相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求于2014年10月31日提交的序列號(hào)為no.62/073,302的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用包含于本文。

本公開總體上涉及一種醫(yī)療設(shè)備和方法，用于非侵入地刺激神經(jīng)以引起目標(biāo)肌肉收縮。

背景技術(shù)：

在一種情形中，由于各種類型的疾病和損傷，人們需要呼吸輔助。呼吸輔助能夠包括從促進(jìn)自主呼吸到全時(shí)呼吸調(diào)節(jié)的所有事物。通常，利用機(jī)械呼吸機(jī)來提供所需水平的呼吸輔助。

研究表明，長期的呼吸支持導(dǎo)致膈肌無力。膈肌主要負(fù)責(zé)人們吸氣的能力并將在連續(xù)呼吸機(jī)支持后的18個(gè)小時(shí)之后便開始萎縮。萎縮的嚴(yán)重程度隨時(shí)間惡化。在一些情形中，萎縮太嚴(yán)重以至于人們?cè)谝瞥粑鼨C(jī)后喪失自主呼吸的能力。

在人們不能依靠自身進(jìn)行呼吸時(shí)，他們必須經(jīng)歷旨在將他們從呼吸機(jī)擺脫的脫機(jī)過程。該脫機(jī)過程可能持續(xù)數(shù)天、數(shù)周或數(shù)月，并且取決于萎縮的嚴(yán)重程度。長期的脫機(jī)增加人的不適程度和發(fā)生繼發(fā)性疾病(例如肺炎)的風(fēng)險(xiǎn)。

脫機(jī)的時(shí)間進(jìn)程和各種挑戰(zhàn)對(duì)于護(hù)理者和醫(yī)療服務(wù)人員來說是重要的。120萬至180萬人每年經(jīng)歷至少一次脫機(jī)嘗試失敗。長期脫機(jī)會(huì)引起死亡。此外，每年約600萬人進(jìn)行機(jī)械通氣，每位患者每天花費(fèi)大約1500.00美元。脫機(jī)時(shí)期占人機(jī)械通氣的時(shí)間約42％。這增加了醫(yī)療護(hù)理的整體花費(fèi)。

隔膜萎縮在患有脊髓損傷的人們中是公認(rèn)的問題并且是不可逆轉(zhuǎn)的。經(jīng)由植入電極進(jìn)行膈神經(jīng)的電刺激被用于增強(qiáng)準(zhǔn)備進(jìn)行全時(shí)呼吸調(diào)節(jié)的脊髓損傷人們的弱化膈肌。調(diào)節(jié)期是可變的，介于3至16個(gè)月之間，并且取決于萎縮的嚴(yán)重程度。

引起膈肌收縮的侵入性方法帶來感染風(fēng)險(xiǎn)、需要手術(shù)和住院護(hù)理、由于將電極植入到體內(nèi)引起的不舒適、以及個(gè)人承受的更高花費(fèi)。因此，對(duì)于任何經(jīng)歷脫機(jī)或調(diào)節(jié)過程的患者來說，引起膈肌收縮的非侵入式方法是優(yōu)選的?；谑褂弥踩朐O(shè)備來調(diào)節(jié)萎縮膈肌的成功，已經(jīng)探索了非侵入式電氣方法。

已經(jīng)表明，人體頸部區(qū)域的經(jīng)皮電刺激能夠激活膈神經(jīng)并驅(qū)動(dòng)膈肌的收縮。研究已經(jīng)指出通過表面電刺激膈肌收縮來研究呼吸肌萎縮。具體而言，對(duì)膈神經(jīng)所位于的頸部區(qū)域施加單脈沖電刺激(例如，>1ms脈沖持續(xù)時(shí)間)能夠在人體中引起最大的橫膈膜壓力。具有大的刺激幅度(接近300v)的、較短脈沖持續(xù)時(shí)間(100μs)的單相或雙相恒壓方波脈沖也能夠用于實(shí)現(xiàn)最大膈肌收縮。

盡管具有這些成就，一些問題阻止了這些方法成功。一個(gè)問題是電極附近(即頸部)的痛覺感受器的激活。該痛覺據(jù)悉是非常明顯的，并且通過位于電極下方的皮膚中的傷害感受器的激活而引起。疼痛治療方法能夠?qū)е禄颊咴谥委燁A(yù)期和期間經(jīng)受極大壓力。另一問題是將電極置于頸部合適區(qū)域處的難度。如果最初沒有準(zhǔn)確地布置電極，則隔膜將不會(huì)收縮并且會(huì)產(chǎn)生來自表面肌肉組織的不期望的肌肉收縮。這將需要痛苦地搜尋理想刺激部位。

由此，仍然需要通過以可靠、非侵入方式刺激膈神經(jīng)來激活人體中膈肌的刺激系統(tǒng)和方法。還需要在不新加入肌肉痛覺感受器和不引起無關(guān)肌肉收縮的情況下刺激膈神經(jīng)。另外需要對(duì)膈神經(jīng)以經(jīng)濟(jì)有效的方式提供刺激。另外，需要對(duì)于臨床醫(yī)生來說可廣泛使用的膈神經(jīng)刺激系統(tǒng)和方法。

在另一情形中，患有阻塞性睡眠呼吸暫停的人們?cè)谒咂陂g需要呼吸輔助。治療睡眠呼吸暫停的最常用方法是使用施加持續(xù)氣道正壓通氣的設(shè)備。然而，這要求人們穿戴面罩或類似物，這對(duì)于一些人們來說是不可接受的。因此，仍需要能夠通過以可靠、非侵入方式刺激舌下神經(jīng)來引起人體呼吸的刺激系統(tǒng)和方法。

在另一情形中，患有支氣管狹窄(即哮喘、copd)或疼痛狀況(即偏頭疼、叢集性偏頭疼)的人們需要足夠急性和/或預(yù)防性的治療選擇。初步研究表明，迷走神經(jīng)刺激能夠緩解或消除哮喘、copd及各種頭痛類型。因此，需要非侵入地激活迷走神經(jīng)而不同時(shí)激活周圍敏感結(jié)構(gòu)的刺激系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，存在一種用于穿過哺乳動(dòng)物的完整皮膚輸送電神經(jīng)刺激以刺激下層目標(biāo)神經(jīng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電極總成，其包括陰極和陽極。陰極限定大體上均勻的皮膚接觸表面，其中陰極的皮膚接觸表面具有約1.5mm²至約40mm²的面積。此外，陽極的皮膚接觸表面具有與陰極的皮膚接觸表面的面積相同或更大的面積。電子控制系統(tǒng)電氣連接至每個(gè)電極。電子控制系統(tǒng)通過電極輸送電刺激以刺激在一個(gè)或多個(gè)電極之下的目標(biāo)神經(jīng)而不會(huì)引起痛覺。

