IT202100008105A1 - Sistema di stimolazione termica cerebrale trans-cranica non invasiva - Google Patents

Description

Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:

Sistema di stimolazione termica cerebrale transcranica non invasiva

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di stimolazione termica cerebrale transcranica non invasiva.

Attualmente, sono in commercio strumenti a forma di casco da inserire sulla testa del paziente per raffreddare l?intera superfice corticale o parti del corpo specifiche.

Ci? che non viene preso in considerazione al momento ? la possibilit? di gestire multipli siti di regolazione termica in modo indipendente a livello di calore o raffreddamento durante la medesima somministrazione sulle aree cerebrali.

Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva in grado di gestire multipli siti di regolazione termica in modo indipendente a livello di calore o raffreddamento durante la medesima somministrazione a livello cerebrale corticale.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.

Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la FIG. 1 mostra una vista schematica di una realizzazione del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione;

- la FIG. 2 mostra un particolare del sensore finale applicato sul cuoio capelluto del paziente del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione;

- la FIG. 3 mostra un particolare delle celle di Peltier del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione;

- la FIG. 4 mostra una vista in prospettiva del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione; - la FIG. 5 mostra una vista frontale del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione;

- la FIG. 6 mostra una vista dall?alto del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione; - la FIG. 7 mostra una vista laterale del sistema di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva secondo la presente invenzione.

Il sistema oggetto della presente invenzione ha come obiettivo quello di sfruttare il calore o il raffreddamento come principi di vasodilatazione o vasocostrizione di specifiche aree cerebrali corticali.

I campi di applicazione di questo strumento sono relativi alle apparecchiature di stimolazione cerebrale trans-cranica non invasiva.

Quindi viene applicata durante processi di riabilitazione cognitiva o motoria per favorire o inibire delle risposte neuronali in specifiche aree cerebrali sulla base di processi fisiologici scientificamente condivisi. L?obiettivo, attraverso l?utilizzo del calore o del raffreddamento, ? quello di aumentare o diminuire la microcircolazione sanguigna nelle aree cerebrali corticali stabilite.

La microcircolazione determina infatti l?attivit? metabolica dei neuroni che quindi verranno inibiti (freddo) o potenziati (caldo) sulla base delle necessit? riabilitative.

Facendo riferimento alle Figure ? possibile notare che il sistema 50 comprende:

- almeno un primo dispositivo 1 di modifica della temperatura di almeno un fluido contenuto in almeno un primo elemento di accumulo idrico 5; - almeno un primo dispositivo scambiatore cellaacqua 4 connesso operativamente al primo dispositivo 1;

- almeno un primo ventilatore di dissipazione onoff 2 connesso operativamente al primo dispositivo 1;

- almeno un primo dispositivo radiatore 3 connesso operativamente al primo dispositivo 1; - almeno un primo dispositivo di pompaggio idraulico on-off 31 atto a cooperare operativamente con il primo dispositivo scambiatore cella-acqua 4 e con il primo elemento di accumulo idrico 5;

- almeno un primo termometro 35 connesso operativamente al primo dispositivo scambiatore cella-acqua 4 e al primo elemento di accumulo idrico 5, il primo termometro 35 essendo progettato per controllare la temperatura del fluido;

- almeno un primo dispositivo di pompaggio 33 progettato per cooperare operativamente con il primo elemento di accumulo idrico 5 e con una pluralit? di collettori da 11 a 26;

- almeno una prima valvola a due vie on-off 37 atta a cooperare operativamente con i collettori da 11 a 26 e con il primo dispositivo di pompaggio 33;

- almeno un secondo dispositivo 6 di modifica della temperatura di almeno un fluido contenuto in almeno un secondo elemento di accumulo idrico 10;

- almeno un secondo dispositivo scambiatore cella-acqua 9 connesso operativamente al secondo dispositivo 6;

- almeno un secondo ventilatore di dissipazione on-off 7 connesso operativamente al secondo dispositivo 6;

- almeno un secondo dispositivo radiatore 8 connesso operativamente al secondo dispositivo 6;

- almeno un secondo dispositivo di pompaggio idraulico on-off 32 atto a cooperare operativamente con il secondo dispositivo scambiatore cella-acqua 9 e con il secondo elemento di accumulo idrico 10;

- almeno un secondo termometro 36 connesso operativamente al secondo dispositivo scambiatore cella-acqua 9 e al secondo elemento di accumulo idrico 10, il secondo termometro 36 essendo progettato per controllare la temperatura de fluido;

- almeno un secondo dispositivo di pompaggio 34 progettato per cooperare operativamente con il secondo elemento di accumulo idrico 10 e con i collettori da 11 a 26;

- almeno una seconda valvola a due vie on-off 38 atta a cooperare operativamente con i collettori da 11 a 26 e con il secondo dispositivo di pompaggio 34.

