RU237148U1

RU237148U1 - Device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue

Info

Publication number: RU237148U1
Application number: RU2025117908U
Authority: RU
Inventors: Виктор Львович Швецов
Original assignee: Виктор Львович Швецов
Filing date: 2025-06-27
Publication date: 2025-09-11

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. This utility model relates to medicine, specifically electrotherapy, specifically to devices for applying electric current through contact electrodes placed in the mouths of pediatric and adult patients. The technical challenge lies in the limitations of the existing hardware and software controls, which prevent flexible adjustment of electrical impulse parameters with alternating stimulation of the right and left halves of the tongue and the preservation of these settings for continuous individual use by the patient. The technical result achieved by the claimed utility model consists of the ability to repeatedly reproduce the procedure mode of bilateral translingual neurostimulation of the tongue. The device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue consists of a housing with a display and control buttons, inside which is a microcontroller equipped with non-volatile memory and a transceiver with an RS-485 interface, as well as a battery with a built-in charge controller. An electrode matrix containing a printed circuit board with electrodes is connected to the housing via a connecting cable. The electrode matrix contains a microchip equipped with non-volatile memory, a transceiver, a pulse-controlled DC-DC converter, and a multiplexer. 3 ref. f-ly, 3 fig.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe field of technology to which the utility model belongs

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.The utility model relates to medicine, in particular to electrotherapy, namely to devices for exposure to electric current supplied through contact electrodes located in the mouth of pediatric and adult patients.

Уровень техникиState of the art

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.In recent decades, neurorehabilitation methods based on the activation of brain neuroplasticity have undergone widespread development thanks to the use of non-invasive peripheral nerve stimulation technologies. One promising approach in this field is translingual neurostimulation (TLNS), in which electrical stimulation of sensitive areas of the tongue activates brainstem and cortex structures, promoting the restoration of motor and cognitive functions. Clinical and experimental data confirm the high efficacy of TLNS in the treatment of gait, coordination, and balance disorders, as well as in rehabilitation after traumatic brain injury, stroke, and neurodegenerative diseases. Achieving maximum therapeutic effectiveness requires a comprehensive approach to the development of TLNS devices, combining neurophysiological principles, ergonomics, and flexible electrical stimulation modes tailored to the individual patient's needs.

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.).A method for neurorehabilitation of a patient is known, which consists in simultaneously stimulating at least one of the trigeminal or facial nerves through the patient's skin and encouraging the patient to perform the first physical movement, which is difficult due to disorders of his nervous system, then stopping the stimulation for a certain period of time, after which the said actions are repeated, while the patient performs either the same physical movement with a different degree of intensity, or another physical movement that differs from the first (see patent US8849407B1, published 09/30/2014).

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.).A system and methods for providing non-invasive neurorehabilitation for patients are known using an electrode array divided into nine groups of 16 electrodes each and one group of 15 electrodes. Each electrode within a group corresponds to one of 16 electrical channels. A control circuit can deliver a sequence of electrical pulses to the electrode array to provide nerve stimulation. The described device enables a stimulation mode with a stepwise decrease in pulse amplitude from the root to the tip of the tongue (see patent RU2665385C1, published August 29, 2018).

Недостатками описанной системы являются ограниченность возможных режимов и зон стимуляции, ступенчатое изменение амплитуды импульсов с достаточно широким шагом и сложность алгоритма реализации нейростимуляции нервов.The disadvantages of the described system are the limited number of possible modes and stimulation zones, the stepwise change in pulse amplitude with a fairly wide step, and the complexity of the algorithm for implementing nerve neurostimulation.

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.).An electrode for translingual neurostimulation is known, through which electrical impulses are presented to the tongue, consisting of a printed circuit board with components applied to it, on which metallized contacts are made, characterized in that the part of the board on which the components are applied is covered by a substance that hardens after application, forming a housing (see patent RU194118U1, published on November 28, 2019).

Недостатками описанного электрода являются сложность изготовления корпуса из полимерного вещества и обеспечение при этом открытости электродов на площадке.The disadvantages of the described electrode are the difficulty of manufacturing a housing from a polymeric substance and ensuring the openness of the electrodes on the site.

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.).A device for electrical stimulation of the oral mucosa is known, in which voltage is supplied from a power source to the contacts of a board installed in the mouth via a flexible wire, characterized in that the voltage is first supplied through elements switching a higher voltage, located on a separate board, and then via current-transmitting lines directly to the said contacts (see patent RU193297U1, published October 22, 2019).

