电刺激疗法中的电极极性切换的方法和系统的制作方法

电刺激疗法中的电极极性切换的方法和系统的制作方法
【专利摘要】用于电刺激的身体组织以改善功能或减轻症状的方法，其提供一种具有两个或多个电极的电刺激系统，所述电极能够被从超极化(去极化)状态独立地切换到次极化状态。超极化电极和电极极化的多种组合通过极性切换创建，以确定具有通过症状报告和临床诊断测试确定的最佳性能的极性配置。极性切换是手动触发的，或被编程以自动切换。确定提供导致最大益处的电刺激的配置允许系统以一个或多个电极处于次极化状态操作，从而降低能量需求、组织耐受和组织疲劳。
【专利说明】
电刺激疗法中的电极极性切换的方法和系统
[0001] 交叉引用
[0002] 本说明书依赖于2013年9月3日提交的题为"电刺激疗法中的电极极性切换的方法 与系统"的美国临时专利申请No. 61 /873，229。该申请通过引用以其整体并入本文。
[0003] 本说明书还涉及2014年3月7日提交的题为"用于生物系统的电刺激的设备和植入 系统"的美国临时专利申请No. 14/201，766，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
[0004] 本说明书总体涉及包括生物系统的电刺激的疗法。更具体地，本说明书涉及改变 电刺激电极的极性以改善治疗的功效并减少组织疲劳的方法和系统。
【背景技术】
[0005] 神经和周围组织的电刺激用于治疗各种病症。例如，电刺激可以用于恢复外伤性 损伤后的肢体或器官的局部功能。电刺激也可以用于减轻疼痛。具体地，电刺激可以用于治 疗与胃肠(GI)系统相关的疾病，诸如肥胖症和胃食管反流病(GERD)。
[0006] 电刺激治疗系统通常包括电脉冲发生器和一根或多根刺激引线。引线包括通过一 根或多根细长的绝缘导线连接到脉冲发生器的一个或多个暴露的电极。引线通常被锚固就 位，使得电极被定位并保持靠近目标神经或组织。脉冲发生器通常可以关于脉冲振幅、频率 和持续时间进行编程。
[0007] 胃电刺激(GES)是旨在治疗肥胖症和GERD的治疗方法。GES采用可植入的类似起搏 器的设备提供到胃肠道的低水平电刺激。对于肥胖症，GES通过破坏蠕动周期和/或刺激肠 神经系统进行操作，从而增加患者体验到的饱足感的持续时间。该过程涉及外科医生将电 引线缝合到胃壁的外衬。引线然后被连接到就在腹部皮肤下植入的设备。使用与该设备通 信的外部编程器，外科医生建立适合于患者的电刺激水平。IntraPace制造的Abiliti?可植 入胃刺激设备目前在欧洲可商购用于治疗肥胖症。
[0008] 在另一例子中，Medtronic提供了Enterra?疗法的出售和使用，所述疗法用于与胃 轻瘫相关联的慢性恶心和呕吐在常规药物治疗无效时的治疗。该Enterra?疗法使用温和的 电脉冲刺激肠胃。根据Medtronic，这种电刺激有助于控制与胃轻瘫相关联的症状，包括恶 心和呕吐。
[0009] 电刺激也被建议用于在GERD的治疗中使用，其中该刺激被提供到下食道括约肌 (LES)。例如，在转让给Endostim公司的编号为6，901，295的美国专利中提供了一种用于下 食道括约肌(LES)的电刺激的方法和装置。电极组以通过周围组织和神经的电刺激诱发LES 收缩的布置放置在食道中。电刺激通过脉冲发生器施加持续时间变化并且频率变化的周 期，从而产生所需收缩。该治疗可以是短期的，或者可以在患者的整个寿命中持续，以达到 理想的治疗效果。刺激电极组可以单独使用或与感测食管蠕动的电极结合使用。电极组可 以用内窥镜、外科手术或放射学放置。所引用的发明依赖于感测食道中的特定生理变化，诸 如食道的pH变化，以检测反酸。一旦识别出食道中的pH变化，系统产生试图即刻合拢LES并 中止反酸事件的电刺激。美国专利No. 6,901,295通过引用以其整体并入本文。
[0010]虽然目前的利用生物体组织的电刺激的治疗方法和系统是有效的，但它们并不是 没有缺点。例如，刺激电极的放置并不总是理想的。在具有多于一个电极的系统中，特定的 电极可能会定位成比另一电极更靠近目标组织，因此使得该特定电极更有效。另外，通过电 极组的所有电极对目标组织的一致刺激经常导致组织耐受和疲劳。因此，所需要的是一种 解决组织的耐受和疲劳以及电极放置问题的方法和系统。

【发明内容】

[0011] 本说明书公开了一种使得电极的极性能够切换的系统，使得更好地放置的电极或 多个电极优先刺激所述目标组织，同时一个或多个其他电极变得次极化 (hypopolarizing)。这样的系统具有更低的能量需求，并且它的使用导致较少的组织耐受 和肌肉疲劳。
[0012] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器，并且由可操作地连接至所述脉冲发生器的第 一刺激电极和可操作地连接到所述脉冲发生器的第二刺激电极组成，其中，所述第一刺激 电极是超极化的（hyperpolarizing)(允许组织去极化），而所述第二刺激电极是次极化的 (作为参考，保持组织极化）；使用所述第一和/或第二刺激电极刺激所述身体组织;切换所 述第一和/或第二电极的极性，使得所述第一刺激电极变得次极化，而所述第二刺激电极变 得超极化;和，在切换所述第一和/或第二电极的极性后刺激所述身体组织。
[0013] 所述第一和第二电极的极性切换可以通过患者或医生手动地实现并且是可编程 的。所述第一和第二电极极性切换可以自动地实现并且可以是可编程的。可选地，所述第一 和第二电极极性的自动切换发生在一天的特定时间、在特定时段后、在刺激疗程之间、每隔 一个脉冲、每隔η个脉冲、每隔一个脉冲串、每隔η个脉冲串、每隔一天、每隔一周或任何期望 的时间间隔。可选地，在预定测量参数超过预定阈值时，所述第一和第二电极极性的自动切 换发生。所述第一和第二电极极性的自动切换可能在患者下食道中的pH水平高于或低于预 定阈值时发生。
