KR20080101931A - Method of routing electrical current to bodily tissues via implanted passive conductors - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피실험자의 신경계의 질환을 치료하기 위한 이식물, 시스템 및 방법에 대한 것이다. 방법은 치료 주파수 및 질환에 따라 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 전류를 전달하는 수동 전기 전도체를 사용함을 포함한다. The present invention is directed to implants, systems, and methods for treating diseases of the nervous system of a subject. The method includes using a passive electrical conductor that delivers a current to electrically stimulate the target body tissue to activate or block nerve excitability depending on the treatment frequency and disease.
신경세포는 전달 활성 전위 또는 신경 흥분을 위한 축삭 및 이러한 흥분을 받기 위한 수상돌기로 구성된다. 일반적으로, 신경은 한 신경 세포의 흥분-전송 축삭으로부터 인접한 신경 세포의 흥분-수신 수상돌기까지 활성 전위를 전달한다. 시냅시스에서, 축삭은 새로운 전류를 시작하기 위한 다음 신경 세포의 수상돌기에서 수용체를 촉발하기 위한 신경전달물질을 분비한다.Neurons consist of axons for delivery activity potentials or nerve excitation and dendrites to receive such excitation. In general, nerves carry an action potential from the excitatory-transmitting axon of one neuron to the excitatory-receiving dendrites of adjacent neurons. In synapses, axons secrete neurotransmitters to trigger receptors in the next neuronal dendrites to initiate new currents.
일부 병리학적 상태에서, 활성 전위의 전달이 약해졌다; 그러므로, 신경 흥분의 활성화는 일반 기능성을 회복하기 위해 요구된다. 신경 및 근육과 같은 전기적-흥분성의 신체 조직은 외부로부터 피부로 공급되는 전극 사이에 공급되는 전기장에 의해 활성화될 수 있다. 전류는 전극 아래의 신경 및 근육에서 활성 전위를 유도하는, 음극 적극 및 양극 전극 사이의 피부를 통해 흐른다. 이러한 방법은 고통을 경감하는 경피성 전기적 신경 자극기(transcutaneous electrical nerve stimulator; TENS), 운동 목적의 근육을 활성화하는 치료적 전기 자극기(Vodovnik, 1981), 일상의 수행을 위한 근육을 활성화시키는 기능적 전기 자극기(Kralj et al., 1989; Nathan의 미국 특허 번호 제5,330,516호; Prochazka 등의 미국 특허 번호 제5,562,707호) 및 손상된 뼈의 재생을 촉진하는 자극기를 포함하는, 다른 유형의 자극기들을 오랜 기간 동안 사용했다.In some pathological conditions, the transfer of active potentials is weakened; Therefore, activation of nerve excitability is required to restore general functionality. Electrically exciting body tissues such as nerves and muscles can be activated by an electric field supplied between electrodes supplied from the outside to the skin. Current flows through the skin between the cathode active and anode electrodes, inducing active potentials in the nerves and muscles under the electrodes. These methods include transcutaneous electrical nerve stimulators (TENS) to relieve pain, therapeutic electrical stimulators to activate muscles for athletic purposes (Vodovnik, 1981), and functional electrical stimulators to activate muscles for daily performance. (Kralj et al., 1989; US Pat. No. 5,330,516 to Nathan; US Pat. No. 5,562,707 to Prochazka et al.) And other types of stimulators, including stimulators that promote regeneration of damaged bone, have been used for a long time. .
다른 병리학적 상태에서, 활성 전위는 유용한 목적에 알맞지 않게 전달된다; 따라서, 불필요한 신경 흥분의 차단이 일반 기능을 회복하기 위해 요구된다. 고주파의 신경 축삭의 일시적인 가역적 차단을 생성할 수 있음이 보고되었다(Solomonow et at., 1983; Tai et al., 2004; Bhadra and Kilgore, 2005). 일반적으로, 주파수 범위는 500 및 30,000 Hz 사이이다.In other pathological conditions, the action potentials are delivered unsuitable for useful purposes; Thus, blocking of unnecessary nerve excitability is required to restore normal function. It has been reported that it can produce transient reversible blockade of high frequency neural axons (Solomonow et at., 1983; Tai et al., 2004; Bhadra and Kilgore, 2005). In general, the frequency range is between 500 and 30,000 Hz.
신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위한 신경의 자극은 이식된 자극기(또한 신경성 보형물 또는 신경보형물로서 알려짐)를 사용하여 통상적으로 이루어진다(Peckham et al., 2001; Horch and Dhillon, 2004). 신경 보형물은 청각의 회복, 마비된 근육의 움직임 회복, 요로 기능을 조절하는 신경에서의 활성 조절 및 통증 및 진전의 억제를 위해 개발되었다. 일부 경우에서, 신경 보형물은 예를 들어 통증 감각 또는 전진을 저해하기 위해, 원하지 않는 신경 활성을 저해하거나 억제하기 위해 설게되었다. 그러나, 장기간 사용을 의도하는 모든 신경 보형물은 전자 성분 및 종종 배터리를 포함하는 자극기의 이식이 요구된다. 통증 및 진전 억제의 경우 에서, 활성화된 신경은 중추 신경계 내에서 신경 회로의 활성을 반동적으로 저해한다. 원하지 않는 신경 활성을 감소시키는 이러한 비간접 모드는 때때로 신경조정으로 명명된다(Landau and Levy, 1993; Groen and Bosch, 2001).Stimulation of nerves to activate or block nerve excitability is commonly accomplished using implanted stimulators (also known as neurological implants or neuroprostheses) (Peckham et al., 2001; Horch and Dhillon, 2004). Neural implants have been developed for the restoration of hearing, restoring movement of paralyzed muscles, regulating activity in nerves regulating urinary tract function and suppressing pain and tremor. In some cases, nerve implants have been designed to inhibit or inhibit unwanted neuronal activity, for example to inhibit pain sensation or progression. However, all neural implants intended for long-term use require implantation of stimulators that include electronic components and often batteries. In the case of pain and tremor suppression, the activated nerves reactively inhibit the activity of neural circuits in the central nervous system. This non-indirect mode of reducing unwanted neuronal activity is sometimes named neuromodulation (Landau and Levy, 1993; Groen and Bosch, 2001).
표면 전기 자극은 예를 들어 경련성 과긴장을 감소시키기 위해 반동적으로 사용된다(Vodovnik et al., 1984; Apkarian and Naumann, 1991). 신체 표면에 부착된 전극을 통한 자극의 단점은 많은 비-표적 조적이 표적 조직과 함께 공동-활성화될 수 있다는 것이다. 이러한 부족한 선별성은 종종 원하지 않은 감각 및/또는 원하지 않는 움직임을 유발한다. 게다가, 전극 사이의 전류 대부분의 흐름이 표적 조직보다는 전극에 더 가까운 조직을 통해 흐르므로 신체 내 깊은 곳의 조직이 적절하게 자극되는 것이 어렵거나 불가능하다. 선별성은 자극기로부터 표적 조직 부근으로 전류를 전달하는 신체 내에 와이어를 이식함에 의해 개선될 수 있다. 이러한 방법은 심박 조율기(Horch et al, 2004), 배주(dorsal column) 자극기(Waltz, 1997), 깊은 뇌(deep brain) 자극기(Benabid et al., 1987) 및 천골 루트(sacral root) 자극기(Brindley et al., 1982)에 사용되었다. 절연되지 않은 말단의 와이어를 포함하는 커프(cuffs)는 신경 근처로 전류의 대부분을 제한하고 조직 주위로 전류의 확장을 한정하는 말초 신경 주위에 위치할 수 있어 선별성을 향상시킨다(Haugland et al., 1999). 일반적으로 와이어를 이식했을 때, 에너지 소스를 완비한 자극기 또한 이식되었다(Strojnik et al., 1987). 이식된 자극기는 비싸며 종종 외부에서 신체로 조절기 및/또는 전원 소스가 요구된다. 이식된 자극기 내의 배터리는 주기적으로 수술을 수반하는 교체가 요구된다.Surface electrical stimulation is used reactively, for example, to reduce convulsive hypertension (Vodovnik et al., 1984; Apkarian and Naumann, 1991). A disadvantage of stimulation via electrodes attached to the body surface is that many non-target deposits can be co-activated with the target tissue. This lack of selectivity often results in unwanted sensory and / or unwanted movement. In addition, since most of the current between the electrodes flows through tissue closer to the electrode than the target tissue, it is difficult or impossible for the tissue deep within the body to be properly stimulated. Selectivity can be improved by implanting wires in the body that carry current from the stimulator to near the target tissue. These methods include pacemakers (Horch et al, 2004), dorsal column stimulators (Waltz, 1997), deep brain stimulators (Benabid et al., 1987), and sacral root stimulators (Brindley). et al., 1982). Cuffs containing uninsulated distal wire can be located around the peripheral nerve, limiting most of the current near the nerve and limiting the expansion of the current around the tissue to improve selectivity (Haugland et al., 1999). In general, when wires were implanted, stimulators complete with energy sources were also implanted (Strojnik et al., 1987). Implanted stimulators are expensive and often require a regulator and / or power source externally to the body. Batteries in implanted stimulators require periodic replacement with surgery.
소수의 경우에서, 자극 와이어를 외부 자극기가 부착된 신체의 표면에 부착된 커넥터로 피부를 통해(경피적으로) 신체 조직 및 다리에 이식되었다(Peckham et al., 1980; Handa et al., 1998; Shaker and Hassouna, 1999; Yu et al., 2001). 외부 자극기는 이식된 자극기보다 상당히 저렴하나 경피적 와이어는 감염의 도관을 제공하므로 매일 청소하고 유지하는 것이 요구된다. 이는 일반적으로 단기간 적용으로 경피성 전극을 사용하는 것으로 제한된다. 이러한 문제점들을 해결하고 치료될 질환에 따라 신경 흥분을 활성화하거나 차단하는 능력을 갖는 시스템이 요구된다.In a few cases, the stimulation wire was implanted through the skin (transdermally) into body tissues and legs with connectors attached to the surface of the body to which the external stimulator was attached (Peckham et al., 1980; Handa et al., 1998; Shaker and Hassouna, 1999; Yu et al., 2001). External stimulators are considerably cheaper than implanted stimulators, but percutaneous wire provides a conduit for infection and therefore needs to be cleaned and maintained daily. This is generally limited to the use of transdermal electrodes for short term applications. There is a need for a system that solves these problems and has the ability to activate or block nerve excitation depending on the condition being treated.
본 발명은 광범위하게 주파수 및 치료될 질환에 따라 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하는 전류를 전달하는 수동 전기 전도체를 사용하는 이식물, 시스템 및 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to implants, systems, and methods that employ passive electrical conductors that deliver electrical currents that electrically stimulate target body tissue to activate or block nerve excitability depending on the frequency and disease to be treated broadly.
한 양상에서, 본 발명은 광범위하게 피실험자의 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 이식물을 제공하며, 일단 이식되면, 이식물은 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로(in spaced relationship) 위치한 표면 음극 및 양극 전극 사이로 전류의 적어도 일부가 흘러 표적 신체 조직으로 전류의 일부를 전달하기 위한 전도성 경로를 제공하며, 이식물은 다음을 포함한다:In one aspect, the present invention provides an implant for electrically stimulating a subject's target body tissue extensively, wherein once implanted, the implant is a surface cathode located in a spaced relationship on the subject's skin and At least a portion of the current flows between the anode electrodes to provide a conductive path for delivering a portion of the current to the target body tissue, the implant comprising:
일단 이식되면, 표면 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직까지 연장하기에 충분한 길이의 수동 전기 전도체, 전기 전도체는 픽업(pick-up) 말단 및 자극 말단을 가지고 이들 말단 사이에 절연되어 있으며, 픽업 말단은 전도체를 통해 흐르는 전류의 적절한 부분을 허용하는 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단으로 구성되며, 표적 신체 조직이 자극되는 것과 같이 바람직하게는 표면 음극 및 양극 전극 사이에 신체 조직을 통해 흐르고, 자극 말단은 표적 신체 조직으로 전류의 일부를 수송하기 위한 전기 종단으로 형성되어 있다.Once implanted, a passive electrical conductor of sufficient length to extend from the subcutaneous tissue located below the surface cathode electrode to the target body tissue, the electrical conductor is insulated between these ends with a pick-up end and a pole end, The pick-up end consists of an electrical termination with an appropriate surface area that allows for an appropriate portion of the current flowing through the conductor, preferably flowing through body tissue between the surface cathode and anode electrodes, as the target body tissue is stimulated, The distal end is formed by an electrical termination for transporting a portion of the current to the target body tissue.
다른 양상에서, 본 발명은 하기의 것과 함께 상기 이식물을 포함하는 피실험자의 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 시스템을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a system for electrically stimulating a target body tissue of a subject comprising the implant in combination with:
피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치했을 때 표적 신체 조직으로 전류를 전달하는 피실험자의 피부에 전기 접촉을 만들기 위한 표면 음극 및 양극 전극; 및Surface cathode and anode electrodes for making electrical contact with the skin of the test subject, when placed in a spaced relationship on the skin of the test subject, which delivers current to the target body tissue; And
표면 음극 및 양극 전극에 전기적으로 연결된 피실험자의 신체 외부의 자극기, 자극기는 표면 음극 및 양극 전극으로 직류, 박동성 전류 또는 교류를 수송한다.A stimulator or stimulator outside the body of the test subject electrically connected to the surface cathode and anode electrodes transports direct current, pulsating current, or alternating current to the surface cathode and anode electrodes.
다른 양상에서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는, 피실험자에서 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하는 방법을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a method of electrically stimulating target body tissue in a subject, comprising the following steps:
상기 이식물을 제공하는 단계;Providing the implant;
음극 전극 아래에 위치한 피하 조직에 위치한 픽업 말단 및 표적 신체 조직에 가까이 위치한 자극 말단을 갖는 피실험자의 피부 아래에 이식물을 완전히 이식하는 단계;Implanting the implant completely under the skin of the subject having a pickup end located in the subcutaneous tissue located below the cathode electrode and a stimulus end located near the target body tissue;
전류의 일부가 전도체를 통해 표적 신체 조직으로 전달되도록 하고 전류가 표적 신체 조직을 통해 흘러 표적 신체 조직 및 표면 양극 전극 아래에 위치한 피하 조직 사이로 연장된 이식된 전기 귀환 전도체(return conductor)를 통해 또는 신체 조직을 통해 양극 표면 전극이 돌아오도록 하기 위해, 전기 전도체의 픽업 말단에 걸쳐 위치한 표면 음극 전극을 갖는, 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치한 표면 음극 및 양극 전극을 위치시키는 단계; 및Allows a portion of the current to pass through the conductor to the target body tissue, and the current flows through the target body tissue through an implanted electrical return conductor extending between the target body tissue and the subcutaneous tissue located below the surface anode electrode or the body. Positioning the surface cathode and anode electrodes located in a spaced apart relationship on the subject's skin with the surface cathode electrode located across the pick-up end of the electrical conductor to return the anode surface electrode through the tissue; And
전기 전류의 일부가 표적 신체 조직을 자극하기에 적절한 이식물을 통해 흐르도록 하기 위해 표면 음극 전극 및 표면 양극 전극 사이로 직류, 박동성 전류 또는 교류를 적용하는 단계.Applying a direct current, pulsating current or alternating current between the surface cathode electrode and the surface anode electrode to allow a portion of the electrical current to flow through the implant suitable for stimulating the target body tissue.
