CN101500644A - 用于刺激生物组织的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于在生物组织中产生聚焦电流的设备。该设备包括能够产生穿过组织区域的电场的电源和用于相对所述电场改变所述组织的介电常数从而产生位移电流的装置。用于改变介电常数的装置可以是化学源、光源、机械源、热源、或电磁源。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2006年6月19日提交的美国临时专利申请序列号第60/814,843号的权益，该申请的内容通过参考方式引入本文。
技术领域
一般而言，本发明涉及生物材料内在施用的电场或施用的电流源存在下改变电流的领域，更具体地涉及通过机械、电子、光学、化学和/或热装置改变与所施用的电场相关的局部组织介电常数特性来在活体组织中生成位移电流，从而用于刺激生物组织的方法和设备。
背景技术
人和其他动物活体组织的电刺激可用于许多临床应用以及临床研究和一般生物研究。具体来说，神经组织的电刺激已经用于治疗包括帕金森症、抑郁症和疑难杂症的各种疾病。脑部的聚焦刺激通常涉及进行外科手术以除去头骨的一部分并且在脑部组织内的特定位置植入电极。这些方法的创伤(invasive)性使得它们困难且昂贵，并且对大量发病率负有责任。作为替代，诸如经颅直流刺激和经颅磁刺激等无创刺激方法易于实现，并且与显著的发病率没有关联，然而，所刺激的区域过大，通常不能很好地辨别，并且可被脑部组织的正常特征或病理特征显著干扰。近来，脑部组织的超声刺激已经探索出一定成就。
存在许多方法可产生用于生物组织刺激的电流。这些方法从在组织中植入电源到经由时变磁场在组织中感生电流。用于在组织中产生电流的通常方法是在组织中植入电源。该方法的实例在例如授予Barreras，Sr.等人的美国专利5,895,416号、授予Rise的美国专利6,128,537号、授予Palti的美国专利7,146,210号和授予Bourgeois等人的美国专利6,091,992号中有所阐释。还可以用组织外部的源(如经由在组织内感应电流的外部磁场)在组织内产生电流。该方法在例如授予Edrich等人的美国专利6,066,084号、授予Chaney的美国专利5,061,234号、授予Thomas等人的美国专利6,234,953号中示出。另一实例在授予Palti的美国专利7,146,210号中示出，该示例实施电磁辐射。在授予Rossen的美国专利4,989,605号和授予Hyrman的美国专利4,709,700号中说明了这样的方法：采用由处于与组织外部接触的电源产生电流从而使得电流通过所要刺激的组织区域表面的其他组织而衰减。这些技术都不是在所施用的电场存在下通过介电常数扰动产生电流的。因此，这些技术都受到创伤级别、聚焦度、渗透度和/或成本的限制。
在生物组织刺激的领域中，将场组合以产生更改的位移电流的概念相对而言还未被探索。在脑部刺激的领域中，已在“霍耳效应刺激”的领域中开发结合超声技术磁场，例如在Edrich等人的美国专利5,476,438号中，通过“神经组织中被离子化的粒子、特别是电子被迁移”从而使正负离子在正交磁场的区域中分离，在该正交磁场内离子在超声影响下移动。这一方法没有尝试通过修改组织介电常数以产生位移电流，而是仅仅通过对移动的离子施用磁场以进行局部离子分离。由于在现代医疗程序中所用磁场的强度，该技术对于刺激是低效的。参见Rutten等人(1996)。同样在脑部刺激的领域中，授予Yamashiro的美国专利6,520,903号提出了通过聚焦于组织上的光场来增强磁场的能量转移的方法，但是该方法并没有尝试通过组织介电常数扰动来产生位移电流。此外，在脑部刺激的领域中，授予Gluck的美国专利5,738,625号(以下称为“Gluck”)提出了使用具有组合的超声场和/或微波场的磁场以便将神经元的膜电位改变为与细胞的剩余电势和分离的活性去极化态(separateactive depolarized state)显著不同的静态值。Gluck提出了通过超声改变组织电导率从而使通过磁场感应出的电流能够在经更改电导率的路径上流动。Gluck还提出使用超声来将神经推入和推出由磁场产生的场。Gluck实现了更改被暴露于磁场(或电流)的神经的方法，因而Gluck的基于磁的方法由于随后的电流衰减而经受效率损失。
此外，Gluck提出了将微波场和超声场以可以对神经导致不可逆改变的方式组合的方法。参见Donald I.McRee，Howard Wachtel，Pulse Microwave Effectson Nerve Vitality，Radiation Research，Vol.91，No.1(Jul.1982)。本说明书不受这些安全顾虑的影响或者并不会由于需要使用这样的高频电场而导致神经损伤。此外，本发明不限于仅应用到只表现静息状态和活动状态的神经组织，并因而适于动态地改变几乎作为所有神经活动特征的动作电位并且适于具有动态放电(firing)性质的神经。
已经提出了用于更改组织电导率以适应电流的其他方法，如授予Mische的美国专利6,764,498号、以及授予Elstrom等人的美国专利6,887,239号，但是相似的是这些方法没有提供通过改变组织的电磁性质而产生新电流分量的方法。
其他研究已经提出用组合场来影响神经刺激的技术，但是都受到这些技术没有尝试产生用于刺激的位移电流而是尝试通过其他装置来影响刺激的固有限制的影响。参见Rutten，W.L.C、E.，Droog等人；The influence of ultrasoundand ultrasonic focusing on magnetic and electric peripheral nerve stimulation；J.Nilsson，M.Panizza和F.Grandori；Pavia Advances in Magnetic StimulationMathematical Modeling and Clinical Applications.，Italy.2：152.(1996)(以下称为“Rutten”)；Mihran，R.T.，F.S.Barnes等人，Temporally-Specific Modification ofMyelinated Axon Excitability in Vitro Following a Single Ultrasound Pulse.Ultrasound Med Biol 16(3)：297-309(1990)(以下称为“Mihran”)；以及Fry，W.J.，Electrical Stimulation of Brain Localized Without Probes-Theoretical Analysisof a Proposed Method，J Acoust Soc Am 44(4)：919-31(1968)(以下称为“Fry”)。
