СПОСОБ СТИМУЛЯЦИИ НЕРВА С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКА Российский патент 2003 года по МПК A61N7/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам лечения болезней, связанных с патологией нервной системы.

Известен способ стимуляции нерва с помощью имплантируемого электростимулятора [1].

Способ эффективен, но имеет ряд недостатков.

- Имплантация электрода от электростимулятора под нерв приводит к механическому его повреждению, ухудшению его кровоснабжения, что со временем приводит к развитию нейродистрофических процессов в нем с потерей его функции.

- Металлические контакты электрода электростимулятора и ток, протекающий через них, приводят со временем к повреждению нерва вследствие электролиза, в результате чего эффективность электростимуляций снижается.

- При выделении нерва с помощью хирургических инструментов, с целью подключения к нему электрода от электростимулятора, нередко возникает случайное ранение близлежащих жизненно важных органов и кровеносных сосудов, что приводит к опасным для жизни осложнениям.

Наиболее близким по сущности является способ стимуляции нерва ультразвуком [2]. Для его реализации применяется чрескожное подведение ультразвука большой мощности (0,2-0,4 Вт/см²).

Способ имеет ряд недостатков.

- Невозможность точной фокусировки ультразвука на нерв, вследствие особенностей его распространения в тканях, а также вариаций анатомии нервов у человека. Ввиду этого стимуляции подвергаются и окружающие нерв органы и ткани, причем нередко даже в большей мере, чем сам нерв.

- Невозможность точной дозировки подводимой к нерву мощности ультразвука из-за невозможности точной фокусировки. Вследствие этого может быть как повреждение нерва при избыточной мощности ультразвука, так и отсутствие эффекта стимуляции, при недостаточной мощности ультразвука.

- Для стимуляции глубоколежащего нерва необходимо применение мощного ультразвука (>0,1 Вт/см²), имеющего побочные эффекты в виде развития нейродистрофического процесса, спазма сосудов, бронхов, повреждения клеточных мембран. Вследствие этого исключается возможность длительного и частого применения таких стимуляций.

Цель изобретения
1. Повышение эффективности стимуляций нерва с помощью ультразвука.

2. Снижение опасности повреждения нерва и окружающих его органов и тканей ультразвуком.

3. Достижение возможности фокусированной стимуляции нерва, а также возможности четкого дозирования мощности ультразвука, подводимого к нерву.

Поставленная цель достигается тем, что для стимуляции нерва над ним имплантируют миниатюрный ультразвуковой излучатель, приводимый в действие с помощью имплантированного радиочастотного устройства, посылающего на него импульсный электрический ток ультразвуковой частоты. Для осуществления стимуляций не требуется выделения нерва во время хирургической операции, что нередко приводит к его повреждению. Ввиду близкого расположения с нервом ультразвукового излучателя не требуется большой мощности ультразвука и становится возможной фокусированная стимуляция нерва, лишенная опасности его повреждения при длительном применении. Для включения ультразвуковой стимуляции нерва больной включает не имплантированное передающее радиочастотное устройство, связанное через электромагнитные волны с имплантированным радиочастотным устройством, соединенным с ультразвуковым излучателем-стимулятором. При этом электромагнитные волны неимплантированного устройства преобразуются в имплантированном устройстве в импульсы тока, а последние - в ультразвук, вызывающий стимуляцию нерва.

Проведенный сопоставительный анализ выбранного прототипа с предлагаемым способом выявил, что общим признаком у них является применение для стимуляций нерва ультразвука.

Выявлены следующие отличия нового способа от способа-прототипа
- для фокусированной стимуляции нерва над ним имплантируется миниатюрный ультразвуковой излучатель-стимулятор, а не применяется чрескожное подведение ультразвука к нерву;
- стимуляцию нерва осуществляют при малой мощности ультразвука (<0,1 Вт/см²), что предотвращает повреждение нерва;
- для приведения в действие имплантированного ультразвукового излучателя-стимулятора используется радиочастотное устройство, состоящее из неимплантированной передающей части и имплантированной приемной части, соединенной с ультразвуковым излучателем;
- для осуществления способа не применяется накожное нанесение проводящих ультразвук паст и масел, как в способе-прототипе;
- для повышения эффективности способа осуществляют индивидуальный подбор оптимальных параметров ультразвука и режима стимуляции, обеспечивающих максимальные нейрофизиологический и клинический эффекты;
- для стимуляции нервов применяют как немодулированный, так и модулированный низкочастотным сигналом ультразвук.

