專利名稱：控制胃腸道自主神經(jīng)刺激的電子方法
相關(guān)的專利申請(qǐng)本申請(qǐng)為2001年3月1日提交的題為“Electrical Method toControl Autonomic Nerve Stimulation of Gastrointestinal Tract”(控制胃腸道自主神經(jīng)刺激的電子方法)的專利申請(qǐng)序列號(hào)No.60/271,948的非臨時(shí)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及對(duì)腸胃系統(tǒng)的功能和動(dòng)作進(jìn)行電調(diào)節(jié)的能力。具體地說，本發(fā)明涉及借助于特殊編碼的電波形的小腸和大腸的肌肉動(dòng)作以及酶和激素的產(chǎn)生，該電波形仿真正常地控制胃腸道動(dòng)作的自然的編碼信號(hào)。本發(fā)明的目標(biāo)是通過傳導(dǎo)或傳播低電壓的成形信號(hào)來對(duì)沿著關(guān)鍵神經(jīng)路徑或者在關(guān)鍵神經(jīng)路徑上的自主神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以對(duì)蠕動(dòng)活動(dòng)及其它消化過程進(jìn)行調(diào)節(jié)、調(diào)制或改變，以便對(duì)患者有好處。
人和動(dòng)物的自主神經(jīng)系統(tǒng)主要是通過操作與呼吸、血液循環(huán)及消化有關(guān)的植物性系統(tǒng)來發(fā)揮作用。腦對(duì)從傳入神經(jīng)感受器輸送給它的信息進(jìn)行中央處理并隨后從腦干中所儲(chǔ)存的信號(hào)中做出選擇，其將使目標(biāo)器官開始或停止動(dòng)作或是對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。一旦做出了具體的信號(hào)選擇，便發(fā)出傳出指令信號(hào)來進(jìn)行它們的調(diào)節(jié)工作。本專利申請(qǐng)將集中于對(duì)消化系統(tǒng)的自主動(dòng)作的調(diào)制。
本發(fā)明的消化系統(tǒng)調(diào)節(jié)動(dòng)作包括對(duì)影響消化系統(tǒng)的植物性生命動(dòng)作的傳入和傳出電波形編碼中的任意一個(gè)或者兩者進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)、相位角調(diào)制、振幅變更及消隱(blanking)。腸胃處理過程，包括在神經(jīng)突觸的化學(xué)性的參與、肌肉動(dòng)作、酶及激素的可用性以及所有這些事件的時(shí)序，可以通過合適的電信號(hào)來調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用仿真的電編碼用于改善消化過程的目的，并且以被傳導(dǎo)或傳播到合適的神經(jīng)節(jié)段中的低電壓信號(hào)來治療病癥。
腸胃(“GI”)功能是處理消費(fèi)食物、提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、并排除消化的排泄物。消化系統(tǒng)是一個(gè)扭曲的并且形成一定形狀的管道，該管道開始于嘴，經(jīng)過喉、食道(食管)、胃、回腸(小腸)、結(jié)腸(大腸)、直腸直至肛門。這個(gè)肌肉性管道長(zhǎng)約7.62米(25英尺)，其中大部分盤繞在腹部?jī)?nèi)。
這一管狀的消化系統(tǒng)的內(nèi)層包括粘膜層，該粘膜層分泌酶及其它有助于食物消化的化學(xué)物質(zhì)。緊接該產(chǎn)生粘液的層底下是一個(gè)粘膜下層，該粘膜下層中富含血管、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及淋巴管。在粘膜下層中即可發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀內(nèi)皮組織，其功能為提供免疫作用來防止微生物感染以及另外的為人體清除細(xì)胞碎屑的作用。在粘膜層及粘膜下層底下的是由兩部分構(gòu)成的肌肉層。其具有環(huán)向肌肉和縱向肌肉，這些肌肉具有某種斜的控制(oblique control)，因此可以攪碎食物的同時(shí)使食物向下通過管道。所有這些層都響應(yīng)自主神經(jīng)系統(tǒng)的指令而工作，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收通過擴(kuò)散、載體運(yùn)輸、或胞吞作用而實(shí)現(xiàn)。
消化過程從嘴中開始，牙齒將大的食物塊變成小塊，而唾液幫助將食物轉(zhuǎn)化成半流體的食物團(tuán)。食物以每秒約5到7.5厘米(2到3英寸)的速率吞咽通過約25厘米(10英寸)長(zhǎng)的食管而到達(dá)胃。胃的活動(dòng)是一種往返的混合動(dòng)作，而腸道的活動(dòng)是促使食物向一個(gè)方向即向下運(yùn)動(dòng)。胃的入口有緊縮的傾向，因此能夠防止食物倒流進(jìn)入食管并傾向于將正在消化的食物推向胃的幽門。