다른 양상에서, 본 발명은 광범위하게 피실험자의 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 이식물을 제공하며, 일단 이식되면, 이식물은 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치한 표면 음극 및 양극 전극 사이로 전류의 적어도 일부가 흘러 표적 신체 조직으로 전류의 일부를 전달하기 위한 전도성 경로를 제공하며, 이식물은 다음을 포함한다:In another aspect, the invention broadly provides an implant for electrically stimulating a subject's target body tissue, and once implanted, the implant is present between the surface cathode and anode electrodes located in a spaced apart relationship on the subject's skin. At least a portion of the flow provides a conductive path for delivering a portion of the electrical current to the target body tissue, the implant comprising:
일단 이식되면, 표면 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직까지 연장하기에 충분한 길이의 수동 전기 전도체, 전기 전도체는 픽업(pick-up) 말단 및 자극 말단을 가지고 이들 말단 사이에 절연되어 있으며, 픽업 말단은 전도체를 통해 흐르는 전류의 적절한 부분을 허용하는 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단으로 구성되며, 바람직하게는 표면 음극 및 양극 전극 사이에 신체 조직을 통해 흐르고, 자극 말단은 표적 신체 조직으로 전류의 일부를 수송하기 위한 전기 종단으로 형성되어 있으며,Once implanted, a passive electrical conductor of sufficient length to extend from the subcutaneous tissue located below the surface cathode electrode to the target body tissue, the electrical conductor is insulated between these ends with a pick-up end and a pole end, The pick-up end consists of an electrical end with an appropriate surface area that allows a suitable portion of the current to flow through the conductor, preferably flowing through body tissue between the surface cathode and anode electrodes, and the pole end of the current to the target body tissue. Formed with electrical terminations for transporting parts,
이는 전류가 표적 신체 조직을 차단할 수 있는 주파수에서 적용되는 순환 파형(cyclical waveform)의 형태일 때 이식물이 표적 신체 조직을 전기적으로 차단할 수 있게 한다.This allows the implant to electrically block the target body tissue when the current is in the form of a cyclical waveform applied at a frequency that can block the target body tissue.
다른 양상에서, 본 발명은 다음을 포함하는 피실험자의 표적 신체 조직을 전기적으로 차단하기 위한 시스템을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a system for electrically blocking target body tissue of a subject, comprising:
i) 표적 신체 조직으로 전류가 전달되도록 하기 위해, 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치했을 때 피실험자의 피부와 전기적으로 접촉하도록 만드는 표적 음극 및 양극 전극;i) target cathode and anode electrodes that are in electrical contact with the subject's skin when positioned in a spaced relationship on the subject's skin to allow current to be delivered to the target body tissue;
ii) 표면 음극 및 양극 전극에 전기적으로 접촉되는, 피실험자의 신체 외부의 자극기, 자극기는 표면 음극 및 양극 전극으로 직류, 박동성 전류 또는 교류를공급한다; 및ii) a stimulator external to the subject's body in electrical contact with the surface cathode and anode electrodes, the stimulator supplies direct current, pulsating current or alternating current to the surface cathode and anode electrodes; And
iii) 표면 음극 및 양극 전극 사이를 흐르는 전류의 일부를 포착하고 전류의 일부가 표적 신체 조직에 전달되도록 하기 위한 이식물, 이식물은 표면 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직까지 연장되기에 충분한 길이의, 일단 이식되면, 수동 전기 전도체를 포함하며, 전기 전도체는 픽업 말단 및 자극 말단을 갖고 이 말단들 사이가 절연되어 있으며, 픽업 말단은 전도체를 통해 적절한 비율의 전류가 흐르도록 하는, 바람직하게는 표면 음극 및 양극 전극 사이의 신체 조직을 통해 흐르도록 하는 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단을 형성하며, 자극 말단은 표적 신체 조직으로 전류 일부를 수송하기 위한 전기 종단을 형성하며,iii) Implants to capture a portion of the current flowing between the surface cathode and anode electrodes and allow a portion of the current to be delivered to the target body tissue, since the implant extends from the subcutaneous tissue located below the surface cathode electrode to the target body tissue. Once implanted, a passive electrical conductor of sufficient length, the electrical conductor having a pick-up end and a pole end, insulated between these ends, the pick-up end allowing a proper ratio of current to flow through the conductor. Preferably an electrical termination having an appropriate surface area for flowing through body tissue between the surface cathode and anode electrodes, the pole end forming an electrical termination for transporting a portion of the current to the target body tissue,
이는 전류가 표적 신체 조직을 차단할 수 있는 주파수에서 적용되는 순환 파형의 형태일 때 이식물이 표적 신체 조직을 전기적으로 차단할 수 있게 한다.This allows the implant to electrically block the target body tissue when the current is in the form of a circulating waveform applied at a frequency that can block the target body tissue.
다른 양상에서, 본 발명은 다음 단계들을 포함하는 피실험자의 질병을 치료하기 위한 방법을 제공한다:In another aspect, the present invention provides a method for treating a subject's disease comprising the following steps:
a) 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치하는 표면 음극 및 양극 전극 사이에 전류의 적어도 일부가 흐르도록 하기 위한 전도성 경로로서 작용하는 이식물을 제공하는 단계, 이식물은 일단 이식되면, 표면 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직까지 연장하기에 충분한 길이의 수동 전기 전도체를 포함하며, 전기 전도체는 픽업(pick-up) 말단 및 자극 말단을 가지고 이들 말단 사이에 절연되어 있으며, 픽업 말단은 전도체를 통해 흐르는 전류의 적절한 부분을 허용하는 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단으로 구성되며, 표적 신체 조직이 자극되는 것과 같이 바람직하게는 표면 음극 및 양극 전극 사이에 신체 조직을 통해 흐르고, 자극 말단은 표적 신체 조직으로 전류의 일부를 수송하기 위한 전기 종단으로 형성되어 있다;a) providing an implant acting as a conductive pathway to allow at least some of the current to flow between the surface cathode and the anode electrode located in a spaced apart relationship on the subject's skin, the implant being once implanted, the surface cathode electrode A passive electrical conductor of sufficient length to extend from the underlying subcutaneous tissue to the target body tissue, the electrical conductor having a pick-up end and a pole end, insulated between these ends, the pick-up end being a conductor Consisting of an electrical termination having an appropriate surface area to allow an appropriate portion of the current to flow through, preferably flowing through the body tissue between the surface cathode and anode electrodes, as the target body tissue is stimulated, the stimulus end being the target body Formed as an electrical termination for transporting a portion of the current to the tissue;
b) 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직에 위치한 픽업 말단 및 표적 신체 조직에 가까이 위치한 자극 말단을 갖는 피실험자의 피부 아래에 이식물을 완전히 이식하는 단계;b) implanting the implant completely under the skin of the subject having a pickup end located in the subcutaneous tissue located below the cathode electrode and a stimulus end located near the target body tissue;
c) 전류의 일부가 전도체를 통해 표적 신체 조직으로 전달되도록 하고 전류가 표적 신체 조직을 통해 흘러 표적 신체 조직 및 표면 양극 전극 아래에 위치한 피하 조직 사이로 연장된 이식된 전기 귀환 전도체(return conductor)를 통해 또는 신체 조직을 통해 양극 표면 전극이 돌아오도록 하기 위해, 전기 전도체의 픽업 말단에 걸쳐 위치한 표면 음극 전극을 갖는, 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치한 표면 음극 및 양극 전극을 위치시키는 단계; 및c) allowing a portion of the current to pass through the conductor to the target body tissue and through an implanted electrical return conductor extending through the target body tissue and between the target body tissue and the subcutaneous tissue located below the surface anode electrode. Or positioning the surface cathode and anode electrodes located in a spaced apart relationship on the subject's skin, having the surface cathode electrode located across the pick-up end of the electrical conductor to return the anode surface electrode through body tissue; And
d) 질환을 치료하기 위해 표적 신체 조직을 차단할 수 있는 주파수에서 적용되는 순환 파형의 형태인 표면 음극 전극 및 표면 양극 전극 사이로 전류가 적용되는 단계.d) applying a current between the surface cathode electrode and the surface anode electrode in the form of a circulating waveform applied at a frequency capable of blocking the target body tissue to treat the disease.
또 다른 양상에서, 본 발명은 피실험자의 표적 신체 조직을 전기적으로 차단하기 위한 다음을 포함하는 시스템의 용도를 제공한다:In another aspect, the present invention provides the use of a system comprising: electrically blocking a subject's target body tissue:
i) 표적 신체 조직으로 전류가 전달되도록 하기 위해, 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치했을 때 피실험자의 피부와 전기적으로 접촉하도록 만드는 표적 음극 및 양극 전극;i) target cathode and anode electrodes that are in electrical contact with the subject's skin when positioned in a spaced relationship on the subject's skin to allow current to be delivered to the target body tissue;
ii) 표면 음극 및 양극 전극에 전기적으로 접촉되는, 피실험자의 신체 외부의 자극기, 자극기는 표면 음극 및 양극 전극으로 전류를 직류, 박동성 전류 또는 교류를 공급한다; 및ii) a stimulator outside the body of the subject in electrical contact with the surface cathode and anode electrodes, the stimulator supplies direct current, pulsatile current or alternating current to the surface cathode and anode electrodes; And
iii) 표면 음극 및 양극 전극 사이를 흐르는 전류의 일부를 포착하고 전류의 일부가 표적 신체 조직에 전달되도록 하기 위한 이식물, 이식물은 표면 음극 전극 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직까지 연장되기에 충분한 길이의, 일단 이식되면, 수동 전기 전도체를 포함하며, 전기 전도체는 픽업 말단 및 자극 말단을 갖고 이 말단들 사이가 절연되어 있으며, 픽업 말단은 전도체를 통해 적절한 비율의 전류가 흐르도록 하는, 바람직하게는 표면 음극 및 양극 전극 사이의 신체 조직을 통해 흐르도록 하는 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단을 형성하며, 자극 말단은 표적 신체 조직으로 전류 일부를 수송하기 위한 전기 종단을 형성하며,iii) Implants to capture a portion of the current flowing between the surface cathode and anode electrodes and allow a portion of the current to be delivered to the target body tissue, since the implant extends from the subcutaneous tissue located below the surface cathode electrode to the target body tissue. Once implanted, a passive electrical conductor of sufficient length, the electrical conductor having a pick-up end and a pole end, insulated between these ends, the pick-up end allowing a proper ratio of current to flow through the conductor. Preferably an electrical termination having an appropriate surface area for flowing through body tissue between the surface cathode and anode electrodes, the pole end forming an electrical termination for transporting a portion of the current to the target body tissue,
이는 전류가 표적 신체 조직을 차단할 수 있는 주파수에서 적용되는 순환 파형의 형태일 때 이식물이 표적 신체 조직을 전기적으로 차단할 수 있게 한다.This allows the implant to electrically block the target body tissue when the current is in the form of a circulating waveform applied at a frequency that can block the target body tissue.
본원 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하기의 용어 및 구는 다음과 같은 정의를 갖는다.As used herein and in the claims, the following terms and phrases have the following definitions.
"차단하는" 또는 "차단" 또는 "봉쇄"는 표적 신경의 축삭을 따라서 일어나는 활성 전하 또는 신경 흥분의 전도 또는 전파를 예방하는 것을 의미한다."Blocking" or "blocking" or "blocking" means preventing the conduction or propagation of active charge or nerve excitation along the axon of the target nerve.
"신체 조직"은 신경 조직(말초 또는 중추 신경계), 신경, 근육(골격, 호흡기 또는 심근) 또는 기관, 예를 들어, 뇌, 와우, 시신경, 심장, 방광, 요도, 신장 및 뼈를 의미한다."Body tissue" refers to nerve tissue (peripheral or central nervous system), nerves, muscles (skeleton, respiratory or myocardium) or organs such as the brain, cochlea, optic nerve, heart, bladder, urethra, kidneys and bones.
"주기적 파형(cyclical waveform)은 전류가 교류, 박동성, 사인곡선, 삼각형, 직사각형 및 톱니 파형으로 한정하지 않고 포함하는, 이의 모양 또는 형태에 한정되지 않고 반복되는 파형의 전류의 모든 형태를 의미한다.By "cyclical waveform" is meant any form of current in a repeating waveform that is not limited to its shape or form, including but not limited to alternating, pulsatile, sinusoidal, triangular, rectangular and sawtooth waveforms.
"장애"는 운동성 장애, 근육성 장애, 실금, 요 정체, 동통, 간질, 대뇌혈관 장애, 수면 장애, 자율신경 장애, 시각, 청각 및 균형 장애 및 신경생리학적(neuropsychiatric) 장애를 포함함을 의미한다.By "disorder" is meant to include motility disorders, muscular disorders, incontinence, nystagmus, pain, epilepsy, cerebral vascular disorders, sleep disorders, autonomic disorders, vision, hearing and balance disorders and neuropsychiatric disorders do.
"전류"는 이식된 수동 전도체로 저항적으로 및 전기용량적으로 결합된 피부의 표면에 적용되어 차례로 표적 신경 조직으로 전달되는 전류를 의미한다.“Current” means the current that is applied to the surface of the skin that is resistively and capacitively coupled to an implanted passive conductor and in turn delivered to the target nervous tissue.
"이상(biphasic) 파형"은 전류가 일차 상으로 하나의 방향으로 지나간 후 이차상으로 반대 방향으로 지나감을 의미한다."Biphasic waveform" means that current passes in one direction to the primary phase and then in the opposite direction to the secondary phase.
"단상(monophasic) 파형"은 오직 한 방향으로만 전류가 지나감을 의미한다.A "monophasic waveform" means the current passes in only one direction.
"피실험자"는 인간을 포함한 동물을 의미한다. "Subject" means animals including humans.
