RU2401137C1 - Body function activation system - Google Patents
Body function activation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401137C1 RU2401137C1 RU2009106263/14A RU2009106263A RU2401137C1 RU 2401137 C1 RU2401137 C1 RU 2401137C1 RU 2009106263/14 A RU2009106263/14 A RU 2009106263/14A RU 2009106263 A RU2009106263 A RU 2009106263A RU 2401137 C1 RU2401137 C1 RU 2401137C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- switching unit
- implanted
- input
- signals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Система стимуляции функционирования органов относится к медицинской технике и может быть использована для восстановления проводниковой и нейрогенной функций сегментов спинного мозга.The system for stimulating the functioning of organs relates to medical equipment and can be used to restore the conduction and neurogenic functions of segments of the spinal cord.
Известно устройство модуляции функционирования органов тела (заявка RU 2004118499, 7 А61В 5/04 от 10.03.2005 г.), которое в одном из вариантов выполнения содержит: источник зарегистрированных сигналов тела, отражающих функционирование органов тела, при этом указанный источник включает в себя компьютер, который содержит отдельные области для регистрации сигналов различных функциональных категорий и в котором зарегистрированные сигналы хранятся в цифровом формате; средство передачи одного или нескольких зарегистрированных сигналов в органы тела, при этом указанное средство передачи включает в себя цифроаналоговый преобразователь; средство приложения переданных сигналов к органу тела для стимуляции или регуляции функции органа, при этом указанное средство приложения содержит электроды на теле; средство регистрации сигналов тела и передачи зарегистрированных сигналов в указанный источник, при этом указанное средство регистрации содержит датчик, размещенный на теле; записывающее устройство для записи обнаруженных сигналов в аналоговом виде, которое соединено с аналогово-цифровым преобразователем для преобразования указанных обнаруженных сигналов. Основным недостатком указанного устройства модуляции функционирования органа тела является отсутствие возможности проведения анализа измеренных физиологических сигналов по заданным критериям и, как следствие, невозможность протезирования нейрогенных функций спинного мозга.A device for modulating the functioning of organs of the body is known (application RU 2004118499, 7 АВВ 5/04 of 03/10/2005), which, in one embodiment, comprises: a source of registered body signals that reflect the functioning of organs of the body, while the specified source includes a computer which contains separate areas for recording signals of various functional categories and in which the registered signals are stored in digital format; means for transmitting one or more registered signals to the organs of the body, wherein said transmission means includes a digital-to-analog converter; means for applying the transmitted signals to the organ of the body to stimulate or regulate the function of the organ, wherein said application means comprises electrodes on the body; means for recording body signals and transmitting registered signals to the specified source, while the specified registration means contains a sensor located on the body; a recording device for recording detected signals in analog form, which is connected to an analog-to-digital converter for converting said detected signals. The main disadvantage of this device modulating the functioning of an organ of the body is the lack of the ability to analyze the measured physiological signals according to specified criteria and, as a result, the impossibility of prosthetics of the neurogenic functions of the spinal cord.
Наиболее близким аналогом заявляемой системы является многоканальный программируемый электронейростимулятор (RU 2286182, A61N 1/36 (2006.01), 27.10.2006 г.), который позволяет воздействовать на центральную и периферическую нервную систему методом дистанционной длительной стимуляции с использованием имплантируемых электродов и может быть использован с целью электростимуляции различных областей головного мозга и эпидуральной стимуляции спинного мозга. Электронейростимулятор содержит неимплантируемую часть в виде блока импульсного передатчика с широтно-импульсной модуляцией и имплантируемую часть в виде блока приемника. Блоки выполнены с возможностью магнитно-индукционной связи между собой. Импульсный передатчик содержит перенастраиваемый высокочастотный генератор, приемник канала телеметрии, управляющий программируемый микроконтроллер передатчика, клавиатуру управления и программирования, жидкокристаллический алфавитно-цифровой дисплей и блок питания. Передатчик соединен с выносной антенной для передачи высокочастотной энергии и приема телеметрической информации. Блок приемника содержит антенну для приема высокочастотной энергии и передачи телеметрической информации, управляющий программируемый микроконтроллер блока приемника, цифроаналоговый преобразователь, усилитель, многоканальный коммутатор, электроды и коннекторы для соединения электродов с многоканальным коммутатором. Многоканальный коммутатор связан своими рабочими входами и выходами, образующими контакты блока приемника, с электродами через коннекторы, образуя каналы стимуляции, включаемые каждый по отдельности или любыми группами, или все одновременно. Основным недостатком ближайшего аналога является то, что с помощью него невозможно осуществить стимуляцию функционирования (вызвать рефлекторные реакции) иннервируемых органов пациента при сегментарных или системных повреждениях его спинного мозга, возникающих в результате травм или патологических процессов спинного мозга. Это обусловлено тем, что при таких нарушениях происходит выпадение соответствующих двигательных или вегетативных функций и нарушение тех форм чувствительности, пути которых проходят через спинной мозг (механическая, температурная и болевая кожная чувствительность, чувствительность двигательного аппарата и некоторых внутренних органов).The closest analogue of the claimed system is a multi-channel programmable electrical neurostimulator (RU 2286182, A61N 1/36 (2006.01), 10.27.2006), which allows you to act on the central and peripheral nervous system by remote long-term stimulation using implantable electrodes and can be used with the purpose of electrical stimulation of various areas of the brain and epidural stimulation of the spinal cord. The electroneurostimulator contains a non-implantable part in the form of a pulse transmitter block with pulse-width modulation and an implantable part in the form of a receiver block. The blocks are made with the possibility of magnetic induction coupling. The pulse transmitter contains a tunable high-frequency generator, a telemetry channel receiver, a programmable transmitter microcontroller, a control and programming keyboard, an LCD alphanumeric display, and a power supply. The transmitter is connected to a remote antenna for transmitting high-frequency energy and receiving telemetric information. The receiver unit contains an antenna for receiving high-frequency energy and transmitting telemetric information, a programmable microcontroller for the receiver unit, a digital-to-analog converter, amplifier, multi-channel switch, electrodes and connectors for connecting electrodes to a multi-channel switch. The multichannel switch is connected by its working inputs and outputs, forming the contacts of the receiver unit, with the electrodes through the connectors, forming stimulation channels that are switched on individually or by any groups, or all at the same time. The main disadvantage of the closest analogue is that it is impossible to stimulate the functioning (cause reflex reactions) of the patient's innervated organs during segmental or systemic injuries of his spinal cord resulting from injuries or pathological processes of the spinal cord. This is due to the fact that in case of such violations, the corresponding motor or vegetative functions fall out and those forms of sensitivity that pass through the spinal cord (mechanical, temperature and painful skin sensitivity, sensitivity of the motor apparatus and some internal organs) are disturbed.
Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей системы стимуляции функционирования органов за счет обеспечения восстановления проводящей функции поврежденного сегмента спинного мозга.The task of the invention is to expand the functionality of the system to stimulate the functioning of organs by ensuring the restoration of the conductive function of the damaged segment of the spinal cord.
Поставленная задача решается тем, что в систему восстановления проводящих функций спинного мозга, включающую неимплантируемую часть в виде блока импульсного передатчика и имплантируемую часть, выполненные с возможностью магнитно-индукционной связи между собой, причем имплантируемая часть содержит приемно-передающий блок, соединенный своими входом и выходом с управляющим программируемым микроконтроллером, выход которого соединен через первый блок преобразования сигнала с блоком коммутации, который связан своими рабочими выходами с электродами, образуя каналы стимуляции, а блок коммутации также связан с одним из входов управляющего программируемого микроконтроллера, при этом первый блок преобразования сигнала включает последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности, дополнительно введены: по меньшей мере, один электрод, выполненный имплантируемым в аксон рецепторного нейрона и подключенный к рабочему входу блока коммутации; второй блок преобразования сигнала, подключенный к выходам блока коммутации и к входам управляющего программируемого микроконтроллера; нейтральный электрод, выполненный имплантируемым в спинномозговую жидкость и подключенный к входу второго блока преобразования сигнала, при этом, по меньшей мере, один канал стимуляции дополнительно содержит частотный модулятор, подключенный к рабочему выходу блока коммутации и связанный с парой электродов, в которой один из электродов выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга выше его повреждения и подключен к выходу частотного модулятора, а второй из электродов выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга ниже его повреждения и подключен к входу частотного модулятора и к рабочему входу блока коммутации; по меньшей мере, один канал стимуляции дополнительно содержит частотный модулятор, подключенный к рабочему выходу блока коммутации и связанный с парой электродов, в которой один из электродов выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга ниже его повреждения и подключен к выходу частотного модулятора, а второй из электродов выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга выше его повреждения и подключен к входу частотного модулятора и к рабочему входу блока коммутации; по меньшей мере, один канал стимуляции содержит электрод, связанный непосредственно с рабочим выходом блока коммутации и выполненный имплантируемым в аксон эффекторного нейрона; управляющий программируемый микроконтроллер содержит источник электрического тока; первый блок преобразования сигнала дополнительно содержит последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и второй усилитель мощности; второй блок преобразования сигнала содержит последовательно соединенные усилитель мощности и аналогово-цифровой преобразователь.The problem is solved in that in the recovery system of the conductive functions of the spinal cord, including the non-implantable part in the form of a pulse transmitter unit and the implantable part, made with the possibility of magneto-induction coupling with each other, and the implantable part contains a receiving-transmitting unit connected by its input and output with a control programmable microcontroller, the output of which is connected through the first signal conversion unit to a switching unit, which is connected by its working outputs to electrodes, forming stimulation channels, and the switching unit is also connected to one of the inputs of the programmable microcontroller, while the first signal conversion unit includes a digital-to-analog converter and a power amplifier connected in series; additionally, at least one electrode is made, which is implanted into an axon of a receptor neuron and connected to the working input of the switching unit; a second signal conversion unit connected to the outputs of the switching unit and to the inputs of a programmable microcontroller; a neutral electrode made implantable in the cerebrospinal fluid and connected to the input of the second signal conversion unit, at least one stimulation channel further comprises a frequency modulator connected to the working output of the switching unit and connected to a pair of electrodes in which one of the electrodes is made implanted into the afferent path of the spinal cord above its damage and connected to the output of the frequency modulator, and the second of the electrodes is implanted into the afferent path of the spinal cord zga below its damage and is connected to the input of the frequency modulator and to the working input of the switching unit; at least one stimulation channel further comprises a frequency modulator connected to the working output of the switching unit and connected to a pair of electrodes, in which one of the electrodes is made implantable into the efferent path of the spinal cord below its damage and connected to the output of the frequency modulator, and the second of the electrodes made implantable in the efferent path of the spinal cord above its damage and connected to the input of the frequency modulator and to the working input of the switching unit; at least one stimulation channel contains an electrode connected directly to the working output of the switching unit and made implantable into the axon of an effector neuron; the control programmable microcontroller contains an electric current source; the first signal conversion unit further comprises a second digital-to-analog converter and a second power amplifier connected in series; the second signal conversion unit comprises a series-connected power amplifier and an analog-to-digital converter.
В предлагаемой системе управляющий программируемый микроконтроллер может содержать программное обеспечение, реализующее функции выбора каналов стимуляции, определения параметров формируемых стимулирующих и модулирующих сигналов, определения времени начала и окончания формирования стимулирующих и модулирующих сигналов на основе параметров входных сигналов и, по меньшей мере, одной совокупности данных в виде кодированных сигналов, определяющих состояния элементов нервной системы, относящихся к одной функциональной системе организма (паттерна).In the proposed system, the programmable control microcontroller may contain software that implements the functions of selecting stimulation channels, determining the parameters of the generated stimulating and modulating signals, determining the start and end times of the formation of stimulating and modulating signals based on the parameters of the input signals and at least one set of data in in the form of encoded signals that determine the state of the elements of the nervous system related to one functional system of ma (pattern).
В предлагаемой системе блок коммутации может содержать, по меньшей мере, два многоканальных коммутатора.In the proposed system, the switching unit may contain at least two multichannel switches.
Предлагаемая система стимуляции функционирования органов может дополнительно содержать ЭВМ, подключенную к ее неимплантируемой части.The proposed system for stimulating the functioning of organs may additionally contain a computer connected to its non-implantable part.
Благодаря тому, что в систему стимуляции функционирования органов дополнительно введен, по меньшей мере, один электрод, выполненный имплантируемым в аксон рецепторного нейрона и подключенный к рабочему входу блока коммутации, становится возможным зарегистрировать и определить параметры, по меньшей мере, одного электрического сигнала в виде нервного импульса, генерируемого рецепторным (чувствительным) нейроном в результате раздражения рецепторов (возникновения стимула) и распространяющегося по центростремительным нервным волокнам по направлению к нервному центру. При этом также становится возможным использовать полученную информацию о параметрах рецепторного сигнала для принятия управляющим программируемым микроконтроллером зависящего от его программного обеспечения решения относительно формирования им стимулирующих сигналов (сигналов - паттернов), направляемых по каналам стимуляции к элементам нервной системы организма.Due to the fact that at least one electrode is inserted into the system for stimulating the functioning of organs, it is made implantable into the axon of the receptor neuron and connected to the working input of the switching unit, it becomes possible to register and determine the parameters of at least one electrical signal in the form of a neural a pulse generated by a receptor (sensitive) neuron as a result of receptor irritation (the occurrence of a stimulus) and propagating along centripetal nerve fibers about the direction to the nerve center. At the same time, it also becomes possible to use the obtained information about the parameters of the receptor signal for making the decision by the controlling programmable microcontroller depending on its software regarding the formation of stimulating signals (signals - patterns) sent through stimulation channels to elements of the nervous system of the body.
Наличие источника электрического тока в управляющем программируемом микроконтроллере обеспечивает формирование им электрических сигналов.The presence of an electric current source in the control programmable microcontroller ensures the formation of electric signals by it.
За счет дополнительно введенного второго блока преобразования сигнала, содержащего последовательно соединенные усилитель мощности и аналогово-цифровой преобразователь, осуществляется преобразование зарегистрированных электродами сигналов - нервных импульсов в цифровой вид, для их восприятия и обработки управляющим программируемым микроконтроллером. А за счет дополнительного введения в первый блок преобразования сигнала последовательно соединенных второго цифроаналогового преобразователя и второго усилителя мощности, обеспечивается одновременное преобразование поступающих в него с управляющего программируемого микроконтроллера сигналов управления блоком коммутации и стимулирующих сигналов, направляемых в каналы стимуляции.Due to the additionally introduced second signal conversion unit containing a power amplifier and an analog-to-digital converter connected in series, the signals, nerve impulses, registered by the electrodes, are converted into digital form for their perception and processing by the programmable microcontroller. And due to the additional introduction of the second digital-to-analog converter and the second power amplifier into the first signal conversion unit, the signals from the control unit of the switching unit and stimulating signals sent to it from the control programmable microcontroller are simultaneously converted to it.
Наличие в заявляемой системе нейтрального электрода, выполненного имплантируемым в спинномозговую жидкость и подключенного к входу второго блока преобразования сигнала, позволяет компенсировать возникающие общие фоновые биопотенциалы, определяемые источниками в организме и во внешней среде.The presence in the inventive system of a neutral electrode, made implantable in the cerebrospinal fluid and connected to the input of the second signal conversion unit, allows you to compensate for the emerging common background biopotentials determined by sources in the body and in the external environment.
В заявляемой системе, по меньшей мере, один канал стимуляции дополнительно содержит частотный модулятор, подключенный к рабочему выходу блока коммутации и связанный с парой электродов, в которой один из электродов выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга выше его повреждения и подключен к выходу частотного модулятора, а второй из электродов выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга ниже его повреждения и подключен к входу частотного модулятора и к рабочему входу блока коммутации. В заявляемой системе также, по меньшей мере, один канал стимуляции дополнительно содержит частотный модулятор, подключенный к рабочему выходу блока коммутации и связанный с парой электродов, в которой один из электродов выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга ниже его повреждения и подключен к выходу частотного модулятора, а второй из электродов выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга выше его повреждения и подключен к входу частотного модулятора и к рабочему входу блока коммутации. Такое выполнение каналов стимуляции позволяет направлять сформированные управляющим программируемым микроконтроллером стимулирующие сигналы в афферентные (восходящие к вышележащим нервным центрам) и эфферентные (нисходящие к нижележащим сегментам спинного мозга) пути спинного мозга, расположенные, соответственно, выше и ниже его повреждения, и, одновременно, регистрировать сигналы, которые поступают в заявляемую систему через электроды, имплантируемые в афферентные (восходящие от нижележащих сегментов спинного мозга) и эфферентные (нисходящие от вышележащих нервных центров) пути спинного мозга, расположенные, соответственно, ниже и выше его повреждения. При этом также становится возможным использовать информацию о параметрах этих зарегистрированных сигналов для принятия управляющим программируемым микроконтроллером, зависящего от его программного обеспечения, решения, относительно формирования (выбора или изменения параметров) стимулирующих сигналов, направляемых по каналам стимуляции к элементам нервной системы организма. Задать (изменить) параметры стимулирующих сигналов, направляемых в афферентные и эфферентные пути спинного мозга, возможно посредством модулирования сигналов, поступающих в заявляемую систему из афферентных и эфферентных путей спинного мозга, расположенных, соответственно, ниже и выше его повреждения (регистрируемые сигналы). Модуляцию возможно осуществить посредством частотных модуляторов, на входы которых поступают модулируемые сигналы (сигналы афферентных и эфферентных путей спинного мозга, расположенных, соответственно, ниже и выше его повреждения) и подаются модулирующие сигналы, формируемые управляющим программируемым микроконтроллером.In the inventive system, at least one stimulation channel further comprises a frequency modulator connected to the working output of the switching unit and connected to a pair of electrodes, in which one of the electrodes is made implantable in the afferent path of the spinal cord above its damage and connected to the output of the frequency modulator, and the second of the electrodes is made implantable into the afferent path of the spinal cord below its damage and is connected to the input of the frequency modulator and to the working input of the switching unit. In the inventive system, at least one stimulation channel further comprises a frequency modulator connected to the working output of the switching unit and connected to a pair of electrodes, in which one of the electrodes is made implantable into the efferent path of the spinal cord below its damage and connected to the output of the frequency modulator and the second of the electrodes is made implantable into the efferent path of the spinal cord above its damage and is connected to the input of the frequency modulator and to the working input of the switching unit. This implementation of the stimulation channels allows directing the stimulating signals generated by the control programmable microcontroller to the afferent (descending to the overlying nerve centers) and efferent (descending to the underlying segments of the spinal cord) spinal cord paths located, respectively, above and below its damage, and, at the same time, registering signals that enter the inventive system through electrodes implanted in afferent (ascending from the underlying segments of the spinal cord) and efferent (descending from the overlying nerve centers) paths of the spinal cord located, respectively, below and above its damage. At the same time, it also becomes possible to use information about the parameters of these registered signals for the decision of the programmable microcontroller, depending on its software, regarding the formation (selection or change of parameters) of stimulating signals sent through stimulation channels to elements of the nervous system of the body. It is possible to set (change) the parameters of stimulating signals directed to the afferent and efferent pathways of the spinal cord by modulating the signals entering the inventive system from the afferent and efferent pathways of the spinal cord located, respectively, below and above its damage (recorded signals). Modulation can be carried out by means of frequency modulators, the inputs of which are modulated signals (signals of afferent and efferent pathways of the spinal cord located, respectively, below and above its damage) and modulating signals are generated, generated by the controlling programmable microcontroller.
В вышесказанном следует понимать, что сигналы, которые регистрируются электродами в эфферентных и афферентных путях спинного мозга, расположенных, соответственно, выше и ниже его повреждения, являются ответной реакцией нервной системы пациента на стимулирующий сигнал, направленный управляющим программируемым микроконтроллером, в проводящие пути спинного мозга, в результате принятия управляющим программируемым контроллером решения относительно поступившего в заявляемую систему рецепторного сигнала. А именно, сигналы, которые регистрируются электродами в эфферентных путях спинного мозга, расположенных выше его повреждения, соответствуют сигналам - командам отделов головного мозга и вышележащих отделов спинного мозга, а сигналы, которые регистрируются электродами в афферентных путях спинного мозга, расположенных ниже его повреждения, соответствуют сигналам - командам, распространяющимся в нижележащих отделах спинного мозга, функционально связанных с его вышележащими сегментами. При этом, в организме человека, элементы нервной системы (афферентные и эфферентные проводящие пути спинного мозга), по которым распространяются стимулирующие сигналы и ответные сигналы - команды головного мозга, сигналы - команды вышележащих отделов спинного мозга и сигналы - команды нижележащих отделов спинного мозга, функционально связаны друг с другом, с элементами нервной системы, по которым распространяется и поступает в заявляемую систему рецепторный сигнал (аксонами рецепторных нейронов), и с элементами нервной системы по которым поступает сигнал, стимулирующий функцию эффектора (аксонами эффекторных нейронов), т.е. данные элементы нервной системы являются звеньями одной функциональной (рефлекторной) системы организма.In the above, it should be understood that the signals that are recorded by the electrodes in the efferent and afferent pathways of the spinal cord located, respectively, above and below its damage, are a response of the patient’s nervous system to a stimulating signal directed by the control programmable microcontroller to the conducting paths of the spinal cord, as a result of the decision by the managing programmable controller regarding the receptor signal received in the inventive system. Namely, the signals that are recorded by the electrodes in the efferent pathways of the spinal cord located above its damage correspond to signals - commands of the parts of the brain and overlying parts of the spinal cord, and the signals that are recorded by the electrodes in the afferent paths of the spinal cord located below its damage correspond to signals - commands distributed in the lower parts of the spinal cord, functionally associated with its overlying segments. At the same time, in the human body, elements of the nervous system (afferent and efferent pathways of the spinal cord) along which stimulating signals and response signals - commands of the brain propagate, signals - commands of the superior parts of the spinal cord and signals - commands of the lower parts of the spinal cord, functionally connected with each other, with elements of the nervous system through which the receptor signal (axons of receptor neurons) is distributed and enters the claimed system, and with elements of the nervous system through which signal arrives, stimulating an effector function (effector axons of neurons), i.e. these elements of the nervous system are links in one functional (reflex) system of the body.
