RU2498769C2 - Apparatus for epileptiform activity detection and prevention - Google Patents

Apparatus for epileptiform activity detection and prevention Download PDF

Info

Publication number
RU2498769C2
RU2498769C2 RU2011134228/14A RU2011134228A RU2498769C2 RU 2498769 C2 RU2498769 C2 RU 2498769C2 RU 2011134228/14 A RU2011134228/14 A RU 2011134228/14A RU 2011134228 A RU2011134228 A RU 2011134228A RU 2498769 C2 RU2498769 C2 RU 2498769C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
output
stimulating
evaluation
Prior art date
Application number
RU2011134228/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011134228A (en
Inventor
Мария Владимировна Крючкова
Максум Фасахович Исмагилов
Александр Азикович Порунов
Татьяна Михайловна Ксенофонтова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2011134228/14A priority Critical patent/RU2498769C2/en
Publication of RU2011134228A publication Critical patent/RU2011134228A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498769C2 publication Critical patent/RU2498769C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment. An apparatus for epileptiform activity detection and prevention comprises a microelectrode system (1), a preamplifier (3), a filter (4) integrated into an information stimulation unit (2), and a power supply (9). When in use the microelectrode system (1) is implanted into an epileptiform activity site and serves as a diagnostic recorder or an electric neurostimulator. The apparatus comprises an electric neurostimulator (6), a receiver-transmitter (8), a micro antenna connected to a telemetry channel with a doctor's block (10) which are structurally combined within an evaluation and control unit (19). When in use the evaluation and control unit (19) is implanted into an infraclavicular region. The information stimulation unit (2) comprises a microsystem switch (7). The evaluation and control unit (19) comprises an electroencephalographic signal processing and analysis unit (5).
EFFECT: invention enables more reliable short-term eliteptiform activity prediction, as well as more effective neurostimulation for the purpose of epileptic discharge extension.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к информационнно-управляющим системам медицинского назначения, используемым для прогнозирования и предупреждения эпилептиформной активности у больных эпилепсией.The invention relates to medical equipment, in particular to medical information management systems used to predict and prevent epileptiform activity in patients with epilepsy.

Известно устройство, применяемое в клинической практике, включающее электроэнцефалограф, связанный системой проводов с электродами и обеспечивающий снятие и обработку биопотенциалов головного мозга, результаты которой могут быть использованы только для исследования и оценки процесса развития эпилептиформной активности и определения момента ее наступления, т.е. для получения информации в режиме постфактум и не позволяют решать задачу обнаружения и предупреждения эпилептиформной активности в реальном масштабе времени и за пределами клинических условий. [Зенков Л.Р. Клиническая эпилептология с элементами нейрофизиологии. // М. - Медицинское информ.агентство, 2002. - С.281-283].A device is known that is used in clinical practice, including an electroencephalograph connected by a system of wires with electrodes and providing for the removal and processing of brain biopotentials, the results of which can only be used to study and evaluate the development of epileptiform activity and determine the moment of its onset, i.e. to obtain information after the fact and do not allow solving the problem of detecting and preventing epileptiform activity in real time and outside of clinical conditions. [Zenkov L.R. Clinical epileptology with elements of neurophysiology. // M. - Medical information agency, 2002. - S.281-283].

Кроме того, данное устройство в связи с наличием соединительных проводов, связывающих систему электродов, расположенных на голове пациента с обрабатывающей аппаратурой, ограничивает движение пациента, а также может быть источником помех, искажающих форму и спектр информативных сигналов.In addition, this device due to the presence of connecting wires connecting the electrode system located on the patient’s head with the processing equipment, restricts the patient’s movement, and can also be a source of interference, distorting the shape and spectrum of informative signals.

Последний недостаток описанного выше устройства практически устранен в устройстве для электроэнцефалографических исследований [ав. св. №1734687, МПК А6В 5/04 опубл. 23.05.1992 г.], обеспечивающем возможность проведения исследования пациента без ограничения свободы его движений.The last disadvantage of the above device is almost eliminated in the device for electroencephalographic studies [av. St. No. 1734687, IPC A6V 5/04 publ. 05/23/1992], providing the possibility of conducting a study of the patient without restricting the freedom of his movements.

