RU219818U1

RU219818U1 - Electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue

Info

Publication number: RU219818U1
Application number: RU2023107344U
Authority: RU
Inventors: Павел Алексеевич Тимченко
Original assignee: Павел Алексеевич Тимченко
Filing date: 2023-03-28
Publication date: 2023-08-09

Abstract

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии, а именно к устройствам для воздействия электрическим током, подводимым через контактные электроды, расположенные во рту пациента. Электродная матрица для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка состоит из источника питания, связанного с блоком управления, который подключен к многослойной печатной плате с гальванически не связанными полусферическими электродами, расположенными равномерно с периодическим чередованием в левой и правой зонах, отделенных между собой отступом. Применение заявленной электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка с полусферическими электродами, разделенными на левую и правую зоны с шестью параллельными каналами питания, позволяет равномерно и более эффективно доставлять стимулирующие импульсы, распределяя их по площади иннервации чувствительных рецепторов языка с подачей электрических импульсов по отдельности на три разные группы электродов в каждой зоне, формируя определенную структуру чувствительного воздействия и поочередно вовлекая разные группы чувствительных рецепторов на языке. 3 ил.

The utility model relates to medicine, in particular to electrotherapy, and in particular to devices for influencing electric current supplied through contact electrodes located in the patient's mouth. The electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue consists of a power source connected to a control unit, which is connected to a multilayer printed circuit board with galvanically uncoupled hemispherical electrodes, located evenly with periodic alternation in the left and right zones, separated from each other by an indent. The use of the claimed electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue with hemispherical electrodes, divided into left and right zones with six parallel power channels, makes it possible to deliver stimulating impulses evenly and more efficiently, distributing them over the area of innervation of the sensitive receptors of the tongue with the supply of electrical impulses separately into three different groups of electrodes in each zone, forming a certain structure of sensitive influence and in turn involving different groups of sensitive receptors on the tongue. 3 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model belongs

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии, а именно к устройствам для воздействия электрическим током, подводимым через контактные электроды, расположенные во рту пациента.The utility model relates to medicine, in particular to electrotherapy, and in particular to devices for influencing electric current supplied through contact electrodes located in the patient's mouth.

Уровень техникиState of the art

Билатеральная транслингвальная нейростимуляция языка (англ. Bilateral Translingual Neurostimulation or BTNS) - это метод стимуляции нервной системы, который осуществляется путем передачи слабых электрических импульсов через язык с помощью электродов, размещаемых во рту пациента. Эти электрические импульсы стимулируют нервные окончания языка и активируют соответствующие области мозга. Механизмы действия BTNS еще не полностью изучены, но многочисленные исследования показывают эффективность этого метода в улучшении речи и языковых навыков у пациентов с различными нарушениями, а также в лечении длительных симптомов, связанных с травматическим повреждением головного мозга, инсультом, рассеянным склерозом, болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Актуальной задачей является разработка новых конструкций устройств для реализации билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.Bilateral Translingual Neurostimulation or BTNS is a method of stimulation of the nervous system, which is carried out by transmitting weak electrical impulses through the tongue using electrodes placed in the patient's mouth. These electrical impulses stimulate the nerve endings of the tongue and activate the corresponding areas of the brain. The mechanisms of action of BTNS are not yet fully understood, but numerous studies show its effectiveness in improving speech and language skills in patients with various disorders, as well as in the treatment of long-term symptoms associated with traumatic brain injury, stroke, multiple sclerosis, Alzheimer's and Parkinson's diseases. . An urgent task is the development of new designs of devices for the implementation of bilateral translingual neurostimulation of the tongue.

Известна система и способы предоставления неинвазивной нейрореабилитации пациента с применением электродного массива, разделенного на 9 групп по 16 электродов в каждой и одной группы из 15 электродов. Каждый электрод внутри группы соответствует одному из 16 электрических каналов. Схема управления может подавать последовательность электрических импульсов электродному массиву для обеспечения нейростимуляции нервов. Описанное устройство позволяет реализовать режим стимуляции со ступенчатым уменьшением амплитуды импульсов от корня до кончика языка (см. патент RU 2665385 С1, опубл. 29.08.2018 г.).A known system and methods for providing non-invasive neurorehabilitation of a patient using an electrode array divided into 9 groups of 16 electrodes each and one group of 15 electrodes. Each electrode within the group corresponds to one of the 16 electrical channels. The control circuit may apply a sequence of electrical pulses to the electrode array to provide neurostimulation of the nerves. The described device makes it possible to implement a stimulation mode with a stepwise decrease in the amplitude of impulses from the root to the tip of the tongue (see patent RU 2665385 C1, publ. 29.08.2018).

