刺激装置和方法

刺激装置和方法
【专利说明】刺激装置和方法
[0001 ] 本申请是国际申请号为PCT/US2012/032629、国际申请日为2012年04月06日、国家申请号为201280028006.9、发明名称为“刺激装置和方法”的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请相互引用
[0003]本申请主张2011年4月7日提交的序列号为61/473，141的美国临时申请、2011年8月15日提交的序列号为61/523,732的美国临时申请，以及2011年11月16日提交的序列号为13/928,042的美国申请的优先权益，序列号为13/928,042的美国申请主张2010年11月16日提交的序列号为61/414,293的美国临时申请、2011年I月18日提交的序列号为61/433,645的美国临时申请、2011年I月18日提交的序列号为61/433,649的美国临时申请，以及2011年I月18日提交的序列号为61/433,652的美国临时申请的优选权益。上述每个应用在此全部纳入作为参考。
技术领域
[0004]本发明一般地涉及刺激系统和使用刺激系统的方法。所述刺激系统可用于刺激一个或多个解剖结构以治疗诸如干眼症之类的一种或多种适应症。
【背景技术】
[0005]干眼综合症是影响全球数百万患者的衰竭性疾病。这些数以百万计的患者遭受最严重的形式。这些疾病通常引起严重的眼部不适，导致生活质量急剧下降，使眼表面健康受损，基本减弱视敏度并可能威胁视力。具有严重干眼症的患者逐渐开始对光和风产生敏感，从而极大地缩短了患者的户外时间，这些不适使得患者经常无法阅读和驾驶。当前的治疗方案几乎很难缓解严重干眼症患者的症状。这些现有选项包括人造泪液、泪管栓塞、湿度护目镜(humidity goggle)、局部环孢素和睑缘缝合术，这些治疗方案无一能充分缓解或治疗疾病。需要一种能够使干眼症患者恢复足够的泪液产生能力的系统。

【发明内容】

[0006]此处描述了用于刺激组织的装置和方法。刺激系统可以包括微刺激器和一个或多个控制器。在一些变形中，所述微刺激器可以包括无源刺激电路。在一些变形中，所述微刺激器可以包括外壳和伸展(extens1n)，所述伸展与所述外壳相连并承载至少一个电极。在这些变形的一部分中，所述伸展可以是挠性的。在一些变形中，所述微刺激器可以具有大约
0.6 cm到大约2 cm的长度，大约Imm到大约2mm的厚度，以及大约3mm到大约8mm的宽度。所述微刺激器是适应性(conformable)和烧性的，并且可以具有一个或多个固定元件。所述一个或多个固定元件可以包括一个或多个钩、倒刺和锚。所述微刺激器可以具有一个或多个涂层，所述涂层可具有粘性和/或可生物吸收性。在一些变形中，所述微刺激器可以包括一个或多个导电和/或电绝缘涂层。
[0007]所述无源刺激电路可以包括储能电路并具有一个或多个电安全特性。所述电安全特性可以包括一个或多个电流限制整流器以及一个或多个齐纳二极管。所述电安全特性可以包括电压限制电路以限制刺激部件发射的电压。所述电安全特性还可以包括电流限制元件或电路以限制所述刺激部件发射的电流，并且包括电荷输出限制元件或电路以限制所述刺激部件发射的电荷。
[0008]在一些变形中，所述无源刺激电路可以包括斜坡(ramping)控制单元。在这些变形的一部分中，所述斜坡控制单元可以包括充电单元和场效应晶体管。所述斜坡控制单元可以控制所述刺激电路产生的刺激信号的幅度，并且所述刺激电路可被配置为产生斜坡化刺激信号。所述无源刺激电路可以包括信号调节单元。在一些变形中，所述信号调节单元可以包括整流单元。在一些变形中，所述信号调节单元可以包括限幅单元。在一些变形中，所述信号调节单元可以包括电流源单元。所述无源刺激电路可以包括接收单元和输出单元。
[0009]所述微刺激器内的无源刺激电路还可以包括可变电阻元件、可变电容元件以及一个或多个电极。所述无源刺激电路的所述一个或多个电极可以是接触点，可位于所述微刺激器内，可以连接到挠性引线，以及可以连接到刚性引线。所述一个或多个电极可以包含铂、铱、铂铱、氧化铱、氮化钛、钽或它们的组合。
[0010]所述微刺激器可以耦合到控制器并进行密闭密封。所述微刺激器可以使用传送系统注入患者体内。所述传送系统可以包括插入装置(例如，12或更大的计量针)和/或解剖工具。所述微刺激器可以具有一个或多个特征来便利最小化侵入取出。所述微刺激器的长度和宽度可被选为允许将所述微刺激器的一部分放在泪腺附近。所述微刺激器的长度和宽度也可被选为允许将整个微刺激器放在泪腺附近，以及允许将所述微刺激器放在所述泪腺上、部分地在所述泪腺中、在泪腺内或泪腺周围。
[0011 ]在一些变形中，用于通过刺激一个或多个支配泪腺的神经治疗干眼的方法包括将微刺激器置于泪腺附近并对所述泪腺施加刺激。所述微刺激器可以包括无源刺激电路，该电路包括斜坡控制单元。所述微刺激器可以位于泪腺附近并全部植入患者眼睛的眼眶内。所述微刺激器被放置为直接接触泪腺。所述微刺激器被放置为部分地穿透所述泪腺。所述微刺激器可全部植入到泪腺中或完全地位于泪腺内。所述微刺激器可以完全地或部分地植入眼睛的眼眶内。
[0012]所述微刺激器提供的刺激可以选择性地刺激一个或多个支配所述泪腺的神经。所述刺激可以在不使眼睛运动，不刺激眼肌以及不刺激上直肌、外直肌、上睑提肌、视网膜或对应的运动神经的情况下，选择性地刺激一个或多个支配所述泪腺的神经。在一些变形中，所述刺激可以选择性地刺激泪腺的自发传出纤维。选择性地刺激所述自发传出纤维多于感觉传入纤维或A-delta疼痛纤维或多于C疼痛纤维。在一些变形中，所述刺激可以选择性地刺激泪腺传入纤维，并且可以诱发单侧或双侧流泪。在特定变形中，所述刺激可以仅刺激一个或多个支配泪腺的神经。在一些变形中，所述刺激可以选择性地刺激泪腺的腺泡细胞和/或导管(ductal)细胞。所述刺激可以刺激泪腺的腺泡细胞、导管细胞、传出纤维和/或传入纤维的组合。
[0013]当被植入时，所述微刺激器可以在植入之后适应泪腺窝。植入微刺激器可以进一步包括使所述微刺激器适应所述泪腺的外面。在植入之后，所述微刺激器可以适应所述泪腺窝的外面。
[0014]所述微刺激器可以使用插入装置被植入。在一些变形中，所述插入装置为12或更大的计量针。在其它变形中，所述插入装置包括插管。在一些变形中，所述插入装置可以包括活塞组件，该活塞组件在一些变形中可通过弹簧供能。所述微刺激器可被装入所述插入装置内，并且所述插入装置可被插入到插入路径内。在一些变形中，使用位于眼角的解剖学标志，可将针置于所述泪腺附近，并且所述微刺激器可以使用所述针部署。解剖学标志包括一一但不限于一一侧眼角、睑缘、泪腺的眼叶、眶缘、眼眶上侧面上的骨隆突、血管床等。在一些变形中，所述微刺激器可通过上提眼睑，形成通过眼睑下的结膜的插入路径，以及将所述微刺激器推进所述插入路径来植入。所述插入路径可以使用解剖工具形成。在一些变形中，所述插入路径可以使用解剖工具的解剖元件形成。在一些变形中，所述插入路径可以在骨膜与眶骨之间形成。在其它变形中，所述插入路径可以在骨膜与泪腺之间形成。
[0015]所述刺激可以包括脉冲幅度位于大约250μΑ到大约25mA之间的电流。所述刺激可以包括脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲频率，以及可以在治疗期间变化的脉冲幅度、脉冲宽度和脉冲频率中的一个或多个。所述刺激可以具有位于大约2Hz到大约270Hz之间、大约15Hz到大约40Hz之间，或者30Hz到大约60Hz之间的脉冲频率。所述刺激包括脉冲宽度位于大约50μsec到大约2700ysec之间的电流。具有上述参数的刺激可用于治疗诸如干眼症之类的一种或多种疾病。刺激脉冲可以连续地或间歇地传送，并且可根据一个或多个图案(pattern)传送。
[0016]植入微刺激器可以进一步包括基于眼眶特征识别用于植入的插入点。所述刺激可以以突发方式传送并且响应于测定变量进行调节。所述刺激可以包括脉冲宽度位于大约50ysec到大约2000ysec之间的电流。控制器可被置于所述微刺激器附近并且可以产生磁场。所述磁场可以基于来自用户的输入和/或基于与所述微刺激器的耦合度进行调节。所述磁场可以突发方式产生并耦合到所述微刺激器以产生刺激。所述磁场可以具有大约1kHz到大约10MHz的频率。所述磁场可以具有大约10kHz到大约5MHz的频率。在一些变形中，所述磁场可以具有位于大约IMHz到大约5MHz之间的频率。
[0017]在一些变形中，用于治疗干眼的系统可以包括被配置为植入眼睛的眼眶的微刺激器和用于产生耦合到所述微刺激器的磁场的控制器。所述控制器可被置于手持设备中。所述控制器可以包括使用一个或多个粘合层附着在患者身上的贴片。所述控制器可具有挠性和适应性，或者部分地为挠性或适应性的。所述控制器可以耦合到，或者至少部分地包含在烧性或适形材料内。所述微刺激器可以具有大约0.6cm到大约2cm的长度和大约Imm到大约8.5mm的宽度，并且可以包括被配置为接收所述控制器产生的磁场的无源刺激电路。所述控制器可是挠性的、适应性的，并且能够检测所述微刺激器的一个或多个操作参数。所述控制器的至少一部分是可丢弃的并可再充电。所述控制器可以耦合到眼镜架、腕表或其它对象，或者至少部分地包含在眼镜架、腕表或其它对象内。在一些变形中，所述控制器可被配置为使用一个或多个粘合层和/或机械耦合元件附着在眼镜架上。
[0018]在一些变形中，一种用于通过刺激一个或多个支配泪腺组织治疗干眼症的方法可以包括将一个或多个刺激电极置于所述泪腺附近并对所述泪腺施加刺激。微刺激器可以在所述泪腺附近并被完全植入患者眼睛的眼眶内。所述微刺激器可以在泪腺附近并直接接触所述泪腺、在所述泪腺附近并至少部分地穿入所述泪腺内，以及接近并完全植入或完全位于所述泪腺内。在所述泪腺附近可以是在所述泪腺周围、所述泪腺内或者完全地在所述泪腺内。所述微刺激器可被完全植入眼睛的眼眶内。一个或多个电极电耦合到可植入的脉冲产生器。所述脉冲产生器可植入为邻近所述一个或多个刺激电极。所述脉冲产生器可植入颞骨、锁骨下囊、腹部皮下囊附近。所述方法可以进一步包括将控制器置于所述脉冲产生器附近。
[0019]在一些变形中，微刺激器可以包括线圈、外壳和电极对。所述线圈可以由长度可绕为多个绕组并响应于感应磁场而产生输出信号的线形成。所述微刺激器可被电耦合以从所述线圈接收输出并产生响应于所述输出的信号。所述外壳可以包围电路和线圈，并且可以适合于并被配置为置于眼眶内并接近眼眶内的眼睛。所述电极对可以从所述外壳延伸出来并被配置为接收信号。在一些变形中，所述电极可集成在所述外壳内。所述电极可以具有相同的形状，也可以具有不同的形状。在一些变形中，一个电极可以具有较大表面积，这样可以降低该电极上的电流密度。所述电极可相互间隔(例如，间隔大约6mm到大约15mm)，这样可以增加通过周围组织的电流。当被置于所述泪腺附近时，一个或多个所述电极可被放置为直接或间接接触所述泪腺。
[0020]所述电极对和所述外壳可以整形为注入插入装置的内腔。所述外壳可被配置为置于所述泪腺附近，置于眼眶内以允许选择性地使用信号刺激泪腺，以及置于所述泪腺附近的窝内以将所述电极对置于泪腺上、泪腺内或泪腺周围。
[0021 ]所述外壳可被配置为置于泪腺附近而不接近眼睛的肌肉。所述外壳的曲率可以至少部分地适应所述泪腺窝曲率，或者至少部分地适应泪腺的外面的曲率。
[0022]所述微刺激器可以进一步包括第二线圈、第二整流和调谐电路。所述第二线圈可以位于所述外壳内并且几乎与所述第二线圈正交取向。第二整流和电容电路可以位于所述外壳内并耦合到所述第二线圈，以便所述第二整流和电容电路被配置为产生第二信号。选择器开关可以位于所述外壳内并被连接以接收第一信号和第二信号并将所述第一信号与所述第二信号之一提供给所述电极对。所述选择器开关可以基于所述第一信号与所述第二信号的比较确定所述第一信号与所述第二信号中的哪一个被发送到所述电极。
[0023]来自所述两个信号的电流可以在不使用选择器开关的情况下相加。来自线圈的信号具有对应于诱导的磁场的频率，该诱导的磁场可通过互感从外部线圈产生。诱导的磁场可以由外部控制器产生。
[0024]所述线圈中产生的信号的频率可以大约等于所述外部控制器产生的诱导磁场的频率。所述外部控制器所产生的所述诱导的磁场具有基于用户输入的频率。所述外部控制器可以包含在手持设备中并且可丢弃。所述外部控制器可以包含在粘性贴片(patch)、一对眼镜和耳机之一内。所述电路可以包括用于整流电流信号的二极管和用于存储电荷和/或滤波经整流的信号的电容器。所述电路可以包括整流电路，该电路可以包括二极管和并联连接的电阻器。所述信号可以具有幅度在0.1V与25V之间的电压、幅度在ΙΟμΑ与25mA之间的电流，以及频率为2Hz到1000Hz的脉冲电流。所述电极对可以连接到引线，所述引线可以包括尖头。
[0025]在一些变形中，一种将微刺激器植入眼睛附近的方法可以包括将存取装置经由皮肤插入眼睛的眼眶。微刺激器可通过所述存取装置推进接近所述眼眶上侧面的位置。可使用所述微刺激器将刺激信号施加到眼睛的一部分。在插入步骤之前，可基于插入点与所述眼眶上特征的关系针对所述存取装置插入插入点。在推进之后，所述微刺激器可被置于所述泪腺窝内，并且所述微刺激器的至少一个电极可被置于泪腺上、泪腺内或泪腺附近，并且微刺激器的电极被置于泪腺上、泪腺内或泪腺附近。
[0026]可增加眼睛中的泪液产生能力。泪腺的血管舒张可以在单侧或双侧上发生。在推进之后，所述微刺激器的电极可被置于与泪腺关联的神经结构上、内或附近。在施加信号期间，所述信号仅刺激泪腺，所述信号可以选择性地刺激泪腺超过眼睛的肌肉，或者所述信号可以选择在不刺激眼睛的肌肉纤维的情况下刺激泪腺。在推进之后，所述微刺激器的电极被置于与泪腺关联并与眼睛的肌肉间隔的神经结构附近。所述眼睛的肌肉可以是直肌或斜纹肌或睑提肌。所述信号可以在激活所述泪腺附近的直肌或斜纹肌或提肌的情况下刺激泪腺。
[0027]在一些变形中，一种用于使用微刺激器的方法可以包括在患者眼睛的眼眶上接收微刺激器。所述微刺激器可从诸如控制器之类的外部电源接收磁场。所述微刺激器可通过所述磁场产生电流。所述电流可被施加到患者以在患者眼内产生泪液或者产生泪腺的血管舒张。
[0028]在一些变形中，一种用于使用微刺激器的方法可以包括将刺激装置植入患者眼眶内。带有电源的控制器可以置于患者皮肤外部并与所述微刺激器通信。可从所述控制器将磁场施加到所述微刺激器。所述微刺激器可通过所述磁场产生电流。可施加所述电流以在患者眼内产生泪液，导致所述泪腺血管舒张，将泪蛋白质释放到患者泪膜中，和/或使对侧的泪腺流泪。
[0029]在一些变形中，一种用于治疗干眼综合症患者的系统包括微刺激器和控制器。所述微刺激器可对磁场做出响应并被置于患者眼眶内。所述微刺激器可被配置为基于所述磁场产生电流并将所述电流施加给患者以使患者眼内产生泪液。所述控制器可被配置为产生所述磁场并且被置于所述微刺激器附近的位置。
[0030]在一些变形中，一种用于治疗干眼综合症患者的方法可从使用定位装置将微刺激器插入患者眼睛的眼眶开始。可将包括电源的控制器置于患者皮肤外部并位于所述微刺激器附近。可通过所述控制器将磁场施加到所述微刺激器。所述微刺激器可通过所述磁场产生电流。所述电流然后可被施加给患者以在患者眼内产生泪液。在一些变形中，一种用于使用微刺激器的方法可以从将微刺激器连接到多电极引线开始，所述引线位于泪腺上、泪腺内或泪腺附近。可以从所述多电极引线中选择一个或多个电极以激发患者眼内的泪液产生。
【附图说明】
[0031]图1A和IB示出此处描述的刺激系统的两个变形的框图。
[0032]图2示出可与此处描述的刺激装置结合使用的无源刺激电路的示意性变形。
[0033]图3A-3F示出适合用于此处描述的微刺激器的线圈设置的示例性变形。
[0034]图4、5A和5B示出适合用于此处描述的微刺激器的无源模拟电路的变形。
[0035]图6A-6H示出适合用于此处描述的刺激系统结的示例性微刺激器。
[0036]图7A-7F示出具有不同电极配置的示例性微刺激器。
[0037]图8A和SB示出被配置为在从传送装置释放时改变形状的微刺激器的一个变形。
[0038]图9A、9B、10、11A和IlB示出适合用于此处描述的刺激系统的微刺激器的变形。
[0039]图12、13和14示出具有固定元件的微刺激器的变形。
[0040 ] 图15A-15C示出包括取出(r e tr i e va I)特征的微刺激器的变形。
[0041]图16A-16C示出适合用于此处描述的刺激系统的控制器的变形。
[0042]图17六、178、18、19、20、21、22、23六和238示出适合用于此处描述的刺激系统的控制器的变形。
[0043]图24、25A、25B和26示出适合用于此处描述的刺激系统的控制器组的变形。
[0044]图27A和27B是泪腺器官的透视图，图27C和27D是患者头骨的正视图。
[0045]图28示出此处描述的刺激方法的流程图。
[0046]图29A-29H示出此处描述的微刺激器的不同植入位置。
[0047]图30示出适合用于此处描述的刺激系统的控制器的变形的框图。
[0048]图31A-31D示出在泪腺附近植入的微刺激器的不同变形。
[0049]图32示出此处描述的微刺激器的植入位置实例。
[0050]图33示出此处描述的植入泪管的微刺激器的一个变形。
[0051 ]图34示出可将微刺激器传送到患者体内的方法的一个变形。
[0052]图35A和35B示出适合用于此处描述的传送系统的插入装置的变形的侧视图。
[0053]图36示出用于此处描述的微刺激器的无源刺激电路的一个变形的框图。
[0054]图37示出适合用于此处描述的刺激系统的微刺激器的变形。
[0055]图38示出适合用于此处描述的传送系统的插入装置的变形。
[0056]图39示出适合用于此处描述的传送系统的解剖工具的变形。
[0057]图40A-40D示出将微刺激器传送到眼腔的方法。
[0058]图41示出适合用于此处描述的传送系统的导引元件的变形。
[0059]图42A-42C分别示出适合用于与此处描述的刺激系统的微刺激器的变形的透视图、侧视图和局部视图。
[0060]图43示出适合用于此处描述的微刺激器的无源刺激电路的变形。
[0061]图44示出适合用于此处描述的刺激系统的控制器的变形。
[0062]图45A、45B和46示出适合用于此处描述的控制器的控制器电路的变形。
【具体实施方式】
[0063]此处描述了用于刺激患者内的解剖目标以治疗一种或多种疾病的刺激系统。该刺激系统可以包括至少一个控制器和至少一个微刺激器。控制器可被实现为微刺激器的一部分，或实现为单独的装置。当作为单独的装置形成时，控制器可通过无线和/或有线连接与微刺激器通信。控制器可产生波形信号，这些信号可将电力和/或信息传送到微刺激器，并且微刺激器可以基于波形信号将一个或多个刺激信号传送到解剖目标。
[0064]该刺激系统可用于刺激任何适当的解剖目标(或多个解剖目标)以治疗多种疾病。在一些变形中，此处描述的刺激系统可用于治疗干眼症。例如，刺激系统可用于刺激一个或多个神经、组织、腺体或在流泪或腺体血管舒张过程中涉及的其它结构。例如，这些系统可以刺激一个或多个泪腺、一个或多个睑板腺、泪管、副交感神经、纤维和神经突、交感神经、纤维和神经突、泪腺支(rami Iacrimales)、泪腺神经、泪腺动脉及其分支的血管周神经、支配睑板腺的神经纤维、泪腺的肌上皮细胞、泪腺的腺泡细胞、泪腺的导管细胞。治疗干眼症以及其它疾病的方法在下面更详细地进行描述。此处还描述了用于将一个或多个微刺激器和/或控制器传送或植入到患者中的传送系统和方法。
[0065]刺激系统
[0066]图1A和IB示出此处描述的刺激系统的两个变形的框图。图1A示出无线刺激系统
(100)，其中包括控制器(110)和微刺激器(120)。如此处所示，控制器(110)可以包括外壳
(119)并且可以包含控制器电路(115)。控制器电路(115)可以产生并发送输出信号(112)，该输出信号可被微刺激器(120)以无线的方式接收。所发送的信号可以包括一个或多个磁场、电子信号、射频信号、光信号、超声信号等。输出信号(112)可将电力和/或信息提供给微刺激器(120)，如下面更详细地描述的那样。控制器可被植入患者体内，也可位于患者体外，如下面更详细地描述的那样。控制器电路(115)可以是任何适当的电路，例如下面更详细地描述的一个或多个控制器。
[0067]如图1A所示，微刺激器(120)可以包括一个或多个电极(117)、一个或多个引线
(113)和刺激电路(121)。尽管电极(117)在图1A中示出为通过引线(113)连接到刺激电路