神经调节技术制造技术

本公开的主题大体涉及用于组织(例如器官)的神经调节的技术，其包括将能量(例如超声能量)施加到组织中以在神经元和非神经元细胞之间的突触处引起改变的活性。在一个实施方式中，施加能量以引起竞争或相反效应，用于双向控制生理过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】神经调节技术
本文公开的主题涉及神经调节，并且更具体地涉及利用从能量源施加的能量来调节生理反应的技术。
技术介绍
神经调节已被用于治疗多种临床病情。例如，沿脊髓各个部位的电刺激已用于治疗慢性背痛。此类治疗可以通过可植入装置来执行，该可植入装置定期产生电能，该电能被施加到组织上以激活某些神经纤维，进而可能导致疼痛感降低。在脊髓刺激的情况下，刺激电极通常位于硬膜外腔中，尽管脉冲发生器可以定位成稍微远离电极，例如在腹部或臀区域，但是通过导线连接到电极。在其它实施方式中，深脑刺激可用于刺激大脑的特定区域以治疗运动障碍，并且刺激位置可通过神经成像来引导。此种中枢神经系统刺激通常针对局部神经或脑细胞功能，并由传递电脉冲并位于靶神经处或附近的电极介导。然而，将电极定位在靶神经处或附近具有挑战性。例如，此类技术可能涉及通过外科手术放置传递能量的电极。此外，通过神经调节靶向特定组织具有挑战性。位于特定靶神经处或附近的电极通过触发神经纤维中的动作电位来介导神经调节，进而导致神经递质在神经突触处释放并与下一条神经进行突触通讯。这种传播可能会导致比预期相对更大或更分散的生理效应，因为目前植入电极的实现同时刺激了许多神经或轴突。由于神经通路复杂且相互联系，因此更具针对性的调节作用可能在临床上更有用。
技术实现思路
下面概括了范围与原始要求保护的主题相对应的某些实施方式。这些实施方式不旨在限制要求保护的主题的范围，而是这些实施方式仅旨在提供可能实施方式的简要概述。实际上，本专利技术可以涵盖可以与以下阐述的实施方式相似或不同的多种形式。在一个实施方式中，提供了一种调节系统。该系统包括至少一个能量施加装置；和控制器，其被配置为将至少一个能量施加装置聚焦(focuson，集中)在第一组织的第一目标区域(regionofinterest，感兴趣区域)上，第一组织包含相应(respective，各自，各个)神经元的第一多个轴突末端，多个轴突末端中的一个或多个在各个(individual，各自)轴突末端与相应的非神经元细胞之间形成突触，其中第一目标区域包含第一多个轴突末端的第一子集；可调地控制至少一个能量施加装置以将第一能量施加至第一目标区域以选择性地调节第一目标分子；将至少一个能量施加装置聚焦于第二目标区域，其中第二目标区域包含轴突末端的第二子集；和可调地控制至少一个能量施加装置以将第二能量施加至第二目标区域以选择性地调节第一目标分子或第二目标分子。在另一个实施方式中，提供了一种调节系统，其包括至少一个能量施加装置，该至少一个能量施加装置被配置为将能量施加至受试者中第一组织的第一目标区域和受试者中第二组织的第二目标区域，第一组织包含相应神经元的多个轴突末端，轴突末端在各个轴突末端和相应的非神经元细胞之间形成突触。所述系统还包括控制器，该控制器被配置为在空间上选择(spatiallyselect，空间选择，空间地选择)第一组织的第一目标区域和第二组织中的第二目标区域；将能量聚焦在第一目标区域和第二目标区域上；和可调地控制经由至少一个能量施加装置将能量施加至第一目标区域，以诱导突触子集的优先激活，该子集位于第一目标区域中，以引起第一分子的第一分子浓度改变，以及控制经由至少一个能量施加装置将能量施加至第二目标区域，以引起第二分子的第二分子浓度改变。在另一实施方式中，提供了一种调节系统，其包括被配置为将能量施加到受试者中胰腺的目标区域的能量施加装置，目标区域为包含神经元细胞和相应的非神经元细胞之间的突触的胰腺的子区域。该系统还包括控制器，该控制器被配置为在空间上选择胰腺的目标区域；将能量聚焦在目标区域上；和可调地控制经由能量施加装置将能量施加到胰腺的目标区域，以在目标区域中的神经元细胞和非神经元细胞之间的突触处诱导优先激活，以选择性地调节或引起一种或多种目标分子的浓度的变化。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，其中，在整个附图中，相同的字符代表相同的部件，其中：图1是根据本公开实施方式的使用脉冲发生器的神经调节系统的示意图；图2是根据本公开实施方式的神经调节系统的框图；图3是根据本公开实施方式的运行中的超声波能量施加装置的示意图；图4A是根据本公开实施方式的脾脏的超声可视化，其可用作空间信息以聚焦于脾脏中的目标区域；图4B是根据本公开实施方式的肝脏的超声可视化，其可以用作空间信息以聚焦于肝脏中的目标区域；图5是根据本公开实施方式的神经调节技术的流程图；图6是配置为体外装置并包括超声换能器的能量施加装置的示意图；图7是配置为施加高强度聚焦超声的能量施加装置和脉冲发生器的示意图；图8是可以与图7的系统结合使