用于將可植入裝置連接至無線能量的裝置和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年12月5日提交的美國臨時(shí)專利申請No. 61/733,867的優(yōu)先權(quán) 的權(quán)益。所有上述專利申請的完整公開的全部內(nèi)容通過引用合并于此以用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文件通常涉及為了治療目的向身體組織傳送能量脈沖（和/或場），并且更具體 地涉及用于對患者的可興奮組織進(jìn)行選擇性調(diào)制（和/或活動(dòng)記錄）的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 通過電刺激調(diào)制身體中的可興奮組織已經(jīng)成為用于具有慢性致殘性病癥（包括 慢性疼痛、關(guān)節(jié)炎、睡眠呼吸暫停、癲癇發(fā)作、失禁、與癌癥相關(guān)聯(lián)的疼痛、失禁、運(yùn)動(dòng)發(fā)起和 控制的問題、不自主運(yùn)動(dòng)、血管功能不全、心臟心律不齊、肥胖癥、糖尿病、顱面疼痛（諸如 偏頭痛等等））的患者的重要治療類型?？梢允褂酶鞣N治療性體內(nèi)電刺激技術(shù)和裝置治療 這些病癥。典型地，這種裝置包括具有兩個(gè)或更多個(gè)電極的可植入引導(dǎo)件（lead)，該電極由 有線連接器附接至皮下電池供電的可植入脈沖發(fā)生器（IPG)或者其它電荷存儲裝置，以向 包括電極的引導(dǎo)件主體提供電力并且產(chǎn)生由硬線傳遞至包括電極的引導(dǎo)件主體的電脈沖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)方面中，用于為可植入引導(dǎo)件提供無線能量的裝置包括：配置用于植入在 患者身體中的殼體；一個(gè)或者多個(gè)無感應(yīng)天線，基本上封裝在殼體內(nèi)并且配置為接收從位 于患者的身體外部的源輻射的電磁能量；電子電路，耦合至一個(gè)或者多個(gè)無感應(yīng)天線中的 每一個(gè)并且配置為從如由一個(gè)或者多個(gè)無感應(yīng)天線接收的輻射的電磁能量提取電力和激 勵(lì)波形；以及一個(gè)或者多個(gè)連接焊盤，基本上封裝在殼體內(nèi)，其中連接焊盤配置為與可植入 引導(dǎo)件中的一個(gè)或者多個(gè)電極耦合并且形成電連接，連接焊盤通過該電連接向可植入引導(dǎo) 件中的電極提供來自電子電路的提取的激勵(lì)波形，該可植入引導(dǎo)件與該裝置分開。
[0006] 實(shí)現(xiàn)方式可以包括下列特征。連接焊盤配置可以配置為通過連接焊盤與至少一個(gè) 連接器之間的形狀配合與可植入引導(dǎo)件的電極的至少一個(gè)連接器匹配。裝置還包括在形成 從連接焊盤到可植入引導(dǎo)件的電極的至少一個(gè)連接器的電連接時(shí)，用以擰緊匹配的連接焊 盤和至少一個(gè)連接器的至少一個(gè)固定螺釘。
[0007] 電子電路可以包括一個(gè)或者多個(gè)二極管和一個(gè)或者多個(gè)電荷平衡部件，其中一個(gè) 或者多個(gè)二極管配置為提取電力和激勵(lì)波形，以及其中一個(gè)或者多個(gè)電荷平衡部件配置為 便于將激勵(lì)波形分布至連接焊盤。
[0008] 無感應(yīng)天線可以包括兩個(gè)至十個(gè)無感應(yīng)天線，每個(gè)天線都具有從大約0. 25cm到 12cm的長度。連接焊盤可以包括彼此間隔開的兩個(gè)至八個(gè)連接焊盤并且每個(gè)都具有l(wèi)cm或 者更小的長度。
