CN111918693B - 非侵入性神经刺激 - Google Patents

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Abstract

提供了一种局部神经刺激器贴片和系统，包括真皮贴片；与贴片相关联的电信号发生器；用于激活电信号发生器的信号接收器；与贴片相关联的电信号发生器的电源；电信号激活设备；以及神经反馈传感器。

Description

非侵入性神经刺激
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月5日提交的美国申请序列No.15/912,058的优先权。这些申请中的每个申请的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及通过局部刺激器激活神经，以控制或影响人和哺乳动物的肌肉、组织、器官或包括疼痛在内的感觉。
背景技术
神经疾病可能导致失去对肌肉和其它身体功能的控制，丧失感觉，或疼痛。手术程序和药物有时可以治疗这些疾病，但有局限性。本发明涉及一种用于提供其它选项来治疗和改善功能的系统。
附图说明
图1是通过电脉冲激活肌肉的神经元的描绘。
图2是神经中电脉冲的电势激活时间的表示。
图3是阴茎的横截面。
图4是包括片上系统(SOC)的局部神经刺激器/传感器(TNSS)组件配置的图示。
图5是示出电池位置的TNSS的智能辅助带(Smart Band Aid)实现方式的上侧图示，该电池可以是各种类型。
图6是图5的SBA的下侧的图示。
图7是合并到SBA中的TNSS组件。
图8是合并到SBA中的可选神经刺激器和传感器芯片组的示例。
图9是SBA的可选电极配置的示例。
图10是在大量系统和软件应用中将TNSS与控制单元作为系统一起使用的示例。
图11示出了用于由多个辐射器的用户形成和转向波束的方法。
图12是示例性波束形成和转向机构。
图13图示了用于激活神经刺激设备的示例性控制单元。
图14是示例性软件平台，用于在控制单元和TNSS之间进行通信、收集数据、与其它TNSS联网以及进行外部通信。
图15表示TNSS在脊髓损伤患者中的应用。
图16示出了示例TNSS系统。
图17示出了图16的TNSS系统的组件与用户之间的通信。
图18示出了用于电场转向和感测的示例电极配置。
图19示出了刺激和感测组织体积中的信号的模式的示例。
图20是示出施加到皮肤的脉冲的曲线图。
图21是示出施加到皮肤的对称和非对称脉冲的曲线图。
图22是示出通过在皮肤上施加两个电极而在底层组织中产生的场的截面图。
图23是示出通过在皮肤上施加两个电极而在底层组织中产生的场的横截面图，其中两层组织具有不同的电阻率。
图24是示出当关闭刺激脉冲时在底层组织中的场的横截面图。
图25A是根据一个示例的示例软件和硬件组件的系统图，其示出了局部神经刺激器/传感器(TNSS)的示例，解释来自控制设备的数据流。
图25B是示出根据一个示例的主控制程序的功能的示例的流程图。
图26是根据一个示例的包括片上系统(SOC)的示例TNSS组件配置的框图。
图27是根据一个示例的用于自适应电流控制的协议的流程图。
图28是根据一个示例的在自适应电流协议中使用的差分积分器电路。
图29是根据一个示例的将充电持续时间与频率相关以向自适应电流协议提供反馈的表格。
图30是根据一个示例的设计为符合皮肤的形状的胫骨贴片或TNSS或SmartPad。
图31是根据其它示例的设计为符合皮肤的形状的胫骨贴片或TNSS或SmartPad。
图32是根据一个示例的包括具有TNSS设计和封装的SmartPad的皮肤贴片。
图33图示了用于贴片的其它示例位置。
图34图示了根据一个示例的其中右脚足底袜子贴片固定到袜子的底部的剖视图。
图35图示了根据一个示例的其中右脚底足鞋子贴片固定到鞋子的底部的剖视图。
具体实施方式
一种用于使用附着在皮肤上并且能够无线链接到蜂窝电话、激活器或计算机网络并由其控制的小型电子设备与人或哺乳动物的神经系统进行电、机械、化学和/或光学相互作用，以刺激和/或记录身体功能的方法。
身体由化学系统和神经系统控制。神经和肌肉产生和响应电压和电流。对这些组织的电刺激可以在它们失去移动或感觉时恢复这些移动或感觉，或者可以改变神经系统的行为，这一过程被称为神经调节(neuro modulation)。记录神经和肌肉的电活动被广泛用于诊断，如在心电图、肌电图、脑电图等中。电刺激和记录需要电接口来输入和输出信息。组织和电子系统之间的电接口通常是以下三种类型之一：
a.通过外科手术植入到体内的设备，诸如起搏器。这些设备被开发用于多种功能，诸如恢复瘫痪肌肉的移动或恢复听力，并且可以潜在地应用于任何神经或肌肉。这些设备通常是专用且有些昂贵的设备。
b.临时插入到组织中的设备，诸如针或导管，连接到体外的其它装备。医护人员将这些设备用于诊断或短期治疗。
c.记录来自皮肤表面的电压以进行诊断和数据收集，或使用与刺激器连接的贴片将电刺激施加到皮肤表面的设备。便携式电池供电的刺激器通常是由患者操作的简单设备，例如用于缓解疼痛。它们的使用受到以下各项的限制；
i.长期管理电线、贴片和刺激器不方便，尤其是当存在与多个部位的接口时，以及
ii.患者难以控制各种刺激参数，诸如振幅、频率、脉冲宽度、占空比等。
神经也可以被机械刺激以产生感觉或引起或改变反射；这是触感和触觉反馈的基础。神经也会受到局部或全身性输送的药物的化学影响，并且有时会根据位置或化学类型而针对特定的神经。如果神经已经插入了使它们对光敏感的基因，例如眼中的某些神经，那么它们也可以被视觉上刺激或抑制。神经的动作也会产生可以被感测的电、机械和化学变化。
局部神经刺激器/传感器(TNSS)是刺激神经和感测身体的动作的设备，其可以被放置在人或哺乳动物的皮肤上以对神经、肌肉或组织起作用和做出反应。TNSS的一种实现是智能辅助带(Smart Band Aid)TM(SBA)。包含SBA的系统控制神经调节和神经刺激活动。它由一个或多个控制器或控制单元、一个或多个TNSS模块、位于控制单元和TNSS模块中的软件、这些组件之间的无线通信以及数据管理平台组成。控制器托管将控制TNSS功能的软件。控制器从TNSS获取数据或图像数据的输入，以由所述软件进行分析。控制器提供用于向用户显示和从用户记录的物理用户界面，诸如激活或禁用TNSS、记录数据和使用统计信息、生成报告数据。最后，控制器提供与其它控制器或互联网云的通信。
控制器与Neurostim模块(也称为TNSS模块或SBA)通信，并且还与用户通信。在至少一个示例中，这两种通信都可以在两个方向上进行，因此每组通信都是控制回路。可选地，也可以在TNSS模块和身体之间直接存在控制回路。因此，系统可选地可以是具有至少四个控制回路的分级控制系统。TNSS与身体之间存在一个回路；TNSS和控制器之间存在另一个回路；控制器和用户之间存在另一个回路；并且经由云在控制器和其它用户之间存在另一个回路。每个控制回路具有几个功能，包括：(1)经由本地网络(诸如蓝牙)在控制器和TNSS之间发送激活或禁用信号；(2)驱动用户界面，例如当控制器从用户接收命令并向用户提供视觉、听觉或触觉反馈时；(3)分析TNSS和/或控制器和/或云内的TNSS数据以及诸如来自用户的其它反馈数据；(4)决定适当的治疗；(5)系统诊断以进行操作纠正；以及(6)经由互联网云与其它控制器或用户进行通信以进行数据传输或交换，或与互联网云中驻留的应用进行交互。
控制回路是闭合的。这是同时具有刺激和感测的结果。感测提供关于刺激效果的信息，从而允许将刺激调整到期望水平或自动改善。
通常，将施加刺激。感测将用于测量刺激的效果。感测到的测量将用于指定下一个刺激。可以无限期地重复该过程，每个部分的持续时间不同。例如：在整个过程中快速循环(a-b-c-a-b-c-a-b-c)；长时间刺激，偶尔感测(aaaa-b-c-aaaa-b-c-aaaa-b-c)；或长时间感测，偶尔刺激(a-bbbb-c-a-bbbb-c-a-bbbb)。该过程也可以从感测开始，并且当检测到身体中的事件时，该信息用于指定治疗或纠正该事件的刺激，例如，(bbbbbbbbb-c-a-bbbbbbbbbb-c-a-bbbbbbbbb)。其它模式也是可能的并且预期在本申请的范围内。
通过在刺激电路和感测电路之间切换相同的组件的连接，可以将相同的组件交替地用于刺激和感测。可以通过标准电子组件进行切换。在电刺激和感测的情况下，可以将相同的电极用于两者。电子开关用于将刺激电路连接到电极，并将电刺激施加到组织。然后，电子开关将刺激电路与电极断开，并将感测电路与电极连接，并记录来自组织的电信号。
在声学刺激和感测的情况下，相同的超声换能器可以用于两者(如在超声成像或雷达中)。电子开关用于将电路连接到换能器，以将声学信号(声波)发送到组织中。然后，电子开关将这些电路与换能器断开，并将其它电路连接到换能器(以监听反射的声波)，并记录来自组织的这些声信号。
可以使用刺激和感测的其它模式(例如，光、磁场等)。闭环控制可以由单独的TNSS或由在诸如下面的图16所示的系统中操作的多个TNSS模块自主实现。感测可能由一些TNSS执行，而刺激可能由其它TNSS执行。
刺激器是电刺激的协议控制的发起者，其中这样的协议可以驻留在TNSS和/或控制器和/或云中。刺激器与相关联的传感器或激活器(诸如，电极或MEMS设备)交互。
可以位于TNSS、控制器或云中的协议具有几个功能，包括：
(1)经由诸如蓝牙之类的本地网络在控制器和TNSS之间发送激活或禁用信号。该协议通过蓝牙无线电波从智能电话向皮肤上的TNSS模块发送信号，告诉它开始或停止刺激或感测。其它无线通信类型也是可能的。