In particolare, il sistema 50 genera (tramite i dispositivi 1 e 6) ed accumula separatamente e contemporaneamente (in piccoli serbatoi termoisolati 5 e 10), in condizioni di temperature controllate, acqua calda e acqua fredda che poi invia ai collettori da 11 a 26 per riscaldare o raffreddare i punti scelti sul cuoio capelluto di almeno un utilizzatore.

Inoltre, il sistema 50 genera e accumula in modo separato, contemporaneo e indipendente caldo e freddo con acqua come fluido e i dispositivi 1, 6 come generatori.

Vantaggiosamente, i dispositivi 1, 6 sono delle celle di Peltier.

Dal punto di vista della tecnica della generazione del calore, la macchina da realizzare ? caratterizzata dal bisogno di piccoli, precisi e controllati flussi di energia termica sia in forma di caldo che di freddo.

La cella di Peltier ? fondamentalmente una pompa di calore a stato solido dall?aspetto di una piastrina sottile; una delle due superfici assorbe il calore mentre l?altra lo emette.

La direzione in cui il calore viene trasferito dipende dal verso della corrente applicata ai capi della piastrina stessa.

La temperatura a livello del cuoio capelluto oscilla dai 30 ai 32?C (tenendo in considerazione che anche i capelli determinano una variazione di baseline della temperatura) quindi l?applicazione di calore e raffreddamento dovr? tenere in considerazione questi parametri ma al di sotto dei limiti di lesione della cute come di seguito riportato e approfondito.

Si utilizza una cella di Peltier per ognuno dei due sistemi generatore/accumulo (quello caldo e quello freddo), quindi nel complesso ci sono due celle di Peltier 1 e 6: una che cede caldo all?acqua dell?accumulo e dissipa il freddo; l?altra che cede il freddo all?acqua e dissipa il caldo.

In particolare, ogni elemento di accumulo 5, 10 ? dotato di un dispositivo di pompaggio idraulico on-off 31, 32 per trasportare l?energia (caldo o freddo) dalla cella di Peltier 1, 6 all?elemento di accumulo idrico 5, 10.

Vantaggiosamente, tutte queste funzioni sono controllare tramite almeno un dispositivo di controllo 40, preferibilmente un PC.

Il sistema di distribuzione centrale preleva il caldo o il freddo dall?accumulo e li invia ai collettori da 11 a 26 tramite i dispositivi necessari.

Un dispositivo di pompaggio 33, 34 per ogni elemento di accumulo idraulico 5, 10 mantiene in circolo il fluido nel rispettivo sistema di collettore-valvole-tubi-attuatori/piastre.

Il sistema di valvole permette di inviare in modo selezionato e controllato uno dei due fluidi indipendentemente a ognuno degli attuatori/piastre.

Il sistema di distribuzione periferico indirizza i fluidi vettori ai recettori/sensori e quindi sul cuoio capelluto dell?utilizzatore.

Inoltre, per fare in modo che sia possibile gestire ogni attuatore (on-off, caldo/freddo) indipendentemente da tutti gli altri si lavora sullo scambio di passaggio dei due fluidi caldo e freddo in due valvole a tre vie e due valvole a due vie per ogni circuito/recettore/sensore.

Quindi per ogni sistema di generatore/accumulo ci sono:

- una cella di Peltier 1, 6;

- uno scambiatore cella-acqua 4, 9;

- un ventilatore di dissipazione on-off 2, 7; - un dispositivo di pompaggio idraulico on-off 31, 32;

- un termometro 35, 36.

Per ognuno dei due sistemi di distribuzione centrale (uno caldo e l?altro freddo):

- un dispositivo di pompaggio idraulico on-off 31, 32;

- un termometro 35, 36;

- due valvole a due vie on-off 37, 38 per ogni terminale.

