CN107206229A - 深层神经刺激仪 - Google Patents

Abstract

一种用于向患者提供深层神经刺激的设备，包括用于支撑深层神经刺激线圈的壳体。壳体包括具有外表面的壁，外表面用于向患者呈现，以施行刺激。主线圈支撑在壳体的主腔室中，邻近壁与外表面相对的内表面。肋设置在主线圈与内表面之间、并且主线圈被搁置于其上。肋限定通道，通过所述通道可以引导冷却剂，以在使用时冷却主线圈的底表面，主线圈的底表面最接近患者侧的壁。主线圈适合于在通电时产生能够击中目标区域的宽而深的穿透电场。副线圈被配置和布置为在通电时聚焦并将主线圈产生的场整形，因此我们能够将目标深层神经的场强最大化，同时将偏离目标的敏感区域附近的场最小化。

Description

深层神经刺激仪

相关申请

本申请要求2014年10月3日提交的美国临时申请No.62/059,336的优先权，其主题的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及深层神经刺激。更具体而言，本公开旨在一种具有线圈设计和先进冷却部件的深层神经刺激仪，所述线圈设计是为了产生用于深层神经刺激的不对称场。

背景技术

磁线圈用于施行非侵入性电磁深层神经刺激疗法。利用导电材料(例如铜线、铜管或绞合线)构成的电磁线圈来施行刺激疗法。通常，这些线圈的电感可以在几个μΗ至20μΗ的范围内，并且可以冷却以避免过热，也可以不冷却。线圈用时变电流脉冲来激励，采用单脉冲、脉冲串或其他周期性波形的形式，目的是产生穿透生物组织的对应的时变磁场。磁场在组织中感应出电场，电场通过不同组织和解剖学结构的电导率来整形，并到达深埋在这些结构中的神经。

作用于深层神经的神经元的感应电场可以导致神经元膜电位的去极化。如果这个去极化达到阈值水平，神经元就会发出动作电位或脉冲。电场是否刺激神经到足以触发动作电位的程度取决于各种参数，例如在目标神经上电场的强度、梯度、持续时间和方向以及神经本身的解剖结构。虽然神经的解剖结构是固定的，不能控制，但是可以操纵作用在神经上的电场。

一般性术语“场”可以表示磁场和电场的其中一个，或者都表示，视情况而定。一般而言，在神经刺激方面，产生刺激的场是作用于神经结构的电场。传统上，为了将电场集中于特定目标(例如在经颅磁刺激(TMS)领域)，使用通常称为八字形线圈或蝶形线圈的双线圈，其中最大电场沿着从两个等直径线圈的交点开始的垂直轴线下降。

为了刺激更深层目标，一个简单的解决方案是增加两个线圈的直径。但是，增加线圈的直径具有减少线圈集中性的影响。虽然进行了许多了尝试来克服这种深度-集中性的权衡，但是本领域的共识是，对于传统的线圈设计而言，获得刺激更深层目标的能力以减少线圈的集中性为代价。因此，对于大脑刺激的目的而言，认为大于4cm的目标深度是不安全的。

头部深层神经结构的非侵入性磁刺激在神经科学中受到极大关注。但是，刺激大脑深层结构的尝试这样做的目的是产生窄的针状场分布，从而在刺激目标神经结构或区域(命中目标)时避开偏离目标神经结构或区域(偏离目标)。

此外，产生这些电场可能产生大量热量，由于刺激仪必须放置为非常靠近患者的实际情况，这样产生了对于有效冷却的需要。深层神经刺激仪可以是高压设备(例如2000伏特)，并且可以在更长的持续时间里产生大电场。例如，可以要求深层神经刺激仪传送300毫秒、2特斯拉脉冲5分钟。少了有效的冷却，传送这种刺激水平的线圈可以在10秒内达到42摄氏度的皮肤灼伤温度，并且在25秒钟内由于过热而失效。

发明内容

本发明涉及深层神经刺激，其中将电磁线圈设计为在可激励组织中产生感应电流的磁场。根据一个方案，使用不对称磁场来刺激深层神经目标，而不刺激接近目标、偏离目标的神经以及其他神经学或解剖学结构。在一个实施方式中，位于颅骨内部但在大脑外部的神经可以是命中目标的，并且因此，整个大脑可以视为偏离目标的。可将不对称场定位和定向为刺激包括神经在内的目标区域，同时将分布在目标区域周围的偏离目标区域的暴露最小化。例如，可将不对称场定位和定向为刺激面神经而不刺激大脑的颞叶。

为了实现这个目的，本发明的刺激线圈包括多个子线圈(即两个以上)，它们按照预定方式配置和布置为在线圈被激励时产生不对称磁场。可以向患者施行不对称场，从而在患者的易兴奋目标生理结构中感应出不对称电场。这个不对称场将命中目标区域的刺激最大化并将偏离目标区域的刺激最小化。因为偏离目标区域可以不对称地分布在目标周围，例如分布于目标的一侧，所以为了有效地刺激目标，同时将偏离目标区域的暴露最小化，高度集中的场不一定是绝对要求。因此，可将子线圈整形、定尺寸、定位和定向，以修改在解剖学结构中感应的电场的形状和形式，使得它可以在这些结构的偏离目标区域“迂回工作”，同时对命中目标区域施行刺激疗法。

根据一个方案，可将多个子线圈串联连接并通过以固定功率运行的相同刺激发生器来驱动。各个线圈产生的电磁场一致地作用并相互影响。因此在这种配置中，每个子线圈都有助于命中目标场的尺寸、形状、位置、方位和量级。例如，可将子线圈配置和布置为产生在一侧宽的不对称场，允许深入穿透到命中目标的结构，并且在其他侧变窄或者以其他方式整形，以限制偏离目标结构的场强。

例如在一个实施方式中，子线圈可以是圆形线圈，每个线圈具有不同的半径。可将线圈定位在相互靠近或者部分地重叠。通过提供不同半径的线圈并调节它们的相对位置，可以改变所得场的形状。在这个示例中，两个圆形线圈配置、所得场的形状例如可具有扭曲的八字形形状或者扭曲的圆形形状。在此配置中，可以期望限制线圈的半径之间的差异，从而保持相对集中的电场。

除了线圈半径的相对尺寸之外，还可以改变线圈之间的分离程度或重叠程度。例如在另一个实施方案中，可通过调节线圈之间的分离程度或重叠程度来调整感应电场的形状，以适合应用。在另一个更复杂的实施方式中，除了分离和重叠之外，可将线圈的相对定向从位于共面或位于平行平面调节为位于相对彼此扭曲的平面。此外，可以调节在每个线圈中调整的次数。

必要的整形程度至少在某种程度上可通过具体程序和程序期间遇到的特殊的生理结构来确定。例如，当在膝状神经节刺激面神经时，重要的是将对大脑的颞叶附近的刺激最小化。因此，对于这种应用，必须将线圈配置调整为将电场整形，使得场的较宽部分可以穿透到膝状神经节，同时场的整形部分或变窄部分避开、包裹、或弯曲环绕颞叶。

在场整形度与整形场不同部分的相对强度之间可以进行权衡。随着场不断整形或变形，场的整形部分的相对强度可以减弱。因此，例如线圈之间大的重叠可以提供大幅度整形，但是以命中目标场强为代价，而线圈之间小的重叠或间隔可以提供小幅度整形，但是命中目标场的强度增加。因此，有利的是选择在这些极端之间给予妥协的线圈配置，从而将场的形状和强度与正在进行的程序最好地匹配。

根据一个方案，本发明涉及一种用于向患者提供深层神经刺激的设备，包括用于支撑深层神经刺激线圈的壳体。壳体包括具有外表面的壁，用于向患者呈现，以施行刺激。主线圈支撑在壳体的主腔室中，邻近壁与外表面相对的内表面。肋设置在主线圈与内表面之间、并且主线圈搁置于其上。肋限定通道，通过所述通道可以引导冷却剂，以在使用时冷却主线圈的底表面。主线圈的底表面最接近壁的内侧或患者侧。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，壳体可包括轮毂，主线圈围绕轮毂缠绕。轮毂限定中心导管，冷却剂流动通过中心导管并分配到通道以冷却主线圈。

根据另一个方案，单独地或与任何其他方面组合，轮毂具有定位在肋上的终端，从而在肋之间的位置将终端从壁的内表面分隔出来。终端和肋限定孔，通过孔将冷却剂从导管引导到通道中。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，肋可以从轮毂径向延伸，从而使通道具有径向配置。冷却剂可以从轮毂径向向外地在主线圈上流动。

根据另一个方案，单独或与任何其它方案组合，壳体可包括具有弯曲轮廓的外壁，外壁在主线圈的相对表面上引导流动的冷却剂。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，该设备可包括与壳体连接以帮助将主线圈在壳体内的线圈夹。线圈夹可以从轮毂径向延伸到外壁并在其间限定通道，从外壁引导到通道中的冷却剂径向地在主线圈的顶表面上流动。

根据另一个方案，单独或与任何其它方案组合，壳体可包括流体收集室，用于冷却剂在主线圈上流过之后收集冷却剂。此外壳体可包括气泡阱，用于收集在使用时可能在冷却剂中形成的气泡。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，该设备可包括用于将主线圈产生的磁场整形的副线圈。副线圈可以设置在壳体的副腔室中，并至少部分地覆盖主线圈的顶表面。

根据另一个方案，本发明涉及一种用于向患者的目标区域提供深层神经刺激的设备。该设备包括壳体和支撑在壳体中的主线圈。主线圈适合于在通电时产生能够击中目标区域的宽而深的穿透电场。该设备还包括支撑在壳体中的副线圈，副线圈被配置和布置为在通电时将主线圈产生的场整形。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，副线圈可以被配置和布置为在偏离目标区域的方向上将主线圈产生的场整形。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，副线圈可以被配置和布置为使得副线圈的部分与主线圈的部分重叠。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，主线圈与副线圈之间的重叠是可调节的，从而修整副线圈具有的由主线圈产生的场的整形效果。

根据另一个方案，单独地或与任何其他方面组合，主线圈和副线圈可以串联缠绕。

根据另一个方案，单独或与任何其它方案组合，主线圈和副线圈以相反的方向缠绕。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，该设备可包括用于将由主线圈产生的场整形的多个副线圈。副线圈可以按照被选择为将由主线圈产生的场整形的方式相对于彼此并相对于主线圈布置。

根据另一个方案，本发明涉及一种用于向患者的目标区域提供深层神经刺激的方法。该方法包括利用主线圈，在通电时产生能够击中目标区域的宽而深的穿透磁场。该方法还包括相对于主线圈将副线圈定位，从而在通电时将由主线圈产生的磁场整形。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，该方法可包括将副线圈定位，从而在偏离目标区域的方向上将由主线圈产生的场整形。

根据另一个方案，单独地或与任何其他方面组合，该方法可包括将副线圈定位，以与部分主线圈重叠。

根据另一个方案，单独地或与任何其他方面组合，该方法可包括调节主线圈与副线圈之间的重叠，从而调整副线圈对于主线圈产生的场的整形效果。

根据另一个方案，单独地或与任何其它方案组合，该方法可包括相对于主线圈将多个副线圈定位，从而将由主线圈产生的场整形。

附图说明

附图中通过示例而非限制的方式示出本发明，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1是根据本发明用来产生用于深层神经刺激的不对称场的系统的示意图。

图2是示出构成图2的系统的一部分的设备的立体前视图。

图3是示出构成图2的系统的一部分的设备的立体后视图。

图4是图2的设备的前视平面图。

图5是图2的设备的一部分的立体前视图。

图6是一般性沿着图4中的线6-6的剖视图。

图7是一般性沿着图4中的线7-7的剖视图。

图8是图2的设备的分解图。

图9是图2处于部分组装状态的设备的一部分的前视图。

图10A-10E是示出图2的设备的一部分的操作的示意图。

图11示意性示出根据一个示例性配置，图2的设备的一部分的操作。

图12示出根据图11配置的设备的有效性。

图13示意性示出用于比较的目的的传统设备的一部分的操作。

图14示出图13的比较性示例的有效性。

图15示意性示出根据三个其他示例性配置，图2的设备的一部分的操作，且示出这些配置的有效性。

图16示意性示出根据三个其他示例性配置，图2的设备的一部分的操作，且示出这些配置的有效性。

具体实施方式

参照图1，为了产生用于患者刺激的不对称场的系统10包括刺激仪100，用来刺激患者的一个或多个生理结构，将刺激仪100定位在邻近或接近患者12。在图1所示的实施例的布置中，为了刺激患者的神经学结构，可将刺激仪100定位在疗法应用表面102邻近患者的头部14。在这种布置中，刺激仪100可以充当深层神经刺激仪、深层大脑刺激仪、或者深层神经刺激仪和深层大脑刺激仪的组合。但是，为了对其他生理结构施行刺激疗法，可将刺激仪100定位在邻近或接近患者12的任何其他部分。

刺激仪100包括隐藏在它壳体内的至少两个线圈，线圈可通过电流被激励，以产生作用于患者12的目标生理结构的电磁场，从而在这些结构中感应出刺激结构的电场。虽然图1中未示出，但是线圈与所示刺激仪100的圆形叶片重合。因此，在附图所示的示例性实施例中，刺激仪100包括两个线圈。

参照图1，系统10包括线圈激励系统20(例如电信号发生器)，它通过电缆或电线22可操作地连接到刺激仪100。电缆/电线22进入刺激仪100并以电方式连接到其中容纳的线圈。激励系统20可操作地连接到控制台24(例如计算机)，它可操作为控制、编程或通过其他方式使得激励系统向刺激仪100提供刺激信号，从而按照期望的方式激励刺激仪线圈。例如，可以采用单脉冲、脉冲串或其他周期性波形的形式，驱动时变电流脉冲通过线圈。控制台24可用于调整激励信号的特性，例如脉冲的持续时间和脉搏波形的频率、波长、幅度和形状，从而向患者提供期望的刺激疗法。

如图1所示的系统10的图示并不是为了限制控制台24和线圈激励系统20。系统10的这些组件可具有适合于将所需激励信号施行到刺激仪线圈的任何期望配置。例如，控制台24可以是通过连接26(可以是有线的，也可以是无线的)连接到激励系统20的单独组件，如图1所示。但是，可将系统10配置为使得控制台24和激励系统20组合成单个单元。

此外，系统10包括冷却剂系统30，冷却剂系统30可操作为向刺激仪100提供冷却流体或冷却剂。冷却剂系统30通过软管32可操作地连接到刺激仪100，软管32将冷却剂传送到刺激仪并将冷却剂从刺激仪返回。冷却剂系统的配置并不重要，只要它能够以期望的温度和流速将冷却剂循环通过刺激仪100。因此，冷却剂系统30可具有用于实现这个目的的任何期望配置。例如，冷却剂系统30可以是开放系统，其中将预先冷却的冷却剂从供应储存器传送到刺激仪100，并将用过的/加热的冷却剂从刺激仪返回到回流储存器。或者，冷却剂系统30可包括冷却剂由其传送并由其返回的单个储存器，连同热交换器一起(例如制冷单元)，热交换器连续地冷却储存器中的冷却剂。

系统10可以使用多种冷却剂。例如，系统10可以使用硅油冷却剂，硅油冷却剂可以提供很多好处。硅油可以呈现出每单位质量相对较高程度的热导率。此外，硅油可具有介电性质，允许它充当防止从线圈到线圈、从线圈到周围结构以及从线圈到患者的电弧的绝缘体。但是可以使用替代冷却剂。

系统10可进一步包括用于支撑刺激仪100的安装系统40。安装系统40例如可包括支撑支架44的底座或框架42，刺激仪100可通过紧固装置46(例如螺纹紧固件)连接到支架44。为了帮助实现这种连接，可将刺激仪100配置为包括用于容纳紧固装置46(例如螺纹紧固件)的部分。如图1所示，安装系统40可用于将刺激仪的平坦底表面定位在邻近患者12。如下详细所述，该平坦底表面是薄壁，并被配置为将线圈定位在尽可能接近患者的目标区域。

在图2-10中更详细地示出刺激仪100。一般性地参照图2-10，刺激仪100包括以下组件：包括基座112和外盖114的壳体110、以及分接盒120。参照图8，刺激仪100还包括主线圈夹130、副线圈夹132、以及线圈140。线圈140包括单一长度的导体材料，其缠绕形成主线圈142和副线圈144。

线圈140可以由各种导电材料形成，例如铜线、铜管或绞合线。线圈的电感可达20uH以上，在一些使用过程中会产生大量热量。根据本发明的一个方案，刺激仪壳体110可适合于提供由于消散线圈140产生的一部分热量的冷却部件。

使用适合于提供本文所述功能和性能特征的各种材料和制造工艺来构造形成刺激仪100的组件。刺激仪组件例如可具有基于塑料或聚合物的构造，并且可包括增强材料(例如玻璃纤维)，以增加强度。组件可具有单件构造或多件构造，并且可利用多种工艺的一种或多种来制造，例如模压、冲压/压制或挤压。在一个具体构造中，刺激仪100的组件可具有利用3D打印技术制造的塑料/聚合物构造。这种构造可能是有利的，因为3D打印组件可具有单件构造，并且可包括使用上述更常规的塑料制造方法的某些方法(例如模压)在单件构造中不能形成的凹部和/或空隙。

刺激仪壳体基座112具有叶形配置，包括大的、一般为圆柱形的主腔室150以及较小的、一般为圆柱形的副腔室200，主腔室150用于容纳主线圈142，副腔室200用于容纳副线圈144。在主腔室150中，多个肋162从基座112的底壁160突出并从主腔室的中心轴线164沿径向延伸。肋162终止于壳体基座112限定主腔室150的部分的外壁或附近。主外壁从底壁160延伸并限定主腔室150的外周和边界。

主轮毂170定位在主腔室150中并以轴线164为中心。主轮毂170包括圆柱形壁，圆柱形壁具有终端172(见图6)，终端172从底壁160分隔出来，且通过其连接到肋162而连接到底壁。因此在某种意义上，主毂172“倚靠”在轮毂上，即使在单件构造(例如3D打印构造)中，主轮毂和肋162形成为单个连续材料件。

主轮毂170的圆柱形壁限定沿轴线164延伸穿过轮毂的导管174。肋162限定在肋之间沿径向延伸离开主轮毂170的冷却通道166。孔176提供导管174与通道166之间的流体连通。孔176通常是窄的和矩形的，由底壁160与主毂170的终端172之间的空间限定。通过肋162，孔176被约束于相对两端。通过这种配置，存在这样的流体路径，它经由导管174通过轮毂170朝向底壁160，通过孔176，并经由通道166沿底壁延伸。

如图6最佳所示，在主腔室150的区域中，外壁一般具有厚壁式构造。这允许具有弯曲横截面的外围通道182凹入到外壁中。周边通道182的弯曲被配置为与底壁160融合。通过这种方式，沿着底壁160形成的冷却通道166与外壁180的外围通道182融合。

参照图5，主轮毂170包括多个线圈保持突起190，线圈保持突起190在肋162上方以预定距离在轮毂周围沿周向分隔的位置从轮毂的圆柱形外表面沿径向向外突出。此外，线圈保持突起192在肋162上方以相同的预定距离在沿着通道沿周向分隔的位置从外壁180沿径向向内突出。

在副腔室200中，多个肋202从基座112的底壁160突出且从副腔室的中心轴线204沿径向延伸离开。肋202终止于壳体基座112限定副腔室200的部分的侧壁208或附近。副侧壁208从底壁160延伸并限定副腔室200的外周和边界。

副轮毂210定位在副腔室200中并以轴线204为中心。副轮毂210包括圆柱形壁，圆柱形壁具有终端212(见图7)，终端212从底壁160分离出来且通过其连接到肋202而连接到底壁。因此在某种意义上，副轮毂210“倚靠”在轮毂上，即使在单件构造(例如3D打印构造)中，副轮毂和肋202形成为单个连续材料件。

副轮毂210的圆柱形壁限定沿轴线204延伸的导管214。肋202限定在肋之间沿径向延伸离开副轮毂210的冷却通道206。孔216提供导管214与通道206之间的流体连通。孔216通常是窄的和矩形的，由底壁160与副轮毂210的终端212之间的空间限定。通过肋202，孔216被约束于相对的横向端。通过这种配置，存在这样的流体路径，它经由导管214通过轮毂210朝向底壁160，通过孔216，并经由通道206沿底壁延伸。

如图7最佳所示，在副腔室200的区域中，外壁180一般具有厚壁式构造。这允许具有弯曲横截面的外围通道222凹入外壁180。外围通道222的弯曲被配置为与底壁160融合。通过这种方式，沿着底壁160形成的冷却通道206与外壁180的外围通道222融合。

副轮毂210包括多个线圈保持突起230，线圈保持突起230在肋202上方以预定距离在轮毂周围沿周向分隔的位置从轮毂的圆柱形外表面沿径向向外突出。此外，线圈保持突起232在肋202上方以相同的预定距离在沿着通道沿周向分隔的位置从外壁220沿径向向内突出到外围通道222中。

特别参照图8，外盖114与基座112配合，在其外围形成壳体110的液密密封。基座112与外盖114之间的连接可以是机械的，例如通过紧固件、粘合剂，例如通过胶水或环氧树脂，或者这些连接方法的组合。也可应用密封剂(例如硅树脂)来增加壳体110的流体密封特性。为了帮助实现这个目的，外盖114可包括突出部250，突出部250围绕外围延伸并且被配置为容纳在基座112的外围槽或沟槽252中并与其配合。外盖114具有通常与底座匹配的叶形构造，并包括用于遮盖主腔室150的主外盖部分254以及用于遮盖副腔室200的副外盖部分256。外盖114具有圆顶式配置。

外盖114包括在主外盖部分254上居中心放置的主端口260。主端口260是圆柱形的，并且被配置为当外盖114连接到基座112时与主轮毂170配合。主端口可包括用于容纳O形环的环形沟槽262，以帮助这种连接。主端口260与主轮毂170之间的连接建立了流体连通，由此可通过主端口将冷却流体传送到导管174。

此外，外盖114包括在副外盖部分256上居中心放置的副端口270。副端口270是圆柱形的，并且被配置为当外盖114连接到基座112时与副轮毂210配合。副端口可包括用于容纳O形环的环形沟槽272，以帮助这种连接。副端口270与副轮毂210之间的连接建立了流体连通，由此可通过主端口将冷却流体传送到导管214。

外盖114具有主端口260和副端口270由其延伸的凹入或圆顶式内表面280。当刺激仪处于组装状态时，内表面与线圈分离，产生腔室282(参见图6-7)，用于在冷却流体绕线圈循环之后收集冷却流体。连接到这个流体收集室282的是主气体收集室284，以收集用于冷却主线圈142的冷却流体中的任何气泡，以及主气体收集室286，以收集用于冷却副线圈144的冷却流体中的任何气泡。这有助于防止在线圈142、144的区域中形成气泡，气泡会导致增强加热的区域。

分接盒120帮助实现刺激仪100的电气连接和冷却流体连接两者。分接盒120包括形成为壳体基座112一部分的基座部分122，形成为外盖一部分的外盖部分124、以及单独外盖126。基座部分122容纳线圈电线的端部或引线22并将其引导到分接盒120中，且基座部分122包括部分288，其充当导管，用于将这些电线引导到刺激仪壳体110之外。在这些部分288中，可将密封剂(例如硅树脂、灌封材料或树脂)用于防止冷却流体经由电缆通道溢出。外盖部分124包括孔290，线圈引线22可以延伸通过孔290，进入并穿过外盖126，从而离开刺激仪100。

分接盒120的外盖部分124处理冷却流体的流入和流出，并包括流体入口292和流体出口294，它们的每一个都适合于具有流体连接特征，以帮助实现它们与流体传送装置(例如软管或软管接头)的连接。参照图4，外盖114包括主通道264和副通道274，主通道264用于将冷却流体从分接盒120传送到主端口260，副通道274用于将冷却流体从分接盒传送到副端口270。主通道264和副通道274都连接为与冷却流体入口292流体连通。流体出口294连接为与气体收集室284、286流体连通，气体收集室284、286具有暴露于外盖114内表面280的开口，从而在刺激仪100处于组装状态时，提供气体收集室与流体收集室282之间的流体连通。

为了组装刺激仪100，将线圈电线缠绕在主轮毂170周围以形成主线圈142，并缠绕在副轮毂210周围以形成副线圈。电线引线22被馈入分接盒的基座部分122并密封。接着，将主线圈夹130安装在它们各自的线圈保持突起190、192上，并将副线圈夹132安装在它们各自的线圈保持突起230、223上。线圈夹130、132限定沿径向延伸的主流体通道和副流体通道296、298沿着与通道166、206相对一侧的线圈。将外盖114与基座112组装在一起，并且与线圈激励电线以及冷却系统管/软管进行连接。

在操作中，刺激仪100的通道化冷却配置在线圈142、144上循环冷却流体，不仅帮助防止整个刺激仪的过热，而且帮助防止在任何局部区域中的过热。图10A示意性示出刺激仪100中的一般流动方向。

在主侧，经由主端口260传送冷却流体。流体通过主端口260并进入由主轮毂170限定的流体导管174。邻近底壁160，流体通过孔176并进入通道196。流体被引导为在通道196中从主轮毂170沿径向向外流动，并因此从主线圈142下侧开始沿着主线圈142流动并将其冷却。流体被外周通道182的弯曲侧壁重新引导，沿径向向内流动，被引导通过主线圈夹130限定的通道296，并因此从主线圈142上侧开始沿着主线圈142流动并将其冷却。流体被向上引导到外盖114限定的流体收集室282中。流体通过流体收集室282，进入分接盒120，并经由流体出口294离开。在使用时，在主线圈侧流体收集室282中存在的任何气泡都将收集在主气体收集室284中，如图1所示，因为它被定向为垂直向上。

在副侧，经由副端口270传送冷却流体。流体通过副端口270并进入由副轮毂210限定的流体导管214。邻近底壁160，流体通过孔216并进入通道206。流体被引导为在通道206中从副轮毂210沿径向向外流动，并因此从副线圈144下侧开始沿着副线圈144流动并将其冷却。流体被外周通道182的弯曲侧壁重新引导，沿径向向内流动，被引导通过副线圈夹132限定的通道298，并因此从副线圈144上侧开始沿着副线圈144流动并将其冷却。流体被向上引导到外盖114限定的流体收集室282中。流体通过流体收集室282，进入分接盒120，并经由流体出口294离开。在使用时，在副线圈侧流体收集室282中存在的任何气泡都将收集在副气体收集室286中，如图1所示，因为它被定向为垂直向上。

根据上述，参照图10B，由于通道166的径向配置，冷却剂流动(仅在主侧示出)一般在本质上是径向的。在线圈的底表面(最接近患者)上，从轮毂170沿径向引导冷却剂向外朝向腔室150的外周，其中在顶部重新引导冷却剂并如上所述地循环。本领域技术人员应当理解，可简单地通过调节肋162的配置并因此调节通道166的配置，来改变流动路径。

例如，如图10C所示，可通过从轮毂170延伸到外壁180的壁452将腔室150划分为分隔的两半或半球450。在每个两半450中，弯曲肋454限定可由其引导冷却剂的蛇形通道456。

作为另一个示例，如图10D所示，可通过从轮毂170延伸到外壁180的壁462将腔室150划分为分隔的象限460。在每个象限460中，弯曲肋464限定可由其引导冷却剂的蛇形通道466。

作为另一个示例，如图10E所示，可通过从轮毂170延伸到外壁180的壁472将腔室150划分为分隔的径向片段470。在每个径向片段470中，肋474限定可由其引导冷却剂的蛇形通道466。

通过如上所述的循环，通道化冷却有助于在使用时将刺激仪的温度保持在期望限度内。有利地，轮毂170、210和它们各自的孔176、216以及径向延伸腔室196、206的配置，实际上在线圈表面上有效地分配冷却流体，这允许将主线圈142定位在非常接近底壁160。这允许将线圈定位在尽可能接近患者，使得磁场的较强部分(即更接近线圈的部分)能够到达患者体内的目标。

在图1-10所示的实施例中，刺激仪100是双线圈配置，包括大的主线圈142和较小的副线圈144。副线圈144与主线圈142部分重叠，并且在相对于刺激仪100的疗法施行表面102观察时定位于主线圈后面。应当理解，刺激仪壳体110的组件，特别是基座112和外盖114的配置被配置为与图1-10所示的特定线圈配置合作。当线圈配置改变时，刺激仪壳体100的配置也改变。但是，本领域技术人员应当理解，由所示刺激仪配置显示的通道化冷却功能以及为了实现该功能在刺激仪设计中实现的结构和特征，可以在设计为容纳本文所述任何线圈配置的刺激仪壳体配置中实现。

根据本发明，为了产生具有期望形状的场而缠绕和定位线圈142、144，场在设计上通常是不对称的，有助于向目标神经结构或区域(命中目标)施行深层神经刺激疗法，同时避开偏离目标的神经结构或区域(偏离目标)。可以调节主线圈和副线圈的以下配置特性来实现这个目的：线圈的尺寸、线圈中的绕组数量、线圈的绕组方向、线圈的相对位置、以及主线圈和副线圈的数量。在本文所示的实施例中，线圈是串联缠绕的线圈，即所有线圈都从单一长度的电线缠绕。通过这种方式，主线圈和副线圈都有助于命中目标场。通过调节这些特性，将线圈产生的场整形为期望的不对称形状。

通过“被整形”或“整形”，意味着副线圈被配置为在线圈140作为整体产生的场的大小、方向和范围中的至少一个中产生不对称。通过这种理解，本文在某些方面将这种整形描述为关于副线圈144的存在怎样影响主线圈142本身产生的场的形状。因此，在某些方面根据主线圈的场的大小、方向和范围的一个或多个的缩短、减少、限制、中和、阻止、消减、否定、消除、抵消、减轻或者其他方式的改变来描述副线圈144具有的由主线圈142产生的场的整形效果。

可以使用刺激仪100的一个特定疗法是刺激面神经系统。本文使用的术语“面神经系统”包括但不限于面神经、面神经向内耳道/内耳道的进入区域、膝状神经节、鼓室从、对鼓膜组织(多个)、Wrisberg的中间神经、翼腭/蝶腭神经和神经节、岩神经、肾小球神经、腭神经、视神经、任何上述结构的感觉和运动纤维、通过上述结构的通道纤维、上述结构的连通分支和连接、以及上述结构与眼、三叉神经、咽舌、颈或迷走神经之间的连通分支和连接。面神经系统的这些组件在耳朵附近，靠近或接近耳朵。

在刺激面神经系统时，已经显示出通过更长持续时间的施行刺激更好地实现潜在或持久的效果。因此，长时间(例如长达五分钟或更久)施行某些刺激疗法是期望的。但是，本发明解决的问题是经常有不期望这种延长暴露的相邻偏离目标结构。例如，在上述某些面神经系统的例子中，延长暴露于刺激场的相邻偏离目标结构一般包括大脑，更具体而言，包括颞叶。

当然，偏离目标结构的身份和位置根据特定目标而改变。而目标和偏离目标结构的相对位置实际上经常是不对称的。通过调节上面识别的线圈特性，可以实现不对称场。通过将这种不对称整形的场与经由相对于患者放置刺激仪100来选择其位置和方位的能力相结合，经过整形的场可以刺激目标，同时避开偏离目标。

图11-16示出各种线圈配置的电场，它们分别可以按照上面关于图1-10的示例性实施例描述的方式构造。为了阐明这些附图，仅示出场的最强部分。本领域技术人员应当理解，场的梯度将基于以下因素减小，例如与线圈的距离以及场作用的介质。在理想情况下，场的最强部分，即所示部分将完全命中目标，并完全错过偏离目标结构。但是实际上，可以发生某些偏离目标刺激，此外，可通过小于最佳强度的场施行某些刺激疗法。本发明的目的是调整感应电场，将命中目标覆盖范围最大化，同时将任何偏离目标效果最小化。

图11示出在使用如图1所示定位的刺激仪100时，线圈140相对于患者12，特别是患者头部14的位置和方位。在串联连接时，主线圈142中的电流沿图11所示的顺时针方向流动，因此该线圈产生的电场被引导或“推入”患者头部14。副线圈144中的电流沿逆时针方向流动，因此该线圈产生的电场被引导或“推离”患者头部14。线圈配置以及相对于患者12的定位产生图12所示的电场。

参照图12所示，图11的线圈布置产生的电场300是包括上部场区域302、中间场区域304、以及下部场区域306的不对称场。电场300的不对称性质是在刺激仪100中实现的主线圈/副线圈配置的结果。上部场区域302是主要通过小的副线圈144产生的很小区域。下部场区域316是主要通过大的主线圈142产生的大区域。如果不存在有助于将中间场区域整形的副线圈144，那么中间场区域304可具有类似于下部场区域302的尺寸/形状特性。

如果单独作用，那么主线圈142可产生深穿透但是宽的电场，而副线圈144将产生浅穿透但是集中的电场。通过如图11所示将线圈142、144定位，将线圈串联配置并沿所示的相反方向缠绕，主要通过主线圈142产生的深穿透中间场区域304由图12所示的副线圈144产生的场整形。这允许将刺激仪100定位，使得中间场区域304击中目标T，而上部场区域302避开大脑16中的偏离目标结构。有利地，可将下部场区域306用于调制其他神经，例如迷走神经或舌咽神经。

为了比较起见，图13示出传统刺激仪的线圈的位置和方位，传统刺激仪包括传统的八字形线圈配置。刺激仪包括两个线圈320、322，线圈320、322基本相同并沿相反方向缠绕。图13中相对于所示患者12定位的线圈320、322产生图14所示的电场。

参照图14，刺激仪320产生电场330，电场330是对称的且包括三个区域：上部场区域332、中间场区域334、以及下部场区域336。如图14所示，中间场区域334穿透到患者体内最深，因此是施行刺激疗法的优选场。但是，与上部场区域332和下部场区域336相比，中间场区域334的穿透没有深很多。结果清楚可见，将中间场区域334定位来刺激目标物T导致上部场区域332击中大脑16的偏离目标结构。

由此可以理解，场330相对于患者头部14的位置受到刺激仪本身的空间和几何限制的约束。刺激仪应当保持充分靠近患者头部，以保证期望的穿透程度。由于这些空间局限性，显然，图13的八字形线圈刺激仪不能在不击中偏离目标结构的情况下击中目标T。

参照图11-12，还应当理解，刺激仪100的线圈配置通过在上部区域302中将电场300整形来将其整形，这允许中间区域304到达目标，同时避开偏离目标结构。在该实施方案中，将刺激仪100定位在使得场300到达目标(例如膝状神经节)，同时避开正好在上方的颞叶区域。通过不对称场300在大脑的顶叶和颞叶上产生显著减弱的场，以目标T处场强的小下降为代价。但是通过移动刺激仪100使得场300到达目标T的能力，将这个小下降克服。

刺激仪100不限于一个大的主线圈和一个小的副线圈构成的线圈阵列。可以放置其他小线圈，以进一步在不期望刺激的特定偏离目标区域的方向上将场整形/消减。增加副线圈的数量增加了线圈阵列的总电感，有利于更加特别整形的场。这在图15中示出。

图15示出演示包含多个副线圈的效果的线圈配置。对于图15中的每个线圈配置，主线圈均相同。从中间开始，线圈配置350在本质上类似于图1-10的刺激仪100的线圈配置，并且被包括为与图15中的其它线圈配置进行比较和对比。线圈配置350产生电场352。

图15左侧的线圈配置360包括三个副线圈362，它们通过在主线圈344的圆周边缘彼此相邻定位的两个线圈来布置。剩余的副线圈362被定位在覆盖两个其它副线圈以及主线圈364的一部分。线圈配置360基本上采用配置350并增加两个副线圈。如图15所示，所得到的场366通常由于附加线圈和线圈总电感的相应增加而保持具有更大大小的场352的形式。附加副线圈362产生的更大“推动”似乎也使电场366的中间部分略微向上扭曲。因为击中目标结构并避开偏离目标结构可能是毫米调节或更小的问题，所以线圈配置360产生的场366的整形可能有益。

图15右侧的线圈配置370包括三个副线圈372，它们在覆盖主线圈374的顶部彼此同心地布置。线圈配置370基本上采用配置350并在顶部增加第二副线圈。如图15所示，所得到的场376由于附加线圈和线圈总电感的相应增加而具有显著更大的大小。附加副线圈372产生的更大“推动”使电场376的中间部分向上朝着副线圈扭曲。电场376上部的大小也显著增加。因为击中目标结构并避开偏离目标结构可能是毫米调节或更小的问题，所以线圈配置360产生的场366的整形也可能有益。

刺激仪100也不限于图1-10所示的线圈位置。图16示出三种不同的刺激仪配置，其中主线圈和副线圈相对于彼此布置在不同的位置。图16所示的三个不同位置示出副线圈相对于主线圈的位置怎样影响由刺激仪产生的电场。主线圈和副线圈例如可与图1-10示出的刺激仪100中实现的相似或相同。

参照图16，在位置1(左边)，线圈配置400通过副线圈402在主线圈404上的高度重叠来配置。在该配置中，几乎整个副线圈402与主线圈404重叠。所得到的电场406具有被高度整形、并且在场的小上部区域中向上弯曲和向内弯曲的中间区域。

在位置2(中间)，线圈配置410通过副线圈412在主线圈414上的较低程度重叠来配置。在该配置中，副线圈412的中心大致与主线圈414的圆周边缘近似对准。所得到的电场416具有不太严重整形、并且在场的小上部区域中轻微向上弯曲和向内弯曲的中间区域。

在位置3(右边)，线圈配置420通过副线圈412在主线圈414上的最小程度重叠来配置。在该配置中，副线圈422的边缘部分与主线圈424的边缘部分近似对准。所得到的电场426的中间区域表现出最小程度的整形/弯曲。

根据上文应当理解，可以通过选择线圈特性的适当组合来调整刺激仪100产生的电场。增加线圈的数量/直径增加了刺激仪的总电感，这增加了电场的大小和穿透。增加主线圈与副线圈之间的重叠增加了场的整形/弯曲，以场的穿透为代价。以最大重叠实现最大整形，但是以穿透深度为代价。没有重叠实现最大穿透深度，但是没有不对称场的偏转。

在实现充分的偏转以减少偏离目标区域上的场，同时仍然保持充分的穿透以保证目标处的适当刺激的情况下，可以实现这些考虑之间的良好妥协。通过找到线圈数量、线圈定位和重叠的适当组合，刺激仪可以适合于产生能够击中目标、同时避开偏离目标区域的电场。为了帮助选择偏转/穿透的程度，可将刺激仪的壳体110配置为允许相对于主线圈142调节副线圈144的位置。通过这种方式，用户可以选择线圈的“模式”，从而改变穿透和偏转的程度。

Claims (22)

1.一种用于向患者提供深层神经刺激的设备，包括：

用于支撑深层神经刺激线圈的壳体，所述壳体包括具有外表面的壁，所述外表面用于向所述患者呈现，以施行刺激；

支撑在所述壳体的主腔室中的主线圈，邻近所述壁与所述外表面相对的内表面；

设置在所述主线圈与所述内表面之间、并且所述主线圈被搁置于上的肋，所述肋限定通道，通过所述通道可以引导冷却剂，以在使用时冷却所述主线圈的底表面，所述主线圈的底表面最接近所述壁。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体包括轮毂，所述主线圈围绕所述轮毂缠绕，所述轮毂限定中心导管，冷却剂流动通过所述中心导管并被分配到所述通道以冷却所述主线圈。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述轮毂具有定位在所述肋上的终端，从而在所述肋之间的位置将所述终端从所述壁的内表面分隔出来，所述终端和所述肋限定孔，通过所述孔将所述冷却剂从所述导管引导到所述通道中。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述肋从所述轮毂径向延伸，从而使所述通道具有径向配置，所述冷却剂从所述轮毂径向向外地在所述主线圈上流动。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述壳体包括具有弯曲轮廓的外壁，所述外壁在所述主线圈的相对表面上引导径向流动的冷却剂。

6.根据权利要求5所述的设备，进一步包括与所述壳体连接以帮助将所述主线圈在所述壳体内的线圈夹，所述线圈夹从所述轮毂径向延伸到所述外壁并在其间限定通道，从所述外壁引导到所述通道中的所述冷却剂径向地在所述主线圈的顶表面上流动。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体包括流体收集室和气泡阱，所述流体收集室用于在冷却剂于所述主线圈上流过之后收集所述冷却剂，所述气泡阱用于收集在使用时可能在所述冷却剂中形成的气泡。

8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于将所述主线圈产生的磁场整形的副线圈，所述副线圈设置在所述壳体的副腔室中，并至少部分地覆盖所述主线圈的顶表面。

9.一种用于向患者的目标区域提供深层神经刺激的设备，包括：

壳体；

主线圈，支撑在所述壳体并且适合于在通电时产生能够击中所述目标区域的宽而深的穿透电场；以及

副线圈，支撑在所述壳体中，所述副线圈被配置和布置为在通电时将所述主线圈产生的所述场整形。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述副线圈被配置和布置为在偏离目标区域的方向上将所述主线圈产生的所述场整形。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述副线圈被配置和布置为使得所述副线圈的一部分与所述主线圈的一部分重叠。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述主线圈与所述副线圈之间的重叠是可调节的，从而调整所述副线圈对于所述主线圈产生的场的整形效果。

13.根据权利要求9所述的设备，其中所述主线圈和所述副线圈串联缠绕。

14.根据权利要求9所述的设备，其中所述主线圈和副线圈以相反的方向缠绕。

15.根据权利要求9所述的设备，包括用于将由所述主线圈产生的所述场整形的多个副线圈，其中所述副线圈按照被选择为将由所述主线圈产生的所述场整形的方式相对于彼此并相对于所述主线圈布置。

16.根据权利要求9所述的设备，其中所述副线圈相对于彼此的位置是可调节的。

17.一种用于向患者的目标区域提供深层神经刺激的方法，包括：

利用主线圈，在通电时产生能够击中目标区域的宽而深的穿透磁场；以及

相对于所述主线圈将副线圈定位，从而在通电时将由所述主线圈产生的所述磁场整形。

18.根据权利要求17所述的设备，进一步包括将所述副线圈定位，以在偏离目标区域的方向上将由所述主线圈产生的场整形。

19.根据权利要求17所述的设备，进一步包括将所述副线圈定位，以与部分所述主线圈重叠。

20.根据权利要求19所述的设备，进一步包括调节所述主线圈与所述副线圈之间的重叠，从而调整所述副线圈对于所述主线圈产生的场的整形效果。

21.根据权利要求17所述的设备，进一步包括相对于所述主线圈将多个副线圈定位，从而将由所述主线圈产生的所述场整形。

22.根据权利要求21所述的设备，进一步包括调节所述多个副线圈相对于彼此的位置，从而将所述主线圈产生的所述场进一步整形。