专利名称：用于诊断和/或治疗目的的区分和/或鉴定由靶神经支配的组织区域的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于诊断或治疗目的的区分和/或鉴定革巴组 织区i或的系统和方法。
背景技术：
自主神经系统支酉己(控制)腺、大的内脏器官、心肌以及血管 的不随意(involuntary ，无意识)过程。自主神经系统作为整体对 许多器官(如眼、肺、膀胱和外生殖器)的功能施加连续、局部的 控制。自主神经系统由交感神经系统和副交感神经系统构成。
交感神经系统启动 一 系列使身体准备应对行为的称为"抗击-或-逃走"(fight-or-flight)反应的反应。心率增大、血压升高并且呼吸加快。血液中葡萄糖量升高，才是供一个快速能量库。流到皮S夫和 器官的血液的流量减少，使更多的血液可以流到心脏和肌肉。
副交感神经系统通常以相反的方式起作用，启动与〗木息和能量
保存有关的响应；它的激活作用4吏呼吸变'f曼，流涎增多，以及4吏身
体准备消化。
由于诊断和/或治疗原因，可能期望区分和/或鉴定组织区i或内
輩巴(targeted)交感3申纟至和/或副交感4申经的存在。
发明内容
本发明提供用于区分和/或鉴定受靶神经局部支配的组织区域 的装置、系统和方法。该系统和方法使得可以为了i貪断或治疗目的 而访问(冲妾近或进入，access)在这些局部区i或的神经系统。
本发明的 一 个方面才是供用于对组织产生和施加刺激电流的第 一装置。该装置、系统和方法还包括用于感测对施加的电刺激电流 是否存在预期的生理响应的第二装置。预期的生理响应的存在表明 该组织区域内受耙神经纤维或分支的神经支配。 一旦^皮区分和鉴 定，革a神经纤维或分支可祐::捧控以实现所期望的i貪断和/或治疗结 果。
所述装置、系统和方法良好地适用于例如区分和/或鉴定迷走神 经的局部分支(localized branches )。迷走-申经乂人大脑延伸通过面部 和胸部直至腹部。它是包含副交感神经纤维的混合神经。迷走神经 具有最广泛的脑神经分布。它的咽支和喉支将运动脉冲传送(发送) 纟合咽头(pharynx )和喉头(larynx );它的心脏分支起作用以减纟爰心 搏速率；它的支气管分支起作用以收缩支气管；以及它的食管分支 控制食管、胃、胆嚢、胰脏和小肠中的不随意肌(involuntarymuscles),同时刺激蠕动和胃肠分泌。能够区分和/或鉴定身体内给 定组织区域中迷走神经分支的存在使得能够开发与应用用于大量 解剖学功能(例如在消化系统、呼吸系统或心脏中)的副交感3申经 调节的各种诊断和/或治疗技术。
例如，本发明的一个方面提供了能够区分和鉴定心脏表面上的 心外膜颊脂垫(fatpad)(受副交感迷走神经纤维支配)的装置、系 统和方法。因而，这些装置、系统和方法橫J寻可以治疗有益(用于 治疗目的)地访问心脏的副交感神经系统，例如用来4空制心室率或 者才是供AV结节率(AV nodal rate )的生理学控制。
本发明的另 一个方面提供用于治疗心脏的系统和方法，包括利 用用于产生和施加刺激电流的第 一装置定4立受副交感神经支配的 心脏上的颊脂垫区域，然后i貪断或治疗有益J4操控该颊脂垫区域中 的心脏的副交感神经系统。
本发明的特征和优点在以下描述和附图、以及所附技术特征的 描述中提出。
图1是用于区分和/或鉴定受靶神经局部支配的组织区i或的一 种系统的简图。
图2A是与图1所示的系统联合使用的用于对^^申经纤维或分 支区域中的组织产生和施加刺激电流的装置的侧#见图。
图2B是图2A所示的装置的可替换实施方式的侧碎见图，并且 具有单独的振幅和持续时间选择开关。图3A是图2A或2B所示的装置可以在其远端携带的双才及电极 阵歹'j ( bipolar electrode array )的 一种实施方式的》丈大一见图。
图3B是图2A或2B所示的装置可以在其远端携带的双才及电^L 阵列的另 一种实施方式的》文大—见图。
图3C是图2A或2B所示的装置可以在其远端携带的双才及4生环 形电才及(bipolar ring electrode )的另 一种实施方式的方丈大碎见图。
