[发明专利]用于选择性神经刺激的植入式脉冲发生器和方法

说明书

背景技术

技术领域

本发明整体涉及刺激神经和身体部分。更具体地讲，本发明涉及用于刺激神经和身体部分以实现治疗有益效果的植入式系统、装置和方法。

相关领域描述

神经是人体周边神经系统的一部分。神经将感官信号由皮肤或器官传递至中枢神经系统，反之亦然。神经可能由于正常磨损和撕裂、躯体损伤、感染和/或围绕神经的血管衰竭而遭受功能性缺陷。这些功能性缺陷可能伴有疼痛、麻木、虚弱以及在一些情况下的瘫痪。其他问题可能包括小便失禁或大便失禁。例如，在小便失禁的情况下，日常体力活动(例如发笑、咳嗽和打喷嚏)可能导致无意识排尿。

已经开发出不同的策略来克服上述问题。一种方法涉及行为改变，例如更加频繁地排尿或穿着护垫或防护内衣。然而，在某些社会处境下，人们可能无法遵循经常排尿或穿防护衣的习惯。另一种方法涉及药物治疗，包括服用处方药(如止痛药)。然而，该方法可能导致不良副作用或药物相互作用，而最终需要停药。

用于克服上述问题的另一种技术涉及利用设置在目标神经附近的电疗装置刺激具有功能性缺陷的神经。一种这样的电疗装置常常被称为植入式脉冲发生器(IPG)。IPG通常包括一个或多个电极、电脉冲发生器、电池和壳体。电脉冲发生器产生具有能够刺激目标神经的特定形状、形式和频率范围的波形。当电极收到来自发生器的波形时，电极从电池获取能量并产生合适的强度的电场，以刺激目标神经。

已经证明，IPG对于刺激神经在一定程度上有效。然而，与IPG相关问题中的一个是IPG消耗大量的功率。导致高功耗的原因包括电极之间的电阻抗增加或电极与IPG之间的电阻抗增加。这可能由若干因素引起，例如电极移位、一个或多个电极的包覆和电极或身体组织中材料性质的变化。电极中的材料性质变化可能由多个因素引起，包括因电极表面处存在的体液所引起的化学变化、电流频繁通过组织和日常活动中发生的正常磨损和撕裂。

较高的电池功耗也可能由被称为“刺激脱敏”的现象引起，在这种现象下，人体通过对施加的外部电荷产生电阻来对施加的外部电荷做出响应。身体通过提高对目标神经的刺激阈值来抵抗施加的外部电荷，从而使较早的刺激水平无效。要克服这个问题，必须产生更强的电荷，这会消耗甚至更多的电池功率。这就需要经常更换电池和/或对电池再次充电。

在其他现有技术的IPG中，已经发现产生的电场会广泛分布，从而影响连同目标神经的非目标肌肉和神经。电场的广泛分布会显著降低电信号在目标神经处的强度。为了适当刺激目标神经，必须显著增加电信号的强度。这需要波形发生器从电池获取更多的功率。此外，这些现有技术的IPG会对非目标神经和身体部分产生不必要的刺激。

因此，仍然需要用于刺激身体部分和神经的改进的装置和方法。也需要可以更有效地刺激目标神经和身体部分而不会刺激非目标神经和身体部分的改进的植入式系统和装置。此外，还需要侵入性更小并且有效操作所需的功率较少的植入式系统、装置和方法，从而最大限度减少对电源进行更换和/或再充电的需要。

发明内容

本发明涉及用于刺激神经和身体部分的系统、装置和方法。在一个实施例中，该系统包括用于选择性刺激目标神经和身体部分的植入式电疗装置。该植入式电疗装置有利地产生并施加有效地穿过身体的调制波形，以用于刺激神经和身体部分。这种效率会使装置消耗较少的功率，并能操作较长的时间后才重新充电。

植入式电疗装置(也称为植入式脉冲发生器(IPG))优选地通过外科手术植入体内。在一个实施例中，将IPG设置在待刺激的目标神经附近。IPG有利地产生调制波形，该调制波形在无需增加输出强度的情况下使IPG能够被置于距目标神经更远处。IPG也可以产生刺激目标神经的调制波形而所需的功率比采用常规IPG时更少。

在本发明的一个实施例中，IPG可以包括一个或多个电极、一个或多个波形发生器、一个或多个调制器、电池和壳体。波形发生器优选地产生能够选择性地刺激目标神经并穿透IPG和目标神经之间的组织的波形。电池是IPG的优选电源，波形发生器从电池获取功率。调制器调制来自波形发生器的波形以产生调制波形，并将其发送到电极。收到来自调制器的电信号时，电极有利地产生电场以用于刺激目标神经。

在本发明的一个实施例中，电池为不可充电的电池。在本发明的另一个实施例中，电池为可充电电池，它可以通过以下方式再充电：采用射频信号，利用电感耦合通过共享磁场传输能量，或使用任何其他已知的再充电技术。IPG的壳体优选地为生物相容的，从而可以便利地被植入人体。