高解析度電刺激引線的製作方法

2023-09-16 09:47:35 1

專利名稱：高解析度電刺激引線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於向周圍組織提供電刺激的系統，以及一種用於向周圍組織提供電刺激的方法。
背景技術：
新的高解析度神經接ロ允許向目標組織進行治療刺激的準確空間導引(steering)。這樣的高解析度接ロ通常包括能夠傳遞刺激(例如，電脈衝)的元件(例如,觸點或電極)的類似陣列的分布，並且陣列通常位於載體結構(例如，延長的柔性探頭)上。圖IB表示了用於深度腦刺激治療用途的用於準確傳遞電刺激的這樣的高解析度神經接ロ的示例。為了進行比較，在圖IA中以相同的尺度提供了用於深度腦刺激治療的傳統的低解析度神經接ロ。圖IA和IB中所示的電極分別也被稱作現有技術的DBS引線(lead)和高解析度DBS陣列。所要注意的是，在組織中這樣生成場在諸如組織切除之類的其它應用或甚 至非治療應用中也會是有用的。DBS引線周圍的腦組織中的電勢可以使用Edsberg L.的Introductionto Computation and Modeling for Differential Equations, J. Wi ley,Wiley-Interscience: pp. 140-146，2008，ISBN-13 9780470270851 中所公開的有限元法(FEM)進行計算。DBS 電極所生成的電勢 V 通過求解 Bronzino J.的 Biomedical EngineeringHandbook 2006，vol. I，section III，chapter 20，pp. 1-3，CRC. 1，ISBN-139780849304613中所公開的泊松方程而獲得
= 一VbJ"'(I)
a
其中マa是Laplace算子，是電流源，且彳是導電率。為了估計DBS激活的量，可以計算激活函數(activating function, AF)0通常，AF 對如 Ratty F.的 The basic mechanism for the electrical stimulation of thenervous system, Neuroscience Vol. 89，No. 2，pp. 335-346，1999 中所公開的用於神經元去極(depolarization)的驅動カ進行量化。如McIntyreC. C.、S. Mori 等人的 Electric field and stimulating influencegenerated by deep brain stimulation of the subthalamic nucleus, ClinicalNeurophysiology Volume 115 Issue 3，pp. 589-595，March 2004 中所公開的，刺激量的估計通過對激活函數的分布進行閾值化(thresholding)而實現，其已經被示出為提供對被激活組織的量的良好初始估計，這利用更為廣泛的計算建模來進行計算。激活函數通過取外部電勢的離散的ニ階空間導數(second spatial derivative)而獲得。例如，對於以z方向取向的元素，激活函數被計算為AF1 ix,f,z) = V{x,y,z - Az) + V{x,y,z + Az) - 2V{x,y,z),(2)
其中步長Az =0.5 mm是有髓纖維的典型節點間長度。激活在該激活函數跨過特定閾值時發生，也就是說，即其取決於刺激參數(最顯著的是脈衝持續時間)、纖維屬性和相對纖維-電極取向。在臨床實踐中，在對於給定刺激配置而言獲得不利的副作用時將會考慮刺激場的重新定位。通過對刺激場進行導引使其遠離負責這樣的副作用的區域，將嘗試避免副作用並且同時保持良好的治療效果。在當前的臨床實踐中，用於移位(displace)刺激場的常用方法是通過選擇不同的觸點進行刺激傳遞。由於這立即將刺激場移位2-3 mm，所以這是ー種十分粗糙的方法。通過電流導引技術和/或高解析度刺激陣列，能夠實現對刺激場移位更為精細的控制。電流導引在本領域中已知為用於移位刺激場的方法。簡言之，該方法包括對兩個或更多觸點之間的電流傳遞進行平衡。例如，Butson, C. R.和McIntyre C. C.的しurrent steering to control the volume of tissue activated during deep brain stimulation, Brain Stimulation 1(1): pp. 7-15, 2008 論證了可以如何與現有技術的DBS引線一起使用電流導引來對刺激量進行調諧，見圖2。在該示例中，總的刺激電流在兩個相鄰電極上進行分布並且取決於兩個電極之間的電流平衡而產生不同的激活曲線(profile)。圖2從左到右示出了 DBS電極、從單個電極的激活開始並且以DBS電極的兩個相鄰電極的激活結束的一系列場等高線(contour )。如從圖2所清楚的，對兩個觸點之間的電流進行平衡允許偏移(shift)激活量。US2007/0203539公開了利用圖IB所示出的高解析度DBS陣列進行電流導引。

發明內容
本發明的目標是使得能夠在具有高解析度探頭的系統中容易地應用場導引。特別地，本發明的目標是提供ー種利用高解析度探頭應用電流導引而不會不當地増加消耗功率的系統和方法。本發明的第一方面提供了一種如權利要求I中所要求保護的用於向周圍組織提供電刺激的系統。本發明的第二方面提供了一種如權利要求13中所要求保護的用於利用具有多個電極的探頭生成電刺激以便應用於周圍組織的方法。有利實施例在從屬權利要求中進行限定。依據本發明的第一方面的一種用於向周圍組織提供電刺激的系統包括具有多個電極的探頭。生成器向所述電極提供電信號以獲得周圍組織中的場分布。對生成器進行控制的控制器在第一狀態中向電極提供電信號的第一分布以生成第一場分布，並且在第二狀態中向電極提供電信號的第二分布以生成第二場分布。電信號的第一分布與電信號的第二分布相比關於電極更加對稱，並且電信號在第二狀態中所導致的電刺激電流的總量低於第一狀態中所導致的。通過具有這樣的電流總量(其在較不對稱的分布中較少)，可能防止系統所汲取功率過於大幅地増加。特別地，如果用於系統的功率由電池提供，則過大的功率消耗會導致電池耗損過快。相反，如果電信號的分布被選擇為更加對稱或者被變為更加對稱的分布，則允許増加電流總量而並不會導致電池消耗過快。如果電極的激活彼此相同，例如通過向電極陣列的所有電極提供相同的電流，則獲得電信號關於電極最為対稱的分布。以這種方式，分布的此對稱性能夠獨立於電極陣列的實際形狀進行定義。所產生的場分布的形狀取決於陣列的實際形狀。只要對電極進行激活的電信號有所不同，電信號的分布就被稱作是不對稱的。電極激活差異越大，電信號的這種分布就將越不對稱，並且所產生的場分布就與電信號的對稱分布期間所出現的場偏離越大。以相同的方式，具有(關於電極)対稱的場分布在這種背景下意味著在所有電極彼此相同地被激活時所獲得的場分布。所產生的場分布具有由電極陣列的形狀所確定的形狀。如果使用圖IB的探頭，則如果應用於電極的所有電流都相同，則場將肯定是旋轉對稱的。通過不彼此相同地對所有電極進行激活，例如通過向至少ー個電極提供不同電流，則所生成的場的形狀與通過彼此相等的激活所獲得的形狀有所偏離並且被稱作較不對稱的。這樣的不相等激活會導致關於原始對稱場的變化以獲得場在特定方向中的指向性。另外，其中部分電極根本沒有被激活的情形也被認為是較不對稱的。例如，關於圖IB所示的探頭，其中電極環沒有被激活的情形也是更不対稱的分布，這導致了更不對稱的場分布。在其中電信號分布的対稱性或者場關於電極陣列的形狀的対稱性減弱的所有情形中，提供給電極陣列的總電流應當減小。 在一個實施例中，控制器對提供給電極的電信號進行調節以使得所生產的場從第一狀態中的第一分布逐漸變為第二狀態中的第二分布。在探頭位於組織中時，通過逐漸改變場分布，使不期望的可能的副作用最小化。如果場分布變化過快，則患者不能及時表示出該變化是難以接受的。在一個實施例中，在從第一狀態變為第二狀態時控制器以這樣的方式減少電刺激電流的總量，即使得在第一狀態中和第二狀態中提供給電極的總功率基本上保持恆定。以這種方式，從電池獲取的功率基本上保持恆定並且防止了不期望的電池的快速消耗。例如，根據電池的期望壽命，可以不允許電流増加超過25%或者甚至不超過5%。在一個實施例中，控制器減少電刺激電流的總量以將第二狀態中的場分布保持在第ー狀態中的場分布的邊界之內。在另一個實施例中，控制器減少電刺激電流的總量以使得第二狀態中場分布的最大值基本上等於第一狀態中場分布的最大值。場分布的最大值通過侵入(trespass)場強度的特定閾值而定義。因此，以這樣的方式控制電刺激電流，即使得第ニ狀態中場的強度總是不大於第一狀態中場的強度而僅是指向性改變。在一個實施例中，控制器在第一狀態中生成在探頭周圍対稱的場分布，並且在第ニ狀態中生成具有關於探頭在所期望方向延伸的指向性的場分布。在一個實施例中，第一場分布和第二場分布是電壓場、電場、激活函數或者多隔室神經元模型的激活曲線的分布。在一個實施例中，所述探頭具有延長的形狀並且所述多個電極在不同軸向位置圓周排列於所述探頭上，其中幾個電極存在於所述不同軸向位置中的ー個相同位置。這樣的高解析度DBS探頭表現為尤其適於被置於組織之中並且以高準確度生成所期望的場分布。本發明的這些和其它方面將參考隨後所描述的實施例進行闡述並且由此是顯而易見的。


在圖中
圖IA示出了現有技術的低解析度DBS引線，並且圖IB示出了現有技術的高解析度DBS陣列，
圖2示出了根據現有技術的恆定總電流場導引，其利用低解析度DBS引線的AF等高線進行圖示，
圖3示出了圖IB所粗繪的探頭的頂視圖(具有一個「優選」和三個「其它」方向的指示)， 圖4示出了用於生成提供給圖3所示的探頭的電極的電信號的系統的示意性框圖，
圖5A和5B示出了高解析度DBS陣列允許使用場導引技術來關於組織準確定位刺激
場，、
圖6A和6B示出了恆定的總計總電流期間AF曲線上的場導引的效果，且圖6C示出了圖6A和6B的電流導引示例的功率消耗的圖形，
圖7A和7B示出了在應用電流限制的情況下AF曲線上的電流導引的效果，並且圖7C示出了圖7A和7B的電流導引示例的功率消耗的圖形，
圖8A和8B闡明了場分布的擴展(spread),
圖9示出了切線方向中的恆定刺激擴展，且
圖10示出了刺激擴展，其獨立於沿任意方向排列的纖維的特定截面(section)的場的指向性。應當注意的是，不同示圖中具有相同附圖標記的項目具有相同的結構特徵和相同的功能或者是相同的信號。在已對這樣的項目的功能和/或結構進行過解釋的情況下，不必在詳細描述中對其進行重複解釋。
具體實施例方式圖IA示出了現有技術的低解析度DBS引線，並且圖IB示出了現有技術的高解析度DBS陣列。兩個DBS探頭都是延長的圓柱支承結構，電極Ei在其上由黒色區域所指示。在圖IA中，低解析度DBS引線PRl的四個電極El至E4示為圓周排列在支承結構上。低解析度DBS引線PRl可以具有比四個電極El至E4更少或更多的電極。當被驅動時，這些電極El至E4分別向周圍組織提供電刺激電流ISl至IS4。電極也被統稱為Ei並且電刺激電流也被統稱為ISi。在圖IB中，示出了高解析度DBS陣列PR2，其中四個電極Ei的組沿支承結構軸向移位。四個電極Ei圍繞支承結構的圓周等距離定位。然而，可以使用電極Ei的任意其它分布。例如，一個組中的電極Ei可以少於或多於四個和/或可以以非等距的方式進行定位。組中的電極Ei的數量可以有所不同。組之間的距離可以有所不同。支承結構可以具有任意適當的形狀。在下文中，電極Ei也被稱作元件Ei。高解析度DBS陣列PR2的數量眾多的元件Ei意味著能夠生成眾多數量的刺激傳遞組合。測試所有這些組合實際上是不可能的。通過對沿探頭PR2的長度排列的電極Ei使用本領域已知的電流導引方法，該問題能夠大幅簡化。採用高解析度接ロ的導引功能的ー種方式是通過將總體的刺激電流朝關於探頭PR2的圓周的優選方向進行逐漸偏移。ー個或多個刺激元件Ei (即，沿圓周排列的電極)被定義為「優選」方向，而ー個或多個元件Ei則被定義為「其它」方向。優選地，「優選」和「其它」元件共同包括對稱排列，例如覆蓋圓柱形探頭PR2的圓周。圖2示出了根據現有技術的恆定總電流的場導引，其利用低解析度DBS引線的AF等高線進行圖示。圖2從左至右示出了 DBS電極PRl以及電極El和E2上的導引電流的不同比率的一系列場等高線Fl至F6。電極El和E2的導引電流的比率在場等高線的頂部進行指示。總的總計導引電流量保持恆定。Fl示出了單個電極El的激活的場等高線，而F6則示出了等同激活兩個電極El和E2時的場等高線。在該示例中，總的刺激電流在兩個相鄰電極El和E2上分布。根據提供給兩個電極El和E2的電流的平衡，產生了不同的激活曲線並且因此對激活量進行偏移。圖3示出了圖IB中所粗繪的探頭的頂視圖，其具有一個「優選」和三個「其它」方向的指示。針對如同圖IB的示例的元件Ei的正方形陣列的情形，圖3提供了這樣的排列 的軸向頂視圖；存在ー個所指示的「優選」方向ro和三個「其它」方向0D。根據所期望的場分布，元件的陣列可以具有元件Ei的任意其它適當的排列。遵循電流導引技術，可以正式如下實施電流導引
向鄰近刺激元件Ei的組織施加總刺激電流IMinal (1+@)，其分布在構成用於刺激傳遞的總共(total) ntotal個元件Ei的nother個「其它(other)」元件EO以及rvef個「優選(preferential )，，兀件 EP 上。在對稱(非導引)模式中，「其它」和「優選」元件各自(平均)接收電流
lotherlprefInominalZ 1^total( ノ
定義電流導引平衡參數ガ，其對刺激傳遞的非対稱性進行量化以使得每個「優選」元件EP (平均)接收電流
lpref = Inominal/ntotal* (I + ^ * (11Other/nPref) )(4)
並且每個「其它」元件EO (平均)接收電流
I other _ Inominal/ntotal* (I _ ^ )(5)
結果』所傳遞的總電流]^!^*!— + npref*ipref = Imminal保持恆定,但是通過將電流導引平衡參數-從0增大為1，電流傳遞曲線逐漸從對稱排列偏移為所有電流都施加在「優選」地點(site) EP上的情形。還可能的情形是電流導引平衡參數ガ>1，即在將相反極性的電流送至「其它」地點EO吋，導致刺激量的進ー步移位。注意，取自(之前所提到的)Butson和McIntyre 2008的示例對應於Iitrthw = npref = I的情形。圖4示出了用於生成被提供至圖3所示的探頭的電極的電信號的系統的示意性框圖。生成器I向圖IB和3所示的高解析度DBS陣列的電極Ei提供電信號Sil至Si4 (被統稱為Si)。控制器2對生成器I進行控制以向電極Ei提供電信號Si的特定分布以在組織中獲得所需的場分布Fi。電源3向生成器I和控制器2提供功率。用戶接ロ 4接收針對控制器的用戶輸入以使得能夠輸入所期望的場分布Fi，或者現有場分布Fi的所期望變化。例如，用戶可以指示場分布Fi的指向性的變化。如果具有植入電極的患者並非處於臨床環境中，則該電源3是電池。重要的是，電池可以在良好定義的時間段內使用。因此，如果電池在該時間段內耗儘是非常麻煩的。此外，總體上消耗少的功率是有利的。在將所生成的場變得更加不對稱吋，電信號Si必須要被改變以使得它們中的一個變得更大以使得組織中的電流在不對稱的方向變得更大。這增加了功率消耗。在本發明的ー個方面中，組織中所生成的總電流在場的不対稱性增加時有所下降。在一個實施例中，改變電信號Si以使得提供給組織的功率以及因此向電池3請求的功率在場Fi的指向性改變時基本上保持恆定。圖5A和5B示出了高解析度DBS陣列允許使用場導引技術來關於組織準確定位刺激場Fi。通過電流導引與高解析度引線PR2的組合，能夠採用非常準確的刺激導引。例如，可以執行導引以使得能夠對刺激的對稱傳遞將導致副作用的情形(例如，因為特定方向/區域中的刺激對會導致不利以及不希望的副作用的結構進行激活)進行補償。通過具有導引刺激的選項，可以避免向那些結構傳遞不希望的刺激。圖5A示出了在區域STN的中間最優放置的探頭PR2，其在對稱刺激模式中被用來獲得導致FS所指示的對稱場分布的良好目標覆蓋。可以利用現有技術的探頭PRl獲得等同的結果。圖5B示出了對於次優放置的探頭PR2，區域STN能夠在應用場導引技術以使得虛線內的區域FA被覆蓋的情況下被良好覆蓋。利用現有技術的探頭PRl無法實現這樣的結果，原因在於這樣的探頭覆蓋圓Cl內的區域並且出現了次優目標覆蓋和/或到相鄰結構Cl中的洩漏。 圖6A和6B示出了恆定的總計總電流期間AF曲線上的場導引的效果，並且圖6C示出了圖6A和6B的電流導引示例的功率消耗的圖形。圖6A和圖6B都在垂直於圖3中示出了其橫截面的探頭PR2的軸線的ニ維xy平面中示出了場分布。圖6A示出了對稱場分布FS1，其被變為具有如箭頭所指示的沿X軸的正交指向性的場分布FAl。圖6B示出了對稱場分布FS1，其被變為具有如箭頭所指示的對角方向中的指向性的場分布FA2。圖6C示出了歸ー化功率消耗的圖形，其是根據在線條NPl中圖6A的電流導引示例的電流導引平衡參數蘆以及在虛線NP2中圖6B的電流導引示例的電流導引平衡參數-。隨著電流導引平衡參數-根據以上的方程(equation) (4)和(5)増大，刺激區域移動得逐漸遠離「其它」方向並且同時其被移位到箭頭所指示的「優選」方向中。另外，隨著導引的増大(^増大)，系統的功率消耗大幅上升。因此，以上電流導引示出了以下效果
Ca)功率消耗在應用常規電流導引時大幅上升，
(b)刺激的擴展增加到優選方向之中。效果(a)應當被緩解，原因在於增加的功率消耗對刺激設備的電池工作時間造成不利影響。然而，效果(b)也應當被緩解，這是因為將應用導引以減少對於給定設置的副作用並且在特定方向中所増加的擴展帶來了對另ー結構進行所不希望的激勵的風險，這潛在地引發其它/新的副作用。例如見圖5B，那裡電流導引使場移動得遠離區域Cl (內囊)，但是同時導致到區域ZI的擴散的偏移，這可能是不希望的。因此，本發明尋求提供一種系統和方法，用於減少功率消耗和/或較不易於出現刺激場擴展移位的刺激場導引。根據本發明，用於向周圍組織提供電刺激的系統包括具有多個電極的探頭。生成器向所述電極提供電信號以在周圍組織中獲得場分布。控制器對所述生成器進行控制以使得在第一狀態中將所述電信號的第一分布應用於所述電極以生成第一場分布，並且在第二狀態中將所述電信號的第二分布應用於所述電極以生成第二場分布。所述第一場分布比所述第二場分布更加對稱，並且所述電信號在第二狀態中所導致的電刺激電流的總量小於第一狀態中所導致的。通過在使得組織中的場分布更不對稱時減少組織中電刺激電流的總量，圖6A、6B和6C中所示出的負面效果得以被緩解。如果電流總量針對較不対稱的場有所減少，功率增加將較少或者甚至可以保持恆定並且擴展也將較少。甚至可以對電流總量進行控制以使得不對稱場所覆蓋的體積為最大值但是仍然處於在應用對稱場時所覆蓋的體積的邊界之內。因此，本發明提供了ー種具有刺激場導引功能的系統，其中通過改變在刺激元件組之間傳遞的電流中的平衡(「導引」)，並且由此針對増加的「不平衡」根據適當算法自動減小所傳遞的總電流來實現刺激場導引。對於如以上所討論的兩個刺激元件Ei的組的情況，這可以以形式化表示如下 每個「優選」元件EP (平均)接收電流
Ipref丄nominal, ntotal*
(I + バotherZnpref) )( 6 )
並且每個「其它」元件EO (平均)接收電流
lother InominalZ(I^ )C7)
其中函數0彡/(￠) < I。所以，/W)是用來在通過應用電流導引平衡參數ガ已經對電流進行重新分布之後調節電流水平的函數。對於ー些應用而言，/(￠)可以是恆定的，而對其它應用而言，/W)則可以的確是電流導引平衡參數0的函數。在可替換的表示形式中，以上可以如下撰寫
每個「優選」元件EP (平均)接收電流
lpref =)*Inominal/ntotal*(l + MfctrtherAlpref))(8)
並且每個「其它」元件EO (平均)接收電流
lother =)*Inominal/ntotal*(l ~ ^ )(9)
其中函數^'(￠) < I。這裡，^'(￠)執行如以上デ(￠)所進行的調節電流水平的功能。函數/(￠)可以針對不同要求進行優化，例如恆定功率消耗或者優選方向中刺激傳遞的恆定範圍，等等。注意到，/(￠)=0的情形意味著恆定電流被傳遞到優選地點EP (也被稱作元件或電極)而不考慮導引參數。在以上示例中，所有優選元件EP接收相同電流對於本發明並非是必需的，並且所有其它元件EO接收相同電流也並非是必需的。電流分布可以關於所要生成的場Fi的期望指向性而最優地進行選擇。通過本發明多方面的示例，以下提供多個實施例。圖7A和7B示出了應用電流限制的情況下AF曲線上的電流導引的效果，而圖7C示出了圖7A和7B的電流導引示例的功率消耗的圖形。在圖7A和7B中，在正交的xy系中示出了ニ維區域。垂直軸線描繪了 y (以_為單位)，水平軸線描繪了 X (以_為單位)。探頭PR2定位於原點0，0，並且四個電極Eil至Ei4對稱排列在探頭PR2的表面上。圖7A利用沿X軸的指向性示出了對稱場分布的AF曲線FSl以及非對稱場分布的AF曲線AF3。圖7B分別利用不平行於X軸或y軸的方向的指向性示出了對稱場分布和非對稱場分布的AF曲線FS1、AF4。所要注意的是，AF分布也被稱作場分布。在圖7A和7B中都提供了具有植入患者腦部的64個刺激元件的陣列的DBS設備PR2。另外，提供了 UI(圖4中的用戶接ロ)來控制DBS設備PR2的刺激參數。UI 4具有允許對「導引」進行控制的元件並且其具有允 許對「刺激擴展」進行控制的元件。作為示例，用戶選擇總共8個電極中的兩個相鄰的環並且彼此之上定義兩個「優選」電極EP，而將其它六個電極定義為「其它」電極E0。如圖7A和7B中通過屬於對稱場分布的圓FSl內的面積所指示的，使用3 _的統ー刺激擴展作為起始點。當在n上對「導引」功能進行控制時，將可能實現的是，根據導引參數刺激在優選方向中的擴展是恆定的(保持固定為3mm)。從刺激發現，如果取/(￠) = 1/3或者等同地^'(￠)=(I - 0.53)，則這可以實現。類似地，對於nQtto=4且rvef=4，發現對於デ(￠)=0.5或者等同地^'(￠) = (I - 0.253)，能夠實現優選方向中的恆定刺激擴展。作為附加效果，觀察到功率消耗遠小於常規電流導引。這是提供給電極Ei的電流Si在應用導引時被減小的事實的結果。圖7A示出了正交的非對稱場分布AF3，且圖7B示出了對角線的非對稱場分布AF4。圖7C示出了根據兩種情形中的電流導引平衡參數#的歸ー化功率NP。虛線NP3指不圖7A所不的對角線非對稱場分布的功率,線NP4不出了圖7B所不的正交非對稱場分布的功率。恆定功率模式實施例
假設64個元件的刺激探頭PR2連接到也提供大型返回電極的脈衝生成器I。通過使用阻抗測量技術來確定刺激探頭的64X64的矩陣R。對角線元件Rn，n反映了從電極n到返回 電極的電阻杭，並且非對角線元件Rm，n則對應於元件m和n之間的電阻杭。電阻矩陣允許計算與傳遞到64個元件的刺激電流れ…i64 (圖IB的電刺激電流ISi)的分布相關聯的元件電壓Vi (圖4的電信號Si)的1X64的矢量
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v2醜1,2 ^2,2 ^3,2 ...... h
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通過點積獲得功率消耗
Y ニ V叉 I ニ {R I)T I = It R1 I(11)
在恆定功率導引模式中，點積It R' I保持恆定。例如，對於4個電極Ei的對稱排列，功率消耗被計算為
P— h*(Rlt,*h + R7J% + R%i% + + ...
+ i2*(Rl,2*tt *t_ t*h ++ 馬,2 ) +
++ Ri^h 十馬/,、+十…
+ 卵,/il + 氣4%—十氣4% + Al,4 )
在分別用ip、i。、i。、i。代替れ、i2> i3> i4之後
P = 3 2 Tpp + i。2 Too + ip i。
Tpo(13)
其中項Tpp、Too、Tpo是方程(12)的ー些Rij項之和。在對稱模式中，其中所生成的場是對稱的，保持ip=iJisym，這產生標稱功率
Pnom = Isym2 (TPP + TOO + Tpo)(14)
假設在非對稱模式中，保持i。= isyffl*(l-^)並且ip = isyffl* f(P)，並且非對稱模式中的功率應當等於對稱模式中的功率，因此
P = Qsym f ( 3 ))2 Tpp + Qsym (I-旦))2 Too + isym f (^ ) isym (I- 3 ) Tpo
(15)
這是ニ階方程(second order equation),其具有作為0的函數的未知ip。這樣的方程的解可以進行繪製並且隨後利用ニ階(或更高階)的多項式進行擬合。以這種方式，可以容易確定多項式的係數。對於ニ階擬合，發現
ip = isym (I. I + 2.2 3 - 0. 95 ^2)(16)
如果甚至需要更為恆定的功率，則當然將可能更為準確地定義電流導引平衡參數3的函數。如果涉及多於4個的電極，雖然所要求解的方程變得更加複雜，但是可以實施正常的代數方法來找出電流導引平衡參數0的函數。在另ー個示例中，對於4個地點Ei (例如,地點或電極Eil至Ei4)各自將接收電流Inominal/4的給定對稱刺激曲線，即這對應於電流矢量以及根據以上方程所計算的相關聯的電壓矢量。功率消耗計算為
權利要求
1.一種用於向周圍組織提供電刺激的系統，包括 具有多個電極(Ei)的探頭(PR1; PR2)； 用於向所述電極(Ei)提供電信號(Si)以在周圍組織中獲得場分布(Fi)的生成器(I); 控制器(2)，被構建為對所述生成器(I)進行控制以 在第一狀態中向電極(Ei )提供電信號(Si )的第一分布以便生成第一場分布，並且在第二狀態中向電極(Ei)提供電信號(Si)的第二分布以便生成第二場分布，其中所述第一分布與第二分布相比關於所述電極(Ei)更為對稱，以及 提供電信號(Si)，以便獲得在第二狀態中低於第一狀態中的提供給探頭(PRl; PR2)的電刺激電流(ISi)的總和。
2.根據權利要求I的系統，其中所述控制器(2)被構建為對針對電極(Ei)的電信號(Si)進行調整以使得所生成的場分布(Fi)從第一狀態中的第一場分布逐漸變為第二狀態中的第二場分布，或者相反。
3.根據權利要求2的系統，其中所述電信號(Si)是電刺激電流(ISi)，在使用中，其通過電極(Ei)流入周圍組織。
4.根據權利要求I的系統，其中所述控制器(2)被構建為在從第一狀態變為第二狀態時減小電刺激電流(ISi)的總和以保持在第一狀態中和第二狀態中提供給電極(Ei)的總功率基本上恆定。
5.根據權利要求3的系統，其中所述控制器(2)被構建為減小電刺激電流(ISi)的總和以將第二狀態中的場分布保持在第一狀態中的場分布的邊界之內。
6.根據權利要求5的系統，其中所述控制器(2)被構建為減小電刺激電流(ISi)的總和以將第二狀態中的場分布(Fi)的最大值保持為與第一狀態中的場分布(Fi)的最大值基本上相等，其中場分布(Fi)的最大值通過侵入場強度的閾值而定義。
7.根據權利要求2的系統，其中所述探頭(PRl;PR2)和控制器(2)被構建為在第一狀態中生成在探頭(PRl; PR2)周圍對稱的場分布(Fi)，並且在第二狀態中生成具有關於探頭(PRl; PR2)以期望方向進行延伸的指向性的場分布(Fi)。
8.根據權利要求I的系統，其中所述第一場分布(Fi)和第二場分布(Fi)是電壓場、電場、激活函數或者多隔室神經元模型的激活曲線的分布。
9.根據權利要求I的系統，其中所述探頭(PRl;PR2)具有延長的形狀並且所述多個電極(Ei)在不同軸向位置圓周排列於所述探頭(PR1; PR2)上，其中幾個電極(Eil，Ε 2,Ei3, Ei4)存在於所述不同軸向位置中的一個相同位置。
10.根據權利要求I的系統，進一步包括用於輸入包括場分布(Fi)的取向的指向性的用戶接口(4)。
11.根據權利要求I的系統，進一步包括用於輸入提供給電極(Ei)的總功率的用戶接口⑷。
12.根據權利要求I的系統，進一步包括用於輸入場分布(Fi)的擴展的用戶接口(4)。
13.一種用於利用具有多個電極的探頭(PR1; PR2)生成電刺激以便應用於周圍組織的方法，所述方法包括 生成電信號(SIi), 在第一狀態中生成針對電極(Ei)的電信號(Si)的第一分布以生成第一場分布(Fi),以及 在第二狀態中生成針對電極的電信號(Si)的第二分布以生成第二場分布(Fi)， 其中所述第一分布(Fi)與第二分布(Fi)相比更為對稱，並且所述電信號(Si) 在第二狀態中所生成的電刺激電流(ISi)的總和低於第一狀態所生成的。
全文摘要
用於提供刺激的系統包括探頭，具有多個電極，每個電極能夠向周圍組織提供特定電流；生成器，用於向每個電極提供特定電流；控制器，用於對所述生成器進行控制以向電極提供電流而在所述探頭周圍實現期望電場。
文檔編號A61N1/34GK102711903SQ201080058854
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月21日 優先權日2009年12月23日
發明者E-C·託亞德, H·C·F·馬滕斯, M·M·J·德克裡 申請人:沙皮恩斯腦部刺激控制有限公司