도 1은 이식된 전기 전도체, 표면 음극 및 양극 전극 및 이식된 귀환 전도체를 갖는 본 발명의 실시형태를 삼차원으로 도식적으로 나타낸 것이다.1 is a three-dimensional schematic representation of an embodiment of the present invention having implanted electrical conductors, surface cathode and anode electrodes, and implanted return conductors.
도 2는 이식된 전기 전도체 및 표면 음극 및 양극 전극을 갖는 본 발명의 실시형태의 절단면의 측면도이다.2 is a side view of a cutaway view of an embodiment of the present invention with implanted electrical conductors and surface cathode and anode electrodes.
도 3은 이식된 전기 전도체 및 표면 음극 및 양극 전극 및 전기 귀환 전도체를 갖는 본 발명의 대안 실시형태의 절단면의 측면도이다.3 is a side view of a cutaway view of an alternative embodiment of the present invention having implanted electrical conductors and surface cathode and anode electrodes and electrical return conductors.
도 4는 두 개의 이식된 전기 전도체, 두 개의 표면 음극 전극, 양극 전극 및 전기 귀환 전도체를 갖는 본 발명의 대안 실시형태의 절단면의 측면도이다.4 is a side view of a cutaway view of an alternative embodiment of the present invention having two implanted electrical conductors, two surface cathode electrodes, an anode electrode and an electrical return conductor.
도 5a 및 도 5b는 단상 자극을 갖는 외음부 신경 차단에서 주파수 및 진폭의 효과를 나타내는 그래프이다. 도 5a는 고주파 자극 바로 전 및 자극 동안에 요도내 압력 사이의 차이로서 규정되는 최대 감소를 갖는, 다른 진폭 및 주파수에서 외음부 신경의 자극에 의해 유도되는 요도 압력에서의 최대 감소를 보인다. 도 5b는 배경 요도내 압력 및 다른 진폭 및 주파수에서 고주파수 자극 동안에 수득된 요도내 압력 사이의 차이를 나타낸다.5A and 5B are graphs showing the effects of frequency and amplitude on vulvar nerve block with single phase stimulation. 5A shows the maximum decrease in urethral pressure induced by stimulation of the vulvar nerve at different amplitudes and frequencies, with the maximum decrease defined as the difference between intraurethral pressure immediately before and during high frequency stimulation. 5B shows the difference between background intraurethral pressure and intraurethral pressure obtained during high frequency stimulation at different amplitudes and frequencies.
도 6은 이상 전하-균형 전류 제어 펄스의 주파수 및 진폭의 이극성 신경 커프로의 외음부 신경 차단 효과를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the effect of vulvar nerve block in bipolar nerve cuff with frequency and amplitude of an abnormal charge-balance current control pulse. FIG.
도 7a 및 도 7b는 한 동물의 외음부 신경 차단에서 1 kHz의 주파수를 갖는 1 mA(도 7a) 및 3 mA(도 7b)의 자극 진폭의 효과를 나타낸 그래프이다.7A and 7B are graphs showing the effect of stimulation amplitudes of 1 mA (FIG. 7A) and 3 mA (FIG. 7B) with a frequency of 1 kHz in vulvar nerve block in one animal.
도 8a 및 도 8b는 한 동물의 외음부 신경 차단에서 2 kHz의 주파수를 갖는 1 mA(도87a) 및 3 mA(도 8b)의 자극 진폭의 효과를 나타낸 그래프이다.8A and 8B are graphs showing the effect of stimulation amplitudes of 1 mA (FIG. 87A) and 3 mA (FIG. 8B) with a frequency of 2 kHz in vulvar nerve block in one animal.
도 9는 한 동물의 외음부 신경 차단 동안에 요도 압력 및 방광 압력 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the relationship between urethral pressure and bladder pressure during vulvar nerve block in one animal.
본 발명은 광범위하게 주파수 및 치료할 장애에 따라 신경 흥분을 활성화시키거나 차단시키기 위해 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 이식체를 제공한다. 일단 이식되면, 이식물은 피실험자의 피부 상에서 이격된 관계로 위치한 표면 음극 및 양극 전극 사이를 흐르는 전류의 적어도 일부에 대한 전도성 경로를 제공하며, 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 표적 신체 조직으로 전류의 이루를 전송한다. 추가 양상에서, 본 발명은 이식물을 삽입하는 시스템 및 방법을 제공한다.The present invention provides an implant for electrically stimulating target body tissue to activate or block nerve excitability according to a wide range of frequencies and disorders to be treated. Once implanted, the implant provides a conductive path for at least a portion of the current flowing between the surface cathode and anode electrodes located in a spaced apart relationship on the subject's skin and directs current to the target body tissue to activate or block nerve excitability. Send this. In a further aspect, the present invention provides a system and method for inserting an implant.
피실험자는 인간을 포함한 동물일 수 있다. 신체 조직은 신경 조직(말초 또는 중추 신경계), 신경, 근육(골격, 호흡기 또는 심근) 또는 기관, 예를 들어, 뇌, 와우, 시신경, 심장, 방광, 요도, 신장 및 뼈일 수 있다.The test subject may be an animal including a human. Body tissues can be nerve tissue (peripheral or central nervous system), nerves, muscles (skeleton, respiratory or myocardium) or organs such as the brain, cochlea, optic nerve, heart, bladder, urethra, kidneys and bones.
본 발명은 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위한 자극이 요구되는 여러 증상을 치료하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 증상들은 운동성 장애(예를 들어, 근긴장, 과긴장, 경직, 진전 및/또는 근육 약화, 파킨슨병, 근긴장이상, 뇌성마비), 근육성 장애(예를 들어, 근육 위축병), 실금(예를 들어, 방광 장애), 요 정체, 동통(예를 들어, 편두통, 목 및 등 통증, 다른 의학 증상으로부터 야기된 통증), 간질(예를 들어, 전신 발작 및 부분 발작 장애), 대뇌혈관 장애(졸증, 동맥류), 수면 장애(예를 들어,수면 무호흡), 자율신경 장애(예를 들어, 위장관 장애, 심혈관 장애), 시각, 청각 및 균형 장애 및 신경생리학적 장애(예를 들어, 우울증)을 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 뼈 성장(예를 들어, 골절의 회복에서 요구되는 바임), 상처 회복 또는 조직 재생을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다.The present invention can be applied to treat a variety of symptoms that require stimulation to activate or block nerve excitability. These symptoms may include dyskinesia (eg, dystonia, hypertension, stiffness, tremor and / or muscle weakness, Parkinson's disease, dystonia, cerebral palsy), muscular disorders (eg, muscle atrophy), incontinence (eg For example, bladder disorders, urinary tract, pain (eg, migraine, neck and back pain, pain resulting from other medical symptoms), epilepsy (eg, generalized seizure and partial seizure disorders), cerebral vascular disorders ( Ataxia, aneurysms), sleep disorders (eg sleep apnea), autonomic disorders (eg gastrointestinal disorders, cardiovascular disorders), vision, hearing and balance disorders, and neurophysiological disorders (eg depression) It may include. The present invention can also be used to promote bone growth (eg, as required in the repair of fractures), wound recovery or tissue regeneration.
표적 신체 조직을 자극하기 위해, 적용될 특정 주파수는 많은 인자에 따른다; 예를 들어, 차단할 신경의 유형, 신경이 자극하는 조직, 신경의 크기, 치료할 피실험자, 증상의 유형, 증상의 심각성 및 치료에 대한 환자의 수용성. 일반적으로, 차단을 위해, 고주파수가 유용하며, 예를 들어, 순환 파형은 100 및 30,000 Hz 사이의 범위 또는 대안적으로 100 및 20,000 Hz 사이의 범위의 주파수에서 적용될 수 있다. 여전히 대안적으로, 순환 파형은 100 및 10,000 Hz 사이의 범위 또는 200 및 5,000 Hz 사이의 범위의 주파수에서 적용될 수 있다. 활성화를 위해, 저주파수, 예를 들어 1 및 100 Hz 사이의 범위 또는 대안적으로 1 및 50 Hz 사이의 범위의 저주파수가 일반적으로 유용하다. 여전히 대안적으로, 주파수는 1 및 20 Hz 사이의 범위일 수 있다.To stimulate target body tissue, the specific frequency to be applied depends on many factors; For example, the type of nerve to block, the tissue the nerve stimulates, the size of the nerve, the subject to be treated, the type of symptom, the severity of the symptom, and the patient's acceptability for treatment. In general, for blocking, high frequencies are useful, for example, a cyclic waveform can be applied at frequencies in the range between 100 and 30,000 Hz or alternatively in the range between 100 and 20,000 Hz. Still alternatively, the cyclic waveform can be applied at frequencies in the range between 100 and 10,000 Hz or in the range between 200 and 5,000 Hz. For activation, low frequencies are generally useful, for example low frequencies in the range between 1 and 100 Hz or alternatively in the range between 1 and 50 Hz. Still alternatively, the frequency may range between 1 and 20 Hz.
A. 라우터(Router) 시스템A. Router System
본 발명은 도 1 내지 도 4에서 같은 번호로 표시된 부분과 같이 그림을 참조하여 설명된다. 본 발명은 피부(10), 신경을 덮는 신경초(nerve sheath)를 갖는 신경(12) 및 근육(16)을 포함하는 피실험자의 신체 조직의 부분을 도식적으로 나타낸 도 1에 일반적으로 나타나 있다. 도 1은 또한 18로 일반적으로 표시되는 이식물, 표면 음극 전극(20) 및 표면 양극 음극(22)을 설명한다. 이식물(18)은 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 피실험자의 신경(12)과 같은 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위해 제공된다. 일단 이식되면, 이식물(18)은 표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이로 전류의 적어도 일부가 흐르기 위한 전도성 경로를 제공한다.The present invention is described with reference to the drawings as shown by the same reference numerals in Figs. The present invention is generally shown in FIG. 1, which schematically illustrates a portion of a subject's body
피실험자의 피부(10) 상에서 이격된 관계로 위치했을 때, 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)은 전기가 피부와 접촉하도록 하고 표적 신체 조직으로 전류가 전송되도록 한다. 표면 음극 및 양윽 전극(20, 22)를 전도성 플레이트 또는 시트, 전도성 겔 전극, 전극 페이스트 또는 겔로 부분적으로 코팅될 수 있는 전도성 고무 또는 중합체 전극 또는 축축한 흡수성 패드 전극 중에서 선택될 수 있다. 1 제곱센티미터 또는 그 이상의 표면 영역을 갖는, 근육을 자극하기 위해 사용된 유형의 자가-점착성 히드로겔 전극이 특히 효과적이다. 일반적으로 80% 또는 그 이상의 플레티늄 및 20% 또는 그 미만의 이리듐으로 구성된 플레티늄 이리듐 전극 또한 사용할 수 있다(예를 들어, 85% 플레티늄-15% 이리듐 합금; 90% 플레티늄-10% 이리듐 합금). 피부(10) 상에서 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)의 위치는 표적 신체 조직의 위치 및 성질에 따라 변할 수 있다.When placed in a spaced relationship on the subject's
다수의 표면 전극(20, 22)는 한 번의 조작(one manoeuvre)으로 피부(10)에 편리하게 부착시킬 수 있는 전극 배열을 형형하기 위해 단일 비-전도성 기판 상에 조립될 수 있다. 유사하게, 이식된 전도체(24)의 다수의 종단을 배열을 형성하기 위해 기판 상에 조립할 수 있다. 이식된 종단 배열의 물리적 레이아웃에 표면 전극 배열의 물리적 레이아웃을 매치하여, 표면 및 이식된 전도체의 우수한 공간적 일치 가 편리하고 재연가능한 방식으로 이루어질 수 있다. 배열의 각 요소의 전도성이 독립적으로 제어되는 표면 전극 배열 또한 표면 전극 및 이식된 배열에서의 종단 사이의 전도성을 조절하는데 사용할 수 있다.
이식물(18)은 일단 이식되면, 표면 음극 전극(20) 아래에 위치한 피하 조직으로부터 표적 신체 조직, 예를 들어 신경(12)까지 연장되기에 충분한 길이의 수동 전기 전도체(24)를 포함한다. 전기 전도체(24)는 금속 와이어, 탄소 섬유, 도전 고무(conductive rubber) 또는 그외 전도성 중합체 또는 고무 내의 전도성 염 용액으로부터 형성될 수 있다. 심박조율기 리드(cardiac pacemaker leads)에서 사용된 유형의 멀티스트랜드(multistranded) Teflon®-절연된 스테인레스-스틸 와이어 전도체가 특히 효과적일 수 있음이 발견되었다. 의학 적용에서 나누어서 일반적으로 ㅅ사사용되는 MP35N® 합금(비자성, 니켈-코발트-크롬-몰리브덴 합금) 또한 적합하다. 전기 전도체는 픽업 말단(26) 및 자극 말단(28)을 가지며 이들 말단(26, 28) 사이는 절연되어 있다.The
전도체의 말단(26, 28) 및 주위 신체 조직 사이의 인터페이스의 전기적 임피던스는 말단(26, 28)의 표면 영역을 확대함으로써 감소될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 하나 또는 둘 다의 픽업 말단 및 자극 말단(26, 28)은 전기 전도체(24)의 픽업 및 자극 말단(26, 28) 및 주위 신체 조직 사이의 인터페이스의 전기적 임피던스를 감소시키기 위한 적절한 표면 영역을 갖는 종단(30)을 형성한다. 바람직하게는, 픽업 말단(26)이 종단(30)을 형성한다. 픽업 말단(26)은 전기 전도체(24)를 통하 여, 바람직하게는 표면 음극 및 양윽 전극(20, 22) 사이의 신체 조직을 통해 전류의 적절한 부분이 흐르기에 적절한 표면 영역을 갖는 전기 종단(30)을 형성하며, 표적 신체 조직은 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 자극되는 것이다. 자극 말단(28) 또한 표적 신체 조직(즉, 신경(12))으로 전류의 이루를 전송하기 위한 전기 종단(30)을 형성한다.The electrical impedance of the interface between the
종단(30)은 신체 조직과 접촉하는 높은 전도율을 제공하여 신체 조직 및 전도체 사이의 전기 임피던스를 낮추기에 충분한 표면 영역을 가져야 한다. 표면 영역이 최소라면, 전도체를 통해 종단으로 흐르는 전류의 양은 비효과적인 양으로 감소한다. 그러므로 요구되는 표면 영역이 조직 및 수용하고 자극하는 말단(26, 28)에서의 종단(30) 사이의 인터페이스의 전기 임피던스의 정보에 의해 결정된다. 유익한 결과는 말단(26, 28)에서의 금속 종단(30)의 표면 영역을 약 0.5 ㎠로 만들었을 때 얻어졌다. 그런 다음 조직 및 말단(26, 28)의 종단(30) 사이의 각 인터페이스의 전기 임피던스는 표면 전극(20, 22) 사이의 피하 조직 모두의 전기 임피던스의 약 5배이다. 조직 임피던스의 통상 수치는 200Ω이다. 전도체 자체의 임피던스는 매우 작게, 예를 들어 5Ω으로 선택된다. 단지 주어진 예에서, 전도체 임피던스에 더해진 종단(30)의 두 인터페이스 임피던스의 합은 약 2000 Ω이며, 이는 조직 ㅇv피던스의 약 10배이다. 그러므로 표면 전극(20, 22) 사이에 적용된 전류의 약 10%가 전도체(24)를 통해 표적 조직으로 흐른다. 근육으로 적용되는 신경(12)인 표적 조직의 경우, 표적 근육(16)의 유용한 근육 수축을 생성하기 위해 요구되는 표면 전극(20, 22) 사이의 전류량은 표면 전극(20, 22) 사이에 인접함 피하 조직에서 신경 말단의 활성화의 한계치(threshold) 아래로 유지된다. 이는 표적 근육(16)이 표면 전극(20, 22) 아래의 적은 국소 감각을 활성화시키거나 국소 감각을 아예 활성화시키지 않을 수 있음을 의미하므로 유용한 관게이다.
