RU2812398C1 - Device and method of electrical stimulation of nerve tissue - Google Patents
Device and method of electrical stimulation of nerve tissue Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812398C1 RU2812398C1 RU2023109671A RU2023109671A RU2812398C1 RU 2812398 C1 RU2812398 C1 RU 2812398C1 RU 2023109671 A RU2023109671 A RU 2023109671A RU 2023109671 A RU2023109671 A RU 2023109671A RU 2812398 C1 RU2812398 C1 RU 2812398C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrical
- amplitude
- pulse
- minimum value
- pulses
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 210000000944 nerve tissue Anatomy 0.000 title description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 36
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 claims description 8
- 235000009413 Ratibida columnifera Nutrition 0.000 claims description 7
- 241000510442 Ratibida peduncularis Species 0.000 claims description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 210000001186 vagus nerve Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 6
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 23
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 10
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 6
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 6
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 6
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 210000000607 neurosecretory system Anatomy 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011491 transcranial magnetic stimulation Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 101100428008 Homo sapiens UTP6 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100037934 U3 small nucleolar RNA-associated protein 6 homolog Human genes 0.000 description 1
- 230000036982 action potential Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001700 effect on tissue Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001037 epileptic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 210000004731 jugular vein Anatomy 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 210000001640 nerve ending Anatomy 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Устройство и способ относятся к медицинской технике, а также к способам воздействия (стимуляции) электрическим током. Указанный подход может быть использован для неинвазивной стимуляции центральной нервной системы и центральной нейроэндокринной системы в качестве основного или вспомогательного метода лечения патологических состояний, усиления адаптационных возможностей организма, модуляции психологических состояний для оптимизации деятельности в стрессовых условиях деятельности.The device and method relate to medical equipment, as well as methods of exposure (stimulation) with electric current. This approach can be used for non-invasive stimulation of the central nervous system and central neuroendocrine system as the main or auxiliary method of treating pathological conditions, enhancing the adaptive capabilities of the body, modulating psychological states to optimize activity under stressful operating conditions.
Воздействие через головные накожные электроды активирует структуры мозга, что приводит к эффектам, направленным на оптимизацию нейронных структур. Подобное воздействие гармонизирует работу мозга и приводит ее к состоянию наиболее соответствующему текущему состоянию организма. Нейростимуляция, как один из примеров электростимуляции, является методом активизации работу структур, обеспечивающих оптимизацию центральной нейроэндокринной системы. Воздействие в таком случае осуществляется путем пропускания импульсного тока через электроды наложенные на кожу головы пациента. Размещение электродов позволяет добиться воздействие на головной мозг в целом или обеспечивает локальное воздействие.Exposure through head cutaneous electrodes activates brain structures, which leads to effects aimed at optimizing neural structures. Such an effect harmonizes the work of the brain and brings it to a state that is most appropriate to the current state of the body. Neurostimulation, as one example of electrical stimulation, is a method of activating the work of structures that ensure optimization of the central neuroendocrine system. In this case, the effect is carried out by passing a pulsed current through electrodes applied to the patient’s scalp. The placement of electrodes allows you to achieve an effect on the brain as a whole or provides a local effect.
Уровень техникиState of the art
Наиболее распространенным способом формирования импульсов воздействия является метод прерывания тока от источника питания. Известные решения предлагают различные способы воздействия и формирования импульсов тока. Например, патент РФ № 2654269 – Способ транскраниальной магнитной стимуляции, МПК A61N 2/02, раскрывает способ транскраниальной магнитной стимуляции, заключающийся в воздействии магнитным полем, формируемым катушками индукторов, которые перемещают вокруг головы реципиента по дуге окружности, при этом центр вращения траектории перемещения катушек проходит через зону стимуляции мозга. Способ может быть использован в технологиях активизации творческих способностей, ускорения и повышения когнитивных ресурсов для молодых и пожилых людей. Недостатком этого способа является громоздкость конструкции, невозможность использовать устройство во время физической активности, длительность и сложность проведения стимуляции, необходимость проведения манипуляции специалистом, что может быть причиной повышения предполагаемой стоимости устройства. The most common method of generating impact pulses is the method of interrupting the current from the power source. Known solutions offer various methods of influencing and generating current pulses. For example, RF patent No. 2654269 - Method of transcranial magnetic stimulation, IPC A61N 2/02, discloses a method of transcranial magnetic stimulation, which consists of exposure to a magnetic field generated by inductor coils, which are moved around the recipient’s head in a circular arc, with the center of rotation of the trajectory of the coils moving passes through the brain stimulation zone. The method can be used in technologies for activating creative abilities, accelerating and increasing cognitive resources for young and elderly people. The disadvantages of this method are the bulkiness of the design, the inability to use the device during physical activity, the duration and complexity of stimulation, and the need for manipulation by a specialist, which may cause an increase in the estimated cost of the device.
Патент РФ 2297253 – Электростимулятор транскраниальный (варианты) и устройство для крепления электродов электростимулятора транскраниального, A61N 1/36, 2007, предлагает варианты устройств и креплений электродов для электростимуляции, где параметрами воздействия являются амплитуда и длительность импульса, период повторения. Недостатками такого воздействия является неопределенность временной формы сигнала непосредственно в зоне действия – на поверхности отдельно взятого нейрона. RF Patent 2297253 – Transcranial electrical stimulator (options) and a device for fastening electrodes of a transcranial electrical stimulator, A61N 1/36, 2007, offers options for devices and fastening electrodes for electrical stimulation, where the impact parameters are the amplitude and duration of the impulse, the repetition period. The disadvantages of such an effect are the uncertainty of the temporal shape of the signal directly in the area of action - on the surface of a single neuron.
Это связано с тем, что ткани человека включая кожу, жировую, костную и нервную ткани, а также биологические жидкости имеют ярко выраженную реактивную составляющую в проводимости. Причем эта реактивная составляющая сильно различается для разных видов биологических тканей и жидкостей и одновременно сильно зависима от частоты, на которой производится воздействие. Набор таких участков в цепи прохождения тока приводит к искажению исходной формы сигналов, при этом значительная часть энергии импульса расходуется в виде тепловой энергии, что также затрудняет или делает дозирование воздействия слабо контролируемым и зависимым от особенностей пациента, способов наложения электродов.This is due to the fact that human tissues including skin, adipose, bone and nervous tissue, as well as biological fluids, have a pronounced reactive component in conductivity. Moreover, this reactive component varies greatly for different types of biological tissues and liquids and at the same time is highly dependent on the frequency at which the impact is made. A set of such sections in the current flow circuit leads to a distortion of the original signal shape, while a significant part of the pulse energy is consumed in the form of thermal energy, which also complicates or makes the dosage of the effect poorly controlled and dependent on the patient’s characteristics and methods of applying electrodes.
Патент РФ 2522850 – Система неинвазивной нейростимуляции, A61N 1/36, 2014, раскрывает прибор с электронным механизмом управления для подачи к коже пациента последовательности электрических импульсов относительно высокого напряжения, но малой длительности. Для воздействия на объект предварительно запасается энергия в индуктивности и подключается в цепь с пациентом. RF patent 2522850 – Non-invasive neurostimulation system, A61N 1/36, 2014, discloses a device with an electronic control mechanism for delivering a sequence of electrical pulses of relatively high voltage but short duration to the patient’s skin. To influence an object, energy is first stored in inductance and connected to the circuit with the patient.
Объект воздействия в таком случае включен в колебательный контур, в результате чего в цепи пациента формируется затухающий синусоидальный импульс. Одним из недостатков указанного метода является зависимость амплитуды и частоты колебаний и времени затухания от текущих значений импеданса между электродами, что не позволяет обеспечить постоянство и консистентность воздействия на ткань импульсами тока таким образом, чтобы обеспечить во всех зонах прохождения тока единообразную величину и форму потенциалов во времени.In this case, the object of influence is included in the oscillatory circuit, as a result of which a damped sinusoidal pulse is formed in the patient circuit. One of the disadvantages of this method is the dependence of the amplitude and frequency of oscillations and the decay time on the current values of the impedance between the electrodes, which does not allow for the constancy and consistency of the effect on the tissue by current pulses in such a way as to ensure a uniform value and shape of potentials in time in all zones of current passage .
Раскрытие изобретения Disclosure of the Invention
Задачей настоящего изобретения является обеспечение консистентного воздействия на ткань импульсами тока таким образом, чтобы обеспечить во всех зонах прохождения тока единообразную величину и форму потенциалов во времени. Другими словами, один из важным аспектов электростимуляционного воздействия согласно предлагаемому способу и устройству является единообразие временной формы потенциалов, возникающих от аппаратного воздействия, во всех участках действия тока. The objective of the present invention is to provide a consistent effect on tissue by current pulses in such a way as to ensure a uniform value and shape of potentials over time in all zones of current passage. In other words, one of the important aspects of the electrical stimulation effect according to the proposed method and device is the uniformity of the temporal shape of the potentials arising from the hardware effect in all areas of the current action.
Технический результат заключается в формировании во всех участках действия тока импульса единообразной величины и формы потенциалов во времени. Другим результатом является низкое искажение импульса в тканях в ходе воздействия на ткань импульсами тока. The technical result consists in the formation in all areas of the current action of a pulse of uniform magnitude and shape of potentials over time. Another result is low pulse distortion in tissue during exposure of tissue to current pulses.
В некоторых вариантах воплощения устройство для электростимуляции нервной ткани, содержит по меньшей мере два электрода; блок управления; блок генерации электрических импульсов, выполненный с возможностью генерации одиночных электрических импульсов преимущественно симметричной формы, таких что график изменения амплитуды импульса по времени имеет шесть последовательно расположенных друг за другом участков: первый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до первого минимального значения; второй участок, на котором амплитуда возрастает от первого минимального значения до нуля; третий участок, на котором амплитуда возрастает от нуля до максимального значения; четвертый участок, на котором амплитуда убывает от максимального значения нуля; пятый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до второго минимального значения; шестой участок, на котором амплитуда возрастает от второго минимального значения до нуля; причем модуль максимального значения больше модуля первого минимального значения и модуля второго минимального значения.In some embodiments, the device for electrically stimulating neural tissue comprises at least two electrodes; Control block; an electrical pulse generation unit, configured to generate single electrical pulses of a predominantly symmetrical shape, such that the graph of the pulse amplitude over time has six consecutive sections: the first section, in which the amplitude decreases from zero to the first minimum value; a second section in which the amplitude increases from the first minimum value to zero; the third section, in which the amplitude increases from zero to the maximum value; the fourth section, in which the amplitude decreases from the maximum value of zero; the fifth section, in which the amplitude decreases from zero to the second minimum value; the sixth section, in which the amplitude increases from the second minimum value to zero; wherein the module of the maximum value is greater than the module of the first minimum value and the module of the second minimum value.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит генератор запускающих импульсов, выполненный с возможностью генерировать запускающие импульсы для блока генерации электрических импульсов.In some embodiments, the device further comprises a trigger pulse generator configured to generate trigger pulses for the electrical pulse generation unit.
В некоторых вариантах воплощения генератор запускающих импульсов выполнен с возможностью генерировать пачки запускающих импульсов с заданным по меньшей мере одним из следующих параметров: интервал между пачками, интервал между импульсами в пачке, количество импульсов в пачке.In some embodiments, the trigger pulse generator is configured to generate bursts of trigger pulses with a specified at least one of the following parameters: interval between bursts, interval between pulses in a burst, number of pulses in a burst.
В некоторых вариантах воплощения генератор запускающих импульсов выполнен с возможностью генерировать последовательность запускающих импульсов с интервалами между импульсами, определяемыми по случайному закону в пределах заданных минимального и максимального значений интервала.In some embodiments, the trigger pulse generator is configured to generate a sequence of trigger pulses with random intervals between pulses within specified minimum and maximum interval values.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит по меньшей мере один второй блок генерации электрических импульсов. In some embodiments, the device further comprises at least one second electrical pulse generating unit.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит сумматор, выполненный с возможностью агрегировать электрические импульсы, сгенерированные блоком генерации электрических импульсов и по меньшей мере одним вторым блоком генерации электрических импульсов.In some embodiments, the device further comprises an adder configured to aggregate electrical pulses generated by the electrical pulse generating unit and the at least one second electrical pulse generating unit.
В некоторых вариантах воплощения сумматор дополнительно выполнен с возможностью агрегировать электрические импульсы путем наложения их друг на друга с частичным перекрытием.In some embodiments, the adder is further configured to aggregate electrical pulses by superimposing them on each other with partial overlap.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит регулятор уровня, выполненный с возможностью получать электрический импульс от блока генерации электрических импульсов или сумматора и передавать его далее по электрической цепи устройства с заданным коэффициентом передачи.In some embodiments, the device further comprises a level controller configured to receive an electrical pulse from an electrical pulse generating unit or adder and transmit it further along the electrical circuit of the device with a given transmission ratio.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит преобразователь напряжение-ток, выполненный с возможностью стабилизировать форму подаваемого тока в случае изменения импеданса в цепи.In some embodiments, the device further comprises a voltage-to-current converter configured to stabilize the waveform of the supplied current in the event of a change in circuit impedance.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит блок измерения параметров тока и напряжения.In some embodiments, the device further comprises a current and voltage measurement unit.
В некоторых вариантах воплощения блок управления связан с генератором запускающих импульсов и содержит микроконтроллер.In some embodiments, the control unit is coupled to the trigger generator and includes a microcontroller.
В некоторых вариантах воплощения блок управления содержит блок памяти и микропроцессор, выполненный с возможностью исполнять программный код, хранящийся в блоке памяти.In some embodiments, the control unit includes a memory unit and a microprocessor configured to execute program code stored in the memory unit.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит блок контроля цепи пациента, выполненный с возможностью контроля достижения заданных параметров электрического воздействия при включении пациента в цепь. In some embodiments, the device further comprises a patient circuit monitoring unit configured to monitor the achievement of specified electrical parameters when the patient is connected to the circuit.
В некоторых вариантах воплощения устройство дополнительно содержит блок интерфейса. При этом в некоторых воплощениях блок интерфейса содержит по меньшей мере одно из:In some embodiments, the device further comprises an interface unit. Moreover, in some embodiments, the interface block contains at least one of:
•кнопка,•button,
•устройство световой индикации,•light indication device,
•дисплей,•display,
•сенсорную панель управления.•touch control panel.
В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов гладкой формы. В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых первое минимального значения равно второму минимальному значению.In some embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses of a smooth shape. In some embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses whose first minimum value is equal to the second minimum value.
В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых модуль максимального значения равен сумме модулей первого минимального значения и второго минимального значения.In some embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses in which the modulus of the maximum value is equal to the sum of the moduli of the first minimum value and the second minimum value.
В некоторых иных вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых на графике изменения амплитуды импульса по времени площадь под частью графика с положительными значениями амплитуды равна площади над частью графика с отрицательными значениями амплитуды. In some other embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses in which, on a graph of changes in pulse amplitude over time, the area under the part of the graph with positive amplitude values is equal to the area above the part of the graph with negative amplitude values.
В некоторых иных вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых график изменения амплитуды импульса по времени имеет форму вейвлета «мексиканская шляпа» или вейвлета Койфлет или вейвлета Дабоши db4 или вейвлета симлет. In some other embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses, in which the pulse amplitude graph over time has the form of a “Mexican hat” wavelet or a Coiflet wavelet or a Daboshi db4 wavelet or a Simlet wavelet.
В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых график изменения амплитуды импульса по времени по меньшей мере частично имеет форму вейвлета Морле или вейвлета Мейер.In some embodiments, the electrical pulse generating unit is configured to generate single electrical pulses in which the pulse amplitude versus time graph is at least partially in the form of a Morlet wavelet or a Meyer wavelet.
В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых максимальное значение амплитуды находится в диапазоне 0,05-10 мА.In some embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses whose maximum amplitude is in the range of 0.05-10 mA.
В некоторых вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, имеющих длительность импульса в диапазоне 2-100 мс.In some embodiments, the electrical pulse generating unit is configured to generate single electrical pulses having a pulse duration in the range of 2-100 ms.
В других вариантах воплощения блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов, у которых на графике изменения амплитуды импульса по времени расстояние между двумя соседними экстремумами в диапазоне 0,3-50 мс.In other embodiments, the electrical pulse generation unit is configured to generate single electrical pulses, in which, on a graph of changes in pulse amplitude over time, the distance between two adjacent extrema is in the range of 0.3-50 ms.
В некоторых вариантах устройство выполнено с возможностью генерации электрических импульсов с частотой до 600 импульсов в секунду.In some embodiments, the device is configured to generate electrical pulses at a frequency of up to 600 pulses per second.
В некоторых вариантах устройство выполнено с возможностью подключения кIn some embodiments, the device is configured to connect to
•одной или более системе Биологической Обратной Связи (БОС),•one or more biofeedback systems (BFB),
•мобильному устройству,•mobile device,
•компьютеру.•computer.
В других вариантах воплощения устройство выполнено с по меньшей мере одним из электродов с возможностью крепления на кожу головы пациента, или на ухо пациента, или на зону глаз пациента, или на кожу головы или шеи пациента в области проекции блуждающего нерва. In other embodiments, the device is configured with at least one of the electrodes for attachment to the patient's scalp, or to the patient's ear, or to the patient's eye area, or to the patient's scalp or neck in the area of the vagus nerve projection.
Как будет понятно специалисту в указанной области техники, указанный подход может быть также применен в животноводстве. В этом случае возможно использование других (увеличенных) значений и диапазонов силы тока и импульсов, например, до 50мА.As will be appreciated by one skilled in the art, this approach can also be applied to animal husbandry. In this case, it is possible to use other (increased) values and ranges of current and pulses, for example, up to 50mA.
Также в рамках настоящего решения предложен способ электростимуляции нервной ткани. В некоторых вариантах воплощения способ электростимуляции нервной ткани включает генерацию как минимум одного электрического импульса, в котором амплитудное значение импульса во времени имеет шесть последовательно расположенных друг за другом участков: первый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до первого минимального значения; второй участок, на котором амплитуда возрастает от первого минимального значения до нуля; третий участок, на котором амплитуда возрастает от нуля до максимального значения; четвертый участок, на котором амплитуда убывает от максимального значения до нуля; пятый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до второго минимального значения; шестой участок, на котором амплитуда возрастает от второго минимального значения до нуля; причем модуль максимального значения больше модуля первого минимального значения и модуля второго минимального значения; и стимуляция нервной ткани сгенерированным импульсом посредством воздействия на кожу.Also within the framework of the present solution, a method of electrical stimulation of nervous tissue is proposed. In some embodiments, a method of electrically stimulating neural tissue includes generating at least one electrical pulse in which the amplitude of the pulse over time has six sequential sections: a first section in which the amplitude decreases from zero to a first minimum value; a second section in which the amplitude increases from the first minimum value to zero; the third section, in which the amplitude increases from zero to the maximum value; the fourth section, in which the amplitude decreases from the maximum value to zero; the fifth section, in which the amplitude decreases from zero to the second minimum value; the sixth section, in which the amplitude increases from the second minimum value to zero; wherein the module of the maximum value is greater than the module of the first minimum value and the module of the second minimum value; and stimulation of nervous tissue by the generated impulse through action on the skin.
В некоторых вариантах способа генерация как минимум одного электрического импульса выполняется устройством, имеющим по меньшей мере два электрода, блок управления, блок генерации электрических импульсов.In some variants of the method, the generation of at least one electrical pulse is performed by a device having at least two electrodes, a control unit, and an electrical pulse generation unit.
В некоторых вариантах способ дополнительно включает генерацию электрических импульсов с заданным по меньшей мере одним из следующих параметров: интервал между пачками, интервал между импульсами в пачке, количество импульсов в пачке.In some embodiments, the method further includes generating electrical pulses with a specified at least one of the following parameters: interval between bursts, interval between pulses in a burst, number of pulses in a burst.
В некоторых вариантах способ дополнительно включает генерацию последовательности электрических импульсов с интервалами между импульсами, определяемыми по случайному закону в пределах заданных минимального и максимального значений интервала.In some embodiments, the method further includes generating a sequence of electrical pulses with intervals between pulses determined by a random law within specified minimum and maximum interval values.
В некоторых вариантах способ дополнительно включает генерацию как минимум одного электрического импульса, включающего генерацию нескольких электрических импульсов и их агрегацию путем наложения друг на друга с частичным перекрытием.In some embodiments, the method further includes generating at least one electrical pulse, including generating multiple electrical pulses and aggregating them in a partially overlapping manner.
В некоторых вариантах способа генерируемый как минимум один электрический импульс имеет график изменения амплитуды импульса по времени гладкой формы. In some embodiments of the method, the generated at least one electrical pulse has a smooth graph of the pulse amplitude over time.
В некоторых вариантах способа генерируемый как минимум один электрический импульс имеет первое минимальное значения равное второму минимальному значению.In some embodiments of the method, the generated at least one electrical pulse has a first minimum value equal to a second minimum value.
В некоторых вариантах способа генерируемый как минимум один электрический импульс имеет такие максимальное и минимальные значение амплитуды импульса, что у модуль максимального значения равен сумме модулей первого минимального значения и второго минимального значению.In some variants of the method, the generated at least one electrical pulse has such maximum and minimum values of the pulse amplitude that the module of the maximum value is equal to the sum of the modules of the first minimum value and the second minimum value.
В некоторых вариантах способа генерируемый как минимум один электрический импульс имеет такой график изменения амплитуды импульса по времени, что площадь под частью графика с положительными значениями амплитуды равна площади над частью графика с отрицательными значениями амплитуды.In some embodiments of the method, the generated at least one electrical pulse has such a graph of the pulse amplitude over time that the area under the part of the graph with positive amplitude values is equal to the area above the part of the graph with negative amplitude values.
В некоторых вариантах способа генерируемый как минимум один электрический импульс имеет график изменения амплитуды импульса по времени, имеющий форму вейвлета «мексиканская шляпа» или вейвлета Дабоши db4 или вейвлета Койфлет или вейвлета симлет или, по меньшей мере частично, вейвлета Морле или вейвлета Мейер.In some embodiments of the method, the generated at least one electrical pulse has a pulse amplitude versus time graph having the form of a Mexican hat wavelet or a Daboshi db4 wavelet or a Coiflet wavelet or a Simlet wavelet or, at least in part, a Morlet wavelet or a Meyer wavelet.
В некоторых вариантах генерируемый как минимум один электрический импульс имеет максимальное значение амплитуды, находящееся в диапазоне 0,05-10 мА. In some embodiments, the at least one electrical pulse generated has a maximum amplitude value in the range of 0.05-10 mA.
В некоторых других вариантах генерируемый как минимум один электрический импульс имеет длительность импульса, находящееся в диапазоне 2-100 мс.In some other embodiments, the at least one electrical pulse generated has a pulse duration in the range of 2-100 ms.
В иных вариантах воплощения генерируемый как минимум один электрический импульс имеет такой график изменения амплитуды импульса по времени, в котором расстояние между двумя соседними экстремумами находится в диапазоне 0,3-50 мс.In other embodiments, the generated at least one electrical pulse has a graph of pulse amplitude over time in which the distance between two adjacent extremes is in the range of 0.3-50 ms.
В некоторых вариантах способа генерация как минимум одного электрического импульса включает в себя генерацию множества электрических импульсов с частотой до 600 импульсов в секунду.In some embodiments of the method, generating at least one electrical pulse includes generating a plurality of electrical pulses at a frequency of up to 600 pulses per second.
В некоторых вариантах способа стимуляция нервной ткани включает период нарастания и период окончания стимуляции.In some embodiments of the method, stimulation of nervous tissue includes a build-up period and a stimulation end period.
В некоторых вариантах способа во время периода нарастания стимуляции сила тока электрического воздействия постепенно растет, причем этот период длится от 10 до 300 с;In some variants of the method, during the period of increasing stimulation, the strength of the electrical current gradually increases, and this period lasts from 10 to 300 s;
во время периода окончания стимуляции сила тока электрического воздействия постепенно уменьшается, причем этот период длится от 3 до 15 с.During the end of stimulation period, the electrical current gradually decreases, and this period lasts from 3 to 15 s.
В некоторых других вариантах способа во время периода нарастания стимуляции сила тока электрического воздействия постепенно растет; во время периода окончания стимуляции сила тока электрического воздействия постепенно уменьшается, причем период нарастания и период окончания стимуляции имеют равную длительность.In some other variants of the method, during the period of increasing stimulation, the strength of the electrical current gradually increases; During the period of termination of stimulation, the strength of the electrical current gradually decreases, and the period of increase and the period of termination of stimulation are of equal duration.
В некоторых вариантах способа стимуляция происходит в течение сеанса стимуляции длительностью от 10 до 60 минут.In some embodiments of the method, stimulation occurs during a stimulation session lasting from 10 to 60 minutes.
В некоторых вариантах способа стимуляция выполняется посредством воздействия на кожу головы пациента или на кожу уха пациента или на кожу в области глаз пациента или на кожу шеи или головы пациента в области проекции блуждающего нерва.In some embodiments of the method, stimulation is performed by affecting the patient's scalp or the skin of the patient's ear or the skin in the patient's eye area or the skin of the patient's neck or head in the area of the vagus nerve projection.
Также в рамках настоящего решения предложена система для электростимуляции нервной ткани. В некоторых вариантах система для электростимуляции нервной ткани содержит по меньшей мере два электрода; блок управления; блок генерации электрических импульсов, выполненный с возможность генерации одиночных электрических импульсов преимущественно симметричной формы, таких что график изменения амплитуды импульса по времени имеет шесть последовательно расположенных друг за другом участков: первый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до первого минимального значения; второй участок, на котором амплитуда возрастает от первого минимального значения до нуля; третий участок, на котором амплитуда возрастает от нуля до максимального значения; четвертый участок, на котором амплитуда убывает от максимального значения нуля; пятый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до второго минимального значения; шестой участок, на котором амплитуда возрастает от второго минимального значения до нуля; причем модуль максимального значения больше модуля первого минимального значения и модуля второго минимального значения.Also within the framework of this solution, a system for electrical stimulation of nervous tissue is proposed. In some embodiments, the system for electrically stimulating neural tissue comprises at least two electrodes; Control block; an electrical pulse generation unit configured to generate single electrical pulses of a predominantly symmetrical shape, such that the graph of changes in pulse amplitude over time has six consecutive sections: the first section, in which the amplitude decreases from zero to the first minimum value; a second section in which the amplitude increases from the first minimum value to zero; the third section, in which the amplitude increases from zero to the maximum value; the fourth section, in which the amplitude decreases from the maximum value of zero; the fifth section, in which the amplitude decreases from zero to the second minimum value; the sixth section, in which the amplitude increases from the second minimum value to zero; wherein the module of the maximum value is greater than the module of the first minimum value and the module of the second minimum value.
В некоторых вариантах система включает блок управления и блок генерации электрических импульсов, которые связаны посредством по меньшей мере одного провода. In some embodiments, the system includes a control unit and an electrical pulse generation unit, which are connected through at least one wire.
В некоторых других вариантах система включает блок управления и блок генерации электрических импульсов, которые связаны посредством беспроводной связи.In some other embodiments, the system includes a control unit and an electrical pulse generation unit that are connected wirelessly.
В некоторых вариантах блок генерации электрических импульсов связан с по меньшей мере двумя электродами посредством по меньшей мере одного провода.In some embodiments, the electrical pulse generating unit is coupled to at least two electrodes via at least one wire.
В некоторых других вариантах блок генерации электрических импульсов и по меньшей мере два электрода выполнены в едином корпусе носимого устройства.In some other embodiments, the electrical pulse generation unit and at least two electrodes are made in a single body of the wearable device.
В некоторых иных вариантах дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный блок из списка: генератор запускающих импульсов, второй блок генерации электрических импульсов, сумматор, регулятор уровня, преобразователь напряжение-ток, блок измерения параметров тока и напряжения; блок контроля цепи пациента.In some other embodiments, it additionally contains at least one additional block from the list: a trigger pulse generator, a second block for generating electrical pulses, an adder, a level controller, a voltage-to-current converter, a block for measuring current and voltage parameters; Patient circuit control unit.
В некоторых вариантах системы по меньшей мере один дополнительный блок конструктивно выполнен в едином корпусе с блоком генерации электрических импульсов.In some versions of the system, at least one additional unit is structurally designed in a single housing with the electrical pulse generation unit.
В некоторых вариантах системы блок управления содержит по меньшей мере один элемент управления из списка: микроконтроллер, блок памяти, микропроцессор выполненный с возможностью исполнять программный код, хранящийся в блоке памяти.In some variants of the system, the control unit contains at least one control element from the list: a microcontroller, a memory unit, a microprocessor configured to execute program code stored in the memory unit.
В некоторых вариантах системы блок управления является по меньшей мере частью одного из: компьютера, мобильного устройства, системы биологической обратной связи.In some embodiments of the system, the control unit is at least part of one of: a computer, a mobile device, or a biofeedback system.
В некоторых вариантах система содержит блок интерфейса, который является по меньшей мере частью одного из: компьютера, мобильного устройства, системы биологической обратной связи.In some embodiments, the system includes an interface unit that is at least part of one of a computer, a mobile device, or a biofeedback system.
В некоторых вариантах система содержит блок интерфейса содержит по меньшей мере одно из: кнопка, устройство световой индикации, дисплей, сенсорную панель управления.In some embodiments, the system contains an interface block comprising at least one of: a button, a light indication device, a display, or a touch control panel.
Также в рамках настоящего решения предложен постоянный машиночитаемый носитель. В некоторых вариантах постоянный машиночитаемый носитель содержит набор инструкций для процессора для управления генератором электрических импульсов, причём набор инструкций позволяет генератору электрических импульсов генерировать электрические импульсы преимущественно симметричной формы, в которых изменение амплитудного значение импульса во времени имеет шесть последовательно расположенных друг за другом участков: первый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до первого минимального значения; второй участок, на котором амплитуда возрастает от первого минимального значения до нуля; третий участок, на котором амплитуда возрастает с нуля до максимального значения; четвертый участок, на котором амплитуда убывает от максимального значения до нуля; пятый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до второго минимального значения; и шестой участок, на котором амплитуда возрастает от второго минимального значения до нуля; причем модуль максимального значения больше модуля первого минимального значения и модуля второго минимального значения.Also within the framework of the present solution, a non-transitory machine-readable medium is proposed. In some embodiments, a non-transitory computer-readable medium contains a set of instructions for a processor to control an electrical pulse generator, wherein the set of instructions allows the electrical pulse generator to generate electrical pulses of a predominantly symmetrical shape, in which the change in the amplitude value of the pulse over time has six sequential sections: a first section , at which the amplitude decreases from zero to the first minimum value; a second section in which the amplitude increases from the first minimum value to zero; the third section, in which the amplitude increases from zero to the maximum value; the fourth section, in which the amplitude decreases from the maximum value to zero; the fifth section, in which the amplitude decreases from zero to the second minimum value; and a sixth section in which the amplitude increases from the second minimum value to zero; wherein the module of the maximum value is greater than the module of the first minimum value and the module of the second minimum value.
Также в рамках настоящего решения предложен еще один вариант устройства для электростимуляции нервной ткани. В некоторых вариантах устройство для электростимуляции нервной ткани содержит по меньшей мере два электрода; блок управления; блок генерации электрических импульсов, выполненный с возможностью генерации одиночных электрических импульсов, таких что график изменения амплитуды импульса по времени имеет форму второй производной от функции Гаусса. Also within the framework of this solution, another version of the device for electrical stimulation of nervous tissue is proposed. In some embodiments, the device for electrically stimulating nerve tissue comprises at least two electrodes; Control block; an electrical pulse generation unit configured to generate single electrical pulses, such that the graph of changes in the pulse amplitude over time has the form of the second derivative of the Gaussian function.
Также в рамках настоящего решения предложен еще один вариант способа для электростимуляции нервной ткани. В некоторых иных вариантах способ электростимуляции нервной ткани включает генерацию как минимум одного электрического импульса, в котором амплитудное значение импульса во времени имеет форму второй производной от функции Гаусса и стимуляция нервной ткани сгенерированным импульсом посредством воздействия на кожу.Also within the framework of this solution, another variant of the method for electrical stimulation of nervous tissue is proposed. In some other embodiments, a method of electrical stimulation of nervous tissue includes generating at least one electrical pulse, in which the amplitude value of the pulse over time has the form of the second derivative of a Gaussian function, and stimulating the nervous tissue with the generated pulse by applying it to the skin.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
С целью более точного отражения сущности настоящего изобретения и его преимуществ, следует обратиться к нижеследующему подробному описанию, приведенному совместно с прилагаемыми чертежами, на которых показаны:In order to more accurately reflect the essence of the present invention and its advantages, reference is made to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 – генератор одиночного импульса согласно варианту реализации устройства;Fig. 1 – single pulse generator according to the device implementation option;
Фиг. 2 – структурная схема устройства для электростимуляции нервной ткани;Fig. 2 – block diagram of a device for electrical stimulation of nervous tissue;
Фиг. 3 (a-в) – представление некоторых импульсных характеристик согласно вариантам реализации устройства.Fig. 3 (a-c) – representation of some impulse characteristics according to the device implementation options.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Настоящее техническое решение направлено на осуществление стимуляции нервной ткани посредством электрического тока. Примерами такой нервной ткани могут быть нейроны головного мозга. В таком случае стимуляция осуществляется транскраниально, то есть через череп пациента. Также возможно осуществлять стимуляцию отдельных нервных окончаний, таких, например, как локации области головы с экспозицией блуждающего нерва. В таком случае воздействие может оказываться в районе близкого прилегания нерва к коже –в области за ухом, в месте выхода блуждающего нерва и прилегания его к яремной вене. Одним из важных аспектов настоящего решения является генерация электрических импульсов определенного вида, о которых будет сказано далее. Согласно прилагаемым чертежам, на Фиг. 1 показан пример реализации генератора одиночного импульса. При поступлении запускающего импульса (100 – «ввод») на вход S Триггера (102) на выходе формируется устойчивое состояние, что разрешает формировать импульсы генератору тактовых импульсов (101). Генератор тактовых импульсов (101) генерирует импульс(ы) с показателями от 10*N до 500*N Гц. Генератор тактовых импульсов (101) формирует импульсы, которые подаются на счетный вход двоичного счетчика импульсов (103), который осуществляет подсчет импульсов и формирует на выходе двоичный код числа равного количеству импульсов на входе. Полученное двоичное число подается на адресный вход модуля памяти (104), в ячейках которой хранятся значения величины сигнала, записанные при производстве или перед запуском генератора. При достижении счетчиком (103) максимального значения N формируется сигнал переполнения, который поступает на вход “R” RS-триггера (102) и переключает выход в состояние 0, что останавливает генератор тактовых импульсов (101). Таким образом за N тактов генератора тактовых импульсов (101) опрашиваются последовательно все ячейки памяти (104) и на выходе памяти формируются последовательно значения величины сигнала в двоичном виде, которые поступают на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (105) и превращаются в напряжение пропорциональное двоичному коду (200 – «вывод»).This technical solution is aimed at stimulating nervous tissue through electric current. Examples of such nervous tissue include neurons in the brain. In this case, stimulation is carried out transcranially, that is, through the patient’s skull. It is also possible to stimulate individual nerve endings, such as, for example, locations in the head area with exposure of the vagus nerve. In this case, the effect can be exerted in the area of close contact of the nerve to the skin - in the area behind the ear, at the point where the vagus nerve exits and adheres to the jugular vein. One of the important aspects of this solution is the generation of electrical impulses of a certain type, which will be discussed below. According to the accompanying drawings, FIG. Figure 1 shows an example of the implementation of a single pulse generator. When a trigger pulse (100 – “input”) arrives at the input S of the Trigger (102), a stable state is formed at the output, which allows the clock pulse generator (101) to generate pulses. The clock generator (101) generates pulse(s) with rates from 10*N to 500*N Hz. The clock pulse generator (101) generates pulses that are fed to the counting input of a binary pulse counter (103), which counts pulses and generates at the output a binary code of a number equal to the number of pulses at the input. The resulting binary number is fed to the address input of the memory module (104), the cells of which store the signal magnitude values recorded during production or before starting the generator. When the counter (103) reaches the maximum value N, an overflow signal is generated, which is sent to the “R” input of the RS flip-flop (102) and switches the output to state 0, which stops the clock generator (101). Thus, in N cycles of the clock pulse generator (101), all memory cells (104) are sequentially interrogated and signal magnitude values in binary form are sequentially generated at the memory output, which are supplied to the digital-to-analog converter (DAC) (105) and converted into a voltage proportional binary code (200 – “output”).
Общая структурная схема устройства согласно настоящему техническому решению показана на Фиг.2. Устройство обеспечивает наложение до трех импульсов одновременно. Для этого в схеме используется три независимых генератора импульсов заданной формы – блоки (221, 222, 223). Генератор импульсов запуска (201) формирует последовательности импульсов на выходах под управлением микроконтроллера (207), которые запускают формирование одиночных импульсов заданной формы. The general block diagram of the device according to this technical solution is shown in Figure 2. The device provides the application of up to three pulses simultaneously. For this, the circuit uses three independent pulse generators of a given shape - blocks (221, 222, 223). The trigger pulse generator (201) generates sequences of pulses at the outputs under the control of the microcontroller (207), which trigger the formation of single pulses of a given shape.
С выходов блоков (221, 222, 223) сигнал в аналоговой форме подается на сумматор (203), где смешивается и подается на регулятор уровня (204), коэффициент передачи которого задается микроконтроллером с учётом заданной программы. Далее сигнал подается на преобразователь напряжение-ток (205), с которого подается на измеритель параметров тока и напряжения (206) для контроля эффективности воздействия на пациента (пользователя устройства). Измеренные параметры считываются микроконтроллером (207) и сравниваются с заданными. При значительном отклонении от заданных параметров формируется сигнал индикации о неисправности устройства (и\или одного или нескольких компонентов, блоков, модулей) или цепи пациента. С выхода блока измерения (206) сигнал подается на блок подключения электродов (210). Блок индикации (208) обеспечивает информирование пользователя о режиме работы, состоянии цепи пациента, времени до окончания сеанса и др. Блок управления (209) содержит кнопки и регуляторы для включения-выключения устройства, регулирования уровня воздействия, выбора параметров сеанса. Блок управления (209) может быть выполнен как отдельное устройство, в том числе, с использованием бытовых устройств общего назначения (смартфон). Управляющий микроконтроллер обеспечивает настройку параметров генератора импульсов запуска (201), определение длительности и состава сеанса, выполнение непрерывного контроля параметров воздействия, индикацию текущего состояния.From the outputs of the blocks (221, 222, 223), the signal in analog form is supplied to the adder (203), where it is mixed and fed to the level controller (204), the transmission coefficient of which is set by the microcontroller taking into account the given program. Next, the signal is supplied to the voltage-to-current converter (205), from which it is supplied to the current and voltage parameter meter (206) to monitor the effectiveness of the effect on the patient (device user). The measured parameters are read by the microcontroller (207) and compared with the specified ones. If there is a significant deviation from the specified parameters, an indication signal is generated indicating a malfunction of the device (and/or one or more components, blocks, modules) or the patient circuit. From the output of the measurement unit (206), the signal is supplied to the electrode connection unit (210). The display unit (208) provides information to the user about the operating mode, the state of the patient circuit, time until the end of the session, etc. The control unit (209) contains buttons and controls for turning the device on and off, regulating the level of exposure, and selecting session parameters. The control unit (209) can be designed as a separate device, including using general-purpose household devices (smartphone). The control microcontroller provides setting the parameters of the trigger pulse generator (201), determining the duration and composition of the session, performing continuous monitoring of the impact parameters, and indicating the current state.
Регулятор уровня (204) позволяет получать электрический импульс от блока генерации электрических импульсов или сумматора (203) и передавать его далее по электрической цепи устройства с заданным коэффициентом передачи. Преобразователь напряжение-ток (205) отвечает за стабилизацию форму подаваемого тока в случае изменения импеданса в цепи.The level controller (204) allows you to receive an electrical pulse from the electrical pulse generation unit or adder (203) and transmit it further along the electrical circuit of the device with a given transmission coefficient. The voltage-to-current converter (205) is responsible for stabilizing the shape of the supplied current in the event of a change in impedance in the circuit.
В некоторых аспектах настоящего изобретения используется таблица значений импульса, которая может храниться на машиночитаемых носителях, в постоянной памяти устройства и\или в памяти средств генерации сигнала с порядковыми значениями блока памяти, например, с 64 ячейками и разрядностью ячейки 8 бит. Как будет понятно специалисту в данной области техники, возможны реализации с другими параметрами памяти и\или разрядности. Соответственно, в процессе работы таблица значений импульса считывается последовательно для ячеек памяти (104) так, что на выходе памяти формируются последовательно значения величины сигнала в двоичном виде. Далее последовательность воспроизводится в течение указанных тактов генератором тактовых импульсов (101). Блок управления и блок генерации электрических импульсов выполнен с возможность генерации одиночных электрических импульсов преимущественно симметричной формы, таких что график изменения амплитуды импульса по времени имеет шесть последовательно расположенных друг за другом участков. Блок генерации электрических импульсов может быть соответственно выполнен с возможностью генерации электрических импульсов, у которых на графике изменения амплитуды импульса по времени площадь под частью графика с положительными значениями амплитуды равна площади над частью графика с отрицательными значениями амплитуды.Some aspects of the present invention utilize a pulse value table that may be stored on computer-readable media, in a device's read-only memory, and/or in a signal-generating means memory with an order value of a memory block, for example, 64 cells and an 8-bit cell width. As will be appreciated by one skilled in the art, implementations with other memory parameters and/or bit depths are possible. Accordingly, during operation, the table of pulse values is read sequentially for memory cells (104) so that signal magnitude values in binary form are sequentially generated at the memory output. Next, the sequence is reproduced during the specified clock cycles by the clock pulse generator (101). The control unit and the electrical pulse generation unit are configured to generate single electrical pulses of a predominantly symmetrical shape, such that the graph of changes in the pulse amplitude over time has six sections located sequentially one after another. The electrical pulse generation unit can accordingly be configured to generate electrical pulses in which, in a graph of changes in pulse amplitude over time, the area under the part of the graph with positive amplitude values is equal to the area above the part of the graph with negative amplitude values.
Устройство для электростимуляции нервной ткани может содержать по меньшей мере один блок электродов (два электрода) или несколько блоков электродов. Электрод (или блок электродов) может быть выполнен с возможностью крепления на кожу головы пациента или с возможностью крепления на ухо пациента, или на зону глаз пациента. Также один электрод (блок электродов) может быть выполнен с возможностью крепления на кожу головы или шеи пациента в области проекции блуждающего нерва. Как будет ясно специалисту в данной области, возможны также и иные реализации блока электродов, в зависимости от того, стимуляции каких именно нервных тканей необходима.A device for electrical stimulation of nervous tissue may contain at least one block of electrodes (two electrodes) or several blocks of electrodes. The electrode (or block of electrodes) can be configured to be attached to the patient's scalp, or to be attached to the patient's ear, or to the patient's eye area. Also, one electrode (electrode block) can be configured to be attached to the patient’s scalp or neck in the area of the vagus nerve projection. As will be clear to one skilled in the art, other implementations of the electrode unit are also possible, depending on which specific nerve tissues are required to be stimulated.
Устройством может использоваться переменные амплитуда, длительность и интенсивность, и, таким образом, осуществляется воздействие на разные области пациента с помощь разных шаблонов. Например, на первую и вторую пары электродов можно подавать импульсы в течение 100 секунд, или на первую пару электродов в течение 50 секунд, а на другую пару электродов в течение 30 секунд. Различные режимы стимуляции можно обеспечивать путем мультиплексирования одного импульсного генератора или множественных импульсных генераторов. Другими словами, устройство позволяет агрегировать электрические импульсы, сгенерированные несколькими блоками генерации электрических импульсов. В таком случае агрегация электрических импульсов происходит путем наложения их друг на друга с частичным перекрытием.The device can use variable amplitude, duration and intensity, and thus target different areas of the patient using different patterns. For example, the first and second pairs of electrodes may be pulsed for 100 seconds, or the first pair of electrodes for 50 seconds and the other pair of electrodes for 30 seconds. Different stimulation modes can be provided by multiplexing a single pulse generator or multiple pulse generators. In other words, the device allows the aggregation of electrical pulses generated by several electrical pulse generation units. In this case, aggregation of electrical pulses occurs by superimposing them on each other with partial overlap.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, используются множественные электроды для обеспечения возможность применять разные шаблоны импульсов для разных электродов.According to another aspect of the present invention, multiple electrodes are used to allow different pulse patterns to be applied to different electrodes.
В некоторых аспектах генератор запускающих импульсов выполнен с возможностью генерировать пачки запускающих импульсов с заданным по меньшей мере одним из следующих параметров: интервал между пачками, интервал между импульсами в пачке, количество импульсов в пачке. Количество используемых блоков генерации электрических импульсов не ограничено: возможно использование нескольких блоков генерации (генераторов). In some aspects, the trigger pulse generator is configured to generate bursts of trigger pulses with a specified at least one of the following parameters: interval between bursts, interval between pulses in a burst, number of pulses in a burst. The number of electrical pulse generation units used is not limited: it is possible to use several generation units (generators).
В некоторых аспектах настоящего изобретения может подаваться (отдельно или совместно с «рабочим» или лечебным импульсом) импульс считывания импеданса. Импульс считывания импеданса подается к коже в выбранных местах для измерения относительного импеданса тела в этих местах. Импульс считывания импеданса и\или ответный импульс от кожи позволяют выбрать наиболее эффективное место для воздействия лечебным импульсом с учётом места закрепления электродов (которое далее называется "активной областью" или "участком"). Обычно предполагается, что области кожи со сравнительно низким импедансом обеспечивают более эффективное лечение и, таким образом, являются активными областями. Последовательность запускающих импульсов подаётся с интервалами между импульсами, например, определяемыми по случайному закону в пределах заданных диапазонов – минимального и максимального значений интервала. In some aspects of the present invention, an impedance sensing pulse may be provided (alone or in conjunction with a work or treatment pulse). An impedance sensing pulse is applied to the skin at selected locations to measure the relative impedance of the body at those locations. The impedance sensing pulse and/or the response pulse from the skin allows you to select the most effective location for the treatment pulse, taking into account the location of the electrodes (hereinafter called the “active area” or “site”). It is generally assumed that areas of the skin with relatively low impedance provide more effective treatment and are thus active areas. A sequence of triggering pulses is supplied with intervals between pulses, for example, determined by a random law within specified ranges - the minimum and maximum values of the interval.
Помимо рассмотренных выше аспектов настоящего способа и устройства, устройство дополнительно имеет схему мониторинга для генерации визуального и\или аудиосигнала. Таким образом осуществляется мониторинг изменений состояния кожи в ходе лечения путем изменения частоты звука или визуального сигнала по мере изменения измеренного относительного импеданса в ходе лечения. Устройство реализует функцию динамической оценки силы тока на основе мониторинга.In addition to the above-discussed aspects of the present method and apparatus, the apparatus further includes monitoring circuitry for generating a visual and/or audio signal. This monitors changes in skin condition during treatment by changing the frequency of the sound or visual signal as the measured relative impedance changes during treatment. The device implements the function of dynamic current assessment based on monitoring.
Настоящие устройство позволяет формировать с использованием блока управления и блока генерации электрических импульсов, электрические импульсы с заданными параметрами. В некоторых аспектах настоящего изобретения участки импульса формируются следующим образом с учётом амплитудного значения силы тока, как это показано на Фиг.3 (а-в). На Фиг. 3 (а-в) приведены некоторые примеры импульсных характеристик согласно вариантам реализации устройства.This device allows you to generate, using a control unit and an electrical impulse generation unit, electrical impulses with specified parameters. In some aspects of the present invention, pulse sections are generated in the following manner based on the amplitude value of the current, as shown in Figure 3 (a-c). In FIG. 3(a-c) shows some examples of impulse responses according to device implementation options.
В указанном на Фиг. 3(а) варианте несколько участков: первый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до первого минимального значения; второй участок, на котором амплитуда возрастает от первого минимального значения до нуля; третий участок, на котором амплитуда возрастает от нуля до максимального значения; четвертый участок, на котором амплитуда убывает от максимального значения нуля; пятый участок, на котором амплитуда убывает от нуля до второго минимального значения; шестой участок, на котором амплитуда возрастает от второго минимального значения до нуля. In the shown in FIG. 3(a) there are several sections: the first section, in which the amplitude decreases from zero to the first minimum value; a second section in which the amplitude increases from the first minimum value to zero; the third section, in which the amplitude increases from zero to the maximum value; the fourth section, in which the amplitude decreases from the maximum value of zero; the fifth section, in which the amplitude decreases from zero to the second minimum value; the sixth section, in which the amplitude increases from the second minimum value to zero.
В таком варианте воздействия уровень безопасности применения достигает характеристик, при которых реализация прибора может быть безопасно использована при минимальном медицинском контроле и без такового. Спектральные свойства используемой формы импульса таковы, что он легко может быть подавлен полосно-заграждающим (режекторным) фильтром, что позволяет регистрировать ЭЭГ не прерывая воздействие, а значит использовать указанный импульс стимуляции в системах с биологической обратной связью в реальном времени.In this type of exposure, the level of safety of use reaches characteristics at which the implementation of the device can be safely used with minimal medical supervision and without it. The spectral properties of the used pulse shape are such that it can easily be suppressed by a band-stop (notch) filter, which makes it possible to record the EEG without interrupting the effect, and therefore use the specified stimulation pulse in systems with biofeedback in real time.
Указанный подход позволяет принципиально расширить возможности применения устройства не только для лечебного воздействия, но и для модуляции естественных состояний в бытовой и профессиональной деятельности человека, например активация внимания, регуляция отдыха, ускорение обучения и адаптации к быстро изменяющимся факторам внешней среды.This approach allows us to fundamentally expand the possibilities of using the device not only for therapeutic effects, but also for modulating natural states in a person’s everyday and professional activities, for example, activating attention, regulating rest, accelerating learning and adapting to rapidly changing environmental factors.
Другие варианты генерации электрических импульсов также возможны, например, на основе графика изменения амплитуды импульса по времени формы вейвлета. В некоторых вариантах специфический тип вейвлета может представлять собой «мексиканскую шляпу», вейвлет Дабоши db4 (Фиг.3(б)), вейвлет семейства симлетов, Койфлет (Фиг.3(в)), окно Хэмминга, Морлет, Мейер, и т.п. Форма импульса при этом может быть строго симметричной, как в случае, например, «мексиканской шляпы» (другие названия - Mexican HAT, MHAT-вейвлет), так и преимущественно симметричной, то есть обладающей некоторой степенью симметрии, но не являющейся строго симметричной. Примерами импульсов преимущественно симметричной формы могут быть импульсы формы вейвлета Дабоши db4 или Койфлет. В некоторых вариантах генерируются электрические импульсы гладкой формы. При генерации электрических импульсов также, согласно указанному способу и устройство, может реализовываться вариант импульса с графиком изменения амплитуды импульса по времени вида и\или формы второй производной от функции Гаусса. Other options for generating electrical pulses are also possible, for example, based on a graph of the change in pulse amplitude over time of a wavelet shape. In some embodiments, a specific type of wavelet may be a "Mexican hat", a Daboshi db4 wavelet (Figure 3(b)), a symlet family wavelet, a Coiflet (Figure 3(c)), a Hamming window, Morlet, Meyer, etc. P. The shape of the pulse can be strictly symmetrical, as in the case, for example, of the “Mexican hat” (other names - Mexican HAT, MHAT wavelet), or predominantly symmetrical, that is, having a certain degree of symmetry, but not being strictly symmetrical. Examples of pulses with a predominantly symmetrical shape can be pulses of the Daboshi db4 or Coiflet wavelet shape. In some embodiments, smooth shaped electrical pulses are generated. When generating electrical pulses, also, according to the specified method and device, a variant of the pulse with a graph of changes in the pulse amplitude over time of the form and/or shape of the second derivative of the Gaussian function can be implemented.
Эти формы импульса обладают схожими характеристиками – в них импульс начинается из значений близких или равных нулю областью спада до некоторого минимального значения, за которой следует область подъема с изменением направления тока до некоторого максимального значения, затем импульс имеет область спада до второго минимального значения со вторым изменением направления тока, за которой следует область подъема до значений равных или близких к нулю. Такая форма импульса имеет ряд преимуществ, помимо упомянутых выше. Импульс такой формы физиологичен, т.е. близок по форме к кривой потенциала действия нейронов. При этом в рамках такой формы импульса можно добиться электронейтральности воздействия, когда сумма прямого и обратного токов равна нулю. В таком случае тканям организма не передается никакого дополнительного электрического заряда. Импульсы такой формы практически не искажаются в тканях головного мозга и других тканях. Такие импульс хорошо накладываются друг на друга и организуются в “спайки”, близкие по форме к паттернам естественных электрических импульсов головного мозга. These pulse shapes have similar characteristics - in them the pulse begins from values close to or equal to zero with a region of decline to a certain minimum value, followed by a region of rise with a change in the direction of the current to a certain maximum value, then the pulse has a region of decline to a second minimum value with a second change current direction, followed by a region of rise to values equal to or close to zero. This form of impulse has a number of advantages in addition to those mentioned above. An impulse of this form is physiological, i.e. close in shape to the action potential curve of neurons. Moreover, within the framework of this pulse shape, it is possible to achieve electrical neutrality of the effect when the sum of the forward and reverse currents is zero. In this case, no additional electrical charge is transferred to the body tissues. Impulses of this shape are practically not distorted in brain tissue and other tissues. Such impulses superimpose well on each other and are organized into “spikes”, close in shape to the patterns of natural electrical impulses of the brain.
Одним из аспектов настоящего технического решения является то, что параметры тока предпочтительно задавать таким образом, чтобы оказываемое воздействие было подпороговым - то есть ниже потенциала активации нейронов. При таком воздействии, подаваемый ток не создает условий для активации нейрона в спокойном состоянии, но может активировать нейрон, близкий к состоянию активации. В некоторых случаях при наличии клинических рекомендаций (например, при эпилептическом приступе) возможно применение пороговых и надпороговых величин воздействия.One aspect of the present technical solution is that the current parameters are preferably set in such a way that the effect is subthreshold - that is, below the activation potential of neurons. With this effect, the applied current does not create conditions for the activation of a neuron in a quiet state, but can activate a neuron close to the activation state. In some cases, if there are clinical recommendations (for example, during an epileptic attack), it is possible to use threshold and supra-threshold exposure values.
Например, одиночные электрические импульсы имеют длительность импульса в диапазоне от 2 до 100 мс. При этом расстояние между двумя соседними экстремумами по времени лежат в диапазоне от 0,3 до 50 мс. Пачка импульсов задаётся частотой до 600 импульсов в сек. Амплитудные значения тока задаются от 0,05 до 10 мА. For example, single electrical pulses have pulse durations ranging from 2 to 100 ms. In this case, the distance between two adjacent time extremes lies in the range from 0.3 to 50 ms. The pulse train is set at a frequency of up to 600 pulses per second. Amplitude current values are set from 0.05 to 10 mA.
В соответствии с одним из аспектов настоящего технического решения, генератор запускающих импульсов выполнен с возможностью генерировать пачки запускающих импульсов с заданным по меньшей мере одним из интервала между пачками, интервала между импульсами в пачке, количества импульсов в пачке.Стимуляции импульсами электрического тока может включать период нарастания и период окончания стимуляции током. Причём период нарастания тока длится от 10 до 300 с в начале воздействия, а затухание длится от 3 до 15 с. Таким образом, совокупная длительность сеанса воздействия может составлять от 10 до 60 минут с учётом нескольких фаз нарастания и затухания силы тока.In accordance with one aspect of the present technical solution, the trigger pulse generator is configured to generate bursts of trigger pulses with a specified at least one of an interval between bursts, an interval between pulses in a burst, a number of pulses in a burst. Stimulation with electrical current pulses may include a rise period and the period of termination of current stimulation. Moreover, the period of current increase lasts from 10 to 300 s at the beginning of the effect, and the decay lasts from 3 to 15 s. Thus, the total duration of the exposure session can be from 10 to 60 minutes, taking into account several phases of increasing and decreasing current strength.
Показатели (параметры) импульса могут быть заданы в виде таблицы или списка значений для хранения в блоке памяти. Например, для 64 ячеек (значений) и 9-разрядного ЦАП параметры импульса могут быть заданы в виде массива значений: 0, 0, 0, -1, -1, -1, -2, -3, -5, -8, -12, -17, -24, -33, -44, -57, -71, -85, -98, -108, -114, -113, -102, -82, -52, -12, 36, 87, 139, 186, 223, 248, 255, 248, 223, 186, 139, 87, 36, -12, -52, -82, -102, -113, -114, -108, -98, -85, -71, -57, -44, -33, -24, -17, -12, -8, -5, -3, -2, -1, -1, -1, 0, 0. Pulse indicators (parameters) can be specified in the form of a table or a list of values for storage in a memory block. For example, for 64 cells (values) and a 9-bit DAC, the pulse parameters can be specified as an array of values: 0, 0, 0, -1, -1, -1, -2, -3, -5, -8, -12, -17, -24, -33, -44, -57, -71, -85, -98, -108, -114, -113, -102, -82, -52, -12, 36, 87, 139, 186, 223, 248, 255, 248, 223, 186, 139, 87, 36, -12, -52, -82, -102, -113, -114, -108, -98, -85 , -71, -57, -44, -33, -24, -17, -12, -8, -5, -3, -2, -1, -1, -1, 0, 0.
В других вариантах настоящего изобретения для заполнения блока памяти значениями сигнала используется расчёт на основе числа ячеек памяти, номера ячейки в памяти, число двоичных бит в ячейке памяти (разрядность ЦАП) и выбранное значение в ячейке соответствующего номера. Указанные параметры импульса, значения сигнала, длительность воздействия могут быть сохранены в виде инструкций для хранения на постоянном машиночитаемом носителе, который будет позволять воспроизводить, соответственно, набор инструкций для процессора для управления генератором электрических импульсов. Постоянный машиночитаемым носитель может быть выполнен как на базе приборов генерации и мониторинга сигналов (осциллографа), так и бытовых устройств (компьютера, смартфона), а также облачных хранилищ информации.In other embodiments of the present invention, a calculation is used to populate a memory block with signal values based on the number of memory cells, the number of the memory cell, the number of binary bits in the memory cell (DAC width), and the selected value in the corresponding cell number. The specified pulse parameters, signal values, and duration of exposure can be stored in the form of instructions for storage on a permanent machine-readable medium, which will allow reproducing, respectively, a set of instructions for the processor to control the electrical pulse generator. A permanent machine-readable medium can be made both on the basis of signal generation and monitoring devices (oscilloscope), and household devices (computer, smartphone), as well as cloud information storage.
Устройство может быть выполнено с возможностью осуществления подключения и контроля одной или несколькими системами Биологической Обратной Связи (БОС). Примером реализации такого устройства является специализированные средства и приборы БОС, так и бытовые приборы с интерфейсом, в том числе общего назначения, такие как персональный компьютер, мобильные устройства (смартфон, планшет и т.д.). БОС позволяет показывать и выводить статусы (индикации) подключения электродов и готовности индуцировать импульсы электрического тока. Таким образом, с использованием дистанционного управления через указанные примеры внешнего по отношению к рассматриваемому устройству, интерфейсы возможен динамический контроль и оценка воздействия с возможностью регулировки параметров стимуляции. Устройство реализует возможности лечебного воздействия и мониторинга хода воздействия без инвазивных процедур с возможностью отслеживания параметров стимуляции.The device can be configured to connect and control one or more Biofeedback systems (BFB). An example of the implementation of such a device is specialized biofeedback tools and devices, as well as household appliances with an interface, including general purpose ones, such as a personal computer, mobile devices (smartphone, tablet, etc.). BOS allows you to show and display the status (indication) of electrode connection and readiness to induce electric current pulses. Thus, using remote control through the specified examples external to the device in question, interfaces are possible to dynamically control and evaluate the impact with the ability to adjust stimulation parameters. The device implements the possibility of therapeutic effects and monitoring the progress of effects without invasive procedures with the ability to track stimulation parameters.
Как будет понятно специалисту в этой области техники, настоящее решение может быть реализовано как в виде устройства, так и в виде системы – группы устройств или блоков соединенных между собой с помощью проводов и/или посредством беспроводной связи. В качестве беспроводной связи передачи данных могут использоваться различные стандартны связи, такие как, например, Bluetooth, Wi-Fi, UWB, ANT и др. В рамках настоящего решения, система или устройство также могут быть выполнены с возможностью подключения к внешним устройствам, сетям или системам, таким как персональные компьютеры, мобильные устройства, системы биологической обратной связи, аппараты ЭЭГ и прочим.As will be clear to one skilled in the art, the present solution can be implemented both as a device and as a system - a group of devices or units interconnected by wires and/or wireless communications. As a wireless data connection, various standard communications can be used, such as, for example, Bluetooth, Wi-Fi, UWB, ANT, etc. As part of the present solution, the system or device can also be configured to connect to external devices, networks or systems such as personal computers, mobile devices, biofeedback systems, EEG devices and others.
Хотя несколько вариантов осуществления настоящего изобретения было проиллюстрировано на прилагаемых чертежах и описано в вышеприведенном подробном описании, очевидно, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, но допускает многочисленные перегруппировки, модификации и замены частей и элементов без отхода от объема и сущности изобретения.Although several embodiments of the present invention have been illustrated in the accompanying drawings and described in the above detailed description, it is clear that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is susceptible of numerous rearrangements, modifications and substitutions of parts and elements without departing from the scope and spirit of the invention.
Claims (142)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812398C1 true RU2812398C1 (en) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4237899A (en) * | 1978-09-26 | 1980-12-09 | Stimtech, Inc. | Electronic tissue stimulator with output signal controls |
US4977895A (en) * | 1989-05-22 | 1990-12-18 | Ely Shavit Pasternak | Electrical apparatus for medical treatment |
US5800476A (en) * | 1996-10-21 | 1998-09-01 | Galaxy Top International S.P.A. | Method for improving certain functional characteristics of the human body |
WO1999037359A1 (en) * | 1997-01-27 | 1999-07-29 | Ewa Herbst | Multi-functional electrical stimulation system |
EP1328315A1 (en) * | 2000-10-19 | 2003-07-23 | Université de Sherbrooke | Programmable neurostimulator |
RU2255773C2 (en) * | 2003-07-30 | 2005-07-10 | Кэлако Сайентифик, Инк. | Method and device for carrying out transcranial electric stimulation |
CN201139869Y (en) * | 2008-01-22 | 2008-10-29 | 重庆大学 | Apparatus for treating myocardial ischemia |
CN203564651U (en) * | 2013-11-13 | 2014-04-30 | 天津医科大学总医院 | Central nerve electrical pulse stimulation wave generator |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4237899A (en) * | 1978-09-26 | 1980-12-09 | Stimtech, Inc. | Electronic tissue stimulator with output signal controls |
US4977895A (en) * | 1989-05-22 | 1990-12-18 | Ely Shavit Pasternak | Electrical apparatus for medical treatment |
US5800476A (en) * | 1996-10-21 | 1998-09-01 | Galaxy Top International S.P.A. | Method for improving certain functional characteristics of the human body |
WO1999037359A1 (en) * | 1997-01-27 | 1999-07-29 | Ewa Herbst | Multi-functional electrical stimulation system |
EP1328315A1 (en) * | 2000-10-19 | 2003-07-23 | Université de Sherbrooke | Programmable neurostimulator |
RU2255773C2 (en) * | 2003-07-30 | 2005-07-10 | Кэлако Сайентифик, Инк. | Method and device for carrying out transcranial electric stimulation |
CN201139869Y (en) * | 2008-01-22 | 2008-10-29 | 重庆大学 | Apparatus for treating myocardial ischemia |
CN203564651U (en) * | 2013-11-13 | 2014-04-30 | 天津医科大学总医院 | Central nerve electrical pulse stimulation wave generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220152389A1 (en) | Apparatuses and methods for transdermal electrical stimulation of nerves to modify or induce a cognitive state | |
US10293161B2 (en) | Apparatuses and methods for transdermal electrical stimulation of nerves to modify or induce a cognitive state | |
US9393430B2 (en) | Methods and apparatuses for control of a wearable transdermal neurostimulator to apply ensemble waveforms | |
EP0111229B1 (en) | Electric nerve stimulator device | |
US8355789B2 (en) | Method and apparatus providing asynchronous neural stimulation | |
CN110913946B (en) | Intersecting short pulse electrical stimulation of the brain | |
JP2002113115A (en) | Electrotherapeutical device utilizing variant system | |
CN108778409A (en) | Method and system for the offer for improving electro photoluminescence | |
KR20160018660A (en) | Transcranial pulsed current stimulation | |
RU2553185C1 (en) | Device for correction of sleep characteristics | |
US20210046312A1 (en) | Devices, systems and methods for synchronous binaural vestibular nerve stimulation | |
RU2812398C1 (en) | Device and method of electrical stimulation of nerve tissue | |
US20210290958A1 (en) | Systems, devices and methods for anxiety treatment using vestibular nerve stimulation | |
RU2722812C1 (en) | Method of neural-like dynamic electric stimulation and device for implementation thereof | |
RU2155614C2 (en) | Adaptive electrostimulator | |
RU2336103C1 (en) | Electroneuroadaptive stimulator (versions), electrode device and electrode module | |
WO2015024945A1 (en) | Systems and methods for electrotherapy combined with feedback from sensors | |
RU89958U1 (en) | DEVICE FOR COMBINED TRANSCRANIAL PHYSIOTHERAPY | |
JP2004049536A (en) | Pulsing electrostimulator | |
KR20210007357A (en) | Apparatus and method for relaxing stress based on electrocardiogram | |
US20200360653A1 (en) | Systems, devices and methods for sleep therapy using vestibular nerve stimulation | |
RU57606U1 (en) | ELECTRON NEUROSTIMULATOR (OPTIONS) | |
WO2010071613A1 (en) | Electrostimulator and electrostimulation method | |
RU2297253C2 (en) | Trans-cranial electrical stimulator and device for fastening electrodes of electrical trans-cranial stimulator | |
TWI555551B (en) | Closed-loop stimulating apparatus and stimulating method thereof |