CN107106834A - 用于神经刺激疗法的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于神经调节的方法、设备和系统。本文所述的方法、设备和系统可用于例如膀胱状况如膀胱过度活动症的治疗。

Description

用于神经刺激疗法的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月3日递交的来自美国临时申请号62/059,548的优先权的权益，通过参考的方式将其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于神经刺激疗法的系统和方法，并且更具体地涉及用于膀胱过度活动症疗法的系统和方法。

背景技术

膀胱过度活动症(OAB)是导致突然的排尿冲动的膀胱存储功能问题。该冲动可能难以停止，并且膀胱过度活动症可能导致无意的尿液损失(失禁)。症状包括：难以控制的突然排尿冲动、失禁、尿频和夜尿症。对于OAB的一线治疗包括食谱改变、体重控制、膀胱训练和骨盆底锻炼和药物治疗。如果一线治疗没有效果，则随后考虑膀胱注射、神经刺激和手术

骶骨神经刺激是当今用于治疗OAB的一种更常见的刺激疗法。当今使用的设备只有一种具有FDA许可即美敦力公司(Medtronic)开发的InterStim^TM。InterStim^TM是一种靶向尾骨附近的骶骨神经的神经刺激技术。这些神经在控制特定膀胱肌肉和功能中起作用。该疗法涉及通过电脉冲来调节这些神经，通常是第三骶骨神经，以便帮助大脑和神经正确地通信。如果患者被认为适合于该手术，则该治疗是一种两步过程，其始于评估过程并且然后植入过程。对于估计，医生要么在骶骨神经附近插入临时性的薄引线要么完全植入长期引线。该引线连接到生成轻微电脉冲的外部神经刺激器。如果患者通过评估则医生一般在连接到引线并且因此连接到骶骨神经的右臀部中的深皮下囊带中植入植入式脉冲生成器(IPG)。

当前，经受骶骨神经刺激的患者中的大约60％到80％成功地具有膀胱功能改善。并且，成功的改善仅仅意味着OAB具有至少50％的改善的个人。本公开的一个目的在于通过神经刺激增加先天性膀胱过度活动症治疗的效率。

发明内容

本公开基于用于神经学调节的方法、设备和系统。本文的方法、设备和系统可用于例如膀胱状况如膀胱过度活动症的治疗。

在一些方案中，提供了一种用于治疗患者的方法，其中，基于从膀胱取得的压力读数来调节神经信号。该方法可以包括：(a)感测患者的膀胱的膀胱压力；(b)测量源自患者的一个或多个神经中的神经活动的电流；以及(c)基于在任务(a)和(b)中获得的感测到的膀胱压力和测量到的电流，形成一个或多个神经中的已修改的电信号。在特定实例中，一个或多个神经可以包括一个或多个骶骨神经。在特定实例中，针对膀胱过度活动症治疗患者。

在一些实例中，至少部分地通过已修改的电信号阻止一个或多个神经中的神经传入信号。例如，已修改的电信号可以响应于测量到的电流低于预定阈值的状态。在一些实例中，响应于包括感测到的压力高于预定阈值的状况的状况，不阻止一个或多个神经中的神经传入信号。

可替换地或另外地，在一些实例中，已修改的电信号可以包括引入一个或多个神经中的人造信号。例如，可以响应于包括感测到的压力高于预定阈值的状况的状况，将人造信号引入一个或多个神经中。

在一些方案中，提供了基于来自膀胱的压力读数来调节神经信号的系统。例如，该系统可以包括：膀胱压力传感器，其被配置为测量以及发送膀胱压力信息；以及神经电流调节器，其被配置为基于包括从膀胱压力传感器接收到的膀胱压力信息的信息，感测以及至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号。膀胱压力传感器可以例如配置为附接到膀胱的内表面。神经电流调节器可以例如包括这样一种引线即引线包括被配置为感测以及修改由一个或多个神经发送的神经信号的至少一个电极。神经电流调节器可以被配置为例如通过在一个或多个神经中生成非定向传播的动作电势，至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号。

在一些实例中，该系统可以进一步包括电刺激器和/或控制单元。

在设置有电刺激器的情况中，电刺激器可以被配置为引入刺激电信号到一个或多个神经中。在设置有电刺激器的情况中，神经电流调节器和电刺激器可以设置在分离的设备中或者在单个设备中。可以针对神经电流调节器和电刺激器中的每个设置分离的引线，或者可以设置用于神经电流调节器和电刺激器的共用的引线。

在设置控制单元(例如便携式控制单元如手持控制单元或者静止控制单元)的情况中，控制单元可以被配置为接收包括来自膀胱压力传感器的膀胱压力信息的控制输入，以及可以被配置为基于控制输入提供包括到神经电流调节器的输出的控制输出。到神经电流调节器的输出可以包括例如用于至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号的指示，或者用于免除至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号的指示。控制输入可以进一步包括例如患者输入(例如控制单元可以被配置为向患者提示包括对于开始膀胱清空事件的许可的患者输入等)、从神经电流调节器可接收的神经信号信息或其组合。控制输入可以进一步包括例如到患者可观看的控制单元显示器的输出、到电刺激器(如果设置了)的输出或其组合。

在一些方案中，提供了一种基于来自膀胱的压力读数来调节神经信号的设备。例如，可以设置神经电流调节器，其被配置为基于膀胱压力信息，感测以及至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号。神经电流调节器可以被配置为例如通过在一个或多个神经中形成非定向传播的动作电势，至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号。

在附图和以下说明书中阐述了本公开的各种方案、实例、特征和优点的细节。本公开的其他方案、实例、特征和优点将从说明书、附图和权利要求变得显而易见。

要理解前文的整体描述和接下来的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并且不是用于像权利要求那样限制实例。

附图说明

合并入说明书并且作为说明书的一部份的附图示出了本公开的示例性实例并且与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1A和1B是示出了根据本公开的一个实例的植入式系统的示意图，其包括与植入式调节和刺激设备通信的植入式感测设备；

图2是示出了根据本公开的一个实例的用于刺激疗法的传递的技术的流程图；

图3是示出了根据本公开的一个实例的示例性植入式刺激设备的各种组件的功能性方框图；

图4是示出了根据本公开的一个实例的示例性植入式调节设备的各种组件的功能性方框图；以及

图5是示出了根据本公开的一个实例的示例性植入式调节和刺激设备的各种组件的功能性方框图。

具体实施方式

本公开基于用于神经刺激的方法、设备和系统。在各种实例中，本公开涉及用于调节被发送到大脑(例如从膀胱到大脑)的传入神经信号以便治疗膀胱过度活动症的设备、系统和方法。用于治疗膀胱过度活动症的当前技术仅仅发出恒定的电脉冲到患者以希望患者良好地响应。在本公开的实例中，不同的电信号在不同的时间被发送到患者。

在各种实例中，可以应用这样一种系统即该系统可以感测膀胱的压力并且基于膀胱压力以及其他参数支配正在向大脑发送的电流，例如经由设置在骶骨神经附近的电极增加、减小或者维持发送到大脑电流的电平。

在健康人群中，当填充膀胱时，低电平的传入信号发送到大脑并且在膀胱充满之后那些传入信号的强度增加，说明到时候清空膀胱了。在本公开中，应用神经电流调节器来保持当填充膀胱时正在发送到大脑的信号处于低电平。保持该信号处于低电平的目的在于通过阻止身体具有冲动感觉，允许逼尿肌保持松弛并且外部尿括约肌保持收缩从而对抗过早排尿来降低或者消除尿频。可以基于来自膀胱传感器的读数来确定膀胱填充的度。在膀胱充满并且清空条件成熟(例如患者就位以清空膀胱)时，正在发送到大脑的信号电平可以增加并且清空膀胱。使用用于调节和刺激神经电流的系统来控制到大脑的信号电平。

在图1A和1B中示意性示出了该系统，图1A和1B分别示出了患者骨盆区域的前视图和后视图，患者骨盆区域包括髋骨11、膀胱13和骶骨，其包括第三骶骨椎骨17。提供了膀胱传感器特别是压力传感器10以及单元12，单元12装有神经电流调节器和电刺激器，电刺激器经由引线14向骶骨神经发送并且从骶骨神经接收电流，引线14在该实例中显示为插入到S3孔中。未显示的手持控制单元可用于控制和/或监视压力传感器、神经电流调节器和电刺激器，以采集数据并且改变参数如刺激的强度和频率或者神经电流条件的程度以及其他可能的功能。

关于用于随着膀胱的填充测量膀胱的压力的膀胱压力感测单元，该单元可以包括例如处理器、存储器、通信接口、一般可再充电的电源、和用于感测膀胱压力的传感器(例如压电传感器、电容性传感器等等)。植入式压力传感器是本领域已知的。就这点而言，例如参见Gerber的美国专利公布号20070027494和Margot S.Damaser等人的国际专利号W02013169896A2，后者描述了无线无导管电池供电可再充电膀胱压力传感器。也参见2010年9月26-29日在日本东京的东京大学举行的国际生物医疗机器人和生物机电大会的2010第三期IEEE RAS&EMBS的学报上Joshua N.Weaver等人的“Toward a Minimally InvasiveBladder Pressure Monitoring System:Model Bladder for In Vitro Testing”。植入式压力传感器还可以从美国加利福尼亚旧金山的555加州大街第三层的Tronics集团可得并且其提供了与加热消毒、长期稳定压力监视、静态或波形压力获得、有线或无线电力和数据传输兼容的微型包，并且其包括微型MEMS电容性压力感测元件。

在特定实例中，无线膀胱压力传感器可以设置有这样一种附件即无线膀胱压力传感器可以通过该附件固定到膀胱壁并且可以使用膀胱内部检验镜来插入和固定该附件。该传感器可以配置为周期性地发送信号、当提示时发送信号和/或当膀胱压力处于临界水平时发送信号。在一些实例中，膀胱压力传感器发送膀胱压力到外部存储器以记录采集到的数据。

在一些实例中，电刺激器可用于提供传入信号到大脑。例如，在特定设置中，当(例如从手持设备或压力传感器)接收到是时候清空膀胱的信号时，可以发送高电平传入信号。在特定实例中可以经由骶骨神经引入传入信号。电刺激器设备可以包括这样一种引线即该引线具有至少一个刺激电极以用于当引线定位在一个或多个神经附近(例如邻近、周围、之中等等)时应用刺激到一个或多个神经。在一些实例中，引线可以包括多个刺激电极以提供关于可以刺激哪些电极以便最佳结果的选择。引线可以包括称为叉齿的小倒钩，其助于保持引线的位置并且减少引线的移动，或者引线可以包括在一个或多个神经周围卷起的袖口，以及其他可能性。在特定实例中，可以在本公开中使用无线电极。在要刺激骶骨神经的情况下，可以经S3孔或者通过另一个合适的路径来接近骶骨神经。如图3的方框图所示，电刺激设备18可以包括引线20、处理器56、存储器58、电刺激器60、通信接口62和电源64。电刺激器60可以为例如刺激脉冲生成器，因为该设备是容易获得以及本领域已知的。存储器58可以例如存储执行指令，包括经由通信接口62从远程设备(例如压力传感器、手持通信设备等等)接收的指令、已更新的刺激参数(例如关于幅度、脉冲宽度、脉冲速率等等)以及由设备应用的刺激信号的记录。处理器56控制电刺激器60传递电刺激以及控制通信接口62发送和接收信息。在一些设置中，电刺激器设备可以例如是商业可得的刺激设备的修改的版本，其可被重配置为例如从膀胱压力传感器或者外部手持设备无线地接收信号以及当提示时发送电脉冲以代替发送恒定脉冲。

这样，可以设置可以基于例如压力读数、患者输入等等来应用或不应用刺激电流的电刺激器。当确定是时候清空时，电刺激器可以增加正在进入大脑的传入信号的强度，大脑可以例如给予身体冲动感觉导致逼尿肌收缩并且外部尿括约肌松弛。

本文也可以设置神经电流调节器来监视和控制经过感兴趣的一个或多个神经例如骶骨神经传播的电信号。例如，在一些设置中，神经电流调节器监视一个或多个神经中的传入信号。如果传入信号强度过低(例如不满足或者超过预定较低信号阈值)，则可以采取步骤确保电流增加到满足或超过该阈值。更一般地，传入信号会强度过高(例如它可以超过预定较高信号阈值)，在该情况中可以采取步骤确保信号至少部分地被阻止使得不超过阈值。神经电流调节器可以包括这样一种引线即该引线具有至少一个感测电极以用于感测一个或多个神经中的电流，例如具有适配为感测神经的电神经图活动的至少一个感测电极的引线。用于确定电神经图活动的设备是本领域已知的。在一些实例中，引线可以包括多个感测电极以提供关于可以感测哪个电极或哪些电极的选择。如同电刺激引线，用于神经电流调节器的引线可以包括助于保持引线的位置并且降低引线的移动的叉齿，或者引线可以包括在神经周围卷起的袖口以及其他可能性。可以经由S3孔或者另一个合适的路径接近骶骨神经。

在各种实例中，除了至少一个感测电极之外，神经电流调节器设备还包括这样一种引线即该引线具有适配为修改由一个或多个神经发送的神经信号的至少一个信号修改电极。在一些实例中，引线可以包括多个信号修改电极。如上所述，引线可以包括助于保持引线的位置并且降低引线的移动的叉齿，或者引线可以包括在神经周围卷起的袖口以及其他可能性，并且可以经由S3孔或者另一个合适的技术接近骶骨神经。在一些实例中，感测电极和修改电极可以设置在分离的引线上，在其他实例中，感测电极和修改电极可以设置在单个引线上。在其他实例中，感测电极、信号修改电极和刺激电极可以设置在单个引线上。在特定实例中，电极可以提供多个功能(例如感测、修改和刺激功能)。就这点而言，要认识到相同的电极可以用于信号感测、修改和刺激。

在特定实例中，可以经过创建非定向传播的动作电势来修改经过一个或多个神经(例如骶骨神经)传播的电信号。作为背景的方式，在生理条件下，神经动作电势(AP)在轴突的一个末端生成并且朝向其另一个末端前进。轴突的电神经刺激通常产生两个传播AP，一个顺行方向(朝向释放神经传递素的端子末端)和并且一个在逆行方向中传播(朝向人体细胞)。已经开发了用于防止动作电势在这些方向中的一个方向传播同时允许其在另一个方向传播的技术。该非定向传播AP可用于正在被发送到大脑的自然输入传入神经信号的冲突阻止。就这点而言，可以朝向即将到来的自然生成(例如源自膀胱中)的AP发送电发起的AP，以至少部分地中和即将到来的信号并且提供至少部分的阻止。所选择的刺激频率可以取决于例如动作电势生成器到刺激位置的距离、轴突的传导速度和不反映周期。可以使用单极性和多极性(例如双极性、三极性等等)电极设置来创建电发起的动作电势。例如参见凯斯西储大学生物医学工程系的应用神经控制中J.T.Mortimer在主页中的非定向传播；N.Bhadra等人在2005年10月的Neurogastroenterol Motif中的“Selective block ofexternal anal sphincter activation during electrical stimulation of thesacral anterior roots in a canine model”；17(5):721-6；J.D.Sweeney等人在1989年的Neurourology and Urodynamics的第8卷第5期第521-536页中的“Acute animalstudies on electrically induced collision block of pudendal nerve motoractivity”；以及Ira J.Ungar等人在1986年的Annals of Biomedical Engineering的第14卷第5期第437-450中的“Generation of unidirectionally propagating actionpotentials using a monopolar electrode cuff”。

如图4的方框图中所示，神经电流调节设备19可以包括至少一个引线22、处理器56、存储器58、神经电流调节器66(其包括用于神经电流测量和控制的电路，例如通过经由电发起的非定向传播AP至少部分地阻止传入信号来控制)、通信接口62和电源64。存储器58可以例如存储执行指令，包括经由通信接口62从远程设备(例如压力传感器、手持通信设备等等)接收的指令、已更新的控制参数(例如阻止信号频率和幅度)以及由设备应用的控制信号的记录。处理器56控制通信接口62发送和接收信息并且控制神经电流调节器66测量神经电流和传递控制信号(电发起的非定向传播AP)。

在特定实例中，图3和4的设备可以组合成如图5的方框图所示的单个设备，其包括处理器56、存储器58、电刺激器60、引线20、神经电流调节器66、引线22、通信接口62和电源64，上文描述了它们的功能。在特定实例中，可以应用单个引线提供感测、修改和刺激功能。

在一些设置中，在骶骨神经中的神经传入信号错误地升高的情况中，可以部分地阻止该信号以创建低电平信号来模仿通常在膀胱填充期间发送的低电平传入信号。在其他设置中，骶骨神经中错误地升高的神经传入信号可以实质上完全地阻止或被人造信号替代，以模仿通常在膀胱填充期间发送的低电平传入信号。可以通过使用如上文讨论的电刺激器来修改以发送低电平信号来提供该信号。可以通过如上文讨论的非定向传播的动作电势的创建或者通过另一个合适的技术如美国专利号7389145中所述的技术，部分地或者实质上完全阻止神经传入信号，其中美国专利号7389145描述了使用定位在神经附近的植入引线电极来阻止神经脉冲，其中使用导致神经横膈膜变得不能发送动作电势的具体波形。

通过有能力监视和修改与经过神经如骶骨神经传播的电信号相关联的电流，神经电流调节器设备可以确保合适的传入信号中继到大脑(例如通过保持神经电流低)，从而避免会导致突然的排尿冲动的传入信号的强度的过早增加。

外部手持控制单元可以是小型电池供电的通常可再充电的便携式设备，其日常伴随患者。外部手持控制单元可以具有显示器例如液晶(LDC)或发光二极管(LED)屏幕和简单的用户接口如按钮、键盘或者触摸屏(例如电阻性或电容性触摸屏)。在各种实例中，可编程外部手持控制单元可用于监视和/或激活压力传感器、神经电流调节器和/或电刺激器中的任意一个。其可以从传感器、调节器和刺激器中的任意一个接收信号并且可以配置为向用户显示电流设置和压力读数。用户可能能够调整特定参数如刺激的强度或传入信号抑制的电平。外部手持控制单元还可以接收来自压力传感器的膀胱压力信息和/或来自调节器的神经电流信息，以及发送命令信号到调节器以调整神经电流调节参数和/或以调整刺激参数。用户还可能能够无论是被提示还是未被提示都输入清空膀胱的希望或许可。可以例如结合如下文结合图2所讨论的例程来提示用户。用户可以经由由外部手持控制单元提供的用户接口，开始清空事件即自愿清空膀胱。在一些实例中，可以通过在整个清空事件期间(例如经由按钮或触摸屏)提供输入，通过开始清空时第一次提供输入并且当清空完成时第二次提供输入，或者提供进行预定时间长度的清空，确定清空事件的时间长度。

将结合图2讨论根据本公开的特定实例的过程。在开始该过程102之后，例如通过手持控制单元获得膀胱压力信号104。控制单元然后例如通过将接收到的压力信号与预定阈值108(从一个患者到另一个或者，其可以改变)比较来确定膀胱是否满到足以开始清空事件。如果膀胱不是满到足以开始清空事件(例如因为接收到的压力信号小于阈值108)，则采取步骤确保低电平传入信号发送到大脑106(例如通过本文所述的神经电流调节器)。在预定时间间隔之后，通过控制器再次获得膀胱压力信号，在此时再次确定膀胱是否满到足以开始清空事件。在足够的尿液流入膀胱之后，可以确定膀胱满到足以开始清空事件(例如因为从压力传感器接收到的信号超过阈值)，在此时可以提示患者是否希望清空110。如果患者没有响应或者指示不是好的清空时间，则继续向大脑发送低电平传入信号106并且继续监视压力。可以周期性地提醒患者膀胱满到足以被清空并且询问患者是否希望清空。在患者指示希望清空之后，可以采取步骤确保高电平传入信号被发送到大脑112(例如通过去除应用于神经传入信号的阻止和/或通过电刺激)，允许患者清空。然后询问患者是否完成清空114。如果提供了否定响应或者没有响应，则高电平传入信号继续被发送到大脑。在患者指示清空完成(或者可替换地用于情况的预定的时间量消逝)之后，可以再次采取步骤确保低电平传入信号再次被发送到大脑106并且重复过程。

虽然本文具体示出了并且描述了各种实例，但是在不脱落本公开的精神和意图的范围的前提下，本公开的各种修改和变形包含在以上教导中并且在所附权利要求的范围内。例如，在一些设置中，电刺激器和压力传感器可以设置在与神经电流调节器无线通信的附接到膀胱的单个设备中。在这些配置的一些中，刺激器可以直接刺激膀胱而不是例如骶骨神经。在一些配置中，神经电流调节器可以监视并且控制下腹部神经而不是骶骨神经中的信号。在一些配置中本公开的系统和方法可以修改以确保蓄尿。在一些配置中，可以监视和控制与外部括约肌相关的神经信号，在该情况中，发送到大脑的传入信号可以在膀胱填充时保持为高并且在排尿期间为低。

虽然本文参考具体应用的说明性实例描述了本公开的原理，但是应该理解本公开不限于此。具有本领域普通知识并且可接近本文提供的教导的人员将认识到的附加的修改、应用、实例和等效替换物都落入本文所述的实例的范围中。因此，本公开不应视为受前文的描述的限制。

Claims (15)

1.一种系统，包括：

膀胱压力传感器，其被配置为测量以及发送膀胱压力信息；以及

神经电流调节器，其被配置为基于包括从所述膀胱压力传感器接收到的膀胱压力信息的信息来感测以及至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述膀胱压力传感器被配置为附接到膀胱的内表面。

3.根据权利要求1-2中任意一个所述的系统，其中，所述神经电流调节器包括被配置为感测以及修改由所述一个或多个神经发送的神经信号的至少一个电极的引线。

4.根据权利要求1-3中任意一个所述的系统，其中，所述神经电流调节器被配置为通过在所述一个或多个神经中生成非定向传播的动作电势来至少部分地阻止由所述一个或多个神经发送的电信号。

5.根据权利要求1-4中任意一个所述的系统，进一步包括电刺激器，其被配置为引入刺激电信号到一个或多个神经中。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述神经电流调节器和所述电刺激器被设置在单个植入式设备中。

7.根据权利要求5所述的系统，包括用于所述神经电流调节器和所述电刺激器的分离的引线。

8.根据权利要求5所述的系统，包括用于所述神经电流调节器和所述电刺激器的共用的引线。

9.根据权利要求1-8中任意一个所述的系统，进一步包括控制单元，其被配置为接收包括患者输入和来自所述膀胱压力传感器的膀胱压力信息的控制输入，以及被配置为基于所述控制输入提供包括到所述神经电流调节器的输出的控制输出。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制单元是手持控制单元，以及其中，所述控制输出包括到控制单元显示器的输出。

11.根据权利要求9-10中任意一个所述的系统，其中，所述控制输入包括从所述神经电流调节器可接收的神经信号信息。

12.根据权利要求9-11中任意一个所述的系统，其中，所述控制单元被配置为向患者提示包括对于开始膀胱清空事件的许可的患者输入。

13.根据权利要求9-12中任意一个所述的系统，其中，到所述神经电流调节器的输出包括用于至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号的指示，或者用于免除至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号的指示。

14.根据权利要求9-13中任意一个所述的系统，其中，所述系统包括电刺激器，其被配置为引入刺激电信号到一个或多个神经中，以及其中，所述控制输出进一步包括到所述电刺激器的输出。

15.一种神经电流调节器，其被配置为基于膀胱压力信息来感测以及至少部分地阻止由一个或多个神经发送的电信号，其中所述神经电流调节器被配置为通过在所述一个或多个神经中形成非定向传播的动作电势来至少部分地阻止由所述一个或多个神经发送的电信号。