다양한 형태, 재료 및 공간 배열의 종단(30)이 사용될 수 있다; 예를 들어, 종단(30)은 코일, 커프, 로드 형태인 확장된 표면 또는 타원형이나 다각형 형태인 플레이트나 시트를 제공한다. 예로서, 도 1은 전기 전도체(24)의 픽업 말단(26)에서 타원형 형태이고 자극 말단(28)에서 커프 형태인 플레이트 또는 시트로서 종단(30)을 설명한다. 커프 또는 이의 일부는 신경(12)의 신경초(14)의 전체 또는 일부를 완전히 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 커프 또는 이의 일부는 신경초(14) 부근에 위치할 수 있으며 커프의 내부 표면 또는 이의 일부는 신경초(14)에 직접적으로 접촉할 수 있다.
약 0.5 ㎠ 영역 및 1 mm 두께인 타원형 형태의 스테인레스-스틸 플레이트 또는 시트일 때 또는 0.5 ㎠ 표면 영역 및 0.3 mm 두께인 금속 호일 및 스테인레스-스틸 메쉬일 때 이로운 결과가 얻어졌다. 신경 커프를 갖는 전도체의 종단(30)에서, 0.5 내지 1 ㎠ 표면 영역 및 0.3 mm 두께인 메탈 호일 및 스테인레스-스틸 메쉬로 만들어진 신경 커프가 적절하다. 게다가, 5 mm 내지 15 mm 길이 및 4 mm 내지 6 mm 내부 직경 범위의 실라스틱(silastic) 엘라스토머 커프가 적절하다.Beneficial results have been obtained with stainless-steel plates or sheets of oval form of about 0.5
종단(30)은 전기 전도체(24)의 비절연 말단(26, 28) 또는 그외 전도성 또는 용량성 물질로부터 형성될 수 있다. 종단(30)은 적절한 표면을 제공하기 위해 길고 비절연된 길이의 픽업 또는 자극 말단(26, 28)을 코일화, 나선형화 또는 파형화하 여 형성될 수 있다. 게다가 종단의 표면 영역은 더 짧은 길이의 전기 전도체의 표면 영역에 비해 연장되어 있다. 이는 신체 조직과 높은 전도성 접촉을 제공하고 신체 조직에 우선하여 전도체에서 전류 흐름을 허용하도록 신체 조직 및 전도체(24) 사이의 전기 임피던스를 낮추기 위해 적은 면적 내에서 종단(30)의 효과적인 표면 영역을 야기한다. 적절한 전류 흐름은 이로 인해 표적 조직을 자극하기 위해 전도체(24)에서 제공된다. 대안적으로, 사전에 만들어진 종단(30)을 표적 신체 조직을 통해 전류의 흐름을 최대화하기 위해 전도성 물질로 코팅하거나 변형시킬 수 있다.
종단(30)의 공간 배열이 변화될 수 있다; 예를 들어, 다중 종단(30)은 또한 신체 조직의 다른 부분에 적용시킬 수 있다(Grill et al., 1996). 유리하게, 종단들(30) 자체를 신경(12) 주위에 위치한 둘러싸는 커프(32) 내에 싸여있는 밀접하게-이격된 콘택트의 형태일 수 있다. 둘러싸는 커프(32)를 전도성 실리콘 고무로부터 형성될 수 있다.The spatial arrangement of the
전기 임피던스는 전도성 또는 용량성 코팅 또는 종단(30)에서 산화층을 제공함에 의해 더 감소될 수 있다. 코팅은 예를 들어 조직이 성장할 수 있는 복합 표면을 제공함에 의해 구조적 또는 전기적 특성이 조직 및 전도체 사이의 전기 전도도를 향상시키는 물질로부터 선택될 수 있다(예를 들어, 폴리-디에톡시-티오펜과 같은 중합체 또는 탄탈륨 및 소결(sintered) 이리듐을 포함하는 적절한 산화층). 게다가, 종단(30)은 항-염증성, 항-박테리아성 또는 조직 내방성장(ingrowth) 효과를 제공하는 코팅을 가질 수 있다. 코팅제는 항-염증제, 항박테리아제, 항생제 또는 조직 내방성장 촉진제 중에서 선택한 물질일 수 있다.Electrical impedance can be further reduced by providing an oxide layer at the conductive or capacitive coating or
임의로, 본 발명의 성과는 표적 신체 조직으로부터 표면 양극 전극(22) 아래에 위치한 피하 조직으로 확장되기에 적절한 길이의 전기 귀환 전도체(34)를 이식함에 의해 향상된다. 전기 귀환 전도체(34)는 표적 신체 조직으로부터 표면 양극 전극(22)까지의 낮은-임피던스 전도성 경로를 제공하여 표적 조직을 통한 전기장을 농축시킨다. 전기 귀환 전도체(34)는 금속 와이어, 탄소 섬유, 전도성 고무 또는 그외 전도성 중합체 또는 고무 내에서의 전도성 염 용액으로부터 형성될 수 있다. 전기 귀환 전도체(34)는 수집 말단(36) 및 귀환 말단(38)을 가지며 이들의 말단(36, 38) 사이는 절연되어 있다. 수집 말단(36) 및 귀환 말단(38) 둘 다는 신체 조직 주위의 전기 귀환 전도체(34)의 수집 말단(36) 및 귀환 말단(38) 사이의 인터페이스의 전기 임피던스를 감소시키기 위한 전기 종단(30)(상기 언급된 바와 같음)을 형성한다. 수집 말단(36)은 신체 조직을 통해 귀환하는 것에 우선하는 전기 귀환 전도체(34)를 통해 귀환하기 위해 표적 신체 조직으로 전류의 일부가 수송되도록 하기 위한 적절한 표면을 갖는 전기 종단(30)(커프의 형태로 도 1에 나타냄)을 형성한다. 귀환 말단(38)은 표면 양극 전극(22) 아래의 피하 조직 및 피부를 통해 표면 양극 전극(22)로 전류가 귀환하는 전기 종단(30)(타원형 형태의 플레이트 또는 시트로서 도 1에 나타냄)을 형성한다.Optionally, the performance of the present invention is enhanced by implanting an
전원(40)(도 2-4에 나타냄)은 피실험자의 신체 외부의 자극기(도시하지 않음)로 작동 전원을 공급한다. 자극기는 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)으로 전류를 공급하기 위해 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)로 전기적으로 연결되어 있다. 전류는 전극(20, 22) 사이에서 교전하는 네트 임피던스에 따라 저항성 또는 용량성 일 수 있다.A power source 40 (shown in FIGS. 2-4) supplies operating power to a stimulator (not shown) external to the subject's body. The stimulator is electrically connected to the surface cathode and
전류의 대부분이 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)에 근접한 신체 조직을 통해 흐르지만, 전류는 전기 전도체(24), 신경(12) 및 전기 귀환 전도체(34)를 통해 흐른다. 도 1에 나타난 바와 같이, 표면 음극 전극(20)은 전류의 일부가 전도체(24)를 통해 신체 조직으로 전송되어 전류가 표적 신체 조직을 통해 흐르고 신체 조직을 통해 양극 표면 전극(22)으로 귀환되도록 하기 위해 전기 전도체(24)의 픽업 말단(26) 상에 위치한다. 이는 또한 표적 신체 조직 및 표면 양극 전극(22) 아래에 위치한 피하 조직 사이로 연장되는 이식된 전기 귀환 전도체(34)를 통해 이루어질 수 있다.While most of the current flows through body tissues proximate the surface cathode and
일부 전류의 완전한 전기적 경로는 다음과 같다: 음극 와이어(42), 표면 음극 전극(20), 피부(10), 종단(30), 픽업 말단(26), 전기 전도체(24), 자극 말단(28), 종단(30), 신경초(14), 신경(12), 종단(30), 수집 말단(36), 전기 귀환 전도체(34), 귀환 말단(38), 종단(30), 피부(10), 표면 양극 전극(22) 및 양극 와이어(44). 전류의 펄스는 콘택트로 이를 야기하는, 신경(12)을 따라 근육(16)으로 전도되는 활성 전위를 야기할 수 있다. 대안적으로, 고주파 파형 형태의 전류는 근육 수축을 예방하기 위해 신경(12)을 통해 근육(16)으로 전도되는 활성 전위를 차단할 수 있다. The complete electrical path of some current is as follows:
다양한 장애가 도 1에 보여진 바와 같이 본 발명에 의해 치료될 수 있다. 하기 기재한 바와 같이, 본 발명의 이식된 수동 전기 전도체는 주파수 및 치료할 장애에 따라 신경 흥분을 자극하거나 차단하기 위해 다양한 표적 신체 조직을 자극하 기 위한 전류를 라우팅할 수 있다. 본 발명이 유용한 장애 및 표적 신체 조직의 의 예를 설명하기 위해 본 발명의 적용을 하기에 제공했다.Various disorders can be treated by the present invention as shown in FIG. As described below, the implanted passive electrical conductors of the present invention can route currents to stimulate various target body tissues to stimulate or block neural excitability depending on frequency and disorder to be treated. The application of the present invention is provided below to illustrate examples of useful disorders and target body tissues.
B. 라우터 시스템을 사용한 신경 흥분의 활성화B. Activation of Neural Excitement Using a Router System
일부 병리학적 상태에서, 활성 전위의 전송이 손상된다; 그러므로, 신경 흥분의 활성화가 일반 기능을 회복하기 위해 요구된다. 본 발명에서, 자극기는 신경 흥분을 활성화하기 위해 표적 신체 조직을 자극하기에 충분한 이식물(18)을 통해 전류의 일부가 흐르도록 하기 위해 표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이의 직류, 박동성 전류 또는 교류를 공급할 수 있다.In some pathological conditions, the transmission of the active potential is impaired; Therefore, activation of nerve excitement is required to restore normal function. In the present invention, the stimulator is a direct current, pulsatile between surface cathode and
신경 흥분의 활성화를 위해 표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이를 흐르는 전류의 예시적인 펄스 파라미터는 다음과 같다: 이상성 전류 펄스, 초당 30개 펄스, 기간 내 각 상 200 마이크로초 및 0.7 내지 2 밀리암페어 범위의 펄스 당 피크 전류. 전류 또는 전압의 조절의 다른 파형 및 모드 또한 만족할 만한 결과를 제공함이 발견되었지만, 이로운 효과가 직각의 피드백-조절 전류 펄스 파형으로 얻어질 수 있다. 발명자는 표면 전극(20, 22) 사이를 흐르는 전류의 10% 및 20% 사이가 심지어는 전류 귀환 전도체(34)가 없더라도 이식된 전도체(24)를 통해 전파됨을 발견했다. 전류의 유형은 본 발명이 의도하는 적용에 따라 다를 것이다; 예를 들어, 표적 신체 조직이 뼈이고 뼈 성장의 촉진이 요구될 때, 박동성 전류보다는 직류가 적용될 것이다.Exemplary pulse parameters of the current flowing between the surface cathode and
본 분야의 숙련자들에게 알려진 바와 같이, 펄스 발생기에 의해 다수의 전극(20, 22)로 전송된 전류는 상호배치된 펄스열(interleaved pulse train)의 사용 으로 독립적으로 조절될 수 있다. 이는 다른 진폭의 자극 펄스의 시퀀스, 아주 약간의 밀리초에 의해 시간으로 분리되고 차례로 각 전극으로 전송되는 펄스를 포함하며, 전체로서 시퀀스는 초 당 30회와 같은 비율로 반복된다. 각 전극을 통해 흐르는 펄스의 진폭은 이로 인해 독립적으로 조절될 수 있다.As is known to those skilled in the art, the current delivered to the plurality of
활성화를 위해, 저주파가 일반적으로 사용되며, 예를 들어, 1 및 100 Hz 사이의 범위, 대안적으로, 1 및 50 Hz 사이의 범위이다. 여전히 대안적으로, 주파수는 1 및 20 Hz 사이의 범위일 수 있다.For activation, low frequencies are generally used, for example in the range between 1 and 100 Hz, alternatively in the range between 1 and 50 Hz. Still alternatively, the frequency may range between 1 and 20 Hz.
