用于电神经刺激的方法和系统与流程

1.下文描述的公开主题涉及用于电神经刺激的方法和系统，具体涉及用于调整刺激的参数值的方法和系统。此外，还提到了使用该电神经刺激方法来纠正睡眠呼吸障碍(sleep disordered breathing)。


背景技术：

2.神经调制，例如，神经的电刺激，在现有技术中被认为是可靠和有效的医疗类型。它提供了通过与身体自身的自然神经过程相互作用来解决许多生理状况和障碍的机会。神经调制(neural modulation)包括中枢、外周或自主神经系统中的电或化学活性的抑制(例如，阻断)、刺激、修改、调节或治疗性改变。通过调制神经系统的活动，可以实现几个不同的目标。例如，可以在适当的时候刺激运动神经元，以引起肌肉收缩。此外，感觉神经元可以被阻断以减轻疼痛，或者被刺激以向受试者提供信号。在其他示例中，自主神经系统的调制可以用于调整各种无意识的生理参数，诸如心率和血压。神经调制可能提供治疗几种疾病或生理状况的机会。各种设备和技术已经被用于试图提供对感兴趣组织的最佳刺激。
3.通常，神经刺激器以电脉冲的形式传递治疗，并且包括目标位置(诸如特定的神经或其部分)附近的一个或多个电极。电刺激是可编程的，并且是可通过各种参数(诸如(一个或多个)电极的极性、电压、电流幅度、脉冲频率、脉冲宽度等)调整的，因为这些参数定义了要传递给需要治疗的用户的电刺激治疗。这些参数可以是预编程的或可编程的，以传递期望的刺激和根据刺激治疗期望的最终结果。
4.可以应用神经调制的状况之一是阻塞性睡眠呼吸暂停(osa)，这是一种呼吸障碍，其特征是睡眠期间上气道部分或完全阻塞的反复发作。osa的原因之一是由于与睡眠相关的肌肉张力丧失，舌头肌肉无法抵抗咽部的吸气负压。当舌头向后拉时，它会阻塞上气道，减小通气量，减小肺和血氧水平。例如，刺激舌下神经引起舌头肌肉(例如，颏舌肌)收缩，从而保持开放、通畅的气道，因为颏舌肌负责舌头的向前运动以及咽前壁的绷紧。
5.现有技术中已经公开了各种设备、系统和方法，具体涉及电刺激治疗和神经刺激。例如，us 2013/0289667 a1公开了用于增减电刺激的一个或多个参数值的设备、系统和技术。可植入医疗设备可以随着时间增加或减少参数值，例如，幅度或脉冲宽度，以达到参数的目标值。


技术实现要素：

6.本公开的目的之一是对现有技术的缺点作出回应，并提供一种用于刺激接受者的电神经刺激的改进的系统和方法。具体而言，根据所公开的主题，该系统和方法旨在减少可能由电神经刺激引起的不适，并且在应用时节能、安全和可靠。此外，为了使osa患者的治疗效果最大化，需要使用所述方法以及用于电神经刺激的系统。
7.根据本公开的一个方面，提供了一种补偿可植入电刺激器与被配置成激活可植入电刺激器的外部设备的位置变化的方法。这种可植入电刺激器可以植入肌肉和相关联的神
经附近。在一个示例中，这种肌肉可以是颏舌肌，神经可以是舌下神经。该方法包括：通过外部激活设备与可植入电刺激器之间的电通信生成电刺激模式，以刺激受试者的神经，从而收缩与之相关联的肌肉，引起可植入刺激器相对于外部激活设备的位置变化，并调整由刺激的外部激活设备发送的刺激参数，以补偿可植入电刺激器相对于激活设备的位置变化，从而通过补偿植入物相对于外部激活设备的位置变化来基本上保持电刺激强度。根据示例的这种外部设备可以是发送元件。发送元件可以包括天线或线圈，其又可以与控制单元相关联。这种控制单元可以进一步包括电源。在一个实施例中，这种控制单元可以通过发送设备向植入物无线发送激活输入，例如，刺激参数，和功率。外部设备和控制单元的这种组合可以构成外部激活设备。
8.刺激参数可以基于刺激器与外部激活设备之间的耦合度自动调整，或者这些参数可以被预编程以响应假定的位置变化(例如，基于本文将进一步讨论的滴定过程(titration process))。根据所公开主题的这种位置变化可以是刺激器与激活设备之间距离的变化、它们之间的角度变化等。
9.电刺激模式的调整或调制可以包括在达到目标刺激幅度之后，在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低(step-down)幅度。也可以应用其他参数的变体，作为替代或者与刺激幅度的变化相结合。应当理解，这一定义和其他定义适用于所公开主题的所有方面，加上细节上的必要修改。
