(121),但是應(yīng)該理解,微刺激器(120)無需包括引線。微刺激器(120)可被植入患者體內(nèi)并相對于控制器(110)進(jìn)行放置,借此微刺激器(120)可以接收控制器(110)產(chǎn)生的輸出信號
(112)。刺激電路(121)可以接收輸出信號(112),并且可以基于已接收的輸出信號(112)產(chǎn)生刺激信號(114)。例如,在一些變形中,微刺激器(120)可以包括無源刺激電路,該電路被配置為處理輸出信號(112)并將已處理的信號作為刺激信號(114)傳送到組織,不使用微刺激器(120)內(nèi)的任何內(nèi)部邏輯或智能。所形成的刺激信號(114)可以是直流或交流信號,并且可通過一個或多個電極(117)被施加到解剖目標(biāo)(123),例如淚腺。刺激信號(114)可以實現(xiàn)電荷平衡。微刺激器可通過任何適當(dāng)?shù)姆绞脚渲?,如下面更詳?xì)地描述的那樣。
[0068]當(dāng)刺激信號(114)被傳送到解剖目標(biāo)(123)時,刺激可導(dǎo)致所需的生理效應(yīng)(例如,使患者產(chǎn)生淚液)。刺激解剖目標(biāo)(123)可產(chǎn)生任何適當(dāng)?shù)膬?nèi)分泌或其它生理結(jié)果,其中包括一一但不限于一一流體、電解質(zhì)和蛋白質(zhì)的分泌、血管舒張,從而增加淚液量,增加淚液質(zhì)量,改善表面健康條件、減小淚液滲透壓(osmolarity)以及減輕眼睛炎癥。
[0069]圖1B示出有線刺激系統(tǒng)(130)的變形的框圖。有線刺激系統(tǒng)(130)可以包括控制器(140)和微刺激器(150)??刂破?140)可以包括外殼(149)和控制器電路(145),并且可被配置為通過諸如導(dǎo)線或其它介質(zhì)之類的有線傳輸線路(148)將輸出信號(142)發(fā)送到微刺激器(150)。有線傳輸線路(148)可以附著在控制器(140)上并通過患者身體路由到微刺激器(15 O)。微刺激器(15 O)可被植入患者體內(nèi)并相對于控制器(14 O)定位,從而使微刺激器
(150)可以從控制器(140)接收輸出信號(142)。刺激電路(151)可以接收輸出信號(142),并且可以基于已接收的輸出信號(142)產(chǎn)生刺激信號(144)。刺激信號(144)可通過一個或多個電極(147)和在一些實例中的一個或多個引線(143))被施加到解剖目標(biāo)(153),例如淚腺。刺激解剖目標(biāo)(153)可導(dǎo)致一個或多個生理或其它內(nèi)分泌結(jié)果(159),例如上面剛描述的結(jié)果。
[0070]當(dāng)刺激系統(tǒng)包括位于控制器與微刺激器之間的傳輸線路,或?qū)⒁粋€或多個電極連接到微刺激器的引線時,這些傳輸線路和/或引線可具有隧道。隧穿路徑可以取決于植入微刺激器、控制器和/或電極的位置。例如,隧穿路徑可從耳朵區(qū)域(表面到顳骨)延伸到眼眶的顳面(temporal aspect),進(jìn)入眼眶的上側(cè)面(super1r lateral aspect),通過眶隔并到達(dá)解剖目標(biāo)。
[0071 ]微刺激器
[0072]如上所述,此處描述的刺激系統(tǒng)包括一個或多個微刺激器。微刺激器可以是任何適合于將刺激傳送到組織的裝置。在一些變形中,微刺激器可以包括一個或多個無源刺激電路,其中該裝置不包括任何內(nèi)部邏輯或智能(例如,ASIC、微控制器等)。在這些變形的一部分中,微刺激器不具有內(nèi)部電池。在這些變形中,微刺激器可以僅包括耗散電路,該電路從控制器接收輸出信號,基于已接收的信號產(chǎn)生電流,以及傳送所產(chǎn)生的電流。耗散電路可以包含一個或多個信號調(diào)節(jié)單元,這些單元可對接收自控制器的信號進(jìn)行整形或以其它方式進(jìn)行修改。在一些變形中,該電路可被配置為從外部源接收能量,將能量整流為刺激脈沖,并且允許無源電荷平衡。在一些變形中,微刺激電路可以包括一個或多個整流器、一個或多個限幅單元,以及一個或多個斜坡(ramping)控制單元,它們的組合等。在一些變形中,耗散電路可以包括一個或多個可調(diào)節(jié)/調(diào)諧的部件。