예로서, 도 2는 중앙 신경(46)의 활성화가 필요한 운동성 장애의 치료에 사용하기 위한 본 발명을 설명한다. 중앙 신경(46)은 팔뚝 앞의 대부분의 굴근, 엄지손가락의 대부분의 짧은 근육 및 손의 짧은 근육을 자극한다. 피실험자의 팔(48)은 팔뚝에 이식물(18)이 이식된 것으로 도시된다. 전기 전도체(24)는 표면 음극 전극(20)으로부터 전류를 받는 종단(30)을 형성하는 픽업 말단926)으로 도시된다. 자극 말단(28)은 중앙 신경(46)으로 전류를 수송하기 위한 종단(30)을 형성한다. 표면 양극 전극(22)은 피부 상에 위치한다. 전원(40)으로부터의 전류의 흐름은 음극 와이어(42)를 통해 표면 음극 전극(20)에서 및 양극 와이어(44)를 통해 표면 양극 전극(22)에서 피부(10)로 공급된다. 전류는 종단(30), 픽업 말단(26), 전기 전도체(24), 자극 말단(28), 중앙 신경(46)의 일부, 자극 말단(28) 및 전극(22) 아래의 피부를 포함하는 표면 양극 전극(22) 사이의 조직, 표면 양극 전극(22), 양극 와이어(44) 및 전원으로 흘러 전기 회로가 완성된다. 자극 말단(28) 및 표면 양극 전극(22) 사이를 흐르는 전류의 일부가 표적 조직(예를 들어, 중앙 신경(46))을 통해 지나가므로, 팔(48)의 근육(16)을 자극시킬 수 있다.By way of example, FIG. 2 illustrates the present invention for use in the treatment of motor disorders requiring activation of the
추가 예로서, 도 3은 중앙 신경(46)의 활성화가 요구되는 운동성 장애의 치료에 사용되는 본 발명을 설명한다. 그러나, 도 2에 나타난 구성요소 이외에도, 도 3은 전기 귀환 전도체(34)를 도시하였다. 전기 회로는 자극 말단(28) 및 중앙 신경(46)을 통해 흐른 뒤 종단(30), 수집 말단(36), 전기 귀환 전도체(34), 귀환 말단(38), 종단(30), 표면 양극 전극(22), 양극 와이어(44) 및 전원을 통해 전류가 흘러 전기 회로가 완성됨을 제외하고는 필수적으로 도 2에 나타난 것과 같다. 유리하게는, 전기 귀환 전도체(34)는 전기 전도체(24)로부터 표적 신체 조직(즉, 중앙 신경(46))을 통해 흐르는 전류를 수집하기 위해 작용하며 표면 양극 전극(22)으로 돌아가는 낮은 임피던스 경로를 제공하여 표적 신체 조직(즉, 중앙 신경(46))을 통한 전기장을 집중시킨다.As a further example, FIG. 3 illustrates the invention for use in the treatment of motor disorders in which activation of the
또 다른 추가 예로서, 도 4는 신경 흥분을 활성화하기 위해 독립적으로 또는 조합하여 하나 이상의 표적 신체 조직을 전기적으로 자극하기 위한 다수의 이식물(18)을 도시한 것이다. 각 이식물(18)은 피실험자의 피부(10) 아래에 전체적으로 이식되며 다른 표적 신체 조직으로 확장되기에 충분한 길이이다. 다중 이식물(18)의 존재는 독립적으로 또는 조합하여 다른 표적 신체 조직을 자극하기 위해 이식물(18)에 적절하게 반응하는 다수의 표면 음극 전극(20) 및 하나 또는 그 이상의 표면 양극 전극(22)의 위치조절이 필수적이다. 도 4는 중앙 신경(46) 및 요골 신경(50)의 자극이 필요한 운동성 장애의 치료에 사용되는 발병을 도시한 것이다. 요골 신경(50)은 팔 및 팔뚝의 뒷쪽의 신근, 엄지손가락의 짧은 근육 및 집게손가락 의 신근을 자극한다. 두 개의 분리된 표면 음극 전극(20) 각각은 전원(40)에 의해 적동되는 자극기(도시하지 않음)로 분리된 두 음극 와이어(42)를 통해 전기적으로 연결된다. 전류는 분리된 두 전기 전도체로 전송되는데, 하나는 중앙 신경(46)으로, 다른 하나는 요골 신경(50)으로 연장된다. 전기 귀환 전도체(34)는 표적 조직(즉, 중앙 신경(46) 아래)으로부터 한 표적 양극 전극(22) 아래에 위치한 피하 조직으로 연장된다.As another further example, FIG. 4 illustrates
전류의 전기 경로는 다음과 같다. 음극 와이어(42), 표면 음극 전극(20), 피부(10), 종단(30), 픽업 말단(26), 전기 전도체(24), 자극 말단928), 종단(30), 중앙 신경(46) 및/또는 요골 신경(50), 종단(30), 수집 말단(36), 전기 귀환 전도체(34), 귀환 말단(38), 종단(30), 표면 양극 전극(22), 양극 와이어(44) 및 전원(40). 중앙 신경(46) 및 요골 신경(50)은 우선은 손목 및 손가락의 접힘의 굴곡 또는 상위 위치(중앙 신경(46)을 통해), 그런 다음 손목 및 손가락의 신장의 신장 또는 하위 위치(요골 신경(50)을 통해)를 제공하기 위해 박동성 전류에 의해 독립적으로 자극된다. 대안적으로, 중앙 신경(46) 및 요골 신경(50)은 예를 들어 손가락을 펴기 위해(즉, 손목이 수평적으로 위치) 동시에 자극될 수 있다. 본 발명을 정상 기능을 회복하기 위해 신경 흥분의 활성화가 요구되는 다른 표적 신체 조직 및 장애에 적용시킬 수 있음이 본 분야의 숙련자에게 자명할 것이다. The electrical path of the current is as follows.
C. 라우터 시스템을 사용한 신경 흥분의 차단C. Blocking Neural Excitement Using a Router System
일부 병리학적 상태에서, 활성 전위의 전송이 유용한 목적을 제공하지 않는다; 따라서, 필수적이지 않은 신경 흥분의 차단이 정상 기능을 회복하기 위해 요구 된다. 본 발명은 장애를 치료하기 위해 표적 신체 조직을 차단할 수 있는 주파수에서 주기적 파형의 형태로 전류를 적용시켜 장애를 치료하는 방법을 제공한다. 전류 파형은 표적 신경 조직에서 전도 차단을 야기하기에 충분히 높은 주파수에서 생성된다. 예를 들어, 전류는 펄스의 형태로, 일반적으로 기간 내 20 내지 1,000 마이크로초 및 표적 축삭의 전도 차단을 야기하기에 충분히 높은 비율로 적용될 수 있다. 주파수 및 펄스 진폭, 펄스 기간 및 펄스 비율을 포함하는 펄스 파라미터는 본 분야의 숙련자에게 널리 알려진 바와 같이 많은 요소에 따라 변한다; 예를 들어, 차단할 신경의 유형(말초 또는 중추 신경계), 신경이 자극하는 조직(예를 들어, 방광과 같은 자율 기관 또는 근육과 같은 신체 기관), 신경의 크기, 치료할 피실험자, 증상의 유형, 증상의 심각성 및 치료에 대한 피실험자의 수용성.In some pathological conditions, the transfer of active potentials does not serve a useful purpose; Thus, blocking of non-necessary neuronal excitability is required to restore normal function. The present invention provides a method of treating a disorder by applying a current in the form of a periodic waveform at a frequency that can block the target body tissue to treat the disorder. The current waveform is generated at a frequency high enough to cause conduction blockage in the target nervous tissue. For example, the current can be applied in the form of a pulse, generally at a rate high enough to cause 20 to 1,000 microseconds in the period and conduction blocking of the target axon. Pulse parameters, including frequency and pulse amplitude, pulse duration and pulse rate, vary with many factors as are well known to those skilled in the art; For example, the type of nerve to block (peripheral or central nervous system), the tissue that the nerve stimulates (for example, an autonomic organ such as the bladder or a body organ such as a muscle), the size of the nerve, the subject to be treated, the type of symptom, the symptom Subject's severity and acceptability of the subject for treatment.
100 Hz 내지 30 kHz의 광범위한 주파수 범위가 상기 언급된 것 중 다양한 파라미터 및 사용된 특정 자극 기술에 따른 효과적인 차단을 생성함이 보고되었다; 예를 들어, 운동 증상을 감소시키기 위한 인간 깊은 뇌에서의 시상하부 핵에서 1--0300 Hz(Ashkan et al., 2004; Filali et al., 2004); 근육 신경에서 500 Hz(Solomonow et al., 1983); 방광 배뇨를 이루기 위한 급성 척추손상 개에서 천골 신경근에서 600 Hz(Shaker et al., 1998); 만성 척추손상 개에서 요도 괄약근 수축을 저해하기 위한 천골근에서 600 Hz(Abdel-Gawad et al., 2001); 운동 장애를 완화시키기 위해 인간에서 경막외 자극에서 200-1400 Hz(Broseta et al., 1987); 외부 요도 괄약근 수축을 차단하기 위해 고양이에서 외음부 자극에서 4 kHz(Tai et al., 2004, 2005); 및 근긴장 및 동통을 치료하기 위한 말초 신경에서 10-30 kHz(Bhadra and Kilgore, 2005).It has been reported that a wide frequency range of 100 Hz to 30 kHz produces an effective cutoff according to the various parameters of the above mentioned and the specific stimulation technique used; For example, 1--0300 Hz in the hypothalamus nucleus in human deep brain to reduce motor symptoms (Ashkan et al., 2004; Filali et al., 2004); 500 Hz in muscle nerves (Solomonow et al., 1983); 600 Hz in sacral nerve roots in acute spinal cord dogs for bladder urination (Shaker et al., 1998); 600 Hz in sacral muscle to inhibit urethral sphincter contraction in chronic spinal cord injured dogs (Abdel-Gawad et al., 2001); 200-1400 Hz in epidural stimulation in humans to alleviate dyskinesia (Broseta et al., 1987); 4 kHz in vulvar stimulation in cats to block external urethral sphincter contraction (Tai et al., 2004, 2005); And 10-30 kHz in peripheral nerves for treating myotonia and pain (Bhadra and Kilgore, 2005).
신경 흥분의 차단을 위해, 활성 전위를 전도하기 위해 신경을 자극하기 위해 일반적으로 요구되는 주파수보다 더 높으며 표적 신체 조직에서 활성 전위의 수축을 차단하기에 충분히 높은 주파수가 요구된다. 일반적으로, 차단을 위해, 고주파수가 유용하며, 예를 들어, 주기적 파형은 100 및 30,000 Hz 사이의 범위 또는 대안적으로 100 및 20,000 Hz 사이의 범위의 주파수에서 적용될 수 있다. 여전히 대안적으로, 주기적 파형은 100 및 10,000 Hz 사이의 범위 또는 200 및 5,000 Hz 사이의 범위의 주파수에서 적용될 수 있다.For the blocking of nerve excitability, a frequency higher than that generally required for stimulating the nerve to conduct the action potential and higher enough to block the contraction of the action potential in the target body tissue is required. In general, for blocking, high frequencies are useful, for example, periodic waveforms may be applied at frequencies in the range between 100 and 30,000 Hz, or alternatively in the range between 100 and 20,000 Hz. Still alternatively, the periodic waveform can be applied at frequencies in the range between 100 and 10,000 Hz or in the range between 200 and 5,000 Hz.
실시예 1(하기 기재됨)은 본 발명의 용도를 설명하며, 결과는 3 mA 보다 큰 진폭을 갖는 자극 및 200 Hz보다 큰 주파수가 고양이의 외음부 신경에서 신경 흥분의 전송을 차단할 수 있음을 제안한다. 본 발명의 자극기는 피실험자 신체의 외부에 있고 피실험자의 피부 외부에 위치한 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)로 고주파수 전류 파형을 공급하므로 매우 유용하다. 광범위한 펄스 파라미터는 전기 전도체(24)의 이식에 따른 피실험자의 요구되는 병리학적 결과를 이루기 위한 최적 파라미터를 결정하기 위해 쉽고 용이하게 시험하고 조절할 수 있다. Example 1 (described below) describes the use of the present invention, and the results suggest that a stimulus with an amplitude greater than 3 mA and a frequency greater than 200 Hz may block the transmission of nerve excitability in the vulvar nerve of the cat. . The stimulator of the present invention is very useful because it supplies a high frequency current waveform to the surface cathode and
표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이를 흐르는 전류의 고주파 열의 예시적인 펄스 파라미터는 다음과 같다: 전류-제어 또는 전압-제어 이상 펄스, 10 마이크로초 내지 1,000 마이크로초 범위의 상 기간 또는 사인곡선형과 같은 주기적 파형 또는 삼각형, 직사각형 또는 톱니형 파형.Exemplary pulse parameters of a high frequency column of current flowing between the surface cathode and
본 발명을 사용한 신경 흥분의 차단은 고주파 자극이 생산되었을 때 신경이 다시 활성 전위를 전달하고 손상이 초래되지 않는 것과 같이 모든 주파수에서 가역적이다. 게다가, 신경 흥분의 부분 또는 완전 차단은 치료할 증상에 따라서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 감각 신경의 완전 차단은 동통을 완화시키기 위해 요구되며 감각 및 운동 신경의 부분 또는 완전 차단은 근긴장을 감소시키기 위해 요구될 수 있다.Blocking nerve excitability using the present invention is reversible at all frequencies, as the nerves again carry an active potential when no high frequency stimulation is produced and no damage is caused. In addition, partial or complete blockade of nerve excitation can be made depending on the condition to be treated. For example, complete blockade of sensory nerves is required to relieve pain and partial or complete blockade of sensory and motor nerves may be required to reduce myotonia.
본 발명의 다른 실시형태가 가능하다. 예를 들어, 독립적으로 또는 조합하여 하나 이상의 표적 신체 조직을 전기적으로 차단하기 위한 다수의 이식물(18)을 사용할 수 있다. 다중 이식물의 존재는 독립적으로 또는 조합하여 다른 표적 신체 조직을 차단하기 위해 이식물(18)에 적절하게 반응하는 다수의 표면 음극 전극920) 및 하나 또는 그 이상의 표면 양극 전극(22)의 위치조절이 필수적이다.Other embodiments of the invention are possible. For example,
다른 실시형태에서, 독립적으로 또는 조합하여 하나 이상의 신체 조직에서 신경 흥분을 전기적으로 활성화시키기 위한 다수의 이식물(18)을 표적 신체 조직에서 신경 흥분을 전기적으로 차단하기 위한 상기 이식물(18)을 수반하여 사용할 수 있다. 신경을 활성화시키기 위해 요구되는 저주파 시그널 및 다른 신경을 차단하기 위해 요구되는 고주파 시그널의 분리된 두 시그널이 필요하다. 예를 들어, 방광 배뇨는 방광 및 괄약근 수축을 야기하는 천골 신경근 S1으로 저주파 펄스열을 공급하고 천골 신경근 S1을 자극함에 의해 야기되는 괄약근 수축을 차단하기 위해 외음부 신경으로 고주파 파형을 동시에 공급함에 의해 이루어질 수 있다.In other embodiments, a plurality of
신경 흥분의 차단이 요구되는 다양한 장애는 도 1에 보여진 바와 같은 본 발명에 의해 치료받을 수 있다. 예로서, 본 발명은 방광 배뇨를 이뤄내기 위해 사용 할 수 있다(실시예 1 참조). 방광이 채워졌을 때, 신경 시그널은 일반적으로 배뇨 욕구를 전달하기 위해 뇌로 보내진다. 반응에서, 뇌는 방광 벽이 수축하는 조정 반응을 시작하여 요도 내로 뇨를 밀어넣는 압력을 발생시켜 요도 주위의 괄약근이 열려 뇨를 밖으로 흘러나가게 한다. 특정 장애에서, 예를 들어 척수 손상에서, 방광은 일반적으로 외부 괄약근의 과-반응성 수축 때문에 비우는 것이 불가능하다. 괄약근의 닫힘은 배변자제를 유지하려는 의도인 반사작용에 의해 유지된다. 외음부 신경은 골반 저부(pelvic floor) 및 외부 요도 및 외부 항문 괄약근의 근육조직을 자극한다. 외음부 신경의 요로 갈래(urinary branch)의 운동 구성요소는 외부 요도 괄약근 근육을 활성화시킨다. 이러한 갈래의 차단은 괄약근을 이완시키고 방광이 비워지도록 한다.Various disorders that require blocking of nervous excitement can be treated by the present invention as shown in FIG. 1. By way of example, the present invention may be used to achieve bladder urination (see Example 1). When the bladder is filled, nerve signals are usually sent to the brain to convey the desire for urination. In response, the brain initiates a contractile response in which the bladder wall contracts, creating a pressure that pushes urine into the urethra, causing the sphincter around the urethra to open out. In certain disorders, for example in spinal cord injury, the bladder is generally impossible to empty due to over-reactive contractions of the external sphincter. Closure of the sphincter is maintained by reflexes intended to maintain defecation control. Vulvar nerves stimulate the pelvic floor and muscle tissue of the external urethra and external anal sphincter. The motor component of the urinary branch of the vulva nerve activates the external urethral sphincter muscle. This branching block relaxes the sphincter and causes the bladder to empty.