Таким образом, в заявляемой системе обусловлена возможность корректирования (изменения) параметров стимулирующих сигналов в соответствии с параметрами сигналов - команд отделов головного мозга, сигналов - команд вышележащих отделов спинного мозга и сигналов - команд нижележащих отделов спинного мозга, которые отражают изменения состояния функционально связанных с ними рецепторов, происходящие в результате их раздражения, и несут в себе информацию об ожидаемом, в ответ на это раздражение рецепторов, изменении функционального состояния (рефлекторном ответе) исполнительных органов (эффекторов).Thus, in the inventive system, it is possible to correct (change) the parameters of stimulating signals in accordance with the parameters of the signals - commands of the departments of the brain, signals - commands of the overlying sections of the spinal cord and signals - commands of the lower parts of the spinal cord, which reflect changes in the state of the functionally related receptors resulting from their irritation, and carry information about what is expected, in response to this irritation of the receptors, a change in the functional state (reflex response) of the executive bodies (effectors).
Благодаря тому, что в системе стимуляции функционирования органов, по меньшей мере, один канал стимуляции содержит электрод, связанный непосредственно с рабочим выходом блока коммутации и выполненный имплантируемым в аксон эффекторного нейрона, обеспечивается передача, по меньшей мере, одного, сформированного и скорректированного управляющим программируемым микроконтроллером, стимулирующего сигнала к исполнительному органу (эффектору) тела, иннервируемому данным аксоном эффекторного нейрона. Как следует из вышесказанного, стимулирующий сигнал, направляемый к исполнительным органам тела (эффекторам), сформирован с учетом рецепторного сигнала и соответствующих ему сигналов - команд нервных центров, находящихся в функциональной связи со стимулируемыми эффекторами - т.е. стимулирующий сигнал, сформированный заявляемой системой, задает эффекторам определенную программу действия, соответствующую ответу центральной нервной системы организма на раздражение функционально связанных с этими эффекторами и контролируемых заявляемой системой рецепторов. Следовательно, стимулирующий сигнал, который в результате работы заявляемой системы направляется к исполнительным органам тела (эффекторам), способен вызвать адекватную предъявленному стимулу рефлекторную реакцию стимулируемых исполнительных органов тела.Due to the fact that in the system for stimulating the functioning of organs, at least one stimulation channel contains an electrode connected directly to the working output of the switching unit and made by an effector neuron implantable in the axon, transmission of at least one formed and corrected by the control programmable microcontroller is provided stimulating signal to the executive organ (effector) of the body innervated by the given axon of the effector neuron. As follows from the above, the stimulating signal directed to the executive organs of the body (effectors) is formed taking into account the receptor signal and its corresponding signals - commands of the nerve centers that are in functional connection with stimulated effectors - i.e. the stimulating signal generated by the claimed system sets the effectors a specific program of action corresponding to the response of the central nervous system of the body to stimulation of receptors functionally associated with these effectors and controlled by the claimed system. Therefore, the stimulating signal, which, as a result of the operation of the inventive system, is directed to the executive organs of the body (effectors), can cause an adequate reflex response to the stimulated executive organs of the body.
Таким образом, очевидно, что заявленная совокупность существенных признаков, обеспечивая электрическую связь между сегментами спинного мозга, контроль состояния рецепторов, участие команд головного мозга, вышележащих и нижележащих отделов спинного мозга в стимулировании эффекторов (ЦНС-зависимое стимулирование эффекторов), воспроизводит проводниковую и нейрогенную функции сегментов спинного мозга. Этим обусловлено то, что заявляемая система обеспечивает возможность осуществить НДС-зависимую стимуляцию функционирования органов пациента в случае, когда имеются сегментарные или системные повреждения его спинного мозга. Очевидно, что по отношению к устройству - аналогу заявляемая система стимуляции функционирования органов имеет более широкие функциональные возможности.Thus, it is obvious that the claimed combination of essential features, providing electrical connection between segments of the spinal cord, monitoring the state of receptors, the participation of brain teams, overlying and underlying parts of the spinal cord in stimulator stimulation (CNS-dependent stimulation of effectors), reproduces conduction and neurogenic functions segments of the spinal cord. This is due to the fact that the claimed system provides the ability to implement VAT-dependent stimulation of the functioning of the patient's organs in the case when there are segmental or systemic injuries of his spinal cord. It is obvious that in relation to the device - the analogue of the claimed system of stimulation of the functioning of organs has wider functionality.
Посредством программного обеспечения управляющего программируемого микроконтроллера системы стимуляции функционирования органов реализуются функции выбора каналов стимуляции, определения параметров формируемых стимулирующих и модулирующих сигналов, определения времени начала и окончания формирования стимулирующих и модулирующих сигналов, на основе параметров входных сигналов и, по меньшей мере, одной совокупности данных в виде кодированных сигналов, определяющих различные состояния элементов нервной системы, относящихся к одной функциональной системе организма (паттернов). Это позволяет, на основе заданных параметров и параметров сигналов, поступающих в управляющий программируемый микроконтроллер, распознавать связанные с заявляемой системой элементы нервной системы, которые формируют эти входные сигналы, и выбирать для работы определенные каналы стимуляции, которые подключены к элементам нервной системы, функционально связанным с распознанным элементом. Программное обеспечение позволяет также определять функциональные состояния - наличные и ожидаемые - связанных с заявляемой системой элементов нервной системы и использовать эти данные для определения параметров, времени начала и окончания формирования стимулирующих и модулирующих сигналов, предназначенных для изменения функциональных состояний связанных с заявляемой системой элементов нервной системы до ожидаемых результатов.Using the software of the controlling programmable microcontroller of the system of stimulation of organ functioning, the functions of selecting stimulation channels, determining the parameters of generated stimulating and modulating signals, determining the start and end time of the formation of stimulating and modulating signals based on the parameters of the input signals and at least one set of data in in the form of encoded signals defining various states of the elements of the nervous system related to one th functional system of the body (pattern). This allows, on the basis of the set parameters and parameters of the signals entering the control programmable microcontroller, to recognize the elements of the nervous system associated with the claimed system that form these input signals, and to select certain stimulation channels that are connected to the elements of the nervous system that are functionally connected recognized element. The software also allows you to determine the functional states - present and expected - of the elements of the nervous system associated with the claimed system and use this data to determine the parameters, the start and end times of the formation of stimulating and modulating signals designed to change the functional states of the elements of the nervous system to expected results.