在一個(gè)方面，該系統(tǒng)能夠包括用于監(jiān)視哺乳動(dòng)物的生理機(jī)能的部件，其中電神經(jīng)刺激的輸送與生理機(jī)能相協(xié)調(diào)。生理機(jī)能能夠例如是呼吸周期。

在另一個(gè)方面，電神經(jīng)刺激具有約0.1ma至約20ma的恒定電流。

在另一個(gè)方面，電神經(jīng)刺激可以單脈沖或多脈沖方式輸送?？梢约s1hz至約45hz的頻率施加多脈沖刺激。電神經(jīng)刺激還能夠包括從約1千赫至約1兆赫的載波頻率。電神經(jīng)刺激能夠是具有方波脈沖和在幅度和頻率上變化的脈沖列的電流。方波脈沖能夠具有小于約250μs的脈沖持續(xù)時(shí)間。方波脈沖能夠具有小于約66.5μs的脈間間隔，并且能夠是單相和/或斜波的。

在另一個(gè)方面，目標(biāo)神經(jīng)能夠是膈神經(jīng)、迷走神經(jīng)、或舌下神經(jīng)。此外，當(dāng)目標(biāo)神經(jīng)是膈神經(jīng)時(shí)，膈神經(jīng)的電神經(jīng)刺激能夠增強(qiáng)哺乳動(dòng)物的膈肌從而促進(jìn)哺乳動(dòng)物脫離呼吸機(jī)。

在另外方面，陰極能夠具有大體上均勻的皮膚接觸表面，其能夠通常是半球狀的、半類球體的、橢圓體的等。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，陰極的皮膚接觸表面能夠具有約3.5mm²至約20mm²的面積。

在又一個(gè)方面，電極總成能夠是單極的或雙極的。

在一個(gè)另外的方面，陰極能夠包括頭部和軸桿，其中護(hù)罩設(shè)備的頭罩能夠局部地罩住頭部以及護(hù)罩設(shè)備的頸部能夠局部地罩住軸桿。此外，頭罩能夠構(gòu)造為繞頭部旋轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)電神經(jīng)刺激到目標(biāo)神經(jīng)的方向。

在一個(gè)方面，陰極和陽極能夠以間隔開的構(gòu)造連接至頸圈或帶巾。

在本公開的又一個(gè)方面，構(gòu)想了一種方法，用于穿過哺乳動(dòng)物的完整皮膚輸送電神經(jīng)刺激以引起在下層目標(biāo)組織中的神經(jīng)信號(hào)輸送。該方法包括如下步驟：定位目標(biāo)神經(jīng)；將陰極布置在目標(biāo)神經(jīng)的皮膚上，其中陰極限定大體上均勻的皮膚接觸表面，其具有約3.5mm²至約40mm²的面積；將相應(yīng)陽極布置在靠近陰極的皮膚上；以及通過陰極輸送電神經(jīng)刺激以引起陰極下目標(biāo)神經(jīng)內(nèi)神經(jīng)信號(hào)傳輸而不會(huì)引起痛覺。

在一個(gè)方面，該方法還能夠包括監(jiān)視哺乳動(dòng)物的生理機(jī)能的步驟，其中輸送電神經(jīng)刺激包括將電神經(jīng)刺激與生理機(jī)能相協(xié)調(diào)。在一個(gè)情形中，生理機(jī)能能夠是呼吸周期。

根據(jù)該方法，電神經(jīng)刺激可具有約0.1ma至約20ma的恒定電流，以及可具有約1hz至約45hz的頻率。此外，電神經(jīng)刺激可以是以從小于約3ma的初始幅度傾斜至更大幅度的脈沖列輸送的恒定電流方波脈沖。

在該方法的另一個(gè)方面，目標(biāo)神經(jīng)能夠是膈神經(jīng)、迷走神經(jīng)、或舌下神經(jīng)。當(dāng)目標(biāo)神經(jīng)是膈神經(jīng)時(shí)，膈神經(jīng)的電神經(jīng)刺激能夠增強(qiáng)哺乳動(dòng)物的膈肌從而促進(jìn)哺乳動(dòng)物脫離呼吸機(jī)。

在該方法的又一個(gè)方面，陽極能夠具有與陰極的皮膚接觸表面的面積相同或更大面積的皮膚接觸表面。

在該方法的一個(gè)另外方面，陰極能夠包括頭部和軸桿，其中護(hù)罩設(shè)備的頭罩局部地罩住頭部以及護(hù)罩設(shè)備的頸部局部地罩住軸桿。在一個(gè)特定實(shí)施方式中，頭罩能夠繞頭部旋轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)電神經(jīng)刺激到目標(biāo)神經(jīng)的方向。

在該方法的又一個(gè)另外方面，陰極和陽極能夠以間隔開的構(gòu)造連接至頸圈或帶巾。

在該方法的另一個(gè)方面，在通過陰極和陽極輸送電神經(jīng)刺激的步驟之前，能夠輸送電刺激的單脈沖至目標(biāo)神經(jīng)。

在其他方面，提供了一種用于電神經(jīng)刺激程序的套件，該套件包括一個(gè)或多個(gè)陰極。每個(gè)陰極限定大體上均勻的皮膚接觸表面，每個(gè)陰極的皮膚接觸表面具有約3.5mm²至約40mm²的面積。該套件還包括一個(gè)或多個(gè)陽極，每個(gè)陽極具有皮膚接觸表面。每個(gè)陽極的皮膚接觸表面具有與每個(gè)陰極的皮膚接觸表面的面積相同或更大的面積；以及電導(dǎo)聯(lián)，用于連接一個(gè)或多個(gè)陰極和一個(gè)或多個(gè)陽極至電子控制系統(tǒng)，用于通過一個(gè)或多個(gè)陰極輸送電刺激以刺激在一個(gè)或多個(gè)陰極之下的目標(biāo)神經(jīng)而不會(huì)引起痛覺。

在該套件的一個(gè)方面，陰極包括頭部和軸桿，其中護(hù)罩設(shè)備的頭罩局部地罩住頭部以及護(hù)罩設(shè)備的頸部局部地罩住軸桿。此外，頭罩能夠構(gòu)造為繞頭部旋轉(zhuǎn)，從而促進(jìn)電神經(jīng)刺激到目標(biāo)神經(jīng)的方向。