10.根据所公开主题的另一方面，提供了一种用于电神经刺激的方法，其中该方法包括：生成包括多个连续脉冲序列的电刺激模式，其中每个脉冲序列具有刺激幅度；用具有至少一个电极的刺激器将电刺激模式传递到患者的舌头；调制电刺激模式，其中电刺激模式的调制包括在刺激发作时将刺激幅度从一个脉冲序列到连续脉冲序列逐渐增加，直到达到确定的目标刺激幅度。该方法的特征在于，电刺激模式的调制还包括在达到目标刺激幅度之后，在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低幅度。
11.如本文所公开的，在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低幅度可以简单地称为“降低”。降低至少有两个主要优点。一个优点在于，最初经由刺激信号影响或触发的神经纤维不一定需要用相同量的能量进一步刺激，即，较低的刺激幅度或频率可能与最初的幅度或频率一样有效地保持神经影响。此外，一旦肌肉受到刺激，它就会收缩。只要这种肌肉收缩被激活，在肌肉中生成刺激的外部设备和肌肉本身之间的距离将会减小，因为由于收缩，至少一部分肌肉会更靠近患者的皮肤表面。因此，外部设备与刺激器之间的距离减小。同时，较少的中介组织将位于外部设备与刺激器之间。中介组织可以包括肌肉组织、结缔组织、器官组织或任何其他类型的生物组织。同样，这意味着与初始幅度或频率相比，可能需要较低的刺激幅度或频率来维持肌肉的募集。
12.由于强烈的刺激(例如，刺激模式的每个脉冲序列的脉冲的相对高的幅度和/或频率)可能导致患者的不适，或者在某些情况下甚至疼痛，所以较低的刺激强度将被受试者感觉更舒适。例如，如果刺激幅度减小，受试者可以容忍具有更高脉冲频率和更长时间周期的电刺激。此外，较低的刺激强度导致该方法比具有持续高于实际所需的刺激强度的方法更节能或更节省电池。
13.这种降低，例如，在达到目标刺激幅度之后，在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低幅度，也可以与刺激发作时将刺激幅度从一个脉冲序列到连续脉冲序列逐
渐增加直到达到确定的目标刺激幅度相结合来实现，这种增加可称为“序列上升(train ramp up)”。应当理解，这种上升可以从刺激发作实施直到刺激结束，得到可以预先确定的目标刺激参数。这种刺激周期可以贯穿整个治疗周期，在osa的情况下，该治疗周期可以是使用者睡觉的周期。根据用户的睡眠循环，这样的周期可以是如期望的从30分钟到几个小时。应当理解，可以通过其他刺激参数或者结合幅度调整来替代地实施降低。
14.电刺激模式包括脉冲序列刺激，其由交替的开(on)和关(off)阶段或序列组成。开阶段的长度称为序列长度，关阶段的长度称为序列间隔。序列刺激的开阶段由连续脉冲组成，其特征在于幅度、持续时间和间隔。另外两个重要参数是频率和占空比，其中占空比被定义一个序列在刺激为开期间的百分比。
15.刺激发作时刺激幅度从一个脉冲序列到连续脉冲序列的逐渐增加包括从一个刺激序列到另一刺激序列逐渐增加刺激幅度，直到达到目标刺激幅度。因此，可以避免在刺激初始化之后唤醒患者。逐渐增加特征可以例如仅包括一个可配置参数，即，持续时间，即，在延迟时间之后的一段时间，在此期间幅度将逐渐增加。
16.该特征的目的是通过逐渐增加幅度至目标刺激幅度来增加治疗接受度(以便在不唤醒患者的情况下打开上气道)，在较短的时间段内保持该目标刺激幅度，然后减小幅度，因为保持上气道打开所需的力应该低于打开闭合上气道所需的力。
17.因此，当患者随着时间接受治疗时，他或她可以选择或者系统可以自动选择不同的调制程序来改变电刺激模式。
18.根据本文公开的一个实施例，该方法的特征还在于目标刺激幅度以突变方式减小到降低幅度。换句话说，在达到目标刺激幅度之后，在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低幅度可以包括幅度的一个明显下降，直到达到定义的降低幅度。还可能的是，在达到所定义的降低幅度之前，执行到一个或多个中间幅度的更多下降，从而产生脉冲的逐渐降低。每个中间幅度的持续时间对于每个中间幅度可以是相同的，或者可以是变化的。一旦降低幅度保持定义的持续时间，幅度就会下降，或连续下降到大约0。
