用以治疗神经系统失调的磁刺激装置与方法
【专利说明】用以治疗神经系统失调的磁刺激装置与方法
[0001]本申请主张于2012年07月30日申请的美国临时申请案61/741，872号、及于2013年03月14申请的美国临时申请案61/785，651号的优先权，并且合并这两个优先权案成为本申请案内容。
【背景技术】
[0002]目前，磁刺激装置被用于治疗脑部神经元失调，例如忧郁症，强迫症，失眠，躁郁症，癫痫或是热痉挛等。举例来说，头颅磁刺激疗法(TMS)为一非侵入性疗法，前述方法藉由电流产生短而强的脉冲，在放置于病患头部的导电线圈内传送，以产生一随时间变化的磁场，进而在病患脑部内产生涡电流。不同模形及几何形状的磁刺激器，被使用于产生不同的涡电流密度分布，使能够锁定头骨内不同深度的神经组织。虽然某些磁刺激器已经证实能够有效刺激颅脑结构内较深的神经；在许多个案中，由于提供的电流强度过大，以致产生头颅表面疼痛，造成病患不适。此外，较深层的脑部刺激的治疗区域亦较为扩散，使得锁定的神经元与非锁定的神经元一起被活化。也有一些磁刺激器可提供更集中的涡电流密度，不过，都只限于用于头颅表面附近。
[0003]目前，神经磁刺激系统的开发，是针对头颅下方神经组织提供集中的刺激加以研宄。藉由选择适当磁刺激器，可提供医生选择性地刺激某些神经群，而不至于产生过热或刺激到周边组织区域。
【发明内容】
[0004]以下叙述一种神经磁刺激系统，用于治疗神经失调的疾病(包含，但不局限于，头痛，偏头痛，忧郁症，强迫症，失眠，躁郁症，创伤后压力症候群，帕金森氏症，精神分裂症，肌张力不全症，自闭症，疼痛以及癫痫或是热痉挛)。神经磁刺激系统的一实施例包括有磁刺激器，磁刺激器具有螺旋导电线圈，其中导电线圈的每一匝(turn)包含一小于90度的的转折角。此一螺旋导电线圈的刺激器用以刺激脑部神经元及/或表皮下方的自主神经系统，因此在脑部较深的组织范围，相较于其他磁刺激器，此螺旋导电线圈的刺激器产生的涡电流的密度较大。另一实施例的神经磁刺激系统，包含一刺激器的阵列，以及选择性地包含一个或多个屏蔽组件置于每一刺激器之间，而刺激器则沿皮肤表面放置。屏蔽组件调整感应涡电流的密度分布，用以增强对锁定神经组织区域的刺激，且减少对非锁定神经组织区域的刺激。某些实施例中，磁刺激系统包含至少一磁刺激器以及一屏蔽罩。屏蔽罩包含一外表面、一内表面、一位于外表面与内表面之间的内空腔、一开口以及一与开口相交的通道；其中开口与通道贯穿整个屏蔽罩的厚度。屏蔽罩可帮助降低皮肤表面上感应的涡电流密度，使得刺激器的磁场可进入脑部较深的神经结构处感应涡电流。
[0005]神经磁刺激系统的一实施例包括有一螺旋导电线圈，以一条有若干个胆的导线组成，其中各匝的角度小于90度。匝可形成角度或是曲线形状。此螺旋导电线圈可包含一第一端及一第二端，其中第一端可用以连接一高电压源的正极端子，以及第二端可用以连接此高电压源的负极端子。螺旋导电线圈的第一端可用于连接一电流源，以及螺旋导电线圈的第二端则可用于连接一电流沉。此螺旋导电线圈可有任意数目的匝，例如，可有至少五个匝。每个匝可有一 30度的折转角度。在某些实施例中，螺旋导电线圈的匝可互相重迭，因此，由线圈的中心轴看此线圈的分布，是一星形多边形。而在某些实施例中，螺旋导电线圈刺激器的第一端及第二端，可沿着中心轴配置，并与中心轴成一直线。
[0006]为产生一神经刺激所需磁场，另一种磁刺激系统包含一个或一个以上的螺旋导电线圈，此些螺旋导电线圈有若干个匝，每个匝的折转角度小于90度，其中一螺旋导电线圈的第一端连接至一电流源，最终线圈的第二端连接至一电流沉，除此之外的各其他线圈，以串联的方式互相连接。此系统可更包含一个或一个以上的屏蔽组件，设置在每个螺旋导电线圈之间。此屏蔽组件装有流体，例如，食盐水。
