RU2820133C1 - Method for non-invasive low-current electrical stimulation of brain structures - Google Patents

Method for non-invasive low-current electrical stimulation of brain structures Download PDF

Info

Publication number
RU2820133C1
RU2820133C1 RU2023119344A RU2023119344A RU2820133C1 RU 2820133 C1 RU2820133 C1 RU 2820133C1 RU 2023119344 A RU2023119344 A RU 2023119344A RU 2023119344 A RU2023119344 A RU 2023119344A RU 2820133 C1 RU2820133 C1 RU 2820133C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brain
pulses
stimulation
frequency
electrical stimulation
Prior art date
Application number
RU2023119344A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Олегович Трофимов
Дмитрий Сергеевич Мартынов
Ксения Алексеевна Трофимова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2820133C1 publication Critical patent/RU2820133C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to neurology, and can be used in treatment and rehabilitation of patients with brain injuries. Electroencephalography is used to determine the upper frequency of brain bioelectric activity requiring stimulation. Electrodes are placed in the frontal-temporal regions in a projection of the dorso-lateral prefrontal gyrus, placing the anode above the dominant hemisphere. Frequency-time parameters of the package of rectangular pulses are set: pulse width is from 10 to 20 ms, the interval between the first and second pulses is inversely proportional to the upper frequency of bioelectric activity of the brain. Duration of intervals increases with factor of 1.28–1.92. Total current of not more than 2 mA is used.
EFFECT: method provides higher clinical effectiveness and rehabilitation of patients with brain injuries, improved synchronization of glial-neuronal structures of the brain and activation of neurons.
1 cl, 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано при лечении и реабилитации пациентов с повреждениями головного мозга вследствие травм и инсультов, а также вследствие нейродегенеративных заболеваний.The invention relates to medicine, namely to neurology, and can be used in the treatment and rehabilitation of patients with brain damage due to injuries and strokes, as well as due to neurodegenerative diseases.

Известен способ лечения повреждения мозга путем чрезкожной спинальной электростимуляции. При этом установка эпидурального электрода проводится в междужковом пространстве заднего отдела позвоночного столба на уровне 2-4 шейных позвонков, что позволяет при помощи электрических импульсов воздействовать на задние столбы спинного мозга, вызывая опосредованную стимуляцию восходящей ретикулярной активирующей системы ствола мозга [1].There is a known method of treating brain damage by transcutaneous spinal electrical stimulation. In this case, the installation of an epidural electrode is carried out in the interstitial space of the posterior spinal column at the level of 2-4 cervical vertebrae, which allows using electrical impulses to influence the posterior columns of the spinal cord, causing indirect stimulation of the ascending reticular activating system of the brain stem [1].

Недостатками способа являются:The disadvantages of this method are:

- инвазивность процедуры и сложность её выполнения;- invasiveness of the procedure and complexity of its implementation;

- стимуляция ствола головного мозга является опосредованной, что может затруднять оценку её эффективности и задерживает восстановление сознания и неврологических функций у пациента;- stimulation of the brain stem is indirect, which can make it difficult to assess its effectiveness and delay the recovery of consciousness and neurological functions in the patient;

- используемый способ моделирования стимулирующего сигнала не соответствует биологической модели переноса ионов в нервных тканях.- the method used to simulate the stimulating signal does not correspond to the biological model of ion transport in nerve tissues.

Известен способ лечения тяжелой черепно-мозговой травмы путем электростимуляции глубинных структур головного мозга. При этом электрод открыто имплантируют в подкорковые структуры зрительных бугров или стволовые отделы [2].There is a known method of treating severe traumatic brain injury by electrical stimulation of deep brain structures. In this case, the electrode is openly implanted into the subcortical structures of the visual thalamus or brain stem sections [2].

Способ имеет схожие недостатки, а именно:The method has similar disadvantages, namely:

- инвазивность и агрессивность процедуры, так как проведение электрода сопровождается повреждением структур мозга; - invasiveness and aggressiveness of the procedure, since insertion of the electrode is accompanied by damage to brain structures;

- сложность и трудоемкость выполнения, так как необходима система для стереотаксической навигации;- complexity and labor-intensive implementation, since a system for stereotactic navigation is required;

- локальность стимуляции и необходимость постоянного увеличения силы тока для преодоления последствий электрокоагуляции прилежащих к электроду участков мозга,- locality of stimulation and the need to constantly increase the current strength to overcome the consequences of electrocoagulation of the brain areas adjacent to the electrode,

- используемый способ моделирования стимулирующего сигнала не соответствует биологической модели переноса ионов в нервных тканях.- the method used to simulate the stimulating signal does not correspond to the biological model of ion transport in nerve tissues.

Известен способ чрезликворной электростимуляции ствола головного мозга [3]. При данном способе стимуляцию проводят под контролем электроэнцефалографии (ЭЭГ) и записи акустических вызванных стволовых потенциалов (АСВП), транскраниальной допплерографии (ТКД). Стимуляция выполняется прямоугольными импульсами тока силой 1,5-4,5 мА, частотой 30-100 Гц, длиной волны 200-600 мкс, There is a known method of transcerebrospinal fluid electrical stimulation of the brain stem [3]. With this method, stimulation is carried out under the control of electroencephalography (EEG) and recording of acoustic evoked brainstem potentials (ASEP), transcranial Dopplerography (TCD). Stimulation is performed by rectangular current pulses with a force of 1.5-4.5 mA, a frequency of 30-100 Hz, a wavelength of 200-600 μs,

Недостатками способа является:The disadvantages of this method are:

- трудоемкость и необходимость специального оборудования (электроэнцефалографии, акустических вызванных стволовых потенциалов и транскраниальной допплерографии) для индивидуального подбора параметров стимуляции;- labor intensity and the need for special equipment (electroencephalography, acoustic evoked brainstem potentials and transcranial Dopplerography) for individual selection of stimulation parameters;

- неспецифичность стимуляции, вызванная широким набором спектра частот включающий одновременно альфа, бета, дельта, тэта-диапазон, а также высокие значения силы тока (до 4,5 мА), близкие к порогу ощутимости (5 мА), что может приводить к развитию побочных эффектов и эпилептических припадков;- nonspecific stimulation caused by a wide range of frequency spectrum including simultaneously alpha, beta, delta, theta range, as well as high current values (up to 4.5 mA), close to the perceptibility threshold (5 mA), which can lead to the development of side effects effects and epileptic seizures;

- инвазивность процедуры и необходимость установления электрода в желудочки мозга, что сопровождается дополнительной травматизацией ткани мозга.- the invasiveness of the procedure and the need to install an electrode in the ventricles of the brain, which is accompanied by additional trauma to the brain tissue.

Наиболее близким является способ лечения тяжелой черепно-мозговой травмы путем транскраниальной электростимуляции [4]. При этом электроды накладывают на кожные покровы лобных (отрицательный полюс) и мастоидальных (положительный полюс) областей с последующим лечебным воздействием электрической природы на интракраниальные структуры прямоугольными импульсами постоянного тока силой от 3 до 5 мА и частотой 30 Гц. Продолжительность сеанса транскраниальной электростимуляции составляет 30 минут, курсовая доза - от 10 до 20 сеансов.The closest method is the treatment of severe traumatic brain injury by transcranial electrical stimulation [4]. In this case, electrodes are applied to the skin of the frontal (negative pole) and mastoid (positive pole) areas, followed by a therapeutic effect of an electrical nature on intracranial structures with rectangular direct current pulses with a force of 3 to 5 mA and a frequency of 30 Hz. The duration of a transcranial electrical stimulation session is 30 minutes, the course dose is from 10 to 20 sessions.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- высокие значения силы тока в области электродов (до 5 мА), близкие к порогу ощутимости (5 мА), что может приводить к патологическим побочным эффектам (локальным ожогам кожи в области электродов, развитию фосфенеза, эпилептических припадков и т.д.), при этом большая удаленность расположения анодного и катодного электродов, а также высокое удельное сопротивления волосяных луковиц, костных структур и прилежащих сосудов, приводит к падению силы тока стимуляции в стволовых структурах до 10-45%, от приложенной к кожным покровам [5]; - high current values in the area of the electrodes (up to 5 mA), close to the threshold of sensation (5 mA), which can lead to pathological side effects (local skin burns in the area of the electrodes, the development of phosphenesis, epileptic seizures, etc.), at the same time, the large distance between the location of the anode and cathode electrodes, as well as the high resistivity of the hair follicles, bone structures and adjacent vessels, leads to a drop in the stimulation current in the stem structures to 10-45% of that applied to the skin [5];

- расположение отрицательного электрода в лобной области приводит к торможению активности коры лобных долей, что затрудняет восстановление мозга;- the location of the negative electrode in the frontal region leads to inhibition of the activity of the frontal cortex, which complicates brain recovery;

- фиксированность частоты пакетов стимуляции, не учитывающая значение собственной частоты возбуждения глиально-нейрональных структур мозга.- fixed frequency of stimulation packets, which does not take into account the value of the intrinsic frequency of excitation of glial-neuronal structures of the brain.

Использование устройств для неинвазивной стимуляции нейронов и глиально-сосудистых структур головного мозга показало, что максимальная амплитуда тока не должна превышать 2 мА [6]. The use of devices for non-invasive stimulation of neurons and glial-vascular structures of the brain has shown that the maximum current amplitude should not exceed 2 mA [6].

Могут быть использованы электроды прямоугольной и овальной формы площадью от 9 до 15 см2, обеспечивающие максимальную плотность тока не более 0,2 мА/см. Использование электродов меньшей площади может повысить риск электро-химического поражения кожного покрова непосредственно под электродами. Данный факт важен при проведении процедуры стимуляции пациентов, находящихся без сознания. При проведении процедуры стимуляции пациентам, находящимся в сознании, возможно индивидуальное определение пороговой величина амплитуды силы тока, по субъективным тактильным ощущениям [6]. Противопоказаниями для транскраниальной электростимуляции являются: экзема, дерматит, системные тромбозы, злокачественные опухоли, атеросклероз в тяжёлой форме, сердечно-сосудистая недостаточность II-III степени, индивидуальная непереносимость электротока [7].Electrodes of rectangular and oval shape with an area from 9 to 15 cm 2 can be used, providing a maximum current density of no more than 0.2 mA/cm. The use of smaller electrodes may increase the risk of electrochemical damage to the skin directly under the electrodes. This fact is important when performing stimulation procedures on unconscious patients. When carrying out the stimulation procedure for conscious patients, it is possible to individually determine the threshold value of the current amplitude based on subjective tactile sensations [6]. Contraindications for transcranial electrical stimulation are: eczema, dermatitis, systemic thrombosis, malignant tumors, severe atherosclerosis, degree II-III cardiovascular failure, individual intolerance to electric current [7].

Использование неинвазивной электростимуляции показало, что для достижения наибольшей эффективности важна не только величина передаваемого заряда, а частотно-временные параметры стимулирующего воздействия [8].The use of non-invasive electrical stimulation has shown that to achieve the greatest efficiency, not only the magnitude of the transferred charge is important, but also the time-frequency parameters of the stimulating effect [8].

