ES2383393B1 - TRANSCRANEAL MAGNETIC STIMULATOR - Google Patents
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Abstract
Estimulador magnético transcraneal.#Estimulador magnético que cuenta con un módulo de gestión gobernado por un microcontrolador, un módulo de alimentación, un módulo de visualización, un módulo de generación de corriente y un módulo de salida, que permite por medio de unos pulsadores seleccionar los niveles de corriente y frecuencia a aplicar, para lo cual cuenta con un módulo de generación de corriente que consiste en una espejo de corriente con una resistencia en cada rama de emisor, que cuenta con una resistencia digital variable, en una de las ramas de emisor, gobernada por el microcontrolador, y además adicionalmente puede contar con un diseño para evitar desviaciones de la corriente a suministrar para lo cual se dispone un transistor en la unión entre el colector del transistor por el que discurre la corriente de referencia y las bases de los transistores del espejo de corriente.Transcranial magnetic stimulator. # Magnetic stimulator that has a management module governed by a microcontroller, a power module, a display module, a current generation module and an output module, which allows to select the current and frequency levels to be applied, for which it has a current generation module consisting of a current mirror with a resistance in each emitter branch, which has a variable digital resistance, in one of the emitter branches , governed by the microcontroller, and additionally it can have a design to avoid deviations from the current to be supplied for which a transistor is arranged at the junction between the collector of the transistor through which the reference current and the bases of the power mirror transistors.
Description
Estimulador magnético transcraneal. Transcranial magnetic stimulator.
OBJETO DE LA INVENCiÓN OBJECT OF THE INVENTION
Es objeto de la presente invención un estimulador magnético transcraneal, que busca a través de la generación de una serie de impulsos eléctricos programables en magl1itud y frecuencia llevar a cabo un tratamiento de diversas afecciones mentales, tales como depresión, parkinson, etcétera. The object of the present invention is a transcranial magnetic stimulator, which seeks, through the generation of a series of programmable electrical impulses in magnitude and frequency, to carry out a treatment of various mental conditions, such as depression, parkinson's, and so on.
Caracteriza a la presente invención la especial configuración y diseño de los diferentes elementos que intervienen en la construcción del estimulador magnético, logrando un estimulador magnético que permite seleccionar diferentes valores de intensidad a aplicar sin necesidad de tener que desarrollar máquinas específicas para cada uno de las magnitudes de las corrientes a aplicar. The present invention characterizes the special configuration and design of the different elements involved in the construction of the magnetic stimulator, achieving a magnetic stimulator that allows selecting different intensity values to be applied without having to develop specific machines for each of the magnitudes of the currents to apply.
También caracteriza a la presente invención la robustez y estabilidad de los medios de suministro de la corriente a aplicar, sin que se desajuste por las diferentes variaciones de carga o por el diseño de la fuente de alimentación. The present invention also characterizes the robustness and stability of the means of supply of the current to be applied, without being mismatched by the different load variations or by the design of the power supply.
Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los estimuladores transcraneales y de manera particular de entre los medios de generación de corrientes o impulsos. Therefore, the present invention is circumscribed within the scope of transcranial stimulators and particularly among the means of generating currents or impulses.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN. BACKGROUND OF THE INVENTION.
La Estimulación Magnética Transcraneana o Transcraneal es una forma no invasiva de estimulación de la corteza cerebral ; una de las herramientas más recientes que han incorporado las neurociencias, tanto para propósitos de estudio e investigación, como terapéuticos, para el tratamiento de diversos padecimientos y trastornos neuropsiquiátricos, entre los que se cuentan: depresión, ansiedad, déficit de atención, hiperactividad, autismo, tinnitus o ruido anormal en oido(s), stress postraumático., dolor fantasma en personas que han sufrido la amputación de miembros o lesiones del sistema nervioso central , migraña, disminución de la libido, algunos casos de esquizofrenia y epilepsia, y trastornos, del sueño, obsesivo-compulsivo, y uni y bipolares, entre otros. Transcranial or Transcranial Magnetic Stimulation is a non-invasive form of cerebral cortex stimulation; one of the most recent tools that neurosciences have incorporated, both for study and research purposes, as well as therapeutic ones, for the treatment of various neuropsychiatric disorders and disorders, among which are: depression, anxiety, attention deficit, hyperactivity, autism , tinnitus or abnormal noise in the ear (s), post-traumatic stress., phantom pain in people who have suffered limb amputation or lesions of the central nervous system, migraine, decreased libido, some cases of schizophrenia and epilepsy, and disorders, of sleep, obsessive-compulsive, and uni and bipolar, among others.
