用於刺激生物組織的設備和方法

2023-11-02 10:57:02 1

專利名稱：用於刺激生物組織的設備和方法
技術領域：
一般而言，本發明涉及生物材料內在施用的電場或施用的電流源存在下 改變電流的領域，更具體地涉及通過機械、電子、光學、化學和/或熱裝置改 變與所施用的電場相關的局部組織介電常數特性來在活體組織中生成位移電 流，從而用於刺激生物組織的方法和設備。
背景技術：
人和其他動物活體組織的電刺激可用於許多臨床應用以及臨床研究和一 般生物研究。具體來說，神經組織的電刺激已經用於治療包括帕金森症、抑 鬱症和疑難雜症的各種疾病。腦部的聚焦刺激通常涉及進行外科手術以除去 頭骨的一部分並且在腦部組織內的特定位置植入電極。這些方法的創傷 (iiwasive)性使得它們困難且昂貴，並且對大量發病率負有責任。作為替代， 諸如經顱直流刺激和經顱磁刺激等無創刺激方法易於實現，並且與顯著的發 病率沒有關聯，然而，所刺激的區域過大，通常不能很好地辨別，並且可被 腦部組織的正常特徵或病理特徵顯著幹擾。近來，腦部組織的超聲刺激已經 探索出一定成就。
存在許多方法可產生用於生物組織刺激的電流。這些方法從在組織中植 入電源到經由時變磁場在組織中感生電流。用於在組織中產生電流的通常方法是在組織中植入電源。該方法的實例在例如授予Barrems, Sr.等人的美國專 利5,895，416號、授予Rise的美國專利6,128, 537號、授予Palti的美國專利 7,146,210號和授予Bourgeois等人的美國專利6,091,992號中有所闡釋。還可 以用組織外部的源(如經由在組織內感應電流的外部磁場)在組織內產生電 流。該方法在例如授予Edrich等人的美國專利6,066,084號、授予Chaney的 美國專利5,061,234號、授予Thomas等人的美國專利6,234,953號中示出。另 一實例在授予Palti的美國專利7,146,210號中示出，該示例實施電磁輻射。在 授予Rossen的美國專利4,989,605號和授予Hyrman的美國專利4,709,700號 中說明了這樣的方法採用由處於與組織外部接觸的電源產生電流從而使得 電流通過所要刺激的組織區域表面的其他組織而衰減。這些技術都不是在所 施用的電場存在下通過介電常數擾動產生電流的。因此，這些技術都受到創 傷級別、聚焦度、滲透度和/或成本的限制。
在生物組織刺激的領域中，將場組合以產生更改的位移電流的概念相對 而言還未被探索。在腦部刺激的領域中，已在"霍耳效應刺激"的領域中開 髮結合超聲技術磁場，例如在Edrich等人的美國專利5,476,438號中，通過"神 經組織中被離子化的粒子、特別是電子被遷移"從而使正負離子在正交磁場 的區域中分離，在該正交磁場內離子在超聲影響下移動。這一方法沒有嘗試 通過修改組織介電常數以產生位移電流，而是僅僅通過對移動的離子施用磁 場以進行局部離子分離。由於在現代醫療程序中所用磁場的強度，該技術對 於刺激是低效的。參見Rutten等人(1996)。同樣在腦部刺激的領域中，授予 Yamashiro的美國專利6,520,903號提出了通過聚焦於組織上的光場來增強磁 場的能量轉移的方法，但是該方法並沒有嘗試通過組織介電常數擾動來產生 位移電流。此外，在腦部刺激的領域中，授予Gluck的美國專利5，738，625號 (以下稱為"Gluck")提出了使用具有組合的超聲場和/或微波場的磁場以便 將神經元的膜電位改變為與細胞的剩餘電勢和分離的活性去極化態(separate active depolarized state)顯著不同的靜態值。Gluck提出了通過超聲改變組織
10電導率從而使通過磁場感應出的電流能夠在經更改電導率的路徑上流動。
Gluck還提出使用超聲來將神經推入和推出由磁場產生的場。Gluck實現了更 改被暴露於磁場(或電流)的神經的方法，因而Gluck的基於磁的方法由於
隨後的電流衰減而經受效率損失。
此外，Gluck提出了將微波場和超聲場以可以對神經導致不可逆改變的方 式組合的方法。參見Donald I. McRee， Howard Wachtel， Pulse Microwave Effects on Nerve Vitality, Radiation Research, Vol. 91， No. 1 (Jul. 1982)。本說明書不受 這些安全顧慮的影響或者並不會由於需要使用這樣的高頻電場而導致神經損 傷。此外，本發明不限於僅應用到只表現靜息狀態和活動狀態的神經組織， 並因而適於動態地改變幾乎作為所有神經活動特徵的動作電位並且適於具有 動態放電(firing)性質的神經。
已經提出了用於更改組織電導率以適應電流的其他方法，如授予Mische 的美國專利6,764,498號、以及授予Elstrom等人的美國專利6,887,239號，但 是相似的是這些方法沒有提供通過改變組織的電磁性質而產生新電流分量的 方法。
其他研究已經提出用組合場來影響神經刺激的技術，但是都受到這些技 術沒有嘗試產生用於刺激的位移電流而是嘗試通過其他裝置來影響刺激的固 有限制的影響。參見Rutten, W. L. C、E.， Droog等人；The influence of ultrasound and ultrasonic focusing on magnetic and electric peripheral nerve stimulation; 丄Nilsson， M. Panizza禾卩R Grandori; Pavia Advances in Magnetic Stimulation Mathematical Modeling and Clinical Applications" Italy. 2: 152. (1996)(以下稱為 "Rutten"); Mihran, R. T" F. S. Barnes等人，Temporally-Specific Modification of Myelinated Axon Excitability in Vitro Following a Single Ultrasound Pulse. Ultrasound Med Biol 16(3): 297-309(1990)(以下稱為"Mihran");以及Fry， W. J.， Electrical Stimulation of Brain Localized Without Probes-Theoretical Analysis ofaProposedMethod, JAcoustSocAm44(4) :919-31(1968)(以下稱為"Fry")。
iiMihran和Rutten關注在神經元中改變離子牽張感受器。因此由於沒有關 注通過適當組合電場和磁場以產生位移電流，這些研究在可應用性和效率上 受到限制。更具體而言，Mihran研究將超聲與電刺激組合來測試牽張感受器 對神經的效應。Mihran沒有嘗試產生新電流以用於刺激。Mihmn故意將電場 和磁場分離。Rutteri的主要關注是將超聲和經顱磁刺激(TMS)組合，然而， 該研究在與Mihran類似的分析牽張感受器效應的嘗試中試驗了電刺激和超 聲。Rutten沒有嘗試組合用於產生新電流分量的效果或以任何方式更改所施 用的刺激電流。
Fry提出關於如何通過以超聲改變組織電導率並因而通過電導率變化本 身來驅動神經刺激，從而在腦中產生電流改變的構思。Fry提出了基於使用超 聲和放置在腦部表面的電極的理論上的、偽創傷的方法。該方法基於以超 聲改變電流(由腦表面電極產生)而產生的溫度/壓力使組織電導率變化。該方 法還沒有對神經刺激顯示有效，這可能是因為該理論受許多約束的限制。由 於專注於僅改變組織電導率以改變較高頻電場所產生的電流，刺激所需的源 強度不小。因此，該方法中必要的是必須放置於經暴露的腦部表面上的電極 或遠遠更強的電流源，而該遠遠更強的電流源如果放置在頭皮表面上將受到 經顱電刺激(TES)和電痙攣療法(ECT)的限制，即，激活頭皮表面的痛覺 受體的電流強度或具有可能潛在地導致頭皮燒傷的剌激所需的強度。並且該 理論刺激所需的超聲強度在量值上足夠大從而引起諸如組織中溫度升高、組 織成洞、以及組織消融的可能性等顧慮。因此，這些安全局限將妨礙把這種 類型的剌激通過頭皮表面上的或腦表面上的電極以任何持續時間施用。
在如授予Wen等人的美國專利6,645,144號以及授予Wen的美國專利 6,520,911號中所闡釋的，對與生物組織相關的機械和電場的概念已在對通過 電聲效應、熱聲效應和霍耳效應成像的尋求中有所探索。這些方法關注於使 用一種物理場來收集關於其他場的信息，而並非是以組合方式用於生物組織 刺激。現有領域的技術沒有嘗試通過與所施用的電場相對的介電常數擾動以產 生電容性電流(即位移電流)以用於生物組織刺激。因此從上面顯而易見的是， 需要一種改進的設備和方法用於通過以機械裝置改變與所施用的電場相對的 局部組織介電常數特性、以在活體組織中產生位移電流來刺激生物組織。顯 而易見的是，需要一種創傷性較少並具有改善的聚焦度的經改進的方法用於 通過更改局部組織介電常數來刺激生物組織。同樣顯而易見的是，需要一種 與在路徑中更改電流的方法或更改暴露於磁場的神經的方法相反的可藉以產 生有效電流的設備和方法。還顯而易見的是，需要在組織邊界下產生電流， 而沒有如基於磁的方法和電的方法中發生的隨後的電流衰減和效率損失。顯 而易見的是，需要一種安全的方法，該方法不導致神經或組織由於需要使用 高頻電磁場、高強度電磁場、和/或高強度超聲場而損傷。還顯而易見的是， 需要一種無需可在刺激期間激活痛覺受體的場強的可耐受方法。此外，顯而 易見的是，需要一種設備和方法，其不限於僅應用到只展現靜息狀態或活動 狀態的神經組織，並因此適於動態地改變幾乎作為所有神經活動特徵的動作 電位並且適於具有動態放電性質的神經元。

發明內容
因此，本發明提供了用於在生物組織中產生電流的設備。本發明的設備 包括能夠產生穿透組織區域電場的電源和用於相對所述電場改變所述組織 介電常數的裝置，從而相對所述電場改變所述組織介電常數從而在所述組織 中產生位移電流。用於更改介電常數的所述裝置可包括化學源、光源、機械 源、熱源或電磁源。在一個實施方式中，該設備將超聲源實現為用於更改組 織介電常數的機械裝置。在另一實施方式中，該設備進一步包括用於改變與 電場相關的組織的電導率從而改變歐姆電流的裝置。
在一個示例性實施方式中，該設備包括的電源能夠產生穿透一種組織或 多種組織的廣泛區域的電場。該設備還包括產生在組織的子區域上聚焦的機械場的超聲設備，因此電場和機械場的組合作用通過改變組織的電磁性質而 在組織的子區域內產生具有新生位移電流的經改變的電流。
可以以各種方式施用本發明的電源以實現特定效果。例如，所述電源可 產生脈衝調製的、時變的、 一系列時變脈衝的、或不時變的場。此外，用於 更改介電常數的所述裝置可以是脈衝調製的信號、時變信號、或一系列時變 脈衝信號。所述電源和/或用於更改組織介電常數的裝置可以被無創地施用。 例如，電極可以被配置為施用到特定組織、多種組織或者相鄰的組織。作為 一種替代，所述電源可以植入特定組織、多種組織或相鄰組織的內部。通常，
所述電源是具有從大約DC到大致100，000Hz的頻率的電流。
在一個示例性實施方式中，處於治療目的可廣泛施用所述電場並且將所 述裝置聚焦到特定腦部結構或多個結構。可以廣泛施用所述電場並且可以將
所述裝置聚焦到一種結構或多種結構，例如包括下述結構的腦部或神經組織
背外側前額葉皮質、基底神經節的任意部分、伏核、胃神經核、腦幹、丘腦、 下丘、上丘、導水管周圍灰質、初級運動皮質、輔助運動皮質、枕葉、布羅
德曼1-48區、初級感覺皮質、初級視皮質、初級聽皮質、杏仁核、海馬、耳
蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、顳葉、頂葉、皮質下結構、外周神經和/或
所述設備和方法可以輔助治療各種病症，所述病症包括多發性硬化、
肌萎縮側索硬化、阿爾茨海默病、張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損 傷、藥物成癮、食物成癮、酒精成癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕 金森病、帕金森神經機能障礙、抑鬱症、強迫症、精神分裂症、雙相型障礙、 急性躁狂、張力缺失、創傷後應激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、 癲癇、中風、幻覺、運動障礙、神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成
癮障礙(Addictive Disorder)、精神障礙、外傷性神經損傷和感覺障礙。類似地， 可以將電場和用於更改介電常數的裝置聚焦於特定腦部結構以實施如下述的
程序感覺增強、感覺更改、麻醉誘導及維持、腦定位、癲癇定位、術前規
14劃、神經修復與神經系統的相互作用或控制、中風及外傷性損傷的神經修復、 膀胱控制、輔助呼吸、心臟起搏、肌肉刺激、以及由諸如偏頭痛、神經病變 以及下背痛引起的疼痛症候群或者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部臟器疾病 的治療。
在另一實施例中，本發明的設備包括能夠產生穿透組織區域的電場的電 源和用於改變與所述電場相對的組織介電常數從而產生位移電流的裝置。該 設備進一步包括用於改變與所述電場相對的組織電導率從而改變歐姆電流的 裝置。
本發明還提供了用於刺激生物組織的方法。該方法包括施用電源到生 物組織並通過施用改變與所述電場相關的所述組織介電常數的裝置從而改變 與所述電源相關的所述組織介電常數。對與所述電場相關的所述組織介電常 數的改變在所述組織中產生位移電流。所述用於改變介電常數的裝置可以是 包括化學源、光源、機械源、熱源或電磁源的各種源。例如，可以施用諸如 超聲源等機械源從而機械地更改變所述組織。所述組織可以是神經組織、內 分泌組織、電感受組織(electricallyreceptivetissue)、肌肉組織、結締組織或骨 骼組織。在另一實施方式中，該設備還包括用於改變與所述電場相關的組織 電導率從而更改歐姆電流的裝置。


通過結合附圖參考對本發明的實施方式的下述描述，本發明的上述特徵 和目標及其他特徵和目標、以及達到這些特徵和目標的方式將變得更加清楚， 並且將更好理解本發明自身，附圖中
圖1是根據本發明的原理構造的用於刺激生物組織的設備的一個實施方 式的平面圖2是根據本發明的原理構造的用於刺激生物組織的設備的示例性實施 方式的頂視15圖3是根據本發明的原理構造的實施化學源以改變介電常數從而刺激生 物組織的設備的示例性實施方式的頂視圖4是根據本發明的原理構造的實施輻射源以更改介電常數從而刺激生
物組織的設備的示例性實施方式的頂視圖；及
圖5是根據本發明的原理構造的實施光束以更改介電常數從而刺激生物 組織的設備的另 一示例性實施方式的頂視圖。
具體實施例方式
可預見的是本發明可用於在體內刺激生物組織，包括被置於身體上以產 生電場的電源和改變與電場相對的組織介電常數的裝置，通過改變與電場相 對的組織介電常數從而在組織中產生位移電流。所公開的設備和方法的示例 性實施方式可用於神經刺激的領域，其中可使用經放大的、經聚焦的、方向 經改變的和/或衰減的電流通過直接刺激神經元、去極化神經元、超極化神經 元、改變神經膜電位、改變神經細胞興奮性水平和/或改變神經細胞放電的可 能性從而改變神經活動。同樣的，用以刺激生物組織的方法還可以被應用於 包括心臟剌激的肌肉刺激領域，其中可使用經放大的、經聚焦的、方向經更 改的和/或衰減的電流通過直接剌激、去極化肌肉細胞、超極化肌肉細胞、改 變膜電位、改變肌肉細胞興奮性水平和/或改變細胞放電的可能性來更改肌肉 活動。相似的是，可以預見本發明可被應用於細胞代謝、物理治療、藥物傳 遞和基因治療的領域。
本文公開了本發明的詳細實施方式，然而可以理解的是所述的實施方式 對於可以以各種形式實施的本發明僅是示例性的。因此，本文所公開的具體 操作細節不應被理解為限制性的，而僅應理解為是權利要求書的基礎和用以 啟示本領域技術人員以任何適當詳細的實施方式實質上應用本發明的代表性 基礎。
取決於具體的應用和/或偏好，可以以諸如聚合物、凝膠、膜和/或金屬等
16適合於各種醫療應用的材料製造本發明的組織剌激方法的組件。預期半剛性 和剛性聚合物、彈性材料(例如模製醫用級聚氨酯)、以及柔性材料或延展性 材料可用於製造。可以以適合於各種醫療應用的材料製造該方法的電動機、 傳動裝置、電子元件、電源部件、電極和傳感器。本發明的方法還可以包括 用於計算機化控制的電路板、電路、處理器組件等。然而，本領域技術人員 應意識到適合於本發明的組合裝置和製造品的其他材料和製造方法同樣是適 用的。
下面的討論包括用於根據本發明的原理在生物組織中產生電流的組件和 示例性方法的描述。還討論了替代性實施方式。現在將詳細參考在附圖中圖 示的本發明的示例性實施方式，其中在所有附圖中相同的參考數字指示相似 的部分。
現在翻到圖1，圖1圖示了用於根據本發明，在施用的電場或施用的電流 源存在下通過在生物材料內組合施用機械場以改變(例如，放大、聚焦、更 改方向和/或衰減)電流從而刺激生物細胞和/或組織的設備10的示例性實施 方式。例如，可以將圖1中所示的本發明的設備io應用於神經刺激的領域。 初始源電場14在組織中導致電流。電場14由電源、電流或電壓源產生。如 下面更詳細描述的，例如通過機械場改變與電場相對的組織介電常數，從而 產生附加的位移電流。
將電極12施用於頭皮並且在較大腦部區域產生低幅電場14。雖然電極 12在這一示例性實施方式中被使用並被施用於頭皮，但是可預見的是可以將 電極施用於包括頭皮周圍區域的許多身體上的不同區域。同樣可以預見的是 可以將一個電極放置得與正被刺激的組織接近，而另一個遠離，例如一個電 極在頭皮而一個電極在胸部。還預期的是電源可以是具有單個電極的單極或 具有多個電極的多極。類似地，可以通過任何可醫用介質將電源施用於組織。 還預期的是可以使用其中電源不需要與組織直接接觸的裝置，如例如感應式 磁源，其中將整個組織區域置於產生磁場的大螺線管中或產生磁場的線圈附
17近，其中磁場在組織中感應電流。
電源可以是直流的(DC)或交流的(AC)並且可以施用到感興趣的組織
的內部或外部。此外，電源可以是時變的。類似地，電源可以是脈衝調製的 並且可以包括時變脈衝形式。電源可以是脈衝。而且，本發明的電源可以是 間歇式的。
諸如超聲源16等機械源被施用於頭皮並且以下述方式向所聚焦的神經組 織區域提供集中的聲學能量18 (即，機械場)，其所影響的神經元22的數目 比被電場14影響的神經元數目更小，所述下述方式為通過機械場18對與 所施用的電場14相對的組織介電常數的改變，從而產生經改變的電流20。機 械源可以是諸如超聲設備等任何聲源。通常，這樣的設備可以是包括能夠 將電信號轉換為機械能量的電機換能器(例如含有壓電材料的設備)的設備、包 括能夠將電信號轉換為機械能量的電機換能器(例如在使用電磁鐵的聲學揚聲 器中的設備)的設備、其中機械源與驅動系統的分離機械裝置耦合的設備、或 能夠執行將化學能、等離子能、電能、核能、或熱能轉換為機械能並產生機 械場的任何類似設備。
此外，機械場可以經由在組織成像中使用的超聲換能器產生。機械場可 經由橋接介質連接到組織，所述橋接介質例如有盛有鹽水的容器以輔助聚焦 或者改變機械源與組織之間聲學阻抗的凝膠和/或塗膏。機械場可以是時變的、 脈衝調製的、脈衝，或可以包括時變脈衝形式。可以預見的是可以將機械源 施用於感興趣的組織的內部或外部。對於可通過機械源施用的頻率沒有限制， 然而，示例性機械場頻率從kHz以下到數1000MHz。此外，可以例如以與聚 焦超聲陣列中所用源相似的源陣列的形式，使用以相似或不同頻率和/或相似 或不同機械場波形提供多個機械場的多個變換器。類似地，還可施用多個經 改變的電場。可以間歇地控制電和機械的組合場從而引起特定模式的峰活動 或神經興奮性的更改。例如，設備可以以固定頻率產生周期性信號，或以脈 衝調製頻率產生高頻信號，從而以在治療許多疾病中顯示有效的脈衝頻率引起刺激。這樣的刺激波形可以是在快速或e釋放TMS治療、深層腦部剌激治
療、硬膜腦部刺激治療、脊髓刺激治療等中實現的波形，或者用於外周電刺 激神經治療。可以將超聲源放置在與電極位置相對的任何位置，即，在與電 極相同的位置的裡面、上面、下面或外面，只要電場和磁場的分量處於相同 區域。各源的位置應當彼此相關，使得各場與所要刺激的組織和細胞相交叉， 或者相對正被刺激的細胞組分指導電流變化。
特別是在低頻施用的電場存在下本發明的設備和方法，可通過介電常數 在量值上的顯著變化產生電容性電流。生物組織中的組織介電常數比多數其 他非生物材料的介電常數遠遠更高，特別是對於電場透深為最高的低頻施用 電場。這是因為介電常數反比於所施用的電場的頻率，從而在較低頻率下組
織介電常數量值較高。例如，對於低於100,000Hz的電場頻率，腦組織具有 等於或大於自由空間的介電常數(每米8.854X10A-12法拉)的10A8 (100,000,000)倍的介電常數幅度，這樣，相對幅度的最小局部擾動可導致 顯著的位移電流產生。隨著電場頻率的增加，相對介電常數成量值地下降， 對於約100，000Hz的電場頻率下降到約為自由空間的介電常數(每米 8.854*10~12法拉)1(^3倍的量值。此外，通過不限於較高的電場頻率，本 發明的方法由於降低了透深限制並因此降低了場強要求從而是用於刺激生物 組織的有利方法。此外，因為位移電流產生於介電常數改變的區域，所以可 僅經由超聲完成聚焦。例如，為了通過如上所述與所施用電場相對的介電常 數擾動產生電容性電流，可以將寬DC或恰好低於細胞刺激閾值的低頻電源場 施用於腦部區域，但是通過在以諸如超聲源等機械源產生的機械場的聚焦區 域內更改組織介電常數從而使刺激效果聚焦於較小區域內。這可以無創地進 行通過將電極和超聲設備都置於頭皮表面上使得各場穿透圍繞腦部區域的 組織並且在所靶向的腦部位置交叉，或通過將電極和/或超聲設備中的一個或 兩者植入頭皮表面下(在腦部或任何周圍的組織中)使得各場在所耙向的區域 中交叉。在低於閾值電場的存在下位移電流通過改變介電常數而產生並提供刺激 信號。除了在組織中發生了負責刺激(即，產生用於刺激的經改變的電流)的主 要介電常數變化外，在組織中還發生了次要地改變電流的歐姆分量的電導率 變化。在另一實施方式中，可以將位移電流的產生和經改變的歐姆電流分量 組合以用於刺激。通常，作為所施用的電場頻率的函數，組織電導率在DC
到100,000Hz頻率範圍上稍有改變，但是與介電常數改變的程度不同，並且
隨著所施用電場頻率的增加而增加。此外與其他材料不同，在生物組織中， 作為所施用的電場頻率的函數電導率和介電常數沒有顯示出簡單的一對一的 關係。介電常數的範圍如上面所討論的。
雖然可以以所施用的電場的任何頻率完成所述過程，但是示例性實施方
式中的方法以較低頻率施用的電場實施，這是由於這樣的事實組織的介電
常數量值等於或大於自由空間的介電常數倍，以及電場透深對於低頻施
用的電場為最高。較高頻施用的電場較不合意，這是因為它們將需要較大的 輻射能量來穿透組織和/或改變介電常數用的更強的機械源來實現同樣的相對 組織介電常數的改變，即在較高的施用電場頻率組織的介電常數較低，並且 因此需要較大的全局擾動以具有與較低頻相同的組織介電常數的全局變化。
由於在從DC到大約100，000Hz的範圍頻帶中的高組織介電常數和生物組織在 這些頻率的高透深，在該範圍內的施用電場頻率是有利的。在該頻帶中，組 織位於相對組織介電常數的量值被最大地提升(即，等於或大於自由空間的 介電常數的101倍)的所謂"阿爾法分散帶"內。在產生用於刺激生物細胞和 組織的位移電流的所述方法中，大於約IOO，OOO到1,000,00Hz的施用電場頻 率仍然是適用的，然而在這一頻帶中生物組織的組織介電常數和透深與之前 的頻帶相比均受到限制，但是仍然可以對一些應用產生足夠量值的位移電流。 在該這一範圍中，可能需要增加所施用電場的量值，或用於改變與所施用電 場相對的已增加的介電常數的方法以帶來與所施用電場頻率的組織介電常數 量值相比更大的介電常數改變。此外，由於對於一些應用的潛在安全性顧慮，與在之前的頻帶中可能的連續施用相反，可能需要限制各場的施用時間或脈 衝調製各場。對於其中安全性顧慮阻礙較深組織的技術的組織或應用，該技 術仍可能在更淺表的應用中以無創方式或通過創傷方法應用。大於l,OO，OOO
到100,000,000Hz的較高頻施用電場可用於產生刺激生物細胞和組織的位移 電流。然而，這將需要更充分的介電常數變化或電磁輻射，因此就安全性而 言與之前的頻帶相比不夠理想。對於大於100,000,000Hz的施用電場的頻率， 生物細胞和組織刺激仍是可接受的，但是對於需要較小位移電流的特殊應用 可能是受限的。
用於產生本發明的改變的電流的電和機械場的焦點可能導引到腦部或神
經系統內的各種結構，所述結構包括但不限於背外側前額葉皮質、基底神經 節的任意部分、伏核、胃神經核、腦幹、丘腦、下丘、上丘、導水管周圍灰質、
初級運動皮質、輔助運動皮質、枕葉、布羅德曼1-48區、初級感覺皮質、初級
視覺皮質、初級聽皮質、杏仁核、海馬、耳蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、 顳葉、頂葉、皮質下結構、脊髓、神經根、感覺器官、和外周神經。 可以選擇所聚焦的組織從而使種類廣泛的疾病可以得到治療。這些可以
治療的疾病包括但不限於多發性硬化、肌萎縮側索硬化、阿爾茨海默病、 張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損傷、藥物成癮、食物成癮、酒精成 癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕金森病、帕金森神經機能障礙、強 迫症、抑鬱症、精神分裂症、雙相型障礙、急性躁狂、張力缺失、創傷後應 激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、癲癇、中風、幻聽、運動障礙、 神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成癮障礙、精神障礙、外傷性神經 損傷和感覺障礙。此外，用於產生改變的電流的電場和機械場可以聚焦於特 定腦部或神經結構，以實施如下程序感覺增強、感覺更改、麻醉誘導及維 持、腦定位、癲癇定位、神經萎縮減輕、利用神經系統的人工神經相互作用 或控制、中風及外傷性損傷的神經修復、膀胱控制、輔助呼吸、心臟起搏、 肌肉刺激、以及由諸如偏頭痛、神經病變以及下背部痛引起的疼痛症候群或
21者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部器官疾病的治療。
在向其傳遞機械場的經聚焦組織區域中，通過增加或減少神經元的興奮 性，可以將個體神經元的興奮性提高到可被組合的場刺激的點，或影響個體 神經元的興奮性以便引發或放大由經改變的電流所導致的神經興奮性的變 化。神經興奮性的這種改變可以持續超過刺激的持續時間，因此被用作提供 持續治療的基礎。此外，可以以多個但分離的時間段提供組合場，從而對細 胞和組織的興奮性具有總計的或累積的效果。可以在其它形式的刺激之前提 供組合場，以準備組織使其對其它後續形式的刺激更敏感或更不敏感。此外， 可以在間隔形式的刺激之後提供組合場，其中使用間隔形式的刺激以準備組 織以使得其使其對本發明的刺激形式更敏感或更不敏感。此外，組合場可施 用漫長的時間周期。
圖2圖示了通過電場36和機械場38的組合效應以在生物組織34中產生 具有新生的刺激用位移電流32的經改變的電流的實施方法的設備30。將組織 或複合組織34放置在產生電場36的電源40的陽極和陰極附近。將電場36 與例如超聲場38的機械場組合，該超聲場38能夠聚焦於組織34並通過超聲 換能器42產生。在機械場38聚焦並與電場36交叉的組織44的子區域內， 產生了位移電流32。通過振動和/或機械擾動組織44的子區域，可以相對所 施用電場36改變的組織44的介電常數以產生除了因電源場36而存在並且因 機械擾動引起在組織中的電導率變化而改變的電流之外的位移電流32。
通過向組織44的子區域提供機械場38，可以通過下述方式改變電場36 內的介電常數通過組織44的子區域的新元件在電場內外的振動使得組織連 續介電常數相對電場36改變，或者通過使得組織44的子區域的主體性質和 介電常數或組織電容由於機械擾動而改變。在電場內改變介電常數的實例可 以在具有不同介電常數的細胞膜和細胞外液在與電場相對的位置被機械場改 變時發生。與電場相對的不同介電常數的組織的這一變動將產生新的位移電 流。組織可具有高達或大於自由空間的介電常數的101倍的介電常數值，不同在於量值，和/或具有各向異性性質，從而使組織自身取決於施用電場的相 對方向顯示出不同的介電常數量值。更改大塊組織介電常數的實例發生在大 塊組織的相對介電常數在電場的存在下直接被機械擾動改變。可以將機械源 (即，超聲源)置於與電極位置相對的任何位置，即，在與電極相同的位置的內 部或外部，只要電場和機械場的分量處於相同區域中。
可以經由多種方法相對所施用電場改變組織介電常數。可將機械技術用 於相對所施用電場改變大塊組織介電常數，或用於相對所施用電場移動不同 介電常數的組織成分。對於如前討論的所施用機械場的頻率沒有特定限制，
然而，示例性頻率範圍從kHz以下到數1000MHz。可將另一個電磁場以與施 用的電磁場的初始頻率不同的頻率施用到組織，從而使其在初始施用電場的 頻率依賴點改變組織介電常數。還可以將光信號聚焦於組織上以相對所施用 電場改變組織介電常數。還可以將化學試劑或熱場施用到組織以相對所施用 電場改變組織介電常數。這些方法還可以組合使用以通過創傷性或無創性方 法相對所施用電場改變組織介電常數。
例如，圖3示出用於通過電場54和化學試劑56的組合效應產生具有新 生的位移電流52的經改變的電流的設備50。組織或組織複合58被放置在電 源60內，該電源60產生電場54並與釋放可聚焦於組織58的化學試劑56的 化學源62組合。在組織64中化學試劑56被釋放的區域內，電場54橫切組 織64的子區域，並且化學試劑56與組織64的子區域起作用以相對所施用電 場54改變組織相對介電常數。這產生了除了由於源電場54而存在的電流外 的位移電流52。化學試劑56可以是任何可與組織或組織64的細胞成分起作 用以改變其相對於電場54的介電常數的試劑。這可以是通過熱反應過程來提 高或降低組織64溫度，或通過化學反應以改變例如沿位於組織64內細胞壁 的離子雙層等細胞內和細胞外介質的離子分布。類似地，組織64內的蛋白質 和其他帶電成分的構象也可以被改變從而使組織介電常數相對低頻電場54改 變。該試劑還可以是使組織64內的任何分子或化合物暫時或永久地順應與低
23頻電場54相對的永久偶極矩的任何試劑。由化學試劑56驅動的化學反應必
須足夠快速地發揮作用從而在電場54的存在下使組織的介電常數快速地改變 以產生位移電流52。該反應還可以使得介電常數波動，從而隨著介電常數的 持續變化持續產生位移電流。除了在組織中發生的主介電常數變化外，在組 織中還可發生電導率變化，這次要地改變電流的歐姆分量。可以使用生物試 劑以替代或補充化學試劑56。該實施方式對於經聚焦的藥物傳遞可具有特定 應用，其中包括額外的化學或生物試劑以輔助組織的治療，或其中經改變的 電流可驅動額外的電化學反應以用於治療。例如，這可以用於諸如經聚焦的 基因治療或經聚焦的化學治療等領域。
另一實例如圖4所示，圖4圖示用於應用通過低頻電場74和電磁輻射場 76的組合效應產生具有新生位移電流72的經改變電流的方法的設備70。組 織或複合組織78被放置在低頻電場74內，該低頻電場74由電源80產生並 與產生可聚焦於組織78的輻射場76的輻射源82組合。在輻射場76在組織 78內聚焦的區域中，電場74橫切組織84的子組分，其中輻射場76與組織 84的子組分相互作用從而相對所施用電場74改變組織相對介電常數，並且因 此產生了除由於源電場74或輻射源場76自身而存在的電流外的位移電流72。 電磁輻射場76可以例如通過以歐姆方式改變組織84的溫度從而與組織84相 互作用、通過電場力作用於離子改變例如沿著沿細胞壁的離子雙層等細胞和 細胞外介質的離子分布、或通過電場力在組織內改變蛋白質和其他帶電成分 的構象，從而相對低頻電場74改變組織介電常數。此外，通過經由電限力移 動組織的成分，電磁場76可與組織84相互作用，如在各向異性組織中將看 到的，以對於低頻電場74改變組織的連續介電常數。除了在組織中出現的主 介電常數改變外，在組織中還出現次要地改變電流的歐姆分量的電導率變化。
圖5示出應用通過電場94和光束96的組合效應產生具有新生的位移電 流92的經改變電流的方法的設備90。組織或複合組織98放置在由電源100 產生的並與產生可聚焦於組織98的光束96的光源102相組合的電場94內。 在光束96聚焦於組織的區域中，電場94橫切組織104的子組分，其中光束96與組織起作用以相對所施用電場94改變組織相對介電常數，並且因此產生
除了因源電場94而存在的電流外的位移電流92。光束96可以例如通過以光 熱效應和/或粒子激發改變組織的溫度而與組織相互作用；通過光學激發離子 的運動而改變細胞內和細胞外介質中的離子分布(例如沿著沿細胞壁的離子雙 層)；通過雷射組織相互作用使組織離子化；或改變組織內的蛋白質和其他帶 電成分的構象，從而相對低頻電場94改變組織介電常數。除了存在於組織中 的主介電常數變化外，在組織中還存在次要地改變電流的歐姆分量的電導率 變化。
在另一實施方式中，可以使用熱源以改變組織介電常數的。在這樣的實 施方式中，可以在所要刺激的組織的外部或內部放置諸如加熱探針、冷卻探 針、或混合探針等熱源。熱源可通過直接依賴於組織溫度的介電常數、響 應溫度變化的組織機械擴展、或通過響應溫度變化而改變的粒子和離子振動 而產生的機械力，從而相對所施用電場改變組織介電常數。除了存在於組織 中的主介電常數變化外，在組織中還存在次要地改變電流的歐姆分量的電導 率變化。這一實施方式可以用於存在組織急性損傷時的刺激，其中可使用熱 源來額外輔助組織損傷的治療，例如外傷性腦損傷或諸如心臟等任何器官中 的梗塞。可以在提供刺激的同時冷卻或加熱組織以減少損傷的影響。
在另一實施方式中，可將根據本發明的方法應用到肌肉刺激的領域中， 其中可使用放大的、經聚焦的、方向經改變的和/或衰減的電流來通過直接剌 激、去極化肌肉細胞、超極化肌肉細胞，改變膜電位、和/或增加或減少肌肉 細胞的興奮性來改變肌肉活動。這種興奮性或激放電模式的改變可持續超過 刺激的持續時間並因而被用作提供玲續治療的基礎。此外，刺激可以以多個 但分離的時間段提供從而對於細胞和組織的興奮性具有總計的或累積的效 應。此外，可以通過調整肌肉細胞興奮性提供刺激以使組織做好準備使其對 後續的刺激形式更敏感或不敏感。可在使用另一形式的刺激使組織做好準備 之後使用刺激。此外，可長時間施用刺激。這一實施方式可用於更改或輔助 心臟起搏或功能、輔助呼吸、用於康復的肌肉刺激、存在神經或脊髓損傷的
25肌肉刺激以防止萎縮或輔助運動、或作為替代物理鍛鍊。
在另一實施方式中，根據本發明的方法可應用到物理治療的領域，其中 可使用放大的、聚焦的、方向改變的和/或衰減的電流通過將電流產生的焦點 施用到需要物理治療的受影響的區域從而刺激血液流動、增加或改變神經細 胞響應、消炎、加速疤痕組織分解、和加速康復。可以預見的是本發明的方 法在物理治療的領域中具有廣泛的多樣性，包括外傷性損傷、運動損傷、外 科手術康復、職業性治療的治療或康復、以及神經或肌肉損傷後的輔助康復。 例如，在關節或肌肉損傷後，在該區域中通常存在增加的炎症和疤痕組織和 降低的神經和肌肉響應。通常，在分別對神經和肌肉提供電刺激的同時向受 影響的區域提供超聲以增加血液向該區域的流動並增加疤痕組織的代謝性重
吸收；然而，通過一起提供這些刺激，人們可以得到每種單獨效應的好處， 但通過經改變的電流而額外放大的刺激和代謝效應。可以使用用於產生本文 所述的經改變的電流的其它方法，通過產生的位移電流而輔助物理治療。
此外，可以將根據本發明的方法應用到細胞代謝的領域，其中電流可用 於與電感受細胞或帶電膜相互作用以改變組織或細胞動力學。可以預見的是 這一實施方式可提供各種疾病的治療，其中電感受細胞響應新產生的位移電 流和經改變的電流分布。
此外，根據本發明的方法可應用到基因治療的領域。放大的、聚焦的、 方向更改的和/或衰減的電流可用於與電感受細胞或細胞內的受體相互作用， 以影響蛋白質轉移過程並改變細胞的遺傳內容。組織內經改變的電流密度可 與組織相互作用以刺激這一經更改的基因調控。此外，通過該方法產生的位 移電流還可以進一步被用於通過經改變的電流對試劑傳遞的影響而輔助藥物 傳遞和/或基因治療。
儘管己經在附圖和前面的描述中詳細圖示和描述了本發明，但是其應當 被認為是闡釋性的而非在特徵上的限制性，應當理解的是已經顯示和描述了 實施方式並且本發明的實質內的所有變化和修改都需要被保護。
2權利要求
1. 一種用於在生物組織中產生電流的設備，所述設備包括能夠產生穿過組織區域的電場的電源；以及用於相對所述電場改變所述組織的介電常數的裝置，從而與所述電場相對的所述組織的介電常數的改變在所述組織中產生位移電流。
2. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變所述介電常數的所述裝置選 自化學源、光源、機械源、熱源或電磁源。
3. 如權利要求1所述的設備，其中用於更改所述介電常數的所述裝置是 機械性的並且是超聲源。
4. 如權利要求l所述的設備，其中所述電場是脈衝調製的。
5. 如權利要求l所述的設備，其中所述電場是時變的。
6. 如權利要求l所述的設備，其中所述電場是一系列時變脈衝。
7. 如權利要求l所述的設備，其中所述電場是非時變的。
8. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置是脈衝 調製的信號。
9. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置是時變 信號。
10. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置是由一 系列時變脈衝組成的信號。
11. 如權利要求1所述的設備，其中所述組織是神經組織。
12. 如權利要求1所述的設備，所述設備進一步包括被配置以施用於組織 的至少一個電極。
13. 如權利要求1所述的設備，所述設備進一步包括被配置以施用於所述 組織鄰近的或外部的組織的至少一個電極。
14. 如權利要求l所述的設備，其中所述電源植入所述組織中。
15. 如權利要求1所述的設備，其中所述電源植入所述組織鄰近的、外部 的或內部的組織中。
16. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置植入所 述組織內部。
17. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置植入到 所述組織鄰近的、外部的或內部的組織中。
18. 如權利要求l所述的設備，其中所述電源被無創地施用。
19. 如權利要求1所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置被無創地施用。
20. 如權利要求1所述的設備，其中所述電源是從外部源產生的時變感應 磁場。
21. 如權利要求1所述的設備，其中出於治療目的所述電場被廣泛施用到 神經組織的大片區域並且所述裝置被聚焦在神經組織的特定區域。
22. 如權利要求1所述的設備，其中出於治療目的所述電場被廣泛施用到 神經組織的大片區域並且所述裝置被廣泛施用到神經組織的大片區域。
23. 如權利要求1所述的設備，其中出於治療目的所述電場和所述裝置被 聚焦在神經組織的特定區域。
24. 如權利要求1所述的設備，其中出於治療目的所述電場被聚焦在神經 組織的特定區域並且所述裝置被廣泛施用到神經組織的大片區域。
25. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場具有在從約DC到 100,000,000Hz的範圍內的頻率分量或多個分量。
26. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被廣泛施用並且用於改變介 電常數的所述裝置被聚焦並能夠被施用於神經組織以輔助選自多發性硬化、 肌萎縮側索硬化、阿爾茨海默病、張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損 傷、藥物成癮、食物成癮、酒精成癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕 金森病、帕金森神經機能障礙、強迫症、抑鬱症、精神分裂症、雙相型障礙、急性躁狂、張力缺失、創傷後應激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、 癲癇、中風、幻聽、運動障礙、神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成 癮障礙、精神障礙、外傷性神經損傷和感覺障礙的疾病的治療。
27. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述 裝置被聚焦並且能夠施用到神經組織以輔助選自多發性硬化、肌萎縮側索硬 化、阿爾茨海默病、張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損傷、藥物成癮、 食物成癮、酒精成癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕金森病、帕金森 神經機能障礙、抑鬱症、強迫症、精神分裂症、雙相型障礙、急性躁狂、張 力缺失、創傷後應激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、癲癇、中風、 幻聽、運動障礙、神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成癮障礙、精神 障礙、外傷性神經損傷和感覺障礙的疾病的治療。
28. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被聚焦並且用於改變介電常 數的所述裝置被廣泛施用並且施用於神經組織以輔助選自多發性硬化、肌萎 縮側索硬化、阿爾茨海默病、張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損傷、 藥物成癮、食物成癮、酒精成癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕金森 病、帕金森神經機能障礙、抑鬱症、強迫症、精神分裂症、雙相型障礙、急 性躁狂、張力缺失、創傷後應激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、癲 癇、腦中風、幻聽、運動障礙、神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成 癮障礙、精神障礙、外傷性神經損傷和感覺障礙的疾病的治療。
29. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述 裝置被廣泛施用並且被施用於神經組織以輔助選自多發性硬化、肌萎縮側索 硬化、阿爾茨海默病、張力失常、抽搐、脊髓損傷、外傷性腦損傷、藥物成 癮、食物成癮、酒精成癮、尼古丁成癮、口吃、耳鳴、痙攣、帕金森病、帕 金森神經機能障礙、抑鬱症、強迫症、精神分裂症、雙相型障礙、急性躁狂、 張力缺失、創傷後應激障礙、孤獨症、慢性痛症候群、幻肢痛、癲癇、腦中 風、幻聽、運動障礙、神經退行性疾病、疼痛障礙、代謝紊亂、成癮障礙、精神障礙、外傷性神經損傷和感覺障礙的疾病的治療。
30. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被廣泛施用並且用於更改介 電常數的所述裝置被聚焦到在腦部或神經系統內的一個結構或多個結構，該 腦部或神經系統選自背外側前額葉皮質、基底神經節的任意部分、伏核、胃 神經核、腦幹、丘腦、下丘、上丘、導水管周圍灰質、初級運動皮質、輔助運動皮質、枕葉、布羅德曼l-48區、初級感覺皮質、初級視覺皮質、初級聽覺皮質、杏仁核、海馬、耳蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、顳葉、頂葉、 皮質下結構、外周神經和脊髓。
31. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述 裝置被聚焦到在腦部或神經系統內的一個結構或多個結構，該腦部或神經系 統選自背外側前額葉皮質、基底神經節的任意部分、伏核、胃神經核、腦幹、 丘腦、下丘、上丘、導水管周圍灰質、初級運動皮質、輔助運動皮質、枕葉、 布羅德曼1-48區、初級感覺皮質、初級視覺皮質、初級聽覺皮質、杏仁核、 海馬、耳蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、顳葉、頂葉、皮質下結構、外周 神經和脊髓。
32. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被聚焦並且用於改變介電常 數的所述裝置被廣泛施用到在腦部或神經系統內的一個結構或多個結構，該 腦部或神經系統選自背外側前額葉皮質、基底神經節的任意部分、伏核、胃 神經核、腦幹、丘腦、下丘、上丘、導水管周圍灰質、初級運動皮質、補充 運動皮質、枕葉、布羅德曼1-48區、初級感覺皮質、初級視覺皮質、初級聽 覺皮質、扁桃體、海馬組織、耳蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、顳葉、頂 葉、皮質下結構、外周神經和脊髓。
33. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述 裝置被廣泛施用到在神經系統內的一個結構或多個結構，該神經系統選自背 外側前額葉皮質、基底神經節的任意部分、伏核、胃神經核、腦幹、丘腦、 下丘、上丘、導水管周圍灰質、初級運動皮質、補充運動皮質、枕葉、布羅德曼l-48區、初級感覺皮質、初級視覺皮質、初級聽覺皮質、扁桃體、海馬、 耳蝸、腦神經、小腦、額葉、枕葉、顳葉、頂葉、皮質下結構、外周神經和
34. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被廣泛施用並且用於改變介電常數的所述裝置被聚焦到神經組織，以實施選自以下程序的程序感覺增 強、感覺更改、麻醉誘導及維持、腦定位、癲癇定位、術前規劃、神經萎縮 減輕、神經修復與神經系統的相互作用或控制、中風及外傷性損傷的神經修 復、膀胱控制、輔助呼吸、心臟起搏、肌肉刺激、以及由諸如偏頭痛、神經 病變以及下背痛引起的疼痛症候群或者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部臟器 疾病的治療。
35. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述裝置被聚焦到神經組織從而實施選自以下程序的程序感覺增強、感覺更改、 麻醉誘導及維持、腦定位、癲癇定位、術前規劃、神經萎縮減輕、神經修復 與神經系統的相互作用或控制、中風及外傷性損傷的神經修復、膀胱控制、 輔助呼吸、心臟起搏、肌肉剌激、以及由諸如偏頭痛、神經病變以及下背痛 引起的疼痛症候群或者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部臟器疾病的治療。
36. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場被聚焦並且用於改變介電常數的所述裝置被廣泛施用到神經組織從而實施選自以下程序的程序感覺增 強、感覺更改、麻醉誘導及維持、腦定位、癲癇定位、術前規劃、神經萎縮 減輕、神經修復與神經系統的相互作用或控制、中風及外傷性損傷的神經修 復、膀胱控制、輔助呼吸、心臟起搏、肌肉刺激、以及由諸如偏頭痛、神經 病變以及下背痛引起的疼痛症候群或者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部臟器 疾病的治療。
37. 如權利要求1所述的設備，其中所述電場和用於改變介電常數的所述 裝置被廣泛施用到神經組織從而實施選自以下程序的程序感覺增強、感覺更 改、麻醉誘導及維持、腦定位、癲癇定位、術前規劃、神經萎縮減輕、神經修復與神經系統的相互作用或控制、中風及外傷性損傷的神經修復、膀胱控制、 輔助呼吸、心臟起搏、肌肉刺激、以及由諸如偏頭痛、神經病變以及下背痛引 起的疼痛症候群或者諸如慢性胰腺炎或者癌症等內部臟器疾病的治療。
38. —種用於刺激生物組織的方法，所述方法包括 施用電源到生物組織的區域以在所述組織中產生電場；和 通過應用用於相對所述電場改變所述組織的介電常數的裝置而相對所述電源改變所述組織的介電常數，從而與所述電場相對的所述組織的介電常數 的改變在所述組織中產生位移電流。
39. 如權利要求38所述的設備，其中用於改變介電常數的所述裝置選自 化學源、光源、機械源、熱源或電磁源。
40. 如權利要求38所述的方法，其中改變組織的所述介電常數包括施用 機械源以機械地改變組織的介電常數。
41. 如權利要求38所述的方法，其中用於改變介電常數的所述裝置是超 聲源。
42.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是神經組織。
43.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是內分泌組織。
44.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是電感受組織。
45.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是肌肉組織。
46.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是結締組織。
47.如權利要求38所述的方法，其中所述組織是骨骼組織。
48.如權利要求38所述的方法，其中所述方法被應用於所述組織的所述區域的物理治療。
49. 如權利要求38所述的方法，其中所述位移電流刺激所述組織的所述 區域中的血液流動。
50, 如權利要求38所述的方法，其中用於改變介電常數的所述裝置是施 用超聲到所述組織的區域的超聲源。
51. —種用於在生物組織中產生電流的設備，所述設備包括 能夠產生穿過組織區域的電場的電源，其中所述電源是附接到周圍組織區域的外表面的至少一個電極；和產生聚焦在組織的子區域的機械場的超聲設備，其中所述電場和所述機械 場的組合效果在所述組織區域內產生具有新生位移電流的經改變的電流。
52. —種用於刺激生物組織的方法，所述方法包括施用電源到生物組織的區域以在所述組織中產生電場；和 用於相對所述電場改變所述組織的介電常數從而產生位移電流的裝置；和 用於相對所述電場改變所述組織的電導率從而更改歐姆電流的裝置。
53. —種用於在生物組織中改變電流的設備，所述設備包括 能夠產生穿過組織區域的電場的電源；和用於相對所述電場改變所述組織的介電常數從而產生位移電流的裝置；和 用於相對所述電場改變所述組織的電導率從而更改歐姆電流的裝置。
54. —種用於在生物組織中產生電流的設備，所述設備包括 能夠產生穿過組織區域的電場的電源；和產生聚焦在組織的子區域上的機械場的超聲設備，其中所述電場和所述機 械場的組合效果在所述組織區域內產生具有新生的位移電流的經改變的電流。
55. —種用於在生物組織中改變電流的設備，所述設備包括 能夠產生穿過組織區域的電場的電源；和用於相對所述電場改變所述組織的電磁性質的裝置。
全文摘要
本發明提供了一種用於在生物組織中產生聚焦電流的設備。該設備包括能夠產生穿過組織區域的電場的電源和用於相對所述電場改變所述組織的介電常數從而產生位移電流的裝置。用於改變介電常數的裝置可以是化學源、光源、機械源、熱源、或電磁源。
文檔編號A61N1/00GK101500644SQ200780029409
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月18日 優先權日2006年6月19日
發明者提摩太·安德魯·華格納, 裕維·之為·依典 申請人:高地儀器公司