用于避免背根刺激的部分控制的制作方法
【專利說(shuō)明】用于避免背根刺激的部分控制
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年10月30提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/897，739的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其通過(guò)引用整體包含再此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種組織刺激系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于刺激脊髓組織的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]可植入式神經(jīng)刺激系統(tǒng)已被證明是對(duì)多種疾病和不適有療效。心臟起搏器和可植入式心臟除顫器(ICD)已被證明對(duì)治療一些心臟疾病(如心律失常)非常有效。脊髓刺激(SCS)系統(tǒng)早已被接受為用于治療慢性疼痛綜合癥的治療方式，且組織刺激的應(yīng)用已開(kāi)始擴(kuò)展至額外的應(yīng)用，如心絞痛和失禁。深部腦刺激(DBS)已被用于治療難治性慢性疼痛綜合征超過(guò)十幾年，且DBS最近也被應(yīng)用至額外的區(qū)域，如運(yùn)動(dòng)障礙和癲癇。進(jìn)一步地，在最近的調(diào)查中，外周神經(jīng)刺激(PNS)系統(tǒng)已被證明對(duì)慢性疼痛綜合征和失禁的治療具有療效，且一些額外的應(yīng)用目前也在進(jìn)行調(diào)查。此外，功能性電刺激(FES)系統(tǒng)已被應(yīng)用于恢復(fù)脊髓損傷患者的癱瘓四肢的一些功能。
[0005]這些可植入神經(jīng)刺激系統(tǒng)的每一個(gè)典型地包括:一個(gè)或多個(gè)電極攜帶刺激導(dǎo)線，其在期望的刺激部位植入；以及神經(jīng)刺激器，其從刺激部位遠(yuǎn)程植入，但耦合到刺激導(dǎo)線。因此，電脈沖可以從神經(jīng)刺激器遞送到刺激導(dǎo)線以刺激或激活一定體積的神經(jīng)組織。特別是，在至少一個(gè)陰極電極和至少一個(gè)陽(yáng)極電極之間傳送的電能產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)其足夠強(qiáng)時(shí)，去極化(或“刺激”)神經(jīng)元超過(guò)閾值水平，從而誘發(fā)沿神經(jīng)纖維傳播的動(dòng)作電位(AP)的燒制。
[0006]刺激能量可以在導(dǎo)線放置過(guò)程中和在導(dǎo)線放置過(guò)程后被遞送到電極，以驗(yàn)證該電極正在刺激目標(biāo)神經(jīng)元素和制定最有效的刺激方案。該方案將決定在任何特定時(shí)間哪個(gè)電極拉電流脈沖(陽(yáng)極)，以及哪個(gè)電極罐電流脈沖(陰極)，以及所述電流脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間。刺激方案通常將是為必須刺激以提供治療益處的所有目標(biāo)組織提供刺激能量、而最小化刺激非目標(biāo)組織的體積的刺激方案。在SCS的情況下，這樣的治療益處是“感覺(jué)異?！?，即，由通過(guò)電極施加的電刺激影響刺痛感。
[0007]為了沒(méi)有在患者體內(nèi)引起不適或不自主運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)的情況下產(chǎn)生感覺(jué)異常的感覺(jué)，通常希望優(yōu)先刺激背柱中的神經(jīng)纖維(DC神經(jīng)纖維)，其主要包括感覺(jué)神經(jīng)纖維，背根中是神經(jīng)纖維(DR神經(jīng)纖維)，其包括感覺(jué)神經(jīng)纖維和運(yùn)動(dòng)反射神經(jīng)纖維以及與本體感受有關(guān)的那些。