Asimismo, hoy se sabe que tiene efectos neuroproteGtores que ayudan, al menos temporalmente, a personas afectadas por enfermedades neurológicas degenerativas, como la esclerosis múltiple, el mal de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer; y que incide muy favorablemente en la modulación de la plasticidad cerebral, que se refiere a la capacidad del cerebro para renovar o reconectar circuitos neuronales y, con ello, adquirir nuevas habilidades y destrezas y preservar la memoria Likewise, today it is known that it has neuroprotective effects that help, at least temporarily, people affected by degenerative neurological diseases, such as multiple sclerosis, Parkinson's disease and Alzheimer's disease; and that very favorably affects the modulation of brain plasticity, which refers to the brain's ability to renew or reconnect neuronal circuits and, thereby, acquire new skills and abilities and preserve memory
En general, los aparatos estimuladores hasta el momento conocidos, si bien permiten seleccionar la frecuencia de la corriente a aplicar, no así permiten la selección de la magnitud de la corriente a aplicar. Así, podemos encontrar estimuladores diseñados para unos determinados valores de corriente que tienen aplicación en determinados tratamientos. In general, the stimulating devices known up to now, although they allow to select the frequency of the current to be applied, do not allow the selection of the magnitude of the current to be applied. Thus, we can find stimulators designed for certain current values that have application in certain treatments.
Otra de las dificultades o aspecto susceptible de mejora de los estimuladores actuales es el desajuste que los valores de la corriente que se suministra sufre. Estos desajustes o desviaciones son debidos al calentamiento de la propia máquina, y particularmente los medios de generación de la corriente, así como a factores ambientales. Another difficulty or aspect that can be improved by current stimulators is the mismatch that the values of the current supplied suffer. These mismatches or deviations are due to the heating of the machine itself, and particularly the means of generating the current, as well as environmental factors.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención, superar los inconvenientes apuntados, desarrollando en primer lugar una estimulador que permite la selección de diferentes valores de corriente a aplicar, y de manera adicional o complementaria diseñar el estimulador de un modo que permita estabilidad en los valores de corriente suministrados y que no se vean afectados por valores ambientales y similares. Therefore, it is the object of the present invention to overcome the aforementioned drawbacks, firstly developing a stimulator that allows the selection of different current values to be applied, and additionally or complementary design the stimulator in a way that allows stability in the current values supplied and not affected by environmental values and the like.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN. DESCRIPTION OF THE INVENTION.
El objeto de la invención es un estimulador magnético transcraneal, que comprende varios módulos: The object of the invention is a transcranial magnetic stimulator, comprising several modules:
Un módulo de gestión A management module
Un módulo de alimentación A power module
Un módulo de visualización A display module
Un módulo de generación de corriente A power generation module
Un módulo de salida. An output module
El módulo de gestión comprende exteriormente una serile de pulsadores o botones para seleccionar la frecuencia y el valor de la corriente aplicar; interiormente cuenta con un microcontrolador de control y gobierno de los diferentes módulos conectados al módulo de gestión, es decir, se encarga de administrar los recursos necesarios para la toma de datos, generación de frecuencia y visualización por pantalla. The management module comprises externally a series of push-buttons or buttons to select the frequency and the value of the current to be applied; internally it has a control and control microcontroller of the different modules connected to the management module, that is, it is responsible for managing the resources necessary for data collection, frequency generation and screen display.