Наличие в блоке коммутации, по меньшей мере, двух многоканальных коммутаторов обеспечивает необходимую скорость работы заявляемой системы в случае, например, когда система содержит большое количество имплантируемых в элементы нервной системы электродов.The presence in the switching unit of at least two multichannel switches provides the necessary speed of the inventive system in the case, for example, when the system contains a large number of electrodes implanted in the elements of the nervous system.
Дополнительное подключение ЭВМ к неимплантируемой части системы стимуляции функционирования органов позволяет осуществлять контроль выполнения алгоритма и оценку целостности программного обеспечения программируемого управляющего микроконтроллера, а также отображение и документирование результатов работы заявляемой системы.An additional connection of the computer to the non-implantable part of the system of stimulating the functioning of organs allows monitoring the execution of the algorithm and evaluating the integrity of the software of the programmable control microcontroller, as well as displaying and documenting the results of the claimed system.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими изображениями, где на фиг.1 представлена функциональная схема системы стимуляции функционирования органов в варианте выполнения, когда она содержит минимально возможное количество электродов и дополнительно содержит ЭВМ, подключенную к неимплантируемой части, на фиг.2 представлена функциональная схема варианта выполнения приемно-передающего блока имплантируемой части системы стимуляции функционирования органов, на фиг.3 представлена функциональная схема варианта выполнения блока импульсного передатчика, в виде которого выполнена неимплантируемая часть системы стимуляции функционирования органов.The essence of the claimed invention is illustrated by graphic images, where Fig. 1 shows a functional diagram of a system for stimulating the functioning of organs in an embodiment when it contains the smallest possible number of electrodes and additionally contains a computer connected to a non-implantable part, Fig. 2 shows a functional diagram of an embodiment of a receiving the transmitting unit of the implantable part of the system for stimulating the functioning of organs, Fig. 3 shows a functional diagram of an embodiment Pulse transmitter unit, a part of which is made neimplantiruemaya bodies functioning stimulation system.
Система стимуляции функционирования органов в варианте выполнения, когда она содержит минимально возможное количество электродов и дополнительно содержит ЭВМ, подключенную к неимплантируемой части, включает в себя неимплантируемую часть (1) в виде блока импульсного передатчика и имплантируемую часть (2), выполненные с возможностью магнитно-индукционной связи между собой. Неимплантируемая часть (1) соединена входом - выходом с ЭВМ (17). Имплантируемая часть (2) содержит приемно-передающий блок (3), соединенный своими входом и выходом с управляющим программируемым микроконтроллером (4), который содержит источник электрического тока (на фиг. не показано). Выход управляющего программируемого микроконтроллера (4) соединен с блоком коммутации (7) через первый блок преобразования сигнала (6), который включает два цифроаналоговых преобразователя, к каждому из которых последовательно подсоединены по одному усилителю мощности (на фиг. не показано). Блок коммутации (7) также связан с входами управляющего программируемого микроконтроллера (4) через второй блок преобразования сигнала (5), который содержит последовательно соединенные усилитель мощности и аналогово-цифровой преобразователь (на фиг. не показано). Ко входу второго блока преобразования сигнала (5) подключен нейтральный электрод (14), выполненный имплантируемым в спинномозговую жидкость (на фиг. не показано). К рабочему входу блока коммутации (7) подключен один электрод (8), выполненный имплантируемым в аксон рецепторного нейрона (на фиг. не показано). Блок коммутации (7) также связан своими рабочими выходами с электродами (9), (10), (11), (12), (13), образуя каналы стимуляции следующим образом: один электрод (13) связан непосредственно с рабочим выходом блока коммутации (7) и выполнен имплантируемым в аксон эффекторного нейрона (на фиг. не показано); один из каналов стимуляции содержит частотный модулятор (15), подключенный к рабочему выходу блока коммутации (7) и связанный с парой электродов (9) и (10), в которой электрод (9) выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга выше его повреждения (на фиг. не показано) и подключен к выходу частотного модулятора (15), а электрод (10) выполнен имплантируемым в афферентный путь спинного мозга ниже его повреждения (на фиг. не показано) и подключен к входу частотного модулятора (15) и к рабочему входу блока коммутации (7); другой из каналов стимуляции содержит частотный модулятор (16), подключенный к рабочему выходу блока коммутации (7) и связанный с парой электродов (11), (12), в которой электрод (11) выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга выше его повреждения (на фиг. не показано) и подключен к входу частотного модулятора (16) и к рабочему входу блока коммутации (7), а электрод (12) выполнен имплантируемым в эфферентный путь спинного мозга ниже его повреждения (на фиг. не показано) и подключен к выходу частотного модулятора (16).The system of stimulating the functioning of organs in the embodiment when it contains the minimum possible number of electrodes and additionally contains a computer connected to the non-implantable part, includes the non-implantable part (1) in the form of a pulse transmitter unit and the implantable part (2), made with the possibility of magnetic induction connection between each other. The non-implantable part (1) is connected by an input - an output to a computer (17). The implantable part (2) contains a transmitter / receiver unit (3) connected by its input and output to a programmable control microcontroller (4), which contains an electric current source (not shown in Fig.). The output of the control programmable microcontroller (4) is connected to the switching unit (7) through the first signal conversion unit (6), which includes two digital-to-analog converters, each of which is connected in series to one power amplifier (not shown in Fig.). The switching unit (7) is also connected to the inputs of the programmable microcontroller (4) through a second signal conversion unit (5), which contains a series-connected power amplifier and an analog-to-digital converter (not shown in Fig.). A neutral electrode (14) made implantable in the cerebrospinal fluid (not shown in Fig.) Is connected to the input of the second signal conversion unit (5). One electrode (8) is connected to the working input of the switching unit (7), which is made implantable into the axon of a receptor neuron (not shown in Fig.). The switching unit (7) is also connected by its working outputs to the electrodes (9), (10), (11), (12), (13), forming stimulation channels as follows: one electrode (13) is connected directly to the working output of the switching unit (7) and is made implantable into an axon of an effector neuron (not shown in Fig.); one of the stimulation channels contains a frequency modulator (15) connected to the working output of the switching unit (7) and connected to a pair of electrodes (9) and (10), in which the electrode (9) is made implantable into the afferent path of the spinal cord above its damage ( not shown) and connected to the output of the frequency modulator (15), and the electrode (10) is made implantable in the afferent path of the spinal cord below its damage (not shown in Fig.) and connected to the input of the frequency modulator (15) and to the working the input of the switching unit (7); another of the stimulation channels contains a frequency modulator (16) connected to the working output of the switching unit (7) and connected to a pair of electrodes (11), (12), in which the electrode (11) is made implantable into the efferent path of the spinal cord above its damage ( in Fig. not shown) and connected to the input of the frequency modulator (16) and to the working input of the switching unit (7), and the electrode (12) is made implantable in the efferent path of the spinal cord below its damage (not shown in Fig.) and connected to the output of the frequency modulator (16).
