[发明专利]用于刺激生物组织的设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2006年6月19日提交的美国临时专利申请序列号第 60/814,843号的权益，该申请的内容通过参考方式引入本文。

技术领域

一般而言，本发明涉及生物材料内在施用的电场或施用的电流源存在下 改变电流的领域，更具体地涉及通过机械、电子、光学、化学和/或热装置改 变与所施用的电场相关的局部组织介电常数特性来在活体组织中生成位移电 流，从而用于刺激生物组织的方法和设备。

背景技术

人和其他动物活体组织的电刺激可用于许多临床应用以及临床研究和一 般生物研究。具体来说，神经组织的电刺激已经用于治疗包括帕金森症、抑 郁症和疑难杂症的各种疾病。脑部的聚焦刺激通常涉及进行外科手术以除去 头骨的一部分并且在脑部组织内的特定位置植入电极。这些方法的创伤 (invasive)性使得它们困难且昂贵，并且对大量发病率负有责任。作为替代， 诸如经颅直流刺激和经颅磁刺激等无创刺激方法易于实现，并且与显著的发 病率没有关联，然而，所刺激的区域过大，通常不能很好地辨别，并且可被 脑部组织的正常特征或病理特征显著干扰。近来，脑部组织的超声刺激已经 探索出一定成就。

存在许多方法可产生用于生物组织刺激的电流。这些方法从在组织中植 入电源到经由时变磁场在组织中感生电流。用于在组织中产生电流的通常方 法是在组织中植入电源。该方法的实例在例如授予Barreras，Sr.等人的美国专 利5,895,416号、授予Rise的美国专利6,128,537号、授予Palti的美国专利 7,146,210号和授予Bourgeois等人的美国专利6,091,992号中有所阐释。还可 以用组织外部的源(如经由在组织内感应电流的外部磁场)在组织内产生电 流。该方法在例如授予Edrich等人的美国专利6,066,084号、授予Chaney的 美国专利5,061,234号、授予Thomas等人的美国专利6,234,953号中示出。另 一实例在授予Palti的美国专利7,146,210号中示出，该示例实施电磁辐射。在 授予Rossen的美国专利4,989,605号和授予Hyrman的美国专利4,709,700号 中说明了这样的方法：采用由处于与组织外部接触的电源产生电流从而使得 电流通过所要刺激的组织区域表面的其他组织而衰减。这些技术都不是在所 施用的电场存在下通过介电常数扰动产生电流的。因此，这些技术都受到创 伤级别、聚焦度、渗透度和/或成本的限制。

在生物组织刺激的领域中，将场组合以产生更改的位移电流的概念相对 而言还未被探索。在脑部刺激的领域中，已在“霍耳效应刺激”的领域中开 发结合超声技术磁场，例如在Edrich等人的美国专利5,476,438号中，通过“神 经组织中被离子化的粒子、特别是电子被迁移”从而使正负离子在正交磁场 的区域中分离，在该正交磁场内离子在超声影响下移动。这一方法没有尝试 通过修改组织介电常数以产生位移电流，而是仅仅通过对移动的离子施用磁 场以进行局部离子分离。由于在现代医疗程序中所用磁场的强度，该技术对 于刺激是低效的。参见Rutten等人(1996)。同样在脑部刺激的领域中，授予 Yamashiro的美国专利6,520,903号提出了通过聚焦于组织上的光场来增强磁 场的能量转移的方法，但是该方法并没有尝试通过组织介电常数扰动来产生 位移电流。此外，在脑部刺激的领域中，授予Gluck的美国专利5,738,625号 (以下称为“Gluck”)提出了使用具有组合的超声场和/或微波场的磁场以便 将神经元的膜电位改变为与细胞的剩余电势和分离的活性去极化态(separate active depolarized state)显著不同的静态值。Gluck提出了通过超声改变组织 电导率从而使通过磁场感应出的电流能够在经更改电导率的路径上流动。 Gluck还提出使用超声来将神经推入和推出由磁场产生的场。Gluck实现了更 改被暴露于磁场(或电流)的神经的方法，因而Gluck的基于磁的方法由于 随后的电流衰减而经受效率损失。