19.该方法的特征还在于，根据包括上升持续时间的上升函数来达到每个脉冲序列内的目标刺激幅度，其中上升持续时间被定义为刺激幅度达到目标刺激幅度所花费的时间。每个脉冲序列内达到定义的目标刺激幅度的时间点可以被称为上升点。
20.在目标刺激幅度减小到降低幅度之前，目标刺激幅度可以保持定义的保持持续时间。根据优选实施例，保持持续时间在0毫秒到1000毫秒的范围内，特别是在0毫秒到500毫秒的范围内，其中保持持续时间被定义为目标刺激幅度在一个刺激序列内保持的时段的持续时间。
21.也有可能每个连续的脉冲序列被脉冲序列间隔分开。根据优选实施例，每个脉冲序列包括多个连续的单个脉冲，其中每个单个脉冲具有单个脉冲幅度和单个脉冲持续时间，并且其中连续的脉冲由单个脉冲间隔分开。本文公开的方法的特征还在于，每个脉冲序列具有脉冲序列长度、单个脉冲频率和占空比。
22.该方法的特征还在于，电刺激模式的调制基于与外部设备相关联的主天线和与刺激器相关联的副天线之间的耦合度的确定。主天线可以被配置成外部设备内的电路的一部分，并且可以直接或间接(包括无线地)耦合到外部设备中的各种组件。例如，主天线可以被配置成与放大器通信，放大器也可以包括在外部设备中，并且其可以将放大的信号输出到
主天线。
23.主天线可以包括可以被配置成产生电磁场的任何导电结构。主天线还可以是任何合适的尺寸、形状和/或配置。尺寸、形状和/或配置可以由患者的尺寸、刺激器的放置位置、刺激器的尺寸和/或形状、调制神经所需的能量、待调制的神经的位置、刺激器上存在的接收电子器件的类型等来确定。主天线可以包括本领域技术人员已知的可以被配置成发送和/或接收信号的任何合适的天线。合适的天线可以包括但不限于长线天线、贴片天线、螺旋天线等。在一个实施例中，例如，主天线可以包括线圈天线。这种线圈天线可以由任何合适的导电材料制成，并且可以被配置成包括任何合适的导电线圈布置。
24.刺激器可以包括安装在载体(例如，柔性载体)上或与其集成的副天线。类似于主天线，副天线可以包括本领域技术人员已知的可以被配置成发送和/或接收信号的任何合适的天线。副天线可以包括任何合适的尺寸、形状和/或配置。尺寸、形状和/或配置可以由患者的尺寸、刺激器的放置位置或调制神经所需的能量来确定。合适的天线可以包括但不限于长线天线、贴片天线、螺旋天线。例如，在一些实施例中，副天线可以包括具有圆形或椭圆形的线圈天线。这种线圈天线可以由任何合适的导电材料制成，并且可以被配置成包括任何合适的导电线圈布置(例如，直径、线圈数量、线圈布局等)。
25.在该方法的进一步发展中，电刺激模式还包括确认脉冲和延迟时间。确认脉冲被定义为在外部设备与刺激器之间的连接建立之后立即发出的单个第一脉冲的幅度。确认脉冲被描述为总系统输出的单位百分比。相应地，延迟时间被定义为外部设备和刺激器的连接与刺激开始之间的时间。
26.除上述之外，在刺激发作时刺激幅度从一个脉冲序列到连续脉冲序列逐渐增加的持续时间在0分钟到60分钟的范围内，特别是在0分钟到30分钟的范围内。
27.此外，可以预期的是，上升持续时间在0毫秒到2000毫秒的范围内，特别是在0毫秒到1000毫秒的范围内，其中上升持续时间是每个刺激序列内幅度逐渐增加的持续时间。
28.降低幅度也可能具有总系统输出幅度的从1％到99％的幅度，特别是1％到90％的幅度。可以预期的是，刺激幅度可以具有总系统(200)输出幅度的从1％到100％的幅度。该方法的特征还在于，脉冲序列间隔的持续时间在0.1秒到20秒的范围内，特别是在0.2秒到10秒的范围内。除上述之外，单个脉冲持续时间在5微秒到500微秒的范围内，特别是在50微秒到250微秒的范围内。本文公开的方法的特征还在于，脉冲序列长度的持续时间在0.1秒到20秒的范围内，特别是在0.2秒到10秒的范围内，并且单个脉冲频率在10hz到100hz的范围内，特别是在30hz到50hz的范围内。根据另一有益实施例，确认脉冲的幅度具有总系统输出幅度的从1％到100％的幅度，并且延迟时间的持续时间在0分钟到120分钟的范围内，特别是在0分钟到90分钟的范围内。
29.优选地，在所有上述参数中，可以修改的参数如下：单个脉冲频率、单个脉冲持续时间、总体刺激幅度、脉冲序列长度、脉冲序列间隔、延迟时间、确认脉冲和上升函数。一旦设置了其他参数，总循环长度和占空比可以自动计算。