방광 배뇨를 이루기 위해, 전기 전도체(24)를 외음부 신경과 접촉하거나 근방에 위치한 자극 말단(28)을 갖고 피실험자에게 이식되었다. 전기 전도체(24)의 픽업 말단(26)은 표면 음극 전극(20) 아래에 위치한 피하 조직으로 연장된다. 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)은 바람직하게는 엉덩이 위 피실험자의 피부 상에 위치한다. 외음부 신경이 신체의 좌측 및 우측 둘 다에 존재하므로, 두 전기 전도체(24)를 임의로 차단을 이루기 위해 양측에 위치시킬 수 있다. 이는 하나의 표면 음극 전극(20) 및 하나 또는 두 개의 표면 양극(22)이 필수적일 것이다. 전기 전도체(24)는 고주파 파형의 형태로 펴면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이를 전류의 적어도 일부가 흐르는 전도성 경로를 제공하며 외음부 신경으로 전류의 일부가 전송된다. 고주파 전기 펄스를 갖는 자극에 의한 외음부 신경의 차단은 그 결과로서 방 광 배뇨가 가능하게 하는, 요도 괄약근을 열리게 한다(요도내 압력에서 갑작스러운 큰 강하에 의해 관찰된 바와 같음). 외음부는 방광이 비워질 때까지 방광 배뇨를 허용하도록 차단된다.To achieve bladder urination, the
본 발명은 또한 특성화된 신경 말단의 자극으로부터 야기된 불쾌한 국소 감각을 일반적으로 나타내는 동통을 완화시키는데 사용할 수 있다. 말초 신경은 뇌 및 척수 외부의 신경 및 신경절이다. 혼합된 말초 신경에서, 가장 가는 외수용성 감각 섬유가 감각에서 통증으로 받아들여지는 흥분을 전달한다. 그러므로 본 발명은 동통을 감소시키기 위해 말초 신경에서 감각 축삭을 차단하는데 사용할 수 있다. 예를 들어, 삼차 신경통은 얼굴로부터 뇌로 감각 정보를 전달하고 씹는 기능에 관련된 근육을 제어하는, 삼차 신경의 기능장애로부터 기인하고 얼굴의 아래 부분에 영향을 미치는 반복되는 무능력한 동통이다. 전기 전도체(24)는 뇌신경(삼차 신경과 같은)과 접촉하거나 근방인 픽업 말단(26) 및 머리 내 피하로 위치한 자극 말단(28)을 수반하여 이식되었다. 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)은 머리의 피부 사에 위치한다. 전기 전도체(24)는 삼차 신경으로 전류의 일부를 전송하는 고주파 주기적 파형의 형태로 표면 음극 및 양극(20, 22) 사이로 전류의 적어도 일부가 흐르는 전도성 경로를 제공한다. 삼차 신경의 차단은 그 결과로서 삼차 신경통을 갖는 환자의 동통을 감소시킬 수 있다.The present invention can also be used to relieve pain generally exhibiting unpleasant local sensations resulting from stimulation of characterized nerve endings. Peripheral nerves are nerves and ganglia outside the brain and spinal cord. In mixed peripheral nerves, the thinnest externally soluble sensory fibers deliver the excitement that is accepted as pain in the senses. Therefore, the present invention can be used to block sensory axons in peripheral nerves to reduce pain. For example, trigeminal neuralgia is repeated incompetent pain resulting from dysfunction of the trigeminal nerve and affecting the lower part of the face, which transmits sensory information from the face to the brain and controls the muscles involved in chewing. The
근긴장, 진전 및/또는 근육 약화는 본 발명이 신경 흥분의 차단에 적용될 수 있는 추가 장애의 예이다. 근긴장은 고장성(hypertonicity) 상태(즉, 두드러지는 깊은 건반사를 갖는 골격근의 과도의 긴장)에 의해 특성화되며 근육 경직 및 불편 한 운동성을 야기한다. 이는 졸증, 뇌성마비, 다발성경화증 또는 척수 손상의 결과로서 나타날 수 있다. 근긴장에 관련된 신경 섬유는 감각 신경 및 운동 신경을 포함한다. 본 발명은 근육 경련을 차단하기 위해 감각 및 운동 신경을 차단하는데 사용할 수 있다. 도 3을 다시 참조하여, 중앙 신경(46)은 졸증 또는 다발성경화증에 기인하여 발생하는 굴곡 경련을 완화시키기 위해 (상기 기재된 바와 같이 활성화되는 것보다는) 차단될 수 있다. 전원(40)으로부터의 전류의 흐름은 표면 음극 전극(20) 및 표면 양극 전극(22)에서 피부(10)로 음극 와이어(42)를 통해 고주파 주기적 파형의 형태로 공급된다. 전류는 종단(30), 픽업 말단(26), 전기 전도체924), 자극 말단(28), 중앙 신경(46)의 일부, 자극 말단(28) 및 전극(22) 아래의 피부를 포함하는 표면 양극 전극(22) 사이의 조직, 표면 양극 전극(22), 양극 와이어(44) 및 전원(40)을 통해 흘러 전기 회로를 완료하였다.자극 말단(28) 및 표면 양극 전극(22) 사이를 흐르는 전류의 일부는 표적 신체 조직(이 실시예에서, 중앙 신경(46))을 통해 지나가서, 중앙 신경(46)을 따라 신경 흥분을 차단하고 팔(48)의 근육(16)의 수축을 예방한다.Myotonia, tremor and / or muscle weakness are examples of additional disorders to which the present invention may be applied to block nerve excitability. Myotonia is characterized by a hypertonicity state (ie, excessive tension in skeletal muscle with prominent deep key reflections) and causes muscle stiffness and uncomfortable mobility. It may appear as a result of sleepiness, cerebral palsy, multiple sclerosis or spinal cord injury. Nerve fibers related to myotonia include sensory and motor nerves. The present invention can be used to block sensory and motor neurons to block muscle spasms. Referring again to FIG. 3, the
본 발명은 또한 척수를 차단함에 의해 동통 및 근긴장을 감소하기 위해 사용할 수 있다. 예로서, 등 통증 또는 다리 근육 경련은 요추에서 척수 신경을 차단하기 위해 완화시킬 수 있다. 요추 신경(L1 내지 L5)는 배의 아랫 부분, 및 등, 엉덩이, 외부 생식 기관의 일부 부분 및 다리의 일부를 공급한다. 전기 전도체(24)는 요추관 내로 요추골 사이에 위치한 자극 말단(28)을 가지고 이식되었다. 자극 말단(28)은 경막 및 척수관의 벽 사이에 경막외 공간 주위에 위치한다. 픽업 말 단(26)은 신체의 아래 등에서 피하로 위치한다. 표면 음극 및 양극(20, 22)은 아래쪽 등의 피부에 위치한다. 전기 전도체(24)는 고주파 주기적 파형의 형태로 표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이로 전류의 적어도 일부가 흐르는 전도성 경로를 제공하며 척수로 전류의 일부를 전송한다. 요추 신경의 차단은 그 결과로서 신체 아랫 부분의 영향을 받은 부분의 통증 또는 근긴장을 감소시킬 수 있다.The invention can also be used to reduce pain and myotonia by blocking the spinal cord. For example, back pain or leg muscle spasms may be alleviated to block the spinal cord nerves in the lumbar spine. The lumbar nerves L1-L5 supply the lower part of the abdomen and the back, the hips, some parts of the external reproductive organs and parts of the legs. The
본 발명은 병리학적 진전, 파킨슨병, 디스토니아, 및 깊은 뇌 핵을 차단함에 의한 다른 장애를 치료하는데 사용할 수 있다. 이러한 표적 조직은 시상하핵 및 흑색질을 포함하는 기저핵을 포함할 수 있다. 파킨슨병은 기저핵의 장애이다. 전기 전도체(24)는 기저핵에 접촉하거나 근처에 위치한 자극 말단(28)을 가지고 이식되었다. 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)는 머리의 피부에 위치한다. 전기 전도체(24)는 고주파 주기적 파형의 형태로 표면 음극 및 양극 전극(20, 22) 사이로 전류의 적어도 일부가 흐르는 전도성 경로를 제공하며 기저핵으로 전류의 일부를 전송한다. 전류는 운동성 장애의 증상을 야기하는 전기 시그널을 차단한다. 그러므로 본 발명은 운동성이 손상된 장애를 치료하기 위해 기저핵 또는 다른 표적 깊은 뇌핵을 차단하는데 유용할 것이다.The invention can be used to treat pathological progress, Parkinson's disease, dystonia, and other disorders by blocking deep brain nuclei. Such target tissue may include the basal ganglia including the hypothalamus and medulla. Parkinson's disease is a disorder of the basal ganglia. The
마쿠쉬 그룹 또는 그외 그룹이 본원에서 사용되었을 때, 그룹의 모든 각 멤버 및 그룹의 조합 및 가능한 서브조합은 명세서에서 개별적으로 포함할 의도이다.본원에서 기재되고 예시된 모든 제형 또는 조합은 다른 방식으로 언급되지 않는 한 본 발명을 실행하기 위해 사용할 수 있다. 본 분야의 당업자는 명확하게 예시된 것이외에 방법, 장치 요소 및 물질을 부당한 실험법에 의지함 없이 본 발명의 실시에 서 사용할 수 있음을 인식할 것이다. 어떠한 방법, 장치 요소 및 물질의 본 분야에서 알려진 기능적 등가물 모두는 본 발명에 포함될 의도이다. 범위가 명세서에서 주어질 때마다, 예를 들어, 온도 범위, 주파수 범위, 시간 범윙 또는 조성 범위, 모든 중간물 범위 및 모든 서브범위뿐만 아니라 주어진 범위에 포함되는 모든 개별 수치는 명세서에 포함될 의도이다. 본원에 기재된 범위 또는 그룹의 하나 또는 그 이상의 어떠한 개별 멤버는 본 발명의 청구항으로부터 배제될 수 있다. 본원에서 도시적으로 적절하게 설명된 본 발명은 어떤 요소 또는 본원에서 명확하게 기재되지 않은 제한이 결여된 상태로 실시될 수 있다.When a Markush group or other group is used herein, all individual members of the group and combinations and possible subcombinations of the group are intended to be included individually in the specification. All formulations or combinations described and illustrated herein are otherwise Unless stated, it can be used to practice the present invention. Those skilled in the art will recognize that, in addition to those explicitly illustrated, methods, device elements and materials may be used in the practice of the present invention without resorting to undue experimentation. All methods, device elements, and functional equivalents known in the art are intended to be included in the present invention. Whenever a range is given in the specification, for example, the temperature range, frequency range, time bump or composition range, all intermediate ranges and all subranges, as well as all individual numerical values within a given range are intended to be included in the specification. Any individual member of one or more of the ranges or groups described herein may be excluded from the claims of the present invention. The invention, suitably described herein, may be practiced without the elements or limitations not explicitly described herein.
본원에서 사용된 바와 같은, "포함하는(comprising)"은 "함유하는(including, containing)" 또는 "에 의해 특징지어지는(characterized by)"과 동의어이며, 포괄적이거나 개방되어 있으며, 추가적인, 열거되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배재하지 않는다. 본원에서 사용된 바와 같은, "구성되는(consisting of)"은 청구항 요소에서 특정되지 않은 어떤 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. 본원에서 사용된 바와 같은, "필수적으로 구성된(consisting essentially of)"은 청구항의 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 물질 또는 단계를 배제하지 않는다. 특히 장비의 요소의 상세한 설명 또는 조성물의 성분의 상세한 설명에서 용어 "포함하는"의 본원에서의 어떠한 언급은 "필수적으로 구성된" 또는 "구성되는"과 교환될 수 있다.As used herein, "comprising" is synonymous with "including, containing" or "characterized by" and is inclusive, open, and additional, not listed. Does not exclude elements or method steps that are not. As used herein, "consisting of" excludes any element, step or ingredient not specified in the claims element. As used herein, “consisting essentially of” does not exclude a substance or step that does not substantially affect the basic and novel properties of the claims. In particular, any reference herein to the term "comprising" in the description of the elements of the equipment or in the details of the components of the composition may be exchanged for "essentially configured" or "consisting of".
본원의 발명의 상세한 설명이 많은 특수성을 포함하지만, 이들은 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되서는 안되며 주로 발명의 실시형태 일부를 설명하기 위해 제공된 것이다. 본원에 언급된 각 참고문헌은 전체로서 참고문헌으로 언급되어 있다. 그러나, 언급된 참고문헌과 본 명세서 사이의 불일치가 발생하면, 본 발명의 명세서가 우선한다. 본원에 제공된 일부 참고문헌은 본 출원의 제출에 앞서 본 분야의 상태에 관계된 상세 설명을 제공하기 위해 참고문헌으로서 첨가된 것이며, 다른 참고문헌은 추가적이고 대안적인 장치 요소, 추가적이고 대안적인 물질, 추가적이고 대안적인 분석 또는 본 발명의 적용 방법을 제공하기 위해 언급될 수 있다.Although the detailed description of the invention herein includes many specificities, these should not be construed as limiting the scope of the invention but are primarily provided to describe some of the embodiments of the invention. Each reference mentioned herein is incorporated by reference in its entirety. However, in case of inconsistency between the referenced reference and this specification, the present specification takes precedence. Some references provided herein have been added as references to provide a detailed description relating to the state of the art prior to the submission of this application, while other references are additional and alternative device elements, additional and alternative materials, and additional references. Mention may be made to provide alternative or alternative assays or methods of application of the invention.
