用于优化多电极神经起搏的系统及相关方法技术方案

除了其它实施例外，本公开内容还描述了用于选择待在神经起搏过程中使用的电极组合的系统及相关方法。神经起搏系统(例如，用于膈肌激活的膈神经起搏系统)的第一电极组合集合可以被映射(或被测试)，以确定电极组合相对于目标神经的位置。一旦目标神经的大体位置被获知，就可以测试更局部化的第二电极组合集合，以确定用于神经刺激的最适合的电极组合。在映射过程的各个阶段中，非最佳的电极组合可以被丢弃，而不作为用于神经起搏过程中的候选。本文所描述的系统和方法可以允许选择在膈肌起搏期间最适合于刺激左膈神经和右膈神经的电极组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据美国法典第35条第119(e)款要求2014年1月21日提交的美国临时申请No.61/929,901的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
本公开内容涉及使用电刺激对减弱的神经生理功能进行的恢复、增强和/或调制。某些实施例提供了用于映射并选择在解剖上接近于目标神经的最佳电极的方法。非限制性实施例包括神经刺激装置、电极结构、电极、传感器，以及相关的方法。
技术介绍
神经的电刺激被广泛地应用于一系列条件的处理中，并且可以被应用于控制肌肉活动或者生成感觉。神经可以通过手术的方式将电极植入神经内部、周围或附近，并且借助于所植入的或外部的电源激活电极来刺激。膈神经通常会传输来自大脑的信号，该信号会引起呼吸所需的膈肌的收缩。但是，各种条件可能会防止合适的信号被传递给膈神经。这些条件包括：·影响脊髓或脑干的永久性或暂时性损伤或疾病；·肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)；·降低的白天或晚上通气驱力(例如，中枢性睡眠呼吸暂停，気症候群(Ondine’s curse))；以及·在麻醉剂和/或机械通气的影响下的降低的通气驱力。这些条件影响着相当数量的人。插管和正压力机械通气(MV)可被使用几个小时或几天，有时几周的时间段，以帮助危重患者在重症监护病房(ICU)中时呼吸。有些患者可能无法恢复自主呼吸并且因此需要延长的或永久的机械通气。虽然机械通气最初可以救生，但是它具有一系列严重的问题和/或副作用。机械通气：·常常引起呼吸机所致肺损伤(VILI)和肺泡损伤，这会导致流体在肺中的积累和增加的对感染的易感性(呼吸机关联的肺炎；VAP)；·通常需要镇静，以减少急性插管患者的不适和焦虑；·引起废用隔膜肌的快速萎缩(呼吸机所致隔膜功能障碍，VIDD)；·因为肺被加压并且隔膜是不活动的，所以会不利地影响静脉回流；·干扰进食和说话；·需要不容易携带的装置；以及·如果患者未能恢复正常呼吸并且变得对呼吸机依赖，则会增加在医院死亡的风险。受到镇静作用且与机械呼吸机连接的患者无法正常呼吸，因为对膈肌及辅助呼吸肌的中枢神经驱动受到抑制。不活动会导致肌肉废用性萎缩以及健康状况的整体下降。膈肌萎缩快速发生，并且对患者而言能够是严重的问题。根据已发表的器官捐赠患者的研究(Levine等，New England Journal of Medicine，358：1327-1335，2008年)，仅在18-69小时的机械通气之后，所有的膈肌纤维就已经平均收缩52-57％。肌纤维萎缩会导致肌无力以及增加的疲劳性。因此，呼吸机引起的膈肌萎缩能够导致患者变得对呼吸机依赖。据报告，在美国、欧洲和加拿大，每年有超过840,000位ICU患者变得对呼吸机依赖。众所周知，对于具有永久性呼吸功能不全症的某些患者，由于缺少或减少的自脑干下行的中枢驱动，因而可行的且有利的是通过使用植入电极对膈神经进行电刺激(“起搏”)来有节奏地激活膈肌。多种方法已经被公开。方法1使用通过手术植入颈部或上胸部内的袖套式(cuff-like)电极来直接刺激膈神经，例如，可从美国纽约康马克市的埃弗里生物医学设备公司(Avery Biomedical Devices Inc.)购得的Mark IV呼吸起搏器系统。电极与通过手术植入的接收器连接并且通过穿戴在所植入的接收器之上的天线与外部发射器配对。植入用于膈神经起搏的电极需要重大手术，该手术可能因膈神经细小(直径大约2mm)、纤弱且位于胸部深处的主要血管当中的事实而是有风险的且复杂的。这种类型的手术涉及很高的成本并且通常仅适用于否则将会在其余生都依赖于机械通气的某些患者。方法2使用植入肌肉内的电极来起搏膈肌，例如，由俄亥俄州奥伯林市的突触生物医学公司(Synapse Biomedical Inc.)销售的NeuRx膈肌起搏(NeuRx Diaphragm Pacing)。为了映射膈肌内的运动点并将多个电极缝合于运动点附近，外科麻醉和腹腔镜手术是必要的。这种类型的手术同样涉及大量的时间和成本，并且目前仅适用于脊髓损伤(SCI)或肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)患者，这些患者否则将在其余生依赖于机械通气。在以方法1或方法2来起搏的某些患者中，发现与机械通气患者相比，由膈神经起搏提供的有节奏的负压呼吸动作有助于降低肺损伤和感染的速率和程度。膈起搏同样由Ayas等人(1999；“Prevention of human diaphragm atrophy with short periods of electrical stimulation”)证明是用于保持或提高由SCI致瘫的膈肌的强度和耐久性的有效方法。这种类型的证据涉及肌肉神经的电激活的众所周知的基础生理效应，本公开内容部分地基于该生理效应。方法3涉及使用血管内植入的电极来刺激神经的系统和方法，该系统和方法由Joaquín Andrés Hoffer研发出且在题目为“Transvascular Nerve Stimulation Apparatus and Methods”的美国专利No.8,571,662中进行了描述，通过引用将该专利全部内容并入本文。危重的ICU患者通常不适合方法1和2。对于ICU患者中的短期使用，方法3由于不需要通常要在全麻醉下进行的微创手术的事实而具有独特的优势。方法
3通过经皮插入患者中央静脉(例如，左锁骨下静脉、上腔静脉)内的暂时的、可去除的、多腔的、多电极的导管有节奏地激活膈肌。在通常未能戒掉且变得依赖于呼吸机的危重患者中，预期在美国专利No.8,571,662中所描述的起搏治疗会防止、减轻或逆转膈肌的废用性萎缩并保持膈肌耐久性，从而促使患者成功戒掉机械通气。
技术实现思路
在暂时依靠机械通气的ICU患者中，能够有理由预期膈肌的短期起搏会防止、减缓或逆转典型的MV引起的膈肌废用性萎缩的快速进展。当导管被合适地安置于中央静脉之内时，如同上文结合方法3来描述的，重要的是为神经刺激选择最佳的双极电极组合，该最佳双极电极组合可以是双极电极对。用于确定电极组合是否为最佳的一个因素可以是与目标神经的接近度。在选择最佳电极组合时，较低的且较安全的电荷量和电流能够被用来激活膈神经，从而防止对诸如其它神经、肌肉或心脏之类的附近结构的过度刺激或不需要的激活。本公开内容的一种实施例提供了根据起搏参数、感测参数和/或众多其它参数来映射并选择最佳电极对的自动化算法和方法。本公开内容中所描述的用以映射并选择最佳电极的算法和方法可以有用于经血管的膈神经起搏治疗。另外，经起搏的膈肌可以恢复负压通气，由此提供更具生理性的呼吸模式并降低正压通气的水平及其对肺部的有害影响。本公开内容的其它实施例包括：用以生成用于多电极导管上的个体电极的起搏参数、感测参数和/或众多其它参数的映射的算法，用于相对于电极结构在血管内的位置映射目标神经的算法，用于自动选择最佳电极的算法，以及用以经由所选电极在治疗的传递期间监测刺激的功效的算法。这样的算法可以被应用于方法中或者被实现于装置中。虽然这些及其它实施例可以一起应用，但是个体实施例可以以其它组合以及其它环境来应用。例如，本文所描述的算法可以与用于各种诊断和/或治疗应用的本领域已知的各种神经血管起搏或感测系统结合起来应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电刺激的方法，包括：经由第一多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第一电刺激传递给神经；监测对于神经的第一电刺激中的每个的第一患者响应；基于指示所述第一多个电极组合的第一子集接近神经的第一患者响应来选择第一子集；基于在第一电极组合的第一子集内的电极，确定第二多个电极组合；经由所述第二多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第二电刺激传递给神经；监测对于神经的第二电刺激中的每个的第二患者响应；以及基于第二患者响应，选择所述第二多个电极组合的第二子集，其中第二子集包括具有比所述第二多个电极组合中的其它电极组合更大的第二患者响应的电极组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.21 US 61/929,9011.一种电刺激的方法，包括：经由第一多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第一电刺激传递给神经；监测对于神经的第一电刺激中的每个的第一患者响应；基于指示所述第一多个电极组合的第一子集接近神经的第一患者响应来选择第一子集；基于在第一电极组合的第一子集内的电极，确定第二多个电极组合；经由所述第二多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第二电刺激传递给神经；监测对于神经的第二电刺激中的每个的第二患者响应；以及基于第二患者响应，选择所述第二多个电极组合的第二子集，其中第二子集包括具有比所述第二多个电极组合中的其它电极组合更大的第二患者响应的电极组合。2.根据权利要求1所述的方法，其中第一电刺激包括在一个或多个患者呼吸的呼气末阶段期间传递的多个电脉冲。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个电脉冲中的每个都具有与所述多个电脉冲中的其它电脉冲不同的电荷量。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个电脉冲中的每个都具有与所述多个电脉冲中的其它电脉冲相同的电荷量。5.根据权利要求1所述的方法，其中第二电刺激在第一电刺激之后被传递。6.根据权利要求1所述的方法，其中监测第一患者响应和监测第二患者响应的步骤中的每个都包括从传感器获取指示气流、体积或压力中的至少一个的信息。7.根据权利要求1所述的方法，其中监测第一患者响应和监测第二患者响应的步骤中的至少一个包括从传感器获取指示肌电图描记活动、中心静脉压、心率、胸壁加速、血氧饱和度、二氧化碳浓度、导管位置、机械移动或阻力中的至少一个的信息。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一多个电极组合的第一子集沿着导管的一部分布置。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一多个电极组合和所述第二多个电极组合中的电极组合包括双极电极对。10.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述第一多个电极组合的第一子集包括相对于第一患者响应对所述第一多个电极组合中的电极组合进行排序，并且选择所述第二多个电极组合的第二子集包括相对于第二患者响应对所述第二多个电极组合中的电极组合进行排序，并且其中第一患者响应和第二患者响应指示对于各自的第一电刺激和第二电刺激的膈肌响应。11.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述第一多个电极组合的第一子集或者选择所述第二多个电极组合的第二子集的步骤中的至少一个包括相对于激活阈值对电极组合进行排序并且丢弃具有比其它电极组合的激活阈值高的激活阈值的电极组合。12.根据权利要求1所述的方法，其中第一患者响应或第二患者响应中的至少一个包括对除了膈肌之外的生理特征的不良影响，并且所述
\t第一多个电极组合或所述第二多个电极组合中的各自的第一子集或第二子集的选择不包括导致所述不良影响的电极组合。13.根据权利要求1所述的方法，还包括确定与所述第二多个电极组合的第二子集中的至少一个电极组合对应的募集曲线。14.根据权利要求1所述的方法，还包括调整至所述第一多个电极组合或所述第二多个电极组合中的电极组合中的一个的电流的脉冲宽度和幅度，使得第一电刺激或第二电刺激导致在预设的脉冲宽度范围内的分级的神经募集。15.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一多个电极组合内的电极位于细长主体上。16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第一多个电极组合内的电极是位于细长主体的近端部分上的近端电极，所述神经是左膈神经，细长主体还包括位于细长主体的远端部分上的远端电极，并且所述方法还包括：经由第三多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第三电刺激传递给右膈神经，其中所述第三多个电极组合包括远端电极；监测对于神经的第三电刺激中的每个的第三患者响应；基于指示所述第三多个电极组合的第三子集接近右膈神经的第三患者响应来选择第三子集；基于第三电极组合的第三子集内的电极，确定第四多个电极组合；经由第四多个电极组合中的每个按每次一个的方式将一系列第四电刺激传递给右膈神经；监测对于神经的第四电刺激中的每个的第四患者响应；以及基于第四患者响应，选择所述第四多个电极组合的第四子集，其中第四子集包括具有比所述第四多个电极组合中的其它电极组合更大的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·藿佛，G·沙达兰加尼，MA·诺兰特，V·夏卡，B·D·楚恩，
申请(专利权)人：西蒙·弗雷泽大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA