АППАРАТ ТРАНСКРАНИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ ЭНДОРФИННЫХ МЕХАНИЗМОВ МОЗГА

Полезная модель относится к физиотерапии и может быть использовано для стимуляции эндорфинных механизмов мозга.
Известно устройство для электротранквиллизации "Микро-ЛЭНАР", (SU, авторское свидетельство №1711914 A61N 1/34, 1992) содержащее блок ритмического воздействия, коммутатор, усилитель, усилитель-ограничитель, регулятор амплитуды, предварительный усилитель, усилитель мощности, блок защиты, электроды, измеритель тока, ключ, резистор, блок питания и таймер.
В устройстве за счет переключения коммутатора на прямой или инверсный выходы блока ритмического воздействия ступенчато возрастает длительность электростимулов.
Недостатком устройства являются следующее. Переключение длительности импульсов с помощью коммутатора во время процедуры без соблюдения условия равенства энергий положительного и отрицательного импульсов будет приводить к скачкам величины тока стимуляции и вызывать болезненные ощущения у пациентов. В свою очередь, это может приводить к активации стресс-лимитирующих систем пациента, в частности, к выделению глюкокортикоидов и кортизола, тем самым вызывая скачки кровяного давления, что будет нивелировать эффект от процедуры или даже наносить вред.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для транскраниальной электростимуляции (полезная модель RU 16826 U1, A61N 1/34, 2000), содержащее блок питания, регулятор тока, блок ритмического воздействия, усилитель, измеритель тока и электроды, кроме того, в него дополнительно включены стабилизатор тока, переключатель и эквивалент нагрузки, а блок питания включает аккумуляторную батарею, преобразователь напряжения питания, компаратор, индикатор напряжения батареи и стабилизатор напряжения, причем с аккумуляторной батареей соединены преобразователь напряжения питания, стабилизатор напряжения и первый вход компаратора, в качестве блока ритмического воздействия используют генератор, выход которого соединен с первым входом стабилизатора тока, второй вход которого соединен с регулятором тока, а выход подключен через усилитель, измеритель тока и первый выход переключателя к электродам, при этом второй вход компаратора соединен с выходом стабилизатора напряжения, а эквивалент нагрузки подключен ко второму выходу переключателя.
В данном устройстве генератор вырабатывает монополярные прямоугольные импульсы периодом следования Т=12,9±0,4 мс, скважностью К=3,2…3,7 и длительностью фронта и среза на более 20 мкс. Преобразователь напряжения повышает напряжение батареи в более высокое, которое подается на усилитель в качестве питания. Применение усилителя с обратной связью от датчика тока позволяет снизить зависимость силы тока в цепи пациента от меняющегося сопротивления нагрузки (кожных покровов и внутренних тканей головы). При этом один из электродов располагается в области лба, а другой - за ушами, на свободной от волос коже. Компаратор следит за напряжением батареи и сигнализирует о ее разряде.
Устройство обладает следующими недостатками. Несмотря на то, что параметры устройства, в целом, позволяют активировать эндорфинные механизмы мозга, тем не менее, применение монополярных прямоугольных импульсов несет в себе определенную опасность, т.к. известно, что такие импульсы имеют среднюю величину тока за период (постоянную составляющую), равную частному от амплитуды тока А и скважности импульсной последовательности К.
Воздействие постоянного тока на кожные покровы и ткани мозга может вызывать электрохимические ожоги на коже, а также приводить к временной деактивации нейронов головного мозга. Кроме того, применение монополярных импульсов не позволяет установить необходимую силу тока, т.к. для достижения последней приходится устанавливать амплитуду импульсов в К раз большей, а это может превышать болевой порог пациента.
Технической проблемой является создание эффективного устройства, позволяющего стимулировать эндорфинные механизмы мозга, в котором имеет место необходимая компенсация энергии положительного импульса отрицательным импульсом с равной энергией и обеспечение безопасного использования устройства.
Техническим результатом от использования полезной модели является повышение эффективности применения при одновременном повышении безопасности проведения процедур.
