用于身体组织的无创电刺激的装置

技术领域

本发明涉及用于满足生活需要的装置，更具体地，涉及电刺激装置。它可以用于制造各种消费品，例如，个人用品(牙刷、梳子、按摩器、剃须刀、膏药、紧身衣、紧贴皮肤佩戴的链条等)或餐具(酒杯、勺子、叉子、筷子等)。

背景技术

具有不同电化学势的金属(例如，金和锌)能够形成电偶，该电偶在形成电势的电化学反应的结果中产生电化学系统的电压(EMF)(V.N.Varypaev，M.A.Dasoyan，V.A.Nikolskiy“化学电流源”-M.：高等学校，1990)。

现有技术(RU2686427，分类号A61N 1/26、A61M 5/46、A61M37/00，2019年4月25日公布)中已知一种装置和方法，其通过在头皮上滚动和刺穿皮肤不超过真皮厚度以及通过在皮肤中沉积金属离子来促进头发生长和/或防止头发脱落。装置包括通过手柄连接到电流源的外壳，以及配置为在头皮上滚动的多个平行圆盘。圆盘覆盖有金属(铜和/或锌)和/或由金属(铜和/或锌)制成。每个圆盘包括位于圆盘的圆周周围的刺激元件(针)的阵列。头皮皮肤的每次穿透涉及金属离子在皮肤中的沉积，其进行至少0.01秒，至多0.1秒。根据这种解决方案的一些实施方案，刺激包括提供交流电流，以便在皮肤下交替地沉积铜离子和锌离子，其中，根据沉积铜离子和锌离子的期望比率来选择交流电流的波形。

这种已知的解决方案具有以下缺点：它需要外部电流源在电路中产生电流并设置合适的电流波形和模式；该装置不利用能够将无创治疗剂和/或营养剂的更有效的渗透提供到身体组织中的电泳效应。

此外，涉及医学领域的现有技术(RU2215555，分类号A61N 1/30，2003年11月10日公布)中已知用于物理治疗的装置和方法。它们可以用于获取金属离子和用这些金属离子治疗生物物体(包括实施离子电渗疗法)，而不需要施加外部电场。装置由两个由不同金属或金属化合物制成的短路电极组成，它们对电解质没有化学活性。水和皮肤或粘膜的分泌物用作电解质。在电极之间存在接触电势差。一旦与电解质接触，离子就会从电极中释放出来。离子电渗疗法的过程包括将该装置应用于患者的皮肤或粘膜，以在类似的电荷之间形成反作用力，这使离子产生定向运动。

这种解决方案的缺点如下：该装置无法设置电路中电流的波形和模式；此外，该装置不利用将能够将无创治疗剂和/或营养剂的更有效的渗透提供到身体组织中的电泳效应。

此外，现有技术(WO9727899A1，分类号A61N1/30、A61N1/32，2003年7月31日公布)中已知离子电渗贴片。这种解决方案旨在提供电疗效果，例如，在0.0027-10Hz的电流工作频率范围内进行药物的离子电渗递送。

这种解决方案的缺点在于：离子电渗贴片需要外部电流源来执行电泳并设置电流的形状和模式。

现有技术(WO9704731A2，分类号A61H7/00、A61N1/32、A61N2/06，1997年2月13日公布)中已知一种梳子，旨在用于按摩和电疗。它包括主体，该主体设置有形成电偶的导电按摩元件和手柄。在该装置的一个实施方案中，按摩元件自身可以在结构上形成电偶。该装置可以包括交流电源和用于改变信号形状和工作模式的装置。在特定情况下，该装置可以包括电开关，该电开关布置在电流源和电极的表面之间并且配置为使导电按摩元件形成短路接触。

这种解决方案的缺点如下：该装置无法在脉冲模式下工作；该装置不利用能够将无创治疗剂和/或营养剂的更有效的渗透提供到身体组织中的电泳效应。

关于技术本质，与本发明最接近的现有技术是一种牙刷(RU2183439，分类号A61C17/16、A61N 1/20、A46B 9/04，2002年6月20日公布)，其包括连接以形成直流电路的负极(cathode)部件和正极(anode)部件，以及位于所述部件之间并且以继电器的形式制成的用于断开电路的单元。负极部件和正极部件是导电元件，并且它们所连接的电路配备有直流电源。第一导电元件电连接至电流源的正极并位于手柄上，而第二元件电连接至电流源的负极并位于刷毛区域中。牙刷可以配备有电流限制器和LED指示灯，它们与电流源的负极串联。优选地，微电池用作电子电路的电源。