Per ogni attuatore finale (o piastra):

- due valvole due vie;

- due valvole tre vie;

- una sonda termometrica.

In particolare, tutto il sistema di distribuzione (parte caldo e parte freddo) avendo otto terminali tra attuatore e piastre:

- dodici valvole a 3 vie in deviazione con servomotore on-off;

- dodici valvole a 2 vie in deviazione con servomotore on-off;

- dodici sonde termometriche.

Inoltre, il sistema di alimentazione prevede un sistema di generazione di corrente elettrica continua a parametri variabili (tensione e intensit? oppure treni di impulsi) calibrato sulle necessit? delle celle di Peltier 1, 6 che vengono selezionate per l?utilizzo (una cella per il caldo e l?altra per il freddo in modo da mantenere costante la temperatura dei due elementi di accumulo idrico 5, 10, ognuno su una temperatura di set impostata di volta in volta dal dispositivo di controllo 40).

Tale sistema di interfaccia col sistema di regolazione che prevede una sonda di temperatura con la precisione di 0,5?C con lo scopo di mantenere costante la temperatura del fluido negli elementi di accumulo idrico 5, 10.

Vantaggiosamente, per trasportare la perturbazione termica sul derma dell?utilizzatore si utilizzano tanti collettori da 11 a 26 quanti sono i punti trattabili.

Il collettore da 11 a 26 ? costituito da un corpo metallico opportunamente sagomato per poter essere collocato sulle asole di plastica a corredo delle cuffiette per EEG (Elettroencefalogramma) secondo una mappatura standard del Sistema Internazionale 10-20.

In particolare, si prevede l?esistenza di una sonda termometrica su ogni collettore da 11 a 26.

Inoltre, il sistema di regolazione visualizzer? sul monitor del dispositivo di controllo 40 uno schema sinottico dello stato di fatto del sistema attraverso tutte le variabili caratteristiche (temperature degli accumuli e degli attuatori attivati nonch? lo stato di questi ultimi ? caldi, freddi, inattivi).

Sempre a monitor sar? possibile definire lo schema di funzionamento (quali attuatori saranno caldi e quali freddi) e le temperature degli accumuli.

Ognuno degli attuatori/piastre potr? indipendentemente dagli altri, essere scaldato o raffreddato dall?acqua di uno dei due accumuli, oppure non essere attivo.

Le celle di Peltier 1, 6 sono normalmente di grandezza 30x30x4mm; la difficolt? ? stata di trovare un?azienda europea che producesse celle di grandezza 10x20x4mm.

Inoltre, ? difficile definire e stabilizzare le celle di Peltier 1, 6 nella gestione caldo/freddo non tanto quando l?erogazione ? separata ma in contemporanea.

L?interfaccia del dispositivo di controllo 40 inoltre risulta difficoltosa da realizzare per la gestione simultanea del calore e del raffreddamento, della possibilit? on-off di ogni valvola; inoltre, ? prevista la possibilit? di caricare nel sistema software dedicato, la risonanza magnetica del paziente per avere una mappatura specifica delle aree cerebrali da stimolare.

La versione pi? semplice che il sistema 50 avrebbe potuto prendere sarebbe stata quella di poche celle Peltier ognuna delle quali direttamente collegata a un conduttore di calore realizzato con opportuna plastica con terminale direttamente a contatto con il cuoio capelluto dell?utilizzatore.

I problemi da risolvere sono la regolazione del caldo e del freddo generati dalle celle, ed in dettaglio:

- la quantit? minima che una cella pu? generare; - la precisone di regolazione tra la quantit? minima e quella massima generata della cella. La cella viene regolata variando la quantit? di corrente elettrica in forma continua che la attraversa:

- c?? una tensione minima ?Vmin? di alimentazione sotto la quale non passa alcuna corrente nella cella e in corrispondenza della quale passa una corrente minima ?Imin? la quale causa la produzione di una quantit? di caldo minimo ?Qmin? e di freddo minimo ?Fmin?;

- c?? poi la sensibilit? della cella alla variazione di corrente che la attraversa ?Delta_I? la qual cosa causa la variazione minima di caldo ?Delta_Q? e di freddo ?Delta_F?.

Quindi, per realizzare il sistema 50 nella modalit? pi? semplice, per assicurare la realizzazione ed il mantenimento delle temperature sul cuoio capelluto dell?utilizzatore nei punti di stimolazione ? necessario conoscere le variabili di funzionamento delle celle di Peltier sopra presentate e sotto riassunte

- tensione minima di alimentazione ?Vmin?;

- corrente minima di funzionamento ?Imin?;

- variazione minima di corrente che la attraversa ?Delta_I?;

- variazione minima di caldo generato ?Delta_Q?; - variazione minima di freddo generato ?Delta_F?.

Senza la conoscenza di queste variabili/parametri non ? possibile assicurare il funzionamento del sistema 50 per cui si ? optato per l?utilizzo della tecnologia idraulica per l?accumulo e la distribuzione del calore.

In particolare, l?accumulo, come noto, permette attraverso l?inerzia di attenuare eventuali ?gradini? nelle relazioni funzionali tra i parametri elettrici delle celle e il calore da queste prodotto.

Questa soluzione ? certamente pi? complicata, macchinosa e tecnologicamente arretrata rispetto a quella che per generare il calore e portarlo sul cuoio capelluto del paziente vedrebbe le sole celle di Peltier 1, 6 e un conduttore termico.

Ma per questa realizzazione ? necessario conoscere precisamente le variabili elettriche di funzionamento delle celle di Peltier di cui si ? gi? detto.

Una variante potrebbe essere quella di utilizzare piccoli flussi di aria realizzati in prossimit? della testa per mezzo di mini ventilatori con motori digitali.

Il caldo pu? essere generato attraverso resistenze elettriche (regolate tramite un sistema a treni di impulsi elettrici) mentre il freddo attraverso l?espansione nel flusso d?aria di un gas in pressione che ivi si espande (la temperatura viene regolata modulando la portate del flusso del gas che si espande).

L?aria viene aspirata dall?ambiente, filtrata, trattata termicamente e poi inviata sulla testa. Questa alternativa per? determina una completa variazione rispetto all?idea progettuale inziale.

I vantaggi di questa realizzazione sono forse la maggior semplicit? di realizzazione e si potrebbero utilizzare diverse soluzioni della tecnologia odontotecnica.

Inoltre, ? essenziale l?utilizzo di energia caldo freddo in contemporanea su aree cerebrali diverse.

? inoltre essenziale che vi sia una refertazione con immagini dei risultati RMN in quanto la variazione individuale dello spessore tra osso e corteccia cerebrale ? molto individuale quindi ? necessario sapere la distanza per determinare anche la variazione di gradi caldo/freddo sulla corteccia cerebrale.

Gli alloggiamenti possono essere da uno a infiniti in base alle aree corticali cerebrali esistenti, il principio di funzionamento e gli assunti di questa macchina non cambiano.

Vantaggiosamente, c?? la possibilit? di utilizzare cuffie con riferimento internazionale EEG del sistema 10-10; gli alloggiamenti degli attuatori sulla cuffia sono descritti come sei ma possono essere fino a settantacinque se si utilizza il sistema internazionale 10-10.

Si ? scelto sei perch? da letteratura ? evidente come per svolgere un compito cognitivo/motorio sia necessario il coinvolgimento di minimo tre aree che possono essere poi gestite in vasodilatazione o vasocostrizione in base alle problematiche riportate dall?utilizzatore.

Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate nelle quali, eventuali segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L?articolo ?un?, ?uno? o ?una? precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralit? di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema (50) di stimolazione cerebrale transcranica non invasiva comprendente:

- almeno un primo dispositivo (1) di modifica della temperatura di almeno un fluido contenuto in almeno un primo elemento di accumulo idrico (5);

- almeno un primo dispositivo scambiatore cellaacqua (4) connesso operativamente a detta primo dispositivo (1);

- almeno un primo ventilatore di dissipazione onoff (2) connesso operativamente a detto primo dispositivo (1);

- almeno un primo dispositivo radiatore (3) connesso operativamente a detta primo dispositivo (1);

- almeno un primo dispositivo di pompaggio idraulico on-off (31) atto a cooperare operativamente con detto primo dispositivo scambiatore cella-acqua (4) e con detto primo elemento di accumulo idrico (5);

- almeno un primo termometro (35) connesso operativamente a detto primo dispositivo scambiatore cella-acqua (4) e a detto primo elemento di accumulo idrico (5), detto primo termometro (35) essendo progettato per controllare la temperatura di detto fluido; - almeno un primo dispositivo di pompaggio (33) progettato per cooperare operativamente con detto primo elemento di accumulo idrico (5) e con una pluralit? di collettori (da 11 a 26); - almeno una prima valvola a due vie on-off (37) atta a cooperare operativamente con detti collettori (da 11 a 26) e con detto primo dispositivo di pompaggio (33);

- almeno un secondo dispositivo (6) di modifica della temperatura di almeno un fluido contenuto in almeno un secondo elemento di accumulo idrico (10);

- almeno un secondo dispositivo scambiatore cella-acqua (9) connesso operativamente a detto secondo dispositivo (6);

- almeno un secondo ventilatore di dissipazione on-off (7) connesso operativamente a detto secondo dispositivo (6);

- almeno un secondo dispositivo radiatore (8) connesso operativamente a detto secondo dispositivo (6);

- almeno un secondo dispositivo di pompaggio idraulico on-off (32) atto a cooperare operativamente con detto secondo dispositivo scambiatore cella-acqua (9) e con detto secondo elemento di accumulo idrico (10);

- almeno un secondo termometro (36) connesso operativamente a detto secondo dispositivo scambiatore cella-acqua (9) e a detto secondo elemento di accumulo idrico (10), detto secondo termometro (36) essendo progettato per controllare la temperatura di detto fluido; - almeno un secondo dispositivo di pompaggio (34) progettato per cooperare operativamente con detto secondo elemento di accumulo idrico (10) e con detti collettori (da 11 a 26);

- almeno una seconda valvola a due vie on-off (38) atta a cooperare operativamente con detti collettori (da 11 a 26) e con detto secondo dispositivo di pompaggio (34).

2. Sistema (50) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto primo dispositivo (1) e detto secondo dispositivo (6) sono celle di Peltier.

3. Sistema (50) secondo la rivendicazione 1 e 2 caratterizzato dal fatto che detto sistema (50) coopera operativamente con almeno un dispositivo di controllo (40), preferibilmente un PC.

4. Sistema (50) secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3 caratterizzato dal fatto che detta prima cella di Peltier (1) ? progettata per cedere il caldo e per dissipare il freddo a detto fluido.

5. Sistema (50) secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3 caratterizzato dal fatto che detta seconda cella di Peltier (6) ? progettata per cedere il freddo per dissipare il caldo a detto fluido.

6. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sistema di alimentazione comprendente un sistema di generazione di corrente elettrica continua a parametri variabili calibrato sulle necessit? di dette celle di Peltier (1, 6), detto sistema di alimentazione comprende inoltre almeno una sonda di temperatura con la precisione di 0,5?C atto a mantenere costante la temperatura di detto fluido in detto primo elemento di accumulo idrico (5) e in detto secondo elemento di accumulo idrico (10).

7. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti collettori (da 11 a 26) sono progettati per trasportare la perturbazione termica sul cuoio capelluto di almeno un utilizzatore, detti collettori (da 11 a 26) essendo costituiti da una sonda termometrica e da un corpo metallico opportunamente sagomato per poter essere collocato sulle asole di plastica a corredo delle cuffiette per EEG.

8. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti collettori (da 11 a 26) sono progettati per essere scaldati o raffreddati da detto fluido di uno dei due dispositivi di accumulo (5, 10), o non essere attivi.

9. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto sistema di regolazione ? progettato per visualizzare su detto dispositivo di controllo (4) uno schema sinottico dello stato di fatto del sistema attraverso una pluralit? di variabili caratteristiche e/o definire lo schema di funzionamento di detto sistema (50) e/o definire le temperature di detto primo elemento di accumulo idrico (5) e di detto secondo elemento di accumulo idrico (10).

10. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere una refertazione con immagini dei risultati RMN.

11. Sistema (50) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto sistema (50) comprende una pluralit? di motori digitali progettati per realizzare piccoli flussi di aria calda generata attraverso resistenze elettriche e/o piccoli flussi di aria fredda generati attraverso l?espansione nel flusso d?aria di un gas in pressione che ivi si espande, detti flussi d?aria essendo aspirati dall?ambiente, filtrati, trattati termicamente e inviata sulla testa di detto utilizzatore.