專利名稱：用于診斷和/或治療目的的區分和/或鑒定由靶神經支配的組織區域的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于診斷或治療目的的區分和/或鑒定靶組織區域的系統和方法。
背景技術：
自主神經系統支配(控制)腺、大的內臟器官、心肌以及血管的不隨意 (involuntary，無意識)過程。自主神經系統作為整體對許多器官(如眼、肺、膀胱和外生殖器)的功能施加連續、局部的控制。自主神經系統由交感神經系統和副交感神經系統構成。交感神經系統啟動一系列使身體準備應對行為的稱為“抗擊-或-逃走”(fight-or-flight)反應的反應。心率増大、血壓升高并且呼吸加快。血液中葡萄糖量升高，提供ー個快速能量庫。流到皮膚和器官的血液的流量減少，使更多的血液可以流到心臟和肌肉。副交感神經系統通常以相反的方式起作用，啟動與休息和能量保存有關的響應； 它的激活作用使呼吸變慢，流涎增多，以及使身體準備消化。由于診斷和/或治療原因，可能期望區分和/或鑒定組織區域內靶(targeted)交感神經和/或副交感神經的存在。

發明內容
本發明提供用于區分和/或鑒定受靶神經局部支配的組織區域的裝置、系統和方法。該系統和方法使得可以為了診斷或治療目的而訪問(接近或進入，access)在這些局部區域的神經系統。本發明的ー個方面提供用于對組織產生和施加刺激電流的第一裝置。該裝置、系統和方法還包括用于感測對施加的電刺激電流是否存在預期的生理響應的第二裝置。預期的生理響應的存在表明該組織區域內受靶神經纖維或分支的神經支配。一旦被區分和鑒定，靶神經纖維或分支可被操控以實現所期望的診斷和/或治療結果。所述裝置、系統和方法良好地適用于例如區分和/或鑒定迷走神經的局部分支 (localized branches) 0迷走神經從大腦延伸通過面部和胸部直至腹部。它是包含副交感神經纖維的混合神經。迷走神經具有最廣泛的腦神經分布。它的咽支和喉支將運動脈沖傳送(發送)給咽頭(pharynx)和喉頭(larynx)；它的心臟分支起作用以減緩心搏速率；它的支氣管分支起作用以收縮支氣管；以及它的食管分支控制食管、胃、膽囊、胰臟和小腸中的不隨意肌(involuntary muscles)，同時刺激蠕動和胃腸分泌。能夠區分和/或鑒定身體內給定組織區域中迷走神經分支的存在使得能夠開發與應用用于大量解剖學功能(例如在消化系統、呼吸系統或心臟中)的副交感神經調節的各種診斷和/或治療技木。例如，本發明的ー個方面提供了能夠區分和鑒定心臟表面上的心外膜頰脂墊(fat pad)(受副交感迷走神經纖維支配)的裝置、系統和方法。因而，這些裝置、系統和方法使得可以治療有益(用于治療目的)地訪問心臟的副交感神經系統，例如用來控制心室率或者提供AV結節率(AV nodal rate)的生理學控制。本發明的另ー個方面提供用于治療心臟的系統和方法，包括利用用于產生和施加刺激電流的第一裝置定位受副交感神經支配的心臟上的頰脂墊區域，然后診斷或治療有益地操控該頰脂墊區域中的心臟的副交感神經系統。本發明的特征和優點在以下描述和附圖、以及所附技術特征的描述中提出。


圖1是用于區分和/或鑒定受靶神經局部支配的組織區域的一種系統的簡圖。圖2A是與圖1所示的系統聯合使用的用于對靶神經纖維或分支區域中的組織產生和施加刺激電流的裝置的側視圖。圖2B是圖2A所示的裝置的可替換實施方式的側視圖，并且具有単獨的振幅和持續時間選擇開關。圖3A是圖2A或2B所示的裝置可以在其遠端攜帯的雙極電極陣列(bipolar electrode array)的一種實施方式的放大視圖。圖加是圖2A或2B所示的裝置可以在其遠端攜帯的雙極電極陣列的另ー種實施方式的放大視圖。圖3C是圖2A或2B所示的裝置可以在其遠端攜帯的雙極性環形電極(bipolar ring electrode)的另ー種實施方式的放大視圖。圖4是臨床醫師操控聯合圖1所示系統的圖2A所示裝置的示意圖。圖5是人心臟的解剖后位圖，其示出了受副交感神經(當被訪問吋，可提供治療益處)支配的頰脂墊的位置。圖6和圖7是應用用于區分和/或鑒定受副交感神經局部支配的頰脂墊組織區域的圖1所示系統的簡圖。
