皮肤感觉感受器的电刺激方法和装置的制作方法

专利名称：皮肤感觉感受器的电刺激方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于皮肤感觉感受器电刺激的电极板，具体说，是用于规定皮肤区内皮肤Ap纤维和皮肤AS/C纤维的模式化刺激，以緩 解搔痒、疼痛、和其他医疗或动物护理或美容等目的，以及相应的使 用和治疗方法。
技术背景皮肤中，不同的感觉质量竟争地相互作用(见Schmidt R F (1971),脊推中柩神经系统中的突触前抑制，￡r<fe6w. Z^ywW. 63: 20-101; MelzackR等(1965)，疼痛机理 一种新理论，门控制系统 在皮肤感觉引起疼觉和反应前，调节来自皮肤的感觉输入,5W幼"150: 971-979; McMahon S B等(1992 )，搔痒的解释，2Ve"A iw iVeiir卵ci'. 15/12:497-501; WardL等(1996)，有害和无害反刺激作用根据试验 上诱导的搔痒和疼痛的比较，1VwVi 64:129-138).机械刺激抑制进行 性疼痛(见Wall F D等(1960)，疼痛、搔痒、和振动，AMJ, J/r/wV幼 0/A^w/vto砂2:365-375; Sj61und B H等(19卯)，周闺神经的经皮肤 和植入的电刺激，见J. Bonica (ed): ilfa/ttfge附e/f / jP"iVi， 2nd edition, Lea & Fegiber， Philadelphia, p 1852-1861).为了利用触觉和疼痛通 路之间的相互作用，在70年代发展了经皮肤的电神经刺激(TENS) (Flowerdew等(1997) ; Osiri等(2003))。该方法使用表面电极， 粘贴在要刺激的神经上面的皮肤上。刺激强度要使带有触觉信息的主 要的大神经纤维，即分类为AP纤维活化。TENS的不同形式是公知 的，并常常用于临床。常规的TENS使用触觉Ap纤维的高频刺激， 另一种TENS形式，是稍后发展的，用于使来自肌肉的深传入神经活 化(Sjmund等，19卯)。在此案例下，以低频按能使肌肉收缩的强 度给与TENS。已经证明，两种方法都产生镇疼，虽然作用的机理似
乎不同(Sj61und等，1990)。但是，TENS不适合用于分类为C纤 维的无败神经纤维的刺激。使用TENS,使C纤维活化必须的阈值电 流非常高，从而不能忍受。TENS的临床效果由Flowerdew和Goadsby(1997) 、 Osiri等(2003)总结。特别强的相互作用，是在伤害感受系统(这里包括搔痒)的亚形 态方式之间发现的，如A8/C纤维的低频电刺激，即，细的有髄神经 纤维和无號神经纤维，两者分别可以在活体中导致伤害感受C纤维传 输的经久阻抑(Sj61undBH(1985)，大鼠中C纤维引起的屈反射的 周围神经刺激压抑，第一部分连续刺激的参数，丄iVenr仍wrg. 63:612-616; Sj61und B H (1988),大鼠中C纤维引起的屈反射的周 围神经剌激压抑，笫二部分皮肤和肌肉传入神经的低速率串刺激参 数，丄iVe歸縱g. 68:279-283; Klein T等(2004)，人类中伤害感受 长期强化和长期压抑的知觉相关，丄7Vewiw/. 24:964-71 )和试管中脊 柱的制备(Sandkfihler等，1997).此外，强烈使触觉AP纤维和伤 害感受C纤维活化，诸如抓伤等有害的机械刺激，可以减小搔痒.逸 些相互作用以若干层面出现在躯体感觉系统中，如脊索的背触角中(Melzack等(1965) ; Servero等(1979),猫脊索脊髄灰质胶状质 中神经元的电生理学研究，gwflrt. 五邵.Physiol. 64:297-314 )和丘脑 中(OlaussonB等(1994)，猫中伤害感受丘脑细胞以y氨基丁酸作 媒介的背侧柱抑制机理，爿cto/^ywW.5"c朋丄152: 239-247)，且经常 在局部解剖学上是良好地組织的.因此，重要的是，要刺激涉及搔痒 或疼痛的躯体部分的局部区，为了实现细的传入神经纤维的刺激，包括为緩解搔痒和疼痛的 A8和C纤维的刺激，引进一种新的称为Cutaneous Field Stimulation(CFS，皮肤区刺激)的技术(Schouenborg， 1995; Nilsson等，1997， Nilsson and Schouenborg， 1999; Nilsson等，2003, 2004) 。 CFS能 在局部解剖学上限制和忍受细的(AS和C)皮肤纤维的电刺激，但 对Ap纤维刺激没有用处。CFS使用可弯曲的橡胶板，上有许多规则 地按2cm间隔固定的阵列式针状电极。每一电极被升起的直径约2.0mm的"止推装置，，包围，该"止推装置"从板伸出2.0mm。电极尖通常 从止推装置伸出0.3mm。当温和地把电极板对着皮肤压下时，引导电 极尖接近表皮和真皮浅表部分中的感受器(Kruger等，1985)。因为 电极横过表皮的电隔离的角质层，且电流密度在尖锐的电极尖附近是 高的，需要刺激皮肤神经纤维的电压和电流是小的， 一般分别小于IO V和最多到0.8mA.随着电流密度随距离的快速下降，可以实施局部 的刺激。