專利名稱：采用傳感活動通過對胃腸道的電刺激來治療肥胖癥的方法及儀器的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及可植入式的胃電刺激系統(tǒng)，可用于降低胃動力以及(或者)胃效率，從而用于肥胖癥的治療。特別是，本系統(tǒng)含有一個可植入的電刺激器，一個或多個可植入的刺激導(dǎo)線(電極)，一個外置的編程部件，以及用于自動控制同步的電刺激頻率、時間間隔、幅度、或這些參量的組合的算法，可用于治療肥胖癥及其它消化道功能紊亂癥。
2.相關(guān)背景描述肥胖癥是西方國家的一個主要健康問題。調(diào)查表明33％的人口超重，而且人數(shù)逐年增長。肥胖癥是美國可預(yù)防性死亡的第二大病因。它與幾乎影響每個人體系統(tǒng)的幾個因素有關(guān)。例如高血壓、糖尿病、冠心病、呼吸系統(tǒng)功能紊亂、以及肌肉與骨骼問題。據(jù)估計，每年與肥胖癥相關(guān)的花費(fèi)接近700億美元。
有許多因素會引起肥胖，但缺乏運(yùn)動和過量飲食是兩個主要因素。目前的治療方法包括節(jié)食、鍛煉、抑制食欲藥物、增強(qiáng)新陳代謝藥物、胃腸道約束手術(shù)、以及胃腸道的手術(shù)修正。這些療法的效用可能很低或者毫無效用，也可能可以減輕初始體重的50％。
胃麻痹是相反的病理情況，此時胃功能受損。胃麻痹病人表現(xiàn)為胃動力不足，并有惡心、嘔吐及胃部不適等并發(fā)癥狀。病人可能有胃漲或過早感到飽的感覺。通常，這會造成食物攝入減少(量、頻率)，繼而體重減輕。從生理上講，此癥狀可能與胃損傷或胃部神經(jīng)系統(tǒng)損傷或者胃平滑肌營養(yǎng)不良從而造成的胃平滑肌蠕動減弱(幅度、頻率)有關(guān)。一些研究指出此癥狀還與胃功能紊亂有關(guān)。
如果能夠適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)，對胃麻痹的癥候?qū)W及其引發(fā)的癥狀的研究可能揭示了一些有助于對肥胖癥治療的因素。這就提出了一類可植入的電子設(shè)備，可以通過誘發(fā)正常胃動力的電生理紊亂從而產(chǎn)生輕微的、可逆的胃麻痹。
胃是消化道(食物通道)的一個復(fù)雜的器官，具有分解、消化及移動食物的基本功能。這些典型的功能伴隨著促進(jìn)分解的生化反應(yīng)物的分泌、減少食物顆粒大小從而促進(jìn)混合的各種運(yùn)動、以及將食糜(小食物顆粒和生化反應(yīng)物的溶液)送入腸道的運(yùn)動。胃的這些運(yùn)動是由胃壁平滑肌的有規(guī)律的收縮完成的。
胃的正常收縮由三個部分控制神經(jīng)活動，化學(xué)活動，肌原活動。
神經(jīng)控制部分是指促使胃部運(yùn)動的內(nèi)外神經(jīng)。內(nèi)神經(jīng)釋放不同的神經(jīng)傳遞素及縮氨酸，控制胃的收縮和自主運(yùn)動。研究表明外神經(jīng)會通過釋放調(diào)節(jié)物質(zhì)從而影響胃的收縮。
化學(xué)控制部分是指神經(jīng)末梢或內(nèi)分泌細(xì)胞和胃部腺體釋放的不同物質(zhì)(神經(jīng)傳遞素、神經(jīng)調(diào)節(jié)素及縮氨酸)。這些化學(xué)物質(zhì)可直接作用于平滑肌細(xì)胞或神經(jīng)以調(diào)節(jié)或控制胃收縮和自主運(yùn)動的發(fā)生。
肌原控制部分是指由于平滑肌極化及去極所造成的小的電位波動。肌肉活動被稱為電控制活動或慢波。
慢波是蠕動活動潛在的記時器。慢波一直存在，大約每分鐘2到4次。慢波并不都與收縮相關(guān)聯(lián)，但是正常的蠕動收縮的發(fā)生一定與慢波同步。
要產(chǎn)生正常的蠕動收縮，必須存在多種控制方法。慢波(由細(xì)胞膜電位去極化產(chǎn)生)提供了基本的定時/間隔及組織。但是典型的慢波去極化本身的強(qiáng)度不足以達(dá)到使平滑肌收縮所需要的閾值。必須有神經(jīng)或化學(xué)的部分存在以增強(qiáng)肌原活動。在神經(jīng)和/或化學(xué)部分存在的情況下，去極化的強(qiáng)度超過了肌肉興奮所需的閾值，從而產(chǎn)生收縮。(收縮由稱為電反應(yīng)活動或動作電位的附加的電活動所引起。)但是，產(chǎn)生收縮只是蠕動活動的一部分。要在生理上有效(有效地減小、混合并/或推動胃里的食物)，收縮必須在空間上和時間上(垂直和/或平行于胃部不同的肌肉層)有組織地，分階段地傳播。