胃的作用是混合酶、激素及其它分泌物以形成所謂的食糜。幽門(胃的遠(yuǎn)端)的收縮允許酸化完畢的食糜逐漸漏入十二指腸(小腸的前約25厘米(10英寸)段)，同時(shí)將殘余的固體食物留在胃中繼續(xù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐祷旌?非常像洗衣機(jī))直至其尺寸達(dá)到足夠小(顆粒尺寸約0.3毫米)以便被腸道處理接受。
胃中的酸及酶的分泌的控制是取決于現(xiàn)有食物的外部特性和性質(zhì)的一種精密的平衡。自主神經(jīng)系統(tǒng)通過傳入感受器及傳出神經(jīng)來對(duì)胃中的這種活動(dòng)進(jìn)行控制。最重要的神經(jīng)是包括從腦延髓出發(fā)的傳入及傳出路徑二者在內(nèi)的迷走神經(jīng)束，以指導(dǎo)消化過程特別是用于消化的化學(xué)物質(zhì)的分泌的編碼。髓質(zhì)還影響口腔內(nèi)的唾液腺而口腔以咀嚼來開始食物的消化過程。
食物在人或動(dòng)物的胃腸道中的向下運(yùn)動(dòng)取決于各個(gè)消化器官中的蠕動(dòng)反射。胃腸道中的蠕動(dòng)包括管狀構(gòu)造的肌肉控制，以便混合消化產(chǎn)物并沿著通道以使消化過程得以正確發(fā)揮作用的速度推進(jìn)消化產(chǎn)物。蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)在神經(jīng)系統(tǒng)編碼指令的指導(dǎo)下以象蠕蟲一樣及縮窄的方式緩慢步進(jìn)。
在小腸中，酸性的食糜隨著其受到來自胰腺的一組酶的轟擊(bombard)而逐漸中和并變成稍帶堿性，這些酶包括糜蛋白酶及胰蛋白酶。膽汁從膽囊進(jìn)入乳化脂肪。小腸內(nèi)通過使粘膜皺褶成為上皮皺襞(fold)而形成了指狀突起。每個(gè)這樣的皺襞包含稱作絨毛的突起，消化產(chǎn)物通過微絨毛而被吸收。
胰腺是一個(gè)外分泌腺，產(chǎn)生有助于脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)、和核酸消化的酶。另外，胰腺還分泌一種高碳酸氫鹽的流體，并由此部分地中和胃酸以免侵蝕腸道內(nèi)層。作為一個(gè)內(nèi)分泌腺，胰腺分泌三種操縱葡萄糖水平的激素胰高血糖素、生長(zhǎng)抑素及胰島素，所有這三種激素都服從延髓所發(fā)出的編碼電信號(hào)的命令。。
食物的消化過程在約8到10小時(shí)后完成，這段時(shí)間使得在小腸內(nèi)可以吸收可用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。消化產(chǎn)物進(jìn)入小腸末端的被稱為回腸的一處結(jié)構(gòu)并從這里排入結(jié)腸。由于所有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)在小腸中被吸收，因此剩余的全都是結(jié)腸要處理的排泄物及大量水分。當(dāng)結(jié)腸將水分吸收后，結(jié)腸的蠕動(dòng)作用將廢棄物形成為糞便并促使其向直腸窩及肛門方向運(yùn)動(dòng)。
排糞動(dòng)作是三片肌肉的反射反應(yīng)和有意識(shí)控制作用的組合結(jié)果，第一片肌肉是不自主的，而后兩片肌肉某種程度上是自主控制的。排泄物由可消化和不可消化的食物加粘液、細(xì)菌及水組成。其褐色是源自膽汁色素，而其臭味則來自細(xì)菌的分解產(chǎn)物。排泄物中還存在結(jié)腸氣體，該氣體由吞入的空氣、消化過程中的副產(chǎn)物以及相當(dāng)數(shù)量的由殘存細(xì)菌的化學(xué)作用而生成的氣體組成。
電信號(hào)在操作消化進(jìn)程中起了關(guān)鍵的作用并為產(chǎn)生消化過程所需的分泌物提供了信號(hào)。這些信號(hào)中的大多數(shù)是自主的，并通過小量的意識(shí)參與來實(shí)現(xiàn)其作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用來控制胃腸道的自主神經(jīng)刺激的方法。該方法從一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)選取身體內(nèi)產(chǎn)生的并在身體內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ?。所選定的波形隨后被傳輸給一個(gè)和身體直接接觸的治療部件。該治療部件隨后將該選定波形傳播到身體內(nèi)的器官上。
該波形可以從諸如科學(xué)計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)選取。傳送所選定的波形的過程可以通過遠(yuǎn)距離方式來進(jìn)行，或是通過和控制模塊相連的治療部件來進(jìn)行。該傳送可以是振動(dòng)(seismic)的、電的、或借助任何其它的適用方式。
