本發明涉及一種耳廓神經刺激裝置。本發明還涉及一種耳廓神經刺激系統，該系統包括神經刺激裝置，該裝置可以根據用戶需求進行調整、個性化和同步應用于組合神經刺激裝置(電極組件)，從而具有更高的刺激效率和穩定性。本發明還涉及一種用于操作和提供此類神經刺激系統的方法。

背景技術：

1、迷走神經(vagus?nerve，vn)是第十對顱神經，也是最長的顱神經，從延髓延伸到結腸，將腦干與身體相連，主要支配胸腔和腹腔的器官，在幫助大腦調節和監測基本身體功能及維持體內平衡方面起著關鍵作用。迷走神經是自主神經系統(autonomic?nervoussystem，ans)副交感神經調節的重要組成部分，并形成了一個神經回路，用于調節關鍵的生理功能，包括心率、胃腸道運動以及分泌功能，例如胰腺分泌和葡萄糖生成。

2、迷走神經是一種雙側神經結構，從腦干延伸到頸部、腹部及主要器官，在傳出和傳入功能中發揮關鍵作用。迷走神經約有80-90％的神經纖維是傳入神經，這些傳入通路負責將主要器官的內部狀態的感官信息傳遞到中樞神經系統(central?nervous?system，cns)。這種感官反饋對于神經-內分泌-免疫軸的功能至關重要，并積極促進體內平衡的維持。這些傳入通路還與生理控制的重要組成部分相互作用，包括下丘腦-垂體-腎上腺軸和自主神經系統(ans)。

3、迷走神經(vn)具有廣泛的雙向連接，能夠整合并響應反饋信號，其連接延伸至心血管、呼吸、胃腸、自主、免疫和內分泌等重要系統。迷走神經主要由膽堿能纖維組成，但也介導非膽堿能和非腎上腺素能的神經遞質。迷走神經通過孤束核(nts)進入中樞神經系統(cns)，并通過傳入投射延伸至臂旁核復合體(pb)。臂旁核復合體與藍斑(locuscoeruleus，lc)和中縫核形成連接，進一步的上行投射到達更高的腦區，從而調節關鍵的腦部過程。

4、由于迷走神經對維持體內平衡的多種生理系統具有重要影響，它已成為調節器官功能以實現治療應用的目標。侵入式頸部迷走神經刺激(vagus?nerve?stimulation，vns)在1997年獲得美國fda批準用于治療耐藥性癲癇，并在2005年批準用于治療藥物難治性抑郁癥。vns是一種公認的臨床技術，涉及通過植入皮下裝置直接向迷走神經施加電脈沖，通常通過手術將螺旋電極附著在頸部左側頸迷走神經上完成。

5、用于迷走神經刺激(vns)的醫療設備最初由cyberonics公司(現稱為livanova公司)開發。其他用于vns的植入式醫療設備已被開發，包括：

6、-microtransponder公司開發的vivistim，用于中風治療；

7、-setpoint?medical公司開發的設備，用于類風濕性關節炎和炎癥性疾病；

8、-biocontrol?medical公司開發的cardiofit，用于充血性心力衰竭；

9、-北京品馳醫療設備股份有限公司開發的g112，用于治療兒童藥物難治性癲癇。

10、即使迷走神經刺激(vns)設備已被臨床采用，但其在更廣泛應用中仍存在局限性，包括手術風險及相關的不良反應。使用植入式設備進行vns是一種不可逆的手術程序，存在感染風險(發生率約為3％)，且可能導致神經損傷。由于對喉返神經的影響，刺激過程中可能出現聲音改變(如聲音嘶啞)或咳嗽壓力(發生率約為5％)。其他vns治療的副作用包括呼吸困難、局部疼痛和異常肌肉收縮，這些副作用由迷走神經纖維的雙向刺激引起。

