RU237148U1 - Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии, а именно к устройствам для воздействия электрическим током, подводимым через контактные электроды, расположенные во рту пациентов детского и взрослого возраста. Технической проблемой является ограниченность применяемых программно-аппаратных средств управления, не позволяющих обеспечить гибкую настройку параметров электрических импульсов с попеременной стимуляцией правой и левой половины языка и сохранность этих настроек для постоянного индивидуального использования пациентом. Технический результат, который достигается заявляемой полезной моделью, заключается в реализации возможности многократного воспроизведения режима процедуры билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка. Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка состоит из корпуса с дисплеем и кнопками управления, внутри которого размещен микроконтроллер, оснащенный энергонезависимой памятью и приемопередатчиком с интерфейсом RS-485, а также аккумулятор со встроенным контроллер заряда. К корпусу посредством соединительного кабеля подключена электродная матрица, содержащая печатную плату с электродами. Внутри электродной матрицы размещены микрочип, оснащенный энергонезависимой памятью, приемопередатчик, импульсный регулируемый DC-DC преобразователь и мультиплексор. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к медицине, в частности к электротерапии, а именно к устройствам для воздействия электрическим током, подводимым через контактные электроды, расположенные во рту пациентов детского и взрослого возраста.

Уровень техники

В последние десятилетия методы нейрореабилитации, основанные на активации нейропластичности головного мозга, получили широкое развитие благодаря применению неинвазивных технологий стимуляции периферических нервов. Одним из перспективных направлений в данной области является транслингвальная нейростимуляция (ТЛНС), при которой электрическое воздействие на чувствительные зоны языка приводит к активации структур ствола мозга и коры, способствуя восстановлению двигательных и когнитивных функций. Клинические и экспериментальные данные подтверждают высокую эффективность ТЛНС при терапии нарушений походки, координации, равновесия, а также в реабилитации после черепно-мозговых травм, инсультов и нейродегенеративных заболеваний. При этом для достижения максимальной эффективности терапии требуется комплексный подход к разработке устройств для ТЛНС, сочетающий нейрофизиологические принципы, эргономику и гибкие режимы электрической стимуляции, соответствующие индивидуальным параметрам пациента.

Известен способ нейрореабилитации пациента, заключающийся в том, что одновременно осуществляют стимуляцию по меньшей мере одного из: тройничного или лицевого нерва через кожу пациента и побуждают пациента выполнять первое физическое движение, затрудненное в силу нарушений его нервной системы, затем стимуляцию прекращают на определенный период времени, после чего указанные действия повторяют, при этом пациент выполняет либо то же самое физическое движение с другой степенью интенсивности, либо иное физическое движение, отличающееся от первого (см. патент US8849407B1, опубл. 30.09.2014 г.).

Известна система и способы предоставления неинвазивной нейрореабилитации пациента с применением электродного массива, разделенного на 9 групп по 16 электродов в каждой и одной группы из 15 электродов. Каждый электрод внутри группы соответствует одному из 16 электрических каналов. Схема управления может подавать последовательность электрических импульсов электродному массиву для обеспечения нейростимуляции нервов. Описанное устройство позволяет реализовать режим стимуляции со ступенчатым уменьшением амплитуды импульсов от корня до кончика языка (см. патент RU2665385C1, опубл. 29.08.2018 г.).

Недостатками описанной системы являются ограниченность возможных режимов и зон стимуляции, ступенчатое изменение амплитуды импульсов с достаточно широким шагом и сложность алгоритма реализации нейростимуляции нервов.

Известен электрод для транслингвальной нейростимуляции, через который обеспечивается предъявление электрических импульсов на язык, состоящий из печатной платы с нанесенной на нее компонентами, на которой выполнены металлизированные контакты, отличающийся тем, что часть платы, на которую нанесены компоненты, закрыта посредством отверждаемого после нанесения вещества, образующего корпус (см. патент RU194118U1, опубл. 28.11.2019 г.).