通常，收縮包括胃壁周向及縱向肌肉層的收縮。周向肌肉層的收縮減少了胃室的直徑?？v向肌肉層的收縮減少胃的長度，并且可能有助于與收縮的周向肌肉層毗連的腔室的擴(kuò)張并把收縮傳播到附近的沒有收縮的周向肌肉層段。兩種肌肉層的協(xié)調(diào)收縮是蠕動傳播所必不可少的。
對這三個控制部分和/或收縮傳播協(xié)調(diào)性的有意識的干預(yù)可能損害收縮功能及相關(guān)的運(yùn)動功能。從電生理學(xué)的角度，這種干預(yù)可以通過以下一種或幾種方法控制(a)用電刺激在慢波或蠕動波之前(空間上或時間上)或同時產(chǎn)生個別細(xì)胞或細(xì)胞群不同步的去極化，造成波的無組織或減弱；(b)用電刺激在慢波或蠕動波之前產(chǎn)生大量細(xì)胞同步的去極化，形成一個波的不應(yīng)區(qū)；(c)對胃部神經(jīng)持續(xù)的電刺激，造成刺激區(qū)域的神經(jīng)脫敏，抑制或阻礙；(d)用電刺激產(chǎn)生頻率大于4cpm的慢波，形成胃動過速的狀態(tài)，從而不會產(chǎn)生蠕動；(e)用電刺激產(chǎn)生一個與固有頻率相近但位置不同的慢波，形成抵消性的異位波；以及(f)通過對個別肌層的時間或空間隔離的，定向的電刺激造成蠕動協(xié)調(diào)性的解耦。
其他一些方法也能達(dá)到相同的效果，但可能不便于應(yīng)用，需要反復(fù)應(yīng)用或多種操作，并且可能是不可逆的。這些方法包括(a)通過離格技術(shù)(輻射頻率、微波、低溫技術(shù))造成平滑肌損傷，從而降低平滑肌的收縮能力，或?qū)⑹湛s矢量改變到一個不太有效的方向或次序；并且(b)通過精確控制肌肉內(nèi)麻痹藥物(如，波特淋菌毒素，箭毒，等等)的劑量和模式使作用區(qū)域無法產(chǎn)生收縮并且/或者使收縮沿?zé)o效路徑進(jìn)行。
上述方法在另外的著述中有探討。這些著述集中探討損傷的電生理機(jī)制。
對胃及胃腸道的其它部分的電刺激的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了一段時間。大部分實(shí)驗(yàn)意圖通過加速或加強(qiáng)/恢復(fù)蠕動活動以提高胃排空能力。
1995年6月3日授予Cigaina的，U.S.專利5423872的“治療肥胖癥及胃運(yùn)動功能紊亂綜合癥患者的方法及設(shè)備”，介紹了一種在胃竇區(qū)域植入的電刺激器，此區(qū)域節(jié)律性產(chǎn)生對整個胃部進(jìn)行刺激的電脈沖，從而人為的改變胃部的自然活動以阻止排空或減慢食物通過胃的速度。Cigaina的不足之處在于它僅僅是一個刺激裝置，與能通過磁效應(yīng)手動操縱裝置相比，缺少按需提供刺激的能力，因而由于在不需要的時候提供刺激能量的浪費(fèi)。
1997年11月25日授予Chen等人的，U.S.專利5690691的“有相多點(diǎn)胃腸道起搏器”，介紹了一種便攜式或可植入的胃起搏器，它在胃部大屈曲處置入一些電極，在不同位置產(chǎn)生不同相位的電刺激以加速或減緩胃腸道的蠕動。Chen等人還提供了一個傳感電極或刺激電極，通過它感知一個器官對電刺激的反應(yīng)，從而使其它一組電極產(chǎn)生有相的電刺激。但是，Chen等人專注于沿蠕動傳播路徑布置的一組電極中傳播的有相刺激并感知器官對這些刺激的反應(yīng)。Chen沒有提到為達(dá)到治療的目的而需要的對內(nèi)部電活動的感知。
1998年11月17日授予Bourgeois的，U.S.專利5836994的“胃腸道電刺激的方法與儀器”，介紹了一種可植入的胃刺激器，它可通過一個或多個預(yù)先設(shè)定好頻帶的傳感器感知胃內(nèi)的電活動，并據(jù)此應(yīng)用或中止刺激。Bourgeois的傳感電路在探測到蠕動波時停止治療，探測不到則施加刺激。它沒有采用損傷胃部活動的療法。
2000年7月18日授予Bourgeois的，U.S.專利6091992的“胃腸道電刺激的方法與儀器”，與上面的994專利相似。它提供了具有不同參量的獨(dú)立的電脈沖序列，此序列包含有一系列(至少兩種)脈沖。此療法用于促進(jìn)胃蠕動。
2000年8月15日授予Bourgeois的，U.S.專利6104955的“胃腸道電刺激的方法與儀器”，涉及一種電刺激器，可以回復(fù)到探測狀態(tài)以確定體內(nèi)慢波間隙，從而在胃部處于內(nèi)消化狀態(tài)時防止刺激。如Bourgeois前面的專利一樣，’955的刺激用于增加胃動力。
1999年1說19日授予Famoloni的，U.S.專利5861014的“按需探測胃腸道刺激的方法與儀器”，是關(guān)于一種可植入的胃刺激器，可感知胃腸道非正常的電活動，從而在非正常電活動之前或過程中提供電刺激以治療胃活動失常。Familoni還提供了非正常電活動的前期記錄，但沒有提到改變正常的胃活動以達(dá)到諸如治療肥胖等不同效果。他沒有將療法應(yīng)用于擾亂正常的胃活動。
因此，此前的工作都是關(guān)于(1)提供電刺激(有相或無相)而不考慮體內(nèi)活動，或(2)提供電刺激以引起正常蠕動，或(3)提供電刺激與正常胃活動相互作用。
如上所述，此前的工作沒有提出根據(jù)內(nèi)部胃電活動提供電刺激以干擾正常的胃電活動的想法。
發(fā)明概述本發(fā)明主要是應(yīng)用可植入的胃刺激和導(dǎo)線系統(tǒng)檢測體內(nèi)胃電活動，判斷此活動正常與否，并對正常活動應(yīng)用電刺激以達(dá)到破壞/擾亂它的目的。
簡單概括一下，本發(fā)明是關(guān)于一個胃刺激系統(tǒng)(IGS)和對使用可植入式胃刺激器的患者進(jìn)行胃刺激的方法，包括一個信息處理器，電刺激電路，電傳感電路，電極轉(zhuǎn)換電路，以及遙感勘測電路。還提供了一個遠(yuǎn)端程序用于與植入式胃刺激器的遙感勘測電路一起工作，控制配備有信息處理器的電刺激電路的工作。植入式胃刺激器和患者的胃壁之間用導(dǎo)線作為刺激和/或傳感電極。刺激電極用于把電刺激電路發(fā)出的電信號傳導(dǎo)到患者的胃壁，而傳感電極則通過傳感電路把體內(nèi)胃電活動信息傳達(dá)給信息處理器。電極轉(zhuǎn)換電路使得每個電極的功能和極性能夠被信息處理器所控制。


圖1為IGS系統(tǒng)的組成；圖2A和2B進(jìn)一步圖示了刺激導(dǎo)線及其結(jié)構(gòu)；圖3為電極在胃內(nèi)的放置；圖4為一個單通道IGS的功能方框圖；圖5為多通道的功能方框圖；圖6為一個三電極系統(tǒng)可能的電極傳感“對”和刺激向量；圖7為一個四電極系統(tǒng)可能的電極傳感“對”和刺激向量；圖8為一個正常的胃慢波沿胃的行進(jìn)；圖9描述了慢波可辨別的特性；圖10為正常和不正常胃活動的辨認(rèn)/分類；圖11為多點(diǎn)電刺激；圖12為穿過一個慢波的電刺激；圖13為有空間移位的電刺激；
圖14為有空間和時間移位的電刺激；圖15為預(yù)先電刺激；圖16展示了用于計算預(yù)期的下一個慢波間隔的傳感歷史記錄；圖17為預(yù)刺激的時序；圖18表示在E處施加的解耦刺激(由C處的傳感所誘發(fā))。解耦刺激的目的是開始一個反收縮。
圖19表示一個成比例的刺激，用于擾亂25％的正常慢波；而圖20表示一個成比例的刺激，用于擾亂50％的正常慢波。另一個實(shí)施例可以破壞后面的每一個正常慢波。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例包含一個可植入的胃刺激器(IGS)，一個或多個在胃壁和IGS間形成電耦的可植入導(dǎo)線(二或多個電極)，一個可通過無線電頻率數(shù)據(jù)通道與IGS進(jìn)行非介入的信息傳遞(雙向)的編程部件(見圖1)。
外部程序部件是醫(yī)師(使用者)和IGS之間的接口。它包括一個用于與IGS通信的收發(fā)器，一個使醫(yī)師能夠進(jìn)行輸入/輸出操作的界面(例如，鍵盤，觸覺按鈕或軟按鈕，顯示器，軟件)，以及將輸入和輸出轉(zhuǎn)化為兩端(設(shè)備及使用者)各自適合的格式的電路及程序。程序部件通過一個無線頻率數(shù)據(jù)通道將信息傳達(dá)到設(shè)備或者接收設(shè)備的信息。信息以數(shù)據(jù)包流的形勢傳送。本裝置中，通過一個查錯算法以確定數(shù)據(jù)包流的正確性。
可植入導(dǎo)線包含一個與IGS連接的連接頭端(近端)，一個連通連接頭端和電極的導(dǎo)線體(中間部分)，以及與胃壁接觸的電極端(遠(yuǎn)端)。(參見圖2A)。
連接頭端包括一個或多個近端的電路終端，一套使終端之間及終端和周圍環(huán)境之間絕緣的裝置，以及一套把連接頭固定于IGS的機(jī)械裝置。
導(dǎo)線體(中間部分)包含電極之間以及近端電路終端之間的連續(xù)通路。通常，這條通路是一個拉長的金屬線圈。導(dǎo)線體可以有一個或多個線圈。線圈通過絕緣鞘彼此絕緣并與周圍環(huán)境絕緣。圖2B顯示了一個典型的導(dǎo)線體的結(jié)構(gòu)。典型地，每個線圈連接到一個特定的近端(相應(yīng)于一個IGS輸入/輸出)及一個特定電極。一個可調(diào)配置則可能有多個電極連接于同一個線圈。
導(dǎo)線的電極端(遠(yuǎn)端)與胃壁進(jìn)行電信號的交流。在本裝置中，電極成對使用以產(chǎn)生雙極的探測或刺激。不過，同樣在此裝置中，在同樣的可植入導(dǎo)線中并不要求這樣的雙極對(采用多個單極導(dǎo)線或是單極和多級導(dǎo)線的組合)。電極應(yīng)與胃平滑肌的電路層交換信息。這種交換可以通過與絨膜表面接觸、將電極嵌入肌肉(縱向或周向肌肉內(nèi))、或絨膜下放置進(jìn)行。圖3所示為電極嵌入周向肌肉層。電極的大小和形狀必須考慮到功能，植入位置及所要用到的刺激參量。傳感電極應(yīng)有最大的表面積以得到內(nèi)部電信號。刺激電極必須有最小表面積以集中刺激的能量密度，但也要考慮到由于刺激脈沖和離子不平衡引起的金屬分裂。同樣地，胃壁厚度變化范圍(由位置決定)從4-5mm到大于1cm，周向?qū)雍蛷较驅(qū)拥暮穸燃s為其一半。進(jìn)一步，遠(yuǎn)端包含將電極牢固附著于胃壁的裝置。本裝置的固定機(jī)制是一對聚合體叉，位于電極兩端，方向相對。圖2顯示了在導(dǎo)線遠(yuǎn)端的叉的外形。還有一個可選的固定方法是用縫線穿過組織并繞過導(dǎo)線體的人造橡膠包皮把導(dǎo)線固著于胃壁。
IGS是一個小的復(fù)合型脈動發(fā)生器。從外部看，它有一個密封機(jī)架和一套將導(dǎo)線與內(nèi)部電子裝置連接的電子和機(jī)械裝置。從內(nèi)部看，IGS包含有電子線路及能源供應(yīng)(電池和/或高頻能量耦合電路)。
在本較佳實(shí)施例中，電子線路包括一個微處理器、電子傳感(輸入)電路、電子刺激(輸出)電路、電極轉(zhuǎn)換電路、遙感電路、以及隨機(jī)存取存貯器(參見圖4)。在可選裝置中，IGS可以配有多道傳感和/或刺激電路(通道)，因而可以對胃部不同區(qū)域提供更好的探測和刺激(參見圖5)。
微處理器是一塊用作信息處理器的集成電路，用來控制IGS的功能、性能、和分析(如果有的話)。它接收來自遙感電路、傳感電路、RAM、以及內(nèi)部功能性檢查的輸入。依靠編制的程序以及這些輸入，微處理器控制遙感電路、刺激電路、RAM、以及電極轉(zhuǎn)換電路的輸出。處理器控制輸入和輸出隊(duì)列及參量的定時及路由。
傳感電路通過導(dǎo)線中所選擇的電極接收體內(nèi)胃電活動的信號。探測到的信號輸入用來對體內(nèi)胃活動分類并以此作為刺激輸出的觸發(fā)器。傳感電路對內(nèi)部信號進(jìn)行濾波和放大后傳送到微處理器。傳感電路可以應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法幫助對體內(nèi)胃活動的分類。傳感電極、傳感的定時、以及放大幅度由微處理器控制并且是可編程的(通過遙感電路)。
刺激電路提供刺激所需用的電脈沖。刺激電路可產(chǎn)生恒定電流或恒定電壓。在所介紹的裝置中，刺激電路所提供的脈沖可以通過編程改變幅度、頻率(每秒脈沖數(shù))、及脈沖寬度。一個可選設(shè)備中，通過在使用一組形成陣列(switchcap技術(shù))的電容中切換的辦法提供毗連或重疊的窄脈沖從而得到一個連續(xù)(或接近連續(xù))的寬脈沖。刺激電路由微處理器控制并且可編程。
電極轉(zhuǎn)換電路確定了每個電極的功能及其極性。在所介紹的裝置中，電極轉(zhuǎn)換電路可使一對電極用于傳感，而一對或多對電極用于刺激。圖5和圖6顯示了對三電極或四電極系統(tǒng)可能的傳感配置(“對”)和可能的刺激向量。刺激和傳感可以使用同一組電極。在刺激周期，電極轉(zhuǎn)換電路可以改變刺激電極的極性，以產(chǎn)生多相脈沖，在脈沖之間或一系列脈沖之間以及不同的刺激向量之間改變極性。同樣地，轉(zhuǎn)換電路可以使不同的傳感電極對在不同的位置或沿不同的向量對胃電活動進(jìn)行采樣?？梢圆捎镁C合的傳感模式來區(qū)分慢波傳播方向和間隔。轉(zhuǎn)換電路還可以包含補(bǔ)償(以抵消傳感過程中穿過開關(guān)泄漏的內(nèi)部電流)及消隱功能以防止傳感放大器達(dá)到飽和。轉(zhuǎn)換電路由微處理器控制并且是可編程的。復(fù)雜的轉(zhuǎn)換機(jī)制可以存儲于RAM中并作為一個程序被激活。轉(zhuǎn)換軟件應(yīng)保證每種配置都至少有一個雙極對以完成整個電子線路。
遙感電路包括一根天線和一個接收器。此電路還可能帶有一個緩存以容納大量的數(shù)據(jù)交換。遙感電路傳送并接收送往或來自編程部件的脈沖。脈沖可能在無線頻率使用調(diào)幅、調(diào)頻、或脈沖調(diào)制。本裝置中，遙感范圍可達(dá)幾英寸以確保IGS能夠植入得較深。遙感信號流使用啟動協(xié)議建立雙向信號傳輸，一個身份包以提供設(shè)備/程序辨認(rèn)，多個信息或程序包以傳輸所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的查錯機(jī)制(循環(huán)冗余查錯或校驗(yàn)和)以確保信息的準(zhǔn)確性，以及一個結(jié)束協(xié)議以標(biāo)志信號流的結(jié)束。輸入流由微處理器處理以設(shè)定IGS參量。輸出流主要用于確認(rèn)輸入流已得到接收，確認(rèn)IGS設(shè)定或者提供由外部編程部件處理的原始數(shù)據(jù)/信息。
RAM用于存儲IGS所需的信息及程序。RAM接收來自微處理器的關(guān)于內(nèi)部胃電活動的傳感信息，根據(jù)選定的算法分析信息以確定活動是否正常，并將分析結(jié)果送至微處理器以根據(jù)所選擇的特定程序開始治療。RAM中可存儲多組程序以建立IGS激活、反應(yīng)及性能的特定程序表。RAM還可以存儲不同的參量，表明設(shè)備性能、胃活動、及進(jìn)行的治療。
使用時，本發(fā)明的較佳實(shí)施例應(yīng)如下操作導(dǎo)線的電極應(yīng)植入(通過內(nèi)窺鏡或開放的切口)胃壁內(nèi)或胃壁上以與胃平滑肌的周向?qū)舆M(jìn)行交流(參見圖3)。由于胃的下部主要負(fù)責(zé)固體食物的混合和運(yùn)動，植入電極較理想的位置是胃竇處，沿曲率較小的部分。之所以曲率較小的部分比較好是因?yàn)椋c曲率較大的部分相比，其擴(kuò)張較小，從而提供了一個較為穩(wěn)定的位置。導(dǎo)線固定好后，IGS應(yīng)連接到導(dǎo)線上并植入患者腹部皮下或表皮下的一個包裹里。
正常的胃電活動由基底的起搏區(qū)以大約每秒5mm的速度向幽門傳播。當(dāng)活動由胃竇向下傳播時，通常會加速而且變得有組織(圖8顯示了一個正常的慢波沿胃從A點(diǎn)向F點(diǎn)的傳播)。正?；顒拥拿}動幅度、脈動寬度、以及頻率(間隔)都與非正?；顒硬煌?。圖9顯示了可用于辨別/分類慢波的幾個可辨識的參量。
當(dāng)內(nèi)活動經(jīng)過一個植入的電極時，細(xì)胞的去極化會在電極上傳遞一個電勢(與未產(chǎn)生去極的區(qū)域處的電極的差分比較)。如果這兩個電極被編程作為傳感電極，電勢就傳送到傳感電路。在那里進(jìn)行濾波和放大并傳送到信息處理器。信息處理器(與所有RAM算法一起)將識別/分類此活動是正常抑或不正常。圖10顯示了一串胃活動波形及波形的分類。如果識別為正常，信息處理器就按照程序設(shè)定的參量啟動刺激。如果識別為非正常，則微處理器重新啟動傳感。內(nèi)部信號和刺激的某些參量記入RAM作為記錄并用于其他算法。
本發(fā)明的一個可選裝置分析了檢測到的信號的頻率成分以證明電反應(yīng)活動是由收縮所引起的。如果信號包含與收縮有關(guān)的頻率，則產(chǎn)生一個較強(qiáng)的刺激以破壞/擾亂或者減弱收縮。
本較佳實(shí)施例會根據(jù)測得的活動和程序設(shè)定的治療機(jī)制產(chǎn)生一個或多個刺激治療。刺激可能采用等交替極性的電脈沖序列、不等交替極性的電脈沖序列、及等或不等相位寬度的多相脈沖。刺激可在一個或多個點(diǎn)進(jìn)行。圖11描述了多(二)點(diǎn)刺激。進(jìn)一步，刺激向量可在任何一對電極或一組電極中的至少一對中轉(zhuǎn)換(在任一點(diǎn))。(參見圖6圖7)。刺激機(jī)制描述如下(a)穿過慢波的刺激(圖12)。穿過慢波的刺激發(fā)生于在位于慢波相對兩側(cè)的電極之間應(yīng)用刺激的時候。此設(shè)計會在慢波引起細(xì)胞去極之前就使細(xì)胞去極。這將使細(xì)胞不受慢波的控制并在刺激區(qū)域造成慢波的減弱。穿過慢波的刺激有一個不足之處在于，一些細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生了去極化(慢波的結(jié)果)，因而對這些細(xì)胞形成了能量的浪費(fèi)。
(b)波前刺激(空間偏移)(圖13)。在波傳播的前方進(jìn)行刺激的好處在于，接受刺激的細(xì)胞都未受波的影響。其缺點(diǎn)在于，必須考慮空間位移的度(長度和方向/定向)以保證在慢波到來前細(xì)胞不會再次極化。這就要求相應(yīng)于傳播路徑，電極的配置相對固定。
(c)波前刺激(空間和時間偏移)(圖14)。在波傳播之前一段時間和空間偏移上的刺激包含有在一點(diǎn)的探測及在另一經(jīng)過一段可由程序控制的延遲的點(diǎn)的刺激，以此確保細(xì)胞不會在波到來之前重新極化。它具有前面有空間提前量的方法的優(yōu)點(diǎn)而不需要精確的電極定位就可以達(dá)到同樣的效果。
(d)預(yù)刺激(通過時間延遲預(yù)測下一個波)(圖15)。預(yù)刺激包括在一對電極之間的信號檢測，以及將刺激延遲到預(yù)計剛好下一個正常波動要發(fā)生時。刺激可以應(yīng)用于傳感電極或傳感電極上游的任何一組電極。延遲量由通過傳感識別和參量存儲所導(dǎo)出的正常時間間隔的記錄計算得到。圖16顯示了一個正在進(jìn)行的記錄，用于計算下一個正常慢波到來之前所期望的時間選擇。計算包括對整個正常間隔記錄的平均減去一個小的時間間隔。圖17顯示了預(yù)刺激的間隔時間選擇。
(e)去耦刺激(圖18)。去耦刺激就是在一點(diǎn)檢測蠕動收縮而在另一點(diǎn)產(chǎn)生強(qiáng)刺激以引起一個對抗性的收縮，此收縮會朝向胃內(nèi)蠕動收縮傳播然后離開。在兩個收縮相遇時，會彼此抵消。由于在胃內(nèi)運(yùn)動之前發(fā)生，這種提前產(chǎn)生的收縮不會攜帶有肉糜，因而減低了胃活動的效率。
(f)異位刺激。異位刺激包含在不會有自發(fā)運(yùn)動通過的區(qū)域使用比胃內(nèi)運(yùn)動間隔小的強(qiáng)刺激以破壞胃內(nèi)電活動。較好的位置位于胃竇幽門處，此處大部分波動的傳播都無法通過。
(g)綜合的神經(jīng)及胃刺激。綜合的神經(jīng)及胃刺激是指任何上述療法的應(yīng)用加上特定的抑制、阻礙胃的衰弱或者對其脫敏的刺激。這種刺激可能是一系列脈沖序列的聯(lián)合，使神經(jīng)或肌肉成分或單獨(dú)的通道產(chǎn)生特定的神經(jīng)或肌肉波形。
(h)比例刺激。比例刺激是前面任一種或所有刺激機(jī)制(除了異位刺激)的調(diào)節(jié)器。在比例刺激中，使用破壞、擾亂、或解耦刺激達(dá)到有效(正常)胃內(nèi)活動的某一可由程序設(shè)定的比例。圖19和20分別描述了擾亂正常慢波的25％和50％。(圖20的一個可選裝置可以每隔一個慢波擾亂一個。)這種刺激使醫(yī)生可以調(diào)節(jié)內(nèi)活動而仍保持某些正常功能。進(jìn)一步，在胃內(nèi)非正?；顒釉黾訒r(比如患者生病時)，由于有效的正常慢波數(shù)量減少，比例刺激的次數(shù)也會相應(yīng)減少。
需要理解的是，本發(fā)明可用于許多不同的電生理刺激裝置中，所有這些變化或應(yīng)用都應(yīng)當(dāng)被看作是包含在本發(fā)明的范圍之中。由于對這個關(guān)于胃的刺激和傳感的設(shè)備的詳盡敘述，顯然對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，可以將本發(fā)明應(yīng)用于上述較佳實(shí)施例以外的情況下。因此，本發(fā)明的范圍包括替換形式、修改形式以及各種變化形式都應(yīng)當(dāng)由權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種對患者進(jìn)行胃刺激的系統(tǒng)，其特征在于，它包括可植入的胃刺激器，包括信息處理器、傳感電路、電刺激電路、電極轉(zhuǎn)換電路、遙感電路、實(shí)時時鐘、以及電源；遠(yuǎn)端編程部件，可與所述可植入胃刺激器的遙感電路進(jìn)行操作，以控制電刺激器及傳感電路在信息處理器參與下的操作；兩個或多個電極，用于把電刺激信號從電刺激電路傳送到患者的胃壁；以及兩個或多個電極，用于把檢測到的胃電活動從胃壁傳送到所述可植入電刺激器的傳感電路。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它包含一個或多個拉長的具有近端連接頭的導(dǎo)線體鞘，用來把所述刺激和傳感電極與所述可植入胃刺激器連接起來，所述刺激和傳感電極的導(dǎo)線通過拉長的導(dǎo)線體鞘伸出直至遠(yuǎn)端，所述拉長的導(dǎo)線體鞘的遠(yuǎn)端與患者胃壁傳遞信息，并用于所述刺激和傳感電極在胃壁上或胃壁內(nèi)的定位。
3.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，所述多個刺激和傳感電極可在胃壁的不同位置處定位。
4.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的電極，所述電極的功能由可編程的電極轉(zhuǎn)換電路控制。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可植入胃刺激器的遙感電路配有一個射頻遙感收發(fā)機(jī)，用于與所述的遠(yuǎn)程編程部件交流信息。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理器閉合可編程微處理器或微控制器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在每天編制程序的過程中，所述系統(tǒng)可以臨時轉(zhuǎn)到節(jié)能狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感電極將胃電信號傳送到所述可植入胃刺激器的傳感電路，用來通過信息處理器進(jìn)行處理，用以識別內(nèi)部電信號的間隔、幅度、及持續(xù)時間。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感電極將胃電信號傳送到可植入胃刺激器的傳感電路，用來通過信息處理器的處理，識別內(nèi)部電信號的頻譜。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理器分析電活動，并將其區(qū)分為是慢波還是蠕動波。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理器分析固有的電活動，并將所述活動區(qū)分為是正常還是不正常。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)信號未達(dá)到可由程序設(shè)定的正常電活動的閾值時，所述系統(tǒng)會臨時轉(zhuǎn)到節(jié)能狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，電刺激的刺激器傳遞是由區(qū)分為正常的電活動觸發(fā)的。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，刺激器可通過程序設(shè)定，對全部或部分正常傳遞電刺激。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激可在內(nèi)部電活動的過程中傳遞。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激的傳遞可與內(nèi)部電活動有空間位移。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激的傳遞可與檢測到的內(nèi)部電活動有時間偏移。