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用于治疗性肌肉刺激的器件、系统和方法技术方案

技术编号:25606766 阅读:31 留言:0更新日期:2020-09-12 00:02
本发明专利技术描述用于提供肌肉收缩刺激疗法以使用皮肤贴片或可植入刺激器来治疗多种疾病的器件、系统和方法,所述疾病包含心力衰竭、2型糖尿病和外周血管疾病,所述皮肤贴片或可植入刺激器包含多个电极、处理器、刺激电路、一或多个传感器和用于患者界面单元的程序,其中所述处理器经过编程以响应于不良生理响应的指示而控制对所述多个电极的子集和所述刺激电路的操作的选择。可通过使用所述一或多个传感器监测受试者的生理参数、通过经由所述患者界面单元程序从所述受试者导入输入或其组合来确定患者不适的所述指示。还提供用于响应于来自所述一或多个传感器的反馈和/或通过使用来自所述受试者的直接输入而自动地优化由所述刺激电路应用的刺激参数的器件、系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于治疗性肌肉刺激的器件、系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年12月18日提交的第62/607,297号美国临时专利申请的优先权,其全部内容以引用的方式并入本文中。
本申请涉及医疗器件和用于刺激腿部和其它肢体的肌肉以改善肌紧张、减少萎缩、改善2型糖尿病中的葡萄糖摄取且提供其它健康益处的方法。更具体来说,本申请涉及用于对神经组织进行电调制以在减少患者不适且改善患者安全时产生骨骼肌的肌肉收缩的器件和方法。
技术介绍
绝大多数全球健康问题源于若干共同社会趋势—越来越多的老年人口、越来越多的久坐人口和越来越多的肥胖人口。现代社会中越来越多的人并没有得到足够量的身体运动,且这种缺乏运动导致多种健康问题,包含肥胖症、非酒精性脂肪肝病、II型糖尿病、代谢综合征、心脏病、心力衰竭、中风、高血压、关节病(jointcondition)、关节炎、某些形式的癌症,以及可能许多其它非常明显的健康问题。即使有这些流行病,但不管由于时间约束、缺少动机或身体限制,许多人仍选择不运动,相信其不能或实际上不能充分地运动。骨骼肌是人体中的最大器官。在运动提供的许多益处中,一组关键益处仅仅从人体中的骨骼肌的收缩产生,所述骨骼肌尤其是下肢的大肌肉,诸如臀肌、四头肌、腘绳肌和腓肠肌。骨骼肌的收缩在骨骼系统中起许多作用,包含骨骼移动、关节稳定以及骨骼、软骨、韧带和肌腱的重塑。慢性肌肉收缩也可提高肌肉强度、持久性、神经激动(neuraldrive)、运动控制和本体感觉。另外,骨骼肌在其它器官系统的生理机能中起重要作用。举例来说,收缩骨骼肌改善心脏健康,影响体温,将血液从外周泵送到躯干,帮助淋巴液循环,减小脂肪组织量,调节代谢,且分泌称为肌肉激素(myokine)的多种蛋白质。这些肌肉激素中的一些主要影响肌肉生理机能,而其它另外影响其它组织和器官。经由分泌肌肉激素,骨骼肌与整个人体中的组织通信,所述组织如肝脏、脂肪、心脏、大脑和脉管。收缩下肢肌肉帮助有效地将血液泵送回到心脏,心脏随后通过肺动脉将血液泵送到肺部且通过主动脉泵送到人体的其余处。在现代社会中如此多人通过选择或由于身体限制过着久坐的生活的情况下,肌肉量和肌肉收缩减少。此外,许多慢性医学病症与肌肉量、肌肉强度和功能能力的减退相关联,包含1型糖尿病、2型糖尿病、肥胖症、男性的性腺功能低下症、生长激素缺乏症、甲状腺功能亢进症、神经变性病、高皮质醇症、维生素D缺乏症、骨质疏松、类风湿性关节炎、外周动脉疾病、COPD、充血性心力衰竭、晚期肾脏疾病、肝硬化、癌症和HIV。一种已经研究的引起受试者中的肌肉收缩的方法是神经肌肉电刺激(neuromuscularelectricalstimulation;NMES)。NMES涉及出于引起肌肉收缩的目的而刺激肌肉近侧或嵌入于肌肉内的神经。研究人员已发现使用NMES器件来刺激下肢肌肉的收缩可对健康产生明显积极效果。专利文献描述试图向患者提供这些益处的数个先前已知的NMES系统。举例来说,Crowe等人所著的第7,257,448号美国专利描述用于刺激如腘绳肌和四头肌的肌肉以增大卡路里消耗和改善健康的装置和方法,其中选择性地向阵列中的个别电极供能以诱发肌肉颤抖,且通过监测患者的心血管响应来控制装置的操作。所述专利确认患者疼痛和不适可限制所描述系统的效用,但并不解决如何滴定(titrate)所施加脉冲以实现足够肌肉活化而避免患者不适。VanHerk所著的第8,145,318号美国专利描述具有经由交叉开关耦合到刺激信号产生器的可选电极的阵列且包含用于检测肌肉活动的传感器的装置,所述传感器的输出可由患者使用以确认电极定位且测量肌肉组织活动。Kolen等人所著的第8,909,334号美国专利描述类似系统,其中反馈系统用于分析用以经由刺激提供疼痛抑制的电刺激点的适合性。所述专利均不解决由刺激造成的患者不适的减少或如何减少此类疼痛以改善患者依从性。Minogue等人所著的第8,209,030号美国专利描述具有一组固定大小的可更换可选择性致动的电极的服装,其中服装配置成当安置于患者的腿部上时提供可重复定位。Lee等人所著的第8,620,439号美国专利描述包含EMG传感器和其它传感器的腹肌刺激系统,其输出用于计算用于调整刺激方案的疲劳指数。Fahey所著的第8,285,381号美国专利描述肌肉刺激系统,所述肌肉刺激系统具有耦合到刺激产生器的可选电极的阵列,进一步包含提供有助于电极选择的反馈的多个传感器,从而调整刺激参数且进一步可防止非所要病症的发生,如可导致昏迷或镇静的患者的灼痛的温度热点。Fahey所著的第8,892,210号和第9,302,104号美国专利两者描述对前述专利的系统的改善,包含用于优化刺激参数和/或刺激方位的方法和装置。同样是Fahey所著的第9,126,039号美国专利描述包含开关、冷却或镇痛系统的肌肉刺激系统,由此修改患者的组织的阻抗以调整电流密度且进而减少患者不适。虽然文献中认可NMES的益处,但先前已知的系统尚未克服NMES系统在引起不利地影响患者依从性的患者不适和此类系统的广泛使用方面的公认缺点。举例来说,Giggins等人所著的标题为“神经肌肉电刺激运动:在2型糖尿病管理中作为对常规运动的替代(NeuromuscularElectricalStimulationExercise:APotentialAlternativeToConventionalExerciseInTheManagementOfType2Diabetes)”的文章,英国糖尿病杂志(BritishJournalofDiabetes),(2017)17(2):46-51描述研究的结果,其中NMES刺激用作用于患有2型糖尿病的相对健康患者的身体运动的代替,且在身体组成和空腹血糖水平中产生明显改善。然而,如文章中所指示,研究仅招募男性参与者,因为小规模测试显示超重/肥胖女性患者不能很好地耐受NMES。因此,虽然前述文章示出NMES为治疗2型糖尿病带来希望,但先前已知NMES系统的缺点已示出此类系统不适用于可得益于此类治疗的大群预期目标群体。类似地,Maffiuletti等人所著的标题为“性别和肥胖症对电流阈值的影响(EffectOfGenderAndObesityOnElectricalCurrentThresholds)”的文章,肌肉与神经(Muscle&Nerve),(2011)8:1-6描述性别和肥胖症对神经肌肉刺激的效力的影响,应注意,女性往往会在低于男性的阈值处经历疼痛和不适,且活化肌肉所需的电流阈值在肥胖受试者中比非肥胖受试者更高,且肥胖受试者往往具有减小的电流耐受性。那些发现强调先前已知肌肉刺激系统的缺点,且加强对解决此类缺陷、改善患者依从性和扩展NMES系统的目标群体的改善型NMES系统的需要。最后,Nosaka等人所著的标题为“由电刺激引起的肌肉损害(MuscleDamageInducedByElectricalStimulation)”,欧洲应用生理学杂志(EurJApplPhysiol)(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于刺激与受试者的骨骼肌中的一或多个相关联的神经组织的系统,其包括:/n多个电极;/n开关电路,其耦合到所述多个电极;/n刺激电路,其以操作方式耦合到所述开关电路;/n处理器,其以操作方式耦合到所述刺激电路和所述开关电路,所述处理器经过编程以对所述开关电路进行配置以选择用以提供对与一或多个骨骼肌相关联的神经组织的电刺激的所述多个电极的子集从而改善选自由以下组成的群组当中的病症:胰岛素抵抗、脂肪肝、肥胖症、骨关节炎、肌肉减少症、肢体无力、有氧失调、癌症、心力衰竭、慢性静脉功能不全、深静脉血栓、外周动脉疾病、淋巴水肿或高血压,其中所述处理器经过编程以对所述受试者经历的不良生理响应的指示作出响应;和/n非暂时性媒体,其含有患者界面单元程序,所述患者界面单元程序配置成用于与患者界面单元一起使用以用于控制所述处理器、开关电路和刺激电路的操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171218 US 62/607,2971.一种用于刺激与受试者的骨骼肌中的一或多个相关联的神经组织的系统,其包括:
多个电极;
开关电路,其耦合到所述多个电极;
刺激电路,其以操作方式耦合到所述开关电路;
处理器,其以操作方式耦合到所述刺激电路和所述开关电路,所述处理器经过编程以对所述开关电路进行配置以选择用以提供对与一或多个骨骼肌相关联的神经组织的电刺激的所述多个电极的子集从而改善选自由以下组成的群组当中的病症:胰岛素抵抗、脂肪肝、肥胖症、骨关节炎、肌肉减少症、肢体无力、有氧失调、癌症、心力衰竭、慢性静脉功能不全、深静脉血栓、外周动脉疾病、淋巴水肿或高血压,其中所述处理器经过编程以对所述受试者经历的不良生理响应的指示作出响应;和
非暂时性媒体,其含有患者界面单元程序,所述患者界面单元程序配置成用于与患者界面单元一起使用以用于控制所述处理器、开关电路和刺激电路的操作。


2.根据权利要求1所述的系统,其进一步包括耦合到所述处理器的传感器。


3.根据权利要求2所述的系统,其中所述传感器监测生理参数且产生输出,且所述处理器分析所述输出以确定所述不良生理响应的指示。


4.根据权利要求2所述的系统,其中所述传感器监测生理参数且产生输出,且所述处理器分析所述输出以控制所述刺激电路的操作。


5.根据权利要求4所述的系统,其中所述生理参数指示肌肉疲劳且所述处理器响应于所述输出而调整所述刺激电路的操作。


6.根据权利要求4所述的系统,其中所述传感器产生ECG信号,且所述处理器响应于所述ECG信号而通过所述刺激电路来控制对所述多个电极的所述子集的电刺激的施加。


7.根据权利要求2所述的系统,其中所述传感器选自由以下组成的群组:EMG器件、红外传感器、MMG器件、阻抗器件和生命体征监测器。


8.根据权利要求1所述的系统,其中所述患者界面单元程序提供患者输入界面,其中所述不良生理响应的指示由所述受试者经由所述患者输入界面输入。


9.根据权利要求1所述的系统,其中所述多个电极、刺激电路和处理器安装在包括具有皮肤接触表面的衬底的皮肤贴片上。


10.根据权利要求9所述的系统,其进一步包括安置于所述皮肤接触表面上的生物相容性凝胶。


11.根据权利要求9所述的系统,其中所述衬底包括包含所述多个电极的一次性部分和支撑所述开关电路、所述刺激电路和所述处理器的可再用部分,所述一次性部分和所述可再用部分配置成可拆卸地耦合在一起。


12.根据权利要求11所述的系统,其进一步包括安置于所述一次性部分上的RFID组件。


13.根据权利要求9所述的系统,其中所述多个电极以彼此间隔开的两个群组布置于所述皮肤接触表面上。


14.根据权利要求13所述的系统,其中第一群组和第二群组各自含有三到五个电极。


15.根据权利要求14所述的系统,其中所述处理器在多个电极的所述子集的选择期间改变在电刺激的施加期间在所述第一群组和所述第二群组的个别电极之间确立的电流路径。


16.根据权利要求1所述的系统,其中所述刺激电路将交流电电压施加到所述多个电极。


17.根据权利要求16所述的系统,其中所述刺激电路以50与150Hz之间的频率提供在3与35伏之间的电压下的刺激。


18.根据权利要求9所述的系统,其中所述皮肤贴片进一步包括收发器,所述处理器经过编程以控制所述收发器的操作以当智能器件正运行所述患者界面单元程序时与所述智能器件无线通信。


19.根据权利要求9所述的系统,其中所述皮肤贴片进一步包括用于从外部源无线地接收能量的电感电路。


20.根据权利要求1所述的系统,其中所述处理器经过编程以响应于所述不良生理响应的指示而自动地确定用于与所述刺激电路一起使用的刺激值的最优设置。


21.根据权利要求9所述的系统,当所述皮肤贴片应用于所述受试者的皮肤时,多个电极配置成穿透受试者的角质层。


22.根据权利要求9所述的系统,其进一步包含配置成与所述皮肤贴片间隔开地定位于所述患者上的独立传感器,所述独立传感器配置成当所述智能器件正运行所述患者界面单元程序时与所述处理器或所述智能器件通信。


23.根据权利要求9所述的系统,其中所述系统包含两个或更多个皮肤贴片,所述患者界面单元程序配置成当在所述智能器件上执行时通过所述两个或更多个皮肤贴片来协调所述电刺激的施加。


24.根据权利要求9所述的系统,其中所述衬底配置成柔性地贴合所述受试者的身体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员:丹·萨克斯奥汉·索伊肯
申请(专利权)人:丹·萨克斯奥汉·索伊肯
类型:发明
国别省市:美国;US

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