神经刺激方法和系统的制作方法

专利名称：神经刺激方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够更精确地刺激神经系统的神经刺激方法和系统。特别是，本发明的实施方式提供脊和脊旁神经根神经节的受控制的刺激。在一种实施方式中，所述神经节是背根神经节(DRG)，在另一种实施方式中，所述神经节是交感神经系统的一部分。
背景技术：
自从二十世纪六十年代以来，积极地实践了为控制疼痛目的而对脊髓施加特定的电能。尽管还没有完全准确地理解施加的电能与神经组织之间的相互作用，但是已经知道了对脊神经组织施加电场能够有效地掩盖从被刺激的神经组织相关的身体区域传送的特定类型的疼痛。更特别地，对受慢性疼痛影响的身体区域相关的脊髓施加特定的电脉冲能够诱导受影响的身体区域的感觉异常，或者麻木或麻刺的主观感觉。这种感觉异常能够有效地抑制非急性疼痛感觉向脑的传送。
类似于用来诱导疼痛感觉的电能也可以用来控制各种运动障碍的症状，例如震颤、张力障碍、痉挛状态等。运动脊神经组织，或来自前神经根的神经组织传送肌肉/运动控制信号。感觉脊神经组织或来自背神经根的神经组织传送疼痛信号。相对应的前根和背根“分开地”离开脊髓；然而，之后马上，背根和前根的神经组织混合，或者缠绕。因此，目的在于管理/控制一种状况(例如疼痛)的电刺激通常导致对相邻神经组织(例如运动神经)中神经传递通路的意外干扰。
如图1所示，现有技术脊柱或脊髓刺激物(SCS)常常通过位于脊髓硬脊膜层32之外包括电极6的长桨式装置5或硬膜外电极阵列向脊髓传送电能。脊髓硬脊膜层32围绕着脊髓13，并且充满脑脊液(CSF)。脊髓13是一个连续的主体，示出了脊髓13的三个脊髓水平14。为了说明，脊髓水平14是脊髓13的亚部分，示出了背根和前根连接脊髓13的部分。周围神经44分为背根42和背根神经节40和前根神经根41，它们均进入脊髓13。在水平2和水平1之间示出了上行通路92，从水平2至水平3示出了下行通路94。脊髓水平14对应于通常用来描述脊椎椎体的脊椎骨水平。为了简便起见，每个水平只示出了一侧的神经，正常的解剖结构在脊髓13直接邻近浆式装置5的一侧具有类似的神经。
典型地，SCS置于脊髓硬膜外隙中。在大量专利中描述了常规SCS系统。SCS的放置和应用的其他细节可以参见，例如，美国专利6,319,241，其内容在此全部引用作为参考。通常，桨式装置5宽约8mm，长24-60mm，这取决于要刺激多少脊髓水平。示出的电极桨式装置5适合常规地刺激所有三个脊髓水平14。这些示例性的水平1、2、3可以在沿脊髓13的任何位置。以这种方式放置刺激桨式装置5导致电极6横跨多个脊髓水平上的多个神经，在此为背根神经节40、前根41和周围神经41。
因为桨式装置5横跨几个水平，所以产生的刺激能8刺激或施加到一个以上水平上的一种以上类型的神经组织上。而且，这些和其它传统非特异性刺激系统也对脊髓和刺激目标以外的其它神经组织施加刺激能。如本文所用的非特异性刺激是指广泛地和不加选择地对包括神经和脊髓在内的所有脊髓水平提供刺激能。即使硬膜外电极在尺寸上减小，只刺激一个水平，该电极仍将对施加的能量8范围内的所有部分(即所有神经纤维和其它组织)不加选择地施加刺激能。而且，较大的硬膜外电极阵列可以改变脑脊液(CSF)流，从而进一步改变局部神经兴奋状态。
传统的神经刺激系统所面临的另一个挑战是由于硬膜外电极必须通过许多组织和液体施加能量(例如，CSF液量沿脊柱而改变，如同软膜的厚度一样)，难以精确控制提供所需神经刺激量需要的刺激能的量。因此，可能需要提高能量来确保有足够的刺激能量到达需要的刺激区域。但是，施加的刺激能提高太大将增加周围组织、结构或神经通路受到有害损伤或刺激的可能性。
为了实现对目标组织的刺激，应当适当地限定施加的电能，并减少或避免对非目标组织施加不需要的能量。不恰当限定的电场不仅可能在控制/管理所需状况方面无效，而且可能无意地干扰相邻脊神经组织的正确神经通路。因此，需要能够更精确地传送刺激能的刺激方法和系统。
发明概述在一种实施方式中，提供一种刺激背根神经节的方法，该方法包括靠近背根神经节植入电极；激活该电极刺激背根神经节的一部分，或激活该电极基本上只刺激该背根神经节。
在另一种实施方式中，提供一种刺激神经根神经节的方法，该方法包括向神经根神经节内植入电极；激活该电极刺激神经根神经节。
在另一种实施方式中，提供一种刺激脊髓的方法，该方法包括向脊髓内植入电极；并使用该电极向脊髓纤维提供刺激能。
在另一种实施方式中，提供一种调节背根神经节内的神经组织的方法，该方法包括在背根神经节内植入电极；由该电极提供电刺激，刺激背根神经节内的神经组织。
在另一种实施方式中，提供一种调节交感神经系统内的神经通路的方法，该方法包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，从而影响与该交感神经链的至少一个神经节有关的状况。
在另一种实施方式中，提供一种神经刺激系统，其具有适合只刺激神经根神经节的电极；与该电极连接的信号发生器；和控制该信号发生器的输出的控制器。
在另一种实施方式中，提供一种刺激脊髓的方法，该方法包括穿刺硬脊膜；放置电极与脊髓髓内的一部分接触。
在另一种实施方式中，提供一种刺激神经系统的方法，该方法包括植入电极，使得当该电极被激活时，该电极只刺激神经根神经节。
在另一种实施方式中，提供一种刺激神经组织来治疗疾病的方法，该方法包括刺激已植入的电极，该电极只在脊髓水平上刺激背根神经节，其中这种刺激治疗所述疾病。
在另一种实施方式中，提供一种脉冲发生器，包括至少一个开关，该开关与至少一个可植入的电极连接，该电极具有大于2,500欧姆的阻抗；适合向至少一个可植入电极提供刺激信号的DC-DC转换器；和构造为控制DC-DC转换器的输出的控制器。
在另一种实施方式中，提供一种刺激部件，包括近端连接器；构造为在刺激部位处植入体内的远端电极；连接到近端连接器和远端电极的电导线；靠近刺激部位的张力消除机构；和固定元件，其适合减少靠近固定点的电导线在靠近刺激部位的解剖结构中的移动量。
在另一种实施方式中，提供一种刺激部件，包括近端连接器；构造为在刺激部位处植入体内的远端电极；连接到近端连接器和远端电极的电导线；靠近刺激部位的张力消除机构；和固定元件，其适合减少靠近固定点的电导线在靠近刺激部位的解剖结构中的移动量。
在另一种实施方式中，提供一种刺激系统，包括脉冲发生器；具有柔性长主体的电极连接器，其近端电连接到脉冲发生器，远端适合连接到微电极导线，其中该微电极导线近端连接到电极连接器的远端，并且远端具有电连接到该脉冲发生器的微电极。
在另一种实施方式中，提供一种刺激系统，包括电池；与电池分开的脉冲发生器；电池和脉冲发生器之间的电连接；近端连接到脉冲发生器并且远端连接到微电极的微电极导线。
在另一种实施方式中，提供一种神经刺激部件，包括主体，其具有远端和近端和为将该主体植入目标神经组织内而选择的长度；适合刺入目标神经组织的主体远端上的尖端；和位于主体上的适合只神经刺激目标神经组织的电极结构。
在另一种实施方式中，提供一种神经刺激目标神经组织的方法，包括在适合只神经刺激目标神经组织的位置植入电极；从与该电极连接的信号发生器提供受控制的刺激信号。
参考引用本说明书中提到的所有出版物和专利申请都在此引用作为参考，如同每一单独的出版物和专利申请具体且单独地引用作为参考。


参照以下详细描述和附图将更好地理解本发明的各个实施方式的特点和优点图1示出了位于脊髓外部，刺激脊髓的一部分的传统硬膜外电极阵列；图2A示出了植入脊髓背根神经节内的电极的一种实施方式；图2B说明图2A的选择性刺激技术如何提高响应阈值；图3A示出了一个刺激系统，其具有植入脊髓水平的背根神经节(DRG)内的本发明的电极实施方式；图3B将脊神经根与它们相应的脊椎脊髓水平相关联；图3C示出了与图3B中的相应神经根相关的身体的各个皮区(dermatome)；图4A示出了单电极、单水平激活模式，图4B示出了图4A的刺激模式的相应皮区示例；图5A示出了每水平一个电极的两水平激活模式，图5B示出了图5A的刺激模式的相应皮区示例；图6A示出了两电极、单水平激活模式，图6B示出了图6A的刺激模式的相应皮区示例；图7A示出了单电极水平和双电极水平激活模式，图7B示出了图7A的刺激模式的相应皮区示例；图8A是电极植入背根神经节内的脊髓水平的剖视图，图8B是正在抽出输送导管而电极已植入背根神经节内的图8A的视图；图9A是采用与目标水平中线交叉的路径将电极植入背根神经节内的脊髓水平的剖视图，图9B是已植入电极的图9A中的DRG的放大图；图10A是采用与目标水平中线交叉的路径将电极植入神经根神经外膜之上或之中的脊髓水平的剖视图，图10B是图10A中的植入电极的放大图；图11示出了采用沿周围神经的路径的一种替代DRG植入技术；图12A示出了采用图12B示出的电极和锚固件设计的植入技术；图12C示出了采用围绕脊椎骨的替代锚定技术；图13A示出了植入DRG中的图13B示出的单极刺激部件实施方式；图14A示出了植入DRG中的图14B示出的双极刺激部件实施方式；图15A是显示阻抗和电极表面积之间的关系的图；图15B是显示用于本发明几个实施方式的刺激部件的代表性电极面积的表；图16至20是各种替代电极实施方式；图20A示出了适合刺入并锚定到目标神经组织上的电极；图20B示出了适合图20A的电极使用的紧固环；图20C示出了在刺激交感链神经节的位置中的穿刺电极实施方式；图20D示出了在刺激背根神经节的位置中的穿刺电极实施方式；图21示出了植入DRG中的涂覆的电极；图22示出了各种刺激机构上游的DRG的位置；图23A示出了刺激和药物释放组合电极，该电极提供阈值调节，如图23B所示；图23C和23D示出了刺激和药物释放组合电极和系统；图24是列出了几种典型药物及其应用的表；图25示出了减轻c-纤维活性的Na和Ca通道阻断靶标；图26是脉冲发生器的实施方式的示意图；图27是电极连接器实施方式的示意图；
图28是单脉冲发生器刺激系统替代实施方式的示意图；图29是多脉冲发生器刺激系统的替代实施方式，其中发生器为主-从排列；图30是适合在脊髓水平C1-C3上治疗疾病的刺激系统的实施方式；图31A和31B分别示出了本发明的实施方式提供的刺激结果，将亚阈值信号提高到阈值水平以上；图32示出了交感神经系统；图33示出了由本发明的刺激系统实施方式神经调节的交感神经系统的一部分；图34示出了为了在相同脊髓水平上直接刺激一个交感神经节和一个背根神经节而植入的本发明的实施方式；图35示出了为了直接刺激脊髓而植入的本发明的实施方式；图36示出了两个为了直接刺激脊髓而植入的本发明的实施方式；图37A至37C示出了在将电极植入脊髓中时使用的封闭件实施方式；图38总结了本发明的刺激系统的多种替代实施方式，它们应用于脊椎和背根神经节的不同部分。
发明详述本发明的实施方式提供新的刺激系统和方法，它们能够使用直接和特异性的神经刺激技术。例如，提供了一种刺激神经根神经节的方法，包括将电极植入神经根神经节内，激活该电极，刺激该神经根神经节。如下文更详细讨论的，在一些实施方式中，神经根神经节可以是背根神经节，而在另外一些实施方式中，神经根神经节可以是交感神经系统中的神经根神经节或其他神经节或组织。在一些实施方式中，植入电极包括在根神经节的神经外膜中形成开口，使电极通过该开口进入神经节的内部空间或束间间隙。
在另外一些实施方式中，电极主体的部分完全通过神经节，而使有效电极面积适当地定位，以向神经节传送刺激能。在本发明的微电极和刺激系统的另外一些实施方式中，选择微电极的大小、形状和位置以及刺激模式或算法以刺激目标神经组织，而不刺激其他组织。在其他的实施方式中，向目标神经组织传送电极刺激能，使得该能量在目标组织或区域之外消散或减弱。
一旦电极位于期望的神经根神经节之上、之中或附近，即通过将可编程的电信号与电极连接进行激活步骤。在一种实施方式中，向神经节内提供的刺激能的量足以选择性刺激神经组织。在特定实施方式中，提供的刺激能只刺激目标DRG内的神经组织。或者，DRG之外的刺激能低于足以刺激、调节或影响附近神经组织的水平。
在一个向背根神经节内植入电极的实施例中，刺激水平可以选择为与无髓鞘小直径纤维(如c-纤维)相比优先激活有髓鞘、大直径纤维(如Aβ和Aα纤维)的水平。在其他实施方式中，用来激活电极以刺激神经组织的刺激能保持在低于消融、损伤、或以其它方式损害神经组织的水平的能量水平。例如，在射频经皮部分神经根切断术中，将电极置于背根神经节内并激活，直到产生热损伤(即，电极尖端的温度约为67℃)，导致相应皮区中的部分和暂时的感觉丧失。在一种实施方式中，施加于DRG的刺激能水平保持低于在热消融、RF消融或其它神经根切断术中使用的能量水平。
当通过组织的电流达到阈值时介导组织刺激，这导致细胞经受该电流而去极化。当施加电压时，例如在具有特定表面积的两个电极之间施加电压时，产生电流。直接邻近刺激电极的电流密度是重要的参数。例如，通过1mm2面积电极的1mA电流在它的附近具有与通过10mm2面积电极的10mA电流相同的电流密度，即1mA/mm2。在这个实施例中，靠近电极表面的细胞经受相同的刺激电流。区别在于较大的电极能够刺激较大体积的细胞，而较小的电极能够刺激较小体积的细胞，与它们的表面积成比例。
在许多情况下，优选的效果是刺激或可逆地阻断神经组织。在本申请中使用的术语“阻断”意思是破坏、调节和抑制神经冲动传递。异常的调节可以导致通路的兴奋或通路抑制的丧失，净结果是感觉或应答增加。治疗措施可以针对阻断信号传递或刺激抑制性反馈。电刺激可以对目标神经结构进行这种刺激，同等重要的是，阻止了神经系统的总体破坏。另外，可以调节电刺激参数，使益处最大化，而副作用最小化。
图2A示出了本发明的刺激系统100的一种实施方式，其中具有植入脊髓背根神经节40内的电极115。为了说明，用脊髓13的亚部分脊髓水平14来显示背根42和前根41在何处连接脊髓13，分别用42H和41H示出。周围神经44分为背根42和背根神经节40和前神经根41。为了简便起见，只示出了一侧的神经，而正常的解剖结构在另一侧也有类似的神经。硬脊膜层32围绕着脊髓13，并且充满脑脊液(CSF)。为了清楚起见，仅仅用硬脊膜层或硬脊膜32表示三个脊膜-软膜、蛛网膜和硬脊膜，—它们围绕和保护着脊髓13。
注意电极115植入周围神经44的中央，在神经根分支为包括运动神经的前根神经41和包括感觉神经的背根42分支点之后。电极115也可以植入硬脊膜层32的侧面。一个或多个本发明的电极实施方式的有利布置能够选择性地刺激神经组织，如神经根神经节，而不刺激周围的神经组织。在该实施例中，刺激背根神经节40的同时，向前神经根44内的运动神经、脊髓13的部分、脊髓水平14或周围神经44几乎不提供或提供的刺激能感觉不到。本发明的实施方式特别适合于提供疼痛控制，因为可以特异性地定向于穿过背根神经节40的感觉纤维。有利地，本发明的实施方式可以神经调节一个或多个背根神经节用于疼痛控制，而不影响周围的组织。
刺激系统100包括脉冲发生器，脉冲发生器以适合使用小面积、高阻抗微电极直接刺激神经组织的可编程模式提供刺激能。提供的刺激水平选择为相比c-纤维54优先刺激Aβ和Aα纤维52。本发明的实施方式使用的刺激能水平采用比传统非直接、非特异性刺激系统更低的刺激能水平，因为电极115有利地置于背根神经节40之上、之中或附近。基于传统的门控理论，认为通过用本发明的刺激方法刺激快传递Aβ和Aα纤维52，来自纤维52的信号53将在背根42和脊髓13的接合处释放阿片物。这种释放提高了接合处的应答阈值(升高的接合阈值56)。后来到达的c-纤维信号55保持低于升高的接合阈值56，并且检测不到。
因此，本发明的一些实施方式提供脊髓、周围神经系统和/或一个或多个背根神经节的选择性刺激。如在一种实施方式中使用的，选择性刺激是指刺激基本上只是神经调节或神经刺激神经根神经节。在一种实施方式中，背根神经节的选择性刺激使运动神经不受刺激或不受调节。另外，在其他一些实施方式中，选择性刺激也指在神经鞘内，与c-无髓鞘纤维相比，A-有髓鞘纤维优先受到刺激或神经调节。这样，本发明的实施方式有利地利用了A-纤维比c-纤维传递神经冲动更快(几乎快两倍)的事实。本发明的一些实施方式适合提供目的在于相比c-纤维优先刺激A-纤维的刺激水平。
在另外一些实施方式中，选择性刺激也可以指电极(包括涂覆有药物或适合释放药物的电极，例如图21，23A，C和D)紧密接触作为刺激对象的组织或其他神经系统部分。这个方案可以看出我们对电极放置的有利使用。在下面进一步描述的特定示例性实施方式中，将一个或多个刺激电极置于(1)抵靠或接触神经根神经节的外鞘；(2)在神经根神经节内；(3)在根神经节束间间隙内；(4)接触脊髓的一部分；(5)在需要刺入硬膜外隙、硬脊膜、神经根神经外膜或脊髓一部分的位置；(6)接触交感神经系统的一部分；或(7)接触目标在于直接刺激的神经组织。
另外，本文所述的选择性刺激或神经调节概念可以应用于许多不同的构造。单侧(在一个水平上的一个根神经节之上或之中)、双侧(在同一水平上的两个根神经节之上或之中)、单水平(在同一水平上的一个或多个根神经节)或多水平(在两个或多个水平的每一个上刺激至少一个根神经节)或上述的组合，包括刺激交感神经系统的一部分和与交感神经系统该部分的神经活动或传送有关的一个或多个背根神经节。这样，本发明的实施方式可以用来单独或重叠地产生多种刺激控制方案，产生和提供治疗区。
图3A示出了本发明的刺激系统100的实施方式，包括植入背根神经节(DRG)40内的电极115。该图示出了脊髓13的三个代表性的脊髓水平14(即，脊髓水平1-3)。周围神经44进入背根神经节40和前神经根41，背根神经节40和前神经根41都进入脊髓13。也示出了背角37，36。为了清楚起见，没有示出硬脊膜32和完整的脊髓13，而是象本申请其他部分描述的和在人体解剖学示出的那样呈现。这些示例性的水平1、2、3可以位于沿脊髓13的任何位置。为了简便起见，每个水平只示出了一侧的神经。
使用水平2作为参照，在水平2和水平1之间示出了上行通路92，从水平2到水平3示出了下行通路94。对水平2中的DRG 40施加刺激能或信号可以阻断从水平2向通路92上游前进的信号。而且，施加于水平2部分的调节也可以有效地阻断从另一水平(这里使用水平1和/或3)开始的神经元通路到达脑。这样，使用本发明的装置和/或方法的实施方式向水平2的DRG 40施加刺激也可以有利地提供对区段内疼痛通路的有效阻断。应当理解，尽管示出了三个连续的水平，但是本发明的一些实施方式可以刺激两个或更多相邻的水平，另一些实施方式可以刺激2个或更多的不相邻的水平，或者它们的组合。
图3B将脊神经根与它们相应的脊椎脊髓水平相关联。字母C命名颈水平的神经和椎骨。字母T命名胸水平的椎骨和神经。字母L命名腰水平的椎骨和神经。字母S命名骶骨水平的椎骨和神经。图3C使用图3B中的命名，示出了与相应的神经根相关的身体的各个皮区。
图4至7示出了在多种控制条件下激活，以提供不同水平和程度的疼痛控制的刺激系统的一种实施方式。图4A，5A，6A和7A均示出了各种激活程度的刺激系统。图4B，5B，6B和7B示出了相应受到影响的皮区。
图4A，5A，6A和7A示出了刺激系统100，其在两个相邻的脊髓水平上向背根神经节40内植入3个电极115。为了简便起见，每个脊髓水平示出了一个背根神经节40、前根41和周围神经44。一个例外是脊髓水平3，它示出了另外一个背根神经节38、前根39和周围神经42。三个电极115被控制器106指定为通道1、2、3。每个电极被激活后在控制器106控制下提供调节能量或信号。图12A至13B进一步描述了植入神经根神经节内的示例性的电极。水平3是双侧电极布置的一个例子，水平2是单侧电极布置的一个例子。这样，示出的实施方式是多水平的、单侧和双侧刺激系统。脉冲发生器(未示出，但是在图26至29中详细描述)在合适的神经刺激控制器106控制下提供刺激能。本领域技术人员知道可以使用任何已知的神经刺激控制器。该视图中没有示出但是在系统中存在各个电极115、电极导线110和控制器106之间的适当的连接。在下面的图示中，连接电极导线110和控制器106的线表示从控制器106到一个电极115(见图4A)或一个以上的电极115(见图5A)的“刺激开”(stimulation on)通信。
“刺激开”信号表示多种刺激模式和刺激程度中的任何一种。“刺激开”信号可以是连续或间歇施加的振动电信号。此外，如果将电极直接植入一个以上的神经节内或与之相邻，可以向一个电极施加振动电信号，而不向另一个电极施加，反之亦然。人们可以调节刺激极性、脉冲宽度、振幅，以及刺激频率和其它可控制的电和信号因素，来达到所需的调节或刺激结果。
振动电信号的施加刺激了放置电极115的神经链的区域。这种刺激可以增加或减少神经活动。然后调节这种振动电信号的频率，直到所治疗的表现为生理学紊乱的症状证明得到缓解。这个步骤可以用患者的反馈、传感器或其它生理学参数或指征进行。一旦被确定，这个频率就被认为是理想的频率。一旦确定理想的频率，即通过在控制器中贮存该频率以这个理想的频率保持振动电信号。
在一个特定实施例中，以大约0.5V到大约20V或更高的电压操作振动电信号。更优选地，以大约1V到大约30V或40V的电压操作振动电信号。对于微刺激，优选在1V到大约20V的范围内刺激，该范围取决于诸如电极表面积等因素。优选地，电信号源以大约10Hz到大约1000Hz的频率范围工作。更优选地，电信号源以大约30Hz到大约500Hz的频率范围工作。优选地，振动电信号的脉冲宽度为大约25微秒到大约500微秒。更优选地，振动电信号的脉冲宽度为大约50微秒到大约300微秒。
振动电信号的施加可以以许多不同的方式提供，包括但不限于(1)单极刺激电极和大面积非刺激返回电极；(2)几个单极刺激电极和一个大面积非刺激返回电极；(3)一对紧密相隔的双极电极；和(4)几对紧密相隔的双极电极。也可以使用其它配置。例如，本发明的刺激电极可以与另一个非刺激电极-返回电极-组合使用，或者刺激系统的一部分可以设置和/或构造为提供返回电极的功能。可以设置和/或构造为提供返回电极的功能的刺激系统的部分包括但不限于电池外壳或脉冲发生器外壳。
在示出的构造中，向位于水平3的一个电极提供的刺激模式(即通道#1″开″)在图4B中示出的身体区域(即阴影区R1)产生疼痛阻断/减轻。
应当理解，本发明的实施方式能够刺激特定皮区分布，来探查哪个电极或电极组或电极组合(包括涂覆药物的电极或释放药物的电极)定位最佳或者与一个或多个特定疼痛区域最密切相关。这样，可以将本发明实施方式的刺激系统“微调”至特定覆盖区域或疼痛类型。由这些试验获得的结果可以用于针对特定患者，针对特定疼痛类型的一个或多个刺激或治疗方案(即，在涂覆电极释放的治疗剂存在下或与之组合的系列刺激)。这些疼痛治疗方案可以编程到合适的电子控制器或计算机控制系统中(下文描述)，以存储治疗程序，当期望的治疗方案执行时控制和监测刺激方案的系统部件的执行。
图5A提供使用多通道刺激系统和方法的疼痛减轻分布的另一个实施例。在示出的构造和刺激模式中，通过通道#1和#2向水平2和3中的各一个电极提供刺激模式。该刺激电极模式在图5B示出的身体区域(即区域R1、R2)提供疼痛阻断/减轻。
图6A提供使用多通道刺激系统和方法的疼痛减轻分布的另一个实施例。在示出的构造和刺激模式中，通过通道#1和#3向水平3中的两个电极提供刺激模式。该刺激电极模式在图6B示出的身体区域(即区域R3)提供疼痛阻断/减轻。
图7A提供使用多通道刺激系统和方法的疼痛减轻分布的另一个实施例。在示出的构造和刺激模式中，通过通道#1、#2和#3向系统中的所有电极提供刺激模式。该刺激电极模式在示出的身体区域R4(即图7B)提供疼痛阻断/减轻。应当理解，图4A至7B示出的电极布置和阻断区模式可以利用诸如图3B和3C中的信息加以改变，用于根据个体需要定向放置于身体的特定部分。
可以利用本发明的植入方法将本发明的微电极和刺激系统实施方式植入单个神经根神经节内。本文描述的植入方法具有许多优点，包括但不限于与其他操作类似的低风险的经皮进入途径，当使用涂覆药物的电极的实施方式时在神经根处直接释放局部化量的药物，以及电极布置能够优先、选择性地刺激神经纤维。
图8A示出了脊髓水平的截面图。周围神经44，42分别进入背根神经节40，38和前根神经41，39。也示出了椎体70和两个交感神经神经节62，63。在该实施方式中，该方法包括在中间向椎体70前送合适的导管107，然后沿周围神经42向背根神经节38前行。用诸如透视法或其它合适的医学成像技术等外部显像方法作为指导前送导管107。椎孔在透视下成为良好的可见标志，可用于定位DRG 38。
通过在背根神经节神经外膜中形成开口，并使电极通过该开口，将电极115植入背根神经节附近(图8A，8B)。该开口可以用常规方法形成，例如使用导管107的尖端上具有的或设置的刀口，以及使用通过导管107内的工作通道前送的仪器，或者使用其他合适的内窥镜或微创手术操作。或者，电极主体或远端可以设置有组织切割或穿刺元件，来帮助刺入组织(参见，例如图20A中的尖端908)。当抽出导管107时，微电极导线110展开并连接、锚定或以其它方式固定于邻近DRG38的组织、解剖部位或骨骼上，从而减少了电极115从DRG 38拉出的可能性。在以下描述的替代实施方式中，可以在将电极植入神经根神经节内之前固定微电极导线110。
注意电极115的大小和形状配合在DRG 38内。典型的DRG通常是球形的，直径为3-5mm。当然，人类具有一定的DRG尺寸范围，根据个体的年龄和性别和其它因素其尺寸可能变化。可以提供一定尺寸范围的电极实施方式，来适应患者的特定解剖学特征。当选择用于个体的合适的DRG电极实施方式时要考虑一些因素。
DRG内的电极放置可以用诸如适合此处所述方法和系统的体感诱发电位(SSEP)和肌电图描记法(EMG)等神经诊断试验技术来证实。一个说明性的实施例包括传感电极置于感觉神经系统中，位于已植入电极的DRG水平以上和以下。向目标DRG内植入电极。向DRG施加测试性刺激并测量目标DRG以上和以下的传感电极处的电压电位，以证实电极已植入目标DRG内。测试性刺激的范围可以是从0.4v到0.8v，50Hz，或者可以是其它的适当的刺激水平，取决于使用的诱发电位测量技术。这样，可以利用常规透视技术和仪器向DRG前送和植入电极，并证实电极已正确植入和刺激目标DRG。
操纵电极到达DRG之上、之中或附近的位置可以使用许多不同的途径。图8至10在脊髓马尾部分的剖视图中提供了几个示例性的途径。在这些实施例中，电极115置于代表性的骶骨脊髓水平的神经节之上或之中。也示出了交感神经系统神经节62，63。DRG 40和前根41与周围神经44连接。DRG 38和前根39与周围神经42连接。
图8A和8B示出了使用合适的导管107通向DRG 38的横向途径。导管邻近周围神经42在中间向DRG 38前行。横向穿刺DRG硬脊膜，使电极115前行到DRG内部。之后，将电极115植入DRG内部。接着，如图8B所示，从DRG 38中抽出导管107，展开电极导线110。可以用适当的固定技术将电极导线110锚定到椎体70上。导线110然后连接到脉冲发生器/控制器(未示出)上。
图9A在解剖学上类似于图8A和8B。图9A示出了一个在目标DRG下方与中线交叉的替代DRG植入途径。导管107沿上面的路径向椎孔前行，并在透视指导下使用椎孔作为指导进入DRG。如图9A和9B所示，提供了一种通过在背根神经节内植入电极刺激背根神经节的方法。在一些实施方式中，植入程序包括使电极的一部分通过脊髓硬膜外隙。本发明的系统中的电极位于神经根神经外膜72之上或之中(图10A和10B)或神经根之内(例如图9A，B)。另外，在某些实施方式中，也包括在背根神经节神经外膜72中形成开口，然后使电极通过该开口(参见，例如图9B)的步骤。
图11示出了利用另外一种替代电极植入技术通过脊髓13一部分的剖视图。与以前描述的从外部接近DRG并且包括刺入或进入DRG神经外膜72的方法不同，图11示出了一个从周围神经44的神经鞘内通向DRG束间的内部途径。图11示出了神经鞘的剖视图，其部分除去以显示下面的神经束46。在这个说明性的实施例中，在周围神经44鞘中在DRG 40侧向的点45处形成开口。使用适当的内窥镜或微创手术技术将微电极115通过开口45进入神经44鞘。接着，电极115向DRG 40前行并进入DRG 40。
如同每个说明性实施方式清楚说明的，电极相对于DRG的放置能够激活电极以选择性刺激感觉神经。另外，根据本发明的方法放置电极能够激活电极以刺激DRG内的感觉神经，或者不刺激附近前根内的运动神经。本文描述的控制系统也提供激活电极的刺激水平，以相比无髓鞘纤维优先刺激有髓鞘纤维的水平提供刺激。
另外，如同下文更详细描述的，图11示出了一个电极实施方式，其中电极的尖端和轴体可以用药物涂覆，以辅助刺激治疗或提供另外的治疗性益处。如图所示，电极包括尖端涂层130和轴涂层132。每个涂层130，132中的药物可以是相同的或不同的。通过神经鞘植入的一个优点是涂覆的轴体132可以包括对前神经根41的神经活动有活性或者有益的药物，因为这种涂覆的轴体有利地位于前根41附近。也可以选择轴体涂层132来减少神经鞘内存在轴体导致的炎症或刺激。
图12A和12B示出了示例性锚固件主体171的一种实施方式，其具有一个固定钩172，一旦电极115植入DRG 40内即用固定钩172固定导线110。图12A是脊髓13的一部分的剖视图，示出了背根42、前根41、DRG 40和周围神经44。在这个说明性的实施方式中，用导管70在DRG 40植入部位周围操纵电极115、导线110和锚固件171。一旦确定了适当的部位，钩172就插入DRG的筋膜层内。钩172可以具有各种形状和轮廓，使其适合接合并且固定于外DRG层上或外DRG层内。图12B示出了设置在导管70的远端上的示例性的锚固件主体171和钩172。可以单独使用导管70或结合其它合适的手术、内窥镜或微创工具将锚固件主体171和钩172操纵到位置内。类似地，电极115、导线110可以移动到目标神经组织之上、之中或附近的植入位置。在另外一些替代电极实施方式中，电极115被植入DRG之上、之中或附近，其设置有柔性尖端，以帮助防止或减轻慢性摩擦和溃疡形成。
此外，电极导线110或其它支持或锚定结构也可以连接到相邻的骨结构、软组织或其它相邻的解剖结构上。另外，也可以在电极锚固件172的近侧提供固定、锚定或连接结构，这些结构吸收导管110的部分或全部的向近侧移动，使得电极从植入部位拉出或移动的可能性较小。锚定和其它应力吸收部件的目的是确保电极保持在植入部位内，或者由于电极导线110的移动而从植入部位移动的可能性较小(即，导线110的移动从植入部位拉动电极115，或者破坏植入部位内的电极115的位置)。应当理解，可以使用许多技术帮助电极放置，包括单/多钩或锚固件的经皮放置、脊椎锚定或粘贴、显微缝合、粘固、粘合和本领域技术人员公知的其它连接或锚定技术。也应当理解，本文描述的刺激系统实施方式的其他部件也可以适合附着在靠近刺激部位或接近电极植入部位的周围组织上。其他部件包括，例如，刺激控制器、主控制器、从控制器、脉冲发生器、药物贮存器、药物泵和电池。
图12C示出了电极导线110与电极植入部位周围的骨骼锚定的例子。图12C示出了通过脊髓13的一部分的剖视图，示出了前根41、背根42和背根神经节40。图12C也示出了脊柱周围的骨骼，如椎体1110、脊突1115、椎足1120、椎板1125、椎弓1130、横突1135和椎面1140。电极115植入DRG 40内，使用合适的锚固件111将电极导线保持定位。在该实施方式中，锚固件111固定在椎体1110上。锚固件111代表任何合适的固定脊柱的骨部分的方式，如外科或整形外科领域公知的大头钉、封缝钉、钉子、粘固剂或其它固定方法。在锚固件111和DRG 40之间具有张力消除机构122(见图13A和14A)。张力消除机构122用来吸收可以在DRG 40内移动电极115，或从DRG 40中取出电极的运动。在这个说明性的实施方式中，张力消除机构122是电极导线110的卷曲部分。在锚固件111和DRG 40之间或在锚固件111和刺激系统的电池或控制器(未示出)之间可以设置一个或多个张力消除机构122。
图13A至14B示出了本发明的单极和双极刺激部件实施方式。图13A示出了单极刺激部件，其具有适合连接到脉冲发生器的近端连接器126A。远端电极115构造为可在刺激部位处植入体内。远端电极可以是单极电极115A(图13B)或双极电极115B(图14B)。电极的大小设置为植入神经根神经节内，并且根据选择的神经根而不同。在另外的替代实施方式中，电极导线和电极适合于并且大小设置为在神经鞘内向神经根神经节前行。电极或其外壳可以由惰性材料(硅、金属或塑料)制成，以减少引发免疫应答的危险(机会)。应当为了适用于MRI和其它扫描技术而研究电极，包括使用本文所述的射线不透性材料制造。
参见图13A，电导线110连接到近端连接器126A和远端电极115上。张力消除机构122接近刺激部位连接。示出的张力消除机构通过卷曲电导线110形成。可以使用其它众所周知的张力消除技术和装置。适合减少接近固定点的电导线的运动量的固定元件124位于接近刺激部位的解剖结构之中、之上或通过该结构。设置了多个元件来减轻或最小化张力和力向微导线110或微电极115的传递，因为这里使用的微电极和微电极导线非常小，并且包括柔性的细线，数量级为1mm或更小，在许多情况下小于0.5mm。代表性的电极和导线尺寸将在下面更详细地描述(图15A，15B)。因此，在某些实施方式中，固定元件124、张力消除机构122和电极锚固件117(如果包括的话)可以吸收或减轻张力和运动。固定元件124可以是，例如环或模制的小孔。固定元件可以缝合、钉合、螺接、订合、使用粘合剂粘合，或使用本领域技术人员公知的技术连接，以将固定元件固定在体内用于本文所述的目的。
在一个特定的植入实施方式中，基于微电极和微电极导线的小尺寸和精细性的考虑改变了植入电极的方法。首先进行强力动作，然后进行轻力动作。这样，在强力操作过程中不存在精细的微电极和微电极导线材料。考虑到其中本发明的电极将植入DRG内的一个实施例。在一个示例性的实施方式中，固定元件124是一个环，其大小允许电极115通过。使用强力操作将固定元件锚定或以其他方式固定(即粘合)到与选择的DRG刺激部位相邻的椎孔内。通常，固定部位应当尽可能地靠近刺激部位。在一个特定实施方式中，固定部位距刺激部位3cm至5cm以内。任选地，连接到环上的导丝保持在适当的位置上，用来引导电极和导线到环和植入部位。电极和导线穿过环(使用或不使用导丝)。然后将电极植入DRG之上或之中。任选地，在植入部位内的电极和固定元件124之间可以设置抗张力装置122。在一个说明性的实施方式中，使用包括多个环的微电极导线的一段作为抗张力装置122。最后，使用合适的锁定装置将微电极导线固定在环上。应当理解，上述方法只是说明一种方法，上述步骤可以按照不同的顺序进行，或者根据使用的具体植入程序而改变。
在某些实施方式中，也可以在远端电极115的近侧提供锚定机构。锚定机构的例子包括，例如，图13B和14B示出的锚固件117。在另外一些实施方式中，锚定机构适合将远端电极115锚定在刺激部位内。例如，锚定机构在植入过程中可以抵靠电极主体118保持收缩状态(stowed flat)，然后从神经根神经节内展开，抵靠着内部神经根壁锚定，支持电极并防止电极移动或拉出。在某些实施方式中，整体形成锚定机构和远端电极，在另外一些实施方式中，它们是单独的部件。在一些实施方式中，锚定机构由聚合物或硅氧烷形成。
选择性神经刺激可以使用较小的电极。较小的电极产生较小的创伤，并且较不容易产生不希望的移动。但是，随着电极表面积减少，电极的阻抗增加(图15A)。因此，某些电极实施方式的阻抗大大高于传统刺激电极的阻抗。在一种实施方式中，本发明的微电极的阻抗大于2500Ω。这种阻抗的差异也影响到用来驱动本文描述的微电极的刺激系统、脉冲发生器等的性能需要。
远端电极可以采用多种适合植入神经根神经节内并且直接刺激神经根神经节的构造、形状和尺寸。例如，远端电极115可以是连接到导线110的导电材料环。或者，远端电极115可以由非绝缘的电导线环形成。该环电极是有吸引力的，具有改善的耐磨性，因为与必须连接到导线110的环不同，这种环由导线形成，因此不需要连接。在另外一些实施方式中，电极可以是导线的非绝缘部分。
无论构造如何，本发明的电极适合于并且尺寸设置为植入神经节例如背根神经节或交感神经系统的神经节之内、之上或附近。应当理解，电极的尺寸根据植入技术和目标神经节的大小而不同。通过DRG硬脊膜植入的电极(即图9A)可以小于5mm，因为DRG的直径可以只有3-5mm。另一方面，适合沿周围神经鞘植入的电极(即图11)可以比通过硬脊膜的电极长，但是可能面临其他设计限制，因为它必须在神经鞘内向远端前行，以到达DRG。应当理解，例如，根据植入部位的解剖尺寸以及基于植入方法的植入部位尺寸改变本发明的电极实施方式的尺寸。
图15B列出了由直径为0.25mm至1mm的丝制成的电极实施方式的一些示例性的电极表面积，宽度为0.25mm至0.5mm。因此，本发明的实施方式提供小于0.5mm2的远端电极表面积。在另外一些实施方式中，远端电极表面积小于1mm2。在另外一些实施方式中，远端电极表面积小于3mm2。
本发明的电极的尺寸不同于传统的垫5，后者的尺寸为大约8mm宽和24-60mm长(图1)。一个结果是传统的刺激电极的电极表面积大于本发明的电极实施方式。据认为传统的电极具有500-1800Ω的阻抗，用10-12伏特脉冲发生器产生的刺激信号操作。相反，本发明的刺激电极实施方式的阻抗为2kΩ或大约2500Ω，2kΩ到10kΩ或更高，或者甚至为10kΩ至20kΩ。如下面所详细描述的，本发明的某些脉冲发生器实施方式用DC-DC转换产生的电压操作，电压范围超过传统的刺激系统。
电极可以由具有良好抗疲劳性的柔性材料制成，长期使用没有材料失效。电极材料应当由生物相容性材料制成，或者涂覆或以其他方式处理以改善生物相容性。另外，电极材料应当对于诸如透视法的成像系统是不透性的，用来帮助在植入过程中放置电极。合适的材料的例子包括但不限于Pt、Au、NiTi、PtIr和合金及其组合。电极也可以用避免类固醇的涂层(steroid eluding coating)涂覆，以减少植入部位或刺激部位的炎症。
由于表面积较小，DRG刺激所需的总能量明显减少，因为用低电流就能够达到高电流密度。使用微电极的一个优点是只有紧邻电极的少量组织受到刺激。使用微电极的另一个优点是相应较小的脉冲发生器和缩小的电池尺寸。
除了上述可植入的电极以外，也可以使用替代电极实施方式选择性地刺激神经根神经节。图16示出了一种实施方式，其中导电环205，207置于背根神经节40的任一端。当被激活时，环205，207将刺激能电容耦合到DRG 40中。图17示出了一个替代电容刺激构造，其中电容板210，212连接到DRG硬脊膜上。本发明的实施方式不限于只有一对电容板，也可以使用一对以上。图18示出了连接到DRG 40的硬脊膜上的两对电容板。一对包括板210，212，另一对包括板214和另一个板(未示出)。作为将板直接连接到硬脊膜上的替代方案，也可以将板连接到适合绕DRG硬脊膜滑动并与之接合的电极支持元件230上。一旦电极支持元件230处于围绕DRG的位置，所述板就正确地定位，从而选择性刺激DRG。本发明不只限于电容耦合的刺激能。图20示出了另一个替代实施方式，其中线235绕DRG 40缠绕，形成线圈236，线圈236可以用来将刺激能电感耦合到神经根神经节。为了讨论目的，已经在DRG刺激的内容中描述了这些实施方式。应当理解，本文所述的技术和结构也可以用来刺激其它的神经根神经节、其它的神经结构或其它的解剖特征。
图20A和20B示出了适合通过神经组织植入的另一个电极实施方式。穿刺电极900有主体902、远端904和近端906。电极表面或部件912经由合适的导线914接受来自脉冲发生器/控制器(未示出)的刺激信号和刺激能。远端904和尖端908适合刺入目标神经组织中。另外，在远端设置有一个或多个锚固件910，以帮助将电极主体902固定在目标神经组织内。提供紧固环920(图20B)将电极主体902固定于或相对于目标神经组织。在通过神经组织插入过程中，锚固件910可以是抵靠电极主体902的第一或收缩(stowed)位，然后可转变为离开电极主体902的第二或展开位。在展开位(图20A，20C和20D)，锚固件910阻止电极900向神经组织外的移动。可以使用大量替代锚固件构造。锚固件910可以是以环形模式排列的一系列单个的支撑杆或是在它们之间具有类似于伞结构的材料的支撑杆。锚固件910也可以是单个锚固件。
电极900包括主体902，主体902适合完全穿过目标神经组织，而将电极912定位于目标神经组织的一部分内。在这个示例性的实施方式中，电极主体902适合配合在DRG 40(图20D)或交感神经链的神经节(图20C)内。电极912可以置于电极主体902上的任何位置，以获得需要的刺激或调节水平。另外，电极912可以放置为使得电极912产生的调节或刺激能模式保持在目标神经组织内或仅仅在目标神经组织内消散。
紧固环920用来将电极主体902保持在目标神经组织内以及相对于目标神经组织的位置处。紧固环920是环形的，具有环922。在某些实施方式中，用内表面942作为摩擦锁定表面来接合和容纳电极主体902。在另外一些实施方式中，内表面942包括固定电极主体的表面处理。在另外一些实施方式中，内表面942适合机械接合和固定电极主体902。紧固环920可以由合适的弹性或非弹性材料制成，可以固定在电极主体902和目标神经组织的外层上，帮助阻止电极拉出或移出。紧固环920可以由适合将环920粘合或机械固定到电极主体902和组织外层上的生物相容性材料制成。紧固环920可以在电极900植入目标神经组织内过程中存在或者在之后定位。在一个替代实施方式中，紧固环920固定在DRG外层，并且具有设置为与电极900上的接合特征接合的互补接合特征。电极主体902通过紧固环922前行并进入DRG 40内，直到互补接合特征接合，并且停止电极主体902向DRG内的进一步远端运动。互补接合特征可以单独使用或者与锚固件910组合使用，来帮助将电极900放置于诸如DRG或其它神经节的神经组织内。
图20C和20D示出了适合通过在脊髓13的剖视图中示出的目标神经组织植入的电极实施方式。脊髓截面14的各个部分的其它细节在下文中参照图38描述。这些视图中也示出了在周围神经44和根41/42内进入脊髓的示例性感觉传导路径52/54和运动元路径41P。美国专利6,871,099记载了替代植入部位和刺激备选方案，在此引用作为参考。
在图20C的说明性的实施方式中，电极900设置于目标神经组织内的非中心位置。在该实施方式中，目标神经组织是交感链990内的神经节992。交感神经链内的其它细节和特定目标神经组织在下面参照图32和33描述。电极912置于电极主体902之上或之中，使得当电极主体902通过神经节992并且位于紧固环920之内时，电极912位于神经节992内部期望的位置中。目标神经组织内的其他电极912放置也是可能的，例如，通过改变电极主体902的长度、穿入目标神经组织内的角度或最初穿入目标神经组织的位置。
在图20D的说明性实施方式中，电极900设置于目标神经组织内通常中心位置处。在该实施方式中，目标神经组织是DRG 40。电极912置于电极主体902之上或之中，使得当电极主体902位于紧固环920内时，电极912在DRG 40的大致中部或中心的中部。如前所述，紧固环920和扁平锚固件911将电极900固定在DRG 40内期望的位置。扁平或瓣形(flap)锚固件911提供类似于锚固件910的功能。锚固件911具有扁平锚固件而不是弯曲锚固件910。
在一些实施方式中，刺激电极的尖端可以涂覆药物。在图21所示的实施方式中，涂层130覆盖了DRG 40内的电极的部分。在另外一些实施方式中，电极或其他植入部件或多或少地可以适当地涂覆，以达到所需的临床结果。图21也示出了电极杆体上的涂层130或DRG外部的电极部分。涂层132可以与涂层130相同或不同。例如，尖端涂层130可以包括含有帮助有效刺激DRG的药物的远端涂层。尖端涂层130也可以包括更近端的涂层部分(即接近电极刺入硬脊膜处)，其包含阻止电极附近纤维生长的药物。在另外的实施方式中，轴体涂层132也含有阻止电极周围纤维生长的药物。另外，可以根据提供药物与前根(即图11中的植入技术)或周围神经鞘内的组织相互作用来选择轴体涂层132。
用作涂层的药物提供的期望的临床结果的例子包括但不限于瘢痕组织形成的减少、防止电极上的组织生长或形成、抗炎症、通道阻断剂，和它们的组合，或可用于治疗疼痛或神经疾病的其他已知药物。在其它替代实施方式中，药物可包括当置于体内时可使药物随时间以特定水平释放的其他化合物(即时间释放药物)。在某些实施方式中，药物是抗炎剂、阿片剂、COX抑制剂、PGE2抑制剂、它们的组合和/或防止手术后病理性疼痛改变的其他合适的药物。可以使用的其他合适的药物包括用来涂覆包括避免类固醇的心脏导线(steroid eludingcardiac leads)在内的心脏导线的药物或用来涂覆其他可植入装置的药物。
本发明的实施方式包括直接刺激神经根神经节或其它神经学结构，同时从用来提供刺激的电极释放药物。在一种实施方式中，在电极被激活之前释放药物。在另外一些实施方式中，在电极被激活之后或过程中释放药物。在另外一些实施方式中，在神经根神经节刺激过程中药物在神经根神经节中具有药理学活性。应当理解，可以改变和修改本发明的实施方式，以适应被刺激的神经成分的特殊需要。例如，可以利用本发明的实施方式，用适当的药物、药物释放模式和量以及刺激模式和水平直接刺激背根神经节或交感神经系统的神经根神经节。
图22示出了各种刺激机构。尽管这些各种机构增加了疼痛，但是它们中的每一个均作用于初级感觉神经元。该细胞的初级调节物是它的细胞体，DRG 40。本发明的一个方面是有利地使用DRG 40在神经系统内的解剖学放置来补充其它的治疗方案。在另一种实施方式中，如此处所述的DRG 40的刺激与作用于初级感觉神经元的物质一起使用。如上所示，其它机构比DRG细胞体40更接近于示出的组织损伤。以不同的方式，DRG 40位于其它疼痛机构的上游(即更靠近脑/脊髓13)。因此，这是如何利用上游DRG刺激阻断和/或增强另外的疼痛信号的另一个说明。
电生理学研究提示，COX酶产生的前列腺素E2(PGE2)通过降低激活TTX-R Na+通道所需的膜去极化程度部分提高DRG神经元的兴奋性。这使神经元具有更多自发放电并且倾向于重复形成突峰(spiking)(翻译为更强的痛觉)。在此也说明了其他促炎剂(缓激肽、香草素受体[VR1]上的辣椒辣素)如何集中影响TTX-R NA+通道。阿片剂的作用也处于TTX-R Na+通道调节的上游。本发明的实施方式有利地利用疼痛途径和神经化学的方面来改变DRG神经元的电生理兴奋性，其中电刺激与药物结合(单独的电刺激或与药物组合)，优化刺激系统的效力。
利用多种给药途径使用大量其它可以获得的药理学阻断剂或其它治疗剂，结合神经根神经节、背根神经节、脊髓或周围神经系统的特定定向刺激，也可以获得电和药理调节的协同作用。药理学阻断剂包括，例如，Na+通道阻断剂，Ca++通道阻断剂，NMDA受体阻断剂，和opoid镇痛药。图23A和23B示出了组合刺激和药物释放电极的一种实施方式。注意尖端上的双极电极115B，涂层130，和用于在植入过程中刺入硬脊膜的斜面尖形状。电极尖端在DRG神经外膜72内，并且良好定位，以改变和/或影响c-纤维55的反应性。在该图示中，圆圈代表Na+离子，三角代表Na+通道阻断剂(例如狄兰汀-[苯妥英]、得理多-[卡马西平]或其它已知的Na+通道阻断剂)。当药物从涂层130释放时，c-纤维55上的受体被阻断，从而使c-纤维的反应降低到反应阈值以下(图23B)。因为c-纤维的激活电位已经降低，优先刺激较大直径的A-纤维，或者A-纤维的反应保持在图23B中的阈值以上。
本发明的实施方式也提供大量有利的组合治疗方法。例如，可以以一种方式提供在背根神经节内作用或影响背根神经节内的反应的药物，使得可以减少电极115B提供的刺激量，并且仍然达到临床显著性的效应。或者，可以以一种方式提供在背根神经节内作用或影响背根神经节内的反应的药物，使得与没有药物时提供的相同刺激相比可以增加提供的刺激的效力。在一个特定实施方式中，所述药物是通道阻断剂，在引入后有效阻断c-纤维受体，从而可以使用在通道阻断剂存在下使用的高水平的刺激。在某些实施方式中，可以在刺激之前释放药物。在另外一些实施方式中，可以在刺激过程中或之后释放药物，或者它们的组合。例如，可以提供一种治疗方法，其中单独导入药物，单独提供刺激，在药物存在下提供刺激，或者在导入药物后的一段时间间隔后提供刺激，使得给药时间足以在施加刺激模式前产生期望的药理学效应。本发明的刺激系统和方法的实施方式能够使用具有药物涂层的本发明的微电极结合电刺激精细调节C-纤维和Aβ-纤维阈值。代表性的药物包括但不限于Na+通道抑制剂、苯妥英、卡马西平、利多卡因GDNF、阿片剂、Vicodin、Ultram和吗啡。
图23C和23D示出了组合神经刺激和药物释放系统的替代实施方式。适合这些操作的控制器和脉冲发生系统的其它细节在下面参照图26-29描述。尽管使用组合泵和储存器输送系统进行描述，但是应当理解，用于将药物从储存器转移到电极和转移出电极的泵和用于在输送前贮存药物的储存器可以是以协同方式工作的两个单独的部件。泵和储存器可以是适合控制输送特定药物的任何一种。合适的泵包括适合整体植入受试者中和适合输送疼痛控制制剂或本文描述的其它药物的任何装置。通常，泵和储存器是涉及可植入装置的药物输送装置，通过可操作连接的诸如渗透泵、蒸气压力泵、电解泵、电化学泵、泡腾泵(effervescent pump)、压电泵或机电泵系统等泵的作用提供药物从储存器(由泵的外壳或与泵连通的单独容器限定)的转移。合适的泵的其它细节在美国专利3,845,770；3,916,899；4,298,003；和6,835,194中可以获得，均在此全文引用作为参考。
图23C示出了组合的系统控制器和脉冲发生器105B，其适合控制药物从药物储存器和泵195的输送。从药物储存器和泵195泵送的药物经由专用导管进入共用供给线110F，通过张力消除机构122F进入药物和刺激电极2310。共用供给线110F可以是包括来自控制器105B的电极控制和电信号以及从泵195输送的药物的单一管线，或者可以是两个结合在一起的单独的管线。无论构造如何，共用供给线110F简化了植入程序，因为利用单一管线连接电极2310和控制器105B和泵195。
组合神经刺激和药物输送电极2310包括适合在目标神经组织内配合的主体2312。在该说明性实施方式中，电极主体2310适合配合在DRG 40内。电极2318位于电极主体2312之上或之中，或者可以是电极主体2312。电极2318适合接收经由共用供给线110F来自脉冲发生器105B的信号和电力。电极2318可以置于电极主体2312上的任何位置，以获得期望的刺激或调节水平。另外，电极2318的放置可以使得电极产生的调节刺激能模式只在目标神经组织内保持或消散。在这个说明性实施方式中，电极2318定位保持在目标神经组织内的通常中央的位置处。在这个实施方式中，目标神经组织是DRG 40。电极2318置于电极主体2312之上或之中，使得当电极2310固定于紧固环(下文描述)内时，电极2318位于DRG的大约中部或中心的中部。
紧固环2315用来将电极主体2312保持在DRG 40内或相对于DRG 40的位置处。紧固环2315可以由合适的弹性或非弹性材料制成，可以固定于电极主体2312和DRG外层上，以帮助防止电极拉出或移动。紧固环2315可以由适合将环2315粘合或机械固定到电极主体2312和DRG外层上的生物相容性材料制成。紧固环2315可以在电极2310植入DRG过程中存在或者在之后定位。在一个替代实施方式中，紧固环固定在DRG外层上，并且具有设置为与电极2310上的接合特征接合的互补接合特征。电极主体2312通过紧固环2315前行并且进入到DRG 40内，直到互补接合特征接合，并且停止电极主体2312向DRG内的进一步远端运动。互补接合特征可以用来防止将要定位于DRG内的电极2310穿透DRG。
在电极主体2312内有至少一个导管或腔(未示出)，提供从含有药物的共用供给线110F部分向远端开口2316的连通。在工作时，泵/存储器195内的药物在控制器105B控制下输送到共用供给线110F，通过电极主体2312，离开远端开口2316，进入DRG内部。注意远端开口2316的该实施方式含有斜面边缘，可以用来在植入操作中穿透DRG。
图23D描述了几个适用于组合神经刺激和药物输送系统和电极的替代实施方式。
与使用组合的控制器、脉冲发生器和电池105B的图23C不同，图23D中的构造提供了类似于图28和29所示的分配系统。脉冲发生器和控制器105C和药物储存器和泵2395分别使用适当的连接2307和2305接收来自电池2830的电力。药物储存器和泵2395可以具有独立于控制器/发生器105C工作的自己的控制器，具有在控制器/发生器105C控制下工作的自己的控制器(即以主/从关系)，或者在控制器/发生器105C控制下工作。电极912经由导线110接收来自发生器105c的刺激电力。灌注口928通过电极主体902内的一个或多个导管(未示出)和导管2396连接到药物储存器和泵2395。
电极900A的实施方式类似于图20A的电极900。电极900A在电极主体902内也包括灌注口928，灌注口928通过导管2396与泵和储存器2395的内容物连通。电极主体902的长度足以通过目标神经组织植入。尽管示出的植入通常在DRG 40的中心，但是应当理解，电极主体902可以更长或更短，以适应目标神经组织的不同大小或在神经组织内的不同布置。例如，图20C示出了植入交感神经链神经节内的非中心位置的电极900的一种实施方式。电极900A包括具有尖端908和锚固件910的近端904。提供紧固环920(如上所述)将电极主体902固定在DRG40上或相对于DRG 40固定。在通过DRG插入过程中，锚固件910可以保持抵靠电极主体902的第一或收缩位，然后可转变为离开电极主体902的第二或展开位。在展开位(图23D)，锚固件910阻止电极900A向DRG 40外移动。可以使用大量替代锚固件构造。锚固件910可以是以环形模式排列的一系列单个的支撑杆，或是在它们之间具有类似于伞结构的材料的支撑杆。锚固件910也可以是单个锚固件。
电极912和灌注口928可以沿电极主体902设置在适合给予神经刺激和药物的任何位置。在说明性的实施方式中，电极912通常位于DRG内的中心，灌注口928靠近电极主体902的远端。也可以采用其他构造，在另外一些实施方式中可以使用更多或更少的电极和灌注口。例如，灌注口928可以位于DRG的中心附近，而电极912可以位于电极主体902上的其它位置，以使传送到DRG外并进入周围组织的刺激能减为最少。可以沿电极主体902设置一个或多个电极912，使得刺激能保持在DRG40或其它目标神经组织内(即在其中几乎完全衰减)。
在一个特定实施方式中，远端尖端908具有适合刺入硬脊膜层以使电极主体902通过DRG的点。尖端908通过DRG前行，直到锚固件910通过尖端908形成的开口，并且如图23D所示展开。一旦锚固件910通过DRG并且展开，电极主体902就可轻轻回退，以使锚固件910抵靠DRG硬脊膜接合。之后，将紧固环920前送到环绕电极主体902并且抵靠DRG40外层的位置。当植入DRG 40内时，使用锚固件910和紧固环920将电极900A固定在位置上。在另外一些实施方式中，可以使用紧固环920而不用锚固件910。在另一种实施方式中，使用锚固件910而不使用紧固环920，或者用适合将电极主体902的近端固定在DRG上或接近DRG的另外一组锚固件代替紧固环920。
图24是包括几种输注药物实例的表。药物在左侧列出。在右侧，用黑色圆圈和空心圆圈表示特定类型的疼痛或其它疾病对使用特定药物的支持水平。黑色圆圈代表来自受控试验或几个公开标签试验并且公认或实用的证据。空心圆圈代表根据较少的证据。例如，在下肢不宁综合征(RLS)的治疗中，地西泮有公认的或实用的证据，而加巴喷丁具有根据较少的证据。可以给身体提供这些和其它的药物，以单独地或与本发明的实施方式提供的刺激组合地对神经组织产生协同的药理学结果。在某些实施方式中，在刺激部位提供药物，在另外一些实施方式中，使用适合输送一种或多种药物的刺激电极实施方式提供药物。
考虑到以下特定实施例。伤害性感受器(Nociceptor)代表特定的一亚类电压门控钠通道。这些TTX-R Na+通道被认为明显有助于小直径感觉神经元(即c-纤维)中的潜在放电速率和持续时间。本发明的实施方式可以提供适合于协同改善神经刺激能力的通道阻断剂。例如，可以利用组合的刺激和药物释放直接在背根神经节束间隙内、邻近c-纤维或在药理活性位置内提供Na通道阻断剂，使得药物与通道相互作用。
本发明的实施方式也能够有利地使用神经系统中的离子通道作为药物的靶标，并与选择性直接刺激组合。Na+通道和加巴喷丁敏感的Ca2+通道在神经损伤后上调。通道阻断剂可以抑制异常的C-纤维神经兴奋性。沿疼痛路径分布的Na+和Ca2+通道靶标在图25中示出。本发明的实施方式有利地使用背根神经节(DRG)的特定解剖学和特征，来改善药物的效力。在一个特定实例中，注意到DRG含有TTX-敏感的Na+通道(Nav1.3)、TTX-抗性的Na+通道(1.8，1.9)和加巴喷丁敏感的Ca2+通道。图25示出了大量背根神经节、周围神经系统和脊髓传入疼痛路径。注意到在与神经性疼痛有关的慢性神经损伤后电压依赖性的Na+和Ca2+通道亚单位改变。另外，Nav1.3通道和Na+通道3(Nav 3)和Ca2+通道2-1(Cav 2-1)亚单位在背根神经节神经元细胞体中的表达提高，Nav1.3在脊髓背角37中的第二级伤害性神经元中的表达提高。河豚毒素抗性的Na+通道亚单位Nav 1.8和Nav 1.9也从背根神经节神经元细胞体到损伤部位的周围轴突和疼痛受体重新分配。这些改变被认为导致自发的异位放电，并且降低了机构激活的阈值，导致感觉异常、痛觉过敏和异常性疼痛。
在本发明的一个方面，这些通道是本发明的系统和刺激方法的实施方式提供的刺激的目标。刺激可以包括单独的电刺激，直接输送或通过DRG输送药物，与电刺激组合直接输送或通过DRG输送药物，或DRG的电刺激与在疼痛路径中的其它位置输送药物相组合。在一个特定实施方式中，在疼痛路径中的其它位置输送药物是在被刺激的背根神经节或神经根神经节的上游。在另一种实施方式中，在疼痛路径中的其它位置给药是在背根神经节的下游。在另一种特定实施方式中，向位于上游或其它位置的交感神经系统中的神经节和背根神经节提供刺激，以影响或阻断起源于该神经节的信号。
可以使用本发明的方法和系统的替代实施方式修复或帮助修复脊髓中的神经组织。
在本发明的另一个方面，提供了选择性神经刺激背根神经节的方法和系统。例如，可以在使用或不使用药物的情况下，对DRG、DRG的一部分或DRG附近选择性提供电刺激，以在DRG内产生帮助、促进或以其它方式加速神经组织再生的条件。
在本发明的实施方式可以提供药物的一种具体实施方式
中，提供了一种诱导神经节内cAMP升高用于再生感觉轴突的方法和/或系统，其利用了Neumann S，Bradke F，Tessier-Lavigne M，Basbaum AI在题目为″Regeneration of Sensory Axons Within the Injured SpinalCord Induced by Intraganglionic cAMP Elevation(参见Neuron.2002 Jun 13；34(6)885-93，在此全文引用作为参考)的文章中提出的机制。Neuman等人的研究证明，在神经节内注射db-cAMP后，感觉神经元的中央分支在体内再生。从注射db-cAMP的动物中获得的通过损伤部位的水平切片显示再生的纤维。适合输送药物的神经刺激电极可以用于db-cAMP的神经节内输送。db-cAMP的神经节内输送可以用本文描述的任何药物输送技术进行，包括，例如，在电极主体的全部或部分上涂覆，或者使用适当定位的灌注口。
图26示出了根据本发明一个方案的脉冲发生器105的实施方式。类似于传统的刺激脉冲发生器，通信电子组件102具有接收指令的接收器和发送信息的发送器。在一种实施方式中，接收器和发送器可植入体内，并且适合经皮接收和发送信息。控制电子组件106包括微控制器103，微控制器103具有常规部件，如程序存储器103.1、参数和算法存储器103.2和数据存储器103.3。也提供电池130，电池130可以位于脉冲发生器内或是脉冲发生器的一部分(即图27)，或植入与脉冲发生器不同的部位(即图28)。提供开关109将来自DC-DC转换器113的刺激能与刺激部位(即位于STIM1-STIM4处的电极)在微控制器103的控制下耦合。
根据通信电子组件102接收到的经皮RF遥测信息改变可编程参数。该遥测信息由控制电子组件解码并使用，以在需要时改变脉冲发生器105的输出。脉冲发生器的输出或刺激程序可以动态变化。疼痛通常与某些活动有关，如步行、弯腰或坐下。可以应用活动水平传感器检测活动的量或程度。活动的水平可以是动态改变刺激程序以确定适当刺激水平的输入。此外，可以基于特定患者的活动模式为患者个体设计不同的预编程的刺激算法。预编程的刺激算法可以存储在供本文描述的刺激系统使用的合适的介质中。也可以应用常规经皮编程技术更新、改变或消除刺激算法。
疼痛通常与某些位置有关，如站立或躺下。可以利用位置传感器检测患者的位置。患者的位置可以是向刺激控制系统的输入，用于动态改变刺激程序，以确定适当的刺激水平。这种传感器的一个例子是多轴加速计。传统的3或4轴加速计可以植入患者体内或保持在患者身上提供位置、活动水平、活动持续时间或患者状态的其它指示。检测到的患者状态的指示随后用于确定刺激水平和模式。位置传感器可以在放置或植入人体之上或之中时建立或校准。校准帮助传感器正确识别个人的方向和活动水平。
任选地，位置传感器108与可植入发生器位于相同的物理外壳内。如果希望，位置传感器可以位于身体其它位置的植入部位中，或者可以由个人在外部佩戴。使用包括直接连接或经皮传送在内的合适的手段向脉冲发生器105提供来自位置和/或活动传感器108的位置信息。尽管许多实施方式是合适的，但是优选的模式使用(例如但不是限制本发明)一个或多个加速计(accelerometer)来确定患者的状态，至少包括感知个体直立或躺下的能力。另外，位置传感器可能适合提供活动指示或活动水平，如步行和跑步之间的差异。在另一种实施方式中，位置传感器108的位置可以感知特定运动，如特定身体部分的活动，来检测例如经历术后物理治疗的身体部分或四肢的特定运动。使用这种位置传感器实施方式，当个人开始与物理治疗有关的活动时，传感器将检测这种活动，并提供适当的刺激。在其他替代方案中，位置和/或活动传感器包括一个或多个多轴加速计。
如上所述，本发明的微电极实施方式的电极尺寸和表面积大大小于传统的刺激电极，以使它们可以按照此处所述的方法植入。如上所述，较小的电极尺寸导致电阻抗增大，需要15伏特以上、20伏特以上、或甚至高达40伏特的电压，来为微电极提供足够的刺激电流。传统的脉冲发生器使用电容性开关阵列从用于传统神经刺激系统的3v电池提供最高达12V的电压。据认为传统电容系统使用的开关引起的较大电损失将使它们不能提供足够的电流驱动本发明的微电极。这样，脉冲发生器105与传统脉冲发生器的不同在于使用DC-DC转换器将电池电压增大到可达操作本文所述的刺激系统所需的范围。
在本发明的脉冲发生器的一种实施方式中，至少一个开关109连接到至少一个可植入的电极上，该电极具有大于2,500欧姆的阻抗。也提供DC-DC转换器，它适合在控制器103控制下为至少一个可植入电极提供刺激信号，控制器103构造为控制DC-DC转换器113的输出。另外，脉冲发生器、至少一个开关、DC-DC转换器和控制器可植入体内。在另一个方案中，控制器103根据用于阻断疼痛信号的算法控制DC-DC转换器113发送刺激信号的输出。在一个方案中，DC-DC转换器构造为提供0伏特到30伏特的电压。在另一方案中，DC-DC转换器构造为提供0伏特到40伏特的电压。
图27示出了本发明的电极连接器的一种实施方式。电极连接器120具有适合连接脉冲发生器105A的近端123和适合连接电极连接器126的远端121。电极连接器的远端121适合连接多个微电极导线110/连接器126，这取决于使用多少个微电极115。任选地，在一些实施方式中，电极连接器120的一部分可以构造为返回电极。
在传统的刺激系统中，刺激电极导线直接连接到脉冲发生器，导致植入操作包括穿引(tunneling)从脉冲发生器到每个电极的多条导线。该技术具有以下增加的缺点，有多个连接点连接到脉冲发生器，每一个均需要封闭，和潜在的磨损源。相反，本发明的实施方式使用细微导线110和微电极115，它们可能妨碍传统穿引操作的成功。与传统的穿引多个电极和它们的导线不同，电极连接器120是柔性的电连接器，用来将脉冲发生器植入部位和将要植入微电极的一个或多个刺激部位之间的距离桥接起来。应当理解，电极连接器的长度足以从植入第一解剖部位的脉冲发生器延伸到植入第二解剖部位的微电极。
脉冲发生器105A与传统脉冲发生器的不同在于有一个与电极连接器的连接点，而不是与每个刺激电极的多个连接点。有利的是，这样植入细微导线和微电极，其跨越的距离因电极连接器120而变得大大缩短。微电极导线110现在的跨距只是在电极连接器远端121和神经根神经节植入部位处的微电极115之间。
图27也示出了刺激部件的一个实施方式。刺激部件包括近端连接器126、构造为在刺激部位处植入体内的远端电极115和连接近端连接器和远端电极的电导线110。远端电极可以是，例如，单极电极或双极电极。在一些实施方式中，也提供靠近刺激部位的张力消除机构，和/或固定元件，该固定元件适合减少接近固定点的电导线在接近刺激部位的解剖结构中的移动量(例如，见12A/B，13A，14A)。近端连接器126适合连接电极连接器的远端121。
在另外一些实施方式中，刺激部件也可以包括位于远端电极近侧的锚定机构(例如图13B，14B中的可变形锚固件117)。在一些实施方式中，锚定机构适合将远端电极锚定在刺激部位内，并且可以任选地与远端电极整体形成。锚定机构由聚合物、硅氧烷或其它柔性、生物相容性材料形成。在某些实施方式中，锚定机构和/或电极主体由包括射线不透性材料的柔性、生物相容性材料制成。合适的生物相容性材料可以是特征为射线不透性的生物相容性聚合生物材料或其它通过添加“对比剂”而导致射线不透性的聚合生物材料，对比剂通常是无毒性的重原子的盐或氧化物。
图28示出了本发明的另一个刺激系统实施方式。在这个示例性的实施方式中，脉冲发生器2806连接到四个单独受控制的微电极115，这些微电极115被植入到四个不同的神经根神经节，这里是背根神经节DRG1到DRG4。图28的创新刺激系统与传统刺激系统的不同在于电池2830与脉冲发生器2806分开。适合传送电池电力的电连接(例如线2804)从电池2830延伸到脉冲发生器2806。微电极导线110在近端使用连接器2812连接到脉冲发生器2806，在远端连接到微电极115。脉冲发生器2806包括前面所述的脉冲发生器实施方式的类似的功能部件，例如构造为提供0伏特到30伏特电压、0伏特到40伏特电压或其它合适的电压范围来驱动本文所述的微电极的DC-DC转换器。电池2830、与电池分离的脉冲发生器2806、电连接2804、微电极导线110和微电极115适合植入体内。
局部脉冲发生器2806的另外的实施方式具有能够靠近刺激部位植入脉冲发生器2806的小型尺寸。更靠近微电极115的植入部位植入局部脉冲发生器2806期望地允许使用更短的微电极导线110。脉冲发生器2806的实施方式小到足以允许植入接近将要刺激的脊髓水平的背部，植入接近C1-C3水平的上背部，用于缓解偏头痛(图30)。在一个特定实施方式中，脉冲发生器2806的总体积小于200mm3。在另一个特定实施方式中，脉冲发生器2806的至少一个维度为2mm或更小，或者脉冲发生器2806的至少一个维度为10mm或更小。
图29示出了多脉冲发生器系统的一种实施方式。这种多脉冲发生器实施方式类似于图28的系统，增加了第二脉冲发生器2806B，使用连接器2814在连接点2810处连接第二脉冲发生器2806B和第一脉冲发生器2806A。象以前的系统一样，第二脉冲发生器2806B与电池2830分开。另外，微电极导线110在近端使用连接器2812连接到第二脉冲发生器2806B，在远端连接到微电极115。微电极115被植入神经根神经节内，在此为植入部位处的背根神经节DRG5-DRG8。图29示出了在不同植入部位植入的8个电极，植入部位包括背根神经节、交感神经系统的神经根神经节或体内其它刺激部位。
应当理解，在一个方案中，脉冲发生器2806和第二脉冲发生器2806B独立编程。在另一个方案中，脉冲发生器2806A和第二脉冲发生器2806B适合以主-从配置工作。对于脉冲发生器的每个电极或系统内的所有电极来说，大量协同的刺激模式是可能的。在其他方案中，一个微电极的激活与第二微电极的激活协同。在一个特定方案中，微电极和第二微电极被同一个脉冲发生器激活。在另一个特定方案中，以协同的方式，微电极被脉冲发生器2806A激活，第二微电极被第二脉冲发生器2806B激活，从而达到治疗的结果。例如，当第二微电极被激活时，微电极被激活，或者当第二微电极被激活时，微电极不被激活。在另外一些实施方式中，微电极植入背根神经节中，第二微电极植入交感神经系统的神经根神经节内。应当理解，图27和28的系统可以如以上图3-7所示构造。
在其它一些替代方案中，本发明的特定实施方式可以单独提供直接刺激或者与如此处所述释放的治疗剂组合，用于治疗头痛、偏头痛等。因此，本发明的实施方式可以向C1-C3水平的全部、部分或组合提供直接的选择性的DRG、脊髓和/或周围神经系统刺激(单独使用刺激，或与此处所述的治疗剂输送相组合)，以缓解或减轻疼痛、偏头痛或其它相关疾病引起的疼痛。提供了一种刺激神经组织来治疗疾病的方法，包括刺激植入的电极，该电极只刺激脊髓水平上的背根神经节，其中这种刺激治疗所述疾病。如图30所示，脊髓水平包括C1、C2或C3，所述疾病是头痛，或更特别的是偏头痛。
在另一个替代方案中，本发明的实施方式提供感觉增加(sensoryaugmentation)作为对糖尿病性神经病的治疗。在一种实施方式中，使用本文描述的技术直接刺激DRG、脊髓和/或周围神经系统，以刺激或以其它方式产生一种类型的随机共振，这种随机共振将改善、增强或提供增加的神经学刺激。随机共振为系统增加噪音，以改善信号的清晰性。例如，向合适的DRG、DRG组、脊髓和/或周围神经系统提供直接神经刺激可以，例如，改善前庭平衡或改善或缓和糖尿病性神经病诱导的疾病。例如，可以利用增加的神经刺激(单独的刺激或与治疗剂组合的刺激)改善由于糖尿病性神经病而损伤的、不正确工作的或以其它方式受损的神经纤维的神经纤维功能。利用此处描述的直接刺激技术诱导的示例性刺激模式有助于将亚阈值信号(图31A)升高到阈值水平或阈值水平以上(图31B)。
在本发明的另外一些实施方式中，提供了通过在沿交感神经链的特定位置处植入至少一个刺激电极而治疗生理性障碍的方法。优选地，本发明提供通过向身体的患侧，或者如果临床指示的话，在双侧，手术植入电极，使其邻近沿交感神经链的预定的部位或与之通信，治疗性地处理多种生理性障碍或病理性疾病的方法。图32示出了自主神经系统的示意图，示出了交感神经纤维和副交感神经纤维，包括几个神经根神经节。
因此，本发明的实施方式可以与其它神经刺激技术结合使用，方法是将使用本发明的特定DRG刺激的上游刺激与DRG刺激下游的另外一种刺激作用相组合。如这里使用的上游和下游是指较接近脑的通路(即上游)或远离脑的通路(即下游)。例如，Rezai在美国专利申请2002/0116030和美国专利6,438,423中以及Dobak在公开号为2003/0181958的申请中描述了几种刺激技术，这些文献在此引用作为参考。在特定方案中，可以仅仅如Rezai所述用本发明的实施方式提供交感神经链的电和组合(即与药物组合)刺激(即使用适当的DRG刺激或直接植入神经根神经节内)。此外，或者另外，本发明的实施方式与Rezai所述的刺激技术(即使用Rezai的一种或多种技术的常规交感神经链刺激)组合使用，提供一个或多个DRG的特定直接刺激。
图33示出了本发明的实施方式如何使用相关DRG的直接刺激有利地进行交感神经链的神经刺激。本发明该方案采用相对于交感神经链的解剖学DRG放置，结合本文描述的门控理论，进行直接DRG刺激，用于控制交感神经系统。因此，本发明的选择性神经刺激技术可以有利地用于，例如，提供和/或增加关于体重控制、激素调节、血管灌注等的治疗工具。其它的替代实施方式包括使用特定刺激提供器官系统的自主调节。通过植入本发明的刺激电极和系统刺激交感神经链相关部分上游的适当的DRG，可以利用本文所述的电和/或药物刺激技术控制、调节或影响相关的系统。
在一个具体实施例中，通过刺激与脊髓水平13.3相关的DRG 40，可以改变、修改、影响或控制与激素调节有关的交感神经链的部分。类似地，通过刺激与脊髓水平13.2和/或水平13.1相关的DRG 40，可以改变、修改、影响或控制与胃肠道或尿失禁有关的交感神经链的部分(即膀胱、尿道、前列腺等)。另外，可以利用本文描述的直接刺激技术直接刺激交感神经系统的各个神经节，例如腹腔神经节、肠系膜上神经节、肠系膜下神经节和图32，33列出的或本领域技术人员公知的其它神经节。应当理解，根据需要改变刺激系统、脉冲发生器和微电极和其他部件和调整其大小，以便能够直接刺激神经节，包括植入神经节中或通往神经节的相邻的神经鞘内。图34示出了用微电极115以及植入交感神经根神经节63中的适当大小的微电极115刺激DRG38的组合直接刺激。图34中的电极可以独立地刺激或以协同方式刺激，以达到期望的临床结果或其它期望的结果。类似于以上对于DRG中的电极放置所述，对于交感神经链的电极放置根据需要也可以是单侧、双侧、位于交感神经链的相邻部分上或交感神经链的分别的部分上。
本发明的一个方案是调节交感神经系统中的神经通路的方法，包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与所述交感神经链的至少一个神经节有关的疾病。在一个具体实施方式
中，刺激脊髓背根神经节包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的身体系统的功能性激活，或者影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的器官的功能性激活，或者影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的身体系统的功能性抑制。在具体实施方式
中，交感神经链的神经节是颈神经节、胸神经节或腰神经节。
在另一个方案中，调节交感神经系统中的神经通路的方法包括使用暴露于脊髓背根神经节神经外膜的电极施加刺激。在另一个方案中，用背根神经节内的电极施加刺激。此外，或者另外，可以利用暴露于至少一个神经节的电极或者利用植入至少一个神经节内的电极对沿交感神经链的至少一个神经节施加刺激，或者沿交感神经链施加刺激。
图35，36和38示出了如何有利地使用本文描述的刺激系统、方法和微电极的实施方式直接刺激脊髓。本领域技术人员应当理解，上述脉冲发生器、电池和其它刺激系统部件将用于驱动本文描述的脊髓电极。如图35所示，微电极115通过硬膜外隙26、通过硬脊膜32前行，进入脊髓13。在这个说明性的实施方式中，电极115定位于脊髓13内，锚固件124在椎体70中，并且具有应力减少元件122(即微电极导线110的卷曲)。图36示出了植入脊髓13中进行直接刺激的两个电极。任选地或者另外，也可以提供锚固件和封闭件，在下面参照图37A、B和C进一步描述。尽管说明性实施方式示出了以一定深度植入脊髓内的电极，但是电极也可以固定在表面。例如，电极可以设置在正好刺入外表面最多深度为1mm或深度为2mm至12mm的位置，或者根据需要放置，以实现期望的刺激治疗或处理。
本发明的实施方式提供刺激脊髓的方法，包括向脊髓内植入电极，并使用该电极向脊髓纤维提供刺激能。在一个方案中，使用电极以低于将会消融或以其它方式损伤脊髓纤维的能量水平的水平向脊髓提供刺激能。在特定实施方式中，脊髓微电极被植入楔束、薄束、皮质脊髓束、上行神经通路和/或下行神经通路内。
在另一个特定实施方式中，一种刺激脊髓的方法包括穿刺硬脊膜，并放置电极使之接触脊髓髓内的一部分。另外，脊髓髓内的该部分可以包括楔束、薄束、皮质脊髓束。另外或者任选地，可以将电极植入脊髓髓内的一部分内，包括控制来自上肢、下肢、上脊髓疼痛通路或下脊髓疼痛通路的疼痛的髓内一部分。另外或者任选地，可以将电极植入影响诸如自主性膀胱刺激等器官控制或其它机体功能的脊髓髓内的一部分内并且直接刺激该部分。
图37A-37C示出了在电极植入操作过程中穿刺硬脊膜后封闭硬脊膜32的替代方案。在一个方案中，本发明提供在硬脊膜中形成开口，使电极通过硬脊膜中的该开口，以及封闭硬脊膜32中的该开口的方法。另外，也可以在电极3715的远侧设置无创锚固件3717，以帮助电极在植入后保持在脊髓13中的位置，以及防止拉出。锚固件3717可以由任何合适的柔性的且不污染周围脑脊液的生物相容性材料制成。在图37A中，一个纤维封闭件3710设置在锚固件3717的远端，抵靠着硬脊膜32的内壁。用于封闭件3710，3720和3725的合适的封闭材料的例子包括，例如，组织胶、合成纤维，凝胶泡沫，水凝胶，亲水性聚合物或其它具有适合封闭的结构特性的材料。本文描述的每一种封闭件都可以与锚固件3717分开或整体形成。图37B示出了一种实施方式，其中封闭件3720设置在硬脊膜32的外壁上。图37C示出了使用两个封闭件。一个封闭件3725抵靠着硬脊膜的内壁，另一个封闭件3720抵靠着硬脊膜的外壁。用于封闭件3720，3725的合适的封闭材料的例子包括血管缝合垫、聚氨酯、氟化聚合物、生物可降解聚合物如PLA/PGLA。本文所述的封闭件适合防止CSF通过在电极植入过程中形成的硬脊膜上的孔漏出。在替代实施方式中，在植入后穿过硬脊膜的部件(微电极杆体或微电极导线，取决于设计)具有与封闭件3717，3720接合并且帮助封闭硬脊膜的材料或表面。在一个特定实施方式中，封闭件3720可以是织物垫，如血管缝合垫，封闭件3725可以是聚合物或组织胶的形式。
图38示出和总结了神经系统内用于刺激和电极放置的大量具体目标。只示出了脊髓一侧的神经。图38示出了几个替代微电极放置部位，这取决于期望的刺激、神经反应或疾病的治疗。本发明的实施方式使用合适的小尺寸微电极，因此除了本文描述的特定实施方式以外能够选择性刺激神经系统的大量特定部分。在DRG硬脊膜(1)、穿过硬脊膜的DRG(2A)、通过横穿周围神经鞘在DRG内(2B)示出了微电极。脊髓可以被植入上行通路92、下行通路94或纤维96内的电极刺激。脊髓刺激也可以通过向诸如楔束3、薄束4或皮质脊髓束5的特定脊髓区内放置微电极来实现。另外，电极也可以放置在脊髓中接近根进入脊髓的入口处，如背根42H和前根41H。本发明的实施方式也能够有利地放置微电极并且施加直接刺激，从而影响和/或控制身体功能。
在一些实施方式中，直接刺激是指通过放置一个或多个电极使之接触目标神经组织而向该神经组织施加刺激或调节能量。在一些特定实施方式中，接触目标神经组织是指电极放置在神经节之上或之中。在另外一些实施方式中，一个或多个电极可以邻近一个或多个神经节放置，而不接触神经节。不接触神经节的电极放置涉及使电极只优先刺激神经节的定位。只优先刺激神经节涉及向目标神经组织的电极放置或电极能量的传送，而不通过中间生理结构或组织传送神经刺激或调节能量。
通过与诸如美国专利6,259,952；美国专利6,319,241和美国专利6,871,099所述等现有的传统刺激系统对比，本发明的刺激系统和本文描述的方法的几个优点是清楚的，这些专利均在此引用作为参考。
例如，考虑到置于椎体内用于刺激背根神经节的传统刺激电极。这样放置的电极提供的一部分刺激能将被周围的骨结构减弱或吸收。结果，该系统提供的初始刺激能必须大到足以补偿通过骨的传送损失，而仍然具有足够的剩余能量在背根神经节处达到期望的刺激水平。这种传统系统的刺激能也非特异性地施加到中间生理结构上，如脊髓、周围神经、背根、前根和周围组织、软骨和肌肉。这些中间生理结构中的每一个都将接受刺激能，并且可能引起不希望的后果。另外，这些生理结构中的每一个都将经受刺激能并且在能量到达期望的神经组织之前可能减弱或吸收刺激能。
考虑到置于(a)背根内硬脊膜和脊髓之间的和(b)周围神经内的传统刺激电极的其他实例。类似于以上实例的方式使来自这些部位的背根神经节的神经刺激复杂化。电极提供的刺激能必须通过许多周围的生理组织或者可能被这些组织吸收。位置(a)内的电极提供的一部分刺激能将被例如周围的背根鞘、脑脊液和脊髓减弱或吸收。该系统提供的刺激能必须大到足以补偿通过背根鞘、脑脊液和保护性脊髓层(即脊膜软膜、蛛网膜和硬脊膜)的传送损失，而仍然具有足够的剩余能量在背根神经节中达到期望的刺激水平。刺激能也非特异性地施加于脊髓。位置(b)内的电极提供的一部分刺激能将被例如包括运动神经束在内的周围神经束减弱或吸收。该系统提供的刺激能必须大到足以补偿通过周围神经的传送损失，而仍然具有足够的剩余能量在背根神经节中达到期望的刺激水平。与本发明不同，电极设置(b)提供的刺激能也向周围神经内的运动神经施加刺激能。以上位置(a)和(b)的电极设置均有生理结构介于中间，这些中间生理结构接受刺激能并且可能引起不期望的后果。另外，在能量到达期望的神经组织之前，每个中间生理结构将经受并且可能减弱或吸收刺激能。
本发明的实施方式通过置于目标神经组织之上、之中或附近的一个或多个电极提供刺激能。电极布置的紧密性使得能够使用显著少的刺激能达到相当的神经刺激水平。认为在本发明的技术中可以使用较低电力水平的一个原因是缺乏中间生理结构经受刺激能引起的衰减损耗。传统系统还要担心热量的产生和热量诱导的组织损伤的可能性，因为传统刺激系统使中间组织和目标经受刺激能。许多传统刺激系统提供或应用组织温度控制和反馈。组织温度是这些传统系统的一个有用的参数，因为它们提供足以实质性地或可测量地升高周围组织或中间结构温度的能量。这些传统刺激系统使周围组织的温度升高数十摄氏度，而使温度保持在低于热致死的平均温度范围，如热损伤操作中使用的温度(即低于45℃)。
与既升高目标组织温度又升高周围组织温度的系统不同，认为本发明的实施方式提供的刺激能水平足够低，以致目标神经组织的温度不会以可测量到的程度升高，或者不到1摄氏度。本发明的一些实施方式提供的刺激水平在(a)毫瓦特范围；(b)毫焦耳范围；和/或(c)微焦耳范围以内或以下。也认为本发明的一些实施方式提供的刺激水平足够低，以致于电极周围组织的温度不受影响，升高不到5摄氏度，或者不到1摄氏度。而且，认为本发明的另外一些实施方式提供的刺激能水平低到足以使周围组织和其他生理结构的温度低于用常规温度测量技术可测量到的量，或者低于1摄氏度。应当理解，本发明的实施方式提供的刺激能水平显著低于可测量地升高周围组织温度或以接近热消融和损伤水平的水平工作的传统刺激系统。
应当理解，可以单独使用本发明的特定刺激技术的实施方式来实现所述的刺激技术，或者在与以下参考文献(均在此引用作为参考)中所述的刺激技术和系统组合的上游或下游构造中使用Starkebaum的美国专利5,948,007；Hull的美国专利5,417,719；Kuzma的美国专利6,658,302；Paspa的美国专利6,606,521；和Law的美国专利5,938,690。
尽管本文已经显示和描述了本发明优选的实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式只是作为例子提供的。本领域技术人员可以想到不背离本发明的大量变化、改变和替代。应当理解，本文描述的本发明的实施方式的各种替代方案可以在实施本发明中使用。下面的权利要求限定了本发明的范围，因此涵盖了这些权利要求范围内的方法和结构和它们的等同方案。
权利要求
1.一种刺激背根神经节的方法，包括邻近背根神经节植入电极；和激活该电极，以刺激该背根神经节的一部分。
2.根据权利要求1的方法，还包括在背根神经节神经外膜中形成开口；和使所述电极通过所述开口。
3.根据权利要求1的方法，还包括在脊神经根的近侧部分形成开口；和使所述电极通过所述开口。
4.根据权利要求1的方法，所述激活步骤还包括将可编程的电信号与所述电极耦合。
5.根据权利要求1的方法，其中邻近背根神经节植入电极包括邻近背根神经节神经外膜植入电极。
6.根据权利要求1的方法，其中邻近背根神经节植入电极包括在背根神经节神经外膜内植入电极。
7.根据权利要求1的方法，其中邻近背根神经节植入电极包括在背根神经节束间植入电极。
8.根据权利要求1的方法，其中邻近背根神经节植入电极包括在背根神经节神经外膜之上或之内植入电极。
9.根据权利要求1的方法，其中邻近背根神经节植入电极包括植入电极使之接触背根神经节神经外膜。
10.根据权利要求1的方法，其中激活电极进行刺激包括激活电极以选择性刺激感觉神经。
11.根据权利要求1的方法，其中激活电极进行刺激包括激活电极以刺激感觉神经，而不刺激运动神经。
12.根据权利要求11的方法，其中激活电极进行刺激包括以相比无髓鞘纤维优先刺激有髓鞘纤维的水平激活电极进行刺激。
13.根据权利要求1的方法，还包括从所述电极释放药物。
14.根据权利要求13的方法，其中释放步骤在激活步骤之前进行。
15.根据权利要求13的方法，其中释放步骤在激活步骤之后进行。
16.根据权利要求13的方法，其中释放步骤在激活步骤期间进行。
17.根据权利要求13的方法，其中所述药物在激活步骤中在背根神经节中具有药理学活性。
18.根据权利要求13的方法，其中所述释放药物包括释放选自抗炎剂、阿片剂、COX抑制剂、PGE2抑制剂和其他适合防止术后病理性疼痛改变的药物的药物。
19.根据权利要求1的方法，其中植入电极包括向一个脊髓水平内植入两个或多个电极。
20.根据权利要求1的方法，其中植入电极包括在两个或多个脊髓水平上植入至少一个电极。
21.根据权利要求20的方法，其中所述两个或多个脊髓水平中的至少两个彼此相邻。
22.根据权利要求1的方法，其中所述植入步骤包括穿刺背根神经节神经外膜。
23.根据权利要求1的方法，其中所述电极的一部分用药物涂覆。
24.根据权利要求23的方法，其中药物选自抗炎剂、阿片剂、COX抑制剂、PGE2抑制剂和其他防止术后病理性疼痛改变的合适的药物。
25.根据权利要求23的方法，其中所述药物阻止电极周围的纤维生长。
26.一种刺激神经根神经节的方法，包括向神经根神经节内植入电极；和激活电极，以刺激神经根神经节。
27.根据权利要求26的方法，其中所述神经根神经节是背根神经节。
28.根据权利要求26的方法，其中所述神经根神经节是交感神经系统中的神经根神经节。
29.根据权利要求26的方法，其中植入电极包括在脊髓背根神经节神经外膜中形成开口；和使所述电极通过该开口。
30.根据权利要求26的方法，其中植入电极包括在交感神经系统中的神经根神经节神经外膜中形成开口；和使所述电极通过该开口。
31.根据权利要求26的方法，进一步包括在脊神经根的近侧部分中形成开口；和使所述电极通过该开口。
32.根据权利要求26的方法，其中激活步骤进一步包括将可编程的电信号与所述电极耦合。
33.根据权利要求26的方法，其中激活电极进行刺激包括以低于将会消融被刺激的神经组织的水平的能量水平激活电极以刺激神经组织。
34.根据权利要求26的方法，进一步包括从所述电极释放药物。
35.根据权利要求34的方法，其中释放步骤在激活步骤之前进行。
36.根据权利要求34的方法，其中释放步骤在激活步骤之后进行。
37.根据权利要求34的方法，其中释放步骤在激活步骤期间进行。
38.根据权利要求34的方法，其中所述药物在激活步骤期间具有药理学活性。
39.根据权利要求26的方法，其中植入电极包括向交感神经系统的神经节内植入电极，和向脊髓背根神经节内植入电极。
40.根据权利要求39的方法，其中当脊髓背根神经节受到刺激时，该脊髓背根神经节影响从交感神经系统的神经节发出的神经传递。
41.根据权利要求26的方法，其中所述电极的一部分用药物涂覆。
42.根据权利要求41的方法，其中所述药物选自抗炎剂、阿片剂、COX抑制剂、PGE2抑制剂和其他防止术后病理性疼痛改变的合适的药物。
43.根据权利要求34的方法，其中所述药物是db-cAMP。
44.根据权利要求34的方法，其中从电极释放药物包括db-cAMP的神经节内释放。
45.一种刺激脊髓的方法，包括向脊髓内植入电极；使用所述电极向脊髓纤维提供刺激能量。
46.根据权利要求45的方法，其中提供刺激能量包括以低于将会消融脊髓纤维的能量水平的水平提供刺激能量。
47.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括向楔束内植入电极。
48.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括向薄束内植入电极。
49.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括向皮质脊髓束内植入电极。
50.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括向上行神经通路内植入电极。
51.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括向下行神经通路内植入电极。
52.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括穿刺硬脊膜。
53.根据权利要求52的方法，进一步包括将所述电极的一部分锚定于硬脊膜上。
54.根据权利要求52的方法，进一步包括封闭被穿刺的硬脊膜。
55.根据权利要求45的方法，其中向脊髓内植入电极包括在硬脊膜中形成开口；使所述电极通过硬脊膜中的开口；和封闭硬脊膜中的开口。
56.一种调节背根神经节内的神经组织的方法，包括向背根神经节内植入电极；和从所述电极提供电刺激，以刺激背根神经节内的神经组织。
57.根据权利要求56的方法，其中提供电刺激包括提供主要刺激背根神经节内的A-纤维的电刺激。
58.根据权利要求56的方法，其中向背根神经节内植入电极包括使电极主体的尖端完全通过背根神经节。
59.根据权利要求56的方法，其中植入电极包括植入设置为只刺激一个背根神经节的电极。
60.根据权利要求56的方法，其中向背根神经节内植入电极包括在电极主体的尖端完全通过背根神经节后锚定电极主体的尖端。
61.根据权利要求56的方法，其中向背根神经节内植入电极包括将电极主体的近端相对于背根神经节固定。
62.一种调节交感神经系统中的神经通路的方法，包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与所述交感神经链的至少一个神经节有关的状况。
63.根据权利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神经节包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的身体系统的功能性激活。
64.根据权利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神经节包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的器官的功能性激活。
65.根据权利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神经节包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的身体系统的功能性抑制。
66.根据权利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神经节包括刺激位于交感神经链的至少一个神经节上游的脊髓背根神经节，以影响与沿交感神经链的至少一个神经节有关的器官的功能性抑制。
67.根据权利要求62的方法，其中所述交感神经链的至少一个神经节是颈神经节。
68.根据权利要求62的方法，其中所述交感神经链的至少一个神经节是胸神经节。
69.根据权利要求62的方法，其中所述交感神经链的至少一个神经节是腰神经节。
70.根据权利要求62的方法，其中所述施加刺激步骤用暴露于背根神经节神经外膜的电极进行。
71.根据权利要求62的方法，其中所述施加刺激步骤用背根神经节内的电极进行。
72.根据权利要求62的方法，进一步包括对沿交感神经链的至少一个神经节施加刺激。
73.根据权利要求72的方法，其中对沿交感神经链的至少一个神经节施加刺激的步骤用暴露于所述沿交感神经链的至少一个神经节的电极进行。
74.根据权利要求72的方法，其中对沿交感神经链的至少一个神经节施加刺激的步骤用植入所述沿交感神经链的至少一个神经节内的电极进行。
75.一种神经刺激系统，包括设置为只刺激神经根神经节的电极；连接到所述电极的信号发生器；和控制所述信号发生器的输出的控制器。
76.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述控制器用预设程序激活所述信号发生器。
77.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述控制器用根据输入而选择的动态程序激活所述信号发生器。
78.根据权利要求77的神经刺激系统，其中从监测体内参数的传感器提供输入。
79.根据权利要求77的神经刺激系统，其中由被电极刺激的人提供输入。
80.根据权利要求79的神经刺激系统，其中所述输入选自由医生选择的多种预定程序。
81.根据权利要求80的神经刺激系统，其中所述输入选自由被电极刺激的人选择的多种预定程序。
82.根据权利要求77的神经刺激系统，其中所述预定程序之一没有刺激。
83.根据权利要求77的神经刺激系统，其中由医生提供输入。
84.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述电极进一步包括药理学活性涂层。
85.根据权利要求84的神经刺激系统，其中所述药理学活性涂层包括抗炎剂。
86.根据权利要求84的神经刺激系统，其中所述药理学活性涂层包括阿片剂。
87.根据权利要求84的神经刺激系统，其中所述药理学活性涂层包括防止术后病理性疼痛改变的合适的药物。
88.根据权利要求84的神经刺激系统，其中所述药理学活性涂层包括COX抑制剂。
89.根据权利要求84的神经刺激系统，其中所述药理学活性涂层包括PGE2抑制剂。
90.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述电极的有效电极面积小于10mm2。
91.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述电极的有效电极面积小于5mm2。
92.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述电极的有效电极面积小于1.5mm2。
93.根据权利要求75的神经刺激系统，其中所述电极的有效电极面积小于1mm2。
94.根据权利要求77的神经刺激系统，其中由连接到被该系统刺激的人的加速计提供输入。
95.一种刺激脊髓的方法，包括穿刺硬脊膜；和放置电极使之接触脊髓髓内的一部分。
96.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分包括楔束。
97.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分包括薄束。
98.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分包括皮质脊髓束。
99.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分控制来自上肢的疼痛。
100.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分控制来自下肢的疼痛。
101.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分包括上脊髓疼痛通路。
102.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分包括下脊髓疼痛通路。
103.根据权利要求95的方法，其中所述脊髓髓内的一部分影响自主性膀胱刺激。
104.一种刺激神经系统的方法，包括植入电极；和激活所述电极，以只刺激神经根神经节。
105.根据权利要求104的方法，其中所述神经根神经节是背根神经节。
106.根据权利要求104的方法，其中所述神经根神经节是交感神经系统内的神经根神经节。
107.根据权利要求104的方法，其中植入电极包括向背根神经节内植入电极。
108.根据权利要求104的方法，其中植入电极包括向交感神经系统内的神经根神经节内植入电极。
109.根据权利要求104的方法，其中植入电极包括使电极的一部分完全通过神经根神经节。
110.根据权利要求104的方法，其中植入电极包括植入多个电极；和激活所述多个电极中的每一个，以只刺激神经根神经节。
111.根据权利要求110的方法，其中所述多个电极中的至少一个只刺激背根神经节。
112.根据权利要求110的方法，其中所述多个电极中的至少一个只刺激交感神经系统内的神经根神经节。
113.根据权利要求110的方法，其中所述至少一个电极单侧刺激脊髓水平。
114.根据权利要求110的方法，其中所述至少一个电极双侧刺激脊髓水平。
115.根据权利要求110的方法，其中所述多个电极排列成刺激一个以上的脊髓水平。
116.根据权利要求110的方法，其中所述多个电极排列成双侧刺激一个以上的脊髓水平。
117.根据权利要求110的方法，其中所述多个电极中的至少一个只刺激背根神经节，所述多个电极中的另一个只刺激交感神经系统内的神经根神经节。
118.一种刺激神经组织治疗疾病的方法，包括刺激植入的电极，该电极只刺激脊髓水平上的背根神经节，从而治疗疾病。
119.根据权利要求118的方法，其中所述脊髓水平包括C1、C2或C3，所述疾病是头痛。
120.根据权利要求119的方法，其中所述头痛是偏头痛。
121.一种脉冲发生器，包括至少一个开关，其与至少一个可植入电极连接，该电极具有大于2,500欧姆的阻抗；设置为向所述至少一个可植入电极提供刺激信号的DC-DC转换器；和构造为控制所述DC-DC转换器输出的控制器。
122.根据权利要求121的脉冲发生器，其中所述至少一个开关、DC-DC转换器和控制器适合植入人体内。
123.根据权利要求121的脉冲发生器，其中所述控制器控制DC-DC转换器的输出，以根据算法发送刺激信号，用于阻断疼痛信号。
124.根据权利要求121的脉冲发生器，还包括用于接收指令的接收器和用于发送信息的发送器。
125.根据权利要求124的脉冲发生器，其中所述接收器和发送器可植入体内并且适合经皮接收和发送信息。
126.根据权利要求121的脉冲发生器，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到30伏特的电压。
127.根据权利要求121的脉冲发生器，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到40伏特的电压。
128.根据权利要求121的脉冲发生器，进一步包括位置传感器。
129.根据权利要求128的脉冲发生器，其中所述位置传感器设置为指示人的活动水平。
130.根据权利要求128的脉冲发生器，其中所述位置传感器包括加速计。
131.一种刺激部件，包括近端连接器；构造为在刺激部位处植入体内的远端电极；与近端连接器和远端电极连接的电导线；靠近刺激部位的张力消除机构；和固定元件，其设置为减少靠近固定点的电导线在靠近刺激部位的解剖结构中的移动量。
132.根据权利要求131的刺激部件，还包括位于远端电极近侧的锚定机构。
133.根据权利要求132的刺激部件，其中所述锚定机构设置为锚定刺激部位内的远端电极。
134.根据权利要求133的刺激部件，其中所述锚定机构和远端电极整体形成。
135.根据权利要求131的刺激部件，其中所述远端电极是单极电极。
136.根据权利要求131的刺激部件，其中所述远端电极是双极电极。
137.根据权利要求135的刺激部件，其中所述远端电极包括至少一对电容板。
138.根据权利要求136的刺激部件，其中所述远端电极包括至少一对电容板。
139.根据权利要求135的刺激部件，其中所述远端电极是环形。
140.根据权利要求136的刺激部件，其中所述远端电极是环形。
141.根据权利要求135的刺激部件，其中所述远端电极由没有绝缘的电导线环形成。
142.根据权利要求136的刺激部件，其中所述远端电极由没有绝缘的电导线环形成。
143.根据权利要求133的刺激部件，其中所述锚定机构由聚合物或硅氧烷形成。
144.根据权利要求131的刺激部件，其中所述刺激部位是脊髓背根神经节。
145.根据权利要求135的刺激部件，其中远端电极面积小于1mm2。
146.根据权利要求136的刺激部件，其中远端电极面积小于1mm2。
147.根据权利要求135的刺激部件，其中远端电极面积小于0.5mm2。
148.根据权利要求136的刺激部件，其中远端电极面积小于0.5mm2。
149.根据权利要求135的刺激部件，其中远端电极面积小于3mm2。
150.根据权利要求136的刺激部件，其中远端电极面积小于3mm2。
151.根据权利要求131的刺激部件，其中所述电导线的直径小于1mm。
152.根据权利要求131的刺激部件，其中靠近刺激部位的解剖结构是脊柱的骨部分。
153.根据权利要求135的刺激部件，其中植入刺激部位内的远端电极的体积小于1mm3。
154.根据权利要求136的刺激部件，其中植入刺激部位内的远端电极的体积小于1mm3。
155.一种刺激系统，包括脉冲发生器；电极连接器，其具有柔性的长主体，其近端电连接到所述脉冲发生器，远端适合连接微电极导线，其中所述微电极导线在近端接连到所述电极连接器的远端，并且远端有电连接到所述脉冲发生器的微电极。
156.根据权利要求155的刺激系统，其中所述脉冲发生器还包括DC-DC转换器。
157.根据权利要求156的刺激系统，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到30伏特的电压。
158.根据权利要求156的刺激系统，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到40伏特的电压。
159.根据权利要求155的刺激系统，其中所述微电极的面积小于3mm2。
160.根据权利要求155的刺激系统，其中所述微电极的阻抗大于2500Ω。
161.根据权利要求155的刺激系统，其中所述脉冲发生器、电极连接器、微电极导线和微电极适合植入人体内。
162.根据权利要求155的刺激系统，其中所述电极连接器的长度足以从植入第一解剖部位的脉冲发生器延伸到植入第二解剖部位的微电极。
163.根据权利要求155的刺激系统，其中所述电极连接器的远端适合连接多个微电极导线。
164.根据权利要求155的刺激系统，其中所述电极连接器构造为起返回电极的作用。
165.根据权利要求155的刺激系统，进一步包括位置传感器，该位置传感器构造为提供脉冲发生器使用的信号，以根据活动水平确定刺激模式。
166.根据权利要求155的刺激系统，其中所述位置传感器包括加速计。
167.一种刺激系统，包括电池；与电池分开的脉冲发生器；电池和脉冲发生器之间的电接连；和近端连接到脉冲发生器并且远端连接到微电极的微电极导线。
168.根据权利要求167的刺激系统，其中所述脉冲发生器进一步包括DC-DC转换器。
169.根据权利要求168的刺激系统，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到30伏特的电压。
170.根据权利要求168的刺激系统，其中所述DC-DC转换器构造为提供0伏特到40伏特的电压。
171.根据权利要求167的刺激系统，其中所述电池、与电池分开的脉冲发生器、电连接、微电极导线和微电极适合植入体内。
172.根据权利要求167的刺激系统，其中所述脉冲发生器的总体积小于200mm3。
173.根据权利要求172的刺激系统，其中所述脉冲发生器的至少一个维度为2mm或更小。
174.根据权利要求172的刺激系统，其中所述脉冲发生器的至少一个维度为10mm或更小。
175.根据权利要求167的刺激系统，进一步包括与电池分开的第二脉冲发生器；脉冲发生器和第二脉冲发生器之间的电连接；和近端连接到第二脉冲发生器并且远端连接到第二微电极的第二微电极导线。
176.根据权利要求175的刺激系统，其中所述脉冲发生器和第二脉冲发生器可独立编程。
177.根据权利要求175的刺激系统，其中所述脉冲发生器和第二脉冲发生器适合以主-从配置工作。
178.根据权利要求175的刺激系统，其中所述微电极的激活与第二微电极的激活协调。
179.根据权利要求178的刺激系统，其中当所述第二微电极激活时，所述微电极激活。
180.根据权利要求178的刺激系统，其中当所述第二微电极激活时，所述微电极不激活。
181.一种神经刺激部件，包括主体，其具有远端和近端和为将该主体植入目标神经组织内而选择的长度；在主体远端的尖端，适合刺入目标神经组织；和位于主体上适合只神经刺激目标神经组织的电极结构。
182.根据权利要求181的神经刺激部件，进一步包括在主体的远端、尖端近侧的锚固件。
183.根据权利要求181的神经刺激部件，进一步包括适合接合主体远端的紧固环。
184.根据权利要求181的神经刺激部件，进一步包括在主体内远尖端近侧的灌注口。
185.一种神经刺激目标神经组织的方法，包括在适合只神经刺激目标神经组织的位置植入电极；和从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号。
186.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中在适合只神经刺激目标神经组织的位置植入电极包括向神经节内植入电极。
187.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号包括使用预设的程序激活信号发生器。
188.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号包括使用基于输入选择的动态程序激活信号发生器。
189.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号包括向目标神经组织提供毫瓦范围内的刺激水平。
190.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号包括向目标神经组织提供毫焦耳范围内的刺激水平。
191.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号包括向目标神经组织提供微焦耳范围内的刺激水平。
192.根据权利要求185的神经刺激目标神经组织的方法，其中从连接到电极的信号发生器提供受控制的刺激信号为向目标神经组织提供刺激水平，而不使目标神经组织的温度升高超过1摄氏度。
193.根据权利要求186的神经刺激目标神经组织的方法，其中向神经节内植入电极包括向背根神经节内植入电极。
194.根据权利要求186的神经刺激目标神经组织的方法，其中向神经节内植入电极包括向交感神经系统的神经节内植入电极。
195.根据权利要求188的神经刺激目标神经组织的方法，其中使用基于输入选择的动态程序激活信号发生器包括由监测体内参数的传感器提供的输入。
196.根据权利要求188的神经刺激目标神经组织的方法，其中使用基于输入选择的动态程序激活信号发生器包括由被电极刺激的人提供的输入。
197.根据权利要求188的神经刺激目标神经组织的方法，其中使用基于输入选择的动态程序激活信号发生器包括选自由医生选择的多个预定程序的输入。
198.根据权利要求188的神经刺激目标神经组织的方法，其中使用基于输入选择的动态程序激活信号发生器包括选自由被电极刺激的人选择的多个预定程序的输入。
199.根据权利要求197的神经刺激目标神经组织的方法，其中一个预定程序没有刺激。
200.根据权利要求198的神经刺激目标神经组织的方法，其中一个预定程序没有刺激。
全文摘要
本发明的一些实施方式提供通过在背根神经节之上、之中或周围植入电极来选择性刺激和/或神经调节一个或多个背根神经节的刺激系统和部件。本发明的其它一些实施方式提供选择性神经刺激一个或多个背根神经节的方法，以及向脊髓施加神经刺激的技术。本发明的另外一些实施方式提供通过在背根神经节之上、之中或周围植入电极与药物组合来选择性刺激和/或神经调节一个或多个背根神经节的刺激系统和部件。
文档编号A61N1/36GK101048194SQ200580036342
公开日2007年10月3日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月8日
发明者D·H·金, M·A·伊姆兰 申请人:脊髓调制公司