На чертеже приведена схема реализации способа стимуляции нервов с помощью ультразвука:
1 - нерв,
2 - имплантированный над нервом миниатюрный ультразвуковой излучатель,
3 - имплантированное приемное радиочастотное устройство,
4 - провод, соединяющий ультразвуковой излучатель с имплантированным приемным радиочастотным устройством,
5 - неимплантированное передающее радиочастотное устройство.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Ультразвук широко применяется для лечебных целей в медицине [3, 4]. Под его влиянием, в зависимости от его мощности, в тканях могут наблюдаться как стимулирующие, так и подавляющие и даже разрушающие эффекты. Они во многом обусловлены появлением в облучаемых тканях электрического тока из-за развития пьезоэлектрического эффекта. Небольшие мощности ультразвука (0,001-0,1 Вт/см²) вызывают стимулирующий эффект, проявляющийся в активации метаболических процессов, увеличении кровотока, активации структур нервной системы, ускорении регенерации. Применение же ультразвука большой мощности (от 0,1 до десятков и сотен Вт/см²) способно приводить при длительной экспозиции к нейродистрофическому процессу, разрушению клеточных мембран, их деполяризации.

Проникающая способность ультразвука в значительной мере зависит от его частоты: чем выше частота, тем меньше глубина проникновения. Для генерации ультразвуковых волн в медицинских целях используются пьезокерамические кристаллы, изготовленные из веществ, обладающих пьезокерамическими свойствами (сегнетоэлектрики и др. ) [5]. При питании их током ультразвуковой частоты (22 кГц - 3 МГц) они начинают излучать ультразвуковые волны, которые можно легко фокусировать на объекте воздействия, в связи с тем, что длина волны таких колебаний не превышает долей сантиметра. В теле человека, однако, точной фокусировки ультразвуковых волн при чрескожном воздействии добиться сложно ввиду разной "прозрачности" для ультразвука тканей (костей, мышц, жировой клетчатки и др.), а также явлений дифракции, интерференции, отражения. Для проведения ультразвука от накожного излучателя в ткани на кожу обычно накладывают проводящую ультразвук пасту или мазь (вазелин, глицерин и т.д.).

Предложенный способ стимуляции нерва с помощью ультразвука, созданный с учетом вышеизложенных сведений, осуществляется следующим образом (см. чертеж). Над нервом 1 под общим или местным обезболиванием хирургическим способом осуществляют рассечение мягких тканей. Сам нерв при этом не выделяют, а фиксируют над ним миниатюрный имплантируемый ультразвуковой излучатель-стимулятор нерва 2. Последний может представлять собой, например, пьезокристалл либо другое вещество, обладающее пьезоэлектрическими свойствами. Кроме излучателя, больному имплантируют приемное радиочастотное устройство 3, соединенное с ультразвуковым излучателем проводом 4.

Для стимуляции нерва больной включает неимплантированное радиочастотное передающее устройство 5 и подносит его к приемному устройству 3. При этом от устройства 5 к устройству 3 через электромагнитные волны передаются радиочастотные импульсы, которые в устройстве 3 преобразуются в электрические импульсы ультразвуковой частоты и через провод 4 передаются к ультразвуковому излучателю 2. При этом излучатель начинает излучать ультразвуковые волны, воздействующие на нерв и вызывающие его стимуляцию. Происходит реализация определенных физиологических рефлексов. Для повышения эффективности стимуляций индивидуально для каждого больного подбирают оптимальные параметры ультразвука посредством устройства 5. Об эффективности стимуляций судят по выраженности ожидаемых рефлексов (например, расширения бронхов, урежения пульса и т. д.), используя для этого соответствующую аппаратуру (например, пневмотахометр, электрокардиограф и т.д.).

Для стимуляции используют ультразвук со следующими параметрами: частота 40 кГц - 3 МГц, длительность импульсов от 0,1 до 1,0 мкс, мощность ультразвука от 0,001 до 0,1 Вт/см², длительность воздействий от 1 до 25 мин, частота низкочастотной модуляции основной несущей частоты ультразвука от 1,0 до 150,0 Гц.

Примеры реализации способа
Сокращения, принятые при описании изобретения:
ЖЕЛ - жизненная емкость легких (в % от должной величины).

ОФВ₁ - объем форсированного выдоха ЖЕЛ за первую секунду (в % от должных).

МОС₂₅, МОС₅₀, МОС₇₅ - максимальная объемная скорость потока воздуха при форсированном выдохе 25%, 50%, 75% ЖЕЛ (в % от должных).

RR - длительность интервала между соседними QRS комплексами ЭКГ (с).

БА - бронхиальная астма.

СКН - синокаротидный нерв.

УЗИ - ультразвук.

* - достоверная динамика показателя по сравнению с исходной его величиной (р<0,05).

% - динамика показателя в процентах.

Пример 1.

Больному Ф. , 44 лет, с диагнозом бронхиальная астма тяжелой инфекционно-аллергической формы, с лечебной целью имплантирован ультразвуковой стимулятор СКН с радиочастотным питанием. С помощью пневмотахометрии подобраны оптимальные параметры стимуляции - 880 кГц, 0,3 мкс, 0,01 Вт/см², длительность сеанса 7 мин, обеспечивающие расширение бронхов и купирование приступов удушья. Во время сеансов ультразвуковой стимуляции отмечалось увеличение МОС₂₅, MOC₅₀, MOC₇₅ на 10-18% от исходных. Эффективность стимуляций сохранялась и через 2 года после операции. Потребность в антиастматических препаратах снизилась в 2,3-4,4 раза. Эффективность стимуляций сохранялась и через 3 года после имплантации стимулятора.

Пример 2.

Больной М. , 58 лет, с диагнозом бронхиальная астма инфекционно-аллергической формы, тяжелое течение, ишемическая болезнь сердца, стенокардия покоя, с лечебной целью имплантирован ультразвуковой стимулятор СКН с радиочастотным питанием. Выраженный бронхорасширяющий эффект (увеличение МОС₂₅, MOC₅₀, MOC₇₅ на 15-20% от исходных) получался при параметрах стимуляции: 50 кГц, 1,0 мкс, 0,005 Вт/см², при длительности сеанса 15 мин. В результате применения нового способа потребность в антиастматических медикаментах на фоне ежедневных 2-3 сеансов стимуляций уменьшилась в 1,4-3,3 раз. Не отмечалось снижения эффективности стимуляций через 4 года после имплантации стимулятора.

Пример 3.

Больному Н., 34 лет, с диагнозом бронхиальная астма тяжелой, инфекционно-аллергической формы с лечебной целью имплантирован ультразвуковой стимулятор синокаротидных нервов с автономным питанием. Оптимальные параметры ультразвука, приводившие к купированию приступов удушья во время стимуляций синокаротидных нервов, были: 0,08 Вт/см², 0,1 мкс, 2,4 МГц при длительности сеанса 25 мин. Через год от начала применения нового способа потребность в антиастматических медикаментах снизилась в 1,3-1,8 раз. Не наблюдалось каких-либо побочных явлений от применения нового способа.

Результаты клинического испытания способа электростимуляции нервов с помощью ультразвука.

Способ применен у 8 больных с тяжелой инфекционно-аллергической формой бронхиальной астмы (БА), возрастом от 34 до 62 лет (6 женщин, 2 мужчины). Всем пациентам с лечебной целью имплантированы ультразвуковые стимуляторы СКН. Об эффективности стимуляций судили по выраженности рефлекторных реакций в виде расширения бронхов и урежения частоты сердечных сокращений (ЧСС), хорошо известных из физиологии синокаротидных рефлексогенных зон [6, 7]. Кардиореспираторные реакции изучали с помощью пневмотахометра "Пулма-01" (Болгария) и электрокардиографа "Полиграф-8" (Россия). Для стимуляции СКН применяли ультразвук частотой 40 кГц - 3 МГц, мощностью 0,001 - 0,1 Вт/см², с длительностью импульсов 0,1-1,0 мкс, при длительности сеансов от одной до 25 мин. Во время некоторых сеансов применялась также модуляция основной несущей частоты ультразвука низкочастотным сигналом частотой от 1,0 до 150,0 Гц.

Для сопоставления полученных результатов со способом-прототипом (чрескожной ультразвуковой стимуляцией СКН) была создана контрольная группа 1 из 30 больных с тяжелой инфекционно-аллергической формой БА возрастом от 35 до 64 лет. Ультразвуковые стимуляции СКН им выполнялись чрескожно, при мощности ультразвука 0,2-0,4 Вт/см², частоте 800 кГц - 3 МГц и длительности сеанса от 3 до 10 мин.

Для сопоставления полученных результатов со способом-аналогом [1] (электростимуляцией СКН) была создана контрольная группа 2 из 30 больных с тяжелой инфекционно-аллергической формой БА, возрастом от 34 до 62 лет. Для электростимуляции СКН им с лечебной целью были имплантированы радиочастотные электростимуляторы. Для электростимуляций СКН применялся ток частотой от 1 до 150 Гц, с длительностью импульсов от 0,1 до 0,4 мс, при напряжении от 0,1 до 2,0 В.

Статистическая обработка материала проведена с помощью компьютерных программ Stadia 4,0 и Excel 7.0.

В табл. 1-4 показана зависимость величины бронхорасширяющего эффекта ультразвуковой стимуляции СКН от частоты, длительности импульсов, мощности ультразвука и длительности сеансов. Хорошо видно, что бронходилатация при применении имплантированного ультразвукового стимулятора наблюдалась при основной частоте ультразвука от 40 кГц до 3 МГц, длительности импульсов от 0,1 до 1,0 мкс, мощности от 0,001 до 0,1 Вт/см², длительности сеансов от 1,0 до 25 мин.