Недостатками описанного устройства являются сложность реализации промежуточного звена понижения напряжения, его большие габариты и необходимость обеспечения охлаждения.The disadvantages of the described device are the complexity of implementing the intermediate voltage reduction link, its large dimensions and the need to provide cooling.

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.).A method for delivering electrical impulses during translingual neurostimulation is known, which involves applying electrical impulses to the surface of the tongue in such a way that the impulses are delivered in the form of converging or diverging waves (see patent RU2733169C2, published on September 29, 2020).

Недостатком описанного способа является ограниченность режимов нейростимуляции, заключающихся только в создании эффекта пульсации сходящихся или расходящихся волн.The disadvantage of the described method is the limited neurostimulation modes, which consist only of creating the effect of pulsation of converging or diverging waves.

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.).A method is known for electrically stimulating the tongue through multiple electrode contacts, provided that a peak voltage is simultaneously applied to a portion of the electrode contacts located at a distance from each other over the tongue area. The parameters for switching the voltage supply between portions of the contacts that form groups of electrode contacts are determined by the following condition: switching to the next group occurs after the peak voltage on the previous group has declined after a time interval that compensates for the electrical potential determined by the number of contacts in the group and the peak voltage decline time (see patent RU2748787C1, published May 31, 2021).

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.).An electrode matrix is known for bilateral translingual neurostimulation of the tongue, comprising a power source connected to a control unit that is connected via a wired interface to a printed circuit board with electrodes, characterized in that the printed circuit board is made multilayered with provision for galvanic isolation of the electrodes along six parallel channels, wherein the electrodes are made in the form of a hemisphere and are distributed uniformly with periodic alternation in the left and right zones separated by an indentation, in the left zone the electrodes are divided into groups, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, in the right zone the electrodes are divided into groups, each of which is formed by three types of electrodes, each of which is powered from one of three independent channels, the electrodes of the left and right zones are not galvanically connected to each other, the control unit is configured to set the repetition frequency, duration, amplitude, duty cycle and shape of electrical pulses supplied to the electrodes in each channel separately with the possibility of spacing the pulses in time with implementation of various modes of stimulation of nerve endings in the left and right zones (see patent RU219818U1, published 09.08.2023).

На сегодняшний день на рынке медицинского оборудования для транслингвальной нейростимуляции языка известны следующие устройства с аналогичным принципом действия:Currently, the following devices with a similar operating principle are known on the market for translingual neurostimulation of the tongue:

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.1. PoNS (PonDs, PoNSTM) - Portable Neuromodulation Stimulator (see https://www.wicab.com, accessed 23.06.2025), embodying US patent US8849407B1 with an electrode block containing 143 gold-plated electrodes divided into nine groups, to which it is possible to apply pulses with a duration of 0.4 to 60 μs from a voltage source of 19 V.

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.2. Rehaline TLNS (see https://www.rehaline.ru, accessed 23.06.2025), which is similar in principle of operation and design to the PoNS device, but allows for a wider range of rehabilitation techniques to be implemented.

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.3. Neuroport (see https://www.medkv.ru/trenazher-neiroport.html, accessed 23.06.2025), which is similar in principle of operation and design to the PoNS device, but has a simple design and limited functionality.

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.).A known analogue with the closest set of essential features, identified by the author as a prototype, is a system for presenting electrical impulses during translingual neurostimulation, consisting of a device for controlling the supply of current to a device for presenting electrical impulses during translingual neurostimulation from a current source; a device that ensures the supply of current from said control device to a device for presenting electrical impulses during translingual neurostimulation; a device for presenting electrical impulses during translingual neurostimulation, consisting of at least a printed circuit board with electrodes for providing subcutaneous local electrical stimulation of the tongue, means for supplying current to the electrodes and a control circuit for controlling the electrical signals supplied to the electrodes, characterized in that the components of said control circuit are located on the printed circuit board on both sides (see patent RU2751884C1, published on 20.07.2021).

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.The following functional limitations hinder the achievement of the claimed technical result provided by the claimed utility model: the inability to adjust stimulation parameters, in particular, delays between pulses and pulse durations within a physiologically and therapeutically justified range; the lack of a modulation mode that involves alternating stimulation of the right and left halves of the tongue, which reduces the effectiveness of neuroplastic adaptation; and the automatic reset of user settings when the device is turned off, which requires repeated individual calibration before each therapy session, increases the preparation time, and complicates adherence to personalized stimulation protocols.