Недостатками описанного устройства являются ограниченность возможных режимов и зон стимуляции, ступенчатое изменение амплитуды импульсов с достаточно широким шагом и сложность алгоритма реализации нейростимуляции нервов.The disadvantages of the described device are the limited possible modes and zones of stimulation, the stepwise change in the amplitude of the pulses with a fairly wide step and the complexity of the algorithm for implementing neurostimulation of the nerves.

Известен электрод для транслингвальной нейростимуляции, через который обеспечивается предъявление электрических импульсов на язык, состоящий из печатной платы с нанесенными на нее компонентами, на которой выполнены металлизированные контакты, отличающийся тем, что часть платы, на которую нанесены компоненты, закрыта посредством отверждаемого после нанесения вещества, образующего корпус (см. патент RU 194118 U1, опубл. 28.11.2019 г.).An electrode for translingual neurostimulation is known, through which the presentation of electrical impulses to the tongue is provided, consisting of a printed circuit board with components deposited on it, on which metallized contacts are made, characterized in that the part of the board on which the components are applied is closed by a substance cured after application, forming a body (see patent RU 194118 U1, publ. 11/28/2019).

Недостатками описанного устройства являются сложность изготовления корпуса из полимерного вещества и обеспечение при этом открытости электродов на площадке.The disadvantages of the described device are the complexity of manufacturing a housing of a polymeric substance and ensuring the openness of the electrodes on the site.

Известно устройство для электрической стимуляции слизистой полости рта, в котором от источника питания обеспечена подача напряжения на контакты платы, устанавливаемой в рот, через гибкий провод, отличающееся тем, что напряжение подают вначале через элементы, коммутирующие более высокое напряжение, расположенные на отдельной плате, а затем посредством токопередающих линий напрямую на указанные контакты (см. патент RU 193297 U1, опубл. 22.10.2019 г.).A device for electrical stimulation of the oral mucosa is known, in which voltage is supplied from the power source to the contacts of the board installed in the mouth through a flexible wire, characterized in that the voltage is first applied through elements switching a higher voltage located on a separate board, and then by means of current transmission lines directly to the indicated contacts (see patent RU 193297 U1, publ. 10/22/2019).

Недостатками описанного устройства являются сложность реализации промежуточного звена понижения напряжения, его большие габариты и необходимость обеспечения охлаждения.The disadvantages of the described device are the complexity of the implementation of the intermediate voltage reduction link, its large dimensions and the need to provide cooling.

Известным аналогом с наиболее близкой совокупностью существенных признаков и выделяемый автором как прототип является способ подачи электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции, включающий воздействие электрическими импульсами на поверхность языка таким образом, при котором импульсы подают в виде сходящихся или расходящихся волн (см. патент RU 2733169 С2, опубл. 29.09.2020 г.).A well-known analogue with the closest set of essential features and singled out by the author as a prototype is a method for delivering electrical impulses during translingual neurostimulation, including the impact of electrical impulses on the surface of the tongue in such a way that the impulses are applied in the form of converging or diverging waves (see patent RU 2733169 C2, published on September 29, 2020).

Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, являются ограниченность режимов нейростимуляции, заключающихся только в создании эффекта пульсации сходящихся или расходящихся волн.The reasons hindering the achievement of the technical result provided by the claimed utility model are the limited modes of neurostimulation, which consist only in creating the effect of pulsation of converging or diverging waves.

Описанный предшествующий уровень техники показывает необходимость разработки компактной, высокоэффективной, с возможностью реализации многообразных режимов стимулирования нервных окончаний электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка с рассредоточенными миниатюрными электродами по ее рабочей поверхности.The described prior art shows the need to develop a compact, highly efficient, with the possibility of implementing diverse modes of stimulating the nerve endings of the electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue with dispersed miniature electrodes along its working surface.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Технический результат, который достигается заявляемой полезной моделью, заключается в обеспечении гальванической развязки электродов по шести параллельным каналам за счет использования многослойной печатной платы по габаритам и форме соответствующей языку пациента с определенным расположением и чередованием электродов.The technical result achieved by the claimed utility model is to provide galvanic isolation of the electrodes in six parallel channels through the use of a multilayer printed circuit board in size and shape corresponding to the patient's tongue with a certain arrangement and alternation of electrodes.

Технический результат достигается с помощью электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка, содержащей источник питания, связанный с блоком управления, который подключен посредством проводного интерфейса к печатной плате с электродами, причем печатная плата выполнена многослойной с обеспечением гальванической развязки электродов по шести параллельным каналам, электроды выполнены в виде полусферы и распределены равномерно с периодическим чередованием в левой и правой зонах, отделенных отступом, в левой зоне электроды разделены на группы, каждая из которых образована тремя типами электродов, каждый из которых запитан от одного из трех независимых каналов, в правой зоне электроды разделены на группы, каждая из которых образована тремя типами электродов, каждый из которых запитан от одного из трех независимых каналов, электроды левой и правой зон гальванически не связаны между собой, блок управления выполнен с возможностью задания частоты повторения, длительности, амплитуды, скважности и формы подаваемых на электроды электрических импульсов в каждом канале отдельно с возможностью разнесения импульсов по времени с осуществлением различных режимов стимуляции нервных окончаний в левой и правой зонах.The technical result is achieved using an electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue, containing a power source associated with a control unit, which is connected via a wired interface to a printed circuit board with electrodes, and the printed circuit board is made multilayer to provide galvanic isolation of the electrodes through six parallel channels, the electrodes are made in the form of a hemisphere and distributed evenly with periodic alternation in the left and right zones separated by an indent, in the left zone the electrodes are divided into groups, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, in the right zone the electrodes are divided into groups, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, the electrodes of the left and right zones are not galvanically connected to each other, the control unit is configured to set the repetition rate, duration, amplitude, duty cycle and shape of the supplied on the electrodes of electrical impulses in each channel separately with the possibility of spacing the impulses in time with the implementation of various modes of stimulation of nerve endings in the left and right zones.

Применение заявленной электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка с полусферическими электродами, разделенными на левую и правую зоны с шестью параллельными каналами питания, позволяет равномерно и более эффективно доставлять стимулирующие импульсы, распределяя их по площади иннервации чувствительных рецепторов языка с подачей электрических импульсов по отдельности на три разные группы электродов в каждой зоне, формируя определенную структуру чувствительного воздействия и поочередно вовлекая разные группы чувствительных рецепторов на языке.The use of the claimed electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue with hemispherical electrodes, divided into left and right zones with six parallel power channels, makes it possible to deliver stimulating impulses evenly and more efficiently, distributing them over the area of innervation of the sensitive receptors of the tongue with the supply of electrical impulses separately into three different groups of electrodes in each zone, forming a certain structure of sensitive influence and in turn involving different groups of sensitive receptors on the tongue.

Заявленное изобретение направлено на повышение эффективности методов транслингвальной стимуляции с задействованием эффекта билатеральной стимуляции двигательных и чувствительных ядер тройничного нерва человека.The claimed invention is aimed at improving the efficiency of translingual stimulation methods using the effect of bilateral stimulation of the motor and sensory nuclei of the human trigeminal nerve.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемой электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.In FIG. 1 shows a general view of the proposed electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue.

На фиг. 2 показаны левая и правая зоны с конфигурацией расположения электродов.In FIG. 2 shows the left and right zones with the electrode arrangement configuration.

На фиг. 3 изображена эквивалентная структура электродной матрицы для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка в двумерной проекции с непересекающимися электрическими связями.In FIG. 3 shows the equivalent structure of the electrode array for bilateral translingual neurostimulation of the tongue in a two-dimensional projection with non-intersecting electrical connections.

На фиг. 1, 2 и 3:In FIG. 1, 2 and 3:

1 - источник питания;1 - power supply;

2 - блок управления;2 - control unit;

3- проводной интерфейс;3-wire interface;

4 - многослойная печатная плата;4 - multilayer printed circuit board;

5 - левая зона печатной платы;5 - left area of the printed circuit board;

6 - правая зона печатной платы;6 - right zone of the printed circuit board;

7 - отступ между левой и правой зонами печатной платы;7 - indent between the left and right zones of the printed circuit board;

8 - полусферический электрод типа «1L»;8 - hemispherical electrode type "1L";

9 - полусферический электрод типа «2L»;9 - hemispherical electrode type "2L";

10 - полусферический электрод типа «3L»;10 - hemispherical electrode type "3L";

11 - полусферический электрод типа «1R»;11 - hemispherical electrode type "1R";

12 - полусферический электрод типа «2R»;12 - hemispherical electrode type "2R";

13 - полусферический электрод типа «3R».13 - hemispherical electrode type "3R".