(2)如当控制器从用户接收命令并向用户提供视觉、听觉或触觉反馈时那样驱动用户界面。该协议在用户触摸智能电话屏幕上的图标时从用户接收命令，并通过在智能电话屏幕上显示信息或使智能电话发出蜂鸣声或嗡嗡声来向用户提供反馈。
(3)在TNSS和/或控制器和/或云内分析TNSS数据以及诸如来自用户的其它反馈数据。该协议分析由TNSS感测到的数据，诸如肌肉的位置，以及来自用户的数据，诸如用户在智能电话上触摸图标时表达的用户愿望；可以在TNSS、智能电话和/或云中进行这种分析。
(4)做出关于适当治疗的决定。该协议使用其分析的数据来决定要施加哪种刺激。
(5)用于操作纠正的系统诊断。该协议检查TNSS系统是否正确操作。
(6)经由互联网云与其它控制器或用户进行通信以进行数据传输或交换，或者与驻留在互联网云中的应用进行交互。该协议经由互联网与其它智能电话或人进行无线通信；这可以包括通过互联网或使用在互联网上其它位置操作的计算机程序发送数据。
神经控制系统、方法和装置被配置在生态系统或模块化平台中，该生态系统或模块化平台使用潜在的一次性局部设备来提供电子计算系统和神经系统之间的接口。这些接口可以是经由电极的直接电连接，或者可以是经由换能器(传感器和致动器)的间接电连接。它可以具有以下各种配置的元件：用于感测或激活体内电事件的电极；各种模式的致动器；各种模式的传感器；无线联网；以及协议应用，例如，用于数据处理、记录、控制系统。这些组件集成在一次性局部设备中。这种集成允许局部设备自主工作。它还允许局部设备与远程控制单元(经由天线、发射器和接收器进行无线通信)一起自主工作。
参考图1，神经细胞通常被电极化，其中神经的内部相对于细胞的外部处于70mV的负电势。向神经细胞施加适当的电压(将细胞的静息电位从-70mV升高到-55mV的触发阈值以上)可以引发一系列事件，其中该极化在细胞膜的一个区域暂时反转并且极化的变化沿着细胞的长度扩展，以影响在一定距离的其它细胞，例如，与其它神经细胞通信，或引起或预防肌肉收缩。
参考图2，从刺激的位置以图形方式表示了神经脉冲，该刺激导致去极化波，随后是在测量时段期间沿着神经元的膜传播的去极化。这种传播动作电位是神经脉冲。正是这种现象允许外部电神经刺激。
参考图3，阴茎或阴蒂背面的刚好位于皮肤下方的生殖器背神经是纯粹的感觉神经，其在性活动期间参与膀胱活动的正常抑制，并且对该神经的电刺激已被证明可以减轻膀胱过度活动症的症状。刺激阴茎下侧可能会引起性唤起、勃起、射精和性高潮。
局部神经刺激器/传感器(TNSS)用于刺激这些神经，并且方便、不引人注目、自供电、可通过智能电话或其它控制设备进行控制。这具有非侵入性、由消费者自己控制并且潜在地无需处方就可以在柜台分发的优点。
参考图4，TNSS具有一个或多个电子电路或芯片，其执行以下功能：与控制器通信，经由根据治疗方案产生(一个或多个)广泛的电场的电极408、也可以用作电极和通信通路的一个或多个天线410，以及广泛的各种传感器406(诸如但不限于机械运动和压力、温度、湿度、化学和定位传感器)进行神经刺激。一种布置是将各种各样的这些功能集成到SOC片上系统400中。在其中示出了用于数据处理、通信和存储的控制单元402以及连接到电极408的一个或多个刺激器404和传感器406。天线410被并入以通过控制单元进行外部通信。还存在内部电源412，其可以是例如电池。外部电源是芯片配置的另一个变体。可能需要包括一个以上的芯片，以适应用于数据处理和激励的宽范围电压。电子电路和芯片将经由能够传输数据和/或电力的设备内的导电迹线相互通信。
在一个或多个示例中，可以将结合有电池和电子电路以及呈粘性导电垫形式的电极的智能辅助带TM应用于皮肤，并且将电刺激从粘性垫传递到组织中。刺激通常可以是频率在15和50Hz之间，电流在20和100mA之间的一系列电压调节方波。该系列刺激由用户操作的智能电话控制。刺激可以由用户在需要时发起，或者可以根据定时时间表进行编程，或者响应于智能辅助带TM或其它设备上的传感器检测到的事件而发起。用于男性的另一种实现方式可以是结合在环中的TNSS，该环将刺激器导电地定位在要被刺激的阴茎中的选定神经上。
参考图5，将采用有限寿命的电池源作为内部电源412，以向在该图示中部署的作为智能辅助带TM的TNSS供电。这些可以采取锂离子技术或传统的无毒MnO2技术的形式。图5图示了不同的电池选项，诸如可打印的氧化锰电池516和纽扣电池518。不同形状的TNSS可能需要不同的电池封装。
图6示出了这些组件的替代布置，其中电池616-618被定位在SBA的底侧上，位于电极610和620之间。在这个示例中，电池616是锂离子电池，电池617是MnO2电池，并且电池618是纽扣电池。在其它示例中，在本申请的范围内，其它类型的电池和其它电池配置也是可能的。
除了控制器之外，智能辅助带TM封装平台还包括能够应用于皮肤并包含上述TNSS电子器件、协议和电源的粘附贴片组件。
参考图7，其是被部署为智能辅助带TM 414的TNSS。智能辅助带TM具有在一侧上具有用于粘附到皮肤的粘合剂的基板、先前在图4中描述的SOC 400或电子封装，以及设置在真皮和粘合剂表面之间的电极408。电极通过真皮向神经和其它组织提供电刺激，进而可以收集来自身体的电信号，诸如肌肉收缩时产生的电信号(肌电图)，以提供关于身体功能(诸如肌肉动作)的数据。
参考图8，可以采用不同的芯片来满足设计要求。示出的是在这个实例中作为SBA部署的在TNSS中封装的样本芯片。例如，表示了神经刺激器800、传感器802、处理器/通信804。芯片可以单独封装在包括柔性材料的基板上，或者作为片上系统(SOC)400。芯片连接和电子封装未示出，但是在本领域中是已知的。
参考图9，示出了在电极布置上具有变形的SBA。每个电极可以由多个导电接触件组成，这些导电接触件赋予电极调节所施加电场的深度、方向性和空间分布的能力。对于所示的所有示例电极配置901-904，电刺激的深度可以通过施加到电极接触件的电压和功率来控制。可以将电流施加到SBA的相对端处的各种电极接触件，或者在SBA一端的多个电极接触件内。施加到电极接触件的信号的相位关系可以改变电场的方向性。对于电极的所有配置，所施加的信号可以随时间和空间维度而变化。左侧的配置901示出了在SBA任一端的多个同心电极接触件。该配置可以用于通过改变引入到电极接触件的功率在各种组织深度处施加电刺激场。下一个配置902示出了布置在多个平行的电接触件条中的电极404。这允许电场垂直或平行于SBA定向。下一个配置903示出了电极接触件的示例矩阵，其中所施加的信号可以在SBA任一端的任意两个或更多个电极接触件之间，或者在SBA一端的单个矩阵内的两个或更多个电极接触件之间生成刺激场。最后，最右边的下一个配置904还示出了布置在多个平行的电接触件条中的电极。与第二配置一样，这允许电场垂直或平行于SBA定向。电极和接触件可以有许多其它布置。
具有一个或多个控制器的一个或多个TNSS构成系统。系统可以彼此以及与分布式虚拟化处理和存储服务通信和交互。这使得能够在用于医疗和非医疗应用的系统群体之间采集、交换和分析数据。
参考图10，示出了具有两个TNSS单元1006的系统，其中一个TNSS单元在手腕上，一个在腿上，与其控制器、智能电话1000或其它控制设备通信。TNSS单元既可以进行感测又可以进行刺激，并且可以独立作用，还可以在身体局域网(BAN)中一起工作。系统通过诸如蜂窝网络之类的通信桥或网络彼此通信。系统通常还经由互联网1002与运行在分布式虚拟化处理和存储环境中的应用通信。与分布式虚拟化处理和存储环境通信的目的是与其它第三方(诸如，医院、医生、保险公司、研究人员等)传送大量用户数据以进行分析和联网。有些应用收集、交换和分析来自多个系统1004的数据。第三方应用开发人员可以访问TNSS系统及其数据，以交付广泛的应用。这些应用可以将数据或控制信号返回给穿戴TNSS单元1006的个体。这些应用还可以向使用系统1008的群体的其它成员发送数据或控制信号。这可以表示个体的数据、来自群体用户的聚合数据、数据分析或来自其它来源的补充数据。
参考图11，示出了影响波束形成和波束转向的电极阵列的示例。波束形成和转向允许通过TNSS对神经和组织更有选择性地施加刺激能量。波束转向还通过将刺激机制定向施加到目标为降低包括神经在内的细胞的刺激提供机会。在使用电子束时，较低的功率需求会延长电池寿命并允许使用低功率的芯片组。波束转向可以例如通过磁场和形成的栅极以多种方式来实现。图11示出了通过使用多个辐射器1102来形成和转向波束的方法，这些辐射器由多个移相器1103彼此异相地激活，这些移相器从公共电源1104被供电。因为辐射的信号异相，因此它们产生干涉图样1105，该干涉图样1105导致波束形成并在变化的受控方向上转向1106。像光一样的电磁辐射显示出波的一些特性，并且可以集中在某些位置。这提供了选择性刺激诸如神经之类的组织的机会。它还提供了将能量和数据的传输集中在某些对象上的机会，这些对象包括局部或植入的电子设备，从而不仅提高了激活或控制这些对象的选择性，而且还降低了操作它们所需的总功率。
图12是用于波束形成和转向1202的选通结构1200的另一个示例。选通结构1200示出了可以通过施加时变电压而用于简单的波束形成的互锁的电极对的示例。转向1202示出了主场瓣的一般图片以及在该示例中这种波束转向如何工作。图12示出了可以使用的可能示例。
人体和哺乳动物体是具有多层不同电特性的组织的各向异性介质。可以使用多个电极或多个SBA使用人体或哺乳动物体作为各向异性体积导体来完成电场的转向。电场转向将在下面参考图18和19进行讨论。
