УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ЭПИЛЕПСИИ
APPARATUS FOR TREATING EPILEPSY

Изобретение относится к медицинской технике, а именно - к приборам, стимулирующим нервную систему человека электрическими импульсами для подавления эпилептической активности организма, и может быть использовано при лечении медикаментозной резистивной эпилепсии с генерализованными и парциальными припадками.
Для лечения медикаментозной резистивной эпилепсии используют стимуляцию блуждающего нерва путем непосредственной электрической стимуляции блуждающего нерва в области шеи с целью изменить функционирование основных путей головного мозга.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для лечения эпилепсии фирмы Cyberonics (США) Generator Model 102 (US 2008/018346 A1, 31.07.2008 г.) принятое за прототип.
Прототип содержит: два электрода, вживляемых на блуждающий нерв, стимулирующий блок, командный блок.
Стимулирующий блок содержит последовательно соединенные приемный тракт, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифроаналоговый преобразователь, генератор, соединенный с электродами. Ко второму входу микроконтроллера подключен магнитоэлектрический генератор запускающих импульсов. В состав блока также входит элемент питания.
Командный блок включает в себя постоянный магнит.
Электроды представляют собой вживляемые металлические проводники спиралевидной формы, заключенные в полимерный кожух.
Стимуляция нерва осуществляется электрическими импульсами, основные параметры которых представлены в таблице.
Устройство имеет два режима работы - автоматический и принудительный.
Параметры прибора
Характеристики
диапазон воздействий входного тока
0,25-3,5 mА шаг дискретизации 0,25, погрешность ±0.25≤1 mА, ±10%>1 mА
несущая частота воздействующего сигнала
1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 Гц, ±6%
длительность модулирующего сигнала
130, 250, 500, 750, 1000 µsec ±10%
длительность воздействия сформированным сигналом
7, 14, 21, 30, 60 с ±15%
дискретизация длительности воздействия сформированного сигнала
0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,1; 1,8; 3 мин и от 5 до 180 мин (от 5 до 60 мин с шагом 5 мин; от 60 до 180 мин с шагом 30 мин)
Устройство работает следующим образом. Микроконтроллер стимулирующего блока формирует параметры воздействующего электрического сигнала в соответствии с заложенной в него программой. Сформированные параметры воздействующего сигнала с микроконтроллера поступают в цифроаналоговый преобразователь, осуществляющий преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму. Преобразованный аналоговый сигнал поступает на генератор, формирующий воздействующий электрический импульс в соответствии с заданными параметрами сигнала. Полученный таким образом электрический сигнал поступает на электроды, которые осуществляют непосредственное воздействие на блуждающий нерв. Программирование микроконтроллера стимулирующего блока осуществляется внешним программатором, находящимся у лечащего врача. Для этого в стимулирующем блоке установлен приемный тракт, осуществляющий прием информации, поступающей от программатора по радиоканалу. Принятый приемным трактом сигнал поступает в микроконтроллер для его программирования. Для принудительного включения стимулирующего блока (при наступлении приступа) в целях стимуляции блуждающего нерва используется магнитоэлектрический генератор, соединенный с микроконтроллером. Включение магнитоэлектрического генератора осуществляется при помощи постоянного магнита, расположенного в командном блоке.
Недостатки прототипа:
- период воздействия сигнала может не совпадать с моментом эпилептического припадка;
- частота и амплитуда воздействующего импульса жестко фиксированы.
Указанные недостатки снижают эффективность лечения, так как не позволяет в полной мере компенсировать воздействие эпилептического припадка на организм.
Изобретение направлено на создание устройства для лечения эпилепсии, обеспечивающего повышение эффективности лечения за счет адаптации устройства к индивидуальным особенностям эпилептического приступа конкретного пациента.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для лечения эпилепсии, содержащее электроды, стимулирующий блок, включающий элемент питания, последовательно соединенные приемный тракт, вычислительный элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор, кроме того, на вход вычислительного элемента подключен магнитоэлектрический генератор, а также командный блок, содержащий постоянный магнит, особенность заключается в том, что стимулирующий блок дополнительно содержит последовательно соединенные коммутатор, операционный усилитель, сигма-дельта модулятор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, приемопередающий тракт, кроме того устройство содержит два приемных электрода и два стимулирующих электрода, командный блок, содержащий элемент питания, последовательно соединенные приемопередающий тракт, микроконтроллер и параллельно соединенные с микроконтроллером часы реального времени, флеш-память, USB-порт.
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором приведена функционально-структурная схема устройства
Устройство содержит: два электрода для снятия информации 1, установленных на блуждающий нерв или участки головного мозга, два стимулирующих электрода 2, установленных на блуждающий нерв, стимулирующий блок 3, командный блок 4.