Недостатками описанного электрода являются сложность изготовления корпуса из полимерного вещества и обеспечение при этом открытости электродов на площадке.

Известно устройство для электрической стимуляции слизистой полости рта, в котором от источника питания обеспечена подача напряжения на контакты платы, устанавливаемой в рот, через гибкий провод, отличающееся тем, что напряжение подают вначале через элементы, коммутирующие более высокое напряжение, расположенные на отдельной плате, а затем посредством токопередающих линий напрямую на указанные контакты (см. патент RU193297U1, опубл. 22.10.2019 г.).

Недостатками описанного устройства являются сложность реализации промежуточного звена понижения напряжения, его большие габариты и необходимость обеспечения охлаждения.

Известен способ подачи электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции, включающий воздействие электрическими импульсами на поверхность языка таким образом, при котором импульсы подают в виде сходящихся или расходящихся волн (см. патент RU2733169C2, опубл. 29.09.2020 г.).

Недостатком описанного способа является ограниченность режимов нейростимуляции, заключающихся только в создании эффекта пульсации сходящихся или расходящихся волн.

Известен способ осуществления электростимуляции языка через множество контактов электрода при условии, что одновременно пиковое напряжение подается на часть контактов электрода, расположенных по площади языка на расстоянии друг от друга, параметры переключения подачи напряжения между частями контактов, образующих группы контактов электрода, определяются следующим условием: переключение на следующую группу происходит после спада пикового напряжения на предыдущей группе через такой интервал времени, при котором компенсируется электрический потенциал, определяемый количеством контактов в группе и временем спада пикового напряжения (см. патент RU2748787C1, опубл. 31.05.2021 г.).

Известна электродная матрица для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка, содержащая источник питания, связанный с блоком управления, который подключен посредством проводного интерфейса к печатной плате с электродами, отличающаяся тем, что печатная плата выполнена многослойной с обеспечением гальванической развязки электродов по шести параллельным каналам, причем электроды выполнены в виде полусферы и распределены равномерно с периодическим чередованием в левой и правой зонах, отделенных отступом, в левой зоне электроды разделены на группы, каждая из которых образована тремя типами электродов, каждый из которых запитан от одного из трех независимых каналов, в правой зоне электроды разделены на группы, каждая из которых образована тремя типами электродов, каждый из которых запитан от одного из трех независимых каналов, электроды левой и правой зон гальванически не связаны между собой, блок управления выполнен с возможностью задания частоты повторения, длительности, амплитуды, скважности и формы подаваемых на электроды электрических импульсов в каждом канале отдельно с возможностью разнесения импульсов по времени с осуществлением различных режимов стимуляции нервных окончаний в левой и правой зонах (см. патент RU219818U1, опубл. 09.08.2023 г.).

На сегодняшний день на рынке медицинского оборудования для транслингвальной нейростимуляции языка известны следующие устройства с аналогичным принципом действия:

1. PoNS (PonDs, PoNSTM) - Portable Neuromodulation Stimulator (см. https://www.wicab.com, дата обращения 23.06.2025 г.), воплощающий патент США US8849407B1 с блоком электродов, содержащим 143 позолоченных электрода, разделенных на девять групп, на которые возможно подавать импульсы длительность от 0,4 до 60 мкс от источника напряжения 19 В.

2. Rehaline TLNS (см. https://www.rehaline.ru, дата обращения 23.06.2025 г.), по принципу действия и конструкции соответствующий устройству PoNS, но позволяющий реализовать более широкий набор реабилитационных методик.

3. Нейропорт (см. https://www.medkv.ru/trenazher-neiroport.html, дата обращения 23.06.2025 г.), по принципу действия и конструкции соответствующий устройству PoNS, но обладающий простой конструкцией и ограниченным функционалом.

