BG67475B1

BG67475B1 - Device for non-invasive electrical stimulation of the endorphinergic center of the brain in human and animals

Info

Publication number: BG67475B1
Application number: BG113024A
Authority: BG
Inventors: Николай АРНАУДСКИ; Христов Арнаудски Николай; Стайко Стайков; Минков Стайков Стайко
Original assignee: "Усм Тех" Еоод
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2022-11-30
Also published as: BG113024A

Abstract

The invention relates to a device for non-invasive electrical stimulation of the endorphinergic centre of the human and animal brain and finds application in the field of human and veterinary medicine. The device consists of a power supply unit (1) which is connected on the one side to a low voltage power supply unit (2), on the other side to a control circuit board (3) and an external communication unit (4). The low voltage power supply unit (2) is connected via a main board (5) to a main processor (6) to which is connected a quartz resonator (7). The main processor (6) is connected via a digital-to-analogue converter (8) and an analogue-to-digital converter (9) to a current generator (10) with leads to electrodes (11). The control board (3) comprises a processor (12) which is connected to the main processor (6) via an optron (13) which is connected to the current generator (10), a touch-screen display (15) and an external communication unit (4) via a second optron (14). The device, by means of an external communication unit (4) has remote access for control and communication via the Internet, mobile operator or other type of wired or wireless communication. The device uses an electric current with different characteristics in the frequency range from 60 Hz to 90 Hz for different stimulations with quasi-resonant frequencies with options for variations.

Description

НЕИНВАЗИВНАNON-INVASIVE

ЕЛЕКТРОСТИМУЛАЦИЯ НАELECTROSTIMULATION OF

ЕНДОРФИНЕРГИЧНИЯ ЦЕНТЪР НА МОЗЪКА ПРИ ЧОВЕКА И ЖИВОТНИТЕTHE ENDORPHINERGIC CENTER OF THE BRAIN IN MAN AND ANIMALS

Област на техникатаField of technique

Изобретението се отнася до устройство за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните с приложение в областта на хуманната и ветеринарната медицина.The invention relates to a device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals with application in the field of human and veterinary medicine.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Известни са устройства за приложение на транскраниална електростимулация или черепни електростимулатори, използвани за различни неинвазивни процедури, които предизвикват аналгетични ефекти, намаляване или контролиране на мигренозно главоболие, както и за други приложения на лечение и електроанестезия.Devices for applying transcranial electrostimulation or cranial electrostimulators are known, used for various non-invasive procedures that produce analgesic effects, reduce or control migraine headaches, and for other treatment and electroanesthesia applications.

Известно е устройство и метод за транскраниална електростимулация патент [1], използващи монополярни правоъгълни импулси с амплитуда до 5 mА с период на повторяемост 12.9 ± 0.4 ms за стимулация на ендорфинните механизми на мозъка.A device and method for transcranial electrostimulation patent [1] is known, using monopolar rectangular pulses with an amplitude of up to 5 mA with a repetition period of 12.9 ± 0.4 ms for stimulation of the endorphin mechanisms of the brain.

Недостатъци на устройството [1] са използването на само един вид импулсен ток - монополярен, който е с фиксирана честота, без възможност за вариации освен по силата на стимулация (величината на амплитудата на електрическия импулс) и е със сложна схема на изпълнение и регулация.Disadvantages of the device [1] are the use of only one type of impulse current - monopolar, which has a fixed frequency, without the possibility of variations except by the force of stimulation (the magnitude of the amplitude of the electric impulse) and has a complex implementation and regulation scheme.

