WO2006121371A1 - Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action - Google Patents
Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action Download PDFInfo
- Publication number
- WO2006121371A1 WO2006121371A1 PCT/RU2006/000232 RU2006000232W WO2006121371A1 WO 2006121371 A1 WO2006121371 A1 WO 2006121371A1 RU 2006000232 W RU2006000232 W RU 2006000232W WO 2006121371 A1 WO2006121371 A1 WO 2006121371A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- magnetic field
- frequency
- tissue
- acoustic waves
- focusing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N2/00—Magnetotherapy
- A61N2/002—Magnetotherapy in combination with another treatment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N7/00—Ultrasound therapy
Definitions
- the invention relates to a method for magnetoacoustic exposure to areas of biological tissues, for example, structures of the nervous system, or tissues of other organs of animals and humans, as well as a device that implements it, without using implantable electrodes. This allows for non-invasive effects.
- Neurons and axons can be considered as biological conductors in which currents circulate in the form of nerve impulses that determine the nervous activity of the body.
- an electrical contact of such a biological conductor with an electrode is carried out, when an external voltage is applied to it, a current from an external source begins to flow in the biological conductors.
- This current has the desired effect of either stimulating or blocking the passage of nerve impulses.
- the world's leading manufacturer of implantable stimulants is Medtropis (USA) (www.medtropys.com).
- the main disadvantages of using the method of implantable stimulants are the following: - the need for surgical intervention, respectively, trauma, and as a consequence the risk of complications;
- the main idea of the proposed method is that instead of connecting a biological conductor to an external current source through an implantable electrode, this current is generated directly in a selected area of the biological conductor (for example, in a neuron or axon).
- EMF electromotive force
- the essence of the proposed method is to place biological tissue (for example, brain tissue) in an external magnetic field and local excitation of the vibrational movement of the sections of the conductors
- the advantages of this method of electrical stimulation are: non-invasiveness, the ability to focus the electric field and create a physiologically adequate current density in any required tissue volume of any location, ease of adjustment of stimulation parameters, painless stimulation procedure (in contrast to transcranial electrical stimulation, which is also extremely unfocused).
- magnetoacoustic stimulation can be an effective tool in determining indications and places for implantation of electrodes in each individual case.
- the proposed method can also stimulate spinal cord tissue and peripheral nerves.
- the method can be applied to solve problems in the field of cardiology, which can also be solved by the proposed electrical stimulation.
- Fig.l - is a structural diagram of the installation (top view).
- Figure 2 - is a structural diagram of the installation (side view).
- the invention is described below by the example of remote electrical stimulation of deep brain structures by the proposed method.
- the nervous tissue of the brain instead of the nervous tissue of the brain, it is also possible to act on other tissues of the human or animal body.
- E is the EMF induced in a conductor of length 1 moving at a speed V in a magnetic field of magnitude B.
- the conductor is a neuron or axon.
- Formula (1) can be used to describe the mechanism of the occurrence of electric current in a biological conductor.
- the induction EMF induced in the conductor depends on the magnitude of the magnetic field and the mechanical speed of the conductor.
- the induced EMF will also be a variable.
- a sufficiently high frequency of ultrasound is necessary, since the “spot” of focusing depends on the length of the ultrasonic wave.
- the magnitude of this spot is approximately equal to several wavelengths.
- a short wavelength is needed, i.e. high frequency.
- the frequency of the induced current will also be equal to 1 MHz.
- a current of this frequency does not have an exciting electric effect on neurons and axons.
- the magnetic field must change with a frequency f + F or f - F.
- a low difference frequency F (the first term on the right-hand side of (2)) appears in the spectrum of the current induced in the biological conductor.
- t is time.
- V is the mechanical vibrational velocity biological conductor, which does not move with the ultrasonic wave, but remains in place, performing only oscillations.
- the changing magnetic field of the indicated frequency also has an oscillatory (quasistatic) character.
- FIGS. L and 2 The block diagram of the installation is illustrated in FIGS. L and 2.
- the head of patient 1 is partially immersed in a container 5 filled with physiological saline, distilled water or gel, which has acoustic properties close to human tissues. Coordination of the acoustic properties of the solution and human tissues is necessary so that ultrasound from the solution can pass into these tissues without noticeable attenuation.
- the solution contains a focusing ultrasound source 3 in the form of a concave piezoceramic plate. The concavity of the plate provides focusing.
- Around the head are turns (one or more) of an electric wire, which is a winding of an electromagnet 4 for
- the operating frequency range of ultrasound is from 0.3 to 5 MHz.
- the formation of ultrasonic vibrations is possible in both pulsed and continuous modes.
- FIXED SHEET (RULE 91 ISA / RU)
- the ultrasonic wave can be focused in several ways:
- Reflective mirrors 1.
- a radiating plate having a concave geometry in this case, the momentum can be transmitted to the brain structures through an elastic pad, for example, in the form of a gel-filled pillow, which does not require placing the person’s head in a “container”.
- a phase grating the emitters of which can be applied directly to the head, which is most optimal for focusing and research, but requires large expenses for calculations and manufacturing.
- the synchronization of acoustic and magnetic waves can be carried out in one of the following ways.
- the initial phases of the ultrasonic and magnetic pulses must coincide, for example, when the unit is switched on from one toggle switch or through a special pulse generator.
- the frequency F is not equal to zero, synchronization is not required.
- Installation works as follows. Selected area of the brain 2, which should be subjected to electrostimulating effects. The focus of the piezoceramic ultrasound source 3 is aimed at this area by moving the piezoacoustic system 3 inside the vessel 6.
- the ultrasonic emitter 3 and the electromagnet 4 synchronized with it in frequency are turned on (synchronization provides the necessary frequency spacing between the acoustic and magnetic fields), which will lead to mechanical vibrations of neurons and their axons at the focal point under the influence of ultrasound and the appearance of electromagnetic induction in them in accordance with formula (1) i.e. stimulating impulse.