30.根据本公开的另一方面，提出了发明的用于电神经刺激的方法在清醒滴定(wakeful titration)中的使用。为了优化患者的治疗，提供了本文公开的方法的使用。根据这一方面，预期让患者返回医院进行一次或多次滴定访视。本文公开的刺激模式参数将在清醒和/或睡眠期间，即，经由睡眠研究或多导睡眠记录(“psg”)进行细化和/或调整，直
到达到不会导致唤醒患者但同时保持上气道效能、氧合血红蛋白饱和度和睡眠连续性的一组设置。
31.因此，在受试者清醒时，首先根据一套定义的治疗指南执行清醒滴定。在清醒滴定期间，可以确定一个或多个不同的刺激阈值。一旦定义了这些阈值，就可以基于给定患者的舌头运动特性来确定和存储该患者的最佳清醒参数集。
32.通过这种方式，可以在没有麻醉或内窥镜检查的情况下，确定舌头的运动特性、方向和强度以及刺激阈值，从而帮助定义最佳治疗参数。
33.本文公开的使用的特征还在于，该方法用于为定义的单个脉冲频率和定义的单个脉冲持续时间定义运动(motor)阈值刺激幅度。运动阈值被定义为最小阈值，当应用该阈值时，引起首先注意到舌头或舌下肌肉的运动或移动。这可以由例如训练有素的医生或内科医生或任何其他合适的治疗师来完成。
34.此外，该方法可以用于为定义的单个脉冲频率和定义的单个脉冲持续时间定义疼痛阈值刺激幅度。疼痛阈值被定义为当应用时导致受试者不愉快、不适或疼痛的感觉的最小阈值。例如，可以通过调查受试者来确定。
35.作为另一实施例的一部分，本文所述的方法可用于清醒内窥镜检查。在清醒内窥镜检查期间，每个打开部位的气道打开幅度可以由刺激期间观察气道打开所需的最小幅度来定义。类似地，每个打开部位处的稳定幅度(plateau amplitude)可以由幅度阈值来定义，在该阈值处没有观察到气道打开的进一步增加，或者高于该阈值时观察到气道打开的减少。
36.除了以上所述，该方法可用于定义气道打开幅度，其中气道打开幅度是在刺激期间引起受试者气道打开所需的最小刺激幅度。
37.该方法还可以用于定义稳定幅度，其中稳定幅度是最大刺激幅度，超过该最大刺激幅度不会引起受试者气道打开的进一步增加。
38.该方法也可以用于多导睡眠记录滴定。多导睡眠记录(psg)滴定允许配置和优化刺激参数，直到达到期望的一组治疗设置，即，不唤醒参与者但同时保持上气道效能、氧饱和度水平和睡眠连续性的设置。在psg滴定期间，如果发生睡眠事件，可以按照定义的顺序一次改变一个刺激参数。例如，刺激幅度可以增加，例如，大约5％。如果患者不支持增加幅度或者增加幅度具有相反的效果，则可以增加单个脉冲的持续时间，例如，增加20微秒。如果患者不支持增加单个脉冲的持续时间，可以调配占空比以与患者的呼吸循环相匹配。例如，psg滴定刺激可以在患者入睡至少20分钟后开始。刺激模式参数可以根据期望的一套治疗指南进行细化，直到达到不会唤醒患者并保持上气道效能、氧合血红蛋白饱和度和睡眠连续性的特定设置。这些设置可以存储为最佳设置，可以保持整个晚上。还可以记录psg和呼吸参数，直到患者最终醒来。夜间，可能有必要进一步调整电刺激参数。
39.根据本公开的又一方面，提供了一种用于电神经刺激以纠正睡眠呼吸障碍的系统，该系统包括具有至少一个电极的刺激器；外部设备，其中外部设备被配置成与刺激器通信，并且其中外部设备包括处理器，该处理器被配置成：生成包括多个连续脉冲序列的电刺激模式，其中每个脉冲序列具有刺激幅度；通过刺激器将电刺激模式传递到受试者的舌下神经；根据刺激程序调制电刺激模式，其中电刺激模式的调制包括在刺激发作时将刺激幅度从一个脉冲序列到连续脉冲序列逐渐增加，直到达到确定的目标刺激幅度，并且其中电
刺激模式的调制还包括在达到目标刺激幅度之后在每个脉冲序列内将目标刺激幅度减小到定义的降低幅度。
40.该系统可以被配置用于患者舌下肌肉的神经调制。更具体地，该系统可以被配置成向osa患者传递能量。因此，该系统可以包括被配置用于定位在患者体外的外部设备。外部设备还可以被配置成固定到患者身上。具体而言，外部设备可以被配置成放置在植入的刺激器附近，例如，在患者下巴下面和/或在患者颈部前面或远离受试者身体。放置位置的合适性可以通过外部设备与刺激器之间的通信来确定。在一些实施例中，刺激器可以被配置为植入患者体内的设备，并且外部设备可以被配置成向刺激器发送信号和/或从刺激器接收信号。刺激器可以由任何合适的材料形成。在一些实施例中，刺激器可以包括柔性载体，该柔性载体包括柔性生物相容材料。刺激器还可以包括电路，该电路包括导电材料，诸如金、铂、钛或任何其他生物相容的导电材料或材料的组合。刺激器也可以制造成具有适合植入患者皮肤下的厚度。刺激器可以具有小于约4毫米或小于约2毫米的厚度。