Это устройство состоит из двух частей, одна из которых содержит шлем, надеваемый на голову пациента, с размещенными в нем электродами для снятия биопотенциалов мозга, усилителями биопотенциалов, блоком преобразования информации, передатчиком электромагнитного сигнала, снабженным передающей антенной, и блоком питания, а вторая часть, расположенная в зоне устойчивого приема электромагнитных волн, содержит приемник электромагнитного сигнала, снабженный приемной антенной, и блок обработки и регистрации информации, соединенный с выходом приемника.This device consists of two parts, one of which contains a helmet that is worn on the patient’s head, with electrodes placed in it for removing the brain’s biopotentials, biopotential amplifiers, an information conversion unit, an electromagnetic signal transmitter equipped with a transmitting antenna, and a power supply, and the second part located in the zone of stable reception of electromagnetic waves, contains an electromagnetic signal receiver equipped with a receiving antenna, and an information processing and recording unit connected to the output receiver

Однако данное устройство в связи с использованием накожных электродов не позволяет предсказывать с достаточным временным упреждением момент возникновения эпилептиформной активности в реальном времени, так как выявляет этот процесс только после возникновения эпилептического припадка. Среди множества причин, вызывающих это запаздывание наибольший вклад имеет время преобразования и передачи массива первичных ЭЭГ-сигналов по телекоммуникационному каналу, а также реактивные свойства накладной электродной системы. Рассмотренные выше устройства функционально предназначены только для регистрации ЭЭГ и решения диагностических задач по определению характеристик эпилептиформной активности и не позволяют проводить лечебный процесс в реальном масштабе времени.However, this device in connection with the use of cutaneous electrodes does not allow predicting, with a sufficient time lead, the instant of occurrence of epileptiform activity in real time, since this process is detected only after the occurrence of an epileptic seizure. Among the many reasons that cause this delay, the greatest contribution is the time of conversion and transmission of an array of primary EEG signals via a telecommunication channel, as well as the reactive properties of an overhead electrode system. The devices discussed above are functionally designed only for recording EEG and solving diagnostic problems to determine the characteristics of epileptiform activity and do not allow the treatment process to be carried out in real time.

Известен электронейростимулятор [пат. США №6505077 В1 МПК A61N 1/36 опубл. 07.01.2003 г.], который содержит неимплантируемую часть в виде блока импульсного передатчика и имплантируемую часть в виде блока приемника. Имплантируемая часть содержит процессор, блок памяти, источник питания, рамочную антенну для перезарядки источника питания извне, и другие элементы для получения сигналов стимуляции требуемого вида. Во время перезарядки источника питания можно осуществлять перепрограммирование электронейростимулятора с использованием внешнего программатора и проводить контроль взаимного расположения антенн. При этом антенна для перезарядки может выполнять функцию антенны для телеметрии, а устройство в целом позволяет воздействовать на центральную нервную систему методом дистанционной длительной стимуляции переменным током с использованием имплантируемых электродов с целью подавления эпилептиформной активности.Known electroneurostimulator [US Pat. USA No. 6505077 B1 IPC A61N 1/36 publ. January 7, 2003], which contains the non-implantable part in the form of a pulse transmitter unit and the implantable part in the form of a receiver unit. The implantable part contains a processor, a memory unit, a power source, a loop antenna for recharging the power source from the outside, and other elements for receiving stimulation signals of the desired type. During the recharge of the power source, it is possible to reprogram the electrical neurostimulator using an external programmer and monitor the relative position of the antennas. In this case, the antenna for recharging can act as an antenna for telemetry, and the device as a whole allows you to act on the central nervous system by remote long-term stimulation with alternating current using implantable electrodes to suppress epileptiform activity.

Однако данный электронейростимулятор имеет ограниченные функциональные возможности (не позволяет одновременно и в сочетании решать диагностические и терапевтические задачи), а также не обеспечивает раздельных режимов управления лечебным процессом как для врача, так и для пациента.However, this electroneurostimulator has limited functional capabilities (it does not at the same time and in combination solve diagnostic and therapeutic problems), and also does not provide separate modes of managing the treatment process for both the doctor and the patient.

Известен многоканальный программируемый электронейростимулятор [пат. РФ №2286182, МПК A61N 1/36 опубл. 27.10.2006 г.], обеспечивающий раздельное управление для врача и пациента, а также полную взаимную независимость каналов стимуляции.Known multi-channel programmable electrical neurostimulator [US Pat. RF №2286182, IPC A61N 1/36 publ. October 27, 2006], which provides separate management for the doctor and patient, as well as complete mutual independence of the stimulation channels.

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 моноканальным коммутатором. Многоканальный коммутатор связан своими сигнальными входами и выходами, образующими контакты блока приемника, с электродами через коннекторы, образуя каналы стимуляции, включаемые каждый по отдельности или любыми группами, или все одновременно.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 single-channel switch. The multichannel switch is connected by its signal 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.

Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. не позволяет регистрировать первичные ЭЭГ-сигналы и, следовательно, решать диагностические задачи, необходимыми для одновременного и в полном объеме проведения лечебно-диагностического процесса больных эпилепсией. Это практически исключает возможность применения данного устройства для комплексного решения задач по обнаружению и предупреждению эпилептиформной активности.However, this device has limited functionality, because It does not allow to register primary EEG signals and, therefore, to solve the diagnostic tasks necessary for the simultaneous and full implementation of the treatment and diagnostic process in patients with epilepsy. This virtually eliminates the possibility of using this device for the integrated solution of problems in the detection and prevention of epileptiform activity.