本發(fā)明還提供一種用來控制胃腸道的自主神經(jīng)刺激的設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)所收集的表示體內(nèi)器官功能的波形的源，一個(gè)和身體直接接觸的治療部件，以及用于將所收集的波形傳送到治療部件至體內(nèi)器官的傳送裝置。
該傳送裝置可以包括一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所收集的波形的源最好是包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有以數(shù)字格式儲(chǔ)存的所收集的波形。該計(jì)算機(jī)可以包括分開的儲(chǔ)存區(qū)域用于不同類型的所收集的波形。
所述治療部件可以包括一天線或電極，或者任何其他將一個(gè)或多個(gè)波形直接傳播到體內(nèi)的傳播裝置。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)描述，其中圖1為實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備的一種形式的示意圖；圖2為實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備的另一種形式的示意圖；以及圖3為根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于更好的了解本發(fā)明的原理，下面對(duì)附圖所示的實(shí)施例進(jìn)行描述。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，并未意圖對(duì)本發(fā)明的范圍做出限制，示例說明的器件的這樣的改變和進(jìn)一步的修改，以及此處示例說明的本發(fā)明的遠(yuǎn)離的這樣的進(jìn)一步的應(yīng)用，被認(rèn)為對(duì)于本發(fā)明相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員來說是能夠正常了解的。
本發(fā)明著眼于并利用了這樣一個(gè)事實(shí)，亦即人體的內(nèi)部功能方面既是電的也是化學(xué)的。然而，由于在神經(jīng)科學(xué)、電子工程學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的進(jìn)展，主要在解剖學(xué)及生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行研究的電的功能只能作為一項(xiàng)新技術(shù)而出現(xiàn)。一個(gè)世紀(jì)以來，制藥工業(yè)一直在提供有益的化學(xué)治療。本發(fā)明人預(yù)期，如本發(fā)明以及下文所提及的同類申請(qǐng)所描述的，通過準(zhǔn)確仿真的波形的可用性，電治療的可能性將被推向最前沿自然地，所有的編碼信號(hào)在小于1伏特下工作。根據(jù)本發(fā)明所施加的電壓可以高達(dá)20伏特，以允許在所需編碼信號(hào)的傳送或傳導(dǎo)過程中的電壓損失。輸出電流應(yīng)當(dāng)總是小于2安培。通過直接連接至神經(jīng)的電極而直接傳導(dǎo)到這樣的神經(jīng)可能具有小于3伏特的輸出，和小于0.1安培的電流。
本發(fā)明包含了通過神經(jīng)可接收的波形信號(hào)的用于對(duì)胃腸道的自主神經(jīng)刺激進(jìn)行控制的器件及方法。如圖1所示的用于對(duì)胃腸道的自主神經(jīng)刺激進(jìn)行控制的器件10的一種形式包括至少一個(gè)治療部件12和一個(gè)控制模塊14。治療部件12和身體直接接觸并從控制模塊14接收編碼的電波形。治療部件12可以是一個(gè)電極、一個(gè)天線、一個(gè)振動(dòng)換能器、或其它任何用于傳播用來調(diào)節(jié)或操作人類或動(dòng)物的腸胃功能的自主神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)連接的適合的形式。治療部件12可以在外科手術(shù)中被連接至合適的神經(jīng)上。這樣的外科手術(shù)可以通過腸胃手術(shù)中的一個(gè)“鑰匙孔”(key-hole)入口來實(shí)施。如果需要，可以通過一個(gè)更為昂貴的胃腸手術(shù)以更為正確地定位治療部件12。隨后可以將對(duì)于控制胃腸功能來說已知的波形信號(hào)發(fā)送到和腦干緊密相鄰的神經(jīng)中。神經(jīng)目標(biāo)可以是交感神經(jīng)或自主神經(jīng)系統(tǒng)。
控制模塊14包括至少一個(gè)控制器16及一個(gè)天線18?？刂破?6使得該器件可以對(duì)輸入體內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖1所示，控制模塊14和治療部件12可以是完全分離的元件，以使器件10可以遠(yuǎn)距離操作，或是，在適宜的情況下二者可以直接相連?？刂颇K14可以是獨(dú)特的，也可以是任何能夠向治療部件12傳送合適波形信號(hào)的常規(guī)器件。
在器件10的一個(gè)如圖2所示的備選實(shí)施例10′中，控制模塊14′及治療部件12′是相連的。在該圖中，相似的部件保持了相同的參考標(biāo)號(hào)。此外，圖2還顯示了和計(jì)算機(jī)20相連的器件10′的另一個(gè)實(shí)施例，該計(jì)算機(jī)20提供更大的容量來儲(chǔ)存波形信號(hào)。在進(jìn)行治療時(shí)，對(duì)于每一信號(hào)，由器件10′所提供的輸出電壓及電流量應(yīng)當(dāng)不超過20伏特及2安培。
計(jì)算機(jī)20用來儲(chǔ)存獨(dú)特的波形信號(hào)，這些波形信號(hào)對(duì)于這樣的器官或器官系統(tǒng)的各個(gè)器官及各種功能來說是復(fù)雜的而且是唯一的。從計(jì)算機(jī)20中的波形儲(chǔ)存庫中選出的波形信號(hào)(一個(gè)或多個(gè))被傳輸?shù)娇刂颇K14′并用來對(duì)患者進(jìn)行治療。
波形信號(hào)及其生成在2001年12月4日提交的題為“Device andMethod to Record，Store，and Broadcast Specific Brain Waveform toModulate Body Organ Functioning”(記錄、存儲(chǔ)和傳播特殊腦波形以調(diào)制身體器官功能的裝置和方法)的美國(guó)專利申請(qǐng)序列No.10/000005中詳細(xì)描述，這里并入該專利申請(qǐng)的公開資料以作參考。該專利申請(qǐng)中包含在控制人類或動(dòng)物胃腸過程方面同樣起作用的波形的有代表性的類型。上述專利申請(qǐng)中所出現(xiàn)的波形或波形片段的任何組合是可與發(fā)源于腦部的延髓腦橋(medullopontine)區(qū)域的神經(jīng)元線路(neuroncircuits)一起操作的信號(hào)種類中的代表。這種波形可以用來調(diào)制傳入神經(jīng)或傳出神經(jīng)，其參與胃腸過程的控制或精細(xì)調(diào)整。如上述剛剛識(shí)別的合并的專利申請(qǐng)中所詳細(xì)描述的，這樣的波形信號(hào)和由腦干構(gòu)造為了調(diào)制胃腸過程而產(chǎn)生的自然的波形信號(hào)相似。
本發(fā)明還包括一個(gè)如圖3所示的方法，該方法使用器件10、10′來控制胃腸道自主神經(jīng)刺激。該方法從步驟22開始，亦即從分類波形信號(hào)的菜單中選擇一個(gè)或多個(gè)所儲(chǔ)存的編碼電波形信號(hào)。所選定的波形信號(hào)控制并刺激胃腸功能。這樣的波形信號(hào)類似于腦干構(gòu)造為了控制并刺激胃腸過程而產(chǎn)生的自然的波形信號(hào)。一旦選擇完畢，便可以在步驟24中對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行調(diào)整以在體內(nèi)執(zhí)行特定的功能?？商娲氖?，如果決定不必對(duì)該波形信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，那么便可跳過步驟24而直接進(jìn)入步驟26。在步驟26中，將波形信號(hào)傳送給器件10、10′的治療部件12、12′。
在接收到波形信號(hào)之后，治療部件12、12′便將該波形信號(hào)傳播到合適部位上，如步驟28所示。于是，器件10、10′利用合適的波形信號(hào)，通過將電信號(hào)傳導(dǎo)或傳播至選定的神經(jīng)或胃腸系統(tǒng)的選定組件中來刺激或控制胃腸動(dòng)作。可以相信，目標(biāo)器官僅能夠唯一地“聽到”它們自己的獨(dú)特的波形。其結(jié)果是，身體不會(huì)出現(xiàn)這樣的危險(xiǎn)一個(gè)器官只是由于接收了另一個(gè)器官的波形而錯(cuò)誤地執(zhí)行該另一個(gè)器官的功能。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，治療部件12、12′所進(jìn)行的傳播處理通過在頸部、頭部、或軀干等合適的選定區(qū)域中的未破損皮膚的直接傳導(dǎo)或傳播來實(shí)現(xiàn)。這樣的區(qū)域接近于靠近信號(hào)將被置于其上的神經(jīng)或神經(jīng)叢的位置。治療部件12、12′在允許將信號(hào)傳輸給目標(biāo)神經(jīng)的選定的目標(biāo)區(qū)域中與皮膚相接觸。另外，也可在合適的點(diǎn)在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)連接。
