神經刺激貼件和刺激選定神經的方法

2023-10-06 05:02:44

專利名稱：神經刺激貼件和刺激選定神經的方法
技術領域：
本發明整體涉及刺激神經和身體部分。更具體地講，本發明涉及用於刺激神經和身體部分以實現治療效果的神經刺激貼件(patch)。相關領域描述神經是人體外周神經系統的一部分。它們在皮膚和身體組織與中樞神經系統之間 反覆地傳輸感覺信號。神經可由於磨損和撕裂、物理損傷、感染和/或圍繞神經的血管衰竭 而受到損傷。這些功能缺陷可伴有疼痛、麻木、虛弱以及在一些情況下的癱瘓。由損傷的神 經引起的其它問題可能包括大小便失禁。已經開發出不同的策略來處理上述問題。例如，處理小便失禁可能涉及行為改變， 例如更頻繁排尿或穿防護內衣。然而，在某些社會情境下，人們可能無法遵循頻繁排尿或穿 防護內衣。另一種方法涉及藥物治療，包括服用處方藥。然而，該方法可能導致不良副作用 或藥物相互作用，而最終需要停藥。治療上面提到的病症的另一種技術涉及使用設置在目標神經附近的電療裝置來 刺激神經。一種這樣的電療裝置常常被稱為植入式脈衝發生器(IPG)。IPG通常包括一個 或多個電極、電脈衝發生器、電池和殼體。電脈衝發生器產生適於刺激目標神經的電信號當 電極接收到來自發生器的信號時，電極從電池獲取能量並產生具有合適強度的電場，用於 刺激目標神經。已經證實IPG在一定程度上可有效刺激神經，然而，因為必須在外科手術過程中 將它們植入患者體內，所以它們具有極大的侵入性。可能由於電極之間電阻抗的增加或電 極和IPG之間電阻抗的增加，導致IPG也消耗大量的能量。這可能由若干因素引起，例如電 極移位、一個或多個電極的包覆和電極或身體組織中材料性質的變化。電極中的材料性質 變化可能由多個因素引起，包括因電極表面處存在的體液所引起的化學變化、電流頻繁通 過組織以及日常活動中發生的正常磨損和撕裂。較高的電池功耗也可能由被稱為「刺激脫敏」的現象引起，在這種現象下，人體通 過對施加的外部電荷產生阻抗來對施加的外部電荷做出響應。身體通過提高目標神經的刺 激閾值來抵抗施加的外部電荷，從而使較早的刺激水平無效。要克服這個問題，必須產生更 強的電荷，這會消耗甚至更多的電池功率。這就需要經常更換電池和/或對電池再次充電。在一些神經刺激裝置中，已經發現產生的電場會廣泛分布，從而影響連同目標神 經的非目標肌肉和神經。電場的廣泛分布會顯著降低電信號在目標神經處的強度。為了適 當刺激目標神經，必須顯著增加電信號的強度。這就需要裝置從電池獲得更多的能量。在尋求以更有效的並且非侵入性的方式刺激神經的方面已做出大量的努力。例 如，在共同轉讓的2005年6月7日提交的美國專利公布No. 2005/0277998和2006年1月 31日提交的美國專利公布NO.US2006/0195153中公開了治療上述病症的非侵入性技術， 藉此將這些專利的公開內容以引用方式併入本文。具體地講，在其一個或多個其實施例中，『998專利公開教導了產生和傳輸包括載波信號和脈衝包絡的受控的調幅波形的非侵 入性、經過皮膚的神經刺激裝置。載波波形被設計成具有足夠的頻率以克服由於組織阻抗 造成的衰減。脈衝包絡包含設計用於刺激特定神經的特定脈衝寬度、振幅和形狀信息。圖1和2示出了包括具有頂面24和底面26的第一層22的常規神經刺激裝置20。 第一層22的底面26被具有開口 30A、30B的粘合劑層28覆蓋，所述開口 30A、30B延伸穿過 該粘合劑層並容納有一體化的有源電極32A和一體化的返回電極32B。粘合劑層28包括適 應電極32A、32B形狀的孔，並且使得電極與患者皮膚的表面直接接觸。裝置20包括分別覆 蓋電極32A、32B的電解質墊34A、34B。可以將電極32A、32B直接固定於第一層22，或者可以 通過由任何合適材料(例如，塑料)構成的第二層將電極32A、32B固定就位。一體化的電 極可以是鍍金的或者其它耐腐蝕的電解沉積的金屬墊，用於將刺激電極連接到電解質。所 述裝置包括含所有'998專利公開中所述的電子元件並與電極32A、32B電連接的撓性板或 柔性電路板的第三層36。撓性板36具有摺疊於電池之上的部件，以實現電池連接並且將電 子組件嵌套到更緊湊的空間中。第四層是能由電池密封件或環40固定就位的具有任何合 適尺寸和形狀的薄膜電池38，並且頂部覆蓋件42是任何適於覆蓋的覆蓋件，例如，在繃帶 中常用的塑料覆蓋件。 參見圖2，神經刺激裝置20包括位於頂層部分下方的光電二極體44，可以將光電 二極體44用作功率非常低的通信接收器。光電二極體小、成本低、不工作時消耗的功率為 零，並且與RE聯接件相比具有更多的能量並更節省空間。裝置20包括由電池38A、38B供 電的電極32A、32B，電池38A、38B被電池密封件40A、40B包圍。兩個刺激電極32A、32B偏移 向一邊，從而形成稍呈D形的裝置。頂部覆蓋件42是防水的，以在常規活動(例如，衝洗、 洗浴或淋浴)期間保護內部組件。儘管具有上述的優點，但還需要刺激身體部分和神經的改進的裝置和方法。具體 地講，還需要更緊湊並且佔有面積小、更經濟、具有更少部件並且容易裝配的選擇性神經刺 激貼件。也需要可以有效地刺激目標神經和身體部分而不會刺激非目標神經和身體部分的 改進神經刺激裝置。此外，還需要侵入性更小並且有效工作所需的功率較少的神經刺激裝 置，從而最大限度減少對電源進行更換和/或再充電的需要。

發明內容
本發明涉及用於刺激神經和身體部分的系統、裝置和方法。在一個實施例中，緊湊 的選擇性神經刺激貼件產生並施加有效穿過身體的神經刺激信號，用於刺激目標神經和身 體部分。在一個實施例中，神經刺激信號是可以被調製的波形，以增強通過身體的波形的效 率。所述效率導致裝置刺激目標神經而不會刺激非目標神經，這樣消耗更少的電池能量，並 且在重新充電之前能工作更長的時間周期。在本發明的一個實施例中，神經刺激貼件包括具有頂面和底面的基底，例如有電 路的基底；位於所述基底頂面之上並彼此電互連用於產生至少一種神經刺激信號的組件， 例如有源組件和無源組件；以及設置在基底上並在其底面處暴露用於施加至少一種神經刺 激信號的至少一個電極。該神經刺激貼件有利地包括位於基底之上的防水可透氣的頂部覆 蓋件(例如，以GORE-TEX為商標銷售的材料)，以及圍繞著基底並將頂部覆蓋件與基底耦合 的支承凸緣。
在本發明的一個實施例中，支承凸緣具有朝支承凸緣的外周向下傾斜的頂面，並 且頂部覆蓋件的一部分適形於支承凸緣的頂面。支承凸緣可以包括從其下側延伸至其頂面 的排氣開口。這些排氣開口有利地與頂部覆蓋件連通，以將水分從貼件內部排放到貼件外 部。在本發明的一個實施例中，神經刺激貼件包括至少部分覆蓋基底上的組件和基底 頂面的封殼，其中支承凸緣圍繞封殼。在一個實施例中，封殼是透明的，使得光線能穿入和 穿出密封層。位於封殼之上的頂部覆蓋件的至少一部分可以是至少部分半透明的、至少部 分透明的或透明的。 在本發明的一個實施例中，位於基底之上的組件包括諸如電池之類的電源和與電 源連接的開關用於激發貼件。所述開關可以是適於僅一次性被激發的單次使用的開關。所 述組件也可包括為了產生指示貼件被激發的光信號的發光元件(例如LED)，以及適於接收 信號以控制與至少一種神經刺激信號相關的參數的光學傳感器(例如，光電二極體)。在一 個實施例中，將光信號對準光電二極體，並且用感測光信號調節貼件的神經刺激輸出。在本發明的一個實施例中，神經刺激貼件包括具有頂面和底面的有電路的基底、 位於所述有電路的基底的頂面之上用於產生至少一種神經刺激信號的一體化組件、位於有 電路的基底的頂面之上用於為該一體化組件供能的電源以及設置在有電路的基底內的電 極。電極在該有電路的基底的底面處可觸及，並且與一體化組件電互連，用於施加至少一種 神經刺激信號。選擇性神經刺激貼件有利地包括位於有電路的基底之上的防水可透氣的覆 蓋件，以及與有電路的基底耦合併圍繞有電路的基底的支承凸緣，所述支承凸緣具有朝其 外周向下傾斜的頂面。支承凸緣可以是柔性的，並且可以具有在與防水可透氣的頂部覆蓋 件連通的其傾斜頂面處可觸及的排氣開口，以用於排放來自貼件的水氣。在一個實施例中，為了將貼件固定於表面，神經刺激貼件包括位於電極之上的導 電粘合墊，例如粘合性水凝膠墊。導電粘合墊是可更換的，這使得可以從表面臨時地取下貼 件，然後在表面上更換或重新設置。在本發明的一個實施例中，神經刺激貼件包括具有頂面和底面的基底；位於基底 頂面之上並彼此電互連用於產生至少一種神經刺激信號的一體化組件；以及一體化至基底 並暴露於其底面用於施加至少一種神經刺激信號的電極。貼件有利地包括位於基底和集成 組件之上的防水可透氣的覆蓋件，以及圍繞基底並將防水可透氣的覆蓋件與基底耦合的支 承凸緣。支承凸緣優選地具有朝向其外周向下傾斜的頂面，由此覆蓋件的至少一部分適形 於支承凸緣的傾斜的頂面。在本發明的一個實施例中，透明的封裝材料位於一體化組件之上，並且支承凸緣 圍繞著透明的封殼。該一體化組件可包括電源、一次性激發開關、發光元件和光學傳感器。 在一個實施例中，防水可透氣的覆蓋件具有與一次性激發開關對準的第一開口、與發光元 件對準的第二開口和與光學傳感器對準的第三開口。貼件可以包括覆蓋電極的導電粘合墊 以及覆蓋防水可透氣的覆蓋件的周邊下側的粘合劑層，用於將貼件附著於表面。粘合墊和 粘合劑層可使得能從表面臨時取下貼件，然後之後重新附著於表面。在一個實施例中，可用 新的粘合墊更換粘合墊。雖然本發明並不受任何具體操作理論的限制，但據信，將電極一體化至基底最大 限度減少了神經刺激貼件的尺寸和佔有面積。因此，神經刺激貼件將在表面上(例如，患者的皮膚表面上)有較低的整體輪廓和較小的佔有面積。在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件可包括一個或多個電極、一個或 多個波形發生器、一個或多個調製器和電池。波形發生器優選產生能夠選擇性地刺激目標 神經並穿透貼件和目標神經之間組織的波形。電池是神經刺激貼件的優選電源，波形發生 器從電池獲取電能。調製器調製來自波形發生器的波形以產生調製波形，並將其發送到電 極。收到來自調製器的電信號時，電極有利地產生電場以用於刺激目標神經。在本發明的一個實施例中，電池為不可充電的電池。在本發明的另一個實施例中， 電池為可充電電池，它可以通過以下方式再充電採用射頻信號，利用電感耦合通過共享磁 場傳輸能量，或使用任何其它已知的再充電技術。雖然本發明並不受任何具體操作理論的限制，但據信，每一條神經都具有可歸因 於神經的結構單元-神經元的獨特物理特性。神經元的物理特性(例如直徑、長度和髓鞘 形成)確定神經內電信號的電容和傳導速度。因此，可以通過施加具有特定頻率的波形選 擇性地刺激每一條神經。通常，目標神經的激發頻率在10-40HZ的範圍內。具有這樣低頻率的電信號無法 克服電極和目標神經之間的組織提供的組織阻抗，該阻抗可由電極包覆或電極隨時間推移 的移位引起。本發明的選擇性神經刺激貼件傳輸由載波信號和脈衝包絡組成的受控的調幅 波形。載波波形被設計為具有足以克服組織阻抗的頻率。脈衝包絡包含設計用於刺激特定 神經的特定脈衝寬度、振幅和形狀信息。高頻載波信號可用於穿過高阻抗組織(皮下組織 或經皮組織)，而調製信號則用於激活神經組織。在本發明的一個或多個實施例中，利用下列專利中所述的裝置和技術，選擇性 神經刺激貼件適於產生調製波形以刺激目標神經共同轉讓的美國專利申請公開No. US 2005/0277998 (提交於2005年6月7日的美國專利申請No. 11/146，522)和No. US 2006/0195153 (提交於2006年1月31日的美國專利申請No. 11/343，627)，藉此將這些專 利的公開內容以引用方式併入本文。波形有利地通過調製載波波形與脈衝包絡產生。載波 波形的特性(例如振幅、頻率等等)經過選擇，以便克服組織阻抗和目標神經的刺激閾值。 脈衝包絡是具有設計用於選擇性刺激目標神經的特定脈衝寬度、振幅和形狀的波形。該波 形能夠以最低的電信號強度損耗高效穿透組織併到達目標神經，從而節省原本在用低頻信 號多次嘗試刺激目標神經時將會使用的電池功率。此外，只有目標神經受到刺激，而非目標 神經不受刺激。在一個實施例中，用於刺激神經或身體部分的選擇性神經刺激貼件包括第一波 形發生器，其適於產生具有第一頻率的第一波形；第二波形發生器，其適於產生具有高於第 一頻率的第二頻率的載波波形；調製器，其電連接到第一波形發生器和第二波形發生器並 適於調製第一波形和載波波形，以產生調製波形；以及電極，其電連接到調製器，以施加調 制波形。貼件包括用來向波 形發生器和調製器供電的電源，例如電池。在一個實施例中，第 一和第二波形發生器、調製器、電池和電極都被布置在單個的基底(例如，有電路的基底) 上。在一個優選的實施例中，第一波形具有適於刺激目標神經或目標身體部分頻率的第一 波形。第一波形的頻率可以基本上在10-40HZ的範圍內，載波波形的頻率可以基本上在 10-400KHz的範圍內。在一個優選的實施例中，選擇性神經刺激貼件可包括微處理器，其適於接收生物反饋數據，並響應生物反饋數據來控制第一波形發生器和第二波形發生器的運行。貼件也有利地包括適於接收生物反饋數據的接收裝置，接收裝置與微處理器通信，以向微處理器 提供生物反饋數據。神經刺激貼件也可包括與接收裝置通信的至少一個傳感器，其中所述 至少一個傳感器適於感測哺乳動物的一個或多個生理狀態，例如膀胱壓力。可以將發射器 連接到所述至少一個傳感器，以用於發射一個或多個感測到的生理狀態。發射器可以為無 線發射器。 雖然本發明的一個或多個實施例是相對於女性體內和女性泌尿系統中的神經刺 激加以描述的，但應當理解，本發明可以易於適於男性、兒童和成人體內的神經刺激，和男 性、兒童和成人泌尿系統中使用。此外，本文所公開的發明原理、設備和方法也可以應用於 評價和治療其它區域中的功能性，例如冠狀或肺部功能性。另外，本文所公開的發明原理、 設備和方法可以應用於刺激多種其它神經，例如在陣痛和分娩期間刺激神經，或選擇性地 刺激給定神經束的分支，以選擇性治療不同的患者病症。另外，本文所述的技術可應用於導 致或引起影響下列病症的神經系統的多個部分壓迫性尿失禁、肛門失禁和大便失禁、性功 能障礙、間質性膀胱炎、慢性疼痛(例如(但不限於)骨盆疼痛)、夜尿症和胃腸道障礙(例 如(但不限於)胃起搏)。此外，本發明可以用於刺激除神經之外的身體部分(例如分泌激 素的腺)和大肌群(例如與理療有關的二頭肌刺激)。
以下將更詳細地描述本發明的上述和其它優選實施例。


因此，通過參考附圖所示的實施例，可以獲得更具體地描述以上簡要概括的本發 明實施例的方式，在這種方式中可理解本發明的上述特徵。然而，應當了解，附圖僅示出了 涵蓋在本發明範圍內的典型實施例。因為本發明可以允許其它等效的實施例，所以不應將 附圖視為限制性的，附圖中圖1示出了常規神經刺激貼件的分解圖。圖2示出了組裝後的圖1的神經刺激貼件。圖3示出了根據本發明的一個實施例的選擇性神經刺激貼件的分解圖，包括基 底、模製的覆蓋件和防水可透氣的頂部覆蓋件。圖4示出了圖3所示基底的頂部透視圖。圖5示出了基底底面朝上的圖3的基底的前正視圖。圖6示出了根據本發明的一個實施例的、圖3所示基底和模製覆蓋件組裝在一起 後這些部件的俯視平面圖。圖7A示出了圖3所示防水可透氣的頂部覆蓋件的俯視平面圖。圖7B示出了圖7A中示出的頂部覆蓋件的下側圖。圖8A示出了根據本發明的一個實施例的、包括基底和圍繞基底的支承凸緣的神 經刺激貼件的透視圖。圖8B示出了根據本發明的一個實施例的神經刺激貼件的仰視圖。圖9A示出了根據本發明的一個實施例的神經刺激貼件的剖視圖。圖9B示出了圖8A所示神經刺激貼件的另一個剖視圖。圖10示出了根據本發明的一個實施例的神經刺激貼件的下側圖。
圖11示出了根據本發明的又一個實施例的神經刺激貼件。圖12示出了由圖11所示神經刺激貼件產生的示例性波形。圖13示出了根據本發明的又一個實施例的神經刺激貼件。圖14示出了由圖13所示神經刺激貼件產生的示例性波形。圖15示出根據本發明的又一個實施例的神經刺激貼件。
圖16示出了由圖15中所示神經刺激貼件產生的示例性波形。圖17示出了根據本發明的另一個實施例的神經刺激貼件。
具體實施例方式本文所公開的發明並不僅限於其在附圖及具體實施方式
中所示部件的詳細構造 和布置方式中的應用。可以實施本發明的示例性實施例，或使其結合在其它實施例、變型形 式和修改形式中，並且可以通過多種方式實施或執行。例如，雖然本發明的一個實施例是 涉及對女性體內的神經刺激描述的，但應當理解，該實施例可易於在男性和兒童體內使用。 本文所公開的發明原理、設備和方法也可以獨立地或同時地用於刺激多種其它神經，例如 在陣痛和分娩期間刺激神經，或選擇性地刺激給定神經束的分支，以選擇性地治療不同的 患者病症。因此，本發明可(例如)用於選擇性地同時治療或影響下列病症中的一種或多 種壓迫性尿失禁、肛門失禁和大便失禁、疼痛、性功能障礙、間質性膀胱炎、慢性疼痛(例 如(但不限於)骨盆疼痛)、夜尿症和胃腸道病症(例如(但不限於)胃起搏)。最後，本 文所述的發明也可用於刺激神經之外的身體部分(例如分泌激素的腺)和大肌群(例如與 理療有關的二頭肌刺激)。本文所用的標題僅用於組織目的，並且無意於用來限制具體實施方式
或權利要求 書的範圍。整個專利申請中使用「可能」一詞時，用於表示許可的含義(即，意味著「具有可 能性」)，而不表示強制性的含義(即，意味著「必須」)相似地，「包括」、「包含」一詞意味著 包括但不限於。為了便於理解，儘可能地用類似的附圖標記表示圖中共有的類似的元件。參見圖3，在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件100包括具有頂面104 和底面106的基底102，例如，有電路的基底。該有電路的基底102的上面安裝有組件，這些 組件適於產生可被施加於身體以刺激一個或多個選定神經的電信號。在一個實施例中，有 電路的基底102具有有源和無源組件，這些組件產生電信號、調製信號並對身體施加信號 以刺激選定的神經。選擇性神經刺激貼件100包括為貼件提供能源的電源108，例如，電池。在一個實 施例中，優選將電源108固定於基底的頂面104上方並位於導體110下方。貼件100有利 地包括設置在導體110和電源108頂面之間的導電粘合劑(未示出)。在一個實施例中， 導體110是單次使用或一次性使用的開關的一部分，當開關被激發時，將電源108永久性地 連接至有電路的基底102上的組件。在初始時，導體110優選與電源108間隔並且與電源 108隔離。當將導體110向電源的頂面擠壓時，導體粘附於電源(通過導電粘合劑)，從而 為有電路的基底和附接到有電路的基底的組件供電。導體110優選為柔性的。在一個實施 例中，導體為螺旋形的導體。選擇性神經刺激貼件100優選包括裝配在有電路的基底102上方的模製的頂蓋 112。模製的頂蓋112優選為透明的，使得光學信號能穿透模製的頂蓋，下面將會對此進行更詳細的描述。模製的頂蓋112的一端有利地具有形成在其中的弱化區域114，即可壓低的 區域，用於將導體110壓向電池108的頂部。在其他實施例中，模製的頂蓋112對於整個頂 蓋的長度可以具有均勻的厚度。模製的頂蓋112優選與其下面的有電路的基底102的形狀 一致。在一個實施例中，使用注模技術在基底102頂上形成頂蓋112。模製的頂蓋可包含可 固化的封裝材料。在另一個實施例中，模製的頂蓋112可形成為與有電路的基底裝配在一 起的單獨的部件。參見圖3，選擇性神經刺激貼件100還具有位於頂蓋112和有電路的基底102之 上的頂部覆蓋件116。在一個實施例中，頂部覆蓋件116由防水可透氣的材料(例如，以 GORE-TEX為商標銷售的材料)製成。頂部覆蓋件116有利地具有與導體110對準的第一開 口 118、與基底上設置的LED對準的第二開口 120以及與光學開關(例如，光電二極體)對 準的第三開口 122，用於調節由貼件100產生的輸出信號或波形的參數。選擇性神經刺激貼件100還包括在有電路的基底102的底面106處可觸及的電極 (未示出)以及位於各個電極之上的導電粘合墊124A、124B。在一個實施例中，電極與基底 設置在一起，並且在基底底面處可觸及。 參見圖4和圖5，在本發明的一個實施例中，有電路的基底102包括頂面104和底 面106。諸如電池之類的電源108設置在頂面104上方以及導體110下方。導電粘合劑126 設置在導體110和電池108的頂面之間。當朝向電池108的頂面向下擠壓導體110時，可 激發或「接通」有電路的基底。導電粘合劑優選保持導體110和電池108之間永久的電互 連，使得選擇性神經刺激貼件一直保持被激發的狀態。參見圖4，有電路的基底優選具有位於頂面104之上的發光二極體(LED) 128。當 有電路的基底102被激發時，LED 128發出指示貼件正在運行的光。由LED 128發射的光 可產生恆定的光流或間斷的光流。有電路的基底102還具有位於其頂面104之上的光學傳 感器130。諸如光電二極體之類的光學傳感器130可響應進入的光學信號來調節由神經刺 激貼件產生的輸出波形或信號。參見圖5，在本發明的一個實施例中，有電路的基底102包括在其底面106處可觸 及的一對電極132A、132B。有利的是，將這些電極一體化至有電路的基底，從而減小刺激貼 件的尺寸。在現有技術的貼件中，例如在圖1和圖2所示的貼件中，電極與有電路的基底間 隔，這樣會增加貼件的總體尺寸和佔有面積。本發明通過將電極132A、132B—體化至有電 路的基底並使得在基底102的底面106處可觸及這些電極，試圖最大限度地減小貼件的尺 寸和佔有面積。在圖5中，導電粘合墊124A位於第一電極132A之上。如下面將會更詳細 描述的，導電粘合墊可以是粘合性水凝膠墊，並且適於在電極132A、132B與患者皮膚之間 形成可靠的電信號通路。參見圖6，在本發明的一個實施例中，模製的頂蓋112位於有電路的基底102之上， 以保護附接於基底的組件。模製的頂蓋112優選為透明的，使得光信號能從其穿過。在一 個實施例中，由LED 128產生的光能穿過透明的頂蓋112，使得能夠觀察到貼件100的激發 狀態。另外，可穿過透明頂蓋112向光學元件130透射光信號，以調節附接於有電路的基底 102的組件產生的波形或信號。能夠在基底102的頂上原位形成模製的頂蓋112，或可與基 底分開地形成頂蓋112並且隨後將頂蓋112與基底102裝配在一起。在一個實施例中，模 制的頂蓋112具有與導體110上方對準的較薄的或被弱化的區域114。弱化的區域114可被壓低，用於將導體110壓向電池108的頂部，以激發選擇性神經刺激貼件100。參見圖7A和7B，在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件包括位於有電路 的基底和模製的頂蓋之上的頂部覆蓋件116。頂部覆蓋件116優選由柔性的防水可透氣材 料(例如，以GORE-TEX為商標銷售的材料)製成。正如本領域的技術人員熟知的，GORE-TEX 材料由具有與織物(通常為尼龍或聚酯)粘合的氨基甲酸酯塗層的薄型多孔的含氟聚合物 膜製成。每平方英寸的膜具有約90億個孔，每個孔大約是水滴的二十萬分之一，從而使得 液態水無法透過膜，而仍然允許更小尺寸的水蒸汽穿過。因此，GORE-TEX是可透氣、防水並 且還防風的材料。外部的織物可以是經過防水處理的。可以密封接縫，以防止水透過織物縫 合期間產生的針孔滲漏。氨基甲酸酯塗層提供保護層，並且還防止汙染物(即體油)潤溼 層合物並防止能夠通過膜對水分進行芯吸。因此，頂部覆蓋件116防止水進入貼件，而使得 水蒸汽和水分能從貼件逸出。在一個實施例中，頂部覆蓋件116具有升高的中心平臺134、 圍繞中心平臺134的基本上平坦的外邊緣136以及在中心平臺134和外邊緣136之間延伸 的傾斜的過渡區138。在一個實施例中，中心平臺134具有延伸穿過其中的一個或多個開 口。第一開口 118優選與位於電池之上的柔性導體對準，第二開口 120優選與LED對準，並 且第三開口 122優選與諸如光電二極體的光學傳感器對準。參見圖7B，在本發明的一個實施例中，頂部覆蓋件116的下側具有設置在其上的 一個或多個粘合劑層。在圖7B中，第一粘合劑層140覆蓋中心平臺134的下側，並且具有 延伸穿過其中並與在頂部覆蓋件116中形成的開口 118、120、122基本上對準的開口。第二 粘合劑層142覆蓋頂部覆蓋件116的下側的周邊邊緣136。第一粘合劑層140優選將頂部 覆蓋件116與位於有電路的基底之上的頂蓋116粘合，而第二粘合劑層140優選將頂部覆 蓋件116與諸如患者皮膚表面的表面粘合。參見圖8A和8B，選擇性神經刺激貼件100有利地包括圍繞有電路的基底102的 支承凸緣144。支承凸緣140優選具有適於支承頂部覆蓋件116的傾斜過渡區域138的傾 斜的頂面146(圖7A)。在一個實施例中，支承凸緣144是柔性的。支承凸緣140有利地具 有在其傾斜的頂面146和底面150之間延伸的多個排氣開口 148。排氣開口 148有利地能 使水分(例如，汗)從貼件100逸出。參見圖8A，支承凸緣144也可用作對引入於基底102 的頂面之上的封裝材料進行控制和成形的模具。支承凸緣可控制和限制封裝材料的流速， 直到封裝材料被固化。當封裝材料被固化時，它保護位於基底之上的組件。參見圖8B，支承凸緣144與頂部覆蓋件116的下側裝配在一起，使得它與頂部覆蓋 件116的傾斜的過渡區域138對準。支承凸緣144圍繞有電路的基底102並將有電路的基 底與頂部覆蓋件116耦合。支承凸緣優選設置在平臺和頂部覆蓋件116的外周之間。圖9A和9B示出根據本發明的一個優選實施例的選擇性神經貼件100的剖視圖。 貼件100包括被支承凸緣144包圍的有電路的基底102，所述支承凸緣144繞著基底102的 周邊延伸。在一個實施例中，支承凸緣144用作用於覆蓋位於基底102頂面之上的組件154 的封裝材料152的模具。封裝材料152優選是諸如環氧樹脂之類的電介質材料。封裝材料 可以是透明的，使得光學信號 能夠穿入和穿出密封層。支承凸緣144具有支承頂部覆蓋件 116的傾斜過渡區域138的傾斜頂面146。有利的是貼件還包括電源108、電源支架156和 電源覆蓋件158。在本發明的一個實施例中，可以在基底102的頂上設置第二電池接觸件 160，並且在開始時在電源108的底面和第二電池接觸件160之間存在間隙162。在本實施例中，可以朝第二電池接觸件160擠壓電源108，以激發神經刺激貼件100。參見圖9B，支承凸 緣144有利地具有延伸穿過其中的排氣開口 148，用於排放來自 貼件的水分。頂部覆蓋件116優選由能使水分通過排氣開口 148從貼件逸出的可透氣材料 製成。貼件優選包括在基底102底面處可觸及的第一電極之上的第一導電粘合墊124A，以 及在基底102的底面處可觸及的第二電極之上的第二導電粘合墊124B。第一導電墊124A 和第二導電墊124B優選在電極和患者皮膚之間形成可靠的電互接。導電粘合貼件124A、 124B可包括粘附性水凝膠貼件。圖10示出了移除了支承凸緣的圖9A和9B所示神經刺激貼件100的下側。使用 第一粘合劑層134將電路板102附接到頂部覆蓋件116的平臺區域的下側。第二粘合劑層 142位於頂部覆蓋件的下側周邊的邊緣136，以將頂部覆蓋件附著於諸如患者皮膚表面之 類的表面。貼件包括覆蓋在各個電極(未示出)的導電粘合墊124A和124B，以在電極和患 者皮膚之間形成可靠的電互連，並將貼件附著於表面。如上所述，可知神經刺激貼件既可用來刺激體內的神經也可用來刺激肌肉。常規 神經刺激貼件的一個問題在於，所施加的電信號往往會廣泛分布，從而影響非目標肌肉和 神經以及目標肌肉和神經。此外，為了解決這種信號耗散問題，必須顯著增加所施加的電流 電平，以確保目標部位處的電流密度足夠大。與電信號施加相關的另一項挑戰是，許多神經 會被約10-40HZ的低頻信號所刺激。然而，這種低頻信號無法穿過身體組織以到達目標神 經。本發明克服了許多這類問題，現在下面將對此進一步地詳細說明。在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件使用219KHZ的擬正的弦調幅波 形，包絡寬度可從200ms開始調節，重複率可從20Hz開始調節。通過將光學聯接件用於串 行口，將輸出振幅有利地設定為2. 5伏至10伏(8個大約一(1)伏的等級)。可以由用戶使 用通過經編碼的紅外線信號的光學聯接到貼件的控制器來設置輸出電壓。在本發明的一個實施例中，刺激輸出的大多數波形參數都是預設的，並且將刺激 電極直接定位在其它組件的下方。該貼件優選具有使電路通電的一次性激發開關。一旦被 激發，該選擇性神經刺激貼件適於持續地工作，直到電池耗盡為止。電極優選被一體化至有 電路的基底，並且可以是鍍金的或被貴金屬層覆蓋而不會迅速氧化。貼件包括防水可透氣 的頂部覆蓋件，用於防止在貼件內和電極周圍逐步積累水分，並且用於防止在洗浴或淋浴 期間有水進入。在一個實施例中，光電二極體設置在頂部覆蓋件的一部分之下，並且被用作 低功率通信接收器。在本發明的一個實施例中，本文所公開的選擇性神經刺激貼件適於通過使用自粘 合性水凝膠電極和粘合於柔性頂部覆蓋件邊緣上的圍邊粘合劑帶附著於皮膚。使用自粘合 性水凝膠可不需要使用單獨的粘合劑將電極固定就位。這些兩用型的粘合材料相對耐受 水分的變化，並且長時間有效地將電極附著於皮膚。在選擇性神經刺激貼件和皮膚之間的 接合可要求使用水性、相對不可壓縮的電解質材料，該電解質材料可以是半液態的水凝膠 (例如，在EGG電極中使用的水凝膠)或半固態的水凝膠(例如，在TENS電極中使用的水 凝膠)。在一個實施例中，電極上的水凝膠被構造成柱狀物，並且它們在電路板的電極(例 如，鍍金的接觸件)之上保持居中。柱狀物的直徑決定刺激電極的有效接觸面積。在一個 實施例中，水凝膠柱的尺寸基本類似於電路板上電極的面積，但大得足以覆蓋金屬接觸件。 在一個實施例中，神經刺激貼件具有兩個0. 420英寸直徑的鍍金接觸件，所述鍍金接觸件各自的中心相隔一英寸。在本發明的一個優選實施例中，水凝膠墊具有一定的厚度，該厚度有助於透氣性、 壽命及對局部表面形貌的適形。水凝膠墊不能太厚(發明人-水凝膠墊應該有多厚呢？)， 因為過厚可能增加凝膠擠出的可能性，並且可能增加整個裝置的高度。因為對貼件來說較 低的外形是優選的，所以水凝膠應該儘可能的薄。在一個實施例中，凝膠大約為0. 60英寸 厚。在一個實施例中，兩個接觸件的最近邊緣之間的間隙為0. 525英寸，由此提供足以抵抗 由於出汗導致的鹽的跨接。在本發明的一個實施例中，電極被布置為並列型。在另一個實 施例中，電極是同心的。使用期間，如果貼件變松，則患者可更換水凝膠墊。此外，用戶可以只僅在部分時 間使用裝置。在一個實施例中，可以移除貼件並且隨後重新定位或放回到表面上。本發明的選擇性神經刺激貼件被設計成在使用之前能長時間存放 。因此，必要的 是，貼件的構造方式使得在貼件被有意激發之前，在電池和電路之間沒有過早地接觸。因 此，貼件有利地具有一次性激發的密封開關機構。開關機構可以有若干種設計，包括在存在 磁體(包含在封裝內)處於常「關」的簧片開關、可以從常關狀態切換到常開狀態的偏心開 關、如同上述由導電粘合劑維持的初始接觸的開關或防止在最終使用者有意按壓之前形成 正常電路的電池接觸布置。在本發明的一個實施例中，通過向下擠壓電池激發貼件，導致電池在環形電池支 架裡向下偏移.005-, 010英寸，使得電池與位於電路板頂面上的接觸件永久性接觸，由此 激發裝置或給裝置「通電」。貼件的激發優選為一次性、不可逆的激發電路的步驟，這導致它 在電池耗盡(此時神經刺激貼件不能再起作用)之前一直工作。現有技術的神經刺激貼件的一個問題在於，貼件的邊緣可能被鉤到其它物體上， 這將會導致貼件被從患者身上拉掉。為了避免這些問題，本發明在從皮膚到貼件的整個厚 度之間提供了傾斜的過渡，由此提供的貼件不太可能鉤住衣服或相對的物體。在一個實施 例中，貼件包括緊密貼合在有電路的基底周邊的周圍的柔性、過渡性支承凸緣，產生直至皮 膚的傾斜過渡。排氣開口或穿孔延伸穿過支承凸緣，從而得到通過可透氣的頂部覆蓋件的 捕獲到的水分的選出路徑。支承凸緣行使的若干功能包括為貼件提供柔軟的、無箍縮的邊 緣；生成防鉤掛的傾斜周邊，所述周邊還在其從貼件的頂部平臺表面過渡到皮膚的位置處 支承頂部覆蓋件，而且它提供一體的薄型封裝件，以包含在長期保存和以後的使用過程中 容納並密封保護電子器件使其不受水分和腐蝕影響的封裝材料。在本發明的一個實施例中，封裝材料是半剛性的環氧樹脂，它是透明的或半透明 的，使得能看到來自LED的光線，並且使得IR光學信號從外部控制器抵達光電二極體。在 一個實施例中，柔性頂部覆蓋件材料使得IR或可見光從其中穿過。在另一個實施例中，頂 部覆蓋件在其中形成有孔，使得光線穿過，以抵達本文所述的光學組件。在本發明的一個或多個實施例中，利用下列專利中所述的裝置和技術，選擇性 神經刺激貼件適於產生調製波形以刺激目標神經共同轉讓的美國專利申請公開No. US 2005/0277998 (提交於2005年6月7日的美國專利申請No. 11/146，522)和No. US 2006/0195153 (提交於2006年1月31日的美國專利申請No. 11/343，627)，藉此將這些專 利的公開內容以引用方式併入本文。波形有利地通過調製載波波形與脈衝包絡產生。載波 波形的特性(例如振幅、頻率等等)經過選擇，以便克服組織阻抗和目標神經的刺激閾值。脈衝包絡是具有設計用於選擇性刺激目標神經的特定脈衝寬度、振幅和形狀的波形。該波 形能夠以最低的電信號強度損耗高效穿透組織併到達目標神經，從而節省本來在用低頻信 號多次嘗試刺激目標神經時將會使用的電池功率。此外，只有目標神經受到刺激，而非目標 神經不受刺激。參見圖11，在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件200包括有電路的基 底202，所述有電路的基底202可被操作用於產生刺激神經和身體部分的電信號。貼件100 包括諸如鋰電池之類的合適的電源208、第一波形發生器264和第二波形發生器266。第一 波形發生器264和第二波形發生器266電連接至電池208，並由電池208供電。波形發生 器264、266可以是任何合適的類型，例如由Texas Instruments of Dallas，TX銷售的型 號為NE555的波形發生器。第一波形發生器264產生具有已知可刺激身體中神經的頻率的 第一波形268。在一個實施例中，該頻率在約10-30HZ的範圍內。在另一個實施例中，該頻 率在約10-40HZ的範圍內。如上所述，這樣的低頻信號(例如，10-40HZ)其本身無法穿過 身體組織來有效刺激目標神經。為了解決這些問題，本發明的神經刺激貼件200可包括第 二波形發生器266，該第二波形發生器266產生具有較高頻率的第二波形270。第二波形的 頻率大約為10-400KHZ。第二波形270連同第一波形268施加到調幅器272，例如由Texas Instruments以商品名On-Semi MC1496銷售的調幅器。
調幅器272產生經調製的波形274，其被發送到在有電路的基底202的底面處可 觸及的電極232。儘管圖11僅示出了一個電極232，但是本發明的優選實施例可以有兩個 或更多個電極。電極232繼而將經調製的波形274施加至目標神經，以刺激目標神經。參 見圖11和圖12，第一波形268優選為頻率大約為10-40HZ的方波，第二波形270優選為頻 率大約在10-400KHZ的範圍內的正弦信號。上列頻率範圍僅僅是示例性的，從而其它頻率 範圍也可利用並仍在本發明的範圍內。本領域的技術人員將易於認識到，用第二波形(載 波)270調製第一波形268將產生具有圖12所示構型的調製波形或信號274。在本發明的一個實施例中，電極適於將調製波形信號施加於與選定的身體部分 (例如膀胱)相關的一個或多個目標神經(未示出)。調製波形包括能易於傳播穿過身體 組織的高頻載波波形和適於刺激選定的身體部分的目標神經的低頻信號。參見圖12，雖然 本發明不受任何具體操作理論的限制，但據信，由於載波波形270的高頻特性可將低頻波 形268有效攜帶至目標神經，產生調製信號274使得神經刺激波形268能穿過組織。本發明的一個實施例中，基本操作原理是，可在不影響相鄰的神經元的情況下選 擇性靶向體內神經以進行刺激。如本領域的技術人員所熟知的那樣，由於神經系統組織內 存在的可興奮細胞的電化學活性會產生生物電位。這些可興奮細胞以兩種電狀態存在靜 息電位或動作電位。細胞一直為靜息電位狀態，直到提供足夠的刺激，以使細胞達到動作電 位或閾值電位，這時神經將「激活」，並且動作電位會沿著細胞膜以無衰減的恆定傳導速度 行進。動作電位的這種全有或全無響應致使細胞膜電位經過特有的可重複周期，在該周期 內，電位首先從負靜息電位升到正動作電位，然後在大約Ims內再次回降到負靜息電位。不 論刺激的量值如何，只要超過閾值電位，響應就將保持不變。當可興奮細胞膜具有動作電位響應後(由足夠的刺激引起)，其對第二刺激的響 應能力將顯著改變。在使動作電位的部分初始去極化期間，細胞膜無法響應額外的刺激，而 不論該刺激強度如何。這段時期稱為絕對不應期。緊隨絕對不應期之後的時期稱為相對不應期。在相對不應期期間，細胞膜只能響應強刺激。絕對不應期和相對不應期的存在導致產生細胞可以反覆放電的頻率上限。因此，可以將神經元視為頻率依賴性裝置。神經元 的頻率依賴性元件取決於其總電容，而總電容則因神經元而異，並取決於神經元的長度、直 徑、包層(髓鞘形成)和電介質的電容率。換句話講，對於任何指定的電介質，改變神經元 的長度或直徑或其髓鞘形成都會改變總電容。由於人體內的神經元的確在直徑、長度和髓鞘形成方面有巨大的差別，因此這些 神經元的電容和傳導速度(工作頻率)也有差別。利用相鄰的神經元物理特性的差異，可 以在不影響相鄰的神經元的情況下使所選神經為目標進行刺激。也就是說，通過表徵相鄰 的神經元的頻率響應(電容)，並將刺激頻率調諧到無重疊區域，可以實現選擇性的神經刺 激。例如，對於兩個相鄰的神經元，其中神經元A具有0-20Hz的操作頻帶，神經元B具有 20-30HZ的操作頻帶，可以在不影響神經元A的情況下，選擇性地刺激神經元B。此外，如果 在神經元B的絕對不應期期間(如上所述，在此期間沒有任何量的刺激會激活神經元B)施 加刺激，或在相對不應期期間刺激量低於導致刺激所需的量，那麼即使是在重疊的頻率範 圍內，也可選擇性地刺激神經元A。如下文將進一步描述的那樣，可應用這些原理以實現對 體內的兩條或更多條神經進行選擇性刺激。參見圖13，在本發明的一個實施例中，選擇性神經刺激貼件300包括有電路的基 底302，該基底302具有設置在其上以用於產生電信號來刺激目標神經的組件。神經刺激貼 件300包括諸如鋰離子電池之類的合適的電源308、產生第一波形368的第一波形發生器 364、產生第二波形370的第二波形發生器366和產生第三波形382的第三波形發生器380。 第一波形發生器364、第二波形發生器366和第三波形發生器380優選電連接到電池308， 並由電池308供電。這些波形發生器可以是任何合適類型的，例如由Texas Instruments of Dallas, TX銷售的型號為NE555的波形發生器。將第一波形發生器364、第二波形發生 器366和第三波形發生器226的輸出施加至調幅器372，調幅器372將這三個波形調製成經 調製的信號包374。本文使用術語「信號包」是描述由以任何方式調製在一起的兩個或更多 個單獨信號組成的單個輸出信號。參見圖13和圖14，第一波形發生器364產生第一波形368或信號，該信號具有 已知可刺激已知可由大約在10-30HZ範圍內的頻率刺激的第一所選身體部分(例如陰 部神經)的信號。如上所述，已證實，在電流密度足以刺激目標神經的情況下，很難將這 樣的低頻信號穿過身體組織以達到某些目標神經。為了解決這個問題，第二波形發生器 366產生較高頻率的載波波形370，該載波波形連同第一波形368被施加至調幅器372，例 如TexasInstruments銷售的On-Semi MC1496調製器。第一波形368優選為頻率大約為 10-30HZ的方波，第二波形370優選為頻率大約在10-400KHZ的範圍內的正弦信號。用第 二波形(載波波形)370調製第一波形368產生通常具有圖14所示構型的調製波形或信號 374。圖14示出的信號僅為了進行示意性的目的，並且無意於指本文所述的示例性信號的 真實表示。在操作中，將調幅器372產生的調製信號374發送到電極332。電極332又將調製 信號374施加至目標神經。正如本領域的技術人員易於理解的那樣，由於載波波形的高頻 特性使得低頻信號能由目標神經檢測到(並響應於該信號)，調製信號374的使用提供了對 目標神經的有效刺激。
參見圖14，已觀察到的是，調製信號374具有不活動周期384。不是將該神經刺激貼件(圖13)僅用於選擇性地刺激一個目標神經，而是可利用調製信號374的不活動周期 384來產生適於刺激第二目標神經或其它身體部分的第二調製信號。參見圖13和圖14，為 了實現這一目的，第三波形發生器380產生頻率與第一波形368的頻率不同並且被專門選 擇用於刺激第二神經或身體部分的第三波形382。圖14示出了示例性的第三波形382。有 利的是，第三波形382與第一波形368異相，以避免與第一調製信號374相互幹擾。此外， 在本發明的一個實施例中，如果刺激第一神經和第二神經的頻率範圍重疊，那麼可在第一 神經的不應期期間產生或施加第三波形382，以確保第一神經不響應第二調製信號。第一波形發生器364和第三波形發生器380優選產生彼此異相的它們各自的波形 368和382，從而當與載波波形370混合時，這兩種波形沿信號包386 (圖14)的單獨部分和 不連續部分出現，並且第一波形和第三波形中的每一個的頻率都被選擇用於特定地靶向不 同的神經或身體部分。例如，第一波形368的頻率可以為20Hz，已知該頻率對陰部神經的自 主神經元分支具有影響(用於治療膀胱過度活動症)，第三波形382的頻率可以為10Hz，已 知該頻率可對陰部神經的體運動分支產生影響(可用於治療間質性膀胱炎)。在頻率範圍 中存在重疊的程度上，可以在第一神經的不應期期間施加第三波形382。根據上述系統和方法，可使用調製信號包的各個元件，以選擇性地靶向不同神經、 不同神經分支、不同肌肉或所選的其它身體部分。也就是說，單個神經刺激貼件可提供設計 用於緩解多種不同症狀的刺激信號，例如與疼痛治療、膀胱過度活動症、大便失禁、間質性 膀胱炎和任何其它盆底紊亂相關的症狀。本領域的技術人員將會認識到，可通過許多不同的方式操縱適當的信號，以實現 合適的調製信號和/或信號包。例如，參見圖13和14，在本發明的一個實施例中，也可以包 括產生第四載波波形392的第四波形發生器390，其中第四載波波形具有不同於第二載波 波形370的頻率。如果刺激第一神經和第二神經或身體部分需要信號穿過不同類型或數量 的組織，這可以是理想的。如圖所示，在使用單個調幅器的實施例中，第四載波波形392優 選僅在第一波形368的不活動期內施加，以免影響調製信號374。在圖15和16的實施例中，可以將第一波形468和第二載波470提供給第一調幅 器472A，以產生第一調製波形474A。可以將第三波形482和第四載波波形492提供給第二 調幅器472B，以產生第二調製波形474B。可使用第三調幅器494進一步調製這些第一調製 波形和第二調製波形，以產生能通過電極432傳送的調製信號包496。在本發明的一個實施 例中，可以通過單獨的第一電極和第二電極(未示出)施加第一調製信號474A和第二調製 信號474B。在本發明的一個或多個其它實施例中，當調製波形具有不活動期時，可以將額外 的信號插入這些非活動期，以使其它神經、肌肉或身體部分為目標。參見圖17，在本發明的一個實施例中，有利的是選擇性神經刺激貼件500具有一 個或多個生物反饋機構。生物反饋機構有利地向系統提供反饋，並使系統能夠選擇性地運 行，而不是一直運行。因此，神經刺激可以只在必要時進行。貼件500包括有電路的基底502、諸如電池之類的電源508、產生第一波形568的 第一波形發生器564和產生第二波形570的第二波形器566。第一波形發生器564和第二 波形發生器566電連接到電池508，並且由電池508供電。波形發生器564和566可以是任 何合適的類型，例如由TexasInstruments of Dallas, TX銷售的型號為NE555的波形發生器。第一波形發生器564產生具有已知可刺激身體中的神經的頻率的第一波形568。在一 個實施例中，該頻率在約10-30HZ的範圍內。在另一個實施例中，該頻率在約10-40HZ的範 圍內。如上所述，這樣的低頻信號(例如10-40HZ)其本身無法穿過身體組織來有效刺激目 標神經。為了克服這個問題，選擇性神經刺激貼件500具有第二波形發生器566，其產生具 有較高頻率的第二波形570 (例如，10-400KHZ)，第二波形連同第一波形566施加至調幅器 572，例如由Texas Instruments以商品名On-Semi MC1496銷售的調幅器。調幅器572產生發送到電極532的調製波形574。電極532又將調製波形574施 加至目標神經(未示出)以刺激目標神經。在一個實施例中，選擇性神經刺激貼件500可 包括用於產生第三波形582的第三波形發生器580和用於產生第四波形592的第四波形發 生器590。神經刺激貼件500還包括一個或多個傳感裝置598。 傳感裝置可以是可植入身體 內部的。傳感裝置598優選包括至少一個傳感器600，其將感測所選的生物生理特性；和 數據傳輸裝置602，其將傳感器600收集的數據或信息傳輸回體外以進一步處理，下文將對 此進行詳細講述。傳輸裝置602可以無線傳輸數據。在一個實施例中，信號傳輸裝置602是較大的信號控制系統604的一部分，信號控 制系統604還包括接收裝置606例如來自MaximSemiconductors of Sunnyvale, CA的MAX 1472，其電連接至電池508，並由電池508供電。接收裝置606接收來自一個或多個傳感裝 置598的數據，並將此數據提供給微控制器608。微處理器優選被編程來接收和分析數據， 並根據此數據給第一波形發生器564和第二波形發生器566提供輸入，從而由該神經刺激 貼件控制信號傳輸。生物反饋傳感器600可以是植入身體內部(例如，膀胱內)的壓力傳感 器。正如本領域的技術人員所熟知的，持續測量膀胱內的壓力可指示膀胱收縮的存在和幅 度。當這種壓力測量結果表明痙攣性膀胱肌肉活動(相比將導致膀胱內壓力緩慢穩定上升 的正常膀胱收縮而言)時，可將反饋信號傳輸到接收裝置606並隨後傳輸到微控制器608。 響應接收到的反饋信號，微控制器608將通過控制第一波形發生器564和第二波形發生器 566致使電極532傳輸調製信號。目標神經(如陰部神經)收到調製信號後，將神經支配膀 胱肌肉以基本上消除痙攣性肌肉收縮。在一個實施例中，生物反饋裝置598可包括多種電子元件，包括電源、一個或多個 傳感器元件和電子接口，電子元件中的每一個都彼此電連接，並以本領域熟知的方式以機 械方式安裝在印刷電路板上。所述一個或多個傳感器元件感測體內的預定生理特性，並將 反映這類特性的信號或數據傳輸到電子接口。該系統可以包括用於存儲與感測到的生理特 性相關的數據的數據存儲元件，但也可以包括發射器，以用於將數據發射到患者體外，以便 其可用於控制調製信號的產生(如上所述)。生物反饋裝置可以基本上由可收縮殼體或罩 圍繞。在本發明的一個優選實施例中，生物反饋裝置優選長期保留在體內(如膀胱)，以 提供用於控制電極操作的持續反饋。凡是不使用持續反饋的，也仍然可以使用本文所述的 植入式傳感器，以在實施準確診斷和/或正確治療方面獲得可用數據。在本發明的一個實 施例中，該裝置可以保留在膀胱內1-2天，每1/2秒採集壓力測量值。隨後可分析壓力變化 的類型和頻率，以提供評估身體功能的反饋。例如，測得的隨時間而變化的囊泡壓力可反映 排洩時間和頻率，可指示膀胱過度活動症或膀胱過度充盈。在一個實施例中，傳感器元件被設計為在長期休眠模式下操作，並按固定時間間隔「甦醒」以測量壓力等。一旦收集了充分的數據，就可將裝置從膀胱內移除，例如通過將導管插入膀胱中以收回植入式裝置，或使用 膀胱鏡或其它合適器械的操作通道收回裝置。應當將導管或膀胱鏡插入膀胱中，並將裝置 抓住拉回到導管或膀胱鏡通道中，隨後從體內移除。參見圖17，在實施例中利用生物反饋數據，接收器606可從不止一個的生物反饋 裝置598中接收反饋數據。在這些實施例中，可以將與圖示的和上述的生物反饋傳感器類 似的第二植入式生物反饋傳感器插入其它身體的孔(例如，陰道腔)。第二生物反饋傳感器 可以封裝在由類似於棉塞的棉花卷或棉花團製成的「棉塞狀」裝置或殼體內。在一個實施 例中，第二植入式生物反饋裝置用於感測腹部壓力，第一植入式生物反饋裝置用於感測膀 胱壓力。因此，從腹部壓力中減去膀胱壓力可以確定逼尿肌壓力(即膀胱組織壁的肌肉襯 的壓力)。如本領域的技術人員熟知的那樣，當患者緊張、咳嗽、打噴嚏、發笑等時，逼尿肌壓 力升高，檢測這些壓力對於診斷多種膀胱和下尿路疾病狀況具有重要的臨床學意義。例如， 逼尿肌壓力升高的頻率為評價欲望性尿失禁提供了有意義的數據。在本發明的一個實施例中，包括神經刺激貼件的系統具有第一植入式生物反饋傳 感器和第二植入式生物反饋傳感器。其中一個植入式生物反饋傳感器將數據傳輸到另一個 植入式生物反饋傳感器，後者然後再將兩組數據無線傳輸到接收器606 (圖17)。在本發明的一個實施例中，通過設置可完全或局部地從電極向目標神經或身體部 分延伸的導電線路，可增大電極向目標神經或身體部分傳輸的刺激能量的電導係數。導電 線路可以為交聯聚丙烯醯胺凝膠，例如，得自Contura(Denmark)的Aquamid. RTM.可注射凝 膠。這種注射或以其它方式插入的生物惰性凝膠為高度導電的，並且可以是或不是水溶液。 由於凝膠不具剛性並可適形於患者身體，因此植入的凝膠提供許多有益效果，包括易於遞 送、侵襲性低且患者舒適度。如上所述，注射凝膠線路的顯著優點是從電極到目標神經形成 高度導電通路，該通路的導電性遠遠高於周圍組織。這減少能量分散並提高電極和目標神 經之間的能量傳輸效率。導電性凝膠在電極和目標神經之間延伸。使用導電凝膠的優點之一是電極僅毗鄰 於目標神經的一個平面，而可變形的和可流動的導電凝膠可以包圍目標神經。因此，導電 凝膠可以電接觸或物理接觸目標神經的整個360度，從而增強施加至目標神經的調製波形 或神經刺激信號。在一個實施例中，導電凝膠可以從大致與目標神經接觸的位置延伸到更 靠近較外部表皮層的位置。在一個或多個實施例中，可以使用任何構型的多種導電凝膠袋 (gelpocket)或凝膠束(gel tract)。儘管上文已經描述了一種合適的導電凝膠，但多種其它導電凝膠也是合適的。也 可以使用許多熱固性水凝膠和熱塑性水凝膠。熱固性水凝膠的例子包括下列物質與親水 性和疏水性共聚單體、交聯劑及其它改性劑的交聯變體聚甲基丙烯酸羥乙酯與共聚物、 N-取代的丙烯醯胺、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚環氧乙烷、聚 乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(N，N-二甲基氨丙基-N'-丙烯醯胺)以及它們的組 合物。熱塑性水凝膠的實例包括丙烯酸衍生物(例如ΗΥΡΑΝ)、乙烯醇衍生物、親水性聚氨酯 (HPU)和苯乙烯/PVP嵌段共聚物。雖然上文涉及本發明的實施例，但在不脫離本發明基本範圍的情況下，也可以設 計出本發明的其它實施例和更多實施例。
權利要求
一種神經刺激貼件，包括基底，所述基底具有頂面和底面；組件，所述組件位於所述基底的頂面之上並且彼此電互連，用於產生至少一種神經刺激信號；至少一個電極，所述至少一個電極設置在所述基底上並且在所述基底的所述底面處暴露，用於施加所述至少一種神經刺激信號。
2.根據權利要求1所述的神經刺激貼件，還包括位於所述基底之上的防水可透氣的頂部覆蓋件。
3.根據權利要求2所述的神經刺激貼件，還包括圍繞所述基底並將所述頂部覆蓋件與 所述基底耦合的支承凸緣。
4.根據權利要求3所述的神經刺激貼件，其中所述支承凸緣具有朝所述支承凸緣的外 周向下傾斜的頂面。
5.根據權利要求4所述的神經刺激貼件，其中所述頂部覆蓋件的一部分適形於所述支 承凸緣的所述頂面。
6.根據權利要求5所述的神經刺激貼件，其中所述支承凸緣還包括從其下側延伸至其 所述頂面的排氣開口，所述排氣開口與所述頂部覆蓋件連通，以將水分從所述貼件內部向 所述貼件外部排出。
7.根據權利要求3所述的神經刺激貼件，還包括至少部分覆蓋所述組件和所述基底的 所述頂面的封殼，其中所述支承凸緣包圍所述封殼。
8.根據權利要求7所述的神經刺激貼件，其中所述封殼是透明的。
9.根據權利要求8所述的神經刺激貼件，其中所述頂部覆蓋件位於所述封殼之上，並 且所述頂部覆蓋件為至少部分半透明的。
10.根據權利要求1所述的神經刺激貼件，其中位於所述基底之上的所述組件包括電 源和與所述電源連接的開關，用於激發所述貼件。
11.根據權利要求10所述的神經刺激貼件，其中所述開關包括適於僅一次性激發的開關。
12.根據權利要求1所述的神經刺激貼件，其中所述組件之一包括發光元件，用於產生 指示所述貼件被激發的光信號。
13.根據權利要求1所述的神經刺激貼件，其中所述組件之一包括適於接收信號的光 學傳感器，用於控制與所述至少一種神經刺激信號相關的參數。
14.根據權利要求1所述的神經刺激貼件，其中所述組件包括第一波形發生器，所述第一波形發生器位於所述基底的所述頂面之上，並且適於產生 具有第一頻率的第一波形；第二波形發生器，所述第二波形發生器適於產生具有高於所述第一頻率的第二頻率的 載波波形；以及調製器，所述調製器電連接至所述第一波形發生器和第二波形發生器，並且適於調製 所述第一波形和所述載波波形以產生調製波形，其中所述至少一個電極電連接至所述調製 器以施加所述調製波形。
15.根據權利要求14所述的神經刺激貼件，其中所述組件還包括第三波形發生器，所述第三波形發生器適於產生第三波形，所述第三波形具有不同於 所述第一波形頻率的第三頻率並與所述第一波形異相；所述調製器電連接至所述第三波形發生器，並且適於調製所述載波、第一波形和第三 波形以產生所述調製波形，並且其中所述第一波形適於刺激第一目標神經並且所述第三波 形適於刺激第二目標神經。
16.一種神經刺激貼件，包括有電路的基底，所述有電路的基底具有頂面和底面；多個一體化的組件，所述組件位於所述有電路的基底的頂面之上，用於產生至少一種 神經刺激信號；電源，所述電源位於所述有電路的基底的所述頂面之上，用於給所述一體化的組件供能；電極，所述電極設置在所述有電路的基底之內，在所述有電路的基底的所述底面處可 觸及所述電極，並且所述電極與所述一體化的組件電互連，以施加所述至少一種神經刺激信號；防水可透氣的覆蓋件，所述覆蓋件位於所述有電路的基底之上； 支承凸緣，所述支承凸緣與所述有電路的基底耦合併圍繞所述有電路的基底，所述支 承凸緣具有朝其外周向下傾斜的頂面，其中所述支承凸緣具有在其傾斜的頂面處可觸及的 多個通風開口，所述多個通風開口與所述防水可透氣的頂部覆蓋件連通，以排放來自所述 貼件的水分。
17.根據權利要求16所述的神經刺激貼件，還包括位於所述電極之上的導電粘合墊， 用於將所述貼件固定至表面。
18.根據權利要求17所述的神經刺激貼件，其中所述導電粘合墊包括粘合性水凝膠墊。
19.根據權利要求16所述的神經刺激貼件，還包括位於所述一體化的組件和所述基底 的所述頂面之上的透明封裝材料，所述支承凸緣圍繞所述透明封裝材料。
20.根據權利要求16所述的神經刺激貼件，其中所述一體化的組件包括第一波形發生器，所述第一波形發生器位於所述有電路的基底的所述頂面之上，並且 適於產生具有第一頻率的第一波形；第二波形發生器，所述第二波形發生器適於產生具有高於所述第一頻率的第二頻率的 載波波形；以及調製器，所述調製器電連接至所述第一波形發生器和第二波形發生器，並且適於調製 所述第一波形和所述載波波形以產生調製波形，其中所述電極中的至少一者電連接至所述 調製器，用於施加所述調製波形。
21.—種神經刺激貼件，包括 基底，所述基底具有頂面和底面；一體化的組件，所述組件位於所述基底的所述頂面之上並且彼此電互連，用於產生至 少一種神經刺激信號；電極，所述電極一體化至所述基底並在所述基底的所述底面處暴露，用於施加所述至 少一種神經刺激信號；3防水可透氣的覆蓋件，所述覆蓋件位於所述基底和所述一體化的組件之上；支承凸緣，所述支承凸緣圍繞所述基底並且將所述防水可透氣的覆蓋件與所述基底耦 合，所述支承凸緣具有朝其外周向下傾斜的頂面，其中所述覆蓋件的至少一部分適形於所 述支承凸緣的所述傾斜的頂面。
22.根據權利要求21所述的神經刺激貼件，其中所述支承凸緣包括從其下側延伸至其 所述傾斜的頂面的多個排氣開口，所述排氣開口與所述防水可透氣的材料連通，以將水氣 從所述貼件內部排放到所述貼件外部。
23.根據權利要求21所述的神經刺激貼件，還包括位於所述一體化的組件之上的透明 封裝材料，其中所述支承凸緣圍繞所述透明封殼。
24.根據權利要求23所述的神經刺激貼件，其中所述一體化的組件包括電源、一次性 激發開關、發光元件和光學傳感器，並且其中所述防水可透氣的覆蓋件包括與所述一次性 激發開關對準的第一開口、與所述發光元件對準的第二開口和與所述光學傳感器對準的第 三開口。
25.根據權利要求21所述的神經刺激貼件，還包括覆蓋所述電極的導電粘合墊，以及 覆蓋所述防水可透氣的覆蓋件的周邊下側部分的粘合劑層用於將所述貼件附著至表面。
全文摘要
本發明提供了一種神經刺激貼件，所述神經刺激貼件包括具有頂面和底面的基底；位於所述基底的所述頂面之上並彼此電互連以產生至少一種神經刺激信號的一體化的組件；一體化至所述基底並在所述基底的所述底面處暴露以向目標神經施加至少一種神經刺激信號的電極；位於所述基底和所述一體化的組件之上的防水可透氣的覆蓋件；以及圍繞所述基底並將所述覆蓋件與所述基底耦合在一起的支承凸緣。
文檔編號A61N1/375GK101868279SQ200880116359
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月5日 優先權日2007年11月16日
發明者A·迪烏鮑爾迪, B·J·薩金特, M·R·特雷西, R·O·貝爾, S·B·瓦爾格倫 申請人:伊西康公司