- a stimulating impulse can be used to excite or inhibit (depending on the frequency of the impulses) in the corresponding structures - targets of the nervous system and, thereby, provide a therapeutic effect in a number of diseases.
- Vasin H.Ya., Majorchik B.E., Safronov V.A The effects of electrical stimulation and destruction of the median center of the optic tubercle in patients with an akinetic-rigid form of parkinsonism. / Journal. neuropath, psychiatrist. 1979; 79 (9): 1341-1346.
Abstract
The invention relates to a method for exposing biological tissue areas (brain and other human being and animal organs) to a stimulating action and to a device for carrying out said method without using implantable electric conductors (electrodes). The inventive method consists in producing a stimulating current directly in a biological tissue by generating an external magnetic field therearound and in locally exciting the mechanical oscillating movement of the tissue segment with the aide of ultrasound waves focused thereon. According to the electromagnetic induction law, a current producing stimulating effect on the selected segment of the biological tissue mechanically oscillating in the magnetic field is generated. The inventive method has the following advantages: non-invasiveness, possibility of focusing the action and forming a physiologically appropriate current density in any required tissue volume at any location, the simplicity of stimulation parameter control and a painless stimulation process.
Description
СТИМУЛЯЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТОАКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ STIMULATION OF BIOLOGICAL TISSUES USING MAGNETO-ACOUSTIC INFLUENCE
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к способу магнитоакустического воздействия на участки биологических тканей, например - структур нервной системы, или тканей других органов животных и человека, а также устройству, его реализующему, без использования вживляемых электродов. Это позволяет добиться неинвазивности воздействия.The invention relates to a method for magnetoacoustic exposure to areas of biological tissues, for example, structures of the nervous system, or tissues of other organs of animals and humans, as well as a device that implements it, without using implantable electrodes. This allows for non-invasive effects.
Предшествующий уровень техники В медицине известен способ лечебного и исследовательского воздействия на определенные участки нервной системы электрическими импульсами, подводимыми по имплантируемым в организм электродам. Важно отметить, что электростимуляция является наиболее адекватной, поскольку большинство мозговых функций реализуются через генерацию и распространение электрических потенциалов.BACKGROUND OF THE INVENTION In medicine, a method is known for curative and research effects on certain parts of the nervous system with electrical impulses supplied through electrodes implanted into the body. It is important to note that electrical stimulation is the most adequate, since most brain functions are realized through the generation and distribution of electrical potentials.
Основной недостаток этого способа - травмирование организма пациента.. Кроме того, нейрохирург далеко не всегда точно знает, куда данному пациенту необходимо имплантировать электроды и нужно ли вообще это делать. Понятно, что это чревато неэффективностью операции, что осложняется наличием довольно больших материальных расходов на лечение, вследствие, высокой стоимости имплантируемых электростимуляторов и их электродов.The main disadvantage of this method is trauma to the patient’s body. In addition, the neurosurgeon does not always know exactly where this patient needs to implant electrodes and whether to do it at all. It is clear that this is fraught with the inefficiency of the operation, which is complicated by the presence of rather large material costs for treatment, due to the high cost of implantable electrical stimulators and their electrodes.
В нервной системе находится большое количество нейронов и их аксонов, которые с физической точки зрения являются проводниками, и на которые направлено воздействие электрического тока при способе вживляемых электродов.In the nervous system there are a large number of neurons and their axons, which from the physical point of view are conductors, and which are directed by the influence of electric current during the method of implantable electrodes.
Нейроны и аксоны можно рассматривать как биологические проводники, в которых циркулируют токи в виде нервных импульсов, определяющих нервную деятельность организма. В способе вживляемых электродов осуществляют электрический контакт такого биологического проводника с электродом, при подаче внешнего напряжения на который в биологических проводниках начинает течь ток от внешнего источника. Этот ток и оказывает нужный эффект либо стимулирования, либо блокирования прохождения нервных импульсов.
Ведущей в мире фирмой по изготовлению имплантируемых стимуляторов является Меdtrопiс (США) (www.mеdtrопiс.соm).Neurons and axons can be considered as biological conductors in which currents circulate in the form of nerve impulses that determine the nervous activity of the body. In the method of implantable electrodes, an electrical contact of such a biological conductor with an electrode is carried out, when an external voltage is applied to it, a current from an external source begins to flow in the biological conductors. This current has the desired effect of either stimulating or blocking the passage of nerve impulses. The world's leading manufacturer of implantable stimulants is Medtropis (USA) (www.medtropys.com).
Основными недостатками применения метода имплантируемых стимуляторов являются следующие: - необходимость в хирургическом вмешательстве, соответственно травматичность, и как следствие риск осложнений;The main disadvantages of using the method of implantable stimulants are the following: - the need for surgical intervention, respectively, trauma, and as a consequence the risk of complications;
- наличие анатомо-функциональной вариабельности в структурах мозга человека иногда требует нескольких диагностических погружений электродов, что увеличивает травматичность операции; - нередко возникающая необходимость замены электродов вследствие воспалительных реакций биологической ткани или окутывания электродов соединительной тканью, что снижает эффект стимуляции.- the presence of anatomical and functional variability in the structures of the human brain sometimes requires several diagnostic immersions of the electrodes, which increases the invasiveness of the operation; - often there is a need to replace the electrodes due to inflammatory reactions of biological tissue or wrapping the electrodes with connective tissue, which reduces the stimulation effect.