具體實施例方式I.系統圖1示出了用于區分和/或鑒定組織區域TR內存在靶神經纖維或分支的系統10。系統10包括用于對靶神經纖維或分支的區域TR中的組織產生和施加刺激電流的第一裝置 12。系統10還包括用于感測對于所施加的電刺激電流是否存在預期的生理響應的第二裝置14。預期的生理響應的存在區分和/或鑒定了組織區域TR中靶神經纖維或分支的存在。 一旦被區分和鑒定，則靶神經纖維或分支可為了所期望的診斷和/或治療原因而被操控。A.第一裝置如圖2A至圖4所示，第一裝置12包括手柄16，其優選被尺寸化為足夠小以如同手電筒或螺絲刀一祥被握持和使用，允許拇指按下按鈕而控制刺激電流的施加(參見圖4)。 手柄16帶有絕緣探針18。該探針18在其遠端帶有電極組件20 (參見圖3A)。第一裝置12 優選是無菌的、單次使用(single use)的儀器。在ー個代表性的實施方式中，手柄16為圓筒形并且在其近端具有約25mm的最大直徑。手柄16從近端向遠端逐漸變細至小于約IOmm的直徑。在ー個代表性實施方式中， 手柄16的長度為約17cm。在ー個代表性實施方式中，探針18從手柄16的遠端延伸約8cm并且在它的遠端處包括電極組件20。在ー個代表性實施方式中，探針18具有約IOmm的直徑。電極組件20 (參見圖3A)被尺寸化并構造用于準確地鑒定受靶神經支配的組織區域。電極組件20可以被構造成類似如口腔鏡(dental mirror)的結構并且可以具有在約 IOmm至約15mm范圍內的直徑。組件20可以稍微偏離探針18(例如10度至50度)，以提供使用的便利以及更加人機工程學的結構(ergonomic configuration) 0電極組件20可以包括在探針18的遠端面沈上暴露的兩個觸點22和M的雙極陣列。觸點22和M可以具有在約Imm至約3mm范圍內的直徑并且可以從該遠端面突出Imm或更小。遠端面沈上的觸點22和M之間的間隔可以為約Imm至約4mm。觸點22和M的邊緣優選是圓形，以便不會損傷組織。觸點22和M的小面積確保了高電流密度(該高電流密度將刺激附近易興奮組織)。應當理解，電極組件也可以是其他結構(構造)。例如，圖加和3C示出了兩種另外的可能結構。圖3B示出了具有在探針18的遠端面46上暴露的觸點42和44的電極組件 40。觸點42和44周向地間隔開180度。如圖所示，觸點42和44被暴露在探針18的遠端面46上，每ー個占據探針18的遠端面46周邊的約90度至約95度。觸點42和44優選還近端地沿著探針延伸約5mm，同時突出超過探針18的遠端面46 —個短距離，例如1mm。遠端面46上的觸點42和44之間的間隔可以為約Imm至約4mm。觸點42和44的邊緣優選是圓形的，以便不會損傷組織。圖3C示出了具有在探針的遠端面56上暴露的外觸點(outer contact) 52和內觸點M的環形電極組件。外觸點52也可以近端地沿探針延伸。觸點22和以及它們的可替換實施方式)可包括例如不銹鋼、銀、鉬金或用鉬黑處理過的鉬金。探針18包括(尤其是在它的遠端面沈處)優選由血液、鹽水和體液較差潤濕的塑料材料，以便在不存在直接組織接觸吋，使電流通過流體通路的危險最小化。利用常規絕緣手段(例如導線絕緣、墊圈、墊片(gasket)、墊板、襯套(bushing)等)使探針 18與手柄16絕緣。可替換地，可使用單極布置(安排)。在這種布置中，必須提供回路電極(return electrode)(或惰性電極(indifferent electrode))以提供從身體返回該儀器(工具)的電路。該回路電極可以置于完整皮膚的表面上(例如，表面電極，如在手術程序過程中用于ECG監控)或者它可以是針狀井置于術野(surgical field)中或穿過完整皮膚。在手柄16內帶有電刺激控制電路系統28 (參見圖2A和圖2B)。控制電路系統28 產生通過觸點22和M施加的刺激電流。控制電路系統28由位于手柄16內的原電池(用于一次性應用)供電。如果該儀器不是用于單次使用，則該電池可以是可再充電的。控制電路系統觀優選包括機載的(on-board)可編程微處理器，其帶有嵌入代碼。 該代碼表達用于產生期望電刺激波形的預編程的規則或算法。在ー個代表性實施方式中， 刺激頻率為20Hz (盡管該頻率可以是可調節的，例如3Hz至100Hz)，并且該波形包括電荷平衡的雙相波(即，沒有凈DC電流)。控制電路系統觀的其他操作參數可通過在手柄16上方便地進行的控制來調節。在圖解說明的實施方式中(參見圖2A)，刺激振幅和刺激脈沖持續時間通過在手柄16的近端上或其附近的旋轉開關30或者輪形物進行調節。旋轉控制開關30優選具有用來鑒定多個設定選項的標記(標簽，labelling)。例如，第一少數設定(the first few setting)可以包括不同的振幅，每ー個具有相同固定的脈沖持續時間。另外的設定可以提供可選設定的范圍，其包括振幅和脈沖持續時間的特定組合。旋轉控制開關30優選還具有一些棘爪(detent)，其在從ー個設定至下ー個設定移動時為臨床醫師提供良好觸覺反饋。 標記的刺激設定的范圍可包括例如OFF (斷開)，STANDBY (等待)、在100 μ sec為1. 5mA、在 100 μ sec 為 3mA、在 100 μ sec 為 5mA、在 300 μ sec 為 5mA 以及在 500 μ sec 為 10mA。瞬時按鈕32，例如在殼體16的側面上，例如用于通過拇指接通，其控制刺激電流通過觸點22和M的傳送。瞬時按鈕32允許第一裝置12可以僅用一只手進行控制，例如刺激電流可以被接通和斷開。只有瞬時按鈕32被按下吋，才能通過觸點22和M傳送刺激電流(以通過旋轉開關30設定的振幅/持續時間)。如果按鈕32沒有被按下，則沒有刺激電流傳送。在一種可替換實施方式中(參見圖2B)，刺激脈沖持續時間可以通過手柄16上的可調節的分檔滑動開關34加以調節。因此，如果瞬時按鈕32被按下，則刺激電流以經調節的振幅和經調節的持續時間被施加。如果按鈕32沒有被壓下，則就沒有刺激電流被傳送。 滑動開關34優選具有用來鑒定所選脈沖持續時間的標記。滑動開關34還優選具有棘爪， 其在從ー個脈沖持續時間水平移動至下一個脈沖持續時間水平時為臨床醫師提供良好的觸覺反饋。標記的脈沖持續時間設定的范圍可包括例如OFF(斷開)、100μ sec、300y sec 或500 μ sec。滑動開關34還可具有經標記的STANDBY (等待)位置。可替換地，如果沒有提供脈沖持續時間滑動開關34，并且脈沖持續時間不是經由旋轉控制開關30進行選擇的，則刺激脈沖持續時間可固定在標稱選擇的持續時間例如 250 μ sec。控制電路系統28優選包括指示燈，即在手柄上的發光二極管LED 38，其為臨床醫師提供各種指示。例如，LED 38可以確認電池狀況以及刺激器接通/斷開狀態。還優選地， LED 38可在傳送足夠的刺激時閃爍綠光，并在傳送不足的刺激時閃爍紅光。另外，只有實際傳送的電流處于所要求振幅的所期望的百分比范圍，例如處于所要求值的25%范圍吋，LED 38才可以閃爍或照明。由此，控制電路系統觀為臨床醫師提供關于所要求的刺激電流傳送的可靠反饋。在一個可替換實施方式中，控制電路系統觀還可以僅在傳送刺激電流時產生音調(audio tone)。該聲調通過手柄16上的指示器36發送。通過利用不同的聲調、顏色、不同的閃爍速率等，控制電路系統觀可允許臨床醫師確認探針處與組織的接觸中，儀器是接通的，電池具有足夠電能，以及刺激電流正在流動。因此，臨床醫師具有更大的把握，即，不能得到所預期的響應是因為在探針尖端附近缺少能存活的神經組織，而不是回路電極連接失敗或某些其他設備問題。B.第二裝置第二裝置14可采用各種形式，這取決于靶組織區域的生理功能以及由于通過第一裝置12施加電刺激電流所預期的生理響應的性質和特征。例如，影響呼吸行為的副交感神經的電刺激使得呼吸變慢。因此，當期望區分和 /或鑒定是否存在影響呼吸行為的副交感神經時，呼吸速率的降低可用作所預期的生理響應。在這種安排中，第二裝置14可包括監控呼吸的儀器。該儀器可包括例如監控胸部運動的胸位置傳感器和肺量計盒(spirometer box)。該儀器還可包括佩戴在胸周圍的呼吸傳感器，如呼吸(伸展)傳感器或胸動描記器。通過第二裝置檢測到的呼吸速率的降低表明第一裝置位于副交感神經處或其附近。作為另ー個實例，影響心臟功能的副交感神經的刺激增高了靜電位(rest potential)并降低舒張期去極或化(diastolic depolarization)的速率。在這些情形下， 心率減慢。因此，當期望區分和/或鑒定是否存在影響心臟行為的副交感神經時，心率可用作所預期的生理響應。在這種安排中，第二裝置14可包括心電描記器(EKG)儀器。作為另ー實例，影響消化(例如在胃分泌的頭期過程中)的副交感神經的刺激調節反射作用的胃的分泌。因此，當期望區分和/或鑒定是否存在影響胃行為的副交感神經吋，胃液分泌的減少可用作預期的生理響應。在這種安排中，第二裝置14可包括傳感胃液分泌的設備。作為另ー個實例，第二裝置14可包括肌電圖描記器(EMG)儀器。該EMG儀器檢測肌肉內的神經脈沖。EMG系統包括置于受副交感神經支配的組織區域中的肌肉內的電極，并且對于操作第一裝置12的電子響應可利用顯示電流運動的儀器(例如，示波器)來進行觀察。當肌肉收縮吋，它們發出作為預期生理響應的可被檢測、放大和追蹤的弱電信號。III.系統的使用使用中，第一裝置12以接觸靶組織區域TR中的組織進行定位。臨床醫師可以以一只手操作第一裝置12而施加刺激電流。臨床醫師的另一只手然后可用來根據需要對刺激電流進行調節。第二裝置14監控生理響應。第一裝置12被定位和再定位(如果需要) 直到通過第二裝置14指示的所監控生理響應匹配或近似預期的生理響應。這表明存在靶神經纖維或分支，并且然后可以標記經鑒定的位置。然后可實施期望的治療方案，例如用來治療有益地操控副交感神經系統。例如，已經觀察到，心臟的副交感神經系統可被操控以協調如涉及心房纖維顫動的心臟傳導和/或功能，而沒有組織切除并且沒有中斷生理傳導。已經知道，迷走神經的副交感神經纖維可被操控以影響心房周期(atrial cycle)長度。還已知的是，迷走神經的副交感神經纖維選擇性地支配心外膜房室(AV)結頰脂墊和竇房(SA)結頰脂墊(如圖5所示)°系統10使得可以例如區分和鑒定心臟表面上的心外膜AV結頰脂墊，由此使得可以治療有益地訪問在該位置的心臟的副交感神經系統。更具體地，系統10的第一裝置12使得可以在心臟表面上施加高度定位的電刺激， 而第二裝置14監控心率。臨床醫師可以在最低振幅設定處開始施加刺激電流，并根據需要増大振幅設定。由于病人之間的組織區域的生理差異，所以調節可能是必需的。臨床醫師也可以在視覺檢測的組織區域TR表明可能需要更高初始設定之后，以不同于最低振幅設定的某個值開始施加刺激電流。當第一裝置12施加刺激并最終定位在AV結頰脂墊區域處或附近時(參見圖7)， 心率(通過第二裝置14例如EKG儀器監控的)將降低。EKG儀器14將通過在EKG上觀察到的R至R之間(R-to-R)的間隔的増大(將圖6所示的R至R之間的間隔與圖7所示的増加的R至R之間的間隔進行對比)來表明心率的降低。臨床醫師可隨后停止對組織區域例如鑒定的AV結頰脂墊施加刺激電流，并觀察到恢復到原始心率的心率増加(在EKG上觀察到R至R之間的間隔的減小)。臨床醫師可以仔細檢查以下步驟施加刺激電流、觀察R 至R之間的間隔的増大、停止施加刺激電流、以及觀察R至R之間的間隔減小，從而確認靶組織區域例如AV結頰脂墊的準確位置。以這種方式，系統10允許臨床醫師可以系統和準確地在心臟表面上定位AV結頰脂墊(以及受副交感神經選擇性地支配的其他區域)。一旦定位，臨床醫師可以使用第一裝置12來施加模或其他標記，從而保持AV結頰脂墊的鑒定。