已知解决方案的缺点在于：断路器(继电器)配置为将工作模式从利用外部电流源工作切换到在短路模式下工作，但其未被设计为执行脉冲模式。因此，直流电的中断只能在切换模式的时刻执行。此外，这种已知装置的工作需要单独的电源(电池)，这一事实使装置的设计和制造足够复杂，并且还限制了其在没有维护的情况下的工作周期。

发明内容

因此，本发明的技术问题是克服上述缺点并创造一种能够在没有额外电流源的情况下以脉冲DC模式工作的装置。

技术效果在于扩展了装置的功能。

通过提供所要求保护的电刺激装置，解决了问题并达到了技术效果，所述电刺激装置包括连接到直流电路中的负极部件和正极部件以及位于它们之间的用于断开所述电路的单元，其中，负极部件和正极部件由具有不同的电负性、形成电偶的材料制成，而断开单元以机械断路器的形式制成，所述机械断路器配备有主体和配置为装置工作期间在外力的作用下周期性地断开和闭合所述电路的惯性振荡元件。

优选地，装置配置为以0.5-20Hz的频率使电路中断，并且电偶配置为在电路中产生0.4-2.8V的EMF。

装置的负极部件可以由金、铂、银、石墨或钯制成，而正极部件由锌、镁、锂或它们的合金制成。装置可以以电介质坯料的形式制成，负极部件和正极部件以金属涂层的形式布置在电介质坯料上。

机械断路器的主体可以制成中空的并且包括通过电介质连接的第一导电部件和第二导电部件，并且惯性振荡元件可以位于主体内部。机械断路器的主体的第一导电部件连接到装置的负极部件，而机械断路器的主体的第二导电部件连接到装置的正极部件。

优选地，惯性振荡元件优包括固定元件、接触元件以及连接这些元件的杆，固定元件、接触元件和连接这些元件的杆都是导电的，其中，固定元件连接到主体的第一导电部件，并且杆和接触元件配置为在外力作用下振荡期间使接触元件和主体的第二导电部件周期性地彼此接触。

在惯性振荡元件的一种样式中，固定元件和接触元件以具有不同的最大直径的锥形螺旋物的形式制成，它们的顶点连接到杆。在另一种样式中，固定元件以圆柱形螺旋物的形式制成，接触元件以卷曲成螺旋物或环状物的杆的延长部分的形式制成。

也可以执行如下的机械断路器，其具有杆的延长部分的形式的固定元件以及负载重量的形式的接触元件，其中，在主体的第二导电部件的内壁上布置有套环，在所述套环上安装有柔软弹性的附加接触元件，所述元件配置为在装置工作期间、在外力的作用下振荡，并且在没有所述力时，它与惯性振荡元件电隔离。附加接触元件可以以圆柱形螺旋物的形式制成，并且电介质插入件可以位于杆和附加接触元件之间。

装置的构造还包括惯性振荡元件的其它变型。

例如，机械断路器的主体可以以中空圆柱体的形式制成，在所述中空圆柱体内布置有导电球形式的惯性振荡元件，球的直径小于圆柱体的内径并等于圆柱体空腔的高度，其中，导电接触垫布置在圆柱体的内壁的中心部分中，导电接触垫被电介质插入件分隔开并且交替地连接到装置的负极部件和正极部件。

根据另一种实施方案，机械断路器的主体以中空外圆柱体的形式制成，惯性振荡元件以位于外圆柱体内部而具有同轴旋转能力的内圆柱体的形式制成，其中，导电接触垫位于外圆柱体的内壁和内圆柱体的外壁，所述垫与电介质插入件交替。

附图说明

图1示出了以牙刷的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图2示出了以梳子的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图3示出了以滚轮按摩器的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图4示出了以棒式按摩器的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图5示出了以剃须刀的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图6示出了以膏药的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图7示出了以酒杯的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图8示出了以勺子的形式制成的所要求保护的电刺激装置的总体视图；