在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例中，傳播波形信號(hào)的處理通過經(jīng)由電極至接收信號(hào)的神經(jīng)或神經(jīng)叢的連接的直接傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。這就需要常規(guī)的外科手術(shù)，如將電極物理地連接至選定的目標(biāo)神經(jīng)所需要的那樣。
在本發(fā)明的另一個(gè)備選實(shí)施例中，傳播的處理是通過將波形變換為振動(dòng)的形式，該振動(dòng)形式以允許合適的“神經(jīng)”接收并服從這樣的振動(dòng)信號(hào)的編碼指令的方式，傳播到頭部、頸部、或軀干的區(qū)域中。治療部件12、12′通過使用一種電極導(dǎo)電膠或粘貼介質(zhì)來幫助傳導(dǎo)，而壓緊在未破損的皮膚表面上。
上面已經(jīng)結(jié)合圖示的本發(fā)明的實(shí)施例具體地顯示并描述了本發(fā)明的各項(xiàng)性能。然而必須理解的是，這些特定的產(chǎn)品及其制造方法只是為了說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的限定。本發(fā)明的范圍的最完整的解釋將體現(xiàn)在所附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)胃腸道的自主神經(jīng)刺激進(jìn)行控制的方法，該方法包括下列步驟a.從儲(chǔ)存區(qū)域中選擇一個(gè)或多個(gè)波形，該波形在體內(nèi)生成并由體內(nèi)的神經(jīng)元來傳輸；b.將選定的波形傳送或傳導(dǎo)到治療部件，該治療部件和身體相接觸；以及c.將選定的波形從治療部件傳播到體內(nèi)的一個(gè)器官上。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“a”還包括從一個(gè)計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存區(qū)域內(nèi)選擇所述波形。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“b”還包括將選定的波形遠(yuǎn)程傳送至治療部件。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中步驟“b”還包括所選定的波形的傳送。
5.一種用于對(duì)胃腸道的自主神經(jīng)刺激進(jìn)行控制的設(shè)備，該設(shè)備包括a.所收集的波形的源，該波形表示身體器官的功能；b.治療部件，該治療部件和身體直接接觸；c.傳送裝置，用于將所收集波形中的一個(gè)或多個(gè)傳送至治療部件；以及d.傳播裝置，用于將所收集的波形從治療部件傳播到身體器官以刺激器官功能。
6.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述傳送裝置包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述源包括計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)中具有以數(shù)字格式儲(chǔ)存的所收集的波形。
8.如權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述計(jì)算機(jī)包括用于收集不同呼吸功能類型的波形的分開的多個(gè)儲(chǔ)存區(qū)域。
9.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述治療部件包括天線，該天線用于傳播呼吸信號(hào)。
10.如權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述治療部件包括電極。
全文摘要
一種對(duì)胃腸道的自主神經(jīng)或交感神經(jīng)刺激進(jìn)行控制的方法及器件。該方法包括從一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)域選擇代表身體器官功能的波形，所選擇的波形隨后傳送給一個(gè)治療部件，該治療部件和身體直接接觸或連接至內(nèi)部目標(biāo)，并隨后向特定的身體器官傳播所述波形以對(duì)該身體器官的功能進(jìn)行調(diào)制。提供一控制模塊以向所述治療部件傳送。該控制模塊中包括所選擇的并被傳送給治療部件的波形，并且可以提供計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存器用于更大的儲(chǔ)存容量并對(duì)波形進(jìn)行操作。
文檔編號(hào)A61N1/00GK1638836SQ03804727
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者埃利諾·舒勒, 克勞德·K·李 申請(qǐng)人:科學(xué)醫(yī)學(xué)公司