[0008]雖然DC神經(jīng)纖維在常規(guī)SCS中是預(yù)期的目標(biāo)，但是實(shí)際上，由于幾何、電、解剖和生理原因，DR神經(jīng)纖維經(jīng)常首先被征召。例如，DR神經(jīng)纖維包括具有比最大的附近DC神經(jīng)纖維直徑更大的纖維，因此，具有它們被刺激所處的較低閾值。歸因于DR纖維的較低閾值的其他因素包括:相比DC纖維的閾值的它們潛在優(yōu)先取向，以及在DR神經(jīng)纖維進(jìn)入脊髓的入口處的不均勻性和周圍介質(zhì)的各向異性。因此，DR神經(jīng)纖維仍可比附近的DC神經(jīng)以外細(xì)胞刺激水平產(chǎn)生AP。其結(jié)果是，所期望被刺激的DC神經(jīng)纖維可以具有比進(jìn)行DR神經(jīng)纖維更低的刺激概率，因此，本體感受纖維通?？梢詫?dǎo)致患者的不適。另外，運(yùn)動(dòng)反射弧可以被激活，導(dǎo)致不希望的運(yùn)動(dòng)征召。這兩種情況可以防止與患者的疼痛區(qū)一致的感覺(jué)異常。
[0009]出于諸如這些原因，通常期望的是，通過(guò)以最大化DC神經(jīng)纖維的激勵(lì)同時(shí)最小化DR神經(jīng)纖維的激勵(lì)的方式來(lái)修改神經(jīng)組織被激活所處的閥值，從而相比DR神經(jīng)纖維優(yōu)先刺激DC神經(jīng)纖維;也就是說(shuō)，為了增加DR/DC閾值比。這可以通過(guò)將電脈沖罐到位于脊髓的中心的陰極電極以去極化鄰近陰極電極的目標(biāo)組織，由此沿所述DC神經(jīng)纖維創(chuàng)建AP來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電脈沖可以被拉至在陰極電極兩側(cè)的陽(yáng)極電極，以超極化鄰近陽(yáng)極電極的非目標(biāo)組織，從而增加DR神經(jīng)纖維的閾值。
[0010]在典型的例子中，為了刺激DC神經(jīng)纖維，同時(shí)防止對(duì)DR神經(jīng)纖維的刺激，SCS系統(tǒng)可以激活在內(nèi)外側(cè)電場(chǎng)中的單個(gè)陰極側(cè)翼的陽(yáng)極，其中單個(gè)陰極為DC纖維提供刺激能量，同時(shí)側(cè)翼陽(yáng)極增加閾值，因此，防止DR纖維的征召，如圖1所示。
[0011]由于脊髓的每一側(cè)上的多個(gè)DR神經(jīng)纖維可足夠靠近陰極以被無(wú)意中刺激，所以在陰極的各側(cè)上的多個(gè)陽(yáng)極可以激活以便防止刺激這些DR神經(jīng)纖維。例如，在一種方法中，中心陰極為DC纖維提供刺激能量，并且兩對(duì)陽(yáng)極(一對(duì)在脊髓的一個(gè)橫向側(cè)上的陰極的近頭尾側(cè)翼，而另一對(duì)在脊髓的另一側(cè)上的陰極的近頭尾側(cè)翼)防止刺激DR神經(jīng)纖維，如圖2所示。通常，假設(shè)該背根纖維的所有位點(diǎn)都等同地受到陽(yáng)極影響，電流被等同地分配給陽(yáng)極(SP，在每個(gè)陽(yáng)極上25%的電流)。
[0012]當(dāng)DR纖維垂直進(jìn)入脊髓時(shí)，這種假設(shè)可能是正確的。然而，如圖3所示，DR神經(jīng)纖維和脊髓的縱軸之間的角度趨向于隨著在尾方向向下移動(dòng)脊髓而增加(即，位于更近頭椎骨段的DR神經(jīng)纖維將以更淺角度(甚至垂直)進(jìn)入脊髓，而位于更近尾椎骨段的DR神經(jīng)纖維將以更陡的角度進(jìn)入脊髓。在后一種情況下，在圖2中所示的陽(yáng)極上相等的電流分布可能不是最佳的。
[0013]在這里，因此，仍然需要一種用于相比DR神經(jīng)纖維而優(yōu)先刺激DC神經(jīng)纖維的改進(jìn)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種治療神經(jīng)刺激系統(tǒng)。神經(jīng)刺激系統(tǒng)包括神經(jīng)刺激導(dǎo)線，其被配置成沿著患者的脊髓植入。神經(jīng)刺激導(dǎo)線包括具有縱軸的槳和電極陣列。該電極陣列可以以沿著縱軸延伸的多個(gè)列來(lái)布置。
[0015]神經(jīng)刺激系統(tǒng)進(jìn)一步包括神經(jīng)刺激裝置，其被配置成將電刺激能量遞送到所述電極陣列的活性電極，以及控制/處理電路，其被配置成指示所述神經(jīng)刺激裝置將(例如第一電極列中的)活性電極配置為陰極，并且將從所述陰極縱向側(cè)翼和橫向偏移的(例如第二電極列中的)兩個(gè)活性電極配置為陽(yáng)極，基于所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置選擇兩個(gè)陽(yáng)極的刺激幅度值的比，以及指示所述神經(jīng)刺激裝置根據(jù)所選擇的刺激幅度值的比在所述兩個(gè)陽(yáng)極之間分配電刺激能量。
[0016]在可選的實(shí)施例中，控制/處理電路進(jìn)一步被配置成指示所述神經(jīng)刺激裝置將縱向位于所述陰極側(cè)面并與其橫向偏移的另外兩個(gè)活性電極(例如第三電極列)配置為陽(yáng)極，基于所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置選擇另外兩個(gè)陽(yáng)極的另一個(gè)刺激幅度值比，以及指示所述神經(jīng)刺激裝置根據(jù)另外所選擇的刺激幅度值比在所述另外兩個(gè)陽(yáng)極之間分配電刺激能量。
[0017]控制/處理電路被配置成確定所述兩個(gè)陽(yáng)極中更近首部的一個(gè)以及所述兩個(gè)陽(yáng)極中更近尾部的一個(gè)?；谏窠?jīng)刺激導(dǎo)線的縱向位置，所述更近首部的陽(yáng)極的刺激幅度值可以大于所述更近尾部的陽(yáng)極的刺激幅度值。
[0018]特別地，控制/處理電路被配置成如果所述縱向位置是脊髓的頸部區(qū)域則選擇用于所述兩個(gè)陽(yáng)極的第一刺激幅度值比，并且如果所述縱向位置是脊髓的胸部區(qū)域則選擇用于所述兩個(gè)陽(yáng)極的第二刺激幅度比。與所述第二刺激幅度比相比，所述第一刺激幅度比更靠近一。在一個(gè)實(shí)施例中，第二刺激幅度比至少是二。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二刺激幅度比至少是四。
[0019]神經(jīng)刺激系統(tǒng)進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，其被配置成存儲(chǔ)包含多個(gè)不同的刺激幅度比和相關(guān)的神經(jīng)刺激導(dǎo)線位置的查找表?？刂?處理電路被配置成通過(guò)將所述神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置與在所述查找表中存儲(chǔ)的所述神經(jīng)刺激導(dǎo)線位置的一個(gè)進(jìn)行匹配，并且選擇與所匹配出的神經(jīng)刺激導(dǎo)線位置相關(guān)聯(lián)的所述刺激幅度比，來(lái)選擇刺激幅度比。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，控制/處理電路可以被包含在所述神經(jīng)刺激裝置內(nèi)。在替選實(shí)施例中，控制/處理電路被包含在外部控制器內(nèi)。
[0021 ]在一個(gè)實(shí)施例中，神經(jīng)刺激裝置可以被配置成確定所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置。在替選實(shí)施例中，神經(jīng)刺激導(dǎo)線可以進(jìn)一步包括用戶接口，其被配置成接收限定了所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置的用戶輸入。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種與耦合到沿著患者的脊柱縱軸(例如，列)布置的電極陣列的神經(jīng)刺激裝置一起使用的外部控制器。外部控制器包括:用戶接口(例如定向控制器)，所述用戶接口被配置成接收用戶輸入(例如識(shí)別相對(duì)于電極陣列的期望的刺激區(qū)域)；控制/處理電路，其被配置成響應(yīng)于所述用戶輸入生成刺激參數(shù)集合，所述刺激參數(shù)集合包括將所述電極的(例如第一列電極的)一個(gè)指定為陰極，并且將縱向位于所述陰極且與其橫向偏移的(例如第二列電極的)兩個(gè)電極指定為陽(yáng)極的電極組合；以及輸出電路，其被配置成將所述刺激參數(shù)集合傳送到所述神經(jīng)刺激裝置。所述刺激參數(shù)集合進(jìn)一步包括具有基于所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置的比的用于所述兩個(gè)陽(yáng)極的刺激幅度值。
[0023]控制/處理電路可以進(jìn)一步被配置成響應(yīng)于所述用戶輸入生成一連串刺激參數(shù)集合，所述一連串刺激參數(shù)集合中的每一個(gè)包括將所述第一電極列中的所述電極的一個(gè)指定為陰極、并且將所述第二電極列中的從所述陰極縱向側(cè)翼和橫向偏移的兩個(gè)電極指定為陽(yáng)極的電極組合。
[0024]控制/處理電路可以以上述相同的方式選擇陽(yáng)極的刺激幅度的適當(dāng)?shù)谋纫约耙陨鲜鱿嗤姆绞綄⒖v向位于所述陰極且與其橫向偏移的另外兩個(gè)電極指定為陽(yáng)極。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，公開(kāi)一種使用沿著患者的脊柱縱軸(例如多個(gè)列)布置的電極陣列為患者提供治療的方法。所述方法包括:確定所述電極陣列相對(duì)于脊髓的縱向位置;配置(例如第一列電極中的)一電極作為陰極以及配置縱向位于所述陰極且與其橫向偏移的(例如第二列電極中的)兩個(gè)電極作為陽(yáng)極;基于確定出的所植入的神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的已知縱向位置來(lái)選擇用于所述兩個(gè)陽(yáng)極的刺激幅度值比；以及將電刺激能量遞送到所述電極的活性電極，使得根據(jù)所選擇的刺激幅度值的比在所述兩個(gè)陽(yáng)極之間分配電刺激能量。在可選的方法中，縱向位于所述陰極且與其橫向偏移的(例如在第三列電極中的)兩個(gè)或更多個(gè)電極作為陽(yáng)極可以被配置成陽(yáng)極并且以上述相同的方式可以在所有陽(yáng)極當(dāng)中分配電能量。
[0026]可以以上述相同的方式自動(dòng)地或手動(dòng)地確定所述電極陣列相對(duì)于脊髓的縱向位置?？梢砸陨鲜鱿嗤姆绞綀?zhí)行選擇陽(yáng)極的刺激幅度比的方法。
[0027]根據(jù)意指示出而不是限制本發(fā)明的以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本公開(kāi)的其它和另外的方面和特征將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]附圖示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)計(jì)和實(shí)用性，其中類似的元件由共同的參考數(shù)字所表示。為了更好地理解如何獲得本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)和目的，將參照其具體的實(shí)施例對(duì)上面簡(jiǎn)述的本發(fā)明提供更特別的描述，其將在附圖中進(jìn)行闡明。要理解的是這些附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例且因此不被認(rèn)為是用于限制其范圍，且將通過(guò)使用附圖利用附加的特殊性和細(xì)節(jié)來(lái)描述和解釋本發(fā)明，其中:
[0029]圖1是脊髓和用于創(chuàng)建刺激脊髓的內(nèi)外側(cè)場(chǎng)的現(xiàn)有技術(shù)電極布置的截面圖；
[0030]圖2是脊髓和用于創(chuàng)建內(nèi)外側(cè)場(chǎng)，同時(shí)避免刺激背根(DR)神經(jīng)纖維的現(xiàn)有技術(shù)電極布置的冠狀圖；
[0031]圖3是示出沿著脊髓的DR神經(jīng)纖維的取向的脊髓的冠狀圖。
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明布置的脊髓刺激(SCS)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的平面圖；
[0033]圖5是在圖4的SCS系統(tǒng)中使用的可植入脈沖發(fā)生器(IPG)和槳式神經(jīng)刺激導(dǎo)線的平面圖；
[0034]圖6是患者使用的圖4的SCS系統(tǒng)的平面圖；
[0035]圖7是陰極-陽(yáng)極電極布置的冠狀圖，該布置可以創(chuàng)建內(nèi)外側(cè)場(chǎng)以使用圖5的神經(jīng)刺激導(dǎo)線刺激脊髓組織；
[0036]圖8a_8f是使用位于脊柱的三個(gè)不同部分的神經(jīng)刺激導(dǎo)線創(chuàng)建的陰極-陽(yáng)極電極布置的冠狀視圖；
[0037]圖9是示出基于圖6的所植入神經(jīng)刺激導(dǎo)線相對(duì)于脊髓的縱向位置在神經(jīng)刺激導(dǎo)線的特定列上的陽(yáng)極的刺激振幅