RU2255773C2 - Method and device for carrying out transcranial electric stimulation - Google Patents

Method and device for carrying out transcranial electric stimulation Download PDF

Info

Publication number
RU2255773C2
RU2255773C2 RU2003123625/14A RU2003123625A RU2255773C2 RU 2255773 C2 RU2255773 C2 RU 2255773C2 RU 2003123625/14 A RU2003123625/14 A RU 2003123625/14A RU 2003123625 A RU2003123625 A RU 2003123625A RU 2255773 C2 RU2255773 C2 RU 2255773C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
amplitude
frequency
electrical stimulation
asymmetric
Prior art date
Application number
RU2003123625/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003123625A (en
Inventor
Яков С. КАЦНЕЛСОН (US)
Яков С. КАЦНЕЛСОН
Original Assignee
Кэлако Сайентифик, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кэлако Сайентифик, Инк. filed Critical Кэлако Сайентифик, Инк.
Priority to RU2003123625/14A priority Critical patent/RU2255773C2/en
Publication of RU2003123625A publication Critical patent/RU2003123625A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2255773C2 publication Critical patent/RU2255773C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: device has the first dipolar pulse oscillator of the first given frequency, modulating control signal source and means for controlling amplitude. The modulating control signal source produces signal of the second frequency that is less than the first given frequency. The signal of the second frequency is used for modulating output pulses of the first oscillator in a way that their amplitude varies with modulating control signal frequency in conformance to given asymmetric shape. Signals of given asymmetric shape are applied to output electrodes fixable on patient head.
EFFECT: small electric current intensity; reduced risk of burns and pain feeling.
17 cl, 3 dwg

Description

Предпосылки к созданию изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Известно применение устройств биоэлектрической стимуляции для подачи импульсов тока пациенту через электроды, установленные на противоположных сторонах головы пациента. Импульсы тока с заданной частотой прикладывают для того, чтобы вызвать реакцию центральной нервной системы пациента. Такие устройства, известные как аппараты для трансчерепной электростимуляции (TCES) или аппараты для черепной электростимуляции (CES), используют в различных неинвазивных процедурах, таких как получение болеутоляющих эффектов, снижение или профилактика головной боли типа мигрени, а также в других видах лечения и электрообезболивания.It is known to use bioelectric stimulation devices for supplying current pulses to a patient through electrodes mounted on opposite sides of the patient's head. Pulses of current with a given frequency are applied in order to cause a reaction of the central nervous system of the patient. Such devices, known as transcranial electrostimulation devices (TCES) or cranial electrostimulation devices (CES), are used in various non-invasive procedures, such as obtaining analgesic effects, reducing or preventing headaches such as migraines, as well as in other types of treatment and electric analgesics.

Самые ранние прототипы устройств для трансчерепной электростимуляции появились в России. Эти оригинальные разработки, несмотря на то что их успешно применяют в различных видах лечения, обладают серьезными недостатками в отношении комфорта пользователя или пациента. В некоторых случаях эти ранние аппараты для черепной электростимуляции даже причиняют пользователю боль. Было обнаружено, что причиной дискомфорта, создаваемого этими ранними аппаратами, является использование постоянного тока в ходе работы таких аппаратов. Постоянный ток в таких аппаратах используют для снижения сопротивления кожи, для того чтобы позволить сигналам переменного тока проникать в мозг и нервную систему и вызывать желательный эффект, получаемый при помощи установки электродов на голове пациента.The earliest prototypes of transcranial electrostimulation devices appeared in Russia. These original developments, although they are successfully used in various types of treatment, have serious drawbacks in terms of user or patient comfort. In some cases, these early cranial electrical stimulation devices even hurt the user. It was found that the cause of the discomfort created by these early devices was the use of direct current during the operation of such devices. Direct current in such devices is used to reduce the resistance of the skin, in order to allow AC signals to penetrate the brain and nervous system and cause the desired effect obtained by installing electrodes on the patient’s head.

В этих ранних аппаратах пользователь получает комбинацию пакетов электрических колебаний прямого тока и переменного тока при помощи ряда электродов, закрепленных на голове при помощи ремней. Обычно два электрода, образующих катод или отрицательный полюс цепи постоянного тока (DC), размещают на расстоянии около трех дюймов слева и справа от центра лба. Два других электрода, образующих анод или положительный полюс цепи постоянного тока, размещают в задней части черепа в задненижнечелюстной области, позади и ниже каждого уха. В этой основанной на использовании постоянного тока конструкции накладывают толстую подкладку (подушку) между каждым электродом и кожей пользователя. Обычно такая подкладка содержит несколько слоев неотбеленной и неокрашенной хлопчатобумажной фланели или другой аналогичной ткани. Для получения наилучших результатов тканевые прокладки смачивают водой, чтобы образовать путь тока между электродами и кожей пользователя. Без наличия подкладок (которые необходимы только из-за наличия постоянного тока) такой аппарат вызывает либо ожог кожи, либо создает относительно сильную боль, до того как будет достигнут полезный лечащий уровень токов с частотой переменного тока.In these early devices, the user receives a combination of packages of electrical oscillations of direct current and alternating current using a series of electrodes mounted on the head with straps. Typically, two electrodes forming a cathode or negative pole of a direct current (DC) circuit are placed at a distance of about three inches to the left and right of the center of the forehead. The other two electrodes forming the anode or positive pole of the DC circuit are placed at the back of the skull in the posterior mandibular region, behind and below each ear. In this DC-based design, a thick lining (pillow) is applied between each electrode and the skin of the user. Typically, such a lining contains several layers of unbleached and unpainted cotton flannel or other similar fabric. For best results, fabric pads are wetted with water to form a current path between the electrodes and the skin of the user. Without linings (which are necessary only due to the presence of direct current), such an apparatus either causes a skin burn or creates relatively severe pain before a useful healing level of currents with an alternating current frequency is achieved.

Несмотря на то что успешно проводили различные виды лечения при помощи этих ранних аппаратов для трансчерепной электростимуляции, отметим, лечение обычно проводят в течение времени около 30 минут, причем без применения громоздких и относительно толстых прокладок аппараты с использованием постоянного тока непригодны. При использовании толстых прокладок пользователь еще может переносить приложение постоянного тока, однако все же получает при этом неприятные ощущения.Despite the fact that various types of treatment were successfully carried out using these early devices for transcranial electrostimulation, we note that treatment is usually carried out for about 30 minutes, and without the use of bulky and relatively thick pads, devices using direct current are unsuitable. When using thick gaskets, the user can still carry the DC application, but still gets an unpleasant feeling.

Среди патентов России, защищающих такие аппараты, применяемые для различных видов лечения, можно указать патенты 1489719; 1507404 и 1522500. Во всех этих патентах предлагают использовать комбинацию постоянного тока и прямоугольных импульсов тока, с частотой между 70 и 80 Гц, причем в ходе сеанса лечения силу тока увеличивают от относительно низкого уровня до более высокого или максимального уровня.Among the patents of Russia protecting such devices used for various types of treatment, patents 1489719 can be mentioned; 1507404 and 1522500. In all these patents, it is proposed to use a combination of direct current and rectangular current pulses, with a frequency between 70 and 80 Hz, and during the treatment session, the current strength is increased from a relatively low level to a higher or maximum level.

Дополнительным и потенциально опасным недостатком аппаратов на базе постоянного тока является ионтофорез. В применениях такого типа с использованием постоянного тока может возникать миграция частиц металла молекулярного размера, токсинов и других нежелательных примесей в направлении протекания тока через кожу и далее в систему кровообращения пользователя таким CES-аппаратом на базе постоянного тока. Следовательно, необходимо тщательно следить за тем, чтобы на прокладки не попадали никакие вещества кроме воды, которую используют для создания хорошего электрического контакта прокладки с кожей пациента. Так как практически все виды CES-лечения требуют проведения нескольких сеансов, потенциал для вредного воздействия ионтофореза возрастает.An additional and potentially dangerous drawback of DC devices is iontophoresis. In applications of this type using direct current, the migration of molecular-sized metal particles, toxins, and other undesirable impurities can occur in the direction of the current flowing through the skin and further into the user's circulatory system by such a DC-based CES apparatus. Therefore, care must be taken to ensure that no substances other than water are used on the pads, which is used to create good electrical contact between the pads and the patient’s skin. Since almost all types of CES treatment require several sessions, the potential for the harmful effects of iontophoresis increases.

Трансчерепную электростимуляцию (CES или TCES) в 60-е годы первоначально использовали для вызывания сна. В таких ранних аппаратах обычно использовали ток менее 1.5 мА с частотой 100 Гц. В патенте США No. 4627438 были использованы более высокие частоты, модулированные прямоугольными колебаниями более низкой частоты, чтобы получить периодические пачки импульсов. Частота повторения в устройстве, описанном в указанном патенте, определяется частотой модуляции; однако пачки импульсов имеют постоянную амплитуду в течение каждого цикла повторения. Указанное устройство специально предназначено для использования при лечении головных болей типа мигрени. Сигнал низкой частоты или модулирующий сигнал является асимметричным, причем используют коэффициент заполнения 3:1 с временем включения, составляющим 3/4 периода повторения, и с временем выключения, составляющим 1/4 периода повторения. Это приводит к получению пачек сигналов высокой частоты, разделенных промежутком отсутствия сигнала, после чего опять появляются пачки сигналов высокой частоты. В таких системах с "включением и выключением" сигнала некоторые пациенты могут испытывать дискомфорт в течение периода времени приложения импульса в интервале лечения.Transcranial electrical stimulation (CES or TCES) in the 60s was originally used to induce sleep. In such early devices, a current of less than 1.5 mA with a frequency of 100 Hz was usually used. U.S. Pat. 4627438 used higher frequencies modulated by square waves of a lower frequency to obtain periodic bursts of pulses. The repetition rate in the device described in said patent is determined by the modulation frequency; however, the pulse packets have a constant amplitude during each repetition cycle. The specified device is specifically intended for use in the treatment of headaches such as migraines. The low frequency signal or modulating signal is asymmetric, with a 3: 1 duty cycle with a turn-on time of 3/4 of the repetition period and a turn-off time of 1/4 of the repetition period. This results in packets of high frequency signals separated by a gap of no signal, after which packets of high frequency signals again appear. In such systems with “on and off” signal, some patients may experience discomfort during the period of application of the impulse in the treatment interval.

Известно также несколько других патентов США, в которых описаны системы с двумя частотами, в которых сигналы высокой частота модулированы при помощи несущей модуляции низкой частоты, причем основной принцип действия таких устройств соответствует указанному патенту США No. 4627438. В качестве примера можно привести патенты США No. 3835833; No. 4071033; No. 4140133; No. 4922908 и No. 5131389. Во всех этих патентах используют сигнал высокой частоты с неизменной (постоянной) амплитудой, который модулированы несущей модуляцией низкой частоты.Several other U.S. patents are also known in which two-frequency systems are described in which high frequency signals are modulated using low frequency carrier modulation, the basic principle of operation of such devices being in accordance with said U.S. Pat. No. 4,627,438. U.S. Pat. 3,835,833; No. 4,071,033; No. 4,140,133; No. 4922908 and No. 5131389. All of these patents use a high-frequency signal with a constant (constant) amplitude, which is modulated by low-frequency carrier modulation.