本公開的系統(tǒng)、方法和套件具有許多優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該技術(shù)不僅能夠用于恢復(fù)膈肌健康，而且它能夠用于阻止機(jī)械通氣患者萎縮。

本發(fā)明的其他特征和方面在下文中更加詳細(xì)地說明。

附圖簡要描述

其他特征和優(yōu)點(diǎn)將如附圖中所示意的、通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的下述和更多特定描述而變得顯而易見，以及其中參考標(biāo)記在整個(gè)附圖中指代相同部件或元件，以及其中：

圖1是根據(jù)本公開的刺激系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；

圖2a是本公開的刺激電極的一個(gè)實(shí)施方式的透視側(cè)視圖；

圖2b、2c、2d和2e是根據(jù)本公開的電極頭部的各個(gè)實(shí)施方式的透視側(cè)視圖；

圖3是示出胸鎖乳突肌、前斜角肌、和膈神經(jīng)大體位置的人體頸部剖視圖；

圖4是示出強(qiáng)壯受試者中針對(duì)單脈沖電刺激(持續(xù)時(shí)間：100μs)的emg和呼吸響應(yīng)；

圖5是根據(jù)本公開方法以10hz頻率的電刺激引起的呼吸響應(yīng)的圖形表示；

圖6是根據(jù)本公開方法以20hz頻率的電刺激引起的呼吸響應(yīng)的圖形表示；

圖7是根據(jù)本公開方法以圖5的頻率并具有傾斜電流脈沖列的電刺激引起的呼吸響應(yīng)的圖形表示；

圖8是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的套件的平面圖；

圖9是示出視覺模擬評(píng)分(vas)的圖表；

圖10是根據(jù)本公開的保持設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式；

圖11是本公開的保持設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式；

圖12是圖11的保持設(shè)備布置于人體頸部上的示意圖；

圖13是根據(jù)本公開布置在陰極上可調(diào)節(jié)護(hù)罩的一個(gè)實(shí)施方式的側(cè)視透視圖；

圖14是圖13的可調(diào)節(jié)護(hù)罩的平面圖；

圖15是布置在具有波狀外形頭部的陰極上可調(diào)節(jié)護(hù)套的另一實(shí)施方式的側(cè)視圖；以及

圖16是示出迷走神經(jīng)一般位置的人體頭部和頸部的側(cè)視透視圖；

定義

如本文中所使用的，術(shù)語“載波頻率”、“載波信號(hào)”或“載波”指代具有固定中心頻率的波形，其已經(jīng)以其振幅、頻率、相位或一些其他屬性變化的方式進(jìn)行調(diào)制。頻率以赫茲(周期每秒)來測(cè)量。針對(duì)本發(fā)明的目的，選擇載波頻率以提供低的皮膚阻抗并負(fù)載調(diào)制頻率。期望地，載波頻率是高頻波形。

如本文中所使用的，術(shù)語“一次性”指代非常廉價(jià)的制品，以便在僅單次使用后可經(jīng)濟(jì)地丟棄?！耙淮涡浴钡闹破吠ǔＳ糜趩未问褂?。術(shù)語“單次使用”指代旨在用于僅使用一次且不打算再次使用、再次調(diào)節(jié)、恢復(fù)或使用后修復(fù)的制品。這些制品通過減少潛在的污染或感染在臨床環(huán)境中提供優(yōu)點(diǎn)。另外，這些制品能夠提高工作流程，由于它們不會(huì)被收集和組裝用于再次處理和再次使用。根據(jù)需要，本公開的陰極和陽極可以是一次性的。

如本文中所使用的，術(shù)語“完整皮膚”指代健康的、未破壞的和未損傷的皮膚、或未以任意有目的的方式改變的皮膚，諸如，舉例來說，通過新手術(shù)切口、通過諸如針頭、套管針等器械的新穿刺。

如本文中所使用的，術(shù)語“痛覺”或“痛感”指代通過痛覺感受器的激活產(chǎn)生的非常不愉快的感覺。傷害感受描述了急性疼痛的感知。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本公開的各個(gè)實(shí)施方式，其一個(gè)或多個(gè)示例在下文說明。每個(gè)示例通過本公開的解釋性的而非限制性的方式來提供，實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下在本公開中做出各種修改和變型。例如，作為一個(gè)實(shí)施方式中一部分來示意或描述的特征可用在另一實(shí)施方式上來產(chǎn)生又一另外實(shí)施方式。因此，目的是本發(fā)明覆蓋這些修改和變型。

公開了一種系統(tǒng)，用于穿過完整皮膚輸送電神經(jīng)刺激以刺激下層目標(biāo)神經(jīng)，通過來說，完整皮膚是完整的哺乳動(dòng)物皮膚。根據(jù)本發(fā)明，在不使用通過物理地靠近目標(biāo)神經(jīng)切口、刺穿等物理地穿刺皮膚的器械或電極的情況下，經(jīng)皮地輸送電刺激。換言之，直接輸送電刺激至完整皮膚來以非侵入方式刺激下層目標(biāo)神經(jīng)。

在本公開的一個(gè)方面，使用電刺激系統(tǒng)和相應(yīng)方法來通過目標(biāo)神經(jīng)(其是膈神經(jīng))的經(jīng)皮電刺激來引起隔膜的肌肉收縮。例如，具有小頭(小于7mm直徑)的陰性電極置于膈神經(jīng)附近。陰極是電極總成(即陰極和陽極)的部件，電極總成用于以50μs至150μs、1hz至45hz的頻率的短電脈沖持續(xù)時(shí)間來電刺激神經(jīng)。電流控制在約0.1ma至20ma。該電流刺激引起膈肌收縮而沒有任何痛覺或無關(guān)肌肉運(yùn)動(dòng)。

恒壓神經(jīng)刺激引起可變電流量。隨著皮膚或電極阻抗增加，電流量減小。在恒流設(shè)備中阻抗增加時(shí)，電壓自動(dòng)地增加以維持期望的電流輸出。可使用恒定電壓或電流，盡管恒流設(shè)備是刺激神經(jīng)的更期望方式。

刺激方法能夠給可靠地引起人體中的膈神經(jīng)喚醒，引起膈肌收縮。如前所描述的，重復(fù)的膈肌收縮使得肌肉能夠加強(qiáng)并變得更加機(jī)能(即類似于舉重)。該方法能夠用于更加容易地使人通過周期性治療脫離呼吸機(jī)支持?？傊?，刺激將增強(qiáng)人的膈肌，使得他們能夠縮短住院時(shí)間和更健康的撤機(jī)。本公開內(nèi)容中顯而易見的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)之一是，通過所公開方法使得患者脫離呼吸輔助所需的時(shí)間與現(xiàn)有方法相比能夠極大地縮短。

