[发明专利]用于避免背根刺激的部分控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月30提交的美国临时专利申请序列号61/897,739的优先权权益，其通过引用整体包含再此。

技术领域

本发明涉及一种组织刺激系统，并且更具体地涉及一种用于刺激脊髓组织的系统和方法。

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征超过十几年，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。

这些可植入神经刺激系统的每一个典型地包括：一个或多个电极携带刺激导线，其在期望的刺激部位植入；以及神经刺激器，其从刺激部位远程植入，但耦合到刺激导线。因此，电脉冲可以从神经刺激器递送到刺激导线以刺激或激活一定体积的神经组织。特别是，在至少一个阴极电极和至少一个阳极电极之间传送的电能产生电场，当其足够强时，去极化(或“刺激”)神经元超过阈值水平，从而诱发沿神经纤维传播的动作电位(AP)的烧制。

刺激能量可以在导线放置过程中和在导线放置过程后被递送到电极，以验证该电极正在刺激目标神经元素和制定最有效的刺激方案。该方案将决定在任何特定时间哪个电极拉电流脉冲(阳极)，以及哪个电极罐电流脉冲(阴极)，以及所述电流脉冲的幅度和持续时间。刺激方案通常将是为必须刺激以提供治疗益处的所有目标组织提供刺激能量、而最小化刺激非目标组织的体积的刺激方案。在SCS的情况下，这样的治疗益处是“感觉异常”，即，由通过电极施加的电刺激影响刺痛感。

为了没有在患者体内引起不适或不自主运动的移动的情况下产生感觉异常的感觉，通常希望优先刺激背柱中的神经纤维(DC神经纤维)，其主要包括感觉神经纤维，背根中是神经纤维(DR神经纤维)，其包括感觉神经纤维和运动反射神经纤维以及与本体感受有关的那些。

虽然DC神经纤维在常规SCS中是预期的目标，但是实际上，由于几何、电、解剖和生理原因，DR神经纤维经常首先被征召。例如，DR神经纤维包括具有比最大的附近DC神经纤维直径更大的纤维，因此，具有它们被刺激所处的较低阈值。归因于DR纤维的较低阈值的其他因素包括：相比DC纤维的阈值的它们潜在优先取向，以及在DR神经纤维进入脊髓的入口处的不均匀性和周围介质的各向异性。因此，DR神经纤维仍可比附近的DC神经以外细胞刺激水平产生AP。其结果是，所期望被刺激的DC神经纤维可以具有比进行DR神经纤维更低的刺激概率，因此，本体感受纤维通常可以导致患者的不适。另外，运动反射弧可以被激活，导致不希望的运动征召。这两种情况可以防止与患者的疼痛区一致的感觉异常。

出于诸如这些原因，通常期望的是，通过以最大化DC神经纤维的激励同时最小化DR神经纤维的激励的方式来修改神经组织被激活所处的阀值，从而相比DR神经纤维优先刺激DC神经纤维；也就是说，为了增加DR/DC阈值比。这可以通过将电脉冲罐到位于脊髓的中心的阴极电极以去极化邻近阴极电极的目标组织，由此沿所述DC神经纤维创建AP来实现，而电脉冲可以被拉至在阴极电极两侧的阳极电极，以超极化邻近阳极电极的非目标组织，从而增加DR神经纤维的阈值。

在典型的例子中，为了刺激DC神经纤维，同时防止对DR神经纤维的刺激，SCS系统可以激活在内外侧电场中的单个阴极侧翼的阳极，其中单个阴极为DC纤维提供刺激能量，同时侧翼阳极增加阈值，因此，防止DR纤维的征召，如图1所示。

由于脊髓的每一侧上的多个DR神经纤维可足够靠近阴极以被无意中刺激，所以在阴极的各侧上的多个阳极可以激活以便防止刺激这些DR神经纤维。例如，在一种方法中，中心阴极为DC纤维提供刺激能量，并且两对阳极(一对在脊髓的一个横向侧上的阴极的近头尾侧翼，而另一对在脊髓的另一侧上的阴极的近头尾侧翼)防止刺激DR神经纤维，如图2所示。通常，假设该背根纤维的所有位点都等同地受到阳极影响，电流被等同地分配给阳极(即，在每个阳极上25％的电流)。