit einem ersten Eingang 46a eines Vorwärts-Rückwärtszählers 46 verbunden, durch welchen sich die Zäiilrichtung be stimmt. Der Zähleingang 46b des Vorwärts- Rückwärtszählers 4G erhält einen Zähltakt zugeführt, der aus dem Takt der Baugruppe Liignalerzeugung 2 abgeleitet ist.The circuit for measuring the pause / pulse ratio accordingly Fig. 6a contains a window comparator 45, the with the signal output of the assembly Signal generation 2 is connected and its output is therefore dependent on the pulse or Break high or low. The output of the window comparator 45 is connected to a first input 46a of an up / down counter 46, by which the direction of teeth is determined. The counter input 46b of the forward Down counter 4G receives a counting cycle that is derived from the cycle of the module Liignalgenerations 2 is derived.
Man erkennt, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler 46 nur dann einen durch einen ihm zugeschalteten Vergleicher 47 vorgegebenen, bestimmten Zählerstand erreicht, wenn, je nach Vorgabe, beispielsweise die Pulsdauern größer als die Pausendauern sind, was bedeuten kann, daß er in der Vorwärts-Zählrichtung länger als in der Rückwärts-Zählrichtung freigegeben ist. In diesem Fall erzeugt der Vergleicher 47 dann das ll iignal, welches über die ODER-Schaltung 13 zur Wegnahme des Ureigabesignals für den Schalttransistor 19' (Fig. 3) führt.It can be seen that the up / down counter 46 only has one through a certain counter reading given to a comparator 47 that is connected to it has been reached, if, depending on the specification, the pulse durations are greater than the pause durations, for example which may mean that it is longer in the up counting direction than in the down counting direction is released. In this case, the comparator 47 then generates the signal which via the OR circuit 13 to remove the output signal for the switching transistor 19 '(Fig. 3) leads.
Die in Fig. Bb gezeigte und analog ausgebildete Schaltung zur Messung des Gleichanteils ftihrt eine dem Ausgangssignal proportionale Spannung zu deni Integrierer 50, dessen Ausgangssignal dann einen nachgeschalteten Fensterkomparator 51 zur Abgabe eines R-Signals ansteuert, wenn der Gleichanteil im Reizsignal einen vorgegebenen Wert erreicht.The circuit shown in Fig. Bb and designed analogously for measurement of the direct component leads to a voltage proportional to the output signal Integrator 50, the output signal of which is then a downstream window comparator 51 controls to emit an R signal when the direct component in the stimulus signal has a specified value reached.
Mit dem Schalter 49 wird die Zeitkonstante des Integrators 48 an die gewählte Frequenz des Reizsignals angepaßt. Man erkennt im übrigen, daß die Schaltungen der Fig. 6a und 6b die analoge bzw. digitale Realisierung der Funktions-Integration darstellen.With the switch 49, the time constant of the integrator 48 is applied to the selected frequency of the stimulus signal adapted. One recognises Furthermore, that the circuits of FIGS. 6a and 6b, the analog and digital implementation of the Represent function integration.