Известным аналогом с наиболее близкой совокупностью существенных признаков, выделяемым автором как прототип является система для предъявления электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции, состоящая из устройства управления подачей тока на устройство для предъявления электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции от источника тока; устройства, обеспечивающего подачу тока от указанного устройства управления на устройство для предъявления электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции; устройства для предъявления электрических импульсов при транслингвальной нейростимуляции, состоящего из по меньшей мере печатной платы с электродами для обеспечения подкожной локальной электрической стимуляции языка, средств для подачи тока на электроды и схемы управления для управления электрическими сигналами, подаваемыми на электроды, отличающаяся тем, что компоненты указанной схемы управления расположены на печатной плате с двух ее сторон (см. патент RU2751884C1, опубл 20.07.2021 г.).

Причинами, препятствующими достижению заявленного технического результата, который обеспечивает заявленная полезная модель, являются следующие функциональные ограничения: невозможность регулировки параметров стимуляции, в частности - задержек между импульсами и длительности импульсов в пределах физиологически и терапевтически обоснованного диапазона; отсутствие режима модуляции, предполагающего попеременную стимуляцию правой и левой половины языка, что снижает эффективность нейропластической адаптации; а также автоматический сброс пользовательских настроек при выключении устройства, что требует повторной индивидуальной калибровки перед каждым сеансом терапии, увеличивает длительность подготовки и затрудняет соблюдение персонализированных протоколов стимуляции.

Анализ известных технических решений, представленных в патентной и научной литературе, показывает наличие существенных недостатков, ограничивающих эффективность и универсальность применения подобных устройств для ТЛНС терапии в клинической практике.

Раскрытие сущности полезной модели

Технической проблемой является ограниченность применяемых программно-аппаратных средств управления, не позволяющих обеспечить гибкую настройку параметров электрических импульсов с попеременной стимуляцией правой и левой половины языка и сохранность этих настроек для постоянного индивидуального использования пациентом. Чаще всего процедуры билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка назначаются лечащим врачом продолжительными курсами с многократным периодическим повторением в течение дня (см. https://newday-clinic.ru/tlns, дата обращения 23.06.2025 г.). Пациентам сложно перед каждой процедурой безошибочно воспроизвести все параметры режима процедуры и на это уходит много времени.

Технический результат, который достигается заявляемой полезной моделью, заключается в реализации возможности многократного воспроизведения режима процедуры билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка за счет генерации и управляемом формировании электрических импульсов заданной амплитуды, длительности, частоты повторения, скважности и формы, основанных на явлении импульсной электрической стимуляции нервных окончаний языка с возможностью точной регулировки их параметров и сохранения настроек в энергонезависимой памяти.

Технический результат достигается с помощью устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка, состоящего из корпуса с дисплеем и кнопками управления, внутри которого расположены микроконтроллер с приемопередатчиком и аккумулятор, соединенные посредством соединительного кабеля с электродной матрицей, включающей многослойную печатную плату с электродами, разделенными на группы левого и правого сегментов, и размещенные внутри электродной матрицы микрочип с приемопередатчиком, импульсный регулируемый DC-DC преобразователь и мультиплексор, характеризующегося тем, что микроконтроллер и микрочип оснащены энергонезависимой памятью и дополнительно выполнены с возможностями сохранения текущих настроек стимуляции, формирования управляющих сигналов для задания амплитуды, частоты повторения, длительности, скважности и формы электрических импульсов посредством управления DC-DC преобразователем и мультиплексором; на поверхности многослойной печатной платы выполнено 390 электродов, разделенных по постоянному току на шесть каналов поровну, по три группы в левом и правом сегментах печатной платы; электроды имеют полусферическую форму и покрыты слоем гипоаллергенного электропроводящего материала; приемопередатчик микроконтроллера, соединительный кабель и приемопередатчик микрочипа выполнены с интерфейсом связи стандарта RS-485.