В качестве прототипа принята радиоуправляемая нейромодулирующая система [пат. США №20070282389 А1, МПК A61N 1/18, опубл. 06.12.2007 г.], которая включает в себя микроэлектроды, вживленные в зону очага эпилептиформной активности, каждый из которых имеет собственный усилитель, фильтр и пороговый датчик, исключающий передачу искаженного сигнала при превышении заданного уровня. Выход порогового датчика подключен к беспроводному приемопередатчику, соединенному с устройством связи (например, USB), который подключается на вход персонального компьютера, обрабатывающего и анализирующего поступающие сигналы с целью оценки неизбежности приступа и формирования команд для активизации электронейростимулятора или для подачи противоэпилептического препарата. Кроме того, система снабжена микроантенной и автономным электропитанием, вживленные в месте, отдаленном от местоположения микроэлектродов.As a prototype adopted radio-controlled neuromodulating system [US Pat. USA No. 20070282389 A1, IPC A61N 1/18, publ. December 6, 2007], which includes microelectrodes implanted in the zone of the focus of epileptiform activity, each of which has its own amplifier, filter, and threshold sensor, which excludes the transmission of a distorted signal when a specified level is exceeded. The output of the threshold sensor is connected to a wireless transceiver connected to a communication device (for example, USB), which is connected to the input of a personal computer that processes and analyzes incoming signals in order to assess the inevitability of an attack and generate commands for activating an electrical neurostimulator or for delivering an antiepileptic drug. In addition, the system is equipped with micro-antenna and autonomous power, implanted in a place remote from the location of the microelectrodes.

Система позволяет выполнять лечебно-диагностический процесс в объеме, включающем функции регистрации и терапии путем электронейростимуляции.The system allows you to carry out the diagnostic and treatment process in a volume that includes the functions of registration and therapy by electroneurostimulation.

Однако формирование прогноза приближения эпилептиформной активности основано на единственном симптоматическом признаке, позволяющем построить одноканальную систему, характеризующуюся недостаточной достоверностью помехоустойчивостью, и надежностью информации о факте приближения эпилептического припадка и обоснованности характера и параметров нейростимулирующих воздействий по его предупреждению.However, the formation of a prognosis for the approximation of epileptiform activity is based on a single symptomatic symptom that allows one to construct a single-channel system characterized by insufficient reliability of noise immunity, and reliability of information about the fact of approaching an epileptic seizure and the validity of the nature and parameters of neuro-stimulating effects to prevent it.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении достоверности прогноза появления эпилептиформной активности в краткосрочной перспективе, а также эффективности нейростимуляции для остановки распространения эпилептического разряда.The proposed technical solution is aimed at eliminating this drawback. The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of the prognosis of the appearance of epileptiform activity in the short term, as well as the effectiveness of neurostimulation to stop the spread of an epileptic discharge.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем информационно-стимулирующий блок, состоящий из системы микроэлектродов, при использовании имплантируемых в зону расположения очага эпилептиформной активности, предусилителя и фильтра, а также блок оценки и управления, при использовании имплантируемый в подключичную область, включающий блок питания, электронейростимулятор, приемопередатчик и микроантенну для телеметрической связи с блоком врача, новым является то, что информационно-стимулирующий блок содержит микросистемный коммутатор, обеспечивающий поочередное встречное направление перемещения потока информативных сигналов и потока нейростимулирующих воздействий, а блок оценки и управления содержит модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов и формирования нейростимулирующих воздействий.The technical result is achieved by the fact that in the inventive device containing an information-stimulating unit, consisting of a system of microelectrodes, when using implantable in the location area of the focus of epileptiform activity, a preamplifier and a filter, as well as an evaluation and control unit, when used, implantable in the subclavian region, a power supply unit, an electrical neurostimulator, a transceiver and a micro-antenna for telemetric communication with a doctor’s unit, the new one is that the information-stimulating unit contains It holds a microsystem switch, which provides the alternate counter direction of movement of the flow of informative signals and the flow of neuro-stimulating effects, and the evaluation and control unit contains a module for processing and analysis of electroencephalographic signals and the formation of neuro-stimulating effects.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, где фиг.1 - структурная схема устройства обнаружения и предупреждения эпилептиформной активности, фиг.2 - модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2, where figure 1 is a structural diagram of a device for detecting and preventing epileptiform activity, figure 2 is a module for processing and analysis of electroencephalographic signals.

Здесь:Here:

1 - система микроэлектродов; 2 - информационно-стимулирующий блок; 3 - усилитель; 4 - фильтр; 5 - модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов; 6 - электронейростимулятор; 7 - микросистемный коммутатор; 8 - приемопередатчик; 9 - блок питания; 10 - блок врача; 11 - аналого-цифровой преобразователь, 12 - цифровой фильтр; 13 - блок сегментации ЭЭГ-сигналов; 14 - блок выделения биоритма; 15 - блок оценки симптоматических признаков; 16 - блок задания констант; 17 - блок сравнения; 18 - кворум-элемент; 19 - блок оценки и управления.1 - a system of microelectrodes; 2 - information-stimulating block; 3 - amplifier; 4 - filter; 5 - module processing and analysis of electroencephalographic signals; 6 - electrical neurostimulator; 7 - microsystem switch; 8 - transceiver; 9 - power supply; 10 - doctor’s block; 11 - analog-to-digital Converter, 12 - digital filter; 13 - block segmentation of the EEG signals; 14 - block allocation biorhythm; 15 - block assessment of symptomatic signs; 16 - block job constants; 17 - block comparison; 18 - quorum element; 19 is an assessment and management unit.

Устройство обнаружения и предупреждения эпилептиформной активности содержит информационно-стимулирующий блок 2 и блок оценки и управления 19.A device for detecting and preventing epileptiform activity comprises an information-stimulating unit 2 and an evaluation and control unit 19.

Информационно-стимулирующий блок 2 состоит из системы микроэлектродов 1, при использовании имплантируемых в зону расположения очага эпилептиформной активности, в диагностическом режиме выполняющих регистрирующую функцию, а в стимулирующем режиме оказывающие электронейростимуляцию, соединенных через первый ч второй информационные входы микросистемного коммутатора 7 с последовательно включенными предусилителем 3 и фильтром 4, выход которого является выходом информационно-стимулирующего блока 2. Микросистемный коммутатор 7 снабжен управляющим входом, являющимся первым входом информационно-стимулирующего блока 2 и определяющим диагностический или стимулирующий режим работы устройства, подключенным ко 2 выходу модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5 блока оценки и управления 19, а также стимулирующим входом, подключенным к электронейростимулятору 6 блока оценки и управления 19.The information-stimulating block 2 consists of a system of microelectrodes 1, using epileptiform activity that are implanted into the zone of the focus of the focus, performing a recording function in the diagnostic mode, and in the stimulating mode, they provide electrical neurostimulation, connected through the first hour to the second information inputs of the microsystem switch 7 with the preamplifier 3 connected in series and a filter 4, the output of which is the output of the information-stimulating unit 2. The microsystem switch 7 is equipped with the transmitting input, which is the first input of the information-stimulating unit 2 and determining the diagnostic or stimulating mode of operation of the device, connected to the 2 output of the processing and analysis module of electroencephalographic signals 5 of the evaluation and control unit 19, as well as the stimulating input connected to the electroneurostimulator 6 of the evaluation and control unit 19.

Блок оценки и управления 19, при использовании имплантируемый в подключичную область, содержит модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5, вход которого является входом блока оценки и управления 19 и подключен к выходу информационно-стимулирующего блока 2, первый его выход подключен ко входу электронейростимулятора 6, второй выход, являющийся вторым выходом блока оценки и управления 19, - к первому входу информационно-стимулирующего блока 2, второй вход которого подключен к первому выходу блока оценки и управления 19. Блок оценки и управления 19 также включает в себя приемопередатчик 8, микроантенну, входящую в канал телеметрической связи с блоком врача 10, и блок питания 9.The evaluation and control unit 19, when used, is implantable in the subclavian region, contains a module for processing and analysis of electroencephalographic signals 5, the input of which is the input of the evaluation and control unit 19 and connected to the output of the information-stimulating unit 2, its first output is connected to the input of the neurostimulator 6, the second output, which is the second output of the evaluation and control unit 19, is to the first input of the information-stimulating unit 2, the second input of which is connected to the first output of the evaluation and control unit 19. Bl appraisal and control 19 also includes a transceiver 8, a microantenna included in the telemetry channel with the doctor’s unit 10, and a power supply 9.

Модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5 содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь 11, цифровой фильтр 12, блок сегментации ЭЭГ-сигналов 13, блок выделения биоритма 14 и блок оценки симптоматических признаков 15, блок задания констант 16, блок сравнения 17, входами которого являются выходы блока оценки симптоматических признаков 15 и блока задания констант 16, и кворум-элемент 18, вход которого соединен с выходом блока сравнения 17, при этом первый и второй выходы кворум-элемента 18 являются первым и вторым выходами модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5 и подключены соответственно ко входу электронейростимулятора 6 и к первому входу информационно-стимулирующего блока 2, а вход модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5, являющийся входом аналогово-цифрового преобразователя 11, соединен с выходом информационно-стимулирующего блока 2, а выход электронейростимулятора 6 являющийся первым выходом блока оценки и управления 19, соединен со вторым входом информационно-стимулирующего блока 2, являющегося стимулирующим входом микросистемного коммутатора 7.The module for processing and analysis of electroencephalographic signals 5 contains a series-connected analog-to-digital converter 11, a digital filter 12, an EEG signal segmentation unit 13, a biorhythm allocation unit 14 and a symptom evaluation unit 15, a constant setting unit 16, a comparison unit 17, the inputs of which are the outputs of the block for evaluating symptomatic signs 15 and the block for setting constants 16, and the quorum element 18, the input of which is connected to the output of the comparison unit 17, while the first and second outputs of the quorum element 18 are the second and second outputs of the module for processing and analysis of electroencephalographic signals 5 and are connected respectively to the input of the electroneurostimulator 6 and to the first input of the information-stimulating unit 2, and the input of the module for processing and analysis of electroencephalographic signals 5, which is the input of the analog-to-digital converter 11, is connected to the output of the information -stimulating unit 2, and the output of the electroneurostimulator 6 which is the first output of the evaluation and control unit 19, is connected to the second input of the information-stimulating unit eye 2, which is the stimulating input of the microsystem switch 7.

Основные блоки устройства реализуются следующим образом:The main units of the device are implemented as follows:

1. Реализуются в соответствии с используемыми в пат. США №20060276866 МПК A61N 1/18, опубл. 07.12.2006 г. «Microelectrode array for chronic deep - brain microstimulation for recording» («Массив микроэлектродов для глубокой мозговой микростимуляции и записи»). Douglas B.McCreery.1. Implemented in accordance with those used in US Pat. USA No. 200660276866 IPC A61N 1/18, publ. 12/07/2006 "Microelectrode array for chronic deep - brain microstimulation for recording" ("Array of microelectrodes for deep brain microstimulation and recording"). Douglas B. McCreery.

2. Агеев О.А., Мамиконова В.М., Петров В.В., Котов В.Н., Негоденко О.Н. Микроэлектронные преобразователи неэлектрических величин: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 153 с.2. Ageev O.A., Mamikonov V.M., Petrov V.V., Kotov V.N., Negodenko O.N. Microelectronic converters of non-electrical quantities: a Training manual. Taganrog: Publishing house of TRTU, 2000 .-- 153 p.

3. 140УД24, ICL7650; Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Том 1. - М.: Физматлит, 1993. 240 с., с.65.3.140UD24, ICL7650; Integrated Circuits: Operational Amplifiers. Volume 1. - M .: Fizmatlit, 1993.240 s., P. 65.

4. пат. РФ №2286182, МПК A61N 1/36 опубл. 27.10.2006 г. Многоканальный программируемый электронейростимулятор. Гуторко В.А., Бармотин С.В., Петров И.А., Ловков С.А.4. pat. RF №2286182, IPC A61N 1/36 publ. 10.27.2006. Multichannel programmable electrical neurostimulator. Gutorko V.A., Barmotin S.V., Petrov I.A., Lovkov S.A.

5. 140УД25, ОР-27; Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Том 1. - М.: Физматлит, 1993. 240 с., с.81.5.140UD25, OR-27; Integrated Circuits: Operational Amplifiers. Volume 1. - M .: Fizmatlit, 1993.240 s., P. 81.

6. Реализуется на основе микроконтроллера PIC16F877.6. It is implemented on the basis of the PIC16F877 microcontroller.

7. Чесноков Г.И., Якубович А.М. Аналоговое мажоритарное устройство с усреднением большинства сигналов. - Ж.: «Автоматика и телемеханика», №8, 1968. - с.137.7. Chesnokov G.I., Yakubovich A.M. Analog majority device with averaging of most signals. - Zh.: “Automation and Telemechanics”, No. 8, 1968. - p.137.

8. Реализуется в соответствии с используемой в пат. США №20070282389 А1, МПК A61N 1/18, опубл. 06.12.2007 г. Wireless controlled neuromodulation system (радиоуправляемая нейромодулирующая система) / Inventors: Karen Moxon (Collingswood, NJ); Andrew Khair; (Monroeville, NJ); Michael Darling (Trenton, NJ); Ebraheem Sultan (Shuwaikh, KW).8. Implemented in accordance with used in US Pat. USA No. 20070282389 A1, IPC A61N 1/18, publ. December 6, 2007. Wireless controlled neuromodulation system (radio-controlled neuromodulating system) / Inventors: Karen Moxon (Collingswood, NJ); Andrew Khair; (Monroeville, NJ); Michael Darling (Trenton, NJ); Ebraheem Sultan (Shuwaikh, KW).

Работа устройства происходит следующим образом:The operation of the device is as follows:

Биопотенциалы головного мозга с системы микроэлектродов 1 [1], имплантируемых по результатам предварительных исследований на очаге эпилептиформной активности, поступают на микросистемный коммутатор 7 [2], который в диагностическом режиме работы устройства передает поток диагностической информации за счет подключения системы микроэлектродов 1 к предусилителю 3 [3] информационно-стимулирующего блока 2, а в стимулирующем режиме передает поток стимулирующих импульсов путем подключения микроэлектродов 1 к электронейростимулятору 6 [4] блока оценки и управления 19. В диагностическом режиме усиленный сигнал подается на вход фильтра 4 [5], подавляющего высокочастотные помехи, создаваемые радиотелефонами, а также миографические помехи.Brain biopotentials from the microelectrode system 1 [1], implanted according to the results of preliminary studies on the epileptiform activity center, arrive at the microsystem switch 7 [2], which in the diagnostic mode of the device transmits the flow of diagnostic information by connecting the microelectrode system 1 to the preamplifier 3 [ 3] information-stimulating block 2, and in the stimulating mode transmits a stream of stimulating pulses by connecting microelectrodes 1 to the electroneurostimulator 6 [4] of the block o Enki and control 19. In the diagnostic mode, the amplified signal is supplied to the input of the filter 4 [5], which suppresses high-frequency interference caused by radiotelephones and myographic interference.

Затем сигнал поступает на вход модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов 5 [6], входящего в состав блока оценки и управления 19, в котором последовательно происходит аналого-цифровое преобразование сигналов в блоке 11, цифровая фильтрация преобразованного сигнала методом адаптивной сегментации в блоке 12, позволяющая подавить помехи, вызванные неинформативными биоритмами, а также сократительной деятельностью сердечной системы и системы дыхания пациента. Для упрощения обработки ЭЭГ-сигнала проводится его сегментация в блоке 13, позволяющая разделить запись биопотенциалов головного мозга на участки квазистационарности. Сигнал с блока сегментации ЭЭГ-сигналов 13 поступает на систему выделения биоритма 14, в которой осуществляется спектральный анализ, позволяющий выделить информационно ценные для предупреждения эпилептиформной активности α-, β-, θ- и δ-ритмы. Затем выполняется вычисление оценок симптоматических признаков приближения эпилептиформной активности в блоке 15, задание пороговых значений этих признаков в блоке 16 и сравнение вычисленных значений оценок симптоматических признаков с пороговыми значениями в блоке 17.Then the signal is fed to the input of the processing and analysis module of electroencephalographic signals 5 [6], which is part of the evaluation and control unit 19, in which the analog-to-digital conversion of signals in block 11 takes place, digital filtering of the converted signal by adaptive segmentation in block 12, which allows suppress interference caused by uninformative biorhythms, as well as contractile activity of the patient’s cardiac system and respiratory system. To simplify the processing of the EEG signal, it is segmented in block 13, which makes it possible to divide the recording of brain biopotentials into quasistationary regions. The signal from the segmentation block of the EEG signals 13 enters the biorhythm extraction system 14, in which spectral analysis is performed, which allows one to select information that is valuable for preventing the epileptiform activity of the α, β, θ and δ rhythms. Then, the estimates of the symptomatic signs of the approach of epileptiform activity in block 15 are calculated, the threshold values of these signs are set in block 16, and the calculated values of the estimates of symptomatic signs are compared with the threshold values in block 17.

Анализ эпилептиформной активности осуществляется на основе алгоритма, состоящего в последовательном и поочередном определении и сравнении оценок совокупности симптоматических признаков с их пороговыми значениями, полученными по результатам предварительных исследований конкретного больного эпилепсией.Analysis of epileptiform activity is carried out on the basis of an algorithm consisting in sequential and sequential determination and comparison of estimates of a set of symptomatic signs with their threshold values obtained from preliminary studies of a particular patient with epilepsy.

К симптоматическим признакам приближения эпилептиформной активности относятся:Symptomatic signs of an approach of epileptiform activity include:

1 - число превышений пиками пульсаций волн α-, β-, θ-, δ-ритмов заданного для каждого из них порогового значения за фиксированный интервал времени;1 - the number of excesses of the pulsation peaks of the waves of α-, β-, θ-, δ-rhythms of the threshold value set for each of them for a fixed time interval;

2 - оценка отношения пиков спектров мощности

Figure 00000001
и
Figure 00000002
для соответствующих диапазонов частот с предельным значением этих отношений, определяемых на основе обработки данных клинических исследований здоровых людей;2 - assessment of the ratio of the peaks of power spectra
Figure 00000001
and
Figure 00000002
for the corresponding frequency ranges with the limit value of these relations, determined on the basis of processing data from clinical studies of healthy people;

3 - оценка наличия корреляционных взаимосвязей θ- и δ-ритмов.3 - assessment of the presence of correlation relationships of θ and δ rhythms.

Кворум-элемент 18 [7] срабатывает при условии, если будет превышение пороговых значений хотя бы по 2 симптоматическим признакам из 1-ой совокупности и хотя бы по 1 признаку по 2-ой и 3-ей совокупности. При этом формируется управляющий импульс для включения в работу электронейростимулятора 6, а также управляющий импульс на микросистемный коммутатор 7 для перевода системы микроэлектродов 1 в режим стимуляции путем подключения их к выходу электронейростимулятора 6.The quorum element 18 [7] is triggered provided that the threshold values are exceeded by at least 2 symptomatic signs from the 1st population and at least 1 symptom from the 2nd and 3rd population. In this case, a control pulse is formed to turn on the electrical neurostimulator 6, as well as a control pulse to the microsystem switch 7 to put the microelectrode system 1 in stimulation mode by connecting them to the output of the electrical neurostimulator 6.

Имплантированная в пациента и расположенная в блоке оценки и управления 19 микроантенна [8] обеспечивает связь, посредством которой осуществляется передача информации на блок врача 10, необходимой для подтверждения выполняемого режима нейростимуляции либо коррекции параметров нейростимулирующих импульсов.The microantenna [8] implanted in the patient and located in the evaluation and control unit 19 provides a link through which information is transmitted to the doctor unit 10, which is necessary to confirm the neurostimulation mode being performed or to correct the parameters of neurostimulating impulses.

Таким образом, заявленное устройство с учетом предложенной структуры и алгоритмов обработки потока диагностической информации и ее последующей верификации обладает расширенными функциональными возможностями и непосредственного размещения имплантируемых электродов для своевременного парирования процесса развития эпилептиформной активности в области головного мозга.Thus, the claimed device, taking into account the proposed structure and algorithms for processing the flow of diagnostic information and its subsequent verification, has advanced functionality and direct placement of implantable electrodes for timely retarding the development of epileptiform activity in the brain region.

Claims (2)

1. Устройство обнаружения и предупреждения эпилептиформной активности, содержащее систему микроэлектродов, при использовании имплантируемых в зону расположения очага эпилептиформной активности, в диагностическом режиме выполняющих регистрирующую функцию, а в стимулирующем режиме оказывающих электронейростимуляцию, последовательно соединенные предусилитель и фильтр, объединенные в информационно-стимулирующий блок, выходом которого является выход фильтра, а также блок питания, электронейростимулятор, приемопередатчик, вход которого подключен ко входу электронейростимулятора, а выход связан с микроантенной, входящей в канал телеметрической связи с блоком врача, которые структурно объединены в блок оценки и управления, при использовании имплантируемый в подключичную область, первым выходом которого является выход электронейростимулятора, отличающееся тем, что информационно-стимулирующий блок содержит микросистемный коммутатор, через первый и второй информационные входы которого система микроэлектродов соединена с предусилителем, а управляющий и стимулирующий входы микросистемного коммутатора являются первым и вторым входами информационно-стимулирующего блока, а блок оценки и управления содержит модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов, вход которого является входом блока оценки и управления и подключен к выходу информационно-стимулирующего блока, первый его выход подключен ко входу электронейростимулятора, второй выход, являющийся вторым выходом блока оценки и управления, - к первому входу информационно-стимулирующего блока, второй вход которого подключен к первому выходу блока оценки и управления.1. A device for detecting and preventing epileptiform activity, containing a system of microelectrodes, using epileptiform activity implanted in the zone of the focus of the focus, performing a recording function in the diagnostic mode, and providing electroneurostimulation in the stimulating mode, connected in series with the preamplifier and filter, combined into an information-stimulating unit, the output of which is the output of the filter, as well as a power supply, an electrical neurostimulator, a transceiver, the input of which connected to the input of the electroneurostimulator, and the output is connected to the microantenna entering the telemetry communication channel with the doctor’s unit, which are structurally integrated into the evaluation and control unit, when used, it is implantable in the subclavian region, the first output of which is the output of the neurostimulator, characterized in the stimulating unit contains a microsystem switch, through the first and second information inputs of which the microelectrode system is connected to the preamplifier, and the control and stimulating the first inputs of the microsystem switch are the first and second inputs of the information-stimulating block, and the evaluation and control block contains a module for processing and analysis of electroencephalographic signals, the input of which is the input of the evaluation and control block and is connected to the output of the information-stimulating block, its first output is connected to the input electroneurostimulator, the second output, which is the second output of the evaluation and control unit, is to the first input of the information-stimulating unit, the second input of which is connected to the first the output of the evaluation and control unit. 2. Устройство обнаружения и предупреждения эпилептиформной активности по п.1, отличающееся тем, что модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, цифровой фильтр, блок сегментации ЭЭГ-сигналов, блок выделения биоритма и блок оценки симптоматических признаков, блок задания констант, блок сравнения, входами которого являются выходы блока оценки симптоматических признаков и блока задания констант, и кворум-элемент, вход которого соединен с выходом блока сравнения, при этом первый и второй выходы кворум-элемента являются первым и вторым выходами модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов и подключены соответственно ко входу электронейростимулятора и к первому входу информационно-стимулирующего блока, а вход модуля обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов, являющийся входом аналогово-цифрового преобразователя, соединен с выходом информационно-стимулирующего блока. 2. The device for detecting and preventing epileptiform activity according to claim 1, characterized in that the module for processing and analyzing electroencephalographic signals contains a series-connected analog-to-digital converter, a digital filter, an EEG signal segmentation unit, a biorhythm allocation unit, and a symptom sign evaluation unit, a unit assigning constants, a comparison unit, the inputs of which are the outputs of the unit for evaluating symptomatic signs and the unit for setting constants, and a quorum element, the input of which is connected to the output comparison unit, while the first and second outputs of the quorum element are the first and second outputs of the module for processing and analysis of electroencephalographic signals and are connected respectively to the input of the electroneurostimulator and to the first input of the information-stimulating block, and the input of the module for processing and analysis of electroencephalographic signals, which is an analog input -digital converter, connected to the output of the information-stimulating unit.
RU2011134228/14A 2011-08-15 2011-08-15 Apparatus for epileptiform activity detection and prevention RU2498769C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134228/14A RU2498769C2 (en) 2011-08-15 2011-08-15 Apparatus for epileptiform activity detection and prevention