Один из вариантов описанных выше систем раскрыт в патенте США No. 5540736. В устройстве по этому патенту используют два различных генератора тока для создания электрических токов, которые подают на две пары электродов, наложенных на различные участки головы пациента. Это позволяет производить независимое управление генераторами тока и создавать регулируемые независимо электрические токи в каждой из пар электродов, чтобы учитывать различные импедансы, вызванные физиологическими и анатомическими различиями между различными сторонами среднего участка мозга пациента, качеством проводящей среды и другими факторами. Во всех других отношениях описанная в этом патенте система работает аналогично системе, описанной в патенте США No. 4627438, которая обсуждалась выше.One embodiment of the systems described above is disclosed in US Pat. 5540736. In the device of this patent, two different current generators are used to create electric currents that are applied to two pairs of electrodes superimposed on different parts of the patient’s head. This allows independent control of current generators and the creation of independently regulated electric currents in each of the pairs of electrodes in order to take into account various impedances caused by physiological and anatomical differences between different sides of the middle part of the patient’s brain, the quality of the conducting medium and other factors. In all other respects, the system described in this patent works similarly to the system described in US Pat. 4627438, which was discussed above.

В патенте России No. 2139111 описан способ лечения наркомании, причем такой способ лечения уже используют в других описанных выше CES патентах, а отличие заключается в его применении для лечения алкогольной и наркозависимости. В этом патенте описано осуществление трансчерепной электростимуляции при помощи пакетов тока с длительностью 4 мс, с частотой модуляции 100 Гц. Внутри каждого пакета сигналы высокой частоты имеют неизменную частоту и амплитуду тока.In the patent of Russia No. 2139111 describes a method for the treatment of drug addiction, moreover, this method of treatment is already used in the other CES patents described above, and the difference lies in its use for the treatment of alcohol and drug addiction. This patent describes the implementation of transcranial electrical stimulation using current packets with a duration of 4 ms, with a modulation frequency of 100 Hz. Inside each packet, high-frequency signals have a constant frequency and amplitude of the current.

Желательно создать устройство и способ для трансчерепной электростимуляции, которые позволят устранить недостатки известных ранее решений, а также повысить эффективность их использования и улучшить комфорт пользователя.It is desirable to create a device and method for transcranial electrical stimulation, which will eliminate the disadvantages of previously known solutions, as well as increase the efficiency of their use and improve user comfort.

Краткое изложение изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для трансчерепной электростимуляции и способа ее осуществления.The objective of the present invention is to provide an improved device for transcranial electrostimulation and a method for its implementation.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для трансчерепной электростимуляции и способа его осуществления, в которых не используются компоненты, работающие на постоянном токе.An additional objective of the present invention is to provide an improved device for transcranial electrostimulation and a method for its implementation, which do not use components that operate on direct current.

Другой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для трансчерепной электростимуляции и способа ее осуществления, в которых используются только компоненты, работающие на переменном токе.Another objective of the present invention is to provide an improved device for transcranial electrostimulation and a method for its implementation, in which only components operating on alternating current are used.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для трансчерепной электростимуляции и способа ее осуществления, в которых используют пакеты или группы импульсов высокой частоты с изменением амплитуды в каждом из пакетов однородным образом, причем пакеты повторяются с более низкой частотой модуляции и поступают на электроды для осуществления трансчерепной электростимуляции.Another objective of the present invention is to provide an improved device for transcranial electrostimulation and a method for its implementation, in which they use packets or groups of high-frequency pulses with a change in amplitude in each of the packets in a uniform way, and the packets are repeated with a lower modulation frequency and fed to the electrodes for implementation transcranial electrical stimulation.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения устройство для трансчерепной электростимуляции включает в себя первый генератор биполярных импульсов с первой заданной частотой. Используют источник модулирующих сигналов управления со второй частотой, которая меньше, чем первая заданная частота, совместно со схемой управления амплитудой, получающей импульсы первой заданной частоты, чтобы получить биполярные импульсы с первой заданной частотой, которые изменяются по амплитуде асимметричным образом с частотой модулирующих сигналов управления.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a device for transcranial electrostimulation includes a first bipolar pulse generator with a first predetermined frequency. A source of modulating control signals is used with a second frequency that is less than the first predetermined frequency, together with an amplitude control circuit receiving pulses of a first predetermined frequency, in order to obtain bipolar pulses with a first predetermined frequency, which vary in amplitude asymmetrically with the frequency of the modulating control signals.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 схематично показаны общие принципы работы системы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.Figure 1 schematically shows the General principles of the system in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

На фиг.2 показана типичная форма сигнала в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.Figure 2 shows a typical waveform in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

На фиг.3 показана блок-схема системы для получения сигналов, показанных на фиг.2.Figure 3 shows a block diagram of a system for receiving the signals shown in figure 2.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Обратимся теперь к рассмотрению чертежей, на которых показан предпочтительный вариант настоящего изобретения и объясняется его работа. На фиг.1 схематично показаны наиболее важные элементы схемы, которая позволяет создавать уникальную тройную асимметрию колебаний, полезных для различных применений трансчерепной электростимуляции. Отметим, что уникальная форма колебаний, описанная подробно со ссылкой на фиг.2, создает незначительный дискомфорт для пользователя или вообще его не создает.We now turn to the consideration of the drawings, which show a preferred embodiment of the present invention and its operation is explained. Figure 1 schematically shows the most important elements of the circuit, which allows you to create a unique triple asymmetry of vibrations, useful for various applications of transcranial electrical stimulation. Note that the unique waveform, described in detail with reference to figure 2, creates slight discomfort for the user or does not create it at all.

Как это показано на фиг.1, основные сигналы тока высокой частоты создают при помощи генератора высокой частоты 10, в котором используют схему управления частотой 12 и схему управления длительностью импульсов 14, чтобы получить основную частоту и желательную асимметрию между положительной и отрицательной частями каждого импульса, полученного при помощи генератора 10. Обычно генератор 10 представляет собой кварцевый генератор, работающий на частоте от 1,000 до 1,200 кГц, которая затем делится до получения желательной рабочей частоты переменных импульсов тока, прикладываемых к электродам трансчерепной стимуляции. Обычно отношение деления может составлять 1:4, что позволяет получать сигналы, которые затем модулируются при помощи генератора низкой частоты 16.As shown in FIG. 1, the main high-frequency current signals are generated using a high-frequency generator 10, in which a frequency control circuit 12 and a pulse width control circuit 14 are used to obtain the fundamental frequency and the desired asymmetry between the positive and negative parts of each pulse, obtained using the generator 10. Typically, the generator 10 is a crystal oscillator operating at a frequency of from 1,000 to 1,200 kHz, which is then divided to obtain the desired operating frequency of the variable imp current pulses applied to electrodes of transcranial stimulation. Typically, the division ratio can be 1: 4, which allows you to receive signals, which are then modulated using a low frequency generator 16.

Как это схематично показано на фиг.1, генератор низкой частоты 16 снабжен схемой управления частотой 18, схемой управления длительностью импульсов 20 и схемой управления глубиной модуляции 22, что позволяет получать составной модулированный выходной сигнал на выходе 24, который содержит импульсы с выхода генератора высокой частоты 10, модулированные при помощи генератора низкой частоты 16. Выходной каскад 24 снабжен схемой управления амплитудой 26, что позволяет регулировать амплитуду последовательности импульсов, подаваемых на усилитель мощности 28. Выдаваемый при помощи усилителя мощности 28 ток, который измеряется при помощи амперметра 34, может изменяться в зависимости от вида лечения. Усилитель мощности 28 подает соответствующие трансчерепные переменные импульсы тока на пару или на множество пар электродов, которые показаны на фиг.1 в виде единственной пары 30 и 32.As shown schematically in FIG. 1, the low frequency generator 16 is provided with a frequency control circuit 18, a pulse width control circuit 20, and a modulation depth control circuit 22, which makes it possible to obtain a composite modulated output signal at output 24, which contains pulses from the output of the high frequency generator 10, modulated by a low-frequency generator 16. The output stage 24 is equipped with an amplitude control circuit 26, which allows you to adjust the amplitude of the sequence of pulses supplied to the power amplifier 28. Issue STI using the power amplifier 28 current, which is measured with an ammeter 34 may vary depending on the type of treatment. The power amplifier 28 supplies the corresponding transcranial alternating current pulses to a pair or to a plurality of pairs of electrodes, which are shown in Fig. 1 as a single pair 30 and 32.

Далее работа предпочтительного варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением, позволяющего получать колебательный сигнал, имеющий тройную асимметрию и обеспечивающий эффективную трансчерепную электростимуляцию, будет рассмотрена со ссылкой на форму колебания фиг.2 и блок-схему системы, показанную на фиг.3. Отметим, что блок-схема системы, показанная на фиг.3, является типичной и включает в себя различные схемы, необходимые для получения формы колебания фиг.2; однако могут быть использованы и другие построения, позволяющие получить такую форму сигнала.Next, the operation of the preferred embodiment of the device in accordance with the present invention, which allows to obtain an oscillating signal having triple asymmetry and providing effective transcranial electrical stimulation, will be considered with reference to the waveform of Fig.2 and the block diagram of the system shown in Fig.3. Note that the block diagram of the system shown in FIG. 3 is typical and includes various schemes necessary to obtain the waveform of FIG. 2; however, other constructions can be used to obtain such a waveform.

Показанный на фиг.3 кварцевый генератор 50 используют для создания базовых рабочих сигналов переменного тока, которые применяют как в импульсах высокой частоты, так и в модулирующих импульсах фиг.1, получаемых при помощи генератора высокой частоты 10 и генератора низкой частоты 16. Обычно генератор 50 является источником биополярных импульсов первой заданной частоты и может иметь рабочую частоту ориентировочно от 1,000 кГц до 1,200 кГц (хотя могут быть использованы и другие частоты). Сигнал с выхода генератора 50 поступает на делитель 52, который может иметь множество каскадов деления и позволяет получить модулирующие сигналы управления с более низкой модулирующей частотой (которую на фиг.1 получают при помощи генератора низкой частоты 16), таким образом, источником модулирующих сигналов управления является делитель 52. Сигнал с выхода генератора 50 поступает также на делитель 54, который позволяет получить рабочую форму сигнала (биполярные импульсы первой заданной частоты), показанную в виде прямоугольного колебания на фиг.2, после формирования в формирователе импульсов 56, обеспечивающего главным образом прямоугольную форму колебания фиг.2. В данном примере указанные импульсы имеют частоту переменного тока 100 кГц; однако в соответствии с особыми вариантами настоящего изобретения импульсы могут иметь более высокие или более низкие частоты.The crystal oscillator 50 shown in FIG. 3 is used to generate basic AC operating signals that are used both in the high frequency pulses and in the modulating pulses of FIG. 1 obtained by the high frequency generator 10 and the low frequency generator 16. Typically, the generator 50 It is a source of biopolar pulses of the first given frequency and can have an operating frequency of approximately 1,000 kHz to 1,200 kHz (although other frequencies can be used). The signal from the output of the generator 50 is fed to a divider 52, which can have many stages of division and allows you to get modulating control signals with a lower modulating frequency (which is obtained in figure 1 with a low frequency generator 16), thus, the source of modulating control signals is divider 52. The signal from the output of the generator 50 also goes to the divider 54, which allows you to get the working waveform (bipolar pulses of the first predetermined frequency), shown as a square wave on f ig. 2, after forming in the pulse shaper 56, which provides mainly a rectangular waveform of FIG. 2. In this example, these pulses have an AC frequency of 100 kHz; however, in accordance with particular embodiments of the present invention, pulses may have higher or lower frequencies.