参考图13，控制器是电子平台，该电子平台是智能电话1300、平板电脑1302、个人计算机1304或专用模块1306，其承载无线通信能力，诸如近场通信、蓝牙或当前通信芯片组(例如Broadcom BCM4334、TI WiLink 8等)支持的Wi-Fi技术，以及可以与TNSS通信的各种协议应用。可以存在多于一个共同作用的控制器。例如，如果用户同时具有运行的智能电话控制应用和在他/她的口袋/钱包中的智能钥匙控制器，那么可能发生这种情况。
TNSS协议执行与控制器的通信功能，包括传输和接收控制和数据信号、神经刺激的激活和控制、从板上传感器采集数据、与其它TNSS的通信和协调以及数据分析。通常，TNSS可以从控制器接收命令、生成刺激并将其施加到组织、感测来自组织的信号并将其传输到控制器。它还可以分析感测到的信号，并使用该信息来修改所施加的刺激。除了与控制器通信外，它还可以经由身体局域网使用电信号或无线电信号与其它TNSS通信。
参考图14，在智能电话1400、平板电脑1402或其它计算平台或移动设备上执行和/或显示的控制器协议将执行与TNSS模块的通信功能，包括传输和接收控制和数据信号、激活和控制神经调节方案、从板上传感器采集数据、与其它控制器通信和协调以及数据分析。在一些情况下，可以通过控制器协议进行神经调节方案的局部控制，而无需与用户通信。
图15示出了电刺激和感测在身体上的潜在应用，特别是对于可能由于神经系统疾病及其并发症而遭受瘫痪或感觉丧失或反射改变(诸如痉挛或震颤)的用户以及患有大小便失禁、疼痛、行动不便和衰老的用户。下面讨论本系统的不同示例医疗用途。
图16示出了典型的TNSS系统1600的一个示例的组件。TNSS设备1610负责刺激神经和接收电、声、成像、化学和其它信号形式的数据，然后该数据可以在TNSS中进行本地处理或传递给控制单元1620。TNSS设备1610还负责分析和动作。TNSS设备1610可以包含用于刺激和感测的多个电极。相同的电极可以用于两种功能，但这不是必需的。TNSS设备1610可以包含成像设备，诸如超声换能器，以创建电极下方或可能受神经刺激的影响的体内其它地方的结构的声像。
在该示例TNSS系统中，大多数数据收集和分析在控制单元1620中执行。控制单元1620可以是蜂窝电话或专用硬件设备。控制单元1620运行控制TNSS系统1600的本地功能的应用。协议应用还经由互联网或无线网络1630与其它TNSS系统和/或与第三方软件应用进行通信。
图17示出了TNSS系统1600的组件与用户之间的通信。在这个示例中，TNSS 1610能够向神经1640施加刺激以在神经1640中产生动作电位，从而在肌肉1670或其它器官(诸如脑1650)中产生动作。TNSS 1610可以感测这些动作，TNSS 1610可以对信息采取行动以修改它提供的刺激。在这个示例中，该闭环构成系统1600的第一级。
也可以通过从控制单元1620(诸如蜂窝电话、笔记本电脑、钥匙扣、平板电脑或其它手持设备)接收到的信号使TNSS 1610操作，并且可以将其感测到的信息发送回控制器单元1620。在这个示例中，这构成了系统1600的第二级。
通过来自用户的命令使控制单元1620操作，该用户也从控制单元1620接收信息。用户还可以经由自然感觉(诸如经由感觉神经和脊髓的视觉或触摸)来接收关于身体动作的信息，并且在一些情况下，可以经由通过脊髓到肌肉的自然通路在体内引起动作。
控制单元1620还可以经由互联网1630将信息传送给其它用户、专家或应用程序，并经由互联网1630从它们接收信息。
用户可以选择发起或修改这些过程，有时使用驻留在TNSS 1610、控制单元1620、互联网1630或无线网络中的协议应用。该软件可以例如通过处理要输送到身体的刺激以使其对用户更具选择性或更有效，和/或通过处理和显示从身体或从互联网1630或无线网络接收的数据以使它对用户更智能或有用来帮助用户。
图18示出了用于电场转向的示例电极配置1800。将适当的电场施加到身体上会导致神经产生称为动作电位的电脉冲。电场的形状受其通过的不同组织的电学性质以及用于施加电场的电极的大小、数量和位置的影响。因此，可以将电极设计为在一些神经上比在其它神经上更能使电场成形或转向或聚焦，从而提供更多的选择性刺激。
示出了电接触件1860的示例10x10矩阵。通过改变用于形成电场1820的电接触件1860的模式并通过随时间改变施加到接触件1860的该模式的电功率，可以使电场1820跨身体的不同部位(其可以包括肌肉1870、骨骼、脂肪和其它组织)在三个维度上转向。该电场1820可以在感测产生的电和机械动作1890的同时激活特定的神经或神经束1880，从而使TNSS能够发现用于产生期望动作的更有效或最有效的刺激模式。
图19示出了刺激和感测组织体积中的信号的模式的示例。作为袖口(cuff)布置的一部分的电极1910被放置在肢体1915周围。电极1910在肢体1915上的皮肤层1916的外部。肢体1915的内部组成部分包括肌肉1917、骨骼1918、神经1919和其它组织。如参考图18所述，通过使用电场转向进行刺激，电极1910可以选择性地激活神经1919。TNSS中的传感器阵列(例如，压电传感器或微机电传感器)可以充当相控阵天线，用于接收超声信号，以获取身体组织的超声图像。电极1910可以充当电极阵列，其在不同时间和身体表面上的位置处感测电压，其中软件对该信息进行处理以显示关于身体组织中的活动的信息，例如，哪些肌肉通过不同的刺激模式被激活。
SBA刺激和收集器官数据的能力具有多种应用，包括膀胱控制、反射性失禁、性刺激、疼痛控制和伤口愈合等等。以下是SBA在医疗和其它用途中的应用示例。
医疗用途
膀胱管理
膀胱过度活动症：当用户感到需要紧急排空膀胱的感觉时，他或她按下控制器上的按钮以经由施加在阴茎或阴蒂的背神经上的智能辅助带TM发起刺激。该神经的激活将抑制需要紧急排空膀胱的感觉，并允许其在方便的时间被排空。
失禁：由于膀胱的不需要的收缩而易于尿失禁的人使用SBA来激活阴茎或阴蒂的背神经以抑制膀胱的收缩并减少尿失禁。当用户意识到失禁的风险时，或者响应于指示膀胱中的体积或压力的传感器，可以连续或间歇性地激活神经。
勃起、射精和高潮：智能辅助带TM(电刺激或机械振动)刺激阴茎下方的神经可引起性唤起，并且可以用于产生或延长勃起并产生高潮和射精。
疼痛控制：患有来自身体特定区域的慢性疼痛的人在该区域上施加智能辅助带TM，并电激活传达触摸感的神经，从而减少来自该区域的疼痛感。这是基于疼痛的闸门(gate)理论。
伤口护理：患有慢性伤口或溃疡的人在伤口上施加智能辅助带TM，并向伤口周围的组织连续施加电刺激，以加速愈合并减少感染。
实质性震颤：智能辅助带TM上的传感器检测震颤，并以与震颤适当的频率和相位关系触发对震颤中涉及的肌肉和感觉神经的神经刺激。刺激频率通常将与震颤处于相同的频率，但是进行相移以消除震颤或重置手部位置的神经控制系统。
减少痉挛：电刺激周围神经可以在刺激后数小时内减少痉挛。在期望时患者通过智能电话操作的智能辅助带TM可以提供这种刺激。
恢复感觉和感官反馈：例如由于糖尿病或中风而缺乏感觉的人使用智能辅助带TM来感知移动或接触，例如脚撞击地板，而SBA对用户有感觉的身体的另一部分提供机械或电刺激，以提高安全或功能。通过使用SBA中的声换能器(诸如，小型振动器)来提供机械刺激。将智能辅助带TM应用于肢体或其它辅助设备可提供来自假肢的感官反馈。感官反馈还可以用于将一种感觉替代为另一种感觉，例如，用触摸代替视觉。
记录身体的机械活动：智能辅助带TM中的传感器记录人或身体部位的位置、地点和朝向，并将该数据传输到用户的智能电话和/或其它计算机网络以进行安全监测、功能分析和刺激协调。
在智能辅助带TM中记录来自身体的声音或由换能器生成的超声波反射可以提供关于身体结构的信息，例如，无法感觉到其膀胱的人的膀胱体积。声换能器可以是传输和接收适当声频的压电设备或MEMS设备。可以处理声学数据以允许对身体内部成像。
记录身体的电活动
心电图：记录心脏的电活动被广泛用于诊断心脏病发作和异常节律。有时有必要记录该活动达24小时或更长时间，以检测不常见的节律。与智能电话或计算机网络进行无线通信的智能辅助带TM比目前的系统更容易实现此目的。
肌电图：记录肌肉的电活动被广泛用于神经病学的诊断，也被用于移动分析。当前，这需要在皮肤表面上使用通过许多电线连接到记录装备的许多针或粘合垫。多个智能辅助带TM记录许多肌肉的电活动并将该信息无线传输到智能电话。
记录来自身体的光学信息：结合光源(LED，激光)的智能辅助带TM照射组织并感测反射光的特征以测量值的特征，例如血液的氧合，并将其传输到蜂窝电话或其它计算机网络。
记录来自身体的化学信息：通过智能辅助带TM传感器连续监测身体或体液中化学物质或药物的水平，并将其传输到其它计算机网络，并将适当的反馈提供给用户或医务人员。化学物质的水平可以通过光学方法(特定波长的光的反射)或通过化学传感器来测量。
特殊群体的残疾用户
电刺激在治疗和功能恢复方面有许多潜在的应用。但是，由于缺乏负担得起的便利且易于控制的刺激系统，这些方法中很少有被商业化的。一些应用在图15中示出。
肢体肌肉刺激：即使中风或脊髓受伤使下肢肌肉瘫痪，也可以通过电刺激下肢肌肉来进行锻炼。通常将其与固定运动周期结合使用以保持稳定性。智能辅助带TM设备可以应用于大腿的四头肌以刺激它们，从而使膝盖伸展以进行骑行，或者应用于其它肌肉，诸如小腿的肌肉。使用智能电话、平板电脑、手持式硬件设备(诸如密钥扣、可穿戴计算设备、笔记本电脑或台式计算机等其它可能的设备)上的应用，智能辅助带TM中的传感器可以在骑车期间的适当时间触发刺激。上肢肌肉可以通过电刺激它们来锻炼，即使它们因脊髓损伤中风而瘫痪。通常将其与手臂曲柄健身器组合使用以保持稳定性。可以将多个智能辅助带TM设备应用于上肢的多处肌肉，并使用智能电话上的应用，在适当的时间通过多个智能辅助带TM中的传感器触发。
预防骨质疏松：运动可以预防骨质疏松和骨骼的病理性骨折。使用智能辅助带TM结合运动器械(诸如划船模拟器)，即使对于特别容易出现骨质疏松的瘫痪患者这也适用。
预防深静脉血栓形成：小腿肌肉的电刺激可以降低深静脉血栓形成和潜在致命的肺栓塞的风险。通过智能辅助带TM并通过智能电话对刺激进行编程，例如在外科手术期间或在长途飞机飞行期间按预设的时间表施加对小腿肌肉的电刺激。
恢复(功能性电刺激)下肢功能
1)足下垂：中风的人常常不能抬起前脚并将其脚趾拖到地面上。将智能辅助带TM施加在刚好膝盖下面的腓总神经上，以在步态周期中的适当时间由智能辅助带TM中的传感器触发来刺激抬起前脚的肌肉。
2)站立：可以通过电刺激其大腿的股四头肌来帮助患有脊髓损伤或一些其它瘫痪的人站立。这些肌肉由应用于大腿前部的多个智能辅助带TM刺激，并由传感器或患者使用智能电话上的应用操作的按钮触发。当患者从床上转移到椅子或其它表面时，这还可以帮助他们使用下肢肌肉。
3)行走：通过电刺激下肢肌肉和神经，帮助患有脊髓损伤的瘫痪患者进行简单的步进。刺激膝盖下面的腓总神经中的感觉神经可引起三重反射性缩回，从而使脚踝、膝盖和臀部屈曲以抬起腿，然后刺激股四头肌可使膝盖伸展以承受重量。然后在另一个腿上重复该过程。由智能电话中的应用协调的智能辅助带TM可以产生这些动作。
上肢
手抓：由于中风或脊髓损伤而瘫痪的人能够通过肌肉的电刺激而得以恢复简单的手抓，以张开或握住手。这是通过将多个智能辅助带TM应用于前臂的后面和正面，并通过多个智能辅助带TM中的传感器以及智能电话中的应用进行协调来产生的。
触及：由于脊髓损伤而瘫痪的患者有时不能伸展其肘部以触及头部上方。在三头肌肌肉上应用智能辅助带TM可以刺激该肌肉以伸展肘部。这是由智能辅助带TM中的传感器检测手臂的移动并将其与智能电话上的应用进行协调而触发的。
姿势：躯干肌肉瘫痪的人即使在轮椅上也可能难以维持其姿势。除非他们系安全带，否则他们可能向前倒；如果他们向前倾，那么他们可能无法重新恢复直立的姿势。使用智能辅助带TM对下背部肌肉进行电刺激，可使他们维持并重新恢复直立姿势。当检测到姿势变化时，智能辅助带TM中的传感器触发这种刺激。
咳嗽：腹肌瘫痪的人不能产生强烈的咳嗽，并且有患肺炎的风险。使用智能辅助带TM刺激腹壁肌肉可以产生更有力的咳嗽并预防胸部感染。使用智能辅助带TM中的传感器的患者触发该刺激。
实质性震颤：已经证明神经刺激可以减少或消除ET的体征。可以使用TNSS来控制ET。智能辅助带TM上的传感器检测震颤，并以与震颤适当的频率和相位关系触发对震颤所涉及的肌肉和感觉神经的神经刺激。刺激频率通常与震颤处于相同的频率，但是进行相移以消除震颤或重置手部位置的神经控制系统。
非医疗应用
运动训练
感测多个肢体节段的位置和朝向用于在例如高尔夫挥杆的智能电话上提供视觉反馈，并且还在挥杆期间的特定时间向用户提供机械或电反馈，以向他们展示如何改变他们的动作。也可以从一个或多个智能辅助带TM记录肌肉的肌电图，并用于更详细的分析。
玩游戏
感测手臂、腿和身体其余部分的位置和朝向产生可以与互联网上任何地点的其它玩家进行交互的屏幕上玩家的图片。触感反馈将由身体各个部位上的智能辅助带中的致动器提供给玩家，以给出击球等感觉。
电影和动画的运动捕捉
无线TNSS捕获身体多个部位的位置、加速度和朝向。该数据可以用于人类或哺乳动物的动画，并且具有人为因素分析和设计的应用。
样本操作模式
SBA系统由至少单个控制器和单个SBA组成。在将SBA应用于用户的皮肤后，用户经由使用近场通信的控制器应用控制该SBA。应用出现在智能电话屏幕上，并且可以由用户触摸控制；对于“钥匙扣”类型的控制器，通过按钥匙扣上的按钮控制SBA。
当用户感觉需要激活SBA时，她/他两次或更多次按下“执行(go)”按钮以防止错误触发，从而输送神经刺激。神经刺激可以以频率、持续时间和强度的各种模式来输送，并且可以持续直到用户按下按钮，或者可以被输送在应用中设定的时间长度。
TNSS中的传感器能力被启用，以便在激活时开始收集/分析数据并与控制器通信。
协议应用中的功能级别以及TNSS中嵌入的协议将取决于所采用的神经调节或神经刺激方案。
在一些情况下，将有多个TNSS用于神经调节或神经刺激方案。每个TNSS的基本激活将相同。
但是，一旦被激活，多个TNSS将自动形成神经调制/刺激点的网络，并启用与控制器的通信。
对多个TNSS的需求是由于治疗方案可能需要几个进入点才有效的事实。
控制刺激
一般而言，如本文公开的无线TNSS系统相对于现有的经皮电神经刺激设备的优点包括：(1)可直接由用户或由存储的程序从远程设备(诸如智能电话)对所有刺激参数进行精细控制；(2)TNSS的多个电极可以形成阵列，以在组织中形成电场；(3)多个TNSS设备可以形成阵列，以在组织中形成电场；(4)多个TNSS设备可以刺激由智能电话协调的多个结构；(5)选择性刺激组织体积中不同位置和深度处的神经和其它结构；(6)除电刺激外的机械、声学或光学刺激；(7)TNSS设备的发射天线可以在短突发(burst)内将一束电磁能聚焦在组织内，以直接激活神经，而无需植入设备；(8)包括多种形态(包括但不限于位置、朝向、力、距离、加速度、压力、温度、电压、光和其它电磁辐射、声音、离子或化学化合物)的多个传感器，从而使得可以通过发送和接收超声波来感测肌肉的电活动(EMG，EKG)、肌肉收缩的机械效果、体液的化学成分、器官或组织的位置或维度或形状。
无线TNSS系统的其它优点包括：(1)TNSS设备的使用寿命预计为数天至数周，并且其可抛弃性对电源和电池需求的要求更低；(2)将刺激与来自人工或自然传感器的反馈相结合，以闭环控制肌肉收缩和力、身体部位的位置或朝向、器官内的压力以及组织中离子和化学化合物的浓度；(3)多个TNSS设备可以与彼此、与遥控器、与其它设备、与互联网和与其它用户形成网络；(4)在本地或通过互联网收集并存储来自一个或多个TNSS设备和一个或多个用户的关于感测和刺激的大量数据的集合；(5)分析大量数据以检测感测和刺激的模式、应用机器学习并改进算法和函数；(6)创建值的数据库和知识库；(7)便利性，包括没有电线缠在衣服上、防淋浴和防汗、不引人注目、柔软、伪装或皮肤色；(8)集成电源、通信、感测和刺激的廉价可抛弃的TNSS、可消费的电子产品；(9)同时利用硬件和软件功能的电源管理对于TNSS设备的便利性和广泛部署将是至关重要的。
再次参考图1，神经细胞通常跨细胞膜具有70毫伏的电压，且细胞内部相对于细胞外部处于负电压。这被称为静息电位，并且通常通过代谢反应来维持，该代谢反应使细胞内部与外部相比维持不同浓度的电离子。离子可以通过膜中对不同类型的离子(诸如，钠和钾)具有选择性的离子通道主动“泵送”穿过细胞膜。通道对电压敏感，并且可以根据跨膜的电压被打开或关闭。刺激器在组织内产生的电场可以改变跨膜的正常静息电压，从而使电压从其静息电压升高或降低。
再次参考图2，跨细胞膜的电压降低至约55毫伏会打开某些离子通道，从而允许离子以自催化但自限的过程流过膜，这导致跨膜电位瞬时降低到零，甚至为正(称为去极化)，随后由于主动泵送离子穿过膜以恢复静息状态而使静息电位迅速恢复(称为复极化)。电压的这种瞬时变化称为动作电位，并且通常扩散在整个细胞表面上。如果细胞的形状是使得它具有称为轴突的长延伸，那么动作电位会沿着轴突的长度扩散。具有绝缘髓鞘的轴突以比没有髓鞘或具有受损髓鞘的轴突高得多的速度传播动作电位。
如果动作电位到达与另一个神经细胞的接头(称为突触)，那么膜电压的瞬时变化导致释放可以在另一个细胞中引发动作电位的化学物质(称为神经递质)。这提供了一种在细胞之间进行快速电连通的手段，类似于将数字脉冲从一个细胞传递到另一个细胞。
如果动作电位达到与肌细胞的突触，那么其可以引发在肌肉细胞表面上扩散的动作电位。跨肌肉细胞膜的这种电压变化会打开膜中的离子通道，从而允许诸如钠、钾和钙等离子流过膜，并且可能导致肌肉细胞的收缩。
将跨细胞膜的电压增加到-70毫伏以下被称为超极化，并降低了在细胞中产生动作电位的可能性。这可以用于减少神经活动，从而减少不必要的症状，诸如疼痛和痉挛。
可以通过用刺激器在组织中产生电场来改变跨细胞膜的电压。重要的是要注意，动作电位是由大脑、感觉神经系统或其它内部手段在哺乳动物神经系统内产生的。这些动作电位沿着身体的神经“高速公路”传播。TNSS通过从身体外部施加的外部电场产生动作电位。这与体内自然产生动作电位的方式大不相同。
可以引起动作电位的电场
参考图2，能够通过连接到电极的电子刺激器产生能够引起动作电位的电场，这些电极通过外科手术被植入到目标神经附近。为了避免与植入设备相关联的许多问题，期望通过位于皮肤表面的电子设备产生所需的电场。这样的设备通常使用图20中所示形式的方波脉冲序列。这样的设备可以代替植入物和/或与植入物一起使用，以便使电场成形为增强神经靶向和/或选择性，植入物是诸如反射器、导体、折射器或用于标记目标神经的标记物等。
参考图20，施加到皮肤上的脉冲“A”的振幅可以在1伏和100伏之间变化、脉冲宽度“t”在100微秒和10毫秒之间变化、占空比(t/T)在0.1％和50％之间变化、一组内的脉冲频率在1/秒和100/秒之间变化，并且每组的脉冲数“n”在1和几百之间变化。典型地，施加到皮肤上的脉冲将具有高达60伏的振幅、250微秒的脉冲宽度和每秒20的频率，从而导致0.5％的占空比。在一些情况下，将使用平衡电荷双相脉冲来避免净电流流动。参考图21，这些脉冲可以是对称的，其中脉冲的第一部分的形状类似于脉冲的第二部分的形状，或者是不对称的，其中脉冲的第二部分具有较低的振幅和较长的脉冲宽度，以便避免抵消脉冲的第一部分的刺激作用。