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134228/14A RU2498769C2 (en) 2011-08-15 2011-08-15 Apparatus for epileptiform activity detection and prevention

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011134228A RU2011134228A (en) 2013-02-20
RU2498769C2 true RU2498769C2 (en) 2013-11-20

Family

ID=49119854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011134228/14A RU2498769C2 (en) 2011-08-15 2011-08-15 Apparatus for epileptiform activity detection and prevention

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498769C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018009991A1 (en) 2016-07-13 2018-01-18 Gomez & Gomez Ltda Epileptic seizure prediction method and device configured for the prediction of an epileptic seizure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1734687A1 (en) * 1989-07-14 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматики Electric encephalogram examination device
US6505077B1 (en) * 2000-06-19 2003-01-07 Medtronic, Inc. Implantable medical device with external recharging coil electrical connection
RU2286182C2 (en) * 2004-12-21 2006-10-27 Валерий Аркадьевич Гуторко Multi-channel programmed electric neurostimulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1734687A1 (en) * 1989-07-14 1992-05-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматики Electric encephalogram examination device
US6505077B1 (en) * 2000-06-19 2003-01-07 Medtronic, Inc. Implantable medical device with external recharging coil electrical connection
RU2286182C2 (en) * 2004-12-21 2006-10-27 Валерий Аркадьевич Гуторко Multi-channel programmed electric neurostimulator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BHARGAVA P. et al. Neuromodulation for epilepsy. Journal of Pediatric Neurosciences, 3 (1 SUPPL.), 2008, pp.111-116 (реферат на сайте www.scopus.com). *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018009991A1 (en) 2016-07-13 2018-01-18 Gomez & Gomez Ltda Epileptic seizure prediction method and device configured for the prediction of an epileptic seizure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011134228A (en) 2013-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3799576B1 (en) Artifact reduction in a sensed neural response
US11786737B2 (en) Automatic adjustment of sub-perception therapy in an implantable stimulator using detected compound action potentials
Kassiri et al. Closed-loop neurostimulators: A survey and a seizure-predicting design example for intractable epilepsy treatment
CN108367149B (en) System and method for monitoring autonomic health
US8886323B2 (en) Electrical brain stimulation in gamma band
US9888861B2 (en) Method and apparatus for detecting a biomarker in the presence of electrical stimulation
WO2015153046A1 (en) Methods and apparatus for apnea therapy stimulation
EP3407966B1 (en) Wireless implant for motor function recovery after spinal cord injury
WO2016187039A1 (en) Implantable hub and satellite system for neural recording and stimulation
CN104042228A (en) Transcranial direct current stimulation and near infrared detection all-in-one device
US11944819B2 (en) Analyzing ECAP signals
Kassiri et al. Battery-less modular responsive neurostimulator for prediction and abortion of epileptic seizures
WO2020095111A1 (en) Methods and systems for sensing balance between neuronal activity inputs and pathways and neuromodulation
RU2498769C2 (en) Apparatus for epileptiform activity detection and prevention
WO2017143185A1 (en) Wireless implant systems for sensing and stimulating nerves
US11589827B2 (en) Nerve activity monitoring
RU138837U1 (en) DEVICE FOR DETECTING AND SUPPRESSING EPILEPTIFORM ACTIVITY
WO2018191310A1 (en) Minimum neuronal activation threshold transcranial magnetic stimulation at personalized resonant frequency
CN110869082B (en) Poincare display for assessing autonomic involvement in response to vagal nerve stimulation
US20220395690A1 (en) Methods and systems for estimating neural activation by stimulation using a stimulation system
CN221243744U (en) Electrode lead and stimulator system
US20240001125A1 (en) Dynamically optimized evoked response sensing
US20240207618A1 (en) System for neuromodulation applications
US20230072307A1 (en) Closed Loop Stimulation Adjustments Based on Local and Surround Receptive Field Stimulation
Chiao Wireless closed-loop stimulation systems for symptom management

Legal Events

Date Code Title Description
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20130304

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150816