ES 2 383 393 Al ES 2 383 393 Al
El módulo de alimentación, se encarga de suministra la alimentación a toda electrónica y equipo que requiera de una alimentación exterior estables. The power module is responsible for supplying power to all electronics and equipment that requires stable external power.
El módulo de visualización básicamente cuenta con un pantalla, que puede ser una pantalla LCD, y que permite visualizar los diferentes valores de frecuencia e intensidad. The display module basically has a screen, which can be an LCD screen, and that allows you to visualize the different values of frequency and intensity.
El módulo de generación de corriente que permite a través de una resistencia digital variable controlada por el microprocesador seleccionar diferentes valores de resistencia que finalmente redundan en diferentes valores de corriente. The current generation module that allows through a variable digital resistance controlled by the microprocessor to select different resistance values that finally result in different current values.
Adicionalmente, el módulo de corriente puede estar diseñado de manera que ofrezca una estabilidad a la corriente a suministrar seleccionada a través de la resistencia digital variable, de manera que dicha corriente no sufra desviaciones por efecto del calentamiento o condiciones ambientales. Additionally, the current module may be designed so as to offer a stability to the current to be supplied selected through the variable digital resistance, such that said current does not suffer deviations due to heating or environmental conditions.
El funcionamiento del dispositivo se controla a través de unos pulsadores conectados al micro controlador, éste as u vez, gestiona la generación de impulsos de corriente y visualiza los datos en una pantalla LCD. Con su temporizador, se generan las frecuencias que luego llegan al generador de corriente controlado por la resistencia digital, para conseguir el nivel de intensidad deseado. The operation of the device is controlled by means of buttons connected to the microcontroller, which in turn manages the generation of current pulses and displays the data on an LCD screen. With its timer, the frequencies that then reach the current generator controlled by the digital resistance are generated, to achieve the desired intensity level.
La corriente de referencia proporcionará distintos niv,eles de corriente a la salida entre el mínimo y máximo deseados. Empleando un montaje basado en una fuente de corriente básica con una resistencia en cada rama del emisor. The reference current will provide different levels of current at the output between the minimum and maximum desired. Using a mounting based on a basic current source with a resistance in each branch of the emitter.
Los diferentes valores de corriente se consiguen con las resistencias del emisor. Si una de las resistencias de emisor se elige como variable, siendo sustituida por una resistencia digital variable gobernada por el microcontrolador, entonces al variar el valor de la resistencia digital variable, se consiguen diferentes niveles de salida para la corriente. The different current values are achieved with the emitter resistors. If one of the emitter resistors is chosen as a variable, being replaced by a variable digital resistor governed by the microcontroller, then by varying the value of the variable digital resistance, different output levels are achieved for the current.
Una de las resistencias será la resistencia digital variable, mientras que la otra de las resistencias será la resistencia fija y su valor se calcula dentro de un margen de valores, que se obtienen a partir de los márgenes establecidos para la corriente por el paciente y para la resistencia variable. One of the resistances will be the variable digital resistance, while the other of the resistances will be the fixed resistance and its value is calculated within a range of values, which are obtained from the margins established for the current by the patient and for variable resistance
Con objeto de conseguir aumentar el nivel de corriente a suministrar, y particularmente en nivel de máxima corriente, se realiza una compensación en el espejo de corriente, mediante la colocación de un transistor que sustituye la unión de diodo entre la base y el colector de uno de los transistores del espejo de corriente, lo que permite incrementar el valor de la corriente de base y en consecuencia el valor de la corriente en el espejo. In order to increase the level of current to be supplied, and particularly at the maximum current level, compensation is made in the current mirror, by placing a transistor that replaces the diode junction between the base and the collector of one of the transistors of the current mirror, which allows to increase the value of the base current and consequently the value of the current in the mirror.
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención. To complement the description that is going to be carried out below and in order to help a better understanding of its characteristics, this descriptive report is accompanied by a set of drawings in whose figures, in an illustrative and non-limiting manner, the most significant details of the invention.