图4是临床医师操控联合图1所示系统的图2A所示装置的示 意图。
图5是人心脏的解剖后位图，其示出了受副交感神经(当^皮访 问时，可4是供治疗益处)支配的颊脂垫的位置。
图6和图7是应用用于区分和/或鉴定受副交感神经局部支K^的 颊脂垫组织区域的图1所示系统的简图。
具体实施例方式
I.系统
图1示出了用于区分和/或鉴定组织区域TR内存在靶^申经纤维 或分支的系统10。系统10包括用于对靶神经纤维或分支的区i或TR 中的组织产生和施加刺激电流的第一装置12。系统10还包4舌用于 感测对于所施加的电刺激电流是否存在预期的生理响应的第二装 置14。预期的生理响应的存在区分和/或鉴定了组织区域TR中靶神 经纤维或分支的存在。 一旦^皮区分和鉴定，则耙神经纤维或分支可 为了所期望的i貪断和/或治疗原因而被操控。A.第一装置
如图2A至图4所示，第一装置12包4舌手柄16,其优选^皮尺 寸化为足够小以如同手电筒或螺丝刀一样被握持和使用，允许拇指 按下按钮而控制刺激电流的施加(参见图4)。手柄16带有绝乡彖对笨 针18。该:探针18在其远端带有电极组件20 (参见图3A)。第一装 置12优选是无菌的、单次使用(single use)的仪器。
在一个代表性的实施方式中，手柄16为圆筒形并且在其近端 具有约25 mm的最大直径。手柄16从近端向远端逐〉斩变细至小于 约10 mm的直径。在一个代表性实施方式中，手柄16的长度为约 17 cm。
在一个代表性实施方式中，探针18从手柄16的远端延伸约8 cm并且在它的远端处包括电极组件20。在一个代表性实施方式中， 4罙4十18具有约10 mm的直径。
电极组件20 (参见图3A)被尺寸化并构造用于准确地鉴定受 耙神经支配的组织区域。电才及组件20可以净皮构造成类似如口月空4竟 (dental mirror)的结构并且可以具有在约10 mm至约15 mm范围 内的直径。组件20可以稍樣i偏离探针18 (例如IO度至50度)，以 提供使用的便利以及更加人机工程学的结构(ergonomic configuration )。电极组件20可以包括在探针18的远端面26上暴露 的两个触点22和24的双才及阵列。触点22和24可以具有在约lmm 至约3 mm范围内的直4至并且可以/人该远端面突出lmm或更小。远 端面26上的触点22和24之间的间隔可以为约lmm至约4 mm。 触点22和24的边全彖优选是圆形，以便不会损伤组织。触点22和 24的小面积确保了高电流密度(该高电流密度将刺激附近易兴奋组 织)。应当理解，电极组件也可以是其他结构(构造)。例如，图3B 和3C示出了两种另外的可能结构。图3B示出了具有在探针18的 远端面46上暴露的触,与、42禾口 44的电才及纟J/f牛40。触,泉42和44周 向地间隔开180度。如图所示，触点42和44 — 皮暴露在探针18的 远端面46上，每一个占据探针18的远端面46周边的约90度至约 95度。触点42和44优选还近端i也沿着探4十延伸约5 mm,同时突 出超过4笨针18的远端面46 —个短距离，例如1 mm。远端面46上 的触点42和44之间的间隔可以为约lmm至约4 mm。触点42和 44的边缘优选是圓形的，以便不会损伤组织。图3C示出了具有在 4果针的远端面56上暴露的外触点(outer contact) 52和内触点54 的环形电极组件。外触点52也可以近端地沿纟笨针延伸。
触点22和24 (以及它们的可替换实施方式)可包4舌例3口不4秀 钢、银、铂金或用铂黑处理过的铂金。探针18包括(尤其是在它 的远端面26处)1尤选由血液、盐水和体液4交差润湿的塑津+才才^K 以便在不存在直接组织接触时，使电流通过流体通路的危险最小 化。利用常失见绝缘手,殳(例如导线绝缘、垫圈、垫片(gasket )、垫 4反、^j"套(bushing )等)4吏4笨4十18与手一丙16纟色桑彖。
可替换地，可使用单极布置(安排)。在这种布置中，必须提 供回3各电才及(return electrode )(或惰性电才及(indifferent electrode )) 以提供从身体返回该仪器(工具)的电路。该回路电极可以置于完 整皮肤的表面上(例如，表面电极，如在手术程序过程中用于ECG 监控)或者它可以是针状并置于术野(surgical field )中或穿过完整 皮肤。
在手柄16内带有电刺激控制电路系统28(参见图2A和图2B )。 控制电^各系统28产生通过触点22和24施加的刺激电流。4空制电 3各系统28由位于手柄16内的原电池(用于一次性应用)供电。如 果该4义器不是用于单次4吏用，则该电池可以是可再充电的。控制电路系统28优选包括机载的(on-board )可编程微处理器， 其带有嵌入代码。该代码表达用于产生期望电刺激波形的预编,呈的 规则或算法。在一个代表性实施方式中，刺激频率为20 Hz(尽管 该频率可以是可调节的，例如3 Hz至100 Hz ),并且该波形包4舌电 if平^f的乂又相波(即，没有净DC电流)。
控制电路系统28的其他操作参数可通过在手柄16上方使J也进 行的控制来调节。
在图解说明的实施方式中(参见图2A)，刺激振幅和刺激脉沖 持续时间通过在手柄16的近端上或其附近的^走转开关30或者專仑形 物进行调节。旋转控制开关30优选具有用来鉴定多个设定选项的 标记(标签，labelling )。例如，第一少数i殳定(the first few setting ) 可以包括不同的振幅，每一个具有相同固定的脉沖持续时间。另外 的设定可以提供可选设定的范围，其包括振幅和脉冲持续时间的特 定组合。旋转控制开关30优选还具有一些棘爪(detent),其在从 一个设定至下一个设定移动时为临床医师提供良好触觉反馈。标记 的刺激设定的范围可包括例如OFF (断开)、STANDBY (等4寺)、 在100 psec为1.5 mA、在100 psec为3 mA、在100 [isec为5 mA、 在300 usee为5mA以及在500psec为10mA。
瞬时4安4丑32,例如在壳体16的侧面上，例如用于通过拇指4妄 通，其控制刺激电流通过触点22和24的传送。瞬时4安4丑32允许 第一装置12可以4又用一只手进4亍控制，例如刺激电流可以^皮^妄通 和断开。只有瞬时4姿钮32被按下时，才能通过触点22和24传送 刺激电流(以通过旋转开关30设定的振幅/持续时间)。如果4安钮 32没有一皮4安下，则没有刺激电流传送。
在一种可替换实施方式中(参见图2B)，刺激脉冲持续时间可 以通过手柄16上的可调节的分档滑动开关34加以调节。因此，如果瞬时按钮32被按下，则刺激电流以经调节的振幅和经调节的持 续时间^皮施加。如果按4丑32没有被压下，则就没有刺激电流^皮传 送。滑动开关34优选具有用来鉴定所选脉冲持续时间的标i己。滑 动开关34还优选具有净朿爪，其在从一个脉沖持续时间水平移动至 下一个脉冲持续时间水平时为临床医师提供良好的触觉反馈。标记 的^K沖冲寺续时间i殳定的范围可包4舌例如OFF (断开)、100 iasec、 300 psec或500 nsec。滑动开关34还可具有经标记的STANDBY(等4寺) 位置。
可替换地，如果没有提供脉沖持续时间滑动开关34，并且脉沖 持续时间不是经由旋转控制开关30进行选择的，则刺激脉冲持续 时间可固定在标称选择的持续时间例如250 psec。
控制电路系统28优选包括指示灯，即在手柄上的发光二4及管 LED 38，其为临床医师提供各种指示。例如，LED38可以确i人电 池状况以及刺激器接通/断开状态。还优选地，LED38可在传送足 够的刺激时闪烁绿光，并在传送不足的刺激时闪烁红光。另外，只 有实际传送的电流处于所要求4展幅的所期望的百分比范围，例3口处 于所要求值的25%范围时，LED 38才可以闪烁或照明。由此，控 制电路系统28为临床医师提供关于所要求的刺激电流传送的可靠 反馈。
在一个可替换实施方式中，控制电路系统28还可以仅在传送 刺激电流时产生音调(audio tone )。该声调通过手柄16上的指示器 36发送。
通过利用不同的声调、颜色、不同的闪烁速率等，控制电^各系 统28可允许临床医师确认探针处与组织的接触中，仪器是"l妄通的， 电池具有足够电能，以及刺5敫电流正在流动。因此，临床医师具有 更大的把握，即，不能得到所预期的响应是因为在探针尖端附近缺少能存活的神经组织，而不是回路电极连接失败或某些其他设备问题。
B.第二装置
第二装置14可采用各种形式，这取决于耙组织区域的生理功 能以及由于通过第一装置12施加电刺激电流所预期的生理响应的 性质和特;f正。
例如，影响呼吸行为的副交感神经的电刺激使得呼吸变慢。因 此，当期望区分和/或鉴定是否存在影响呼吸4亍为的副交感神经时， 呼吸速率的降^f氐可用作所预期的生理响应。在这种安排中，第二装 置14可包括监控呼吸的仪器。该仪器可包括例如监控胸部运动的 胸位置传感器和肺量计盒(spirometer box )。该仪器还可包括M風戴 在胸周围的呼吸传感器，如呼吸(伸展)传感器或胸动描记器。通 过第二装置检测到的呼吸速率的降低表明第 一装置位于副交感神 经处或其附近。
作为另 一个实例，影响心脏功能的副交感神经的刺激增高了静 电4立(rest potential )并卩争4氐舒 长其月去才及iU匕(diastolic depolarization ) 的速率。在这些情形下，心率减慢。因此，当期望区分和/或鉴定是 否存在影响心脏行为的副交感神经时，心率可用作所预期的生理响 应。在这种安排中，第二装置14可包括心电描记器(EKG)仪器。
作为另一实例，影响消化(例如在胃分泌的头期过程中)的副 交感神经的刺激调节反射作用的胃的分泌。因此，当期望区分和/ 或鉴定是否存在影响胃行为的副交感神经时，胃液分泌的减少可用 作预期的生理响应。在这种安排中，第二装置14可包括传感胃液 分泌的i殳备。作为另一个实例，第二装置14可包括肌电图描记器(EMG) 仪器。该EMG仪器检测肌肉内的神经脉冲。EMG系统包括置于受 副交感神经支配的组织区域中的肌肉内的电极，并且对于操作第一 装置12的电子响应可利用显示电流运动的4义器(例如，示波器) 来进行观察。当肌肉收缩时，它们发出作为预期生理响应的可,皮冲企 测、；改大和追踪的弱电信号。
III.系统的4吏用
使用中，第一装置12以接触靶组织区域TR中的组织进行定位。 临床医师可以以一只手操作第一装置12而施加刺激电流。临床医 师的另 一只手然后可用来根据需要对刺激电流进行调节。第二装置 14监控生理响应。第一装置12#1定位和再定位(如果需要)直到 通过第二装置14指示的所监控生理响应匹配或近似预期的生理响 应。这表明存在靶神经纤维或分支，并且然后可以标记经鉴定的位 置。然后可实施期望的治疗方案，例如用来治疗有益地d喿控副交感 ^f申经系纟充。
例如，已经7见察到，心脏的副交感神经系统可^皮才喿控以十办调如
涉及心房纤维颤动的心脏传导和/或功能，而';殳有组织切除并且、;殳有 中断生理传导。已经知道，迷走一申经的副交感4申经纤维可#皮才喿4空以
影响心房周期(atrial cycle)长度。还已知的是，迷走神经的副交 感神经纤维选择性地支配心外膜房室(AV)结颊脂垫和窦房(SA) 结颊脂垫(如图5所示)。
系统10使得可以例如区分和鉴定心脏表面上的心外膜AV结颊 脂垫，由此使得可以治疗有益地访问在该位置的心脏的副交感神经系统。更具体地，系统10的第一装置12使得可以在心脏表面上施加 高度定位的电刺激，而第二装置14监控心率。临床医师可以在最 ^i展幅i殳定处开始施加刺激电流，并才艮据需要增大才展幅i殳定。由于 病人之间的组织区^^的生理差异，所以调节可能是必需的。临床医 师也可以在视觉一企测的组织区域TR表明可能需要更高初始"i殳定之 后，以不同于最低振幅设定的某个值开始施加刺激电流。
当第 一装置12施加刺激并最终定位在AV结颊脂垫区域处或附 近时(参见图7)，心率(通过第二装置14例如EKG仪器监控的) 将降低。EKG仪器14将通过在EKG上观察到的R至R之间(R-to-R ) 的间隔的增大(爿寻图6所示的R至R之间的间隔与图7所示的增加 的R至R之间的间隔进行对比)来表明心率的降低。临床医师可随 后停止对组织区域例如鉴定的AV结颊脂垫施力^刺激电流，并观察 到恢复到原始心率的心率增加(在EKG上7见察到R至R之间的间 隔的减小)。临床医师可以仔细检查以下步骤施加刺激电流、观 察R至R之间的间隔的增大、停止施加刺激电流、以及观察R至R 之间的间隔减小，从而确认把组织区域例如AV结颊脂垫的准确位 置。以这种方式，系统10允许临床医师可以系统和准确地在心脏 表面上定位AV结颊脂垫(以及受副交感神经选冲奪性地支配的其他 区域)。
一旦定位，临床医师可以-使用第一装置12来施加才莫或其他标 记，从而保持AV结颊脂垫的鉴定。可替换地，单独的敷料器可用 来施加才莫或其4也标i己，或者，临床医师可以使用视觉技能(visual skill),例如连同他们的手指，用来保持AV结颊脂垫的鉴定。随后 临床医师可采取步骤以治疗有益地扰动心脏的副交感神经系统。例 如，通过电或非电地才乘控通过系统10定位的AV结颊脂垫，临床医 师可治疗或预防未受控心房纤维颤动或者实施其他期望的疗法，或者临床医师可采用提供AV结节率的生理控制的闭环反馈控制算法。
通过系统10定位的AV结颊脂垫的才喿控4呆存了生理传导。利用 电操控，它的有益作用可以被瞬间地接通和关闭，而没有作用的衰 减。AV结颊脂垫的操控可以提供在治疗心房纤维颤动中对于AV结 切除的可行的替换方案，其不保存生理传导并且相反地使病人产生 起搏器依赖性。
前述内容^f义净皮看成是对本发明原理的示例性的"i兌明。此外，由 于本领域:技术人员^艮容易地想到多种^奮改和改变，所以不期望将本 发明局限于所示出的和所描述的精确的结构和操作。虽然描述了优 选的实施方式，4旦是在不背离本发明的情况下，可以》务改这些细节。
权利要求
1.一种用于区分和/或鉴定受靶神经局部支配的靶组织区域的系统，包括手持仪器，包括用于向组织区域施加电刺激电流的电极结构，所述手持仪器包括手柄、在所述手柄中带有的电刺激控制电路系统以及在所述手柄上带有的且连接至所述控制电路系统的用于选择性地改变所述控制电路系统的至少一个操作参数的至少一个控制装置，以及第二装置，其指示电刺激电流的存在与否的生理响应。
2. 根据权利要求1所述的系统,它的分支。
3. 根据权利要求1所述的系统， 面上的心外膜颊脂垫。
4. 根据权利要求1所述的系统， 记器(EKG) 4义器。
5. 根据权利要求1所述的系统， 吸的仪器。
6. 根据权利要求1所述的系统， 液分泌的〗义器。其中，所述靶神经是迷走神经或 其中，所述革巴组织区域是心脏表 其中，所述第二装置包括心电描 其中，所述第二装置包括监控呼 其中，所述第二装置包括传感胃
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述电极构造包括在延伸 出所述手柄的探针的远端面上暴露的两个触点的双极阵列。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述手持仪器是无菌的、单次使用仪器。
9. 才艮据权利要求1所述的系统，其中，所述才乘作参凄t包括刺5敫电 流净展幅和刺激脉冲持续时间。
10. —种用于治疗心脏的方法，包4舌利用权利要求1中限定的系统在受副交感神经支配的心 脏上定位颊脂垫区域，以及诊断或治疗有益地在所述颊脂垫区域中操控心脏的副交 感^申经系纟克。
11. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括对所述颊脂垫区域 施加才莫或标记物以记忆所述颊脂垫区域。
12. 4艮据权利要求10所述的方法，其中，定位进一步包括施加电刺激； ^见察对施加所述电刺激的生理响应； 停止施加所述电刺激；以及 观察对所述停止施力。所述电刺激的生理响应。
全文摘要
本文披露了可以对受靶神经局部支配的组织区域进行区分和鉴定的系统和方法。所述系统和方法使得可以治疗有益地访问在这些局部区域的神经系统。例如，所述系统可用来访问位于心脏表面上的颊脂垫中的副交感神经。
文档编号A61B5/05GK101528123SQ200780006341
公开日2009年9月9日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月23日
发明者杰弗里·B·思罗普, 约瑟夫·J·姆尔瓦, 罗伯特·B·斯特罗瑟, 肯尼思·P·朗德尔 申请人:Ndi医药公司