Известно е устройство за транскраниална електростимулация [2], което включва високочестотен генератор, конфигуриран да произвежда електрически импулси с променлив ток с произволна честота от 85 kHz до около 100 kHz, където полярността на електрическите импулси с променлив ток е постоянна, както и генератор с ниска честота, конфигуриран да произвежда както променливи, така и постоянни електрически импулси с произволна честота от 70 Hz до около 85 Hz, където електрическите импулси с променлив и постоянен ток на генератора с ниска честота модулират променливите електрически импулси, произведени от високочестотния генератор, образуват модулирани управляващи сигнали. Микроконтролер е свързан с високочестотния генератор и генератора с ниска честота, при което той е конфигуриран да обърне полярността на променливите токови електрически импулси, генерирани от високочестотния генератор, и полярността на променливите и/или постоянните електрически импулси, генерирани от генератора на ниска честота и четири електрода, които са конфигурирани да бъдат свързани към повърхността на кожата на пациент и да доставят модулирани контролни сигнали на него.A transcranial electrical stimulation device [2] is known which includes a high frequency generator configured to produce alternating current electrical pulses at an arbitrary frequency of 85 kHz to about 100 kHz, where the polarity of the alternating current electrical pulses is constant, and a low frequency, configured to produce both alternating current and direct current electrical pulses of any frequency from 70 Hz to about 85 Hz, where the alternating current and direct current electrical pulses of the low frequency generator modulate the alternating electrical pulses produced by the high frequency generator form a modulated control signals. A microcontroller is coupled to the high-frequency generator and the low-frequency generator, wherein it is configured to reverse the polarity of the alternating current electrical pulses generated by the high-frequency generator and the polarity of the alternating current and/or direct current electrical pulses generated by the low-frequency generator and four electrodes that are configured to be connected to the skin surface of a patient and deliver modulated control signals thereto.

Недостатъци на известното устройство [2] е хаотичното приложение на високочестотни и нискочестотни електрически импулси, чисто имперично, без доказана ефективност. Комбинацията, без значение от последователността, на високочестотни и нискочестотни електрически импулси, прилагана на пациенти, води до стресиране на мозъчните клетки на физиологично ниво, поради огромната разлика в скоростта на промяна на потенциалите от двете страни на клетъчната стена. Друг недостатък е прекалената сложност на изпълнение на устройството.Disadvantages of the known device [2] is the chaotic application of high-frequency and low-frequency electrical impulses, purely empirical, without proven effectiveness. The combination, regardless of the sequence, of high-frequency and low-frequency electrical impulses applied to patients results in stressing the brain cells at a physiological level, due to the huge difference in the rate of change of the potentials on the two sides of the cell wall. Another disadvantage is the excessive complexity of the device implementation.

Устройствата за транскраниална електростимулация [1], [2] са с приложение само в областта на хуманната медицина. Те са с малка ефективност.Devices for transcranial electrostimulation [1], [2] are used only in the field of human medicine. They are of low efficiency.

Известно е научно откритие [3], регистрирано под № RU 237 от 1996 г. „Явление на селективност на транскраниалното електрическо въздействие на защитните механизми на мозъка“, в което научно е доказан квазирезонанс на ендорфинергичните механизми на мозъка с ниски честоти. Резонансният спектър е с камбанообразен профил, т.е. прилагането на точно фиксирана честота не винаги е достатъчно ефективно. При различните видове резонансния спектър е различен. Например, при плъховете е 72 Hz ± 2 Hz, но при човека е 77.5 Hz ± 2.5 Hz. Нужно е въздействие с честотна модулация в квазирезонансния спектър. Това доказва неефективността на горепосочените патенти [1] и [2].There is a known scientific discovery [3], registered under No. RU 237 of 1996 "The phenomenon of selectivity of the transcranial electrical impact of the protective mechanisms of the brain", in which a quasi-resonance of the endorphinergic mechanisms of the brain at low frequencies was scientifically proven. The resonance spectrum has a bell-shaped profile, i.e. applying a precisely fixed frequency is not always efficient enough. For different species, the resonance spectrum is different. For example, in rats it is 72 Hz ± 2 Hz, but in humans it is 77.5 Hz ± 2.5 Hz. A frequency modulation effect in the quasi-resonant spectrum is required. This proves the ineffectiveness of the above patents [1] and [2].