[0009] 殼體可以包括具有配置用于容納可植入引導(dǎo)件的至少一部分的遠(yuǎn)側(cè)開口的空心 生物相容管。連接焊盤是圍繞空心管的內(nèi)部表面彼此間隔開的圓周連接焊盤，并且配置為 與可植入引導(dǎo)件上的電極接觸件匹配?？芍踩胍龑?dǎo)件可以包括槳式引導(dǎo)件，該槳式引導(dǎo)件 包括多個(gè)電極接觸件以及其中連接焊盤在空心管的內(nèi)部表面上彼此縱向間隔并且配置用 于與槳式引導(dǎo)件的電極接觸件匹配?？招墓馨ň哂械谝还芎偷诙艿腨形近側(cè)端部，其 中連接焊盤布置在第一管的內(nèi)部表面和第二管的內(nèi)部表面上，其中第一管的內(nèi)部表面上的 連接焊盤配置為與第一可植入引導(dǎo)件的電極的至少一個(gè)連接器匹配，以及其中第二管的內(nèi) 部表面上的連接焊盤配置為與第二可植入引導(dǎo)件的電極的至少一個(gè)連接器匹配。
[0010] 殼體的長度可以為從大約十到五十厘米。連接焊盤可以彼此間隔大約0.1到 1. 0cm的距離。殼體可以包括具有足夠小以穿過12號至22號管的直徑的空心管。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，連接器接收器裝置的殼體優(yōu)選地包括空心管，該空心管具有用 于容納可植入引導(dǎo)件的凸連接器部分的遠(yuǎn)側(cè)開口和在大約6cm至50cm之間的總長度?？?心管的大小可以設(shè)定為穿過標(biāo)準(zhǔn)12號至22號導(dǎo)引器管（諸如插管或者針）。內(nèi)部連接焊 盤優(yōu)選地具有小于lcm的長度并且布置在管的遠(yuǎn)側(cè)部分的內(nèi)部表面上（優(yōu)選地彼此間隔） 以便與可植入引導(dǎo)件上的凸連接器接觸件匹配。在某些實(shí)施例中，連接焊盤具有基本上圓 周的形狀并且纏繞在管的內(nèi)部表面周圍。在其它實(shí)施例中，焊盤可以具有符合可植入引導(dǎo) 件上的凸連接器接觸件的形狀的其它形狀。
[0012] 天線可以包括無感應(yīng)天線（諸如偶極），每個(gè)都具有在大約0. 25cm到12cm之間的 長度并且配置為通過輻射耦合從患者的身體外部的遠(yuǎn)程電源（遠(yuǎn)離患者高達(dá)3英尺）接收 包括能量和波形參數(shù)的輸入信號。連接器接收器裝置可以包括多個(gè)這種天線，從一個(gè)至20 個(gè)，優(yōu)選地在一個(gè)到四個(gè)之間，優(yōu)選地布置在裝置的近側(cè)端部部分上。
[0013] 連接器接收器裝置內(nèi)的電子電路優(yōu)選地包括配置用于從輸入信號接收能量以對 裝置供電的部件。在優(yōu)選實(shí)施例中，電力需求的全部由從遠(yuǎn)程源傳輸?shù)哪芰抗?yīng)。從而，連 接器接收器裝置不需要電池或者其它能量存儲部件（諸如高壓電容器）。連接器接收器裝 置內(nèi)的電路可以由柔性電路組成，該柔性電路配置為從輸入信號中的波形參數(shù)生成一個(gè)或 者多個(gè)電脈沖并且隨后通過連接焊盤將脈沖路由至可植入引導(dǎo)件。電脈沖足以調(diào)制目標(biāo)部 位處的神經(jīng)或者神經(jīng)節(jié)。
[0014] 在另一個(gè)實(shí)施例中，連接器接收器裝置包括具有近側(cè)端部的Y形管，近側(cè)端部有 第一空心管和第二空心管。連接焊盤布置在第一空心管和第二空心管的內(nèi)部表面上，與包 括電子電路的另一個(gè)管道段匹配。
[0015] 在另一個(gè)方面中，用于調(diào)制患者的身體中的可興奮組織的系統(tǒng)包括：用于連接至 患者的身體中的可植入引導(dǎo)件的連接器接收器裝置，該連接器裝置包括：一個(gè)或者多個(gè)接 收天線；一個(gè)或者多個(gè)連接焊盤；以及電子電路，電子電路耦合至無感應(yīng)天線和連接焊盤； 控制裝置，具有位于患者的身體外部的發(fā)射器并且配置為通過輻射耦合向接收天線傳輸包 括電能量和波形參數(shù)的輸入信號；以及其中電子電路配置為將波形參數(shù)轉(zhuǎn)換為足以調(diào)制可 興奮組織的一個(gè)或者多個(gè)電脈沖；以及其中連接焊盤配置為與可植入引導(dǎo)件中的一個(gè)或者 多個(gè)電極耦合并且形成電連接，連接焊盤通過該電連接向可植入引導(dǎo)件中的電極提供來自 電子電路的一個(gè)或者多個(gè)脈沖，該可植入引導(dǎo)件與該連接器接收器裝置分開。
[0016] 實(shí)現(xiàn)方式可以包括下列特征。連接器接收器裝置可以包括用于容納接收天線、連 接焊盤和電子電路的外殼，外殼包括基本上空心的管，該基本上空心的管具有配置用于容 納可植入引導(dǎo)件的至少一部分的遠(yuǎn)側(cè)端部。
[0017] 電子電路可以包括：一個(gè)或者多個(gè)二極管和一個(gè)或者多個(gè)電荷平衡部件。控制裝 置可以包括配置為通過具有在大約300MHz與8GHz之間的頻率的載波信號來傳輸輸入信 號?？刂蒲b置可以包括配置為生成具有大約10至500Hz的頻率的電脈沖的脈沖發(fā)生器。 控制裝置可以配置為在距離患者的外皮表面至少l〇cm處通過組織向目標(biāo)部位傳輸輸入信 號。
[0018] 可以用生物相容材料（諸如聚氨酯或者硅）涂敷連接器接收器裝置，以及內(nèi)部連 接焊盤優(yōu)選地包括MP35N、鉑、鉑/銥或者其它生物相容合金。
[0019] 在另一個(gè)實(shí)施例中，可植入引導(dǎo)件還可以包括記錄或者感測電極，配置為感測與 刺激參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)或者信息。在該實(shí)施例中，連接器接收器裝置將包括遙測電路，遙測電 路配置為向位于患者身體外部的控制器無線地傳輸記錄的感測信息。這便于閉環(huán)治療，其 中可以調(diào)節(jié)刺激參數(shù)以優(yōu)化波形和施加至患者的治療。
[0020] 在另一個(gè)方面中，用于調(diào)制患者的身體中的可興奮組織的方法包括：將連接器接 收器裝置上的一個(gè)或者多個(gè)連接焊盤耦合至可植入刺激裝置中的一個(gè)或者多個(gè)電極；使連 接器接收器裝置和可植入刺激裝置前進(jìn)到患者的身體中鄰近或者靠近可興奮組織的目標(biāo) 部位；從患者的身體外部的位置向連接器裝置中的一個(gè)或者多個(gè)天線輻射包括能量和波形 參數(shù)的輸入信號，使得波形參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)或者多個(gè)電脈沖并且向可植入刺激裝置中的電 極施加電脈沖。
[0021] 實(shí)現(xiàn)方式可以包括下列特張。耦合可以包括使連接器接收器裝置的空心管的遠(yuǎn)側(cè) 端部與可植入刺激裝置的近側(cè)端部匹配。耦合可以發(fā)生在患者身體內(nèi)的目標(biāo)部位處。輻射 輸入信號可以包括將輸入信號輻射在具有在大約300MHz與8GHz之間的頻率的載波信號 上。
[0022] 在某些實(shí)施例中，在患者身體外部，連接器接收器裝置耦合至可植入引導(dǎo)件，并且 兩個(gè)裝置隨后一起前進(jìn)到身體內(nèi)的目標(biāo)部位。在其它實(shí)施例中，連接器接收器裝置與患者 身體內(nèi)的目標(biāo)部位處的可植入引導(dǎo)件匹配。在這些實(shí)施例中，引導(dǎo)件可能已經(jīng)植入并且直 接連線至植入的脈沖發(fā)生器。引導(dǎo)件與植入的脈沖發(fā)生器斷開并且與連接器接收器裝置匹 配，使得可以通過連接器接收器裝置無線地對引導(dǎo)件進(jìn)行供電。這允許操作者例如用無線 能量替換已經(jīng)耗盡其電池壽命的有線植入的脈沖發(fā)生器，以避免再充電和/或替換可植入 脈沖發(fā)生器。
[0023] 參照此處提供的附圖，在一些實(shí)現(xiàn)方式的下列詳細(xì)說明中以及在此處所附權(quán)利要 求中，更完全地描述了用于調(diào)制離開脊神經(jīng)的可興奮組織的系統(tǒng)、裝置和方法。當(dāng)結(jié)合附圖 進(jìn)行對本文一些實(shí)現(xiàn)方式的描述時(shí)，其它方面、特性、優(yōu)點(diǎn)等等將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明 顯。
【附圖說明】
[0024] 圖1描繪了連接器接收器裝置的示例的高級圖表。
[0025] 圖2描繪了連接器接收器裝置的示例的詳細(xì)圖表。
[0026] 圖3是示出了操作連接器接收器裝置的示例的流程圖。
[0027] 圖4是示出了連接器接收器裝置的示例的電路圖。
[0028] 圖5是示出了連接器接收器裝置的另一個(gè)示例的電路圖。
[0029] 圖6是示出了無線刺激裝置的控制和反饋功能的示例的框圖。
[0030] 圖7是示出了具有實(shí)現(xiàn)控制和反饋功能的組件的連接器接收器裝置的示例的示 意圖。
[0031] 圖8是極性路由切換網(wǎng)絡(luò)的示例的示意圖。
[0032] 圖9A是與連接器接收器裝置一起操作的示例微波場刺激器（MFS)的圖表。
[0033] 圖9B是與無線刺激裝置一起操作的另一個(gè)示例MFS的圖表。
[0034] 圖10是示例MFS的詳細(xì)圖表。
[0035] 圖11是示出了 MFS將極性設(shè)置信息傳輸至連接器接收器裝置的示例過程的流程 圖。
[0036] 圖12是示出了 MFS接收和處理遙測反饋信號以對后續(xù)傳輸進(jìn)行調(diào)節(jié)的示例過程 的另一個(gè)流程圖。
[0037] 圖13是對連接器接收器裝置的電力、信號和控制流的示例實(shí)現(xiàn)方式的示意圖。
[0038] 圖14A至圖14D圖示了根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的連接器接收器裝置1400。
[0039] 圖15圖示了與可植入引導(dǎo)件匹配的連接器接收器裝置。
[0040] 圖16圖示了 Y形連接器接收器裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 在各種實(shí)現(xiàn)方式中，公開了用于對目標(biāo)可興奮組織（諸如神經(jīng)）施加一個(gè)或者多 個(gè)電脈沖的系統(tǒng)和方法，以用于治療慢性疼痛、發(fā)炎、關(guān)節(jié)炎、睡眠呼吸暫停、癲癇發(fā)作、失 禁、與癌癥相關(guān)聯(lián)的疼痛、失禁、運(yùn)動(dòng)發(fā)起和控制的問題、不自主運(yùn)動(dòng)、血管功能不全、心臟 心律不齊、肥胖癥、糖尿病、顱面疼痛（諸如偏頭痛或者叢集性頭痛）以及其它障礙。在某 些實(shí)施例中，無線刺激裝置可以用于通過使用遠(yuǎn)程射頻（RF)能量既不用纜線也不用電感 耦合地向目標(biāo)神經(jīng)組織發(fā)送電能量，以向無源的植入的無線刺激裝置供電。目標(biāo)神經(jīng)可以 包括，但不限于，脊髓和周圍區(qū)域，包括背角、脊神經(jīng)后根神經(jīng)節(jié)、發(fā)出神經(jīng)根、神經(jīng)節(jié)、脊柱 纖維和離開脊柱和大腦的周圍神經(jīng)束（諸如迷走神經(jīng)、枕骨神經(jīng)、三叉神經(jīng)、舌下神經(jīng)、骶 骨神經(jīng)、尾神經(jīng)等等）。
[0042] 無線刺激系統(tǒng)可以包括具有一個(gè)或者多個(gè)電極的可植入引導(dǎo)件主體和連接器接 收器裝置，該連接器接收器裝置由容納一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)電天線（例如，偶極天線或者貼片 天線）的外殼、用于頻率波形和電能量整流的內(nèi)部電路和用于耦合至可植入引導(dǎo)件的一個(gè) 或者多個(gè)連接焊盤構(gòu)成。連接器接收器裝置還可以包括外部控制器和天線，用于將來自外 部源的射頻或者微波能量既不用纜線又不用電感耦合地發(fā)送至連接器接收器裝置以提供 電力。
[0043] 在各種實(shí)施例中，連接器接收器裝置被無線地供電（并且因此不需要有線連接）， 并且包括從主體外部的源接收脈沖指令所必需的電路。例如，各種實(shí)施例采用一個(gè)或者多 個(gè)內(nèi)部偶極（或者其它）天線配置用以通過電輻射耦合接收RF電力。這允許這種裝置在 沒有物理連接至可植入脈沖發(fā)生器（IPG)或者不使用電感線圈的情況下產(chǎn)生能夠刺激神 經(jīng)束的電流。可以在共同轉(zhuǎn)讓、共同未決的公開的2011年1月28日提交的PCT申請PCT/ US2012/23029、2011 年 4 月 11 日提交的 PCT/US2012/32200、2011年 1月 28 日提交的 PCT/ US2012/48903、2011 年 8 月 12 日提交的 PCT/US2012/50633 和 2011 年 9 月 15 日提交的 PCT/US2012/55746中找到用于為患者提供神經(jīng)刺激的示例性無線系統(tǒng)的另外描述，這些申 請的完整公開先前已經(jīng)通過引用被合并。
[0044] 圖1描繪了連接器接收器裝置的示例的高級圖表。連接器接收器裝置可以包括四 個(gè)主要組件，即，編程器模塊102、RF脈沖發(fā)生器模塊106、發(fā)射（TX)天線110(例如，貼片 天線、縫隙天線或者偶極天線）和植入的無線刺激裝置114。注意，圖1-13不分開描述連接 器接收器裝置和可植入引導(dǎo)件，而將它們描述為已經(jīng)連接在一起并且作為單個(gè)單元（無線 刺激裝置）操作的一個(gè)元件。在這些圖中，假定無線刺激裝置114結(jié)合連接器接收器裝置 1400 (諸如圖14A所示的連接器接收器裝置）和可植入引導(dǎo)件1602 (諸如圖16所示的可 植入引導(dǎo)件）兩者。在圖14-18中更充分地描述了分開的連接器接收器裝置和可植入引導(dǎo) 件。編程器模塊102可以是運(yùn)行支持無線連接114 (諸如：Bluetooth#)的軟件應(yīng)用的計(jì) 算機(jī)裝置（諸如智能電話）。應(yīng)用可以使得用戶能夠查看系統(tǒng)狀態(tài)和診斷、改變各種參數(shù)、 增大/減小電極脈沖的期望刺激幅度以及調(diào)節(jié)RF脈沖發(fā)生器模塊106的反饋靈敏度以及 其它功能。
[0045] RF脈沖發(fā)生器模塊106可以包括支持無線連接104的通信電子設(shè)備、刺激電路以 及為發(fā)生器電子設(shè)備供電的電池。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，RF脈沖發(fā)生器模塊106包括嵌入到 其封裝形狀因數(shù)（form factor)中的TX天線，而在其它實(shí)現(xiàn)方式中，TX天線通過有線連接 108或者無線連接（未示出）連接至RF脈沖發(fā)生器模塊106。TX天線110可以直接耦合至 組織以產(chǎn)生為植入的神經(jīng)刺激器模塊114供電的電場。TX天線110通過RF接口與植入的 神經(jīng)刺激器模塊114通信。例如，TX天線110輻射由RF脈沖發(fā)生器模塊110調(diào)制和編碼 的RF傳輸信號。模塊114的植入的無線刺激裝置包括一個(gè)或者多個(gè)天線（諸如一個(gè)或者 多個(gè)偶極天線），以通過RF接口 112進(jìn)行接收和發(fā)射。具體地，天線110與模塊114的植入 的無線刺激裝置上的一個(gè)或者多個(gè)天線之間的耦合機(jī)制利用電輻射耦合而不是電感耦合。 換句話說，通過電場而不是磁場進(jìn)行耦合。
[0046] 通過該電輻射耦合，TX天線110可以向植入的刺激模塊114提供輸入信號。該輸 入信號包括能量并且可以包括對要在植入的刺激模塊114的電極處施加的刺激波形進(jìn)行 編碼的信息。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，該輸入信號的功率水平直接決定使用輸入信號中包括的 電能量產(chǎn)生的一個(gè)或者多個(gè)電脈沖的施加幅度（例如，功率、電流或者電壓）。在植入的無 線刺激裝置114內(nèi)有用于對RF傳輸信號進(jìn)行解調(diào)的組件和向周圍的神經(jīng)元組織傳送刺激 的電極。
[0047] 可以將RF脈沖發(fā)生器模塊106皮下植入，或者可以將其佩戴在身體外部。當(dāng)在身 體外部時(shí)，RF發(fā)生器模塊106可以并入腰帶或者背帶設(shè)計(jì)中，以允許通過皮膚和下層組織 進(jìn)行電輻射耦合，以向植入的無線刺激裝置模塊114傳遞電力和/或控制參數(shù)。在任何情 況下，無線刺激裝置114內(nèi)部的一個(gè)或者多個(gè)接收器電路（或者圖14A所示的連接器裝置 1400)可以捕獲由TX天線110福射的能量并且將該能量轉(zhuǎn)換成電波形。一個(gè)或者多個(gè)接收 器電路還