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.An analysis of known technical solutions presented in patent and scientific literature reveals the presence of significant shortcomings that limit the effectiveness and versatility of the use of such devices for TLNS therapy in clinical practice.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

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.The technical challenge lies in the limitations of the software and hardware controls used, which prevent flexible adjustment of electrical impulse parameters with alternating stimulation of the right and left halves of the tongue and the preservation of these settings for continuous individual use by the patient. Most often, bilateral translingual neurostimulation procedures are prescribed by the attending physician in long courses with multiple periodic repetitions throughout the day (see https://newday-clinic.ru/tlns, accessed June 23, 2025). Patients find it difficult to accurately reproduce all the parameters of the procedure before each procedure, and this is time-consuming.

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.The technical result achieved by the claimed utility model consists in the implementation of the possibility of multiple reproduction of the procedure mode of bilateral translingual neurostimulation of the tongue due to the generation and controlled formation of electrical impulses of a given amplitude, duration, repetition frequency, duty cycle and shape, based on the phenomenon of pulsed electrical stimulation of the nerve endings of the tongue with the possibility of precise adjustment of their parameters and saving the settings in non-volatile memory.

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.The technical result is achieved using a device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue, consisting of a housing with a display and control buttons, inside which a microcontroller with a transceiver and a battery are located, connected by means of a connecting cable to an electrode matrix, including a multilayer printed circuit board with electrodes divided into groups of left and right segments, and a microchip with a transceiver, a pulse adjustable DC-DC converter and a multiplexer placed inside the electrode matrix, characterized in that the microcontroller and the microchip are equipped with non-volatile memory and are additionally configured with the capabilities of storing current stimulation settings, generating control signals for setting the amplitude, repetition frequency, duration, duty cycle and shape of electrical pulses by controlling the DC-DC converter and the multiplexer; 390 electrodes are made on the surface of the multilayer printed circuit board, divided equally by direct current into six channels, three groups in the left and right segments of the printed circuit board; The electrodes are hemispherical in shape and coated with a layer of hypoallergenic conductive material; the microcontroller transceiver, connecting cable, and microchip transceiver are all implemented with an RS-485 communication interface.

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.The use of the proposed device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue standardizes neurostimulation procedures in medical institutions through reproducible settings and reduced equipment preparation time. It provides patients with the ability to individually select stimulation parameters while maintaining settings between sessions to enhance the effectiveness and convenience of therapy. It also facilitates the development of the translingual neurostimulation industry through expanded programmable capabilities (including adjustable delays, duration, and pulse modulation) and the implementation of energy-efficient solutions. A key advantage of the device is the ability to store user parameters in memory, eliminating the main drawback of existing devices and improving operational safety.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.Fig. 1 shows a general view of the claimed device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue.

На Фиг. 2 показано условное разделение на левый и правый сегменты печатной платы заявленного устройства с конфигурацией электродов.Fig. 2 shows a conditional division into left and right segments of the printed circuit board of the claimed device with the electrode configuration.

На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема заявленного устройства для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка.Fig. 3 illustrates a block diagram of the claimed device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue.

На фиг. 1, 2 и 3 обозначены:In Fig. 1, 2 and 3 the following are indicated:

1 - корпус;1 - body;

2 - дисплей;2 - display;

3 - кнопки управления;3 - control buttons;

4 - микроконтроллер;4 - microcontroller;

5 - энергонезависимая память микроконтроллера;5 - non-volatile memory of the microcontroller;

6 - приемопередатчик с интерфейсом RS-485;6 - transceiver with RS-485 interface;

7 - аккумулятор;7 - battery;

8 - контроллер заряда;8 - charge controller;

9 - соединительный кабель;9 - connecting cable;

10 - электродная матрица;10 - electrode matrix;

11 - многослойная печатная плата;11 - multilayer printed circuit board;

12 - электрод;12 - electrode;

13 - левый сегмент платы;13 - left segment of the board;

14 - правый сегмент платы;14 - right segment of the board;

15 - микрочип;15 - microchip;

16 - энергонезависимая память микрочипа;16 - non-volatile memory of the microchip;

17 - приемопередатчик микрочипа с интерфейсом RS-485;17 - microchip transceiver with RS-485 interface;

18 - DC-DC преобразователь;18 - DC-DC converter;

19 - мультиплексор.19 - multiplexer.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

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).The device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue consists of a housing (1) with a display (2) and control buttons (3), inside which is located a microcontroller (4), equipped with non-volatile memory (5) and a transceiver (6) with an RS-485 interface, as well as a battery (7) with a charge controller (8). An electrode matrix (10) is connected to the housing (1) via a connecting cable (9) with an RS-485 wired communication interface. It contains a multilayer printed circuit board (11) with electrodes (12), which are made in the form of a hemisphere and covered with a layer of hypoallergenic electrically conductive material. Electrodes (12) are uniformly distributed with periodic alternation in the left (13) and right (14) segments of the printed circuit board (11). Inside the electrode matrix (10) there is a microchip (15) equipped with non-volatile memory (16), a transceiver (17) with an RS-485 interface, a pulse adjustable DC-DC converter (18) and a multiplexer (19).