11、為了解決侵入式vns設備相關的挑戰，非侵入式方法如經皮迷走神經刺激(transcutaneous?vagus?nerve?stimulation，tvns)得到了廣泛關注。這種方法通過對覆蓋迷走神經的皮膚施加電刺激，提供了無需手術的神經調節方式。tvns通常使用便攜式設備，應用于頸部或耳部。設備的電脈沖激活皮膚下的神經纖維，從而刺激迷走神經并將信號傳遞到腦干及更高的腦部區域。tvns提供了一種有效且低風險的替代療法，在各種臨床應用中具有重要潛力。

12、經皮迷走神經刺激(tvns)可以通過激活迷走神經耳廓分支(abvn)實現，該方法最早在2000年ventureyra等人的一項研究中提出。迷走神經耳廓分支延伸至耳廓，可通過電刺激以最小的侵入性實現去極化。在2015年frangos等人的一項研究中顯示，在耳甲艇部位進行的tvns可激活迷走神經主要感覺通路的初級終止部位——脊髓三叉神經核和孤束核(nucleus?tract?solitarius，nts)。神經刺激進一步導致腦干核團的激活，如藍斑(lc)和臂旁核，并激活中腦區域，包括導水管周圍灰質、背縫核、黑質和紅核。

13、tvns已被用于治療多種臨床適應癥，例如抑郁、焦慮、精神分裂癥、自閉癥、癲癇、偏頭痛、糖尿病前期以及缺血性卒中后的康復恢復。此外，tvns還被用于改善記憶功能，是阿爾茨海默病及其他神經退行性疾病(如帕金森病)潛在的治療工具。

14、經皮迷走神經刺激(tvns)醫療設備具有便攜性，并為用戶提供了自主性、可定制的劑量控制以及藥物兼容性，因為其不涉及藥物相互作用，因此不會引發系統性副作用或治療耐受性的發展。現有技術中用于迷走神經耳廓分支(abvn)刺激的設備包括cerbomed公司的parasym?ltd公司的nurosym、nervana?llc公司的以及auri-stimmedical公司的等。

15、然而，現有技術中的tvns醫療設備通常針對并非由abvn獨占支配的區域，例如耳甲腔和耳屏(例如parasym?ltd公司的nurosym)。研究表明，耳甲艇是唯一一個由abvn獨占支配的解剖位置(2002年peuker和filler)。

16、cerbomed公司的神經刺激裝置通過刺激耳甲艇實現迷走神經耳廓分支(abvn)的刺激(ep3100764(a1)和de102015007215(b3))。然而，由于設備電極的設計形式和用戶耳朵尺寸的差異，電極與耳甲艇的接觸不足，導致對abvn的刺激效果較差，從而降低了設備的效率。此外，該設備采用有線設計，需要通過物理連接進行刺激，因設備體積較大而使用不便，不適合持續應用，且治療時間受到限制。

17、已有研究表明，abvn的電刺激是一種新興的治療應用，可廣泛調節大腦與身體之間的關鍵生理機制。因此，具有用戶優化、效率提升、個性化和舒適性的新技術具有巨大的發展潛力。

18、本發明的目的是提供一種無線可穿戴神經刺激裝置，用于經皮迷走神經刺激(tvns)刺激耳甲艇的神經分支，以實現對abvn的神經刺激。本裝置提高了刺激效率與舒適性，并通過對用戶數據的反饋分析實現個性化，能夠適應每位用戶的需求。

技術實現思路

1、鑒于上述現有技術，本發明的第一方面目標是提供一種可穿戴的耳廓神經刺激裝置。該神經刺激裝置(電極組件)為無線設計，旨在供用戶佩戴以刺激其耳朵的迷走神經耳廓分支(abvn)。該神經刺激裝置(電極組件)包括至少一個定位于耳甲艇的電極。電極通過施加電壓差有效利用整個耳甲艇來刺激abvn。