На сегодня при отсутствии эффекта от медикаментозной терапии единственным применяемым хирургическим способом является один - имплантация стимуляторов и электродов. Суть способа изложена в приведенных ниже публикациях. (2, 3)Today, in the absence of the effect of drug therapy, the only surgical method used is the implantation of stimulants and electrodes. The essence of the method described in the following publications. (2, 3)
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Основной идеей предложенного способа является та, что вместо подключения биологического проводника к источнику внешнего тока через вживляемый электрод, генерируют этот ток непосредственно в выбранном участке биологического проводника (например, в нейроне или аксоне).The main idea of the proposed method is that instead of connecting a biological conductor to an external current source through an implantable electrode, this current is generated directly in a selected area of the biological conductor (for example, in a neuron or axon).
Как известно, на основе закона электромагнитной индукции в движущемся в магнитном поле проводнике возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции.As you know, based on the law of electromagnetic induction, an electromotive force (EMF) of induction arises in a conductor moving in a magnetic field.
Суть предлагаемого способа заключается в помещении биологической ткани (например, ткани головного мозга) во внешнее магнитное поле и локальном возбуждении колебательного движения участков проводниковThe essence of the proposed method is to place biological tissue (for example, brain tissue) in an external magnetic field and local excitation of the vibrational movement of the sections of the conductors
(нейронов, аксонов) с помощью фокусированных ультразвуковых волн. При этом механические колебания тел нервных клеток (нейронов) и их отростков - аксонов(neurons, axons) using focused ultrasound waves. In this case, the mechanical vibrations of the bodies of nerve cells (neurons) and their processes - axons
- (или других биологических проводников) вызываются ультразвуком. Магнитоакустическое воздействие опосредованно приводит к возникновению в биологических проводниках электрического тока, который и оказывает непосредственное воздействие. Поэтому данный способ относится к
электростимуляции.- (or other biological conductors) are caused by ultrasound. The magnetoacoustic effect indirectly leads to the appearance of an electric current in biological conductors, which has a direct effect. Therefore, this method relates to electrical stimulation.
Преимуществами этого способа электростимуляции являются: неинвазивность, возможность фокусирования электрического поля и создания физиологически адекватной плотности тока в любом необходимом объеме ткани любой локализации, простота регулировок параметров стимуляции, безболезненность процедуры стимуляции (в отличие от транскраниальной электростимуляции, которая кроме того является крайне несфокусированной).The advantages of this method of electrical stimulation are: non-invasiveness, the ability to focus the electric field and create a physiologically adequate current density in any required tissue volume of any location, ease of adjustment of stimulation parameters, painless stimulation procedure (in contrast to transcranial electrical stimulation, which is also extremely unfocused).
Важно и то, что магнитоакустическая стимуляция может являться эффективным инструментом в определении показаний и места для имплантации электродов в каждом отдельном случае.It is also important that magnetoacoustic stimulation can be an effective tool in determining indications and places for implantation of electrodes in each individual case.
Предлагаемым способом можно стимулировать также ткань спинного мозга и периферические нервы. Кроме того, способ может быть применен для решения проблем в области кардиологии, которые также могут решаться предлагаемой электростимуляцией. Краткое описание чертежейThe proposed method can also stimulate spinal cord tissue and peripheral nerves. In addition, the method can be applied to solve problems in the field of cardiology, which can also be solved by the proposed electrical stimulation. Brief Description of the Drawings
Фиг.l - представляет структурную схему установки (вид сверху). Фиг.2 - представляет структурную схему установки (вид сбоку). Подробное описание изобретенияFig.l - is a structural diagram of the installation (top view). Figure 2 - is a structural diagram of the installation (side view). DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Изобретение описано ниже на примере дистанционной электростимуляции глубоких структур головного мозга предлагаемым способом. Однако очевидно, что вместо нервной ткани головного мозга можно воздействовать также на другие ткани организма человека или животного.The invention is described below by the example of remote electrical stimulation of deep brain structures by the proposed method. However, it is obvious that instead of the nervous tissue of the brain, it is also possible to act on other tissues of the human or animal body.
Закон электромагнитной индукции описывается формулой:The law of electromagnetic induction is described by the formula:
E=V*B*1 (1)E = V * B * 1 (1)
Здесь E - ЭДС, наводимая в проводнике длиной 1, движущемся со скоростью V в магнитном поле величины В. В рассматриваемом частном случае проводником является нейрон или аксон. Формулой (1) можно воспользоваться для описания механизма возникновения электрического тока в биологическом проводнике.Here E is the EMF induced in a conductor of length 1 moving at a speed V in a magnetic field of magnitude B. In this particular case, the conductor is a neuron or axon. Formula (1) can be used to describe the mechanism of the occurrence of electric current in a biological conductor.
В соответствии с (1) ЭДС индукции, наводимая в проводнике, зависит от величины магнитного поля и механической скорости перемещения проводника.In accordance with (1), the induction EMF induced in the conductor depends on the magnitude of the magnetic field and the mechanical speed of the conductor.
Если магнитное поле и/или скорость перемещения проводника являются
переменными, то и наводимая ЭДС также будет переменной.If the magnetic field and / or speed of the conductor are variables, then the induced EMF will also be a variable.
Для воздействия акустическими волнами на отдельный участок проводника некоторой длины необходимо сфокусировать эти волны на выбранном участке. При этом для обеспечения условий фокусировки акустических волн необходима достаточно высокая частота ультразвука, так как «пятнo» фокусировки зависит от длины ультразвуковой волны. Величина такого пятна примерно равна нескольким длинам волн. Для обеспечения локальности (точечности) воздействия нужна малая длина волны, т.е. высокая частота. Например, для обеспечения пятна фокусировки размером (диаметром) в 1,5 мм частота ультразвука должна быть порядка f = 1 МГц.To influence acoustic waves on a separate section of a conductor of a certain length, it is necessary to focus these waves on a selected section. Moreover, to ensure the focusing conditions of acoustic waves, a sufficiently high frequency of ultrasound is necessary, since the “spot” of focusing depends on the length of the ultrasonic wave. The magnitude of this spot is approximately equal to several wavelengths. To ensure the locality (point) of the impact, a short wavelength is needed, i.e. high frequency. For example, to provide a focusing spot with a size (diameter) of 1.5 mm, the ultrasound frequency should be of the order of f = 1 MHz.