Mihran和Rutten关注在神经元中改变离子牵张感受器。因此由于没有关注通过适当组合电场和磁场以产生位移电流，这些研究在可应用性和效率上受到限制。更具体而言，Mihran研究将超声与电刺激组合来测试牵张感受器对神经的效应。Mihran没有尝试产生新电流以用于刺激。Mihran故意将电场和磁场分离。Rutten的主要关注是将超声和经颅磁刺激(TMS)组合，然而，该研究在与Mihran类似的分析牵张感受器效应的尝试中试验了电刺激和超声。Rutten没有尝试组合用于产生新电流分量的效果或以任何方式更改所施用的刺激电流。
Fry提出关于如何通过以超声改变组织电导率并因而通过电导率变化本身来驱动神经刺激，从而在脑中产生电流改变的构思。Fry提出了基于使用超声和放置在脑部表面的电极的理论上的、伪创伤的方法。该方法基于：以超声改变电流(由脑表面电极产生)而产生的温度/压力使组织电导率变化。该方法还没有对神经刺激显示有效，这可能是因为该理论受许多约束的限制。由于专注于仅改变组织电导率以改变较高频电场所产生的电流，刺激所需的源强度不小。因此，该方法中必要的是必须放置于经暴露的脑部表面上的电极或远远更强的电流源，而该远远更强的电流源如果放置在头皮表面上将受到经颅电刺激(TES)和电痉挛疗法(ECT)的限制，即，激活头皮表面的痛觉受体的电流强度或具有可能潜在地导致头皮烧伤的刺激所需的强度。并且该理论刺激所需的超声强度在量值上足够大从而引起诸如组织中温度升高、组织成洞、以及组织消融的可能性等顾虑。因此，这些安全局限将妨碍把这种类型的刺激通过头皮表面上的或脑表面上的电极以任何持续时间施用。
在如授予Wen等人的美国专利6,645,144号以及授予Wen的美国专利6,520,911号中所阐释的，对与生物组织相关的机械和电场的概念已在对通过电声效应、热声效应和霍耳效应成像的寻求中有所探索。这些方法关注于使用一种物理场来收集关于其他场的信息，而并非是以组合方式用于生物组织刺激。
现有领域的技术没有尝试通过与所施用的电场相对的介电常数扰动以产生电容性电流(即位移电流)以用于生物组织刺激。因此从上面显而易见的是，需要一种改进的设备和方法用于通过以机械装置改变与所施用的电场相对的局部组织介电常数特性、以在活体组织中产生位移电流来刺激生物组织。显而易见的是，需要一种创伤性较少并具有改善的聚焦度的经改进的方法用于通过更改局部组织介电常数来刺激生物组织。同样显而易见的是，需要一种与在路径中更改电流的方法或更改暴露于磁场的神经的方法相反的可借以产生有效电流的设备和方法。还显而易见的是，需要在组织边界下产生电流，而没有如基于磁的方法和电的方法中发生的随后的电流衰减和效率损失。显而易见的是，需要一种安全的方法，该方法不导致神经或组织由于需要使用高频电磁场、高强度电磁场、和/或高强度超声场而损伤。还显而易见的是，需要一种无需可在刺激期间激活痛觉受体的场强的可耐受方法。此外，显而易见的是，需要一种设备和方法，其不限于仅应用到只展现静息状态或活动状态的神经组织，并因此适于动态地改变几乎作为所有神经活动特征的动作电位并且适于具有动态放电性质的神经元。
发明内容
因此，本发明提供了用于在生物组织中产生电流的设备。本发明的设备包括：能够产生穿透组织区域电场的电源和用于相对所述电场改变所述组织介电常数的装置，从而相对所述电场改变所述组织介电常数从而在所述组织中产生位移电流。用于更改介电常数的所述装置可包括化学源、光源、机械源、热源或电磁源。在一个实施方式中，该设备将超声源实现为用于更改组织介电常数的机械装置。在另一实施方式中，该设备进一步包括用于改变与电场相关的组织的电导率从而改变欧姆电流的装置。
在一个示例性实施方式中，该设备包括的电源能够产生穿透一种组织或多种组织的广泛区域的电场。该设备还包括产生在组织的子区域上聚焦的机械场的超声设备，因此电场和机械场的组合作用通过改变组织的电磁性质而在组织的子区域内产生具有新生位移电流的经改变的电流。
可以以各种方式施用本发明的电源以实现特定效果。例如，所述电源可产生脉冲调制的、时变的、一系列时变脉冲的、或不时变的场。此外，用于更改介电常数的所述装置可以是脉冲调制的信号、时变信号、或一系列时变脉冲信号。所述电源和/或用于更改组织介电常数的装置可以被无创地施用。例如，电极可以被配置为施用到特定组织、多种组织或者相邻的组织。作为一种替代，所述电源可以植入特定组织、多种组织或相邻组织的内部。通常，所述电源是具有从大约DC到大致100,000Hz的频率的电流。
在一个示例性实施方式中，处于治疗目的可广泛施用所述电场并且将所述装置聚焦到特定脑部结构或多个结构。可以广泛施用所述电场并且可以将所述装置聚焦到一种结构或多种结构，例如包括下述结构的脑部或神经组织：背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、辅助运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视皮质、初级听皮质、杏仁核、海马、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、外周神经和/或脊髓。
所述设备和方法可以辅助治疗各种病症，所述病症包括：多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、抑郁症、强迫症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、中风、幻觉、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍(Addictive Disorder)、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍。类似地，可以将电场和用于更改介电常数的装置聚焦于特定脑部结构以实施如下述的程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、术前规划、神经修复与神经系统的相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部脏器疾病的治疗。
在另一实施例中，本发明的设备包括能够产生穿透组织区域的电场的电源和用于改变与所述电场相对的组织介电常数从而产生位移电流的装置。该设备进一步包括用于改变与所述电场相对的组织电导率从而改变欧姆电流的装置。
本发明还提供了用于刺激生物组织的方法。该方法包括：施用电源到生物组织并通过施用改变与所述电场相关的所述组织介电常数的装置从而改变与所述电源相关的所述组织介电常数。对与所述电场相关的所述组织介电常数的改变在所述组织中产生位移电流。所述用于改变介电常数的装置可以是包括化学源、光源、机械源、热源或电磁源的各种源。例如，可以施用诸如超声源等机械源从而机械地更改变所述组织。所述组织可以是神经组织、内分泌组织、电感受组织(electrically receptive tissue)、肌肉组织、结缔组织或骨骼组织。在另一实施方式中，该设备还包括用于改变与所述电场相关的组织电导率从而更改欧姆电流的装置。
附图说明
通过结合附图参考对本发明的实施方式的下述描述，本发明的上述特征和目标及其他特征和目标、以及达到这些特征和目标的方式将变得更加清楚，并且将更好理解本发明自身，附图中：
图1是根据本发明的原理构造的用于刺激生物组织的设备的一个实施方式的平面图；
图2是根据本发明的原理构造的用于刺激生物组织的设备的示例性实施方式的顶视图；
图3是根据本发明的原理构造的实施化学源以改变介电常数从而刺激生物组织的设备的示例性实施方式的顶视图；
图4是根据本发明的原理构造的实施辐射源以更改介电常数从而刺激生物组织的设备的示例性实施方式的顶视图；及
图5是根据本发明的原理构造的实施光束以更改介电常数从而刺激生物组织的设备的另一示例性实施方式的顶视图。
具体实施方式
可预见的是本发明可用于在体内刺激生物组织，包括被置于身体上以产生电场的电源和改变与电场相对的组织介电常数的装置，通过改变与电场相对的组织介电常数从而在组织中产生位移电流。所公开的设备和方法的示例性实施方式可用于神经刺激的领域，其中可使用经放大的、经聚焦的、方向经改变的和/或衰减的电流通过直接刺激神经元、去极化神经元、超极化神经元、改变神经膜电位、改变神经细胞兴奋性水平和/或改变神经细胞放电的可能性从而改变神经活动。同样的，用以刺激生物组织的方法还可以被应用于包括心脏刺激的肌肉刺激领域，其中可使用经放大的、经聚焦的、方向经更改的和/或衰减的电流通过直接刺激、去极化肌肉细胞、超极化肌肉细胞、改变膜电位、改变肌肉细胞兴奋性水平和/或改变细胞放电的可能性来更改肌肉活动。相似的是，可以预见本发明可被应用于细胞代谢、物理治疗、药物传递和基因治疗的领域。
本文公开了本发明的详细实施方式，然而可以理解的是所述的实施方式对于可以以各种形式实施的本发明仅是示例性的。因此，本文所公开的具体操作细节不应被理解为限制性的，而仅应理解为是权利要求书的基础和用以启示本领域技术人员以任何适当详细的实施方式实质上应用本发明的代表性基础。
取决于具体的应用和/或偏好，可以以诸如聚合物、凝胶、膜和/或金属等适合于各种医疗应用的材料制造本发明的组织刺激方法的组件。预期半刚性和刚性聚合物、弹性材料(例如模制医用级聚氨酯)、以及柔性材料或延展性材料可用于制造。可以以适合于各种医疗应用的材料制造该方法的电动机、传动装置、电子元件、电源部件、电极和传感器。本发明的方法还可以包括用于计算机化控制的电路板、电路、处理器组件等。然而，本领域技术人员应意识到适合于本发明的组合装置和制造品的其他材料和制造方法同样是适用的。
下面的讨论包括用于根据本发明的原理在生物组织中产生电流的组件和示例性方法的描述。还讨论了替代性实施方式。现在将详细参考在附图中图示的本发明的示例性实施方式，其中在所有附图中相同的参考数字指示相似的部分。
现在翻到图1，图1图示了用于根据本发明，在施用的电场或施用的电流源存在下通过在生物材料内组合施用机械场以改变(例如，放大、聚焦、更改方向和/或衰减)电流从而刺激生物细胞和/或组织的设备10的示例性实施方式。例如，可以将图1中所示的本发明的设备10应用于神经刺激的领域。初始源电场14在组织中导致电流。电场14由电源、电流或电压源产生。如下面更详细描述的，例如通过机械场改变与电场相对的组织介电常数，从而产生附加的位移电流。
将电极12施用于头皮并且在较大脑部区域产生低幅电场14。虽然电极12在这一示例性实施方式中被使用并被施用于头皮，但是可预见的是可以将电极施用于包括头皮周围区域的许多身体上的不同区域。同样可以预见的是可以将一个电极放置得与正被刺激的组织接近，而另一个远离，例如一个电极在头皮而一个电极在胸部。还预期的是电源可以是具有单个电极的单极或具有多个电极的多极。类似地，可以通过任何可医用介质将电源施用于组织。还预期的是可以使用其中电源不需要与组织直接接触的装置，如例如感应式磁源，其中将整个组织区域置于产生磁场的大螺线管中或产生磁场的线圈附近，其中磁场在组织中感应电流。
电源可以是直流的(DC)或交流的(AC)并且可以施用到感兴趣的组织的内部或外部。此外，电源可以是时变的。类似地，电源可以是脉冲调制的并且可以包括时变脉冲形式。电源可以是脉冲。而且，本发明的电源可以是间歇式的。
诸如超声源16等机械源被施用于头皮并且以下述方式向所聚焦的神经组织区域提供集中的声学能量18(即，机械场)，其所影响的神经元22的数目比被电场14影响的神经元数目更小，所述下述方式为：通过机械场18对与所施用的电场14相对的组织介电常数的改变，从而产生经改变的电流20。机械源可以是诸如超声设备等任何声源。通常，这样的设备可以是：包括能够将电信号转换为机械能量的电机换能器(例如含有压电材料的设备)的设备、包括能够将电信号转换为机械能量的电机换能器(例如在使用电磁铁的声学扬声器中的设备)的设备、其中机械源与驱动系统的分离机械装置耦合的设备、或能够执行将化学能、等离子能、电能、核能、或热能转换为机械能并产生机械场的任何类似设备。
此外，机械场可以经由在组织成像中使用的超声换能器产生。机械场可经由桥接介质连接到组织，所述桥接介质例如有盛有盐水的容器以辅助聚焦或者改变机械源与组织之间声学阻抗的凝胶和/或涂膏。机械场可以是时变的、脉冲调制的、脉冲，或可以包括时变脉冲形式。可以预见的是可以将机械源施用于感兴趣的组织的内部或外部。对于可通过机械源施用的频率没有限制，然而，示例性机械场频率从kHz以下到数1000MHz。此外，可以例如以与聚焦超声阵列中所用源相似的源阵列的形式，使用以相似或不同频率和/或相似或不同机械场波形提供多个机械场的多个变换器。类似地，还可施用多个经改变的电场。可以间歇地控制电和机械的组合场从而引起特定模式的峰活动或神经兴奋性的更改。例如，设备可以以固定频率产生周期性信号，或以脉冲调制频率产生高频信号，从而以在治疗许多疾病中显示有效的脉冲频率引起刺激。这样的刺激波形可以是在快速或θ释放TMS治疗、深层脑部刺激治疗、硬膜脑部刺激治疗、脊髓刺激治疗等中实现的波形，或者用于外周电刺激神经治疗。可以将超声源放置在与电极位置相对的任何位置，即，在与电极相同的位置的里面、上面、下面或外面，只要电场和磁场的分量处于相同区域。各源的位置应当彼此相关，使得各场与所要刺激的组织和细胞相交叉，或者相对正被刺激的细胞组分指导电流变化。
特别是在低频施用的电场存在下本发明的设备和方法，可通过介电常数在量值上的显著变化产生电容性电流。生物组织中的组织介电常数比多数其他非生物材料的介电常数远远更高，特别是对于电场透深为最高的低频施用电场。这是因为介电常数反比于所施用的电场的频率，从而在较低频率下组织介电常数量值较高。例如，对于低于100,000Hz的电场频率，脑组织具有等于或大于自由空间的介电常数(每米8.854×10^-12法拉)的10^8(100,000,000)倍的介电常数幅度，这样，相对幅度的最小局部扰动可导致显著的位移电流产生。随着电场频率的增加，相对介电常数成量值地下降，对于约100,000Hz的电场频率下降到约为自由空间的介电常数(每米8.854*10^-12法拉)10^3倍的量值。此外，通过不限于较高的电场频率，本发明的方法由于降低了透深限制并因此降低了场强要求从而是用于刺激生物组织的有利方法。此外，因为位移电流产生于介电常数改变的区域，所以可仅经由超声完成聚焦。例如，为了通过如上所述与所施用电场相对的介电常数扰动产生电容性电流，可以将宽DC或恰好低于细胞刺激阈值的低频电源场施用于脑部区域，但是通过在以诸如超声源等机械源产生的机械场的聚焦区域内更改组织介电常数从而使刺激效果聚焦于较小区域内。这可以无创地进行：通过将电极和超声设备都置于头皮表面上使得各场穿透围绕脑部区域的组织并且在所靶向的脑部位置交叉，或通过将电极和/或超声设备中的一个或两者植入头皮表面下(在脑部或任何周围的组织中)使得各场在所靶向的区域中交叉。
在低于阈值电场的存在下位移电流通过改变介电常数而产生并提供刺激信号。除了在组织中发生了负责刺激(即，产生用于刺激的经改变的电流)的主要介电常数变化外，在组织中还发生了次要地改变电流的欧姆分量的电导率变化。在另一实施方式中，可以将位移电流的产生和经改变的欧姆电流分量组合以用于刺激。通常，作为所施用的电场频率的函数，组织电导率在DC到100,000Hz频率范围上稍有改变，但是与介电常数改变的程度不同，并且随着所施用电场频率的增加而增加。此外与其他材料不同，在生物组织中，作为所施用的电场频率的函数电导率和介电常数没有显示出简单的一对一的关系。介电常数的范围如上面所讨论的。
虽然可以以所施用的电场的任何频率完成所述过程，但是示例性实施方式中的方法以较低频率施用的电场实施，这是由于这样的事实：组织的介电常数量值等于或大于自由空间的介电常数10^8倍，以及电场透深对于低频施用的电场为最高。较高频施用的电场较不合意，这是因为它们将需要较大的辐射能量来穿透组织和/或改变介电常数用的更强的机械源来实现同样的相对组织介电常数的改变，即在较高的施用电场频率组织的介电常数较低，并且因此需要较大的全局扰动以具有与较低频相同的组织介电常数的全局变化。由于在从DC到大约100,000Hz的范围频带中的高组织介电常数和生物组织在这些频率的高透深，在该范围内的施用电场频率是有利的。在该频带中，组织位于相对组织介电常数的量值被最大地提升(即，等于或大于自由空间的介电常数的10^8倍)的所谓“阿尔法分散带”内。在产生用于刺激生物细胞和组织的位移电流的所述方法中，大于约100,000到1,000,00Hz的施用电场频率仍然是适用的，然而在这一频带中生物组织的组织介电常数和透深与之前的频带相比均受到限制，但是仍然可以对一些应用产生足够量值的位移电流。在该这一范围中，可能需要增加所施用电场的量值，或用于改变与所施用电场相对的已增加的介电常数的方法以带来与所施用电场频率的组织介电常数量值相比更大的介电常数改变。此外，由于对于一些应用的潜在安全性顾虑，与在之前的频带中可能的连续施用相反，可能需要限制各场的施用时间或脉冲调制各场。对于其中安全性顾虑阻碍较深组织的技术的组织或应用，该技术仍可能在更浅表的应用中以无创方式或通过创伤方法应用。大于1,00,000到100,000,000Hz的较高频施用电场可用于产生刺激生物细胞和组织的位移电流。然而，这将需要更充分的介电常数变化或电磁辐射，因此就安全性而言与之前的频带相比不够理想。对于大于100,000,000Hz的施用电场的频率，生物细胞和组织刺激仍是可接受的，但是对于需要较小位移电流的特殊应用可能是受限的。
用于产生本发明的改变的电流的电和机械场的焦点可能导引到脑部或神经系统内的各种结构，所述结构包括但不限于：背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、辅助运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视觉皮质、初级听皮质、杏仁核、海马、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、脊髓、神经根、感觉器官、和外周神经。
可以选择所聚焦的组织从而使种类广泛的疾病可以得到治疗。这些可以治疗的疾病包括但不限于：多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、强迫症、抑郁症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、中风、幻听、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍。此外，用于产生改变的电流的电场和机械场可以聚焦于特定脑部或神经结构，以实施如下程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、神经萎缩减轻、利用神经系统的人工神经相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背部痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部器官疾病的治疗。
在向其传递机械场的经聚焦组织区域中，通过增加或减少神经元的兴奋性，可以将个体神经元的兴奋性提高到可被组合的场刺激的点，或影响个体神经元的兴奋性以便引发或放大由经改变的电流所导致的神经兴奋性的变化。神经兴奋性的这种改变可以持续超过刺激的持续时间，因此被用作提供持续治疗的基础。此外，可以以多个但分离的时间段提供组合场，从而对细胞和组织的兴奋性具有总计的或累积的效果。可以在其它形式的刺激之前提供组合场，以准备组织使其对其它后续形式的刺激更敏感或更不敏感。此外，可以在间隔形式的刺激之后提供组合场，其中使用间隔形式的刺激以准备组织以使得其使其对本发明的刺激形式更敏感或更不敏感。此外，组合场可施用漫长的时间周期。
图2图示了通过电场36和机械场38的组合效应以在生物组织34中产生具有新生的刺激用位移电流32的经改变的电流的实施方法的设备30。将组织或复合组织34放置在产生电场36的电源40的阳极和阴极附近。将电场36与例如超声场38的机械场组合，该超声场38能够聚焦于组织34并通过超声换能器42产生。在机械场38聚焦并与电场36交叉的组织44的子区域内，产生了位移电流32。通过振动和/或机械扰动组织44的子区域，可以相对所施用电场36改变的组织44的介电常数以产生除了因电源场36而存在并且因机械扰动引起在组织中的电导率变化而改变的电流之外的位移电流32。
通过向组织44的子区域提供机械场38，可以通过下述方式改变电场36内的介电常数：通过组织44的子区域的新元件在电场内外的振动使得组织连续介电常数相对电场36改变，或者通过使得组织44的子区域的主体性质和介电常数或组织电容由于机械扰动而改变。在电场内改变介电常数的实例可以在具有不同介电常数的细胞膜和细胞外液在与电场相对的位置被机械场改变时发生。与电场相对的不同介电常数的组织的这一变动将产生新的位移电流。组织可具有高达或大于自由空间的介电常数的10^8倍的介电常数值，不同在于量值，和/或具有各向异性性质，从而使组织自身取决于施用电场的相对方向显示出不同的介电常数量值。更改大块组织介电常数的实例发生在大块组织的相对介电常数在电场的存在下直接被机械扰动改变。可以将机械源(即，超声源)置于与电极位置相对的任何位置，即，在与电极相同的位置的内部或外部，只要电场和机械场的分量处于相同区域中。
可以经由多种方法相对所施用电场改变组织介电常数。可将机械技术用于相对所施用电场改变大块组织介电常数，或用于相对所施用电场移动不同介电常数的组织成分。对于如前讨论的所施用机械场的频率没有特定限制，然而，示例性频率范围从kHz以下到数1000MHz。可将另一个电磁场以与施用的电磁场的初始频率不同的频率施用到组织，从而使其在初始施用电场的频率依赖点改变组织介电常数。还可以将光信号聚焦于组织上以相对所施用电场改变组织介电常数。还可以将化学试剂或热场施用到组织以相对所施用电场改变组织介电常数。这些方法还可以组合使用以通过创伤性或无创性方法相对所施用电场改变组织介电常数。
例如，图3示出用于通过电场54和化学试剂56的组合效应产生具有新生的位移电流52的经改变的电流的设备50。组织或组织复合58被放置在电源60内，该电源60产生电场54并与释放可聚焦于组织58的化学试剂56的化学源62组合。在组织64中化学试剂56被释放的区域内，电场54横切组织64的子区域，并且化学试剂56与组织64的子区域起作用以相对所施用电场54改变组织相对介电常数。这产生了除了由于源电场54而存在的电流外的位移电流52。化学试剂56可以是任何可与组织或组织64的细胞成分起作用以改变其相对于电场54的介电常数的试剂。这可以是通过热反应过程来提高或降低组织64温度，或通过化学反应以改变例如沿位于组织64内细胞壁的离子双层等细胞内和细胞外介质的离子分布。类似地，组织64内的蛋白质和其他带电成分的构象也可以被改变从而使组织介电常数相对低频电场54改变。该试剂还可以是使组织64内的任何分子或化合物暂时或永久地顺应与低频电场54相对的永久偶极矩的任何试剂。由化学试剂56驱动的化学反应必须足够快速地发挥作用从而在电场54的存在下使组织的介电常数快速地改变以产生位移电流52。该反应还可以使得介电常数波动，从而随着介电常数的持续变化持续产生位移电流。除了在组织中发生的主介电常数变化外，在组织中还可发生电导率变化，这次要地改变电流的欧姆分量。可以使用生物试剂以替代或补充化学试剂56。该实施方式对于经聚焦的药物传递可具有特定应用，其中包括额外的化学或生物试剂以辅助组织的治疗，或其中经改变的电流可驱动额外的电化学反应以用于治疗。例如，这可以用于诸如经聚焦的基因治疗或经聚焦的化学治疗等领域。
另一实例如图4所示，图4图示用于应用通过低频电场74和电磁辐射场76的组合效应产生具有新生位移电流72的经改变电流的方法的设备70。组织或复合组织78被放置在低频电场74内，该低频电场74由电源80产生并与产生可聚焦于组织78的辐射场76的辐射源82组合。在辐射场76在组织78内聚焦的区域中，电场74横切组织84的子组分，其中辐射场76与组织84的子组分相互作用从而相对所施用电场74改变组织相对介电常数，并且因此产生了除由于源电场74或辐射源场76自身而存在的电流外的位移电流72。电磁辐射场76可以例如通过以欧姆方式改变组织84的温度从而与组织84相互作用、通过电场力作用于离子改变例如沿着沿细胞壁的离子双层等细胞和细胞外介质的离子分布、或通过电场力在组织内改变蛋白质和其他带电成分的构象，从而相对低频电场74改变组织介电常数。此外，通过经由电限力移动组织的成分，电磁场76可与组织84相互作用，如在各向异性组织中将看到的，以对于低频电场74改变组织的连续介电常数。除了在组织中出现的主介电常数改变外，在组织中还出现次要地改变电流的欧姆分量的电导率变化。