본 발명은 하기 비-제한 실시예에서 자세히 설명된다.The invention is described in detail in the following non-limiting examples.
실시예Example 1 One
세 가지 실험이 외음부 신경의 고주파 차단을 이루기 위해 본 발명을 사용하여 마취된 고양이에게 실행되었다. Three experiments were performed on cats anesthetized using the present invention to achieve high frequency blockade of the vulvar nerve.
방법Way
수술적 방법: 고양이에게 아세프로마진(acepromazine)(0.25 mg/kg 근육내), 글리코피롤레이트(0.01 mg/kg 근육내) 및 부프레노르핀(0.01 mg/kg 근육내)을 수술전에 투여하고 이소플루란(카르보젠 내 2-3%, 유량 2 L/분)의 혼합물로 마취시켰다. 기관(trachea)에 캐뉼라를 삽입하고 호흡수를 모니터하고 통기법을 원조하는 닫힌 고리(closed loop) 마취제 시스템에 연결한다. 하나의 목정맥 또는 요측피정맥(cephalic vein)에 카테터를 삽입하여 체액 및 약물의 투입을 가능하게 했다. 방광을 중심선 복부 절개를 통해 노출시키고 체액의 첨가 및 중지 및 압력 변환기로 방광 내 압력 측정을 할 수 있도록 카테터를 삽입했다(하기 참조). 이차 카테 터(Kendall, closed end Tom Cat catheter)를 요도로 삽입하고 요도내 압력의 측정을 위해 이차 압력 변환기에 연결한다. 외음부 신경을 꼬리의 기저부의 측면을 절제하여 노출시켰다. 커프 또는 후크 전극을 외음부 신경 또는 이의 분지 상에 위치시킨다. 실험의 마지막에서, 동물을 Euthanyl™으로 안락사시켰다.Surgical Methods: Cats are given preoperatively with acepromazine (0.25 mg / kg intramuscular), glycopyrrolate (0.01 mg / kg intramuscular) and buprenorphine (0.01 mg / kg intramuscular). Anesthetized with a mixture of isoflurane (2-3% in carbogen, flow rate 2 L / min). A cannula is inserted into the trachea and connected to a closed loop anesthetic system that monitors respiratory rate and aids in aeration. A catheter was inserted into one wood vein or cephalic vein to allow the introduction of fluids and drugs. A catheter was inserted to expose the bladder through a centralline abdominal incision and to add and stop body fluids and to measure the pressure in the bladder with a pressure transducer (see below). A secondary catheter (Kendall, closed end Tom Cat catheter) is inserted into the urethra and connected to a secondary pressure transducer for the measurement of pressure in the urethra. Vulvar nerves were exposed by excision of the sides of the base of the tail. The cuff or hook electrode is placed on the vulva nerve or branch thereof. At the end of the experiment, animals were euthanized with Euthanyl ™.
압력 측정: 방광 압력 및 요도 압력을 대부분의 자극 시도에서 모니터했다. 요도 카테터를 하바드 어파래터스 펌프(Harvard Apparatus Pump) 22 주사기 펌프에 부착하고 브라운 및 위크햄의 방법에 따라서 요도내 압력의 측정을 위해 0.2 mL/분에서 식염수를 주입하도록 설정했다. 방광 및 요도 카테터 둘 다를 루에르 포트(Luer port)를 통해 뉴로로그(Neurolog) NL108D4/10 돔 및 NL108T4 분리 압력 변환기에 연결시켰다. 압력 시그널을 30 Hz에서 저역 필터를 통해 여과되고(low-pass filtered) CED 1401 실험실 컴퓨터 인터페이스 및 샘플링 소프트웨어를 사용하여 초 당 100개 시료의 속력으로 샘플화하였다.Pressure Measurements: Bladder pressure and urethral pressure were monitored in most stimulation attempts. A urethral catheter was attached to a
자극기: 뉴로로그(Digitimer Ltd., Welwyn Garden City, UK) 모듈 NL304(주기 발생기), NL403(지연-폭), NL510(펄스 버퍼) 및 NL800(자극 분리기)를 라우터 시스템을 통해 외음부 신경으로 피부를 통한 고주파 정전류 단상 펄스를 수송하기 위해 사용하였으며 그라스(Grass-Telefactor, West Warwick, RI, USA) SD9 및 S48 자극기를 외음부 신경으로 정전압 단상 펄스를 직접적으로 수송하기 위해 사용하였다. 주문 제작 실험실 자극기를 고주파의 정전류, 이상, 전위-밸런스 펄스를 라우터 시스템을 통해 피부를 통과하여 외음부 신경으로 전송하는데 사용했다.Stimulators: Neurologs (Digitimer Ltd., Welwyn Garden City, UK) Modules NL304 (cycle generator), NL403 (delay-width), NL510 (pulse buffer) and NL800 (stimulus separator) are routed to the vulvar nerve through the router system High frequency constant current single phase pulses were used to transport the glass (Grass-Telefactor, West Warwick, RI, USA) SD9 and S48 stimulators were used to transport constant voltage single phase pulses directly to the vulvar nerve. Custom laboratory stimulators were used to transmit high frequency constant current, transient, and potential-balance pulses through the router system through the skin to the vulvar nerves.
수송 자극의 평균: 두 유형의 자극을 실험하였다. 즉, 외음부의 직접 자극 및 라우터 시스템을 통한 자극. 직접 자극에서, 자극 전극을 노출된 외음부 신경 상에 위치시키고 절연된 납 와이어를 통해 그라스 자극기의 음극 출력으로 연결되었다. 노출된 외음부 신경 근처의 절개된 피부로 부착된 악어 클립을 포함하는 이차(무관) 전극을 그라스 자극기의 양극 출력에 연결했다. 라우터 시스템을 통해 적용된 자극의 경우에서, 절연된 납 와이어를 통해 자극 말단으로 연결된 금속 디스크 또는 코일 와이어의 형태의 픽업 말단을 포함하는 전극을 표면 음극 전극 아래 요추 상의 피하로 위치시키며 자극 말단을 외음부와 접촉시켰다. 표면 음극 전극은 픽업 말단이 덮고 있는 면도된 피부에 공급되고 자극기의 음극 출력에 연결되는 전도성 겔 전극(Kendall, H59P)이다. 단상 자극기의 경우, 이차 표면 전극을 음극 전극으로 몇 센티미터 문측에 위치하고 뉴로로그 자극기의 양극 출력으로 연결된다. 이상 자극의 경우에서, 외음부 신경 상에 위치한 이극성 신경 커프 내의 두 자극 말단은 각각 절연된 납 와이어를 통해 요추 상의 피하로 위치한 분리된 픽업 말단으로 연결된다. 두 표면 전극을 픽업 말단 상에 위치시키고 제작 주문 자극기의 양극 및 음극 종단에 연결했다.Average of transport stimuli: Two types of stimuli were tested. That is, direct stimulation of the vulva and stimulation through a router system. In direct stimulation, the stimulation electrode was placed on the exposed vulvar nerve and connected to the negative output of the glass stimulator through an insulated lead wire. A secondary (independent) electrode containing a crocodile clip attached to the incised skin near the exposed vulvar nerve was connected to the anode output of the glass stimulator. In the case of a stimulus applied through a router system, an electrode comprising a pick-up end in the form of a metal disk or coil wire connected to the pole end via an insulated lead wire is placed subcutaneously on the lumbar spine below the surface cathode electrode and the pole end with the vulva Contact. The surface cathode electrode is a conductive gel electrode (Kendall, H59P) which is fed to the shaved skin covered by the pick-up end and connected to the cathode output of the stimulator. In the case of a single-phase stimulator, the secondary surface electrode is positioned a few centimeters away from the cathode and connected to the anode output of the neurolog stimulator. In the case of aberrant stimulation, the two stimulus ends in the bipolar nerve cuff located on the vulva nerves are connected to separate pickup ends located subcutaneously on the lumbar spine, respectively via insulated lead wires. Two surface electrodes were placed on the pick-up end and connected to the positive and negative ends of the fabrication order stimulator.
외음부 신경 부근에 위치한 후크 전극을 통한 저주파(20 Hz) 직접 자극은 외부 요도 괄약근의 수축을 유도하기 위해 사용된다. 이러한 수축은 요도내 압력의 증가가 외부 요도 괄약근의 수축을 나타내는 바와 같이 요도내 압력에 의해 모니터하였다. 저주파 직접 자극의 주기 동안에, 고주파 자극의 버스트를 외음부 신경 상에 좀더 말단으로 위치한 후크 전극 또는 신경 커프를 통과해서 라우터 시스템을 통해 전송되었다. 이로 인해 직접 저주파 자극에 의해 야기된 신경 활성을 차단하 는 라우터-매개 고주파 자극의 효율이 결정되었다.Low frequency (20 Hz) direct stimulation via a hook electrode located near the vulvar nerve is used to induce contraction of the external urethral sphincter. This contraction was monitored by intraurethral pressure as the increase in intraurethral pressure indicated contraction of the external urethral sphincter. During the period of low frequency direct stimulation, a burst of high frequency stimulation was transmitted through the router system through a more distal hook electrode or neural cuff on the vulvar nerve. This determined the efficiency of router-mediated high frequency stimulation, which blocks the neuronal activity caused by direct low frequency stimulation.
결과result
도 5a 및 도 5b는 단상 자극으로 차단되는 외음부 신경에서의 주파수 및 진폭의 효과를 보이는 그래프이다. 단상 펄스화에서, 정전류는 시간 주기 동안 통과한 후 외부 자극 회로는 다음 펄스까지 개방 회로(전극으로부터 효과적으로 전기적으로 제거됨)이다(Merrill, et al., 2005). 도 5a 및 도 5b는 자극 주파수 및 진폭이 변화하고 외음부 신경 차단의 효능이 관찰되었을 때 한 동물에서 수득된 결과를 나타낸다. 효능은 외부 괄약근의 영역에 위치하는 요도내 카테터의 개방 포트를 갖는 요도내 압력에서의 변화를 관찰하여 측정했다. 우측 외음부 신경에 인접한 부분을 외부 요도 괄약근 수축을 유도하기 위해 저주파에서 직접적으로 자극하였으며 피부를 통해 적용된 고주파 자극은 수축을 차단하기 위해 외음부 신경의 말단 부분으로 라우터 시스템을 통해 부분적으로 수송된다. 요도내 압력의 최대 감소(도 5a)는 고주파 자극이 적용되기 바로 직전에 요도내 압력 및 고주파 자극 동안에 수득된 최소 자극 사이의 차이로서 규정된다. 높은 자극 진폭에서 요도내 압력에서의 상당한 감소 추세가 나타났다. 차단은 실험된 모든 자극 주파수(즉, 200, 500, 1000 및 2000 Hz)에서 얻어졌다.5A and 5B are graphs showing the effects of frequency and amplitude on vulvar nerves blocked by single phase stimuli. In single phase pulsed, the constant current passes through the time period and then the external stimulus circuit is an open circuit (effectively electrically removed from the electrode) until the next pulse (Merrill, et al., 2005). 5A and 5B show the results obtained in one animal when the stimulation frequency and amplitude changed and the efficacy of vulvar nerve block was observed. Efficacy was measured by observing a change in intraurethral pressure with an open port of an intraurethral catheter located in the region of the external sphincter. The part adjacent to the right vulvar nerve was stimulated directly at low frequency to induce external urethral sphincter contraction, and the high frequency stimulus applied through the skin was partially transported through the router system to the distal end of the vulvar nerve to block the contraction. The maximum decrease in intraurethral pressure (FIG. 5A) is defined as the difference between the intraurethral pressure and the minimum stimulus obtained during the high frequency stimulus immediately before the high frequency stimulus is applied. At high stimulus amplitudes there was a significant decrease in intraurethral pressure. The cutoff was obtained at all stimulus frequencies tested (ie 200, 500, 1000 and 2000 Hz).
도 5b는 기저선으로 요도내 압력이 돌아가기 위한 고주파의 능력에서 자극 펄스 주파수 및 진폭의 효과를 나타낸 것이다. 이는 완벽한 차단의 측정을 제공한다. 대부분의 완전 차단은 3 mA의 자극 진폭에서 이루어지며 피부를 통해 더 많이 적용되고 라우터 시스템을 통해 외음부 신경으로 부분적으로 전송된다. 3 mA의 자 극 펄스 진폭에서, 모든 시험 주파수(즉, 200, 500, 1000 및 2000 Hz)는 거의 완전 차단을 유도했다. 높은 자극 펄스 진폭에서 좀더 완전한 차단되는 경향이 일반적이다. 0의 Y-축 수치는 고주파 자극 동안 요도내 압력이 미리 자극한 기저 압력과 동일함을 나타낸다.5B shows the effect of stimulation pulse frequency and amplitude on the ability of high frequencies to return intraurethral pressure to the baseline. This provides a measure of complete shutoff. Most complete blockade occurs at a stimulus amplitude of 3 mA and is more applied through the skin and partially transmitted to the vulvar nerve through the router system. At the stimulus pulse amplitude of 3 mA, all test frequencies (ie 200, 500, 1000 and 2000 Hz) induced almost complete blocking. It is common to have a more complete cutoff at high stimulus pulse amplitudes. A Y-axis value of zero indicates that the pressure in the urethra during the high frequency stimulation is equal to the base pressure previously stimulated.
도 6은 전위-밸런스, 정전류, 고주파 자극이 피부를 통해 적용되고 이극성 신경 커프가 통합된 라우터 시스템을 통해 외음부 신경으로 부분적으로 전송되는 실험으로부터의 데이터를 나타낸다. 도면은 외음부 신경 차단의 효능에서 자극의 펄스 주파수 및 진폭의 효과를 나타낸다. 이상성 펄스에서, 일차 상은 요구하는 병리학적 효과를 유도하기 위해 사용되며 이차 상은 일차 상 동안에 발생하는 전기 화학적 과정의 방향을 전환하는데 사용된다(Merrill et al., 2005). 그러므로 단상 펄스에 비해, 이상 전위-밸런스 펄스는 조직 손상을 피하기 위한 장기간 신경 자극에 좀더 적합하다. 게다가, 단상 자극에 의해 유도된 차단은 이상 자극에 의해 야기된 차단과는 다른 메카니즘을 통해 작용할 것이다. 광범위한 주파수 범위(1 kHz 내지 10 kHz) 또한 실험에서 조사되었다. 100% 차단은 요도내 압력이 고주파 자극의 주기 동안 기저선으로 돌아왔음을 나타낸다. 단상 자극과 유사하게, 자극 전류의 증가가 차단 효능을 증가시킨다. 더 높은 자극 주파수는 같은 차단 효능을 이루기 위해 더 높은 자극 진폭을 필요로 한다.FIG. 6 shows data from experiments where potential-balance, constant current, high frequency stimulation is applied through the skin and partially transmitted to the vulvar nerve through a router system incorporating a bipolar nerve cuff. The figure shows the effect of pulse frequency and amplitude of stimulation on the efficacy of vulvar nerve block. In an ideal pulse, the primary phase is used to induce the desired pathological effect and the secondary phase is used to redirect the electrochemical process occurring during the primary phase (Merrill et al., 2005). Therefore, compared to single phase pulses, the abnormal potential-balance pulses are more suitable for long-term nerve stimulation to avoid tissue damage. In addition, blockade induced by a single phase stimulus will act through a mechanism different from that caused by aberrant stimuli. A wide frequency range (1 kHz to 10 kHz) was also investigated in the experiment. 100% blockage indicates that the pressure in the urethra returned to baseline during the period of radiofrequency stimulation. Similar to single phase stimulation, increasing the stimulation current increases the blocking efficacy. Higher stimulation frequencies require higher stimulation amplitudes to achieve the same blocking efficacy.