[0007]磁刺激器的另一实施例包括有一第一有线回路、一邻近第一有线回路的第二有线回路、一第一恒磁环以及一外接于第二有线回路的第二恒磁环。
[0008]磁刺激器的另一实施例包含一具有若干个匝的螺旋导电线圈，所述螺旋导电线圈用以产生一涡电流密度分布，此涡电流密度分布能够活化位于超过组织表面30毫米的神经元。
[0009]又一实施例的磁刺激系统包含一具有若干个胆的螺旋导电线圈以及一屏蔽罩。螺旋导电线圈的每个匝可有一小于90度的角度。屏蔽罩可包含一外表面、一内表面、一位于外表面与内表面之间的内空腔、一开口以及一与开口相交的通道。开口与通道贯穿整个屏蔽罩的厚度，外表面及内表面可由非传导性材质组成。内表面可用以与组织表面接触。在某些实施例中，此磁刺激系统可更包含一第二螺旋导电线圈，邻近并且与第一螺旋导电线圈串联相连接。屏蔽罩可更包含一第二开口以及一第二通道，第二通道与第二开口相交，并且贯穿整个屏蔽罩的厚度。第一开口及第二开口可为圆形，并且其直径可小于螺旋导电线圈的直径，例如，该两个开口的直径可为螺旋导电线圈的直径的百分之十。第一圆形开口与第二圆形开口的间距，可小于或等于螺旋导电线圈的半径，或是大于或等于螺旋导电线圈的直径。其中一螺旋导电线圈的中心位置与第一开口的中心位置对齐，以及另一螺旋导电线圈的中心位置与第二开口的中心位置对齐。该磁刺激系统可更包含一导电流体，此导电流体置于屏蔽罩的内空腔。导电流体可随着磁场，改变其频谱特性以响应磁场。在某些实施例中，此导电流体可包含一超顺磁性混合物。例如，此超顺磁性混合物可是一磁性氧化物(M0.Fe2O3)，其中M可选自下列任意组合，此组合包含锌(Zn)，钆(Gd)，钒(V)，铁(Fe)，镍(Ni)，铜(Cu)，钴(Co)，镁(Mg)。此外，导电流体可包含一具有超顺磁性化合物悬浮的盐溶液，或者，导电流体也可包含食盐水。在某些实施例中，屏蔽罩可更包含一进入口使得流体可以流入，以及一流出口以使流体流出。进入口与流出口可受配置为与一热交换器相连接，其中热交换器用以接收并冷却由流出口流出的流体，接着将冷却流体传送至进入口。屏蔽罩的外表面与内表面可以一透明的材质制作而成，例如高密度聚乙烯，及/或聚氢乙烯，及/或聚丙烯酸。
[0010]又一实施例揭露的磁性屏蔽罩，可与不同的磁刺激器搭配使用。磁性屏蔽罩的一实施例包含一外表面、一用以接触组织的内表面、一介于外表面与内表面之间的内空腔一第一开与一第二开口，横切至少一部份介于屏蔽罩外表面与内表面间的厚度，横切至少一部份介于屏蔽罩外表面与内表面间的厚度的一第一分隔件与一第二分隔件，以及一置于屏蔽罩的内空腔内的导电流体。第一与第二分隔件可用以构成电流流经导电流体的路径，使得电流的方向具有一垂直分量，与屏蔽罩的外表面及/或内表面垂直。第一与第二分隔件可将屏蔽罩分为三个区块。在某些实施例中，至少一个区块可不与其他区块以流体方式连接，而至少一个区块可与其它至少一个区块以流体方式连接。屏蔽罩更包含一导电流体，置于其内空腔内。此导电流体用以响应磁场改变其频谱特性。这些不同的磁性屏蔽罩中，导电流体可包含一超顺磁性混合物。例如，此超顺磁性混合物可是一磁性氧化物(M0.Fe2O3)，其中M可由一组合中选择，此组合包含锌(Zn)，钆(Gd)，钒(V)，铁(Fe)，镍(Ni)，铜(Cu)，钴(Co)，镁(Mg)。导电流体可为一硫酸溶液，由一包含超顺磁性混合物的悬浮液组成，或者，导电流体包含盐溶液。在某些实施例中，屏蔽罩可更包含一进入口使得流体流入，以及一流出口使得流体流出。进入口与流出口可用以连接至一热交换器，热交换器可用以接收并冷却由流出口流出的流体，并且将冷却的流体传送至进入口。屏蔽罩的外表面与内表面可以透明的材质制成，例如高密度聚乙烯，及/或聚氢乙烯，及/或聚丙烯酸。
【附图说明】
[0011]图1A-1E揭露一种由螺旋导电线圈组成的磁刺激器。图1F描绘另一由螺旋导电线圈组成的磁刺激器，其中此线圈有若干个导圆锐角的匝。
[0012]图2A-2C揭露一具体实施例，利用单一导线制作一螺旋导电线圈组成的刺激器的方法。图2C描述一表格，列出图2A-2C所示的刺激器，其螺旋导电线圈每个匝的坐标。
[0013]图3A描绘一螺旋导电线圈刺激器内部的部分电流流动。图3B-3E为一螺旋导电线圈刺激器内部放大图，显示电流于不同区域上的流动，以及由电流流动产生的磁场方向。图3F描绘渐增的磁场线，其方向由流动于一螺旋导电线圈刺激器内部的电流引起。图3G描绘渐增的磁场线，其方向由流动于一螺旋导电线圈刺激器内部的电流引起，而此刺激器有若干个弧形的锐角的匝。
[0014]图4A-4C描绘一模拟参数表，用以建构螺旋导电线圈刺激器，感应的涡电流密度分布模型，并与8字形刺激器作一比较。图4D描绘一例可在模拟时使用的输入电流波形。图4E描绘另一例可在模拟时使用的输入电流波形。
[0015]图5A-OT描绘使用图4A-4C的参数模拟的模拟结果。
[0016]图6描绘另一磁刺激器。
[0017]图7描绘一包含恒磁环的循环刺激器所产生的涡电流密度，与一不包含恒磁环的8字形刺激器的比较。
[0018]图8A描绘一种神经磁刺激系统，包含一个或多个刺激器，以及一屏蔽组件。图SB描绘一种屏蔽组件。
[0019]图9描绘模拟参数，用以建构涡电流密度分布模型，比较由一不包含屏蔽组件的8字形刺激器形成的阵列，及由一包含屏蔽组件的8字形刺激器形成的阵列所产生的涡电流密度分布。
[0020]图10A-10H描绘使用图9的模拟参数，以不同刺激电流，由一不包含屏蔽组件的8字形刺激器形成的阵列所产生的涡电流密度分布的模拟结果。
[0021]图1IA-1IH描绘使用图9的模拟参数，以不同刺激电流，由一包含屏蔽组件的8字形刺激器形成的阵列所产生的涡电流密度分布的模拟结果。
[0022]图12描绘一针对图10A-H以及IlA-H的每一个不同的模拟设定，于不同组织部位产生的涡电流密度的总结表格。
[0023]图13A-13C描绘一种磁刺激系统，包含至少一个磁刺激器，以及一屏蔽罩。图13A为此磁刺激系统的立体图，图13B为此磁刺激系统之侧视图，以及图13C描绘将图13A的磁刺激系统设置于一头部模型上。
[0024]图14A为一种屏蔽罩的立体图。图14B为图14A的屏蔽罩的顶视图。图14C为图14A的屏蔽罩之侧视图。图14B为图14A的屏蔽罩的正视图。
[0025]图15A描绘一磁刺激过程中，屏蔽罩的一部分所感应的涡电流的模拟。
[0026]图15B描绘图15A —内部部份结构，涡电流方向的剖面图。
[0027]图16A及16B描绘不同屏蔽罩的顶视图，分别包含进入口及流出口，用以使得流体在屏蔽罩内流动。
[0028]图17A-17D描绘不同屏蔽罩的顶视图，分别有不同的开口以及通道。
[0029]图18A-18C描绘三种不同磁刺激系统之侧视图，以及模拟于头部模型的涡电流分布及密度。图18D及18E描绘以不同颅骨深度为函数的涡电流密度正规化图。
【具体实施方式】
[0030]以下搭配图例，说明各种用于神经磁刺激的装置与系统。
[0031]以下叙述不同的装置于系统，用于神经磁刺激。
[0032]图1A-1E描绘一种具有若干个磁刺激器之神经磁刺激系统的一实施例。一神经磁刺激系统可以包含一个或多个磁刺激器，例如，包含两个