При помощи дисплея (2) и кнопок (3) управления пользователь контролирует и изменяет режимы работы заявленного устройства.Using the display (2) and control buttons (3), the user controls and changes the operating modes of the declared device.

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.The microcontroller (4) and the microchip (15) have the functionality of setting the amplitude, repetition rate, duration, duty cycle and shape of the electrical pulses supplied to the electrodes (12). The microcontroller (4) and the microchip (15) are interconnected via the RS-485 wire interface using their transceivers (6) and (17) via the RS-485 interface by means of a connecting cable (9), which makes it possible to create a differential pair and implement a user interface in the form of a display (2) and control buttons (3) on the housing (1) and to generate pulses on the electrodes (12) with any duration and delay in the declared ranges corresponding to the procedure modes. For example, with the following characteristics: amplitude - from 1 to 24 V; pulse duration - from 5 to 1000 μs; delay between pulse triplets - from 100 to 500 μs; modulation period - from 5 to 200 ms.

Энергонезависимые памяти (5) и (16) обеспечивают сохранение текущих настроек импульсов (амплитуда, длительность, задержки, модуляция) путем записи их параметров перед отключения электропитания заявленного устройства.Non-volatile memories (5) and (16) ensure the storage of current pulse settings (amplitude, duration, delays, modulation) by recording their parameters before turning off the power supply of the declared device.

Электропитание элементов заявленного устройства осуществляется от аккумулятора (7) с контроллером заряда (8) для возможности его подзарядки от зарядного устройства (на фиг. не показано).The power supply of the elements of the claimed device is carried out from a battery (7) with a charge controller (8) to enable its recharging from a charger (not shown in the figure).

Соединительный кабель (9) осуществляет взаимосвязь микроконтроллера (4) и микрочипа (15), а также передает электрическое питание на элементы электродной матрицы (10).The connecting cable (9) provides interconnection between the microcontroller (4) and the microchip (15), and also transmits electrical power to the elements of the electrode matrix (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.The operation of the DC-DC converter (18) and the multiplexer (19), coordinated by the microchip (15), through feedback, allows for precise voltage regulation in the range from 1 to 24 V to control the pulse amplitude.

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.The multilayer printed circuit board (11) may have a plurality of electrodes (12), for example, 390 pieces, divided into six parallel channels and uniformly distributed over the surface of the printed circuit board (11) in accordance with the shape of the tongue of a hypothetical patient with a certain periodicity in the left (13) and right (14) segments of the printed circuit board (11). Thus, in the left segment (13) there are 195 electrodes, divided by direct current into 65 groups, each of which, during operation of the claimed device, receives a pulse in accordance with commands from the microcontroller (4) and the microchip (15), the amplitude of which is realized by the DC-DC converter (18), and switching the supply of pulses to the groups of electrodes is realized by the multiplexer (19). The right segment (14) of the printed circuit board (11) contains the remaining 195 electrodes, divided by direct current into 65 groups. Each of these groups, when the device is operating, receives a pulse, independently of the left segment (13), in accordance with commands from the microcontroller (4) and the microchip (15), the amplitude of which is realized by the DC-DC converter (18), and the repetition frequency, duration, duty cycle, and shape are determined by the multiplexer (19). All groups of electrodes (12) are divided by direct current between themselves, and each of the electrodes (12) is hemispherical in shape and coated with a layer of hypoallergenic conductive material, such as gold or silver.