В постоянном магнитном поле частота индуцированного тока также будет равна 1 МГц. Однако, ток такой частоты не оказывает возбуждающего электрического воздействия на нейроны и аксоны. Для создания тока малой частоты F, которая может в частном случае принимать нулевое значение (при этом ток станет фактически постоянным током), магнитное поле должно меняться с частотой f + F или f - F.In a constant magnetic field, the frequency of the induced current will also be equal to 1 MHz. However, a current of this frequency does not have an exciting electric effect on neurons and axons. To create a current of low frequency F, which in a particular case can take a zero value (in this case, the current becomes actually a constant current), the magnetic field must change with a frequency f + F or f - F.
Монохроматические волны и колебания описываются, как известно, гармоническими функциями - синус и косинус. Если принять, что в формуле (1) V = V0 * соs (2πft), В = B0 * соs (2πft + 2πFt), то с точностью до коэффициента К пропорциональности соответствующей размерности, в соответствии с (1) и тригонометрическим тождеством соs α * соs β = 1/2 * соs (α + β) * соs (α - β) получаем: E - V * В * 1 =Monochromatic waves and vibrations are described, as is known, by harmonic functions - sine and cosine. If we assume that in the formula (1) V = V 0 * cos (2πft), B = B 0 * cos (2πft + 2πFt), then, up to the coefficient K of proportionality of the corresponding dimension, in accordance with (1) and trigonometric identity cos α * cos β = 1/2 * cos (α + β) * cos (α - β) we obtain: E - V * B * 1 =
= К * соs (2πft) соs (2πft + 2πFt) = К * соs (2πFt) + К * соs (4πft + 2πFt) (2)= K * cos (2πft) cos (2πft + 2πFt) = K * cos (2πFt) + K * cos (4πft + 2πFt) (2)
(2π - коэффициент пропорциональности между циклической и круговой частотами.)(2π is the coefficient of proportionality between the cyclic and circular frequencies.)
Таким образом, в спектре индуцированного в биологическом проводнике тока появится низкая разностная частота F (первый член правой части (2)). Здесь t - время.Thus, a low difference frequency F (the first term on the right-hand side of (2)) appears in the spectrum of the current induced in the biological conductor. Here t is time.
В приведенных уравнениях V - это механическая колебательная скорость
биологического проводника, который не перемещается с ультразвуковой волной, а остается на месте, совершая только колебания. Изменяющееся магнитное поле указанной частоты также имеет колебательный (квазистатический) характер.In the above equations, V is the mechanical vibrational velocity biological conductor, which does not move with the ultrasonic wave, but remains in place, performing only oscillations. The changing magnetic field of the indicated frequency also has an oscillatory (quasistatic) character.
При этом учитывается следующее. Акустические волны на низкой частоте не могут быть сфокусированы в размерах головы пациента. Поэтому высокая частота f должна присутствовать как в акустическом так и в магнитном поле, но одно из них должно отличаться от другого на небольшую разностную частоту F для того, чтобы получить низкочастотную спектральную составляющую в соответствии с формулой (2). При фокусировке акустических волн (ультразвуковой частоты) на выбранном участке ткани в этом участке создается механическое колебательное движение в ответ на упомянутое воздействие акустическими волнами, формируя таким образом в выбранном участке ткани ток низкой частоты в соответствии с (2). Этот возникающий в участке ткани ток низкой частоты и оказывает стимулирующее воздействие на ткань.The following is taken into account. Acoustic waves at a low frequency cannot be focused on the size of the patient’s head. Therefore, a high frequency f must be present both in the acoustic and in the magnetic field, but one of them must differ from the other by a small difference frequency F in order to obtain a low-frequency spectral component in accordance with formula (2). When focusing the acoustic waves (ultrasonic frequency) on a selected tissue site in this area, a mechanical oscillatory movement is created in response to the aforementioned exposure to acoustic waves, thereby forming a low frequency current in the selected tissue area in accordance with (2). This low-frequency current arising in the tissue site has a stimulating effect on the tissue.
При этом колебания акустических волн синхронизированы с колебаниями внешнего магнитного поля. Описание установки Структурная схема установки иллюстрируется фиг.l и 2. Голова пациента 1 частично погружена в контейнер 5, заполненный физиологическим раствором, дистиллированной водой или гелем, который обладает близкими к тканям человека акустическими свойствами. Согласование акустических свойств раствора и тканей человека необходимо для того, чтобы ультразвук из раствора мог перейти в эти ткани без заметного затухания. В растворе располагается фокусирующий источник ультразвука 3 в виде вогнутой пьезокерамической пластины. Вогнутость пластины обеспечивает фокусировку. Вокруг головы располагаются витки (один или несколько) электрического провода, представляющего собой обмотку электромагнита 4 дляIn this case, the oscillations of the acoustic waves are synchronized with the oscillations of the external magnetic field. Description of the installation The block diagram of the installation is illustrated in FIGS. L and 2. The head of patient 1 is partially immersed in a container 5 filled with physiological saline, distilled water or gel, which has acoustic properties close to human tissues. Coordination of the acoustic properties of the solution and human tissues is necessary so that ultrasound from the solution can pass into these tissues without noticeable attenuation. The solution contains a focusing ultrasound source 3 in the form of a concave piezoceramic plate. The concavity of the plate provides focusing. Around the head are turns (one or more) of an electric wire, which is a winding of an electromagnet 4 for
' создания необходимого магнитного поля. Рабочий диапазон частот УЗ - от 0,3 до 5 МГц. При этом частота магнитного поля отличается лишь на малую частоту F = 0-1000 Гц. Возможно формирование УЗ колебаний как в импульсном так и в непрерывном режиме.'creating the necessary magnetic field. The operating frequency range of ultrasound is from 0.3 to 5 MHz. In this case, the magnetic field frequency differs only by a low frequency F = 0-1000 Hz. The formation of ultrasonic vibrations is possible in both pulsed and continuous modes.
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91 ISА/RU)
Хотя в предложенном варианте используется вогнутая пьезокерамическая пластина, в общем случае сфокусировать ультразвуковую волну можно несколькими способами:FIXED SHEET (RULE 91 ISA / RU) Although the proposed embodiment uses a concave piezoceramic plate, in the general case, the ultrasonic wave can be focused in several ways:
1. Отражающими зеркалами. 2. Излучающей пластиной, имеющей вогнутую геометрию, в этом случае передача импульса на структуры мозга может быть осуществлена через упругую прокладку, например, в виде наполненной гелем подушки, что не требует помещения головы человека в "контейнер".1. Reflective mirrors. 2. A radiating plate having a concave geometry, in this case, the momentum can be transmitted to the brain structures through an elastic pad, for example, in the form of a gel-filled pillow, which does not require placing the person’s head in a “container”.
3. Фазовой решеткой, излучатели которой можно накладывать непосредственно на голову, что наиболее оптимально для фокусировки и исследований, но требует больших затрат на расчеты и изготовления.3. A phase grating, the emitters of which can be applied directly to the head, which is most optimal for focusing and research, but requires large expenses for calculations and manufacturing.
Синхронизация акустических и магнитных волн может осуществляться одним из следующих способов. Например, при разностной частоте F = O пьезоизлучатель акустических волн и катушка для формирования магнитного поля запитываются от одного генератора, что автоматически обеспечивает синхронизацию. При импульсном режиме начальные фазы ультразвукового и магнитного импульса должны совпадать, например, при включении установки от одного тумблера или посредством специального генератора импульсов. В непрерывном режиме работы, когда частота F не равна нулю, синхронизация не требуется. Таким образом, синхронизация нужна только при F = 0 и импульсном режиме работы системы.The synchronization of acoustic and magnetic waves can be carried out in one of the following ways. For example, at a difference frequency F = O, the piezoelectric emitter of acoustic waves and a coil for generating a magnetic field are fed from a single generator, which automatically ensures synchronization. In the pulsed mode, the initial phases of the ultrasonic and magnetic pulses must coincide, for example, when the unit is switched on from one toggle switch or through a special pulse generator. In continuous operation, when the frequency F is not equal to zero, synchronization is not required. Thus, synchronization is needed only at F = 0 and the pulse mode of the system.
Схема работы установкиThe scheme of the installation
Установка работает следующим образом. Выбирается участок головного мозга 2, который должен быть подвергнут электростимулирующему воздействию. На этот участок нацеливается фокус пьезокерамического источника ультразвука 3 путем перемещения пьезоакустической системы 3 внутри сосуда 6.Installation works as follows. Selected area of the brain 2, which should be subjected to electrostimulating effects. The focus of the piezoceramic ultrasound source 3 is aimed at this area by moving the piezoacoustic system 3 inside the vessel 6.
Включается ультразвуковой излучатель 3 и синхронизированный с ним по частоте электромагнит 4 (синхронизация обеспечивает необходимый разнос частот между акустическим и магнитным полями), что приведет к механическому колебанию нейронов и их аксонов в точке фокусировки под воздействием ультразвука и возникновению в них ЭДС электромагнитной индукции в соответствии с формулой (1) т.е. стимулирующего импульса. Сформированный
стимулирующий импульс может использоваться для возбуждения или торможения (в зависимости от частоты импульсов) в соответствующих структурах - мишенях нервной системы и, тем самым, обеспечить лечебный эффект при ряде заболеваний. ЛИТЕРАТУРАThe ultrasonic emitter 3 and the electromagnet 4 synchronized with it in frequency are turned on (synchronization provides the necessary frequency spacing between the acoustic and magnetic fields), which will lead to mechanical vibrations of neurons and their axons at the focal point under the influence of ultrasound and the appearance of electromagnetic induction in them in accordance with formula (1) i.e. stimulating impulse. Formed a stimulating impulse can be used to excite or inhibit (depending on the frequency of the impulses) in the corresponding structures - targets of the nervous system and, thereby, provide a therapeutic effect in a number of diseases. LITERATURE
1. Васин H.Я., Майорчик B.E., Сафронов В.А. Эффекты электростимуляции и деструкции срединного центра зрительного бугра у больных с акинетико-ригидной формой паркинсонизма. /Журн. невропат, психиатр. 1979; 79(9): 1341-1346. 2. Грачев К.В. О применении множественных электродов для вживления в подкорковые структуры головного мозга человека. /Физиол. журн. СССР. 1963; 49(8): 1122-1125.1. Vasin H.Ya., Majorchik B.E., Safronov V.A. The effects of electrical stimulation and destruction of the median center of the optic tubercle in patients with an akinetic-rigid form of parkinsonism. / Journal. neuropath, psychiatrist. 1979; 79 (9): 1341-1346. 2. Grachev K.V. On the use of multiple electrodes for implantation into the subcortical structures of the human brain. / Fiziol. journal THE USSR. 1963; 49 (8): 1122-1125.
3. Смирнов В. M. Стереотаксическая неврология. Л. «Meдицинa». Ленинградск. отд., 1976. 264 с. 4. Шабанов В.А. Хирургическое лечение экстрапирамидных расстройств.3. Smirnov V. M. Stereotactic neurology. L. "Medicine". Leningradsk. Dep., 1976.264 s. 4. Shabanov V.A. Surgical treatment of extrapyramidal disorders.