[0014] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个电极的脉冲发生器，其中，包括 所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不在所 述第一组中的电极的第二电极组是次极化的；测量使用所述第一和第二电极组的电刺激的 功效;通过切换所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性而解散所述第一和第二电极 组，从而产生第三电极组和第四电极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但 不是所有的所述第三组是超极化的，而包括不在所述第三组中的电极的第四组是次极化 的，并且其中，所述第一组不同于所述第三组，并且所述第二组不同于所述第四组；测量使 用所述第三和第四电极组的电刺激的功效;连续地改变一个或多个电极的极性以创建不同 于以往的任何超极化组的不同超极化电极组和不同于以往的任何次极化组的不同次极化 电极组，直到超极化电极组和次极化电极组的所有可能组合已被创建;并且，测量使用每对 新的组的电刺激的功效，以确定表现出最好的性能的电极极性配置。
[0015] 可选地，在上述方法中使用的系统包括三个刺激电极。可选地，在上述方法中使用 的系统包括四个刺激电极。可选地，在上述方法中使用的系统包括四个以上的刺激电极。
[0016] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到一个刺激电极的脉冲发生器，其中，所述一 个刺激电极靠近目标组织植入，并且其中所述可植入脉冲发生器包括充当返回电极的金属 壳体，另外其中，所述可植入脉冲发生器远离所述目标组织植入，其中所述一个刺激电极是 超极化的；测量使用所述一个超极化刺激电极和所述壳体的电刺激的功效;切换所述一个 刺激电极的极性，使得它变得次极化;和测量使用所述一个次极化刺激电极和所述壳体的 电刺激的功效。
[0017] 可选地，在上述方法中使用的系统包括两个或多个电极，其中，包括所述两个或多 个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不在所述第一组中的 电极的第二电极组是次极化的；其中，所述方法还包括测量使用所述第一和第二电极组的 电刺激的功效;通过切换所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性而解散所述第一和 第二电极组，从而产生第三电极组和第四电极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个 或多个但不是所有的所述第三组是超极化的，而包括不在所述第三组中的电极的第四组是 次极化的，并且其中，所述第一组不同于所述第三组，并且所述第二组不同于所述第四组； 测量使用所述第三和第四电极组的电刺激的功效;连续地改变一个或多个电极的极性以创 建不同于以往的任何超极化组的不同超极化电极组和不同于以往的任何次极化组的不同 次极化电极组，直到超极化电极组和次极化电极组的所有可能组合已被创建;并且，测量使 用每对新的组的电刺激的功效，以确定表现出最好的性能的电极极性配置。
[0018] 可选地，在上述方法中使用的系统包括三个刺激电极。可选地，在上述方法中使用 的系统包括四个刺激电极。可选地，在上述方法中使用的系统包括四个以上的刺激电极。
[0019] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个刺激电极的脉冲发生器，其中， 包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不 在所述第一组中的电极的第二电极组是次极化的；响应于症状的恶化，通过切换所述两个 或多个电极中的至少一个电极的极性而解散所述第一和第二电极组，从而产生第三电极组 和第四电极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的所述第三组 是超极化的，而包括不在所述第三组中的电极的第四组是次极化的，并且其中，所述第一组 不同于所述第三组，并且所述第二组不同于所述第四组;确定症状是否通过使用所述第三 和第四电极组的电刺激得到改善;和，连续地改变一个或多个电极的极性以创建不同于以 往的任何超极化组的不同超极化电极组和不同于以往的任何次极化组的不同次极化电极 组，直到创建了导致改善症状的电刺激的一对组。
[0020] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括脉冲发生器，并且由可 操作地连接到所述脉冲发生器的两个刺激电极组成，其中，所述两个刺激电极中的第一个 是超极化的，而所述两个刺激电极中的第二个是次极化的，另外其中所述两个刺激电极的 极性能够切换，使得所述两个刺激电极中的所述第一个变得次极化，而所述两个刺激电极 中的所述第二个变得超极化。
[0021] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括:可操作地连接到两个 或多个刺激电极的脉冲发生器，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所 有的第一电极组是超极化的，而包括不在所述第一组中的电极的第二电极组是次极化的； 其中，所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性能够被切换，从而解散所述第一和第 二电极组，以产生第三电极组和第四电极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多 个但不是所有的所述第三组是超极化的，而包括不在所述第三组中的电极的第四组是次极 化的，并且其中，所述第一组不同于所述第三组，并且所述第二组不同于所述第四组。
[0022] 可选地，所述系统包括三个刺激电极。可选地，所述系统包括四个刺激电极。可选 地，所述系统包括四个以上的刺激电极。
[0023] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括:可操作地连接到一个 刺激电极的脉冲发生器，其中，所述一个刺激电极靠近目标组织植入，并且其中所述可植入 脉冲发生器包括充当返回电极的金属壳体，另外其中，所述可植入脉冲发生器远离所述目 标组织植入，其中所述一个刺激电极能够从超极化状态切换到次极化状态。
[0024] 可选地，所述系统包括可操作地连接到脉冲发生器的两个或多个刺激电极，其中， 包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不 在所述第一组中的电极的第二电极组是次极化的，其中，所述两个或多个电极中的至少一 个电极的极性能够被切换，从而解散所述第一和第二电极组，以产生第三电极组和第四电 极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的所述第三组是超极化 的，而包括不在所述第三组中的电极的第四组是次极化的，并且其中，所述第一组不同于所 述第三组，并且所述第二组不同于所述第四组。
[0025]可选地，所述系统包括三个刺激电极。可选地，所述系统包括四个刺激电极。可选 地，所述系统包括四个以上的刺激电极。
[0026] 可选地，所述系统的壳体包括密封钛(hermetic titanium)。可选地，所述系统的 壳体的一部分涂覆有电绝缘材料。可选地，所述系统的壳体包括在表面有暴露电极的生物 相容性塑料(例如，环氧树脂）。
[0027] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器，并且由可操作地连接到所述脉冲发生器的第 一电极和可操作地连接到所述脉冲发生器的第二电极组成，其中，所述第一电极是超极化 的，而所述第二电极是次极化的;利用所述第一和第二电极施加电脉冲到所述身体组织;切 换所述第一和第二电极的极性，使得所述第一电极变得次极化，而所述第二电极变得超极 化;和，在切换所述第一和第二电极的极性之后施加电脉冲到所述身体组织。
[0028] 所述第一和第二电极的极性切换可以通过人手动地实现。可选地，所述第一和第 二电极极性切换可以自动地实现并且可以是可编程的。可选地，所述第一和第二电极极性 的自动切换在被编程到所述电刺激系统的控制器内的时刻发生，其中所述时刻可以从一天 的特定时间、在特定时段后、在刺激疗程之间、每隔一个脉冲、每隔η个脉冲、每隔一个脉冲 串、每隔η个脉冲串、每隔一天、每隔一周或任何期望的时间间隔中选择。
[0029] 可选地，在预定测量参数超过预定阈值时，所述第一和第二电极极性的自动切换 发生。所述第一和第二电极极性的自动切换可以在患者下食道中的pH水平高于或低于预定 阈值时发生。
[0030] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个电极的脉冲发生器，其中，包括 所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不在所 述第一组中的电极的第二电极组是次极化的；改变一个或更多电极的极性，并且对所述电 极重新分组，从而创建具有不同于先前的超极化电极组的新的超极化电极组，并且创建具 有不同于先前的次极化电极组的新的次极化电极组;并且，测量通过每对新的超极化电极 组和次极化电极组施加的电脉冲的疗效，从而确定优选的电极极性配置。
[0031] 可选地，在上述方法中使用的系统包括三个刺激电极。可选地，在上述方法中使用 的系统包括四个刺激电极。可选地，在上述方法中使用的系统包括四个以上的刺激电极。
[0032] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到一个电极的脉冲发生器，其中，所述一个电 极靠近目标组织植入，其中所述可植入脉冲发生器包括构造为返回电极的金属壳体，其中， 所述可植入脉冲发生器远离所述目标组织植入，并且其中，所述一个电极是超极化的;测量 使用所述一个超极化刺激电极和所述壳体的施加的电脉冲的疗效;切换所述一个电极的极 性，使得它变得次极化;和测量使用所述一个次极化电极和所述壳体施加的电脉冲的疗效。
[0033] 所述系统可包括两个或多个电极，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多 个但不是所有的第一电极组是超极化的，而包括不在所述第一组中的电极的第二电极组是 次极化的；其中，所述方法还包括以下步骤:测量使用所述第一和第二电极组施加的电刺激 的功效;切换所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性;对所述两个或多个电极重新 分组从而产生第三电极组和第四电极组，其中，所述第三电极组包括所述两个或多个电极 中的一个或多个但不是所有，并且是超极化的，其中，第四电极组包括不在所述第三电极组 中的电极，并且是次极化的，并且其中所述第三电极组中的至少一个电极不同于所述第一 电极组中的至少一个电极，并且其中所述第四电极组中的至少一个电极不同于所述第二电 极组中的至少一个电极;测量使用所述第三和第四电极组的电脉冲的疗效;重复地改变一 个或多个电极的极性以创建不同于以往的超极化组的新的超极化电极组，并且创建不同于 以往的次极化组的新的次极化电极组，直到已经创建了超极化电极组和次极化电极组的至 少两个组合;并且，测量使用每组电极的电脉冲的疗效，以确定表现出最好的性能的电极极 性配置。
[0034]可选地，在上述方法中使用的系统包括三个刺激电极。可选地，在上述方法中使用 的系统包括四个刺激电极。可选地，在上述方法中使用的系统包括四个以上的刺激电极。
[0035]本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个电极的脉冲发生器，其中，包括 所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，并且其中包括 不在所述第一组中的电极的第二电极组是次极化的；切换所述两个或多个电极中的至少一 个电极的极性，以将所述第一和第二电极组重新分组，以创建第三电极组和第四电极组，其 中，所述第三电极组包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有，并且是超极化 的，而所述第四电极组包括不在所述第三组中的电极，并且是次极化的，并且其中，所述第 一电极组不同于所述第三电极组，并且所述第二电极组不同于所述第四电极组；确定患者 的症状是否通过使用所述第三和第四电极组的电刺激得到改善;和，重复地改变一个或多 个电极的极性以创建不同于以往的任何超极化电极组的不同超极化电极组和不同于以往 的任何次极化电极组的不同次极化电极组，直到创建了改善患者的症状的一对电极组。
[0036] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括:脉冲发生器;控制器； 可操作地连接到所述脉冲发生器和所述控制器的至少两个电极，其中，所述控制器被编程 为通过所述两个电极中的第一个提供超极化脉冲流，并且编程为通过所述两个电极中的第 二个提供次极化脉冲流，并且其中所述控制器被构造为切换所述两个电极的极性，使得所 述两个电极中的第一个变成次极化的，而所述两个电极中的第二个变成超极化的。
[0037] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括:两个或多个电极;和， 脉冲发生器，其可操作地连接到两个或多个电极，并且被编程为使得包括所述两个或多个 电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，并且包括不在所述第一组中的 电极的第二电极组是次极化的，其中，所述脉冲发生器构造为切换所述两个或多个电极中 的至少一个电极的极性，使得所述第一和第二电极组重新分组成第三电极组和第四电极 组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的所述第三电极组是超极 化的，而包括不在所述第三组中的电极的所述第四电极组是次极化的，并且其中，所述第一 电极组不同于所述第三电极组，并且所述第二电极组不同于所述第四电极组。
[0038]可选地，所述系统包括三个刺激电极。可选地，所述系统包括四个刺激电极。可选 地，所述系统包括四个以上的刺激电极。
[0039] 本说明书还公开了一种用于电刺激身体组织的系统，包括：电极；和脉冲发生器， 其中，所述脉冲发生器可操作地连接到一个电极，其中，所述一个电极适合于靠近目标组织 植入，其中所述可植入脉冲发生器包括构造为返回电极的金属壳体，另外其中，所述可植入 脉冲发生器适合于相对电极远离所述目标组织植入，并且其中，所述脉冲发生器构造为将 电极从超极化状态切换为次极化状态。
[0040] 可选地，所述系统包括三个刺激电极。可选地，所述系统包括四个刺激电极。可选 地，所述系统包括四个以上的刺激电极。
[0041] 可选地，所述金属壳体包括密封钛。可选地，所述金属壳体的一部分涂覆有电绝缘 材料。可选地，所述金属壳体包括在表面有暴露电极的生物相容性塑料。
[0042] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器和可操作地连接到所述脉冲发生器的多个电 极，其中至少一个电极是超极化的，并且至少一个电极是次极化的;使用所述至少一个超极 化电极和至少一个次极化电极刺激所述身体组织;切换所述至少一个次极化电极和至少一 个超极化电极的极性，使得所述超极化电极成为次极化电极，而所述次极化电极成为超极 化电极；以及，在切换所述次极化和超极化电极的极性后刺激所述身体组织。
[0043] 本说明书还公开了一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤:在患者中植入电 刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器和可操作地连接到所述脉冲发生器的两个电 极，其中，第一电极被构造为阳极，而第二电极被构造为阴极;使用所述阳极和阴极刺激所 述身体组织;切换所述阴极和阳极的极性，使得所述阳极成为阴极，而所述阴极成为阳极； 以及，在切换所述两个电极的极性后刺激所述身体组织。
[0044] 本发明的前述和其他实施例应在附图和下面提供的详细说明中更深入地描述。
【附图说明】
[0045] 下面结合附图考虑，通过参考详细描述而更好地理解本发明的这些和其他特征和 优点，本发明的这些和其他特征和优点将被更好地理解，在所述附图中：
[0046]图1A是患者的胃肠道的上部的示图，其描绘了一种有靠近下食道括约肌(LES)定 位的两个连接刺激电极和远离LES定位的一个连接刺激电极的可植入脉冲发生器(IPG); [0047]图1B是患者的胃肠道的上部的示图，其描绘了一种有靠近下食道括约肌(LES)定 位的四个连接刺激电极和远离LES定位的一个连接刺激电极的可植入脉冲发生器(IPG); [0048]图2A是患者的胃和食道的下部的示图，其描绘了邻近下食道括约肌(LES)定位的 两个刺激电极；
[0049]图2B是患者的胃和食道的下部的示图，其描绘了邻近下食道括约肌(LES)定位的 四个刺激电极；
[0050]图3是列出在通过手动切换新植入的刺激系统的电极极性而确定目标组织的电刺 激的最大功效的方法的一个实施例中包括的步骤的流程图；
[0051 ]图4是列出在通过手动切换新植入的刺激系统的电极极性而确定目标组织的电刺 激的最大功效的方法的另一实施例中包括的步骤的流程图；和，
[0052] 图5是列出在改善患者症状的努力中手动切换植入的刺激系统的电极极性的方法 的一个实施例中包括的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0053] 本说明书公开了切换刺激电极的极性以更有效地治疗生物系统的症状的方法和 系统。在一个实施例中，一种系统包括可操作地连接到两个或多个刺激电极的可植入脉冲 发生器。刺激电极邻近目标组织定位，并且电脉冲从脉冲发生器发送到电极以电刺激所述 组织，导致特定症状的改善。改善可以通过患者报告的症状减少、患者用药需要的减少和/ 或诊断测试来测量。在多种实施例中，该系统的一个或多个第一电极的极性被切换成为超 极化(去极化），而一个或多个第二电极的极性被切换成为次极化。然后观察极性切换的效 果。如果患者改善，则集中于超极化电极(多个超极化电极)的特定刺激参数被开发。如果患 者保持相同或恶化，则电极的极性被再次切换，使得不同于所述一个或多个第一电极的所 述一个或多个电极的极性的变得超极化，而不同于所述一个或多个第二电极的所述一个或 多个电极的极性的变得次极化。极性切换以这种方式继续，直到导致患者改善的超极化与 次极化电极组合被发现。
[0054] 在另一实施例中，一种系统包括可操作地连接到一个刺激电极的可植入脉冲发生 器(IPG)，和充当返回电极的"密封壳体"（IPG壳体的密封钛部分）。在本实施例中，刺激电极 接近目标组织定位，而密封壳体远离目标组织定位，导致单极刺激。在一个实施例中，密封 壳体植入腹部的皮下组织中。在一个实施例中，所述密封壳体具有尺寸为约40mm X 50mm X 11.5mm的长方体形状。在系统包括微刺激器的另一实施例中，所述密封壳体被植入在胃肠 (GI)道中，例如，在胃或食道中，或者只是在胃肠道外的腹腔内。在本实施例中，所述密封壳 体具有长方体形状并且尺寸大致为25mm X 8mm X 5mm。在一个实施例中，所述密封壳体由钛 制成。在另一实施例中，所述密封壳体的一部分可以涂有电绝缘材料以限制返回电极的尺 寸和/或位置。在另一实施例中，所述密封壳体由在表面有暴露电极的生物相容的环氧树脂 组成。
[0055] 在多种不同的实施例中，极性切换是自动的、由患者和/或医生手动触发的、基于 预先设定的时间或周期和/或基于预定阈值要求。
[0056]在多种不同的实施例中，极性被切换以改善系统功效，提高系统的安全性，确定系 统有效性，减少组织耐受性，减少肌肉疲劳和/或降低能量需求。有时，接近神经结构或其他 身体组织的刺激电极会引起患者的异常感觉或不适。在多种实施例中，切换电极的极性避 免了由患者经历的不适，从而提高了系统的安全性。
[0057]在多种实施例中，所治疗的症状包括肥胖症、GERD、尿失禁、大便失禁、肌肉骨骼 和/或神经疼痛或响应于电刺激疗法的任何其他症状。
[0058] 在本说明书中，术语"超极化"是指将身体组织的极化增加到比所述身体组织的静 息电位高的任何水平，而术语"次极化"指的是将身体组织的极化降低到比所述身体组织的 静息电位小的任何水平。在一个实施例中，超极化的电极被构造为阴极。在一个实施方案 中，超极化的电极被构造为阳极。在本说明书中的多种实施例，一个或多个刺激电极是超极 化的，并且起到超极化周围组织的作用，而一个或多个其他刺激电极是次极化的，并起到次 极化周围组织的作用。刺激电极提供信号到或者超阈值(兴奋)或者亚阈值(非兴奋)的周围 组织。根据本说明书中的多种实施例，刺激电极的极化状态是相反的，使得所述一个或多个 初始超极化的电极成为次极化的，而一个或多个其他初始次极化的电极成为超极化的。
[0059] 本发明针对多个实施例。下面的公开提供用于使本领域普通技术人员能够实践本 发明。在本说明书中使用的语言不应被解释为对任一特定实施例的总体否定，或用于限定 超出其中使用术语的含义的权利要求。本文所定义的一般原理可应用于其他实施例和应 用，而不脱离本发明的精神和范围。另外，所使用的术语和措辞是用于描述示例性实施例的 目的，而不应该被认为是限制性的。因此，本发明应被赋予涵盖与所公开原理和特征一致的 许多替代方案、变体和等同物的最宽范围。为了清楚起见，涉及在本发明技术领域中已知的 技术材料的细节没有被详细描述，以免不必要地混淆本发明。
[0060] 图1A是患者胃肠道的上部的示图，其描绘了有定位接近下食道括约肌(LES)llO的 两个连接刺激电极106、107的可植入脉冲发生器（IPG) 105。在图示的实施例中，IPG 105被 植入在患者腹部的皮下组织中，并经由绝缘导线115连接到刺激电极106、107。图示的实施 例被用于治疗遭受胃食管反流病(GERD)的患者。包含IPG 105和刺激电极106、107的系统输 送电刺激到下食道括约肌(LES)llO的组织以及其周围组织，特别是肌肉和神经。所述组织 的电刺激导致LES肌肉收缩，合拢括约肌，因而防止来自胃103的胃内容物返流进入食道 102〇
[0061] 图1B是患者胃肠道的上部的示图，其描绘了有定位接近下食道括约肌(LES)llO的 四个连接刺激电极106、107、108、109的可植入脉冲发生器（IPG) 105。在图示的实施例中， IPG 105被植入在患者腹部的皮下组织中，并经由绝缘导线115连接到刺激电极106、107、 108、109。图示的实施例被用于治疗遭受胃食管反流病(GERD)的患者。包含IPG 105和刺激 电极106、107、108、109的系统输送电刺激到下食道括约肌(LES) 110的组织以及其周围组 织，特别是肌肉和神经。所述组织的电刺激导致LES肌肉收缩，合拢括约肌，因而防止来自胃 103的胃内容物返流进入食道102。
[0062] 所述IPG包括具有存储器的控制器，和与所述控制器处于电气和/或数据通信的波 形发生器。可选地，IPG可以仅包括结合控制器和波形发生器两者的功能的脉冲发生器。控 制器可以被编程以产生导致波形发生器产生具有预定脉冲宽度、频率和/或幅度的电脉冲 串的信号。此外，控制器可被编程以导致各电极经由波形发生器从超极化状态切换到次极 化状态，或者从阴极成为阳极。所述控制器可以被编程以将单个电极以预定方式在次极化 (阳极)状态与超极化（阴极)状态之间切换，诸如次极化状态和超极化状态以预定顺序切 换，每种具有预定的时间，或以任何其他顺序切换。但是应当理解的是，脉冲发生器能够以 与控制器相同的方式进行编程。
[0063] 图2A是患者的胃203和食道202的下部的示图，其描绘了定位接近下食道括约肌 (LES)210的两个刺激电极206、207。电极206、207经由绝缘导电线215连接到植入患者腹部 中的IPG(未示出）。每个电极206、207针对围绕LES 210的组织的不同部分。在多种实施例 中，取决于应用，电极被以〇至l〇mm的范围间隔定位。在一个实施方案中，电极以至少2mm的 间隔定位，以避免交叉刺激。电极可以涂覆有材料，诸如氮化钛、导电聚合物或任何其他这 样的涂层，以降低刺激阈值、防止电解和/或促进组织内生长。本说明书提供了通过在各电 极206、207处的极性切换而对这些不同组织部分中的每个的优选刺激。
[0064] 在一个实施例中，在植入后，所有电极在开始时是非极化的。在多种不同实施例 中，在刺激开始时，一个或多个电极成为超极化(去极化)的，而一个或多个其他电极成为次 极化的。在一种涉及双极刺激的实施例中，第一目标电极是超极化(去极化)的，而第二电极 是次极化的。例如，在涉及下食道括约肌(LES)的刺激的实施例中，在LES的高压区中的第一 电极变为超极化(去极化），而部分地在LES处并且部分地在LES外的第二电极是次极化的。 [0065]在一个实施例中，电极206的极性是超极化的，而电极207的极性切换为次极化。如 果患者改善，则医生知道电极206被定位为靠近目标神经纤维或组织。在一个实施例中，各 电极206、207的极性可与任何其他电极206、207独立地切换。因此，医生和/或患者可以尝试 这两种可能的电极极性组合，以发现更有效的配置。不把所有的电极超极化降低了系统的 能量消耗。此外，组织耐受性和疲劳在所述至少一个次极化电极附近降低。因为较少的身体 组织经受电能，系统的安全性也被增强。虽然包括两个刺激电极的系统参照图2A进行了讨 论，包括多于两个电极(诸如三个或下述四个电极)的其他实施例也是可能的。
[0066]图2B是患者的胃203和食道202的下部的示图，其描绘了定位接近下食道括约肌 (LES)210的四个刺激电极206、207、208、209。电极206、207、208、209经由绝缘导电线215连 接到植入患者的腹部中的IPG(未示出）。每个电极206、207、208、209针对围绕1^3 210的组 织的不同部分。在多种实施例中，取决于应用，电极被以〇至1〇_的范围间隔定位。在一个实 施方案中，电极以至少2mm的间隔定位，以避免交叉刺激。本说明书提供了通过在各电极 206、207、208、209处的极性切换而对这些不同组织部分中的每个的优选刺激。
[0067]在一个实施例中，电极206的极性被切换为超极化的，而电极207、208、209的极性 切换为次极化。如果患者改善，则医生知道电极206被定位为靠近目标神经纤维或组织。在 一个实施例中，各电极206、207、208、209的极性可与任何其他电极206、207、208、209独立地 切换。因此，医生和/或患者可以尝试任何可能的电极极性组合（例如，电极207和209超极 化，而电极206和208次极化），以发现更有效的配置。此外，不把所有的电极超极化降低了系 统的能量消耗。组织耐受性和疲劳在所述至少一个次极化电极附近降低。因为较少的身体 组织经受电能，系统的安全性也被增强。
[0068]在其他实施例中，该系统包括连接到一个或多个电极的可植入脉冲发生器(IPG)， 其中，只有一个电极接收刺激能量，而密封壳体充当返回电极。在本实施例中，刺激电极定 位接近目标组织，而密封壳体定位远离目标组织，从而导致单极刺激。在一个实施例中，密 封壳体植入腹部的皮下组织中。在系统包括微刺激器的另一实施例中，所述密封壳体被植 入在胃肠(GI)道中（例如，在胃或食道中），或者只是在胃肠道外的腹腔内。例如，同时参照 图2A和图2B，在各种实施例中，电极206、207、208、209中的仅一个接收刺激能量，同时密封 壳体或IPG(未示出）用作返回电极。
[0069] 在一个实施例中，在上述实施例中讨论的极化切换被手动触发。患者或医生使用 有线或无线的外部编程设备切换一个或多个电极的极性。患者可以在每当他遇到疼痛或其 他症状时切换极性。医生可以在植入后或在随访就诊时切换极性以测试有效性，并确定用 于治疗的最佳电极极性组合。
[0070] 在另一实施例中，极化切换是自动触发的。在本实施例中，患者不具有控制极性切 换的能力，从而避免因过度的极性切换导致的系统无效的可能性。在各种实施例中，自动极 性切换被编程为发生在一天的特定时刻、在一定时段之后或在刺激疗程之间。此外，在各种 实施例中，自动极性切换被编程为每隔一个脉冲、每隔η个脉冲、每隔一个脉冲串、每隔η个 脉冲串、每隔一天、每隔一周或任何其他所需的时间间隔发生。在一个实施例中，自动极性 切换是可编程的。在多种实施例中，自动极性切换在测得的参数超过预定阈值时被触发。例 如，在患者患有GERD的一个实施例中，选定电极的极性在下食道的测得pH降低到低于预定 阈值时进行切换。这种自动极性切换能有效改善刺激的疗效和安全性，并且减少刺激组织 中的疲劳的耐受性。此外，这样的治疗可以用于通过刺激目标组织的不同区域而减少总能 量需求，从而提供关于疗效上的加合或协同作用。
[0071] 图3是列出通过手动切换新植入刺激系统的电极极性而确定目标组织的电刺激的 最大功效的方法的一个实施例所包括的步骤的流程图。在步骤302中，具有两个刺激电极的 电刺激系统植入在具有响应于电刺激疗法的症状的患者中。系统在步骤304中启动，使得第 一电极是超极化的，而第二电极或密封壳体是次极化的。患者报告症状中的任何变化和/或 诊断测试在步骤306中执行。诊断测试被设计为通知医生当前电极极性配置的刺激是否具 有有益效果，以及是何种程度的。例如，在患者患有GERD的一个实施例中，下食道测压被执 行，以确定食道压力是否正在改善。在步骤308中，电极极性由医生或患者手动切换，使得第 一电极或密封壳体变成次极化的，而第二电极变为超极化的。在极性切换之后，在一些实施 例的步骤310中，患者报告症状的任何变化和/或诊断测试被再次执行。患者症状的变化和/ 或诊断测试结果在步骤312进行评估。在步骤314中，电极极性被设定为提供患者症状的更 大改善以及更好测试结果的配置。
[0072] 图4是列出通过手动切换新植入刺激系统的电极极性而确定目标组织的电刺激的 最大功效的方法的另一实施例所包括的步骤的流程图。在步骤402中，具有两个或多个刺激 电极的电刺激系统植入在具有响应于电刺激疗法的症状的患者中。系统在步骤404中启动， 使得一个或更多第一电极是超极化的，而一个或更多第二电极或密封壳体是次极化的。患 者报告症状的任何变化和/或诊断测试在步骤406中执行。诊断测试被设计为通知医生当前 电极极性配置的刺激是否具有有益效果，以及是何种程度的。例如，在患者患有GERD的一个 实施例中，下食道测压被执行，以确定食道压力是否正在改善。在步骤408中，电极极性由医 生或患者手动切换，使得电极极性的每种可能组合都被测试。在每次极性切换之后，在一些 实施例的步骤410中，患者报告症状的任何变化和/或诊断测试被再次执行。一旦已经测试 了所有的组合，患者症状的变化和/或诊断测试结果在步骤412进行评估。在步骤414中，电 极极性被设定为提供患者症状的最大改善以及最好测试结果的配置。
[0073] 图5是列出在改善患者症状或减少副作用的努力中手动切换植入刺激系统的电极 极性的方法的另一实施例所包括的步骤的流程图。在步骤502中，有处于第一极性配置中的 两个或多个刺激电极的植入电刺激系统的患者经历症状或副作用的增加。患者手动切换电 极的极性到不同于第一配置的第二配置，使得在步骤504中，一个或多个第一电极是超极化 的，而一个或多个第二电极或密封壳体是次极化的。在步骤506中，患者确定在极性切换后 他的症状是否有所改善或副作用是否减少。如果症状已经改善或副作用已经减少，则患者 在步骤508中将电极极性保持在第二配置中。如果症状没有改善或副作用没有降低，则患者 在步骤510中手动切换电极极性到不同于以往任何配置的新的配置。在步骤512中，患者再 次确定他的症状是否有所改善或副作用是否减少。如果症状已经改善或副作用已经减少， 则患者在步骤514中将电极极性保持在最新的配置中。如果症状没有改善或副作用没有降 低，则患者在步骤510尝试不同的极性配置，直到得到提供从他的症状或副作用的更好缓解 的一个极性配置。
[0074] 上述示例仅是对本发明的系统的许多应用的说明。虽然在此仅描述了本发明的几 个实施例，但是应当理解的是，本发明在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以许多 其他具体形式实施。因此，本示例和实施例应被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发 明可以在所附权利要求的范围内进行修改。
【主权项】
1. 一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器，并且由可操作地连接至 所述脉冲发生器的第一电极和可操作地连接到所述脉冲发生器的第二电极组成，其中，所 述第一电极是超极化的，而所述第二电极是次极化的； 使用所述第一和第二电极施加电脉冲到所述身体组织； 切换所述第一和第二电极的极性，使得所述第一电极变成次极化的，而所述第二电极 变成超极化的;和， 在切换所述第一和第二电极的极性后施加电脉冲到所述身体组织。2. 根据权利要求1所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述第一和第二电极的极性切 换通过人手动地实现。3. 根据权利要求1所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述第一和第二电极的极性切 换自动地实现并且是可编程的。4. 根据权利要求3所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述第一和第二电极极性的自 动切换在被编程到所述电刺激系统的控制器内的时刻发生，并且其中，所述时刻可以从一 天的特定时间、在特定时段后、在刺激疗程之间、每隔一个脉冲、每隔η个脉冲、每隔一个脉 冲串、每隔η个脉冲串、每隔一天、每隔一周或任何期望的时间间隔中选择。5. 根据权利要求3所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述第一和第二电极极性的自 动切换在预定测量参数超过预定阈值时发生。6. 根据权利要求5所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述第一和第二电极极性的自 动切换在患者下食道中的pH水平高于或低于预定阈值时发生。7. -种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个电极的脉 冲发生器，其中，第一电极组包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有，并且是 超极化的，并且其中，第二电极组包括不在所述第一组中的电极，并且是次极化的； 测量通过所述第一和第二电极组施加的电脉冲的疗效； 改变一个或多个电极的极性，并对所述电极重新分组以创建具有与以往的超极化电极 组不同的电极的新的超极化电极组，并且创建具有与以往的次极化电极组不同的电极的新 的次极化电极组，并且， 测量通过每对新的超极化和次极化电极组施加的电脉冲的疗效，以确定优选的电极极 性配置。8. 根据权利要求7所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括三个电极。9. 根据权利要求7所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括四个电极。10. 根据权利要求7所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括多于四个电极。11. 一种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到一个电极的脉冲发生 器，其中，所述一个电极邻近目标组织植入，其中，所述可植入脉冲发生器包括构造为返回 电极的金属壳体，其中所述可植入脉冲发生器远离所述目标组织植入，并且其中，所述一个 电极是超极化的； 测量使用所述一个超极化刺激电极和所述壳体施加的电脉冲的疗效； 切换所述一个电极的极性，使得它变成次极化的；以及， 测量使用所述一个次极化电极和所述壳体施加的电脉冲的疗效。12. 根据权利要求11所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括两个或多个电 极，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的， 而包括不在所述第一电极组中的电极的第二电极组是次极化的，所述方法还包括以下步 骤： 测量使用所述第一和第二电极组施加的电脉冲的疗效； 切换所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性； 对所述两个或多个电极重新分组从而产生第三电极组和第四电极组，其中，所述第三 电极组包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有，并且是超极化的，其中，第四 电极组包括不在所述第三电极组中的电极，并且是次极化的，其中，所述第三电极组中的至 少一个电极不同于所述第一电极组中的至少一个电极，并且其中，所述第四电极组中的至 少一个电极不同于所述第二电极组中的至少一个电极； 测量使用所述第三和第四电极组的电脉冲的疗效； 重复地改变一个或多个电极的极性以创建不同于以往的超极化电极组的新的超极化 电极组，并且创建不同于以往的次极化电极组的新的次极化电极组，直到已经创建了超极 化电极组和次极化电极组的至少两个组合；以及， 测量使用每组电极的电脉冲的疗效，以确定表现出最好的性能的电极极性配置。13. 根据权利要求12所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括三个电极。14. 根据权利要求12所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括四个电极。15. 根据权利要求12所述的电刺激身体组织的方法，其中，所述系统包括多于四个电 极。16. -种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括可操作地连接到两个或多个电极的脉 冲发生器，其中，第一电极组包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有，并且是 超极化的，并且其中，第二电极组包括不在所述第一组中的电极，并且是次极化的； 切换所述两个或多个电极中的至少一个电极的极性，以将所述第一和第二电极组重新 分组，从而创建第三电极组和第四电极组，其中，所述第三电极组包括所述两个或多个电极 中的一个或多个但不是所有，并且是超极化的，其中，所述第四电极组包括不在所述第三组 中的电极，并且是次极化的，并且其中，所述第一电极组不同于所述第三电极组，并且所述 第二电极组不同于所述第四电极组； 确定患者的症状是否通过使用所述第三和第四电极组的电刺激得到改善;和， 重复地改变一个或多个电极的极性以创建不同于以往的任何超极化电极组的不同超 极化电极组和不同于以往的任何次极化电极组的不同次极化电极组，直到创建了改善患者 的症状的一对电极组。17. -种用于电刺激身体组织的系统，包括： 脉冲发生器； 控制器； 可操作地连接到所述脉冲发生器和所述控制器的至少两个电极，其中，所述控制器被 编程为通过所述两个电极中的第一个提供超极化脉冲流，并且编程为通过所述两个电极中 的第二个提供次极化脉冲流，并且其中所述控制器被构造为切换所述两个电极的极性，使 得所述两个电极中的第一个变成次极化的，而所述两个电极中的第二个变成超极化的。18. -种用于电刺激身体组织的系统，包括： 两个或多个电极;和 脉冲发生器，其可操作地连接到两个或多个电极，并且被编程为使得包括所述两个或 多个电极中的一个或多个但不是所有的第一电极组是超极化的，并且包括不在所述第一组 中的电极的第二电极组是次极化的，其中，所述脉冲发生器构造为切换所述两个或多个电 极中的至少一个电极的极性，使得所述第一和第二电极组重新分组成第三电极组和第四电 极组，其中，包括所述两个或多个电极中的一个或多个但不是所有的所述第三电极组是超 极化的，而包括不在所述第三组中的电极的所述第四电极组是次极化的，并且其中，所述第 一电极组不同于所述第三电极组，并且所述第二电极组不同于所述第四电极组。19. 根据权利要求18所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括三个电 极。20. 根据权利要求18所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括四个电 极。21. 根据权利要求18所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括多于四个 电极。22. -种用于电刺激身体组织的系统，包括： 电极;和 脉冲发生器，其中，所述脉冲发生器可操作地连接到一个电极，其中，所述一个电极适 合于靠近目标组织植入，其中，所述可植入脉冲发生器包括构造为返回电极的金属壳体，其 中，所述可植入脉冲发生器适合于相对所述电极远离所述目标组织植入，并且其中，所述脉 冲发生器构造为将电极从超极化状态切换为次极化状态。23. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括三个电 极。24. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括四个电 极。25. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述系统包括多于四个 电极。26. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述金属壳体包括密封 钛。27. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述金属壳体的一部分 涂覆有电绝缘材料。28. 根据权利要求22所述的用于电刺激身体组织的系统，其中，所述金属壳体包括在表 面有暴露电极的生物相容性塑料。29. -种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器和可操作地连接到所述脉 冲发生器的多个电极，其中至少一个电极是超极化的，并且至少一个电极是次极化的； 使用所述至少一个超极化电极和至少一个次极化电极刺激所述身体组织； 切换所述至少一个次极化电极和至少一个超极化电极的极性，使得所述超极化电极成 为次极化电极，而所述次极化电极成为超极化电极；以及， 在切换所述次极化和超极化电极的极性后刺激所述身体组织。30. -种电刺激身体组织的方法，包括以下步骤： 在患者中植入电刺激系统，所述电刺激系统包括脉冲发生器和可操作地连接到所述脉 冲发生器的两个电极，其中，第一电极被构造为阳极，而第二电极被构造为阴极； 使用所述阳极和阴极刺激所述身体组织； 切换所述阴极和阳极的极性，使得所述阳极成为阴极，而所述阴极成为阳极；以及， 在切换所述两个电极的极性后刺激所述身体组织。
【文档编号】A61N1/00GK105848708SQ201480048436
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年9月3日
【发明人】O.格拉斯伯格, S.波利克, V.K.夏尔马, P.V.古德, B.霍格
【申请人】恩多斯蒂姆股份有限公司