[发明专利]用于防止电子电路中磁感生电流的神经刺激系统

说明书

技术领域

本发明涉及组织刺激系统。

背景技术

可植入式神经刺激系统已被证明是对多种疾病和不适有疗效。心脏起搏器和可植入式心脏除颤器(ICD)已被证明对治疗一些心脏疾病(如心律失常)非常有效。脊髓刺激(SCS)系统早已被接受为用于治疗慢性疼痛综合症的治疗方式，且组织刺激的应用已开始扩展至额外的应用，如心绞痛和失禁。深部脑刺激(DBS)已被用于治疗难治性慢性疼痛综合症超过十几年，且DBS最近也被应用至额外的区域，如运动障碍和癫痫。进一步地，在最近的调查中，外周神经刺激(PNS)系统已被证明对慢性疼痛综合征和失禁的治疗具有疗效，且一些额外的应用目前也在进行调查。此外，功能性电刺激(FES)系统，如神经控制(NeuroControl)公司(位于克利夫兰，俄亥俄)的“徒手(Freehand)”系统已被应用于恢复脊髓损伤患者的瘫痪四肢的一些功能。

这些可植入式神经刺激系统中的每一个通常包括被植入所需刺激部位的至少一个刺激导线，以及从远离刺激部位被植入、但却被直接联接至刺激导线或经一个或多个导线延伸部被间接联接至刺激导线的可植入式脉冲发生器(IPG)。因此，电脉冲可从神经刺激器被递送至经刺激导线而承载的电极以根据一组刺激参数而刺激或激活一定体积的组织并向患者提供所需的有效治疗。通常的刺激参数组可包括在任何给定的时间输出刺激(阳极)或返回(阴极)刺激的电极，以及刺激脉冲的幅度、持续时间、速率和爆发速率。对于本文所述的本发明来说显著的是，通常的IPG可将磁体放置到植入IPG上方而由患者手动停用，其关闭了在IPG中所包含的簧片开关。

神经刺激系统可还包括手持遥控装置(RC)以根据所选的刺激参数远程指导神经刺激器生成电刺激脉冲。RC本身可通过照顾患者的技术人员进行编程，例如，通过使用通常包括具有被安装在其上的编程软件包的通用计算机，如笔记本电脑的临床医生的编程器(CP)而实现。

电刺激能量可从神经刺激器被递送至使用一个或多个用于提供指定和已知电流的刺激脉冲(即电流调节输出脉冲)的电流控制源，或一个或多个用于提供指定和已知电压的刺激脉冲(即电压调节输出脉冲)的电压控制源的电极。神经刺激器的电路还可包括电压转换器、功率调节器、输出耦合电容和其它用于产生恒定电压或恒定电流刺激脉冲所需要的元件。

电刺激能量可在指定电极组之间递送以作为单相电能或多相电能。单相电能包括一系列脉冲，其全部为负(阴极)或全部为正(阳极)。多相电能包括一系列正负交替的脉冲。

例如，多相电能可包括一系列双相脉冲，每个双相脉冲均包括阴极(负)刺激脉冲(在第一相位)和阳极(正)电荷恢复脉冲(在第二相位)，其是在刺激脉冲后生成的以用于防止直流电荷经由组织而迁移，从而避免电极退化和细胞损伤。也就是说，在刺激期(刺激脉冲的长度)电荷经由电极处的电流传送通过电极-组织界面，而随后在再充电期(电荷恢复脉冲的长度)，电荷经由在相同电极处的极性相反的电流而被拉回离开电极-组织界面。

第二相位可具有有源电荷恢复脉冲，其中电流可经电流或电压源而通过电极进行有源传送和/或无源电荷恢复脉冲，其中电流经从电路中存在的耦合电容流出的电荷的重新分布而通过电极进行无源传送，而电流或电压源则被关闭。在无源电荷恢复的情况下，与活动电极相关联的开关被关闭以将电荷无源地传送至AC接地端。

在需要磁共振成像(MRI)的患者体内例行地植入可能不限于用于治疗慢性疼痛的SCS的神经刺激系统。因此，当设计可植入式神经刺激系统时，必须考虑到植入神经刺激器的患者可能受到MRI扫描仪所产生的电磁力，其可能会导致神经刺激器的损害以及患者的不舒服。

特别地，在MRI中，空间编码依赖于连续施加的磁场梯度。磁场强度是在整个成像过程中应用梯度场的位置和时间的函数。梯度场通常在大的静磁场存在的情况下获得单一图像的过程中数千次地开和关梯度线圈(或磁铁)。当今MRI扫描仪能具有为100mT/m的最大梯度强度以及与刺激疗法的频率相比快得多的为150mT/m/ms的开关次数(转换率)。典型的MRI扫描仪生成在100 Hz至30 KHz的范围内的梯度场，以及用于1.5 Tesla扫描仪的64 MHz的射频(RF)和用于3 Tesla扫描仪的128 MHz的射频。