由刺激器形成电场
通过电极施加到组织的电位的位置和量值提供了一种使电场成形的方法。例如，将两个电极施加到皮肤上，一个电极相对于另一个处于正电位，可以在诸如图22的横截面图中所示的底层组织中产生场。
图22中的图假定同质的组织。电压梯度在靠近电极处最高，而在距电极一定距离处较低。神经在靠近电极处比距离电极较远处更可能被激活。对于给定的电压梯度，大直径的神经比较小直径的神经更有可能被激活。其长轴与电压梯度对齐的神经比其长轴与电压梯度成直角的神经更有可能被激活。
将相似的电极施加到身体的一部分，其中存在不同电阻率的两层组织(诸如脂肪和肌肉)，可以产生诸如图23中所示的场。不同组织的层可起到折射和引导能量波的作用，并用于波束瞄准和转向。可以测量个体的组织参数，并将其用于表征所选择的神经的适当能量刺激。
参考图24，当关闭刺激脉冲时，电场将坍塌，并且这些场将消失，如图所示。正是电场的变化将导致在神经细胞中产生动作电位，只要电压足够大且电场的朝向正确。具有不同电特性的组织的更复杂的三维布置会导致更复杂的三维电场，特别是因为组织具有不同的电特性，并且这些特性沿着组织的长度和整个组织都是不同的，如表1所示。
表1
电导率(siemens/m) 方向 平均值
血液 .65
骨骼 沿着 .17
骨骼 混合 .095
脂肪 .05
肌肉 沿着 .127
肌肉 跨越 .45
肌肉 混合 .286
皮肤(干) .000125
皮肤(湿) .00121
通过组织修改电场
用于在神经细胞中产生动作电位的电场形成中的重要因素是电场必须穿透的介质。对于人体而言，这种介质包括各种类型的组织，包括骨骼、脂肪、肌肉和皮肤。这些组织中的每个组织都具有不同的电阻率或电导率以及不同的电容，并且这些特性是各向异性的。它们在组织内的各个方向上都不均匀。例如，轴突沿着其轴的电阻率低于垂直于其轴的电阻率。表1示出了电导率的宽范围。因此，组织的三维结构和电阻率将影响体内任何给定点的电场朝向和量值。
通过多个电极修改电场
将更多数量的电极施加到皮肤上还可以产生更复杂的三维电场，该三维电场可以通过电极的位置和施加到每个电极的电位来成形。参考图20，脉冲序列可以彼此不同，由A、t/T、n和f表示，并且在脉冲序列之间具有不同的相位关系。例如，对于8x8电极阵列，可以利用电极的组合，范围从简单的偶极子到四极子、到线性布置、到近似圆形构造，以在组织内产生期望的电场。
因此，将多个电极施加到具有复杂组织几何形状的身体的一部分将导致复杂形状的电场。电极布置和组织几何形状的相互作用可以使用有限元建模来建模，有限元建模是一种将组织划分成许多小元素以便计算复杂电场形状的数学方法。这可以用来设计对特定神经具有期望形状和朝向的电场。
已知用于修改电场(诸如波束相位之间的关系)、通过使用相移进行抵消和增强的高频技术可能不适用于TNSS施加电场，因为它们使用低频。替代地，示例通过激活诸如电极阵列中的不同电极来移动场来使用波束选择移动或移位电场或使电场成形(也称为场转向或场成形)。从阵列中选择电极的不同组合可以导致波束或场转向。电极的特定组合可以通过转向来使波束成形和/或改变波束的方向。这可以使电场成形以到达被选择用于刺激的目标神经。
电场激活神经
通常，激活神经的选择性要求通过外科手术将电极植入到神经上或神经附近。如本发明的示例那样，使用皮肤表面上的电极来选择性地将激活聚焦在组织深处的神经上具有许多优点。这些优点包括避免了手术、避免了开发复杂的植入物的成本并获得监管部门对其的批准以及避免了长期植入物的风险。
确定是否将激活神经以产生动作电位的电场特征可以通过Rattay F.“The basicmechanism for the electrical stimulation of the nervous system”，Neuroscience第89卷，第2期，第335-346页(1999)中公开的“激活函数”进行数学建模。电场可以在组织内产生沿着神经长度变化的电压或细胞外电位。如果电压与沿着神经的距离成比例，那么一阶空间导数将是常数，并且二阶空间导数将为零。如果电压与沿着神经的距离不成比例，那么一阶空间导数将不恒定，并且二阶空间导数将不为零。激活函数与沿着神经的细胞外电位的二阶空间导数成比例。如果它在给定点足够大于零，那么它将预测电场在该点是否会在神经中产生动作电位。该预测可以被输入到神经签名(signature)。
实际上，这意味着在空间或时间上变化足够大的电场可以在神经中产生动作电位。这些动作电位也最有可能在神经相对于场的朝向由于神经或场改变方向而变化的地方产生。可以从解剖学研究和成像学研究(诸如MRI扫描)确定神经的方向。场的方向可以通过电极的位置和构造以及施加到电极上的电压以及组织的电学特性来确定。因此，可以选择性地激活某些组织位置处的某些神经，而不激活其它神经。
为了准确地控制器官或肌肉，必须准确地选择要被激活的神经。可以通过以下几种方式使用本文公开的示例作为神经签名来提高这种选择性：
(1)用改进的算法来控制神经受到刺激时的效果，例如，通过测量结果产生的肌肉电活动或机械活动并反馈该信息来修改刺激并再次测量效果。该过程的重复迭代可以导致通过经典的闭环控制或通过机器学习技术(诸如模式识别和人工智能)来优化刺激的选择性。
(2)通过化学方式标注或标记神经来提高神经选择性；例如，将基因引入到一些神经中以使其对光或其它电磁辐射有反应可以导致在从体外施加光或电磁辐射时激活这些神经而不激活其它神经的能力。
(3)通过使用电导体将电场聚焦在神经上来提高神经选择性；这些导体可以被植入，但是可以是无源的，并且比当前使用的有源可植入医疗设备简单得多。
(4)在身体的外部或内部使用反射器或折射器将电磁辐射束聚焦在神经上，以改善神经选择性。如果植入了这些反射器或折射器，它们可以是无源的，并且比当前使用的有源可植入医疗设备简单得多。
(5)通过使用来自对其执行刺激的人的反馈来改善神经选择性；这可以是人对诸如肌肉激活或来自一个或多个神经激活的感觉之类的身体指示做出反应而采取的动作；
(6)通过使用来自与TNSS相关联的或与其它传感器分开的、监测与刺激相关联的电活动的传感器的反馈来改善神经选择性；以及
(7)通过组合来自人或传感器的反馈和可以用于为所选择的神经刺激创建用户神经生理的独特简档(profile)的TNSS来改善神经选择性。
如先前所公开的，电刺激对身体的潜在应用在图15中示出。
参考图25A，TNSS 934人和哺乳动物交互及其操作方法和支持系统由以功能格式表示为框图的主控制程序(“MCP”)910管理。根据一个示例，它为神经刺激器系统提供逻辑。
在一个示例中，图25A所示的MCP 910和其它组件由执行指令的一个或多个处理器实现。处理器可以是任何类型的通用或专用处理器。包括存储器，用于存储要由处理器执行的信息和指令。存储器可以包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、诸如磁盘或光盘之类的静态存储装置，或任何其它类型的计算机可读介质的任意组合。
主控制程序
MCP 910的主要职责是协调各种控制程序、数据管理器920、用户932和外部生态系统之间的活动和通信，并在每种情况下执行适当的响应算法。MCP 910通过向TNSS设备934提供电极激活模式以选择性地刺激目标神经来完成电场整形和/或波束转向。例如，在通信控制器930通知外部事件或请求时，MCP 910负责执行适当的响应，并与数据管理器920一起工作以制定正确的响应和动作。它集成了来自各种来源(诸如，传感器938)和外部输入(诸如，TNSS设备934)的数据，并应用了正确的安全和隐私策略，诸如加密和HIPAA所需的协议。它还将管理用户界面(UI)912和提供对外部程序的访问的各种应用程序接口(API)914。
MCP 910还负责通过软件算法和硬件组件的组合来有效地管理TNSS设备934的功耗，硬件组件可以包括：计算、通信和刺激电子器件、天线、电极、传感器和以常规或印刷电池形式的电源。
通信控制器
通信控制器930负责经由通信源(诸如，互联网或蜂窝网络)从用户932、从多个TNSS设备934以及从第三方应用936接收输入。此类输入的格式将因来源而异，并且必须为数据管理器920接收、合并、可能重新格式化和打包。
用户输入可以包括用于将TNSS设备934激活为状态的简单请求和关于用户932的情况或需求的信息。TNSS设备934将提供信令数据，该信令数据可以包括电压读数、TNSS934状态数据、对控制程序查询的响应以及其它信号。通信控制器930还负责将数据和控制请求发送到多个TNSS设备934。第三方应用936可以经由互联网或蜂窝网络发送用于主控制程序910或用户932的数据、请求或指令。通信控制器930还负责经由各种软件应用可以驻留的云进行通信。
在一个示例中，用户可以使用远程钥匙扣(fob)或其它类型的远程设备以及诸如蓝牙之类的通信协议来控制一个或多个TNSS设备。在一个示例中，移动电话也处于通信中并且用作中央设备，而钥匙扣和TNSS设备用作外围设备。在另一个示例中，TNSS设备用作中央设备，并且钥匙扣是直接与TNSS设备通信的外围设备(即，不需要移动电话或其它设备)。
数据管理器
数据管理器(DM)920主要负责存储数据以及向和从通信控制器930、传感器938、致动器940和主控制程序910移动数据。DM920具有在其控制下分析和关联任何数据的能力。它提供了选择和激活神经的逻辑。对数据进行此类操作的示例包括：统计分析和趋势识别；机器学习算法；签名分析和模式识别；数据仓库926、治疗库922、组织模型924和电极放置模型928内数据之间的相关性，以及其它操作。如下面所公开的，存在针对受其控制的数据的几个组成部分。