Figura 1, muestra una representación de los módulos que comprende el estimulador magnético transcraneal objeto de la invención. Figure 1 shows a representation of the modules comprising the transcranial magnetic stimulator object of the invention.
Figura 2, muestra en un modo algo más detallado los circuitos que forman parte del estimulador y la conectividad entre ellos. Figure 2 shows in a somewhat more detailed way the circuits that are part of the stimulator and the connectivity between them.
Figura 3, muestra una representación detallada del microcontrolador que forma parte del estimulador. Figure 3 shows a detailed representation of the microcontroller that is part of the stimulator.
Figura 4, muestra en detalle el módulo de generación de corriente y la resistencia digital variable. Figure 4 shows in detail the current generation module and the variable digital resistance.
Figura 5, muestra en detalle la configuración de la fuente de alimentación. Figure 5, shows in detail the configuration of the power supply.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta. In view of the figures, a preferred embodiment of the proposed invention is described below.
En la figura 1 puede observarse un estimulador magnético transcraneal, que comprende varios módulos: Figure 1 shows a transcranial magnetic stimulator, which comprises several modules:
Un módulo de gestión (1) A management module (1)
Un módulo de alimentación (2) A power module (2)
Un módulo de visualización (3) A display module (3)
Un módulo de generación de corriente (4) A power generation module (4)
Un módulo de salida (5). An output module (5).
ES 2 383 393 Al ES 2 383 393 Al
El módulo de gestión (1) comprende exteriormente una serie de pulsadores o botones (1.1), (1.2) para seleccionar la frecuencia y el nivel de la corriente aplicar, respectivamente; interiormente cuenta con un microcontrolador (6) de control y gobierno de los diferentes módulos conectados al módulo de gestión, es decir, se encarga de administrar los recursos necesarios para la toma de datos, generación de frecuencia y visualización por pantalla. The management module (1) comprises externally a series of buttons or buttons (1.1), (1.2) to select the frequency and the level of the current to apply, respectively; internally, it has a control and control microcontroller (6) of the different modules connected to the management module, that is, it is responsible for managing the resources necessary for data collection, frequency generation and screen display.
El módulo de alimentación (2), se encarga de suministra la alimentación. El módulo de visualización (3) básicamente cuenta con un pantalla (7), que puede ser una pantalla LCO, y que permite visualizar los diferentes valores de frecuencia e intensidad seleccionados. The power module (2), is responsible for supplying the power. The display module (3) basically has a screen (7), which can be an LCO screen, and which allows the different frequency and intensity values selected to be displayed.
El módulo de generación de corriente (4) que permite a través de una resistencia digital variable (9) (figura 2) controlada por el microcontrolador (6) seleccionar diferentes valores de resistencia que finalmente redundan en diferentes niveles de corriente. The current generation module (4) that allows through a variable digital resistor (9) (figure 2) controlled by the microcontroller (6) to select different resistance values that finally result in different current levels.
En la figura 2, puede observarse cómo el microcontrolador (6) controla, un puerto de programación (8), que puede ser un puerto USB, que permitiría programar diferentes valores o modos de funcionamiento del estimulador. También, el microcontrolador (6) se encuentra conecliado con una pantalla (7), que en una posible forma de realización puede ser una pantalla LCO, y que permite visualizar los valores de frecuencia e intensidad seleccionados mediante los pulsadores (1.1) Y (1.2). In Figure 2, it can be seen how the microcontroller (6) controls a programming port (8), which can be a USB port, which would allow programming different values or modes of operation of the stimulator. Also, the microcontroller (6) is connected to a screen (7), which in a possible embodiment can be an LCO screen, and which allows displaying the frequency and intensity values selected by means of the buttons (1.1) Y (1.2 ).
También, una serie de pulsadores (8) están conectados al microcontrolador, así como una salida RS232 (10). Also, a series of pushbuttons (8) are connected to the microcontroller, as well as an RS232 output (10).
Finalmente, el microcontrolador está conectado con la fuente de corriente (4), a la que está conectada una resistencia digital variable (9) y que está gobernada desde el microcontrolador (6). Finally, the microcontroller is connected to the current source (4), to which a variable digital resistor (9) is connected and which is governed from the microcontroller (6).
En la figura 3, se muestra más en detalle parte de la electrónica anteriormente mostrada a nivel de bloque, donde cabe reseñar la presencia de un reloj (11) encargado de generar una frecuencia para el gobierno del funcionamiento del microcontrolador, así como una serie de señales (13) de gobierno y control de la resistencia digital variable (9). In figure 3, part of the electronics shown above at block level is shown in more detail, where it is worth noting the presence of a clock (11) in charge of generating a frequency for the operation of the microcontroller, as well as a series of Government signals (13) and control of the variable digital resistance (9).
En la figura 4, se puede ver en detalle la resistencia digital variable (9), que en una posible forma de realización está formada por un integrado A08402, y conectada con una de las patas de un emisor del espejo de la fuente de corriente (4). In Figure 4, the variable digital resistance (9) can be seen in detail, which in a possible embodiment is formed by an integrated A08402, and connected with one of the legs of a mirror emitter of the current source ( 4).
Gracias al empleo de la resistencia digital variable es posible seleccionar diferentes niveles de corriente a suministrar. Por otro lado, la fuente de corriente (4) con objeto de poder suministra la corriente de un modo estable, sin desviaciones, cuenta con un transistor (12) dispuesto entre el colector y la base del espejo de corriente. Thanks to the use of the variable digital resistance it is possible to select different levels of current to be supplied. On the other hand, the current source (4) for the purpose of power supplies the current in a stable way, without deviations, it has a transistor (12) arranged between the collector and the base of the current mirror.
En la figura 5, se muestra en detalle la fuente de corriente (4) y las corrientes que discurren por cada parte. La fuente de corriente (4) es una fuente de corriente que tiene una resistencia en cada rama de emisor, y en la que se ha dispuesto un transistor entre el colector del transistor que tiene la corriente de referencia y la base de los transistores del espejo de corriente, con objeto de que el valor de corriente máxima a suministrar se vea incrementado, produciendo un mayor valor de corriente en el espejo de corriente. In figure 5, the current source (4) and the currents that run through each part are shown in detail. The current source (4) is a current source that has a resistance in each emitter branch, and in which a transistor is arranged between the collector of the transistor that has the reference current and the base of the mirror transistors of current, in order that the maximum current value to be supplied is increased, producing a greater current value in the current mirror.
La corrientes que se obtienen son: The currents that are obtained are:
Al final la relación entre la corriente de referencia y la de salida hacia el paciente es la siguiente: In the end, the relationship between the reference current and the output current to the patient is as follows:
En definitiva la corriente a aplicar al paciente depende de la relación entre dos valores de resistencia R1 y R2 . Así, si se elige la resistencia R1 como variable, de manera que al cambiar su valor, cambiará la corriente de salida, se logra un estimulador que permite seleccionar el nivel de corriente de salida. In short, the current to be applied to the patient depends on the relationship between two resistance values R1 and R2. Thus, if the resistance R1 is chosen as a variable, so that by changing its value, the output current will change, a stimulator is achieved that allows the output current level to be selected.
La resistencia R2 se considera fija y su valor se calcula dentro de una margen de valores, que se obtiene a partir de los siguientes márgenes establecidos para la corriente por el paciente y por la resistencia variable. The resistance R2 is considered fixed and its value is calculated within a range of values, which is obtained from the following margins established for the current by the patient and by the variable resistance.
Con R1max se tiene Ipmax: With R1max you have Ipmax:
Con R1min se tiene Ipmin: With R1min you have Ipmin:
No altera la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para su reproducción por un experto. It does not alter the essentiality of this invention variations in materials, shape, size and arrangement of the component elements, described in a non-limiting manner, this being sufficient for reproduction by an expert.
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