ißine bevorzugte Ausführungsform des Überwachungsblocks Verstärker 7f ist in Fig. 7 dargestellt; es ist ein Operationsverstär ker 55 niit nachgeschalteten, einen Schwellwert bildenden Fensterkomparator 56 vorgesehen, Den beiden Eingängen des Operationsverstärkers werden die Spannungen am Eingang und am Ausgang des Leistungsverstärkers 3 mit dem Verstärkungsfaktor k zugeführt, und zwar in der Weise mit dem Verstärkungsverhältnis gewichtet, claß der ni it dem Ausgang des Leistungsverstärkers Verbundene und an den einen Eingang des Operationsverstärkers =) ) angeschaltete Wider stand 57 den Widerstandswert R und der andere Widerstand 58 den Widerstandswert R/k aufweist. Operationsverstärker 55 mit nachgeschaltetem Fensterkomparator 56 schalten dann auf Signal durch, wenn die Differenz von Eingangs- unci Ausgangssignal am Leistungsverstärker nicht unterhalb der vorgegebenen Schwelle verbleibt.A preferred embodiment of the Repeater monitor block 7f is shown in Figure 7; it is an operational amplifier 55 with downstream, a threshold value-forming window comparator 56 is provided, the two inputs of the operational amplifier are the voltages at the input and output of the power amplifier 3 is supplied with the gain factor k in the manner with the gain ratio weighted, that is not connected to the output of the power amplifier and on the one input of the operational amplifier =)) connected opponent stood 57 the Resistance value R and the other resistor 58 has the resistance value R / k. Operational amplifier 55 with a downstream window comparator 56 then switch on signal through when the difference between the input and output signal at the power amplifier does not remain below the specified threshold.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Überwachungsblocks Stromkreis 7d ist in Fig. 8 dargestellt. Auch hier umfaßt der diskrete Schaltungsaufbau einen Operations- oder Differenzverstärker (60), dessen beiden Eingängen über Gleichrichter 61a, 61b (und Widesrstände 62a, 62b die gleichgerichteten und gewichteten Ausgangsspannungen n und Ströme, die an den Elektroden anliegen I,zw. in diesen fließen, zugeführt werden. Fließt bei Anliegen der Spannung zu wenig Strom und kommt es daher zu einem Ansprechen des Operationsverstärkers GO mit Bildung des R-Signals an seinem Ausgang, dann wird das Gerät über die ODER-Schaltung 13 der Fig. 3 ebenfalls abgeschaltet.A preferred embodiment of the circuit monitoring block 7d is shown in FIG. Again, the discrete circuitry includes one Operational or differential amplifier (60), both inputs of which have a rectifier 61a, 61b (and resistors 62a, 62b the rectified and weighted output voltages n and currents applied to the electrodes I, zw. in these flow, fed will. Flows when there is a concern the voltage too little current and comes the operational amplifier GO therefore responds with the formation of the R signal at its output, then the device via the OR circuit 13 of FIG. 3 also switched off.
Weiter vorn ist schon erwähnt worden, daß der Überwachungs block Potentialdifferenz 7h als Spannungssensor mit einem Instrumentationsverstärker ausgebildet ist und das von zusätzlichen Hilfsmeßelektroden etwa in Iierznähe galvanisch durch den Reizstrom angekoppeltes Signal mißt und bei Überschreiten eines Grenzwertes abschaltet. Hierbei kann es sich um eine übliche Schaltung handeln, die daher nicht im einzelnen erläutert wird.It has already been mentioned earlier that the monitoring block potential difference 7h is designed as a voltage sensor with an instrumentation amplifier and that of additional auxiliary measuring electrodes approximately in the vicinity of the Iierz, galvanically through the stimulation current measures the coupled signal and switches off when a limit value is exceeded. Here it can be a common circuit, which is therefore not explained in detail will.
Eine detaillierte Erläuterung des Überwachungsblocks Strom -sunime 7e im Sinne einer Fehlerstromüberwachung ist ebenfalls nicht erforderlich, da diese Schaltung den aus dem Berührungsschutz bekannten Fehlerstrom-Schutzschaltern entspricht. Das Stromsummenkriterium kann hier entweder mit einem Strom sumnienwandlei~ Iriit induktiver Ankopp -lung oder mit einem Hall-Generator oder lnit elektronischen Schaltungen zur Strommessung gebildet werden. Angedeutet ist ein solcher Stromsummenwandler bei 10 in Fig. 2.A detailed explanation of the current -sunime monitoring block 7e in terms of residual current monitoring is also not required, as this Circuit corresponds to the residual current circuit breakers known from contact protection. The current sum criterion can be used here either with a current sumnienwandlei ~ Iriit inductive coupling or with a Hall generator or with electronic circuits for current measurement. Such a current summation converter is indicated at 10 in Fig. 2.