数据仓库(DW)926是存储传入数据的地方；该数据的示例可以是来自TNSS设备934或来自传感器(938)的实时测量、来自互联网的数据流或来自各种来源的控制和指令数据。如上所述，DM 920将分析在DW 926中保持的数据，并在MCP 910的控制下引起动作，包括数据的输出。由DM 920实现的某些决策过程将在时域、频域和空间域中识别数据模式，并将它们存储为签名，以供其它程序参考。诸如EMG或多电极EMG之类的技术收集大量数据，EMG 或多电极EMG是数百到数千个单个电机单元的总和，并且典型的过程是对总信号执行复杂的分解分析，以尝试取出各个电机单元及其行为。DM 920将对整个信号执行大数据分析，并识别与特定动作甚至各个神经或电机单元相关的模式。可以对从个人或TNSS用户群体中及时收集的数据执行这种分析。
治疗库922包含用于TNSS设备934的各种控制方案。方案指定了要由TNSS设备934施加的脉冲的参数和模式。可以指定各个脉冲的宽度和振幅，以选择性地刺激特定尺寸的神经轴突，而不刺激其它尺寸的神经轴突。可以指定所施加的脉冲的频率以选择性地调制一些反射而不调制其它反射。存在可以从云942或第三方应用936加载的预设方案。这些方案可以是静态只读的，也可以是具有读写能力的自适应方案，因此它们可以根据控制信号或反馈信号或软件更新实时进行修改。参考图3，方案的一个这样的示例具有参数A＝40伏、t＝500微秒、T＝1毫秒、n＝每组100个脉冲，以及f＝每秒20。方案的其它示例将在先前指定的范围内改变参数。
组织模型924特定于可以放置TNSS设备934的特定身体位置的电特性。如先前所公开的，用于产生动作电位的电场将受到它们所遇到的各种组织的不同电特性的影响。组织模型924与治疗库922和电极放置模型928中的方案组合，以产生期望的动作。组织模型924可以通过身体的组织或身体的特定部位的MRI、超声或其它成像或测量来开发。这可以针对特定用户932和/或基于身体规范来实现。期望动作的一个这样的示例是使用组织模型924和特定的电极放置模型928一起来确定如何将来自身体表面上电极的电场聚焦在与深部神经对应的特定深处，以便选择性地刺激该神经以减少尿失禁。当组织模型924与治疗库22和电极放置模型928中的方案组合产生刺激骶神经的电场时，可能发生期望动作的其它示例。期望动作的许多其它示例随后用于刺激其它神经。
电极放置模型928指定TNSS设备934可以在身体的特定位置应用和激活的电极配置。例如，TNSS设备934可以具有多个电极，并且电极放置模型928指定这些电极应该放置在身体上的何处以及这些电极中的哪些应该是活动的，以便选择性地刺激特定结构而不刺激其它结构，或者将电场集中在深层结构上。电极配置的示例是在多个电极的较大阵列内的一组4x4电极，诸如8x8阵列。可以在较大阵列内的任何位置指定该组4x4电极，诸如8x8阵列的右上角。电极配置的其它示例可以是甚至可以包括同心圆形电极的圆形电极。TNSS设备934可以包含大范围的多个电极，其中电极放置模型928将指定哪个子集将被激活。电极放置模型928补充治疗库922和组织模型924中的方案，并与这些其它数据组件一起使用，以控制电场及其与神经、肌肉、组织和其它器官的相互作用。其它示例可以包括仅具有一个或两个电极的TNSS设备934，诸如但不限于利用闭合电路的那些。
传感器/致动器控制
独立传感器938和致动器940可以是TNSS系统的一部分。它的功能可以补充TNSS设备934提供的电刺激和电反馈。这种传感器938和致动器940的示例包括但不限于可以提供神经、肌肉、骨骼和其它组织的实时图像数据的超声致动器和超声接收器。其它示例包括检测来自受刺激的组织或肌肉的信号的电传感器。传感器/致动器控制模块950提供了控制此类信号的激活和拾取的能力，所有这些都在MCP 910的控制下。
应用程序接口
MCP 910还负责监督将可用于第三方开发人员的各种应用程序接口(API)。取决于要启用的特定开发人员受众，可能存在不止一个API 914。例如，许多关注统计的应用将期望访问数据仓库926及其从TNSS 934和用户932输入记录的数据的累积存储。另一组医疗保健专业人员可能期望访问治疗库922和组织模型924，以构建用于解决特定疾病或残疾的更好方案。在每种情况下，不同的特定API 914可能是合适的。
MCP 910负责TNSS系统的许多软件功能，包括系统维护、调试和故障排除功能、资源和设备管理、数据准备、分析以及与智能电话上或云中存在的外部设备或程序的通信。但是，其主要功能之一是用作获取来自由通信控制器930处理的设备的输入、来自传感器控制致动器模块(950)的外部请求以及第三方请求936的全局请求处理程序。下面公开高级主控制程序(MCP)功能的示例。
图25B示出了MCP处理这些请求的方式。请求处理程序(RH)960从用户932、TNSS设备934、第三方应用936、传感器938和其它源接受输入。它确定请求的类型，并分派适当的响应，如以下各段所阐述的。
用户请求：RH 960将确定存在多个用户请求961中的哪个请求，诸如：激活；显示状态、停用或数据输入，例如，具体的用户状况。图25B中示出了RH的960对激活请求的响应。如方框962所示，RH 960将访问治疗库922，并使适当的方案被发送到正确的TNSS 934用于执行，如方框964处所示标注为“动作”。
TNSS/传感器输入：RH 960将通过TNSS 934或传感器输入965执行数据分析。如方框966处所示，它采用数据分析，其可以包括范围从DSP决策处理、图像处理算法、统计分析和其它算法的技术来分析输入。在图25B中，示出了两个这样的分析结果；导致生成用户警报970的条件以及创建自适应动作980的条件，诸如导致特定TNSS 934功能的控制反馈回路，可以在闭合反馈回路中迭代生成其它TNSS 934或传感器输入965。
第三方应用：应用可以与MCP 910通信，既发送又接收通信。典型的通信是将信息数据或命令发送到TNSS 934。RH 960将分析传入的应用数据，如方框972处所示。图25B示出了产生的两个这样的动作。在方框974处示出的一个动作是通过MCP用户界面912向用户932呈现可能被重新格式化的应用数据。另一个结果将是执行用户932允许的动作，如976处所示，诸如请求治疗库922中的方案。
参考图26，示出了根据一个示例的示例TNSS。TNSS具有一个或多个电子电路或芯片2600，其执行以下功能：与控制器的通信、经由根据治疗方案产生宽范围的(一个或多个)电场的电极2608的神经刺激、一个或多个也可以用作电极和通信通路的天线2610，以及广泛的传感器2606，诸如但不限于机械运动和压力、温度、湿度、化学和定位传感器。在另一个示例中，TNSS与换能器2614交互以将信号传送到组织或从组织接收信号。
一种布置是将各种各样的这些功能集成到SOC，即片上系统2600中。在其中示出了用于数据处理、通信、换能器接口和存储装置的控制单元2602以及连接到电极2608的一个或多个刺激器2604和传感器2606。结合了天线2610，用于控制单元进行外部通信。还存在内部电源2612，其可以是例如电池。外部电源是芯片配置的另一个变体。可能需要包括一个以上的芯片来适应用于数据处理和刺激的宽范围电压。电子电路和芯片将经由能够传输数据和/或电力的设备内的导电迹线相互通信。
TNSS解释来自控制设备(诸如图25A中所示的设备)的数据流，以从控制指令中分离出消息头和定界符。在一个示例中，控制指令包含诸如电压电平和脉冲模式之类的信息。TNSS根据控制指令激活刺激器2604以产生对放置在组织上的电极2608的刺激信号。在另一个示例中，TNSS激活换能器2614以向组织发送信号。在另一个示例中，控制指令使诸如电压电平和脉冲模式之类的信息从TNSS中存储的库中检索出来。
TNSS从组织接收感觉信号，并将其转换成控制设备识别的数据流，诸如图25A中的示例。感觉信号包括电、机械、声、光和化学信号等。感觉信号通过电极2608或来自源自机械、声学、光学或化学换能器的其它输入到达TNSS。例如，来自组织的电信号通过电极2608引入到TNSS、从模拟信号转换成数字信号，并且然后被插入到通过天线2610发送到控制设备的数据流中。在另一个示例中，声学信号由TNSS中的换能器2614接收、从模拟信号转换成数字信号，并且然后插入到通过天线2610发送到控制设备的数据流中。在某些示例中，来自组织的感觉信号被直接交互到控制设备以进行处理。
在已知的神经刺激设备中，用于控制流向电极的电流的开环协议没有反馈控制。它命令设置电压，但不检查实际电压。电压控制是安全特征。刺激脉冲是基于预设参数发送的，并且无法基于来自患者的解剖结构的反馈进行修改。当设备被移除并重新定位时，电极的放置会发生变化。解剖结构的湿度和温度也在全天变化。如果预设了电压，那么所有这些因素都会影响实际的电荷输送。
作为对照，TNSS刺激设备的示例具有使用Nordic Semiconductor nRF52832微控制器调节TNSS中的电荷来解决这些缺点的特征。高压电源是通过将LED驱动器芯片与计算机控制的数字电位计组合使用以产生可变电压来实现的。然后，3-1升压变压器提供期望的高压“VBOOST”，对其进行采样以确保没有故障会导致不正确的电压电平，如下所示。nRF52832微控制器对刺激波形的电压进行采样，从而为自适应协议提供反馈和阻抗计算，以实时修改波形。使用差分积分器对由刺激波形输送到解剖结构的电流进行积分，并对其进行采样，然后求和以确定输送到用户用于治疗的实际电荷。在刺激事件中的每个脉冲之后，该测量将被分析并用来实时修改后续脉冲。
这种硬件自适应允许固件协议实现自适应协议。该协议通过更改VBOOST来调节施加到人体的电荷。通过一系列周期性脉冲来进行治疗，这些周期性脉冲通过电极将电荷插入到体内。一些治疗的参数是固定的，而一些参数是用户可调整的。强度、持续时间和频率可以是用户可调整的。用户可以针对舒适度和功效根据需要来调整这些参数。如果有不适感，那么强度可以降低，而如果没有任何感觉，那么强度可以升高。如果最大可接受的强度导致无效的治疗，那么将增加持续时间。
在图27中示出了根据以上公开的自适应协议的一个示例的流程图。自适应协议努力在治疗期间反复可靠地输送目标电荷(“Qtarget”)，并考虑任何环境变化。因此，图27的功能是基于反馈来调整施加到用户的电荷水平，而不是使用恒定水平。
该协议的数学表达式如下：
Qtarget＝Qtarget(A*dS+B*dT)，其中A是经验上确定的强度系数，dS是用户强度的变化，B是经验上确定的持续时间系数，并且dT是用户持续时间的变化。
在一个示例中，自适应协议包括两个阶段：采集2700和再现2720。用户参数的任何变化都会将自适应协议置于采集阶段。当开始第一次治疗时，将基于新参数来计算新的基准电荷。在2702处的新的采集阶段，丢弃来自先前电荷施加的所有数据。在一个示例中，2702指示当前使用的第一次，其中用户将TNSS设备放置在身体的一部分上并手动调整作为一系列电荷脉冲的电荷水平，直到感觉合适为止，或者随时手动或自动改变电荷水平。然后开始治疗。该施加电荷功能的数学表达式如下：
在治疗中输送的电荷为
其中T是持续时间；f是“重复率”的频率；Qpulse(i)是在作为电压MON_CURRENT提供的治疗脉冲串中由Pulse(i)输送的测量电荷，该电压MON_CURRENT是图28中所示的差分积分器电路的结果(即，每个脉冲的平均电荷量)。图28的Nordic微控制器是模数转换特征的一个示例，其用于将电压量化为代表所输送的电荷的数字，从而确定电荷输出。治疗中的脉冲数为T*f。
在2704和2706处，对每个脉冲进行采样。在一个示例中，2704和2706的功能以20Hz的脉冲率持续10秒钟，可以将其视为一个完整的治疗周期。阶段2700的结果是Qtarget的目标脉冲电荷。
图29是根据一个示例的表格，其示出了针对两个参数：频率和持续时间测得的每次治疗的脉冲数量。频率显示在Y轴上并且持续时间显示在X轴上。一般而言，当使用更多脉冲时，自适应电流协议会执行得更好。一个示例使用最少100个脉冲来提供对电荷数据反馈的可靠收敛。参考图29，20Hz的频率设置和10秒的持续时间产生200个脉冲，这是期望的以允许自适应电流协议重现先前电荷。
在一个示例中，当用户在采集阶段2700和基线电荷Qtarget的结果采集之后发起另一个后续治疗时，再现阶段2720开始。例如，如上所述，完整的治疗周期可能需要10秒钟。在例如等待时段2722所示的两个小时的暂停之后，用户然后可以发起另一个治疗。在该阶段期间，自适应电流协议尝试为每个后续治疗输送Qtarget。阶段2720的功能是需要的，因为在等待时段2722期间，诸如因汗水或空气湿度而引起的用户身体的阻抗的条件可能已经改变。在治疗中每个脉冲结束时对差分积分器进行采样。此时，开始下一个治疗，并且在2724处针对每个脉冲对差分积分器进行采样，以便与采集阶段Qtarget进行比较。对脉冲采样包括以库仑为单位测量脉冲的输出。图28所示的积分器的输出电压(称为Mon_Current 2801)与微库仑的已输送电荷具有直接线性关系，并提供多少电荷离开设备并进入用户的读数。在2726处，将每个单个脉冲与在阶段2700中确定的电荷值(即，目标电荷)进行比较，并且下一个脉冲将在差分的方向上进行调整。
NUM_PULSES＝(T*f)
在每个脉冲之后，将观察到的电荷Qpulse(i)与每个脉冲的预期电荷进行比较。
Qpulse(i)>Qtarget/NUM_PULSES？
然后针对随后的脉冲通过以下方式在2728处(减小)或在2730处(增加)对输出电荷或“VBOOST”进行修改：
dV(i)＝G[Qtarget/NUM_PULSES-Qpulse(i)]
其中G是经验上确定的电压调整系数。该处理在2732处继续直到最后一个脉冲为止。
安全特征确保VBOOST将永远不会被调高超过10％。如果需要更多电荷，那么可以增加重复率或持续时间。
在一个示例中，一般而言，在采集阶段2700期间针对每个脉冲对电流进行采样以建立用于再现的目标电荷。然后，在再现阶段2720期间，经由数字电位计(本文称为“电位计(Pot)”)来调整电压，以实现所建立的target_charge。
数字电位计在启动时用实际电压进行校准。用每个抽头(wiper)值的采样电压来生成表格。还预先计算表格，从而存储每个电位计电平下1v和5v输出差值(delta)所需的电位计抽头增量。这使得能够在再现阶段期间快速参考电压调整。由于电池电平，该表格可能需要周期性重新校准。
在一个示例中，在采集阶段2700期间，最小数据集＝100个脉冲，并且对每个脉冲进行采样，并且将平均值用作再现阶段2720的target_charge。一般而言，少于100个脉冲可能提供不足够的数据样本来用作再现阶段2720的基础。在一个示例中，默认治疗是200个脉冲(即，20Hz，持续10秒)。在一个示例中，用户可以手动调整持续时间和频率。
在一个示例中，在采集阶段2700期间，最大数据集＝1000个脉冲。最大值用于避免在累积样本总和时32位整数的溢出。此外，在一个示例中，1000个脉冲是足够大的数据集，并且可能不需要收集更多的脉冲。
对于上面的示例，经过1000个脉冲之后，将计算target_charge。采集阶段中超过1000个附加脉冲对计算目标电荷没有贡献。
在一个示例中，前3-4个脉冲通常高于其余脉冲，因此在采集阶段2700中不使用这些前3-4个脉冲。在再现阶段2720中也对此进行了考虑。使用这些太高的值会导致目标电荷被设置得太高，并且在再现阶段2720中对后续治疗过度刺激。在其它示例中，可以应用更先进的求平均算法来消除高值和低值。
在示例中，可能担心自动增加电压的安全问题。例如，如果设备与用户皮肤之间的连接不良，那么电压可能会在2730处自动调整直到最大值。然后可能例如由于用户牢固地按压设备而阻抗减小，这可能导致突然高的电流。因此，在一个示例中，如果样本比目标高500mv或更高，那么它将立即调整到最小电压。然后，该示例保持在再现阶段2720中，并且应调整回目标电流/电荷水平。在另一个示例中，为单次治疗设置了最大电压增加(例如，10V)。在正常情况下，不应超过此数量即可实现建立的target_charge。在另一个示例中，为VBOOST设置了最大值(例如，80V)。
在各种示例中，期望在再现阶段2720期间具有稳定性。在一个示例中，这是通过逐步调整电压来实现的。但是，相对较大的步长调整可能会导致振荡或过度刺激。因此，电压调整可以以较小的步长来进行。步长尺寸可以基于目标电流和样本电流之间的差值(delta)以及实际的VBOOST电压水平。这促进快速和稳定/平滑地收敛到目标电荷，并在较低电压下使用更渐进的调整来用于更敏感的用户。
以下是可以被评估以确定调整步长的条件。
delta-mon_current＝abs(sample_mon_current-target_charge)
对于增加调整，如果delta_mon_current>500mv并且VBOOST>
20V，那么步长＝5V
(对于减小调整，500mv的差值会触发紧急减小到最小电压)
如果delta_mon_current>200mv，那么步长＝1V
如果delta_mon_current>100mv并且delta_mon_current>5％*sample_mon_current，那么步长＝1V
在其它示例中，以带有大约10％的电压缓冲的低于目标电压的电压开始新的治疗。在治疗开始时阻抗是未知的。这些示例在治疗结束时保存使用中的target_voltage。如果用户未手动调整强度参数，那么它将用带有10％的缓冲的保存的target_voltage开始新的治疗。这用10％的缓冲快速地实现了目标电流，从而避免了在阻抗被降低的情况下可能的过度刺激。这也补偿了通常较高的前3-4个脉冲。
如所公开的，示例施加初始电荷水平，并且然后基于施加的电流量的反馈来自动调整。电荷量可以在施加时向上或向下变化。因此，本发明的实现不是在整个治疗周期中设置并然后施加固定的电压水平，而是测量正在输入给用户的电荷量，并在整个治疗过程中相应地进行调整以维持适合于当前环境的目标电荷水平。
特定于位置的贴片
如本文示例中所公开的，局部神经刺激和传感器(TNSS)装置的使用持续时间和电子有效性可以根据皮肤施加的具体位置通过形状因子进一步优化。示例包括使用结合TNSS装置并且形状被设计为粘附在人体的特定位置或者形状使得结合到服装中与人体的特定位置非常接近以优化TNSS的有效性的贴片。
在图30中，根据示例的胫骨贴片或TNSS或“SmartPad”100被设计为在贴附于踝骨110下方的位置时与皮肤相符的形状，以有效地刺激胫神经；并且形状为左脚踝一种类型，右脚踝为类似但镜像类型。当将正电极和负电极沿着神经路径轴向放置时，SmartPad会更有效，相比之下，跨神经路径横向放置不是那么有效。
在图31中，径向SmartPad 200被设计为在固定到前臂上的位置时与皮肤相符的形状，以在刺激径向神经202时电学有效；正中SmartPad 220被设计为在固定到前臂上的位置时与皮肤相符的形状，以在刺激正中神经222时电子学有效；以及尺侧SmartPad 240被设计为在固定到前臂上的位置时与皮肤相符，以在刺激尺侧神经242时电子学有效。
