CN110392593B - 利用脉冲磁场的迷走神经刺激方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种迷走神经刺激方法及装置。本发明的迷走神经刺激装置包括：磁场生成单元，其凭借着施加在线圈的电流生成脉冲形态的磁场，该磁场刺激用户的包含迷走神经的预设区域；电源供应单元，为所述线圈施加电流；控制单元，控制施加在所述线圈的电流的强度、所述磁场的脉宽及峰值间距；所述磁场具有利用所述用户的生物磁信号设定的峰值强度。本发明能利用具备近似于生物磁信号的强度的脉冲磁场改善身体功能。

Description

利用脉冲磁场的迷走神经刺激方法及装置
技术领域
本发明涉及一种迷走神经刺激方法及装置，更详细地说，本发明系关于一种利用脉冲磁场刺激迷走神经的方法及装置。
背景技术
一般来说，磁场能够不受介质特性影响地让磁通从表皮透射到深部组织(血管、骨关节等)促进血流，还能让血液内的氧和营养成分结合并且运输到各细胞组织与器官发挥新陈代谢作用，促进血液循环快速清除体内废物而得以预防疾病。
因此，人们开发了能利用磁场刺激人体组织治疗疼痛或疾病的各种治疗装置，例如美国注册专利第7175587号(发明的名称：脉冲电磁治疗方法及装置，公开日：2007年2月13日)所揭示的软组织外伤的治疗方法或美国注册专利第2013/0261374号(发明的名称：产生磁场的装置及方法，公开日：2012年6月7日)所揭示的具有骨质疏松症治疗或关节炎、风湿病、血管扩张等效能的装置。
但是该现有的电磁治疗装置利用具备高斯(Gauss)单位的强度的磁场，因此在发生脉冲振幅或动作时间上的错误时对人体有害，因此需要精密控制其持续时间。不仅如此，大部分的电磁治疗装置局限于骨或软组织的治疗而使其应用范围受到了很多限制。
发明内容
技术课题
本发明旨在解决前述问题，本发明的目的是提供一种能利用具备近似于生物磁信号的强度的脉冲磁场改善身体功能的方法及装置。
本发明的另一个目的是利用脉冲磁场发挥出诸如改善睡眠质量、缓解压力、让心搏频率及呼吸稳定等效能地预防并治疗迷走神经相关疾病。
解决课题的手段
为了实现前述目的，本发明揭示了一种迷走神经刺激装置，其包括：磁场生成单元，其凭借着施加在线圈的电流生成脉冲形态的磁场，该磁场刺激用户的包含迷走神经的预设区域；电源供应单元，为所述线圈施加电流；控制单元，控制施加在所述线圈的电流的强度、所述磁场的脉宽及峰值间距；所述磁场具有利用所述用户的生物磁信号设定的峰值强度。
而且，本发明揭示了一种迷走神经刺激方法，其包括下列步骤：把线圈置于用户的包含迷走神经的预设区域内的步骤；为线圈施加电流生成对区域进行刺激的脉冲形态的磁场的步骤；磁场具有利用用户的生物磁信号设定的峰值强度。
发明效果
根据如前所述的本发明，能利用具备近似于生物磁信号的强度的脉冲磁场改善身体功能。
根据本发明，能利用脉冲磁场发挥出诸如改善睡眠质量、缓解压力、让心搏频率及呼吸稳定等效能地预防并治疗迷走神经相关疾病。
附图说明
图1是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的构成要素的方块图。
图2是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的动作的图式。
图3是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的图式。
图4是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置上产生的磁场的特性的图式。
图5是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的应用例的图式。
具体实施方式
下面结合图式详细说明前述目的、特征及优点，本发明所属技术领域中具备通常知识者能够据此轻易实施本发明的技术思想。在说明本发明时，如果认为公知技术的相关说明可能会非必要地混淆本发明的主旨的话，将省略其详细说明。下面结合所附图式详细说明本发明的优选实施例。
图式中同一符号表示相同或相似的构成要素，说明及专利申请范围所记载的一切组合能以任何方式于一组合。除非以其它方式予以规定，否则单数表现方式也包括一个以上的情形，而且，单数表现方式也包括复数的情形。
图1是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的构成要素的方块图。请参阅图1，根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置包括磁场生成单元110、控制单元120、电源供应单元130，还能包括通讯单元140、显示单元150、音响输出单元160、操作单元170、传感器单元180。
磁场生成单元110凭借着施加在线圈的电流生成脉冲磁场刺激用户的包含迷走神经的预设区域，其可以是电感器。更具体地说，磁场生成单元110可以如图2所示地包括线圈115及让线圈缠绕的硅钢片113。硅钢片可以由非导电性或导电性材料替代，本发明的一个实施例中可以是长度为10～60mm、宽度为10～60mm、厚度为0.1～5mm。缠绕在硅钢片113的线圈115所使用的线(wire)可以具有0.1～0.8mm的直径，优选地，可以具有0.2～0.4mm的直径。线圈在硅钢片113上缠绕100次到600次并且可以产生具备本发明一个实施例的电场强度(100微特斯拉以下的峰值强度)的磁场。
由于磁场生成单元110上产生的磁场需要抵达用户的迷走神经，因此磁场生成单元110应该位于包含迷走神经的预设区域内。亦即，优选地，用户的迷走神经包含在磁场生成单元110所产生的磁场的有效半径内，所述有效半径可以是30cm左右。
更进一步，为了根据磁场生成单元110上产生的磁场的强度与抵达迷走神经的距离让特定强度的磁场刺激迷走神经，可以根据磁场生成单元110的位置设定磁场强度。磁场强度和拟刺激的目标之间的距离的平方成反比例地减少。
亦即，根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置上产生的磁场的峰值强度是根据磁场生成单元与用户的迷走神经之间的距离、对应于迷走神经的磁信号的强度设定的，能以下列方式设定，亦即，让抵达迷走神经的磁场强度相应于迷走神经上产生的磁场强度。
根据再一个实施例，峰值强度是利用磁场生成单元与用户的心脏之间的距离、对应于心脏的磁信号的强度设定的，能以下列方式设定，亦即，让抵达心脏的磁场强度相应于心脏上产生的磁场强度。心脏与迷走神经是连接的，因此本发明的迷走神经刺激装置能让脉冲磁场抵达连接到心脏的迷走神经分支。
例如，SQUID(超导量子干涉装置)所测量的心脏和/或连接到心脏的迷走神经的磁信号据称具有10pT～0.01μT的强度，根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置可以设定磁场生成单元110上产生的磁场的峰值强度以便在磁场生成单元110上产生的磁场抵达连接到心脏或心脏的迷走神经时让相应于身体磁信号的强度刺激心脏和/或迷走神经。磁场生成单元110能以项链或夹子的形态位于用户的胸部附近而使得磁场生成单元110上产生的磁场的峰值强度可以在该例示中具备0.01μT～100μT的范围。此时，磁场的峰值强度能以在线圈端部上测量到的强度为基准进行设定。
这是为了让抵达心脏或迷走神经的磁场具备和心脏上产生的生物磁信号(磁场)乃至迷走神经上产生的生物磁信号(磁场)相似或相同的磁场强度和/或频率以便诱导磁场同步化(syncronization)。发生磁场同步化的话能提升睡眠质量并缓解压力，还能让心跳率及呼吸稳定化，诸如此类地改善和/或恢复自律神经系的均衡。这样的效果曾透过临床实验得到了证实，将在后面叙述实验结果。
控制单元120可以控制施加在线圈115的电流的强度、磁场的脉宽及峰值间距。电流的强度根据所设定的磁场的电场强度而定，磁场的脉宽可以如图4所示地在10～200μs的范围内决定。
根据本发明一个实施例，可以为了实现自律神经系的稳定化效果而让控制单元120如图4所示地设定脉冲磁场的周期以便让峰值间距具备20～400ms的范围。更进一步，控制单元120能如前所述地把脉冲磁场的峰值强度设定在0.01～100μT的范围内。而且控制单元120能让磁场以1～8Hz的频率反复，尤其是，能设定成具备对应于连接到心脏和/或心脏的迷走神经的频率。
本发明的迷走神经刺激装置100刺激连接到心脏和/或心脏的迷走神经分支，如前所述地让刺激装置100上产生的磁场和用户产生的生物磁信号同步化。因此控制单元120设定频率以便让磁场生成单元110上产生的脉冲磁场和用户的生物磁信号实现同步化。
人的正常心脏搏动频率据称为7～8Hz，人体功能不均衡时人体的固有频率就会被扰乱而降低到7Hz以下。根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置100能和如前所述地由于功能不均衡而扭曲的人体频率发生同步化现象而使得扭曲的频率恢复到原先的固有频率。因此，控制单元120可以设定脉冲磁场的频率而得以具备相应于扭曲的频率的频率，所设定的频率的范围可以是1～8Hz。
控制单元120能以单一或复合方式输出具备所述强度、脉宽及频率的脉冲磁场，也能依次输出2个以上的复合频率。控制单元120从操作单元170或通讯单元140接收所设定的信息并且控制施加在线圈的电流的强度等因素以便产生对应于所收到的设定信息的磁场。
电源供应单元130向线圈115施加电流。电源供应单元130可以是从外部的电源接受电力并加以贮存后在迷走神经刺激装置100动作时向线圈115供应电流的充电用电池。根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置能以项链、夹子或贴片型实现，此时电源供应单元130也能以充电用电池的形态内置于装置100内。迷走神经刺激装置100如图5所示地内置于枕头或被褥时，电源供应单元130能以从外部电源接受电力后向线圈115施加电流的转接器(adapter)形态实现。
通讯单元140能从终端机1000接收包括磁场的峰值强度、脉宽、频率、装置运转时间的设定信息后传递给控制单元120。通讯单元140可以把包括迷走神经刺激装置100的使用时间、使用样式、所产生的磁场的强度、脉宽、频率、电池剩余量、脉序(pulse sequence)的种类(单一/复合)、错误发生与否的装置信息传输给终端机1000。
通讯单元140可以包括下列模块：行动通讯模块，支持基于行动通讯技术标准或通讯方式(例如GSM、CDMA、WCDMA、LTE等)的数据收发；无线因特网模块，支持WLAN、WiFi、DLNA、Wimax、HSDPA等通讯方式；近距离通讯模块，支持蓝牙、RFID、IrDA、ZigBee、NFC、Wi-FiDirect等近距离通讯；和/或诸如GPS之类的位置信息模块。
显示单元150可以是显示所设定的信息的LED或显示模块。作为一例，如图2所示地能以LED灯153的数量显示本发明一个实施例的装置100的剩余动作时间，也能以LED灯155的颜色显示运转与否。图式虽然没有显示，但本发明的另一实施例可以在使用显示模块时以文字或图形把磁场的强度、脉宽、频率、运转时间、电池剩余量之类的信息显示在显示模块。
音响输出单元160可以输出由通讯单元140接收或者贮存在贮存单元(未图标)的音频数据。音响输出单元160可以输出音响显示出装置100的动作、电池的剩余量不足、动作错误之类的装置100状态。
操作单元170是用来进行作控制单元120的设定、迷走神经刺激装置的on/off等操作的用户界面，能以形成于壳体200的操作按钮或触摸屏(touch scree n)的形态实现。
传感器单元180包括一个以上的传感器，该一个以上的传感器则感应包含迷走神经刺激装置用户的移动距离、脚步数、体温、血糖、心跳率、消耗热量、睡眠、压力、骨骼肌率、皮肤温度、血流、脉搏等身体功能状态在内的一切生物信号，传感器所收集的感应信息则可以透过通讯单元140传输到终端机。
在本发明的再一个实施例中，传感器单元180所收集的感应信息被传输到控制单元120后由控制单元120利用该感应信息对装置进行控制。例如，收集到的感应信息显示出用户活动导致诸如体温或血糖升高地已让交感神经活性化的话，收到该信息的控制单元120自动启动处于停止状态的磁场生成单元110而得以刺激迷走神经。
根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置100由于利用具有相似于生物磁信号的强度的磁场刺激人体而使得使用时间不受限制，只要用户需要就能在任何时候启动。
图2是说明根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的动作的图式。图2标出了迷走神经刺激装置的一例，其构成要素及配置可施以诸多变更。图2的<a>示出了迷走神经刺激装置的内部，<b>则示出了外部。
如图2所示，根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置能以磁场生成单元110、电源供应单元130及控制单元120设于壳体200内的形态实现。更进一步，还能包括挂绳300，该挂绳300连接到壳体200以便把壳体200挂在用户的脖子上，调整长度以便让磁场生成单元位于用户迷走神经的预设距离内。
图3是用户穿戴了根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置的例示图。用户能利用挂绳300把迷走神经刺激装置100挂在脖子上以便让壳体200，亦即，磁场生成单元110位于心脏周边，磁场生成单元110的磁场有效半径大约为30cm，因此迷走神经10与心脏20可以受到磁场生成单元110上产生的磁场的影响。
在另一个实施例中，迷走神经刺激装置100能以贴片形态附接在胸部，也能以夹子形态附接在服饰等处地位于胸部附近。
亦即，根据本发明一个实施例的迷走神经刺激方法能以下列方法实现，把线圈置于用户的包含迷走神经的预设区域内，为线圈施加电流，生成对区域进行刺激的脉冲形态的磁场，此时，所产生的脉冲磁场则能利用用户的生物磁信号具备设定的峰值强度。
如图5所示，迷走神经刺激装置100能以磁场生成单元110按照默认间距配置在被褥或枕头的形态实现，此时，控制单元120及电源供应单元130可另行设于壳体内。
根据本发明一个实施例的迷走神经刺激装置100曾经针对20～29岁到60～69岁的48名实验对象的临床研究中测量穿戴装置100之前和穿戴30分钟后的心率变异度(HRV)证实了立即性效果。下面结合表1至表6说明本发明一个实施例的迷走神经刺激装置100的效果。
表1示出了使用迷走神经刺激装置100之前和使用后的RMSSD变化。RM SD(RootMean Square of the Successive Differences)是一种反应了心跳率的短期变异的数值，是用来在心率变异度中预测高频带的搏动间变异度(variatio n)的主要时间序列测量值。RMSSD能指出对于心脏的副交感神经系的调整是否良好，其值越大越能视为处于健康的状态。请参阅下列表1，使用本发明的迷走神经刺激装置100时可以在整个年龄代确认RMSSD以超过平均74％的变化率增加，其变化程度在较高的年龄代更大。
[表1]
表2示出了高频带(High Frequency Band，HF)。高频带是0.15-0.4Hz之间的频带并且和呼吸周期相关的心率变异有关，该频带显示副交感神经或迷走神经的活性。
请参阅表2，HF也在整个年龄代平均提高40％以上，在较高的年龄代具有相对较高的变化水平。亦即，根据本发明的迷走神经刺激装置100，可以理解为副交感神经活性化。
[表2]
表3显示了使用本发明迷走神经刺激装置100之前与之后的LF/HF Ratio。LF/HFRatio是低频带和高频带功率之比，其值越低越表示副交感神经已活性化或者交感神经的活性被抑制。LF/HF Ratio是一种把交感神经系与副交感神经系之间的整体均衡予以定量化的指标。
请参阅表3，使用了本发明的迷走神经刺激装置100时，LF/HF Ratio值平均下降36％。亦即，表示副交感神经相对地更多地实现了活性化，副交感神经活性化的话心输出量与末梢血管抵抗減少而使得血压降低，有助于缓解压力及改善睡眠品质。
[表3]
表4显示了在使用本发明迷走神经刺激装置100之前与之后的平均心搏频率(MeanHeart Rate(beats/min))。平均心跳率变低表示副交感神经系已活性化，实验结果显示在所有年龄代都实现了有意义的变化。
[表4]
另一方面，表5显示了在使用本发明迷走神经刺激装置100之前与之后的心脏搏动之间的时间值的平均值(Mean RR(ms))。作为心电图波形的QRS波表示心室的去极化，亦即，表示心室收缩，R-R间距的变化用来掌握交感与副交感神经系的活性样态。越健康RR间距的值越增加，这表示心跳率减少，与此同时，还表示副交感神经系已活性化。
[表5]
亦即，本发明的一个实施例能比现有磁场治疗装置的非侵入方式更进步地以非接触式形态刺激人体内神经组织，利用能让抵达特定部位(心脏和/或迷走神经)的磁场的大小和生物磁信号的大小同步化的微磁场刺激目标而得以无害于人体地活化副交感神经。这种方法和现有磁场治疗装置透过强大的刺激治疗疾病的方式完全不同，可以消除可能会因为磁场而导致的各种副作用。尤其是，仅仅靠着把装置100挂在脖子上的单纯举动就能刺激迷走神经而得以在短时间内活化副交感神经，因此其提供了较高的效用性和使用性。
对于本说明书中省略的一部分实施例，只要其实施主体相同就能相同地适用。而且，本发明所属领域中具有通常知识者在不脱离本发明的技术思想的范围内实行各种替代、变形及修改，因此本发明不被前述实施例及附图限制。

Claims (12)

1.一种迷走神经刺激装置，其中，
包括：
磁场生成单元，包括线圈，并且凭借着施加在所述线圈的电流生成脉冲形态的磁场，该磁场刺激用户的包含迷走神经的预设区域；
电源供应单元，为所述线圈施加电流；
控制单元，控制施加在所述线圈的电流的强度、所述磁场的脉宽及峰值间距；
所述磁场具有利用所述用户的生物磁信号设定的峰值强度，
所述磁场生成单元进一步包括让所述线圈缠绕的硅钢片，所述硅钢片的长度为10～60mm、宽度为10～60mm、厚度为0.1～5mm，所述线圈的直径为0.1～0.8mm，所述线圈在所述硅钢片上缠绕100次到600次。
2.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
利用所述磁场生成单元与所述用户的迷走神经之间的距离、对应于所述迷走神经的磁信号的强度设定所述峰值强度，让抵达所述迷走神经的磁场强度和所述迷走神经上产生的磁场强度相应地予以设定。
3.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
利用所述磁场生成单元与所述用户的心脏之间的距离、对应于所述心脏的磁信号的强度设定所述峰值强度，让抵达所述心脏的磁场强度和所述心脏上产生的磁场强度相应地予以设定。
4.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其中，
还包括：
壳体，设有所述磁场生成单元、所述电源供应单元及所述控制单元；
挂绳，其连接到所述壳体以便把所述壳体挂在所述用户的脖子上，调整长度以便让所述磁场生成单元位于所述用户的迷走神经的预设距离内。
5.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
磁场以1～8赫兹的频率反复。
6.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
峰值强度是0.01～100微特斯拉。
7.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
下降边缘和后续上升边缘之间的所述峰值间距是20～400毫秒。
8.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
脉宽是10～200微秒。
9.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
所述线圈的直径为0.2～0.4mm。
10.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
所述磁场的有效半径为约30cm。
11.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
所述迷走神经刺激装置被实现为项链形态，
所述电源供应单元以可再充电的电池形态内置于所述迷走神经刺激装置内。
12.根据权利要求1所述的迷走神经刺激装置，其特征在于，
所述迷走神经刺激装置被实现为被褥或枕头形态，
所述电源供应单元被实现为转接器形态，
所述磁场生成单元设置有多个，
所述多个磁场生成单元以规定间距配置在所述被褥或枕头内。
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