非侵入性神经刺激制造技术

提供了一种局部神经刺激器贴片和系统，包括真皮贴片；与贴片相关联的电信号发生器；用于激活电信号发生器的信号接收器；与贴片相关联的电信号发生器的电源；电信号激活设备；以及神经反馈传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非侵入性神经刺激相关申请的交叉引用本申请要求于2018年3月5日提交的美国申请序列No.15/912,058的优先权。这些申请中的每个申请的公开内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及通过局部刺激器激活神经，以控制或影响人和哺乳动物的肌肉、组织、器官或包括疼痛在内的感觉。
技术介绍
神经疾病可能导致失去对肌肉和其它身体功能的控制，丧失感觉，或疼痛。手术程序和药物有时可以治疗这些疾病，但有局限性。本专利技术涉及一种用于提供其它选项来治疗和改善功能的系统。附图说明图1是通过电脉冲激活肌肉的神经元的描绘。图2是神经中电脉冲的电势激活时间的表示。图3是阴茎的横截面。图4是包括片上系统(SOC)的局部神经刺激器/传感器(TNSS)组件配置的图示。图5是示出电池位置的TNSS的智能辅助带(SmartBandAid)实现方式的上侧图示，该电池可以是各种类型。图6是图5的SBA的下侧的图示。图7是合并到SBA中的TNSS组件。图8是合并到SBA中的可选神经刺激器和传感器芯片组的示例。图9是SBA的可选电极配置的示例。图10是在大量系统和软件应用中将TNSS与控制单元作为系统一起使用的示例。图11示出了用于由多个辐射器的用户形成和转向波束的方法。图12是示例性波束形成和转向机构。图13图示了用于激活神经刺激设备的示例性控制单元。图14是示例性软件平台，用于在控制单元和TNSS之间进行通信、收集数据、与其它TNSS联网以及进行外部通信。图15表示TNSS在脊髓损伤患者中的应用。图16示出了示例TNSS系统。图17示出了图16的TNSS系统的组件与用户之间的通信。图18示出了用于电场转向和感测的示例电极配置。图19示出了刺激和感测组织体积中的信号的模式的示例。图20是示出施加到皮肤的脉冲的曲线图。图21是示出施加到皮肤的对称和非对称脉冲的曲线图。图22是示出通过在皮肤上施加两个电极而在底层组织中产生的场的截面图。图23是示出通过在皮肤上施加两个电极而在底层组织中产生的场的横截面图，其中两层组织具有不同的电阻率。图24是示出当关闭刺激脉冲时在底层组织中的场的横截面图。图25A是根据一个示例的示例软件和硬件组件的系统图，其示出了局部神经刺激器/传感器(TNSS)的示例，解释来自控制设备的数据流。图25B是示出根据一个示例的主控制程序的功能的示例的流程图。图26是根据一个示例的包括片上系统(SOC)的示例TNSS组件配置的框图。图27是根据一个示例的用于自适应电流控制的协议的流程图。图28是根据一个示例的在自适应电流协议中使用的差分积分器电路。图29是根据一个示例的将充电持续时间与频率相关以向自适应电流协议提供反馈的表格。图30是根据一个示例的设计为符合皮肤的形状的胫骨贴片或TNSS或SmartPad。图31是根据其它示例的设计为符合皮肤的形状的胫骨贴片或TNSS或SmartPad。图32是根据一个示例的包括具有TNSS设计和封装的SmartPad的皮肤贴片。图33图示了用于贴片的其它示例位置。图34图示了根据一个示例的其中右脚足底袜子贴片固定到袜子的底部的剖视图。图35图示了根据一个示例的其中右脚底足鞋子贴片固定到鞋子的底部的剖视图。具体实施方式一种用于使用附着在皮肤上并且能够无线链接到蜂窝电话、激活器或计算机网络并由其控制的小型电子设备与人或哺乳动物的神经系统进行电、机械、化学和/或光学相互作用，以刺激和/或记录身体功能的方法。身体由化学系统和神经系统控制。神经和肌肉产生和响应电压和电流。对这些组织的电刺激可以在它们失去移动或感觉时恢复这些移动或感觉，或者可以改变神经系统的行为，这一过程被称为神经调节(neuromodulation)。记录神经和肌肉的电活动被广泛用于诊断，如在心电图、肌电图、脑电图等中。电刺激和记录需要电接口来输入和输出信息。组织和电子系统之间的电接口通常是以下三种类型之一：a.通过外科手术植入到体内的设备，诸如起搏器。这些设备被开发用于多种功能，诸如恢复瘫痪肌肉的移动或恢复听力，并且可以潜在地应用于任何神经或肌肉。这些设备通常是专用且有些昂贵的设备。b.临时插入到组织中的设备，诸如针或导管，连接到体外的其它装备。医护人员将这些设备用于诊断或短期治疗。c.记录来自皮肤表面的电压以进行诊断和数据收集，或使用与刺激器连接的贴片将电刺激施加到皮肤表面的设备。便携式电池供电的刺激器通常是由患者操作的简单设备，例如用于缓解疼痛。它们的使用受到以下各项的限制；i.长期管理电线、贴片和刺激器不方便，尤其是当存在与多个部位的接口时，以及ii.患者难以控制各种刺激参数，诸如振幅、频率、脉冲宽度、占空比等。神经也可以被机械刺激以产生感觉或引起或改变反射；这是触感和触觉反馈的基础。神经也会受到局部或全身性输送的药物的化学影响，并且有时会根据位置或化学类型而针对特定的神经。如果神经已经插入了使它们对光敏感的基因，例如眼中的某些神经，那么它们也可以被视觉上刺激或抑制。神经的动作也会产生可以被感测的电、机械和化学变化。局部神经刺激器/传感器(TNSS)是刺激神经和感测身体的动作的设备，其可以被放置在人或哺乳动物的皮肤上以对神经、肌肉或组织起作用和做出反应。TNSS的一种实现是智能辅助带(SmartBandAid)TM(SBA)。包含SBA的系统控制神经调节和神经刺激活动。它由一个或多个控制器或控制单元、一个或多个TNSS模块、位于控制单元和TNSS模块中的软件、这些组件之间的无线通信以及数据管理平台组成。控制器托管将控制TNSS功能的软件。控制器从TNSS获取数据或图像数据的输入，以由所述软件进行分析。控制器提供用于向用户显示和从用户记录的物理用户界面，诸如激活或禁用TNSS、记录数据和使用统计信息、生成报告数据。最后，控制器提供与其它控制器或互联网云的通信。控制器与Neurostim模块(也称为TNSS模块或SBA)通信，并且还与用户通信。在至少一个示例中，这两种通信都可以在两个方向上进行，因此每组通信都是控制回路。可选地，也可以在TNSS模块和身体之间直接存在控制回路。因此，系统可选地可以是具有至少四个控制回路的分级控制系统。TNSS与身体之间存在一个回路；TNSS和控制器之间存在另一个回路；控制器和用户之间存在另一个回路；并且经由云在控制器和其它用户之间存在另一个回路。每个控制回路具有几个功能，包括：(1)经由本地网络(诸如蓝牙)在控制器和TNSS之间发送激活或禁用信号；(2)驱动用户界面，例如当控制器从用户接收命令并向用户提供视觉、听觉或触觉反馈时；(3)分析TNSS和/或控制器和/或云内的TNSS数据以及诸如来自用户的其它反馈数据；(4)决定适当的治疗；(5)系统诊断以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局部神经刺激贴片，包括：/n柔性基板；/n所述基板的可延展的真皮贴合底表面，包括粘合剂并且适于接触真皮；/n所述基板的大致平行于所述底表面的柔性顶部外表面；/n多个电极，被定位在所述贴片上靠近所述底表面并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板；以及/n电子电路系统，嵌入在所述贴片中并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板，所述电子电路系统包括：/n与所述可延展的真皮贴合底表面集成在一起的电信号发生器，所述电信号发生器被配置为电激活所述电极；/n与所述电信号发生器通信的天线；/n耦合到所述电信号发生器的信号激活器；以及/n与所述电信号发生器、所述天线和所述信号激活器电通信的电源。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180305 US 15/912,0581.一种局部神经刺激贴片，包括：
柔性基板；
所述基板的可延展的真皮贴合底表面，包括粘合剂并且适于接触真皮；
所述基板的大致平行于所述底表面的柔性顶部外表面；
多个电极，被定位在所述贴片上靠近所述底表面并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板；以及
电子电路系统，嵌入在所述贴片中并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板，所述电子电路系统包括：
与所述可延展的真皮贴合底表面集成在一起的电信号发生器，所述电信号发生器被配置为电激活所述电极；
与所述电信号发生器通信的天线；
耦合到所述电信号发生器的信号激活器；以及
与所述电信号发生器、所述天线和所述信号激活器电通信的电源。


2.如权利要求1所述的局部神经刺激贴片，还包括：
神经刺激传感器，其响应于对一个或多个神经的刺激而提供反馈，并且耦合到所述柔性基板。


3.如权利要求2所述的局部神经刺激贴片，
所述天线被配置为与远程激活设备通信；
所述信号激活器被配置为响应于接收到所述天线与激活设备的通信而激活；
所述电信号发生器被配置为响应于所述信号激活器的激活而生成一个或多个电刺激；
所述电刺激被配置为至少在所述神经刺激贴片附近的一个位置处刺激穿戴所述贴片的用户的一个或多个神经。


4.如权利要求2所述的局部神经刺激贴片，当与用户耦合时，所述局部神经刺激贴片被配置为生成包括以下内容的治疗：
确定目标电荷水平；
从所述电极输出一系列脉冲；
对于每个输出的脉冲，测量该脉冲的电荷值并将该电荷值与所述目标电荷水平进行比较；
如果电荷值大于所述目标电荷水平，那么减少后续输出脉冲的强度水平；以及
如果电荷值小于所述目标电荷水平，那么增加后续输出脉冲的强度水平。


5.如权利要求4所述的局部神经刺激贴片，其中基于频率和持续时间来定义所述一系列脉冲。


6.如权利要求4所述的局部神经刺激贴片，其中确定所述目标电荷水平Qtarget
包括生成一系列采集脉冲并且
其中T是所述一系列采集脉冲的持续时间，f是所述一系列采集脉冲的频率，并且Qpulse(i)是所述一系列采集脉冲中的每个脉冲的测量电荷。


7.如权利要求4所述的局部神经刺激贴片，所述电子电路系统还包括差分积分器，所述脉冲的电荷值基于所述差分积分器的输出。


8.如权利要求3所述的局部神经刺激贴片，还包括基于位置的形状，并且所述形状使得所述电极大致沿着要被刺激的神经的轴线布置。


9.一种使用局部神经刺激系统贴片进行电刺激的方法，所述方法包括：
使用粘合剂将所述贴片施加到真皮，所述贴片包括：
柔性基板；
所述基板的可延展的真皮贴合底表面，包括粘合剂并且适于接触真皮；
所述基板的大致平行于所述底表面的柔性顶部外表面；
多个电极，被定位在所述贴片上靠近所述底表面并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板；以及
电子电路系统，嵌入在所述贴片中并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板，所述电子电路系统包括：
与所述可延展的真皮贴合底表面集成在一起的电信号发生器，所述电信号发生器被配置为电激活所述电极；
与所述电信号发生器通信的天线；
耦合到所述电信号发生器的信号激活器；以及
与所述电信号发生器、所述天线和所述信号激活器电通信的电源；
响应于所述信号激活器的激活而生成一个或多个电刺激；以及
接收来自所述电刺激的反馈。


10.如权利要求9所述的方法，所述反馈由神经刺激传感器提供，所述神经刺激传感器响应于对一个或多个神经的刺激而提供反馈，并且耦合到所述柔性基板。


11.如权利要求10所述的方法，
所述天线被配置为与远程激活设备通信；
所述信号激活器被配置为响应于接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·伯纳德·德鲁克，艾伦·E·罗，罗伯特·W·斯科特，安东尼·魏，格雷厄姆·H·克雷西，浩民·D·董，
申请(专利权)人：OAB神经电疗科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US