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).The device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue operates as follows. As prescribed by the attending physician, the patient, either independently or with the assistance of the attending physician/healthcare professional, places the electrode array (10) in the mouth so that the electrodes (12) touch the tongue. The device is then turned on by pressing the corresponding button (3) on the housing (1). The buttons (3) are used to set the desired procedure mode with the corresponding duration of exposure to the patient's tongue and the amplitude, repetition rate, duration, duty cycle, and shape of the electrical pulses applied to the electrodes (12) of the multilayer printed circuit board (11). The parameters corresponding to the specified procedure mode are stored in the non-volatile memory (5) of the microcontroller (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).The microcontroller (4), via the transceiver (6) and the connecting cable (9), transmits information about the selected operating mode of the device to the transceiver (17) of the microchip (15). This, in turn, sets the required voltage level for the DC-DC converter (18) and the required repetition rate, duration, duty cycle, and shape for the multiplexer (19). This information is stored in the non-volatile memory (16) of the microchip (17). Thus, an electrical pulse of the required amplitude, frequency, duration, duty cycle, and shape for the therapeutic effect on the patient's tongue is applied to a specific group of electrodes (12) at a specific moment in time by the multiplexer (19). Moreover, these impulses can be generated by the microcontroller (4) and microchip (15) either uniformly across all electrodes (12) of the six channels of the printed circuit board (11), or individually in each channel, with the ability to stagger the generation of electrical impulses over time, including implementing various modes of stimulation of nerve endings alternately in the left (13) and right (14) segments of the board (11). Each of the six channels, when generating electrical impulses, creates its own pattern of action on the surface of the multilayer printed circuit board (11), which ensures optimal transmission of stimulating electrical impulses to the surface of the patient's tongue. The mucous membrane of the human tongue is rich in sensitive receptors and nerve endings, which are activated by the action of electrical impulses. The sequence of impulses generated by the electrode matrix (10) creates a dynamic pattern of sensory sensations, similar to the effect of mechanical irritation of the receptors. This effect transmits signals through the sensory pathways of the lingual and trigeminal nerves, which facilitates rapid changes in the patient's psychophysiological state, for example, improving concentration or achieving relaxation. The electrode array (10) delivers electrical impulses by activating individual groups of electrodes (12) located in various channels and segments of the array (10). A time delay in pulse generation is specified between the delivery of impulses to various channels and segments (13, 14). This approach ensures the alternate activation of activating structures and stem nuclei of the patient's left and right hemispheres of the brain, significantly increasing the effectiveness of the therapeutic effect on the body. After the procedure, the patient or the attending physician/healthcare professional disconnects the device until the next procedure, the parameters of which are saved thanks to the non-volatile memories (5, 16) of the microcontroller (4) and microchip (15). Thus, the next time the claimed device is used, there is no need to re-set the required procedure mode with the corresponding duration of exposure to the patient’s tongue and the amplitude, repetition frequency, duration, duty cycle and shape of the electrical pulses supplied to the electrodes (12) of the multilayer printed circuit board (11).

В отличие от прототипа, заявленное устройство для билатеральной транслингвальной нейростимуляции языка характеризуется:Unlike the prototype, the claimed device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue is characterized by:

- микроконтроллер и микрочип оснащены энергонезависимой памятью;- the microcontroller and microchip are equipped with non-volatile memory;

- 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;- the microcontroller and microchip are additionally designed with the ability to save current stimulation settings, generate control signals to set the amplitude, repetition frequency, duration, duty cycle and shape of electrical impulses;

- микроконтроллер и микрочип управляют DC-DC преобразователем и мультиплексором.- the microcontroller and microchip control the DC-DC converter and multiplexer.

В совокупности перечисленные отличительные признаки позволяют реализовать программируемый интерфейс управления параметрами стимуляции с функцией энергонезависимого хранения настроек этих параметров.Taken together, the listed distinctive features make it possible to implement a programmable interface for controlling stimulation parameters with the function of non-volatile storage of the settings of these parameters.

Claims

1. A device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue, consisting of a housing with a display and control buttons, inside which a microcontroller with a transceiver and a battery are located, connected by means of a connecting cable to an electrode matrix, including a multilayer printed circuit board with electrodes divided into groups of left and right segments, and a microchip with a transceiver, a pulse adjustable DC-DC converter and a multiplexer placed inside the electrode matrix, characterized in that the microcontroller and the microchip are equipped with non-volatile memory and are additionally configured with the ability to save current stimulation settings, generate control signals for setting the amplitude, repetition frequency, duration, duty cycle and shape of electrical pulses by controlling the DC-DC converter and the multiplexer.

2. A device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue according to paragraph 1, characterized in that 390 electrodes are made on the surface of the multilayer printed circuit board, divided equally by direct current into six channels, three groups in the left and right segments of the printed circuit board.

3. A device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue according to paragraph 1, characterized in that the electrodes have a hemispherical shape and are covered with a layer of hypoallergenic conductive material.

4. A device for bilateral translingual neurostimulation of the tongue according to paragraph 1, characterized in that the microcontroller transceiver, the connecting cable, and the microchip transceiver are made with a communication interface of the RS-485 standard.