СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПАРАМЕТРОВ СНА ЧЕЛОВЕКА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК A61N2/04 A61N1/40 A61M21/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение может быть использовано для сокращения средней латентности сна человека, улучшения непрерывности сна, увеличения количества медленного сна и упрощения пробуждения.

Уровень техники

PEMF (pulsed electromagnetic field) технология широко используется по всему миру для терапевтических целей, в том числе для осуществления нормализующего воздействия на сон человека.

Большая часть изобретений, основанных на PEMF технологии, задействует прямоугольные импульсы тока, поступающие на катушку индуктивности, формирующую импульсное магнитное поле [США 8808159, 19.08.2014, Германия, заявка 102004002218, 18.08.2005, патент Россия 2170109, 10.07.2001]. Синусоидальные импульсы вовсе практически не применяются в силу своей доказанной слабой эффективности, однако, если бы нормализующее действие оказывалось именно магнитной составляющей поля, то форма импульса не имела бы существенного значения. Данное утверждение подтверждается и тем, что PEMF технология проявляет крайне слабую эффективность в нормализации сна, если она реализована с помощью синусоидальных импульсов, где изменение величины магнитного поля происходит «медленно». Отдельно стоит отметить, что постоянное магнитное поле действует только на движущиеся заряженные частицы, а переменное магнитное поле – на статичные. Поскольку речь идет именно о конкретном биологическом эффекте, очевидно, что в биологическом организме преобладают заряженные частицы в связанном состоянии (в составе молекул или молекулярных групп) с малым числом степеней свободы и амплитудой движения.

Таким образом, задача, решаемая при создании настоящего изобретения, состоит в отказе от магнитной составляющей импульсов, а именно от той части импульса, когда формируется постоянное магнитное поле («плато» импульса, когда через катушку индуктивности течет неизменный по величине ток) при общем сохранении эффективности метода, при этом технический результат, достигнутый при решении такой задачи, состоит в повышении эффекта нормализации сна на всех его стадиях при одновременном устранении дискомфорта, который испытывают люди, чувствительные к магнитным полям в процессе длительного пребывания рядом с источником импульсного магнитного поля.

Для достижения поставленного результата предлагается способ коррекции параметров сна человека, заключающийся в том, что:

- генерируют короткие («спайковые») импульсы электрического поля длительностью не менее 20 мс, предпочтительно от не менее 20 до не более 1000 мс;

- используют возникающие импульсы вблизи спящего человека, по меньшей мере, одному из следующих алгоритмов (последовательно или любой/любые на выбор исходя из потребностей):

- для улучшения непрерывности сна, оцениваемой по количеству переходов от второй стадии сна к первой и к состоянию бодрствования;

- для сокращения средней латентности сна путем постепенной смены длительности импульсов на протяжении первых 20-30 мин сна;

- для упрощения пробуждения путем постепенной смены длительности импульсов на протяжении последних 30-60 мин на протяжении сна для увеличения количества медленного сна на второй и третьей стадиях.

Импульсы могут быть сгенерированы посредством возникновения электромагнитной индукции, возникающей, в частности, за счет скорости изменения величины магнитного поля, формируемого источником магнитного поля, в качестве которого используют плоскую бифилярную катушку индуктивности, а скорость изменения величины магнитного поля регулируют крутизной переднего фронта электрических импульсов, подаваемых на катушку, при этом указанные импульсы имеют прямоугольную форму с коэффициентом заполнения менее 5%.

Для достижения поставленного результата предлагается система коррекции параметров сна человека для реализации указанного выше способа, содержащая блок генерирования коротких («спайковых») импульсов электрического поля; блок памяти и управления упомянутым блоком формирования импульсов; блок контроля времени, служащий для синхронизации сгенерированных «спайковых» импульсов с периодами засыпания, глубокого сна и/или пробуждения.

В заявленной системе блок генерирования формирует короткие («спайковые») импульсы посредством электромагнитной индукции и выполнен с возможностью изменения величины амплитуды коротких («спайковых») импульсов посредством крутизны и амплитуды переднего фронта электрических импульсов, подаваемых на формирователь изменяющегося во времени магнитного поля; упомянутый формирователь изменяющегося во времени магнитного поля может быть выполнен в виде плоской бифилярной катушки индуктивности, которая выполнена с возможностью приема усиленного электрического сигнала с заданными параметрами длительности импульсов, имеющих прямоугольную форму с коэффициентом заполнения менее 5%, а упомянутый электрический сигнал с заданными параметрами длительности и коэффициента заполнения формируется преобразователем. Кроме того, упомянутые алгоритмы хранятся в блоке памяти, синхронизированным с упомянутым блоком контроля времени для совмещения во времени формирования «спайковых» импульсов электрического поля определенной длительности с периодами засыпания, глубокого сна и пробуждения человека, в том числе, упомянутые алгоритмы управления могут быть переданы в упомянутый блок памяти посредством мобильного приложения через упомянутый Bluetooth-модуль, или со стороны удаленного сервера посредством упомянутого Wi-Fi-модуля.