Импульсы с выхода делителя 54 подаются также на счетчик 60, в качестве которого может быть использован подходящий счетчик любого типа, такой как каскадный счетчик или кольцевой счетчик, позволяющий получать выходные сигналы на выводах 64 и 66, которые используют для управления амплитудой импульсов с формирователя импульсов 56. Счетчик 60 сбрасывается в исходное положение по сигналу с выхода делителя 52, поступающему по линии 62, причем сброс производят в каждом периоде работы делителя 52. В данном примере выходной сигнал делителя 52 (который представляет собой сигнал управления низкой частоты модуляции) имеет частоту 77.5 Гц, так как нашли, что такая частота повторения является наиболее эффективной для использования в аппаратах для трансчерепной электростимуляции. Было обнаружено, что частоты повторения в диапазоне от 70 Гц до 85 Гц являются эффективными, однако эмпирически определили, что частота 77.5 Гц является идеальной рабочей частотой, которая обеспечивает максимальную эффективность системы.Pulses from the output of the divider 54 are also supplied to the counter 60, which can be used as a suitable counter of any type, such as a cascade counter or a ring counter, which allows you to receive output signals at pins 64 and 66, which are used to control the amplitude of the pulses from the pulse shaper 56 The counter 60 is reset to its initial position according to the signal from the output of the divider 52 received via line 62, and the reset is made in each period of operation of the divider 52. In this example, the output signal of the divider 52 (which is presented This is a control signal of low modulation frequency) has a frequency of 77.5 Hz, since it was found that such a repetition rate is most effective for use in transcranial electrostimulation devices. It was found that repetition frequencies in the range of 70 Hz to 85 Hz are effective, but it has been empirically determined that the frequency of 77.5 Hz is an ideal operating frequency that ensures maximum system efficiency.

Частота модуляции или частота сброса (обнуления), поступающая по линии 62, по желанию может быть также создана при помощи второго независимого кварцевого генератора, работающего с более низкой начальной частотой, чем генератор 50. Если используют два различных источника сигналов, то они должны быть синхронизированы, так чтобы различные фронты импульсов коррелировали друг с другом и позволяли получать форму сигнала фиг.2. Однако показанная на фиг.3 система позволяет добиться этого наиболее эффективным образом.The modulation frequency or the reset (zeroing) frequency supplied via line 62 can also be created, if desired, with a second independent crystal oscillator operating at a lower initial frequency than generator 50. If two different signal sources are used, they must be synchronized. so that the different fronts of the pulses correlate with each other and allow to obtain the waveform of figure 2. However, the system shown in FIG. 3 allows this to be achieved in the most efficient manner.

Положим, что счетчик 60 сброшен в его исходное или нулевое положение. Импульсы высокой частоты делятся при помощи делителя 54 и поступают на вход счетчика, показания которого увеличиваются на единицу при каждом поступающем импульсе. В форме колебаний, показанной на фиг.2, начальные импульсы (первые четыре слева на фиг.2) имеют максимальную амплитуду (которая по желанию может быть регулируемой), обеспечиваемую при помощи схемы управления амплитудой 68. При прохождении импульса No. 4 группы или пакета сигнал 64 и/или 66 от счетчика 60 проходит через схему управления амплитудой 68, которая переключается на меньшую амплитуду, показанную в правой части на фиг.2.Suppose that the counter 60 is reset to its original or zero position. High frequency pulses are divided using a divider 54 and fed to the input of the counter, the readings of which increase by one with each incoming pulse. In the waveform shown in FIG. 2, the initial pulses (the first four on the left in FIG. 2) have a maximum amplitude (which can be controlled as desired) provided by amplitude control circuit 68. When passing pulse No. 4 of the group or packet, the signal 64 and / or 66 from the counter 60 passes through the amplitude control circuit 68, which switches to the lower amplitude shown in the right part in figure 2.

Выходной сигнал со схемы управления амплитудой 68 поступает на усилитель-стабилизатор 58, который создает асимметричную форму сигнала, показанную на фиг.2, в которой левая четверть (42) каждой пачки сигналов имеет более высокую амплитуду, а правый участок (44) содержит остальные импульсы с более низкой амплитудой. Отношение выбирают таким образом, что одна четверть (начальная амплитуда) импульсов лежит в диапазоне высоких амплитуд, а остальные три четверти импульсов лежат в диапазоне низких амплитуд. Это образует первый уровень асимметрии прикладываемых сигналов.The output signal from the amplitude control circuit 68 is supplied to an amplifier-stabilizer 58, which creates the asymmetric waveform shown in FIG. 2, in which the left quarter (42) of each signal packet has a higher amplitude, and the right section (44) contains the remaining pulses with lower amplitude. The ratio is chosen in such a way that one quarter (the initial amplitude) of the pulses lies in the range of high amplitudes, and the remaining three quarters of the pulses lie in the range of low amplitudes. This forms the first level of asymmetry of the applied signals.

Средство управления амплитудой 68 задает биполярные импульсы, имеющие большую амплитуду в первой части каждой группы импульсов и меньшую амплитуду во второй части каждой группы импульсов, причем амплитуда импульсов в первой части каждой группы импульсов главным образом в три раза превышает амплитуду импульсов во второй части.The amplitude control means 68 defines bipolar pulses having a large amplitude in the first part of each group of pulses and a smaller amplitude in the second part of each group of pulses, and the amplitude of the pulses in the first part of each group of pulses is mainly three times the amplitude of the pulses in the second part.

Усилитель-стабилизатор 58 работает также с импульсами прямоугольной формы, поступающими от формирователя импульсов 56, и создает вторую асимметрию в положительной и отрицательной областях сигнала. Как это показано на фиг.2, амплитуда отрицательной области составляет 1/4 полного размаха сигнала, а амплитуда положительной области составляет 3/4 полного размаха сигнала. Это справедливо как для участка 42 максимальной амплитуды импульсов в начале каждой пачки или пакета импульсов, так и для участка 44 меньшей амплитуды импульсов в конце каждой пачки или пакета импульсов.The amplifier-stabilizer 58 also works with rectangular pulses from the pulse shaper 56 and creates a second asymmetry in the positive and negative regions of the signal. As shown in FIG. 2, the amplitude of the negative region is 1/4 of the full scale of the signal, and the amplitude of the positive region is 3/4 of the full scale of the signal. This is true both for section 42 of the maximum pulse amplitude at the beginning of each burst or pulse train, and for section 44 of lower pulse amplitude at the end of each burst or pulse train.

