CN110944711A - 用于患者步态冻结的治疗性电刺激疗法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种可植入医疗设备(IMD)，其能够在患者没有显示步态冻结发作的情况下确定患者是否在动态运动期间易于步态冻结。在一个实例中，IMD通过一个或多个电极感测当患者进行与步态冻结相关的运动时所述患者的大脑的生物电信号。IMD基于所述生物电信号在不经历步态冻结发作时确定所述患者是否易于步态冻结。此外，在检测到与步态冻结相关的运动时，IMD将配置成抑制步态冻结的电刺激疗法递送给患者。
Description
技术领域
本公开一般地涉及医疗设备，并且更具体地，涉及递送电刺激疗法的医疗设备。
背景技术
医疗设备可用于治疗各种医疗状况。例如，医疗电刺激设备可以通过植入的电极将电刺激疗法传递给患者。电刺激疗法可包括在患者内神经、肌肉或脑组织或其它组织的刺激。电刺激设备可以完全植入患者体内。例如，电刺激设备可以包括可植入的电刺激发生器和一个或多个携带电极的可植入引线。替代地，电刺激设备可以包括无引线刺激器。在某些情况下，可植入电极可通过一根或多根经皮引线或完全植入的引线联接到外部电刺激发生器。
患有运动障碍或其他神经退行性疾病的患者，无论是疾病还是外伤，都可能会出现肌肉控制和运动问题，例如僵硬、运动迟缓(即身体缓慢运动)、节律性运动亢进(例如震颤)、非节律性运动亢进(例如抽动)或运动障碍(即身体运动丧失)。在患有帕金森氏病、多发性硬化症和脑瘫等疾病的患者中可能会发现运动障碍。通过医疗设备将电刺激和/或流体(例如药物)输送到患者的一个或多个部位，例如患者的大脑、脊髓、腿部肌肉或手臂肌肉，可有助于缓解，在某些情况下，消除与运动障碍有关的症状。
发明内容
在一些实例中，本公开描述了用于在患者没有显示步态冻结发作的情况下确定患者是否在动态运动期间易发作步态冻结的技术。例如，当患者进行与步态冻结相关的运动时，可植入医疗设备(IMD)可以感测患者大脑的生物电信号，然后根据该生物电信号确定患者易发作步态冻结，即使患者可能没有活跃地经历步态冻结的发作。
在本公开的技术的另一实例中，将IMD植入患有步态冻结的患者内。IMD存储了用于递送电刺激疗法的第一组疗法参数，该电刺激疗法被配置为抑制步态冻结。IMD还存储了用于递送电刺激疗法的第二组疗法参数，所述电刺激疗法被配置为抑制除步态冻结之外的帕金森氏病症状。在检测到患者正在进行与步态冻结相关的运动时，IMD可以从配置为抑制帕金森氏病症状而不是步态冻结的电刺激疗法的递送激活或转变为配置为抑制步态冻结的电刺激疗法的递送。
在一个实例中，本公开描述了一种方法，包括：当患者进行与步态冻结相关的运动时，由一个或多个处理器并且经由一个或多个电极感测患者的大脑的生物电信号；由所述一个或多个处理器并基于所述生物电信号，在不经历步态冻结发作的情况下确定患者易于步态冻结；以及通过所述一个或多个处理器并基于所述确定，对医疗设备进行编程以向患者递送电刺激疗法，该疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
在另一个实例中，本公开描述了一种医疗系统，包括：一个或多个电极，其配置为当患者进行与步态冻结相关的运动时感测患者的大脑的生物电信号；和一个或多个处理器，其配置为基于所述生物电信号在不经历步态冻结发作的情况下确定患者易于步态冻结；以及基于所述确定，对医疗设备进行编程以向患者递送电刺激疗法，该疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
在另一实例中，本公开内容描述了一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使一个或多个处理器：通过一个或多个电极在患者进行与步态冻结相关的运动时感测患者的大脑的生物电信号；基于所述生物电信号在不经历步态冻结发作的情况下确定患者易于步态冻结；以及基于所述确定，对医疗设备进行编程以向患者递送电刺激疗法，该疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
在另一个实例中，本公开描述了一种医疗系统，包括：用于当患者进行与步态冻结相关的运动时感测患者的大脑的生物电信号的装置；基于所述生物电信号在不经历步态冻结发作的情况下确定患者易于步态冻结的装置；以及基于所述确定对医疗设备进行编程以向患者递送电刺激疗法的装置，该疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
在附图和以下具体实施方式中阐述了本公开技术的一个或多个实例的细节。从该描述和附图以及从权利要求书中，该技术的其它特点、目的和优势将是显而易见的。
附图说明
图1是概念图，示出根据本公开技术递送电刺激疗法的实例疗法递送系统。
图2是功能框图，示出了根据本公开技术用于递送电刺激疗法的实例医疗设备的组件。
图3是示出实例医疗设备编程器的组件的功能框图。
图4是示出了根据本公开技术用于将电刺激疗法递送至患者的大脑的实例技术的流程图。
图5是示出了根据本公开技术用于将电刺激疗法递送至患者的大脑的实例技术的流程图。
具体实施方式
描述了系统、设备和技术，其用于监测患者大脑的生物电信号以客观地确定患者是否患有或易于患有步态冻结。患有帕金森氏病的患者可能会经历步态和平衡问题，例如运动过程中步态冻结发作。步态冻结是一种病状，其中患者的运动控制被破坏，以致患者的移动或行走能力被暂时中断。患有步态冻结的患者可能经历步态冻结的发作，其出现在不可预测的时间和/或持续不可预测的时间。但是，并非所有患有帕金森氏病的患者都经历步态冻结。例如，没有经历步态冻结或除了经历步态冻结外的一些患者，还可能经历帕金森氏病的其他症状，例如运动迟缓、僵硬、震颤和/或其他不期望表现。
高频深部脑刺激(DBS)(例如，频率从大约130赫兹至大约185赫兹的范围中选择的DBS)可以有效抑制除了步态冻结以外的帕金森氏病的症状，例如运动迟缓、僵硬或震颤和/或其他表现。但是，高频DBS可能无法有效抑制步态冻结。因此，患有步态冻结以及帕金森氏病的其他不期望症状的患者可能需要在不同时间进行不同的DBS治疗，以有效地控制他或她的每种症状。此外，在配置用于DBS的治疗参数的编程会话期间，除非临床医生同时观察到患者经历了步态冻结发作，否则临床医生可能难以确定患者是否患有步态冻结。
根据本公开的技术，描述了系统、设备和技术，其用于通过感测患者的大脑的生物电信号客观地确定患者是否患有或易患步态冻结，即使当患者没有经历步态冻结发作时。在本公开的技术的一个实例中，IMD被配置为在患者没有经历步态冻结发作时监视患者的大脑的生物电信号，并且基于感测到的生物电信号，确定患者是否患有或易患步态冻结。例如，当患者转变为与步态冻结相关的运动时，患有步态冻结的患者的大脑的生物电信号可以显示模式的变化。这种与步态冷冻相关的运动可以是伴随着患者的步态冷冻或易受步态冻结发作破坏或中断的移动。与步态冻结相关的一些运动示例包括踏步、转身、行走、从站立过渡到踏步、或挥动手臂。与步态冻结相关的运动的其他示例包括患者直立并移动他或她的腿的任何运动。相反，未患步态冻结的患者大脑的同一生物电信号可能不表现出在与步态冻结有关的运动期间这些模式变化。
作为一个实例，IMD可以将患者未运动时患者大脑的局部场电势的β频率的幅度与患者进行与步态冻结相关的运动例如转身、踏步或从站立过渡到踏步时的β频率的幅度进行比较。在检测到患者进行与步态冻结相关的运动时的β频率的幅度与患者不运动时的β频率的幅度相比大大降低时，IMD确定患者容易发作步态冻结。因此，通过检查大脑的生物电信号，实施本公开的技术的系统可以允许客观地确定患者是否患有步态冻结或易患步态冻结，即使患者没有表现出步态冻结的发作。
另外，对于容易步态冻结的患者，该患者的IMD可以递送第一疗法，该第一疗法被配置为抑制步态冻结之外帕金森氏病的症状，直到检测到与步态冻结相关的运动。响应于检测到的与步态冻结相关的运动，IMD可以暂时调整疗法以递送配置用于抑制步态冻结的第二疗法，直到与步态冻结相关的运动不再检测到。在另一个实例中，响应于检测到与步态冻结相关的运动，IMD可以临时调整递送给患者的电刺激疗法的一个或多个疗法参数。
作为一个实例，可植入患步态冻结的患者的IMD可存储多种DBS治疗设置。IMD以第一频率提供DBS治疗，以为步态冻结以外的帕金森氏病的症状提供治疗，例如运动迟缓、僵硬或震颤。一旦检测到患者的与步态冻结相关的运动，例如从站立过渡到行走或转身，IMD就从递送第一频率的DBS治疗切换为递送第二频率的DBS治疗以抑制步态冻结。在检测到患者已经停止了与步态冻结相关的运动后，IMD从递送第二频率的DBS治疗切换为递送第一频率的DBS治疗，以恢复为其他不期望症状提供治疗。因此，根据本文技术的系统可以提供被配置为仅在患者需要这种治疗时才抑制步态冻结的疗法，否则在患者不需要用于步态冻结的疗法时提供有效抑制帕金森氏病的其他不期望症状的疗法。
图1是示出根据本公开实例的实例治疗系统10的概念图。在图1中，实例治疗系统10可以递送电刺激治疗以治疗或以其他方式管理患者状况，例如患者12的运动障碍。通过经由系统10的DBS的递送治疗的运动障碍的一个实例可以包括帕金森氏病。患者12通常将是人类患者。然而，在某些情况下，治疗系统10可以应用于其他哺乳动物或非哺乳动物非人类患者。
为了便于说明，将主要关于运动障碍的治疗，特别是帕金森氏病的治疗，例如通过减少或预防患有帕金森氏病的患者表现出的症状的表现来描述本公开的实例。如上所述，此类症状可包括僵硬、健忘、运动迟缓、运动障碍和/或静息性震颤。然而，考虑了通过采用本文所述的技术来治疗除帕金森氏病之外的一种或多种患者疾病。例如，所描述的技术可以用于管理或其他治疗其他患者疾病的症状，例如但不限于心理疾病、情绪疾病、癫痫发作或其他神经生成障碍。在一实例中，可采用此类技术来向患者提供治疗以治疗阿尔茨海默氏病。
治疗系统10包括医疗设备编程器14、可植入医疗设备(IMD)16、引线延伸部18以及带有相应的一组电极24、26的一个或多个引线20A和20B(统称为“引线20”)。IMD 16包括刺激治疗模块，该刺激治疗模块包括刺激发生器，该刺激发生器分别经由引线20A和20B的电极24、26的子集产生电刺激治疗并将其递送至患者12的大脑28的一个或多个区域。在图1所示的实例中，治疗系统10可以被称为深度脑刺激(DBS)系统，因为IMD 16直接向脑28内的组织(例如脑28的硬脑膜下方的组织部位)提供电刺激治疗。在其他实例中，引线20可以定位成将治疗递送至脑部28的表面(例如，脑部28的皮质表面)。
在一些实例中，将刺激递送到脑部28的一个或多个区域，例如脑部28的前核(AN)、丘脑或皮质，提供了管理患者12的病症的有效治疗。在一些实例中，IMD 16可以例如通过将电刺激疗法递送到大脑28的皮质中的一个或多个组织部位来向患者12提供皮质刺激疗法。在IMD 16向脑28递送电刺激疗法以治疗帕金森氏病的情况下，目标刺激部位可包括一个或多个基底神经节部位，包括例如丘脑下核(STN)、内苍白球(GPi)、外苍白球(GPe)、足桥骨核(PPN)、丘脑、网状黑质(SNr)、内囊和/或运动皮层。在图1所示的实例中，IMD 16可以被植入患者12的锁骨上方的皮下袋内。在其他实例中，IMD 16可被植入患者12的其他区域内，例如患者12的腹部或臀部中的皮下袋或患者12的颅骨附近。植入的引线延伸部18经由连接器块30(也称为插头)联接至IMD 16，该连接器块30可以包括例如电联接至引线延伸部18上的各个电接触件的电接触件。电接触件将由引线20承载的电极24、26电联接到IMD 16。引线延伸部18从IMD 16的植入部位在患者12的胸腔内横穿，沿着患者12的颈部并穿过患者12的颅骨进入大脑28。通常，IMD 16由可抵抗体液腐蚀和降解的生物相容性材料制成。IMD 16可包括密封外壳34，以基本上封闭诸如处理器、治疗模块和存储器之类的组件。
引线20A和20B可以分别植入在大脑28的右半球和左半球内，以便将电刺激疗法递送到大脑28的一个或多个区域，可以根据许多因素来选择所述区域，例如实施治疗系统10来管理的患者状况的类型。可以考虑引线20和IMD16的其他植入部位。例如，IMD 16可以植入颅骨32上或颅骨内，或者引线20可以植入相同的半球内，或者IMD 16可以联接到植入大脑28的一个或两个半球内的单个引线。
引线20可以被定位成将电刺激疗法递送到大脑28内的一个或多个目标组织部位，以管理与患者12的疾病相关的患者症状。可以通过颅骨32中的相应孔植入引线20以将电极24、26定位在大脑28的期望位置。引线20可以放置在大脑28内的任何位置，使得电极24、26能够在治疗期间向大脑28内的目标组织部位提供电刺激疗法。例如，在帕金森氏病的情况下，例如，可以植入引线20以将电刺激疗法递送至一个或多个基底神经节部位，包括例如丘脑下核(STN)、内苍白球(GPi)、外苍白球(GPe)、足桥骨核(PPN)、丘脑、网状黑质(SNr)、内囊和/或运动皮层。
尽管在图1中示出了引线20为联接到公共引线延伸部18，但在其他实例中引线20可以经由单独的引线延伸部联接到IMD 16，或者直接联接到IMD 16。此外，尽管图1将系统10示出为包括经由引线延伸部18联接到IMD 16的两条引线20A和20B，但在一些实例中，系统10可以包括一条引线或多于两条引线。
引线20可以递送电刺激疗法，以除了运动障碍之外还治疗许多神经系统障碍或疾病，例如癫痫发作或精神病。运动障碍的例子包括肌肉控制降低、运动缺陷或其他运动问题，例如僵硬、运动迟缓、节律性运动亢进、非节律性运动过度、肌张力障碍、震颤和运动不能。运动障碍可能与患者的疾病状态有关，例如帕金森氏病或亨廷顿氏病。精神疾病的实例包括MDD、双相情感障碍、焦虑症、创伤后应激障碍、心境障碍和OCD。如上所述，尽管主要关于治疗帕金森氏病描述了本公开的实例，但是考虑了通过将疗法递送至脑部28治疗其他患者疾病。
可以通过任何合适的技术，例如通过患者12的颅骨中的各个毛刺孔或通过颅骨32中的公共毛刺孔，将引线20植入大脑28的期望位置中。引线20可以放置在大脑28内的任何位置，使得引线20的电极24、26能够在治疗期间对目标组织提供电刺激疗法。从IMD 16的治疗模块内的刺激发生器(未示出)产生的电刺激疗法可以帮助防止与患者疾病相关的事件的发作或减轻疾病的症状。
在图1所示的例子中，引线20的电极24、26被示为环形电极。环形电极可能相对容易编程，并且通常能够将电场传递到与引线20相邻的任何组织。在其他实例中，引线20的电极24、26可以具有不同的配置。例如，引线20的电极24、26可以具有能够产生成形电场的复杂的电极阵列几何形状。复杂的电极阵列几何形状可以包括围绕每个引线20的周边的多个电极(例如，部分环形或分段电极)，而不是环形电极。以这种方式，可以将电刺激疗法从引线20引导到特定方向，以增强疗法功效并减少由于刺激大量组织而可能的不利副作用。
在一些实例中，IMD 16的外壳34可以包括一个或多个刺激和/或感测电极。例如，外壳34可以包括当将IMD 16植入患者12中时暴露于患者12的组织的导电材料，或者可以将电极附接到外壳34。在替代实例中，引线20可以具有如图1所示细长圆柱体之外的形状。例如，引线20可以是桨状引线、球形引线、可弯曲引线或有效治疗患者12的任何其他类型的形状。
根据一种或多种刺激治疗程序，IMD 16可以将电刺激治疗传递给患者12的大脑28。对于从IMD 16生成并传递到患者12的大脑28的治疗，治疗程序可以定义一个或多个电刺激治疗参数值。例如，在IMD 16以电脉冲的形式递送电刺激治疗的情况下，该刺激治疗可以通过选择的脉冲参数来表征，例如脉冲幅度、脉冲速率或脉冲频率以及脉冲宽度。例如，在IMD 16以正弦波的形式递送电刺激治疗的情况下，可以通过诸如波形幅度和循环频率的所选参数来表征刺激治疗。另外，如果不同的电极可用于递送刺激，则治疗可以进一步以不同的电极组合为特征，所述电极组合可以包括选择的电极及其各自的极性。帮助控制或治疗患者病症的刺激疗法的确切疗法参数值可以对于所涉及的具体目标刺激部位(例如，大脑区域)以及具体患者和患者状况是特定的。
除了递送治疗以治疗患者12的疾病之外，治疗系统10还监视患者12的一个或多个生物电脑信号。例如，IMD 16可以包括感测模块，其感测大脑28的一个或多个区域内的生物电脑信号。在图1所示的例子中，由电极24、26产生的信号经由相应的引线20A、20B内的导体被传导至IMD 16内的感测模块。如下面进一步详细描述的，在一些实例中，IMD 16的处理器可以感测患者12的大脑28内的生物电信号，并控制电刺激疗法通过电极24、26向大脑28的递送。例如，IMD 16可以感测包括在患者12的脑部28的大约11赫兹至大约30赫兹内的频率的β信号。
在一些实例中，IMD 16的感测模块可以从电极24、26或被定位成监测患者12的脑信号的其他电极接收生物电信号。电极24、26也可以用于将电刺激疗法从治疗模块传递到大脑28内的目标部位，以及感测大脑28内的大脑信号。但是，IMD 16也可以使用单独的感测电极来感测生物电脑部信号。在一些实例中，IMD 16的感测模块可以经由电极24、26中的一个或更多个来感测生物电的脑信号，该电极24、26也用于向脑部28传递电刺激疗法。在其他实例中，一个或多个电极24、26可用于感测生物电的脑信号，而一个或多个不同电极24、26可用于递送电刺激疗法。
取决于IMD 16使用的具体刺激电极和感测电极，IMD 16可以监视大脑信号，并在大脑28的相同区域或大脑28的不同区域进行电刺激治疗。在一些实例中，用于感测生物电的脑信号的电极可以位于用于提供电刺激疗法的同一根导线上，而在其他实例中，用于感测生物电的脑信号的电极可以位于与用于提供电刺激疗法的电极不同的导线上。在一些实例中，可以利用外部电极(例如头皮电极)监视患者12的脑信号。此外，在一些实例中，感测脑部28的生物电脑信号的感测模块(例如，产生指示脑部28内的活动的电信号的感测模块)在与IMD 16的外壳34物理上分开的外壳中。然而，在图1所示的实例和为了描述方便本文主要参考的实例中，IMD 16的感测模块和治疗模块被封闭在共同的外壳34内。
由IMD 16监视的生物电脑信号可以反映由跨脑组织的电势差之和产生的电流变化。所监测的生物电脑信号的实例包括但不限于脑电图(EEG)信号、皮层脑电图(ECoG)信号、从患者大脑的一个或多个区域内感测到的局部场电势(LFP)和/或患者大脑内单个细胞的动作电位。
外部编程器14根据需要与IMD 16无线通信以提供或检索治疗信息。编程器14是外部计算设备，用户例如临床医生和/或患者12可以用它来与IMD 16通信。例如，编程器14可以是临床医生编程器，临床医生使用它与IMD 16通信并为IMD 16编程一个或多个治疗程序。或者，编程器14可以是允许患者12选择程序和/或查看和修改治疗参数的患者编程器。与患者编程器相比，临床医生编程器可包括更多的编程功能。换句话说，临床医生可只允许执行更复杂或敏感的任务，以防止未经训练的患者对IMD 16进行意外更改。
编程器14可以是手持式计算设备，其具有用户可观看的显示器和用于向编程器14提供输入的接口(即，用户输入机构)。例如，编程器14可以包括向用户呈现信息的小显示屏(例如，液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)显示器)。另外，编程器14可包括触摸屏显示器、小键盘、按钮、外围定点设备或另一种允许用户在编程器14的用户界面上导航并提供输入的输入机构。如果编程器14包括按钮和小键盘，则这些按钮可以专用于执行某种功能，即电源按钮，或者这些按钮和小键盘可以是软键，其功能根据用户当前查看的用户界面的部分而改变。
在其他实例中，编程器14可以是更大的工作站或另一多功能设备内的单独的应用程序，而不是专用的计算设备。例如，多功能设备可以是笔记本计算机、平板计算机、工作站、蜂窝电话、个人数字助理或可以运行使该计算设备能够用作安全医疗设备编程器14的应用的另一计算设备。联接到计算设备的无线适配器可以实现计算设备和IMD 16之间的安全通信。
当编程器14被配置为由临床医生使用时，编程器14可以用于将初始编程信息传输到IMD 16。该初始信息可以包括硬件信息，例如，引线20的类型，电极24、26在引线20上的布置，引线20在脑部28内的位置，定义治疗参数值的初始程序，以及对编程到IMD 16中可能有用的任何其他信息。编程器14也可能能够完成功能测试(例如，测量引线20的电极24、26的阻抗)。
临床医生还可借助编程器14将治疗程序存储在IMD 16中。在编程会话期间，临床医生可以确定可以向患者12提供有效治疗以解决与癫痫发作相关的症状(或其他患者病状)的一个或多个治疗程序。例如，临床医生可以选择一种或多种电极组合，通过其将刺激传递到大脑28。在编程会话期间，患者12可以向临床医生提供关于正在评估的特定程序的功效的反馈，或者临床医生可以基于患者的一种或多种生理参数(例如，心率、呼吸频率或肌肉活动)来评估功效。编程器14可以通过提供用于识别潜在有益的治疗参数值的方法系统来协助临床医生创建/识别治疗程序。
编程器14也可以配置为供患者12使用。当被配置为患者编程器时，编程器14可以具有有限的功能(与临床医生相比)，以防止患者12改变IMD 16的关键功能或可能对患者12有害的应用。以这种方式，编程器14可以仅允许患者12调整某些治疗参数的值或设置特定治疗参数的值的可用范围。
编程器14还可以在递送治疗时，在患者输入触发了治疗改变时或在编程器14或IMD 16内的电源需要更换或充电时，向患者12提供指示。例如，编程器14可以包括警报LED，可以通过编程器显示器向患者12闪烁消息，产生可听见的声音或体感提示，以确认接收到患者输入，例如，指示患者状态或手动修改疗法参数。
无论编程器14被配置用于临床医生还是患者使用，编程器14都被配置成通过无线通信与IMD 16以及可选地与另一计算设备通信。例如，编程器14可以使用本领域已知的射频(RF)遥测技术经由无线通信与IMD 16通信。编程器14还可以使用多种本地无线通信技术中的任何一种经由有线或无线连接与另一编程器或计算设备通信，例如根据802.11或蓝牙规范集的RF通信、根据IRDA规范集的红外(IR)通信或其他标准或专有遥测协议。编程器14还可以通过交换可移动介质(例如磁盘或光盘、存储卡或存储棒)与其他编程或计算设备通信。此外，编程器14可通过本领域已知的远程遥测技术与IMD 16和另一编程器通信，例如，经由局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共交换电话网(PSTN)或蜂窝电话网进行通信。
可以实施治疗系统10以在几个月或几年的过程中向患者12提供慢性刺激治疗。然而，系统10也可以在完全植入之前在试用的基础上用于评估治疗。如果临时实施，则系统10的某些组件可能未植入患者12内。例如，患者12可以装配有外部医疗设备，例如试验刺激器，而不是IMD 16。外部医疗设备可以经由经皮延伸部联接至经皮引线或植入的引线。如果试验刺激器指示DBS系统10向患者12提供有效的治疗，则临床医生可以将慢性刺激器植入患者12内以进行相对长期的治疗。
在本公开的技术的一个实例中，IMD 16经由引线20A和20B感测患者12的大脑28的生物电信号。在一实例中，IMD 16可以经由引线20A和20B直接记录患者12的大脑28的丘脑下核的局部场电势。可以在丘脑下核(STN)、内苍白球(GPi)、外苍白球(GPe)和/或基底神经节的其他区域中检测到这样的局部场电势。在该实例中，患有或易患步态冻结的患者12的大脑28的局部场电势在患者过渡到与步态冻结相关的运动时表现出β频率的变化(例如，约11赫兹至约30赫兹)。此外，未患有步态冻结的患者12的脑部28中的局部场电势可能未显示出这种变化。以这种方式，可以说患者大脑中局部场电势的β频率是步态冻结的生物标记。换句话说，即使患者当前未经历步态冻结发作，局部场电势的β频率响应也可作为患者是否患有或易患步态冻结的指示。
虽然图1描绘了利用沿植入引线20A-20B放置的传感器的IMD 16，但在其他实例中，IMD 16用外部传感器31记录了局部场电势。如本文所述，当患者过渡到运动时，患有步态冻结的患者的局部场电势的振幅表现出模式的改变。例如，当患者从站立过渡到踏步时，即使患者没有经历步态冻结的发作，患有步态冻结的患者的β频带(例如，约13赫兹至约30赫兹)内的局部场电势的幅度也显著降低。相反，未患有步态冻结的患者的局部场电势的幅度没有显示出这些模式变化。例如，当患者的活动从站立过渡到踏步时，未患有步态冻结的患者的大脑的β频带内的局部场电势的幅度不会显著变化。通过比较患者的丘脑下核中的局部场电势的幅度，本公开的技术可以允许客观地确定患者是否患有步态冻结或易患步态冻结，而无需患者活跃表现出步态冻结的发作。
作为上述的实例，一个或多个处理器通过沿引线20A-20B布置的一个或多个电极24、26监视患者12的大脑28的生物电信号，例如β信号。在一些实例中，一个或多个处理器位于IMD 16内，而在其他实例中，一个或多个处理器位于外部编程器14内。一个或多个处理器在患者12不运动时经由一个或多个电极24、26感测生物电信号的第一幅度。此外，一个或多个处理器在患者12进行与步态冻结相关的运动时(例如，当患者行走、转身或踏步时)通过一个或多个电极24、26感测生物电信号的第二幅度。一个或多个处理器基于第一和第二幅度之间的差来确定患者是否患有或易患步态冻结。例如，如果一个或多个处理器确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度基本上小于在患者12不运动时感测到的生物电信号的第一幅度，则一个或多个处理器确定患者12患有或易患步态冻结。相反，如果一个或多个处理器确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度与在患者12不运动时感测到的生物电信号的第一幅度大约相同，则一个或多个处理器确定患者12未患有步态冻结。在一些实例中，一个或多个处理器将患者是否患有或易患步态冻结的确定输出到编程器14上的显示器。
在确定患者患有或易患步态冻结时，一个或多个处理器可以利用定义了被配置为抑制步态冻结的电刺激疗法的治疗参数对IMD 16进行编程。如下所述，在检测到患者12正在进行与步态冻结相关的运动时，IMD 16将被配置为抑制步态冻结的电刺激疗法递送，从而提供抑制步态冻结的实时疗法。在一些实例中，为了抑制步态冻结，将疗法配置为减轻或降低患者12中步态冻结发作的严重性。在其他实例中，为了抑制步态冻结，将疗法配置为终止患者12经历的步态冻结发展。在其他实例中，为了抑制步态冻结，该疗法被配置为减少或最小化患者12中步态冻结发作持续的时间长度。在其他实例中，为了抑制步态冻结，将疗法配置为降低患者12经历步态冻结发作的可能性。在其他实例中，为了抑制步态冻结，该疗法被配置为随着时间减少患者12中步态冻结发作的发生次数。
作为一个实例，如上所述，确定患者12患有步态冻结。IMD 16将多个DBS治疗设置存储在内存中。例如，IMD 16存储第一DBS治疗设置，以提供针对不是步态冻结的帕金森氏病的症状的治疗，例如运动迟缓、僵硬或震颤。在一个实例中，用于提供除不是步态冻结的帕金森氏病症状的疗法的第一DBS治疗可以进一步包括选自大约130赫兹至大约185赫兹的范围的第一频率。此外，在一些实例中，用于提供不是步态冻结的帕金森氏病症状的疗法的第一DBS治疗可以包括大约10微秒至大约450微秒的脉冲宽度，例如，在其他示例中大约300微秒的脉冲宽度。在实例电流控制系统中，用于提供不是步态冻结的帕金森氏病症状的疗法的第一DBS治疗可以包括大约0.1毫安至大约25毫安，例如大约10毫安的电流幅度。在示例电压控制系统中，用于提供不是步态冻结的帕金森氏病症状的疗法的第一DBS疗法可以包括大约0.1伏至大约25伏的电压幅度，例如，大约10伏的电压幅度。考虑了所描述的治疗参数的其他值。
此外，IMD 16存储第二DBS治疗设置，以提供用于患者12的步态冻结的治疗。在一个实例中，用于提供用于步态冻结的疗法的第二DBS疗法设置包括第二频率，该第二频率选自大约60赫兹至大约100赫兹的范围，例如，大约60赫兹至大约70赫兹的范围。此外，在一些实例中，用于提供用于步态冻结的疗法的第二DBS疗法设置可以进一步包括大约10微秒至大约450微秒的脉冲宽度，例如，大约300微秒的脉冲宽度。在示例电流控制系统中，用于提供步态冻结治疗的第二DBS治疗设置在一些实例中还可以包括大约0.1毫安至大约25毫安的电流幅度，例如，大约10毫安的电流幅度。在示例电压控制系统中，用于提供用于步态冻结的疗法的第二DBS疗法设置可以进一步包括大约0.1伏至大约25伏的电压幅度，例如，大约10伏的电压幅度。
在典型的使用中，IMD 16以第一频率提供DBS治疗，以为步态冻结以外的患者12中帕金森氏病的症状提供治疗，例如运动迟缓、僵硬或震颤。此外，IMD 16通过一个或多个传感器监视患者12的运动。在一些实例中，一个或多个传感器包括外部传感器31，其可以包括作为加速度计、压力传感器或磁力计。在其他实例中，一个或多个传感器包括诸如电极24、26的可植入传感器。在检测到与步态冻结相关的患者运动(例如从站立转变为踏步、行走或转身)时，IMD会从以配置用于为帕金森氏病的其他症状提供治疗的第一频率递送DBS疗法切换为以配置用于为步态冻结提供疗法的第二频率递送DBS疗法。
此外，在检测到患者已经停止了与步态冻结相关的运动时，IMD 16从以配置用于为步态冻结提供疗法的第二频率递送DBS疗法切换为以配置用于为帕金森氏病的其他不期望症状提供治疗的第一频率递送DBS疗法。
以这种方式，在正常操作期间，IMD 16可以向患者12提供治疗以抑制患者12中不是步态冻结的帕金森氏病症状，例如运动迟缓、僵硬或震颤。此外，IMD 16可以检测到患者12正在转变为与步态冻结相关的运动，并且因此实时地切换为提供抑制步态冻结的治疗。在检测到患者12不再进行与步态冻结相关的运动时，IMD 16可以返回向患者12提供抑制其他症状的治疗。因此，与无法检测步态冻结的其他系统相比，IMD 16在提供给患者12的治疗中可能更灵活。
图2是示出示例IMD 16的组件的功能框图。在图2所示的例子中，IMD16包括存储器40、处理器42、刺激发生器44、感测模块46、开关模块48、遥测模块50和电源52。处理器42可以包括任何一个或多个微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和离散逻辑电路。归因于本文所述的处理器(包括处理器42)的功能可以由硬件设备提供，并体现为软件、固件、硬件或其任何组合。
在图2所示的例子中，感测模块46经由电极24、26的选择组合来感测患者12的大脑28的生理信号。感测模块46可包括经由选择电极24、26测量特定区域(例如，大脑24的前核、丘脑或皮质)的电活动的电路。为了治疗帕金森氏病，感测模块46可以被配置为测量丘脑下核(STN)、内苍白球(GPi)、外苍白球(GPe)和/或基底神经节的其他区域的电活动。
感测模块46可以基本上连续地或以规则的间隔采样生物电脑信号，例如但不限于约1Hz至约1000Hz的频率，诸如约250Hz至约1000Hz或约500Hz至约1000Hz。感测模块46包括用于确定两个电极24、26之间的电压差的电路，该电压差通常指示大脑24的特定区域内的电活动。电极26、24之一可以用作参考电极，并且，如果感测模块46被植入患者12内，则在其中感测模块46与IMD 16分离的实例中，IMD 16或感测模块的外壳可以包括可用于感测生物电脑信号的一个或多个电极。
感测模块46的输出可以由处理器42接收。在一些情况下，处理器42可以对生物电信号进行附加处理，例如，将输出转换为用于处理和/或放大生物电脑信号的数字值。另外，在一些实例中，感测模块46或处理器42可以过滤来自所选择的电极24、26的信号，以便从信号中去除不期望的伪像，诸如来自患者12的体内产生的心脏信号的噪声。尽管在图2中感测模块46与刺激发生器44和处理器42结合到公共外壳中，但是，在其他实例中，感测模块46位于与IMD 16的外壳分离的外壳中，并且经由有线或无线通信技术与处理器42通信。在其他实例中，可以经由外部电极(例如头皮电极)感测生物电脑信号。
在一些实例中，感测模块46可以包括电路以调谐并提取所感测的脑信号的特定频带的功率水平。因此，可以在处理器34将信号数字化之前提取感测到的脑信号的特定频带的功率水平。通过对信号进行数字化处理之前调谐并提取特定频段的功率水平，与不包括在信号数字化之前提取所感测到的大脑信号的特定频段的功率水平的系统相比，可以以相对较慢的速率运行频域分析算法。在一些实例中，感测模块46可以包括多于一个的通道，以监视不同频带中的同时活动，即，提取感测到的脑信号的多于一个频带的功率水平。这些频带可以包括α频带(例如8Hz至12Hz、β频带(例如约12赫兹至约35赫兹)、γ频带(例如约35赫兹至约200赫兹之间)或其他频段。
在一些实例中，感测模块26可以包括将斩波稳定与外差信号处理合并以支持低噪声放大器的架构。在一些实例中，感测模块26可以包括频率选择信号监控器，该频率选择信号监控器包括斩波稳定的超外差仪器放大器和信号分析单元。在标题为“频率选择性监测生理信号”并在2008年9月25日提交的Denison等人的共同转让的美国专利公开号2009/0082691中进一步详细描述了可包含在频率选择信号监视器中的示例放大器。Denison等人的美国专利公开2009/0082691。
如Denison等人的美国专利公开2009/0082691中所述，频率选择性信号监视器可以利用外差处理、斩波稳定的放大器架构将生物电脑信号的选定频带转换为基带以进行分析。可以在一个或多个选定的频带中分析生物电脑信号，以检测特定频带(例如β频率)内的生物电脑信号的幅度，并作为响应，根据本文所述的某些技术进行电刺激治疗。频率选择性信号监视器可以提供生理信号监视设备，其包括：接收生理信号的生理感测元件；仪表放大器，其包括以第一频率调制信号的调制器；放大器，其放大调制信号；以及解调器，其以不同于第一频率的第二频率对放大的信号进行解调。信号分析单元可以分析所选频带中的信号的特性。可以选择第二频率，以使得解调器使信号的所选频带基本上在基带处居中。
在一些实例中，感测模块46可以在IMD 16向患者14递送治疗的大致同一时间感测脑信号。在其他实例中，感测模块46可以感测脑信号并且IMD 16可以在不同时间递送治疗。
在一些实例中，结合所监测的患者12的脑28的生理信号，感测模块46可以监视患者的一个或多个生理参数而不是指示与步态冻结相关的运动的生物电脑信号的参数。合适的患者生理参数可以包括但不限于肌肉张力(例如，通过肌电图(EMG)感测)、眼球运动(例如，通过电眼图(EOG)或EEG感测)以及体温。在一些实例中，可以通过活动记录仪监视患者的运动。在一个实例中，处理器40可以监视反映患者12的肌张力的EMG信号，以识别与步态冻结相关的患者的身体运动。替代地或附加地，处理器40可以经由一个或多个运动传感器(例如，一个或多个单轴或多轴加速度计设备)监视与步态冻结相关的患者的身体运动。
存储器40可以包括任何易失性或非易失性介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存等等。存储器40可以存储计算机可读指令，该计算机可读指令在由处理器42执行时使IMD 16执行本文所述的各种功能。在一些实例中，可以将存储器40视为一种包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令使一个或多个处理器(例如，处理器42)执行本公开中描述的一个或多个示例技术。术语“非暂时性”可以指示存储介质没有体现在载波或传播的信号中。然而，术语“非暂时性”不应解释为意味着存储器40是不可移动的。作为一个实例，存储器40可以从IMD 16移除，并且移动到另一设备。在某些实例中，非暂时性存储介质可以存储可以随着时间而改变的数据(例如，在RAM中)。
在图2所示的例子中，引线20A的电极组24包括四个电极，而引线20B的电极组26包括四个电极。处理器42控制开关模块48，以使用电极24、26的选定组合来感应生物电脑信号。特别地，开关模块48可以在感测模块46与选定的电极24、26之间建立或切断电连接，以便选择性地感测生物电脑信号，例如患者12的脑28的特定部分中的生物电脑信号。处理器42还可以控制开关模块48以将由刺激产生器44产生的刺激信号施加到电极24、26的选定组合。特别地，开关模块48可以将刺激信号耦合至引线20内的选定导体，其继而跨选定电极24、26传递刺激信号。开关模块48可以是开关阵列、开关矩阵、多路复用器或任何其他类型的开关模块，其被配置为选择性地将刺激能量耦合至所选电极22A、22B并且用所选电极24、26选择性地感测生物电脑信号。因此，刺激发生器44经由开关模块48和引线20内的导体耦合到电极24、26。但是，在某些实例中，IMD 16不包括开关模块48。在一些实例中，IMD 16可以包括用于每个单独的电极(例如，代替单个刺激发生器)的分开的电流源和汇聚结点(sink)，使得开关模块48可以不是必需的。
刺激发生器44可以是单信道或多信道刺激发生器。例如，刺激产生器44可能够在给定时间通过单个电极组合递送单个刺激脉冲或周期、多个刺激脉冲或连续信号，或在给定时间通过多个电极组合递送多个刺激脉冲或正弦波形。然而，在一些实例中，刺激生成器44和开关模块48可以被配置为在时间交错的基础上递送多个信道。例如，开关模块48可以用于在不同的时间跨不同的电极组合对刺激生成器44的输出进行时分，以将多个刺激能量的程序或信道传递给患者12。
在一个实例中，存储器42可以存储多个电刺激治疗参数集，其为刺激发生器44限定了用于递送给患者12的电刺激治疗。例如，处理器40基于存储在存储器42中的第一电刺激疗法参数集，可以控制刺激发生器44，以将第一电刺激疗法向患者12递送，所述第一电刺激疗法配置用于为步态冻结以外的帕金森氏病的症状例如运动迟缓、僵硬或震颤提供治疗。在一些实例中，第一电刺激疗法具有选自约130赫兹至约185赫兹的频率。作为进一步的实例，处理器40基于存储在存储器42中的第二电刺激疗法参数集，可以控制刺激发生器44以将第二电刺激疗法递送到患者12，该第二电刺激疗法被配置为提供用于步态冻结的疗法。在一些实例中，第二电刺激疗法的频率选自大约60赫兹至大约100赫兹的范围，例如，大约60赫兹至大约70赫兹。
遥测模块50可以在处理器42的控制下支持IMD 16与外部编程器14或另一计算设备之间的无线通信。IMD 16的处理器42可以例如经由遥测模块50向编程器14或另一外部设备内的遥测模块传输生物电脑信号、特定睡眠阶段的癫痫发作概率度量、患者12的癫痫发作概率谱等。IMD 16中的遥测模块50以及本文所述的其他设备和系统例如编程器14中的遥测模块可以通过射频(RF)通信技术来完成通信。另外，遥测模块50可以经由IMD 16与编程器14的近端感应交互与外部编程器14通信。因此，遥测模块50可以连续地、以周期性的间隔或在来自IMD 16或编程器14的请求下，将信息发送到外部编程器14。
电源52向IMD 16的各个组件输送工作功率。电源52可包括小的可再充电或不可再充电的电池以及用于产生工作功率的发电电路。可以通过外部充电器和IMD 16中的感应充电线圈之间的近端感应交互完成充电。在一些实例中，功率需求可以足够小以允许IMD 16利用患者的运动并执行动能清除设备以对可充电电池进行缓缓充电。在其他实例中，传统电池可以使用有限的时间。
根据本公开的技术，处理器40经由感测模块46和沿引线20A-20B布置的一个或多个电极24、26监视患者12的脑部28的生物电信号，例如β信号。当患者12不移动时，处理器40通过感测模块46和一个或多个电极24、26感测生物电信号的第一幅度。此外，一个或多个处理器在患者12进行与步态冻结相关的运动时(例如，当患者行走、转身或踏步时)通过感测模块46和一个或多个电极24、26感测生物电信号的第二幅度。处理器40基于第一和第二幅度之间的差来确定患者12是否患有或易患步态冻结。例如，如果处理器40确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度基本上小于在患者12不运动时感测到的生物电信号的第一幅度，则处理器40确定患者12患有或易患步态冻结。相反，如果处理器40确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度与在患者12不运动时感测到的生物电信号的第一幅度大约相同，则处理器40确定患者12未患有步态冻结。在一些实例中，处理器40经由遥测模块50将患者12是否患有或易患步态冻结的确定发送到编程器14上的显示器。
在确定患者12患有或易患步态冻结时，处理器40在储存器42中存储限定了被配置为抑制步态冻结的电刺激疗法的治疗参数。如下所述，在检测到患者12正在进行与步态冻结相关的运动时，处理器40控制刺激发生器44以递送配置为抑制步态冻结的电刺激疗法，从而提供抑制步态冻结的实时疗法。
作为一个实例，如上所述，确定患者12患有步态冻结。处理器40在存储器42中存储多个DBS治疗设置。例如，处理器40在存储器42中存储第一DBS治疗设置，该第一DBS治疗设置包括第一频率，该第一频率用于为患者12中不是步态冻结的帕金森氏病症状例如运动迟缓、僵硬或震颤提供治疗。在一个实例中，第一频率选自大约130赫兹至大约185赫兹的范围。此外，处理器40在存储器42中存储第二DBS治疗设置，该第二DBS治疗设置包括用于提供用于患者12的步态冻结的治疗的第二频率。在一个实例中，第二频率选自大约60赫兹至大约100赫兹的范围，例如，大约60赫兹至大约70赫兹的范围。
在典型的使用期间，处理器40控制刺激发生器44以第一频率进行DBS治疗，从而为患者12中不是步态冻结的帕金森氏病症状例如运动迟缓、僵硬或震颤提供治疗。此外，处理器40通过传感器31监视患者12的运动。在检测到与步态冻结相关的患者12的运动例如从站立转变为踏步、行走或转身时，处理器40控制刺激发生器44从以配置用于为帕金森氏病的不是步态冻结的症状提供治疗的第一频率递送DBS疗法切换为以配置用于为步态冻结提供疗法的第二频率递送DBS疗法。
此外，在检测到患者12已经停止了与步态冻结相关的运动时，处理器40控制刺激发生器44从以配置用于为步态冻结提供治疗的第二频率递送DBS疗法切换为以配置用于为非步态冻结的帕金森氏病症状提供疗法的第一频率递送DBS疗法。
图3是示例外部医疗设备编程器14的概念框图，其包括处理器60、存储器62、遥测模块64、用户界面66和电源68。处理器60控制用户界面66和遥测模块64，并将信息和指令存储在存储器62中并从中检索信息和指令。编程器14可以被配置为用作临床医生编程器或患者编程器。处理器60可以包括一个或多个处理器的任意组合，其包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或其他等效的集成或离散逻辑电路。因此，处理器60可以包括任何合适的结构，无论是在硬件、软件、固件还是它们的任何组合中，以执行本文中归因于处理器60的功能。
用户例如临床医生或患者12可以通过用户界面66与编程器14进行交互。用户界面66包括显示器(未示出)，例如LCD或LED显示器或其他类型的屏幕，以呈现与患者12的癫痫症的治疗有关的信息。用户界面66还可以包括输入机构，以接收来自用户的输入。输入机构可以包括例如按钮、小键盘(例如，字母数字小键盘)、外围定点设备或允许用户浏览由编程器14的处理器60呈现的用户界面并提供输入的另一输入机构。
存储器62可以包括用于操作用户界面66和遥测模块64以及用于管理电源68的指令。存储器62还可以存储在治疗过程中从IMD 16检索到的任何治疗数据以及感测到的生物电脑信号。临床医生可以使用该治疗数据来确定患者状况的进展，以便计划将来的治疗。存储器62可以包括任何易失性或非易失性存储器，例如RAM、ROM、EEPROM或闪存。存储器62还可包括可移动存储器部分，其可用于提供存储器更新或存储器容量的增加。可移动存储器还可以允许敏感的患者数据在不同患者使用编程器14之前被除去。
在一些实例中，可以将存储器62视为一种包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令使一个或多个处理器(例如，处理器60)执行本公开中描述的一个或多个示例技术。术语“非暂时性”可以指示存储介质没有体现在载波或传播的信号中。然而，术语“非暂时性”不应解释为意味着存储器62是不可移动的。作为一个实例，存储器62可以从编程器14移除，并且移动到另一设备。在某些实例中，非暂时性存储介质可以存储可以随着时间而改变的数据(例如，在RAM中)。
编程器14中的无线遥测可以通过外部编程器14与IMD 16的RF通信或近端感应交互来实现。通过使用遥测模块64可以进行这种无线通信。因此，遥测模块64可以类似于包含在IMD 16内的遥测模块。在替代实例中，编程器14可能够进行红外通信或通过有线连接进行直接通信。以这种方式，其他外部设备可能够与编程器14通信而无需建立安全的无线连接。
电源68可以将工作功率传送到编程器14的组件。电源68可以包括电池和发电电路以产生工作功率。在一些实例中，电池可以是可充电的以允许扩展的操作。
图4是示出了根据本公开技术用于将电刺激疗法递送至患者的大脑的实例技术的流程图。为了方便起见，关于图1描述图4。在图4的实例中，IMD 16的处理器40和外部编程器14的处理器60中的一个或多个确定患者12是否患有或易患步态冻结，并且对IMD 16进行编程以相应地进行治疗。在一实例中，评估由IMD 16的处理器40执行。在另一个实例中，评估由外部编程器14的处理器60执行。在又一实例中，一些或全部功能在IMD 16的处理器40和外部编程器14的处理器60之间分配。
在一些实例中，在外科手术过程中将IMD 16植入患者12内。在外科手术之后，临床医生可以使用外部编程器14对IMD 16进行编程，以在门诊期间向患者12递送治疗。此外，在该门诊期间，临床医生可以根据本公开的技术确定患者12是否患有或易患步态冻结。作为一个实例，处理器40、60中的一个或多个经由感测模块46以及沿着引线20A和20B布置的一个或多个电极24、26感测在患者12进行与步态冻结相关的运动时患者12的脑部28的生物电信号(400)。在一些实例中，处理器40、60中的一个或多个处理器感测β信号，该β信号包括患者12的脑部28的约11赫兹至约30赫兹内的频率。在一些实例中，与步态冻结相关的运动是转身运动、踏步运动或从站立到踏步的过渡。
处理器40、60的一个或多个基于感测的生物电信号确定患者易患步态冻结(402)。例如，当患者12不移动时，处理器40、60的一个或多个通过感测模块46和一个或多个电极24、26感测生物电信号的第一幅度。此外，当患者12进行与步态冻结相关的运动时，处理器40、60中的一个或多个经由感测模块46和一个或多个电极24、26感测生物电信号的第二幅度。处理器40、60的一个或多个基于第一和第二幅度之间的差来确定患者是否患有或易患步态冻结。例如，如果一个或多个处理器40、60确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度小于从当患者12不移动时感测到的生物电信号的第一幅度的可编程阈值，则处理器40、60中的一个或多个确定患者12患有或易患步态冻结。在一些实例中，临床医生从训练阶段确定可编程阈值，在该训练阶段中，患者12执行若干运动和固定任务，并且在任务期间测量患者12的神经反应。在该实例中，临床医生评估患者12的神经反应以确定患者12是否患有或易患步态冻结。相反，如果一个或多个的处理器40、60确定在患者12进行与步态冻结相关的运动时感测到的生物电信号的第二幅度与在患者12不运动时感测到的生物电信号的第一幅度大约相同，则一个或多个的处理器40、60确定患者12未患有步态冻结。在一些实例中，一个或多个的处理器40、60将患者是否患有或易患步态冻结的确定输出到编程器14上的显示器。
在确定患者12患有或易患步态冻结时，一个或多个处理器40、60将所述确定输出到外部编程器14的用户界面66的显示器，以供临床医生使用。作为响应，临床医生可以经由外部编程器14对IMD 16进行编程以递送电刺激疗法，该电刺激疗法被配置为抑制患者12的步态冻结(404)。在一实例中，临床医生在IMD 16的存储器中对多个DBS治疗设置进行编程。例如，临床医生可以在IMD 16中编程第一DBS治疗设置，该第一DBS治疗设置包括第一频率，该第一频率用于为不是步态冻结的帕金森氏病症状例如运动迟缓、僵硬或震颤提供治疗。在一个实例中，第一频率选自大约130赫兹至大约185赫兹的范围。此外，临床医生可以对第二DBS治疗设置进行编程，该第二DBS治疗设置包括用于在IMD 16中提供步态冻结的治疗的第二频率。在一个实例中，第二频率选自大约60赫兹至大约100赫兹的范围，例如，大约60赫兹至大约70赫兹的范围。
在典型的使用期间，处理器40、60中的一个或多个控制由IMD 16以第一频率向患者12递送第一电刺激疗法(406)。处理器40、60中的一个或多个检测患者12与步态冻结相关的运动(408)。在一些实例中，处理器40、60经由一个或多个传感器(例如一个或多个加速度计、磁力计或压力传感器)检测与步态冻结相关的运动。在其他实例中，处理器40、60通过感测患者的一个或多个生物电信号(例如通过引线20A-20B的电极24、26)来检测与步态冻结相关的运动。在其他实例中，处理器40、60通过经由患者编程器14从患者12接收指示患者12正在或当前将开始与步态冻结相关的运动的输入来检测与步态冻结相关的运动。在一些实例中，与步态冻结相关的运动是踏步运动、转身运动或从站立到踏步的过渡。
响应于检测到的与步态冻结相关的运动，处理器40、60中的一个或多个控制IMD16从递送第一电刺激疗法切换为递送第二电刺激疗法(410)。因此，在检测到与步态冻结相关的运动之前，处理器40、60使IMD 16递送第一电刺激疗法，该第一电刺激疗法被配置为抑制非步态冻结的帕金森氏病症状，例如运动迟缓、僵硬或震颤。然而，这种第一电刺激疗法可能不能有效地抑制患者12的步态冻结。因此，在检测到与步态冻结相关的运动时，处理器40、60使IMD 16调整治疗，使得该治疗有效地抑制患者12中步态冻结的发作。该调整可以包括对电刺激疗法的一个或多个刺激参数的调整，例如频率，脉冲宽度，幅度，电极24、26的组合和/或患者12的大脑28内的组织的目标区域。
在一些实例中，处理器40、60使IMD 16恢复递送第一电刺激疗法，该第一电刺激疗法被配置为抑制非步态冻结的帕金森氏病症状。例如，当通过一个或多个传感器检测到患者12不再进行与步态冻结相关的运动时，处理器40、60使IMD 16恢复递送配置为抑制不是步态冻结的帕金森氏病症状的第一电刺激疗法。在另外的实例中，响应于经由患者编程器14从患者12接收到输入，处理器40、60使IMD 16恢复递送第一电刺激疗法，该第一电刺激疗法被配置为抑制非步态冻结的帕金森氏病症状。因此，以这种方式，IMD 16可以为治疗提供实时调整，以便当患者开始与步态冻结相关的活动或运动时抑制步态冻结。此外，当患者12未进行与步态冻结相关的活动或运动时，IMD 16可提供有效抑制帕金森氏病的其他症状的疗法，因此可能不需要用于抑制步态冻结的特定疗法。
图5是示出了根据本公开技术用于将电刺激疗法递送至患者的大脑的实例技术的流程图。为了方便起见，关于图1描述图5。
如图5所示，处理器40控制经由刺激发生器44和沿着引线20A-20B布置的电极24、26向患者12的第一电刺激疗法的递送(500)。在一个实例中，第一电刺激被配置为抑制非步态冻结的疾病症状。例如，第一电刺激可以被配置为抑制患者12中不是步态冻结的帕金森氏病症状，例如运动迟缓、僵硬或震颤。在一些实例中，第一电刺激具有从大约130赫兹至大约185赫兹的范围中选择的第一频率。
在递送第一电刺激时，处理器40通过一个或多个传感器检测患者12是否正在执行与步态冻结相关的运动(502)。在一实例中，一个或多个传感器包括一个或多个加速度计。如果处理器40未检测到患者12正在执行与步态冻结相关的运动(502的“否”方框)，则处理器40继续控制第一电刺激向患者12的递送(500)。
如果处理器40检测到患者12正在执行与步态冻结相关的运动(502中的“是”方框)，则处理器40通过刺激发生器44和沿着引线20A-20B布置的电极24、26控制第二电刺激疗法对患者12的递送(504)。在一个实例中，第二电刺激疗法被配置为抑制步态冻结。在一些实例中，第二电刺激疗法具有的第二频率选自大约60赫兹至大约100赫兹的范围，例如，大约60赫兹至大约70赫兹的范围。
在进行第二电刺激疗法时，处理器40通过一个或多个传感器检测患者12是否已经停止了与步态冻结相关的运动(506)。如果处理器40检测到患者12继续进行与步态冻结相关的运动(506的“否”方框)，则处理器40继续控制第二电刺激疗法向患者12的输送(504)。如果处理器40检测到患者12已经停止了与步态冻结相关的运动(506的“是”方框)，则处理器40控制第一电刺激疗法向患者12的递送(500)。
本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实现，其包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或离散逻辑电路，以及此类组件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以单独地或与其他逻辑电路或任何其他等效电路组合地指代任何前述逻辑电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的一种或多种技术。
这样的硬件、软件和固件可以在同一设备内或在单独的设备内实现以支持本公开中描述的各种操作和功能。另外，所描述的任何单元、模块或组件可以一起或单独地实现为离散但可互操作的逻辑设备。将不同特征描绘为模块或单元旨在突出不同的功能方面，并且不一定暗示必须通过单独的硬件或软件组件来实现这样的模块或单元。而是，可以通过单独的硬件或软件组件来执行与一个或多个模块或单元相关联的功能，或者可以将其集成在通用的或单独的硬件或软件组件内。
本公开中描述的技术还可以在包含指令的计算机可读介质(例如计算机可读存储介质)中实现或编码。嵌入或编码在计算机可读存储介质中的指令可以使可编程处理器或其他处理器例如在执行指令时执行该方法。计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电子可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、CD-ROM、软盘、盒带、磁性介质、光学介质或其他计算机可读介质。
已经描述了各种实例。这些和其它实例是在以下权利要求的范围内。
Claims (15)
1.一种医疗系统，其包括：
一个或多个电极，其被配置为在患者进行与步态冻结相关的运动时感测所述患者的大脑的生物电信号；和
一个或多个处理器，其配置为：
基于所述生物电信号，在不经历步态冻结发作时确定所述患者易于步态冻结；和
基于所述确定，对医疗设备进行编程以向所述患者递送电刺激疗法，所述电刺激疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
2.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，为了感测所述患者的大脑的生物电信号，所述一个或多个电极被进一步配置成：
在所述患者不运动时感测所述生物电信号；和
在所述患者进行与步态冻结相关的运动时感测所述生物电信号。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的医疗系统，其中，为了基于所述生物电信号确定所述患者易于步态冻结，所述一个或多个处理器进一步配置成：
在确定所述患者运动时感测到的生物电信号的幅度基本上小于所述患者不运动时感测到的生物电信号的幅度后，确定所述患者易于步态冻结。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的医疗系统，其中与步态冻结相关的运动包括转身运动、踏步运动或从站立运动过渡到踏步运动中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的医疗系统，其中所述患者的大脑的生物电信号是包含约11赫兹到约30赫兹的频率的所述患者的大脑的β信号。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的医疗系统，其中，为了感测所述患者的大脑的生物电信号，所述一个或多个电极被进一步配置以感测所述患者的大脑的局部场电势(LFP)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的医疗系统，其中所述生物电信号是在所述患者中的与步态冻结相关的生物标志物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的医疗系统，其中所述一个或多个处理器进一步配置为：
控制所述医疗设备以第一频率向所述患者递送第一电刺激疗法；
检测与步态冻结相关的运动；和
响应于检测到的与步态冻结相关的运动，从控制所述医疗设备以第一频率向所述患者递送第一电刺激疗法切换到控制所述医疗设备以第二频率向所述患者递送第二电刺激疗法。
9.根据权利要求8所述的医疗系统，
其中第一频率选自约130赫兹至约185赫兹的范围；和
其中第二频率选自约60赫兹至约70赫兹的范围。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的医疗系统，
其中第二电刺激疗法被配置为抑制所述患者中由于帕金森氏病引起的步态冻结，和
其中所述第一电刺激疗法被配置为抑制所述患者中非步态冻结的帕金森氏病的一种或多种症状。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的医疗系统，其中所述一个或多个处理器进一步配置为：
检测与步态冻结相关的运动的停止；和
响应于检测到的与步态冻结相关的运动的停止，从以第二频率向所述患者递送第二电刺激疗法切换到以第一频率向所述患者递送第一电刺激疗法。
12.一种非暂时性计算机可读介质，其包括指令，当被执行时所述指令使得一个或多个处理器：
通过一个或多个电极感测当患者进行与步态冻结相关的运动时所述患者的大脑的生物电信号；
基于所述生物电信号，在不经历步态冻结发作时确定所述患者易于步态冻结；和
基于所述确定，对医疗设备进行编程以向所述患者递送电刺激疗法，所述电刺激疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，其中所述指令进一步使所述一个或多个处理器：
控制所述医疗设备以第一频率向所述患者提供第一电刺激疗法；
检测与步态冻结相关的运动；和
响应于检测到的与步态冻结相关的运动，从控制所述医疗设备以第一频率向所述患者递送第一电刺激疗法切换到控制所述医疗设备以第二频率向所述患者递送第二电刺激疗法。
14.一种医疗系统，其包括：
用于感测当患者进行与步态冻结相关的运动时所述患者的大脑的生物电信号的装置；
用于基于所述生物电信号在不经历步态冻结发作时确定所述患者易于步态冻结的装置；和
用于基于所述确定对医疗设备进行编程以向所述患者递送电刺激疗法的装置，所述电刺激疗法被配置为在检测到与步态冻结相关的运动时抑制步态冻结。
15.根据权利要求14所述的医疗系统，其进一步包括：
用于控制所述医疗设备以第一频率向所述患者提供第一电刺激疗法的装置；
用于检测与步态冻结相关的运动的装置；和
用于响应于检测到的与步态冻结相关的运动从控制所述医疗设备以第一频率向所述患者递送第一电刺激疗法切换到控制所述医疗设备以第二频率向所述患者递送第二电刺激疗法的装置。
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