用于有效的侵入式两级神经元刺激的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于刺激神经元的设备，其包含可植入患者体内的、具有多个用于通过刺激元素刺激患者大脑和/或脊髓中的神经元的刺激元件的刺激单元，以及控制单元，其在第一时间区段中和跟随第一时间区段的第二时间区段中以不同的刺激模式运行刺激单元，其中，控制单元在第一时间区段的至少75％的时长中以第一刺激模式如此控制刺激单元，使刺激元件重复地生成刺激元素的序列，并且刺激元件在序列中产生刺激元素的顺序对最多5个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，控制单元在第二时间区段的至少75％的时长中以第二刺激模式如此控制刺激单元，使刺激元件重复地生成刺激元素的序列，并且刺激元件在序列中产生刺激元素的顺序对最多25个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，并且其中，第一刺激模式中的刺激元素的强度小于或等于设定的刺激元素强度，并且第二刺激模式中的刺激元素的强度为至少1.3倍的设定刺激元素强度。

Apparatus and method for effective invasive two level neuron stimulation

The invention relates to a device for stimulating neurons including an irritation unit with a plurality of stimulant elements used to stimulate a patient's brain and / or a neuron in the spinal cord through an irritation element, and a control unit in the first time section and the second time zone following the first time section. In the segment, the stimulus unit is run in a different stimulus mode, in which the control unit controls the stimulus unit with the first stimulus mode at least 75% of the first time section, making the stimulus element repeatedly generating the sequence of the stimulus elements, and the stimulus element produces the stimulus elements in the sequence of up to 5 each other. The sequentially generated sequences are constant and then change, and the control unit controls the stimulus unit with the second stimulus mode at least 75% of the time length of the second time section, making the stimulus element repeatedly generating the sequence of the stimulus elements, and the order of the stimulus elements in the sequence to generate the most 25 each other one after another. The sequence is constant and then changes, in which the intensity of the stimulus element in the first stimulus mode is less than or equal to the intensity of the set stimulus element, and the intensity of the stimulus element in the second stimulus mode is at least 1.3 times the intensity of the stimulus element.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于有效的侵入式两级神经元刺激的设备和方法
本专利技术涉及一种用于借助变化的刺激元素序列的有效的侵入式两级神经元刺激的设备和方法。
技术介绍
在具有神经性或精神性疾病、例如帕金森氏症、特发性震颤、癫痫、中风后的功能性障碍、张力障碍或强迫症的患者中，在大脑特定区域中的、例如丘脑和基底核中的神经元组织病理性地、例如过于同步地活动。此情况下，大量神经元同步地形成动作电位，也就是说，涉及的神经元过于同步地兴奋。与此不同，在健康状态下，在此大脑区域中的神经元与其兴奋方式有质的不同，例如以不相关的方式进行。在帕金森氏症中，病理性同步活动改变其他脑部区域中、例如大脑皮层、如初级运动皮层中的神经元活动。在此，丘脑和基底核区域中的病理性同步活动将其周期强加于大脑皮层区域，从而最终由此区域控制的肌肉进行病理性活动，例如周期性颤抖(震颤)。为了治疗使用药物不足以治愈的帕金森患者，使用深度脑刺激。在此，将深度电极植入特定的脑部区域中，例如底丘脑核中。为了缓解症状，通过深度电极实施电学刺激。在用于治疗帕金森氏症的标准高频刺激中，实施频率为100Hz以上的所谓的高频持续刺激。此治疗种类不具有长期持续的治疗效果(参见P.Temperli,J.Ghika,J.-G.Villemure,P.Burkhard,J.Bogousslavsky和F.Vingerhoets所著的HowdoparkinsoniansignsreturnafterdiscontinuationofsubthalamicDBS(丘脑下DBS中止后帕金森症状如何恢复)？刊登于Neurology60,78(2003))。少量的刺激电流能够实现“协调复位”(“CoordinatedReset”)刺激(CR刺激)，并且此刺激可具有长期持续的治疗效果(参见P.A.TASS,L.Qin,C.Hauptmann,S.Doveros,E.Bezard,T.Boraud,W.G.Meissner所著的Coordinatedresetneuromodulationhassustainedafter-effectsinparkinsonianmonkeys(协调复位神经调节对帕金森症的猴子具有持续的后续效果)，刊登于AnnalsofNeurology72,816-820(2012)；I.Adamchic,C.Hauptmann,U.B.Barnikol,N.Pawelcyk,O.V.Popovych,T.Barnikol,A.Silchenko,J.Volkmann,G.Deuschl,W.Meissner,M.Maarouf,V.Sturm,H.-J.Freund,P.A.Tass所著的CoordinatedResetHasLastingAftereffectsinPatientswithParkinson'sDisease(协调复位对具有帕金森症的患者具有持续的后续效果)，刊登于MovementDisorders29,1679(2014))。针对其他疾病中，例如针对药物不足以治疗的癫痫，除了深度电极以外，还植入其他例如硬膜下的或硬膜上的电极。针对其他疾病，例如慢性疼痛综合症，通常不仅借助大脑中的深度电极、而且还借助例如硬膜上的电极来刺激脊髓。与CR刺激不同，多数其他刺激类型不具有长期持续的治疗效果。也可通过借助光、例如通过植入的光导体直接刺激脑部组织或脊髓获取治疗效果。在此，也可使用不同的空间-时间上的刺激形式，例如CR刺激。尽管通过侵入式CR刺激的深度脑刺激实现了长期持续的治疗效果，但是，此方法具有关键的局限性。CR刺激可引起副作用，例如通过由于刺激电流的扩张而引起的对相邻组织的不希望刺激、或者通过基于结构上的原因难以避免的例如对目标区域的或甚至穿过目标区域的相邻延伸的纤维通道和/或纤维的同时刺激。此类情况可例如由于电极植入时设定的目标点与其他的、对其刺激引起副作用的组织结构的在结构上紧密相邻的特征、由于特定的独立的结构上的边缘条件(例如针对在植入电极时必须注意保护的血管位置)或者也可由于次优选的或甚至错误的电极植入导致。只有在刺激强度降低到使希望的效果以不足够的程度或根本不再出现时，才能使由于不适当定位的电极引起的副作用消失。类似地，不充足的刺激效果无法通过任意地剧烈增强刺激强度来补偿，因为通常会由此引起副作用或甚至对组织的伤害。必要时，必须将错误定位的电极或其他刺激部件重新植入，从而使其植入得使治疗有效。重新植入总是与风险相连，例如，伤害血管的危险或感染引起的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于刺激神经元的设备及方法，尽管在降低刺激元素强度和不显著提高刺激时长的条件下，通过此设备和方法也能获得可靠的治疗效果。根据本专利技术的目的通过独立权利要求的特征实现。本专利技术有利的改进和设计方案在从属权利要求中给出。附图说明下面以举例的方式、根据附图进一步阐释本专利技术。附图中：图1示出了根据第一种设计方案的、用于抑制病理性同步并振荡的神经元活动的、并尤其用于对具有病理性同步并振荡的活动的神经元进行去同步化的设备的示意图；图2示出了从第一刺激模式到第二刺激模式的分级过渡的示意图；图3A示出了具有快速变化的刺激元素序列的CR刺激的示意图；图3B示出了具有缓慢变化的刺激元素序列的CR刺激的示意图；图4示出了根据第二种设计方案的、用于抑制病理性同步并振荡的神经元活动的、并尤其用于对具有病理性同步并振荡的活动的神经元进行去同步化的设备的示意图；图5示出了用于对具有病理性同步并振荡的神经元活动的神经元进行电刺激的设备的示意图；并且图6至9示出了对不同的CR刺激的仿真结果的图表。具体实施方式图1示出了用于刺激具有病理性同步或振荡的神经元运动的神经元的设备1的示意图。设备1由控制单元10和具有多个刺激元件的刺激单元11组成。在图1中例如示出了四个刺激元件12，13，14和15。但是，刺激单元11当然也可以具有其他数量的刺激元件，例如2个、3个、5个、6个等。在电刺激的情况下，刺激元件12至15可例如为一个或多个用于施加电刺激元素的电极的刺激接触面。如果光学地刺激，则例如光导体可作为刺激元件12至15使用，从而通过光刺激元素来刺激希望位置上的神经元组织。在设备1运行期间，控制单元10进行对刺激单元11的控制。为此，控制单元10产生控制信号21，其由刺激单元11接收。刺激单元11通过手术植入患者的身体中并根据控制信号21产生刺激元素22，尤其电的和/或光学的刺激元素22，其输送给患者的大脑和/或脊髓30。刺激元素22设计用于在到达患者时抑制病理性同步或振荡的神经元活动，并尤其使具有病理性的同步并且振荡的活动的神经元去同步化。控制单元10可为非植入单元，也就是说，在设备1的运行期间，其处于患者体外并且不通过手术植入患者体内。设备1和另外的、下面参照图4描述的设备2可尤其用于治疗神经性和精神性疾病，例如帕金森氏症、特发性震颤、由于多发性硬化引起的震颤以及其他病理性震颤、张力障碍、癫痫、抑郁、运动障碍、小脑疾病、强迫症、痴呆症、阿尔茨海默症、图雷特综合症、自闭症、中风后的功能性障碍、痉挛、耳鸣、睡眠障碍、精神分裂症、肠易激综合症、物质依赖、边缘型人格障碍、注意力缺乏症、注意力不足多动症、病理性赌博、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于刺激神经元(31)的设备(1；2)，其包含‑能够植入患者体内的刺激单元(11)，所述刺激单元具有多个用于通过刺激元素(22)刺激患者大脑和/或脊髓(30)中的神经元(31)的刺激元件(12‑15)，和‑控制单元(10)，其在第一时间区段中和跟随在第一时间区段之后的第二时间区段中以不同的刺激模式运行所述刺激单元(11)，其中，‑所述控制单元(10)在所述第一时间区段的至少75％的时长中以第一刺激模式控制所述刺激单元(11)，使所述刺激元件(12‑15)重复地生成所述刺激元素(22)的序列，并且所述刺激元件(12‑15)在序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多5个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，‑所述控制单元(10)在所述第二时间区段的至少75％的时长中以第二刺激模式控制所述刺激单元(11)，使所述刺激元件(12‑15)重复地生成所述刺激元素(22)的序列，并且所述刺激元件(12‑15)在序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多25个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，并且‑其中，所述第一刺激模式中的所述刺激元素(22)的强度小于或等于预先设定的刺激元素强度，并且所述第二刺激模式中的所述刺激元素(22)的强度为至少1.3倍的预先设定的刺激元素强度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.22 DE 102015109988.81.一种用于刺激神经元(31)的设备(1；2)，其包含-能够植入患者体内的刺激单元(11)，所述刺激单元具有多个用于通过刺激元素(22)刺激患者大脑和/或脊髓(30)中的神经元(31)的刺激元件(12-15)，和-控制单元(10)，其在第一时间区段中和跟随在第一时间区段之后的第二时间区段中以不同的刺激模式运行所述刺激单元(11)，其中，-所述控制单元(10)在所述第一时间区段的至少75％的时长中以第一刺激模式控制所述刺激单元(11)，使所述刺激元件(12-15)重复地生成所述刺激元素(22)的序列，并且所述刺激元件(12-15)在序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多5个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，-所述控制单元(10)在所述第二时间区段的至少75％的时长中以第二刺激模式控制所述刺激单元(11)，使所述刺激元件(12-15)重复地生成所述刺激元素(22)的序列，并且所述刺激元件(12-15)在序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多25个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化，并且-其中，所述第一刺激模式中的所述刺激元素(22)的强度小于或等于预先设定的刺激元素强度，并且所述第二刺激模式中的所述刺激元素(22)的强度为至少1.3倍的预先设定的刺激元素强度。2.根据权利要求1所述的设备(1；2)，其中，在所述第一刺激模式和/或第二刺激模式中的序列在由彼此相继的周期组成的时间栅格中产生，并且至少在其中一些周期中分别产生一个序列的所述刺激元素(22)。3.根据权利要求2所述的设备(1；2)，其中，在各个所述周期中或者刚好产生一个序列的所述刺激元素(22)，或者不产生所述刺激元素。4.根据权利要求2或3所述的设备(1；2)，其中，在n个彼此相继的周期中产生所述刺激元素(22)，并且在接下来的m个周期中不产生刺激元素，并且此形式循环进行，其中，n和m为非负整数。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1；2)，其中，多次重复此种形式，即在所述第一刺激模式中所述刺激元件(12-15)在一个序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多5个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1；2)，其中，多次重复此种形式，即在所述第二刺激模式中所述刺激元件(12-15)在一个序列中产生所述刺激元素(22)的顺序对最多25个彼此相继生成的序列恒定并在之后变化。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1；2)，其中，所述刺激元素(22)设计用于在对患者施加时通过多个所述刺激元件(12-15)对神经元(31)的病理性同步和振荡的活动进行去同步化。8.根据权利要求7所述的设备(1；2)，其中，一个周期的时长基本与神经元(31)的病理性振荡的平均周期一致。9.根据权利要求7或8所述的设备(1；2)，其中，由所述刺激元件(12-15)产生的所述刺激元素(22)在不同的时间点复位具有病理性同步并振荡的活动的受刺激的神经元(31)的多个子群体(32-35)的神经元活动相位。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1；2)，其中，所述刺激单元(11)包含L个所述刺激元件(12-15)，并且在一个相应的所述刺激元素(22)的序列中，L个所述刺激元件(12-15)中的P个产生所述刺激元素(22)，其中L≥2并且2≤P≤L。11.根据权利要求10所述的设备(1；2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·亚历山大·塔斯，玛格泰德·蔡特勒，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE