專利名稱：神經(jīng)刺激方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠更精確地刺激神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)刺激方法和系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明的實(shí)施方式提供脊和脊旁神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的受控制的刺激。在一種實(shí)施方式中，所述神經(jīng)節(jié)是背根神經(jīng)節(jié)(DRG)，在另一種實(shí)施方式中，所述神經(jīng)節(jié)是交感神經(jīng)系統(tǒng)的一部分。
背景技術(shù)：
自從二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，積極地實(shí)踐了為控制疼痛目的而對(duì)脊髓施加特定的電能。盡管還沒(méi)有完全準(zhǔn)確地理解施加的電能與神經(jīng)組織之間的相互作用，但是已經(jīng)知道了對(duì)脊神經(jīng)組織施加電場(chǎng)能夠有效地掩蓋從被刺激的神經(jīng)組織相關(guān)的身體區(qū)域傳送的特定類型的疼痛。更特別地，對(duì)受慢性疼痛影響的身體區(qū)域相關(guān)的脊髓施加特定的電脈沖能夠誘導(dǎo)受影響的身體區(qū)域的感覺(jué)異常，或者麻木或麻刺的主觀感覺(jué)。這種感覺(jué)異常能夠有效地抑制非急性疼痛感覺(jué)向腦的傳送。
類似于用來(lái)誘導(dǎo)疼痛感覺(jué)的電能也可以用來(lái)控制各種運(yùn)動(dòng)障礙的癥狀，例如震顫、張力障礙、痙攣狀態(tài)等。運(yùn)動(dòng)脊神經(jīng)組織，或來(lái)自前神經(jīng)根的神經(jīng)組織傳送肌肉/運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)。感覺(jué)脊神經(jīng)組織或來(lái)自背神經(jīng)根的神經(jīng)組織傳送疼痛信號(hào)。相對(duì)應(yīng)的前根和背根“分開(kāi)地”離開(kāi)脊髓；然而，之后馬上，背根和前根的神經(jīng)組織混合，或者纏繞。因此，目的在于管理/控制一種狀況(例如疼痛)的電刺激通常導(dǎo)致對(duì)相鄰神經(jīng)組織(例如運(yùn)動(dòng)神經(jīng))中神經(jīng)傳遞通路的意外干擾。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)脊柱或脊髓刺激物(SCS)常常通過(guò)位于脊髓硬脊膜層32之外包括電極6的長(zhǎng)槳式裝置5或硬膜外電極陣列向脊髓傳送電能。脊髓硬脊膜層32圍繞著脊髓13，并且充滿腦脊液(CSF)。脊髓13是一個(gè)連續(xù)的主體，示出了脊髓13的三個(gè)脊髓水平14。為了說(shuō)明，脊髓水平14是脊髓13的亞部分，示出了背根和前根連接脊髓13的部分。周圍神經(jīng)44分為背根42和背根神經(jīng)節(jié)40和前根神經(jīng)根41，它們均進(jìn)入脊髓13。在水平2和水平1之間示出了上行通路92，從水平2至水平3示出了下行通路94。脊髓水平14對(duì)應(yīng)于通常用來(lái)描述脊椎椎體的脊椎骨水平。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，每個(gè)水平只示出了一側(cè)的神經(jīng)，正常的解剖結(jié)構(gòu)在脊髓13直接鄰近漿式裝置5的一側(cè)具有類似的神經(jīng)。
典型地，SCS置于脊髓硬膜外隙中。在大量專利中描述了常規(guī)SCS系統(tǒng)。SCS的放置和應(yīng)用的其他細(xì)節(jié)可以參見(jiàn)，例如，美國(guó)專利6,319,241，其內(nèi)容在此全部引用作為參考。通常，槳式裝置5寬約8mm，長(zhǎng)24-60mm，這取決于要刺激多少脊髓水平。示出的電極槳式裝置5適合常規(guī)地刺激所有三個(gè)脊髓水平14。這些示例性的水平1、2、3可以在沿脊髓13的任何位置。以這種方式放置刺激槳式裝置5導(dǎo)致電極6橫跨多個(gè)脊髓水平上的多個(gè)神經(jīng)，在此為背根神經(jīng)節(jié)40、前根41和周圍神經(jīng)41。
因?yàn)闃窖b置5橫跨幾個(gè)水平，所以產(chǎn)生的刺激能8刺激或施加到一個(gè)以上水平上的一種以上類型的神經(jīng)組織上。而且，這些和其它傳統(tǒng)非特異性刺激系統(tǒng)也對(duì)脊髓和刺激目標(biāo)以外的其它神經(jīng)組織施加刺激能。如本文所用的非特異性刺激是指廣泛地和不加選擇地對(duì)包括神經(jīng)和脊髓在內(nèi)的所有脊髓水平提供刺激能。即使硬膜外電極在尺寸上減小，只刺激一個(gè)水平，該電極仍將對(duì)施加的能量8范圍內(nèi)的所有部分(即所有神經(jīng)纖維和其它組織)不加選擇地施加刺激能。而且，較大的硬膜外電極陣列可以改變腦脊液(CSF)流，從而進(jìn)一步改變局部神經(jīng)興奮狀態(tài)。
傳統(tǒng)的神經(jīng)刺激系統(tǒng)所面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是由于硬膜外電極必須通過(guò)許多組織和液體施加能量(例如，CSF液量沿脊柱而改變，如同軟膜的厚度一樣)，難以精確控制提供所需神經(jīng)刺激量需要的刺激能的量。因此，可能需要提高能量來(lái)確保有足夠的刺激能量到達(dá)需要的刺激區(qū)域。但是，施加的刺激能提高太大將增加周圍組織、結(jié)構(gòu)或神經(jīng)通路受到有害損傷或刺激的可能性。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)組織的刺激，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)叵薅ㄊ┘拥碾娔?，并減少或避免對(duì)非目標(biāo)組織施加不需要的能量。不恰當(dāng)限定的電場(chǎng)不僅可能在控制/管理所需狀況方面無(wú)效，而且可能無(wú)意地干擾相鄰脊神經(jīng)組織的正確神經(jīng)通路。因此，需要能夠更精確地傳送刺激能的刺激方法和系統(tǒng)。
發(fā)明概述在一種實(shí)施方式中，提供一種刺激背根神經(jīng)節(jié)的方法，該方法包括靠近背根神經(jīng)節(jié)植入電極；激活該電極刺激背根神經(jīng)節(jié)的一部分，或激活該電極基本上只刺激該背根神經(jīng)節(jié)。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的方法，該方法包括向神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極；激活該電極刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激脊髓的方法，該方法包括向脊髓內(nèi)植入電極；并使用該電極向脊髓纖維提供刺激能。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種調(diào)節(jié)背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的神經(jīng)組織的方法，該方法包括在背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極；由該電極提供電刺激，刺激背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的神經(jīng)組織。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種調(diào)節(jié)交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)通路的方法，該方法包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，從而影響與該交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的狀況。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其具有適合只刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的電極；與該電極連接的信號(hào)發(fā)生器；和控制該信號(hào)發(fā)生器的輸出的控制器。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激脊髓的方法，該方法包括穿刺硬脊膜；放置電極與脊髓髓內(nèi)的一部分接觸。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激神經(jīng)系統(tǒng)的方法，該方法包括植入電極，使得當(dāng)該電極被激活時(shí)，該電極只刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激神經(jīng)組織來(lái)治療疾病的方法，該方法包括刺激已植入的電極，該電極只在脊髓水平上刺激背根神經(jīng)節(jié)，其中這種刺激治療所述疾病。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種脈沖發(fā)生器，包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)與至少一個(gè)可植入的電極連接，該電極具有大于2,500歐姆的阻抗；適合向至少一個(gè)可植入電極提供刺激信號(hào)的DC-DC轉(zhuǎn)換器；和構(gòu)造為控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出的控制器。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激部件，包括近端連接器；構(gòu)造為在刺激部位處植入體內(nèi)的遠(yuǎn)端電極；連接到近端連接器和遠(yuǎn)端電極的電導(dǎo)線；靠近刺激部位的張力消除機(jī)構(gòu)；和固定元件，其適合減少靠近固定點(diǎn)的電導(dǎo)線在靠近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)量。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激部件，包括近端連接器；構(gòu)造為在刺激部位處植入體內(nèi)的遠(yuǎn)端電極；連接到近端連接器和遠(yuǎn)端電極的電導(dǎo)線；靠近刺激部位的張力消除機(jī)構(gòu)；和固定元件，其適合減少靠近固定點(diǎn)的電導(dǎo)線在靠近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)量。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激系統(tǒng)，包括脈沖發(fā)生器；具有柔性長(zhǎng)主體的電極連接器，其近端電連接到脈沖發(fā)生器，遠(yuǎn)端適合連接到微電極導(dǎo)線，其中該微電極導(dǎo)線近端連接到電極連接器的遠(yuǎn)端，并且遠(yuǎn)端具有電連接到該脈沖發(fā)生器的微電極。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種刺激系統(tǒng)，包括電池；與電池分開(kāi)的脈沖發(fā)生器；電池和脈沖發(fā)生器之間的電連接；近端連接到脈沖發(fā)生器并且遠(yuǎn)端連接到微電極的微電極導(dǎo)線。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種神經(jīng)刺激部件，包括主體，其具有遠(yuǎn)端和近端和為將該主體植入目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)而選擇的長(zhǎng)度；適合刺入目標(biāo)神經(jīng)組織的主體遠(yuǎn)端上的尖端；和位于主體上的適合只神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的電極結(jié)構(gòu)。
在另一種實(shí)施方式中，提供一種神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，包括在適合只神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的位置植入電極；從與該電極連接的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)。
參考引用本說(shuō)明書中提到的所有出版物和專利申請(qǐng)都在此引用作為參考，如同每一單獨(dú)的出版物和專利申請(qǐng)具體且單獨(dú)地引用作為參考。


參照以下詳細(xì)描述和附圖將更好地理解本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)圖1示出了位于脊髓外部，刺激脊髓的一部分的傳統(tǒng)硬膜外電極陣列；圖2A示出了植入脊髓背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的電極的一種實(shí)施方式；圖2B說(shuō)明圖2A的選擇性刺激技術(shù)如何提高響應(yīng)閾值；圖3A示出了一個(gè)刺激系統(tǒng)，其具有植入脊髓水平的背根神經(jīng)節(jié)(DRG)內(nèi)的本發(fā)明的電極實(shí)施方式；圖3B將脊神經(jīng)根與它們相應(yīng)的脊椎脊髓水平相關(guān)聯(lián)；圖3C示出了與圖3B中的相應(yīng)神經(jīng)根相關(guān)的身體的各個(gè)皮區(qū)(dermatome)；圖4A示出了單電極、單水平激活模式，圖4B示出了圖4A的刺激模式的相應(yīng)皮區(qū)示例；圖5A示出了每水平一個(gè)電極的兩水平激活模式，圖5B示出了圖5A的刺激模式的相應(yīng)皮區(qū)示例；圖6A示出了兩電極、單水平激活模式，圖6B示出了圖6A的刺激模式的相應(yīng)皮區(qū)示例；圖7A示出了單電極水平和雙電極水平激活模式，圖7B示出了圖7A的刺激模式的相應(yīng)皮區(qū)示例；圖8A是電極植入背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的脊髓水平的剖視圖，圖8B是正在抽出輸送導(dǎo)管而電極已植入背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的圖8A的視圖；圖9A是采用與目標(biāo)水平中線交叉的路徑將電極植入背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的脊髓水平的剖視圖，圖9B是已植入電極的圖9A中的DRG的放大圖；圖10A是采用與目標(biāo)水平中線交叉的路徑將電極植入神經(jīng)根神經(jīng)外膜之上或之中的脊髓水平的剖視圖，圖10B是圖10A中的植入電極的放大圖；圖11示出了采用沿周圍神經(jīng)的路徑的一種替代DRG植入技術(shù)；圖12A示出了采用圖12B示出的電極和錨固件設(shè)計(jì)的植入技術(shù)；圖12C示出了采用圍繞脊椎骨的替代錨定技術(shù)；圖13A示出了植入DRG中的圖13B示出的單極刺激部件實(shí)施方式；圖14A示出了植入DRG中的圖14B示出的雙極刺激部件實(shí)施方式；圖15A是顯示阻抗和電極表面積之間的關(guān)系的圖；圖15B是顯示用于本發(fā)明幾個(gè)實(shí)施方式的刺激部件的代表性電極面積的表；圖16至20是各種替代電極實(shí)施方式；圖20A示出了適合刺入并錨定到目標(biāo)神經(jīng)組織上的電極；圖20B示出了適合圖20A的電極使用的緊固環(huán)；圖20C示出了在刺激交感鏈神經(jīng)節(jié)的位置中的穿刺電極實(shí)施方式；圖20D示出了在刺激背根神經(jīng)節(jié)的位置中的穿刺電極實(shí)施方式；圖21示出了植入DRG中的涂覆的電極；圖22示出了各種刺激機(jī)構(gòu)上游的DRG的位置；圖23A示出了刺激和藥物釋放組合電極，該電極提供閾值調(diào)節(jié)，如圖23B所示；圖23C和23D示出了刺激和藥物釋放組合電極和系統(tǒng)；圖24是列出了幾種典型藥物及其應(yīng)用的表；圖25示出了減輕c-纖維活性的Na和Ca通道阻斷靶標(biāo)；圖26是脈沖發(fā)生器的實(shí)施方式的示意圖；圖27是電極連接器實(shí)施方式的示意圖；
圖28是單脈沖發(fā)生器刺激系統(tǒng)替代實(shí)施方式的示意圖；圖29是多脈沖發(fā)生器刺激系統(tǒng)的替代實(shí)施方式，其中發(fā)生器為主-從排列；圖30是適合在脊髓水平C1-C3上治療疾病的刺激系統(tǒng)的實(shí)施方式；圖31A和31B分別示出了本發(fā)明的實(shí)施方式提供的刺激結(jié)果，將亞閾值信號(hào)提高到閾值水平以上；圖32示出了交感神經(jīng)系統(tǒng)；圖33示出了由本發(fā)明的刺激系統(tǒng)實(shí)施方式神經(jīng)調(diào)節(jié)的交感神經(jīng)系統(tǒng)的一部分；圖34示出了為了在相同脊髓水平上直接刺激一個(gè)交感神經(jīng)節(jié)和一個(gè)背根神經(jīng)節(jié)而植入的本發(fā)明的實(shí)施方式；圖35示出了為了直接刺激脊髓而植入的本發(fā)明的實(shí)施方式；圖36示出了兩個(gè)為了直接刺激脊髓而植入的本發(fā)明的實(shí)施方式；圖37A至37C示出了在將電極植入脊髓中時(shí)使用的封閉件實(shí)施方式；圖38總結(jié)了本發(fā)明的刺激系統(tǒng)的多種替代實(shí)施方式，它們應(yīng)用于脊椎和背根神經(jīng)節(jié)的不同部分。
發(fā)明詳述本發(fā)明的實(shí)施方式提供新的刺激系統(tǒng)和方法，它們能夠使用直接和特異性的神經(jīng)刺激技術(shù)。例如，提供了一種刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的方法，包括將電極植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)，激活該電極，刺激該神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。如下文更詳細(xì)討論的，在一些實(shí)施方式中，神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)可以是背根神經(jīng)節(jié)，而在另外一些實(shí)施方式中，神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)可以是交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)或其他神經(jīng)節(jié)或組織。在一些實(shí)施方式中，植入電極包括在根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)外膜中形成開(kāi)口，使電極通過(guò)該開(kāi)口進(jìn)入神經(jīng)節(jié)的內(nèi)部空間或束間間隙。
在另外一些實(shí)施方式中，電極主體的部分完全通過(guò)神經(jīng)節(jié)，而使有效電極面積適當(dāng)?shù)囟ㄎ?，以向神?jīng)節(jié)傳送刺激能。在本發(fā)明的微電極和刺激系統(tǒng)的另外一些實(shí)施方式中，選擇微電極的大小、形狀和位置以及刺激模式或算法以刺激目標(biāo)神經(jīng)組織，而不刺激其他組織。在其他的實(shí)施方式中，向目標(biāo)神經(jīng)組織傳送電極刺激能，使得該能量在目標(biāo)組織或區(qū)域之外消散或減弱。
一旦電極位于期望的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)之上、之中或附近，即通過(guò)將可編程的電信號(hào)與電極連接進(jìn)行激活步驟。在一種實(shí)施方式中，向神經(jīng)節(jié)內(nèi)提供的刺激能的量足以選擇性刺激神經(jīng)組織。在特定實(shí)施方式中，提供的刺激能只刺激目標(biāo)DRG內(nèi)的神經(jīng)組織。或者，DRG之外的刺激能低于足以刺激、調(diào)節(jié)或影響附近神經(jīng)組織的水平。
在一個(gè)向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極的實(shí)施例中，刺激水平可以選擇為與無(wú)髓鞘小直徑纖維(如c-纖維)相比優(yōu)先激活有髓鞘、大直徑纖維(如Aβ和Aα纖維)的水平。在其他實(shí)施方式中，用來(lái)激活電極以刺激神經(jīng)組織的刺激能保持在低于消融、損傷、或以其它方式損害神經(jīng)組織的水平的能量水平。例如，在射頻經(jīng)皮部分神經(jīng)根切斷術(shù)中，將電極置于背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)并激活，直到產(chǎn)生熱損傷(即，電極尖端的溫度約為67℃)，導(dǎo)致相應(yīng)皮區(qū)中的部分和暫時(shí)的感覺(jué)喪失。在一種實(shí)施方式中，施加于DRG的刺激能水平保持低于在熱消融、RF消融或其它神經(jīng)根切斷術(shù)中使用的能量水平。
當(dāng)通過(guò)組織的電流達(dá)到閾值時(shí)介導(dǎo)組織刺激，這導(dǎo)致細(xì)胞經(jīng)受該電流而去極化。當(dāng)施加電壓時(shí)，例如在具有特定表面積的兩個(gè)電極之間施加電壓時(shí)，產(chǎn)生電流。直接鄰近刺激電極的電流密度是重要的參數(shù)。例如，通過(guò)1mm2面積電極的1mA電流在它的附近具有與通過(guò)10mm2面積電極的10mA電流相同的電流密度，即1mA/mm2。在這個(gè)實(shí)施例中，靠近電極表面的細(xì)胞經(jīng)受相同的刺激電流。區(qū)別在于較大的電極能夠刺激較大體積的細(xì)胞，而較小的電極能夠刺激較小體積的細(xì)胞，與它們的表面積成比例。
在許多情況下，優(yōu)選的效果是刺激或可逆地阻斷神經(jīng)組織。在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“阻斷”意思是破壞、調(diào)節(jié)和抑制神經(jīng)沖動(dòng)傳遞。異常的調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致通路的興奮或通路抑制的喪失，凈結(jié)果是感覺(jué)或應(yīng)答增加。治療措施可以針對(duì)阻斷信號(hào)傳遞或刺激抑制性反饋。電刺激可以對(duì)目標(biāo)神經(jīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行這種刺激，同等重要的是，阻止了神經(jīng)系統(tǒng)的總體破壞。另外，可以調(diào)節(jié)電刺激參數(shù)，使益處最大化，而副作用最小化。
圖2A示出了本發(fā)明的刺激系統(tǒng)100的一種實(shí)施方式，其中具有植入脊髓背根神經(jīng)節(jié)40內(nèi)的電極115。為了說(shuō)明，用脊髓13的亞部分脊髓水平14來(lái)顯示背根42和前根41在何處連接脊髓13，分別用42H和41H示出。周圍神經(jīng)44分為背根42和背根神經(jīng)節(jié)40和前神經(jīng)根41。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，只示出了一側(cè)的神經(jīng)，而正常的解剖結(jié)構(gòu)在另一側(cè)也有類似的神經(jīng)。硬脊膜層32圍繞著脊髓13，并且充滿腦脊液(CSF)。為了清楚起見(jiàn)，僅僅用硬脊膜層或硬脊膜32表示三個(gè)脊膜-軟膜、蛛網(wǎng)膜和硬脊膜，—它們圍繞和保護(hù)著脊髓13。
注意電極115植入周圍神經(jīng)44的中央，在神經(jīng)根分支為包括運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的前根神經(jīng)41和包括感覺(jué)神經(jīng)的背根42分支點(diǎn)之后。電極115也可以植入硬脊膜層32的側(cè)面。一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的電極實(shí)施方式的有利布置能夠選擇性地刺激神經(jīng)組織，如神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)，而不刺激周圍的神經(jīng)組織。在該實(shí)施例中，刺激背根神經(jīng)節(jié)40的同時(shí)，向前神經(jīng)根44內(nèi)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、脊髓13的部分、脊髓水平14或周圍神經(jīng)44幾乎不提供或提供的刺激能感覺(jué)不到。本發(fā)明的實(shí)施方式特別適合于提供疼痛控制，因?yàn)榭梢蕴禺愋缘囟ㄏ蛴诖┻^(guò)背根神經(jīng)節(jié)40的感覺(jué)纖維。有利地，本發(fā)明的實(shí)施方式可以神經(jīng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)用于疼痛控制，而不影響周圍的組織。
刺激系統(tǒng)100包括脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器以適合使用小面積、高阻抗微電極直接刺激神經(jīng)組織的可編程模式提供刺激能。提供的刺激水平選擇為相比c-纖維54優(yōu)先刺激Aβ和Aα纖維52。本發(fā)明的實(shí)施方式使用的刺激能水平采用比傳統(tǒng)非直接、非特異性刺激系統(tǒng)更低的刺激能水平，因?yàn)殡姌O115有利地置于背根神經(jīng)節(jié)40之上、之中或附近。基于傳統(tǒng)的門控理論，認(rèn)為通過(guò)用本發(fā)明的刺激方法刺激快傳遞Aβ和Aα纖維52，來(lái)自纖維52的信號(hào)53將在背根42和脊髓13的接合處釋放阿片物。這種釋放提高了接合處的應(yīng)答閾值(升高的接合閾值56)。后來(lái)到達(dá)的c-纖維信號(hào)55保持低于升高的接合閾值56，并且檢測(cè)不到。
因此，本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供脊髓、周圍神經(jīng)系統(tǒng)和/或一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)的選擇性刺激。如在一種實(shí)施方式中使用的，選擇性刺激是指刺激基本上只是神經(jīng)調(diào)節(jié)或神經(jīng)刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。在一種實(shí)施方式中，背根神經(jīng)節(jié)的選擇性刺激使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)不受刺激或不受調(diào)節(jié)。另外，在其他一些實(shí)施方式中，選擇性刺激也指在神經(jīng)鞘內(nèi)，與c-無(wú)髓鞘纖維相比，A-有髓鞘纖維優(yōu)先受到刺激或神經(jīng)調(diào)節(jié)。這樣，本發(fā)明的實(shí)施方式有利地利用了A-纖維比c-纖維傳遞神經(jīng)沖動(dòng)更快(幾乎快兩倍)的事實(shí)。本發(fā)明的一些實(shí)施方式適合提供目的在于相比c-纖維優(yōu)先刺激A-纖維的刺激水平。
在另外一些實(shí)施方式中，選擇性刺激也可以指電極(包括涂覆有藥物或適合釋放藥物的電極，例如圖21，23A，C和D)緊密接觸作為刺激對(duì)象的組織或其他神經(jīng)系統(tǒng)部分。這個(gè)方案可以看出我們對(duì)電極放置的有利使用。在下面進(jìn)一步描述的特定示例性實(shí)施方式中，將一個(gè)或多個(gè)刺激電極置于(1)抵靠或接觸神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的外鞘；(2)在神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)；(3)在根神經(jīng)節(jié)束間間隙內(nèi)；(4)接觸脊髓的一部分；(5)在需要刺入硬膜外隙、硬脊膜、神經(jīng)根神經(jīng)外膜或脊髓一部分的位置；(6)接觸交感神經(jīng)系統(tǒng)的一部分；或(7)接觸目標(biāo)在于直接刺激的神經(jīng)組織。
另外，本文所述的選擇性刺激或神經(jīng)調(diào)節(jié)概念可以應(yīng)用于許多不同的構(gòu)造。單側(cè)(在一個(gè)水平上的一個(gè)根神經(jīng)節(jié)之上或之中)、雙側(cè)(在同一水平上的兩個(gè)根神經(jīng)節(jié)之上或之中)、單水平(在同一水平上的一個(gè)或多個(gè)根神經(jīng)節(jié))或多水平(在兩個(gè)或多個(gè)水平的每一個(gè)上刺激至少一個(gè)根神經(jīng)節(jié))或上述的組合，包括刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)的一部分和與交感神經(jīng)系統(tǒng)該部分的神經(jīng)活動(dòng)或傳送有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)。這樣，本發(fā)明的實(shí)施方式可以用來(lái)單獨(dú)或重疊地產(chǎn)生多種刺激控制方案，產(chǎn)生和提供治療區(qū)。
圖3A示出了本發(fā)明的刺激系統(tǒng)100的實(shí)施方式，包括植入背根神經(jīng)節(jié)(DRG)40內(nèi)的電極115。該圖示出了脊髓13的三個(gè)代表性的脊髓水平14(即，脊髓水平1-3)。周圍神經(jīng)44進(jìn)入背根神經(jīng)節(jié)40和前神經(jīng)根41，背根神經(jīng)節(jié)40和前神經(jīng)根41都進(jìn)入脊髓13。也示出了背角37，36。為了清楚起見(jiàn)，沒(méi)有示出硬脊膜32和完整的脊髓13，而是象本申請(qǐng)其他部分描述的和在人體解剖學(xué)示出的那樣呈現(xiàn)。這些示例性的水平1、2、3可以位于沿脊髓13的任何位置。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，每個(gè)水平只示出了一側(cè)的神經(jīng)。
使用水平2作為參照，在水平2和水平1之間示出了上行通路92，從水平2到水平3示出了下行通路94。對(duì)水平2中的DRG 40施加刺激能或信號(hào)可以阻斷從水平2向通路92上游前進(jìn)的信號(hào)。而且，施加于水平2部分的調(diào)節(jié)也可以有效地阻斷從另一水平(這里使用水平1和/或3)開(kāi)始的神經(jīng)元通路到達(dá)腦。這樣，使用本發(fā)明的裝置和/或方法的實(shí)施方式向水平2的DRG 40施加刺激也可以有利地提供對(duì)區(qū)段內(nèi)疼痛通路的有效阻斷。應(yīng)當(dāng)理解，盡管示出了三個(gè)連續(xù)的水平，但是本發(fā)明的一些實(shí)施方式可以刺激兩個(gè)或更多相鄰的水平，另一些實(shí)施方式可以刺激2個(gè)或更多的不相鄰的水平，或者它們的組合。
圖3B將脊神經(jīng)根與它們相應(yīng)的脊椎脊髓水平相關(guān)聯(lián)。字母C命名頸水平的神經(jīng)和椎骨。字母T命名胸水平的椎骨和神經(jīng)。字母L命名腰水平的椎骨和神經(jīng)。字母S命名骶骨水平的椎骨和神經(jīng)。圖3C使用圖3B中的命名，示出了與相應(yīng)的神經(jīng)根相關(guān)的身體的各個(gè)皮區(qū)。
圖4至7示出了在多種控制條件下激活，以提供不同水平和程度的疼痛控制的刺激系統(tǒng)的一種實(shí)施方式。圖4A，5A，6A和7A均示出了各種激活程度的刺激系統(tǒng)。圖4B，5B，6B和7B示出了相應(yīng)受到影響的皮區(qū)。
圖4A，5A，6A和7A示出了刺激系統(tǒng)100，其在兩個(gè)相鄰的脊髓水平上向背根神經(jīng)節(jié)40內(nèi)植入3個(gè)電極115。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，每個(gè)脊髓水平示出了一個(gè)背根神經(jīng)節(jié)40、前根41和周圍神經(jīng)44。一個(gè)例外是脊髓水平3，它示出了另外一個(gè)背根神經(jīng)節(jié)38、前根39和周圍神經(jīng)42。三個(gè)電極115被控制器106指定為通道1、2、3。每個(gè)電極被激活后在控制器106控制下提供調(diào)節(jié)能量或信號(hào)。圖12A至13B進(jìn)一步描述了植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的示例性的電極。水平3是雙側(cè)電極布置的一個(gè)例子，水平2是單側(cè)電極布置的一個(gè)例子。這樣，示出的實(shí)施方式是多水平的、單側(cè)和雙側(cè)刺激系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器(未示出，但是在圖26至29中詳細(xì)描述)在合適的神經(jīng)刺激控制器106控制下提供刺激能。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道可以使用任何已知的神經(jīng)刺激控制器。該視圖中沒(méi)有示出但是在系統(tǒng)中存在各個(gè)電極115、電極導(dǎo)線110和控制器106之間的適當(dāng)?shù)倪B接。在下面的圖示中，連接電極導(dǎo)線110和控制器106的線表示從控制器106到一個(gè)電極115(見(jiàn)圖4A)或一個(gè)以上的電極115(見(jiàn)圖5A)的“刺激開(kāi)”(stimulation on)通信。
“刺激開(kāi)”信號(hào)表示多種刺激模式和刺激程度中的任何一種?！按碳ら_(kāi)”信號(hào)可以是連續(xù)或間歇施加的振動(dòng)電信號(hào)。此外，如果將電極直接植入一個(gè)以上的神經(jīng)節(jié)內(nèi)或與之相鄰，可以向一個(gè)電極施加振動(dòng)電信號(hào)，而不向另一個(gè)電極施加，反之亦然。人們可以調(diào)節(jié)刺激極性、脈沖寬度、振幅，以及刺激頻率和其它可控制的電和信號(hào)因素，來(lái)達(dá)到所需的調(diào)節(jié)或刺激結(jié)果。
振動(dòng)電信號(hào)的施加刺激了放置電極115的神經(jīng)鏈的區(qū)域。這種刺激可以增加或減少神經(jīng)活動(dòng)。然后調(diào)節(jié)這種振動(dòng)電信號(hào)的頻率，直到所治療的表現(xiàn)為生理學(xué)紊亂的癥狀證明得到緩解。這個(gè)步驟可以用患者的反饋、傳感器或其它生理學(xué)參數(shù)或指征進(jìn)行。一旦被確定，這個(gè)頻率就被認(rèn)為是理想的頻率。一旦確定理想的頻率，即通過(guò)在控制器中貯存該頻率以這個(gè)理想的頻率保持振動(dòng)電信號(hào)。
在一個(gè)特定實(shí)施例中，以大約0.5V到大約20V或更高的電壓操作振動(dòng)電信號(hào)。更優(yōu)選地，以大約1V到大約30V或40V的電壓操作振動(dòng)電信號(hào)。對(duì)于微刺激，優(yōu)選在1V到大約20V的范圍內(nèi)刺激，該范圍取決于諸如電極表面積等因素。優(yōu)選地，電信號(hào)源以大約10Hz到大約1000Hz的頻率范圍工作。更優(yōu)選地，電信號(hào)源以大約30Hz到大約500Hz的頻率范圍工作。優(yōu)選地，振動(dòng)電信號(hào)的脈沖寬度為大約25微秒到大約500微秒。更優(yōu)選地，振動(dòng)電信號(hào)的脈沖寬度為大約50微秒到大約300微秒。
振動(dòng)電信號(hào)的施加可以以許多不同的方式提供，包括但不限于(1)單極刺激電極和大面積非刺激返回電極；(2)幾個(gè)單極刺激電極和一個(gè)大面積非刺激返回電極；(3)一對(duì)緊密相隔的雙極電極；和(4)幾對(duì)緊密相隔的雙極電極。也可以使用其它配置。例如，本發(fā)明的刺激電極可以與另一個(gè)非刺激電極-返回電極-組合使用，或者刺激系統(tǒng)的一部分可以設(shè)置和/或構(gòu)造為提供返回電極的功能?？梢栽O(shè)置和/或構(gòu)造為提供返回電極的功能的刺激系統(tǒng)的部分包括但不限于電池外殼或脈沖發(fā)生器外殼。
在示出的構(gòu)造中，向位于水平3的一個(gè)電極提供的刺激模式(即通道#1″開(kāi)″)在圖4B中示出的身體區(qū)域(即陰影區(qū)R1)產(chǎn)生疼痛阻斷/減輕。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施方式能夠刺激特定皮區(qū)分布，來(lái)探查哪個(gè)電極或電極組或電極組合(包括涂覆藥物的電極或釋放藥物的電極)定位最佳或者與一個(gè)或多個(gè)特定疼痛區(qū)域最密切相關(guān)。這樣，可以將本發(fā)明實(shí)施方式的刺激系統(tǒng)“微調(diào)”至特定覆蓋區(qū)域或疼痛類型。由這些試驗(yàn)獲得的結(jié)果可以用于針對(duì)特定患者，針對(duì)特定疼痛類型的一個(gè)或多個(gè)刺激或治療方案(即，在涂覆電極釋放的治療劑存在下或與之組合的系列刺激)。這些疼痛治療方案可以編程到合適的電子控制器或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中(下文描述)，以存儲(chǔ)治療程序，當(dāng)期望的治療方案執(zhí)行時(shí)控制和監(jiān)測(cè)刺激方案的系統(tǒng)部件的執(zhí)行。
圖5A提供使用多通道刺激系統(tǒng)和方法的疼痛減輕分布的另一個(gè)實(shí)施例。在示出的構(gòu)造和刺激模式中，通過(guò)通道#1和#2向水平2和3中的各一個(gè)電極提供刺激模式。該刺激電極模式在圖5B示出的身體區(qū)域(即區(qū)域R1、R2)提供疼痛阻斷/減輕。
圖6A提供使用多通道刺激系統(tǒng)和方法的疼痛減輕分布的另一個(gè)實(shí)施例。在示出的構(gòu)造和刺激模式中，通過(guò)通道#1和#3向水平3中的兩個(gè)電極提供刺激模式。該刺激電極模式在圖6B示出的身體區(qū)域(即區(qū)域R3)提供疼痛阻斷/減輕。
圖7A提供使用多通道刺激系統(tǒng)和方法的疼痛減輕分布的另一個(gè)實(shí)施例。在示出的構(gòu)造和刺激模式中，通過(guò)通道#1、#2和#3向系統(tǒng)中的所有電極提供刺激模式。該刺激電極模式在示出的身體區(qū)域R4(即圖7B)提供疼痛阻斷/減輕。應(yīng)當(dāng)理解，圖4A至7B示出的電極布置和阻斷區(qū)模式可以利用諸如圖3B和3C中的信息加以改變，用于根據(jù)個(gè)體需要定向放置于身體的特定部分。
可以利用本發(fā)明的植入方法將本發(fā)明的微電極和刺激系統(tǒng)實(shí)施方式植入單個(gè)神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)。本文描述的植入方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于與其他操作類似的低風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)皮進(jìn)入途徑，當(dāng)使用涂覆藥物的電極的實(shí)施方式時(shí)在神經(jīng)根處直接釋放局部化量的藥物，以及電極布置能夠優(yōu)先、選擇性地刺激神經(jīng)纖維。
圖8A示出了脊髓水平的截面圖。周圍神經(jīng)44，42分別進(jìn)入背根神經(jīng)節(jié)40，38和前根神經(jīng)41，39。也示出了椎體70和兩個(gè)交感神經(jīng)神經(jīng)節(jié)62，63。在該實(shí)施方式中，該方法包括在中間向椎體70前送合適的導(dǎo)管107，然后沿周圍神經(jīng)42向背根神經(jīng)節(jié)38前行。用諸如透視法或其它合適的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)等外部顯像方法作為指導(dǎo)前送導(dǎo)管107。椎孔在透視下成為良好的可見(jiàn)標(biāo)志，可用于定位DRG 38。
通過(guò)在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜中形成開(kāi)口，并使電極通過(guò)該開(kāi)口，將電極115植入背根神經(jīng)節(jié)附近(圖8A，8B)。該開(kāi)口可以用常規(guī)方法形成，例如使用導(dǎo)管107的尖端上具有的或設(shè)置的刀口，以及使用通過(guò)導(dǎo)管107內(nèi)的工作通道前送的儀器，或者使用其他合適的內(nèi)窺鏡或微創(chuàng)手術(shù)操作?；蛘撸姌O主體或遠(yuǎn)端可以設(shè)置有組織切割或穿刺元件，來(lái)幫助刺入組織(參見(jiàn)，例如圖20A中的尖端908)。當(dāng)抽出導(dǎo)管107時(shí)，微電極導(dǎo)線110展開(kāi)并連接、錨定或以其它方式固定于鄰近DRG38的組織、解剖部位或骨骼上，從而減少了電極115從DRG 38拉出的可能性。在以下描述的替代實(shí)施方式中，可以在將電極植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)之前固定微電極導(dǎo)線110。
注意電極115的大小和形狀配合在DRG 38內(nèi)。典型的DRG通常是球形的，直徑為3-5mm。當(dāng)然，人類具有一定的DRG尺寸范圍，根據(jù)個(gè)體的年齡和性別和其它因素其尺寸可能變化。可以提供一定尺寸范圍的電極實(shí)施方式，來(lái)適應(yīng)患者的特定解剖學(xué)特征。當(dāng)選擇用于個(gè)體的合適的DRG電極實(shí)施方式時(shí)要考慮一些因素。
DRG內(nèi)的電極放置可以用諸如適合此處所述方法和系統(tǒng)的體感誘發(fā)電位(SSEP)和肌電圖描記法(EMG)等神經(jīng)診斷試驗(yàn)技術(shù)來(lái)證實(shí)。一個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施例包括傳感電極置于感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)中，位于已植入電極的DRG水平以上和以下。向目標(biāo)DRG內(nèi)植入電極。向DRG施加測(cè)試性刺激并測(cè)量目標(biāo)DRG以上和以下的傳感電極處的電壓電位，以證實(shí)電極已植入目標(biāo)DRG內(nèi)。測(cè)試性刺激的范圍可以是從0.4v到0.8v，50Hz，或者可以是其它的適當(dāng)?shù)拇碳に剑Q于使用的誘發(fā)電位測(cè)量技術(shù)。這樣，可以利用常規(guī)透視技術(shù)和儀器向DRG前送和植入電極，并證實(shí)電極已正確植入和刺激目標(biāo)DRG。
操縱電極到達(dá)DRG之上、之中或附近的位置可以使用許多不同的途徑。圖8至10在脊髓馬尾部分的剖視圖中提供了幾個(gè)示例性的途徑。在這些實(shí)施例中，電極115置于代表性的骶骨脊髓水平的神經(jīng)節(jié)之上或之中。也示出了交感神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)節(jié)62，63。DRG 40和前根41與周圍神經(jīng)44連接。DRG 38和前根39與周圍神經(jīng)42連接。
圖8A和8B示出了使用合適的導(dǎo)管107通向DRG 38的橫向途徑。導(dǎo)管鄰近周圍神經(jīng)42在中間向DRG 38前行。橫向穿刺DRG硬脊膜，使電極115前行到DRG內(nèi)部。之后，將電極115植入DRG內(nèi)部。接著，如圖8B所示，從DRG 38中抽出導(dǎo)管107，展開(kāi)電極導(dǎo)線110?？梢杂眠m當(dāng)?shù)墓潭夹g(shù)將電極導(dǎo)線110錨定到椎體70上。導(dǎo)線110然后連接到脈沖發(fā)生器/控制器(未示出)上。
圖9A在解剖學(xué)上類似于圖8A和8B。圖9A示出了一個(gè)在目標(biāo)DRG下方與中線交叉的替代DRG植入途徑。導(dǎo)管107沿上面的路徑向椎孔前行，并在透視指導(dǎo)下使用椎孔作為指導(dǎo)進(jìn)入DRG。如圖9A和9B所示，提供了一種通過(guò)在背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極刺激背根神經(jīng)節(jié)的方法。在一些實(shí)施方式中，植入程序包括使電極的一部分通過(guò)脊髓硬膜外隙。本發(fā)明的系統(tǒng)中的電極位于神經(jīng)根神經(jīng)外膜72之上或之中(圖10A和10B)或神經(jīng)根之內(nèi)(例如圖9A，B)。另外，在某些實(shí)施方式中，也包括在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜72中形成開(kāi)口，然后使電極通過(guò)該開(kāi)口(參見(jiàn)，例如圖9B)的步驟。
圖11示出了利用另外一種替代電極植入技術(shù)通過(guò)脊髓13一部分的剖視圖。與以前描述的從外部接近DRG并且包括刺入或進(jìn)入DRG神經(jīng)外膜72的方法不同，圖11示出了一個(gè)從周圍神經(jīng)44的神經(jīng)鞘內(nèi)通向DRG束間的內(nèi)部途徑。圖11示出了神經(jīng)鞘的剖視圖，其部分除去以顯示下面的神經(jīng)束46。在這個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施例中，在周圍神經(jīng)44鞘中在DRG 40側(cè)向的點(diǎn)45處形成開(kāi)口。使用適當(dāng)?shù)膬?nèi)窺鏡或微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)將微電極115通過(guò)開(kāi)口45進(jìn)入神經(jīng)44鞘。接著，電極115向DRG 40前行并進(jìn)入DRG 40。
如同每個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方式清楚說(shuō)明的，電極相對(duì)于DRG的放置能夠激活電極以選擇性刺激感覺(jué)神經(jīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法放置電極能夠激活電極以刺激DRG內(nèi)的感覺(jué)神經(jīng)，或者不刺激附近前根內(nèi)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。本文描述的控制系統(tǒng)也提供激活電極的刺激水平，以相比無(wú)髓鞘纖維優(yōu)先刺激有髓鞘纖維的水平提供刺激。
另外，如同下文更詳細(xì)描述的，圖11示出了一個(gè)電極實(shí)施方式，其中電極的尖端和軸體可以用藥物涂覆，以輔助刺激治療或提供另外的治療性益處。如圖所示，電極包括尖端涂層130和軸涂層132。每個(gè)涂層130，132中的藥物可以是相同的或不同的。通過(guò)神經(jīng)鞘植入的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是涂覆的軸體132可以包括對(duì)前神經(jīng)根41的神經(jīng)活動(dòng)有活性或者有益的藥物，因?yàn)檫@種涂覆的軸體有利地位于前根41附近。也可以選擇軸體涂層132來(lái)減少神經(jīng)鞘內(nèi)存在軸體導(dǎo)致的炎癥或刺激。
圖12A和12B示出了示例性錨固件主體171的一種實(shí)施方式，其具有一個(gè)固定鉤172，一旦電極115植入DRG 40內(nèi)即用固定鉤172固定導(dǎo)線110。圖12A是脊髓13的一部分的剖視圖，示出了背根42、前根41、DRG 40和周圍神經(jīng)44。在這個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施方式中，用導(dǎo)管70在DRG 40植入部位周圍操縱電極115、導(dǎo)線110和錨固件171。一旦確定了適當(dāng)?shù)牟课?，鉤172就插入DRG的筋膜層內(nèi)。鉤172可以具有各種形狀和輪廓，使其適合接合并且固定于外DRG層上或外DRG層內(nèi)。圖12B示出了設(shè)置在導(dǎo)管70的遠(yuǎn)端上的示例性的錨固件主體171和鉤172?？梢詥为?dú)使用導(dǎo)管70或結(jié)合其它合適的手術(shù)、內(nèi)窺鏡或微創(chuàng)工具將錨固件主體171和鉤172操縱到位置內(nèi)。類似地，電極115、導(dǎo)線110可以移動(dòng)到目標(biāo)神經(jīng)組織之上、之中或附近的植入位置。在另外一些替代電極實(shí)施方式中，電極115被植入DRG之上、之中或附近，其設(shè)置有柔性尖端，以幫助防止或減輕慢性摩擦和潰瘍形成。
此外，電極導(dǎo)線110或其它支持或錨定結(jié)構(gòu)也可以連接到相鄰的骨結(jié)構(gòu)、軟組織或其它相鄰的解剖結(jié)構(gòu)上。另外，也可以在電極錨固件172的近側(cè)提供固定、錨定或連接結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)吸收導(dǎo)管110的部分或全部的向近側(cè)移動(dòng)，使得電極從植入部位拉出或移動(dòng)的可能性較小。錨定和其它應(yīng)力吸收部件的目的是確保電極保持在植入部位內(nèi)，或者由于電極導(dǎo)線110的移動(dòng)而從植入部位移動(dòng)的可能性較小(即，導(dǎo)線110的移動(dòng)從植入部位拉動(dòng)電極115，或者破壞植入部位內(nèi)的電極115的位置)。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用許多技術(shù)幫助電極放置，包括單/多鉤或錨固件的經(jīng)皮放置、脊椎錨定或粘貼、顯微縫合、粘固、粘合和本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它連接或錨定技術(shù)。也應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的刺激系統(tǒng)實(shí)施方式的其他部件也可以適合附著在靠近刺激部位或接近電極植入部位的周圍組織上。其他部件包括，例如，刺激控制器、主控制器、從控制器、脈沖發(fā)生器、藥物貯存器、藥物泵和電池。
圖12C示出了電極導(dǎo)線110與電極植入部位周圍的骨骼錨定的例子。圖12C示出了通過(guò)脊髓13的一部分的剖視圖，示出了前根41、背根42和背根神經(jīng)節(jié)40。圖12C也示出了脊柱周圍的骨骼，如椎體1110、脊突1115、椎足1120、椎板1125、椎弓1130、橫突1135和椎面1140。電極115植入DRG 40內(nèi)，使用合適的錨固件111將電極導(dǎo)線保持定位。在該實(shí)施方式中，錨固件111固定在椎體1110上。錨固件111代表任何合適的固定脊柱的骨部分的方式，如外科或整形外科領(lǐng)域公知的大頭釘、封縫釘、釘子、粘固劑或其它固定方法。在錨固件111和DRG 40之間具有張力消除機(jī)構(gòu)122(見(jiàn)圖13A和14A)。張力消除機(jī)構(gòu)122用來(lái)吸收可以在DRG 40內(nèi)移動(dòng)電極115，或從DRG 40中取出電極的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施方式中，張力消除機(jī)構(gòu)122是電極導(dǎo)線110的卷曲部分。在錨固件111和DRG 40之間或在錨固件111和刺激系統(tǒng)的電池或控制器(未示出)之間可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)張力消除機(jī)構(gòu)122。
圖13A至14B示出了本發(fā)明的單極和雙極刺激部件實(shí)施方式。圖13A示出了單極刺激部件，其具有適合連接到脈沖發(fā)生器的近端連接器126A。遠(yuǎn)端電極115構(gòu)造為可在刺激部位處植入體內(nèi)。遠(yuǎn)端電極可以是單極電極115A(圖13B)或雙極電極115B(圖14B)。電極的大小設(shè)置為植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)，并且根據(jù)選擇的神經(jīng)根而不同。在另外的替代實(shí)施方式中，電極導(dǎo)線和電極適合于并且大小設(shè)置為在神經(jīng)鞘內(nèi)向神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)前行。電極或其外殼可以由惰性材料(硅、金屬或塑料)制成，以減少引發(fā)免疫應(yīng)答的危險(xiǎn)(機(jī)會(huì))。應(yīng)當(dāng)為了適用于MRI和其它掃描技術(shù)而研究電極，包括使用本文所述的射線不透性材料制造。
參見(jiàn)圖13A，電導(dǎo)線110連接到近端連接器126A和遠(yuǎn)端電極115上。張力消除機(jī)構(gòu)122接近刺激部位連接。示出的張力消除機(jī)構(gòu)通過(guò)卷曲電導(dǎo)線110形成?？梢允褂闷渌娝苤膹埩ο夹g(shù)和裝置。適合減少接近固定點(diǎn)的電導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)量的固定元件124位于接近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)之中、之上或通過(guò)該結(jié)構(gòu)。設(shè)置了多個(gè)元件來(lái)減輕或最小化張力和力向微導(dǎo)線110或微電極115的傳遞，因?yàn)檫@里使用的微電極和微電極導(dǎo)線非常小，并且包括柔性的細(xì)線，數(shù)量級(jí)為1mm或更小，在許多情況下小于0.5mm。代表性的電極和導(dǎo)線尺寸將在下面更詳細(xì)地描述(圖15A，15B)。因此，在某些實(shí)施方式中，固定元件124、張力消除機(jī)構(gòu)122和電極錨固件117(如果包括的話)可以吸收或減輕張力和運(yùn)動(dòng)。固定元件124可以是，例如環(huán)或模制的小孔。固定元件可以縫合、釘合、螺接、訂合、使用粘合劑粘合，或使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)連接，以將固定元件固定在體內(nèi)用于本文所述的目的。
在一個(gè)特定的植入實(shí)施方式中，基于微電極和微電極導(dǎo)線的小尺寸和精細(xì)性的考慮改變了植入電極的方法。首先進(jìn)行強(qiáng)力動(dòng)作，然后進(jìn)行輕力動(dòng)作。這樣，在強(qiáng)力操作過(guò)程中不存在精細(xì)的微電極和微電極導(dǎo)線材料。考慮到其中本發(fā)明的電極將植入DRG內(nèi)的一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，固定元件124是一個(gè)環(huán)，其大小允許電極115通過(guò)。使用強(qiáng)力操作將固定元件錨定或以其他方式固定(即粘合)到與選擇的DRG刺激部位相鄰的椎孔內(nèi)。通常，固定部位應(yīng)當(dāng)盡可能地靠近刺激部位。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，固定部位距刺激部位3cm至5cm以內(nèi)。任選地，連接到環(huán)上的導(dǎo)絲保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，用?lái)引導(dǎo)電極和導(dǎo)線到環(huán)和植入部位。電極和導(dǎo)線穿過(guò)環(huán)(使用或不使用導(dǎo)絲)。然后將電極植入DRG之上或之中。任選地，在植入部位內(nèi)的電極和固定元件124之間可以設(shè)置抗張力裝置122。在一個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施方式中，使用包括多個(gè)環(huán)的微電極導(dǎo)線的一段作為抗張力裝置122。最后，使用合適的鎖定裝置將微電極導(dǎo)線固定在環(huán)上。應(yīng)當(dāng)理解，上述方法只是說(shuō)明一種方法，上述步驟可以按照不同的順序進(jìn)行，或者根據(jù)使用的具體植入程序而改變。
在某些實(shí)施方式中，也可以在遠(yuǎn)端電極115的近側(cè)提供錨定機(jī)構(gòu)。錨定機(jī)構(gòu)的例子包括，例如，圖13B和14B示出的錨固件117。在另外一些實(shí)施方式中，錨定機(jī)構(gòu)適合將遠(yuǎn)端電極115錨定在刺激部位內(nèi)。例如，錨定機(jī)構(gòu)在植入過(guò)程中可以抵靠電極主體118保持收縮狀態(tài)(stowed flat)，然后從神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)展開(kāi)，抵靠著內(nèi)部神經(jīng)根壁錨定，支持電極并防止電極移動(dòng)或拉出。在某些實(shí)施方式中，整體形成錨定機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)端電極，在另外一些實(shí)施方式中，它們是單獨(dú)的部件。在一些實(shí)施方式中，錨定機(jī)構(gòu)由聚合物或硅氧烷形成。
選擇性神經(jīng)刺激可以使用較小的電極。較小的電極產(chǎn)生較小的創(chuàng)傷，并且較不容易產(chǎn)生不希望的移動(dòng)。但是，隨著電極表面積減少，電極的阻抗增加(圖15A)。因此，某些電極實(shí)施方式的阻抗大大高于傳統(tǒng)刺激電極的阻抗。在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的微電極的阻抗大于2500Ω。這種阻抗的差異也影響到用來(lái)驅(qū)動(dòng)本文描述的微電極的刺激系統(tǒng)、脈沖發(fā)生器等的性能需要。
遠(yuǎn)端電極可以采用多種適合植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)并且直接刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的構(gòu)造、形狀和尺寸。例如，遠(yuǎn)端電極115可以是連接到導(dǎo)線110的導(dǎo)電材料環(huán)?；蛘?，遠(yuǎn)端電極115可以由非絕緣的電導(dǎo)線環(huán)形成。該環(huán)電極是有吸引力的，具有改善的耐磨性，因?yàn)榕c必須連接到導(dǎo)線110的環(huán)不同，這種環(huán)由導(dǎo)線形成，因此不需要連接。在另外一些實(shí)施方式中，電極可以是導(dǎo)線的非絕緣部分。
無(wú)論構(gòu)造如何，本發(fā)明的電極適合于并且尺寸設(shè)置為植入神經(jīng)節(jié)例如背根神經(jīng)節(jié)或交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)節(jié)之內(nèi)、之上或附近。應(yīng)當(dāng)理解，電極的尺寸根據(jù)植入技術(shù)和目標(biāo)神經(jīng)節(jié)的大小而不同。通過(guò)DRG硬脊膜植入的電極(即圖9A)可以小于5mm，因?yàn)镈RG的直徑可以只有3-5mm。另一方面，適合沿周圍神經(jīng)鞘植入的電極(即圖11)可以比通過(guò)硬脊膜的電極長(zhǎng)，但是可能面臨其他設(shè)計(jì)限制，因?yàn)樗仨氃谏窠?jīng)鞘內(nèi)向遠(yuǎn)端前行，以到達(dá)DRG。應(yīng)當(dāng)理解，例如，根據(jù)植入部位的解剖尺寸以及基于植入方法的植入部位尺寸改變本發(fā)明的電極實(shí)施方式的尺寸。
圖15B列出了由直徑為0.25mm至1mm的絲制成的電極實(shí)施方式的一些示例性的電極表面積，寬度為0.25mm至0.5mm。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供小于0.5mm2的遠(yuǎn)端電極表面積。在另外一些實(shí)施方式中，遠(yuǎn)端電極表面積小于1mm2。在另外一些實(shí)施方式中，遠(yuǎn)端電極表面積小于3mm2。
本發(fā)明的電極的尺寸不同于傳統(tǒng)的墊5，后者的尺寸為大約8mm寬和24-60mm長(zhǎng)(圖1)。一個(gè)結(jié)果是傳統(tǒng)的刺激電極的電極表面積大于本發(fā)明的電極實(shí)施方式。據(jù)認(rèn)為傳統(tǒng)的電極具有500-1800Ω的阻抗，用10-12伏特脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的刺激信號(hào)操作。相反，本發(fā)明的刺激電極實(shí)施方式的阻抗為2kΩ或大約2500Ω，2kΩ到10kΩ或更高，或者甚至為10kΩ至20kΩ。如下面所詳細(xì)描述的，本發(fā)明的某些脈沖發(fā)生器實(shí)施方式用DC-DC轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電壓操作，電壓范圍超過(guò)傳統(tǒng)的刺激系統(tǒng)。
電極可以由具有良好抗疲勞性的柔性材料制成，長(zhǎng)期使用沒(méi)有材料失效。電極材料應(yīng)當(dāng)由生物相容性材料制成，或者涂覆或以其他方式處理以改善生物相容性。另外，電極材料應(yīng)當(dāng)對(duì)于諸如透視法的成像系統(tǒng)是不透性的，用來(lái)幫助在植入過(guò)程中放置電極。合適的材料的例子包括但不限于Pt、Au、NiTi、PtIr和合金及其組合。電極也可以用避免類固醇的涂層(steroid eluding coating)涂覆，以減少植入部位或刺激部位的炎癥。
由于表面積較小，DRG刺激所需的總能量明顯減少，因?yàn)橛玫碗娏骶湍軌蜻_(dá)到高電流密度。使用微電極的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只有緊鄰電極的少量組織受到刺激。使用微電極的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是相應(yīng)較小的脈沖發(fā)生器和縮小的電池尺寸。
除了上述可植入的電極以外，也可以使用替代電極實(shí)施方式選擇性地刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。圖16示出了一種實(shí)施方式，其中導(dǎo)電環(huán)205，207置于背根神經(jīng)節(jié)40的任一端。當(dāng)被激活時(shí)，環(huán)205，207將刺激能電容耦合到DRG 40中。圖17示出了一個(gè)替代電容刺激構(gòu)造，其中電容板210，212連接到DRG硬脊膜上。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于只有一對(duì)電容板，也可以使用一對(duì)以上。圖18示出了連接到DRG 40的硬脊膜上的兩對(duì)電容板。一對(duì)包括板210，212，另一對(duì)包括板214和另一個(gè)板(未示出)。作為將板直接連接到硬脊膜上的替代方案，也可以將板連接到適合繞DRG硬脊膜滑動(dòng)并與之接合的電極支持元件230上。一旦電極支持元件230處于圍繞DRG的位置，所述板就正確地定位，從而選擇性刺激DRG。本發(fā)明不只限于電容耦合的刺激能。圖20示出了另一個(gè)替代實(shí)施方式，其中線235繞DRG 40纏繞，形成線圈236，線圈236可以用來(lái)將刺激能電感耦合到神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。為了討論目的，已經(jīng)在DRG刺激的內(nèi)容中描述了這些實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的技術(shù)和結(jié)構(gòu)也可以用來(lái)刺激其它的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)、其它的神經(jīng)結(jié)構(gòu)或其它的解剖特征。
圖20A和20B示出了適合通過(guò)神經(jīng)組織植入的另一個(gè)電極實(shí)施方式。穿刺電極900有主體902、遠(yuǎn)端904和近端906。電極表面或部件912經(jīng)由合適的導(dǎo)線914接受來(lái)自脈沖發(fā)生器/控制器(未示出)的刺激信號(hào)和刺激能。遠(yuǎn)端904和尖端908適合刺入目標(biāo)神經(jīng)組織中。另外，在遠(yuǎn)端設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)錨固件910，以幫助將電極主體902固定在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)。提供緊固環(huán)920(圖20B)將電極主體902固定于或相對(duì)于目標(biāo)神經(jīng)組織。在通過(guò)神經(jīng)組織插入過(guò)程中，錨固件910可以是抵靠電極主體902的第一或收縮(stowed)位，然后可轉(zhuǎn)變?yōu)殡x開(kāi)電極主體902的第二或展開(kāi)位。在展開(kāi)位(圖20A，20C和20D)，錨固件910阻止電極900向神經(jīng)組織外的移動(dòng)。可以使用大量替代錨固件構(gòu)造。錨固件910可以是以環(huán)形模式排列的一系列單個(gè)的支撐桿或是在它們之間具有類似于傘結(jié)構(gòu)的材料的支撐桿。錨固件910也可以是單個(gè)錨固件。
電極900包括主體902，主體902適合完全穿過(guò)目標(biāo)神經(jīng)組織，而將電極912定位于目標(biāo)神經(jīng)組織的一部分內(nèi)。在這個(gè)示例性的實(shí)施方式中，電極主體902適合配合在DRG 40(圖20D)或交感神經(jīng)鏈的神經(jīng)節(jié)(圖20C)內(nèi)。電極912可以置于電極主體902上的任何位置，以獲得需要的刺激或調(diào)節(jié)水平。另外，電極912可以放置為使得電極912產(chǎn)生的調(diào)節(jié)或刺激能模式保持在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)或僅僅在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)消散。
緊固環(huán)920用來(lái)將電極主體902保持在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)以及相對(duì)于目標(biāo)神經(jīng)組織的位置處。緊固環(huán)920是環(huán)形的，具有環(huán)922。在某些實(shí)施方式中，用內(nèi)表面942作為摩擦鎖定表面來(lái)接合和容納電極主體902。在另外一些實(shí)施方式中，內(nèi)表面942包括固定電極主體的表面處理。在另外一些實(shí)施方式中，內(nèi)表面942適合機(jī)械接合和固定電極主體902。緊固環(huán)920可以由合適的彈性或非彈性材料制成，可以固定在電極主體902和目標(biāo)神經(jīng)組織的外層上，幫助阻止電極拉出或移出。緊固環(huán)920可以由適合將環(huán)920粘合或機(jī)械固定到電極主體902和組織外層上的生物相容性材料制成。緊固環(huán)920可以在電極900植入目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)過(guò)程中存在或者在之后定位。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，緊固環(huán)920固定在DRG外層，并且具有設(shè)置為與電極900上的接合特征接合的互補(bǔ)接合特征。電極主體902通過(guò)緊固環(huán)922前行并進(jìn)入DRG 40內(nèi)，直到互補(bǔ)接合特征接合，并且停止電極主體902向DRG內(nèi)的進(jìn)一步遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)。互補(bǔ)接合特征可以單獨(dú)使用或者與錨固件910組合使用，來(lái)幫助將電極900放置于諸如DRG或其它神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)組織內(nèi)。
圖20C和20D示出了適合通過(guò)在脊髓13的剖視圖中示出的目標(biāo)神經(jīng)組織植入的電極實(shí)施方式。脊髓截面14的各個(gè)部分的其它細(xì)節(jié)在下文中參照?qǐng)D38描述。這些視圖中也示出了在周圍神經(jīng)44和根41/42內(nèi)進(jìn)入脊髓的示例性感覺(jué)傳導(dǎo)路徑52/54和運(yùn)動(dòng)元路徑41P。美國(guó)專利6,871,099記載了替代植入部位和刺激備選方案，在此引用作為參考。
在圖20C的說(shuō)明性的實(shí)施方式中，電極900設(shè)置于目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)的非中心位置。在該實(shí)施方式中，目標(biāo)神經(jīng)組織是交感鏈990內(nèi)的神經(jīng)節(jié)992。交感神經(jīng)鏈內(nèi)的其它細(xì)節(jié)和特定目標(biāo)神經(jīng)組織在下面參照?qǐng)D32和33描述。電極912置于電極主體902之上或之中，使得當(dāng)電極主體902通過(guò)神經(jīng)節(jié)992并且位于緊固環(huán)920之內(nèi)時(shí)，電極912位于神經(jīng)節(jié)992內(nèi)部期望的位置中。目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)的其他電極912放置也是可能的，例如，通過(guò)改變電極主體902的長(zhǎng)度、穿入目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)的角度或最初穿入目標(biāo)神經(jīng)組織的位置。
在圖20D的說(shuō)明性實(shí)施方式中，電極900設(shè)置于目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)通常中心位置處。在該實(shí)施方式中，目標(biāo)神經(jīng)組織是DRG 40。電極912置于電極主體902之上或之中，使得當(dāng)電極主體902位于緊固環(huán)920內(nèi)時(shí)，電極912在DRG 40的大致中部或中心的中部。如前所述，緊固環(huán)920和扁平錨固件911將電極900固定在DRG 40內(nèi)期望的位置。扁平或瓣形(flap)錨固件911提供類似于錨固件910的功能。錨固件911具有扁平錨固件而不是彎曲錨固件910。
在一些實(shí)施方式中，刺激電極的尖端可以涂覆藥物。在圖21所示的實(shí)施方式中，涂層130覆蓋了DRG 40內(nèi)的電極的部分。在另外一些實(shí)施方式中，電極或其他植入部件或多或少地可以適當(dāng)?shù)赝扛?，以達(dá)到所需的臨床結(jié)果。圖21也示出了電極桿體上的涂層130或DRG外部的電極部分。涂層132可以與涂層130相同或不同。例如，尖端涂層130可以包括含有幫助有效刺激DRG的藥物的遠(yuǎn)端涂層。尖端涂層130也可以包括更近端的涂層部分(即接近電極刺入硬脊膜處)，其包含阻止電極附近纖維生長(zhǎng)的藥物。在另外的實(shí)施方式中，軸體涂層132也含有阻止電極周圍纖維生長(zhǎng)的藥物。另外，可以根據(jù)提供藥物與前根(即圖11中的植入技術(shù))或周圍神經(jīng)鞘內(nèi)的組織相互作用來(lái)選擇軸體涂層132。
用作涂層的藥物提供的期望的臨床結(jié)果的例子包括但不限于瘢痕組織形成的減少、防止電極上的組織生長(zhǎng)或形成、抗炎癥、通道阻斷劑，和它們的組合，或可用于治療疼痛或神經(jīng)疾病的其他已知藥物。在其它替代實(shí)施方式中，藥物可包括當(dāng)置于體內(nèi)時(shí)可使藥物隨時(shí)間以特定水平釋放的其他化合物(即時(shí)間釋放藥物)。在某些實(shí)施方式中，藥物是抗炎劑、阿片劑、COX抑制劑、PGE2抑制劑、它們的組合和/或防止手術(shù)后病理性疼痛改變的其他合適的藥物。可以使用的其他合適的藥物包括用來(lái)涂覆包括避免類固醇的心臟導(dǎo)線(steroid eludingcardiac leads)在內(nèi)的心臟導(dǎo)線的藥物或用來(lái)涂覆其他可植入裝置的藥物。
本發(fā)明的實(shí)施方式包括直接刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)或其它神經(jīng)學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)從用來(lái)提供刺激的電極釋放藥物。在一種實(shí)施方式中，在電極被激活之前釋放藥物。在另外一些實(shí)施方式中，在電極被激活之后或過(guò)程中釋放藥物。在另外一些實(shí)施方式中，在神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)刺激過(guò)程中藥物在神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)中具有藥理學(xué)活性。應(yīng)當(dāng)理解，可以改變和修改本發(fā)明的實(shí)施方式，以適應(yīng)被刺激的神經(jīng)成分的特殊需要。例如，可以利用本發(fā)明的實(shí)施方式，用適當(dāng)?shù)乃幬?、藥物釋放模式和量以及刺激模式和水平直接刺激背根神?jīng)節(jié)或交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
圖22示出了各種刺激機(jī)構(gòu)。盡管這些各種機(jī)構(gòu)增加了疼痛，但是它們中的每一個(gè)均作用于初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元。該細(xì)胞的初級(jí)調(diào)節(jié)物是它的細(xì)胞體，DRG 40。本發(fā)明的一個(gè)方面是有利地使用DRG 40在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的解剖學(xué)放置來(lái)補(bǔ)充其它的治療方案。在另一種實(shí)施方式中，如此處所述的DRG 40的刺激與作用于初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元的物質(zhì)一起使用。如上所示，其它機(jī)構(gòu)比DRG細(xì)胞體40更接近于示出的組織損傷。以不同的方式，DRG 40位于其它疼痛機(jī)構(gòu)的上游(即更靠近腦/脊髓13)。因此，這是如何利用上游DRG刺激阻斷和/或增強(qiáng)另外的疼痛信號(hào)的另一個(gè)說(shuō)明。
電生理學(xué)研究提示，COX酶產(chǎn)生的前列腺素E2(PGE2)通過(guò)降低激活TTX-R Na+通道所需的膜去極化程度部分提高DRG神經(jīng)元的興奮性。這使神經(jīng)元具有更多自發(fā)放電并且傾向于重復(fù)形成突峰(spiking)(翻譯為更強(qiáng)的痛覺(jué))。在此也說(shuō)明了其他促炎劑(緩激肽、香草素受體[VR1]上的辣椒辣素)如何集中影響TTX-R NA+通道。阿片劑的作用也處于TTX-R Na+通道調(diào)節(jié)的上游。本發(fā)明的實(shí)施方式有利地利用疼痛途徑和神經(jīng)化學(xué)的方面來(lái)改變DRG神經(jīng)元的電生理興奮性，其中電刺激與藥物結(jié)合(單獨(dú)的電刺激或與藥物組合)，優(yōu)化刺激系統(tǒng)的效力。
利用多種給藥途徑使用大量其它可以獲得的藥理學(xué)阻斷劑或其它治療劑，結(jié)合神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)、背根神經(jīng)節(jié)、脊髓或周圍神經(jīng)系統(tǒng)的特定定向刺激，也可以獲得電和藥理調(diào)節(jié)的協(xié)同作用。藥理學(xué)阻斷劑包括，例如，Na+通道阻斷劑，Ca++通道阻斷劑，NMDA受體阻斷劑，和opoid鎮(zhèn)痛藥。圖23A和23B示出了組合刺激和藥物釋放電極的一種實(shí)施方式。注意尖端上的雙極電極115B，涂層130，和用于在植入過(guò)程中刺入硬脊膜的斜面尖形狀。電極尖端在DRG神經(jīng)外膜72內(nèi)，并且良好定位，以改變和/或影響c-纖維55的反應(yīng)性。在該圖示中，圓圈代表Na+離子，三角代表Na+通道阻斷劑(例如狄蘭汀-[苯妥英]、得理多-[卡馬西平]或其它已知的Na+通道阻斷劑)。當(dāng)藥物從涂層130釋放時(shí)，c-纖維55上的受體被阻斷，從而使c-纖維的反應(yīng)降低到反應(yīng)閾值以下(圖23B)。因?yàn)閏-纖維的激活電位已經(jīng)降低，優(yōu)先刺激較大直徑的A-纖維，或者A-纖維的反應(yīng)保持在圖23B中的閾值以上。
本發(fā)明的實(shí)施方式也提供大量有利的組合治療方法。例如，可以以一種方式提供在背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)作用或影響背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的反應(yīng)的藥物，使得可以減少電極115B提供的刺激量，并且仍然達(dá)到臨床顯著性的效應(yīng)?；蛘?，可以以一種方式提供在背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)作用或影響背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的反應(yīng)的藥物，使得與沒(méi)有藥物時(shí)提供的相同刺激相比可以增加提供的刺激的效力。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，所述藥物是通道阻斷劑，在引入后有效阻斷c-纖維受體，從而可以使用在通道阻斷劑存在下使用的高水平的刺激。在某些實(shí)施方式中，可以在刺激之前釋放藥物。在另外一些實(shí)施方式中，可以在刺激過(guò)程中或之后釋放藥物，或者它們的組合。例如，可以提供一種治療方法，其中單獨(dú)導(dǎo)入藥物，單獨(dú)提供刺激，在藥物存在下提供刺激，或者在導(dǎo)入藥物后的一段時(shí)間間隔后提供刺激，使得給藥時(shí)間足以在施加刺激模式前產(chǎn)生期望的藥理學(xué)效應(yīng)。本發(fā)明的刺激系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式能夠使用具有藥物涂層的本發(fā)明的微電極結(jié)合電刺激精細(xì)調(diào)節(jié)C-纖維和Aβ-纖維閾值。代表性的藥物包括但不限于Na+通道抑制劑、苯妥英、卡馬西平、利多卡因GDNF、阿片劑、Vicodin、Ultram和嗎啡。
圖23C和23D示出了組合神經(jīng)刺激和藥物釋放系統(tǒng)的替代實(shí)施方式。適合這些操作的控制器和脈沖發(fā)生系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)在下面參照?qǐng)D26-29描述。盡管使用組合泵和儲(chǔ)存器輸送系統(tǒng)進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，用于將藥物從儲(chǔ)存器轉(zhuǎn)移到電極和轉(zhuǎn)移出電極的泵和用于在輸送前貯存藥物的儲(chǔ)存器可以是以協(xié)同方式工作的兩個(gè)單獨(dú)的部件。泵和儲(chǔ)存器可以是適合控制輸送特定藥物的任何一種。合適的泵包括適合整體植入受試者中和適合輸送疼痛控制制劑或本文描述的其它藥物的任何裝置。通常，泵和儲(chǔ)存器是涉及可植入裝置的藥物輸送裝置，通過(guò)可操作連接的諸如滲透泵、蒸氣壓力泵、電解泵、電化學(xué)泵、泡騰泵(effervescent pump)、壓電泵或機(jī)電泵系統(tǒng)等泵的作用提供藥物從儲(chǔ)存器(由泵的外殼或與泵連通的單獨(dú)容器限定)的轉(zhuǎn)移。合適的泵的其它細(xì)節(jié)在美國(guó)專利3,845,770；3,916,899；4,298,003；和6,835,194中可以獲得，均在此全文引用作為參考。
圖23C示出了組合的系統(tǒng)控制器和脈沖發(fā)生器105B，其適合控制藥物從藥物儲(chǔ)存器和泵195的輸送。從藥物儲(chǔ)存器和泵195泵送的藥物經(jīng)由專用導(dǎo)管進(jìn)入共用供給線110F，通過(guò)張力消除機(jī)構(gòu)122F進(jìn)入藥物和刺激電極2310。共用供給線110F可以是包括來(lái)自控制器105B的電極控制和電信號(hào)以及從泵195輸送的藥物的單一管線，或者可以是兩個(gè)結(jié)合在一起的單獨(dú)的管線。無(wú)論構(gòu)造如何，共用供給線110F簡(jiǎn)化了植入程序，因?yàn)槔脝我还芫€連接電極2310和控制器105B和泵195。
組合神經(jīng)刺激和藥物輸送電極2310包括適合在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)配合的主體2312。在該說(shuō)明性實(shí)施方式中，電極主體2310適合配合在DRG 40內(nèi)。電極2318位于電極主體2312之上或之中，或者可以是電極主體2312。電極2318適合接收經(jīng)由共用供給線110F來(lái)自脈沖發(fā)生器105B的信號(hào)和電力。電極2318可以置于電極主體2312上的任何位置，以獲得期望的刺激或調(diào)節(jié)水平。另外，電極2318的放置可以使得電極產(chǎn)生的調(diào)節(jié)刺激能模式只在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)保持或消散。在這個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方式中，電極2318定位保持在目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)的通常中央的位置處。在這個(gè)實(shí)施方式中，目標(biāo)神經(jīng)組織是DRG 40。電極2318置于電極主體2312之上或之中，使得當(dāng)電極2310固定于緊固環(huán)(下文描述)內(nèi)時(shí)，電極2318位于DRG的大約中部或中心的中部。
緊固環(huán)2315用來(lái)將電極主體2312保持在DRG 40內(nèi)或相對(duì)于DRG 40的位置處。緊固環(huán)2315可以由合適的彈性或非彈性材料制成，可以固定于電極主體2312和DRG外層上，以幫助防止電極拉出或移動(dòng)。緊固環(huán)2315可以由適合將環(huán)2315粘合或機(jī)械固定到電極主體2312和DRG外層上的生物相容性材料制成。緊固環(huán)2315可以在電極2310植入DRG過(guò)程中存在或者在之后定位。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，緊固環(huán)固定在DRG外層上，并且具有設(shè)置為與電極2310上的接合特征接合的互補(bǔ)接合特征。電極主體2312通過(guò)緊固環(huán)2315前行并且進(jìn)入到DRG 40內(nèi)，直到互補(bǔ)接合特征接合，并且停止電極主體2312向DRG內(nèi)的進(jìn)一步遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)?；パa(bǔ)接合特征可以用來(lái)防止將要定位于DRG內(nèi)的電極2310穿透DRG。
在電極主體2312內(nèi)有至少一個(gè)導(dǎo)管或腔(未示出)，提供從含有藥物的共用供給線110F部分向遠(yuǎn)端開(kāi)口2316的連通。在工作時(shí)，泵/存儲(chǔ)器195內(nèi)的藥物在控制器105B控制下輸送到共用供給線110F，通過(guò)電極主體2312，離開(kāi)遠(yuǎn)端開(kāi)口2316，進(jìn)入DRG內(nèi)部。注意遠(yuǎn)端開(kāi)口2316的該實(shí)施方式含有斜面邊緣，可以用來(lái)在植入操作中穿透DRG。
圖23D描述了幾個(gè)適用于組合神經(jīng)刺激和藥物輸送系統(tǒng)和電極的替代實(shí)施方式。
與使用組合的控制器、脈沖發(fā)生器和電池105B的圖23C不同，圖23D中的構(gòu)造提供了類似于圖28和29所示的分配系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器和控制器105C和藥物儲(chǔ)存器和泵2395分別使用適當(dāng)?shù)倪B接2307和2305接收來(lái)自電池2830的電力。藥物儲(chǔ)存器和泵2395可以具有獨(dú)立于控制器/發(fā)生器105C工作的自己的控制器，具有在控制器/發(fā)生器105C控制下工作的自己的控制器(即以主/從關(guān)系)，或者在控制器/發(fā)生器105C控制下工作。電極912經(jīng)由導(dǎo)線110接收來(lái)自發(fā)生器105c的刺激電力。灌注口928通過(guò)電極主體902內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管(未示出)和導(dǎo)管2396連接到藥物儲(chǔ)存器和泵2395。
電極900A的實(shí)施方式類似于圖20A的電極900。電極900A在電極主體902內(nèi)也包括灌注口928，灌注口928通過(guò)導(dǎo)管2396與泵和儲(chǔ)存器2395的內(nèi)容物連通。電極主體902的長(zhǎng)度足以通過(guò)目標(biāo)神經(jīng)組織植入。盡管示出的植入通常在DRG 40的中心，但是應(yīng)當(dāng)理解，電極主體902可以更長(zhǎng)或更短，以適應(yīng)目標(biāo)神經(jīng)組織的不同大小或在神經(jīng)組織內(nèi)的不同布置。例如，圖20C示出了植入交感神經(jīng)鏈神經(jīng)節(jié)內(nèi)的非中心位置的電極900的一種實(shí)施方式。電極900A包括具有尖端908和錨固件910的近端904。提供緊固環(huán)920(如上所述)將電極主體902固定在DRG40上或相對(duì)于DRG 40固定。在通過(guò)DRG插入過(guò)程中，錨固件910可以保持抵靠電極主體902的第一或收縮位，然后可轉(zhuǎn)變?yōu)殡x開(kāi)電極主體902的第二或展開(kāi)位。在展開(kāi)位(圖23D)，錨固件910阻止電極900A向DRG 40外移動(dòng)?？梢允褂么罅刻娲^固件構(gòu)造。錨固件910可以是以環(huán)形模式排列的一系列單個(gè)的支撐桿，或是在它們之間具有類似于傘結(jié)構(gòu)的材料的支撐桿。錨固件910也可以是單個(gè)錨固件。
電極912和灌注口928可以沿電極主體902設(shè)置在適合給予神經(jīng)刺激和藥物的任何位置。在說(shuō)明性的實(shí)施方式中，電極912通常位于DRG內(nèi)的中心，灌注口928靠近電極主體902的遠(yuǎn)端。也可以采用其他構(gòu)造，在另外一些實(shí)施方式中可以使用更多或更少的電極和灌注口。例如，灌注口928可以位于DRG的中心附近，而電極912可以位于電極主體902上的其它位置，以使傳送到DRG外并進(jìn)入周圍組織的刺激能減為最少?？梢匝仉姌O主體902設(shè)置一個(gè)或多個(gè)電極912，使得刺激能保持在DRG40或其它目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)(即在其中幾乎完全衰減)。
在一個(gè)特定實(shí)施方式中，遠(yuǎn)端尖端908具有適合刺入硬脊膜層以使電極主體902通過(guò)DRG的點(diǎn)。尖端908通過(guò)DRG前行，直到錨固件910通過(guò)尖端908形成的開(kāi)口，并且如圖23D所示展開(kāi)。一旦錨固件910通過(guò)DRG并且展開(kāi)，電極主體902就可輕輕回退，以使錨固件910抵靠DRG硬脊膜接合。之后，將緊固環(huán)920前送到環(huán)繞電極主體902并且抵靠DRG40外層的位置。當(dāng)植入DRG 40內(nèi)時(shí)，使用錨固件910和緊固環(huán)920將電極900A固定在位置上。在另外一些實(shí)施方式中，可以使用緊固環(huán)920而不用錨固件910。在另一種實(shí)施方式中，使用錨固件910而不使用緊固環(huán)920，或者用適合將電極主體902的近端固定在DRG上或接近DRG的另外一組錨固件代替緊固環(huán)920。
圖24是包括幾種輸注藥物實(shí)例的表。藥物在左側(cè)列出。在右側(cè)，用黑色圓圈和空心圓圈表示特定類型的疼痛或其它疾病對(duì)使用特定藥物的支持水平。黑色圓圈代表來(lái)自受控試驗(yàn)或幾個(gè)公開(kāi)標(biāo)簽試驗(yàn)并且公認(rèn)或?qū)嵱玫淖C據(jù)?？招膱A圈代表根據(jù)較少的證據(jù)。例如，在下肢不寧綜合征(RLS)的治療中，地西泮有公認(rèn)的或?qū)嵱玫淖C據(jù)，而加巴噴丁具有根據(jù)較少的證據(jù)?？梢越o身體提供這些和其它的藥物，以單獨(dú)地或與本發(fā)明的實(shí)施方式提供的刺激組合地對(duì)神經(jīng)組織產(chǎn)生協(xié)同的藥理學(xué)結(jié)果。在某些實(shí)施方式中，在刺激部位提供藥物，在另外一些實(shí)施方式中，使用適合輸送一種或多種藥物的刺激電極實(shí)施方式提供藥物。
考慮到以下特定實(shí)施例。傷害性感受器(Nociceptor)代表特定的一亞類電壓門控鈉通道。這些TTX-R Na+通道被認(rèn)為明顯有助于小直徑感覺(jué)神經(jīng)元(即c-纖維)中的潛在放電速率和持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供適合于協(xié)同改善神經(jīng)刺激能力的通道阻斷劑。例如，可以利用組合的刺激和藥物釋放直接在背根神經(jīng)節(jié)束間隙內(nèi)、鄰近c(diǎn)-纖維或在藥理活性位置內(nèi)提供Na通道阻斷劑，使得藥物與通道相互作用。
本發(fā)明的實(shí)施方式也能夠有利地使用神經(jīng)系統(tǒng)中的離子通道作為藥物的靶標(biāo)，并與選擇性直接刺激組合。Na+通道和加巴噴丁敏感的Ca2+通道在神經(jīng)損傷后上調(diào)。通道阻斷劑可以抑制異常的C-纖維神經(jīng)興奮性。沿疼痛路徑分布的Na+和Ca2+通道靶標(biāo)在圖25中示出。本發(fā)明的實(shí)施方式有利地使用背根神經(jīng)節(jié)(DRG)的特定解剖學(xué)和特征，來(lái)改善藥物的效力。在一個(gè)特定實(shí)例中，注意到DRG含有TTX-敏感的Na+通道(Nav1.3)、TTX-抗性的Na+通道(1.8，1.9)和加巴噴丁敏感的Ca2+通道。圖25示出了大量背根神經(jīng)節(jié)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)和脊髓傳入疼痛路徑。注意到在與神經(jīng)性疼痛有關(guān)的慢性神經(jīng)損傷后電壓依賴性的Na+和Ca2+通道亞單位改變。另外，Nav1.3通道和Na+通道3(Nav 3)和Ca2+通道2-1(Cav 2-1)亞單位在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞體中的表達(dá)提高，Nav1.3在脊髓背角37中的第二級(jí)傷害性神經(jīng)元中的表達(dá)提高。河豚毒素抗性的Na+通道亞單位Nav 1.8和Nav 1.9也從背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞體到損傷部位的周圍軸突和疼痛受體重新分配。這些改變被認(rèn)為導(dǎo)致自發(fā)的異位放電，并且降低了機(jī)構(gòu)激活的閾值，導(dǎo)致感覺(jué)異常、痛覺(jué)過(guò)敏和異常性疼痛。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，這些通道是本發(fā)明的系統(tǒng)和刺激方法的實(shí)施方式提供的刺激的目標(biāo)。刺激可以包括單獨(dú)的電刺激，直接輸送或通過(guò)DRG輸送藥物，與電刺激組合直接輸送或通過(guò)DRG輸送藥物，或DRG的電刺激與在疼痛路徑中的其它位置輸送藥物相組合。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，在疼痛路徑中的其它位置輸送藥物是在被刺激的背根神經(jīng)節(jié)或神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的上游。在另一種實(shí)施方式中，在疼痛路徑中的其它位置給藥是在背根神經(jīng)節(jié)的下游。在另一種特定實(shí)施方式中，向位于上游或其它位置的交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)節(jié)和背根神經(jīng)節(jié)提供刺激，以影響或阻斷起源于該神經(jīng)節(jié)的信號(hào)。
可以使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的替代實(shí)施方式修復(fù)或幫助修復(fù)脊髓中的神經(jīng)組織。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了選擇性神經(jīng)刺激背根神經(jīng)節(jié)的方法和系統(tǒng)。例如，可以在使用或不使用藥物的情況下，對(duì)DRG、DRG的一部分或DRG附近選擇性提供電刺激，以在DRG內(nèi)產(chǎn)生幫助、促進(jìn)或以其它方式加速神經(jīng)組織再生的條件。
在本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供藥物的一種具體實(shí)施方式
中，提供了一種誘導(dǎo)神經(jīng)節(jié)內(nèi)cAMP升高用于再生感覺(jué)軸突的方法和/或系統(tǒng)，其利用了Neumann S，Bradke F，Tessier-Lavigne M，Basbaum AI在題目為″Regeneration of Sensory Axons Within the Injured SpinalCord Induced by Intraganglionic cAMP Elevation(參見(jiàn)Neuron.2002 Jun 13；34(6)885-93，在此全文引用作為參考)的文章中提出的機(jī)制。Neuman等人的研究證明，在神經(jīng)節(jié)內(nèi)注射db-cAMP后，感覺(jué)神經(jīng)元的中央分支在體內(nèi)再生。從注射db-cAMP的動(dòng)物中獲得的通過(guò)損傷部位的水平切片顯示再生的纖維。適合輸送藥物的神經(jīng)刺激電極可以用于db-cAMP的神經(jīng)節(jié)內(nèi)輸送。db-cAMP的神經(jīng)節(jié)內(nèi)輸送可以用本文描述的任何藥物輸送技術(shù)進(jìn)行，包括，例如，在電極主體的全部或部分上涂覆，或者使用適當(dāng)定位的灌注口。
圖26示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方案的脈沖發(fā)生器105的實(shí)施方式。類似于傳統(tǒng)的刺激脈沖發(fā)生器，通信電子組件102具有接收指令的接收器和發(fā)送信息的發(fā)送器。在一種實(shí)施方式中，接收器和發(fā)送器可植入體內(nèi)，并且適合經(jīng)皮接收和發(fā)送信息?？刂齐娮咏M件106包括微控制器103，微控制器103具有常規(guī)部件，如程序存儲(chǔ)器103.1、參數(shù)和算法存儲(chǔ)器103.2和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器103.3。也提供電池130，電池130可以位于脈沖發(fā)生器內(nèi)或是脈沖發(fā)生器的一部分(即圖27)，或植入與脈沖發(fā)生器不同的部位(即圖28)。提供開(kāi)關(guān)109將來(lái)自DC-DC轉(zhuǎn)換器113的刺激能與刺激部位(即位于STIM1-STIM4處的電極)在微控制器103的控制下耦合。
根據(jù)通信電子組件102接收到的經(jīng)皮RF遙測(cè)信息改變可編程參數(shù)。該遙測(cè)信息由控制電子組件解碼并使用，以在需要時(shí)改變脈沖發(fā)生器105的輸出。脈沖發(fā)生器的輸出或刺激程序可以動(dòng)態(tài)變化。疼痛通常與某些活動(dòng)有關(guān)，如步行、彎腰或坐下?？梢詰?yīng)用活動(dòng)水平傳感器檢測(cè)活動(dòng)的量或程度?；顒?dòng)的水平可以是動(dòng)態(tài)改變刺激程序以確定適當(dāng)刺激水平的輸入。此外，可以基于特定患者的活動(dòng)模式為患者個(gè)體設(shè)計(jì)不同的預(yù)編程的刺激算法。預(yù)編程的刺激算法可以存儲(chǔ)在供本文描述的刺激系統(tǒng)使用的合適的介質(zhì)中。也可以應(yīng)用常規(guī)經(jīng)皮編程技術(shù)更新、改變或消除刺激算法。
疼痛通常與某些位置有關(guān)，如站立或躺下?？梢岳梦恢脗鞲衅鳈z測(cè)患者的位置?；颊叩奈恢每梢允窍虼碳た刂葡到y(tǒng)的輸入，用于動(dòng)態(tài)改變刺激程序，以確定適當(dāng)?shù)拇碳に?。這種傳感器的一個(gè)例子是多軸加速計(jì)。傳統(tǒng)的3或4軸加速計(jì)可以植入患者體內(nèi)或保持在患者身上提供位置、活動(dòng)水平、活動(dòng)持續(xù)時(shí)間或患者狀態(tài)的其它指示。檢測(cè)到的患者狀態(tài)的指示隨后用于確定刺激水平和模式。位置傳感器可以在放置或植入人體之上或之中時(shí)建立或校準(zhǔn)。校準(zhǔn)幫助傳感器正確識(shí)別個(gè)人的方向和活動(dòng)水平。
任選地，位置傳感器108與可植入發(fā)生器位于相同的物理外殼內(nèi)。如果希望，位置傳感器可以位于身體其它位置的植入部位中，或者可以由個(gè)人在外部佩戴。使用包括直接連接或經(jīng)皮傳送在內(nèi)的合適的手段向脈沖發(fā)生器105提供來(lái)自位置和/或活動(dòng)傳感器108的位置信息。盡管許多實(shí)施方式是合適的，但是優(yōu)選的模式使用(例如但不是限制本發(fā)明)一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)(accelerometer)來(lái)確定患者的狀態(tài)，至少包括感知個(gè)體直立或躺下的能力。另外，位置傳感器可能適合提供活動(dòng)指示或活動(dòng)水平，如步行和跑步之間的差異。在另一種實(shí)施方式中，位置傳感器108的位置可以感知特定運(yùn)動(dòng)，如特定身體部分的活動(dòng)，來(lái)檢測(cè)例如經(jīng)歷術(shù)后物理治療的身體部分或四肢的特定運(yùn)動(dòng)。使用這種位置傳感器實(shí)施方式，當(dāng)個(gè)人開(kāi)始與物理治療有關(guān)的活動(dòng)時(shí)，傳感器將檢測(cè)這種活動(dòng)，并提供適當(dāng)?shù)拇碳?。在其他替代方案中，位置?或活動(dòng)傳感器包括一個(gè)或多個(gè)多軸加速計(jì)。
如上所述，本發(fā)明的微電極實(shí)施方式的電極尺寸和表面積大大小于傳統(tǒng)的刺激電極，以使它們可以按照此處所述的方法植入。如上所述，較小的電極尺寸導(dǎo)致電阻抗增大，需要15伏特以上、20伏特以上、或甚至高達(dá)40伏特的電壓，來(lái)為微電極提供足夠的刺激電流。傳統(tǒng)的脈沖發(fā)生器使用電容性開(kāi)關(guān)陣列從用于傳統(tǒng)神經(jīng)刺激系統(tǒng)的3v電池提供最高達(dá)12V的電壓。據(jù)認(rèn)為傳統(tǒng)電容系統(tǒng)使用的開(kāi)關(guān)引起的較大電損失將使它們不能提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的微電極。這樣，脈沖發(fā)生器105與傳統(tǒng)脈沖發(fā)生器的不同在于使用DC-DC轉(zhuǎn)換器將電池電壓增大到可達(dá)操作本文所述的刺激系統(tǒng)所需的范圍。
在本發(fā)明的脈沖發(fā)生器的一種實(shí)施方式中，至少一個(gè)開(kāi)關(guān)109連接到至少一個(gè)可植入的電極上，該電極具有大于2,500歐姆的阻抗。也提供DC-DC轉(zhuǎn)換器，它適合在控制器103控制下為至少一個(gè)可植入電極提供刺激信號(hào)，控制器103構(gòu)造為控制DC-DC轉(zhuǎn)換器113的輸出。另外，脈沖發(fā)生器、至少一個(gè)開(kāi)關(guān)、DC-DC轉(zhuǎn)換器和控制器可植入體內(nèi)。在另一個(gè)方案中，控制器103根據(jù)用于阻斷疼痛信號(hào)的算法控制DC-DC轉(zhuǎn)換器113發(fā)送刺激信號(hào)的輸出。在一個(gè)方案中，DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到30伏特的電壓。在另一方案中，DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到40伏特的電壓。
圖27示出了本發(fā)明的電極連接器的一種實(shí)施方式。電極連接器120具有適合連接脈沖發(fā)生器105A的近端123和適合連接電極連接器126的遠(yuǎn)端121。電極連接器的遠(yuǎn)端121適合連接多個(gè)微電極導(dǎo)線110/連接器126，這取決于使用多少個(gè)微電極115。任選地，在一些實(shí)施方式中，電極連接器120的一部分可以構(gòu)造為返回電極。
在傳統(tǒng)的刺激系統(tǒng)中，刺激電極導(dǎo)線直接連接到脈沖發(fā)生器，導(dǎo)致植入操作包括穿引(tunneling)從脈沖發(fā)生器到每個(gè)電極的多條導(dǎo)線。該技術(shù)具有以下增加的缺點(diǎn)，有多個(gè)連接點(diǎn)連接到脈沖發(fā)生器，每一個(gè)均需要封閉，和潛在的磨損源。相反，本發(fā)明的實(shí)施方式使用細(xì)微導(dǎo)線110和微電極115，它們可能妨礙傳統(tǒng)穿引操作的成功。與傳統(tǒng)的穿引多個(gè)電極和它們的導(dǎo)線不同，電極連接器120是柔性的電連接器，用來(lái)將脈沖發(fā)生器植入部位和將要植入微電極的一個(gè)或多個(gè)刺激部位之間的距離橋接起來(lái)。應(yīng)當(dāng)理解，電極連接器的長(zhǎng)度足以從植入第一解剖部位的脈沖發(fā)生器延伸到植入第二解剖部位的微電極。
脈沖發(fā)生器105A與傳統(tǒng)脈沖發(fā)生器的不同在于有一個(gè)與電極連接器的連接點(diǎn)，而不是與每個(gè)刺激電極的多個(gè)連接點(diǎn)。有利的是，這樣植入細(xì)微導(dǎo)線和微電極，其跨越的距離因電極連接器120而變得大大縮短。微電極導(dǎo)線110現(xiàn)在的跨距只是在電極連接器遠(yuǎn)端121和神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)植入部位處的微電極115之間。
圖27也示出了刺激部件的一個(gè)實(shí)施方式。刺激部件包括近端連接器126、構(gòu)造為在刺激部位處植入體內(nèi)的遠(yuǎn)端電極115和連接近端連接器和遠(yuǎn)端電極的電導(dǎo)線110。遠(yuǎn)端電極可以是，例如，單極電極或雙極電極。在一些實(shí)施方式中，也提供靠近刺激部位的張力消除機(jī)構(gòu)，和/或固定元件，該固定元件適合減少接近固定點(diǎn)的電導(dǎo)線在接近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)量(例如，見(jiàn)12A/B，13A，14A)。近端連接器126適合連接電極連接器的遠(yuǎn)端121。
在另外一些實(shí)施方式中，刺激部件也可以包括位于遠(yuǎn)端電極近側(cè)的錨定機(jī)構(gòu)(例如圖13B，14B中的可變形錨固件117)。在一些實(shí)施方式中，錨定機(jī)構(gòu)適合將遠(yuǎn)端電極錨定在刺激部位內(nèi)，并且可以任選地與遠(yuǎn)端電極整體形成。錨定機(jī)構(gòu)由聚合物、硅氧烷或其它柔性、生物相容性材料形成。在某些實(shí)施方式中，錨定機(jī)構(gòu)和/或電極主體由包括射線不透性材料的柔性、生物相容性材料制成。合適的生物相容性材料可以是特征為射線不透性的生物相容性聚合生物材料或其它通過(guò)添加“對(duì)比劑”而導(dǎo)致射線不透性的聚合生物材料，對(duì)比劑通常是無(wú)毒性的重原子的鹽或氧化物。
圖28示出了本發(fā)明的另一個(gè)刺激系統(tǒng)實(shí)施方式。在這個(gè)示例性的實(shí)施方式中，脈沖發(fā)生器2806連接到四個(gè)單獨(dú)受控制的微電極115，這些微電極115被植入到四個(gè)不同的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)，這里是背根神經(jīng)節(jié)DRG1到DRG4。圖28的創(chuàng)新刺激系統(tǒng)與傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)的不同在于電池2830與脈沖發(fā)生器2806分開(kāi)。適合傳送電池電力的電連接(例如線2804)從電池2830延伸到脈沖發(fā)生器2806。微電極導(dǎo)線110在近端使用連接器2812連接到脈沖發(fā)生器2806，在遠(yuǎn)端連接到微電極115。脈沖發(fā)生器2806包括前面所述的脈沖發(fā)生器實(shí)施方式的類似的功能部件，例如構(gòu)造為提供0伏特到30伏特電壓、0伏特到40伏特電壓或其它合適的電壓范圍來(lái)驅(qū)動(dòng)本文所述的微電極的DC-DC轉(zhuǎn)換器。電池2830、與電池分離的脈沖發(fā)生器2806、電連接2804、微電極導(dǎo)線110和微電極115適合植入體內(nèi)。
局部脈沖發(fā)生器2806的另外的實(shí)施方式具有能夠靠近刺激部位植入脈沖發(fā)生器2806的小型尺寸。更靠近微電極115的植入部位植入局部脈沖發(fā)生器2806期望地允許使用更短的微電極導(dǎo)線110。脈沖發(fā)生器2806的實(shí)施方式小到足以允許植入接近將要刺激的脊髓水平的背部，植入接近C1-C3水平的上背部，用于緩解偏頭痛(圖30)。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，脈沖發(fā)生器2806的總體積小于200mm3。在另一個(gè)特定實(shí)施方式中，脈沖發(fā)生器2806的至少一個(gè)維度為2mm或更小，或者脈沖發(fā)生器2806的至少一個(gè)維度為10mm或更小。
圖29示出了多脈沖發(fā)生器系統(tǒng)的一種實(shí)施方式。這種多脈沖發(fā)生器實(shí)施方式類似于圖28的系統(tǒng)，增加了第二脈沖發(fā)生器2806B，使用連接器2814在連接點(diǎn)2810處連接第二脈沖發(fā)生器2806B和第一脈沖發(fā)生器2806A。象以前的系統(tǒng)一樣，第二脈沖發(fā)生器2806B與電池2830分開(kāi)。另外，微電極導(dǎo)線110在近端使用連接器2812連接到第二脈沖發(fā)生器2806B，在遠(yuǎn)端連接到微電極115。微電極115被植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)，在此為植入部位處的背根神經(jīng)節(jié)DRG5-DRG8。圖29示出了在不同植入部位植入的8個(gè)電極，植入部位包括背根神經(jīng)節(jié)、交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)或體內(nèi)其它刺激部位。
應(yīng)當(dāng)理解，在一個(gè)方案中，脈沖發(fā)生器2806和第二脈沖發(fā)生器2806B獨(dú)立編程。在另一個(gè)方案中，脈沖發(fā)生器2806A和第二脈沖發(fā)生器2806B適合以主-從配置工作。對(duì)于脈沖發(fā)生器的每個(gè)電極或系統(tǒng)內(nèi)的所有電極來(lái)說(shuō)，大量協(xié)同的刺激模式是可能的。在其他方案中，一個(gè)微電極的激活與第二微電極的激活協(xié)同。在一個(gè)特定方案中，微電極和第二微電極被同一個(gè)脈沖發(fā)生器激活。在另一個(gè)特定方案中，以協(xié)同的方式，微電極被脈沖發(fā)生器2806A激活，第二微電極被第二脈沖發(fā)生器2806B激活，從而達(dá)到治療的結(jié)果。例如，當(dāng)?shù)诙㈦姌O被激活時(shí)，微電極被激活，或者當(dāng)?shù)诙㈦姌O被激活時(shí)，微電極不被激活。在另外一些實(shí)施方式中，微電極植入背根神經(jīng)節(jié)中，第二微電極植入交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，圖27和28的系統(tǒng)可以如以上圖3-7所示構(gòu)造。
在其它一些替代方案中，本發(fā)明的特定實(shí)施方式可以單獨(dú)提供直接刺激或者與如此處所述釋放的治療劑組合，用于治療頭痛、偏頭痛等。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式可以向C1-C3水平的全部、部分或組合提供直接的選擇性的DRG、脊髓和/或周圍神經(jīng)系統(tǒng)刺激(單獨(dú)使用刺激，或與此處所述的治療劑輸送相組合)，以緩解或減輕疼痛、偏頭痛或其它相關(guān)疾病引起的疼痛。提供了一種刺激神經(jīng)組織來(lái)治療疾病的方法，包括刺激植入的電極，該電極只刺激脊髓水平上的背根神經(jīng)節(jié)，其中這種刺激治療所述疾病。如圖30所示，脊髓水平包括C1、C2或C3，所述疾病是頭痛，或更特別的是偏頭痛。
在另一個(gè)替代方案中，本發(fā)明的實(shí)施方式提供感覺(jué)增加(sensoryaugmentation)作為對(duì)糖尿病性神經(jīng)病的治療。在一種實(shí)施方式中，使用本文描述的技術(shù)直接刺激DRG、脊髓和/或周圍神經(jīng)系統(tǒng)，以刺激或以其它方式產(chǎn)生一種類型的隨機(jī)共振，這種隨機(jī)共振將改善、增強(qiáng)或提供增加的神經(jīng)學(xué)刺激。隨機(jī)共振為系統(tǒng)增加噪音，以改善信號(hào)的清晰性。例如，向合適的DRG、DRG組、脊髓和/或周圍神經(jīng)系統(tǒng)提供直接神經(jīng)刺激可以，例如，改善前庭平衡或改善或緩和糖尿病性神經(jīng)病誘導(dǎo)的疾病。例如，可以利用增加的神經(jīng)刺激(單獨(dú)的刺激或與治療劑組合的刺激)改善由于糖尿病性神經(jīng)病而損傷的、不正確工作的或以其它方式受損的神經(jīng)纖維的神經(jīng)纖維功能。利用此處描述的直接刺激技術(shù)誘導(dǎo)的示例性刺激模式有助于將亞閾值信號(hào)(圖31A)升高到閾值水平或閾值水平以上(圖31B)。
在本發(fā)明的另外一些實(shí)施方式中，提供了通過(guò)在沿交感神經(jīng)鏈的特定位置處植入至少一個(gè)刺激電極而治療生理性障礙的方法。優(yōu)選地，本發(fā)明提供通過(guò)向身體的患側(cè)，或者如果臨床指示的話，在雙側(cè)，手術(shù)植入電極，使其鄰近沿交感神經(jīng)鏈的預(yù)定的部位或與之通信，治療性地處理多種生理性障礙或病理性疾病的方法。圖32示出了自主神經(jīng)系統(tǒng)的示意圖，示出了交感神經(jīng)纖維和副交感神經(jīng)纖維，包括幾個(gè)神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
因此，本發(fā)明的實(shí)施方式可以與其它神經(jīng)刺激技術(shù)結(jié)合使用，方法是將使用本發(fā)明的特定DRG刺激的上游刺激與DRG刺激下游的另外一種刺激作用相組合。如這里使用的上游和下游是指較接近腦的通路(即上游)或遠(yuǎn)離腦的通路(即下游)。例如，Rezai在美國(guó)專利申請(qǐng)2002/0116030和美國(guó)專利6,438,423中以及Dobak在公開(kāi)號(hào)為2003/0181958的申請(qǐng)中描述了幾種刺激技術(shù)，這些文獻(xiàn)在此引用作為參考。在特定方案中，可以僅僅如Rezai所述用本發(fā)明的實(shí)施方式提供交感神經(jīng)鏈的電和組合(即與藥物組合)刺激(即使用適當(dāng)?shù)腄RG刺激或直接植入神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi))。此外，或者另外，本發(fā)明的實(shí)施方式與Rezai所述的刺激技術(shù)(即使用Rezai的一種或多種技術(shù)的常規(guī)交感神經(jīng)鏈刺激)組合使用，提供一個(gè)或多個(gè)DRG的特定直接刺激。
圖33示出了本發(fā)明的實(shí)施方式如何使用相關(guān)DRG的直接刺激有利地進(jìn)行交感神經(jīng)鏈的神經(jīng)刺激。本發(fā)明該方案采用相對(duì)于交感神經(jīng)鏈的解剖學(xué)DRG放置，結(jié)合本文描述的門控理論，進(jìn)行直接DRG刺激，用于控制交感神經(jīng)系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的選擇性神經(jīng)刺激技術(shù)可以有利地用于，例如，提供和/或增加關(guān)于體重控制、激素調(diào)節(jié)、血管灌注等的治療工具。其它的替代實(shí)施方式包括使用特定刺激提供器官系統(tǒng)的自主調(diào)節(jié)。通過(guò)植入本發(fā)明的刺激電極和系統(tǒng)刺激交感神經(jīng)鏈相關(guān)部分上游的適當(dāng)?shù)腄RG，可以利用本文所述的電和/或藥物刺激技術(shù)控制、調(diào)節(jié)或影響相關(guān)的系統(tǒng)。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)刺激與脊髓水平13.3相關(guān)的DRG 40，可以改變、修改、影響或控制與激素調(diào)節(jié)有關(guān)的交感神經(jīng)鏈的部分。類似地，通過(guò)刺激與脊髓水平13.2和/或水平13.1相關(guān)的DRG 40，可以改變、修改、影響或控制與胃腸道或尿失禁有關(guān)的交感神經(jīng)鏈的部分(即膀胱、尿道、前列腺等)。另外，可以利用本文描述的直接刺激技術(shù)直接刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)的各個(gè)神經(jīng)節(jié)，例如腹腔神經(jīng)節(jié)、腸系膜上神經(jīng)節(jié)、腸系膜下神經(jīng)節(jié)和圖32，33列出的或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它神經(jīng)節(jié)。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)需要改變刺激系統(tǒng)、脈沖發(fā)生器和微電極和其他部件和調(diào)整其大小，以便能夠直接刺激神經(jīng)節(jié)，包括植入神經(jīng)節(jié)中或通往神經(jīng)節(jié)的相鄰的神經(jīng)鞘內(nèi)。圖34示出了用微電極115以及植入交感神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)63中的適當(dāng)大小的微電極115刺激DRG38的組合直接刺激。圖34中的電極可以獨(dú)立地刺激或以協(xié)同方式刺激，以達(dá)到期望的臨床結(jié)果或其它期望的結(jié)果。類似于以上對(duì)于DRG中的電極放置所述，對(duì)于交感神經(jīng)鏈的電極放置根據(jù)需要也可以是單側(cè)、雙側(cè)、位于交感神經(jīng)鏈的相鄰部分上或交感神經(jīng)鏈的分別的部分上。
本發(fā)明的一個(gè)方案是調(diào)節(jié)交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)通路的方法，包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與所述交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的疾病。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，刺激脊髓背根神經(jīng)節(jié)包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的身體系統(tǒng)的功能性激活，或者影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的器官的功能性激活，或者影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的身體系統(tǒng)的功能性抑制。在具體實(shí)施方式
中，交感神經(jīng)鏈的神經(jīng)節(jié)是頸神經(jīng)節(jié)、胸神經(jīng)節(jié)或腰神經(jīng)節(jié)。
在另一個(gè)方案中，調(diào)節(jié)交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)通路的方法包括使用暴露于脊髓背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜的電極施加刺激。在另一個(gè)方案中，用背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的電極施加刺激。此外，或者另外，可以利用暴露于至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)的電極或者利用植入至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)內(nèi)的電極對(duì)沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)施加刺激，或者沿交感神經(jīng)鏈?zhǔn)┘哟碳ぁ?br> 圖35，36和38示出了如何有利地使用本文描述的刺激系統(tǒng)、方法和微電極的實(shí)施方式直接刺激脊髓。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述脈沖發(fā)生器、電池和其它刺激系統(tǒng)部件將用于驅(qū)動(dòng)本文描述的脊髓電極。如圖35所示，微電極115通過(guò)硬膜外隙26、通過(guò)硬脊膜32前行，進(jìn)入脊髓13。在這個(gè)說(shuō)明性的實(shí)施方式中，電極115定位于脊髓13內(nèi)，錨固件124在椎體70中，并且具有應(yīng)力減少元件122(即微電極導(dǎo)線110的卷曲)。圖36示出了植入脊髓13中進(jìn)行直接刺激的兩個(gè)電極。任選地或者另外，也可以提供錨固件和封閉件，在下面參照?qǐng)D37A、B和C進(jìn)一步描述。盡管說(shuō)明性實(shí)施方式示出了以一定深度植入脊髓內(nèi)的電極，但是電極也可以固定在表面。例如，電極可以設(shè)置在正好刺入外表面最多深度為1mm或深度為2mm至12mm的位置，或者根據(jù)需要放置，以實(shí)現(xiàn)期望的刺激治療或處理。
本發(fā)明的實(shí)施方式提供刺激脊髓的方法，包括向脊髓內(nèi)植入電極，并使用該電極向脊髓纖維提供刺激能。在一個(gè)方案中，使用電極以低于將會(huì)消融或以其它方式損傷脊髓纖維的能量水平的水平向脊髓提供刺激能。在特定實(shí)施方式中，脊髓微電極被植入楔束、薄束、皮質(zhì)脊髓束、上行神經(jīng)通路和/或下行神經(jīng)通路內(nèi)。
在另一個(gè)特定實(shí)施方式中，一種刺激脊髓的方法包括穿刺硬脊膜，并放置電極使之接觸脊髓髓內(nèi)的一部分。另外，脊髓髓內(nèi)的該部分可以包括楔束、薄束、皮質(zhì)脊髓束。另外或者任選地，可以將電極植入脊髓髓內(nèi)的一部分內(nèi)，包括控制來(lái)自上肢、下肢、上脊髓疼痛通路或下脊髓疼痛通路的疼痛的髓內(nèi)一部分。另外或者任選地，可以將電極植入影響諸如自主性膀胱刺激等器官控制或其它機(jī)體功能的脊髓髓內(nèi)的一部分內(nèi)并且直接刺激該部分。
圖37A-37C示出了在電極植入操作過(guò)程中穿刺硬脊膜后封閉硬脊膜32的替代方案。在一個(gè)方案中，本發(fā)明提供在硬脊膜中形成開(kāi)口，使電極通過(guò)硬脊膜中的該開(kāi)口，以及封閉硬脊膜32中的該開(kāi)口的方法。另外，也可以在電極3715的遠(yuǎn)側(cè)設(shè)置無(wú)創(chuàng)錨固件3717，以幫助電極在植入后保持在脊髓13中的位置，以及防止拉出。錨固件3717可以由任何合適的柔性的且不污染周圍腦脊液的生物相容性材料制成。在圖37A中，一個(gè)纖維封閉件3710設(shè)置在錨固件3717的遠(yuǎn)端，抵靠著硬脊膜32的內(nèi)壁。用于封閉件3710，3720和3725的合適的封閉材料的例子包括，例如，組織膠、合成纖維，凝膠泡沫，水凝膠，親水性聚合物或其它具有適合封閉的結(jié)構(gòu)特性的材料。本文描述的每一種封閉件都可以與錨固件3717分開(kāi)或整體形成。圖37B示出了一種實(shí)施方式，其中封閉件3720設(shè)置在硬脊膜32的外壁上。圖37C示出了使用兩個(gè)封閉件。一個(gè)封閉件3725抵靠著硬脊膜的內(nèi)壁，另一個(gè)封閉件3720抵靠著硬脊膜的外壁。用于封閉件3720，3725的合適的封閉材料的例子包括血管縫合墊、聚氨酯、氟化聚合物、生物可降解聚合物如PLA/PGLA。本文所述的封閉件適合防止CSF通過(guò)在電極植入過(guò)程中形成的硬脊膜上的孔漏出。在替代實(shí)施方式中，在植入后穿過(guò)硬脊膜的部件(微電極桿體或微電極導(dǎo)線，取決于設(shè)計(jì))具有與封閉件3717，3720接合并且?guī)椭忾]硬脊膜的材料或表面。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，封閉件3720可以是織物墊，如血管縫合墊，封閉件3725可以是聚合物或組織膠的形式。
圖38示出和總結(jié)了神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)用于刺激和電極放置的大量具體目標(biāo)。只示出了脊髓一側(cè)的神經(jīng)。圖38示出了幾個(gè)替代微電極放置部位，這取決于期望的刺激、神經(jīng)反應(yīng)或疾病的治療。本發(fā)明的實(shí)施方式使用合適的小尺寸微電極，因此除了本文描述的特定實(shí)施方式以外能夠選擇性刺激神經(jīng)系統(tǒng)的大量特定部分。在DRG硬脊膜(1)、穿過(guò)硬脊膜的DRG(2A)、通過(guò)橫穿周圍神經(jīng)鞘在DRG內(nèi)(2B)示出了微電極。脊髓可以被植入上行通路92、下行通路94或纖維96內(nèi)的電極刺激。脊髓刺激也可以通過(guò)向諸如楔束3、薄束4或皮質(zhì)脊髓束5的特定脊髓區(qū)內(nèi)放置微電極來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，電極也可以放置在脊髓中接近根進(jìn)入脊髓的入口處，如背根42H和前根41H。本發(fā)明的實(shí)施方式也能夠有利地放置微電極并且施加直接刺激，從而影響和/或控制身體功能。
在一些實(shí)施方式中，直接刺激是指通過(guò)放置一個(gè)或多個(gè)電極使之接觸目標(biāo)神經(jīng)組織而向該神經(jīng)組織施加刺激或調(diào)節(jié)能量。在一些特定實(shí)施方式中，接觸目標(biāo)神經(jīng)組織是指電極放置在神經(jīng)節(jié)之上或之中。在另外一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)電極可以鄰近一個(gè)或多個(gè)神經(jīng)節(jié)放置，而不接觸神經(jīng)節(jié)。不接觸神經(jīng)節(jié)的電極放置涉及使電極只優(yōu)先刺激神經(jīng)節(jié)的定位。只優(yōu)先刺激神經(jīng)節(jié)涉及向目標(biāo)神經(jīng)組織的電極放置或電極能量的傳送，而不通過(guò)中間生理結(jié)構(gòu)或組織傳送神經(jīng)刺激或調(diào)節(jié)能量。
通過(guò)與諸如美國(guó)專利6,259,952；美國(guó)專利6,319,241和美國(guó)專利6,871,099所述等現(xiàn)有的傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)對(duì)比，本發(fā)明的刺激系統(tǒng)和本文描述的方法的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)是清楚的，這些專利均在此引用作為參考。
例如，考慮到置于椎體內(nèi)用于刺激背根神經(jīng)節(jié)的傳統(tǒng)刺激電極。這樣放置的電極提供的一部分刺激能將被周圍的骨結(jié)構(gòu)減弱或吸收。結(jié)果，該系統(tǒng)提供的初始刺激能必須大到足以補(bǔ)償通過(guò)骨的傳送損失，而仍然具有足夠的剩余能量在背根神經(jīng)節(jié)處達(dá)到期望的刺激水平。這種傳統(tǒng)系統(tǒng)的刺激能也非特異性地施加到中間生理結(jié)構(gòu)上，如脊髓、周圍神經(jīng)、背根、前根和周圍組織、軟骨和肌肉。這些中間生理結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都將接受刺激能，并且可能引起不希望的后果。另外，這些生理結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都將經(jīng)受刺激能并且在能量到達(dá)期望的神經(jīng)組織之前可能減弱或吸收刺激能。
考慮到置于(a)背根內(nèi)硬脊膜和脊髓之間的和(b)周圍神經(jīng)內(nèi)的傳統(tǒng)刺激電極的其他實(shí)例。類似于以上實(shí)例的方式使來(lái)自這些部位的背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)刺激復(fù)雜化。電極提供的刺激能必須通過(guò)許多周圍的生理組織或者可能被這些組織吸收。位置(a)內(nèi)的電極提供的一部分刺激能將被例如周圍的背根鞘、腦脊液和脊髓減弱或吸收。該系統(tǒng)提供的刺激能必須大到足以補(bǔ)償通過(guò)背根鞘、腦脊液和保護(hù)性脊髓層(即脊膜軟膜、蛛網(wǎng)膜和硬脊膜)的傳送損失，而仍然具有足夠的剩余能量在背根神經(jīng)節(jié)中達(dá)到期望的刺激水平。刺激能也非特異性地施加于脊髓。位置(b)內(nèi)的電極提供的一部分刺激能將被例如包括運(yùn)動(dòng)神經(jīng)束在內(nèi)的周圍神經(jīng)束減弱或吸收。該系統(tǒng)提供的刺激能必須大到足以補(bǔ)償通過(guò)周圍神經(jīng)的傳送損失，而仍然具有足夠的剩余能量在背根神經(jīng)節(jié)中達(dá)到期望的刺激水平。與本發(fā)明不同，電極設(shè)置(b)提供的刺激能也向周圍神經(jīng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)施加刺激能。以上位置(a)和(b)的電極設(shè)置均有生理結(jié)構(gòu)介于中間，這些中間生理結(jié)構(gòu)接受刺激能并且可能引起不期望的后果。另外，在能量到達(dá)期望的神經(jīng)組織之前，每個(gè)中間生理結(jié)構(gòu)將經(jīng)受并且可能減弱或吸收刺激能。
本發(fā)明的實(shí)施方式通過(guò)置于目標(biāo)神經(jīng)組織之上、之中或附近的一個(gè)或多個(gè)電極提供刺激能。電極布置的緊密性使得能夠使用顯著少的刺激能達(dá)到相當(dāng)?shù)纳窠?jīng)刺激水平。認(rèn)為在本發(fā)明的技術(shù)中可以使用較低電力水平的一個(gè)原因是缺乏中間生理結(jié)構(gòu)經(jīng)受刺激能引起的衰減損耗。傳統(tǒng)系統(tǒng)還要擔(dān)心熱量的產(chǎn)生和熱量誘導(dǎo)的組織損傷的可能性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)刺激系統(tǒng)使中間組織和目標(biāo)經(jīng)受刺激能。許多傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)提供或應(yīng)用組織溫度控制和反饋。組織溫度是這些傳統(tǒng)系統(tǒng)的一個(gè)有用的參數(shù)，因?yàn)樗鼈兲峁┳阋詫?shí)質(zhì)性地或可測(cè)量地升高周圍組織或中間結(jié)構(gòu)溫度的能量。這些傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)使周圍組織的溫度升高數(shù)十?dāng)z氏度，而使溫度保持在低于熱致死的平均溫度范圍，如熱損傷操作中使用的溫度(即低于45℃)。
與既升高目標(biāo)組織溫度又升高周圍組織溫度的系統(tǒng)不同，認(rèn)為本發(fā)明的實(shí)施方式提供的刺激能水平足夠低，以致目標(biāo)神經(jīng)組織的溫度不會(huì)以可測(cè)量到的程度升高，或者不到1攝氏度。本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供的刺激水平在(a)毫瓦特范圍；(b)毫焦耳范圍；和/或(c)微焦耳范圍以內(nèi)或以下。也認(rèn)為本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供的刺激水平足夠低，以致于電極周圍組織的溫度不受影響，升高不到5攝氏度，或者不到1攝氏度。而且，認(rèn)為本發(fā)明的另外一些實(shí)施方式提供的刺激能水平低到足以使周圍組織和其他生理結(jié)構(gòu)的溫度低于用常規(guī)溫度測(cè)量技術(shù)可測(cè)量到的量，或者低于1攝氏度。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施方式提供的刺激能水平顯著低于可測(cè)量地升高周圍組織溫度或以接近熱消融和損傷水平的水平工作的傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)。
應(yīng)當(dāng)理解，可以單獨(dú)使用本發(fā)明的特定刺激技術(shù)的實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所述的刺激技術(shù)，或者在與以下參考文獻(xiàn)(均在此引用作為參考)中所述的刺激技術(shù)和系統(tǒng)組合的上游或下游構(gòu)造中使用Starkebaum的美國(guó)專利5,948,007；Hull的美國(guó)專利5,417,719；Kuzma的美國(guó)專利6,658,302；Paspa的美國(guó)專利6,606,521；和Law的美國(guó)專利5,938,690。
盡管本文已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，這些實(shí)施方式只是作為例子提供的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到不背離本發(fā)明的大量變化、改變和替代。應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方式的各種替代方案可以在實(shí)施本發(fā)明中使用。下面的權(quán)利要求限定了本發(fā)明的范圍，因此涵蓋了這些權(quán)利要求范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)和它們的等同方案。
權(quán)利要求
1.一種刺激背根神經(jīng)節(jié)的方法，包括鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極；和激活該電極，以刺激該背根神經(jīng)節(jié)的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜中形成開(kāi)口；和使所述電極通過(guò)所述開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在脊神經(jīng)根的近側(cè)部分形成開(kāi)口；和使所述電極通過(guò)所述開(kāi)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述激活步驟還包括將可編程的電信號(hào)與所述電極耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極包括鄰近背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜植入電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極包括在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜內(nèi)植入電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極包括在背根神經(jīng)節(jié)束間植入電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極包括在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜之上或之內(nèi)植入電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鄰近背根神經(jīng)節(jié)植入電極包括植入電極使之接觸背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中激活電極進(jìn)行刺激包括激活電極以選擇性刺激感覺(jué)神經(jīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中激活電極進(jìn)行刺激包括激活電極以刺激感覺(jué)神經(jīng)，而不刺激運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中激活電極進(jìn)行刺激包括以相比無(wú)髓鞘纖維優(yōu)先刺激有髓鞘纖維的水平激活電極進(jìn)行刺激。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括從所述電極釋放藥物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中釋放步驟在激活步驟之前進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中釋放步驟在激活步驟之后進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中釋放步驟在激活步驟期間進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述藥物在激活步驟中在背根神經(jīng)節(jié)中具有藥理學(xué)活性。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述釋放藥物包括釋放選自抗炎劑、阿片劑、COX抑制劑、PGE2抑制劑和其他適合防止術(shù)后病理性疼痛改變的藥物的藥物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中植入電極包括向一個(gè)脊髓水平內(nèi)植入兩個(gè)或多個(gè)電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中植入電極包括在兩個(gè)或多個(gè)脊髓水平上植入至少一個(gè)電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述兩個(gè)或多個(gè)脊髓水平中的至少兩個(gè)彼此相鄰。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述植入步驟包括穿刺背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電極的一部分用藥物涂覆。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中藥物選自抗炎劑、阿片劑、COX抑制劑、PGE2抑制劑和其他防止術(shù)后病理性疼痛改變的合適的藥物。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述藥物阻止電極周圍的纖維生長(zhǎng)。
26.一種刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的方法，包括向神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極；和激活電極，以刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)是背根神經(jīng)節(jié)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)是交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中植入電極包括在脊髓背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜中形成開(kāi)口；和使所述電極通過(guò)該開(kāi)口。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中植入電極包括在交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜中形成開(kāi)口；和使所述電極通過(guò)該開(kāi)口。
31.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括在脊神經(jīng)根的近側(cè)部分中形成開(kāi)口；和使所述電極通過(guò)該開(kāi)口。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中激活步驟進(jìn)一步包括將可編程的電信號(hào)與所述電極耦合。
33.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中激活電極進(jìn)行刺激包括以低于將會(huì)消融被刺激的神經(jīng)組織的水平的能量水平激活電極以刺激神經(jīng)組織。
34.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括從所述電極釋放藥物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中釋放步驟在激活步驟之前進(jìn)行。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中釋放步驟在激活步驟之后進(jìn)行。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中釋放步驟在激活步驟期間進(jìn)行。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述藥物在激活步驟期間具有藥理學(xué)活性。
39.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中植入電極包括向交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極，和向脊髓背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中當(dāng)脊髓背根神經(jīng)節(jié)受到刺激時(shí)，該脊髓背根神經(jīng)節(jié)影響從交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)節(jié)發(fā)出的神經(jīng)傳遞。
41.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述電極的一部分用藥物涂覆。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中所述藥物選自抗炎劑、阿片劑、COX抑制劑、PGE2抑制劑和其他防止術(shù)后病理性疼痛改變的合適的藥物。
43.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述藥物是db-cAMP。
44.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中從電極釋放藥物包括db-cAMP的神經(jīng)節(jié)內(nèi)釋放。
45.一種刺激脊髓的方法，包括向脊髓內(nèi)植入電極；使用所述電極向脊髓纖維提供刺激能量。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中提供刺激能量包括以低于將會(huì)消融脊髓纖維的能量水平的水平提供刺激能量。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括向楔束內(nèi)植入電極。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括向薄束內(nèi)植入電極。
49.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括向皮質(zhì)脊髓束內(nèi)植入電極。
50.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括向上行神經(jīng)通路內(nèi)植入電極。
51.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括向下行神經(jīng)通路內(nèi)植入電極。
52.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括穿刺硬脊膜。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，進(jìn)一步包括將所述電極的一部分錨定于硬脊膜上。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的方法，進(jìn)一步包括封閉被穿刺的硬脊膜。
55.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中向脊髓內(nèi)植入電極包括在硬脊膜中形成開(kāi)口；使所述電極通過(guò)硬脊膜中的開(kāi)口；和封閉硬脊膜中的開(kāi)口。
56.一種調(diào)節(jié)背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的神經(jīng)組織的方法，包括向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極；和從所述電極提供電刺激，以刺激背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的神經(jīng)組織。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中提供電刺激包括提供主要刺激背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的A-纖維的電刺激。
58.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極包括使電極主體的尖端完全通過(guò)背根神經(jīng)節(jié)。
59.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中植入電極包括植入設(shè)置為只刺激一個(gè)背根神經(jīng)節(jié)的電極。
60.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極包括在電極主體的尖端完全通過(guò)背根神經(jīng)節(jié)后錨定電極主體的尖端。
61.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極包括將電極主體的近端相對(duì)于背根神經(jīng)節(jié)固定。
62.一種調(diào)節(jié)交感神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)通路的方法，包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與所述交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的狀況。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神經(jīng)節(jié)包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的身體系統(tǒng)的功能性激活。
64.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神經(jīng)節(jié)包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的器官的功能性激活。
65.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神經(jīng)節(jié)包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的身體系統(tǒng)的功能性抑制。
66.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中刺激脊髓背根神經(jīng)節(jié)包括刺激位于交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)上游的脊髓背根神經(jīng)節(jié)，以影響與沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)有關(guān)的器官的功能性抑制。
67.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)是頸神經(jīng)節(jié)。
68.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)是胸神經(jīng)節(jié)。
69.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)是腰神經(jīng)節(jié)。
70.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述施加刺激步驟用暴露于背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)外膜的電極進(jìn)行。
71.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，其中所述施加刺激步驟用背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)的電極進(jìn)行。
72.根據(jù)權(quán)利要求62的方法，進(jìn)一步包括對(duì)沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)施加刺激。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中對(duì)沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)施加刺激的步驟用暴露于所述沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)的電極進(jìn)行。
74.根據(jù)權(quán)利要求72的方法，其中對(duì)沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)施加刺激的步驟用植入所述沿交感神經(jīng)鏈的至少一個(gè)神經(jīng)節(jié)內(nèi)的電極進(jìn)行。
75.一種神經(jīng)刺激系統(tǒng)，包括設(shè)置為只刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)的電極；連接到所述電極的信號(hào)發(fā)生器；和控制所述信號(hào)發(fā)生器的輸出的控制器。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述控制器用預(yù)設(shè)程序激活所述信號(hào)發(fā)生器。
77.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述控制器用根據(jù)輸入而選擇的動(dòng)態(tài)程序激活所述信號(hào)發(fā)生器。
78.根據(jù)權(quán)利要求77的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中從監(jiān)測(cè)體內(nèi)參數(shù)的傳感器提供輸入。
79.根據(jù)權(quán)利要求77的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中由被電極刺激的人提供輸入。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述輸入選自由醫(yī)生選擇的多種預(yù)定程序。
81.根據(jù)權(quán)利要求80的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述輸入選自由被電極刺激的人選擇的多種預(yù)定程序。
82.根據(jù)權(quán)利要求77的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述預(yù)定程序之一沒(méi)有刺激。
83.根據(jù)權(quán)利要求77的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中由醫(yī)生提供輸入。
84.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述電極進(jìn)一步包括藥理學(xué)活性涂層。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述藥理學(xué)活性涂層包括抗炎劑。
86.根據(jù)權(quán)利要求84的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述藥理學(xué)活性涂層包括阿片劑。
87.根據(jù)權(quán)利要求84的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述藥理學(xué)活性涂層包括防止術(shù)后病理性疼痛改變的合適的藥物。
88.根據(jù)權(quán)利要求84的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述藥理學(xué)活性涂層包括COX抑制劑。
89.根據(jù)權(quán)利要求84的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述藥理學(xué)活性涂層包括PGE2抑制劑。
90.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述電極的有效電極面積小于10mm2。
91.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述電極的有效電極面積小于5mm2。
92.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述電極的有效電極面積小于1.5mm2。
93.根據(jù)權(quán)利要求75的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中所述電極的有效電極面積小于1mm2。
94.根據(jù)權(quán)利要求77的神經(jīng)刺激系統(tǒng)，其中由連接到被該系統(tǒng)刺激的人的加速計(jì)提供輸入。
95.一種刺激脊髓的方法，包括穿刺硬脊膜；和放置電極使之接觸脊髓髓內(nèi)的一部分。
96.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分包括楔束。
97.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分包括薄束。
98.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分包括皮質(zhì)脊髓束。
99.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分控制來(lái)自上肢的疼痛。
100.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分控制來(lái)自下肢的疼痛。
101.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分包括上脊髓疼痛通路。
102.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分包括下脊髓疼痛通路。
103.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其中所述脊髓髓內(nèi)的一部分影響自主性膀胱刺激。
104.一種刺激神經(jīng)系統(tǒng)的方法，包括植入電極；和激活所述電極，以只刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
105.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中所述神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)是背根神經(jīng)節(jié)。
106.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中所述神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)是交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
107.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中植入電極包括向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
108.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中植入電極包括向交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
109.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中植入電極包括使電極的一部分完全通過(guò)神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
110.根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中植入電極包括植入多個(gè)電極；和激活所述多個(gè)電極中的每一個(gè)，以只刺激神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
111.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述多個(gè)電極中的至少一個(gè)只刺激背根神經(jīng)節(jié)。
112.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述多個(gè)電極中的至少一個(gè)只刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
113.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述至少一個(gè)電極單側(cè)刺激脊髓水平。
114.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述至少一個(gè)電極雙側(cè)刺激脊髓水平。
115.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述多個(gè)電極排列成刺激一個(gè)以上的脊髓水平。
116.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述多個(gè)電極排列成雙側(cè)刺激一個(gè)以上的脊髓水平。
117.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其中所述多個(gè)電極中的至少一個(gè)只刺激背根神經(jīng)節(jié)，所述多個(gè)電極中的另一個(gè)只刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)根神經(jīng)節(jié)。
118.一種刺激神經(jīng)組織治療疾病的方法，包括刺激植入的電極，該電極只刺激脊髓水平上的背根神經(jīng)節(jié)，從而治療疾病。
119.根據(jù)權(quán)利要求118的方法，其中所述脊髓水平包括C1、C2或C3，所述疾病是頭痛。
120.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中所述頭痛是偏頭痛。
121.一種脈沖發(fā)生器，包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，其與至少一個(gè)可植入電極連接，該電極具有大于2,500歐姆的阻抗；設(shè)置為向所述至少一個(gè)可植入電極提供刺激信號(hào)的DC-DC轉(zhuǎn)換器；和構(gòu)造為控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的控制器。
122.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，其中所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)、DC-DC轉(zhuǎn)換器和控制器適合植入人體內(nèi)。
123.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，其中所述控制器控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出，以根據(jù)算法發(fā)送刺激信號(hào)，用于阻斷疼痛信號(hào)。
124.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，還包括用于接收指令的接收器和用于發(fā)送信息的發(fā)送器。
125.根據(jù)權(quán)利要求124的脈沖發(fā)生器，其中所述接收器和發(fā)送器可植入體內(nèi)并且適合經(jīng)皮接收和發(fā)送信息。
126.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到30伏特的電壓。
127.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到40伏特的電壓。
128.根據(jù)權(quán)利要求121的脈沖發(fā)生器，進(jìn)一步包括位置傳感器。
129.根據(jù)權(quán)利要求128的脈沖發(fā)生器，其中所述位置傳感器設(shè)置為指示人的活動(dòng)水平。
130.根據(jù)權(quán)利要求128的脈沖發(fā)生器，其中所述位置傳感器包括加速計(jì)。
131.一種刺激部件，包括近端連接器；構(gòu)造為在刺激部位處植入體內(nèi)的遠(yuǎn)端電極；與近端連接器和遠(yuǎn)端電極連接的電導(dǎo)線；靠近刺激部位的張力消除機(jī)構(gòu)；和固定元件，其設(shè)置為減少靠近固定點(diǎn)的電導(dǎo)線在靠近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)中的移動(dòng)量。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，還包括位于遠(yuǎn)端電極近側(cè)的錨定機(jī)構(gòu)。
133.根據(jù)權(quán)利要求132的刺激部件，其中所述錨定機(jī)構(gòu)設(shè)置為錨定刺激部位內(nèi)的遠(yuǎn)端電極。
134.根據(jù)權(quán)利要求133的刺激部件，其中所述錨定機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)端電極整體形成。
135.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極是單極電極。
136.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極是雙極電極。
137.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極包括至少一對(duì)電容板。
138.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極包括至少一對(duì)電容板。
139.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極是環(huán)形。
140.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極是環(huán)形。
141.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極由沒(méi)有絕緣的電導(dǎo)線環(huán)形成。
142.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中所述遠(yuǎn)端電極由沒(méi)有絕緣的電導(dǎo)線環(huán)形成。
143.根據(jù)權(quán)利要求133的刺激部件，其中所述錨定機(jī)構(gòu)由聚合物或硅氧烷形成。
144.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，其中所述刺激部位是脊髓背根神經(jīng)節(jié)。
145.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于1mm2。
146.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于1mm2。
147.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于0.5mm2。
148.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于0.5mm2。
149.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于3mm2。
150.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中遠(yuǎn)端電極面積小于3mm2。
151.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，其中所述電導(dǎo)線的直徑小于1mm。
152.根據(jù)權(quán)利要求131的刺激部件，其中靠近刺激部位的解剖結(jié)構(gòu)是脊柱的骨部分。
153.根據(jù)權(quán)利要求135的刺激部件，其中植入刺激部位內(nèi)的遠(yuǎn)端電極的體積小于1mm3。
154.根據(jù)權(quán)利要求136的刺激部件，其中植入刺激部位內(nèi)的遠(yuǎn)端電極的體積小于1mm3。
155.一種刺激系統(tǒng)，包括脈沖發(fā)生器；電極連接器，其具有柔性的長(zhǎng)主體，其近端電連接到所述脈沖發(fā)生器，遠(yuǎn)端適合連接微電極導(dǎo)線，其中所述微電極導(dǎo)線在近端接連到所述電極連接器的遠(yuǎn)端，并且遠(yuǎn)端有電連接到所述脈沖發(fā)生器的微電極。
156.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器還包括DC-DC轉(zhuǎn)換器。
157.根據(jù)權(quán)利要求156的刺激系統(tǒng)，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到30伏特的電壓。
158.根據(jù)權(quán)利要求156的刺激系統(tǒng)，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到40伏特的電壓。
159.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述微電極的面積小于3mm2。
160.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述微電極的阻抗大于2500Ω。
161.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器、電極連接器、微電極導(dǎo)線和微電極適合植入人體內(nèi)。
162.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述電極連接器的長(zhǎng)度足以從植入第一解剖部位的脈沖發(fā)生器延伸到植入第二解剖部位的微電極。
163.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述電極連接器的遠(yuǎn)端適合連接多個(gè)微電極導(dǎo)線。
164.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述電極連接器構(gòu)造為起返回電極的作用。
165.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位置傳感器，該位置傳感器構(gòu)造為提供脈沖發(fā)生器使用的信號(hào)，以根據(jù)活動(dòng)水平確定刺激模式。
166.根據(jù)權(quán)利要求155的刺激系統(tǒng)，其中所述位置傳感器包括加速計(jì)。
167.一種刺激系統(tǒng)，包括電池；與電池分開(kāi)的脈沖發(fā)生器；電池和脈沖發(fā)生器之間的電接連；和近端連接到脈沖發(fā)生器并且遠(yuǎn)端連接到微電極的微電極導(dǎo)線。
168.根據(jù)權(quán)利要求167的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器進(jìn)一步包括DC-DC轉(zhuǎn)換器。
169.根據(jù)權(quán)利要求168的刺激系統(tǒng)，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到30伏特的電壓。
170.根據(jù)權(quán)利要求168的刺激系統(tǒng)，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為提供0伏特到40伏特的電壓。
171.根據(jù)權(quán)利要求167的刺激系統(tǒng)，其中所述電池、與電池分開(kāi)的脈沖發(fā)生器、電連接、微電極導(dǎo)線和微電極適合植入體內(nèi)。
172.根據(jù)權(quán)利要求167的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器的總體積小于200mm3。
173.根據(jù)權(quán)利要求172的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器的至少一個(gè)維度為2mm或更小。
174.根據(jù)權(quán)利要求172的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器的至少一個(gè)維度為10mm或更小。
175.根據(jù)權(quán)利要求167的刺激系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與電池分開(kāi)的第二脈沖發(fā)生器；脈沖發(fā)生器和第二脈沖發(fā)生器之間的電連接；和近端連接到第二脈沖發(fā)生器并且遠(yuǎn)端連接到第二微電極的第二微電極導(dǎo)線。
176.根據(jù)權(quán)利要求175的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器和第二脈沖發(fā)生器可獨(dú)立編程。
177.根據(jù)權(quán)利要求175的刺激系統(tǒng)，其中所述脈沖發(fā)生器和第二脈沖發(fā)生器適合以主-從配置工作。
178.根據(jù)權(quán)利要求175的刺激系統(tǒng)，其中所述微電極的激活與第二微電極的激活協(xié)調(diào)。
179.根據(jù)權(quán)利要求178的刺激系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二微電極激活時(shí)，所述微電極激活。
180.根據(jù)權(quán)利要求178的刺激系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二微電極激活時(shí)，所述微電極不激活。
181.一種神經(jīng)刺激部件，包括主體，其具有遠(yuǎn)端和近端和為將該主體植入目標(biāo)神經(jīng)組織內(nèi)而選擇的長(zhǎng)度；在主體遠(yuǎn)端的尖端，適合刺入目標(biāo)神經(jīng)組織；和位于主體上適合只神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的電極結(jié)構(gòu)。
182.根據(jù)權(quán)利要求181的神經(jīng)刺激部件，進(jìn)一步包括在主體的遠(yuǎn)端、尖端近側(cè)的錨固件。
183.根據(jù)權(quán)利要求181的神經(jīng)刺激部件，進(jìn)一步包括適合接合主體遠(yuǎn)端的緊固環(huán)。
184.根據(jù)權(quán)利要求181的神經(jīng)刺激部件，進(jìn)一步包括在主體內(nèi)遠(yuǎn)尖端近側(cè)的灌注口。
185.一種神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，包括在適合只神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的位置植入電極；和從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)。
186.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中在適合只神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的位置植入電極包括向神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
187.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)包括使用預(yù)設(shè)的程序激活信號(hào)發(fā)生器。
188.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)包括使用基于輸入選擇的動(dòng)態(tài)程序激活信號(hào)發(fā)生器。
189.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)包括向目標(biāo)神經(jīng)組織提供毫瓦范圍內(nèi)的刺激水平。
190.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)包括向目標(biāo)神經(jīng)組織提供毫焦耳范圍內(nèi)的刺激水平。
191.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)包括向目標(biāo)神經(jīng)組織提供微焦耳范圍內(nèi)的刺激水平。
192.根據(jù)權(quán)利要求185的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中從連接到電極的信號(hào)發(fā)生器提供受控制的刺激信號(hào)為向目標(biāo)神經(jīng)組織提供刺激水平，而不使目標(biāo)神經(jīng)組織的溫度升高超過(guò)1攝氏度。
193.根據(jù)權(quán)利要求186的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中向神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極包括向背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
194.根據(jù)權(quán)利要求186的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中向神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極包括向交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)節(jié)內(nèi)植入電極。
195.根據(jù)權(quán)利要求188的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中使用基于輸入選擇的動(dòng)態(tài)程序激活信號(hào)發(fā)生器包括由監(jiān)測(cè)體內(nèi)參數(shù)的傳感器提供的輸入。
196.根據(jù)權(quán)利要求188的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中使用基于輸入選擇的動(dòng)態(tài)程序激活信號(hào)發(fā)生器包括由被電極刺激的人提供的輸入。
197.根據(jù)權(quán)利要求188的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中使用基于輸入選擇的動(dòng)態(tài)程序激活信號(hào)發(fā)生器包括選自由醫(yī)生選擇的多個(gè)預(yù)定程序的輸入。
198.根據(jù)權(quán)利要求188的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中使用基于輸入選擇的動(dòng)態(tài)程序激活信號(hào)發(fā)生器包括選自由被電極刺激的人選擇的多個(gè)預(yù)定程序的輸入。
199.根據(jù)權(quán)利要求197的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中一個(gè)預(yù)定程序沒(méi)有刺激。
200.根據(jù)權(quán)利要求198的神經(jīng)刺激目標(biāo)神經(jīng)組織的方法，其中一個(gè)預(yù)定程序沒(méi)有刺激。
全文摘要
本發(fā)明的一些實(shí)施方式提供通過(guò)在背根神經(jīng)節(jié)之上、之中或周圍植入電極來(lái)選擇性刺激和/或神經(jīng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)的刺激系統(tǒng)和部件。本發(fā)明的其它一些實(shí)施方式提供選擇性神經(jīng)刺激一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)的方法，以及向脊髓施加神經(jīng)刺激的技術(shù)。本發(fā)明的另外一些實(shí)施方式提供通過(guò)在背根神經(jīng)節(jié)之上、之中或周圍植入電極與藥物組合來(lái)選擇性刺激和/或神經(jīng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)背根神經(jīng)節(jié)的刺激系統(tǒng)和部件。
文檔編號(hào)A61N1/36GK101048194SQ200580036342
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者D·H·金, M·A·伊姆蘭 申請(qǐng)人:脊髓調(diào)制公司