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Устройството за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните се състои от захранващ блок, който е свързан от една страна със захранващ блок с ниско напрежение, от друга страна, с платка за управление и блок за външна комуникация. Захранващият блок с ниско напрежение е свързан чрез основна платка с главен процесор, към който е свързан кварцов резонатор. Главният процесор е свързан през цифрово-аналогов преобразувател и аналогово-цифров преобразувател към генератор на ток с изводи към електроди. Платката за управление включва процесор, който чрез оптрон е свързан към главния процесор, а той чрез втори оптрон е свързан с генератора на ток, с тъч-скрийн дисплей и с блок за външна комуникация. Устройството използва електрически ток с различни характеристики в честотния диапазон от 60 Hz до 90 Hz, за различни стимулации с квазирезонансни честоти с възможност за вариация, стимулиращи ендорфинергичните механизми на мозъка при човека и животните.The device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals consists of a power supply unit, which is connected on the one hand to a low-voltage power supply unit, on the other hand, to a control board and an external communication unit. The low voltage power supply unit is connected via a main board with a main processor to which a quartz resonator is connected. The main processor is connected through a digital-to-analog converter and an analog-to-digital converter to a current generator with leads to electrodes. The control board includes a processor which is connected to the main processor via an optocoupler, and which is connected via a second optocoupler to the current generator, a touch screen display and an external communication unit. The device uses electric current with different characteristics in the frequency range from 60 Hz to 90 Hz, for different stimulations with quasi-resonant frequencies with the possibility of variation, stimulating the endorphinergic mechanisms of the brain in humans and animals.

Устройството за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните чрез блока си за външна комуникация има дистанционен достъп за управление и комуникация през Интернет, мобилен оператор или друг вид жична или безжична комуникация. То е с опростена, но гъвкава, надеждна и безопасна схема на реализация и управление и с него се достига максимална ефективност, поради резонансното и щадящо въздействие, с много по-ниски амплитуди на стимулиращия импулс.The device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the human and animal brain through its external communication unit has remote access for control and communication via the Internet, mobile operator or other type of wired or wireless communication. It has a simplified, but flexible, reliable and safe scheme of implementation and control, and it achieves maximum efficiency, due to the resonant and sparing effect, with much lower amplitudes of the stimulating impulse.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

Изобретението се пояснява с помощта на приложената фигура, представляваща блок-схема на устройството за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните.The invention is explained with the help of the attached figure, which is a block diagram of the device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention

Съгласно едно примерно изпълнение на устройството за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните се състои от захранващ блок 1, който е свързан, от една страна, със захранващ блок с ниско напрежение 2, от друга страна, с платка за управление 3 и блок за външна комуникация 4. Захранващият блок с ниско напрежение 2 е свързан чрез основна платка 5 с главен процесор 6, към който е свързан кварцов резонатор 7. Главният процесор 6 е свързан през цифрово-аналогов преобразувател 8 и аналогово-цифров преобразувател 9 към генератор на ток 10 с изводи към електроди 11.According to an exemplary embodiment, the device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals consists of a power supply unit 1, which is connected, on the one hand, to a low-voltage power supply unit 2, on the other hand, to a control board 3 and an external communication unit 4. The low-voltage power supply unit 2 is connected via a main board 5 to a main processor 6, to which a quartz resonator 7 is connected. The main processor 6 is connected through a digital-to-analog converter 8 and an analog-to-digital converter 9 to current generator 10 with leads to electrodes 11.

Платката за управление 3 включва процесор 12, който чрез оптрон 13 е свързан към главния процесор 6, чрез оптрон 14 с генератор на ток 10 с тъч-скрийн дисплей 15 и с блок за външна комуникация 4.The control board 3 includes a processor 12, which is connected through an optocoupler 13 to the main processor 6, through an optocoupler 14 with a current generator 10 with a touch screen display 15 and with an external communication unit 4.

Съгласно устройството за неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните с устройството се работи по следния начин.According to the device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals, the device works as follows.

Захранван с външно напрежение захранващият блок 1 преобразува напрежението и захранва блок за ниско напрежение 2, който пък от своя страна захранва основната платка 5, осъществяваща контрола и работата на устройството. При задаване през тъч-скрийн дисплей 15 на: вида на тока, продължителността на сеанса, честотата и/или честотната вариация в квазирезонансния диапазон, тази информация постъпва в процесор 12, от който през оптрон 13 постъпва в главния процесор 6, който получава зададената честота от кварцов резонатор 7. Главният процесор 6 подава информацията през цифрово-аналогов преобразувател 8 за формата, величината и честотата на стимулиращия импулс към генератора на ток 10. Чрез обратна връзка през оптрон 14 към процесор 12 от платката за управление 3 генераторът на ток 10 подава информация за сверяване на зададените с генерираните параметри на импулса. Също чрез обратна връзка, посредством аналогово-цифров преобразувател 9 от генератора на ток 10 информацията постъпва в главния процесор 6. След валидиране точността на данните за импулса, както от процесор 12, така и от главния процесор 6, последният през цифрово-аналогов преобразувател 8 стартира подаването на стимулиращия импулс от генератора на ток 10 към електродите 11, които от своя страна са предварително поставени на челото и мастоидите на пациента. По този начин се затваря токовата верига и сеанса протича до свършване на зададеното в началото време. Платката за управление 3, на която е монтиран процесор 12 е свързана с блок за външна комуникация 4, което позволява дистанционен контрол и управление на апарата през Интернет, мобилен оператор или друг вид жична или безжична комуникация. Устройството генерира електрически ток с различни характеристики в честотния диапазон от 60 Hz до 90 Hz, за различни стимулации с квазирезонансни честоти с възможност за вариация, стимулиращи ендорфинергичните механизми на мозъка при човека и животните.Powered by an external voltage, the power supply unit 1 converts the voltage and supplies power to the low voltage unit 2, which in turn supplies power to the main board 5, which controls and operates the device. When setting through the touch-screen display 15: the type of current, the duration of the session, the frequency and/or the frequency variation in the quasi-resonant range, this information enters the processor 12, from which, through an optocoupler 13, it enters the main processor 6, which receives the set frequency from a quartz resonator 7. The main processor 6 supplies the information through a digital-to-analog converter 8 about the shape, magnitude and frequency of the stimulating pulse to the current generator 10. Through feedback through an optocoupler 14 to a processor 12 from the control board 3, the current generator 10 supplies information for comparing the set with the generated pulse parameters. Also through feedback, through an analog-to-digital converter 9 from the current generator 10, information enters the main processor 6. After validation, the accuracy of the pulse data, both from the processor 12 and from the main processor 6, the latter through a digital-to-analog converter 8 starts the supply of the stimulating pulse from the current generator 10 to the electrodes 11, which in turn are previously placed on the patient's forehead and mastoids. In this way, the current circuit is closed and the session continues until the end of the time set at the beginning. The control board 3, on which the processor 12 is mounted, is connected to an external communication unit 4, which allows remote control and management of the apparatus via the Internet, a mobile operator or another type of wired or wireless communication. The device generates electric current with different characteristics in the frequency range from 60 Hz to 90 Hz, for different stimulations with quasi-resonant frequencies with the possibility of variation, stimulating the endorphinergic mechanisms of the brain in humans and animals.

При използване на електрически ток с монополярни правоъгълни токови импулси с величина от 0 mА до 5 mА и продължителността на сеанса е от 5 min до 60 min от началото до края на сеанса, към електродите 11 към челния електрод се подава положителен потенциал, а на електродите на мастоидите - отрицателен.When using an electric current with monopolar rectangular current pulses with a magnitude of 0 mA to 5 mA and the duration of the session is from 5 min to 60 min from the beginning to the end of the session, a positive potential is applied to the electrodes 11 to the forehead electrode, and to the electrodes on the mastoids - negative.

При използване на електрически ток с биполярни правоъгълни токови импулси с величина от 0 mА до 5 mА и продължителност на сеанса от 5 min до 60 min от началото до края на сеанса, към електродите 11 поляритета на челния електрод и на електродите на мастоидите непрекъснато се мени, като всеки следващ импулс е с различен поляритет. По този начин се постига минимално дразнене на кожата на челото и мастоидите и достигане на по-високи нива на стимулиращия ток.When using an electric current with bipolar rectangular current pulses with a magnitude of 0 mA to 5 mA and a duration of the session from 5 min to 60 min from the beginning to the end of the session, to the electrodes 11 the polarity of the forehead electrode and the mastoid electrodes is continuously changed , with each subsequent pulse having a different polarity. In this way, minimal irritation of the skin of the forehead and mastoids is achieved and higher levels of the stimulating current are reached.

При използване на електрически ток с монополярни правоъгълни токови импулси и едновременно с това с постоянен електрически ток, като и двата вида електрически ток са с величина от 0 mА до 5 mА, а продължителността на сеанса е от 5 min до 60 min. При този вид стимулация, от началото до края на сеанса към електродите 11, на челния електрод се подава положителен потенциал, а на електродите на мастоидите - отрицателен, като единият вид електрически ток е импулсен, а другият постоянен.When using electric current with monopolar rectangular current pulses and at the same time with direct electric current, both types of electric current are of magnitude from 0 mA to 5 mA, and the duration of the session is from 5 min to 60 min. With this type of stimulation, from the beginning to the end of the session, a positive potential is applied to the forehead electrode and a negative potential to the mastoid electrodes, one type of electric current being pulsed and the other constant.

Трите вида стимулации с електрически ток, описани по-горе, са с възможност както за фиксирана честота с точност от 0.01 Hz, така и за честотна вариация в диапазона ± 2.5 Hz около фиксирана честота.The three types of electrical current stimulation described above are capable of both a fixed frequency with an accuracy of 0.01 Hz and a frequency variation in the range ± 2.5 Hz around a fixed frequency.

Това позволява стимулация в целия квазирезонансен диапазон, а спектъра на стимулация в честотния диапазон от 60 Hz до 90 Hz покрива квазирезонансните честоти на човека и животните. По този начин се гарантира високоефективна стимулация с минимални величини на стимулиращия импулс.This allows stimulation over the entire quasi-resonance range, and the spectrum of stimulation in the frequency range from 60 Hz to 90 Hz covers human and animal quasi-resonance frequencies. In this way, highly effective stimulation with minimal stimulation pulse sizes is guaranteed.

При използване на електрически ток, който е прав електрически ток, без честотна вариация, при който величината на електрическия ток е от 0 mА до 5 mА и продължителност на сеанса от 5 min до 60 min от началото до края на сеанса към електродите 11 на челния електрод се подава положителен потенциал, а на електродите на мастоидите - отрицателен или обратно в зависимост от необходимостта. Този вид електрически ток позволява, на практика чрез електрофореза, през кожата да се вкарат локално обезболяващи или други лекарства с цел постигане на допълнителен лечебен ефект.When using an electric current, which is a direct electric current, without frequency variation, in which the magnitude of the electric current is from 0 mA to 5 mA and the duration of the session is from 5 min to 60 min from the beginning to the end of the session to the electrodes 11 on the forehead electrode, a positive potential is applied, and a negative potential is applied to the mastoid electrodes, or vice versa, depending on the need. This type of electric current allows, practically through electrophoresis, to introduce local anesthetics or other drugs through the skin in order to achieve an additional healing effect.

Устройството осъществява неинвазивна електростимулация на ендорфинергичния център на мозъка при човека и животните чрез квазирезонансни честоти.The device performs non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals using quasi-resonance frequencies.

Блокът за външна комуникация позволява дистанционен достъп за управление и комуникация през Интернет, мобилен оператор или друг вид жична или безжична комуникация.The external communication unit allows remote control access and communication via the Internet, mobile operator or other type of wired or wireless communication.

Claims

A device for non-invasive electrostimulation of the endorphinergic center of the brain in humans and animals, consisting of an electric current generator, characterized in that it consists of a power supply unit (1) which is connected on one side to a low voltage power supply unit ( 2), on the other hand, with a control board (3) and an external communication unit (4), the low voltage power supply unit (2) being connected via a main board (5) to a main processor (6) to which it is connected quartz resonator (7), and the main processor (6) is connected through a digital-to-analog converter (8) and an analog-to-digital converter (9) to an electric current generator (10) with leads to electrodes (11), and the control board ( 3) includes a processor (12), which is connected through an optocoupler (13) to the main processor (6), through an optocoupler (14) with a current generator (10) with a touch-screen display (15) and with an external communication unit ( 4).