本公開的方法還可用于阻止膈肌的萎縮。更具體而言，萎縮預(yù)防可能是將刺激系統(tǒng)與呼吸輔助設(shè)備結(jié)合的結(jié)果，使得神經(jīng)的電刺激是與呼吸機(jī)鎖相的。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本公開的系統(tǒng)和方法可用于通過刺激膈神經(jīng)治療中樞性睡眠呼吸暫停或通過刺激舌下神經(jīng)治療阻塞性睡眠呼吸暫停。在該方面，在通過傳感器檢測(cè)到一定時(shí)段的呼吸暫停后，使用目標(biāo)神經(jīng)刺激來引起膈肌收縮。

上文提出的呼吸治療的實(shí)際用途是在需要延遲中樞神經(jīng)系統(tǒng)(例如，通過創(chuàng)傷、施加麻醉劑或麻醉藥)以及需要患者保持在基本固定位置的手術(shù)期間或其他醫(yī)療程序期間。治療的其他實(shí)際用途包括：1)打斷特發(fā)性打嗝；2)保護(hù)患有肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(als)或脊髓損傷的人們的隔膜健康；以及3)增強(qiáng)準(zhǔn)備進(jìn)行極度呼吸挑戰(zhàn)(例如，運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、唱歌)的人們中已經(jīng)健康的隔膜。

刺激系統(tǒng)

在本公開的一個(gè)方面，電刺激系統(tǒng)包括多個(gè)設(shè)備來感測(cè)、控制和輸送預(yù)定電脈沖至目標(biāo)神經(jīng)?？偟膩碚f，該系統(tǒng)，圖1中稱作為示意系統(tǒng)10，可包括電極總成(陰極20和陽極28)、脈沖發(fā)生器30、用戶界面40、患者監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50、控制器60、以及獨(dú)立電力系統(tǒng)70。盡管示出和描述了實(shí)驗(yàn)規(guī)模系統(tǒng)，能夠預(yù)料到的是，能夠使用更加緊湊的單元來控制和輸送期望的電刺激。

刺激電極

參照?qǐng)D2a，刺激電極，也稱為陰極20的整體形狀，使其允許操作者將陰極頭22精確地定位在目標(biāo)神經(jīng)附近。在本公開的一個(gè)方面，電極20包括細(xì)長軸桿21，其在一端具有頭部22，以及在相對(duì)端具有諸如手柄23的支撐。陰極頭22具有如所描述的粗鈍形。針對(duì)距離頭部22至少約一英寸距離的軸桿直徑24小于或等于頭部直徑25。電引線l可集成到陰極22或使用傳統(tǒng)的電連接器來連接。符合這種標(biāo)準(zhǔn)的一種可能陰極是椎弓根螺釘探頭、型號(hào)psp-1000，其可從紐約的axonsystems公司購得。

通常來說，陰極頭22限定大體上均勻的皮膚接觸表面。也就是說，皮膚接觸表面應(yīng)該避免突起、銳邊、尖頭或特征，它們可能不期望地聚集從電極流過的電流或甚至刺穿皮膚。

期望地，每個(gè)陰極頭22的皮膚接觸表面具有從1.5mm²至約40mm²的面積。期望地，皮膚接觸表面27具有從3.5mm²至約20mm²的面積。

陰極頭22可具有卵形、橢圓、或圓形截面。期望地，電極20的頭部24是圓形的并可具有約2.5mm至約7mm的直徑；或約2.5mm至約5mm的直徑；或最期望地是約2.5mm直徑。

在本公開的一個(gè)方面，陰極20的頭部22具有半球形并具有小于約7mm的直徑；或小于約5mm的直徑；或最期望地約2.5mm的直徑。這些尺寸使得頭部22能夠安裝在目標(biāo)神經(jīng)附近的期望肌肉之間。

太大的頭部22將不僅不能安裝在目標(biāo)神經(jīng)附近的肌肉之間，而且與相對(duì)于小的頭部22(“小”如上所述)相比將具有低電流強(qiáng)度。如果電流強(qiáng)度太低以致于不能實(shí)現(xiàn)期望的隔膜響應(yīng)，則需要輸送更多能量至電極，從而增加不舒服的可能性。此外，小的頭部22不太可能激活皮膚的痛覺感受器，并且更可控，使得它更容易地將探頭置于目標(biāo)神經(jīng)的頂部上而不會(huì)同時(shí)激活附近的易興奮組織。

圖2a是從軸桿21延伸的例證性陰極頭22的示意。頭部22具有大體上球形形狀以提供大體上均勻的皮膚接觸表面27。圖2b是從軸桿21延伸的另一例證性頭部22的示意。這里，頭部22具有大體上類球體形狀(例如，扁球體)以提供大體上均勻的皮膚接觸表面27。圖2c是從軸桿21延伸的又一另外例證性頭部22的示意。頭部22具有大體上半球體形狀以提供大體上均勻的皮膚接觸表面27。圖2d是從軸桿21延伸的再一另外例證性頭部22的示意。這里，頭部22具有大體上半類球體形狀(例如，扁球體的大約一半)以提供大體上均勻的皮膚接觸表面27。當(dāng)然，能夠預(yù)料到的是，可以利用各種其他形狀和構(gòu)造，只要皮膚接觸表面避免會(huì)將來自電極的電流不期望地聚集或甚至刺穿皮膚的突起、銳邊、尖頭或特征。

在本公開的一個(gè)方面，軸桿21涂覆有特氟龍(teflon)含氟聚合物或其他絕緣材料以更好地控制電流輸送和電極阻抗。相對(duì)小的陰極頭22對(duì)應(yīng)于相對(duì)大的約12.5ma/cm²至約9.5ma/cm²以及最期望地3.5ma/cm²電流強(qiáng)度。隨著陰極頭22的外裸面積減小，電流強(qiáng)度增加，除非輸送至陰極的能量較少。

在本公開的一個(gè)方面，頭部22由生物相容的金屬諸如不銹鋼來構(gòu)造。手柄23足夠地大以使臨床醫(yī)生舒適地夾持，并且由能夠使意外電擊風(fēng)險(xiǎn)最小化的材料(例如，塑料)制成。

在本公開的一個(gè)方面，護(hù)罩設(shè)備120用于局部地罩住頭部22，使得使用者將電流更加有效地引導(dǎo)至目標(biāo)神經(jīng)。參照?qǐng)D13和14，護(hù)罩設(shè)備120包括局部地罩住頭部22的頭罩122，和可完全地罩住從頭部22延伸的軸桿21的頸部124。頭罩122電隔離陰極以阻止電流從頭部22越過頭罩122行進(jìn)。

頭罩122圍繞約三分之一至約二分之一的頭部22，并且是杯狀的，使其緊密地?cái)M合至頭部22的傳導(dǎo)面27。期望地，頂表面125(參見圖14)局部地外露，使得使用者無需將軸桿21保持抵靠住患者身體以將頭部22指向目標(biāo)神經(jīng)。

頭罩22可由絕緣材料制成，諸如特氟龍涂覆的金屬或其他非導(dǎo)電材料。頭罩122是靜止的(可實(shí)施為外覆層)或可旋轉(zhuǎn)的。可旋轉(zhuǎn)頭罩122和頸部124在旋轉(zhuǎn)期間繞頭部22緊密地?cái)M合，經(jīng)歷頭部22和頭罩122、以及軸桿21和頸部124之間可忽略的摩擦量。期望地，頭罩122的邊緣127是平滑的，使其不會(huì)隨著頭部22按壓抵靠皮膚時(shí)引起對(duì)患者的不舒適。

在本公開的另一個(gè)方面，肩部126可用于為使用者提供繞頭部22旋轉(zhuǎn)頭罩122的便利方式。參照?qǐng)D13，一種例證性肩部126可具有截頭錐形，其具有在遠(yuǎn)離頭罩122的方向上延伸的筒128。肩部126和筒128之間的過渡如所描繪的是平滑的且不是硬邊緣。在與筒128相對(duì)的表面121上，頸部124連接至肩部126的中心。

筒128可用作轉(zhuǎn)盤來繞頭部22旋轉(zhuǎn)頭罩122。筒128可通過數(shù)字指示器來標(biāo)記，其描述頭部22相對(duì)于身體的位置。應(yīng)該指出的是，電流從陰極流動(dòng)至其相應(yīng)的陽極，以及目標(biāo)神經(jīng)位于其間。絕緣的頭罩使得電流被更好地引導(dǎo)(即向前與向后)。例如，如果目標(biāo)神經(jīng)是膈神經(jīng)，人們可轉(zhuǎn)動(dòng)頭罩，引導(dǎo)電流朝向膈神經(jīng)。假如人們轉(zhuǎn)動(dòng)頭罩122約180度，位于膈神經(jīng)后外側(cè)處歐勃氏點(diǎn)處的臂神經(jīng)叢將轉(zhuǎn)而被刺激。

肩部126由接地線129來接地，并且由將屏蔽或阻止電流在皮膚表面上傳播的材料制成。

在膈神經(jīng)刺激的示例中使用可選的肩部126的另一可能優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)按壓抵靠皮膚時(shí)，它幫助將胸鎖乳突肌102與前斜角肌104分離，以便于接入膈神經(jīng)(參見圖3)，膈神經(jīng)下降到斜角肌的前表面上。該思想可應(yīng)用于目標(biāo)神經(jīng)附近的其他肌肉。

應(yīng)該指出的是，護(hù)罩120可結(jié)合非對(duì)稱的頭部22使用。例如，圖15中示出的是波狀頭部22，其大體上是具有凹入部120的卵形形狀。該形狀可期望地用于將電流聚焦到目標(biāo)神經(jīng)，例如膈神經(jīng)上。

在本公開的另一個(gè)方面(現(xiàn)在參照?qǐng)D11)，能夠預(yù)料到的是，軸桿21可以截短至頭部22(僅留下小部分軸桿21)并連接至保持設(shè)備，保持設(shè)備能夠在神經(jīng)刺激程序期間將電極牢固地布置在目標(biāo)神經(jīng)上。例如，圖11示出了保持設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，陰極20和陽極28連接至頸圈80；針對(duì)每個(gè)陰極20具有一個(gè)陽極28。設(shè)計(jì)用于膈神經(jīng)刺激，頸圈80具有c形主體，其具有一對(duì)臂83。陽極28和陰極20連接至臂83的端部。期望地，每個(gè)陰極20的軸桿21沿它們各自的縱軸大體上對(duì)齊，使得頭部22指向彼此。每個(gè)陽極28的軸桿21是可彎曲的或以其他方式可調(diào)節(jié)的，這是因?yàn)槠谕氖?，陰極20和對(duì)應(yīng)陽極28的頭部22之間的電極間距離29是可調(diào)節(jié)的并可維持于大于0.5cm的距離。此外，陽極28可置于鎖骨上表面上，在陰極20的后部約3cm。

臂83之間是主干件87，其用于連接每個(gè)臂83的與電極相對(duì)的底部。橋接件85橫跨在臂83之間并用于調(diào)節(jié)兩組電極之間的張力，從而使得頸圈80在使用期間將不會(huì)滑動(dòng)離開原來位置。橋接件85由一對(duì)張力支架84構(gòu)造，一對(duì)張力支架84沿它們的各自縱軸對(duì)齊并通過張力設(shè)備86連接至彼此。張力設(shè)備可以是能夠選擇性地將張力支架84牽引到一起的任意機(jī)構(gòu)。

圖12示意了如何布置頸圈80，使得可以獲得膈神經(jīng)的雙側(cè)刺激。通常，陰極頭22被布置抵靠頸部每側(cè)的膈神經(jīng)。參見圖3，其示意了受試者的頸部100，其中可在鎖骨106上、以及在胸鎖乳突肌102和前斜角肌104之間進(jìn)入膈神經(jīng)108。

在本公開的另一個(gè)方面，保持設(shè)備是條帶86，其具有至少一個(gè)陰極20和陽極28，參見圖10。條帶可具有固定部件88，諸如舉例來說，黏合材料或機(jī)械固定件(例如，鉤和環(huán)系統(tǒng)、夾、紐扣、銷釘?shù)?。

一種類型的陽極28類似于陰極來構(gòu)造。無論實(shí)施方式如何，本公開的一個(gè)方面，陽極的皮膚接觸表面27具有與陰極的皮膚接觸表面相同的表面積。在本公開的另一個(gè)方面，陽極28具有比陰極20更大的皮膚接觸表面。

