用于电刺激的电极系统的制作方法
【专利说明】用于电刺激的电极系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求下列临时申请的利益:2013年8月27日提交的序列号为-61/870,631的美国临时申请、2013年8月27日提交序列号为61/870,640的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870,643的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870,653的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870,658的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870,665的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870，710的美国临时申请、2013年8月27日提交的序列号为61/870,713的美国临时申请以及2013年8月27日提交的序列号为-61/870，715的美国临时申请，以上每个临时申请通过该引用以其整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及生物信号领域，且更具体地涉及用于电刺激的新的和有用的电极系统。
[0004]背景
[0005]在生物信号领域中的电极系统用于将电信号传输到受验对象，并可用于检测或测量来自受验对象的生物信号。然而由于很多原因一一包括在受验对象和系统的电极(多个)之间的不充分接触、在受验对象和系统的电极(多个)之间的非稳健接触、当使用电极系统时的受验对象不舒适和/或在多个电刺激或生物信号检测范式内的有限使用，用于电刺激和/或生物信号检测的当前电极系统是不充分的。
[0006]因此，在生物信号领域中存在对用于电刺激和生物信号检测的新的和有用的电极系统的需要。本发明提供这样的新的和有用的系统。
[0007]附图简述
[0008]图1描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的示意图；
[0009]图2A-2C描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的实施方式中的渗透体的阵列的变形；
[0010]图3A描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的变形；
[0011]图3B描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的实施方式中的壳体表面的变形；
[0012]图4A和4B描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的实施方式中的突出部的阵列的变形；
[0013]图5A-5C描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的部分的第一例子；
[0014]图6A-6C描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的部分的第二例子；
[0015]图7A和7B描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的部分的额外的变形；
[0016]图8A和SB描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的第一例子的额外部分；
[0017]图9A和9B描绘用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的一部分的变形；
[0018]图1OA和1B描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统中的突出部配置的变形；
[0019]图11描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统中的定位模块的变形；
[0020]图12A-12B描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的实施方式中的用于移动用户的头发的模块的实施方式；以及
[0021]图13A-13D描绘在用于提供电刺激和/或检测用户的生物信号的系统的实施方式中的用于夹住用户的头发的模块的实施方式。
[0022]优选实施方式的描述
[0023]本发明的优选实施方式的下面的描述并不打算将本发明限制于这些优选实施方式，而是使本领域中的任何技术人员能够制造和使用本发明。
[0024]1.系统
[0025]如在图1中所示，用于向用户提供电刺激的系统100的实施方式包括:渗透体110的阵列，其被配置成吸收并输送促进在系统和用户的身体部位之间的电耦合的溶液；壳体105，其界定突出部120的阵列并包括:分布在突出部中的整个阵列中的通道130的阵列，在通道的阵列中的每个通道围绕渗透体的阵列的一个渗透体并被配置成将溶液输送到渗透体，以及被配置成将溶液分布到通道的阵列的歧管140;电子子系统150，其包括电源模块151和刺激发生器153，并且被配置成传输刺激并促进经由渗透体的阵列的生物电信号检测；以及耦合子系统160，其包括与壳体的内部部分进行电连通的第一电耦合区161和被配置成将第一电耦合区耦合到电子子系统的第二电耦合区162。
[0026]系统100起作用来将电刺激传输给用户并可附加地或可选地起作用来通过提供在用户和一组电极接头之间的稳健连接来检测来自用户的生物信号。此外，系统100优选地起作用来以非侵入方式与用户直接连接，以便传输电刺激和/或检测来自用户的生物信号(例如无源信号、诱发反应)。然而，电极系统100可以可选地以侵入方式与用户连接(例如通过包括被配置成穿透用户的皮肤的元件)。
[0027]在实施方式中，系统100可被配置成传输单个形式或多个形式的电刺激。同样地，在一些例子中，系统100可被配置成传输下列项中的一项或多项:以经颅直流刺激(tDCS)、经颅交流刺激(tACS)、经颅磁刺激(TMS)、经颅随机噪声刺激(tRNS)、经颅可变频率刺激(tVFS)的形式的经颅电刺激(TES)以及任何其它适当形式的TES。此外，在上述例子和变形的任一个中，系统100可被配置成输送刺激作为阳极刺激和/或阴极刺激。在其它例子中，电刺激可附加地或可选地包括被配置成以任何适当的穿透深度来刺激用户的身体的任何其它适当的部位和/或任何适当的组织结构(例如神经的、肌与骨骼的)的任何其它形式的电刺激。
[0028]在一些变形中，由系统100的元件(例如机械方面)提供的与用户的稳健连接附加地或可选地适用于刺激的非电模式的传输。同样地，系统100还可附加地或可选地被配置成通过使用任何适当的换能器或一组换能器(代替电极接头或除了电极接头以外)来传输非电模式的刺激(例如超声刺激、光刺激)。例如，系统100的一个变形可用于提供在用户的期望身体部位处的超声换能元件，如由被配置成将屏障移动到用户的身体部位处的超声刺激的突出部的阵列促进的。在这个变形中，超声换能元件可被配置在沿着突出部的长度的任何适当位置处和/或在突出部的远端处。然而，其它变形可被配置成包含用于刺激用户的任何其它元件(多个)。
[0029]在一些实施方式中，系统100可附加地或可选地被配置成检测来自用户的生物信号。优选地，电极系统100被配置成检测来自用户的生物电信号，且在一个例子中被配置成检测可反映用户的认知状态的脑电图仪(EEG)信号。在其它例子中，生物电信号可附加地或可选地包括下列项中的任何一项或多项:脑磁波描记器(MEG)信号、皮肤电反应(GSR)信号、眼电图描记器(EOG)信号、肌电图描记器(EMG)信号和用户的任何其它适当的生物信号。系统100的其它变形可被配置成检测来自用户的任何其它适当的信号(例如与血流量有关的光信号)O
[0030]1.1系统-电极接头组件
[0031]电极接头组件优选地包括渗透体110的阵列和起作用来促进在系统100和用户的身体部位之间的可靠和稳健电连接的产生的壳体105。在一些实施方式中，系统100可包括两个电极接头组件，其包括起阳极电极的作用的第一电极接头组件101和起阴极电极的作用的第二电极接头组件102，其中第一电极接头组件101和第二电极接头组件102两者都耦合到电子子系统150，如在下面进一步详细描述的。在具有多个电极接头组件的系统100的变形中，一个电极接头组件可被配置成耦合到用户的第一身体部位，而另一电极接头组件可被配置成耦合到用户的第二身体部位。此外，在一些变形中，电极接头组件可附加地或可选地被配置有起阴极的作用的区和起阳极的作用的区，或被配置有耦合到或多路复用到电子子系统150的一组区，使得在这组区中的每个区被配置成独立于在该组区中的其它区以独特和/或可控制的方式(例如使用期望的量的电流或电压)输送刺激。然而，系统100可包括被以任何其它适当的方式布置的任何适当数量的电极接头组件，其一些变形也被在下面进行描述。
[0032]渗透体110的阵列起作用来吸收并输送促进在系统和用户的身体部位之间的电耦合的溶液。身体部位优选地是用户的头部位，且在特定的例子中是被定义为用户的头皮的一部分的部位。同样地，在特定的例子中，渗透体的阵列被优选地配置成促进电连接的产生以通过用户的头发、头皮和头盖骨刺激用户的大脑。然而，用户的身体部位可以可选地是可以经由渗透体110的阵列被以电刺激治疗的和/或可传输来自用户的生物信号用于由系统100检测的用户身体的任何其它适当部位(例如躯干部位、四肢部位、肢体部位等)。
[0033]渗透体110的阵列优选地起湿电极接头的作用，湿电极接头包括被配置成提供到(例如用于提供刺激并检测信号的电气子系统的)电源的导电连接的流体吸收材料。流体吸收材料优选地具有均匀基质，但可以可选地具有非均匀基质。此外，流体吸收材料优选地具有高润湿度(例如，如由低接触角指示的，如由亲水行为指示的)，但可以可选地以任何适当的润湿性行为为特征。在一些变形中，渗透体110的阵列的流体吸收材料可包括下列项中的任一项或多项:水凝胶材料(例如硅水凝胶、甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、聚乙烯醇水凝胶等)、被使用导电元件(例如通过混合、通过模板成形、通过沉积、通过印刷、通过电纺丝等)处理(例如去籽、涂覆、分层等)的水凝胶材料、天然海绵、合成海绵(例如纤维素海绵、聚合物海绵)、织物(例如编织材料)、流体可渗透的材料(例如可渗透或半渗透膜)和任何其它适当的流体吸收材料。同样地，流体吸收材料优选地提供湿接触点并防止用于电耦合的溶液以不受控制的方式(例如，如由流体渗漏指示的)的泄漏。
[0034]在一些变形中，渗透体110的阵列的流体吸收材料可被配置成当流体吸收时经历形态和/或几何变化。在一个这样的例子中，流体吸收材料可以是压缩干燥的或真空干燥的并在干燥压缩状态中被提供，其允许渗透体110的阵列的渗透体111在电极系统100应用于用户的期间处于压缩状态中，并可在湿润配置中流体吸收时膨胀，从而促进与用户的电耦合，提供较大的电极到组织接触面积和/或在电极到组织接口的电阻的减小，和/或实现屏障(例如头发)到电耦合的位移。在另一这样的例子中，流体吸收材料可以是在湿润状态和干燥状态之间转变时经历形态变化(例如可逆形态变化、不可逆形态变化)的形状记忆材料。在又一例子中，流体吸收材料可在从干燥状态转变到湿润状态时经历非均匀膨胀(例如通过小孔的空间分布、通过小孔的尺寸分布、通过形状记忆行为等)。
[0035]在上面的变形和例子中，由流体吸收材料吸收的流体可包括盐水、电解质溶液、电极凝胶、水或促进在渗透体110的阵列和用户之间的电耦合的任何其它适当的流体。此外，流体可用于促进侵入以及非侵入电刺激的管理和/或来自用户的生物信号的检测。此外，可针对下列项中的一项或多项处理渗透体110的阵列的流体吸收材料:生物相容性(例如与抗过敏剂)、可复用性(例如与抗菌剂或与抗真菌剂)、不可复用性(例如与促进在流体吸收材料的功能中的降级的制剂)、杀菌和任何其它适当的属性。在上述处理的任一个中，可在用户使用渗透体110的阵列之前、期间和/或之后执行处理(多个)。此外，流体可包含适合于到组织的离子电渗法输送的制剂(例如盐酸利多卡因)，或渗透体110的阵列的材料可被使用适合于离子透入疗法的制剂来处理，使得制剂被从渗透体110洗脱并由电流促使进入组织内。在这个变形中，制剂可被选择来执行与电刺激的输送(例如与电刺激相关的不希望有的肤觉的减少)有关的治疗功能或任何其它期望的治疗功能。
[0036]渗透体110的阵列被优选地以图案化的阵列与壳体120的特征来配合布置，如下所述;然而，渗透体110的阵列可以可选地被以非图案化(例如不规则的)阵列与壳体120的特征配合布置。在如一个变形中，在图2A中所示，渗透体110’的阵列被布置为一维阵列，其中在渗透体110的阵列中的每个渗透体111与相邻渗透体间隔开一个空间。一维阵列可定义线性图案或非线性图案，并可附加地或可选地包括弯曲部分。此外，当吸收流体时，渗透体的阵列的渗透体111可被配置成接触相邻的渗透体(例如由于当流体吸收时膨胀)或可被配置成维持与相邻渗透体的期望的间隔。在另一变形中，渗透体110”的阵列被布置为二维阵列，其中在渗透体110的阵列中的每个渗透体111与相邻渗透体间隔开一个空间。二维阵列可定义矩形图案、多边形图案、圆形图案、椭圆形图案、无定形图案和任何其它适当图案中的一个或多个。此外，当吸收流体时，渗透体的阵列的渗透体111可被配置成接触相邻的渗透体(例如由于