专利名称：具有喉部活动传感器的神经刺激系统的制作方法
技术领域：
本申请一般地涉及神经刺激，并且特别涉及用于最优化迷走神经刺激 的系统和方法，所述系统和方法使用感应指示喉部活动的信号的活动传感 器最优化迷走神经刺激。
战旦 冃豕
迷走神经剌激已经用于调节各种生理功能和治疗各种疾病。 一个实例 是在患有心力衰竭或心肌梗死的患者中调节心脏功能。心肌受交感和副交 感神经的神经支配，所述交感和副交感神经包括迷走神经的心脏分支。迷 走神经中的活动，包括人工施加的电刺激，调节心律和收縮性(心肌收縮 的强度)。已知施加到迷走神经上的电刺激降低心律和收縮性，延长心动 周期的心脏收縮期，并且縮短心动周期的心脏舒张期。迷走神经刺激的这 种能力被用于，例如，控制心肌重塑。
除了治疗心脏病症如心肌重塑以外，还已知迷走神经刺激有效治疗下 列病症，所述病症包括但不限于，抑郁症，神经性食欲缺乏/摄食障碍，胰 腺功能，癫痫症，高血压，炎性病，和糖尿病。出于治疗滴定(titration)或 最优化的目的，迷走神经刺激在治疗所述病症中的目的治疗结果可能很难 测量，不管是短期的还是长期的。因此，需要使用除目的治疗结果之外的 参数来滴定或最优化迷走神经刺激。
概述
一种神经刺激系统，其向迷走神经递送神经刺激，并且感应指示由所述神经刺激引起的喉部活动的信号。所述指示喉部活动的信号，例如，被用于指导电极放置，确定刺激阈值，检测导线/电极问题，检测神经损伤，和在将电极放置在患者体内后监视愈合过程。
在一个实施方案中，神经刺激系统包括活动传感器和神经刺激分析器。所述活动传感器感应指示喉部活动的信号。所述神经刺激分析器包括喉部活动输入，以接收指示喉部活动的信号；神经刺激输入，以接收指示
将所述神经刺激递送至迷走神经的信号；和处理电路。所述处理电路处理
指示喉部活动的信号，以利用指示喉^活动的信号分析所述神经剌激系、在一个实施方案中，神经刺激系统包括活动传感器，信号调节电路，
神经刺激电路，和显示装置(presentationdevice)。所述活动传感器感应指示喉部活动的信号。所述信号调节电路调节指示喉部活动的信号。所述神经刺激电路将神经刺激递送至迷走神经。所述显示装置显示喉部活动的指示物和神经刺激的递送。
在一个实施方案中，提供一种用于施加神经刺激的方法。感应指示喉部活动的信号。将神经刺激递送至迷走神经。调节指示喉部活动的信号，以分离由所述神经剌激的递送引起的喉部活动。
本概述是本申请的一些教导的总结，并不意欲是排除或穷尽性处理本发明主题。关于本发明主题的其它详情在详述和后附的权利要求中。在阅读并理解了下述详述并且阅览了组成本发明的一部分的附图时，本发明的其它方面对于本领域技术人员将是显而易见的。本发明的范围由后附的权利要求及其法律等价物限定。
附图简述
附图通常通过举例的方式举例说明在本发明中所讨论的各个实施方案。附图仅是用于举例说明的目的，并且可以是不按规定比例。
图1是神经刺激系统的一个实施方案和其中使用所述神经刺激系统的环境的部分的图示。
图2是神经刺激系统的另一个实施方案和其中使用所述神经刺激系统的环境的部分的图示。图3是举例说明图1的神经刺激系统的电路部分的实施方案的结构图。
图4是举例说明图2的神经刺激系统的电路部分的实施方案的结构图。
图5是所述神经刺激系统的喉部活动传感器组件的一个实施方案的图示。
图6是所述神经剌激系统的喉部活动传感器组件的另一个实施方案的图示。
图7是包括传感器基底的活动传感器的一个实施方案的图示。
图8是包括传感器基底的活动传感器的另一个实施方案的图示。
图9是举例说明所述神经刺激系统的神经刺激分析器处理电路的一个
实施方案的结构图。
图10是举例说明所述神经刺激系统的用户界面的一个实施方案的结构图。
图11是所述神经刺激系统的外部程序器的一个实施方案的图示。
图12是举例说明利用指示喉部活动的信号分析迷走神经刺激的作用的方法的一个实施方案的流程图。
图13是举例说明利用指示喉部活动的信号自动确定用于迷走神经刺激的剌激阈值的方法的一个实施方案的流程图。
图14是举例说明利用指示喉部活动的信号短期和长期监视和滴定迷走神经刺激的方法的一个实施方案的流程图。
详述
在下述详述中，参考附图，所述附图形成本发明的一部分，并且其中通过举例说明的方式显示可以实施本发明的具体实施方案。充分详细地描述这些实施方案，以使得本领域技术人员能够实施本发明，并且应该理解，在不背离本发明的精神和范围的条件下，所述实施方案可以结合，或可以使用其它实施方案，并且可以进行结构、逻辑和电学改变。在本公开内容中提及"一个(an)"、"一个(one)"或"不同(various)"实施方案不必是同一个实施方案，并且所述提及考虑不止一个实施方案。下述详述提供实施例，并且本发明的范围由后附的权利要求及其法律等价物限定。
本申请讨论一种系统，所述系统利用喉部活动传感器提供迷走神经刺激的最优化。所述最优化包括，例如，最优化电极放置，自动阈值确定或验证，监视导线/电极状态，检测神经损伤，并且在电极放置之后监视愈合过程。在迷走神经刺激的多种应用中，为了治疗最优化，目标反应(目的结果)可能难以进行监视和分析。例如，将经静脉导线用于递送迷走神经刺激，以控制心脏重塑。所述经静脉导线在其末端处包括放置在邻近颈部区域内的迷走神经的颈内静脉内的一个或多个电极。所述颈内静脉是提供可能的电极位置的宽范围的大血管。在心脏重塑中利用迷走神经刺激指导电极放置和刺激参数调整是实际上困难的。
在另一个方面，已知迷走神经刺激通过喉返神经引起喉的振动，所述喉返神经是神经支配喉的迷走神经的分支。因此，喉部活动，包括喉振动的幅度和频率，提供关于迷走神经是否被神经刺激激活的指示。这允许在不需要监视和分析迷走神经剌激的目标反应(诸如心脏重塑)的条件下最优化治疗。
本发明主题适用于使用各种能量形式和各种信号形态刺激迷走神经。在一个实施方案中，迷走神经刺激包括将电脉冲递送至迷走神经，以在所述神经中人工引发动作电位。在其它实施方案中，迷走神经刺激包括递送任何形式的能量，诸如机械的、热的、光学的、化学的、和生物能量，所述能量能够在神经系统中引发或调节神经活动。
本发明主题适用于这样的神经刺激系统，所述神经刺激系统提供迷走神经的激活和/或抑制，以用于治疗各种病症，所述病症包括，但不限于，心脏重塑，抑郁症，神经性食欲缺玄/摄食障碍，胰腺功能，癫痫症，高血压，炎性病，和糖尿病。通常，本发明主题适用于提供迷走神经刺激的任何系统，在所述系统中所述神经刺激导致可检测的喉部活动。
尽管在本发明中特别讨论通过放置在颈部区内邻近迷走神经的颈内静脉内的具有一个或多个电极的经静脉导线递送神经刺激作为实例，但是本发明主题适用于用于迷走神经刺激的任何导线和/或电极构型和放置。当神经刺激的目标反应难以短期内测量时和/或当在不进行充分侵入性外科手术步骤的条件下目的刺激部位难以精确定位时，利用喉部活动最优化电极放置和剌激参数是特别有效的。
图1是神经刺激系统100的一个实施方案和其中使用系统100的环境
的部分的图示。系统IOO包括用于感应喉部活动的活动传感器110，用于递送迷走神经刺激的经静脉导线112，和外部系统120，所述外部系统120通过电缆111与活动传感器110连接，并且通过电缆118与导线112连接。外部系统120允许利用所感应到的喉部活动最优化迷走神经刺激。
导线112是经静脉导线，其具有近端末端114，远端末端113，和在近端末端114和远端末端113之间连接的延长体115。近端末端114包括连接器117。在所示例的实施方案中，远端末端113包括刺激电极116A-B。如在图1中所示，身体101包括颈部102，右侧颈内静脉104A,左侧颈内静脉104B，右侧锁骨下静脉105A，和左侧锁骨下静脉105B。导线112使用与在植入心脏起搏导线所用的那些相似的技术插入。在插入过程中，远端末端113通过切口进入左侧锁骨下静脉105B，在锁骨下静脉105B中前行并且然后到105A通向右侧颈内静脉104A，迸入右侧颈内静脉104A,在右侧颈内静脉104A中前行，直到电极116A-B到达一个或多个迷走神经刺激部位。在远端末端113处于右侧颈内静脉104A内时，使用导线112和/或导线插入工具如管心针、引导线、或导管，放置剌激电极116A-B，并且在必要时重新放置。
电极116A-B允许将神经剌激递送至迷走神经106，所述迷走神经106邻近颈部区内的右侧颈内静脉104A。活动传感器IIO放置在颈部喉上，以感应指示喉部活动的信号。所述堠部活动用作迷走神经106对递送至迷走神经106的神经刺激的反应的量度。在不同实施方案中，监视喉部活动，以放置刺激电极如电极116A-B，最优化刺激参数如控制刺激强度的那些(例如，刺激幅度、频率、持续时间、和占空因数(duty cycle))，并且检测或监视影响迷走神经106对所述神经刺激的反应的各个事件。
如在图1中所示，近端末端114保持在身体101的外侧，诸如在植入导线112和可植入医疗装置如下文参考图2所讨论的可植入医疗装置的手术过程中。这允许在连接近端末端114和可植入医疗装置之前按照需要放置电极116A-B。近端末端114包括连接器117，其与电缆118的连接器119连接，以允许递送来自外部系统120的神经刺激。外部系统120允许用户如医师或其他护理者通过导线112控制神经刺激的递送，并且监视由活动传感器110感应的指示喉部的信号。
图1所示的系统100的构型是出于举例说明的目的显示的实例。本主题通常包括使用指示由所述迷走神经刺激引起的喉部活动的任何信号来监视和最优化使用任何电极构型递送的迷走神经刺激。例如，导线112可以包括一个或多个刺激电极，并且用于递送神经刺激的电极对可以包括在
导线112上的两个电极，或在导线112上的一个电极和不必需邻近所述迷走神经的一个参比电极。在一个实施方案中，所述参比电极是用于短期应用的皮肤贴片电极。在一个实施方案中，除了在导线112上的刺激电极以外或替换在导线112上的刺激电极，使用一个或多个神经套囊(cuff)电极，所述神经套囊电极每一个均环绕迷走神经106。在一个实施方案中，电极116A-B放置在左侧颈内静脉104B中。在插入过程中，远端末端113通过切口进入左侧锁骨下静脉105B或右侧锁骨下静脉105A，从右侧锁骨下静脉105A进入左侧颈内静脉104B，在左侧颈内静脉104B中前行，直到电极116A-B到达一个或多个迷走神经刺激部位。
图2是神经刺激系统200的一个实施方案和其中使用系统200的环境的部分的图示。系统200与系统100的不同之处主要在于神经剌激从植入身体101内的可植入医疗装置222递送。在一个实施方案中，图1和2举例说明植入的不同阶段和可植入神经刺激系统的应用。图l举例说明在植入步骤中期的系统设置，在该步骤过程中，插入导线112，其中放置电极116A-B以实现理想的迷走神经刺激性能。图2举例说明在可植入的神经刺激系统完全植入后的系统设置，诸如在植入步骤的末期过程中，此时编程所述可植入的神经刺激系统用于长期应用，或在随访检査过程中，在该过程中，如果需要，调节所述可植入的神经刺激系统。
活动传感器210代表活动传感器110的一个实施方案，其能够通过无线电线路与外部系统220通信。在一个实施方案中，活动传感器110和外部系统220用电缆电连接在一起，并且通信线路211表示电缆。在另一个实施方案中，活动传感器110和外部系统220通过遥测如无线电频率电磁遥测线路无线连接，并且通信线路211表示遥测线路。
可植入的医疗装置222通过电极116A-B中的一个或两个递送神经刺激。在放置电极116A-B之后，导线112的近端末端114通过连接器117与可植入的医疗装置222连接。在一个实施方案中，可植入的医疗装置222的外壳作用为参比电极，并且可以使用选自电极116A-B和可植入的医疗装置222的外壳的任一对电极递送神经刺激。在一个实施方案中，使用选自电极116A-B和可植入的医疗装置222的任一对电极感应迷走神经106中的神经活动。
在一个实施方案中，除了神经刺激电路之外，可植入的医疗装置222包括其它监视或治疗电路或装置，如一个或多个心脏起搏器、心律转变器/去纤颤器、药物递送装置、和生物学治疗装置。外部系统220提供用户对可植入的医疗装置222的控制和通信。外部系统220和可植入的医疗装置222通过遥测线路218通信连接。在一个实施方案中，外部系统220包括程序器。在另一个实施方案中，外部系统220是患者管理系统，包括通过遥测线路218与可植入的医疗装置222通信的外部装置，在远程位置的远程装置，和连接所述外部装置和所述远程装置的电信网络。患者管理系统允许在远程位置访问可植入的医疗装置222，以进行如监视患者状况和调整治疗的目的。在一个实施方案中，遥测线路218是电感遥测线路。在一个备选实施方案中，遥测线路218是远声场无线电频率遥测线路。
图3是举例说明系统100的电路部分的实施方案的结构图，其包括活动传感器310，所述活动传感器310通过电缆111与外部系统320连接。活动传感器310是活动传感器110的一个实施方案，并且包括加速度计331，以感应作为指示喉部活动的信号的加速度信号。加速度计331具有适合于感应喉振动的幅度和频率的特征，在递送迷走神经刺激时所述喉振动的幅度和频率指示迷走神经的活动。在一个实施方案中，加速度计331代表多个加速度计，其允许基于信号质量选择作为指示喉部活动的信号的加速度信号。外部系统320包括神经刺激分析器324，神经刺激电路328，外部控制器329，和用户界面330。.神经刺激分析器324包括喉部活动输入325，神经刺激输入326，和处理电路327。喉部活动输入325通过电缆111接收来自活动传感器310的指示喉部活动的信号。神经刺激输入326接收指示将神经刺激递送至迷走神经的信号。处理电路327处理指示喉部活动的信号，以利用所述信号分析系统100的操作和性能。神经刺激电路328将神经刺激递送至刺激电极如电极116A-B。外部控制器329控制外部系统320的整体操作，包括从神经刺激电路328递送神经刺激。用户界面330允许用户控制神经刺激，并且利用指示喉部活动的信号监视迷走神经对所述神经刺激的反应。
图4是举例说明系统200的电路部分的实施方案的结构图，所述系统200包括活动传感器410，其通过通信线路211与外部系统420连接；和可植入的医疗装置422，其通过遥测线路218与外部系统420连接。活动传感器410是活动210的一个实施方案，并且包括加速度计331和传感器遥测线路432。在所示例的实施方案中，通信线路211是遥测线路。传感器遥测线路432通过遥测线路211将感应到的指示喉部活动的信号传递到外部系统420。在另一个实施方案中，通信线路211是电缆，其提供在加速度计311和喉部活动输入325之间的电连接。外部系统420包括神经刺激分析器324，外部遥测电路438，外部控制器429，和用户界面330。外部遥测电路438通过通信线路211接收来自活动传感器410的指示喉部活动的信号，并且通过遥测线路218与可植入的医疗装置422通信，以控制由可植入的医疗装置422递送的神经刺激。外部控制器429控制外部系统420的整体操作，包括传递用于控制由可植入的医疗装置422递送的神经刺激的命令。可植入的医疗装置422包括神经刺激电路434，植入物控制器435，和植入物遥测电路436。神经刺激电路434通过刺激电极如电极116A-B递送神经剌激。植入物控制器435控制神经刺激的递送，并且响应由外部系统420传递的命令。植入物遥测电路436通过遥测线路218接收来自外部系统420的命令，并且在需要时，通过遥测线路218将信号传递至外部系统420。
图5是喉部活动传感器组件540的一个实施方案的图示，所述组件540允许活动传感器充分稳定地附着在患者颈部喉上。喉部活动传感器组件540包括活动传感器510和颈部支撑结构，所述颈部支撑结构设置成将活动传感器510保持在颈部喉上。活动传感器510感应指示喉部活动的信号，并且代表活动传感器IIO, 210, 310,和410中的任一个。在所示例的实施方案中，电缆511与活动传感器510连接，并且具有连接器542，以提供活动传感器510和外部系统120或320之间的电连接。在一个具体的实施方案中，电缆511与活动传感器510可分离地连接。在另一个实施方案中，
活动传感器510通过遥测与外部系统220或420通信连接，并且不需要电缆511。
喉部活动传感器组件540包括颈部支撑544，其被设置成包绕颈部的基本部分，并且限制颈部的活动。颈部支撑544包括两个末端547A-B，其由在颈部前部上的相当大的缺口分开。在一个实施方案中，颈部支撑544由这样的材料制成，选择所述材料以通过阻尼环境来源的振动如来自仪器的振动和医护人员的活动而限制活动传感器510对噪音的感应。在一个实施方案中，颈部支撑544由非常软的材料如泡沫制成。颈部支撑544具有内表面545和外表面546。内表面545设置成与颈部接触。在一个实施方案中，如在图5中所示，颈部支撑544在内表面545和外表面546之间具有基本平均的厚度。例如，该厚度为约10mm-80mm。
喉部活动传感器组件540还包括两个托架548-B，每个托架附着在末端547A-B中的一个上。条带549A-B与托架548A-B和活动传感器510连接。在一个实施方案中，条带549A-B表示单条条带的不同部分。在另一个实施方案中，条带549A-B表示两条条带，每条条带在活动传感器510和托架548A-B中的一个之间连接。条带549A-B设置成将活动传感器510按压在颈部喉上，以进行基本上稳定的传感器放置。在一个实施方案中，条带549A-B是可拉伸的弹性条带。在一个实施方案中，条带549A-B中的至少一条与托架547A-B之一可释放地连接。在一个实施方案中，条带549A-B以允许以头部/尾部方向调节活动传感器510的位置的方式与所述托架连接。
在一个实施方案中，颈部支撑544被成形以适合于患者的头和/或肩，以进一步限制活动传感器510和喉之间的相对运动。在一个具体的实施方案中，颈部支撑544的边缘包括近似适合于患者肩部的轮廓，所述边缘在由患者佩戴时朝向尾部方向。这在患者坐着同时感应指示喉部活动的信号时，提供了传感器放置的额外的稳定性。
图6是喉部活动传感器组件640的一个实施方案的图示，其是喉部活动传感器组件540的一个备选实施方案。喉部活动传感器组件640与喉部活动传感器组件540相似，不同的是颈部支撑644，其由与颈部支撑544相似或相同的材料制成，但是具有与颈部支撑544的形状显著不同的形状。
颈部支撑644包括两个末端647A-B,其通过在颈前面部分的相当大 的缺口分开。托架548A-B分别附着在末端647A-B中的一个上。颈部支 撑644具有内表面645和外表面646。内表面644设置成与颈部接触。外 表面646设置成通过进一步限制颈部的运动而增加传感器放置的稳定性。 在一个实施方案中，如在图6中所示，外表面646具有平的后部部分650， 其放置在颈部的后部。
图7是活动传感器710的一个实施方案的图示。活动传感器710是活 动传感器510的一个实施方案，其包括附着在传感器基底754上的加速度 计731。加速度计传感器731表示加速度计331的一个具体实施方案，并 且感应指示喉部活动的信号。传感器基底754设置成是加速度计731和颈 部之间的界面，并且具有弯曲以配合在颈部上的表面755。
图8是活动传感器810的一个实施方案的图示。活动传感器810是活 动传感器710的一个实施方案，并且包括加速度计731和传感器基底854。 传感器基底854具有表面855，所述表面855弯曲以在男性患者颈部配合 在他的甲状软骨部分上。在一个实施方案中，如在图8中所示，表面855 包括在一个末端上的凹口 856和在另一个末端上的切口 857，以配合在甲 状软骨部分上。 、
图9是举例说明处理电路927的一个实施方案的结构图，其是处理电 路327的一个具体实施方案。处理电路927包括信号调节电路960，刺激 阈值分析器962，导线状态分析器966，神经损伤分析器968，和显示处理 电路970。
为了分析或显示目的，信号调节电路960调节指示喉部活动的信号。 信号调节电路960增加指示喉部活动的信号的信噪比，其中所述信号包括 由迷走神经刺激引起的指示喉部活动的信号组成部分，并且所述噪声包括 不是由于迷走祌经刺激影响产生的指示喉部活动的信号的成分。信号调节 电路960包括滤波器961，其滤除噪声。在一个实施方案中，滤波器961
具有基于将神经刺激脉冲递送至迷走神经所用的频率选择的通带 (pass-band )。
刺激阈值分析器962自动测量与每对刺激电极相关的刺激阈值，通过所述刺激电极向迷走神经递送神经刺激，所述刺激电极如刺激电极 116A-B。剌激阈值是神经刺激激活迷走神经的最小刺激强度。刺激阈值分
析器962包括比较器963和刺激强度控制器964。比较器963包括第一输 入963A，以接收指示喉部活动的信号的幅度，第二输入963B，以接收神 经捕获阈值，和输出963C，其在指示喉部活动的信号的幅度超过神经捕 获阈值时指示神经捕获。即，超过神经捕获阈值的指示喉部活动的信号的 幅度是所述神经剌激已经引发在迷走神经内传播的动作电位的指示。在不 同实施方案中，所述神经捕获阈值基于患者群体或单个个体患者凭经验确 定。剌激强度控制器964调节神经刺激的刺激强度，以便可以检测多个刺 激强度，并且刺激阈值分析器962通过选择所检测到的引起神经捕获的最 小刺激强度而自动确定刺激阈值。在不同实施方案中，其中神经刺激包括 递送电脉冲，刺激强度通过剌激幅度(电压或电流)和/或剌激脉冲宽度控 制。刺激强度控制器964通过调节刺激幅度、刺激脉冲宽度、或二者来调 节刺激强度。在一个实施方案中，刺激强度控制器964从初始强度起增加 刺激强度，直到指示神经捕获或达到指定的最大刺激强度。如果在指示神 经捕获前达到最大刺激强度，则在继续确定刺激阈值之前重新放置刺激电 极。在一个实施方案中，刺激阈值分析器962显示在剌激强度增加时指示 神经捕获的最小捕获强度作为刺激阈值。在另一个实施方案中，在达到最 小捕获强度后，剌激强度控制器964从所述最小捕获强度减小刺激强度， 直到不再指示神经捕获。刺激阈值分析器962显示在刺激强度减小时指示 神经捕获的最小刺激强度作为刺激阈值。
导线状态分析器966检测用于递送神经刺激的导线如导线112的移动 或断开，其通过检测在两次刺激阈值测量之间的刺激阈值的显著改变而检 测。在一个实施方案中，在检测导线的移动或断开时，导线状态分析器966 产生警报信号或信息，以通过用户界面330显示给用户。
神经损伤分析器968通过监视刺激阈值随时间的改变和/或指示喉部 活动的信号的幅度随时间的改变而检测神经损伤。喉部神经包括传出神经 纤维。通过喉部对迷走神经刺激的反应的不存在或弱化来指示在刺激部位 和喉之间的神经通路中发生的神经损伤。弱化的喉部反应可以作为神经损 伤的早期指示。相应地可以施加适当的治疗，由此防止神经损伤进展到与
1主要功能损伤相关的程度。在一个实施方案中，神经损伤分析器968监视 刺激阈值随时间的变化，确定刺激阈值的变化的速度，并且基于刺激阈值
的变化的速度来检测神经损伤。在另一个实施方案中，神经损伤分析器968
监视随时间响应以指定的刺激强度递送神经刺激的指示喉部活动的信号 幅度，确定指示喉部活动的信号的幅度的变化的速度，并且基于指示喉部 活动的信号的幅度的变化的速率检测神经损伤。在另一个实施方案中，神
经损伤分析器968检测神经传导速率的显著变化作为神经损伤的指示。在 一个具体的实施方案中，神经损伤分析器968测量神经传导速率作为神经 传导时间与估计的神经传导距离的比率，并且基于所述神经传导速率随时 间的变化检测神经损伤。神经传导时间是递送刺激和在指示喉部活动的信 号中引发的反应开始之间的时间间隔。在另一个具体的实施方案中，神经 损伤分析器968测量神经传导时间，其为递送刺激和在指示喉部活动的信 号中引发的反应开始之间的时间间隔，并且基于所述神经传导时间随时间 的变化检测神经损伤。在一个实施方案中，在检测可能的神经损伤时，神 经损伤分析器968产生警报信号或信息，通过用户界面330显示给用户。
显示处理电路970处理指示喉部活动的信号，以通过用户界面330以 一种或多种形式显示给用户。在一个实施方案中，显示处理电路970还处 理与喉部活动、导线状态、神经损伤相关的其它信号、信息、和/或指示物， 和/或其它相关信息，用于通过用户界面330显示给用户。
图IO是举例说明用户界面1030的一个实施方案的结构图。用户界面 1030是用户界面330的一个具体实施方案，并且包括显示装置1072和用 户输入装置1080。显示装置1072显示喉部活动的指示物和以一种或多种 形式存在的神经刺激。用户输入装置1080允许用户通过输入命令和参数 来控制神经刺激，并且通过选择怎样指示喉部活动和神经刺激来控制显示 装置1080。
在所示例的实施方案中，显示装置1072包括音频显示装置1074和视 频显示装置1076。音频显示装置1074包括扬声器1075，其产生指示喉部 活动的可听音。所述可听音具有这样的音调，所述音调指示喉部振动的频 率和/或喉部活动的量值。在一个实施方案中，所述可听音具有指示喉部振 动的频率的音调和指示喉部活动量值的音量。当所述神经刺激作为电脉冲递送时，随着刺激频率(递送所述电脉冲的频率)增加，喉部中的肌肉反
应可能从突出抽搐(twitch)反应转变到暂时的(tentatic)反应(其意味 着在递送整个的脉冲串(pulse train)过程中，肌肉保持收縮)。在一个实 施方案中，这样选择刺激频率，以便递送电脉冲引发突然抽搐反应而不引 发暂时的反应。因此，喉振动的频率是刺激频率，并且喉部活动的量值是 剌激强度的函数。
视频显示装置1076包括屏幕1077，发光二极管(LEDs) 1078，和计量 器1079。屏幕1077显示指示喉部活动的信号和指示神经刺激的信号。指 示神经刺激的信号的实例包括神经刺激标记和通过刺激电极如电极 116A-B感应到的指示迷走神经活动的神经信号。在不同实施方案中，屏 幕1077还显示一种或多种感应到的生理信号如心电图(ECG)和与喉部活 动、导线状态、神经损伤相关的多种信号、信息、和/或指示，和/或其它 相关信息。当指示喉部活动的信号的幅度超过预先确定的阈值时，LEDs 1078分别开启。分别与一个或多个LEDsl078相关的多个不同阈值允许按 照指示喉部活动的信号的幅度选择性照明。计量器1079指示喉部活动的 幅度。在一个实施方案中，计量器1079以在屏幕1077中显示的图像的形 式存在。在另一个实施方案中，计量器1079是与屏幕1077分开的装置。
图11是外部程序器1120的图示，其是外部系统120,220,320，或420 的一个实施方案。在所示例的实施方案中，外部程序器1120包括扬声器 1075,屏幕1077， LEDs 1078，和计量器1079。在其它实施方案中，外部程 序器1120包括任意一个或多个扬声器1075,屏幕1077, LEDs 1078，和计 量器1079。在所示例的实施方案中，屏幕1077包括指示喉部活动的信号 的跟踪(trace)，指示神经刺激的信号，跟踪和ECG信号，并且区域1182 显示与喉部活动、导线状态、神经损伤相关的各种信号、信息、和/或指示 物，和/或其它相关信息。
程序器1120接收指示喉部活动的信号，并且通过允许用户输入命令 和参数而控制神经刺激。在所示例的实施方案中，程序器1120包括传感 器输入1184和刺激输出1185。活动传感器510感应指示喉部活动的信号， 并且将所感应的信号通过电缆511和连接器542传递到程序器1120，其与 传感器输入1184可分离地连接。电缆118，其具有与剌激输出1185和连接器119可分离地连接的连接器1187，提供与剌激电极如在导线112上的 刺激电极116A-B的连接。这允许从程序器1120的神经刺激电路递送神经 刺激。在一个实施方案中，程序器1120还能够通过遥测接收来自活动传 感器510的指示喉部活动的信号。在一个实施方案中，程序器1120还能 够通过遥测控制来自可植入的医疗装置的神经剌激电路的神经刺激的递 送。
图12是举例说明利用指示喉部活动的信号分析神经刺激的作用的方 法1200的一个实施方案的流程图。在一个实施方案中，方法1200通过系 统100或200执行。
指示喉部活动的信号在1210感应。神经刺激在1220递送至迷走神经。 在1230调节指示喉部活动的信号，以分离由递送神经刺激引起的喉部活 动和感应到的指示喉部活动的信号的其他成分。在1240利用指示喉部活 动的信号分析递送神经刺激的作用。在1250显示喉部活动的指示物和神 经刺激的递送。在一个实施方案中，产生指示喉部活动的可听音。在一个 具体的实施方案中，所述可听音具有指示喉部活动的幅度的音调。在另一 个具体的实施方案中，可听音具有指示喉部振动的频率的音调和指示喉部 活动幅度的音量。在另一个实施方案中，产生喉部活动的视觉指示。视觉 指示的实例包括指示喉部活动的信号跟踪，指示神经刺激的信号，和指示 喉部活动幅度的计量器。
图13是举例说明利用指示喉部活动的信号自动确定用于神经刺激的 刺激阈值的方法1300的一个实施方案的流程图。刺激阈值指示捕获迷走 神经所需要的最小刺激强度。在一个实施方案中，方法1300通过刺激阈 值分析器962执行。
在1310，将神经刺激的刺激强度(SI)设定为初始强度。在一个实施方 案中，所述初始强度是凭经验确定的参数。在一个实施方案中，所述初始 强度由用户选择。当作为电脉冲递送神经剌激时，SI由每个电脉冲的(电 压或电流)和脉冲宽度控制。
在1312将神经刺激以SI递送至迷走神经。在1314利用指示喉部活 动的信号检测神经捕获，其通过比较指示喉部活动的信号的幅度和神经捕 获阈值进行。如果指示喉部活动的信号的幅度超过神经捕获阈值，则在1316检测到神经捕获。
如果在1316没有检测到神经捕获，则在1318确定SI是否已知达到 指定的最大值SI。如果在1320 SI已经达到指定的最大值，则在1324重新 放置刺激电极，或者必须采取其他方法来提高指定的最大SI和/或减小刺 激阈值。在一个实施方案中，"重新放置"，或用电子学方法选择刺激电极。 使用一组有源刺激电极将神经刺激递送至迷走神经，所述刺激电极用电子 学方法选自多组可用的刺激电极，并且用电子学方法重新放置意指用电子 学方法选择一组不同的可用刺激电极作为一组有源刺激电极。如果在 1320， SI还没有达到指定的最大SI，则在1322将SI增加ASI，并且方法 1300返回1312以从其继续。在一个实施方案中，确定刺激阈值为处于指 定脉冲宽度的电脉冲的电压。在一个具体的实施方案中，ASI约为0.2V。
如果在1316检测到神经捕获，则当前的SI是在刺激强度增加时检测 到的神经捕获的最小捕获强度。在1326， SI从最小捕获强度减小，ASI' 是减小步幅。在一个实施方案中，ASI'和ASI设定为相同的值。在一个具 体的实施方案中，ASI'约为0.2V。
在1318，神经刺激以(减小的)SI递送。在1330，利用指示喉部活 动的信号检测神经捕获，其通过比较指示喉部活动的信号的幅度与神经捕 获阈值而进行。如果指示喉部活动的信号的幅度超过神经捕获阈值，则在 1332检测到神经捕获。
如果在1332检测到神经捕获，则方法1300回到1326，以进一步减小 SI并且从其继续。如果在1332没有检测到神经捕获，则在1326在最后减 小之前将SI设置为在1334的刺激阈值。S卩，刺激阈值(ST)是当前SI (在 1326后)力BASI'。
图14是举例说明利用指示喉部活动的信号短期和长期监视和滴定神 经刺激的方法1400的一个实施方案的流程图。方法1400在植入可植入的 神经剌激系统的过程中和之后进行。在一个实施方案中，方法1400用系 统100和/或200进行。
在1410感应指示喉部活动的信号。在1420将神经刺激递送至迷走神 经。喉部活动指示迷走神经对神经刺激的反应。所述反应取决于，例如， 刺激电极的位置，刺激参数，神经刺激系统的条件如导线和/或刺激电极的条件，神经损伤的存在和进展，以及在植入刺激电极后在所述剌激电极周 围的组织的愈合。
在1430，在植入可植入的医疗装置的过程中最优化神经刺激递送。这
包括，例如，在1432放置刺激电极，并且在1434最优化与刺激电极相关 的刺激参数。在不同实施方案中，对于每个刺激电极或每对刺激电极实行 1432和1434。放置刺激电极，用于利用指示喉部活动的信号将神经刺激 递送至迷走神经。在一个实施方案中，刺激电极结合在经静脉导线的远端 末端。所述经静脉导线插入到血管系统中，以便刺激电极处在颈内静脉内 接近目标区域内的位置。对于所述位置利用指示喉部活动的信号，诸如通 过实行方法1300自动确定剌激阈值。如果刺激阈值不满意，则将刺激电 极放置在接近目标区域内的另一个位置，并且对于新位置确定刺激阈值。 重复重新放置和阔值确定，直到获得满意的刺激阈值。在一个实施方案中， 重新放置用电子学方法进行。利用有源刺激电极递送神经刺激，所述有源 刺激电极用电子学方法选自多个可用的剌激电极，并且将剌激电极放置在 另一个位置意指用电子学方法选择放置在另一个位置的一个可用的刺激 电极作为有源刺激电极。在另一个实施方案中，在插入经静脉导线并且刺 激电极位于接近目标区域内的位置后，利用刺激电极将最小电流递送至迷 走神经。幅度保持是低的，但是足以产生可以感应到的喉部活动。在移动 刺激电极以评估在接近目标区域内的位置的同时，监视指示喉部活动的信 号的幅度。将刺激电极永久放置在与指示喉部活动的信号的最大幅度相关 的位置处。
在1432放置刺激电极后，在1434最优化与刺激电极相关的刺激参数。 在一个实施方案中，这包括自动确定与刺激电极相关的刺激阈值，诸如通 过实行方法1300，以永久的定位刺激电极。基于刺激阈值，编程与刺激电 极相关的剌激强度用于长期应用，其诸如通过按预先确定的界限将刺激强 度设置为超过刺激阈值的值。
在1440在装置植入后，监视和滴定神经刺激的递送。这包括，例如， 在1442最优化刺激参数，在1444监视导线或剌激电极状态，在1446检 测神经损伤，和在1448监视愈合过程。在不同实施方案中，1440或其任 何部分由用户在按照指定的时间表诸如在近似定期基础上的随访检査过程中执行。
在1442最优化刺激参数。在一个实施方案中，这包括自动确定与每 个刺激电极相关的刺激阈值，其诸如通过实行方法1300。如果与电极相关 的刺激阈值已经从先前的测量显著改变，则基于新的刺激阈值调节与该剌 激电极相关的刺激强度，诸如通过按照预先确定的界限将刺激强度设定为 超过新的刺激阈值的值。
在1444监视导线或刺激电极的状态。这包括，例如，检测导线的可 能的位移、移位、和断开。可能的导线问题由刺激阈值在刺激阈值测量之 间的显著的、异常改变而指示。
在1446检测神经损伤。在一个实施方案中，神经损伤通过监视刺激 阈值随时间的变化而检测。可能的神经损伤由在剌激阈值中检测到的异常 的变化速度而指示。在另一个实施方案中，通过随时间监视响应以指定刺 激强度递送的神经刺激的指示喉部活动的信号的幅度而检测神经损伤。可 能的神经损伤由检测到的在指示喉部活动的信号幅度中的异常变化速度 而指示。在1446的神经损伤检测允许早期发现神经损伤，所述神经损伤 需要及时治疗以防止发展成主要的功能损伤。
在1448监视愈合过程。在植入可植入的医疗装置和导线或刺激电极 后，在植入过程中损伤的组织可能花费数周或数月才能愈合，并且在身体 和植入的系统之间的界面才能稳定。通过监视刺激阈值随时间的变化来监 视该愈合过程。稳定的刺激阈值是愈合过程可能己经基本完成的指示。
应该理解，上述详述意欲是举例说明性的，并不是限制性的。当阅读 和理解了上述描述时，其它实施方案对于本领域技术人员应该是明显的。 因此，本发明的范围应该参考后附的权利要求以及所述权利要求有资格要 求的等价物的全部范围而确定。
权利要求
1.一种神经刺激系统，其用于向具有颈、喉和迷走神经的身体施加神经刺激，所述系统包括适合于感应指示喉部活动的信号的活动传感器；和与所述活动传感器通信连接的神经刺激分析器，所述神经刺激分析器包括喉部活动输入，以接收指示喉部活动的信号；神经刺激输入，以接收指示所述神经刺激向所述迷走神经的递送的信号；和处理电路，其与所述喉部活动输入和所述神经刺激输入连接，所述处理电路适合于处理所述指示喉部活动的信号，以利用所述指示喉部活动的信号分析所述神经刺激系统。
2. 根据权利要求1所述的神经刺激系统，其中所述活动传感器包括加速 度计，所述加速度计适合于感应作为所述指示喉部活动的信号的加速度信 号。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的神经刺激系统，所述神经剌激系统 包括喉部活动传感器组件，所述喉部活动传感器组件包括颈部-支撑结构， 所述颈部-支撑结构设置成将所述活动传感器保持在颈部喉上。
4. 根据权利要求1和2中任一项所述的神经刺激系统，其包括喉部活动 传感器组件，所述喉部活动传感器组件包括颈部支撑，所述颈部支撑设置 成包绕颈部的基本部分。
5. 根据权利要求4所述的神经刺激系统，其中所述颈部支撑包括由在颈 部前部的相当大的缺口分开的两个末端，并且所述颈部活动传感器组件还 包括托架，每个托架附着在所述颈部支撑的两个末端的一个上；和 一个或多个条带，其与所述托架和所述活动传感器连接，所述一个 或多个条带设置成将所述活动传感器按压在颈部喉上。
6. 根据权利要求5所述的神经刺激系统，其中所述一个或多个条带与所 述托架以这样的方式连接，所述方式允许以头部/尾部方向调节所述活动传感器的位置。
7. 根据权利要求5和6中任一项所述的神经刺激系统，其中所述活动传 感器包括传感器基底，所述传感器基底包括弯曲以适配颈部的表面。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的神经刺激系统，其中所述神经刺激分析器包括信号调节电路，所述信号调节电路适合于增加指示喉部活动的 信号的信噪比，所述信号包括指示由所述神经刺激引起的喉部活动的信号 的组成部分。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的神经剌激，其还包括刺激电极，以将所述神经刺激递送至所述迷走神经；和神经刺激电路，其与所述刺激电极连接，以通过所述剌激电极将神经 刺激脉冲递送至所述迷走神经。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的神经剌激系统，其还包括显示装置，所述显示装置适合于显示所述喉部活动的指示物和所述神经剌激的递送。
11. 根据权利要求10所述的神经刺激系统，其中所述显示装置包括扬声 器，所述扬声器设置成产生指示所述喉部活动的可听音。
12. 根据权利要求10和11中任一项所述的神经刺激系统，其中所述显示 装置包括视觉指示物，所述视觉指示物设置成产生所述喉部活动的视觉指
13. 根据权利要求12所述的神经刺激系统，其中所述视觉指示物包括屏 幕，所述屏幕显示指示喉部活动的信号和指示神经刺激的信号。
14. 根据权利要求12所述的神经刺激系统，其中所述视觉指示物包括一个 或多个发光二极管，当指示喉部活动的信号的幅度超过阈值时每个所述发 光二极管开启。
15. 根据权利要求12所述的神经刺激系统，其中所述视觉指示物包括指示 所述喉部活动的量值的计量器。
16. 根据权利要求9-15中任一项所述的神经刺激系统，其中所述神经刺激 分析器包括刺激阈值分析器，所述刺激阈值分析器适合于自动测量至少一 个刺激阈值，所述刺激阈值是所述神经刺激脉冲在所述迷走神经中引发神 经反应所需要的最小刺激强度。
17. 根据权利要求16所述的神经刺激系统，其中所述刺激阈值分析器包括比较器，所述比较器包括接收指示喉部活动的信号的幅度的第一输入、 接收神经捕获阈值的第二输入和输出，所述输出在所述指示喉部活动的信 号的幅度超过所述神经捕获阈值时指示神经捕获。
18. 根据权利要求17所述的神经刺激系统，其中所述刺激阈值分析器包 括刺激强度控制器，所述剌激强度控制器适合于从初始强度增加剌激强 度，直到指示神经捕获或达到预先确定的最大剌激强度。
19. 根据权利要求18所述的神经刺激系统，其中所述刺激强度控制器还 适合于在指示神经捕获后减小所述剌激强度，直到不再指示神经捕获。
20. 按照权利要求16-19中任一项所述的神经刺激系统，其还包括经静脉导线，所述经静脉导线包括与所述神经刺激电路连接的近端末端； 包括至少一个刺激电极的远端末端；和 在所述近端末端和所述远端末端之间连接的延长体。
21. 根据权利要求20所述的神经刺激系统，其中所述神经刺激分析器包括 导线状态分析器，其适合于产生导线移位或断开的警报，所述警报的产生 是基于在所述刺激阈值的测量之间与包括在所述导线的远端末端中的所 述至少一个刺激电极相关的至少一个刺激阈值的变化。
22. 根据权利要求20和21中任一项所述的神经刺激系统，其中所述神经 剌激分析器包括神经损伤分析器，其适合于通过监视以下中的一个或多个 而检测神经损伤所述至少一个刺激阈值随时间的变化，所述指示喉部活 动的信号的幅度随时间的变化，和神经传导速率随时间的变化。
23. 根据权利要求9-22中任一项所述的神经刺激系统，其还包括 包括所述神经刺激电路的可植入的医疗装置；和与所述可植入的医疗装置通过遥测通信连接的外部系统，所述外部系 统包括所述神经刺激分析器。
24. —种向具有颈、喉、和迷走神经的身体施加神经刺激的方法，所述方 法包括感应指示喉部活动的信号； 向所述迷走神经递送所述神经刺激；和调节指示喉部活动的信号，以分离由于递送所述神经刺激引起的喉部活动。
25. 根据权利要求24所述的方法，其还包括显示喉部活动的指示物。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中显示所述喉部活动的指示物包括产 生指示所述喉部活动的可听音，所述可听音具有指示喉振动的频率和喉部 活动的量值中至少一个的音调。
27. 根据权利要求25和26中任一项所述的方法，其中显示所述喉部活动 的指示物包括在屏幕上显示指示喉部活动的信号。
28. 根据权利要求25-27中任一项所述的方法，其中显示所述喉部活动的 指示物包括使用发光二极管显示所述喉部活动的量值。
29. 根据权利要求25-28中任一项所述的方法，其中显示所述喉部活动的 指示物包括使用计量器显示所述喉部活动的量值。
30. 根据权利要求24-29中任一项所述的方法，其还包括使用指示喉部活 动的信号自动确定刺激阈值，所述刺激阈值指示所述神经刺激捕获所述迷 走神经所需要的最小刺激强度。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中自动确定刺激阈值包括将所述神经刺激的剌激强度设定为初始强度；通过比较所述指示喉部活动的信号的幅度和神经捕获阈值而检测神 经捕获；和从所述初始强度增加所述刺激强度直到检测到神经捕获，或在检测 到神经捕获之前是否达到预先确定的最大刺激强度。
32. 根据权利要求31所述的方法，其中自动确定刺激阈值还包括在检测到 神经捕获后减小刺激强度，直到不再检测到神经捕获，并且还包括显示在 刺激强度被减小时检测到神经捕获的最小强度作为刺激阈值。
33. 根据权利要求30-32中任一项所述的方法，其还包括通过监视在刺激 阈值的两次或多次测量中所述刺激阈值的变化而检测导线的移位或断开。
34. 根据权利要求30-33中任一项所述的方法，其还包括通过监视所述刺 激阈值随时间的变化而检测神经损伤。
35. 根据权利要求34所述的方法，其还包括通过监视神经传导速率随时间 的变化而检测神经损伤。
36. 根据权利要求24-35中任一项所述的方法，其中将所述神经刺激递送至所述迷走神经包括通过刺激电极递送神经刺激脉冲，并且还包括通过使 用喉部活动作为指导来放置所述刺激电极。
37. 根据权利要求36所述的方法，其还包括在植入刺激电极后通过监视刺激阈值随时间的变化而监视组织愈合过程。
38. 根据权利要求36所述的方法，其中放置所述刺激电极包括从多个可用 的刺激电极中用电子学方法选择一个或多个有源刺激电极。
全文摘要
一种神经刺激系统向迷走神经递送神经刺激，并且感应指示由所述神经刺激引起的喉部活动的信号。将所述指示喉部活动的信号，例如，用于指导电极放置，测定刺激阈值，检测导线/电极问题，检测神经损伤，和在将电极放置在患者体内后监视愈合过程。
文档编号A61N1/36GK101528302SQ200780040290
公开日2009年9月9日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年9月1日
发明者兰迪·韦斯特隆德, 安东尼·V·卡帕索, 马克·布莱 申请人:心脏起搏器股份公司