用于刺激脊髓以抑制疼痛传输的装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种通过以使脊髓对有害或非期望有的感官输入传输耐受的方式刺激脊髓而控制背痛的新技术。电刺激包括采用规则或复杂的模式或者在微处理器控制下随机产生的高频脉冲。直接向在脊髓管内部的脊髓表面施加刺激，这提供优越于先前技术的重要益处。该刺激缓解背痛症状和体征，同时使诸如感觉异常的副作用风险最小化，并且可能地使对运动神经元传输和本体感觉的影响最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于刺激脊髓以抑制疼痛传输的装置和系统相关申请的引用本申请权利要求2012年1月30日提交的美国临时专利申请61/592,520的优先权。该临时专利申请和公布的PCT申请W02012/065125的全部内部以参考的方式并入本文中用于所有目的。
本专利技术总体上涉及医疗器械和疼痛控制的领域。具体地，本专利技术涉及用于向脊髓施加高频电刺激的结构、电极阵列和电子器件。
技术介绍
慢性疼痛是一种常见的无法忍受的脊髓损伤或疾病的后遗症。它会影响患者的基本活动、有效康复、和生活质量。脊髓损伤患者中的疼痛经常对治疗具有抗性。此问题由于有效药物治疗和非药物治疗选择的有限可利用性而放大。在具有脊髓损伤的患者中疼痛的发生率较高：在一些研究中，在患者的约62％至84％范围内。背痛也是其它损伤和疾病的特征。例如，帕金森氏病中的体位异常和肌张力增加会引起背痛，背痛的发生率可以高达74％。与背痛相关的其它疾病包括充血性心力衰竭和骨关节病。因为在目前的临床治疗谱中背痛常常是难对付的，所以对于被设计用来控制疼痛的新技术存在着需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于向在脊髓管内部的脊髓表面直接施加刺激的新技术。该刺激缓解背痛的症状和体征，同时使发生副反应(诸如感觉异常)的风险最小化。本专利技术的一个方面是一种用于对易受沿脊髓所传输有害神经信号影响的受试者的脊髓进行刺激的方法、装置和系统。该方法包括：将电极阵列植入受试者的脊髓管内部使得电极与脊髓接合；然后，通过阵列中的电极直接地向脊髓施加电刺激，以便该电刺激抑制有害神经信号沿脊髓的传输。该电刺激具有足够高的频率以便抑制感觉异常。本专利技术的另一方面是一种用于刺激受试者脊髓从而抑制疼痛传输的方法。该方法包括通过与脊髓直接接触的多个电极施加电刺激，从而使脊髓内部的感觉神经元对在脊髓内部产生的同步动作电位的传输是耐受的。本专利技术的另一方面是一种用于刺激受试者脊髓从而抑制疼痛传输的装置。该装置可以包括以下部件：(a)构造成与在硬脊膜内部的脊髓的一个区域相配的柔顺衬背；(b)沿衬背的内表面配置的多个电极；和(c)电路，其用于将电刺激通过多个电极传输至脊髓由此使脊髓内部的感觉神经元对在脊髓内部产生的同步动作电位的传输是耐受的。本专利技术的另一方面是一种用于刺激受试者的脊髓从而抑制疼痛传输的系统。该系统可以包括以下部件：(a)构造成与脊髓的区域的表面相配的植入式信号接收器，该信号收发器具有构造成电联接到所述区域中的相应位置的多个触点；和(b)包括被编程生成电刺激信号的微处理器的信号发生器。信号接收器可以构造成接收来自信号发生器的所述信号，并且将信号发送至在脊髓的所述区域中的相应位置。这可以使脊髓内部的感觉神经元对在脊髓内部产生的同步动作电位的传输是耐受的。本专利技术的另一方面是一种用于对容易受沿脊髓传输的有害神经信号影响的受试者的脊髓进行刺激的系统。该系统可以包括以下部件：(a)电刺激装置，该装置包括构造成与脊髓的区域相配的柔顺衬背、和设置在衬背内表面内部的电刺激表面，该电刺激装置构造成被植入受试者硬脊膜的内部以便刺激接合脊髓；和(b)联接到电刺激表面的信号发生器。该发生器可以是微处理器控制的，并且构造和被编程为以足够高的频率将来自电刺激表面的电刺激直接地施加至脊髓以便抑制明显的由刺激引起的感觉异常。在这些方法、装置或系统的任意一项中，电刺激都是用来促进脊髓内部感觉神经元的随机去极化。电刺激可具有以高频率(诸如1,000至9,000赫兹)交替变换的电位。电刺激可以具有按照非均匀模式变化或者以随机的间隔变化的电位。可以通过与脊髓直接接触的10个以上电极的阵列向脊髓施加电刺激。该装置可以构造成通过阵列中的不同电极传输不同的刺激。本专利技术的装置或系统也可具有：用于对通过脊髓的同步动作电位传输进行监测的装置、和用于调节电刺激从而进一步抑制同步动作电位通过脊髓传输的装置。因此，使用者可对同步动作电位通过脊髓的传输进行监测，并且调节电刺激从而进一步抑制同步动作电位通过脊髓的传输。可以施加刺激，从而抑制疼痛的感觉，或者抑制帕金森氏病、脊髓损伤或充血性心力衰竭的症状。基于下面的描述本专利技术的其它方面将变得显见。附图说明图1是从背衬中延伸出的电极的示意性剖视图，其中电极配置在背衬上。图2示出了配置在衬背中从而提供一定程度移动性的电极。图3(a)和图3(b)示出了被植入在脊髓上的电极阵列。导线202从脊髓管中引出，用以将功率和控制信号传送至电极阵列。图4(a)和图4(b)示出了其中导线适合于通过硬脊膜的细节。图4(c)、(d)和(e)示出了被安装和胶粘以防止经过硬脊膜泄漏的配件。图5示出了适合于以无线方式接收功率和控制信号的电极阵列。图6是被植入在脊髓上的无线阵列的斜视图。图7是阵列在植入后的侧视图，其中将硬脊膜去掉。图8是具有植入阵列的脊髓的纵向剖视图。阴影环表示从阵列向下输送至治疗的目标区域的电刺激。图9是在提供功率和控制信号的发射器和与电极阵列相邻的接收器线圈之间的感应耦合的示意图。图10(a)和图10(b)示出了采用环绕式结构的、构造成附着到脊髓的电极阵列。图11示出了神经外科医生可以使用以便将环绕式电子阵列植入脊髓的装置。图12示出了人脊髓及其周围组织的剖视图。图13示出了构造成被夹持到在脊髓各侧上的齿状韧带的电极阵列。插图示出了将阵列的延伸部固定到韧带的夹具的细节。图14(a)和图14(b)示出了构造成附着到齿状韧带的另一个电极阵列。在这种情况下，用于固定阵列的钩子或突片是阵列的衬背材料的另一个延伸部。具体实施方式本专利技术提供一种通过以使脊髓对有害或非期望有的感官输入的传输是耐受的方式刺激脊髓而治疗背痛、腿痛和其它病情的治疗新技术。电刺激包括采用规则或复杂的模式或者在微处理器控制下随机产生的高频脉冲。将刺激从脊髓管内直接施加到脊髓表面，这提供比先前技术优越的重要益处。这些刺激缓解背痛的症状和体征，同时抑制副反应(诸如感觉异常)的危险或者使其最小化，并且可能地使对基础神经过程(诸如运动神经元传输和本体感觉)的副作用最小化。理论基础本节论述可构成部分本专利技术益处的基础的某些神经生理学现象。提供该论述是为了读者的利益并且有助于推动本
它不应被看作是对本专利技术的实施施加任何限制。读者可在不理解或证实这里所提出的任何现象的情况下实施和改进本专利技术的装置和方法。对脊髓的高频刺激可通过诱发伪膜性轴突激发的状态而有益于本专利技术。感觉轴突的束被认为当不传输感觉刺激时随机地激发。当提供感觉刺激时，轴突束内相当部分的轴突或者路径将以同步方式放电从而在大致相同的时间激发轴突电位。这导致沿轴突束中的轴突传输感官输入，使得受试者可体验感觉。换句话说，感觉缺失的特征是在轴突束内部轴突激发的随机时序，而感官知觉的特征是全体轴突的同步激发。本专利技术的假设是患有腿痛和背痛的患者使轴突束以同步方式(或者一些其它的非随机方式)自发地激发，而不是以正常的随机方式激发。电脉冲将导致轴突激发。被传输至轴突束的单个脉冲将导致它们都同步地激发。如果脉冲串中各电击之间的时间间隔比轴突束中的轴突的不应期长，那么各随后的电击也将同步地激发所有轴突，受试者将体验感觉。施加到背部的低频交流电流(50Hz)可以有效地降低疼痛的感觉，但该刺激会产生神经副作用，诸如感觉异常(麻刺感或麻木)。高频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于刺激受试者脊髓的方法，所述受试者易受沿所述脊髓传输的有害神经信号的影响，该方法包括：将电极阵列植入所述受试者脊髓管内部使得所述电极与所述脊髓接合；将电刺激通过所述阵列中的所述电极直接地施加到所述脊髓以便所述电刺激抑制所述有害神经信号沿所述脊髓的传输，所述电刺激具有足够高的频率以便抑制感觉异常。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.30 US 61/592,5201.一种用于刺激受试者的脊髓从而抑制疼痛传导的装置，该装置包括：a)构造成与硬脊膜内部的脊髓的软膜表面的区域相配的柔顺衬背，所述衬背具有内表面和外表面；b)沿所述衬背的内表面排布的多个电极；和c)电路，其用于通过所述多个电极将电刺激传输至所述脊髓，其中所述电刺激包含以足够高频率交替变化的电位以便促进随机去极化，由此使脊髓内部的感觉神经元对在所述脊髓内部产生的同步动作电位的传输是耐受的。2.如权利要求1所述的装置，其中所述高频率为500至50,000赫兹。3.如权利要求1所述的装置，其中所述高频率为1,000至9,000赫兹。4.如权利要求1所述的装置，其中所述电刺激包括按照非均匀模式变化的电位。5.如权利要求1所述的装置，其中所述电刺激包括以随机间隔变化的电位。6.如权利要求1所述的装置，包括将所述电刺激传输至所述脊髓的10个或10个以上电极的阵列。7.如权利要求6所述的装置，构造成使得通过所述阵列中的不同电极传输不同的刺激。8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，还包括用于将所述装置固定到脊髓或相邻组织使得所述电极保持与所述脊髓的软膜表面的直接接触的构件，从而防止所述装置在脊髓脉动或受试者每日运动过程中被移动。9.如权利要求8所述的装置，其中所述装置的衬背被延伸，从而将其构造成环绕脊髓或者附着到脊髓的齿状韧带。10.如权利要求1至7中任一项所述的装置，还包括用于对通过所述脊髓的同步动作电位的传输进行监测的构件、和用于调节所述电刺激从而进一步抑制同步动作电位通过所述脊髓的传输的构件。11.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其用于促进脊髓内部感觉神经元的随机去极化。12.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其用于抑制所述受试者的疼痛感觉。13.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其用于抑制所述受试者的帕金森氏病、脊髓损伤、或充血性心力衰竭的症状。14.一种用于刺激受试者脊髓从而抑制疼痛传输的系统，该系统包括：a)构造成与硬脊膜内部的所述脊髓的区域的表面相配的植入式信号接收器，所述接收器具有构造成电联接到所述区域中相应位置的多个触点；和b)信号发生器，其包括被编程生成以500Hz以上的频率脉冲的电刺激信号的微处理器，由此促进所述脊髓内部感觉神经元的随机去极化；其中所述接收器构造成接收来自所述信号发生器的信号，并且将所述信号传递至在所述脊髓的所述区域中的相应位置，由此使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·霍华德，
申请(专利权)人：艾奥华大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US