41.各种组件可以被包括在外部设备的外壳内或者以其他方式与外部设备相关联。具体地，至少一个处理器与外部设备相关联。例如，至少一个处理器可以位于外部设备的外壳内。在替代实施例中，至少一个处理器可以被配置成从外壳外部的位置与外部设备进行有线或无线通信。外壳可以包括被配置用于保持部件的任何合适的容器。此外，外壳可以是任何合适的尺寸和/或形状，并且可以是刚性的或柔性的。用于外部设备的外壳的示例性实施例包括贴片、按钮或具有不同形状和尺寸并由任何合适的材料构成的其他盒(receptacle)中的一个或多个。例如，在一个实施例中，外壳可以包括柔性材料，使得外部设备可以被配置成符合期望的位置。
42.该至少一个处理器可以包括可以被配置成对至少一个输入变量执行逻辑操作的任何电路。因此，该至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器和微处理器，它们可以是中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)或本领域技术人员已知的适于执行指令或执行逻辑操作的任何其他电路的全部或一部分。
43.刺激器还可以包括至少一对或多个场发生电极。电极可以包括在刺激器上的任何合适的形状和方向，只要电极可以被配置成在患者体内生成电场。电极还可以包括任何合适的导电材料，如铜、银、金、铂、铱、铂铱、铂金、导电聚合物等，或者导电材料的组合。在一些实施例中，电极可以包括短线电极、圆形电极和/或圆形电极对。另外，刺激器可以包括位于多个位置的电极。
44.该系统的特征还在于，该系统还包括用户界面，该用户界面被配置成使得用户能够调整和/或选择刺激程序，其中至少一组刺激模式参数是可调整的。
45.还可以预期的是，该组刺激模式参数还可以包括刺激幅度、脉冲序列长度、单个脉冲频率、单个脉冲持续时间、目标刺激幅度、保持持续时间、降低幅度、上升持续时间、脉冲序列间隔、占空比和/或延迟时间。外部设备还可以包括被配置成存储至少一个刺激程序的存储器。例如，由治疗专家编程的患者特定的刺激模式参数。
46.根据另一优选实施例，外部设备还包括被配置成可连接到处理器的一次性贴片。具体地，处理器可以附接到一个或多个一次性贴片上，该贴片又可以放置在患者的皮肤上，例如，下巴下面，并且在一些示例中经由一次性贴片的至少一个粘合表面放置在患者的皮肤上。为了激活和停止刺激，连接到处理器的一次性贴片可以由受试者在刺激会话之前或
在入睡之前放置在下巴下面，并在早上移除。处理器的电源可以在白天使用充电单元充电。
47.有利的是，一次性贴片可以是一次性使用的生物相容性粘合设备，其在进入刺激会话之前或在睡眠之前放置在患者的下巴下。处理器安装在一次性贴片上，通过传递能量允许刺激器的激活。在优选实施例中，能量传递以无线方式发生。
48.根据系统的进一步发展，外部设备可以包括电源。电源可以在相对于外部设备的外部位置可移除地耦合到外部设备。可替代地，电源还可以永久地或可移除地耦合到外部设备内的位置。电源还可以包括被配置成与处理器电通信的任何合适的电源。在一个优选实施例中，例如，电源可以包括电池。电源可以被配置成向外部设备内的各种组件供电。它还可以被配置成向处理器供电。此外，电源可以被配置成向信号源供电。信号源可以与处理器通信，并且可以包括被配置成生成信号(例如，正弦信号、方波、三角波、微波、射频(rf)信号或任何其他类型的电磁信号)的任何设备。信号源可以包括但不限于波形生成器，该波形生成器可以被配置成生成交流(ac)信号和/或直流(dc)信号。例如，在一个实施例中，信号源可以被配置成生成用于发送到一个或多个其他组件的ac信号。信号源可以被配置成生成任何合适频率的信号。在一些实施例中，信号源可以被配置成生成具有从大约6.5mhz到大约13.6mhz的频率的信号。在另外的实施例中，信号源可以被配置成生成具有从大约7.4mhz到大约8.8mhz的频率的信号。在进一步的实施例中，信号源可以生成频率低至90khz或高至28mhz的信号。