Приемно-передающее устройство (3) системы стимуляции функционирования органов в одном из вариантов выполнения (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор опорной частоты, формирователь передаваемых сигналов, приемно-передающую антенну, усилитель, полосовой фильтр, аналогово-цифровой преобразователь, при этом выход аналогово-цифрового преобразователя и вход формирователя передаваемых сигналов предназначены для подключения к внешнему устройству - управляющему программируемому микроконтроллеру (4), а приемно-передающая антенна обеспечивает магнитно-индукционную связь с неимплантируемой частью (1) системы стимуляции функционирования органов.The transmitting and receiving device (3) of the system for stimulating the functioning of organs in one embodiment (Fig. 2) comprises serially connected a reference frequency generator, a shaper of transmitted signals, a transmitting and receiving antenna, an amplifier, a bandpass filter, an analog-to-digital converter, and the output the analog-to-digital converter and the input of the transmitter of the transmitted signals are intended for connection to an external device - the control programmable microcontroller (4), and the receiving-transmitting ant to provide a magnetic induction link with neimplantiruemoy part (1) pacing system functioning organs.
Блок импульсного передатчика, в виде которого выполнена неимплантируемая часть (1) системы стимуляции функционирования органов, в варианте выполнения может содержать (фиг.3) последовательно соединенные между собой источник питания, перенастраиваемый высокочастотный генератор, приемопередающую антенну и приемник канала телеметрии. При этом вход - выход приемника канала телеметрии и вход высокочастотного генератора предназначены для дополнительного подключения ЭВМ (17) к неимплантируемой части (1).The pulse transmitter unit, in the form of which the non-implantable part (1) of the organ stimulation system is made, in the embodiment, may comprise (Fig. 3) a power source, a tunable high-frequency generator, a transceiver antenna and a telemetry channel receiver connected in series. In this case, the input - output of the telemetry channel receiver and the input of the high-frequency generator are intended for additional computer connection (17) to the non-implantable part (1).
Управляющий программируемый микроконтроллер (4) выполнен на базе интегральной схемы и в качестве источника электрического тока может содержать, например, специальные аккумуляторные батареи медицинского назначения. Управляющий программируемый микроконтроллер (4), в частном случае выполнения, содержит программное обеспечение, реализующее функции выбора каналов стимуляции, определения параметров формируемых стимулирующих и модулирующих сигналов, определения времени начала и окончания формирования стимулирующих и модулирующих сигналов, на основе параметров входных сигналов и, по меньшей мере, одной совокупности данных в виде кодированных сигналов, определяющих состояния элементов нервной системы, относящихся к одной функциональной системе организма (паттерна).The control programmable microcontroller (4) is made on the basis of an integrated circuit and may contain, for example, special medical batteries as an electric current source. The control programmable microcontroller (4), in the particular case of execution, contains software that implements the functions of selecting stimulation channels, determining the parameters of the generated stimulating and modulating signals, determining the start and end times of the formation of stimulating and modulating signals, based on the parameters of the input signals and, at least at least one set of data in the form of encoded signals that determine the state of the elements of the nervous system related to one functional system isma (pattern).
Блок коммутации (7) может содержать, по меньшей мере, два многоканальных коммутатора (на фиг. не показано), для обеспечения необходимой скорости работы заявляемой системы в случае, например, когда система содержит большое количество электродов (8), (9), (10), (11), (12), (13), подключенных к соответствующим элементам нервной системы (на фиг. не показано).The switching unit (7) may contain at least two multichannel switches (not shown in Fig.), To ensure the necessary speed of the inventive system in the case, for example, when the system contains a large number of electrodes (8), (9), ( 10), (11), (12), (13) connected to the corresponding elements of the nervous system (not shown in Fig.).
Электроды (8), (9), (10), (11), (12), (13) могут быть выполнены стеклянными или пластиковыми со сквозным каналом, содержащим раствор электролита, или титановыми, при этом диаметры электродов (8), (9), (10), (11), (12), (13) должны быть меньше диаметров соответствующих элементов нервной системы (афферентных и эфферентных проводящих путей, аксонов рецепторных и эффекторных нейронов) (на фиг. не показано), в которые эти электроды имплантируются, а количество электродов (8), (9), (10), (11), (12), (13) определяется количеством соответствующих им нервных элементов, подключаемых к заявляемой системе.The electrodes (8), (9), (10), (11), (12), (13) can be made of glass or plastic with a through channel containing an electrolyte solution, or titanium, while the diameters of the electrodes (8), ( 9), (10), (11), (12), (13) should be less than the diameters of the corresponding elements of the nervous system (afferent and efferent pathways, axons of receptor and effector neurons) (not shown in Fig.), Into which these electrodes are implanted, and the number of electrodes (8), (9), (10), (11), (12), (13) is determined by the number of corresponding nerve elements connected to the system being.
Нейтральный электрод (14) может быть выполнен в виде титановой пластины с возможностью помещения его в спинномозговую жидкость.The neutral electrode (14) can be made in the form of a titanium plate with the possibility of placing it in the cerebrospinal fluid.
Система стимуляции функционирования органов работает следующим образом. При помощи неимплантируемой части (1) выполненной в виде блока импульсного передатчика, вводят программное обеспечение в управляющий программируемый микроконтроллер (4). При этом сигналы неимплантируемой части (1) являются одновременно импульсами энергетической накачки, что экономит потребление энергии управляющего программируемого микроконтроллера (4) от собственного источника питания (на фиг. не показано). В случае если система стимуляции функционирования органов дополнительно содержит ЭВМ (17), подключенную к неимплантируемой части (1), то производят контроль выполнения алгоритма и оценку целостности программного обеспечения управляющего программируемого микроконтроллера (4).A system for stimulating the functioning of organs works as follows. Using the non-implantable part (1) made in the form of a pulse transmitter unit, the software is introduced into the control programmable microcontroller (4). In this case, the signals of the non-implantable part (1) are simultaneously energy pumping pulses, which saves the energy consumption of the control programmable microcontroller (4) from its own power supply (not shown in Fig.). If the system for stimulating the functioning of organs additionally contains a computer (17) connected to the non-implantable part (1), then the execution of the algorithm is monitored and the software integrity of the controlling programmable microcontroller is evaluated (4).
Предварительно отключив имплантируемую часть (2) от неимплантируемой части (1), хирургическим путем устанавливают имплантируемую часть (2) заявляемой системы в область повреждения спинного мозга (на фиг. не показано). Электроды (8), (9), (10), (11), (12), (13) имплантируют в нервные элементы, составляющие единую функциональную (рефлекторную) систему организма, специализированную к определенной функции стимулируемого органа: электроды (8) - в аксоны рецепторных нейронов, электроды (13) - в аксоны эффекторных нейронов, электроды (9) - в культи афферентных путей спинного мозга выше его повреждения, электроды (10) - в культи афферентных путей спинного мозга ниже его повреждения, электроды (11) - в культи эфферентных путей спинного мозга выше его повреждения, электроды (12) - в культи эфферентных путей спинного мозга ниже его повреждения. Нейтральный электрод (14) помещают в спинномозговую жидкость. Остальные элементы имплантируемой части (2) заявляемой системы размещают на внешней стороне тела позвонка, топологически соответствующего поврежденному участку спинного мозга. Количество электродов (8) и (13), имплантируемых, соответственно, в аксоны рецепторных и эффекторных нейронов, количество стимулирующих каналов, содержащих электроды (9), (10), (11), (12), выбор нервных путей, в которые имплантируются электроды заявляемой системы и, соответственно, число входов и выходов блока коммутации (7), а также программное обеспечение управляющего программируемого микроконтроллера (4) зависят от анатомо-физиологических параметров поврежденного участка спинного мозга и числа элементов нервной системы, участвующих в функциональной системе поврежденного сегмента (группы сегментов) спинного мозга, либо в группе таких функциональных систем организма.Having previously disconnected the implantable part (2) from the non-implantable part (1), the implantable part (2) of the claimed system is surgically placed in the area of damage to the spinal cord (Fig. Not shown). The electrodes (8), (9), (10), (11), (12), (13) are implanted into the nerve elements that make up a single functional (reflex) system of the body, specialized to a specific function of the stimulated organ: electrodes (8) - to axons of receptor neurons, electrodes (13) to axons of effector neurons, electrodes (9) to the stump of afferent pathways of the spinal cord above its damage, electrodes (10) to the stump of afferent paths of the spinal cord below its damage, electrodes (11) - in the stump of the efferent paths of the spinal cord above its damage, electrodes (12) - in the cult and efferent pathways of the spinal cord below its damage. The neutral electrode (14) is placed in the cerebrospinal fluid. The remaining elements of the implantable part (2) of the claimed system are placed on the outside of the vertebral body, topologically corresponding to the damaged area of the spinal cord. The number of electrodes (8) and (13) implanted, respectively, in the axons of receptor and effector neurons, the number of stimulating channels containing electrodes (9), (10), (11), (12), the choice of nerve pathways into which they are implanted electrodes of the claimed system and, accordingly, the number of inputs and outputs of the switching unit (7), as well as the software of the programmable microcontroller (4) depend on the anatomical and physiological parameters of the damaged part of the spinal cord and the number of elements of the nervous system involved in the functional the entire system of the damaged segment (group of segments) of the spinal cord, or in the group of such functional systems of the body.
Нервный импульс, генерируемый рецепторным нейроном в результате раздражения рецепторов (возникновения стимула) и распространяющийся по центростремительному нервному волокну по направлению к нервному центру, регистрируется электродом (8), имплантированным в аксон рецепторного нейрона. Одновременно, в организме распространяются сигналы нервной системы - команды головного мозга и команды отделов спинного мозга, лежащих ниже и выше его поврежденного участка. Сигналы - команды головного мозга и вышележащих отделов спинного мозга распространяются по эфферентным путям спинного мозга и регистрируются электродами (11), имплантированными в этих путях выше поврежденного участка. Сигналы - команды нижележащих отделов спинного мозга распространяются по афферентным путям спинного мозга и регистрируются электродами (10), имплантированными в этих путях ниже поврежденного участка.A nerve impulse generated by a receptor neuron as a result of receptor irritation (the appearance of a stimulus) and propagating along the centripetal nerve fiber towards the nerve center is detected by an electrode (8) implanted in the axon of the receptor neuron. At the same time, signals of the nervous system are distributed in the body - commands of the brain and teams of the spinal cord lying below and above its damaged area. Signals - commands of the brain and overlying parts of the spinal cord are distributed along the efferent pathways of the spinal cord and are recorded by electrodes (11) implanted in these paths above the damaged area. Signals - commands from the lower parts of the spinal cord are distributed along the afferent pathways of the spinal cord and are recorded by electrodes (10) implanted in these paths below the damaged area.
Зарегистрированные электродами (8), (10), (11) электрические сигналы поступают через блок коммутации (7) во второй блок преобразования сигнала (5), где сигналы усиливаются и преобразуются в цифровую форму для их восприятия управляющим программируемым микроконтроллером (4).The electrical signals registered by the electrodes (8), (10), (11) are fed through the switching unit (7) to the second signal conversion unit (5), where the signals are amplified and converted into digital form for their perception by the programmable microcontroller (4).
Управляющий программируемый микроконтроллер (4), после определения параметров поступивших на его вход преобразованных сигналов, принимает зависящее от параметров этих входных сигналов и от программного обеспечения решение относительно формирования стимулирующих сигналов (сигналов - паттернов), предназначенных для направления по каналам стимуляции к элементам нервной системы организма. В частности, посредством описанного выше программного обеспечения управляющий программируемый микроконтроллер (4) реализует: выбор каналов стимуляции, к которым подключены функционально связанные с распознанным рецептором элементы нервной системы; выбор параметров стимулирующих сигналов, предназначенных для проведения по выбранным каналам стимуляции к электродам (9), (12), имплантированным, соответственно, в афферентные и эфферентные пути спинного мозга, расположенным, соответственно, выше и ниже его повреждения, а также время начала и окончания формирования этих стимулирующих сигналов; параметры, время начала и окончания формирования модулирующих сигналов, предназначенных для изменения параметров сигналов, поступающих с электродов (10) и (11), и получения в результате стимулирующих сигналов с выбранными параметрами.The programmable control microcontroller (4), after determining the parameters of the converted signals received at its input, makes a decision depending on the parameters of these input signals and the software regarding the formation of stimulating signals (signals - patterns) intended for directing along the stimulation channels to elements of the nervous system of the body . In particular, using the software described above, the programmable microcontroller (4) implements: the choice of stimulation channels to which elements of the nervous system functionally connected with the recognized receptor are connected; selection of parameters of stimulating signals intended for conducting along selected channels of stimulation to electrodes (9), (12) implanted, respectively, in afferent and efferent pathways of the spinal cord located, respectively, above and below its damage, as well as the start and end times the formation of these stimulating signals; parameters, the start and end time of the formation of modulating signals intended to change the parameters of the signals coming from the electrodes (10) and (11), and to obtain stimulating signals with the selected parameters as a result.
В результате принятого решения управляющий программируемый микроконтроллер (4) генерирует сигнал управления, переключающий блок коммутации (7) на работу с выбранными каналами стимуляции, а также, при необходимости, формирует модулирующие сигналы, которые направляются на частотные модуляторы (15) и (16). Сформированные управляющим программируемым микроконтроллером (4) управляющий и модулирующий сигналы преобразуются одновременно в первом блоке преобразования сигнала (6) путем их цифроаналогового преобразования и усиления.As a result of the decision, the control programmable microcontroller (4) generates a control signal that switches the switching unit (7) to work with the selected stimulation channels, and, if necessary, generates modulating signals that are sent to frequency modulators (15) and (16). The control and modulating signals formed by the control programmable microcontroller (4) are converted simultaneously in the first signal conversion block (6) by their digital-to-analog conversion and amplification.
Модулирующие сигналы, поступающие на частотные модуляторы (15) и (16), изменяют параметры сигналов, поступающих на соответствующие частотные модуляторы с электродов (10), (11). В результате частотной модуляции формируются стимулирующие сигналы с заданными параметрами, которые направляются через электроды (9), (12), соответственно, в афферентные и эфферентные пути спинного мозга, расположенные, соответственно, выше и ниже его повреждения. Распространяясь в проводящих путях спинного мозга, стимулирующие сигналы вызывают ответную реакцию нервной системы - команды головного мозга и команды отделов спинного мозга, лежащих ниже и выше его поврежденного участка. Сигналы - команды головного мозга и вышележащих отделов спинного мозга распространяются по эфферентным путям спинного мозга к месту его повреждения и регистрируются электродами (11), имплантированными в этих путях выше повреждения. Сигналы - команды нижележащих отделов спинного мозга распространяются по афферентным путям спинного мозга к месту его повреждения и регистрируются электродами (10), имплантированными в этих путях ниже повреждения. Зарегистрированные «ответные» сигналы после их преобразования во втором блоке преобразования сигналов (5) поступают на вход управляющего программируемого микроконтроллера (4), который принимает зависящее от параметров поступивших через электроды (8), (10), (11) сигналов и от программного обеспечения решение относительно определения (выбора или изменения) параметров стимулирующих сигналов, предназначенных для проведения к электродам (13), имплантированным в аксоны эффекторных нейронов, а также относительно определения времени начала и окончания генерирования (формирования) этих стимулирующих сигналов. В результате принятого решения управляющий программируемый микроконтроллер (4) генерирует стимулирующие сигналы, направляемые к электродам (13), которые затем поступают в аксоны эффекторных нейронов, проводящие эти сигналы к эффекторам - исполнительным органам. Поскольку стимулирующие сигналы, направляемые к электродам (13), имеют параметры, сформированные в соответствии с параметрами сигналов - команд головного мозга и сигналов - команд нижележащих и вышележащих отделов спинного мозга, вызванных стимулирующим сигналом, сформированным, в свою очередь, в соответствии с рецепторным сигналом, вызванным раздражением рецепторов, а элементы нервной системы, проводящие все эти сигналы, относятся к одной функциональной системе (являются звеньями одной рефлекторной системы) организма, то стимулирующие сигналы, поступающие в результате работы заявляемой системы в аксоны эффекторных нейронов, вызывают в иннервируемых ими органах тела рефлекторную реакцию, адекватную предъявленному стимулу (раздражению рецепторов).Modulating signals arriving at the frequency modulators (15) and (16) change the parameters of the signals arriving at the corresponding frequency modulators from the electrodes (10), (11). As a result of frequency modulation, stimulating signals are formed with given parameters, which are sent through the electrodes (9), (12), respectively, to the afferent and efferent pathways of the spinal cord located, respectively, above and below its damage. Spreading in the pathways of the spinal cord, stimulating signals elicit a response from the nervous system — the commands of the brain and the teams of the spinal cord lying below and above its damaged area. Signals - commands of the brain and overlying parts of the spinal cord are distributed along the efferent pathways of the spinal cord to the site of its damage and are recorded by electrodes (11) implanted in these paths above the damage. Signals - commands from the lower parts of the spinal cord propagate along the afferent pathways of the spinal cord to the site of its damage and are recorded by electrodes (10) implanted in these paths below the damage. The registered "response" signals after their conversion in the second signal conversion unit (5) are fed to the input of the control programmable microcontroller (4), which receives signals depending on the parameters received through the electrodes (8), (10), (11) and the software a decision regarding the determination (selection or change) of the parameters of stimulating signals intended for conducting to the electrodes (13) implanted in the axons of the effector neurons, as well as regarding the determination of the start and end times Nia generating (forming) of the stimulating signals. As a result of the decision, the control programmable microcontroller (4) generates stimulating signals directed to the electrodes (13), which then enter the axons of the effector neurons that conduct these signals to the effectors - executive organs. Since the stimulating signals directed to the electrodes (13) have parameters formed in accordance with the parameters of the signals - commands of the brain and signals - commands of the underlying and overlying sections of the spinal cord, caused by the stimulating signal, which, in turn, is formed in accordance with the receptor signal caused by irritation of the receptors, and the elements of the nervous system that conduct all these signals belong to the same functional system (are links in the same reflex system) of the body, then they stimulate ignaly received as a result of the inventive system axons effector neurons, evoke in body organs innervated reflex reaction, an adequate stimulus presentation (irritation receptors).
Таким образом, заявляемая система осуществляет стимуляцию функционирования органов в случае, когда участок спинного мозга, в котором расположены нервные элементы, участвующие в регуляции тех или иных функций этих органов, поврежден.Thus, the inventive system stimulates the functioning of organs in the case when the portion of the spinal cord in which the nerve elements located involved in the regulation of certain functions of these organs are located is damaged.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009106263/14A RU2401137C1 (en) | 2009-02-24 | 2009-02-24 | Body function activation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009106263/14A RU2401137C1 (en) | 2009-02-24 | 2009-02-24 | Body function activation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2401137C1 true RU2401137C1 (en) | 2010-10-10 |
Family
ID=44024818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009106263/14A RU2401137C1 (en) | 2009-02-24 | 2009-02-24 | Body function activation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2401137C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107212878A (en) * | 2017-07-11 | 2017-09-29 | 唐佩福 | Spinal cord injury bioelectrical signals conduction device |
-
2009
- 2009-02-24 RU RU2009106263/14A patent/RU2401137C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107212878A (en) * | 2017-07-11 | 2017-09-29 | 唐佩福 | Spinal cord injury bioelectrical signals conduction device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11612741B2 (en) | Patterned stimulation intensity for neural stimulation | |
| US10342980B2 (en) | Neurostimulator and method for regulating the same | |
| CN101237906B (en) | Device and electrode system for electric stimulation of muscle tissue | |
| EP2229211B1 (en) | Systems for neuromodulation using pre-recorded waveforms | |
| CN106999088A (en) | System and method for monitoring muscular recuperation | |
| US9421379B2 (en) | Neuromodulation system incorporating multivariate sensing, multivariable pattern recognition, and patient specific adaptation | |
| US20050273890A1 (en) | Neural interface system and method for neural control of multiple devices | |
| CN106669027B (en) | Self-calibrating neurostimulation system | |
| US20120136410A1 (en) | Systems and methods for neuromodulation using pre-recorded waveforms | |
| US10391313B2 (en) | Systems and methods for the development of therapy paradigms for neurological treatments | |
| CN103638599A (en) | Implanted nerve electrical stimulation control method, device and system | |
| US20160121115A1 (en) | Systems and methods for electrical stimulation of neural tissue | |
| Troyk et al. | In-vivo tests of a 16-channel implantable wireless neural stimulator | |
| Bjånes et al. | A robust encoding scheme for delivering artificial sensory information via direct brain stimulation | |
| CN105288849A (en) | Implanted type electrical nerve stimulation system with modulation mode | |
| US20220001183A1 (en) | Systems and methods for controlling levels of perceived intensity of a sensory stimulus | |
| RU2401137C1 (en) | Body function activation system | |
| EP4071584A1 (en) | On-line autocalibration method for a computer brain interface device and computer brain interface device | |
| Qi et al. | A versatile microprocessor-based multichannel stimulator for experimental use in epidural spinal cord stimulation | |
| Bundo | Multichannel electrocutaneous stimulus application for nociceptive system characterization | |
| Lim et al. | Early feasibility of an embedded bi-directional brain-computer interface for ambulation | |
| WO2023250309A2 (en) | Implantable electrocorticogram brain-computer interface systems for movement and sensation restoration | |
| CN111013012A (en) | Remote monitoring system of implantable instrument | |
| DE102020213417A1 (en) | PHYSIOLOGICAL SIGNAL TRANSMITTER AND RECEIVER DEVICE | |
| CN117357787A (en) | Transcranial electrical stimulation system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140225 |