可替換地，単獨的敷料器可用來施加模或其他標記，或者，臨床醫師可以使用視覺技能(visual skill)，例如連同他們的手指，用來保持AV結頰脂墊的鑒定。隨后臨床醫師可采取步驟以治療有益地擾動心臟的副交感神經系統。例如，通過電或非電地操控通過系統10定位的AV結頰脂墊，臨床醫師可治療或預防未受控心房纖維顫動或者實施其他期望的療法，或者臨床醫師可采用提供AV結節率的生理控制的閉環反饋控制算法。通過系統10定位的AV結頰脂墊的操控保存了生理傳導。利用電操控，它的有益作用可以被瞬間地接通和關閉，而沒有作用的衰減。AV結頰脂墊的操控可以提供在治療心房纖維顫動中對于AV結切除的可行的替換方案，其不保存生理傳導并且相反地使病人產生起搏器依賴性。前述內容僅被看成是對本發明原理的示例性的說明。此外，由于本領域技術人員很容易地想到多種修改和改變，所以不期望將本發明局限于所示出的和所描述的精確的結構和操作。雖然描述了優選的實施方式，但是在不背離本發明的情況下，可以修改這些細節。
權利要求
1.一種用于區分和/或鑒定受靶神經局部支配的靶組織區域的系統，包括手持儀器，包括用于向組織區域施加電刺激電流的電極結構，所述手持儀器包括手柄、 在所述手柄中帶有的電刺激控制電路系統以及在所述手柄上帶有的且連接至所述控制電路系統的用于選擇性地改變所述控制電路系統的至少一個操作參數的至少一個控制裝置， 以及第二裝置，其指示電刺激電流的存在與否的生理響應。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述靶神經是迷走神經或它的分支。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述靶組織區域是心臟表面上的心外膜頰脂墊。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述第二裝置包括心電描記器(EKG)儀器。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述第二裝置包括監控呼吸的儀器。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述第二裝置包括傳感胃液分泌的儀器。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述電極構造包括在延伸出所述手柄的探針的遠端面上暴露的兩個觸點的雙極陣列。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述手持儀器是無菌的、單次使用儀器。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述操作參數包括刺激電流振幅和刺激脈沖持續時間。
10.一種用于治療心臟的方法，包括利用權利要求1中限定的系統在受副交感神經支配的心臟上定位頰脂墊區域，以及診斷或治療有益地在所述頰脂墊區域中操控心臟的副交感神經系統。
11.根據權利要求10所述的方法，進一步包括對所述頰脂墊區域施加模或標記物以記憶所述頰脂墊區域。
12.根據權利要求10所述的方法，其中，定位進一步包括施加電刺激；觀察對施加所述電刺激的生理響應；停止施加所述電刺激；以及觀察對所述停止施加所述電刺激的生理響應。
全文摘要
本文披露了可以對受靶神經局部支配的組織區域進行區分和鑒定的系統和方法。所述系統和方法使得可以治療有益地訪問在這些局部區域的神經系統。例如，所述系統可用來訪問位于心臟表面上的頰脂墊中的副交感神經。
文檔編號A61N1/18GK102553072SQ201210006328
公開日2012年7月11日 申請日期2007年1月18日 優先權日2006年1月23日
發明者杰弗里·B·思羅普, 約瑟夫·J·姆爾瓦, 羅伯特·B·斯特羅瑟, 肯尼思·P·朗德爾 申請人:赤克邦外科有限公司