以恒定电流刺激器依次激励电极，每一电极的频率为1-10 Hz (脉冲持续时间1.0 ms)，治疗持续时间为5-45分钟. 一种自粘附表 面(TENS)电极用作阳极，且通常置于离针电极板约5-30 cm处。 CFS的临床效果已经由Nilsson等在2004年总结.硬电极板上的针阵列，本领域是公知的。在这种案例中，除了控 制针的长短外，没有办法控制皮肤的凹凸。由于大多数躯体部分是弯 的；这样的电极板通常不允许控制多针的电极把皮肤穿透到规定的皮 肤深度.现有技术的缺点1. 在不同感觉形态与AS/C纤维的强作用之间给定的强相互作 用，把有效的Ap纤维刺激(如TENS )和AS/C纤维刺激(如CFS ) 结合在同一设备中，将是极其有利的.此时，AS/C纤维剌激的难受作 用，可以被同时进行的A/p纤维刺激掩盖，但是，没有已知方法在多 块板上并以可忍受方式，用针状电极模式在规定皮肤区，把有效AP纤 维剌激与依次的A8/C纤维刺激结合起来。此外，没有已知方法把 TENS与CFS结合在一种治疗中，2. 在CFS开始时，引起刺疼感，虽然可以忍受，但初始时不舒 服，而这种不舒服降低儿童及有敏感皮趺的人的顺从配合。现有技术 除了逐渐增加刺激强度外，对这个问题没有解决方案。3. 已知AS/C纤维刺激的装置，不容易应用于皮肤上。例如， CFS技术利用绷带把电极板粘附于皮肤上，在某些情况下，这是不实 际的，并降低病人的顺从配合.能容易地粘附电极总体，并同时保持 电极尖在皮肤规定的深度中，无需借助绷带的手段，将是颇大的改进,4. 已知的AS/C纤维多通道电极刺激方法，使用的电极板不允许 水分从板覆盖的皮肤区蒸发。这导致水分在板与皮肤之间积累。这种 积累能使作用电极与参考电极之间的电脉冲短路。此外，这样妨碍例 如熟石骨下的电极板的经久使用.因为皮肤在熟石骨下常常变得非常 搔痒，这是明显的缺点。5. 如在WO 93/23112公开的，现有技术中公知的从CFS板伸出 的电极，是用导电材料制成的，该材料不同于包围电极的止推装置的 材料。这种安排使电极尖长度的精度降低，制造时是按该精度制作伸 出的电极尖长度的.因为该精度对控制皮肤中的深度是重要的，所以 这是明显的缺点，本发明的目的本发明的一个目的，是至少补救一些前述的缺点。具体说，本发明的一个目的，是提供一种方法，该方法以髙效的 方式并在大的皮肤区上，依次地刺激Ap纤维和A8/C纤维。本发明的再一个目的，是提供一种用于这种刺激的装置.本发明另外的目的，将从研读下面本发明内容、许多说明本发明 优选实施例的图、和附于后面的权利要求书而明显看到.发明内容已知皮趺的A8/C和AP纤维刺激的组合，有效地緩解疼痛和搔 痒，由于中枢神经系统中触觉和伤害感受通i^t间的相互作用，组合 的皮肤A8/C和Ap纤维刺激，使刺激治疗是可忍受的.本发明提供 采纳该重要原理的方法和装置，本发明提供前迷組合刺激的装置，是 一种带有两类电极的电极板， 一种称为针状(NL)电极，用于皮肤的 细AS/C纤维的皮内刺激，另一个称为导电板(CP)电极，用于皮肤 大AP纤维的经皮肤的刺激。在该应用中，板在粘附位置上紧贴皮肤 的表面，称为前表面，而与之相对的表面，称为后表面。NL和CP电 极都按一定图形安装，具体说，是按阵列安装在电极板的前表面上， 电极从电极板大致垂直地升起。最好是，CP电极非常接近NL电极排 列，具体说，排列的方式，要使最接近地围绕一个NL电极放置的两
个到四个CP电极到该NL电极的平均距离，基本上比最接近地相邻 NL电极放置的该两个到四个CP电极的相应距离短，具体说，短了 50%或75%或更多。在一个优选实施例中，电极板要设计成便于使 水分从粘附位置中的皮肤蒸发。 一种优选的阵列是CP电极排列成两 行或更多行，每一行包括三个或更多最好是等距地放置的CP电极， 这些CP电极，每一对行被一行最好是等距地放置的NL电极隔开. CP和NL电极的图形，也可以是不规则的，例如，沿周边方向以密度 下降的方式。CP电极与相邻NL电极之间的水平距离，可取的是从l 到20 mm，更可取的是从5到20 mm.可取的是，使NL电极具有0.1 mm的皮肤穿透能力，更可取的是从0.2或0.3到10 mm或更深.本发明的电极板最好是可弯曲的，以便使它能弯折。整块电极板 不一定是可弯曲的，但只有它的一些部分，具体说是位于CP和NL 电极各行之间的部分必须是可弯曲的.本发明的电极板的厚度，与它 前表面和后表面大小之比， 一般是小的，例如从1:3到1:10，甚至1:15 或更大.除可弯曲外，电极最好包括有回弹力地可拉伸和/或可压缩的 段，具体说，是位于CP和NL电极各行之间的部分.适合用作本发 明电极板的构架，下面亦称"电极^U^元"的是，或包括，聚合物材料， 诸如聚氨基甲酸酯、聚酯、或聚破酸酯.另外或此外，它可以包括或 由非纺织的或纺织的材料构成，诸如医用胶带，按照本发明的一个优选方面，电极板包括浅的凹槽，诸如压痕、 槽、凹窝、和通路之类，在该浅的凹槽中，提供CP电极和保持电极 板与皮肤区紧贴的粘附刑，CP电极最好是等间隔CP电极的列.相对 一般是平的板的主平面，沿斜方向伸出的凹槽的壁部分，最好是可弯 曲且甚至是有回弹力的，特别是比电极安装其上的壁部分，和/或位于 同类即在同一行电极之间的壁部分，有更大的可弯曲性或可供选择地 更大的回弹力.上述特性能使电极板固定在要放置的躯体部分，无需 借助常规的紧固装置，诸如固定于电极板的后表面和/或它周围的绷 带、丝带、粘胶带之类。按照本发明的另一个优选方面，电极板设有隆起，诸如置于凹槽 之间的脊、帽軍、半球、锥、诸如有圆顶的锥之类。NL电极置于这 些隆起上，使NL电极基本上沿垂直于电极板一般的平面方向从其上 伸出，从而大体垂直于电极板准备贴在其上的皮肤区。这样可以提供 与皮肤的优化接触。隆起最好与电极板表面的其余部分分开，以便当 电极板处于粘附在皮肤上相应位置时，使压力集中在隆起上.该压力 使NL电极穿入需要的深度，该需要的深度，最好与NL电极从电极 板伸出的长度相等。CP电极被置于隆起的中间，诸如前述那种凹槽 中，但以CP电极非常接近NL电极排列为条件。本发明的电极板基元因此可以有波浪的形式，诸如波紋纸的形 式。无论认为纸中的峰谷是凹槽或认为峰脊是隆起，都不重要，重要 的特性在于，NL电极被置于板基元部分之上，如果把板基元贴到皮 肤上，则该部分首先碰触皮肤，而CP电极却置于只有向它们放置的 表面相反的表面加压之后，才与皮肤接触的板基元部分之上.本发明的有不平表面的可弯曲导电板，在它的前表面的凹槽中有 粘附剂，这种设计可以保证，在安放结束时加于后表面的外部压力撤 除之后，仍维持NL电极需要的皮肤穿透。当把本发明导电的可弯曲 电极板贴到皮肤上，使它紧贴皮肤并对板的后表面加压时，板的前表 面暂时是平坦的，最好首先使板沿它的边缘之一紧贴皮肤，如果板有 圃的或卵形外形，则使它周边的一点首先紧贴皮肤，然后把板在皮肤 上"铺开"，同时向依次紧贴皮肤的部分施加并保持压力。当在它后表 面的压力撤除时，电极板力困恢复它原来的形态，从而使皮肤至少部 分地跟随板形态的变化，并由此使电极板保持在绷紧状态.电极板中 和电极板貼在其上的皮肤部分中建立的张力，使包围NL电极基座的 电极壁部分，保持对相应位置的压力，从而对NL电极自身的压力， 因为电极板的可弯曲和任选的可回弹性质，电极板还能贴到基本上非 平坦的皮肤区，诸如人的脸或肩膀、肘或膝盖。按照本发明的又一个优选方面，粘附剂是与CP电极接触的导电 的粘附剂，或者，CP电极和导电的或不导电的粘附剂占据电极板前 表面中凹槽的不同部分。在该案例中，粘附剂主要或专门用于把电极
板粘附到皮肤上。按照本发明的再另一个优选方面，电极板有一个或多个参考电极和/或与该种电极的组合。最好是，CP电极起NL电极的参考电极的 作用，最好是，导电的粘附剂也用于把一个或多个参考电极粘附于皮 肤上，该一个或多个参考电极通常是阳极，而NL电极形成阴极.
按照本发明的再一个优选方面，本发明的电极板有多个通孔或把 它的前表面与它的后表面连通的钻孔，以便当板贴在相应位置中时， 能使水分从皮肤蒸发.或者，电极板用开口微孔材料制成.
按照本发明的再另 一个优选方面，电极板的NL和CP电极被多 通道刺激器控制，该刺激器用电线与它们连接，能分开控制每一类电 极，且如果需要，能分开控制电极的个别行、电极的组而不是个别行、 和甚至单个电极.在一个优选实施例中，电极是依次激励的，各群相 邻的板电极和针状电极是同时激励的，接着是其他这样的群的刺激， 使Ap纤维的输入的到达，与来自脊索中的A8/C纤维的到iiJL时重 叠，或者在大多数头刺激的案例中，与来自脑干三叉神经核中的AS/C 纤维的到达及时重叠.在刺激时，借助对多通道刺激器单元相应的编 程，能够获得各种A8/C纤维和Ap纤维中的输入模式。例如，模仿 抓伤皮肤或按摩躯体时出现的感觉输入模式，能够用从导电板区一倒 到另 一側相继地激励的电极实现。使用板电极上较高的电流，能够刺激肌肉的传入神经，因此，本 发明的电极板还能用于深組织的传入神经和皮肤A8/C纤维的组合刺 激.也能用高强度脉冲刺激深神经，和用经过CP电极投给的低级度 脉冲，刺激皮肤Ap纤维.用于AS/C纤维刺激的NL电极，可以有提供足够电流密度使 AS/C纤维活化的任何形式，最好是，使用细的有尖锐尖头的圃柱形电 极，作为NL电极，NL电极粘附在电的导体，如排列在电极板中或板 上的母线或电线上，在这样的案例中，它们必须被绝缘；接着把导体 连接到电刺激器单元，诸如前面说的多通道刺激器。NL电极的数量 应多于3个，虽然在某些应用中，更少的数量可能已经足够。电极的数量没有上限，但治疗病人时，很少需要每电极板上多于100或200 个电极。特别推荐的是，NL电极最好包括平坦的且最好是圃形基座 和拉长的旋转对称的电极基元，具体说，是有尖头的圓柱形电极基元， 或另外适合穿透与其另一端连结的皮肤的尖，电极基元与基座以垂直 关系连结.基座和电极基元都是导电材料，最好是同一种材料，诸如 不锈钢、镀银的紫铜、有铬包层的钢。非金属导电材料的使用，诸如 碳或导电聚合物，也在本发明的范围之内。该类NL电极为被电极基 元穿透的皮肤深度提供良好的控制，并易于安装在电极板上。电极基 元在尖与基座之间的长度，在0.05到5.0 mm之间，取决于治疗的条 件和皮肤区；推荐的长度约0.3111111。本发明的金属NL电极，例如可 以由不锈钢坯料在车床中车削而成，或由市场上购得的不锈钢针，切 割成需要的长度制成。NL电极可以用粘附办法，用市场上可购到的 导电胶(如，购自AMEPOX-MCInc的Eco-solderTM)，粘附于电极 板之中或之上的导电体上，或通过点焊或焊接，连接到电极板之中或 之上的导电体。除了尖之外，NL电极是绝缘的，以免电流泄漏.绝 缘例如可以由薄的聚合物涂层，诸如硅稱聚合物或聚酯提供.本发明的电极板由此提供一种装置，用于在同一皮肤区内，对皮 肤AP纤维和皮肤Ap/C纤维组合的局部顺序(或模式化的)的多部 位独立刺激.它利用CNS中不同形态之间的强相互作用的优点，谦发 搔痒及疼痛的释放，由于AP纤维刺激(叮咬(buzzying)感)对A5/C 纤维输入(刺疼感)的"掩盖"效应，这里公开的技术还能刺激敏感的 皮肤，诸如儿童的皮肤.其他类型的相互作用也是可能的，因为本发明的电私泉，能提供 皮肤中AP和A8/C纤维模式化刺激的任何组合，或甚至在来自例如 肌肉的深传入神经和皮肤传入神经纤维之间模式化刺激的任何組合。 例如，能够通过增加板电极的刺激强度，组合深传入神经的刺激与皮 肤AS/C纤维的刺激。这样的刺激对治疗肌肉骨骼疼痛特别重要。本发明的NL电极长度，可取的是从0.1mm,更可取的是从0.2 mm或0.3mm，到10 mm或更长。 按照本发明，还公开一种刺激感觉神经，特别是皮肤感觉神经的方法，该方法包括 提供一种装置，用于依次控制表皮的和经皮肤的电刺激投 给，该装置包括设有CP和NL电极图形的刺激表面； 在要治疗的皮肤区上以紧贴关系安放该刺激表面，使用于 经皮肤投给的电极穿透表皮，而用于表皮投给的电极紧贴皮肤， 后者与皮肤的导电接触被贴到皮肤的导电装置增强，或被设有控 制依次表皮和经皮肤的投给装置增强； 借助提供经电极到皮肤区的重复的依次电刺激，刺激感觉 神经.NL电极的穿透深度，可取的是从O.l,更可取的是从0.2或0.3, 到10 mm或更深.最好是，安放操作包括向装置的刺激表面相反的表面，对着皮肤 用力压下的步骤，以此使装置临时变平坦，并让皮肤表面部分接触刺 激表面凹槽中提供的粘附剂.在撤除压力时，用于投给电刺激的装置， 力图恢复它原来的外形，从而增加电极上用于经皮肤投给的压力.本发明的电B有多种用途，诸如抑制病人疼痛和搔痒的内源机 理的活化，电极板能实现与疼痛或搔痒组织有关的感受器的精确刺激；用于美容目的的增加皮肤血管形成或加速皮肤创口的愈合；因不同理由不能服用药物的动物的治疗，诸如参加比赛的马或狗；在研究领域， 借助实现感觉输入任何組合的电刺激，从而研究中枢神经系统不同感 觉通路之间的相互作用.现在参照演示许多优逸实施例的图，更详细地说明本发明.特別应当指出，为清楚起见，图中的NL电极是不按比例的，在它们的长度和直径两方面都大大放大了 。


图l是本发明电极板的第一实施例，按透视图画出；图2a-2c是包括基座的NL电极，按透视图画出；图3是图1实施例的前表面的平面视图，图上画出丝网印刷的电
极布线；图4是本发明电极板的第二实施例，按非应用状态并按横切NL和CP电极的截面画出；图5是图4电极板的局部视图，按应用状态并按相同视图画出；图6是本发明电极板的第三实施例，按透视图画出；图7是图6电极板的前表面的平面视图，图上画出CP和NL电极的列的电布线；图8是图6的电极板，按与图7相同的视图画出，该电极板有通气孔图形；图9是本发明电极的第四实施例，按透视困画出；困IO是困8电极板的前表面的平面视图；图ll是困8实施例的一种变化，按图IO相同的视困画出；图12是示意困，表明向CP电极施加脉冲的型式；图13是示意困，表明向NL电极施加脉冲的型式.具体实施方式
例l.本发明电私板的实施例本发明电私敗的笫一实施例，在困l和3中画出，平的电极板IO, 包括在它前表面上的聚合物材料的板基元l，带有着NL电极2、 3、 5的矩形阵列，每一NL电极包括基座3和有尖头5的电^Ut元2;和 CP电极4;其中图6的行U等等的四个NL电极，以闺6的CP电极 行u等等隔开，每一行ii包括三个电极，掩争一电极4与相邻行的两 对NL电极2、 3、 5按等距的方式排列。为提餘昧次的激励，NL和 CP电极的行或列，能够在电上耦合，但同样可能的是，通过排列相 应的电连接，例如以束状电缆ll的形式，连接到熟知类型的多通道刺 激器，该刺激器能向相应电极或电极组合提供受控的电脉冲，可以独 立地激励任何需要的同类电极的组合，甚至每一个别电极(图3)。 每一NL电极2、 3、 5连接到焊接板8，焊接板8是丝网印刷的导电 金属带6，沿板基元l长的一侧排列，而每一CP电极4由相应的带7 连接。焊接板上金属带6、 7的终端部分，经绝缘铜线(未画出)连接 到刺激器单元，刺激器单元能个别地向每一 NL电极2、 3、 5和CP 电极提供脉冲DC电流。粘附剂材料的补丁片，置于NL电极之间， 保证电极板10与皮肤的粘附。电引线6、 7与皮肤间由聚合物材料薄 层绝缘，基座板3和大多数电极基元2，除了从它们尖头5伸出的短 的部分外，也是这样绝缘的。除粘附剂外或代替它，电极板10可以用 绷带、丝带、粘胶带等(未画出)固定于选择的皮肤区。NL电极基元在它的尖到它的基座之间，或在它的尖到与尖交界 的板基元表面之间的自由长度，即穿透皮肤的最大深度，在0.05-5.0 mm之间，取决于治疗条件和皮肤区.针状电极从尖到它的基座的可 取的长度，约为0.3 1111。本发明的NL电极，只要能提供足以活化皮 肤AS/C纤维的高电流密度，可以取任何形式，为维持NL电极在电刺激投给期间充分插入皮肤中，也为方便， 把它们安装在有明显分开的隆起的，诸如脊和粒结(burl)的电极板 上，NL电极按使它们从顶部或脊突出的方式，安装在这些隆起的顶 部.CP电极放在被隆起包围的凹槽或峰谷中.凹槽有粘附剂，用于 电极板到皮肤的粘附性连接，在粘结过程中，电极板的空间尺度要改 变，把电极板弄平，使粘附剂与皮肤接触.下面实施例对皮肤的粘结， 根据的就是该原理.凹槽和隆起之间在高度上的差别，应大于1 mm但小于10 mm. 高度小于lmm只对非常小的隆起区有用，NL电极从隆起突出，隆起 例如可以类似于波的峰脊，即，当贴上电极板时，前表面部分首先与 皮肤接触.电极板基元能够有任何尺寸和形式，例如矩形、圃形、或 卵形的形式，但10cm2到400cm2的大小是可取的，板基元的厚度， 就是说，它的前表面和后表面之间的距离，可以在它的不同部分有所 不同。例如，如果隆起在针状电极被锚固到导电板中的尖和峰脊上， 是相对坚固的，且从隆起向峰谷或凹槽伸延的斜坡是或有回弹性质， 则是有利的。虽然一般说来，基本上平的电极板最适合用于平的皮肤场合，但 本发明的电极板计划用于非平的躯体部分，诸如手臂、背、或腿，特
别是膝盖、肩膀、和肘，所以可以赋予本发明电极板一定的形式，使 它们的前表面反映它们将要贴到的皮肤区的形式。这个问题还可以通 过把可伸缩部分引进电极板的前表面，特别是引进隆起的行和凹窝的 行之间解决。本发明的粘附剂物质可以是导电的，它被涂敷在板基元中凹槽的 底部。粘附剂物质的粘附强度，保持板基元粘附在皮肤上，而由电极 板的变平趋势建立的板中回弹张力，把板从皮肤推开，所以，当把板贴在皮肤上时，使板基元的隆起部分并使NL电极随隆起部分压向皮 肤。本发明电极板的第二实施例，分别以贴到皮肤前和已经贴上的状 态，在图4和5中画出。下面的解释涉及电极板前表面上的安排.电 极板20包括由峰脊22和峰谷22〃部分构成的波浪形聚合物板基元22、 22'、 22〃，峰脊22和峰谷22〃部分通过中间部分22'连结。笫一导电铜 带23被夹在峰脊部分22的凹陷中，有尖头25的镀银铜NL电极基元 24，焊接在带23的自由表面，NL电极基元24相对于电极板基元22、 22'、 22〃的一般平面X-Y，基本上垂直放置。第二导电铜带26被夹在 峰谷部分22"的凹陷中。有粘附性导电材料的CP电极27，等距离地 轱贴到第二带26上.把聚合物材料薄的绝缘层28，涂敷在电^A 元22、 22'、 22〃的前表面，但NL电极基元24从它们的尖25伸出的 部分及CP电极27的前表面除外.电极;^A元22、 22'、 22〃由可弯曲 并有回弹力的可压缩/拉伸材料，例如聚氨基甲酸癍或硅酮橡胶制成； 峰脊22和峰谷22"部分的壁，基本上比它们中间部分21'的壁厚.逸 样可使变弯和/或拉伸和/或压缩，首先出现在中间部分22'.图5画出电极板20在贴到皮肤后的状态，在铺贴过程中，使电 极仗基元22、 22'、 22〃的前表面紧贴皮肤.通过加在电极板后表面的 温和的压力，使电极板基元22、 22'、 22〃变平并使NL电极基元24插 进含有角质层30的表皮31,且甚至以它们尖锐的尖25伸进真皮32 中。借助粘附性CP电极与皮肤的紧贴接触，电极板20牢牢地被固定 在位置上，使NL电极基元23通过电极板基元22、 22'、 22〃聚合物材
料的回弹性质，保持NL电极处于压力之下，从而牢牢锚固在细胞组 织30、 31、 32中。本发明电极板的第三实施例，在图6-8中画出。电极板40的电 极板基元41、 41'、 41"，是薄且可弯曲但不可拉伸或压缩的聚碳酸酯. 安装在基座43上的NL电极42的列AI、 BI、 CI等等，置于板基元 40的脊段41上，而CP电极44的列ai、 bi、 ci等等，置于峰谷的底 部段41〃上，峰谷的底部段41"通过侧壁段41'与脊段41分开。电极排 列图形与图l的相当，当把板基元41、 41'、 41"贴在皮肤上时，能够 向板基元41、 41'、 41〃后表面加压使它变平，在变平的过程中，较薄 的側壁段41'将变弯，以便使脊段41接近皮肤表面。位于相邻脊段41 上的NL电极42之间，例如位于AI和AII的一对NL电极之间，在 变平的过程中距离的增加，被皮肤的回弹性质吸收.在开始时，使电 极板40的边缘之一紧贴皮肤，在皮肤上把它铺开，将减小这种距离的 增加，图7是困6实施例的前表面的平面视图，NL电极42和CP电极 44的列的电连接45、 47,分别以虚线表示，NL电极42的列I、 H等 等的连接45、 47，终接于焊眼50、 51、 52、 53中，而CP电极"的 列i、 ii等等，终接于焊眼54、 55、 56中,眼50、 51、 52、 53、 54、 55、 56的安排，便于导电体的固定，这些导电体为电极的个別列提供 到控制单元(刺激器)的连接.粘附剂的补丁片47贴在与CP电极 43相邻的峰谷部分41，用于电^L^元40到病人皮肤的粘附固定.困8是闺7的复制，但连通电fe^L基元41、 41'、 41"前、后倒的 小通孔58除外，这些小通孔58用于使皮肤散发的湿气排出.图9和10画出本发明电极板60的第四实施例。许多粒结62按 三列K-M四行的矩形图形，置于电极板基元61上。每一粒结62顶部 有一个尖的NL电极63。被矩形图形或阵列的NL电极63分隔的是按 两列k、 1三行矩形图形的CP电极64。排列在板基元61上粒结/NL 电极62、 63列中间，并在位于粒结/NL电极的列中间的带中的粘附剂 补丁片65、 65'; 66、 66'的图形，和板基元61的长边，分别在图10
中画出。图11中画出的电极板70是图9和10电极板的变型。板基元71 带有的CP电极74，按安装在粒结72上的每NL电极73计算，基本 上数量更多。CP电极74按两列r、 s七行的矩形阵列排列；NL电极 73按三列R-T四行的矩形阵列排列。放在粒结/NL电极的列之间的粘 附剂补丁片，以75、 75'表示，而放在板基元71长边附近的那些粘附 剂补丁片，以76、 76'表示。为改进粘附性，CP电极74以导电粘附 剂覆盖.本发明的NL电极，能够用不锈钢坯料制造，例如由不锈钢坯料 在车床中车削而成，但也可以由市场上购得的不锈钢针，切割成需要 的长度制成。NL电极可以用市场上可购到的导电胶(如，购自 AMEPOX-MCInc.的Eco-solderTM)，粘附于导电条或电线上，或通 过点焊或焊接，与导电条或电线连接，视使用的材料而定.虽然CP 电极用于Ap纤维的局部刺激，但CP电极还能够起参考电极的作用 (一般作为阳极耦合)，提供通过NL电极(一般作为阴极耦合)的 脉冲电流.CP电极能够有任何合适的形式，但必须有足够大的接触 区，确保与皮肤良好的电接触，或者，CP电极可以用本发明中使用 的导电粘附刑物质(Uni-plate Inc. USA)制成，或用该导电粘附剂物 质覆盖.CP电极紧贴皮肤或使导电粘附剂物质接触的导电区，要>1 mm2, ^10mn^的大小是可取的，在有安装NL电极的隆起的电极 板中，例如在困6和9的电极板中，CP电极被置于隆起之间的凹橫 或峰谷中，在这种情形下，前迷导电粘附剂物廣既用于把本发明的电 极板粘附于皮肤上，也用于提供CP电极与皮肤之间良好的电接触. 对每CP电极，导电粘附剂物质在前表面上扩展的面积，应不少于100 mm2。当在板电极的顶部使用导电粘附剂时，覆盖每一板电极的粘附 剂物质应占有不少于100mi^的面积，以确保与皮肤的良好电接触， 代替或除导电粘附剂物质外，可以在不被CP电极覆盖的凹槽区上， 提供不导电的粘附剂，用于把电极板固定在皮肤上。用于连接CP电极的导电条或电线，可以通过丝网印刷涂敷在电
极板的前表面。还可以使用纺织或非纺织材料的，诸如医用胶带的电极板基元.在电极板基元的前表面，可以在单个步骤中提供可供选择地包括CP电极的印刷电路，并在随后的第二步骤中使部分或全部印刷电路绝缘.如有必要，该类电极板基元可以有聚合物材料的隆起，用于安装NL 电极。同样可行的是，用导电粘附剂覆盖本发明电极板的整个前表面， 为的是只提供一个CP电极；然后在没有用粘附剂覆盖的小烏中安排 NL电极。例2.用刺激器控制电极在本发明的一个实施例中，使用与薄且可弯曲的紙，例如聚酯纸 结合的导电条，把CP和/或NL电极连接到多通道刺激器.这些条， 除与电极和多通道刺激器接触的地方外，都用例如塑料不导电膜在电 上绝缘。在另一个实施例中，用与本发明电极板结合的细导电电线， 把CP和/或NL电极与刺激器连接.这些条或电线是电绝缘的，但为 了容易与外部多通道刺激器(刺激单元)连接，这些条或电线位于闺 绕电极板側壁的自由端是不绝缘的。在一个优逸实施例中，粘附刑补丁片由导电材料制成.然后，使 粘附剂补丁片与板上的CP电极接触，CP电极又通过被绝缘的导电体， 连接到刺激单元.在另外的实施例中，位于凹槽中的不导电粘附剂补 丁片，保持与CP电极分开，而可供选择的导电物质，确保CP电极 与皮肤良好的电接触.例3.排气孔本发明的聚合物材料电极板，可以有连通它的前表面和后表面的 孔，供从皮肤渗出的水分蒸发.最好是，前和后表面的1 %到30 %被 这些孔覆盖，或者，构成电极板主要结构的聚合物材料，诸如有开口 微孔的聚氨基甲酸酯，可以透过水汽。例4.电极板的生产本发明的电极板是通过，举例说，把薄的聚酯纸在升高的温度下 压塑获得。电极板由可弯曲材料(如薄的聚酯)制成，该材料能适应 不同的躯体曲线并为医疗的使用接受.电极板的硬度，必须足以在使 板变平时产生张力.硬度可以通过选择适当厚度的聚酯纸确定。如上 所述，如果电极板的硬度在不同区域之间变化，是有利的。例如，在针状电极与板结合处附近，比要求可弯曲的区域，具体说，是NL和 PC电极与电极板结合处之间的区域，例如隆起的顶部或峰脊和凹槽 底部区之间倾斜的区域，需要有较高的硬度.硬度中的这种变化，能 够通过相应地改变电极板的厚度提供，减小的厚度使可弯曲性增加. 但是，本发明的电极板也能够用不仅可回弹地弯曲的材料，诸如前述 的聚酯板或板制成，而且该材料还可回弹地扩展或拉伸.该类材料的 优选材料，是聚氨基甲酸癍.要在例如电极板准备安装NL和/或CP 电极的部分提供足够的硬度，可以向聚氛基甲酸酯基质提供硬化基元， 诸如玻璃或碳纤维，硬化基元阻止基质沿它们的排列方向扩展.在一个实施例中，例如铜的导电条，是通过常规的丝网印刷或蚀 刻技术，与例如聚睇的薄且可弯曲紙结合，用于把NL和CP电极连 接到多通道刺激器.这类聚合物纸，可以用例如聚酯，通过压塑制成. 而且，四槽和隆起，也可以通过把有需要的凹窝和隆起的压塑成的可 弯曲材料，粘结到平、薄、且可弯曲的有导电条的聚醋紙上制成，为 使导电条绝缘，可把薄的塑料膜放在前表面上并用例如红外加热，使 膜与前表面结合；聚合物膜必须不覆盖NL电极或CP电极接触的地 方.在另一个但非优选实施例中，用例如铜的细电线，粘结于电极板 的后表面，把电极连接到刺激器。NL电极可以用导电粘附刑或用电 烀或锡焊，視使用的材料而定，与导电条连结，CP电极最好与导电 条是同一种材料.如果电极板中需要有回弹力的可拉伸区，则代替选择合适的诸如 聚酯等材料，可以切割带有导电电线的压塑纸，产生所谓的手指。每 一手指带有许多把NL电极和CP电极的行连接到刺激单元的导电条. 手指最好在板的一侧类似手的根那样接合，与刺激单元的连接在那里 被粘接。每一手指包含一行隆起和凹窝。手指的硬度必须在使手指变 平时在电极板中产生要求的张力。为使手指保持在一起， 一张可拉伸
材料的，诸如聚氨基甲酸酯或硅酮橡胶的纸，放在电极板的后表面上 并与它粘结。
例5.多通道刺激单元NL和CP电极能够分开地被刺激器接入，该刺激器提供依次的 刺激.这种刺激器市场上可以买到.由于电极板的多通道设计，能够 产生任何需要的刺激模式。多通道刺激器单元应尽可能小并用多线电 缆连接到电极板。有足以供1-3人治疗功率的可充电电池，是可取的。
例6.刺激刺激是通过任一个CP或NL电极(通常是阴极)和参考电极(通 常是阳极)产生的.最好把CP电极用作参考电极.为避免电流总流 过同一 CP电极，应当对刺激器编程，使之除有效的一个(即阴极) 外，使用大多数或全部CP电极作为参考电极(即阳极).例如，在 某一瞬间，电流将通过一个CP电极(阴极)和/或一个NL电极(阴 极)，同时板电极的其余电极用作阳极.接着的刺激脉冲经过另一个 作为阴极的CP电极投给，而其他CP电极用作阳极，如此类推.
在一个优选实施例中，经过一个CP电极和相邻NL电极的剌激， 是锁相的，使Ap纤维中产生的信号，在较慢传导的A8/C纤维中产 生的信号之先到达脊索并及时重叠.CP和NL电极成对的或其他的组 合，依次地以随机棋式或有序模式被激励.各种模式都是可能的，例 如，NL和CP电极能够成对地，按从电极板一側(边)开始，然后由 此前进到另一側的顺序激励，从而fl起扫描刺激的感觉，这种模式棋 仿抓伤皮肤或按摩皮趺时自然出现的输入顺序，可能被患有长期搔摔 或疼痛的病人优先选用.
短的高频脉冲序列(脉冲串)，频率(脉冲串频率)为0.1 - 10 Hz, 经过CP电极投给，用于刺激Ap纤维。优选的参数是内部频率， 从50到400 Hz;每CP电极的脉冲串长度，最多到100 ms;脉冲持 续时间，从0.05到0.3 ms，更可取的是(U - 0.2 ms;电流振幅，最多 到50mA，更可取的是小于20mA。对刺激深的传入神经，电流强度 必须进一步增加。AP纤维刺激的一个例子，在图12中画出。
频率从0.1-10 ms的单个脉冲，经过NL电极投给，用于刺激 AS/C纤维。优选的参数是脉冲持续时间0.5-10 ms，更可取的是 1.0 — 5.0 ms;电流振幅，最多到2 mA，更可取的是小于1.2 mA。 AS/C 纤维刺激的一个例子，在图13中画出。为使病人适应刺激器产生的感觉，刺激强度在治疗的第一分钟最 好以小的步长增加。AP纤维刺激的相对强度，在病人适应了刺激感 觉过后，可以降低。因此，这些特征，最好纳入多通道刺激器控制本 发明的电极板的程序中.例7. AB纤維和AS/C纤維的刺激本发明的电子板在四名健康成人上进行了测试.电子板在矩形阵 列中有四列的四个NL电极，各分开20 mm.每一NL列由包含单个 CP电极(总计5个)的列側面相接，CP电极用导电粘附剂覆盖，NL 电极制成一整片.它们的有效长度是0.5111111,电子板受刺激器控制， 刺激器能向每一 NL电极和每一 CP电极列，逐一地并依次地施加脉 冲，电极板按上述方式贴在皮肤上。不需要用于保持电极板与皮肤完 全接触的附加的固定装置.NL电极被每电极l.O ms持续时间、振幅 最多到1 mA、脉冲频率2 Hz的脉冲激励。被测试人报告的刺疼感， 非常类似于CFS。同样，观察了包围每一NL电极的闪光反应，在CP 电极按每秒各10脉冲序列、内部频率80 Hz、脉冲振幅最多到20 mA、 脉冲持续时间0.2 ms刺激时，被测试人报告有叮咬感.这一结果表明， 本发明的电极板能够用于独立刺激伤害感受A8/C纤维和触觉Ap纤 维.此外，在所有被测试人员中，NL刺激产生的刺疼感觉，完全被 相邻的CP电极伴随的刺激掩盖，完全消除NL刺激的难受感，
权利要求
1. 一种电极板，包括硬的或可弯曲的有前表面和后表面的不导电板基元，和置于该前表面上用于皮肤细AS/C纤维电刺激的针状 (NL)模式的电极及用于皮肤大AP纤维电刺激的导电板(CP)电 极。
2. 按照权利要求1的电极板，其中的CP电极以一定方式非常 接近NL电极排列，为的是要使最接近地围绕一个NL电极放置的两 个到四个CP电极到该NL电极的平均距离，基本上比最接近地相邻 NL电札故置的两个到四个CP电极的相应距离短。
3. 按照权利要求1或2的电极板，包括把前表面与后表面连通 的通气孔。
4. 按照权利要求1-3任一项的电极板，包括从导电的或不导 电的粘附剂选出的粘附剂，置于部分前表面上，用于把电极板粘附于 皮肤上。
5. 按照权利要求l-4任一项的电极板，包括NL电极，该NL 电极由导电的基座和从该基座垂直地伸长的电极基元构成，
6. 按照权利要求5的电极板，其中的电极基元有尖的自由端.
7. 按照权利要求l-6任一項的电私feL,还包括多个电导体， 各与一个或数个NL电极耦合，或与一个或数个CP电极耦合，以便 把各个单个的NL和CP电极或成組的NL和CP电极，连接到刺激器 单元.
8. 按照权利要求7的电极板，其中的导体粘附于电极板的前表 面上。
9. 按照权利要求8的电极板，其中的导体通过丝网印刷附着在 电极板上。
10. 按照权利要求1-9任一项的电极板，还包括前表面上升起 的部分，其中的NL电极安装在该前表面升起的部分上。
11. 按照权利要求10的电极板，其中升起部分的设计，是为带 有单个的NL电极或成行的NL电极。
12. 按照权利要求10或11的电极板，其中电极板的可弯曲性， 是由电极板基元的中间段提供的，该电极板基元的中间段，置于带有 NL和CP电极的电极板基元的段之间。
13. 按照权利要求12的电极板，其中所述中间段是可压缩的和/ 或可拉伸的。
14. 按照权利要求13的电极板，其中的中间段是可回弹地可压 缩和/或可拉伸的。
15. 按照权利要求12-14任一项的电极板，其中所述导电的粘 附剂，被置于带有CP电极的板基元的段上.
16. 按照权利要求15的电极板，其中所述导电的粘附剂，是按 与CP电极电接触的方式放置的.
17. —种向人的皮肤投给电刺激的组件，包括权利要求1-16任 一项的电极，和能分开地寻址所迷NL和CP电极，以便依次进行刺 激的多通道刺激器单元，
18. 按照权利要求17的组件，其中的CP电极受刺激器单元控 制，还起NL电极的参考电极作用，
19. 按照权利要求17或18的组件，其中的CP电极在它们的参 考电极作用中，作为阳极被耦合，
20. 按照权利要求17-19任一项的组件，其中的刺激器被编程， 以便除作为参考电极起作用的那个(或那些)CP电极外，使用大都 分或全部CP电极.
21. 按照权利要求17-20任一项的组件，其中CP电极之一和 邻近的NL电极之一，是被锁相的。
22. 按照权利要求21的组件，其中的依次刺激是按随机模式。
23. 按照权利要求21的组件，其中的依次刺激是按顺序模式。
24. 按照权利要求17-23任一项的組件，其中的刺激器能向用 于刺激AP纤维的CP电极提供脉冲序列(脉冲串)，该脉冲序列具有 从O.l Hz到10 Hz的脉冲串频率；从50 Hz到400 Hz的内部频率；每CP电极的脉冲串长度最多到100 ms;脉冲持续时间从0.05 ms到 0.3 ms;电流幅值最多到50mA，用于刺激AP纤维。
25. 按照权利要求17-24任一项的组件，其中的刺激器能向NL 电极提供从O.l Hz到10 Hz频率的单脉冲；脉沖持续时间从0.5 ms 到10.0 ms;电流幅值最多到2 mA。
26. —种刺激感觉神经，特别是皮肤的感觉神经的方法，包括 提供表皮和经皮肤的受控制的依次投给电刺激的装置，该装置包括配 备有CP和NL电极图形的剌激表面；把该刺激表面以紧贴关系安放 在要治疗的皮肤区上，使经皮肤投给的电极穿透表皮，和使表皮投给 的电极与皮肤紧贴；可供选择地借助貼到皮肤上的导电装置或配备该 装置，用于增强电极与皮肤的电传导接触；借助经过电极向皮肤区提 供重复的依次电刺激，刺激感觉神经.
27. 按照权利要求26的方法，其中NL电极的穿透深度从O.l到 10 mm,或更深，
28. 按照权利要求26或27的方法，包括向该装置与刺激表面相 反的表面用力，对着皮肤加压，从而临时使装置变平，并使部分皮肤 表面与刺激表面凹槽中提供的粘附剂接触。
29. 使用权利要求1 一 16的电极板和权利要求17 _ 25的组件， 抑制病人的疼痛及搔痒，或加速病人皮肤创口的愈合.
30. 使用权利要求1 - 16的电极板和权利要求17 一 25的组件， 在美容上增加人皮趺的血管形成，
31. 使用权利要求1 - 16的电极板和权利要求17 - 25的組件， 在准备参赛的动物，如马或狗比赛之前，刺激动物的皮肤。
全文摘要
一种电极板，包括硬的或可弯曲的有前表面和后表面的不导电板基元，和置于该前表面上用于皮肤细Aδ/C纤维电刺激的针状(NL)模式的电极及用于皮肤大Aβ纤维电刺激的导电板(CP)电极。前表面可以设有用于粘附在皮肤上的粘附剂。还公开一种制作电极板的方法，以及用电极板及与它连接的刺激器进行皮肤纤维电刺激的方法。
文档编号A61H39/00GK101124010SQ200580042302
公开日2008年2月13日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者延斯·斯库恩伯格 申请人:国际复原科技公司(贸易用名Rs医药公司)