图30和图31中的每个SmartPad形状均被设计为在固定到目标位置时使用户的不适感最小。
在一些示例中，径向200、中间220和尺侧SmartPad 240中的两个或更多个可以被设计为更大的SmartPad，其具有覆盖皮肤上与径向、中间和尺侧神经刺激电极对中的两个或更多个对应的位置的形状，诸如围绕前臂的手镯形状250或横跨前臂一侧的半手镯形状255，或具有围绕前臂的带子260并使用带子265收紧以维持电极放置而无需附加粘合剂的手镯形状。在一些示例中，这些组合的SmartPad为左前臂设计为一种形状，并且为右前臂设计为相似但镜像的形状。
在图32中，皮肤贴片300包括具有以上公开的TNSS设计和封装的SmartPad 340。SmartPad 340材料被选择为在从皮肤移除之后可抛弃，例如纸张，并且被选择为可防止水分渗透和异物侵入，水分渗透和异物侵入可能会对TNSS的性能产生不利影响。在使用之前，将SmartPad 340封装在顶部外封装310和底部外封装320之间。顶部外封装结合了文字312、插图314和朝向标记316中的一个或多个，朝向标记316可用于将SmartPad 340正确地定位在皮肤上。底部外封装结合了文字322和插图324之一或全部。SmartPad 340可以具有可移除的朝向标记346，该标记最初固定到SmartPad 340的外表面，该标记旨在简化SmartPad在皮肤上目标位置上的正确朝向，并且被设计为由用户移除同时将SmartPad留在适当的位置，使得在用户的皮肤上不再看到明显的标记346。SmartPad 340可以具有：足够尺寸和功效的辅助粘合垫350，以在使用时维持粘合力，但在移除SmartPad 340时使拉力最小化；以及粘合垫套330，其最初覆盖辅助粘合垫350并覆盖电极，粘合垫套330在将粘合剂粘附到皮肤之前被移除；折叠的拉片332，用于促进移除粘合膜套330。与粘合膜贴片350相反，SmartPad 340在SmartPad的一端或两端可以具有非粘附的接片区域344，用于促进抓住SmartPad边缘以开始将SmartPad移除。在一个示例中，SmartPad 340的所有组件都耦合到同一基板。
图33图示了贴片的其它示例位置。
图34图示了剖视图，其中右脚足底袜子贴片530使用粘合剂或缝线固定到袜子510的底部520中，使得袜子贴片530通过用户的脚底皮肤和组织进行有效刺激来刺激脚底神经。
在一些示例中，袜子贴片使用可移除的电池电源。在一些示例中，袜子贴片使用可再充电电池电源并且在袜子上具有再充电端口。在一些示例中，袜子贴片使用具有动能转换器的电池电源。
图35图示了剖视图，其中右脚足底鞋子贴片630被固定到鞋615的底部625中，使得鞋子贴片630通过用户的脚底皮肤和组织进行有效刺激，以刺激脚底神经，特别是在不穿中间衣物层(诸如会降低刺激效果的袜子)的情况下。
在一些示例中，鞋子贴片630使用可移除的电池电源。在一些示例中，鞋子贴片使用可再充电电池电源并且在鞋子上具有再充电端口。在一些示例中，鞋子贴片使用具有动能转换器的电池电源。在一些示例中，鞋子贴片630在鞋子的制造期间被结合到鞋子615中，该鞋子被专门设计用于穿用者使用一体的TNSS设备。
在一些示例中，打算穿鞋子的人将鞋子贴片630施加到普通鞋子610的内表面上。
为特定身体位置设计的皮肤贴片使用不同的软件库来进行其操作，每个软件库都针对皮肤贴片位置进行优化，并使用针对底层皮肤、组织和神经的模型。示例是骶皮肤贴片，其涉及针对特定于骶骨位置的皮肤、脂肪、肌肉、骨骼和神经的模型，相比之下，尺侧皮肤贴片涉及胫骨神经位置的模型。
本文具体图示和/或描述了几个示例。但是，将认识到的是，在不脱离本发明的精神和预期范围的情况下，以上教导涵盖了所公开示例的修改和变化并且这些修改和变化在所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种局部神经刺激贴片，包括：
柔性基板；
所述基板的可延展的皮肤贴合底表面，包括粘合剂并且适于接触皮肤；
所述基板的大致平行于所述底表面的柔性顶部外表面；
多个电极，被定位在所述贴片上靠近所述底表面并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板；以及
电子电路系统，嵌入在所述贴片中并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板，所述电子电路系统包括：
与所述可延展的皮肤贴合底表面集成在一起的电信号发生器，所述电信号发生器被配置为电激活所述电极；
与所述电信号发生器通信的天线；
耦合到所述电信号发生器的信号激活器；以及
与所述电信号发生器、所述天线和所述信号激活器电通信的电源，
其中当与用户耦合时，所述局部神经刺激贴片被配置为生成包括以下内容的治疗：
确定目标电荷水平；
从所述电极输出一系列脉冲；
对于每个输出的脉冲，测量该脉冲的电荷值并将该电荷值与每个脉冲的预期电荷水平进行比较；
如果电荷值大于每个脉冲的预期电荷水平，那么减少后续输出脉冲的强度水平；以及
如果电荷值小于每个脉冲的预期电荷水平，那么增加后续输出脉冲的强度水平，
其中每个脉冲的预期电荷水平为目标电荷水平/脉冲数量。
2.如权利要求1所述的局部神经刺激贴片，还包括：
神经刺激传感器，其响应于对一个或多个神经的刺激而提供反馈，并且耦合到所述柔性基板。
3.如权利要求2所述的局部神经刺激贴片，
所述天线被配置为与远程激活设备通信；
所述信号激活器被配置为响应于接收到所述天线与激活设备的通信而激活；
所述电信号发生器被配置为响应于所述信号激活器的激活而生成一个或多个电刺激；
所述电刺激被配置为至少在所述神经刺激贴片附近的一个位置处刺激穿戴所述贴片的用户的一个或多个神经。
4.如权利要求1所述的局部神经刺激贴片，其中基于频率和持续时间来定义所述一系列脉冲。
5.如权利要求1所述的局部神经刺激贴片，其中确定所述目标电荷水平Qtarget
包括生成一系列采集脉冲并且
其中T是所述一系列采集脉冲的持续时间，f是所述一系列采集脉冲的频率，并且Qpulse(i)是所述一系列采集脉冲中的每个脉冲的测量电荷。
6.如权利要求1所述的局部神经刺激贴片，所述电子电路系统还包括差分积分器，所述脉冲的电荷值基于所述差分积分器的输出。
7.如权利要求3所述的局部神经刺激贴片，还包括基于位置的形状，并且所述形状使得所述电极大致沿着要被刺激的神经的轴线布置。
8.一种局部神经刺激贴片，包括：
柔性基板；
所述基板的可延展的皮肤贴合底表面，包括粘合剂并且适于接触皮肤；
所述基板的大致平行于所述底表面的柔性顶部外表面；
多个电极，被定位在所述贴片上靠近所述底表面并位于所述顶部外表面下方并耦合到所述柔性基板；以及
耦合到所述柔性基板的处理器和存储指令的存储设备，所述处理器在执行所述指令时：
确定目标电荷水平；
从所述电极输出一系列脉冲；
对于每个输出的脉冲，测量该脉冲的电荷值并将该电荷值与每个脉冲的预期电荷水平进行比较；
如果电荷值大于每个脉冲的所述预期电荷水平，那么减少后续输出脉冲的强度水平；以及
如果电荷值小于每个脉冲的所述预期电荷水平，那么增加后续输出脉冲的强度水平，
其中每个脉冲的预期电荷水平为目标电荷水平/脉冲数量。
9.如权利要求8所述的贴片，其中基于频率和持续时间来定义所述一系列脉冲。
10.如权利要求8所述的贴片，其中确定所述目标电荷水平Qtarget
包括生成一系列采集脉冲并且
其中T是所述一系列采集脉冲的持续时间，f是所述一系列采集脉冲的频率，并且Qpulse(i)是所述一系列采集脉冲中的每个脉冲的测量电荷。
11.如权利要求8所述的贴片，还包括差分积分器，所述脉冲的电荷值基于所述差分积分器的输出。
12.如权利要求8所述的贴片，其具有基于皮肤上的位置的形状，并且所述形状使得所述电极大致沿着要被刺激的神经的轴线布置。
13.一种用于治疗膀胱过度活动症的局部神经刺激贴片，包括：
柔性基板，包括皮肤贴合底表面和柔性顶部外表面；
粘合剂，用于将所述贴片局部贴附到组织；
多个电极，被定位在所述基板的底表面上的贴片上，并且位于所述顶部外表面下方；
电子电路系统，嵌入在所述贴片内并位于所述基板的顶部外表面下方，包括：
电信号生成器，在电极之间提供一串电压调节波，用于生成刺激神经以抑制用户需要紧急排空用户膀胱的感觉的电流；
天线，用于与远程设备通信并从远程设备接收信号以激活所述信号发生器；以及
与所述信号发生器电通信的电源，
其中当与用户耦合时，所述局部神经刺激贴片被配置为生成包括以下内容的治疗：
确定目标电荷水平；
从所述电极输出一系列脉冲；
对于每个输出的脉冲，测量该脉冲的电荷值并将该电荷值与每个脉冲的预期电荷水平进行比较；
如果电荷值大于每个脉冲的预期电荷水平，那么减少后续输出脉冲的强度水平；以及
如果电荷值小于每个脉冲的预期电荷水平，那么增加后续输出脉冲的强度水平，
其中每个脉冲的预期电荷水平为目标电荷水平/脉冲数量。
14.如权利要求13所述的贴片，所述电极适于在使用期间生成20mA至100mA之间的电流。
15.如权利要求14所述的贴片，所述电压调节波包括方波。
16.如权利要求15所述的贴片，所述方波包括在15Hz和50Hz之间的频率。
17.如权利要求13所述的贴片，所述远程设备包括钥匙扣，并且按下所述钥匙扣上的按钮激活所述贴片的信号发生器。
18.如权利要求13所述的贴片，所述远程设备包括智能电话或平板电脑，所述智能电话或平板电脑包括被配置为允许用户使用所述智能电话或平板电脑与所述贴片的天线进行通信并激活信号发生器的软件。
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