Аппарат транскраниальной электростимуляции эндорфинных механизмов мозга в соответствии с полезной моделью включает генератор, преобразователь напряжение-ток, регулятор уровня тока и электроды, при этом генератор выполнен с возможностью формирования прямоугольных импульсов длительностью 3,75 мс ±0,5 мс частотой 77,5±2,5 Гц, при лобно-затылочном расположении электродов. В аппарат дополнительно включены коммутатор полярности и блок компенсации, при этом регулятор уровня тока, преобразователь напряжение-ток, коммутатор полярности и электроды соединены последовательно, блок компенсации и генератор подключены ко вторым входам преобразователя напряжение-ток и коммутатора полярности, соответственно, а второй выход генератора подключен на вход блока компенсации.
Аппарат может быть выполнен в виде моноблока, включающего генератор, регулятор уровня тока, преобразователь напряжение-ток, блок компенсации, коммутатор полярности и электроды.
Блок-схема аппарата транскраниальной электрсетимуляции эндорфинных механизмов мозга изображена на Фиг. 1, где 1 - регулятор уровня тока, 2 - преобразователь напряжение-ток, 3 - коммутатор полярности, 4 - электроды, 5 - блок компенсации, 6 - генератор;
Аппарат работает следующим образом. Регулятор уровня 1 задает необходимую силу тока аппарата, напряжение с его выхода подается на вход преобразователя напряжение-ток 2, выход которого подключен через коммутатор полярности 3 к электродам 4. Электроды 4 выполнены с возможностью приложения выходного тока аппарата в лобно-затылочном направлении. Генератор 6 генератор выполнен с возможностью формирования прямоугольных импульсов длительностью 3,75 мс ±0,5 мс частотой 77,5±2,5 Гц, что в совокупности с лобно-затылочным положением электродов 4 позволяет селективно активировать эндорфинные механизмы мозга пациента. Коммутатор полярности 3 изменяет направление протекания тока в электродах 4 на противоположное следующим образом: во время действия положительного импульса с первого выхода генератора 6 направление протекания тока задается от затылка ко лбу, а во время паузы между импульсами - от лба к затылку. При этом сигнал со второго выхода генератора 6 синхронно подается на вход блока компенсации 5, сигнал с выхода которого поступает на второй вход преобразователя напряжение-ток 2. Функцией блока компенсации 5 является такое управление коэффициентом преобразования преобразователя напряжение-ток 2, чтобы энергии импульсов, равные произведениям (сила тока)*(длительность импульса), были одинаковы для положительного и отрицательного импульсов на выходе аппарата. В результате на выходе преобразователя напряжение-ток 2 формируется последовательность импульсов тока с разной амплитудой,.
1
2
1
2
На Фиг. 2 представлены временные диаграммы работы аппарата транскраниальной электростимуляции эндорфинных механизмов мозга. На верхней диаграмме показан сигнал на выходе генератора 6, представляющий собой последовательность импульсов длительностью 3,75 мс ±0,5 мс, следующих с частотой 77,5±2,5 Гц, где импульс обозначен цифрой I, а пауза между импульсами - цифрой II. На средней диаграмме показан сигнал на выходе преобразователя напряжение-ток 2, где S - это энергия импульса I, равная произведению (сила тока)*(длительность импульса), S - это энергия импульса II, равная произведению (сила тока)*(длительность паузы). При этом энергии импульсов I и II должны быть одинаковы. На нижней диаграмме показан сигнал на выходе коммутатора полярности 3, который подается на электроды 4, где S - это энергия положительного импульса I, S - это энергия отрицательного (инвертированного) импульса II. Из данной диаграммы видно, что поскольку энергии положительного и отрицательного импульсов равны, то средний ток за период будет равен нулю.
На Фиг. 3 показан вариант исполнения аппарата в виде моноблока 7. При этом блоки 1…6 расположены внутри моноблока 7.
Дополнительно можно отметить, что при равной силе тока в действующем значении для монополярного сигнала и биполярного сигнала, амплитуда положительного импульса биполярного сигнала (на выходе коммутатора полярности 3) меньше амплитуды монополярного сигнала при данных параметрах генератора на 40%. Поскольку кожные рецепторы головы пациента реагируют именно на амплитуду импульсов, это позволяет при биполярном сигнале использовать на 40% большую силу тока при одних и тех же ощущениях, что повышает эффективность аппарата.
Таким образом, созданный в рамках данной полезной модели аппарат транскраниальной электростимуляции эндорфинных механизмов мозга обеспечивает достижение технического результата повышения эффективности работы при одновременном повышении безопасности процедур.