高效能量神经调制的制作方法【专利说明】高效能量神经调制[0001]本申请于2014年1月24日作为PCT国际专利申请提出，并且要求于2013年1月28日提出的申请号为61/757,575的美国临时专利申请的优先权，特将其所公开的内容全部并入此处，以作参考。【
背景技术：
】[0002]肥胖症、糖尿病、高血压、以及其它胃肠道功能障碍为导致发病率和死亡率增加的严重健康问题。例如，在最近十几年中，肥胖症发病率增长了80%以上，这表明，到2002年，成年人中肥胖症的发病人数将约达4300万（MokdadAH等人，Thespreadoftheobesity印idemicintheUnitedStates，1991-1998.JAMA1999;(282):1519-22)。就死亡率而言，在美国，每年因与肥胖症相关的原因导致约280,000~325,000的成年人死亡（AlIisonDB等人，AnnualdeathsattributabletoobesityintheUnitedStates.JAMA1999；282:1530-8)。更严重的是，超重与生存年限的损失正相关（FontaineKR等人，Yearsoflifelostduetoobesity.JAMA2003;(289):187-93)。与肥胖症并发的几种其它疾病是，例如，代谢综合症、二型糖尿病、心脏病、以及高血压。[0003]因此，还需要对诸如糖尿病、高血压、肥胖症、心脏病、以及代谢综合症的疾病进行有效的处置。【
发明内容】[0004]根据本公开的一个方面，公开了一种把疗法施加于病人的内部组织部分的治疗系统。所述系统至少包括植入病人体内，并且放置在组织部分（例如，神经）处的高阻抗电极，以当把处置信号施加于电极时把治疗信号施加于所述部分。把可植入部件放入病人的身体中，在皮层之下，并且将其耦合于电极，以使用所选择的电流或者所选择的电压传递电信号。所述信号为单相的或者双相的。可植入部件包括植入的天线。外部部件具有放置在皮肤之上并且适合于将其电耦合于植入的天线的外部天线。[0005]在各实施例中，一种把疗法施加于患者靶神经的系统包含至少两个电极，每一个电极具有至少2000欧姆的阻抗，将其配置为被植入患者的体内并且被放置在靶神经处，放置在患者体内的可植入部件，把可植入部件配置为按所选择的电压或者所选择的电流生成电信号，其中，选择所述电信号以调制靶神经上的活动，把可植入部件耦合于植入的天线；外部部件，包括外部天线，将其配置为被放置在皮层之上并且适合于与植入的天线进行通信。在各实施例中，权利要求1的系统还包含外部编程器，将其配置为可通信地耦合于外部部件，把外部编程器配置为向外部部件提供治疗指令，其中，把外部部件配置为经由外部天线和植入的天线向可植入部件发送治疗指令。[0006]根据本公开的另一个方面，公开了一种处置患者病症的方法，包含把电极施加于靶神经，其中，电极具有至少2000欧姆的阻抗，并且将其可操作地耦合于可植入神经调节器；向靶神经施加治疗周期，其中，治疗周期包含按所选择的电流或者所选择的电压把电信号断续地施加于电极，并且选择所述电信号减量调节或者增量调节靶神经上的活动。[0007]在各实施例中，处置患者病症的方法包含把至少两个电极施加于靶神经，其中，每一个电极具有至少2000欧姆的阻抗，并且将其可操作地耦合于可植入神经调节器；以及向靶神经施加治疗周期，其中，治疗周期包含按所选择的电压或者所选择的电流把电信号断续地施加于电极，其中，选择所述电信号调制靶神经上的活动。在各实施例中，从由肥胖症、代谢综合症、糖尿病、高血压、炎症性肠病、胰腺炎、以及贪食症组成的一组病症中选择病症。【附图说明】[0008]图1为具有作为本发明原理各发明方面的实例的特性的治疗系统的示意性表示，所述治疗系统包括神经调节器和外部充电器。[0009]图2A为根据本公开各方面的图1的治疗系统中所使用的可植入神经调节器的平面图。[0010]图2B为根据本公开各方面的图1的治疗系统中所使用的另一个可植入神经调节器的平面图。[0011]图3A为根据本公开各方面的图2A和图2B的神经调节器的代表性电路模块的结构图。[0012]图3B为专门针对可植入治疗设备的低功率任意波形发生器的结构图。某些功能部件是可选的，例如，存储器和遥测模块。[0013]图4为根据本公开各方面的图1的治疗系统中所使用的外部充电器的电路模块的结构图。[0014]图5描述了电极配置和HFAC波形。（A)隔离的迷走神经上刺激（S)、HFAC、以及记录（R)电极的相对位置的示意性表示。（B)HFAC波形具有按1分钟5000Hz传递的电荷平衡的交流脉冲。脉冲宽度（w，90或者10μs)为常数，每个周期中包括10或者90μs的停歇时间。电流振幅（a)为随机变化的。（C)简化的电极系统的示意性表示。描述了电极至神经的接触面的电表示。通常，电极至神经的电容为高（在数十~数百PF的量级），而电阻为低（在数十欧姆的量级）。[0015]图6描述了A)恒流设备的电流与时间的比照⑴以及电压与时间的比照（ii)的描绘。注意，对神经的电容和电极系统充电的电流导致（ii)中电压快速增高。然后，对电极至神经的电容充电的电流导致电压继续缓慢上升。[0016]B)具有低⑴和高（iii)阻抗电极的恒压设备的电压与时间的比照⑴以及电流与时间的比照（ii和iii)的描绘。注意，在（ii)对神经的电容和电极系统充电过程中，初始电流峰值之后，剩余电流将基本上由神经的并联电阻加以决定。在（iii)中，电极至神经的接触面的额外电阻导致电流下降至较低的水平。[0017]C)表示裸露的电极⑴与涂覆的电极（ii)的电阻（R)电容（C)以及阻抗⑵的对照的向量。注意，具有涂覆电极的电阻增加很大。[0018]图7描述的是：C-波振幅的减小取决于电流和阻抗。传导封锁之后的C-波振幅图与具有3个不同阻抗范围的电流的描绘。注意，阻抗越高，衰减C-波所要求的电流越少。[0019]图8描述的是：诱发的C-波的衰减取决于跨越HFAC电极的电压。封锁之后的C-波振幅与电压的比照。虚线表示衰减C-波振幅的50%所要求的电压。[0020]图9示意性地描述了用于根据恒定电流源创建恒压波形的电路。在考虑到电极阻抗的情况下，使用欧姆定律可以把跨越各电极的电压量计算为电流振幅的一个函数。[0021]图10描述了跨越HFAC电极的阻抗与跨越导致50%封锁的HFAC电极流动的电流的比照的描绘。注意：随着阻抗的增加，导致传导封锁所要求的电流越少。[0022]图11描述了A)跨越具有90μS脉冲宽度的串联电阻器的电压与时间的比照的描绘。第一峰值为设备短路以确保无DC偏移的结果。第二峰值为向高阻抗电极的电容充电的电流所导致的。注意，在第二峰值之后，下降至几乎为〇的电压表示流过神经的非常小的电流。[0023]Β)使用电流探针进行的描绘，其展示了流过神经的几乎为0的电流。第一峰值为设备短路以确保无DC偏移的结果。第二峰值为向高阻抗电极的电容充电的电流所导致的。注意，在第二峰值之后，电流下降至几乎为0。在这一实验中，使用了90μS的脉冲宽度。[0024]图12描述了跨越使用IOyS脉冲宽度的串联电阻器的电压与时间的比照的描绘。第一峰值为向高阻抗电极的电容充电所导致的。第二峰值为沿相反方向向电极的电容充电所导致的。注意，在第一峰值之后，下降至几乎为0的电压表示流过神经的非常小的电流。[0025]图13描述了5000Hz脉冲之后的脉冲宽度与Aδ-或者Aa-波振幅的比照的描绘。[0026]图14描述了高阻抗电极配置。i)高阻抗电极设计的侧面图。把电极的螺旋部分放置在神经的周围。ii)高阻抗电极的前俯视图。iii)高阻抗电极的后俯视图。较亮的彩色条纹代表涂覆的电极。[0027]图15描述了电极的一个实施例。[0028]图16描述了包括沿与神经相接触的护套的内部具有两块平行板的硅护套的电极的一个实施例。【具体实施方式】[0029]在各实施例中，方法与系统涉及使用高阻抗电极建立一个跨越神经的电场。由于电极是绝缘的，所以最小化了场维持电流的量。在这一情况下，电流以流过神经的非常小的电流向电极电容充电。所施加的电压差将环绕打开或者关闭的各单元上的驱动电压门控通道的神经。在这种情况下，施加电压首先给电极的电容充电。此后，很小电流流过神经，因为使用了导致能量节省并且提高了安全性的最小化场维持电流量的有限导电材料来涂覆电极。这不同于使用需要流过神经的电阻的大电流以导致电压差的低阻抗电极的传统的方法。绝缘电极神经接触面的使用，提供了能够使用极低电荷加以维持的电场。[0030]对于诸多使用电信号调制神经活动的情况而言，这样的电极的使用具有广泛的可应用性。例如，具有使用高阻抗电极的电压或者电流调节的源的系统可用于：使用电信号以至少部分地减量调节诸如迷走神经、肾神经、腹神经、颅神经以及内脏神经的靶神经上的活动。在其它实施例中，所述信号可以增量调节诸如舌咽神经和压力感受器的靶神经上的活动。可以使用靶神经上的活动的调制处置诸如肥胖症、糖尿病、高血压、代谢病症、胰腺炎、炎症性肠病、贪食症、运动功能障碍、以及它们的组合的各种病症。[0031]在各实施例中，希望提供一种能够向神经传递电信号以至少部分地调制神经活动、同时最小化功率需求的可植入设备。最小化功率需求减小了电池的尺寸，从而允许构造较小的设备、延长设备中电池的寿命，并且要求对电池的较短的充电时间。具有高阻抗的电极的使用，提供了按所选择的电压或者电流、具有极低功率需求并且具有低风险的任何组织损伤的电信号的施加。[0032]现在，参照各附图描述本公开的实施例，其中，在所有附图中，以相同的数字标识相同的元件。[0033]A.治疗系统[0034]图1示意性地说明了治疗系统100。治疗系统100包括神经调节器104、电导管装置108、以及外部充电器101。神经调节器104适合于植入病人体内。如此处将更全面地加以描述的，通常把神经调节器104刚好植入在皮层103之下。[0035]把神经调节器104配置为电连接于电导管装置108。一般情况下，电导管装置108包括两或两个以上的电导管组件106,106a。在各实施例中，一条单一的导管包含至少两个电极。在其它实施例中，每一条导管包含一个单一的电极。在所描述的实例中，电导管装置108包括两个相同的（双极）电导管组件106，106a。神经调节器104生成治疗信号，并且将治疗信号传输给导管组件106,106a。[0036]导管组件106,106a根据神经调节器104所提供的治疗信号，增量调节和/或减量调节病人的神经。在一个实施例中，导管组件106,106a包括远端电极212,212a，将它们放置在病人的一或多个神经上。例如，可以分别单独把电极212,212a放置在病人的前迷走神经AVN和后迷走神经PVN上。例如，可以把远端电极212,212a恰好放置在病人的横隔膜之下。然而，在其它实施例中，可以把或多或少的电极放置在或多或少的神经上。在各实施例中，所述电极具有至少大约2000欧姆的阻抗。[0037]外部充电器101包括用于与植入的神经调节器104进行通信的电路。一般情况下，沿箭头A所示的双向信号路径跨越皮肤103传输所述通信。在外部充电器101和神经调节器104之间传输的实例通信信号包括处置指令、病人数据、以及此处将加以描述的其它信号。也可以把能量从外部充电器101传输给此处将加以描述的神经调节器104。[0038]在所描述的实例中，外部充电器101可以经由双向遥测装置（例如，经由射频（RF)信号）与植入的神经调节器104进行通信。图1中所示的外部充电器101包括可以发送和接收RF信号的线圈102。可以把类似的线圈105植入病人的体内，并且将其耦合于神经调节器104。在一个实施例中，线圈105与神经调节器104相集成。线圈105用于从外部充电器101的线圈102接收信号以及把信号传输给外部充电器101的线圈102。[0039]例如，外部充电器101可以通过振幅调制或者频率调制RF载波，把信息编码为比特流。最好令线圈102、105之间传输的信号具有大约6.78MHz的载波频率。例如，在信息通信阶段期间，可以通过切换半波整流和未整流之间的整流电平传输参数的值。然而，在其它实施例中，也可以使用更高或者更低的载波频率。[0040]在一个实施例中，神经调节器104使用负载转移（例如，外部充电器101上导致的负载的修改）与外部充电器101进行通信。通过感耦外部充电器101感知负载的这一变化。然而，在其它实施例中，神经调节器104和外部充电器101也可以使用其它类型的信号进行通信。[0041]在一个实施例中，神经调节器104从诸如电池的可植入功率源151(参见图3A)接收生成治疗信号的功率。在一个优选实施例中，功率源151为可重新充电电池。在某些实施例中，当未连接外部充电器101时，功率源151可以把功率提供给植入的神经调节器104。在其它实施例中，也可以把外部充电器101配置为提供神经调节器104的内部功率源151的定期的重新充电。然而，在一个可选的实施例中，神经调节器104可以完全依赖于从外部源接收的功率。例如，外部充电器101可以经由RF链路（例如，在线圈102、105之间）把功率传输给神经调节器104。[0042]在各实施例中，可以由可重新充电电池向神经调节器提供功率，使用可移动充电器对可重新充电电池定期地进行充电，把可移动充电器放置在紧邻可植入神经调节器的地方。作为选择，也可以由可移动充电器提供的RF能量直接向神经调节器提供功率。通过可移动充电器的设置或者通过临床编程器进行提供功率的模式的选择。在另一个实施例中，可以使用远程无线能量实现对神经调节器中可重新充电电池的充电（Grajski等人的，IEEEMicrowaveWorkshopseriesonInnovativeWirelessPowerTransmission：Technology，Systems，andApplications，2012年，发表在a4wp.org上）。[0043]在某些实施例中，神经调节器104启动治疗信号的生成与向导管组件106,106a的传输。然而，在一个实施例中，当由内部电池151提供功率时，神经调节器104启动疗法。然而，在其它实施例中，外部充电器101触发神经调节器104开始生成治疗信号。在从外部充电器101接收到启动信号之后，神经调节器104生成治疗信号，并且把治疗信号传输给导管组件106,106a。[0044]在其它实施例中，外部充电器101还可以提供一些根据它们生成治疗信号的指示信息（例如，脉冲宽度、振幅、以及其它这样的参数）。在一个优选实施例中，外部充电器101包括其中可以存储向神经调节器104传输的各个参数、程序、和/或治疗进度安排的存储器。可以由用户在用户接口上进行这些参数的选择。在各实施例中，这些参数包括脉冲宽度、恒压设置、恒流设置、频率、以及电极尺寸。例如，一个这样的程序可能涉及对大约200~5000Hz频率的选择、对大约1~20伏特恒定电压的选择、以及对范围从大约10微秒~100微秒各种脉冲宽度的选择。外部充电器101还能够使用户选择显示在用户接口上的参数/程序/治疗进度安排，然后将它们存储在存储器中，以向神经调节器104加以传输。在另一个实施例中，外部充电器101可以向处置指令提供每一个启动信号。[0045]当前第1页1 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