Возможности заявленной системы предполагают также такие опции, как самостоятельное определение человеком, нуждающемся в корректировке параметры сна, величины эффекта электромагнитной индукции (мощность «спайковых» импульсов электрического поля) путем выбора расстояния до упомянутого формирователя изменяющегося во времени магнитного поля, или посредством управления амплитудой и крутизной переднего фронта электрических импульсов, подаваемых на упомянутый формирователь. Кроме того, человек, которому требуется скорректировать параметры сна, самостоятельно может выбрать алгоритм, позволяющий либо скорректировать все упомянутые параметры сна, либо любой из упомянутых параметров сна в отдельности.

Возможность достижения поставленного результата в заявленной группе изобретений обусловлена возможностью использования изменения величины магнитного поля, возникающего на переднем фронте импульса, когда ток на катушке индуктивности меняется скачком, что порождает в окружающем пространстве короткий («спайковый») импульс электрического поля во всех близлежащих замкнутых токопроводящих цепях за счет явления ЭДС, что, в свою очередь, позволяет уменьшить скважность импульса вплоть до 1%, т.е. фактически отказаться от постоянной составляющей магнитного поля, при этом эффективность полученного результата обеспечивается крутизной переднего фронта электрического импульса, подаваемого на катушку индуктивности, от которой зависит скорость изменения магнитного поля.

Дополнительные преимущества при использовании заявленной группы изобретений обеспечиваются путем использования электрических импульсов прямоугольной формы с коэффициентом заполнения менее 5%, что позволяют «отсечь» составляющую постоянного магнитного поля (т.к. оно образуется только когда через катушку протекает постоянный ток), оставляя вблизи спящего лишь "полезные" «спайковые» импульсы электрического поля.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показана блок-схема системы по настоящему изобретению.

На Фиг. 2 приведены «спайковые» импульсы электрического поля, формируемые быстро меняющимся во времени магнитным полем в соответствии с заявленным изобретением.

Подробное описание вариантов осуществления

Заявленный способ может быть реализован с помощью системы, схема которой представлена на Фиг. 1.

Система, способная корректировать параметры сна человека содержит блок памяти или «память» 1, блок контроля времени или «часы» 2, преобразователь 3, способный считывать из управляющего алгоритма 8 параметры (длительность и коэффициент заполнения) сигнала, поступающего на усилитель 11, откуда усиленный сигнал поступают на блок генерирования коротких («спайковых») импульсов электрического поля или формирователь изменяющегося во времени магнитного поля 6. Управляющий алгоритм записан и хранится в блоке памяти 1 или передается в него посредством Bluetooth-модуля 4 через мобильное приложение 9 или Wi-Fi-модуля 5 с удаленного сервера 10. Смена параметров длительности сигнала происходит посредством совмещения времени начала и окончания управляющего алгоритма с внутренними часами блока 2. Блок управления крутизной и амплитудой электрических импульсов 7 может быть отрегулирован таким образом, чтобы в области спящего человека сформировались оптимальные параметры «спайковых» импульсов электрического поля.

Представленные алгоритмы или поставляются в память 1 через удаленный сервер 10 посредством Wi-Fi 5, или загружаются с мобильного приложения 9 посредством Bluetooth-модуля 4, или выбираются среди уже имеющихся в памяти 1. Алгоритм 8 начинает управлять параметром длительности электрического сигнала, подаваемого с преобразователя 3 на усилитель 11. Форма импульсов электрического сигнала подстраивается блоком управления крутизной и амплитудой импульсов 7, настроенным пользователем изначально под особенности собственного организма. Скорректированный электрический сигнал подается на формирователь изменяющегося во времени магнитного поля 6, а сам формирователь размещается неподалеку от спящего человека, расстояние до которого зависит от заданных настроек блока управления крутизной и амплитудой электрических импульсов 7, и определяется самим пользователем исходя из особенностей своего организма.

Во время наступления переднего фронта импульса электрического сигнала, согласно закону Фарадея, возникает электродвижущая сила. Ее величина может быть представлена в векторной форме:

Производная индукции магнитного поля максимальна при максимальной крутизне переднего фронта импульса. Более того, на величину влияет не только и не сколько величина индукции магнитного поля , а период времени , за который осуществляется его изменение.