도 7a 및 도 7b는 한 동물에서 피부를 통해 적용되고 라우터 시스템을 통해 외음부 신경 상으로 부분적으로 전송되는 자극의 펄스 진폭의 효과를 나타낸다. 트레이스(traces)는 1 mA(도 7a) 및 3 mA(도 7b)에서 수득된 요도내 압력을 나타내며 대쉬 바는 저주파 자극의 지속을 나타내고 솔리드 바는 고주파 자극의 지속을 나탄낸다. 저주파 직접 자극은 후크 전극으로 가장 근접한 외음부 신경으로 적용되었다. 고주파 자극은 피부를 통해 적용되며 단극 후크 전극으로 말초 외음부 신경으로 라우터 시스템을 통해 부분적으로 전송되었다. 양극 무관 표면 전극을 음극 표면 전극의 몇 센티미터 문측으로 위치시켰다. 저주파 자극은 520μA의 진폭 및 300μs의 펄스 폭을 갖는 펄스를 갖는 20 Hz의 주파수에서 수송되었다. 고주파 자극은 100 μs의 펄스 폭을 갖는 단상 펄스를 갖는 1 kHz의 주파수에서 수송되었다. 1 mA 펄스 진폭을 갖는 자극은 요도내 압력의 매우 적은 효과를 가지며 괄약근 활성의 매우 적은 차단을 유도했다. 그러나, 3 mA까지 증가된 자극 펄스 진폭으로, 괄약근 활성의 완전한 일시적 및 가역적 차단이 이루어졌다.7A and 7B show the effect of the pulse amplitude of a stimulus applied through the skin in one animal and partially transmitted onto the vulvar nerves via a router system. Traces represent intraurethral pressures obtained at 1 mA (FIG. 7A) and 3 mA (FIG. 7B) with dash bars indicating the duration of low frequency stimulation and solid bars indicating the duration of high frequency stimulation. Low frequency direct stimulation was applied to the vulva nerves closest to the hook electrode. Radiofrequency stimulation was applied through the skin and partially transmitted through the router system to the peripheral vulva nerve with a unipolar hook electrode. The anode-independent surface electrode was positioned several centimeters behind the cathode surface electrode. The low frequency stimulus was transported at a frequency of 20 Hz with a pulse having an amplitude of 520 μA and a pulse width of 300 μs. The high frequency stimulus was transported at a frequency of 1 kHz with single phase pulses with a pulse width of 100 μs. Stimulation with a 1 mA pulse amplitude had very little effect of intraurethral pressure and induced very little blockage of sphincter activity. However, with stimulus pulse amplitude increased up to 3 mA, complete transient and reversible blockade of sphincter activity was achieved.
도 8a 및 도 8b에 보여지는 실험에서, 외음부 신경으로 직접적으로 적용되는 저주파 펄스열(300μA, 200 μs, 20 Hz에서의 펄스)는 대쉬 바로 나타냈다. 고주파 단상 펄스열(150μs, 2 kHz에서의 펄스)은 피부를 통해 수송되며 라우터 시스템을 통해 외음부 신경으로 부분적으로 전송된다. 6 mA 펄스 진폭(도 8a)에서, 거의 완전한 차단이 이루어졌으나, 자극으로 인해 표면 음극 전극 아래의 다리의 수축이 수반됐다. 이러한 수축은 자극의 주기 동안 유지됐다. 3 mA의 펄스 진폭에서, 유사한 차단 효능이 다리 수축을 수반하지 않고 이루어졌다(도 8b).In the experiments shown in FIGS. 8A and 8B, low frequency pulse trains (pulse at 300 μA, 200 μs, 20 Hz) applied directly to the vulva nerves were indicated by dash bars. High-frequency single-phase pulse trains (150 μs, pulses at 2 kHz) are transported through the skin and partially transmitted through the router system to the vulvar nerves. At 6 mA pulse amplitude (FIG. 8A), almost complete blocking was achieved, but the stimulation involved contraction of the leg under the surface cathode electrode. This contraction was maintained for the cycle of stimulation. At a pulse amplitude of 3 mA, similar blocking efficacy was achieved without accompanying leg contraction (FIG. 8B).
추가 실험에서, 라우터 시스템을 통한 근위 외음부 신경의 직접 저주파 자극 및 원위 외음부 신경의 고주파 자극이외에, 방광 압력의 증가는 수동으로 적용된 복부 압력에 의해 발생한다. 도 9는 이러한 조합된 과정이 실행된 실시예를 나타낸 다. 도 9는 한 동물에서 요도내 압력에서 외음부 신경 차단의 효과를 나타낸다. 솔리드 트레이스는 요도내 압력이고 점 트레이스는 방광 압력이며 대쉬 바는 저주파 자극의 주기를 나타내고 솔리드 바는 고주파 자극의 주기를 나타낸다. 저주파 자극은 330 μA의 진폭 및 200μs의 펄스폭을 갖는 펄스를 갖는 20 Hz의 주파수에서 수송된다. 고주파 자극은 피부를 통해 수송되며 4 mA의 진폭 및 100μs의 펄스폭을 갖는 단상 펄스를 갖는 2 kHz의 주파수에서 원위 외음부 신경으로 부분적으로 전송된다. 초기 저주파 자극은 방광 압력이 복부로의 압력의 수동 적용에 의해 증가된 후에 외부 요도 괄약근 수축을 발생시키기 위해 사용된다. 요도내 압력으로서 처음 20초 동안에 발생하는 배뇨는 직접 외음부 자극에 의해 수동 발생된 방광 압력보다 더 높게 유지되지 않는다. 원위 외음부 신경의 고주파 자극이 적용되면, 요도내 압력이 방광 압력과 같아지며, 이는 외부 괄약근이 완화되어 배뇨가 일어남을 의미한다. In a further experiment, in addition to the direct low frequency stimulation of the proximal vulvar nerve and the high frequency stimulation of the distal vulvar nerve through the router system, the increase in bladder pressure is caused by manually applied abdominal pressure. 9 shows an embodiment in which this combined process is executed. 9 shows the effect of vulvar nerve block on intraurethral pressure in one animal. The solid trace is the pressure in the urethra, the point trace is the bladder pressure, the dash bar represents the period of the low frequency stimulus and the solid bar represents the period of the high frequency stimulus. The low frequency stimulus is transported at a frequency of 20 Hz with a pulse having an amplitude of 330 μA and a pulse width of 200 μs. The radiofrequency stimulus is transported through the skin and partially transmitted to the distal vulva nerve at a frequency of 2 kHz with a single phase pulse having an amplitude of 4 mA and a pulse width of 100 μs. Early low frequency stimulation is used to generate external urethral sphincter contraction after the bladder pressure is increased by manual application of pressure to the abdomen. Urination that occurs during the first 20 seconds as intraurethral pressure does not remain higher than bladder pressure manually generated by direct vulva stimulation. When radiofrequency stimulation of the distal vulvar nerve is applied, the pressure in the urethra becomes equal to the bladder pressure, which means that the external sphincter is relieved, resulting in urination.
여러 실험이 요도내 카테터가 배뇨를 실험하기 위해 제거되어 수행되었다. 완전한 배뇨는 고주파 자극이 저주파 자극-유도 외부 요도 괄약근 수축을 차단하기 위해 사용되고 방광 압력이 수동적으로 증가할 때 이루어진다. 일반적으로, 상기 결과는 본 발명의 용도 및 3 mA보다 큰 진폭 및 200 Hz보다 큰 주파수를 갖는 피부를 통한 자극이 외음부 신경에서의 활성의 전송을 차단하는데 기여함을 제안한다. 최적 차단을 생성하는 자극 파라미터의 결정은 조사 중이다. 다른 자극 파라미터가 특히 말초 및 중추 신경계의 다른 부분에서 더 우수한 차단 결과를 생성할 수 있음이 본 분야의 숙련자에 의해 이해될 것이다. 이러한 파라미터들이 본 발명의 요소 의 정확한 위치결정뿐만 아니라 피부의 특성에 따라, 피실험자로부터 피실험자까지 다양할 수 있는 것과 같이, 개별 기초에서 최적 신경 차단을 생성하기 위해 요구되는 자극 파라미터를 결정하기 위해 바람직할 것임을 또한 이해할 수 있을 것이다.Several experiments were performed in which the urethral catheter was removed to test urination. Complete urination occurs when high frequency stimulation is used to block low frequency stimulus-induced external urethral sphincter contractions and the bladder pressure is passively increased. In general, the results suggest that the use of the present invention and stimulation through the skin with amplitudes greater than 3 mA and frequencies greater than 200 Hz contribute to blocking the transmission of activity in the vulvar nerves. Determination of stimulation parameters that produce optimal blockade is under investigation. It will be understood by those skilled in the art that other stimulation parameters may produce better blocking results, particularly in the peripheral and other parts of the central nervous system. Such parameters would be desirable to determine the stimulation parameters required to generate optimal nerve block on an individual basis, as may vary from subject to subject, depending on the skin's characteristics as well as the exact positioning of the elements of the present invention. It will also be appreciated.
D. 라우터 시스템의 이점D. Advantages of Router Systems
상기 기재된 바와 같이, 본 발명은 여러 이점을 제공하며, 첫째로는 주파수 및 치료될 장애에 따라 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 표적 신체 조직을 자극하는 능력이다. 게다가, 본 발명은 "원격(remote)" 자극의 의미를 포함하며, 이는 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)이 표적 신체 조직 상에 위치하지 않는다는 것이다. 신경(12)과 같은 원격 표적 신체 조직은 분리된 전기 전도체(24)를 통해 여러 원격 표적 신체 조직으로 동시에 전류가 동시에 전송됨에 의해, 밀접하게 이격된 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)로부터 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 자극될 수 있다. As described above, the present invention provides several advantages, firstly the ability to stimulate target body tissue to activate or block nerve excitability depending on the frequency and the disorder to be treated. In addition, the present invention includes the meaning of "remote" stimulation, which means that the surface cathode and
게다가, 우수한 선별성이 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위해 표적 신체 조직을 자극하는데에 제공된다. 전기 전도체(24)는 특이 표적 조직으로 연장되거나 다중 전기 전도체(24)가 다중 표적 신체 조직으로 연장될 수 있다. 그러므로 자극은 표적 신체 조직에 특이적이며 비-표적 신체 조직의 자극은 피한다. 적절한 길이의 전기 전도체(24)는 표적 신체 조직에 이르기 위해 사용되며, 근육, 뇌, 와우각, 시각 신경, 심장, 방광, 요도, 신장 및 뼈와 같은 신체 또는 기관 내 깊숙이 자리잡은 표적 신체 조직의 자극이 달성될 수 있다.In addition, good selectivity is provided to stimulate target body tissue to activate or block neuronal excitability.
신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위한 자극은 뜻대로 재생가능하다. 전기 전도체(24)은 수동적이고 표면 음극 전극(20)이 위치할 부위 바로 밑의 피부(10) 아래에 픽업 말단(26) 및 표적 신체 조직 근처에 위치한 자극 말단(28)을 가지고 영구적으로 이식되어 유지될 수 있다. 발명자가 알고 있는 바로는, 어려움은 신체 조직의 자극의 허용가능한 선별성을 수득하기 위해 표면 전극의 위치를 정확하게 결정하는 어려움에 부딪혔다. 발명자는 놀랍게도 본 발명이 표면 음극 및 양극 전극(20, 22)의 위치결정에서 훨씬 적은 정확성이 요구됨을 발견했다; 결과적으로, 신경 흥분을 활성화하거나 차단하기 위한 신체 조직의 자극은 좀더 정확하게 재생가능하다. Stimulus to activate or block nerve excitability is reproducible at will. The
게다가, 본 발명은 자극의 다른 형태에서 고유의 문제를 예방한다. 전도체(즉, 전기 전도체(24), 전기 귀환 전도체(34))는 피부를 통해 빠져나오지 않아 경피적 장치에서 발생할 수 있는 감염 위험을 감소시킨다. 그들 소유의 자극기, 시그널 발생기 또는 전원을 갖춘 이식체를 구성하거나 피부를 통해 다른 원격측정 지시 시그널 또는 무선 주파수를 제공할 필요가 없다.In addition, the present invention prevents problems inherent in other forms of stimulation. Conductors (ie,
하기 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남 없이 변형이 설명된 실시형태로 만들어질 수 있음이 본 분야의 숙련자들에게 자명할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that modifications can be made to the described embodiments without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims.
본 발명의 명세서에 언급된 모든 문헌은 본 발명이 관련된 분야의 기술 수준 을 나타내는 것이다. 모든 문헌은 각 개별 문헌이 참고문헌에 의해 특이적으로 및 개별적으로 통합된 것과 같이 동일한 정도로 참고문헌에 의해 본원에 통합되었다. 앞서 말한 발명이 도면 및 실시예에 의해 일부 상세한 설명에서 기재되었으며, 명쾌함 및 이해의 목적을 위해 하기 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이 특정 변화 및 변이가 만들어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.All documents mentioned in the specification of the present invention are indicative of the level of skill in the art to which the present invention relates. All documents are incorporated herein by reference to the same extent as if each individual document were specifically and individually incorporated by reference. The foregoing invention has been described in some detail by way of the drawings and examples, and specific changes and variations may be made without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the following claims for the purpose of clarity and understanding. I can understand that.
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2007
- 2007-01-23 KR KR1020087020537A patent/KR20080101931A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016108332A1 (en) * | 2014-12-31 | 2016-07-07 | 영남대학교 산학협력단 | Active bio-implanted pulsatile high-frequency stimulator for catheter for stimulating transsacral epidural spinal nerve |
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