//Экстрапирамидные расстройства. /Под ред. В.Н.Штока, И.А.Ивановой- Смоленской, О.С.Левина. M. МЕДпресс-информ. 2002: 552-566.// Extrapyramidal disorders. / Ed. V.N.Shtoka, I.A. Ivanova-Smolenskaya, O.S. Levin. M. MEDpress-inform. 2002: 552-566.
5. Ваrсiа-Sаlоriо J., Rоldап Р., Talamantes F. еt аl. Еlесtriсаl iпhibitiоп оf bаsаl gапgliа пuсlеi iп Раrkiпsоп's disеаsе. /Stеrеоtасt Fuпсt Nеurоsurg. 1999; 72: 202-207. 6. Benabid A., Вепаzzоuz А., Ноffmашi D., еt аl. Lопg-tеrm еlесtriсаl iпhibitiоп оf dеер brаiп tаrgеts iп mоvеmепt disоrdеrs. /Моv Disird. 1998; 13 (Suррl. 3): 119-125.5. Varcia-Salorio J., Rouldap R., Talamantes F. et al. Елесtriсl hibhibitiop оf basal gapgliа puslei і Раркипсоп's disеасе. / Sterotupt Fuert Neurosurg. 1999; 72: 202-207. 6. Benabid A., Vepazzouz A., Hoffmashi D., et al. Lopg-therm Еlestriсl iti iti iti е br f d d br br br t t r g g m dis dis dis dis dis dis dis dis. / Mov Disird. 1998; 13 (Srl. 3): 119-125.
7. Benabid AL, Коudsiе А, Вепаzzоuz А, еt аl. Dеер brаiп stimulаtiоп оf thе соrрus luуsi (subthаlаmiс пuсlеus) апd оthеr tаrgеts iп Раrkiпsоп's disеаsе. Ехtепsiоп tо пеw iпdiсаtiопs suсh аs dуstопiа апd ерilерsу. /J Nеurоl. 2001 ; 248(3): 11137-47.7. Benabid AL, Codsie A, Vepazzouz A, et al. Deer baip stimulatiof оf thеcorus luusi (subthalamis pusleus) аd otter targets ip Рarkіsop's disеаsе. EXTEPSIOP TO PW IPDISTIOPIOPS SUCH AS DUSTOPIA APD ERILERSU. / J Neurol. 2001; 248 (3): 11137-47.
8. Benabid A-L, Ni Z, Сhаbаrdеr S еt аl. Ноw аrе wе iпgibitiпg fuпсtiопаl tаrgеts with high frеquепсу stimulаtiоп? //In: Bаsаl Gапgliа апd Тhаlаmus iп Неаlth апd Моvеmепt Disоrdеrs. /Ed. bу Кultаs-IИпski К. апd Iliпski I. Кluwеr Асаdеmiс/Рlепum Рublishеrs. Nеw Yоrk, Воstоп, Dоrdrесht, Lопdоп, Моskоw. 2000. 309-315.8. Benabid A-L, Ni Z, Chabarder S et al. But who are we g ib iti ib iti f f f u u u t with with with with with with with with with with with with with high high high high high stim stim? // In: Basal Gapglia apd Thalamus Ipalth apd Mobile Disorders. / Ed. Bu Kultas-IIpski K. apd Iliпski I. Kluver Assademis / Plepum Publishers. New York, East, Dordrecht, Lowop, Moscow. 2000.309-315.
9. Вепаzzоuz А., Наllеtt M. Месhапisms оf асtiоп оf dеер brаiп stimulаtiоп. /Nеurоlоgу. 2000; 55: S13-S16.
10. Dоstrоvsку J, Lоzапо А. Месhапisms оf Dеер Вrаiп Stimulаtiоп. /Моv Disоrd. 2002; 17: S63-S68.9. Vepazzouz A., Alltt M. Meshapisms оf actiop оf deеrаrаp stimulаtiop. / Neurolog. 2000; 55: S13-S16. 10. Dostrovsku J, Lozapo A. Meshapisms оf Deer Vaip Stimulatiop. / Mov Disord. 2002; 17: S63-S68.
11. Кrаск P, Frаiх V, Mendes A, еt аl. Роstореrаtivе mапаgеmепt оf subthаlаmiс пuсlеus stimulаtiоп fоr Раrкiпsоп's disеаsе. /Моv.Disоrd. 2002; 17: SI88- SI97.11. Krask P, Fraix V, Mendes A, et al. Growth Mapagempt of subthalamis pusleus stimulatiop for Rakiksop's disase. /Mov.Disord. 2002; 17: SI88- SI97.
12. Lее К, Rоbеrts D, Кim U. Еffесt оf high-frеquепсу stimulаtiоп оf thе subthаlаmiс пuсlеus оп subthаlаmiс пеurопs: An iпtrасеllulаr studу. /Stеrеоtасt Fuпсt Nеurоsurg. 2003; 80: 32-36.12. Lea K, Roberts D, Kim U. Effest оf high-freеkepsu stimulаtiop оf thе subthalamis pusleus op subthalamis peurops: An iptacellular studu. / Sterotupt Fuert Neurosurg. 2003; 80: 32-36.
13. Oh M, Ноdаiе M, Кim S еt аl. Dеер brаiп stimulаtоr еlесtrоdеs usеr fоr lеsiопiпg: Рrооf оf рriпсiрlе. /Nеurоsurg. 2001; 49: 363-369.13. Oh M, Butai M, Kim S et al. Deer braille stimulators elses user for lesiopipg: Proof of ripsyler. / Neurosurg. 2001; 49: 363-369.
14. Оkuп M, Stоvе N5 Subrаmапiап T, еt аl. Соmрliсаtiопs оf Gаmmа kпifе surgеrу fоr Раrkiпsоп's disеаsе. /АrсhNеurоl. 2001; 58: 1995-2002.14. Okup M, Stove N 5 Subramapiap T, et al. Сomrlistiops оf Гамма кпіе surgеrеu for Раркипсоп's disеаее. / ArshNeurol. 2001; 58: 1995-2002.