Наконец, третью асимметрию создают в огибающей пачки прямоугольных импульсов длительностью 13 мс, обозначенной позицией 40 на фиг.2. Это является результатом сброса счетчика 60 по сигналу от делителя, который поступает по линии 62.Finally, a third asymmetry is created in the envelope of a burst of rectangular pulses with a duration of 13 ms, indicated by 40 in FIG. 2. This is the result of resetting the counter 60 by a signal from the divider, which is received on line 62.

Показанный на фиг.2 составной асимметричный сигнал, получаемый на выходе усилителя-стабилизатора 58, поступает на усилитель мощности 70, усиление которого может регулироваться для изменения силы тока, поступающего в систему (но при сохранении формы и соотношений частей колебательного сигнала, показанного на фиг.2), в соответствии с требованиями к лечению с использованием системы, назначенному пациентам. Для измерения силы тока, поступающего в систему, используют амперметр 74. Это может быть простой аналоговый амперметр или же цифровой амперметр, который позволяет отдельно измерять участки максимальной амплитуды и минимальной амплитуды сигнала, которые показаны на фиг.2.The composite asymmetric signal shown in FIG. 2, received at the output of the stabilizer-amplifier 58, is supplied to a power amplifier 70, the gain of which can be adjusted to change the current flowing into the system (but while maintaining the shape and ratios of the parts of the vibrational signal shown in FIG. 2), in accordance with the requirements for treatment using the system prescribed to patients. To measure the current flowing into the system, an ammeter 74 is used. This can be a simple analog ammeter or a digital ammeter, which allows you to separately measure sections of the maximum amplitude and minimum amplitude of the signal, which are shown in figure 2.

Сигнал с выхода усилителя 70 может проходить через переключатель полярности 72, который позволяет по желанию реверсировать полярности сигналов, приложенных к электродам, установленным с промежутком друг от друга. Сигнал с выхода переключателя полярности 72 поступает на пару установленных с промежутком друг от друга выходных электродов 76 и 78, которые могут иметь вид пары разрезных анодов и разрезных катодов или иметь вид пары, образованной единственным анодом и единственным катодом. Так, выходные электроды 76 и 78 соединены со средством управления амплитудой 68 через усилитель-стабилизатор 58, усилитель 70 и переключатель полярности 72. Так как в сигнале совершенно отсутствуют компоненты постоянного тока, то пара выходных электродов 76 и 78 в действительности не представляет собой пару анодов и катодов, причем, в зависимости от вида проводимого лечения, может быть желательно подавать положительные участки импульсов на один из этих электродов, а отрицательные участки импульсов на другой из них, чтобы получить специфические результаты лечения.The signal from the output of amplifier 70 can pass through a polarity switch 72, which allows you to optionally reverse the polarity of the signals applied to the electrodes installed spaced apart from each other. The signal from the output of the polarity switch 72 is fed to a pair of output electrodes 76 and 78 installed spaced apart from each other, which may be in the form of a pair of split anodes and split cathodes or in the form of a pair formed by a single anode and a single cathode. So, the output electrodes 76 and 78 are connected to the amplitude control means 68 through an amplifier-stabilizer 58, an amplifier 70, and a polarity switch 72. Since there are absolutely no DC components in the signal, the pair of output electrodes 76 and 78 is not really a pair of anodes and cathodes, and, depending on the type of treatment, it may be desirable to apply positive sections of pulses to one of these electrodes, and negative sections of pulses to another of them, in order to obtain specific p treatment results.

Следует иметь в виду, что в описанной со ссылкой на чертежи системе совершенно отсутствуют компоненты постоянного тока. Следует также иметь в виду, что несмотря на то что в показанном на фиг.2 сигнале системы используют тональные посылки от 70 кГц до 120 кГц в каждой огибающей пачки импульсов 40, для этого с успехом могут быть использованы и другие частоты. Как уже было упомянуто здесь ранее, колебательный сигнал 77.5 Гц, получаемый в течение периода синхронизации, используют для завершения каждой огибающей пачки импульсов, которая включает в себя первые импульсы относительно высокой амплитуды, за которыми следует серия импульсов относительно низкой амплитуды, как это показано в последовательности импульсов на фиг.2.It should be borne in mind that in the system described with reference to the drawings, there are absolutely no DC components. It should also be borne in mind that despite the fact that in the signal of the system shown in FIG. 2, tonal signals from 70 kHz to 120 kHz are used in each envelope of the pulse train 40, other frequencies can be successfully used for this. As already mentioned here, the 77.5 Hz vibrational signal obtained during the synchronization period is used to complete each envelope of the pulse train, which includes the first pulses of relatively high amplitude, followed by a series of pulses of relatively low amplitude, as shown in the sequence pulses in figure 2.

В предложенной системе используют индивидуальные прямоугольные импульсы длительностью 0.01 мс, с длительностью отрицательного участка каждого импульса 0.0075 мс и с длительностью положительного участка каждого импульса 0.0025 мс. Было обнаружено, что асимметричный колебательный сигнал, описанный здесь ранее со ссылкой на фиг.2, является эффективным в том случае, когда в ходе работы системы сохраняется отношение 3:1 отрицательного и положительного участков. Асимметрия амплитуды первого и второго участка тональной посылки cоставляет главным образом 1:3 и длительность положительных и отрицательных участков каждого импульса тональной посылки также имеет отношение 1:3. Само собой разумеется, что это отношение может варьировать в зависимости от изменения других характеристик системы; однако было обнаружено, что указанное асимметричное отношение позволяет заменить участок постоянного тока, который был необходим в известных ранее системах, но который создает неприятные ощущения у пациента.The proposed system uses individual rectangular pulses with a duration of 0.01 ms, with a negative section of each pulse of 0.0075 ms and a positive section of each pulse of 0.0025 ms. It was found that the asymmetric oscillatory signal described here earlier with reference to figure 2, is effective in the case when during the operation of the system maintains a 3: 1 ratio of negative and positive sections. The asymmetry of the amplitude of the first and second sections of the tone transmission is mainly 1: 3 and the duration of the positive and negative sections of each pulse of the tone transmission also has a ratio of 1: 3. It goes without saying that this ratio may vary depending on changes in other characteristics of the system; however, it was found that the specified asymmetric ratio allows you to replace the DC section, which was necessary in previously known systems, but which creates unpleasant sensations in the patient.

Заметим, что постоянный ток использовали в некоторых известных ранее системах для того, чтобы создать путь проникновения через естественное емкостное сопротивление человеческой кожи, причем постоянный ток снижает это сопротивление ориентировочно до величины от 300 до 400 Ом. Однако это достигается за счет высокого уровня дискомфорта пользователя. Было обнаружено, что использование уникального асимметричного сигнала, показанного на фиг.2 и полученного при помощи показанной на фиг.3 системы, позволяет эффективно снижать емкостное сопротивление эпидермического слоя до величины порядка 100 Ом. Так как в предложенной системе на частоте модуляции 77.5 Гц обеспечено меньшее сопротивление, то меньшие силы тока позволяют получать такой же желательный результат, для достижения которого раньше требовались намного большие силы тока, а использование меньшей силы тока приводит к большему уровню комфорта для пациента.Note that direct current was used in some previously known systems in order to create a path through the natural capacitive resistance of human skin, and direct current reduces this resistance to approximately 300 to 400 Ohms. However, this is achieved due to the high level of user discomfort. It was found that using the unique asymmetric signal shown in FIG. 2 and obtained using the system shown in FIG. 3 can effectively reduce the capacitance of the epidermal layer to a value of the order of 100 Ohms. Since the proposed system provides a lower resistance at a modulation frequency of 77.5 Hz, lower current strengths allow you to get the same desired result, which previously required much higher current strengths, and using a lower current strength leads to a greater level of patient comfort.

Несмотря на то что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, он приведен только в качестве примера для пояснения изобретения и не имеет ограничительного характера, причем совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.Despite the fact that the preferred embodiment of the invention has been described, it is given only as an example to explain the invention and is not restrictive, and it is clear that experts and experts in this field may make changes and additions that do not apply, however, beyond the scope of the following claims.

Claims (17)

1. Способ трансчерепной электростимуляции, включающий в себя следующие операции: создание асимметричной огибающей тональной посылки, содержащей заданное число прямоугольных импульсов, первый участок которой образован пачкой импульсов высокой амплитуды, за которым следует второй участок, образованный пачкой импульсов низкой амплитуды; последовательное повторение асимметричной тональной посылки с частотой повторения от 70 до 85 Гц и подача повторяющихся сигналов тональной посылки на электроды устройства для трансчерепной электростимуляции.1. A method of transcranial electrical stimulation, which includes the following operations: creating an asymmetric envelope of a tonal package containing a given number of rectangular pulses, the first section of which is formed by a packet of high-amplitude pulses, followed by a second section, formed by a packet of low-amplitude pulses; sequential repetition of an asymmetric tonal pattern with a repetition rate of 70 to 85 Hz and the supply of repeating tonal pattern signals to the electrodes of a transcranial electrical stimulation device. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота импульсов, образующих асимметричную тональную посылку, превышает частоту повторения ориентировочно в 1150-1450 раз.2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the pulses forming an asymmetric tonal pattern exceeds the repetition rate by approximately 1150-1450 times. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность первого участка высокой амплитуды каждой тональной посылки составляет главным образом 25% от полной длительности тональной посылки.3. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the first high-amplitude section of each tone transmission is mainly 25% of the total duration of the tone transmission. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция создания асимметричной огибающей тональной посылки включает в себя создание тональной посылки, которая является асимметричной по амплитуде и асимметричной по относительной длительности положительных и отрицательных участков каждого полного цикла сигнала тональной посылки.4. The method according to claim 1, characterized in that the operation of creating an asymmetric envelope of the tone package includes creating a tone package that is asymmetric in amplitude and asymmetric in the relative duration of the positive and negative sections of each full cycle of the tone signal. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что соотношение асимметрии амплитуд первого и второго участков тональной посылки составляет главным образом 1:3, причем длительности положительных и отрицательных участков каждого импульса тональной посылки также имеют соотношение 1:3.5. The method according to claim 4, characterized in that the ratio of the asymmetry of the amplitudes of the first and second sections of the tone parcel is mainly 1: 3, and the durations of the positive and negative sections of each pulse of the tone parcel also have a ratio of 1: 3. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что частота импульсов, образующих асимметричную тональную посылку, превышает частоту повторения ориентировочно в 1150-1450 раз.6. The method according to claim 5, characterized in that the frequency of the pulses forming an asymmetric tonal package exceeds the repetition rate by approximately 1150-1450 times. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что длительность первого участка высокой амплитуды каждой тональной посылки составляет главным образом 25% от полной длительности тональной посылки.7. The method according to claim 6, characterized in that the duration of the first high-amplitude section of each tone transmission is mainly 25% of the total duration of the tone transmission. 8. Устройство для трансчерепной электростимуляции, отличающееся тем, что оно включает в себя источник биполярных импульсов первой заданной частоты; источник модулирующих сигналов управления, позволяющий получить вторую частоту, которая меньше, чем указанная первая заданная частота; средство управления амплитудой при помощи модулирующих сигналов управления, подключенное к источнику биполярных импульсов с первой заданной частотой и вызывающее изменение амплитуды биполярных импульсов в последовательных группах биполярных импульсов со второй частотой в соответствии с заданной асимметричной формой, и выходные электроды.8. Device for transcranial electrical stimulation, characterized in that it includes a source of bipolar pulses of the first predetermined frequency; a source of modulating control signals, allowing to obtain a second frequency that is less than the specified first predetermined frequency; amplitude control means using modulating control signals connected to a bipolar pulse source with a first predetermined frequency and causing a change in the amplitude of bipolar pulses in successive groups of bipolar pulses with a second frequency in accordance with a given asymmetric shape, and output electrodes. 9. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.8, отличающееся тем, что формирователь импульсов подключен к источнику биполярных импульсов первой заданной частоты для формирования выдержки времени биполярных импульсов первой заданной частоты.9. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 8, characterized in that the pulse shaper is connected to a source of bipolar pulses of a first predetermined frequency to form a time delay of bipolar pulses of a first predetermined frequency. 10. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.9, отличающееся тем, что средство управления амплитудой выполнено задающим биполярные импульсы большей амплитуды в первой части каждой группы импульсов и меньшей амплитуды во второй части каждой группы импульсов.10. The device for transcranial electrostimulation according to claim 9, characterized in that the amplitude control means is configured to specify bipolar pulses of greater amplitude in the first part of each group of pulses and of smaller amplitude in the second part of each group of pulses. 11. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.10, отличающееся тем, что амплитуда импульсов в первой части каждой группы импульсов главным образом в три раза превышает амплитуду импульсов во второй части.11. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 10, characterized in that the amplitude of the pulses in the first part of each group of pulses is mainly three times the amplitude of the pulses in the second part. 12. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.11, отличающееся тем, что выходные электроды соединены со средством управления амплитудой.12. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 11, characterized in that the output electrodes are connected to the amplitude control means. 13. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.11, отличающееся тем, что источник модулирующих сигналов управления представляет собой делитель частоты, подключенный к источнику биполярных импульсов первой заданной частоты.13. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 11, characterized in that the source of modulating control signals is a frequency divider connected to a source of bipolar pulses of the first predetermined frequency. 14. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.8, отличающееся тем, что средство управления амплитудой выполнено задающим биполярные импульсы большей амплитуды в первой части каждой группы импульсов и меньшей амплитуды во второй части каждой группы импульсов.14. The device for transcranial electrostimulation according to claim 8, characterized in that the amplitude control means is configured to specify bipolar pulses of greater amplitude in the first part of each group of pulses and of smaller amplitude in the second part of each group of pulses. 15. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.14, отличающееся тем, что амплитуда импульсов в первой части каждой группы импульсов главным образом в три раза превышает амплитуду импульсов во второй части.15. The device for transcranial electrical stimulation according to 14, characterized in that the amplitude of the pulses in the first part of each group of pulses is mainly three times the amplitude of the pulses in the second part. 16. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.8, отличающееся тем, что выходные электроды соединены со средством управления амплитудой.16. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 8, characterized in that the output electrodes are connected to the amplitude control means. 17. Устройство для трансчерепной электростимуляции по п.8, отличающееся тем, что источник модулирующих сигналов управления представляет собой делитель частоты, подключенный к источнику биполярных импульсов первой заданной частоты.17. The device for transcranial electrical stimulation according to claim 8, characterized in that the source of modulating control signals is a frequency divider connected to a source of bipolar pulses of the first predetermined frequency.
RU2003123625/14A 2003-07-30 2003-07-30 Method and device for carrying out transcranial electric stimulation RU2255773C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003123625/14A RU2255773C2 (en) 2003-07-30 2003-07-30 Method and device for carrying out transcranial electric stimulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003123625/14A RU2255773C2 (en) 2003-07-30 2003-07-30 Method and device for carrying out transcranial electric stimulation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003123625A RU2003123625A (en) 2005-01-27
RU2255773C2 true RU2255773C2 (en) 2005-07-10

Family

ID=35138733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003123625/14A RU2255773C2 (en) 2003-07-30 2003-07-30 Method and device for carrying out transcranial electric stimulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2255773C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812398C1 (en) * 2023-04-16 2024-01-30 Александр Александрович Пономаренко Device and method of electrical stimulation of nerve tissue

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812398C1 (en) * 2023-04-16 2024-01-30 Александр Александрович Пономаренко Device and method of electrical stimulation of nerve tissue

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003123625A (en) 2005-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW590762B (en) Transcranial electrostimulation apparatus and method
US7769463B2 (en) Multi-channel electrostimulation apparatus and method
US8972024B2 (en) Systems, apparatuses, and methods for providing non-transcranial electrotherapy
US4148321A (en) Apparatuses and methods for therapeutic treatment and active massages of muscles
US8612007B2 (en) Cranial-electro stimulator
AU2015219295B2 (en) Transcranial electrostimulation device and method
KR950014481B1 (en) Electrostimulating device
KR20100056849A (en) Medical device for using high frequency treatment and low frequency treatment
WO2004012807A2 (en) Osteogenesis stimulator with digital signal processing
US6512955B1 (en) Electrical apparatus for therapeutic treatment
JPS61276567A (en) Low frequency treatment device
JP4610131B2 (en) Electrical stimulator
JP2003135607A (en) Low frequency medical treating system
RU2255773C2 (en) Method and device for carrying out transcranial electric stimulation
CN100402109C (en) Channel-cranium electro-stimulating device and method
JP4279621B2 (en) Transcranial electrical stimulation device
CA3189795A1 (en) Transcranial alternating current dynamic frequency stimulation (tacs) system and method for alzheimers and dementia
JP2002263200A (en) Multiple stimulation type interference low frequency treatment instrument
AU2003208147B2 (en) Transcranial electrostimulation apparatus and method
RU4480U1 (en) REFLEXOTHERAPY DEVICE
US20230191125A9 (en) Transcranial alternating current dynamic frequency stimulation (tacs) system and method for alzheimers and dementia
MXPA03006924A (en) Transcranial electrostimulation apparatus and method.
CA2707351C (en) Improved cranial-electro stimulator
JP3051121U (en) Treatment equipment
WO2022020258A1 (en) Alternating current dynamic frequency stimulation system and method for opioid use disorder (oud) and substance use disorder (sud)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110731