[发明专利]用于向具有高阻抗的头部区域经皮施加电刺激的方法和装置

说明书

本发明公开了一种头戴式装置，包括：至少一对电极，其被配置为当戴上所述头戴式装置时与所述用户的头皮接合以向所述用户的头皮输送平衡脉冲；至少一个传感器，其适于在所述用户戴上所述头戴式装置时并且在所述脉冲的传输期间与所述头皮皮肤接合并监测由正相和负相输送的电荷量；电子电路，其功能性地与所述至少两个电极相关联并且具有顺从电压；以及处理单元，其功能性地与所述电极相关联以向所述电极提供指令，并且与所述至少一个传感器相关联以从所述传感器接收输入。本发明的实施例显著地降低了为了向用户的头皮提供足够电荷所需要的电压，同时用户继续在神经分布区域感觉到显著水平的感觉异常。

技术领域

本发明涉及用于向头部区域并且特别是向具有高阻抗的区域(例如被头发覆盖的头部区域)施加电刺激的设备和方法。

背景技术

本发明涉及用于向头部区域施加电刺激的设备和方法。所公开的设备可以用于刺激外周神经和颅神经，用于脑部区域的经颅刺激，以及用于感测各种身体参数。

可以刺激头部区域的外周神经和颅神经以治疗各种病症，诸如慢性疼痛、偏头痛、紧张性头痛、丛集性头痛、纤维肌痛、抑郁症、创伤后应激障碍(PTSD)、焦虑、压力、双相情感障碍、精神分裂症、强迫症(OCD)、失眠、癫痫、注意力缺陷障碍(ADD)、注意缺陷多动障碍(ADHD)、帕金森病、阿尔茨海默病、肥胖症、多发性硬化症、中风以及创伤性脑损伤(TBI)。在刺激这些神经以治疗这类病症时，头部区域中的外周神经和颅神经的解剖结构(诸如枕神经和三叉神经的解剖结构)以及它们向脑干区域(诸如蓝斑和中缝大核)以及对更高的脑区域(诸如丘脑和前扣带皮层)的投射可能是有利的。

头部区域中的浅表神经(诸如枕部、眶上、上耳蜗、颧骨颞叶以及耳颞神经分支)的神经刺激可以有创或无创地施加。由于将电流传递通过头发存在挑战，所以通常会使用植入式或经皮神经刺激器对位于头发覆盖区域下方的头部神经(诸如枕神经(枕大神经分支、枕小神经分支以及第三枕神经分支))执行刺激。这种装置包括插入头皮下的电极，从而绕过由头发和头皮形成的高阻抗屏障。然而，植入式神经刺激仍然是一种有创且昂贵的手术，并发症(包括感染、出血或皮下积液)的发生率很高，并且容易发生硬件相关故障，诸如植入导线的移动和断裂以及脉冲发生器故障。使用无创技术对头部神经(诸如枕神经分支)进行经皮刺激有可能实现与植入式刺激器类似的临床益处，而不会有与有创手术相关联的风险和成本。

将电流无创地施加到头部，特别是被毛发覆盖的区域，会带来许多挑战。头发和头皮形成高阻抗屏障，这使得难以将电流传递到下面的神经。在尝试无创刺激头部神经时，头皮和颅骨骨膜的高感官敏感性以及头皮组织对电流的皮肤脆弱性是额外的考虑因素。

提供给组织的电流、组织中的阻抗以及提供电流所需的电压之间的关系由欧姆定律表征：V＝I·Z，其中V(电压)是放置在头上的两个电极之间的电位差，Z是头发和头皮组织的阻抗，而I是流过阻抗的电流。因此，电压基本上与阻抗或电阻成比例地增加。

对神经(诸如枕大神经)的无创刺激需要相当大的电流幅值(3～15mA)，并且由于与头发和头皮相关联的高阻抗，所以可能需要高电压水平(高达150V)来传递电流通过头发和头皮。这样的高电压水平是不利的，因为它们可能会伤害头皮组织，对用户来说是不舒服的，和/或可能浪费能量，使得可能需要大电池来提供足够的治疗时间。

人与人之间的阻抗水平差异很大，并且往往随时间而变化。确定了几个影响阻抗水平的因素:

非动态因素或与人之间的差异相关的因素包括：

·头皮的电容/电阻特性，例如，一些人的电阻分量可能为5KΩ，而另一些人可能达到20KΩ。

·头发类型，例如，油性头发与干性头发相比往往吸收更少的水分，由此具有比干性头发更高的阻抗。

·头发的量和密度，例如，更浓密的头发在刺激电极与头皮之间形成更高的阻抗屏障。

可能在治疗之间和/或在对同一人的特定治疗期间发生变化的动态因素包括：