Наиболее выраженный бронхорасширяющий эффект наблюдался при основной частоте ультразвука 150 - 800 кГц, длительности импульсов 0,4-0,8 мкс, мощности 0,005-0,05 Вт/см², длительности сеансов 5,0-15,0 мин. Модуляция основной несущей частоты ультразвука низкочастотным сигналом частотой 1,0-150,0 Гц также приводила к бронходилатации у подавляющего числа больных (табл.5).

Бронхорасширяющий эффект от имплантированного ультразвукового стимулятора был значительно более выраженным, чем от чрескожного по способу-прототипу (табл.6).

Имплантированный ультразвуковой стимулятор СКН вызывал расширение бронхов, почти не уступавшее по величине бронходилатации от электростимулятора СКН по способу-аналогу (табл.7).

Стимуляция СКН с помощью имплантированного ультразвукового стимулятора приводила к достоверному урежению ЧСС, в то время как при чрескожной ультразвуковой стимуляции СКН по способу-прототипу урежение ЧСС было выражено значительно меньше (табл.8).

Выраженность рефлекторного урежения ЧСС от имплантированного ультразвукового стимулятора была не слабее, чем при электростимуляции СКН по способу-прототипу (табл.9).

Во время применения нового способа не отмечалось каких-либо осложнений.

Таким образом, предложенный способ стимуляции нервов с помощью имплантированного ультразвукового стимулятора имеет явные преимущества по сравнению со способом-прототипом:
- позволяет фокусировать ультразвук преимущественно на выбранный нерв,
- обеспечивает эффективную стимуляцию нерва при минимальной мощности ультразвука, не вызывая повреждения нерва,
- не требует накожного применения во время стимуляции нерва паст и мазей,
- обладает значительно большей эффективностью,
- позволяет точно дозировать мощность ультразвука, подводимую к нерву.

Источники информации
1. Карашуров С.Е. Электростимуляция нервов синокаротидной рефлексогенной зоны у больных бронхиальной астмой как способ профилактики и купирования приступов удушья // Автореф. дис. докт. мед. наук. - Москва, 1995.

2. Джураев А.Д. Способ купирования приступов бронхиальной астмы // Авторское свидетельство на изобретение СССР 850078 (Бюллетень 28. - 1981 г.).

3. Гаврилов Л. Р., Цирюльников Е.М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине. - Л., 1980.

4. Меркулова А.С., Лисичкина З.С., Горшков С.И. Ультразвук. - М., 1975.

5. Желудев И.С. Физика кристаллических диэлектриков. - М., 1968.

6. Dwain L. Mechanism of prolongation of the R-R interval with electrical stimulation of the carotid sinus nerves in man // Circulation research. - 1972. - Vol. XXX. - 1. - P.131.

7. Аничков С.В., Беленький М.Л. Фармакология хемморецепторов каротидного клубочка. - Л., 1962.

Изобретение относится к медицине, к неврологии, и может быть использовано для стимуляции нерва с помощью ультразвука. Осуществляют периодическую фокусированную ультразвуковую стимуляцию нерва. Продолжительность 1-25 мин. Воздействуют с помощью имплантированного над нервом ультразвукового излучателя мощностью 0,001-0,1 Вт/см². Последний приводится в действие с помощью импульсов тока частой 40 кГц - 3 МГц, длительностью 0,1-1,0 мкс от имплантированного радиочастотного устройства. Производят индивидуальный подбор оптимальных параметров ультразвука и режима стимуляции. Для усиления стимулирующего влияния основную частоту ультразвука модулируют низкочастотным сигналом частотой 1,0-150,0 Гц. Способ позволяет повысить эффективность стимуляции нерва с помощью ультразвука. 1 з.п. ф-лы, 9 табл., 1 ил.

1. Способ стимуляции нерва, заключающийся в применении ультразвука, отличающийся тем, что осуществляют периодическую фокусированную ультразвуковую стимуляцию нерва продолжительностью 1-25 мин с помощью имплантированного над ним миниатюрного ультразвукового излучателя мощностью 0,001-0,1 Вт/см², приводимого в действие с помощью импульсов тока частотой 40 кГц - 3 МГц, длительностью 0,1-1,0 мкс от имплантированного радиочастотного устройства, причем во время стимуляций производят индивидуальный подбор оптимальных параметров ультразвука и режима стимуляций, обеспечивающих наибольшую выраженность ожидаемых физиологических реакций и клинического эффекта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для усиления стимулирующего влияния основную частоту ультразвука модулируют низкочастотным сигналом частотой 1,0-150,0 Гц.