通過可被神經接收的電波形治療哮喘和呼吸疾病的製作方法

2023-07-18 10:47:01 1

專利名稱：通過可被神經接收的電波形治療哮喘和呼吸疾病的製作方法
相關的申請這是2000年11月27日提交的申請序列號為No.60/253,243，名稱為「通過可被神經接收的電波形治療哮喘和呼吸疾病」的申請的非臨時專利申請。
背景技術：
本發明涉及一種通過可被神經接收的電波形治療哮喘和呼吸疾病的方法。
呼吸作用是人體生命的關鍵部分。肺從空氣中得到氧並通過血流輸送到整個人體。空氣進入到肺必須經過支氣管，而支氣管在很多刺激的作用下能夠張開或閉合。例如，一旦支氣管響應於吸入變應原而發生收縮並且被粘液堵塞，象在哮喘發作時那樣，則空氣的量會急劇地減少並導致缺氧。支氣管樹收縮和被粘液堵塞的持續發展一直是對生命的威脅。本發明提供了一種降低粘液分泌並引起支氣管樹擴張的方法。
肺的導氣通道從氣管(呼吸管)開始，向下分支(分開)為左右支氣管。隨著分別進入相應的左右肺，其變成肺葉支氣管隨後是肺段支氣管。應指出的是氣管和主支氣管由「C」字形的軟骨環所支撐。這些軟骨環幫助大的支氣管結構的形狀。「C」字形在後方開口，在開口位置處由肌肉封閉支氣管。支氣管肌肉在張開或封閉支氣管時起著重要作用。當繼續下移到終末細支氣管時，支氣管在直徑方面經過了大約20次縮減，如果不算肺泡，終末細支氣管就是最小的導氣通道。
支氣管的肌肉發達，並且在一定的刺激(包括來自大腦的輸入)作用下能夠改變其管(內部)腔的直徑。終末細支氣管分支為呼吸細支氣管，而呼吸細支氣管具有偶爾從它們的管壁上長出的肺泡。最後，細支氣管通向肺泡管，肺泡管完全被襯以肺泡。
肺泡(或者小泡)是微小的囊一樣的結構，氧和二氧化碳的交換在其中進行。它們通常也稱為氣囊。肺的肺泡區域被稱為呼吸區。充滿空氣的氣囊被襯以平的肺細胞，肺細胞分泌一種降低表面張力的表面活性物質來保持肺泡張開(打開)。在肺的血液供給和吸入的氣體之間只有很薄的一層屏障，快速的氣體交換就在其中發生。
支氣管和氣囊在兩側肺中工作。其中右肺3個葉，左肺2個葉。這個呼吸系統本質上有2個功能，即通氣和氣體交換。呼吸的機制由吸氣(吸入)和呼氣(呼出)組成。通氣的驅動力是空氣和肺泡內部肺壓之間的氣壓差。在兩側肺中大約有3億個肺泡在工作。
肺泡有兩種類型。類型I呈煎蛋形，長的細胞質(除細胞核外細胞的所有可以工作的內容物)向外蔓延略微擴展出肺泡壁。類型II肺泡更加緊湊，並通過胞吐作用分泌表面活性物質。類型II肺泡的毀壞或受損會導致表面活性物質的不足，進而降低了順應性(compliance)，並直接導致肺水腫以及其它併發症。當空氣從體外進入肺時，它逐漸變得溼潤，並且當其到達肺泡時，氣體的溼度已經達到完全飽和。
肺泡的血液供給由密集的肺部毛細血管網提供。二氧化碳從血液裡擴散到肺泡並在肺泡處逸出進入肺內空間，同時氧從肺泡直接進入血液並輸送到身體各處。
在有效的呼吸中許多神經和肌肉發揮著作用。專用於呼吸的最重要的肌肉是橫隔膜。在正常的起伏呼吸時橫隔膜移動大約1釐米，但在用力呼吸時橫隔膜可以移動達到10釐米。左、右隔神經負責激活橫隔膜的運動。橫隔膜是把胸腔和腹腔分隔開的片狀的肌肉，在正常平靜呼吸時它的收縮和放鬆佔胸腔容積變化的75％。作為大腦電信號的結果，橫隔膜收縮在吸氣時發生。呼氣時橫隔膜鬆弛並退回到它的靜息位置。當因斜角肌和肋間外肌收縮而使胸腔擴大時，對吸氣產生間接影響。有趣的是，橫隔膜或者肋間外肌可以維持適當的胸腔運動來保持休息時的適當的換氣。但在在完全盡力期間就需要橫隔膜和肋間外肌共同參與到劇烈呼吸和快速呼吸之中。所有運動都通過從大腦傳送到前面所述相應肌肉的神經電信號或波形來控制。
傳入神經和傳出神經一起延伸，並由底部傳入肋間神經協助提供信息和信號，來控制橫隔膜在呼吸中的作用。第四腦神經(滑車神經)在第三腦神經(動眼神經)和第五腦神經(三叉神經)的協助下，通過橫隔神經在控制橫隔膜方面發揮主要作用。在正常呼吸期間，呼氣過程很大程度上是自動進行的，因為肺和胸壁會退回到它們正常的平衡位置。但對吸氣來說，有很多胸部肌肉參與擴展肺和吸入空氣。吸氣過程通過橫隔膜肌肉收縮時增大胸腔容積來完成。
正常呼吸的控制主要由腦幹負責管理。然而，部分腦邊緣系統和下丘腦具有在恐懼或憤怒時加速呼吸模式的能力。在一點一滴的呼吸控制中還有化學感受器參與其中，這些化學感受器位於延髓的第九腦神經(舌咽神經)和第十腦神經(迷走神經)的出口點附近，靠近延髓腹側面。
由測量血液化學物質的感受器而產生的另外一些傳入神經負責對氧合作用進行的狀態進行某種報告。最重要的是位於頸部中的頸動脈分支處和主動脈中位於心臟處的心臟弧弓上下的外周化學感受器。傳入神經支配帶來快速的信息給大腦，以在大腦命令傳出神經如何控制呼吸之前對其進行計算。前面所述的化學感受器直接與迷走神經如何作出響應，發出它自己的指令波形給支氣管、肺和心臟有關，其中支氣管、肺和心臟都跟呼吸和血液循環相關。也有測量壓力、振動和運動等輸入的機械感受器，這些機械感受器具有到呼吸和心臟系統的傳入輸入。在肺中也有牽張感受器來告知大腦肺的周期變化。還有溫度感受器報告大腦各種器官的冷或熱的狀態。其它到脊髓和腦幹的腦橋區的輸入包括本體感受器(一種跟肌肉和腱相關的深部感受)，它協調呼吸和肌肉活動。隨後還有壓力感受器，其發送傳入信號給延髓中樞和脊髓中的心抑制中樞來幫助匹配脈搏、血壓和呼吸頻率，使它們相互和諧。
涉及到呼吸的中樞神經系統(腦)神經有第二、三、四、五、八、九腦神經，和重要的第十腦神經(迷走神經)。第一顱神經提供嗅覺信息，第二和第三腦神經則跟眼部輸入相關，作為傳入神經它們綜合人體從外部所感知到了什麼，並要求更快或更慢的呼吸頻率，甚至屏住呼吸。第八腦神經提供聽覺傳入輸入。各種傳入感知系統提供了人體如何呼吸以正確響應身體外部事件的信息。
重要甚至可以說關鍵的呼吸控制，是由迷走神經及其節前神經纖維所激活的，其中迷走神經的節前神經纖維在嵌入支氣管的交感神經節中形成突觸，而支氣管也被交感神經和副交感神經活動所削弱。交感神經分支可能對支氣管沒有影響或者它能夠擴張內腔(孔)以允許更多的空氣進入呼吸過程，這對哮喘病人是有幫助的，而副交感過程產生相反的效果，它能收縮支氣管並增加分泌，這對哮喘病人是有害的。

發明內容
本發明提供了一種用於治療哮喘和呼吸疾病的方法。從一存儲區選擇要在人體內產生並載送的已存儲的波形。然後把所選的波形傳輸到與人體直接接觸的治療部件。該治療部件再把所選的波形傳播到人體內部的器官。
波形可以從計算機(比如科學計算機)中的存儲區域中選擇。所選波形的傳輸過程可以遠程完成，或者可以通過連接到一個控制模塊的治療部件完成。傳輸可以是震動的、電子的，或者通過任何其它合適的方法。
本發明還提供了一種用於治療哮喘和呼吸疾病的設備。該設備包括一個所收集的波形源，其中所收集的波形表示人體器官的功能；一個與人體直接接觸的治療部件；將波形傳輸到治療部件的裝置；從治療部件傳播所收集的波形到人體器官的裝置。
傳輸裝置可以包括一個數模轉換器。所收集的波形源最好包含一臺計算機，其具有以數字格式存儲的所收集到的波形。該計算機可以包含分離的存儲區域，用於不同類別的所收集的波形。
治療部件可以包含天線或電極，或任何其它能夠把一個或多個波形直接傳播到人體的設備。


在以下連同附圖實現本發明最佳模式的例子的描述中，將更詳細地說明本發明，在附圖中圖1是用於實踐根據本發明的方法的設備的一種形式的示意圖。
圖2是用於實踐根據本發明的方法的設備的另一種形式的示意圖。
圖3是根據本發明的方法的流程圖。
本發明最佳實施例的描述為了增進對本發明原理的理解，將參照附圖中舉例說明的實施例。儘管如此，應該理解並未由此而意圖對本發明的範圍做出任何限定，對圖解設備的變更和進一步改進，以及對這裡所示出的本發明原理的進一步應用，被認為對於本發明相關技術領域的人員來說是正常出現的。
呼吸系統醫療疾病的治療可能要求發送電波形到一條或多條神經，最多可同時發送到五條神經。哮喘或其它呼吸障礙或疾病的校正涉及橫隔膜和肋間肌的有節律的工作，來吸入和呼出空氣，以便提取氧和排出廢氣化合物如二氧化碳。
支氣管網的張開(擴張)使得在肺內有更多的空氣被交換，以及對其所含氧氣進行更多的處理。擴張過程可以通過編碼的波形信號來以電子的方式進行控制。支氣管也可以被關閉以限制通到肺裡的空氣量。通過本發明可以達到用於擴張和/或收縮的神經控制的平衡。
產生過多的粘液可能形成限制穿過支氣管流動的空氣量的粘液樣栓塞。除了支氣管內腔和氣管外，肺部並不產生粘液。粘液的產生可以通過編碼信號來增加或減少。信號可以平衡粘液的質量和數量。
自然地，所有編碼的信號在低於1伏特下工作。考慮到所需編碼信號的傳輸或者傳導期間的電壓損失，根據本發明所時間的電壓可以增加到20伏特。對本發明電流應該始終小於2安培輸出。通過直接連到神經的電極，進入到這些神經的直接傳導將可能具有小於3伏特的電壓和小於十分之一安培的電流的輸出。
本發明通過控制傳輸到人體中的波形，能夠控制呼吸頻率和強度以及支氣管擴張和支氣管中的粘液作用。這種張開支氣管的能力對急診室內急性支氣管炎的治療是有用的。也可解決慢性氣管梗阻病症如肺氣腫等。
急性燒傷或化學吸入性損傷的治療可以通過使用機械性的呼吸支持而得到加強。損傷間接引起的粘液分泌也會導致氣管的梗阻，並且對於緊急治療來說是很難控制的，並會造成生命危險。氣管或支氣管內的水腫(腫脹)往往限制了孔的大小並引起缺氧。在治療期間，增大孔的能力是必需的或者至少是所希望的。
本發明通過對膈神經的調製後的激活可以減輕肺炎病人的呼吸努力。其它許多威脅生命情況下的治療都涉及到一個功能良好的呼吸系統。因此，本發明給醫生提供了一種方法來打開支氣管和調整好呼吸頻率以增加病人的供氧。這種電治療方法包括傳播激發或抑制波形到選定的神經來改善呼吸。這種治療通過給氧以及使用現有的呼吸藥物可以得到增強。
本發明同時包括利用神經可接收的波形來治療哮喘和呼吸疾病的一種裝置和一種方法。如圖1所示，用於治療哮喘和呼吸疾病的裝置10的一種形式，由至少一個治療部件12，和一個控制模塊14構成。治療部件12直接跟人體接觸並從控制模塊14接收編碼的電波形。治療部件12可以是電極、天線、震動變換器，或任何其它合適的用來傳播調整或操作人或動物的呼吸功能的呼吸信號的傳導附件。治療部件12可以在一外科手術過程中被附加至合適的神經。這種外科手術可以在胸腔體視鏡(thoriac-stereo-scope)步驟中通過「鑰孔」(key-hole)入口來完成。如果有必要也可以用花費更高的胸廓切開術的方法以便更正確地放置治療部件12。此外，如果有必要的話，治療部件12可以插入體腔如鼻或口，並可以刺穿粘蛋白或其它薄膜以便緊密接近延髓和/或腦橋。於是已知用於調節呼吸功能的波形信號可以被發送到緊密接近腦幹的神經。
控制模塊14由至少一個控制器16和天線18構成。控制器16使該裝置可以調整要傳輸到人體中的信號。如圖1所示，控制模塊14和治療部件12可以是完全分離的元件，使得裝置10可以遠程操作。控制模塊14可以是專有的，也可以是任何常規的能提供波形信號以傳送給治療部件12的裝置。
在裝置10的一替換實施例中，如圖2所示，控制模塊14』和治療部件12』是相連接的。該圖中相似的部件保留了相同的編號。此外，圖2進一步顯示了裝置10』的另一個實施例，它是與計算機20相連接的，提供了更大的存儲容量來存儲波形信號。治療期間裝置10』提供的每個信號的輸出電壓和電流強度應不超過20伏特和2安培。
計算機20用來存儲唯一的波形信號，這些信號對每個器官和器官功能來說是複雜的以及獨特的。傳送到控制模塊14』並用來治療病人的波形信號是從計算機20中的所存儲的波形庫中選出的。波形信號和它們的產生，在2001年11月20日提交的名稱為「記錄、存儲和傳播特定腦波形來調節人體器官功能的裝置和方法」(Device andMethod to Record，Store，and Broadcast Specific Brain Waveforms toModulate Body Organ Functioning)的美國專利申請序列號＿＿＿＿，中有更詳細的描述，其公開內容在此合併作為參考。
如圖3所示，本發明還包括一個用於使用裝置10、10』來治療哮喘和其它呼吸疾病的方法。該方法從步驟22開始，在該步驟中從分類波形信號菜單中選擇一個或多個存儲的編碼電波形信號。被選擇的波形信號激活、減活或調節呼吸系統。這種波形信號與腦幹組織自然產生的用於平衡和控制呼吸過程的那些信號類似。一旦被選中，在步驟24波形信號可以被調整以便在人體內執行特定功能。可選擇地，如果判定波形信號不需要被調整，則跳過步驟24並且使過程直接進行到步驟26。在步驟26，波形信號傳輸給裝置10、10』的治療部件12，12』。
在接收到波形信號之後，治療部件12，12』傳播信號到合適的位置，如步驟28所示。裝置10、10』利用合適的波形信號，通過將電信號傳導或傳播到所選擇的神經，來調整或調節呼吸活動。據信目標器官只能唯一地「聽見」它自己單個的波形。結果就是，人體不會產生這種危險，即一個器官僅僅因為接收到另一個器官的波形而去執行該第二個器官的功能。
在本發明的一個實施例中，治療部件12，12』的傳播過程是通過在頸、頭或胸部選定的合適區域中通過未破損的皮膚的直接傳導或傳輸來完成的。這種區域緊鄰靠近要施加信號的神經或神經從的位置。治療部件12，12』在選定的目標區域與皮膚接觸使得可以傳送信號到目標神經。
在本發明的另一個實施例中，波形的傳播過程通過經由附加一個電極以接收神經或神經從的直接傳導來完成。必要時，這需要一個外科手術來將電極物理地連接到所選的目標神經。
在本發明的再一個實施例中，傳播過程通過將波形變換成一種震動的形式來完成，其中其以一種方式被發送到頭、頸或胸的某些區域，使得合適的「神經」能夠接收並遵從這種震動信號裡的編碼指令。治療部件12，12』使用導電凝膠或者粘貼介質壓在未破損的皮膚表面以增加傳導率。
本發明的各種特徵已經結合本發明的舉例說明的實施例進行了特別的揭示和描述。然而，必須理解的是，這些特定的產品，以及它們的製造方法，並非是限制性的而僅僅是舉例說明，並且本發明的最完整解釋將在所附的權利要求之中給出。
權利要求
1.一種治療哮喘和呼吸疾病的方法，包括下列步驟a.從一存儲區選擇一個或多個在人體內產生並由人體內神經元傳送的波形；b.傳輸或傳導所選擇的波形到一與人體接觸的治療部件；以及c.從治療部件傳播所選擇的波形到一人體內的器官。
2.根據權利要求1的方法，其中步驟「a」還包括從一計算機的一存儲區中選擇所述的波形。
3.根據權利要求1的方法，其中步驟「b」還包括遠程地傳輸所選擇的波形到所述治療部件。
4.根據權利要求1的方法，其中步驟「b」還包括震動傳輸所選擇的波形。
5.一種治療哮喘和呼吸疾病的設備，包括a.一所收集的波形的源，其中所收集的波形表示人體器官的功能；b.一與人體直接接觸的治療部件；c.用於傳輸一個或多個所收集的波形到所述治療部件的裝置；d.用於將所收集的波形從治療部件傳播到一人體器官以刺激器官功能的裝置。
6.根據權利要求5的設備，其中所述的傳輸裝置包括一數模轉換器。
7.根據權利要求5的設備，其中所述的源還包括具有以數字格式存儲的所收集的波形的計算機。
8.根據權利要求7的設備，其中所述的計算機包括分開的存儲區域，用於收集不同呼吸功能類別的波形。
9.根據權利要求5的設備，其中所述治療部件包括一用於傳播呼吸信號的天線。
10.根據權利要求5的設備，其中所述治療部件包括一電極。
全文摘要
一種治療哮喘和呼吸疾病的方法和裝置。該方法從存儲區域選擇表示人體器官功能的信號波形，之後把所選擇的波形傳輸到跟身體直接接觸的治療部件，再由治療部件把信號波形傳播到特殊的人體器官來調整器官功能。提供了一個用來傳輸信號波形到治療部件的控制模塊。該控制模塊包含所選擇並傳送給治療部件的信號波形，並可以提供計算機存儲以獲得更多的存儲容量和信號波形的處理。
文檔編號A61NGK1620323SQ02827575
公開日2005年5月25日 申請日期2002年11月25日 優先權日2001年11月27日
發明者埃莉諾·舒勒, 克勞德·K·李 申請人:科學醫學公司