Существует гипотеза, что при электростимуляции нейронов головного мозга основная задача заключается не только в повышении возбудимости клеток вследствие их деполяризации или гиперполяризации клеточных мембран, но и в синхронизации процессов возбуждения в нейронах и глиально-сосудистых структурах [6]. Величина длительности стимулирующего импульса, равно как и величина длительности интервала следования импульсов подбираются опытным путем, с учетом временных параметров связанных биофизических процессов, описанных в модели Ходжкина-Хаксли [9]. Используя значения временных параметров биофизических процессов возбуждения и периода рефрактерности (когда любая стимуляция является подпороговой), протекающих не только в нейронах, но и в глиально-сосудистых структурах головного мозга, можно существенно повысить эффективность оказываемого воздействия за счет эффекта параметрического резонанса, проявляющегося в синхронизации процессов переноса потенциала действия по всей области стимуляции.There is a hypothesis that when electrical stimulation of brain neurons, the main task is not only to increase the excitability of cells due to their depolarization or hyperpolarization of cell membranes, but also to synchronize excitation processes in neurons and glial-vascular structures [6]. The duration of the stimulating pulse, as well as the duration of the pulse repetition interval, are selected experimentally, taking into account the time parameters of associated biophysical processes described in the Hodgkin-Huxley model [9]. Using the values of the time parameters of the biophysical processes of excitation and the refractory period (when any stimulation is subthreshold), occurring not only in neurons, but also in the glial-vascular structures of the brain, it is possible to significantly increase the effectiveness of the effect due to the effect of parametric resonance, manifested in the synchronization of processes transfer of the action potential throughout the stimulation area.

Задачей настоящего изобретения является определение способа неинвазивной слаботочной электростимуляции нейрональных и глиально-сосудистых структур головного мозга с максимальной амплитудой тока 2 мА.The objective of the present invention is to determine a method for non-invasive low-current electrical stimulation of neuronal and glial-vascular structures of the brain with a maximum current amplitude of 2 mA.

Технический результат способа - повышение эффективности лечения и реабилитации пациентов с повреждениями головного мозга, улучшение временнóй синхронизации работы глиально-нейрональных структур головного мозга и активации нейронов, как за счет их непосредственной стимуляции, так и за счет активации перицитов и эндотелиоцитов, приводящей к вазодилатации и улучшению кровоснабжения мозга.The technical result of the method is to increase the efficiency of treatment and rehabilitation of patients with brain damage, improve the temporal synchronization of the work of glial-neuronal structures of the brain and the activation of neurons, both due to their direct stimulation and due to the activation of pericytes and endothelial cells, leading to vasodilation and improvement blood supply to the brain.

Технический результат достигается тем, что по данным электроэнефалографии определяют верхнюю частоту биоэлектрической активности мозга, требующую стимуляции, устанавливают электроды в лобно-височных областях в проекции дорсо-латеральных префронтальных зон коры, располагая анод над доминантным полушарием; при помощи программно-управляемого генератора импульсов задают частотно-временные параметры пакета прямоугольных импульсов так, что ширина импульса составляет от 10 до 20 мс, интервал между первым и вторым импульсом обратно пропорционален верхней частоте биоэлектрической активности мозга, требующей стимуляции, длительность интервалов времени между последующими импульсами в рамках одного генерируемого за один цикл пакета увеличивается с коэффициентом 1,6±0,32; в пакет включают не менее 5 импульсов; сформированную последовательность импульсов подают на блок усиления и формируют сигнал, представляющий собой суперпозицию постоянного и импульсного тока так, что суммарный ток не более 2mA, стимуляцию проводят ежедневно, увеличивая продолжительность процедуры до появления гиперемии кожных покровов в зоне анода.The technical result is achieved by the fact that, according to electroenphalography data, the upper frequency of bioelectrical activity of the brain that requires stimulation is determined, electrodes are installed in the frontotemporal regions in the projection of the dorsolateral prefrontal zones of the cortex, placing the anode above the dominant hemisphere; using a software-controlled pulse generator, the frequency-time parameters of a package of rectangular pulses are set so that the pulse width is from 10 to 20 ms, the interval between the first and second pulse is inversely proportional to the upper frequency of the bioelectrical activity of the brain requiring stimulation, the duration of the time intervals between subsequent pulses within one packet generated in one cycle increases with a factor of 1.6±0.32; the package includes at least 5 pulses; the generated sequence of pulses is supplied to the amplification unit and a signal is generated, which is a superposition of direct and pulsed current so that the total current is not more than 2mA, stimulation is carried out daily, increasing the duration of the procedure until hyperemia of the skin in the anode zone appears.

Способ поясняется графическим материалом, где:The method is illustrated with graphic material, where:

Фиг. 1 - схема частотно-временных параметров пакета прямоугольных импульсов.Fig. 1 - diagram of the frequency-time parameters of a package of rectangular pulses.

Способ осуществляют следующим образом. The method is carried out as follows.

Выполняют пациенту электроэнефалографию (ЭЭГ), определяют частоты биоэлектрической активности мозга, требующих стимуляции. Устанавливают электроды в лобно-височных областях в проекции дорсо-латеральных префронтальных зон коры, анод над доминантным полушарием, а катод с конрлатеральной стороны. При помощи программно-управляемого генератора импульсов задают частотно-временные параметры пакета прямоугольных импульсов (Фиг. 1): ширина импульса составляет от 10 до 20 мс, (τu), что соответствует модели Ходжкина-Хаксли о времени возбуждения нейрона. Длительность интервалов времени между импульсами (Tui, где i - номер импульса) в рамках одного генерируемого за один цикл пакета импульсов увеличивается с коэффициентом 1,6±0,32. При этом Tu1 обратно пропорциально верхней частоте биоэлектрической активности мозга, требующих стимуляции. Число импульсов в пакете не менее 5. Сформированную последовательность импульсов подают на блок усиления и формируют сигнал, представляющий собой суперпозицию постоянного (Vmin) и импульсного тока, при этом суммарный ток не более 2mA (Vmax) и зависит от пороговой чувствительности пациента. Стимуляцию проводят ежедневно, увеличивая продолжительность процедуры до появления гиперемии кожных покровов в зоне анода.The patient is subjected to electroenphalography (EEG), and the frequencies of bioelectrical activity of the brain that require stimulation are determined. Electrodes are installed in the frontotemporal areas in the projection of the dorsolateral prefrontal zones of the cortex, the anode above the dominant hemisphere, and the cathode on the contralateral side. Using a software-controlled pulse generator, the time-frequency parameters of a package of rectangular pulses are set (Fig. 1): the pulse width is from 10 to 20 ms, (τ u ), which corresponds to the Hodgkin-Huxley model of the neuron excitation time. The duration of time intervals between pulses (T ui, where i is the pulse number) within one packet of pulses generated in one cycle increases with a factor of 1.6 ± 0.32. In this case, T u1 is inversely proportional to the upper frequency of bioelectrical activity of the brain requiring stimulation. The number of pulses in the package is at least 5. The generated sequence of pulses is supplied to the amplification unit and a signal is generated, which is a superposition of direct (Vmin) and pulsed current, with the total current not exceeding 2mA (Vmax) and depending on the patient’s threshold sensitivity. Stimulation is carried out daily, increasing the duration of the procedure until hyperemia of the skin in the anode zone appears.

Клинический пример 1. Clinical example 1.

Пациент В. 36 лет поступил 14.12.2016 г. Из анамнеза: пострадал при столкновении с грузовым автомобилем.Patient V., 36 years old, was admitted on December 14, 2016. From the anamnesis: he was injured in a collision with a truck.

Диагноз: Тяжелая черепно-мозговая травма. Ушиб головного мозга тяжелой степени тяжести. Диффузное аксональное повреждение. Острая субдуральная гематома правой лобно-теменно-височной области. Отек и дислокация головного мозга. Перелом основания черепа слева. Массивное субарахноидальное кровоизлияние. Множественные внутримозговые кровоизлияния. Травматический шок. Диэнцефальный синдром.Diagnosis: Severe traumatic brain injury. Severe brain contusion. Diffuse axonal damage. Acute subdural hematoma of the right fronto-parietal-temporal region. Swelling and dislocation of the brain. Fracture of the base of the skull on the left. Massive subarachnoid hemorrhage. Multiple intracerebral hemorrhages. Traumatic shock. Diencephalic syndrome.

Длительно время находился в отделении реанимации, где проводилась искусственная вентиляция легких. Неврологический статус перед началом электростимуляции. Доминирует грубая пирамидная и стволовая симптоматика Зрачки обычной формы, фотореакция хорошая. Движения глазных яблок ограничены кверху. Снижение корнеальных рефлексов с обеих сторон. Сглажена левая носогубная складка. Лицо асимметрично. Глотание снижено. Симптомы Бабинского с 2-х сторон. Сухожильные рефлексы преобладают слева, повышены. Брюшные рефлексы торпидны. Центральный гемипарез слева. Шкала Комы Глазго - 9 баллов. Текущая шкала Рэнкин 5 баллов, Шкала Исходов Глазго - 2 балла, Индекс Бартела 0 баллов.For a long time he was in the intensive care unit, where artificial ventilation of the lungs was carried out. Neurological status before the start of electrical stimulation. Rough pyramidal and stem symptoms dominate. The pupils are of normal shape, the photoreaction is good. Movement of the eyeballs is limited upward. Decreased corneal reflexes on both sides. The left nasolabial fold is smoothed. The face is asymmetrical. Swallowing is reduced. Babinski's symptoms on both sides. Tendon reflexes predominate on the left and are increased. Abdominal reflexes are torpid. Central hemiparesis on the left. Glasgow Coma Scale - 9 points. Current Rankin Scale 5 points, Glasgow Outcome Scale 2 points, Barthel Index 0 points.

Проведена транскраниальная электростимуляция по предложенному способу.Transcranial electrical stimulation was performed using the proposed method.

Выполнена ЭЭГ. По данным ЭЭГ определены частоты биоэлектрической активности мозга. Отмечено уменьшение представительства α-ритма требующие стимуляции. Верхняя частота (fверхн.) составила 14 Гц. Рассчитали интервал между двумя первыми импульсами в пакете Tu1=1/fверхн.=1/14=71 мс. Анамнестически пациент правша. Электроды устанавливали в лобно-височных областях в проекции дорсо-латеральных префронтальных зон коры, анод - над левым полушарием, а катод - над правым полушарием. При помощи программно-управляемого генератора импульсов задавали частотно-временные параметры пакета прямоугольных импульсов: ширина импульса составляет 10 мс, коэффициент увеличения длительности интервалов времени между импульсами 1,28 в рамках одного генерируемого за один цикл пакета из 5 импульсов. Сформированную последовательность импульсов подавали на блок усиления и формировали сигнал, представляющий собой суперпозицию постоянного тока 1 mA и импульсного тока 1 mA в связи с большим весом пациента. Стимуляцию проводили ежедневно в течение 15 дней. Продолжительность процедуры увеличивали каждые 2-3 дня на 2-5 минут до появления гиперемии кожных покровов в зоне анода. На завершающей процедуре появление гиперемии кожных покровов в зоне анода наблюдалось на 58 минуте.EEG performed. Based on EEG data, the frequencies of bioelectrical activity of the brain were determined. A decrease in the representation of the α-rhythm requiring stimulation was noted. The upper frequency (f upper) was 14 Hz. We calculated the interval between the first two pulses in the packet Tu1=1/f upper. =1/14=71 ms. The patient's medical history is right-handed. The electrodes were installed in the frontotemporal areas in the projection of the dorsolateral prefrontal cortex, the anode over the left hemisphere, and the cathode over the right hemisphere. Using a software-controlled pulse generator, the frequency-time parameters of a packet of rectangular pulses were set: the pulse width is 10 ms, the coefficient of increase in the duration of time intervals between pulses is 1.28 within one packet of 5 pulses generated in one cycle. The generated sequence of pulses was applied to the amplification unit and a signal was generated, which was a superposition of a direct current of 1 mA and a pulsed current of 1 mA due to the large weight of the patient. Stimulation was carried out daily for 15 days. The duration of the procedure was increased every 2-3 days by 2-5 minutes until hyperemia of the skin in the anode area appeared. During the final procedure, the appearance of hyperemia of the skin in the anode zone was observed at 58 minutes.

В неврологическом статусе на момент окончания курса стимуляции (03.02.2017 г.) Шкала Комы Глазго - 12 баллов. Текущая шкала Рэнкин - 4 балла, Шкала Исходов Глазго -3 балла, Индекс Бартела - 1 балл. Neurological status at the end of the stimulation course (02/03/2017) Glasgow Coma Scale - 12 points. Current Rankin Scale - 4 points, Glasgow Outcome Scale - 3 points, Barthel Index - 1 point.

Зрачки обычной формы расширены, фотореакция снижена. Движения глазных яблок ограничены кверху. Незначительное расходящееся косоглазие. Снижение корнеальных рефлексов с обеих сторон. Сглажена левая носогубная складка. Лицо асимметрично. Глотание снижено. Язык не отклонен. Симптомы Бабинского с 2-х сторон. Сухожильные рефлексы преобладают слева, снижены. Брюшные рефлексы торпидны. Периферический гемипарез справа держится.The pupils of normal shape are dilated, photoreaction is reduced. Movement of the eyeballs is limited upward. Slight divergent strabismus. Decreased corneal reflexes on both sides. The left nasolabial fold is smoothed. The face is asymmetrical. Swallowing is reduced. The language is not rejected. Babinski's symptoms on both sides. Tendon reflexes predominate on the left and are reduced. Abdominal reflexes are torpid. Peripheral hemiparesis on the right persists.

Транскраниальная электростимуляция по предложенному способу привела к значительному улучшению уровня бодрствования, неврологического статуса по основным шкалам и регрессу неврологических нарушений. Улучшение мозгового кровотока за счет вазодилатации было зафиксировано при помощи КТ-ангиографии и КТ-перфузии, улучшение функции головного мозга - при помощи когерентного анализа ЭЭГ. На Фиг. 2 приведена компьютерно-томографическая ангиография пациента до (Фиг. 2а) и после электростимуляции (Фиг. 2б). Вазодилатация М1 сегмента левой средней мозговой артерии после проведения сеанса электростимуляции с 1,7 мм до стимуляции до 3,1 мм - после нее. На фиг. 3 приведены перфузионные карты Вестермарка пациента до (Фиг. 3а) и после электростимуляции (Фиг. 3б). Зона гипоперфузии (выделена зеленым цветом и указана стрелкой) в области левого зрительного бугра после электростимуляции не выявляется.Transcranial electrical stimulation using the proposed method led to a significant improvement in the level of wakefulness, neurological status on the main scales and regression of neurological disorders. Improvement in cerebral blood flow due to vasodilation was recorded using CT angiography and CT perfusion, and improvement in brain function was recorded using coherence EEG analysis. In FIG. Figure 2 shows computed tomographic angiography of the patient before (Fig. 2a) and after electrical stimulation (Fig. 2b). Vasodilation of the M1 segment of the left middle cerebral artery after a session of electrical stimulation from 1.7 mm before stimulation to 3.1 mm after it. In fig. Figure 3 shows Westermarck perfusion maps of the patient before (Fig. 3a) and after electrical stimulation (Fig. 3b). The hypoperfusion zone (highlighted in green and indicated by an arrow) in the area of the left visual thalamus is not detected after electrical stimulation.

Клинический пример 2.Clinical example 2.

Пациентка П. 32 лет поступила 10.09.2019 после полученной травмы в дорожно-транспортном происшествии. Patient P., 32 years old, was admitted on September 10, 2019 after being injured in a traffic accident.

Диагноз. Тяжелая черепно-мозговая травма. Ушиб головного мозга тяжелой степени Травматический шок IIст. Постгипоксическая энцефалопатия 3 степени. Состояние минимальных проявлений сознания (минус). Молниеносная форма жировой эмболии. Сердечного легочная реанимация от 10.09.2019. Постреанимационная болезнь.Diagnosis. Severe traumatic brain injury. Severe brain contusion Traumatic shock II degree. Posthypoxic encephalopathy grade 3. State of minimal manifestations of consciousness (minus). Fulminant form of fat embolism. Cardiac pulmonary resuscitation from 09/10/2019. Post-resuscitation illness.

Течение острого периода травмы осложнилось присоединением молниеносной формы жировой эмболии, которая привела к остановке сердца и дыхания 10.09.2019. Развитие церебральной гипоксии на фоне остановки сердца привела к коматозному состоянию. Длительно находилась в отделении реанимации.The course of the acute period of the injury was complicated by the addition of a fulminant form of fat embolism, which led to cardiac and respiratory arrest on September 10, 2019. The development of cerebral hypoxia against the background of cardiac arrest led to a coma. She spent a long time in the intensive care unit.

В неврологическом статусе на момент начала стимуляции (16.10.2019). Шкала комы Глазго - 10 баллов. Текущая шкала Рэнкин - 5 баллов, Шкала Исходов Глазго - 2 балла, Индекс Бартела - 0 баллов. Открывает глаза, инструкции не выполняет. Грубая стволовая симптоматика. Симптом Бабинского с обеих сторон. Neurological status at the start of stimulation (10/16/2019). Glasgow Coma Scale - 10 points. Current Rankin Scale - 5 points, Glasgow Outcome Scale - 2 points, Barthel Index - 0 points. Opens eyes, does not follow instructions. Rough stem symptoms. Babinski's sign on both sides.

Проведена транскраниальная электростимуляция по предложенному способу. Transcranial electrical stimulation was performed using the proposed method.

Выполнена ЭЭГ. По данным ЭЭГ определена верхняя частота биоэлектрической активности мозга, требующая стимуляции (fверхн.) 30 Гц. Рассчитали интервал между двумя первыми импульсами в пакете Tu1=1/ fверхн. =33 мс. Пациент по анамнезу левша. Электроды устанавливали в лобно-височных областях в проекции дорсо-латеральных префронтальных зон коры, анод - над правым полушарием, а катод - над левым полушарием. При помощи программно-управляемого генератора импульсов задавали частотно-временные параметры пакета прямоугольных импульсов: ширина импульса составляет 20 мс, коэффициент увеличения длительности интервалов времени между импульсами 1,92 в рамках одного генерируемого за один цикл пакета из 5 импульсов. Сформированную последовательность импульсов подавали на блок усиления и формировали сигнал, представляющий собой суперпозицию постоянного тока 0,8 mA и импульсного тока 0,4 mA в связи с небольшой массой пациентки. Стимуляцию проводили ежедневно в течение 20 дней. Продолжительность процедуры увеличивали ежедневно на 1-2 минуты. На завершающей процедуре появление гиперемии кожных покровов в зоне анода наблюдалось на 43 минуте.EEG performed. According to EEG data, the upper frequency of bioelectrical activity of the brain was determined, requiring stimulation (fup.) 30 Hz. We calculated the interval between the first two pulses in the packet Tu1=1/ f upper. = 33 ms. The patient's medical history is left-handed. The electrodes were installed in the frontotemporal areas in the projection of the dorsolateral prefrontal cortex, the anode over the right hemisphere, and the cathode over the left hemisphere. Using a software-controlled pulse generator, the frequency-time parameters of a packet of rectangular pulses were set: the pulse width is 20 ms, the coefficient of increase in the duration of time intervals between pulses is 1.92 within one packet of 5 pulses generated in one cycle. The generated sequence of pulses was applied to the amplification unit and a signal was generated, which was a superposition of a direct current of 0.8 mA and a pulsed current of 0.4 mA due to the small mass of the patient. Stimulation was carried out daily for 20 days. The duration of the procedure was increased daily by 1-2 minutes. During the final procedure, the appearance of hyperemia of the skin in the anode zone was observed at 43 minutes.

ЭЭГ 24.10.19: выраженные диффузные общемозговые изменения без явных очаговых и пароксизмальных проявлений. Формирование бета и тэта-активности в отведениях, описывающих подкорковую зону.EEG 10.24.19: pronounced diffuse cerebral changes without obvious focal and paroxysmal manifestations. Formation of beta and theta activity in leads describing the subcortical zone.

ЭЭГ 13.11.19: выраженные диффузные общемозговые изменения без явных очаговых и пароксизмальных проявлений. Динамическая ЭЭГ до (Фиг. 4а) и после (Фиг. 4б) стимуляции выявляет восстановление ритмики и амплитуды биоэлектрической активности. После проведения сеанса электростимуляции - нарастание спектральной и суммарной ЭЭГ активности. В неврологическом статусе на момент окончания курса стимуляции (16.11.2019). Открывает глаза, инструкции выполняет избирательно. Негрубая стволовая симптоматика. Симптом Бабинского с обеих сторон. Шкала комы Глазго - 12 баллов, Шкала Рэнкин - 4 балла, Шкала Исходов Глазго - 3 балла, Индекс Бартела - 1 балл.EEG 11/13/19: pronounced diffuse cerebral changes without obvious focal and paroxysmal manifestations. Dynamic EEG before (Fig. 4a) and after (Fig. 4b) stimulation reveals restoration of the rhythm and amplitude of bioelectrical activity. After a session of electrical stimulation, there is an increase in spectral and total EEG activity. Neurological status at the end of the stimulation course (11/16/2019). Opens his eyes and follows instructions selectively. Mild stem symptoms. Babinski's sign on both sides. Glasgow Coma Scale - 12 points, Rankin Scale - 4 points, Glasgow Outcome Scale - 3 points, Barthel Index - 1 point.

Таким образом, транскраниальная электростимуляция по предложенной методике привела к значительному улучшению уровня бодрствования, данных ЭЭГ и регрессу неврологических нарушений.Thus, transcranial electrical stimulation using the proposed method led to a significant improvement in the level of wakefulness, EEG data and regression of neurological disorders.