[0073]在其它變形中,微刺激器可以包括內(nèi)部邏輯,該邏輯可用于對接收自控制器的信號進(jìn)行整形或修改。在這些變形的一部分中,微刺激器可以不包括內(nèi)部電池,這樣,通過控制器的輸出信號接收操作功率。在另外一些變形中,微刺激器可以包括可植入脈沖產(chǎn)生器,該產(chǎn)生器包括產(chǎn)生電脈沖并將該電脈沖傳送到組織所需的所有電路。此處描述的刺激電路可包含允許控制器檢測刺激電路的一個或多個操作參數(shù)的元件。
[0074]圖2示出可用于此處描述的刺激裝置的無源刺激電路(200)的一個變形。如此出所示,刺激電路(200)可以包括微刺激器線圈(202)(例如,導(dǎo)電線圈)、包括二極管(204)和電阻器(206)的整流電路(205)、調(diào)諧電容器(208)和耦合電容器(216)。如此處所示,微刺激器線圈(202)的一端可以連接到調(diào)諧電容器(208)的第一端,以及整流電路(205)的第一端。電阻器(206)和二極管(204)可以并聯(lián)連接,其中整流電路(205)的第一端連接到調(diào)諧電容器
(208)和微刺激器線圈(202),整流電路(205)的第二端連接到耦合電容器(216)。耦合電容器(216)可以連接到第一電極(210)。應(yīng)該理解,整流電路(205)可以包括半波整流器、全波整流器等。微刺激器線圈(202)的第二端可以連接到調(diào)諧電容器(208)的另一端和第二電極(212)0
[0075]在操作中,控制器(未示出)產(chǎn)生的磁場可被施加到微刺激器線圈(202)。作為所施加的磁場的結(jié)果(例如,通過電感耦合),微刺激器線圈(202)可以產(chǎn)生電流icclll。調(diào)諧電容器(208)可以形成帶有微刺激器線圈(202)的調(diào)諧電路,以便微刺激器線圈(202)僅接收使用特定頻率或頻率范圍產(chǎn)生的磁場。電流可以通過電阻器(208)和二極管(204)的整流電路并在第一 (210)與第二 (212)電極之間傳送ilciad。電流ilciad可以通過組織(214)(在圖2中表示為電阻器)。耦合電容器(216)可以提供施加到組織(214)用于刺激的AC耦合和電荷平衡。耦合電容器(216)可以在活動刺激脈沖通過整流電路(205)時進(jìn)行充電,并且可以在傳送活動刺激脈沖之后的不活動階段期間通過整流電路的電阻器(208)進(jìn)行放電。
[0076]由于無源刺激電路被配置為調(diào)節(jié)和傳送接收自控制器的輸出信號,因此,微刺激器傳送的刺激信號的一個或多個特征可以至少部分地依賴于刺激信號的一個或多個特征。控制器可以調(diào)節(jié)輸出信號的一個或多個特征(例如,幅度、突發(fā)(burst)寬度、突發(fā)頻率等)以改變微刺激器產(chǎn)生的刺激信號的一個或多個特征(例如,幅度、脈沖寬度、脈沖頻率)ο例如,微刺激器產(chǎn)生的所施加的信號的幅度可以通過改變控制器線圈產(chǎn)生的交變磁場的幅度來修改。
[0077]盡管刺激電路(200)在圖2中示出被包括線圈(202),但是將理解,此處描述的刺激電路可以通過任何適當(dāng)?shù)姆绞浇邮漳芰俊@?,在一些變形中,刺激可被配置為接收磁能。在這些變形中,微刺激器可以包括一個或多個線圈(例如,圖2中所示)和/或磁電元件,該磁電元件可以由在被施加磁場時產(chǎn)生電流的材料形成。磁電元件可以由諸如Cr2O3之類的一種或多種材料、一種或多種多鐵性材料、它們的組合等形成。與線圈相比,磁電元件可允許以更小的體積或設(shè)備足印(footprint)產(chǎn)生電流。磁電元件可以進(jìn)一步整形為當(dāng)以相對于磁場的多個取向定位時能夠產(chǎn)生電流。
[0078]在一些變形中,刺激電路可被配置為接收超聲能。例如,在一些變形中,微刺激器包括一個或多個超聲換能器,該換能器可以響應(yīng)于已發(fā)送的超聲信號而產(chǎn)生電流。在一些變形中,可使用一個或多個超聲發(fā)射器在微刺激器上聚焦超聲信號。在其它變形中,微刺激器可被配置為接收光能(例如,紅外線、紫外線、可見光波長等)并響應(yīng)于它們而產(chǎn)生電流。例如,在一些變形中,刺激電路可以包括一個或多個光伏元件,該元件響應(yīng)于已接收的光能而產(chǎn)生電流。在其它變形中,微刺激器可被配置為接收遠(yuǎn)場RF能。例如,微刺激器可使用天線接收高頻率RF能,該高頻率RF能可允許容忍各種微刺激器的取向。應(yīng)該理解,在一些變形中,此處描述的微刺激器能夠從多個源接收能量,例如磁、超聲、光和/或RF信號的組合。
[0079]在其中刺激電路被配置為使用電感耦合產(chǎn)生電流的變形中,刺激電路可被配置為改善對內(nèi)部部件與外部部件之間的角不對準(zhǔn)的容忍度。在這些變形的一部分中,微刺激器可以包括兩個或多個以非平行取向定位的線圈。圖3A-3F示出具有多個線圈的線圈設(shè)置的三個變形。例如,圖3A和3B分別示出包括第一線圈(302)和第二線圈(304)的線圈設(shè)置(300)的側(cè)視圖和俯視圖。如這些圖所示,第一線圈(302)可以位于相對于第二線圈(304)的平面成角度(Q1)的平面中。第一和第二線圈的平面之間的角度(Q1)在圖3A和3B中示出為接近90度,但是應(yīng)該理解,該角度可以是任何適當(dāng)?shù)慕嵌?例如,大約45度、大約60度等)ο通過將線圈置于不同的平面中,即使其中一個線圈垂直于外部線圈定位,線圈設(shè)置仍能產(chǎn)生電流。
[0080]圖3C和3D分別示出具有第一線圈(308)、第二線圈(310)和第三線線圈(312)的線圈設(shè)置(306)的另一變形的側(cè)視圖和俯視圖。第一線圈(308)、第二線圈(310)和第三線線圈(312)中的每一個的平面可以相對于其它線圈成一定角度。例如,在圖3C和3D所示的變形中,第一線圈(308)的平面可以垂直于第二線圈(310)的平面,第三線線圈(312)的平面可以同時垂直于第一線圈(308)和第二線圈(310)的平面。應(yīng)該理解,任何兩個線圈之間的角度都可以是任何適當(dāng)?shù)慕嵌?。圖3E和3F分別示出具有第一線圈(316)、第二線圈(318)和第三線圈(320)的線圈設(shè)置(314)的另一變形的透視圖和側(cè)視圖。第一線圈(316)、第二線圈(318)和第三線線圈(320)中的每一個的平面可以相對于其它線圈成一定角度,如上面描述的角度。此外,為了有助于縮小線圈設(shè)置(314)的整個輪廓,第一線圈(316)可被置于第二線圈(318)內(nèi),并且第一線圈(316)和第二線圈(318)可被置于第三線圈(320)內(nèi)。在其中刺激電路包括含有多個線圈的線圈設(shè)置的實例中,刺激電路可以包括多個調(diào)諧電路,并且多個線圈產(chǎn)生的電流可以使用整流器求和。
[0081]盡管上面參考圖2描述的無源刺激電路(200)被配置為將電刺激傳送給患者,但是應(yīng)該理解,此處描述的微刺激器可被配置為將任何適當(dāng)?shù)拇碳な┘咏o患者。在一些變形中,微刺激器可被配置為將一個或多個光信號、聲信號等傳送給患者。
[0082 ]此處描述的刺激電路可以包括一個或多個電安全特征。電安全特征可以限制微刺激器接收或產(chǎn)生的信號的一個或多個參數(shù),這樣可以防止為患者提供潛在有害的刺激電路。電安全特征可以包括與電極串聯(lián)連接以限制電荷傳送的諸如電容器之類的一個或多個元件、與電極串聯(lián)連接以確保DC電荷平衡刺激的諸如電容器之類的一個或多個元件、與電極和/或串聯(lián)電容器并聯(lián)連接以允許通過電容放電實現(xiàn)DC電荷平衡刺激的一個或多個電阻器、與電極串聯(lián)連接以限制最大刺激電流幅度的一個或多個電流限制二極管、限制最大輸出電壓的一個或多個齊納二極管、它們的組合等。與電極并聯(lián)連接的電阻器的阻抗可以大于組織負(fù)載阻抗,從而確保功率高效刺激。
[0083]圖4示出包括電流限制裝置的刺激電路(400)。如此處所示,刺激電路(400)可以包括線圈(402)、調(diào)諧電容器(404)、由二極管(406)和電阻器(408)組成的整流電路(405),以及第一(414)電極和第二電極(416)。這些元件可以與刺激電路(200)的部件相同,并且可以按照上面針對圖2的描述定位。此外,圖4還示出了電流限制二極管(412),其中電流限制二極管(412)將第二電極(416)與線圈(402)和調(diào)諧電容器(404)隔離。電流限制二極管(412)可以限制通過二極管(412)的電流,它還可以限制通過第一電極(414)與第二電極(416)之間的組織負(fù)載(410)的電流。例如,如下面更詳細(xì)描述的,當(dāng)通過組織負(fù)載(410)傳送脈沖時,提供電荷平衡的再充電電流初始可以具有導(dǎo)致不適或?qū)Σ幌MM織的刺激的幅度。電流限制裝置(或者諸如高阻抗再充電電路或齊納二極管之類的上述電安全特征之一,或者與組織負(fù)載并聯(lián)的電壓限制元件)可以限制再充電電流的量值,從而能夠防止不希望的組織刺激或不適/疼痛。
[0084]在一些變形中,此處描述的刺激電路包括一個或多個可調(diào)元件。例如,刺激電路可以包括一個或多個可變電阻元件、可變電容元件、可變電感元件、可變非線性元件等??勺冸娮柙?、可變電容元件、可變電感元件或可變非線性元件可用于改變刺激電路的特性,例如諧振頻率,或者改變諸如幅度之類的刺激參數(shù)。在包括可變部件的變形中,可變部件可進(jìn)行可逆改變,或者不可逆改變。在一些實例中,一個或多個可變部件可被外部控制器控制和改變,如下面更詳細(xì)地描述的那樣。可變部件被通過調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)或以其它方式改變微刺激器的一個或多個功能。例如,可調(diào)元件可用于改變微刺激器的接收單元或輸出單元的諧振頻率,這可以控制接收單元能夠接收的輸出信號的頻率和微刺激器產(chǎn)生的刺激信號的頻率。額外地或備選地,可調(diào)元件可用于改變微刺激器提供的刺激的一個或多個參數(shù)(例如,幅度、脈沖寬度等)。
[0085]此處描述的任何刺激電路部件都是可調(diào)的。例如,在一些變形中,刺激電路(200)中的調(diào)諧電容器(208)可被調(diào)諧為調(diào)節(jié)刺激電路(200)的輸出。圖5A和58示出包括可調(diào)元件的兩個刺激電路實例。圖5A示出刺激電路的變形(500)。如此處所示,刺激電路(500)可以包括線圈(502)、調(diào)諧電容器(504)和由二極管(506)和電阻器(508)組成的整流電路(505)、第一電極(514)和第二電極(516),以及電流限制二極管(512)。這些元件可像上面參考圖2和4那樣進(jìn)行設(shè)置。此處還示出串聯(lián)連接在整流電路與第一電極(514)之間的可變元件(518)??勺冊?518)可以包括諸如光-FET之類的可變阻抗元件,光可調(diào)諧電阻器、電容器、可編程電流限制器等。可變元件(518)可被調(diào)節(jié)(例如,通過控制器)來改變經(jīng)過其中的電流,這樣可以改變經(jīng)過第一電極(514)與第二電極(516)之間的組織負(fù)載(510)的電流。圖5B示出刺激電路的另一變形(520),該電路包括與圖5A—樣的部件,但是其中可變部件(518)被設(shè)置為與第一電極(514)和第二電極(516)并聯(lián)。
[0086]在一些變形中,微刺激器可以包括無源刺激電路,該電路被配置為無源地斜升在刺激期間被提供給患者的刺激信號的幅度。在這些變形的一部分中,無源刺激電路可被進(jìn)一步配置為限制被提供給患者的刺激信號的最大幅度。圖36示出無源刺激電路(3600)的一個變形的框圖,該電路可被配置為無源地斜升刺激電路產(chǎn)生的刺激信號。如此處所示,無源刺激地電路(3600)可以包括接收單元(3602)、信號調(diào)節(jié)單元(3603)、斜坡控制單元(3608)和輸出單元(3610)。信號接收單元(3602)可以從控制器接收一個或多個輸出信號,這些信號可用于驅(qū)動信號調(diào)節(jié)單元(3603)和斜坡控制單元(3608)。在一些變形中,信號接收單元(3602)可以是調(diào)諧的電路,以便信號接收單元(3602)僅接收具有特定頻率或頻率范圍的輸出信號。
[0087]信號調(diào)節(jié)單元(3603)可以包括限幅單元(3604)和整流單元(3606),但是應(yīng)該理解,信號調(diào)節(jié)單元(3603)可包括能夠整形或以其它方式改變接收單元(3602)接收的輸出信號的單元的任何組合。在其中信號調(diào)節(jié)單元(3603)包括整流單元(3606)的變形中,整流單元(3606)整流信號接收單元(3602)正在接收的信號,并且可包括全波整流器或半波整流器。在包括限幅單元(3604)的變形中,限幅單元(3604)可以限制被傳送到組織的刺激電流的幅度。例如,限幅單元(3604)可以包括一個或多個齊納二極管、電流限制元件等,該單元可削減或以其它方式限制刺激電路內(nèi)信號的幅度。例如,在一些變形中,控制器所產(chǎn)生的輸出信號可以大于希望的刺激信號幅度以考慮控制器輸出級與微刺激器接收單元之間的潛在對準(zhǔn)差別。在這些變形中,限幅單元(3604)可削減接收單元(3602)接收的過剩功率。盡管在圖36中示出為包括在信號調(diào)節(jié)單元(3603)中,但是應(yīng)該理解,限幅單元(3604)可包括在刺激電路(3600)的任何單元中。
[0088]信號調(diào)節(jié)單元(3603)可將已調(diào)節(jié)的輸出信號提供給輸出單元(3610),該輸出單元可通過一個或多個電極將刺激信號傳送給組織。被從信號調(diào)節(jié)單元(3603)傳送到輸出單元(3610)的刺激信號的幅度可被至少部分地被斜坡控制單元(3608)控制。在一些變形中,斜坡控制單元(3608)可以包括充電單元(3612)和場效應(yīng)晶體管(3614)。信號調(diào)節(jié)單元(3603)和輸出單元(3610)可連接到場效應(yīng)晶體管(3614)的源極端子和漏極端子,并且充電單元(3612)可連接到場效應(yīng)晶體管(3614)的柵極端子。充電單元(3612)提供給場效應(yīng)晶體管(3614)的電壓可確定在信號調(diào)節(jié)單元(3603)與輸出單元(3610)之間流動的電流。例如,當(dāng)充電單元(3612)未充電時(當(dāng)接收單元(3602)初始開始從控制器接收輸出信號時發(fā)生),場效應(yīng)晶體管(3614)可以阻止電流在信號調(diào)節(jié)單元(3603)與輸出單元(3610)之間流動,從而阻止將刺激信號傳送給患者。當(dāng)接收單元(3602)將電力提供給充電單元(3612)時,被提供給場效應(yīng)晶體管(3614)的柵極的電壓增加(例如,通過給可充電部件充電,將在下面更詳細(xì)地描述),這樣會增加在信號調(diào)節(jié)單元(3603)與輸出單元(3610)之間流動的電流量。因此,輸出單元(3610)提供的刺激信號的幅度可以在充電單元(3612)充電時增加,刺激信號的幅度可以自動斜升,直到充電單元(3612)完全充電。此斜升速度可通過充電單元(3612)的充電速率確定。此外,充電單元(3612)可被配置為在不被提供電力時放電。這樣允許斜坡單元(3602)在不同的治療會話(sess1n)之間重置,以便刺激電路能夠斜坡化在后續(xù)治療中產(chǎn)生的后續(xù)刺激信號。
[0089]圖43示出刺激器電路的變形(4320),該電路可被配置為無源地斜坡化刺激電路提供的刺激信號。如此出所示,刺激器電路(4320)可以包括接收單元(4322)、信號調(diào)節(jié)單元(4324)、斜坡控制單元(4326)和輸出單元(4328)。如上面參考圖36更詳細(xì)地描述的那樣,接收單元(4322)可被配置為從控制器(未示出)接收輸出信號,并且可以將已接收的信號發(fā)送到信號調(diào)節(jié)單元(4324)和斜坡控制單元(4326)。在圖43所示的變形中,接收單元(4322)可以包括諧振電路,該電路包括與調(diào)諧電容器(4332)并聯(lián)連接的線圈(4330)。該諧振可被調(diào)諧或以其它方式被配置為接收在特定頻率或頻率范圍上發(fā)送的輸出信號。但是應(yīng)該理解,接收單元(4322)可以包括接收輸出信號(例如,磁場、RF信號、光信號、超聲信號等)并根據(jù)該輸出信號產(chǎn)生電流或電壓的任何適當(dāng)?shù)牟考?br>[0090]如上所述,接收單元(4322)接收的信號可被傳送到信號調(diào)節(jié)單元(4324)和斜坡控制單元(4326)。在圖43所示的變形中,信號調(diào)節(jié)單元(4324)可以包括整流單元(4334)、幅度控制單元(4336)和電流源單元(4338)。應(yīng)該理解,信號調(diào)節(jié)單元(4324)可以僅包括這些單個部件的一部分和/或可以包含其它所需的部件。在包括整流單元(4334)的變形中,整流單元(4334)可被配置為將任何交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號。整流單元可以是半波整流器或全波整流器,在一些實例中,可被配置為對整流信號進(jìn)行平滑處理。例如,圖43所示的整流單元(4334)的變形可以包括半波整流器,該整流器包括二極管(4340)和被置于半波整流器輸出的平滑電容器(4342)。
[0091]在包括幅度控制單元(4336)的變形中,幅度控制單元(4336)可被配置為限制輸出級(4328)傳送的信號的最大幅度。例如,圖43所示的幅度控制單元(4336)可以包括齊納二極管(4344),當(dāng)跨齊納二極管(4344)的電壓超過閾值電壓時,該齊納二極管從信號調(diào)節(jié)單元(4324)分流。應(yīng)該理解,幅度控制單元(4336)可以包括任何適當(dāng)?shù)碾娏飨拗苹螂妷合拗圃?,這些元件可被置于刺激器電路(4300)的任何適當(dāng)部分中(例如,作為接收單元(4322)、信號調(diào)節(jié)單元(4324)、斜坡控制單元(4326)、輸出單元(4328)、它們的組合等的一部分)。在一些變形中,刺激電路可以包括多個幅度控制單元,其中每個幅度控制單元可以限制所產(chǎn)生的刺激信號的不同方面,或者可以限制不同位置上所產(chǎn)生的控制信號的各方面。
[0092]在其中信號調(diào)節(jié)單元(4324)包括電流源單元(4338)的變形中,電流源單元(4338)可被配置為充當(dāng)電壓控制電流源,該電流源可基于電流源單元(4338)接收的電壓輸入輸出電流。例如,在一些變形中(如圖43所示),電流源單元(4338)可以包括晶體管(4346)(例如,JFET、M0SFET、BJT),其中晶體管(4340)的柵極和源極相連(例如,通過電阻器(4348)等),在一些變形中,電流源單元(4338)可以充當(dāng)恒定電流源,該恒定電流源可以在任何高于特定閾值的電壓被施加到電流源單元(4338)的輸入時提供恒定電流。在一些變形中,電流源單元可以包括一個或多個電流限制二極管等。在一些變形中,電流源單元(4338)可以包括電流鏡電路。電流鏡電路可以是對稱或不對稱電路。
[0093]一旦已接收的輸出信號被信號調(diào)節(jié)單元(4324)調(diào)節(jié),該信號便可被傳送到輸出單元(4328)。輸出單元(4328)因此通過電極(4352