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Электродная матрица для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка состоит из источника 1 питания, связанного с блоком 2 управления, которая подключена посредством проводного интерфейса 3 к многослойной печатной плате 4. Многослойная печатная плата 4 имеет 390 полусферических электродов, запитанных от шести параллельных каналов и равномерно распределенных с определенной периодичностью в левой 5 и правой 6 зонах, отделенных отступом 7. Таким образом, в левой зоне 5 расположены 195 полусферических электродов, разделенные на 65 групп, каждая из которых образована тремя типами полусферических электродов 1L 8, 2L 9, 3L 10, каждый из которых запитан от одного из трех независимых каналов, а в правой зоне 6 расположены 195 полусферических электродов, разделенные на 65 групп, каждая из которых образована тремя типами полусферических электродов 1R 11, 2R 12, 3R 13, отдельно записанных от других трех независимых каналов. При этом полусферические электроды типов 1L 8, 2L 9, 3L 10, 1R 11, 2R 12, 3R 13 гальванически не связаны между собой. Все электроды выполнены в форме полусферы и расположены определенным образом в соответствии с формой языка пациента.The electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue consists of a power source 1 connected to a control unit 2, which is connected via a wired interface 3 to a multilayer printed circuit board 4. The multilayer printed circuit board 4 has 390 hemispherical electrodes powered from six parallel channels and evenly distributed with a certain periodicity in the left 5 and right 6 zones, separated by an indent 7. Thus, in the left zone 5 there are 195 hemispherical electrodes, divided into 65 groups, each of which is formed by three types of hemispherical electrodes 1L 8, 2L 9, 3L 10, each of which powered from one of three independent channels, and in the right zone 6 there are 195 hemispherical electrodes, divided into 65 groups, each of which is formed by three types of hemispherical electrodes 1R 11, 2R 12, 3R 13, separately recorded from the other three independent channels. In this case, hemispherical electrodes of types 1L 8, 2L 9, 3L 10, 1R 11, 2R 12, 3R 13 are not galvanically connected to each other. All electrodes are made in the form of a hemisphere and are arranged in a certain way in accordance with the shape of the patient's tongue.

В качестве источника питания может быть использован отдельный аккумулятор или слаботочные системы персонального компьютера, ноутбука, планшета, смартфона и иных мобильных энергоемких устройств.A separate battery or low-current systems of a personal computer, laptop, tablet, smartphone and other mobile energy-intensive devices can be used as a power source.

Заявляемое устройство может быть реализовано как в виде отдельного корпуса, содержащего источник 1 питания, блок 2 управления, проводной интерфейс 3, например, электропроводящие дорожки, и многослойную печатную плату 4 с описанными особенностями расположения и питания полусферических электродов, так и в виде разнесенных элементов, когда источник 1 питания и блок 2 управления являются частью одной сборочной единицы, а проводной интерфейс 3, например, слаботочный кабель, имеет необходимую длину для соединения с многослойной печатной платой 4.The inventive device can be implemented both in the form of a separate housing containing a power source 1, a control unit 2, a wired interface 3, for example, electrically conductive tracks, and a multilayer printed circuit board 4 with the described features of the location and power supply of hemispherical electrodes, and in the form of spaced elements, when the power supply 1 and the control unit 2 are part of the same assembly unit, and the wired interface 3, for example, a low-current cable, has the required length to connect to the multilayer printed circuit board 4.

Электродная матрица для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка работает следующим образом.The electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue works as follows.

Пациент самостоятельно или при помощи лечащего врача/медицинского работника устанавливает многослойную печатную плату 4 в рот так, чтобы полусферические электроды касались языка, включает источник 1 питания, посредством блока 2 управления выбирает возможный режим работы и принимает процедуру.The patient independently or with the help of the attending physician/medical worker installs the multilayer printed circuit board 4 into the mouth so that the hemispherical electrodes touch the tongue, turns on the power source 1, selects a possible mode of operation by means of the control unit 2 and accepts the procedure.