2、本發明涉及一種神經刺激裝置(1)，該裝置可由用戶佩戴，用于刺激用戶耳朵的迷走神經耳廓分支(abvn)。本發明還涉及一種包括神經刺激裝置(電極組件)(1)和控制單元(8)的神經刺激系統。神經刺激裝置(電極組件)(1)為無線裝置，包括至少一個設計為定位于耳甲艇的電極(2)，當施加電壓差時，電極刺激迷走神經耳廓支(ramus?auricularisnervi?vagi，ranv)。神經刺激裝置(電極組件)(1)包括至少一個用于生成刺激脈沖的電極(2)，其中神經刺激系統具有至少一個檢測裝置，用于檢測一個或多個參數值，并且系統具有一個控制單元(8)，適用于根據檢測到的參數值設置由神經刺激裝置(電極組件)(1)提供的刺激脈沖的一個或多個參數。神經刺激裝置(電極組件)(1)還包括至少一個電極(2)和一個“無限”形狀(“八字形”)的支撐部分(3)，該支撐部分被設計用于將電極組件固定在用戶的耳朵上。

3、本發明還涉及一種用于迷走神經耳廓分支(abvn)刺激的神經刺激系統，該系統包括至少一個用于生成刺激脈沖的電極(2)，其中神經刺激系統具有至少一個輸入設備，供設備用戶輸入反饋數據；神經刺激系統具有存儲反饋數據的內存，或將反饋數據發送至專用的云平臺；神經刺激系統具有一個控制單元(8)，適用于設置由神經刺激裝置(電極組件)(1)無線傳輸的刺激脈沖的一個或多個參數，或為用戶提供調整后的刺激脈沖參數供其選擇。此外，通過神經刺激裝置(電極組件)(1)提供的治療成功可針對用戶進行個性化(個人化)，或通過確定影響刺激的參數，提供能夠提高治療成功率的刺激，而非固定的刺激模式(即刺激方案)。

4、本發明還涉及一種用于迷走神經耳廓分支(abvn)刺激的神經刺激系統，該系統可同時應用于兩個無線神經刺激裝置(電極組件)(1)，兩者均生成刺激脈沖，其中神經刺激系統的控制單元(8)用于協調電極組件的脈沖參數同步或非同步刺激。

5、優選地，電極由生物相容性材料制成(包括鈦、鎳鈦合金、鉑和鉑銥合金，以及如黃金等無毒金屬)和生物相容性聚合物，以適應用戶耳部的人體工學設計，提供舒適性和穩固佩戴，確保對刺激區域的精確定位和接觸。此外，神經刺激裝置(電極組件)的佩戴不會阻塞用戶的耳道，即在進行迷走神經耳廓分支(abvn)刺激時，不會妨礙用戶的聽覺感知。

6、該神經刺激裝置(電極組件)是一種創新的電極組件，用于神經刺激，特別是用于abvn刺激，包括至少一個電極和一個“無限”形狀(“八字形”)的支撐部分，該支撐部分設計用于將電極組件固定在用戶的耳朵上。

7、由于神經刺激的效果在很大程度上依賴于電極與待刺激組織之間的良好接觸，實踐證明，當電極通過連接部分與支撐部分連接且連接部分相對于支撐部分傾斜時，這種設計在實際應用中表現出優勢。

8、本發明的神經刺激裝置(電極組件)包括一個導電傳感器，用于指示耳甲艇與電極的適當皮膚接觸，從而確保良好的佩戴完整性。

9、優選地，本發明的耳廓神經刺激裝置(電極組件)與兩個無線刺激電極配合使用，分別用于用戶的雙耳刺激，實現雙側耳部的刺激，其中用戶每側耳朵的迷走神經耳廓分支(abvn)刺激可以是同步或非同步的。

10、本發明的耳廓神經刺激裝置(電極組件)實現了基于矩形、雙相和對稱脈沖波形的刺激方案。

11、在一個優選的實施例中，本發明的耳廓神經刺激裝置(電極組件)被配置為將刺激脈沖與周期性發生的生理過程，特別是用戶的神經生理過程相協調。

12、通常，本發明包括一個智能手機應用程序，允許用戶與神經刺激裝置進行交互。

13、根據本發明的第二個目標，本發明涉及一種用于迷走神經耳廓分支(abvn)刺激的耳廓神經刺激系統，該系統包括無線神經刺激裝置(電極組件)和控制單元，其中當無線神經刺激裝置(電極組件)未執行神經刺激時，控制單元可為其內部電池充電。在對用戶耳朵進行刺激時，控制單元可供用戶用于調節無線神經刺激裝置(電極組件)的刺激強度。無線神經刺激裝置(電極組件)執行的刺激數據由控制單元收集，并可發送到專用的云平臺。控制單元與智能手機內的應用程序連接，允許數據傳輸至外部云平臺。

14、控制單元與無線神經刺激裝置(電極組件)進行通信，以執行abvn刺激。控制單元允許用戶增加無線神經刺激裝置(電極組件)的刺激強度以實現abvn刺激。控制單元具有一個控制面板，帶有照明顯示功能，方便用戶參考，用于顯示累計使用時間、刺激強度以及耳部皮膚接觸的質量。

15、優選地，神經刺激裝置包括一個光電容積脈搏波描記(photoplethysmogram，ppg)或生物傳感器，或至少一個外部輸入機制，用于設備用戶將反饋數據輸入到神經刺激系統的控制單元，以估算用戶循環系統中血紅蛋白和氧合血紅蛋白的水平，這些數據用于計算心率、心率變異性(hrv)、呼吸頻率及呼吸相位，或與自主神經系統相關的參數(如交感-迷走神經平衡)，或與運動活動或肌肉反應(例如肌電圖，emg)相關的參數，或上述參數的組合。

16、ppg或生物傳感器，或用于數據反饋的外部輸入機制，被配置用于檢測諸如低心率(心動過緩)和低呼吸等生理指標。

17、執行abvn刺激治療的神經刺激系統配置至少一個無線神經刺激裝置(電極組件)用于生成刺激脈沖，該神經刺激系統至少具有一個檢測裝置，用于檢測一個或多個參數值，并且神經刺激系統具有一個控制單元，可根據檢測到的參數值設置由神經刺激裝置(電極組件)提供的刺激脈沖的一個或多個參數。

18、通過采用無線神經刺激設備(電極組件)進行刺激，可實現關鍵優勢，同時治療可以以針對用戶的特定方式進行(個性化)，或者可以根據可能影響刺激的參數確定刺激治療，而非采用固定不變的刺激模式，即刺激協議。

19、神經刺激系統還包括一個云平臺，可以整合從設備或傳感器(例如手表、手環或戒指，以及其他外部傳感器)獲取的數據，用于連續監測心率活動、睡眠周期模式等。這些數據的分析可以，例如，了解用戶的生理狀態，并定義個性化的刺激治療。

20、根據本發明的第三個方面，本發明涉及一種用于操作耳廓神經刺激系統的方法，包含以下連續步驟：

21、-設置階段：用戶輸入個人信息以創建檔案(例如體重、年齡、病史，包括癥狀頻率和嚴重程度)，和/或通過外部傳感器獲取用戶靜息狀態下的基線生理讀數，包括心率、心率變異性(hrv)、呼吸頻率及自主神經系統活動(交感-迷走神經平衡)的指標。

22、-刺激方案：-為用戶指定刺激方案，用于單側、雙側、同步或非同步神經刺激，并可根據生理、運動或肌肉反應(如肌電圖)觸發的神經刺激進行定制。

23、-刺激啟動：-在設備放置于用戶耳朵后，可開始刺激。

24、-數據采集：-在刺激過程中，生物傳感器或外部輸入設備收集用戶的生理數據，并將其傳輸到控制單元。

25、-刺激會話完成和數據存儲：一旦會話刺激完成，控制單元將治療會話數據存儲起來。

26、-數據傳輸到云端：控制單元將治療會話數據傳輸到云平臺，以便進行后續分析。

27、-云數據存儲庫：基于云的平臺存儲接收到的治療會話數據。

28、-算法分析：算法對所有收集到的數據進行分析，優化特定于個體用戶的刺激參數。優化后的參數將提供給用戶，并可在用戶需要時進行選擇。