Schließlich ist in Fig. 9 noch eine bevorzugte Ausführungsform einer für die Anwendung von reizstromtherapeutischen Maßnahmen mit hilfe von Ileimgeräten besonders wichtigen Reizelektrode dargestellt. Wesentlich ist, daß eine solche lleizelektrode über längere Zeit ohne Gefährdung des Patienten und ohne Funktion verlust verwendbar ist. Bisher üblich ist die Verwendung von metallischen Elektroden, bei denen jedoch durch die Reizströme Metallatome an der Phasengrenze ionisiert und aus der Elektrode herausgelöst werden. Diese Ionen können einerseits die Haut verätzen und andererseits die Funktion der Elektrode durch Versalzung und Abbau behindern. Edelmetallbe Schichtungen können dies nur kurzzeitig verhindern und sind teuer.Finally, in FIG. 9, yet another preferred embodiment is one for the application of electrical stimulation therapy measures with the help of glue devices particularly important stimulus electrode shown. It is essential that such a lead above longer time without endangering the patient and without function loss is usable. The use of metallic electrodes has been common up to now, However, where the stimulation currents ionize metal atoms at the phase boundary and removed from the electrode. On the one hand, these ions can damage the skin caustic and on the other hand the function of the electrode through salinity and degradation hinder. Precious metal layers can and are only able to prevent this for a short time expensive.
l)ie vorliegende Erfindung verwendet daher entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die in Fig. 9 dargestellte C;raphitelektrode, die eine Graphitscheibe 65 umfaßt, auf deren Rückseite eine Kupferschicht 66 angeordnet, beispielsweise aufgalvanisiert sein kann. An der Kupferschicht 66 ist dann beispielsweise eine Mutter 67 angelötet, sowie die elektrische Zuleitung 68.l) The present invention is therefore used in accordance with a preferred one Embodiment the C; raphite electrode shown in Fig. 9, which is a graphite disc 65 comprises, on the back of which a copper layer 66 is arranged, for example can be electroplated. On the copper layer 66 is then, for example, a Nut 67 soldered on, as well as the electrical lead 68.
In der Mutter 67 kann eine Kunststoffschraube 69 oder ein sonstiges geeignetes Element zur Handhabung sitzen, so daß die Elektrode gehalten und befestigt werden kann. Die in Fig. 9 dargestellte Graphitelektrode umfaßt ferner eine salzgetränkte Zwischenschicht 70, die bevorzugt aus Dacron-Watte (Watte aus Polyesterfasern bzw. Polyester-Stapelfasern mit eventuellen weiteren Beimischungen) besteht. Schließlich ist eine Hülle 71 aus weichem Kunststoff vorgesehen, die die Graphitscheibe 65 gegen den Anwender isoliert und die salzgetränkte Watte-Zwischenschicht aufnimmt.In the nut 67, a plastic screw 69 or something else suitable element for handling sit so that the electrode is held and secured can be. The graphite electrode shown in FIG. 9 also includes a salt-soaked one Intermediate layer 70, which is preferably made of Dacron wadding (wadding made of polyester fibers or Polyester staple fibers with any other admixtures). In the end a sleeve 71 made of soft plastic is provided, which the graphite disc 65 against isolates the user and absorbs the salt-soaked cotton wool intermediate layer.
13ei einer solchen Elektrode entstehen an der Phasengrenze nach der Rekombination nur Wasser und Kohlendioxid, die weder die Haut gefährden, noch die Funktion der Elektrode behindern.With such an electrode arise at the phase boundary after the Recombining only water and carbon dioxide, which is neither the Endanger skin, still hinder the function of the electrode.
Schließlich ist eine solche Graphitelektrode in ihrer Herstellung preisgünstig.Finally, such a graphite electrode is being manufactured inexpensive.
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