電極總成可以單極形式或模式來輸送刺激。在該單極模式中，一個(gè)或多個(gè)陰極被布置在目標(biāo)神經(jīng)上以及具有相對(duì)較大表面積的第二離散電極(陽極)被布置在患者身體表面上以閉合電路。可替代地，可以雙極形式或模式來輸送刺激以及上述系統(tǒng)還可包括一個(gè)或多個(gè)陽極。當(dāng)以雙極形式或模式輸送刺激時(shí)，陰極布置在目標(biāo)神經(jīng)上以及相應(yīng)陽極布置在目標(biāo)神經(jīng)上的皮膚上，從而優(yōu)選地聚集每個(gè)陰極和陽極之間的電能量輸送。在雙極模式中，陽極應(yīng)該布置在距離陰極足夠遠(yuǎn)的距離以避免分流。每個(gè)陽極的皮膚接觸表面將期望地具有與每個(gè)相應(yīng)陰極的皮膚接觸表面相同或更大的表面積。

脈沖發(fā)生器

再次參照?qǐng)D1，在一個(gè)方面，電極總成(陰極20和陽極28)可通過導(dǎo)線電氣連接至脈沖發(fā)生器30。脈沖發(fā)生器30是恒流刺激器。一個(gè)例證性刺激器是從英國的digitimer有限公司可購得的恒流digitimerds5末梢神經(jīng)電刺激器。該digitimerds5機(jī)器輸送雙極刺激。在本公開的另一個(gè)方面，脈沖發(fā)生器30可以是恒壓脈沖發(fā)生器。例如，三個(gè)這樣的發(fā)生器可從美國羅德島州的astro-med公司的子公司grasstechnologies購得，如型號(hào)s88x、s48、sd9。單極刺激也將激活目標(biāo)神經(jīng)并引起肌肉收縮，但效果略差。

用戶界面

用戶界面40是計(jì)算機(jī)，其操作旨在記錄從控制器經(jīng)過的信號(hào)并驅(qū)動(dòng)控制器的輸出的軟件?？赡艿能浖╟ambridgeelectronicdesign(uk)的"spike"程序。該軟件可編程并且能夠記錄并分析電生理信號(hào)，以及引導(dǎo)控制器來使能刺激。

用于膈神經(jīng)刺激的患者監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

患者監(jiān)測(cè)系統(tǒng)50采集、放大并濾波生理信號(hào)，以及將它們輸出至控制器60。所采集的結(jié)果測(cè)量包括：1)心率51、2)肌肉活動(dòng)52、以及3)呼吸53。分別來自心臟和膈肌的心電圖和肌電圖信號(hào)由表面電極記錄。呼吸可通過纏繞患者胸腔的應(yīng)變儀呼吸胸帶換能器來機(jī)械地測(cè)量。由患者監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得的所有生理信號(hào)通過ac信號(hào)放大器/調(diào)節(jié)器(54a、54b、54c)。放大器/調(diào)節(jié)器的一個(gè)示例是從美國羅德島州westwarwick的astro-med公司的子公司grasstechnologies購得的型號(hào)lp511ac放大器。從膈肌及其他肌肉記錄的肌電活動(dòng)將與控制器配對(duì)以幫助設(shè)備最優(yōu)化其校準(zhǔn)和刺激范式，并為護(hù)理者指示其有效性和特異性。

控制器

控制器60通過采集來自信號(hào)放大器/調(diào)節(jié)器50的電生理波形數(shù)據(jù)來執(zhí)行數(shù)據(jù)采集功能，以及輸出電信號(hào)用于脈沖發(fā)生器30的實(shí)時(shí)控制。控制器60可具有板載存儲(chǔ)器以促進(jìn)高速數(shù)據(jù)獲取、獨(dú)立的波形采樣率和在線分析。在一個(gè)方面，控制器60可以是從英國的cambridgeelectronicdesign購得的power1401數(shù)據(jù)采集界面單元。

獨(dú)立電力系統(tǒng)

所有器械通過獨(dú)立電源或電力系統(tǒng)70來供電以防止它們接地故障和由電力干線負(fù)載的電力尖峰。例證性的獨(dú)立電力系統(tǒng)是從美國羅德島州westwarwick的astro-med公司的子公司grasstechnologies購得的型號(hào)ips115的獨(dú)立醫(yī)療級(jí)電力系統(tǒng)。

盡管不限于特定手術(shù)原理，通常認(rèn)為在皮膚表面上使用遠(yuǎn)小于典型皮膚接觸刺激電極的刺激電極，能夠減小刺激神經(jīng)或神經(jīng)纖維所需的電流量，特別是當(dāng)利用載波頻率時(shí)。能夠最小化電流量，至少因?yàn)榫劢沽穗娏鲝?qiáng)度，這避免了產(chǎn)生痛覺。具有足夠的電流強(qiáng)度以提供神經(jīng)刺激以及相對(duì)低的功率強(qiáng)度將防止痛覺。

載波頻率允許了更好的穿過皮膚的能量傳輸，使得調(diào)節(jié)刺激能夠更容易影響下層神經(jīng)。fda推薦用于經(jīng)皮刺激的功率計(jì)算使用500ω的皮膚阻抗。研究表明使用達(dá)到1mhz的載波頻率能夠?qū)⑵つw阻抗減小至100ω。因此，如果本發(fā)明利用具有約2.5mm直徑的電極(面積0.05cm²或a)來以25khz(dc；方波)和10毫安(lpeak)輸送電刺激，則用于輸送相同電流(140毫安/cm²)至神經(jīng)的功率強(qiáng)度(pd；等式1)被減小到五分之一。如果施加相同電流強(qiáng)度至神經(jīng)，載波頻率的應(yīng)用將產(chǎn)生的功率強(qiáng)度從500mw/cm²減小至100mw/cm²。

等式1：pd＝((irms²xω))/a

等式2：irms＝ipeak(√dc)

本發(fā)明還包括用于電刺激程序的套件。圖8描繪了套件200，其包括任意方式的合適容器201，其中設(shè)置圖1至圖2e中和可能的圖10-15中描繪的部件的任意組合。應(yīng)該意識(shí)到的是，套件200不需要包含圖1中描繪的所有物件。也就是說，并非必須包括諸如控制器、脈沖發(fā)生器、用戶界面、患者監(jiān)視系統(tǒng)放大器等部件。

控制器202例如可以是合適的托盤，其具有罩住所容納物件的可移除密封罩。例如，套件200的實(shí)施方式可包括容器202，具有如上所述的一個(gè)或多個(gè)陰極20和電導(dǎo)線“l(fā)”。套件還可包括一個(gè)或多個(gè)陽極28(未示出)。

套件200的其他實(shí)施方式可包括未示出的其他物品，諸如ecg電極55、emg電極56、和壓電帶換能器57以及墊肩、部位敷料、膠帶、皮膚標(biāo)記物等的任意組合。套件200可包括電導(dǎo)液或凝膠、防腐劑、或潔面液的一個(gè)或多個(gè)容器204。套件200可包括預(yù)先包裝的擦拭巾206，諸如電導(dǎo)液或凝膠擦拭巾、防腐劑擦拭巾、或潔面擦拭巾。

用于膈神經(jīng)刺激的電刺激參數(shù)

1、刺激類型：恒流、或恒壓方波脈沖。

2、波形：單相、或雙相。

3、脈沖持續(xù)時(shí)間：可小于約100至約250μs；或約100至約150μs；或最期望地100μs。

4、相位持續(xù)時(shí)間：(僅針對(duì)雙相脈沖)針對(duì)脈沖的每個(gè)部分可小于約50μs至約125μs；或約50μs至約75μs；或最期望地50μs。

5、電流：可以是約0.01ma至20ma。最期望地是3ma至4ma之間(或達(dá)到5ma，如果該人非常胖)。

6、電流強(qiáng)度：(針對(duì)半球形2.5mm直徑的電極頭，每單位面積(cm²)電流量(ma))可以是約12.5ma/cm²至9.5ma/cm²，以及最期望地約3.5ma/cm²。

7、脈沖間間隔：(脈沖之間的時(shí)間)可以是小于66.5μs；或小于21.95μs。脈沖間間隔允許諸如在引起肌肉收縮時(shí)肌肉組織中的機(jī)械變化。

8、脈沖周期：(一個(gè)脈沖開始和下一脈沖開始之間的時(shí)間量；它包括相位持續(xù)時(shí)間、脈沖內(nèi)間隔和脈沖間間隔)可以是小于66ms；或小于約44ms；或最期望地是約22ms。脈沖周期與頻率成反比。

9、脈沖頻率：可以是約1hz至45hz，或約20hz至35hz，或最期望地約25hz。至少20hz的頻率產(chǎn)生融合隔膜響應(yīng)。

10、載波信號(hào)：電刺激能夠疊加到可選載波信號(hào)上。載波信號(hào)可用于降低刺激期間皮膚的阻抗，這減小了上述通過調(diào)制頻率以激活神經(jīng)所需的電流量。載波信號(hào)可以調(diào)幅方式輸送。載波頻率可以在形狀上是正弦的或方波的，并且可以在1000hz和1000000hz(即1mhz)之間輸送。刺激系統(tǒng)還可決定系統(tǒng)啟動(dòng)或校準(zhǔn)期間的最佳載波信號(hào)。

11、脈沖列：將輸送單個(gè)脈沖和多個(gè)脈沖。單個(gè)脈沖用于啟動(dòng)或校準(zhǔn)處以確定刺激有效性和安全性。多個(gè)脈沖列可輸送約1秒的持續(xù)時(shí)間，或根據(jù)個(gè)人所需的。每個(gè)脈沖列通過休止時(shí)間隔開，休止時(shí)間是群間間隔。脈沖列的持續(xù)時(shí)間決定吸氣的持續(xù)時(shí)間并在各受試者之間和受試者中可變。脈沖列允許了平穩(wěn)地吸氣和過渡至呼氣。呼氣是被動(dòng)的。

12、群間間隔：(每個(gè)脈沖列之間的休止時(shí)間)是可變的且取決于患者。

13、脈沖斜波：當(dāng)每個(gè)脈沖的強(qiáng)度逐漸地增加或減少時(shí)發(fā)生。期望地，斜波以小于引起膈肌收縮所需的脈沖強(qiáng)度基準(zhǔn)開始。最終，隨著強(qiáng)度增加，超過膈神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)閾值并且膈肌開始以生理方式收縮。在產(chǎn)生預(yù)期收縮后，則逐漸地減小每個(gè)后續(xù)脈沖的強(qiáng)度直至完成呼吸周期。脈沖斜波設(shè)計(jì)用于功能性和舒適性。

用于舌下神經(jīng)和迷走神經(jīng)刺激的電刺激參數(shù)

用于舌下神經(jīng)和迷走神經(jīng)刺激的電刺激參數(shù)與針對(duì)膈神經(jīng)刺激的參數(shù)相同。

電刺激方法

本發(fā)明還包括用于輸送電刺激穿過完整皮膚以刺激下層目標(biāo)神經(jīng)的方法。該方法包括如下步驟：定位目標(biāo)神經(jīng)；將一個(gè)或多個(gè)陰極的每個(gè)與對(duì)應(yīng)陽極布置在目標(biāo)神經(jīng)的皮膚上，其中每個(gè)陰極限定大體上均勻的皮膚接觸表面，其具有約3.5mm²至約40mm²的面積；以及利用這些電極輸送電刺激以刺激陰極下目標(biāo)神經(jīng)而不會(huì)引起痛覺或激活輔助結(jié)構(gòu)(即肌肉、非目標(biāo)神經(jīng))。

皮膚表面和目標(biāo)神經(jīng)之間的間隔是毫米數(shù)量級(jí)。微量的壓力可施加至刺激電極以減小電極-皮膚距離，減小有效刺激強(qiáng)度并改進(jìn)受試者舒適性。

該方法還包括將陽極布置在皮膚上，每個(gè)陽極針對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)陰極。期望地，陽極布置在目標(biāo)神經(jīng)之上距離對(duì)應(yīng)陰極的距離足以避免分流的皮膚上。

一般來說，電流調(diào)節(jié)刺激的使用相比電壓調(diào)節(jié)刺激具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇碳る娏鲝?qiáng)度更好控制。

實(shí)施本發(fā)明的方法還可包括使用耦合介質(zhì)，諸如電導(dǎo)液、凝膠或膠，其可施加至皮膚以增強(qiáng)皮膚的電導(dǎo)率和/或降低阻抗?？商娲睾?或另外地，一種或多種皮膚保濕劑、濕潤劑等可施加至皮膚用于增強(qiáng)皮膚的電導(dǎo)率和/或降低皮膚的阻抗。導(dǎo)電膠的示例包括來自科羅拉多州奧羅拉的韋弗公司(weaverandcompany)的ten20^tm導(dǎo)電膠和來自日本光電(nihonkohden)并在加利福尼亞州foothillranch具有辦事處的elefix導(dǎo)電膠。導(dǎo)電凝膠的示例包括來自新澤西州費(fèi)爾菲爾德的parkerlaboratories公司的spectra360電極凝膠或來自俄亥俄州伊頓的electro-capinternational公司的電凝膠。

膈神經(jīng)

在多數(shù)情形中，期望的是提供雙側(cè)神經(jīng)刺激以最大化功效。然而，可以通過其對(duì)應(yīng)膈神經(jīng)刺激單個(gè)偏側(cè)膜。如果一個(gè)肺臟或神經(jīng)不運(yùn)轉(zhuǎn)，諸如通過手術(shù)移除、衰竭或損壞時(shí)，單側(cè)神經(jīng)刺激是期望的。

雙側(cè)膈神經(jīng)刺激程序

1、在穩(wěn)定的患者床位附近建立刺激系統(tǒng)。

2、將患者置于舒適仰臥位。

3、將ecg、emg和呼吸帶換能器置于患者身上。

4、開始監(jiān)測(cè)呼吸、心率和隔膜emg信號(hào)。

5、定位患者頸部區(qū)域每側(cè)上的胸鎖乳突肌后緣。

6、最期望的是將標(biāo)記置于皮膚上以指示刺激電極定位的期望位置。

7、針對(duì)每個(gè)期望位置，將陰極頭定位于其上并施加微壓以減小陰極和膈神經(jīng)之間的距離。將刺激電極保持在該位置。

8、針對(duì)每個(gè)電極，將陽極布置在鎖骨的上表面處并在陰極尾側(cè)。輸送單脈沖電刺激至刺激部位的左右側(cè)，并使用視覺和emg輸出來校驗(yàn)刺激引起的膈肌收縮。

9、使用電刺激參數(shù)，雙側(cè)地施加矩形、多脈沖電刺激至膈神經(jīng)以實(shí)現(xiàn)融合隔膜收縮。電刺激可同時(shí)地施加至膈神經(jīng)，或每個(gè)偏側(cè)膜可以交替地刺激以允許針對(duì)每個(gè)偏側(cè)膜的更多休息期。

10、通過分析心率變異性和收縮壓來確定心血管系統(tǒng)是否穩(wěn)定。如果這些測(cè)量從基線明顯地改變，則終止刺激。

迷走神經(jīng)刺激程序

迷走神經(jīng)刺激可引起原發(fā)性頭痛、偏頭痛、哮喘、運(yùn)動(dòng)性支氣管痙攣和copd的急性緩解。另外，它可用于預(yù)防性治療偏頭痛和叢集性頭痛。僅需上述膈神經(jīng)刺激范式的微小改變來刺激迷走神經(jīng)。為了刺激迷走神經(jīng)200，電極總成布置在頸部上及下頜骨下的皮膚區(qū)域202上(圖16)。具體而言，陰極20置于胸鎖乳突肌和氣管之間。自主活動(dòng)(心率、皮膚血流量變化)的標(biāo)記用于指示迷走神經(jīng)激活。

舌下神經(jīng)刺激程序

通過刺激舌下神經(jīng)或其分支來治療阻塞性睡眠呼吸暫停。僅需要如本文所述的膈神經(jīng)刺激范式的微小改變。另外，使用傳感器來協(xié)調(diào)刺激與呼吸模式。電極總成將從上頸部或下巴上的部位輸送刺激至舌下神經(jīng)(或其分支)，并感測(cè)通過膈肌或自主神經(jīng)系統(tǒng)生成的呼吸運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)刺激來移除妨礙氣道的軟組織(即舌)。

實(shí)驗(yàn)

介于21至40歲之間的十五名健康志愿者經(jīng)受電生理測(cè)試來確定表面電刺激是否能夠且以生理方式驅(qū)動(dòng)人體中的膈肌收縮而不會(huì)引起疼痛、不必要的肌肉收縮。

根據(jù)本文所述的方法，本公開的陰極置于胸鎖乳突肌的后緣處并輕微地壓靠皮膚。對(duì)應(yīng)的陽極施加至頸部后表面中線處。

以單脈沖和多脈沖(1秒脈沖列)形式輸送恒流脈沖至每個(gè)受試者。脈沖持續(xù)時(shí)間介于50-150μs之間、以小于10ma的強(qiáng)度，并具有各種頻率(10、15、20和25hz)和斜率。以1秒周期和100μs脈沖持續(xù)時(shí)間輸送斜波脈沖列。如上所述，每個(gè)脈沖的強(qiáng)度從前一脈沖的強(qiáng)度稍微增加(0至0.4ma)。前幾個(gè)脈沖的強(qiáng)度太弱以至于不能引起膈肌收縮(亞運(yùn)動(dòng)閾值)。

結(jié)果測(cè)量包括：1)從膈肌記錄的肌電圖信號(hào)；2)確定心率變異性的心電圖；3)呼吸，以及4)視覺模擬評(píng)分(vas)。vas(圖9)是確定所感知疼痛水平的普遍接受的方法。

結(jié)果顯示，對(duì)膈神經(jīng)電刺激的單脈沖70激活了人體中的膈肌(圖4)，而不會(huì)引起疼痛或不需要的肌肉收縮。單脈沖70對(duì)應(yīng)呼吸的突然增加(參見呼吸尖峰72)，和隔膜中的突然變化(參見ecg尖峰74)。重要地是，所有受試者指示“零”vas分?jǐn)?shù)并相似地報(bào)告刺激感覺像自發(fā)產(chǎn)生的打嗝。刺激沒有引起心率的變化。

以大于20hz頻率的多脈沖刺激使得產(chǎn)生融合膈肌收縮。參見圖6，示出對(duì)應(yīng)融合呼吸尖峰72和多個(gè)但緊湊的隔膜尖峰74的多脈沖70。這與在10hz處觀察到的非融合響應(yīng)不同。參見圖5示出了對(duì)應(yīng)多呼吸尖峰72和多膈肌尖峰74的多脈沖70。

斜波多脈沖刺激產(chǎn)生逐漸增加的膈肌收縮和平穩(wěn)吸氣。參見圖7示出了其中電流隨時(shí)間增加的多脈沖70(以20hz)。融合尖峰74也具有斜波形狀。多隔膜尖峰74也隨時(shí)間增加。再次，受試者報(bào)告vas上的零疼痛水平，這指示本公開的方法引起生理膈肌收縮而沒有新加入痛覺感受器。

雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的是，在獲得對(duì)前述的理解后，可以容易地想象到針對(duì)這些實(shí)施方式的改變、變體及等效體。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該評(píng)估為所附權(quán)利要求書及其等效體的范圍。