Существенным фактором в выбранной схеме стимуляции является то, что временные характеристики электрических импульсов подобраны исходя из длительности процессов активации и восстановления нейронов и глии, представленной в модели Ходжкина-Хаксли [10].A significant factor in the chosen stimulation scheme is that the temporal characteristics of the electrical impulses are selected based on the duration of the processes of activation and restoration of neurons and glia, presented in the Hodgkin-Huxley model [10].

Кроме того, методика оказания воздействия сформирована с учетом зон локации электродов и полярности расположения оных. Положение активного электрода - определяющего «положительный фронт» стимулирующих импульсов, определяется с учетом доминантного полушария пациента. In addition, the method of providing influence is formed taking into account the location zones of the electrodes and the polarity of their location. The position of the active electrode, which determines the “positive front” of the stimulating impulses, is determined taking into account the patient’s dominant hemisphere.

Импульсное воздействие стимулирует и синхронизирует процесс переноса заряда через поверхности мембран глиальных (перицитов, микроглии и т.д.), клеток сосудистой стенки (эндотелиоцитов), а также нейронов головного мозга. Использование параметров стимуляции на основе модели Ходжкина-Хаксли приводит к непосредственному возбуждению нейронов в зоне анода. Кроме того, воздействие на перициты и эндотелиоциты приводит к вазодилатации и улучшению кровоснабжения, что ведет к опосредованному улучшению работы нейроваскулярной единицы.Pulse action stimulates and synchronizes the process of charge transfer across the membrane surfaces of glial (pericytes, microglia, etc.), vascular wall cells (endotheliocytes), as well as brain neurons. The use of stimulation parameters based on the Hodgkin-Huxley model leads to direct excitation of neurons in the anode zone. In addition, the effect on pericytes and endothelial cells leads to vasodilation and improved blood supply, which leads to an indirect improvement in the functioning of the neurovascular unit.

Использованные источники:Used sources:

1. Matsui Т., Asano Т., Nakano Т. et al. Clinical experience of spinal cord stimulation in an attempt of treatment of patients with prolonged coma // Proceedings of the 1-st annual meeting of the Society for Treatment of Coma. Kyoto, 1992. V.1. P.83.1. Matsui T., Asano T., Nakano T. et al. Clinical experience of spinal cord stimulation in an attempt of treatment of patients with prolonged coma // Proceedings of the 1st annual meeting of the Society for Treatment of Coma. Kyoto, 1992. V.1. P.83.

2. Tsubokawa Т. Deep brain stimulation therapy for a persistent vegetative state // Journal of Neurotrauma. 1995. V.12. №3. P.345.2. Tsubokawa T. Deep brain stimulation therapy for a persistent vegetative state // Journal of Neurotrauma. 1995. V.12. No. 3. P.345.

3. Климаш А.В., Жанайдаров Ж.С., Иванов А.Ю. и др. Применение чрезликворной электростимуляции у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой // Мат. VII Международного симпозиума «Новые технологии в нейрохирургии». СПб., 2004, с. 36-37.3. Klimash A.V., Zhanaidarov Zh.S., Ivanov A.Yu. and others. Application of transcerebrospinal fluid electrical stimulation in patients with severe traumatic brain injury // Mat. VII International Symposium “New Technologies in Neurosurgery”. SPb., 2004, p. 36-37.

4. Шарова Е.В., Амчеславский В.Г., Потапов А.А., Анзимиров В.Л., Зайцев О.С., Емельянов В.К., Шабалов В.А. ЭЭГ-эффекты лечебной электростимуляции головного мозга человека при посттравматическом бессознательном состоянии. Физиология человека, 2001, том 27, №2, с. 29-31.4. Sharova E.V., Amcheslavsky V.G., Potapov A.A., Anzimirov V.L., Zaitsev O.S., Emelyanov V.K., Shabalov V.A. EEG effects of therapeutic electrical stimulation of the human brain in post-traumatic unconsciousness. Human Physiology, 2001, volume 27, No. 2, p. 29-31.

5. Driscoll D.A., Rush S., et al. 1971., Reynolds D.V., Loram J.S., Sjoberg A.E., 19715. Driscoll D.A., Rush S., et al. 1971., Reynolds D.V., Loram J.S., Sjoberg A.E., 1971

6. Bikson M, Grossman P, Thomas C, Zannou AL, Jiang J, Adnan T, et al. Safety of transcranial direct current stimulation: evidence based update 2016. Brain Stimul 2016;9 (5):641e61.6. Bikson M, Grossman P, Thomas C, Zannou AL, Jiang J, Adnan T, et al. Safety of transcranial direct current stimulation: evidence based update 2016. Brain Stimul 2016;9 (5):641e61.

7. The National Institute for Occupational Safety and Health. Worker deaths by electrocution. NIOSH Publication No. 98-131. 2009 Available at: https://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. 7. The National Institute for Occupational Safety and Health. Worker deaths by electrocution. NIOSH Publication No. 98-131. 2009 Available at: https://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html.

8. Fish RM, Geddes LA. Electrophysiology of connection current spikes. Cardiovasc Eng. 2008; 8(4):219-24.8. Fish RM, Geddes LA. Electrophysiology of connection current spikes. Cardiovascular Eng. 2008; 8(4):219-24.

9. Encyclopedia of Neuroscience. - 3rd edition. - Elsevier Science, 2004.9. Encyclopedia of Neuroscience. - 3rd edition. - Elsevier Science, 2004.

10. Рубин, А.Б. Биофизика. Т.1. Теоретическая биофизика. Учебник для вузов. 2-е изд. М.: Книжный дом «Университет». 1999: 166.10. Rubin, A.B. Biophysics. T.1. Theoretical biophysics. Textbook for universities. 2nd ed. M.: Book house "University". 1999: 166.

Claims (1)

Способ неинвазивной электростимуляции структур головного мозга при травмах головного мозга, включающий наложение электродов на кожные покровы головы с последующим лечебным воздействием электрическим током прямоугольными импульсами курсом от 10 до 20 сеансов, отличающийся тем, что проводят электроэнцефалографию, по данным которой выявляют биоэлектрическую активность головного мозга, требующую стимуляции, и определяют ее верхнюю частоту, устанавливают электроды в лобно-височных областях в проекции дорсо-латеральной префронтальной извилины, располагая анод над доминантным полушарием; при помощи программно-управляемого генератора импульсов задают частотно-временные параметры пакета прямоугольных импульсов так, что ширина импульса составляет от 10 до 20 мс, интервал между первым и вторым импульсами обратно пропорционален верхней частоте биоэлектрической активности мозга, требующей стимуляции, длительность интервалов времени между последующими импульсами в рамках одного генерируемого за один цикл пакета увеличивается с коэффициентом 1,28-1,92; в пакет включают не менее 5 импульсов; сформированную последовательность импульсов подают на блок усиления и формируют сигнал, представляющий собой суперпозицию постоянного и импульсного тока так, что суммарный ток - не более 2 мA, стимуляцию проводят ежедневно, увеличивая продолжительность процедуры до появления гиперемии кожных покровов в зоне анода.A method of non-invasive electrical stimulation of brain structures in case of brain injuries, including the application of electrodes to the skin of the head followed by therapeutic exposure to electric current with rectangular pulses for a course of 10 to 20 sessions, characterized in that electroencephalography is performed, according to which the bioelectric activity of the brain is detected, requiring stimulation, and determine its upper frequency, install electrodes in the frontotemporal areas in the projection of the dorsolateral prefrontal gyrus, placing the anode above the dominant hemisphere; Using a software-controlled pulse generator, the frequency-time parameters of a package of rectangular pulses are set so that the pulse width is from 10 to 20 ms, the interval between the first and second pulses is inversely proportional to the upper frequency of the bioelectrical activity of the brain requiring stimulation, the duration of the time intervals between subsequent pulses within one packet generated in one cycle increases with a coefficient of 1.28-1.92; the package includes at least 5 pulses; the generated sequence of pulses is supplied to the amplification unit and a signal is generated, which is a superposition of direct and pulsed current so that the total current is no more than 2 mA, stimulation is carried out daily, increasing the duration of the procedure until hyperemia of the skin in the anode zone appears.
RU2023119344A 2023-07-21 Method for non-invasive low-current electrical stimulation of brain structures RU2820133C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2820133C1 true RU2820133C1 (en) 2024-05-29

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2289445C2 (en) * 2004-12-17 2006-12-20 Вячеслав Михайлович Звоников Method for normalizing functional state of human organism by acting upon brain
RU2405591C1 (en) * 2009-04-06 2010-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И.И. Мечникова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method of treating patients with stage i-ii hypertensive discirculatory encephalopathy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2289445C2 (en) * 2004-12-17 2006-12-20 Вячеслав Михайлович Звоников Method for normalizing functional state of human organism by acting upon brain
RU2405591C1 (en) * 2009-04-06 2010-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И.И. Мечникова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" Method of treating patients with stage i-ii hypertensive discirculatory encephalopathy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШАРОВА Е.В. ЭЭГ - эффекты лечебной электростимуляции головного мозга человека при посттравматическом бессознательном состоянии. Физиология человека. Т. 27, N 2, стр. 29-31. КЛИМАШ А.В. Применение чрезликворной электростимуляции у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой. Мат. VII Междунар. симпозиума "Новые технологии в нейрохирургии". СПб. 2004, стр. 36-37. TSUBOKAWA Т. Deep brain stimulation therapy for a persistent vegetative state. Journal of Neurotrauma. 1995. V.12. N 3:345. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6856704B2 (en) Device for the treatment of medical disorders
JP7541547B2 (en) Devices, systems and methods for treating neuropsychiatric disorders
US10238862B2 (en) Extracranial implantable devices, systems and methods for the treatment of medical disorders
JP2014501138A5 (en)
JP2014501139A5 (en)
CN107041747B (en) A kind of breathing instruction device for backbone reduction system
TWI573606B (en) Transcranial burst electrostimulation apparatus and its applications
RU2820133C1 (en) Method for non-invasive low-current electrical stimulation of brain structures
CN107041748A (en) One kind is used for backbone reduction system electrocardio and triggers Magnetotherapeutic apparatus
CN107041746A (en) A kind of Magnetotherapeutic apparatus for backbone reduction system
CN106943141A (en) A kind of checking with EMG method device for backbone reduction system
CN107041750B (en) A kind of trans-skull magnetic stimulating device for backbone reduction system
CN107041995A (en) A kind of Magnetotherapeutic apparatus for backbone reduction system
CN106901730A (en) A kind of backbone reduction system
WO2015024945A1 (en) Systems and methods for electrotherapy combined with feedback from sensors
RU2197294C2 (en) Method for treating patients in coma and vegetative state
Perri Alteration of Hypnotic Phenomena and Hypnotizability with Non-Invasive Brain Stimulation (NIBS): State of the Art and Future Perspectives
CN107041749A (en) A kind of skin temperature allochroic paint for backbone reduction system
CN106901729A (en) A kind of medication coat for backbone reduction system
CN107041745B (en) A kind of infrared detecting device for backbone reduction system
RU2262356C2 (en) Method for treating heavy craniocerebral injury cases