Применение заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка обеспечивает стандартизацию нейростимуляционных процедур в медицинских учреждениях за счет воспроизводимости настроек и сокращения времени на подготовку оборудования, предоставляет пациентам возможность индивидуального подбора параметров стимуляции с сохранением настроек между сеансами для повышения эффективности и удобства терапии, а также способствует развитию отрасли транслингвальной нейростимуляции благодаря расширенным программируемым возможностям (в том числе настройке задержек, длительности и модуляции импульсов) и внедрению энергоэффективных решений; ключевым преимуществом устройства является сохранение пользовательских параметров в памяти, что устраняет основной недостаток известных аналогов и повышает безопасность эксплуатации.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.

На Фиг. 2 показано условное разделение на левый и правый сегменты печатной платы заявленного устройства с конфигурацией электродов.

На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.

На фиг. 1, 2 и 3 обозначены:

1 - корпус;

2 - дисплей;

3 - кнопки управления;

4 - микроконтроллер;

5 - энергонезависимая память микроконтроллера;

6 - приемопередатчик с интерфейсом RS-485;

7 - аккумулятор;

8 - контроллер заряда;

9 - соединительный кабель;

10 - электродная матрица;

11 - многослойная печатная плата;

12 - электрод;

13 - левый сегмент платы;

14 - правый сегмент платы;

15 - микрочип;

16 - энергонезависимая память микрочипа;

17 - приемопередатчик микрочипа с интерфейсом RS-485;

18 - DC-DC преобразователь;

19 - мультиплексор.

Осуществление полезной модели

Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка состоит из корпуса (1) с дисплеем (2) и кнопками (3) управления, внутри которого размещен микроконтроллер (4), оснащенный энергонезависимой памятью (5) и приемопередатчиком (6) с интерфейсом RS-485, а также аккумулятор (7) с контроллером заряда (8). К корпусу (1) посредством соединительного кабеля (9) с интерфейсом проводной связи RS-485 подключена электродная матрица (10). Она содержит многослойную печатную плату (11) с электродами (12), которые выполнены в форме полусферы и покрыты слоем гипоаллергенного электропроводящего материала. Электроды (12) равномерно распределены с периодическим чередованием в левом (13) и правом (14) сегментах печатной платы (11). Внутри электродной матрицы (10) размещены микрочип (15), оснащенный энергонезависимой памятью (16), приемопередатчик (17) с интерфейсом RS-485, импульсный регулируемый DC-DC преобразователь (18) и мультиплексор (19).

При помощи дисплея (2) и кнопок (3) управления пользователь контролирует и изменяет режимы работы заявленного устройства.

Микроконтроллер (4) и микрочип (15) обладают функциональными возможностями задания амплитуды, частоты повторения, длительности, скважности и формы подаваемых на электроды (12) электрических импульсов. Взаимосвязь микроконтроллера (4) и микрочипа (15) через проводной интерфейс RS-485 осуществляется при помощи их приемопередатчиков (6) и (17) через интерфейс RS-485 посредством соединительного кабеля (9), что позволяет создать дифференциальную пару и реализовать интерфейс пользователя в виде дисплея (2) и кнопок (3) управления на корпусе (1) и формировать импульсы на электродах (12) с любой продолжительностью и задержкой в заявленных диапазонах, соответствующие режимам процедур. Например, со следующими характеристиками: амплитуда - от 1 до 24 В; длительность импульса - от 5 до 1000 мкс; задержка между триплетами импульсов - от 100 до 500 мкс; период модуляции - от 5 до 200 мс.

Энергонезависимые памяти (5) и (16) обеспечивают сохранение текущих настроек импульсов (амплитуда, длительность, задержки, модуляция) путем записи их параметров перед отключения электропитания заявленного устройства.

Электропитание элементов заявленного устройства осуществляется от аккумулятора (7) с контроллером заряда (8) для возможности его подзарядки от зарядного устройства (на фиг. не показано).

Соединительный кабель (9) осуществляет взаимосвязь микроконтроллера (4) и микрочипа (15), а также передает электрическое питание на элементы электродной матрицы (10).

Согласованное микрочипом (15) функционирование DC-DC преобразователя (18) и мультиплексора (19) через обратную связь позволяет реализовать точное регулирование напряжения в диапазоне от 1 до 24 В для управления амплитудой импульсов.

Многослойная печатная плата (11) может иметь множество электродов (12), например, в количестве 390 штук, разделенных на шесть параллельных каналов и равномерно распределенных по поверхности печатной платы (11) в соответствии с формой языка условного пациента с определенной периодичностью в левом (13) и правом (14) сегментах печатной платы (11). Таким образом, в левом сегменте (13) расположены 195 электродов, разделенные по постоянному току на 65 групп, каждая из которых при работе заявленного устройства по командам от микроконтроллера (4) и микрочипа (15) получает импульс, амплитуда которого реализована DC-DC преобразователем (18), а переключение подачи импульсов на группы электродов - мультиплексором (19). А в правом сегменте (14) печатной платы (11) расположены оставшиеся 195 электродов, разделенные по постоянному току на 65 групп, каждая из которых при работе заявленного устройства по командам от микроконтроллера (4) и микрочипа (15) независимо от левого сегмента (13) получает импульс, амплитуда которого реализована DC-DC преобразователем (18), а частота повторения, длительность, скважность и форма - мультиплексором (19). При этом все группы электродов (12) разделены по постоянному току между собой, а каждый из электродов (12) выполнен в форме полусферы и покрыт слоем гипоаллергенного электропроводящего материала, например, золотом или серебром.

Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка работает следующим образом. По назначению лечащего врача пациент самостоятельно или при помощи лечащего врача/медицинского работника устанавливает электродную матрицу (10) в рот таким образом, чтобы электроды (12) касались языка. Затем включают заявленное устройство путем нажатия соответствующей кнопки (3) на корпусе (1). При помощи кнопок (3) задают необходимый режим процедуры с соответствующей длительностью воздействия на язык пациента и амплитудой, частотой повторения, длительностью, скважностью и формой электрических импульсов, подаваемых на электроды (12) многослойной печатной платы (11). Параметры, соответствующие заданному режиму процедуры сохраняются в энергонезависимой памяти (5) микроконтроллера (4).

Микроконтроллер (4) через приемопередатчик (6) посредством соединительного кабеля (9) передает информацию о выбранном режиме работы устройства на приемопередатчик (17) микрочипа (15). Который в свою очередь задает необходимый уровень напряжение для DC-DC преобразователя (18) и необходимые частоту повторения, длительность, скважность и форму для мультиплексора (19). Эта информация сохранятся в энергонезависимой памяти (16) микрочипа (17). Таким образом, на определенную группу электродов (12) в определенный момент времени мультиплексором (19) подается электрический импульс необходимой амплитуды, частоты, длительности, скважности и формы для лечебного воздействия на язык пациента. Причем эти импульсы могут задаваться микроконтроллером (4) и микрочипом (15) как одинаково на всех электродах (12) шести каналов печатной платы (11), так и в каждом канале отдельно с возможностью разнесения генерации электрических импульсов по времени, в том числе осуществлять различные режимы стимуляции нервных окончаний попеременно в левом (13) и правом (14) сегментах платы (11). Каждый из шести каналов при формировании электрических импульсов создает свой паттерн воздействия на поверхности многослойной печатной платы (11), который обеспечивает оптимальную передачу стимулирующих электрических импульсов на поверхность языка пациента. Слизистая оболочка языка человека богата чувствительными рецепторами и нервными окончаниями, которые активируются при воздействии электрических импульсов. Последовательность импульсов, генерируемых электродной матрицей (10), создает динамический рисунок сенсорных ощущений, схожий с эффектом механического раздражения рецепторов. Благодаря такому воздействию сигналы передаются через чувствительные пути язычного и тройничного нервов, что способствует быстрому изменению психофизиологического состояния пациента, например, улучшению концентрации внимания или достижению расслабления. Электродная матрица (10) осуществляет подачу электрических импульсов через активацию отдельных групп электродов (12), размещенных в различных каналах и сегментах матрицы (10). Между подачей импульсов в различные каналы и сегменты (13, 14) задается временная задержка формирования импульсов. Такой подход обеспечивает поочередное включение активирующих структур и стволовых ядер левого и правого полушарий мозга пациента, что значительно увеличивает эффективность лечебного воздействия на организм. После завершения процедуры пациент или лечащий врач/медицинский работник отключает заявленное устройство до следующей процедуры, параметры которой сохраняются благодаря энергонезависимым памятям (5, 16) микроконтроллера (4) и микрочипа (15). Таким образом, при следующем применении заявленного устройства отпадает необходимость заново задавать необходимый режим процедуры с соответствующей длительностью воздействия на язык пациента и амплитудой, частотой повторения, длительностью, скважностью и формой электрических импульсов, подаваемых на электроды (12) многослойной печатной платы (11).

В отличие от прототипа, заявленное устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка характеризуется:

- микроконтроллер и микрочип оснащены энергонезависимой памятью;

- микроконтроллер и микрочип дополнительно выполнены с возможностями сохранения текущих настроек стимуляции, формирования управляющих сигналов для задания амплитуды, частоты повторения, длительности, скважности и формы электрических импульсов;

- микроконтроллер и микрочип управляют DC-DC преобразователем и мультиплексором.

В совокупности перечисленные отличительные признаки позволяют реализовать программируемый интерфейс управления параметрами стимуляции с функцией энергонезависимого хранения настроек этих параметров.

Применение заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка обеспечивает стандартизацию нейростимуляционных процедур в медицинских учреждениях за счет воспроизводимости настроек и сокращения времени на подготовку оборудования, предоставляет пациентам возможность индивидуального подбора параметров стимуляции с сохранением настроек между сеансами для повышения эффективности и удобства терапии, а также способствует развитию отрасли транслингвальной нейростимуляции благодаря расширенным программируемым возможностям (в том числе настройке задержек, длительности и модуляции импульсов) и внедрению энергоэффективных решений; ключевым преимуществом устройства является сохранение пользовательских параметров в памяти, что устраняет основной недостаток известных аналогов и повышает безопасность эксплуатации.

Claims (4)

1. Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка, состоящее из корпуса с дисплеем и кнопками управления, внутри которого расположены микроконтроллер с приемопередатчиком и аккумулятор, соединенные посредством соединительного кабеля с электродной матрицей, включающей многослойную печатную плату с электродами, разделенными на группы левого и правого сегментов, и размещенные внутри электродной матрицы микрочип с приемопередатчиком, импульсный регулируемый DC-DC преобразователь и мультиплексор, отличающееся тем, что микроконтроллер и микрочип оснащены энергонезависимой памятью и дополнительно выполнены с возможностями сохранения текущих настроек стимуляции, формирования управляющих сигналов для задания амплитуды, частоты повторения, длительности, скважности и формы электрических импульсов посредством управления DC-DC преобразователем и мультиплексором.

2. Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка по п. 1, отличающееся тем, что на поверхности многослойной печатной платы выполнено 390 электродов, разделенных по постоянному току на шесть каналов поровну, по три группы в левом и правом сегментах печатной платы.

3. Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка по п. 1, отличающееся тем, что электроды имеют полусферическую форму и покрыты слоем гипоаллергенного электропроводящего материала.

4. Устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка по п. 1, отличающееся тем, что приемопередатчик микроконтроллера, соединительный кабель и приемопередатчик микрочипа выполнены с интерфейсом связи стандарта RS-485.