Это хорошо видно, если рядом с формирователем изменяющегося во времени магнитного поля 6 поместить вспомогательную катушку индуктивности с подключенным к ее выводам усилителем электрических сигналов. Изменяющееся во времени магнитное поле породит ЭДС и возбуждение тока во вспомогательной катушке посредством явления электромагнитной индукции («спайкоподобные» электрические импульсы), как представлено на Фиг. 2.

Конкретным примером реализации работы системы с целью сокращения средней латентности сна человека служит «ступенчатое» изменение частоты «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека, как указано в Таблице 1, в которой представлена алгоритм изменения частоты «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека, служащий для коррекции (сокращения) параметра средней латентности сна человека.

Таблица 1

1 мин 2 мин 3 мин 4 мин 5 мин 6 мин 7 мин 8 мин 9 мин 10 мин 32 мс 33 мс 34 мс 35 мс 37 мс 38 мс 40 мс 41 мс 43 мс 45 мс 12 мин 12 мин 13 мин 14 мин 15 мин 16 мин 17 мин 18 мин 19 мин 20 мин 47 мс 50 мс 52 мс 55 мс 58 мс 62 мс 66 мс 71 мс 76 мс 83 мс 21 мин 22 мин 23 мин 24 мин 25 мин 26 мин 27 мин 28 мин 29 мин 30 мин 90 мс 100 мс 111 мс 125 мс 142 мс 166 мс 200 мс 250 мс 333 мс 500 мс

Конкретным примером реализации работы системы с целью улучшения непрерывности сна, оцениваемого по количеству переходов от 2 стадии сна к 1 стадии и к состоянию бодрствования служит формирование «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека длительностью 500 мс с момента наступления сна человека, оцениваемого по наступлению 3 стадии сна и за 60 мин до предполагаемого времени пробуждения.

Конкретным примером реализации работы системы с целью увеличения количества медленного сна на 2-й и 3-й стадии служит формирование «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека длительностью 500 мс с момента наступления сна человека, оцениваемого по наступлению 3 стадии сна и за 60 мин до предполагаемого времени пробуждения.

Конкретным примером реализации работы системы с целью с упрощающее пробуждение служит «ступенчатое» изменение частоты «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека, как указано в Таблице 2, в которой представлен алгоритм изменения частоты «спайковых» импульсов электрического поля вблизи спящего человека, служащий для упрощения пробуждения человека.

Таблица 2

1 мин 2 мин 3 мин 4 мин 5 мин 6 мин 7 мин 8 мин 9 мин 10 мин 500 мс 333 мс 250 мс 200 мс 166 мс 142 мс 125 мс 111 мс 100 мс 90 мс 12 мин 12 мин 13 мин 14 мин 15 мин 16 мин 17 мин 18 мин 19 мин 20 мин 83 мс 76 мс 71 мс 66 мс 62 мс 58 мс 55 мс 52 мс 50 мс 47 мс 21 мин 22 мин 23 мин 24 мин 25 мин 26 мин 27 мин 28 мин 29 мин 30 мин 45 мс 43 мс 41 мс 40 мс 38 мс 37 мс 35 мс 34 мс 33 мс 32 мс

В таблице 3 представлены результаты опроса пользователей, воспользовавшихся заявленным изобретением для нормализации сна.

Подытоживая следует отметить, что заявленная группа изобретений обеспечивает дифференцировку объективных параметров сна, подбор соответствующих амплитудно-частотных режимов и позволяет реализовать уникальную возможность пользователю самостоятельно решать, какой именно параметр сна он хочет скорректировать в процессе применения системы по раскрытому в настоящем патенте способу коррекции параметров сна человека.

Таблица 3

Скорость засыпания
Оцените от 1 до 5 Глубина сна
Оцените от 1 до 5 Ночные
пробуждения
Да/Нет Легкость утреннего пробуждения
Оцените от 1 до 5 Яркость сновидений
Оцените от 1 до 5 Общее впечатление о сне
Оцените от 1 до 5 Продолжительность
сна
В часах :) Ваш комментарий
Опишите отличия в качестве сна. Расскажите о любых особенностях сна, которые вы заметили (развернутый ответ) Ночь 1 3 2 Да 3 1 2 8 Засыпание немного дольше, сон не запомнил. Глубина не большая Ночь 2 3 2 Да 3 1 2 8 То же самое что вчера, без изменений Ночь 3 4 2 Да 4 1 2 7 Засыпание немного быстрее, вроде по легче в целом Ночь 4 4 3 Нет 3 1 3 6 Засыпаю по лучше, в целом самочувствие легче после сна Ночь 5 5 3 Нет 4 1 3 7 Сегодня хорошо быстро заснул, сон не запомнил. Пробуждение довольно быстрое. Ночь 6 5 4 Нет 3 3 4 9 Ночь 7 5 4 Нет 4 4 4 9 Ваши обычные параметры
Дайте среднюю оценку вашему сну без использования устройства по тем же критериям 1 1 Да 2 3 1 8

Группа изобретений относится к медицине, а именно к физиотерапии, и может быть использована для коррекции параметров сна человека. Вблизи спящего человека генерируют короткие импульсы электрического поля прямоугольной формы с коэффициентом заполнения менее 5% и длительностью от 20 мс до 1000 мс включительно. Для улучшения непрерывности сна воздействуют импульсами длительностью 500 мс с момента наступления сна человека и за 60 мин до времени пробуждения. Для сокращения средней латентности сна воздействуют импульсами со ступенчато возрастающей длительностью на протяжении первых 20-30 минут сна. Для упрощения пробуждения воздействуют импульсами со ступенчато убывающей длительностью на протяжении последних 30-60 мин сна. Для увеличения количества медленного сна на второй и третьей стадиях воздействуют импульсами длительностью 500 мс и за 60 мин до времени пробуждения. Система коррекции параметров сна человека содержит блок генерирования коротких импульсов электрического поля прямоугольной формы с коэффициентом заполнения менее 5% и длительностью от 20 мс до 1000 мс включительно, блок памяти и управления блоком формирования импульсов, блок контроля времени, служащий для синхронизации сгенерированных импульсов с периодами засыпания, глубокого сна и/или пробуждения. Группа изобретений обеспечивает коррекцию параметров сна человека за счет воздействия заявленными короткими импульсами электрического поля прямоугольной формы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Способ коррекции параметров сна человека, заключающийся в том, что вблизи спящего человека генерируют короткие импульсы электрического поля прямоугольной формы с коэффициентом заполнения менее 5% и длительностью от 20 мс до 1000 мс включительно; при этом

для улучшения непрерывности сна воздействуют импульсами длительностью 500 мс с момента наступления сна человека и за 60 мин до времени пробуждения;

для сокращения средней латентности сна воздействуют импульсами со ступенчато возрастающей длительностью на протяжении первых 20-30 мин сна;

для упрощения пробуждения воздействуют импульсами со ступенчато убывающей длительностью на протяжении последних 30-60 мин сна;

для увеличения количества медленного сна на второй и третьей стадиях воздействуют импульсами длительностью 500 мс и за 60 мин до времени пробуждения.

2. Способ по п. 1, в котором короткие импульсы генерируют посредством возникновения электромагнитной индукции.

3. Способ по п. 2, в котором электромагнитная индукция возникает за счет скорости изменения величины магнитного поля, формируемого источником магнитного поля.

4. Способ по п. 3, в котором в качестве источника магнитного поля используют плоскую бифилярную катушку индуктивности, а скорость изменения величины магнитного поля регулируют крутизной переднего фронта электрических импульсов, подаваемых на катушку.

5. Система коррекции параметров сна человека для реализации способа по п. 1, содержащая:

- блок генерирования коротких импульсов электрического поля прямоугольной формы с коэффициентом заполнения менее 5% и длительностью от 20 мс до 1000 мс включительно;

- блок памяти и управления упомянутым блоком формирования импульсов;

- блок контроля времени, служащий для синхронизации сгенерированных импульсов с периодами засыпания, глубокого сна и/или пробуждения.

6. Система по п. 5, в которой блок генерирования формирует короткие импульсы посредством электромагнитной индукции.

7. Система по п. 6, в которой блок генерирования выполнен с возможностью изменения величины амплитуды коротких импульсов посредством крутизны и амплитуды переднего фронта электрических импульсов, подаваемых на формирователь изменяющегося во времени магнитного поля.

8. Система по п. 7, в которой формирователь изменяющегося во времени магнитного поля выполнен в виде плоской бифилярной катушки индуктивности.

9. Система по п. 8, в которой катушка индуктивности выполнена с возможностью приема усиленного электрического сигнала с заданными параметрами длительности и коэффициентом заполнения.

10. Система по п. 9, в которой упомянутый электрический сигнал с заданными параметрами длительности и коэффициента заполнения формируется преобразователем.

11. Система по любому из пп. 5-10, в которой блок памяти синхронизирован с блоком контроля времени.