用的能量施加装置的实例；图9是用于达到目标生理结果的超声能量施加用实验设置的示意图；图10是超声能量施加的实验时间线；图11显示了施加的超声能量脉冲的脉冲特性；图12示出了水听器测量设置；图13显示了x-y平面中超声压力场的实例；图14显示了LPS注射的实验工作流程，用于生成炎症和/或高血糖/高胰岛素血症和超声治疗的模型；图15A是宽迷走神经刺激的示意图；图15B是基于靶器官的周围神经调节的示意图；图16A是向大鼠脾脏施加超声能量的实验时间线；图16B显示了在向大鼠脾脏施加不同超声能量水平时的脾脏去甲肾上腺素、乙酰胆碱和TNF-α，所施加的超声能量水平显示为超声压力MPa；图16C显示了与图16B相同条件下TNF-α的循环浓度；图16D显示了与图16B相同条件下的脾脏IL-1α浓度；图16E显示了相对于对照，诱导的脾脏TNFα浓度变化的响应时间；图16F显示了大鼠脾脏的2D超声图像，其用于聚焦超声刺激以在空间上选择脾靶；图16G显示了一项研究的时间线，该研究设计用于测量刺激对胆碱能抗炎途径激活作用的持续时间；图16H显示了保护性超声治疗后脾脏TNF-α的浓度；图16I显示了由脾脏超声调节引起的活化/磷酸化的激酶的浓度；图16J显示了示例性超声猝发持续时间以及使用替代超声刺激参数对超声刺激的脾脏(LPS注射后)中去甲肾上腺素(NE)、乙酰胆碱(ACh)和组织坏死因子α(TNF-α)浓度的影响；图16K显示了示例性超声载波频率以及使用替代超声刺激参数对超声刺激的脾脏(LPS注射后)中去甲肾上腺素(NE)、乙酰胆碱(ACh)和组织坏死因子α(TNF-α)浓度的影响；图17A显示了与标准电极或基于植入物的迷走神经刺激(VNS)相比，脾脏超声调节对脾脏TNF-α的影响，并且存在多种抑制剂；图17B显示了在有和没有BTX或外科迷走神经切断术作用的情况下超声刺激LPS治疗的啮齿动物后，α-金环蛇毒素对(左)去甲肾上腺素(NE)和(右)TNF-α的脾脏浓度的影响；图17C显示了比较VNS(在几种刺激强度和频率下)与脾脏超声刺激(在0.83MPa下)对心率的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节系统，包括：/n至少一个能量施加装置；和/n控制器，所述控制器被配置为：/n将所述至少一个能量施加装置聚焦在第一组织的第一目标区域上，所述第一组织包含相应神经元的第一多个轴突末端，所述多个轴突末端中的一个或多个在各个轴突末端和相应的非神经元细胞之间形成突触，其中，所述第一目标区域包含所述第一多个轴突末端的第一子集；/n可调地控制所述至少一个能量施加装置以将第一能量施加至所述第一目标区域以选择性地调节第一目标分子；/n将所述至少一个能量施加装置聚焦在第二目标区域上，其中，所述第二目标区域包含轴突末端的第二子集；和/n可调地控制所述至少一个能量施加装置以将第二能量施加至所述第二目标区域以选择性地调节所述第一目标分子或第二目标分子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180309 US 62/641,0501.一种调节系统，包括：
至少一个能量施加装置；和
控制器，所述控制器被配置为：
将所述至少一个能量施加装置聚焦在第一组织的第一目标区域上，所述第一组织包含相应神经元的第一多个轴突末端，所述多个轴突末端中的一个或多个在各个轴突末端和相应的非神经元细胞之间形成突触，其中，所述第一目标区域包含所述第一多个轴突末端的第一子集；
可调地控制所述至少一个能量施加装置以将第一能量施加至所述第一目标区域以选择性地调节第一目标分子；
将所述至少一个能量施加装置聚焦在第二目标区域上，其中，所述第二目标区域包含轴突末端的第二子集；和
可调地控制所述至少一个能量施加装置以将第二能量施加至所述第二目标区域以选择性地调节所述第一目标分子或第二目标分子。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器包括：
处理器；和
存储器，所述存储器存储指令，所述指令被配置为由所述处理器执行以在空间上选择所述第一目标区域和所述第二目标区域、将所述能量聚焦在所述第一目标区域和所述第二目标区域上、或控制所述能量的施加、或它们的组合。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为从评估装置接收指示第一分子浓度、第二分子浓度或两者的输入。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述评估装置是血糖监测仪。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一目标区域在第一器官中，并且所述第二目标区域在不同于所述第一器官的第二器官中。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一器官是胰腺并且所述第二器官是肝脏。


