[发明专利]伴随减少能量的多电极刺激治疗

说明书

本发明描述了一种用于神经刺激的设备(100)，包括N个电极。N等于或大于3，其中，设备(100)设计成经每个电极以频率f给予具有幅值I₁、I₂...I_N的治疗电相，在每个治疗电相之后是若干N‑1个电荷均衡电相。各电极的电荷均衡电相均具有与各电极的在先治疗电相的极性相反的极性。该设备设计成针对每个电极在其它N‑1电极中返回每个治疗电相的电流。

根据本发明的系统和方法针对神经刺激，例如脊髓刺激(SCS)、尤其包含迷走神经刺激(VNS)的周围神经刺激(PNS)或深部脑刺激(DBS)。

作为用于饱受神经痛的患者的疼痛缓解手段的脊髓刺激(SCS)过去已作为治疗手段被实施，其需要异感来重覆患者疼痛区以产生缓解作用。近年来的研究已表明，可得到一种疼痛缓解的替代机理，通过该替代机理，高频无异感刺激对患者起效而不需要手术中电极映射选择。

过去，脊髓刺激(SCS)利用在40至60赫兹下给予的刺激脉冲来引起异感重叠患者疼痛区。传统的基于异感的SCS治疗利用了脊柱轴突征召来引发与伤害区重叠的刺痛感，因此减轻疼痛感觉和体验。它的作用几分钟就开始并且异感一般因其痛感持续减小而被患者忍受。患者可以利用患者遥控器调节刺激幅度至较高水平，从而在疼痛加剧期间内增强其疼痛缓解，并且可在宁静或减轻疼痛期间内减小幅值和异感，或者可以基于不同身体部位调节刺激幅度，这影响导线相对于脊髓的位置。由于异感是非自然感觉，故患者喜欢利用此控制器来尽量减轻异感。

基于异感的刺激的作用机理如下：由SCS导线在脊髓脊柱范围内产生的电场刺激在轴向取向的脊柱轴突中的动作电位，它们与传导感受信息至大脑相关。动作电位传递至大脑，引发异感以及逆行至脊柱灰质的脊髓背角网。这种逆行传输到达从脊柱轴突连接至抑制性中间神经元的兴奋性突触，所述抑制性中间神经元的激发促成疼痛延迟神经元的抑制。

在最近几年，附加的治疗显示出了无异感疼痛缓解方法的效力，由此患者不体会异感且所选的刺激电极不会直接映射至与患者疼痛区的皮区对准。高频SCS疗法采用在1.5kHz至100kHz之间、优选10kHz的刺激频率，以获得神经调制作用而没有征召与异感相关的脊柱纤维。研究表明，此疗法减小对来自中心神经系统周边的疼痛感的延迟负责的脊髓背角中间神经元的抽紧超敏性。与此刺激相关的疼痛缓解可能需要几个小时到一天来生效。

这种疗法作用机理还处于争论中，但占上风的理论如下。高频SCS刺激对脊柱轴突影响很小，这有助于异感治疗，而不是直接引起在脊髓背角的I层神经元上的略微增强变化。增强变化引发连串细胞内信号响应，其引起感受的直接抑制和在脊髓背角内的神经疼痛延迟神经元动作的抑制。

这种无异感SCS做法在频率方面类似于几十年来可供使用的高频经皮脊椎电针镇痛(TSE)。疼痛缓解作用的基础机理和位点在高频TSE和高频SCS之间是否一样尚未确定。

10千赫刺激的缺点如下：它需要很高频刺激控制，因电流输送的频繁极性转变而由寄生电容充电和放电造成能量浪费，并且最重要的神经反应在10千赫刺激频率下并不高效，假定阳极脉冲幅值(被用于电荷均衡)受到时间必须与阴极脉冲幅值一样的限制，其影响阴极刺激阈值。

高能SCS植入式设备的结果包括频繁充电和大设备尺寸，两者都会明显不利影响患者。充电周期数也受到限制，需要患者更频繁地做修正手术以便设备更换。

此外，电刺激要求电荷均衡以结束可能造成对组织和电极都有害的状况的电化学反应。高频刺激在需要主动均衡相而不是传统的40至60赫兹SCS所用的被动均衡相的时间方面受到限制。主动均衡相用电流源被驱动，而被动均衡相通过经电容器的积蓄电荷被驱动，电容器通常是与每个刺激电极串联的隔直流电容器。在10千赫，刺激相和均衡相之间的时间(即相间间隔)很短，造成均衡相幅值以影响刺激相所期望造成的效果。这意味着需要较高能量，其转为频繁的设备充电和大的植入式设备尺寸，以使较大电池胜任支持连续刺激。这些缺点关系到较大的患者充电负担、植入式设备袋更有可能让人不适地安放或设备因其大尺寸而经皮腐蚀以及使用寿命缩短，要求患者更频繁地做修正手术以便设备更换。