用于刺激骨生长、组织痊愈和/或疼痛控制的系统及使用方法技术方案

描述了一种用于刺激骨生长、组织痊愈和/或疼痛控制的系统。该系统包括螺钉、电池、控制器和用于连接所述电池以使得电流从所述电池被引导通过所述螺钉并从这里引导到需要治疗的目标区域的装置。所述螺钉包括细长的螺钉杆，螺钉杆具有在相对端部之间延伸的长度。所述螺钉杆具有沿所述长度的至少一部分延伸的绝缘涂层。所述螺钉杆的各个部分处的绝缘涂层的厚度被调节成将电流最佳地引导到需要治疗的目标区域。所述控制器在治疗周期期间调节电流流动的工作周期。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关于联邦资助研究或开发的声明本专利技术是利用政府资助完成的，被国家科学基金会(NSF)授予小企业创新研究第一阶段奖(SmallBusinessInnovationResearchPhase1Award)No.1248546。政府对本专利技术拥有一定权利。
技术介绍
本专利技术总体上涉及一种用于刺激骨生长和组织痊愈的系统，并且更具体地涉及一种用于通过经部分绝缘的螺钉向骨和邻近的软组织施加电流来刺激骨生长和组织痊愈的方法和装置。在许多情形中希望骨生长，例如当患者脊柱中的椎骨融合以克服椎骨间移动或椎骨内移动而引起的疼痛和其它效应时。尽管骨生长自然地发生，但会由于诸如烟草、酒精和类固醇使用、低骨存量以及年龄的各种因素而发育不良或停止。此外，在一些情形中希望刺激骨生长以加速恢复，例如当受伤的运动员希望迅速返回她的运动时。其它用于刺激骨生长的动机在于减少慢性疼痛、改善运动机能和避免未来的并发症。因此，个体存在对刺激骨生长的需求。可通过各种手段刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制。一种这样用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制的手段是使电流从骨通过。例如，当融合患者脊柱中的椎骨时，已使用各种手段来刺激骨生长。例如，一些刺激器包括嵌埋在嫁接于患者背部的包含要融合的椎骨的区域的骨碎片中的电极丝。向电极施加直流或交流电流，以刺激骨生长并且融合碎片和邻接的椎骨。为了在容许患者活动的同时容许长时间施加电流，发电机与电极丝连接并且植入患者脊柱附近的皮肤和肌肉之间。该发电机长时间(例如，六个月或以上)提供连续的低电流直流电(例如，20-100μA)。在椎骨融合之后，通过外科手术取出发电机和引线。尽管这些嵌埋的电极通常有效，但电极丝容易失效，从而需要另外的外科手术来修复它们。此外，电极丝的安设不精确，从而允许一部分电流从不需要并且电流会潜在地产生副作用的组织和骨区域通过。此外，由于不精确的安设或未靠近目标区域，必须向电极提供比在效果最佳的情况下所需的能量多的能量。因此，存在与诸如这些的装置相关的多个缺点和潜在问题。尽管少量机械加载会刺激生长，但通常希望限制正被融合的骨或骨碎片之间的移动。存在多种用于限制骨移动的已知装置。在这些之中，用于限制骨移动的装置是板、杆和螺钉。板和杆典型地通过安装在正被融合的骨中的螺钉保持在适当位置。图1示出被驱动到椎骨12中以使椎骨保持不动的螺钉(总体上由10表示)。如上所述，螺钉10用于将杆14和/或板(未示出)附接到椎骨上以在椎骨融合时将它们保持在适当位置。尽管这些螺钉10对于它们的预期目的而言工作良好，但它们仅提供机械固定，而不提供其它潜在的益处，例如有利于该区域的电刺激，并且不适应变化的组织环境。此外，对于这些常规螺钉，不希望的并发症可包括随着时间推移而松动；容易拔出；容易感染；并且对退化的骨质疏松的或受损的骨头不起作用。此外，如果利用常规螺钉向骨施加电刺激，则螺钉10不会将治疗性刺激和骨生长集中于最希望和/或最需要的解剖区域。相反，它们会潜在地向不需要电流并且电流会潜在地产生副作用的组织和骨头区域传导电流。因此，存在与常规螺钉相关的诸如这些的缺点和潜在问题。除了电场在骨头形成中的明确作用之外，电场还在帮助神经和脊髓损伤的痊愈和康复方面显示出广阔的前景。利用电流刺激组织痊愈已在动物模型中被证实为有效并且目前正通过实验在受试人中尝试。此外，已知脊髓和神经根损伤引起抵抗治疗的相关的衰弱性疼痛综合症。这些疼痛综合症也已显示出利用脉冲电刺激的改善。考虑到这些发现，设想提供从骨头结构和相邻组织(例如，神经组织)通过的特定的和有界限的电场的系统和/或装置将有利于增强从脊髓和神经损伤的恢复，包括改进的功能性成果、更好的伤口痊愈和更高水平的疼痛控制。在U.S.3,918,440中，Kraus教导了将交流电(A.C.)用于辅助骨头损伤的痊愈。A.C.电流具备多个缺点。A.C.电流依赖于复杂的电源。此外，更难预测和控制A.C.电流在体内的空间分布，因为电流可流经电阻路径和电容路径两者。总的来说，D.C.电流代替A.C.电流引起系统简化和提高靶向治疗体内的特定目标区域的精度，同时避免了周围组织的并行损伤。D.C.电流的潜在的有利之处在于电池可提供所需的能量。然而，至关重要的是，适当地确定为D.C.刺激系统供电的电池的尺寸，以防止计划治疗的提前中断。事实上，工程权衡至少包括电池尺寸、电压、安培小时、自放电率、成本和形状因素。显然，需要一种最佳地节约电力并且允许骨生长和组织痊愈的刺激的D.C.刺激系统。更小、成本更低的电池将带来增加的患者活动性和舒适性。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的系统，其中该系统对D.C.电流流动施加空间和时间两种控制。该系统包括D.C.电池和用于将电池的正极端子与螺钉连接的装置，所述螺钉插入到身体的需要骨生长、组织痊愈或疼痛控制的部分中，由此将电流引导到目标区域。此外，该系统包括将离开身体的电流引导到电池的负极端子的装置，并包括根据预定计划可控制地调节电流的工作周期的控制装置。在一个方面，提供了一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的螺钉。该螺钉总体上包括细长的螺钉杆、外表面和形成在螺钉杆的外表面上并且沿螺钉杆的长度的至少一部分延伸的螺纹，所述螺钉杆具有在相对端部之间延伸的长度。该螺钉杆还具有沿长度的至少一部分延伸的绝缘涂层。该螺钉还包括用于接合螺钉以使螺钉转动并由此将它驱动到骨头中的邻近螺钉杆的一个端部的头部，并包括用于将电流传送通过螺钉杆的可与螺钉杆电连接的导电体。螺钉杆的第一部分处的绝缘涂层的厚度大于螺钉杆的第二部分处的绝缘涂层的厚度。在另一方面，提供了一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的装置。该装置总体上包括电源和多个电极。多个电极与电源电连接，所述电极中的至少一个电极具有适合于旋拧到患者体内的末端和沿其长度的至少一部分延伸的绝缘涂层。电极的第一部分处的绝缘涂层足够厚以基本上防止了电流流动，而电极的第二部分处的绝缘涂层足够薄以基本上允许电流流动。在又一方面，提供了一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的方法。该方法总体上包括：将第一和第二电极插入患者体内，其中第二电极在距第一电极预定距离处插入，以及向第一电极和第二电极中的至少一者施加电流。第一电极的第二部分处的绝缘涂层的厚度大于第一电极的第一部分处的绝缘涂层的厚度，并且第二电极的第二部分处的绝缘涂层的厚度大于第二电极的第一部分处的绝缘涂层的厚度，以使得电流在第一电极的第一部分与第二电极的第一部分之间从患者体内通过。在另一方面，提供了一种生产电极的方法。该方法总体上包括形成电极，其中电极的第二部分处的绝缘涂层的厚度大于电极的第一部分处的绝缘涂层的厚度。该方法包括金属电极在浸浴中的受控浸入、电荷或电流的施加和金属电极从浸浴的受控取出。可控制浸入深度、浸入取向、浸入时间、浸入速度、浸浴成分、电荷极性、电荷幅值、取出速度和取出距离以便实现电极表面上的绝缘涂层的特定厚度。在另一实施例中，电极的一部分长度可被均匀地涂覆成使得绝缘涂层的厚度在绝缘涂层的全部长度上相同。电极的被涂覆区域的相对长度因此可在电极的长度的50％至95％之间变化。在该特定实施例中，可采用一种方法在电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的螺钉，包括：细长的螺钉杆，所述螺钉杆具有在相对端部之间延伸的长度、外表面和形成在所述螺钉杆的外表面上并沿所述螺钉杆的长度的至少一部分延伸的螺纹，所述螺钉杆具有沿所述螺钉杆的长度的至少一部分延伸的绝缘涂层；邻近所述螺钉杆的一个端部的头部，所述头部用于接合所述螺钉以使所述螺钉转动并由此将它驱动到骨内；和导电体，所述导电体能与所述螺钉杆电连接以用于将电流传送通过所述螺钉杆，其中，所述螺钉杆的第一部分处的绝缘涂层的厚度大于所述螺钉杆的第二部分处的绝缘涂层的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 US 14/212,6481.一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的螺钉，包括：细长的螺钉杆，所述螺钉杆具有在相对端部之间延伸的长度、外表面和形成在所述螺钉杆的外表面上并沿所述螺钉杆的长度的至少一部分延伸的螺纹，所述螺钉杆具有沿所述螺钉杆的长度的至少一部分延伸的绝缘涂层；邻近所述螺钉杆的一个端部的头部，所述头部用于接合所述螺钉以使所述螺钉转动并由此将它驱动到骨内；和导电体，所述导电体能与所述螺钉杆电连接以用于将电流传送通过所述螺钉杆，其中，所述螺钉杆的第一部分处的绝缘涂层的厚度大于所述螺钉杆的第二部分处的绝缘涂层的厚度。2.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述螺钉杆的长度线性地减小。3.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述螺钉杆的长度指数地减小。4.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉杆的第三部分处的绝缘涂层的厚度与所述螺钉杆的第一部分处的绝缘涂层的厚度相同。5.根据权利要求4所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层从所述螺钉杆的第一部分到所述螺钉杆的第三部分具有恒定厚度。6.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层邻近所述螺钉杆的两个相对端部布置，并且所述绝缘涂层不覆盖位于所述螺钉杆的所述两个相对端部之间的中间部分。7.根据权利要求6所述的螺钉，其特征在于，所述第一部分布置在所述螺钉杆的相对端部中的第一端处，所述第二部分邻近所述螺钉杆的中间部分布置，并且所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述螺钉杆的长度减小。8.根据权利要求7所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述螺钉杆的长度线性地减小。9.根据权利要求7所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述螺钉杆的长度指数地减小。10.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述绝缘涂层在所述螺钉杆的长度的约50％与所述螺钉杆的长度的约95％之间延伸。11.一种用于刺激骨生长、组织痊愈和疼痛控制中的至少一者的装置，包括：电源；和与所述电源电连接的多个电极，所述电极中的至少一个电极具有适合于旋拧到患者体内的末端和沿所述至少一个电极的长度的至少一部分延伸的绝缘涂层，其中，所述至少一个电极的第一部分处的绝缘涂层的厚度大于所述至少一个电极的第二部分处的绝缘涂层的厚度。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述至少一个电极的长度线性地减小。13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述至少一个电极的长度指数地减小。14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述至少一个电极的第三部分处的绝缘涂层的厚度与所述至少一个电极的第一部分处的绝缘涂层的厚度相同。15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述绝缘涂层从所述至少一个电极的第一部分到所述至少一个电极的第三部分具有恒定厚度，并且所述绝缘涂层的厚度从所述第一部分到所述第二部分沿所述至少一个电极的长度线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·卢特哈特，D·W·莫兰，M·R·麦克尤恩，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：美国;US