7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一器官是胰腺并且所述第二器官是胃肠组织。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，第一分子经由所述第一能量或所述第二能量的选择性调节包括：引起所述第一分子的特性的变化或引起第一分子浓度相对于在将能量施加到所述第一目标区域、所述第二目标区域或两者之前的基线浓度的变化。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，第二分子经由所述第二能量的选择性调节包括：引起所述第二分子的特性的变化或引起第二分子浓度相对于在将能量施加到所述第二目标区域之前的基线浓度的变化。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一分子浓度是葡萄糖浓度，并且所述第二分子浓度是胰岛素浓度。


11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述葡萄糖浓度是血糖浓度，并且所述胰岛素浓度是胰腺组织胰岛素浓度。


12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一分子浓度是葡萄糖浓度，并且所述第二分子浓度是GLP-1浓度。


13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述葡萄糖浓度是血糖浓度并且所述GLP-1浓度是下丘脑GLP-1浓度。


14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一分子的选择性调节包括葡萄糖浓度的变化并且所述第二分子的选择性调节包括GLUT2浓度、磷酸化、易位或它们的组合的变化。


15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述葡萄糖浓度是血糖浓度并且所述GLUT2浓度是胰腺组织GLUT2浓度。


16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一目标分子不同于所述第二目标分子。


17.根据权利要求1所述的系统，其中，第一分子或第二分子中的一种或两者的选择性调节包括引起循环浓度的变化。


18.根据权利要求1所述的系统，其中，经由所述第一能量选择性地调节第一分子包括引起胰腺胰高血糖素浓度的变化，并且其中，经由所述第二能量选择性地调节第二分子包括引起循环胰高血糖素浓度的变化。


19.根据权利要求1所述的系统，其中，第一分子是葡萄糖或胰岛素。


20.根据权利要求1所述的系统，其中，选择性地调节第一分子或第二分子中的一种或两者包括：将所述第一分子的浓度或所述第二分子的浓度维持在预定范围内。


21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器包括：
处理器；和
存储器，所述存储器存储指令，所述指令被配置为由所述处理器执行以确定所述第一分子的浓度、所述第二分子的浓度或两者在所述预定范围外，并且基于所述确定来控制所述第一能量、所述第二能量或两者的施加。