Стимулирующий блок 3 состоит из последовательно соединенных коммутатора 5, операционного усилителя 6, сигма-дельта модулятора 7, аналого-цифрового преобразователя 8, микропроцессора 9, приемопередающего тракта 10. На второй выход микропроцессора 9 последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь 11, генератор 12, коммутатор 5. Магнитоэлектрический генератор 13 соединен с микропроцессором 9. Питание блока осуществляет элемент питания 14.
Командный блок 4 состоит из последовательно соединенных приемопередающего тракта 15, микроконтроллера 16. С микроконтроллером 16 параллельно соединены часы реального времени 17, флеш-память 18, микросхема порта USB 19. Питание блока осуществляет элемент питания 20. В состав командного блока входит постоянный магнит 21, отделенный от электрической схемы экранирующей перегородкой в целях исключения магнитных наводок на электрическую схему.
Устройство выполнено на стандартных электрорадиоэлементах.
Электроды для снятия информации 1 представляют собой металлические проводники спиралевидной или плоской формы, заключенные в полимерный кожух. Стимулирующие электроды 2 представляют собой вживляемые металлические проводники спиралевидной формы, заключенные в полимерный кожух.
Стимуляция блуждающего нерва осуществляется электрическими импульсами с подбором частоты и амплитуды, периода воздействующего электрического сигнала для каждого конкретного пациента, основные параметры которых следующие:
диапазон частот стимуляции 1-30 Гц;
выходной ток 0-3.5 мА;
шаг регулировки 0.25 мА.
Устройство работает следующим образом: с блуждающего нерва или участков головного мозга происходит снятие электрического сигнала вживленными двумя электродами 1. Снятый электрический сигнал поступает в стимулирующий блок 3, в котором осуществляется прием электрического сигнала через коммутатор 5. Электрический сигнал через коммутатор 5, который определяет режим работы устройства, поступает в операционный усилитель 6, где происходит его усиление. Усиленный электрический сигнал передается на вход сигма-дельта модулятора 7, осуществляющего его очистку от шумов. Очищенный и усиленный электрический сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 8, где происходит его преобразование из аналоговой формы в цифровую. Оцифрованный сигнал передается в микропроцессор 9, осуществляющий обработку полученного сигнала в соответствии с адаптивной программой и, в случае необходимости, формирование параметров воздействующего сигнала для подавления эпилептического припадка. Воздействующий сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь 11, преобразующий цифровой сигнал в аналоговый с дальнейшей его передачей на вход генератора 12. Генератор 12 формирует на основе вычисленных параметров электрический сигнал, который через коммутатор 5 подается на электроды 2, осуществляющие электростимуляцию блуждающего нерва. Одновременно микропроцессор 9 дублирует параметры воздействующего сигнала на вход приемопередающего тракта 10, транслирующего его по радиоканалу в командный блок 4. Принятый сигнал с выхода приемопередающего тракта 10 поступает в микропроцессор 9.
Командный блок 4 осуществляет прием сигнала через приемопередающий тракт 15, принятый приемопередающим трактом 15 сигнал поступает на вход микроконтроллера 16, где происходит обработка полученного сигнала. Поступившая со стимулирующего блока 3 информация об эпилептическом приступе, параметрах эпилептического приступа и параметрах воздействующего сигнала записывается в флеш-память 18 и в случае необходимости может быть передана на ПК лечащего врача через соединенный с микроконтроллером 16 USB-порт 19. Микроконтроллер 16 соединен с часами реального времени 17 для регистрации записи информации, полученной от стимулирующего блока 3 информации. Командный блок 4 также выполняет функции программатора стимулирующего блока 3. Данная функция выполняется путем ввода необходимой информации с ПК лечащего врача через USB-порт 19 в микроконтроллер 16 командного блока 4. Введенная в микроконтроллер 16 информация поступает в приемопередающий тракт 15 командного блока 4. Приемопередающий тракт 15 командного блока 4 осуществляет трансляцию сигнала в стимулирующий блок 3.
Устройство также имеет функцию принудительного включения стимулирующего блока 3, осуществляемого посредством установленного в командном блоке 4 постоянного магнита 21, который под действием магнитного поля воздействует на магнитоэлектрический генератор 13, установленный в стимулирующем блоке 3. Под действием магнитного поля магнитоэлектрический генератор 13 вырабатывает электрический сигнал, служащий для микропроцессора 9 командой на принудительный запуск параметров стимулирующего сигнала с целью электростимуляции блуждающего нерва.
Использование заявляемого устройства позволяет производить стимуляцию блуждающего нерва в зависимости от состояния пациента, а применяемое алгоритмическое и программно-математическое обеспечение позволяют создать адаптивную систему с настройкой воздействующих параметров электрического сигнала для лечения эпилепсии с учетом состояния пациента.