图9示出了呈筷子的形式的一对电刺激装置；

图10是示出了用户与所要求保护的电刺激装置的交互的方案；

图11示出了一种动力型机械断路器，其配备有以锥形螺旋物的形式制成的固定元件和接触元件；

图12示出了一种动力型机械断路器，其配备有以圆柱形螺旋物的形式制成的固定元件和以卷曲成螺旋物或环状物的杆的延长部分的形式制成的接触元件；

图13示出了一种动力型机械断路器，其配备有以杆的延长部分的形式制成的固定元件和以负载重量的形式制成的接触元件；

图14是重力式机械断路器的平面图；

图15是重力式机械断路器的侧视图；

图16示出了旋转式机械断路器；

图17是示出了作为直流电路中断频率的函数的无创治疗剂和/或营养剂渗透到身体组织的速率(1/t)的图表。

具体实施方式

所要求保护的电刺激装置(图1-图9)由具有负极部件2和正极部件3的电介质坯料1形成。部件2和3连接到DC电路中，由具有不同的电负性(即，具有不同的电化学势)的材料(例如，金和锌)制成，并且构成在电路中产生电压(即，电化学系统的电压(EMF))的电偶。该电压的量是0.4V至2.8V，并且它是由于形成电势的电化学反应而发生的。

以下半反应对应于电接触“金(Au)-锌(Zn)”：

红色(Au)：O

Ox(Zn)：Zn+4OHˉ-2e

其中，E°--半反应的标准电极电势，

EMF的量是1.616V。

以下半反应对应于电接触“金(Au)-镁(Mg)”：

红色(Au)：O

Ox(Mg)：Mg-2e

其中，EMF的量是2.763V。

机械断路器4形式的断开单元布置在部件2和3之间，该断开单元用于在装置以0.5-20Hz的频率工作期间在外部机械力的作用下周期性地使电路断开和闭合。在操作该装置的过程中，负极部件2和正极部件3在一侧通过机械断路器4相互连接，并且在另一侧通过活体生物对象(用户组织)相互连接(图10)。

该装置既可以以负极部件2和正极部件3以金属涂层的形式涂敷在上面的电介质坯料1的形式制成，也可以完全由具有不同的电负性(不同的电化学势)的材料制成。该装置的负极部件可以由金、铂、银、石墨或钯制成，而正极部件可以由锌、镁、锂或它们的合金制成。

在动力型样式(图11-图13)中，所要求保护的装置的机械断路器4包括主体5和惯性振荡元件9。机械断路器4的主体5是中空的并且包括通过电介质8连接的第一导电部件6和第二导电部件7。惯性振荡元件9位于主体5内部。第一导电部件6连接至装置的负极部件2，而第二导电部件7连接至装置的正极部件3。

在动力型机械断路器的一个实施方案中(图11)，惯性振荡元件9包括导电固定元件10、接触元件12以及连接这些元件的杆11。固定元件10连接到主体5的第一导电部件6，而杆11和接触元件12配置为在装置工作期间由外部机械力引起的振荡过程中周期性地使接触元件12和主体5的第二导电部件7相互接触。固定元件10和接触元件12分别以具有不同最大直径d1和d2的锥形螺旋物的形式制成，其顶点连接到杆11。

根据动力型机械断路器的另一个实施方案(图12)，固定元件10以圆柱形螺旋物的形式制成，而接触元件12以卷曲成螺旋物或环状物的杆的延长部分的形式制成。

在动力型机械断路器的另一个实施方案中(图13)，固定元件10以杆11的延长部分的形式制成，而接触元件12以负载重量的形式制成。在主体5的第二导电部件7的内壁上设置有环形套环13，在该环形套环上安装有柔软弹性的附加接触元件14。元件14配置为在装置工作期间在外部机械力的作用下振荡，其通过电介质插入件15而与惯性振荡元件9电隔离。

在重力式样式(图14、图15)中，机械断路器的主体5以中空圆柱体的形式制成，导电球形式的惯性振荡元件9位于该中空圆柱体内部。导电接触垫16布置在主体5的内壁的中心部分中，所述导电接触垫被电介质插入件17分隔开并且交替地连接到装置的负极部件2和正极部件3。

在旋转式样式(图16)中，机械断路器的主体5以中空外圆柱体的形式制成，而惯性振荡元件9以位于外圆柱体内部的内圆柱体的形式制成，具有同轴旋转的能力。导电接触垫16布置在主体5的内壁和惯性振荡元件9的外壁，它们与电介质插入件17交替。

在设置有动力型机械断路器4(图11-图13)的样式中，所要求保护的装置以以下方式工作。

在装置的非工作模式中，连接到DC电路中的负极部件2和正极部件3是开路的。在装置工作期间(例如，在梳理、刷牙等时)，在施加到装置的周期性外部机械力的作用下，装置切换到脉冲工作模式。在该模式下，具有接触元件12的杆9进入连续强迫振荡的状态，这在机械断路器4的分别连接到装置的负极部件2和正极部件3的部件6和7之间的电接触下使得DC电路周期性闭合。

图13所示的动力型机械断路器与其他断路器(图11、图12)之间的区别在于，除了杆9和接触元件12以外，附加接触元件14也在装置的脉冲模式期间进入连续强迫振荡的状态，但具有不同的自然振荡周期。附加接触元件14的存在和改变其参数以及杆9和接触元件12的参数的能力使得可以在更宽的值范围内修改DC电路的闭合和断开频率。

当外部机械力的作用已经停止时，装置切换到中间工作模式，在该中间工作模式中，具有接触元件12的杆9由于弹性力的影响而处于阻尼自由振荡的状态，但是它们与主体5已经没有了电接触。当振荡终止时，装置再次切换到非工作模式。

具有重力式机械断路器(图14、图15)的装置以如下方式工作。

在该装置的非工作模式下(图14、图15)，连接在DC电路中的负极部件和正极部件彼此闭合。在装置工作期间施加至装置的外部机械力的作用下，球形的惯性振荡元件9在主体5的空腔内部进入连续强迫振荡的状态，该状态通过接触垫16提供DC电路的周期性闭合，并且在接触插入件17时提供电路的周期性中断。

具有旋转式机械断路器(图16)的装置以如下方式工作。

在该装置的非工作模式下(图16)，连接到DC电路中的负极部件和正极部件既可以闭合也可以断开。当装置进入脉冲工作模式时，旋转式机械断路器4的惯性振荡元件9与主体5同轴旋转，这通过周期性地接触导电接触垫16而使DC电路周期性闭合和断开。

在装置的负极部件2和正极部件3之间产生的电动势确保微电流通过身体组织(装置的治疗区域)。在将该装置应用于皮肤的过程中，可能会产生以下效果：令人愉快的触觉、蚁走感、局部改善血液循环、加热治疗区域。在使用以牙刷或餐具的形式制成的装置的过程中，口腔中可能会有酸味的感觉，这种感觉随着电偶中断频率的增加而增加。当该装置的作用与无创治疗剂和/或营养剂的使用相结合时，观察到上述制剂通过组织的渗透的速率增加。

为了估计脉冲模式下直流的电刺激效果的有效性，进行了一项试验，旨在分析烟酸通过人体皮肤的渗透。根据经验，发现DC电路中断频率的增加会导致无创治疗剂和/或营养剂渗透到身体组织中的速率增加，所得到的曲线具有幂律依赖性的形式(图17)。在确定所述依赖性时，使用稳压器“Elins”P-20X设置中断频率，并且为了确定药物的渗透速率，使用秒表记录皮肤变红(这表示测试物质的渗透)的时刻。该物质的参考液滴涂敷在附近，应当注意的是，在没有电暴露的试验部分期间，没有观察到皮肤变红。

图17示出了在使用包括机械断路器的所要求保护的装置的测试样机进行试验期间获得的以下点：点18-用于棒式按摩器形式的装置，点19-用于梳子形式的装置。

0.5至20Hz的范围(由图17中的方框表示)确定为最适合实际应用，因为在较低的值下，基本上没有观察到脉冲模式的作用(无创制剂渗透到身体组织中的速率降低并趋向于直流电的作用下的渗透速度)，而通过机械转换器提供更高频率的任意尝试都涉及显著的技术困难、装置的快速磨损以及由于机构的小型化而导致的制造成本的大幅增加。所述范围内的中断频率可以通过选择断路器4的元件的几何和物理化学参数来改变。

根据Pfluger的极性定律(B.I.Khodorov，可兴奋膜的一般生理学，M.，1975)，正是直流电的影响在闭合和断开电路的时刻提供了组织兴奋的状态。因此，基于直流电脉冲模式的所要求保护的装置能够确保特殊类型的生理影响。结合电泳效应，这种形式的暴露使得可以获得新的理疗和感官效果，而这些效果在使用该装置的已知类似物的情况下是无法得到的。因为现有技术不允许将断路器实现为电子断路器，所以用于断开电路的单元在所要求保护的装置中以机械断路器的形式制成，其将利用电偶的所提出的变型的能量而不损失用于装置工作的电能：EMF 2.8V，电流强度100μA，功率0.28W。

得益于上述设计特征，所提出的结构使得能够显著扩展电刺激装置的功能。此外，该装置与无创治疗剂和/或营养剂的组合使用使得能够由于电泳效应而提高所述制剂渗透到身体组织中的速率(脉冲模式的频率越高并且电偶中的电势差越大，渗透速率就越高)。