用于控制震顫的設(shè)備和方法
【專利說明】用于控制震顫的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年I月21日提交的美國臨時申請第61/754，945號、于2013年3月15日提交的美國臨時申請第61/786，549號、于2013年4月25日提交的美國臨時申請第61/815，919號、于2013年5月10日提交的美國臨時申請第61/822，215號、以及于2013年7月23日提交的美國臨時申請第61/857，248號的優(yōu)先權(quán)，其每篇以整體內(nèi)容通過引用并入本文。
[0003]通過引用的合并
[0004]本說明書中提及的所有出版物和專利申請均以相同的程度通過引用并入本文中，如同每個單獨的出版物或?qū)＠暾埍痪唧w和單獨地指示以通過引用并入一樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明的實施例總體涉及用于治療震顫的系統(tǒng)、設(shè)備、和方法，并且更具體地涉及用于通過刺激外周神經(jīng)來治療震顫的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0006]特發(fā)性震顫(ET)是最常見的運動障礙，在美國，影響估計1000萬患者，其中由于老齡人口而數(shù)量日漸增長。ET的發(fā)病率隨年齡增加而升高，從65歲以上的人口的6.3%增加到95歲以上的人口的20%以上。ET特征在于不自主的振蕩性運動，典型地在4到12Hz之間。它可以產(chǎn)生聲音中的振蕩以及頭部和四肢的不需要的運動。手和前臂的震顫尤其普遍并且成問題，因為它使得其難以書寫、打字、吃飯和飲水。不同于存在于休息時的帕金森震顫，特發(fā)性震顫是姿勢性的和動作性的，從而意味著震顫分別是由相對重力保持肢體或在運動期間而誘發(fā)的。
[0007]患有ET的殘疾是可變的，并且范圍從當(dāng)諸如書寫和自給的任務(wù)由于手和臂不受控制的運動而變得不可能時感到窘迫到不能獨立生活。盡管患有ET的許多患者的高發(fā)病率和高殘疾，但是還沒有足夠的治療選擇來解決震顫。
[0008]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用來治療震顫的藥物(例如，普萘洛爾和普里米酮)可以有效減少僅60%的患者中僅50%的震顫振幅。這些藥物具有可能是嚴(yán)重的并且不被許多患有ET的患者忍受的副作用。備選的治療是使用深度腦刺激(DBS)將刺激器外科手術(shù)植入大腦中，這能夠有效減少震顫振幅90%，但是它是帶來重大風(fēng)險并且不能被許多ET患者忍受的高侵入性的外科手術(shù)程序。因此，ET患者非常需要減少震顫而無藥物副作用和腦外科手術(shù)風(fēng)險的備選治療。
[0009]震顫對于患有直立性震顫、多發(fā)性硬化癥和帕金森病的患者也是一個重要的問題。多種神經(jīng)障礙包括諸如中風(fēng)、酒精中毒、酒精戒除、外周神經(jīng)病、威爾遜病、克雅氏病、格巴氏綜合征和脆性X綜合征的震顫，以及腦腫瘤、低血糖、甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)、甲狀旁腺功能減退癥、胰島素瘤、正常老化、和創(chuàng)傷性腦損傷的震顫?？诔曰蚪Y(jié)巴也可以是震顫的形式。在這些情況下，震顫的基礎(chǔ)病因可以不同于ET ;然而，對于這些情況中的一些情況，治療選擇也是有限的，并且需要備選的治療。
[0010]ET被認(rèn)為是由與運動產(chǎn)生和控制相關(guān)聯(lián)的回路動力學(xué)的異常所引起的。先前的工作已經(jīng)表明，這些回路動力學(xué)可以通過冷卻、局部止痛劑和振動來暫時改變。使用經(jīng)皮電神經(jīng)刺激(TENS)的電刺激的先前所報道的工作沒有改善震顫(Munhoz 2003)。因此，在我們的臨床研究中，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，與ET相關(guān)聯(lián)的回路動力學(xué)可以被外周神經(jīng)仿真來改變，從而導(dǎo)致基本上減少患有ET的患者的震顫。
[0011]本發(fā)明是一種沿著感覺神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送信號以便修改異常網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)的新型外周刺激設(shè)備。隨著時間推移，該刺激對異常網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)放電(natural firing)歸一化并且減少震顫。盡管DBS直接刺激腦部，但是我們的外周刺激通過沿著連接外周的感覺神經(jīng)向腦部發(fā)送信號來影響異常腦部回路動力學(xué)。該方法是非侵入性的，并且期望避免DBS的外科手術(shù)風(fēng)險和相關(guān)聯(lián)的認(rèn)知性、表述性和空間記憶發(fā)音障礙、共濟(jì)失調(diào)或步態(tài)障礙的問題。外周神經(jīng)刺激可以通過退相(dephasing)、覆蓋或者阻礙異常腦部回路動力學(xué)來有效地治療震顫。覆蓋、阻礙或訓(xùn)練腦部以忽略異常腦部回路動力學(xué)跟隨針對傳統(tǒng)DBS的機(jī)制的假設(shè)。
[0012]或許與我們的方法最緊密有關(guān)的技術(shù)是經(jīng)皮電神經(jīng)刺激(TENS)。高頻TENS(50到250Hz)通常用來治療疼痛，其中假設(shè)刺激大的有髓鞘的外周本體感受纖維(Α-β)阻止疼痛信號進(jìn)入。盡管使用用于疼痛控制的TENS所實現(xiàn)的不一致的臨床結(jié)果已經(jīng)導(dǎo)致很多對其用于治療疼痛的質(zhì)疑，但是已經(jīng)檔案充分記錄的是，表面電刺激刺激Α-β神經(jīng)元。A-β神經(jīng)元將本體感受的感覺信息傳送到在包括ET和帕金森氏病在內(nèi)的疾病中異常的相同腦部回路中。在不受任何所提出的作用機(jī)制限制的情況下，這導(dǎo)致我們提議神經(jīng)刺激可以用來刺激Α-β神經(jīng)并且由此改善震顫。該提議特別令人驚訝，因為Munhoz等人的先前研究沒有發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用TENS之后所測試的任何震顫參數(shù)中的任何顯著改善。參見Munhoz等人“Acute Effect of Transcutaneous Electrical Nerve Stimulat1n on Tremor，，，Movement Disorders,18(2)，191-194(2003)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明涉及用于治療震顫的系統(tǒng)、設(shè)備、和方法，并且更具體地涉及用于通過刺激外周神經(jīng)來治療震顫的系統(tǒng)、設(shè)備、和方法。
[0014]在一些實施例中，提供了一種減少患者中震顫的方法。該方法包括:將第一外周神經(jīng)效應(yīng)器放置在相對于第一外周神經(jīng)的第一位置；通過第一外周神經(jīng)效應(yīng)器向第一外周神經(jīng)遞送第一刺激；以及通過修改患者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)來減少震顫振幅。
[0015]在一些實施例中，放置步驟包括將第一外周神經(jīng)效應(yīng)器放置在患者皮膚上以及第一刺激是施加到皮膚表面的電刺激。
[0016]在一些實施例中，第一刺激具有從約0.1mA到1mA的振幅以及從約1Hz到5000Hz的頻率。在一些實施例中，第一刺激具有小于約15mA、14mA、13mA、12mA、11mA、10mA、9mA、8mA、7mA、6mA、5mA、4mA、3mA、2mA 或 ImA 的振幅。
[0017]在一些實施例中，放置步驟包括將第一外周神經(jīng)效應(yīng)器植入患者中以及第一刺激是電刺激。
[0018]在一些實施例中，植入步驟包括將第一外周神經(jīng)效應(yīng)器注入患者中。在一些實施例中，第一刺激具有小于約3mA的振幅以及從約1Hz到5000Hz的頻率。在一些實施例中，第一刺激具有小于約5mA、4mA、3mA、2mA或ImA的振幅。
[0019]在一些實施例中，外周神經(jīng)效應(yīng)器包括電源。
[0020]在一些實施例中，該方法還包括:通過位于外部定位的電源向第一外周神經(jīng)效應(yīng)器無線地供電。
[0021 ] 在一些實施例中，第一刺激是振動觸覺的。
[0022]在一些實施例中，第一刺激是化學(xué)的。
[0023]在一些實施例中，該方法還包括:使用測量單元感測患者四肢的運動以生成運動數(shù)據(jù)；以及從運動數(shù)據(jù)確定震顫信息。
[0024]在一些實施例中，遞送步驟包括:基于震顫信息遞送第一刺激。
[0025]在一些實施例中，震顫信息包括針對患者四肢從休息位置的最大偏差。
[0026]在一些實施例中，震顫信息包括針對患者四肢的休息位置。
[0027]在一些實施例中，震顫信息包括震顫頻率、相位和振幅。
[0028]在一些實施例中，遞送第一刺激的步驟包括:遞送多個刺激突發(fā)，在該刺激突發(fā)之間具有可變的時間延遲。
[0029]在一些實施例中，該方法還包括:將第二外周神經(jīng)效應(yīng)器放置在相對于第二外周神經(jīng)的第二位置；以及通過第二外周神經(jīng)效應(yīng)器向第二外周神經(jīng)遞送第二刺激。
[0030]在一些實施例中，該方法還包括:確定患者震顫的周期，其中遞送第二刺激的步驟包括:將第二刺激的遞送從第一刺激的遞送偏移震顫周期的預(yù)定分?jǐn)?shù)或倍數(shù)。
[0031]在一些實施例中，該方法還包括:退相(cbphase)患者腦部中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步性。
[0032]在一些實施例中，第一位置和第二位置位于相鄰的手指上。
[0033]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)和第二外周神經(jīng)是相鄰的神經(jīng)。
[0034]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)是正中神經(jīng)并且第二外周神經(jīng)是尺骨神經(jīng)或橈骨神經(jīng)。
[0035]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)和第二外周神經(jīng)是軀體特定區(qū)地相鄰的。
[0036]在一些實施例中，第一刺激具有低于感覺閾值的振幅。
[0037]在一些實施例中，第一刺激大于15Hz。
[0038]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)攜帶來自患者四肢的本體感受信息。
[0039]在一些實施例中，該方法還包括:確定第一刺激在減少震顫振幅上的效力持續(xù)時間；以及在效力持續(xù)時間期滿之前，遞送第二刺激。
[0040]在一些實施例中，確定效力持續(xù)時間的步驟包括:分析在預(yù)定時間段上施加的多個刺激應(yīng)用。
[0041 ] 在一些實施例中，確定效力持續(xù)時間的步驟還包括:確定針對患者的活動簡檔(profile)。
[0042]在一些實施例中，確定效力持續(xù)時間的步驟還包括:確定震顫的簡檔。
[0043]在一些實施例中，活動簡檔包括關(guān)于咖啡因和酒精消耗的數(shù)據(jù)。
[0044]在一些實施例中，該方法還包括:將傳導(dǎo)通路增強器放置在第一外周神經(jīng)上。
[0045]在一些實施例中，傳導(dǎo)通路增強器是傳導(dǎo)紋身。
[0046]在一些實施例中，傳導(dǎo)通路增強器包括一個或多個傳導(dǎo)條。
[0047]在一些實施例中，第一位置選自由手腕、前臂、腕管、手指和上臂組成的組。
[0048]在一些實施例中，提供了一種用于治療患者中震顫的系統(tǒng)。該設(shè)備可以包括決策單元；和接口單元，該接口單元適于向外周神經(jīng)遞送電刺激，該接口單元包括與決策單元通信的第一外周神經(jīng)效應(yīng)器，該第一外周神經(jīng)效應(yīng)器包括至少一個電極；其中決策單元包括處理器和存儲指令的存儲器，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時使得決策單元:通過第一外周神經(jīng)效應(yīng)器向第一外周神經(jīng)遞送第一電刺激，該電刺激被控制器配置為通過修改患者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)來減少患者四肢中的震顫。
[0049]在一些實施例中，第一電刺激具有小于約1mA的振幅以及從約1Hz到5000Hz的頻率。在一些實施例中，該振幅小于約15mA、14mA、13mA、12mA、11mA、10mA、9mA、8mA、7mA、6mA、5mA、4mA、3mA、2mA、或 ImA0
[0050]在一些實施例中，接口單元還包括與決策單元通信的第二外周神經(jīng)效應(yīng)器，第二外周神經(jīng)效應(yīng)器包括至少一個電極，其中存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:通過第二外周神經(jīng)效應(yīng)器向患者四肢中的第二外周神經(jīng)遞送第二電刺激。
[0051]在一些實施例中，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時使得決策單元:遞送第二電刺激，該第二電刺激從第一電刺激在時間上偏移震顫周期的預(yù)定分?jǐn)?shù)或倍數(shù)。
[0052]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)效應(yīng)器適于被放置在第一手指上并且第二外周神經(jīng)效應(yīng)器適于被放置在第二手指上。
[0053]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)效應(yīng)器包括以線性陣列布置的多個電極。在一些實施例中，多個電極被間隔開約Imm到100mm。
[0054]在一些實施例中，第一外周神經(jīng)效應(yīng)器包括以二維陣列布置的多個電極。
[0055]在一些實施例中，存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:基于第一外周神經(jīng)效應(yīng)器在患者四肢上的位置選擇多個電極的子集，其中每次第一外周神經(jīng)效應(yīng)器被定位或重新定位在四肢上時，就會發(fā)生多個電極的子集的選擇。
[0056]在一些實施例中，多個電極沿著第一軸線被間隔開約Imm到10mm并且沿著垂直于第一軸線的第二軸線被間隔開約Imm到100mm。在一些實施例中，電極中的一些電極彼此相鄰以形成條。在一些實施例中，該間隔可以小于約100mm、90mm、80mm、70mm、60mm、50mm、40mm、30mm、20mm、10mm、5mm、4mm、3mm、2mm 或 Imm0
[0057]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括測量單元，其中存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:使用測量單元測量患者四肢的運動以產(chǎn)生運動數(shù)據(jù)；以及基于運動數(shù)據(jù)的分析來確定震顫頻率和幅度。
[0058]在一些實施例中，運動數(shù)據(jù)的分析包括:運動數(shù)據(jù)的頻譜功率的頻率分析。
[0059]在一些實施例中，頻率分析限于約4Hz到12Hz之間。在一些實施例中，頻率分析限于近似關(guān)注的一個震顫或多個震顫的所期望的頻率范圍。
[0060]在一些實施例中，運動數(shù)據(jù)的分析在運動數(shù)據(jù)的預(yù)定的時長上完成。
[0061 ] 在一些實施例中，決策單元還適于基于運動數(shù)據(jù)確定震顫相位信息以及基于震顫相位信息來遞送第一電刺激。
[0062]在一些實施例中，震顫相位信息包括峰值震顫偏差，決策單元還適于在與峰值震顫偏差相對應(yīng)的時間遞送第一電刺激。
[0063]在一些實施例中，存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:遞送作為多個電刺激突發(fā)的第一電刺激，該多個電刺激突發(fā)具有在該電刺激突發(fā)之間可變的時間延遲。
[0064]在一些實施例中，存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使決策單元:基于所確定的震顫頻率設(shè)置第一電刺激的參數(shù)。
[0065]在一些實施例中，存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:基于所確定的震顫幅度設(shè)置第一電刺激的參數(shù)。
[0066]在一些實施例中，存儲器存儲指令，該指令當(dāng)被處理器執(zhí)行時還使得決策單元:比較所確定的震顫幅度與預(yù)定的閾值；并且其中當(dāng)所確定的震顫幅度超過預(yù)定的閾值時，遞送第一電刺激。
[0067]在一些實施例中，電極適于通過患者皮膚遞送第一電刺激。
[0068]在一些實施例中，電極適于被植入并且遞送電刺激。在一些實施例中，決策單元包括適于接收來自用戶的輸入以調(diào)整第一電刺激的參數(shù)的用戶接口。
[0069]在一些實施例中，存儲器還存儲一個或多個預(yù)定的刺激協(xié)議的庫。
[0070]在一些實施例中，接口單元與決策單元集成。
[0071 ] 在一些實施例中，接口單元和決策單元彼此分離并且具有分離的外殼。
[0072]在一些實施例中，決策單元被配置為無線地提供功率到接口單元或與接口單元通
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[0073]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括位于決策單元中的測量單元。
[0074]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括位于接口單元中的測量單元。
[0075]在一些實施例中，決策單元是選自由智能電話、平板電腦和膝上型電腦組成的組的計算設(shè)備。
[0076]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括與計算設(shè)備通信的服務(wù)器，該服務(wù)器被配置為從計算設(shè)備接收運動數(shù)據(jù)連同遞送到患者的電刺激的歷史。
[0077]在一些實施例中，服務(wù)器被編程為:將所接收的運動數(shù)據(jù)和遞送到患者的電刺激的歷史添加到存儲來自多個患者的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。
[0078]在一些實施例中，服務(wù)器被編程為:將所接收的運動數(shù)據(jù)和遞送到患者的電刺激的歷史與存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；基于所接收的運動數(shù)據(jù)和遞送到患者的電刺激的歷史與存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的比較結(jié)果，確定經(jīng)修改的電刺激協(xié)議；以及向計算設(shè)備傳輸經(jīng)修改的電刺激協(xié)議。
[0079]在一些實施例中，電子裝置是柔性的，并且設(shè)置在柔性襯底上，其可以是套、墊、帶或者其它外殼。
[0080]在一些實施例中，提供了一種用于監(jiān)測患者四肢中震顫的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括具有用于捕獲運動數(shù)據(jù)的慣性運動單元、電源和無線發(fā)射器和接收器的接口單元，該接口單元適于佩戴在患者四肢上；以及與接口單元通信的處理單元，該處理單元被配置成接收來自接口單元的運動數(shù)據(jù)，其中處理單元被編程為:基于運動數(shù)據(jù)的分析在預(yù)定的時間段上確定震顫簽名和簡檔。
[0081]在一些實施例中，處理單兀是移動電話。
[0082]在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括與移動電話通信的服務(wù)器，該服務(wù)器被配置成從移動電話接收運動數(shù)據(jù)。
[0083]在一些實施例中，處理單元被進(jìn)一步編程為比較震顫幅度和預(yù)定的閾值。
[0084]在一些實施例中，處理單元被進(jìn)一步編程為當(dāng)震顫幅度超過預(yù)定的閾值時，生成警報。