15. Роllаk P, Кrасk P, Frаiх V, еt аl. Iпtrаореrаtivе miсrо- апd mасrоstimulаtiоп оf thе subthаlаmiс пuсlеus iп Раrкiпsоп's Disеаsе. /Моv Disоrd. 2002; 17: S155-S161.15. Rollak P, Crack P, Fraix V, et al. Iptooretive mi-apd maxostimulatiof of the subthalamis pusleus ip rakipsop's Disase. / Mov Disord. 2002; 17: S155-S161.
16. Rоdriguеz-Оrоz M, Rоdriguеz M, Guridi J, еt аl. Thе subthаlаmiс пuсlеus iп Раrкiпsоп's disеаsе: sоmаtоtорiс оrgапizаtiоп апd рhуsiоlоgiсаl сhаrасtеristiсs. /Вrаiп, 2001; 124: 1777-1790.16. Rodriguez-Oroz M, Rodriguez M, Guridi J, et al. The subthalamis pusleip ip rakipsop's disésote: somatotoris apapitiaop ap rhusiologischalistic. / Vraip, 2001; 124: 1777-1790.
17. Vitек J. Соmmепtаrу. Месhапisms оf Dеер Вrаiп Stimulаtiоп: Ехсitаtiоп оr Iпhibitiоп. /Моv Disоrd. 2002; 17: S69-S72.17. Vitek J. Commeptaru. Meshapisms оf Deer Вrаіп Stimulаtiop: Exсitiatiop о Iпhibitiop. / Mov Disord. 2002; 17: S69-S72.
18. Vоlкmапп J, Неrzоg J, Корреr F, Dеusсhl G. Iпtrоduсtiоп tо thе Рrоgrаmmiпg оf Dеер Вrаiп Stimulаtоrs. /Моv Disоrd. 2002; 17(3): Sl 81 -Sl 87.18. Volkmapp J, Nerzog J, Correr F, Deuschl G. Iptrodustiop to the Progrmmmmgg of Deer Vrayp Stimulators. / Mov Disord. 2002; 17 (3): Sl 81 -Sl 87.
19. Yоkоуаmа T, Sugiуаmа К, Nishizаwа S еt аl. Nеurаl асtivitу оf thе subthаlаmiс пuсlеus iп Раrkiпsоп's disеаsе раtiепts. /Асtа Nеurосhir. 1998; 140: 1287- 1291.19. Yokouama T, Sugiua K, Nishizawa S et al. Neural Assistance Of The Subthalamus Buslès Ip Rarkipsop's Disasters. / Asta Neuroshir. 1998; 140: 1287-1291.
20. Yоuпg R5 Shumwау-Сооk A5 Vеrmеulеп S5 еt аl. Gаmmа kпifе rаdiоsurgеrу аs а lеsiопiпg tесhпiquе iп mоvеmепt disоrdеr surgеrу. /Nеurоsurg Fосus. 1997; 2, NЗ.
20. Young R 5 Shumwau-Sok A 5 Vermeulep S 5 et al. Gamma Kiphe Radiosurgeru As And Lesiopipg Teshpike IP Movement Surgeru. / Neurosurg Fosus. 1997; 2, NZ.
Claims
1. Способ стимуляции участков биологических тканей организма посредством воздействия на них акустическими и магнитными волнами, содержащий этапы: - создают вокруг ткани, на участок которой необходимо оказать воздействие, внешнее магнитное поле, которое меняется с первой частотой,1. A method of stimulating areas of biological tissues of an organism by exposing them to acoustic and magnetic waves, comprising the steps of: - creating around the tissue on the area of which it is necessary to influence, an external magnetic field that changes with a first frequency,
- воздействуют на выбранный участок ткани сфокусированными на нем акустическими волнами, изменяющимися со второй частотой, при этом колебания акустических волн синхронизированы с колебаниями внешнего магнитного поля.- they act on the selected tissue site with acoustic waves focused on it, changing with a second frequency, while the vibrations of the acoustic waves are synchronized with the vibrations of the external magnetic field.
2. Способ по п.l, в котором разность частот представляет собой низкую частоту.2. The method according to claim 1, wherein the frequency difference is a low frequency.
3. Способ по п.l, в котором фокусировку акустических волн выполняют отражающими зеркалами. 3. The method according to claim 1, wherein the focusing of the acoustic waves is performed by reflective mirrors.
4. Способ по п.l, в котором фокусировку акустических волн выполняют излучающей пластиной, имеющей вогнутую форму.4. The method according to claim 1, wherein the focusing of the acoustic waves is performed by a radiating plate having a concave shape.
5. Способ по п.l, в котором в ответ на упомянутое воздействие акустическими волнами на участок ткани создается механическое колебательное движение этого участка. 5. The method according to p. 1, in which in response to the aforementioned impact of acoustic waves on a tissue site creates a mechanical oscillatory movement of this site.
6. Устройство для стимуляции участков биологических тканей организма посредством воздействия на них акустическими и магнитными волнами, содержащее:6. A device for stimulating areas of biological tissues of the body by exposing them to acoustic and magnetic waves, containing:
- источник внешнего магнитного поля, меняющегося с первой частотой, для создания вокруг ткани, на участок которой необходимо оказать воздействие, внешнего магнитного поля,- a source of an external magnetic field, changing with the first frequency, to create an external magnetic field around the tissue on the area of which it is necessary to influence,
- источник акустических волн, изменяющихся со второй частотой, при этом колебания акустических волн синхронизированы с колебаниями внешнего магнитного поля,- a source of acoustic waves changing with a second frequency, while the vibrations of the acoustic waves are synchronized with the vibrations of the external magnetic field,
- устройство фокусировки акустических волн на выбранном участке ткани организма.- a device for focusing acoustic waves on a selected area of body tissue.
7. Устройство по п.6, в котором упомянутое устройство фокусировки образуют отражающие зеркала. 7. The device according to claim 6, in which the said focusing device form a reflective mirror.
8. Устройство по п.6, в котором упомянутым устройством фокусировки является излучающая пластина, имеющая вогнутую форму.8. The device according to claim 6, in which said focusing device is a radiating plate having a concave shape.
9. Устройство по п.6, в котором разность первой и второй частот представляет собой низкую частоту. 9. The device according to claim 6, in which the difference of the first and second frequencies is a low frequency.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005114342 | 2005-05-12 | ||
RU2005114342/14A RU2316368C2 (en) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | Method for stimulation of biological tissues through magnetoacoustic influence |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2006121371A1 true WO2006121371A1 (en) | 2006-11-16 |
Family
ID=37396794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2006/000232 WO2006121371A1 (en) | 2005-05-12 | 2006-05-05 | Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2316368C2 (en) |
WO (1) | WO2006121371A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108904974A (en) * | 2018-05-24 | 2018-11-30 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | In conjunction with the electrical stimulation current monitoring device and monitoring method of ultrasonic magnetosonic |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013170111A1 (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Richard Bernstein | Device for stimulating growth of intra-oral-bone and soft tissue |
EA030491B1 (en) * | 2014-05-19 | 2018-08-31 | Сергей Владимирович ПЛЕТНЕВ | Method for suppressing the growth of a tumour and system for carrying out the method |
WO2017037519A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | Сергей Владимирович ПЛЕТНЕВ | Methods for acting upon biological tissues and system for carrying out the methods |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2091185C1 (en) * | 1995-07-20 | 1997-09-27 | Институт микроэлектроники РАН | Focusing acoustic converter |
US6585763B1 (en) * | 1997-10-14 | 2003-07-01 | Vascusense, Inc. | Implantable therapeutic device and method |
RU2209097C1 (en) * | 2002-06-25 | 2003-07-27 | Муниципальное медицинское учреждение 1-я городская клиническая больница Комитет здравоохранения администрации города Саратова | Device for applying electromagnetic therapy |
-
2005
- 2005-05-12 RU RU2005114342/14A patent/RU2316368C2/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-05-05 WO PCT/RU2006/000232 patent/WO2006121371A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2091185C1 (en) * | 1995-07-20 | 1997-09-27 | Институт микроэлектроники РАН | Focusing acoustic converter |
US6585763B1 (en) * | 1997-10-14 | 2003-07-01 | Vascusense, Inc. | Implantable therapeutic device and method |
RU2209097C1 (en) * | 2002-06-25 | 2003-07-27 | Муниципальное медицинское учреждение 1-я городская клиническая больница Комитет здравоохранения администрации города Саратова | Device for applying electromagnetic therapy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108904974A (en) * | 2018-05-24 | 2018-11-30 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | In conjunction with the electrical stimulation current monitoring device and monitoring method of ultrasonic magnetosonic |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005114342A (en) | 2006-11-20 |
RU2316368C2 (en) | 2008-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11253730B2 (en) | Ultrasound deep brain stimulation method and system | |
US20140194726A1 (en) | Ultrasound Neuromodulation for Cognitive Enhancement | |
George | Stimulating the brain | |
US10143843B2 (en) | Systems and methods for stimulating cellular function in tissue | |
US20170246481A1 (en) | Devices and methods for optimized neuromodulation and their application | |
US10035027B2 (en) | Device and method for ultrasonic neuromodulation via stereotactic frame based technique | |
US8929979B2 (en) | Apparatus and method for stimulation of biological tissue | |
US20120197163A1 (en) | Patterned control of ultrasound for neuromodulation | |
US8874205B2 (en) | Device and methods for non-invasive electrical stimulation and their use for vagal nerve stimulation | |
US20160001096A1 (en) | Devices and methods for optimized neuromodulation and their application | |
US20130281890A1 (en) | Neuromodulation devices and methods | |
US20120053391A1 (en) | Shaped and steered ultrasound for deep-brain neuromodulation | |
US20120083719A1 (en) | Ultrasound-intersecting beams for deep-brain neuromodulation | |
US20130144192A1 (en) | Ultrasound neuromodulation treatment of anxiety (including panic attacks) and obsessive-compulsive disorder | |
US20150148710A1 (en) | Ultrasound Modulation of the Brain for Treatment of Stroke, Brain Injury, and Other Neurological Disorders | |
KR20110123831A (en) | Pseudo magnetic stimulator for confirming effectiveness of magnetic stimulation method | |
Gebodh et al. | Transcranial direct current stimulation among technologies for low-intensity transcranial electrical stimulation: classification, history, and terminology | |
CN105536156A (en) | Ultrasonic brain stimulation or regulation and control method based on large scale area array element and apparatus thereof | |
WO2006121371A1 (en) | Biological tissue stimulation by magneto-acoustical action | |
Yang et al. | Transcranial ultrasound stimulation: a possible therapeutic approach to epilepsy | |
KR20210126835A (en) | Apparatus for improving brain disease and for controlling the same | |
Kohut et al. | The potential of ultrasound in cardiac pacing and rhythm modulation | |
Gavrilov | Focused ultrasound stimulation of the peripheral nervous system: Physical basis and practical applications | |
CN114588548A (en) | Fat reducing device and fat reducing system utilizing magnetic pulses and surface acoustic waves | |
ES2882087T3 (en) | An apparatus for electrical stimulation of the brain based on closed-circuit models |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
DPE2 | Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
WD | Withdrawal of designations after international publication |
Designated state(s): RU |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: RU |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06747771 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |