[发明专利]一种用于神经刺激的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于神经刺激的系统和方法，尤其涉及一种闭环神经刺激方法和系统。

目前的神经系统按以下方式工作：“脑部节律器”包含与脑/神经系统相接触的可植入电极和小型的由电池供电的脉冲发生器，植入上胸部的皮下。

脉冲发生器通常由脉冲发生器内部的电池供电并发送持续的一系列的电脉冲，电脉冲经由电缆和可植入电极传输至脑/神经系统(开环系统)。

市场上的最新系统基于植入的传感器的测量来改变其刺激，所述传感器可以是用于刺激的同一电极、附加电极、或其他集成入脉冲发生器的传感器。基于来自这些传感器的信息，脉冲发生器执行简单的(通常是线性的)信号处理，导致对刺激的调整，从而影响刺激开始的时间或其他参数。

在帕金森症(PD)中，例如，标准的开环治疗减少了该病的症状(比如行动迟缓、僵硬和震颤)，至多可达70％。但是，其产生的若干副作用严重到可能不得不终止神经刺激，尤其是深度脑刺激(DBS)(例如，脉冲控制中的干扰、人格该病、或语言障碍)。此外，一些问题没有得到DBS的充分治疗或甚至恶化。例如，步态冻结(FOG)，其是一种步态干扰，包括走路过程中的突然中断。这种干扰常常发生在PD患者身上。FOG发作对患者来说可能破坏性很大，可能导致跌倒和受伤，对生活质量具有重大的负面影响。开环DBS对这些步态干扰的效果令人非常失望。开环DBS经常对FOG毫无改善，甚至会加重冻结。实际上，步态和平衡问题以及冻结都会发展并对药物和DBS产生耐受性。此外，帕金森患者的运动神经缺陷会随着时间变化。

最近的研究表明，通过使刺激自适应并考虑患者的当前神经元状态，可以改善神经刺激疗法，尤其是DBS疗法。数个临床前和临床研究表明，自适应刺激在临床上是有效的，并优于传统的持续刺激。就FOG来说，进行了多次尝试以基于植入电极记录的神经元特征检测FOG。一旦被检测到，可以通过调整脑刺激治疗FOG。

有证据表明，自适应神经刺激，尤其是DBS，对其他神经疾病和精神疾病(比如癫痫)，也有疗效。

自适应DBS疗法需要能够评估患者的即时生理状态并识别刺激的瞬时需求。

本发明的目的在于提供减轻至少部分以上问题的系统和方法。通过根据权利要求书的系统、方法和计算机可读存储介质，可以实现该目的。

因此，为改善神经刺激治疗，本发明提出了神经刺激系统和方法，尤其是能够将数个特征集成到一个单一系统的闭环神经刺激系统和方法：

通过使用捕捉电生理活动的传感器，持续采样神经元活动和/或状态。一般来说，这些传感器可以是侵入式的或非侵入式的，且能够测量中枢神经或周围神经信号和/或分子浓度。针对神经信号的测量，传感器必须是侵入式的。

提供测量与患者临床状态相关的其他数据的传感器，例如测量身体部分的运动或加速度的传感器(惯性测量单元IMU)、患者的视频信号、脑外的空气或体液的分子浓度测量、或其他物理传感器。这些传感器通常是体外传感器。

可以持续分析输入的数据，提供存储容量(优选地依赖于数据库或云解决方案)，以及提供对渐进变量的评估、按固定类别对数据进行分类、并在线学习分类参数。

持续数据分析使得诸如按需计算刺激的新策略成为可能。一般来说，基于来自N个传感器的输入来确定在时间点t1的刺激需求S(t1)(即，控制信号)，因此，该刺激需求S(t1)可以计算为S(t1)＝f(sensor1(t1),sensor2(t1),…sensorN(t1)).

对于许多传感器来说，不仅在一个时间点t1的信息是重要的，来自多个先前时间点t-xi的信息也是重要的。因此，系统的确需要存储器以存储来自传感器的数据。

因此，具有来自N个传感器的输入的在时间点t1的刺激需求S可以被计算为S(t1)＝f(sensor1(t1,t1-x1,t1-x2,…,t1-xn),sensor2(t1,t1-y1,t1-y2,…,t1-yn),…,sensorN(…))。

此外，不同于现有的闭环/简单自适应系统，在本文中，刺激参数中的频率和幅度在0到最大值之间渐渐变化，而非在离散的预定状态之间变化。

在另一实施例中，可由植入在大脑皮层的运动神经区域的表皮上的多信道(>15信道)栅极形式的传感器计算刺激需求。传感器的优选信号因此是在20和30赫兹之间的震荡幅度，计算为相对于基线幅度(即，优选地在休息期间几个小时内的平均值)的每100到500ms的平均幅度。