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激可在預(yù)期到下一個正常電活動時傳遞。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時間偏移是可編程的。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激的時間傳遞可由算法調(diào)整，此算法考慮了之前電活動的記錄。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述刺激電極的極性可由程序設(shè)定，使刺激能夠在一對或多個電極中進(jìn)行。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過程序設(shè)定刺激器，使得能夠進(jìn)行一個或多個不同激勵電極的極性轉(zhuǎn)換，以達(dá)到多相激勵。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電激勵包括一個或多個二相脈沖，其可在以下參量范圍內(nèi)通過程序調(diào)整脈沖幅度在0.0到15V或0.0到15mA之間；脈沖寬度在20毫秒到500毫秒之間；每次作用有1到5個脈沖；以及第一相的寬度為脈沖寬度的25％到100％。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述脈沖寬度可通過在陣列中的兩個或多個電容之間切換得到調(diào)整。
25.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電刺激包括一個極性交替的脈沖序列，其可以在下列參量范圍內(nèi)通過程序調(diào)整脈沖幅度在0.0到15V或0.0到15mA之間；脈沖寬度在100微妙到750微妙之間；每秒脈沖數(shù)(頻率)為10到120Hz；且脈沖序列持續(xù)時間在0.5到30秒之間。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，所述參數(shù)包括檢測到的電活動的數(shù)量、間隔頻率、持續(xù)時間、幅度及其它一些類似參量，并將這些量存儲下來，以備以后調(diào)用。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，所述探測到的固有波形可以傳送到外部編程部件，以幫助建立適當(dāng)?shù)拇碳⒘俊?br> 28.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述刺激器可以整合一個或多個互相獨(dú)立的可編程刺激或傳感頻道。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少有一個刺激頻道可通過編程調(diào)整為與神經(jīng)刺激有關(guān)的參量。
全文摘要
一個帶有傳感器的胃刺激系統(tǒng)及通過可植入的胃刺激器(單腔室/可轉(zhuǎn)換電極IGS)對患者進(jìn)行胃刺激的方法，包括信息處理器(“微處理器”)，電刺激電路(“刺激電路”)，遙感電路(“遙感收發(fā)器”)。此可植入刺激器檢測胃電活動(慢波和/或蠕動波)并發(fā)送電刺激以有意地破壞或擾亂程序設(shè)定的部分正常胃電活動。刺激由正常胃電活動觸發(fā)，并且可以產(chǎn)生相對于預(yù)期的胃電傳播方向的空間位移，或相對于預(yù)期的下一個傳播波或蠕動波的時間延遲。編程部件(圖中未顯示－通過無線電頻率數(shù)據(jù)通道)可以非介入地設(shè)定刺激參量和間隔。刺激器可在一個或多個刺激點(diǎn)實(shí)施刺激，還可整合一個或多個彼此獨(dú)立的可由程序控制的傳感和刺激通道(見“電刺激電路”和“輸出/輸入電極”)?？芍踩胛复碳て鞯男畔⑻幚砥骼脕碜苑请姌O傳感器的信息，確定對患者胃壁應(yīng)用電刺激信號的極化率周期或窗口。
文檔編號A61N1/372GK1476339SQ01819456
公開日2004年2月18日 申請日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月26日
發(fā)明者S·T·弗雷, S T 弗雷 申請人:特蘭施鈕羅尼克斯股份有限公司