图5示出应用通过电场94和光束96的组合效应产生具有新生的位移电流92的经改变电流的方法的设备90。组织或复合组织98放置在由电源100产生的并与产生可聚焦于组织98的光束96的光源102相组合的电场94内。在光束96聚焦于组织的区域中，电场94横切组织104的子组分，其中光束96与组织起作用以相对所施用电场94改变组织相对介电常数，并且因此产生除了因源电场94而存在的电流外的位移电流92。光束96可以例如通过以光热效应和/或粒子激发改变组织的温度而与组织相互作用；通过光学激发离子的运动而改变细胞内和细胞外介质中的离子分布(例如沿着沿细胞壁的离子双层)；通过激光组织相互作用使组织离子化；或改变组织内的蛋白质和其他带电成分的构象，从而相对低频电场94改变组织介电常数。除了存在于组织中的主介电常数变化外，在组织中还存在次要地改变电流的欧姆分量的电导率变化。
在另一实施方式中，可以使用热源以改变组织介电常数的。在这样的实施方式中，可以在所要刺激的组织的外部或内部放置诸如加热探针、冷却探针、或混合探针等热源。热源可通过：直接依赖于组织温度的介电常数、响应温度变化的组织机械扩展、或通过响应温度变化而改变的粒子和离子振动而产生的机械力，从而相对所施用电场改变组织介电常数。除了存在于组织中的主介电常数变化外，在组织中还存在次要地改变电流的欧姆分量的电导率变化。这一实施方式可以用于存在组织急性损伤时的刺激，其中可使用热源来额外辅助组织损伤的治疗，例如外伤性脑损伤或诸如心脏等任何器官中的梗塞。可以在提供刺激的同时冷却或加热组织以减少损伤的影响。
在另一实施方式中，可将根据本发明的方法应用到肌肉刺激的领域中，其中可使用放大的、经聚焦的、方向经改变的和/或衰减的电流来通过直接刺激、去极化肌肉细胞、超极化肌肉细胞，改变膜电位、和/或增加或减少肌肉细胞的兴奋性来改变肌肉活动。这种兴奋性或激放电模式的改变可持续超过刺激的持续时间并因而被用作提供持续治疗的基础。此外，刺激可以以多个但分离的时间段提供从而对于细胞和组织的兴奋性具有总计的或累积的效应。此外，可以通过调整肌肉细胞兴奋性提供刺激以使组织做好准备使其对后续的刺激形式更敏感或不敏感。可在使用另一形式的刺激使组织做好准备之后使用刺激。此外，可长时间施用刺激。这一实施方式可用于更改或辅助心脏起搏或功能、辅助呼吸、用于康复的肌肉刺激、存在神经或脊髓损伤的肌肉刺激以防止萎缩或辅助运动、或作为替代物理锻炼。
在另一实施方式中，根据本发明的方法可应用到物理治疗的领域，其中可使用放大的、聚焦的、方向改变的和/或衰减的电流通过将电流产生的焦点施用到需要物理治疗的受影响的区域从而刺激血液流动、增加或改变神经细胞响应、消炎、加速疤痕组织分解、和加速康复。可以预见的是本发明的方法在物理治疗的领域中具有广泛的多样性，包括外伤性损伤、运动损伤、外科手术康复、职业性治疗的治疗或康复、以及神经或肌肉损伤后的辅助康复。例如，在关节或肌肉损伤后，在该区域中通常存在增加的炎症和疤痕组织和降低的神经和肌肉响应。通常，在分别对神经和肌肉提供电刺激的同时向受影响的区域提供超声以增加血液向该区域的流动并增加疤痕组织的代谢性重吸收；然而，通过一起提供这些刺激，人们可以得到每种单独效应的好处，但通过经改变的电流而额外放大的刺激和代谢效应。可以使用用于产生本文所述的经改变的电流的其它方法，通过产生的位移电流而辅助物理治疗。
此外，可以将根据本发明的方法应用到细胞代谢的领域，其中电流可用于与电感受细胞或带电膜相互作用以改变组织或细胞动力学。可以预见的是这一实施方式可提供各种疾病的治疗，其中电感受细胞响应新产生的位移电流和经改变的电流分布。
此外，根据本发明的方法可应用到基因治疗的领域。放大的、聚焦的、方向更改的和/或衰减的电流可用于与电感受细胞或细胞内的受体相互作用，以影响蛋白质转移过程并改变细胞的遗传内容。组织内经改变的电流密度可与组织相互作用以刺激这一经更改的基因调控。此外，通过该方法产生的位移电流还可以进一步被用于通过经改变的电流对试剂传递的影响而辅助药物传递和/或基因治疗。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是其应当被认为是阐释性的而非在特征上的限制性，应当理解的是已经显示和描述了实施方式并且本发明的实质内的所有变化和修改都需要被保护。
Claims (55)
1.一种用于在生物组织中产生电流的设备，所述设备包括：
能够产生穿过组织区域的电场的电源；以及
用于相对所述电场改变所述组织的介电常数的装置，从而与所述电场相对的所述组织的介电常数的改变在所述组织中产生位移电流。
2.如权利要求1所述的设备，其中用于改变所述介电常数的所述装置选自化学源、光源、机械源、热源或电磁源。
3.如权利要求1所述的设备，其中用于更改所述介电常数的所述装置是机械性的并且是超声源。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述电场是脉冲调制的。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述电场是时变的。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述电场是一系列时变脉冲。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述电场是非时变的。
8.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置是脉冲调制的信号。
9.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置是时变信号。
10.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置是由一系列时变脉冲组成的信号。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述组织是神经组织。
12.如权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括被配置以施用于组织的至少一个电极。
13.如权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括被配置以施用于所述组织邻近的或外部的组织的至少一个电极。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述电源植入所述组织中。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述电源植入所述组织邻近的、外部的或内部的组织中。
16.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置植入所述组织内部。
17.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置植入到所述组织邻近的、外部的或内部的组织中。
18.如权利要求1所述的设备，其中所述电源被无创地施用。
19.如权利要求1所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置被无创地施用。
20.如权利要求1所述的设备，其中所述电源是从外部源产生的时变感应磁场。
21.如权利要求1所述的设备，其中出于治疗目的所述电场被广泛施用到神经组织的大片区域并且所述装置被聚焦在神经组织的特定区域。
22.如权利要求1所述的设备，其中出于治疗目的所述电场被广泛施用到神经组织的大片区域并且所述装置被广泛施用到神经组织的大片区域。
23.如权利要求1所述的设备，其中出于治疗目的所述电场和所述装置被聚焦在神经组织的特定区域。
24.如权利要求1所述的设备，其中出于治疗目的所述电场被聚焦在神经组织的特定区域并且所述装置被广泛施用到神经组织的大片区域。
25.如权利要求1所述的设备，其中所述电场具有在从约DC到100,000,000Hz的范围内的频率分量或多个分量。
26.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被广泛施用并且用于改变介电常数的所述装置被聚焦并能够被施用于神经组织以辅助选自多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、强迫症、抑郁症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、中风、幻听、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍的疾病的治疗。
27.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被聚焦并且能够施用到神经组织以辅助选自多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、抑郁症、强迫症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、中风、幻听、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍的疾病的治疗。
28.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被聚焦并且用于改变介电常数的所述装置被广泛施用并且施用于神经组织以辅助选自多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、抑郁症、强迫症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、脑中风、幻听、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍的疾病的治疗。
29.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被广泛施用并且被施用于神经组织以辅助选自多发性硬化、肌萎缩侧索硬化、阿尔茨海默病、张力失常、抽搐、脊髓损伤、外伤性脑损伤、药物成瘾、食物成瘾、酒精成瘾、尼古丁成瘾、口吃、耳鸣、痉挛、帕金森病、帕金森神经机能障碍、抑郁症、强迫症、精神分裂症、双相型障碍、急性躁狂、张力缺失、创伤后应激障碍、孤独症、慢性痛综合征、幻肢痛、癫痫、脑中风、幻听、运动障碍、神经退行性疾病、疼痛障碍、代谢紊乱、成瘾障碍、精神障碍、外伤性神经损伤和感觉障碍的疾病的治疗。
30.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被广泛施用并且用于更改介电常数的所述装置被聚焦到在脑部或神经系统内的一个结构或多个结构，该脑部或神经系统选自背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、辅助运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视觉皮质、初级听觉皮质、杏仁核、海马、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、外周神经和脊髓。
31.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被聚焦到在脑部或神经系统内的一个结构或多个结构，该脑部或神经系统选自背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、辅助运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视觉皮质、初级听觉皮质、杏仁核、海马、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、外周神经和脊髓。
32.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被聚焦并且用于改变介电常数的所述装置被广泛施用到在脑部或神经系统内的一个结构或多个结构，该脑部或神经系统选自背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、补充运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视觉皮质、初级听觉皮质、扁桃体、海马组织、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、外周神经和脊髓。
33.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被广泛施用到在神经系统内的一个结构或多个结构，该神经系统选自背外侧前额叶皮质、基底神经节的任意部分、伏核、胃神经核、脑干、丘脑、下丘、上丘、导水管周围灰质、初级运动皮质、补充运动皮质、枕叶、布罗德曼1-48区、初级感觉皮质、初级视觉皮质、初级听觉皮质、扁桃体、海马、耳蜗、脑神经、小脑、额叶、枕叶、颞叶、顶叶、皮质下结构、外周神经和脊髓。
34.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被广泛施用并且用于改变介电常数的所述装置被聚焦到神经组织，以实施选自以下程序的程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、术前规划、神经萎缩减轻、神经修复与神经系统的相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部脏器疾病的治疗。
35.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被聚焦到神经组织从而实施选自以下程序的程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、术前规划、神经萎缩减轻、神经修复与神经系统的相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部脏器疾病的治疗。
36.如权利要求1所述的设备，其中所述电场被聚焦并且用于改变介电常数的所述装置被广泛施用到神经组织从而实施选自以下程序的程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、术前规划、神经萎缩减轻、神经修复与神经系统的相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部脏器疾病的治疗。
37.如权利要求1所述的设备，其中所述电场和用于改变介电常数的所述装置被广泛施用到神经组织从而实施选自以下程序的程序：感觉增强、感觉更改、麻醉诱导及维持、脑定位、癫痫定位、术前规划、神经萎缩减轻、神经修复与神经系统的相互作用或控制、中风及外伤性损伤的神经修复、膀胱控制、辅助呼吸、心脏起搏、肌肉刺激、以及由诸如偏头痛、神经病变以及下背痛引起的疼痛综合征或者诸如慢性胰腺炎或者癌症等内部脏器疾病的治疗。
38.一种用于刺激生物组织的方法，所述方法包括：
施用电源到生物组织的区域以在所述组织中产生电场；和
通过应用用于相对所述电场改变所述组织的介电常数的装置而相对所述电源改变所述组织的介电常数，从而与所述电场相对的所述组织的介电常数的改变在所述组织中产生位移电流。
39.如权利要求38所述的设备，其中用于改变介电常数的所述装置选自化学源、光源、机械源、热源或电磁源。
40.如权利要求38所述的方法，其中改变组织的所述介电常数包括施用机械源以机械地改变组织的介电常数。
41.如权利要求38所述的方法，其中用于改变介电常数的所述装置是超声源。
42.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是神经组织。
43.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是内分泌组织。
44.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是电感受组织。
45.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是肌肉组织。
46.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是结缔组织。
47.如权利要求38所述的方法，其中所述组织是骨骼组织。
48.如权利要求38所述的方法，其中所述方法被应用于所述组织的所述区域的物理治疗。
49.如权利要求38所述的方法，其中所述位移电流刺激所述组织的所述区域中的血液流动。
50.如权利要求38所述的方法，其中用于改变介电常数的所述装置是施用超声到所述组织的区域的超声源。
51.一种用于在生物组织中产生电流的设备，所述设备包括：
能够产生穿过组织区域的电场的电源，其中所述电源是附接到周围组织区域的外表面的至少一个电极；和
产生聚焦在组织的子区域的机械场的超声设备，其中所述电场和所述机械场的组合效果在所述组织区域内产生具有新生位移电流的经改变的电流。
52.一种用于刺激生物组织的方法，所述方法包括：
施用电源到生物组织的区域以在所述组织中产生电场；和
用于相对所述电场改变所述组织的介电常数从而产生位移电流的装置；和
用于相对所述电场改变所述组织的电导率从而更改欧姆电流的装置。
53.一种用于在生物组织中改变电流的设备，所述设备包括：
能够产生穿过组织区域的电场的电源；和
用于相对所述电场改变所述组织的介电常数从而产生位移电流的装置；和
用于相对所述电场改变所述组织的电导率从而更改欧姆电流的装置。
54.一种用于在生物组织中产生电流的设备，所述设备包括：
能够产生穿过组织区域的电场的电源；和
产生聚焦在组织的子区域上的机械场的超声设备，其中所述电场和所述机械场的组合效果在所述组织区域内产生具有新生的位移电流的经改变的电流。
55.一种用于在生物组织中改变电流的设备，所述设备包括：
能够产生穿过组织区域的电场的电源；和
用于相对所述电场改变所述组织的电磁性质的装置。
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