22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器被配置为可调地控制所述第一能量和所述第二能量的施加，以将所述第一分子的浓度、所述第二分子的浓度或两者维持在预定范围内。


23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述预定范围为70mg/dL-110mg/dL。


24.根据权利要求20所述的系统，其中，所述预定范围是受试者的正常血糖范围。


25.根据权利要求20所述的系统，其中，所述控制器被配置为可调地控制所述第一能量或所述第二能量的施加，以维持第一分子浓度或第二分子浓度中的一种或两者的动态平衡。


26.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制将所述第一能量施加到所述第一目标区域以及将所述第二能量施加到所述第二目标区域，使得将所述第一能量施加到所述第一目标区域与将所述第二能量施加到所述第二目标区域不同步。


27.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制将所述第一能量施加到所述第一目标区域和将所述第二能量施加到所述第二目标区域是同时施加的。


28.根据权利要求1所述的系统，其中，被配置为由所述处理器执行以引起所述至少一个能量施加装置施加所述第一能量或所述第二能量的所述指令包括一组调节参数。


29.根据权利要求28所述的系统，其中，选择所述调节参数以实现所述第一目标区域或所述第二目标区域中的超声刺激的时间平均强度等于或小于预定阈值。


30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器被配置为使所述至少一个能量施加装置根据调节参数施加所述第一能量或所述第二能量，并且基于从用户或评估装置接收的指示第一分子的浓度、第二分子的浓度或两者的反馈来动态地调整所述调节参数中的一个或多个。


31.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置是超声探头，并且其中，所述控制器被配置为使所述超声探头以成像模式操作，所述成像模式被配置为在施加所述第一能量或所述第二能量之前获取所述第一组织和/或第二组织的参考图像数据，并且在施加所述第一能量或所述第二能量之后获取所述第一组织和/或第二组织的治疗后图像数据。


32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述参考图像数据和所述治疗后图像数据的比较来确定所述第一组织和/或所述第二组织的位移测量值。


33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述位移测量值来修改所述第一能量或所述第二能量的调节参数。


34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述位移测量值低于与第一分子浓度变化相关的阈值位移来修改所述第一能量或所述第二能量的调节参数。


35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述位移测量值低于与第二分子浓度变化相关的阈值位移来修改所述第二能量的调节参数。


36.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置包括超声换能器。


37.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置包括被配置为施加所述第一能量和所述第二能量的第一超声换能器以及被配置为获取所述第一目标区域和/或所述第二目标区域的空间信息的第二超声换能器。


38.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过识别神经或血管进入所述第一组织的部位来在空间上选择所述第一目标区域，并且其中，所述第一目标区域至少部分地与进入部位重叠。


39.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过器官形态在空间上选择所述第一目标区域。


40.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一目标区域占所述第一组织的总体积的5％或更少。


41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述第二目标区域占第二组织的总体积的5％或更少。


42.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置包括机械振动器。


43.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置不将能量施加至所述第一组织的所述第一目标区域之外的部分。


44.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个能量施加装置不将能量施加至第二组织的所述第二目标区域之外的部分。


45.一种调节系统，包括：
至少一个能量施加装置，所述至少一个能量施加装置被配置为将能量施加至受试者的第一组织的第一目标区域和所述受试者的第二组织的第二目标区域，所述第一组织包含相应神经元的多个轴突末端，所述轴突末端在各个轴突末端和相应的非神经元细胞之间形成突触；和
控制器，所述控制器被配置为：
在空间上选择所述第一组织的第一目标区域和所述第二组织中的所述第二目标区域；
将能量聚焦在所述第一目标区域和所述第二目标区域上；和
可调地控制经由所述至少一个能量施加装置将能量施加至所述第一目标区域以诱导所述突触的子集的优先激活，所述子集位于所述第一目标区域中，以使第一分子的第一分子浓度变化；和控制经由所述至少一个能量施加装置将能量施加至所述第二目标区域，以使第二分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·迈克尔·普莱奥，维多利亚·尤金妮亚·科特罗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US