49.本文公开的系统的特征还在于，该系统还包括远程控制设备。远程控制设备可以例如在移动设备中实施。利用远程控制设备，治疗师或受试者可以以更方便的方式调整系统的刺激模式参数。
50.作为该系统的另一实施例的一部分，该系统还可以包括无线控制设备，该无线控制设备被配置成：与处理器进行无线通信；以及与远程控制设备进行无线通信。
51.另外，该系统的特征在于，无线控制设备的无线通信基于rfid或蓝牙连接。优选地，无线控制设备可以安装在移动设备上，即，无线控制设备可以是智能电话或智能平板等上的应用(app)。
52.本文公开的任何一个实施例、示例或特征都可以组合或单独使用，并与所公开主题的任何一个方面结合使用，加上细节上的必要修改。
附图说明
53.附图结合在本说明书中并构成本说明书的一部分，示出了所公开的主题的几个示例。附图示出以下内容：
54.图1描绘了图示根据本公开的示例性实施例的详细电刺激模式100的示意图；
55.图2描绘了图示根据本公开的另一示例性实施例的详细电刺激模式100的示意图；
56.图3a-图3d描绘了不同的示意图，每个示意图图示根据本公开的不同示例性实施例的调制期间脉冲序列110的可能模式；
57.图4描绘了具有根据本公开的示例性实施例的使用系统200的患者500的部分横截面侧视图；
58.图5描绘了根据本公开的示例性实施例的舌头以及相关联的肌肉和神经的解剖结构；
59.图6a-图6b描绘了根据本公开的示例性实施例的刺激器300和外部设备400的示意图。
具体实施方式
60.图1描绘了图示根据本公开的示例性实施例的详细电刺激模式100的示意图。具体地，示意图示出了电刺激模式100的以下参数：延迟时间151；确认脉冲150；脉冲序列长度112；脉冲序列间隔113；脉冲序列幅度111；单个脉冲持续时间121；单个脉冲间隔122。此外，可以从图1所示的曲线图中推断出具体的占空比。更具体地，如图1所示，一个脉冲序列110包括几个单个脉冲120，它们都通过单个脉冲间隔122彼此分开。每单位时间的单个脉冲120的数量被定义为单个脉冲频率123。类似地，各个脉冲序列110通过脉冲序列间隔113彼此分开。
61.如图1所示的电刺激模式100是非常基本的，意味着所有单个脉冲具有相同的幅度，确认脉冲150是唯一的例外。因此，该图中没有描绘上升或降低函数。
62.图2描绘了图示根据本公开的另一示例性实施例的调制期间的详细电刺激模式100的示意图。具体地，示出了电刺激模式100，其中电刺激模式100的调制包括在刺激发作101时将脉冲序列幅度111从一个脉冲序列110到连续脉冲序列110逐渐增加160，直到达到确定的目标刺激幅度130。组成一个脉冲序列110的单个脉冲可以都具有相同的幅度或者具有不同的幅度。例如，一个脉冲序列110内的单个脉冲的幅度也可以相对于彼此递增(图2中未示出)。
63.该特征可以通过逐渐增加幅度直到目标刺激幅度130(以便在不唤醒患者500的情况下打开上气道)来帮助增加治疗接受度，以在较短的时间段内保持该目标刺激幅度130，然后减小幅度111，因为保持上气道打开所需的力应该低于打开闭合的上气道所需的力。
64.除了在刺激发作101期间的逐渐增加160之外，图2还示出了电刺激模式100的调制，其形式为在经由具有定义的上升持续时间132的上升达到目标刺激幅度130之后，在每个脉冲序列110内将目标刺激幅度130减小到定义的下降幅度140。具体地，根据图2所示的变化，目标刺激幅度130以或多或少突变方式减小到降低幅度140。换句话说，在达到目标刺激幅度130之后，在每个脉冲序列110内将目标刺激幅度130减小到定义的降低幅度140可以包括幅度的一个明显下降，直到达到定义的降低幅度140。还可能的是，在达到定义的降低幅度140之前，执行到一个或多个中间幅度的更多下降。然后，每个中间幅度的持续时间对于每个中间幅度可以是相同的，或者可以是变化的。
65.此外，如图2所示，每个脉冲序列110内的目标刺激幅度130可以根据包括上升持续时间132的上升函数而达到。上升持续时间132被定义为脉冲序列幅度111达到目标刺激幅度130所花费的时间。有利的是，尽管图2没有明确示出，但是目标刺激幅度130可以在减小到降低幅度140之前保持定义的保持持续时间131。根据优选实施例，保持持续时间131在0毫秒到1000毫秒的范围内，特别是在0毫秒到500毫秒的范围内，其中保持持续时间131被定义为时间段的持续时间，在该时间段期间，目标刺激幅度130保持在一个刺激序列内。
66.图3a-图3d描绘了不同的示意图，每个示意图图示了根据本公开的不同示例性实施例的调制期间脉冲序列110的可能模式。图形显示了脉冲序列幅度111(y轴)随时间(x轴)的变化。具体地，描绘了不同类型的上升和/或降低调制，其中上升被定义为根据包括上升
持续时间132的上升函数，增加一个脉冲序列110内的脉冲序列幅度，直到达到目标刺激幅度130。达到目标刺激幅度130的点被定义为上升点133-上升持续时间132被定义为脉冲序列幅度111达到目标刺激幅度130所花费的时间。在刺激发作101，脉冲序列幅度111从一个脉冲序列110到连续脉冲序列110的逐渐增加160包括将脉冲序列幅度111从一个刺激序列到另一刺激序列逐渐增加，直到达到目标刺激幅度130，并且其中降低被定义为在每个脉冲序列110内将目标刺激幅度130减小到定义的降低幅度140，如本文所公开的。
67.上升具有这样的效果，即，可以避免在刺激初始化之后唤醒患者500。逐渐增加160可以例如仅包括一个可配置参数，即，持续时间，即，延迟时间151之后的一段时间，在此期间幅度将逐渐增加。
68.降低至少有两个主要优点。一个优点在于这样的事实，即，最初经由刺激信号影响或触发的神经纤维不一定需要用相同量的能量进一步刺激，即，较低的脉冲序列幅度111或频率在维持神经影响方面可能与初始幅度或频率一样有效。此外，一旦肌肉经由刺激被激活，它就会收缩。只要这种肌肉收缩被激活，在肌肉中生成刺激的外部设备400与肌肉本身之间的距离将会减小，因为由于收缩，肌肉的至少一部分将更靠近患者500的皮肤表面。因此，外部设备400与刺激器300之间的距离减小。同时，较少的中介组织将位于外部设备400与刺激器300之间。中介组织530可以包括肌肉组织、结缔组织、器官组织或任何其他类型的生物组织。同样，这意味着与初始幅度或频率相比，可能需要较低的脉冲序列幅度或频率来维持肌肉的募集。
69.根据图3a所示的实施例，已经达到目标刺激幅度130。如图所示，根据该具体实施例，以突变方式实现目标刺激幅度130到降低幅度140的减小。换句话说，在已经达到目标刺激幅度130之后，在每个脉冲序列110内将目标刺激幅度130减小到定义的降低幅度140可以包括幅度的一个明显下降，直到达到定义的降低幅度140。当脉冲序列110结束并且没有单个脉冲出现时，降低幅度140突然下降到0。根据图3b所示的实施例，在目标刺激幅度130已经下降到降低幅度140之后，降低幅度140以连续的方式进一步减少到0。
70.图3c和图3d分别示出了与图3a和图3b相同类型的脉冲序列110内的降低调制。然而，在图3c和图3d所示的示例性实施例中，目标刺激幅度130首先通过脉冲序列幅度111的连续上升而达到。每个脉冲序列110内达到定义的目标刺激幅度130的时间点可以被称为上升点133。
71.图4描绘了具有根据本公开的示例性实施例的使用系统200的患者500的部分横截面侧视图。系统200被配置用于患者肌肉的神经调制。更具体地，系统200可以被配置成在患有osa的患者500中传递能量。因此，系统200可以包括外部设备400，该外部设备400被配置用于定位在患者体外。如图4所示，外部设备400可以被配置成固定到患者500。具体地，如图4所示，外部设备400可以被配置成放置在患者下巴下面和/或患者颈部前面。放置位置的合适性可以通过外部设备400与刺激器300之间的通信来确定。外部设备400的其他合适的位置包括用于与偏头痛治疗刺激器300通信的患者头部的后部、用于与胃调制刺激器300通信的患者腹部的外表、用于与肾动脉调制刺激器300通信的患者背部和/或患者皮肤上的任何其他合适的外部位置，这取决于特定应用的需要。
72.如上所述，刺激器300可以被配置成植入患者体内(例如，在患者皮肤下)。图4和图5示出了刺激器300可以被配置成被植入以用于调制与颏舌肌相关联的神经。调制与受试者
舌头肌肉相关联的神经可以包括刺激以引起肌肉收缩。在进一步的实施例中，刺激器300可以被配置成结合人们可能希望调制的任何神经来放置。
73.图5描绘了根据本公开的示例性实施例的舌头和相关联的肌肉和神经(即，舌下神经(xii))的解剖结构。图5进一步描绘了神经510。神经510通过其外侧支(lateral branch)和内侧支(medial branch)支配舌头和其他舌肌的肌肉，包括颏舌肌和颏舌骨肌。颏舌肌的水平隔室(horizontal compartment)主要由神经510的内侧支的内侧三分支纤维支配，该神经在末端分叉处从外侧支分叉。然后内侧支的远端部分变成内侧终末纤维。颏舌肌水平隔室的收缩可以用于打开或维持受试者的气道。其他舌肌的收缩可能有助于其他功能，诸如吞咽、咬字发音和气道的打开或关闭。因为舌下神经510支配几块舌肌，所以对于osa治疗来说，将神经510的调制限制在内侧分支，或者甚至限制在神经510的内侧终末纤维或终末纤维可能是有利的。这样，针对收缩诱导神经调制可以选择性地靶向最负责舌头运动和气道维持的颏舌肌。可替代地，可以选择性地靶向颏舌肌的水平隔室。
74.然而，内侧终末纤维或终末纤维可能难以影响神经调制，因为它们位于颏舌肌的纤维内。本公开的实施例有助于任何这种终末纤维的调制。在一些实施例中，包括至少一对调制电极310和至少一个电路的刺激器300可以被配置成通过受试者下巴下侧的真皮植入。当通过受试者下巴下侧的真皮植入时，刺激器300可以位于受试者舌下神经510的内侧分支的内侧终末纤维附近。图5中描绘了示例性刺激器300的位置。此外，可以通过适合于生成平行电场线的电极配置来增加调制的功效，该平行电场线部分或基本平行于待调制的神经纤维。图5描绘了生成基本平行于内侧终末纤维的电场线(如虚线所示)的电极310。
75.图6a-图6b描绘了根据本公开的示例性实施例的刺激器300和外部设备400的示意图。如图所示，刺激器300可以被配置用于植入患者500，优选地在允许其调制神经的位置。具体地，刺激器300可以位于患者500中，使得中介组织存在于在刺激器300与舌下神经510之间。因此，为了有效的神经调制，刺激器300的位置不需要与神经接触。刺激器300也可以直接位于神经510附近，使得不存在中介组织。
76.在治疗osa时，刺激器300可以位于患者500的颏舌肌上。这样的位置适合舌下神经510的调制，舌下神经510的分支在颏舌肌处延伸。
77.如图6a所示，当肌肉休息时，即，没有收缩时，生成肌肉刺激的外部设备400与肌肉本身之间的距离a1将相对较大。同样，外部设备400与植入的刺激器300之间的距离a1也相对较大，并且许多组织位于外部设备400和刺激器300之间。因此，神经510的初始动作(engagement)需要高强度的刺激。
78.一旦实现肌肉收缩，在肌肉中生成刺激的外部设备400与肌肉本身之间的距离a2将减小，如图6b所示。由于至少一部分肌肉由于收缩将更靠近患者500的皮肤表面，因此外部设备400与刺激器300之间的距离也减小。同时，较少的中介组织将位于外部设备400与刺激器300之间。这意味着与刺激的初始幅度或频率相比，需要较低的脉冲序列幅度111或频率来维持肌肉的募集。换句话说，强度较低的刺激足以维持肌肉收缩。
79.本发明不限于本文描述的实施例之一，而是可以以许多其他方式进行修改。
80.权利要求、说明书和附图所公开的所有特征以及所有优点，包括构造细节、空间布置和方法步骤，它们自身或是通过彼此的各种组合，对于本发明来说是必不可少的。
81.参考标号列表
82.100 电刺激模式
83.101 刺激发作
84.110 脉冲序列
85.111 脉冲序列幅度
86.112 脉冲序列长度
87.113 脉冲序列间隔
88.120 单脉冲
89.121 单脉冲持续时间
90.122 单脉冲间隔
91.130 目标刺激幅度
92.131 保持持续时间
93.132 上升持续时间
94.133 上升点
95.140 降低幅度
96.150 确认脉冲
97.151 延迟时间
98.160 逐渐增加
99.200 系统
100.300 刺激器
101.310 电极
102.400 外部设备
103.500 患者
104.510 神经
105.530 中介组织
106.600 颏舌肌
107.a1，a2 距离