可穿戴的经皮肤的电刺激设备及其使用方法技术

可穿戴的经皮肤的电刺激设备及其使用方法。本文所描述的设备能够包括自成体系的、轻量且可穿戴的组件。该设备包括主单元和辅单元，该主单元包括第一经皮肤电极，而辅单元包括第二经皮肤电极。该设备可以能够无线通信。主单元和辅单元被置于用户皮肤上的两个位置，例如，用户的头部或颈部。第一和第二经皮肤电极是电连接。电刺激被驱动于这两个电极之间。电刺激诱导该设备的用户的认知效果。

【技术实现步骤摘要】
可穿戴的经皮肤的电刺激设备及其使用方法交叉引用相关申请本申请声明以下美国临时专利申请的的权益：2012年11月26日提交的命名为“DISPOSABLEANDSEMI-DISPOSABLETRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMS”的美国临时专利申请号61/729851；2013年2月17日提交的命名为“TRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMS”的美国临时专利申请号61/765795；2013年2月22日提交的命名为“TRANSCRANIALNEUROMODULATIONSYSTEMS”的美国临时专利申请号61/767945；2013年2月28日提交的命名为“TRANSCRANIALNEUROMODULATIONCONTROLLERANDDELIVERYSYSTEMS”的美国临时专利申请号61/770479；2013年6月29日提交的命名为“TRANSCRANIALELETRICALSTIMULATIONSSYSTEMS”的美国临时专利申请号61/841308；2013年7月12日提交的命名为“TRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时专利申请号61/845845；2013年9月9日提交的命名为“TRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时专利申请号61/875424；2013年11月6日提交的命名为“NEUROMODULATIONCONTROLANDUSERINTERFACESYSTEMS”的美国临时专利申请号61/900880；2013年9月10日提交的命名为“SYSTEMSANDMETHODSFORTRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONDURINGAPERFORMANCEORGROUPINVENT”的美国临时专利申请号61/875891；2013年10月9日提交的命名为“TRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时专利申请号61/888910；2013年11月22日提交的命名为“TRANSCRANIALELECTRICALSTIMULATIONSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时专利申请号61/907394。以上每个专利申请，其通过应用被本文整个地并入。通过引用合并本说明书中所提及到的所有出版物和专利本文通过应用将他们整个地并入相同的范围，犹如通过引用每个单独的出版物或专利申请是被具体地和单独地指明被引入。领域本申请涉及用于使用经皮肤电刺激的无创性神经调节引起认知效果的装置(如，系统和设备)和方法。背景大脑是由神经元和连接网络中其他的细胞类型构成，处理感官的输入，生成运动指令，以及控制其他的行为和认知功能。神经元通讯主要是通过在大脑区域内和之间的连接细胞之间发送信号的电化学脉冲进行的。影响电场和神经元中的电化学信号的刺激技术能够调节神经元活动模式，以及引起变化的行为、认知状态、知觉和运动输出。被应用于头部和颈部区域的电刺激，诸如，通过头皮电极经皮肤电刺激(TES)，已经以经颅交变电流刺激(tACS)、经颅直流电刺激(tDCS)和经颅随机噪声刺激(tRNS)的形式被用于影响大脑功能。相对于tDCS、tACS和tRNS提供的减少头皮上疼痛、发麻和其他副作用的优势。其他减少副作用的策略是使用带有更小的电极衬垫的高密度tDCS系统，诸如，由SoterixMedical销售的高密度tDCS系统。tACS还具有固有的时空性质上的优势，从而能够影响、感应，或破坏性地干扰内源性脑节律。TES有利于调节人类大脑活动和认知功能。TES已经被示出改善运动控制和运动学习，改善慢波睡眠期间的记忆强化，规范决策和风险评估，影响感官知觉，以及引起动作。已经公开了用于TES的系统和方法(见，例如，授予Capel的美国专利4646744；授予Haimovich等人的美国专利5540736；授予Besio等人的美国专利8190248；授予Hagedorn和Thompson的美国专利8239030；授予Bikson的美国专利申请2011/0144716；以及授予Lebedev的美国专利申请2009/0177243；)。在现有技术中所阐述的许多这种TES系统要求用于用户头部的电刺激的组件的外科移植(见，例如，授予Gilner的美国专利8121695和授予Tanaka和Nakanishi的美国专利8150537)。虽然具有多个电极和高水平配置的tDCS系统已经被公开了(见，例如，授予Bikson等人的美国专利申请2012/0209346、2012/0265261和2012/0245653)，但是随着使便携式TES系统用于自动刺激(授予Brocke的美国专利申请2011/0288610)，这种现有技术的TES系统变得复杂了，且将难于用于终端用户(如，病人或穿戴该设备的受测试者)进行应用和操作。TES的最简化的形式是tDCS。多个开源tDCS工程已经发布了费用不高的TES系统的设计，包括GrindhouseWetware和GoFlow的“ThinkingCap”。在这个示例中，电子电路需要电压源(一般，9V或12V)；提供恒流的电流调节器，作为电极和受测试者的头部轻微变化之间的阻抗(如，由于动作、出汗，等。)；以及确保电流尖峰不通入受测试者的某些电路。附件组件，可能被增加，以选择释放的电流，限制刺激时间和提供可视的或其他的刺激的指示器。tACS要求额外的硬件以释放适当频率的交流电给电极。振荡器、微控制器或定时电路可能被用于释放所需的随时间变化的刺激。在某些设计中，应用了数字模拟转换器。tRNS额外地要求被配置为提供适当结构的随机值的微控制器或其他的处理器，该适当结构的随机值然后被转换成模拟信号且通过适当的电路以所需的强度(如，以所需的幅度、频率，和/或持续时间)用于门控电流。对于每个形式的TES，被耦合到受测试者的头部或身体的一对或多对电极被用于释放所需的能量给受测试者的大脑或神经系统。电池或AC电源被用于供应电源。例如，TES的硬件和软件系统一般包括：通过磁、光或其他技术与主电源安全隔离的电池或电源；用于触发TES事件和控制波形、持续时间、强度和电极刺激的其他参数的控制硬件和/或软件；以及含有用于电耦合到头皮的凝胶、盐水或其他材料的一对或多对电极。这种现有技术的装置一般笨重，且可能重而难于操作和应用。从历史上看，用于TES的刺激电极已经相当的大，在大约超过2厘米乘以2厘米的数量级。大电极衬垫的目的是减少由于产生的电场在电极边缘产生的刺痛、发痒或疼痛的感觉。例如，Feurra和他的同事们使用3厘米×4厘米的电极和5厘米×7厘米的电极用于刺激躯体感觉皮层(Feurra等，2011a)。Bikson和其共同专利技术人提出了“高密度”电极系统，该“高密度”电极系统具有成组布置的多个较小的电极，以及为了减少不适改善了电场与头皮的耦合(由专利技术人MaromBikson、AbhishekDatta、FortunatoBattag本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于诱导受试者中的认知效果的轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备，所述设备包括：主单元，其包括：电源，控制器，以及第一皮肤电极；以及辅单元，其通过从所述主单元延伸的电缆电连接到所述主单元，所述辅单元包括第二皮肤电极；其中，所述主单元或所述辅单元或两者被配置成被穿戴在所述受试者的头部或颈部，且所述辅单元被配置为被独立地定位在所述受试者上的第二位置，使得所述控制器能够驱动所述第一电极和所述第二电极之间的刺激以诱导所述受试者中的认知效果。

【技术特征摘要】
2012.11.26 US 61/729,851;2013.02.17 US 61/765,7951.一种用于诱导受试者中的认知效果的轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备，所述设备包括：低型面的主单元，其包括：电源，控制器，其被配置成释放超过640Hz的频率的电流，以及第一皮肤电极；以及辅单元，其通过从所述主单元延伸的电缆电连接到所述主单元，所述辅单元包括第二皮肤电极；其中，所述主单元或所述辅单元或两者被定尺寸为具有小于30mm的厚度以使所述主单元被穿戴在所述受试者的头部或颈部上的第一位置，且所述辅单元被配置为被独立地定位在所述受试者上的第二位置，使得所述控制器能够驱动所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的超过640Hz的所述频率的刺激以诱导所述受试者中的认知效果，同时减少疼痛和其他副作用，并且其中，所述轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备被配置成用户操作的，而不需要医疗人员监视所述设备的布置、控制和操作。2.一种用于诱导受试者中的认知效果的轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备，所述设备包括：低型面的主单元，其包括：电源，无线通信模块，控制器，其被配置成释放超过640Hz的频率的电流并经由所述无线通信模块从远程定位的处理器接收指令，以及第一皮肤电极；以及辅单元，其通过从所述主单元延伸的电缆电连接到所述主单元，所述辅单元包括第二皮肤电极；其中，所述主单元或所述辅单元或两者被定尺寸为具有小于30mm的厚度以使所述主单元被穿戴在所述受试者的头部或颈部上的第一位置，且其中所述辅单元被配置为被独立地定位在所述受试者上的第二位置，使得所述控制器能够驱动所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的超过640Hz的所述频率的刺激以诱导所述受试者中的认知效果，同时减少疼痛和其他副作用，并且其中，所述轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备被配置成用户操作的，而不需要医疗人员监视所述设备的布置、控制和操作。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述控制器被配置为在驱动所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的刺激时施加一个或多个预先确定的刺激方案以诱导认知效果。4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，在将所述主单元和所述辅单元应用到所述受试者之前，所述辅单元被配置为可拆卸地耦合到所述主单元。5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述主单元被配置为被粘接地附接到所述受试者的头部或颈部。6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述主单元和所述辅单元重量合计小于5盎司。7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述设备包括在所述主单元的外表面上的视觉指示器。8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括在所述主单元的外表面上的输入控制机构。9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极被配置为是一次性的并且可拆卸地耦合到所述设备。10.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制器被配置为基于检测到的阻抗调节所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的电流。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主单元还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制器通信并配置成给所述控制器提供刺激指令。12.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述控制器被配置成引起所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的交流电流、直流电流或交流电流和直流电流的组合。13.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述设备被配置为施加脉冲电刺激。14.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述第二皮肤电极被配置成定位在受试者的颈部或头部。15.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述第一皮肤电极是配置成可拆卸地耦合到所述主单元的可更换的盒的一部分。16.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述第一皮肤电极和所述辅单元是配置为可拆卸地耦合到所述主单元的可更换的盒的一部分。17.一种用于诱导受试者中的认知效果的轻量、可穿戴且自包含的经皮肤的电刺激设备，所述设备包括：低型面的主单元，其具有壳体，所述壳体至少部分地包围：电源，无线通信模块，电流发生器，其连接到所述电源；控制器，其被配置成释放超过640Hz的频率的电流并经由所述无线通信模块从远程定位的处理器接收刺激指令，以及可更换的盒，其包括第一皮肤电极；以及辅单元，其通过从所述壳体延伸的电缆电连接到所述主单元，所述辅单元包括第二皮肤电极；其中，所述主单元被定尺寸为具有小于30mm的厚度以被穿戴在受试者的头部或颈部上的第一位置，且所述辅单元被配置为独立地附接到所述受试者上的第二位置，使得所述控制器控制所述电流发生器来基于从所述远程定位的处理器接收到的刺激指令驱动所述第一皮肤电极和所述第二皮肤电极之间的超过640Hz的所述频率的刺激，以诱导在所述受试者中的认知效果，同时减少疼痛和其他副作用，并且其中，所述轻量且可穿戴的经皮肤的电刺激设备被配置成用户操作的，而不需要医疗人员监视所述设备的布置、控制和操作。18.一种诱导受试者中的认知效果的非治疗方法，所述方法包括：将轻量的、可穿戴的且自包含的经皮肤的电刺激设备的低型面的主单元附接...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱希·戈德瓦瑟，威廉姆·J·泰勒，亚历山大·奥皮茨，佐藤友和，乔纳森·查尔斯沃思，修蒙·K·帕尔，菲利普·兰布，克里斯多佛·沃斯，史蒂文·库克，瑞米·德默斯，雷蒙德·L·格拉德沃尔，丹尼尔·Z·韦特莫尔，
申请(专利权)人：塞恩克公司，
类型：发明
国别省市：