Блок 2 управления выполнен с возможностью задания частоты повторения, длительности, амплитуды, скважности и формы электрических импульсов, подаваемых на полусферические электроды по времени с осуществлением различных режимов стимуляции нервных окончаний в левой и правой зонах. Каждый из шести параллельных каналов при формировании электрических импульсов создает свой паттерн воздействия на поверхности электродной матрицы, который обеспечивает наиболее эффективную подачу стимулирующих электрических импульсов на поверхность языка пациента. В слизистой языка находится множество чувствительных рецепторов и нервных окончаний и в момент подачи электрического импульса происходит их активация. Стимуляция рецепторов, образованная паттерном отдельных электрических импульсов на электродной матрице, формирует динамическую структуру сенсорных ощущений, сравнимых с эффектами, проявляющимися при механическом раздражении рецепторов языка и, целенаправленно влияющих на нервные окончания. Такое воздействие позволяет через чувствительный тракт язычного нерва и ядер тройничного нерва быстро активировать психофизиологические состояния, связанные с повышением концентрации внимания или расслабления.The control unit 2 is configured to set the repetition rate, duration, amplitude, duty cycle and shape of electrical impulses applied to the hemispherical electrodes in time with the implementation of various modes of stimulation of nerve endings in the left and right zones. Each of the six parallel channels during the formation of electrical impulses creates its own pattern of action on the surface of the electrode matrix, which provides the most effective supply of stimulating electrical impulses to the surface of the patient's tongue. In the mucous membrane of the tongue there are many sensitive receptors and nerve endings, and at the moment an electrical impulse is applied, they are activated. Stimulation of receptors, formed by a pattern of individual electrical impulses on an electrode matrix, forms a dynamic structure of sensory sensations comparable to the effects that appear during mechanical stimulation of tongue receptors and purposefully affect nerve endings. Such an impact allows through the sensory tract of the lingual nerve and the nuclei of the trigeminal nerve to quickly activate the psychophysiological states associated with an increase in concentration or relaxation.

Заявляемое устройство обеспечивает подачу электрических импульсов путем активации одной группы полусферических электродов в отдельных сегментах матрицы, равномерно распределенных в разных ее частях, по трем независимым каналам на отдельные группы полусферических электродов в каждом сегменте с задаваемой задержкой формирования электрических импульсов между параллельными каналами. В результате достигается повышение эффективности воздействия на пациента за счет поочередного вовлечения активирующих структур и стволовых ядер левого и правого полушария.The claimed device provides the supply of electrical impulses by activating one group of hemispherical electrodes in separate segments of the matrix, evenly distributed in its different parts, through three independent channels to separate groups of hemispherical electrodes in each segment with a specified delay in the formation of electrical impulses between parallel channels. As a result, an increase in the effectiveness of the impact on the patient is achieved due to the alternate involvement of the activating structures and stem nuclei of the left and right hemispheres.

В отличие от прототипа, заявленная электродная матрица для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка содержитUnlike the prototype, the claimed electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue contains

электроды, выполненные в виде полусферы;electrodes made in the form of a hemisphere;

многослойную печатную плату с полусферическими электродами, имеющих гальваническую развязку по шести параллельным каналам;a multilayer printed circuit board with hemispherical electrodes having galvanic isolation in six parallel channels;

равномерное расположение полусферических электродов с периодическим чередованием в соответствии с формой языка пациента;uniform arrangement of hemispherical electrodes with periodic alternation in accordance with the shape of the patient's tongue;

разделение полусферических электродов на левую и правую зоны с отступом;division of hemispherical electrodes into left and right zones with indentation;

полусферические электроды в левой зоне и отдельно в правой зоне, каждая из которых состоит из трех чередующихся с определенной периодичностью параллельных каналов с независимыми импульсами, поступающими от блока управления;hemispherical electrodes in the left zone and separately in the right zone, each of which consists of three parallel channels alternating with a certain frequency with independent pulses coming from the control unit;

блок управления с возможностью задания частоты повторения, длительности, амплитуды, скважности и формы электрических импульсов, подаваемых на полусферические электроды по времени с осуществлением различных режимов стимуляции нервных окончаний в левой и правой зонах.a control unit with the ability to set the repetition rate, duration, amplitude, duty cycle and form of electrical impulses applied to the hemispherical electrodes in time with the implementation of various modes of stimulation of nerve endings in the left and right zones.

Claims

An electrode matrix for bilateral translingual neurostimulation of the tongue, containing a power source connected to a control unit, which is connected via a wired interface to a printed circuit board with electrodes, characterized in that the printed circuit board is made multilayer to provide galvanic isolation of the electrodes through six parallel channels, and the electrodes are made in in the form of a hemisphere and distributed evenly with periodic alternation in the left and right zones, separated by an indent, in the left zone the electrodes are divided into groups, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, in the right zone the electrodes are divided into troupes, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, the electrodes of the left and right zones are galvanically not connected to each other, the control unit is configured to set the repetition rate, duration, amplitude, duty cycle and shape of the signals supplied to electrodes of electrical impulses in each channel separately with the possibility of spacing the impulses in time with the implementation of various modes of stimulation of nerve endings in the left and right zones.