上外侧内侧前脑束的自适应深部脑刺激

摘要

用于对患者进行脑刺激的系统，包括：植入式刺激器，至少一个传感器部件，用于获取指示患者情绪的至少一个测量值，至少一个植入式刺激电极，设计用于在患者大脑内部提供电脉冲刺激，至少一个刺激电极通过植入式连接器能够连接至植入式刺激器，植入式刺激器具有至少一个可编程通道，用于将电刺激脉冲传导至至少一个刺激电极，以及适于从至少一个传感器部件接收连续输入信号；用于处理至少一个测量值的计算单元，以及用于患者和/或医生交互的患者身体外部控制接口(5)。

说明书

本发明涉及一种用于闭环脑刺激的系统，特别是用于改变患者情绪的系统。

现有技术

深部脑刺激已成为帕金森氏病晚期和其他运动障碍(如各种原因的震颤和肌张力障碍)的标准治疗方法。最近的研究证明了通过脑刺激治疗严重的情绪障碍的可行性，如重性抑郁症和强迫症(OCD)。迄今为止进行的所有研究都利用标准深部脑刺激(DBS)电极的连续开环刺激(开或关)。开环刺激是指使用预定义的刺激模式并根据预定义的时间安排向患者施加刺激，与给定时间时患者的实际情绪状态无关，与刺激的效果无关，并且与患者的其他反应无关。也就是说，没有从患者到刺激系统的反馈。

问题

尽管对深部大脑区域(如突出到额叶的上外侧内侧前脑束(slMFB))进行持续刺激已证明其在几个严重抑郁患者的病例系列中有效，但由于奖励系统的持续神经调节，在这些患者中，理论上可能缺乏与刺激相关的情绪灵活性。这意味着患者对情绪的外部和内部(正面和负面)刺激的反应可能更少或程度上更小，见图3。此外，连续刺激不考虑情绪正在发生的变化并且不允许患者充分地随他的情绪感知而波动。这可能会导致无意的过度刺激或刺激不足，具体取决于患者当前的情绪状态。此外，连续刺激可能会导致大脑适应刺激。

另一个问题是，尤其是患有可能突然出现的情绪障碍的患者的另一个问题是，从患者的大脑信号或活动中得出这种障碍。这是因为代表特定患者“正常”、非病理状态的大脑信号可能会随时间变化。也就是说，在一个特定时间代表正常状态的信号可能在另一个、稍后的时间不再代表正常状态，这些信号被称为是“浮动的(floating)”。

另一方面，可能很难区分代表正常情绪变化的神经活动(例如，由于患者经历突然的巨大事件或仅仅是在一段时间内就可能消失而无需治疗的悲伤而引起)以及指示需要治疗的严重抑郁症的开始的病理性的情绪变化。两种情况可能相同。

在此要注意的是，情绪的某些变化应当认为是正常的，至少如果它们是由某种“外部”事件触发并且在给定的时间段内消失的话。这种情绪的变化不应当抑制。

然而，进一步的困难是对于第一次寻求神经刺激疗法的患者，找出代表正常状态的信号应当是什么样的，因为之前从未记录过同一患者的神经信号。

然后就特别难以决定刺激应当何时终止。

技术方案

该问题由根据权利要求的系统解决。

因此，本发明提出一种用于检测患者情绪的系统和方法，以及一种提供自适应脑刺激的综合多部件系统，其中刺激的变化取决于某些衡量指标，这些衡量指标指示大脑中患者的系统对改变的情绪刺激起反应的电流容量。

该多部件系统提供了获取不同生理和物理实体(衡量指标)的技术可能性，这些实体结合起来可以代表患者的精神状态。

具体实施方式

将结合附图更详细地描述本发明，其中

图1示出根据本发明的系统的本发明的主要元件；

图2示出用于治疗重性抑郁的自适应sIMFB DBS的第二示例性配置，以及

图3示出患者对情绪刺激的反应。

在图1中，示出了本发明的主要元件。即，用于对患者进行脑刺激的系统包括：

可植入患者体内的刺激器2，

至少一个传感器部件3，用于获取指示患者情绪的至少一个测量值a、b、c、d，

至少一个可植入的刺激电极1，设计用于在患者大脑内部提供电脉冲刺激。至少一个刺激电极1可通过可植入的连接器连接到可植入的刺激器2。所述可植入的刺激器2具有至少一个可编程通道，用于将电刺激脉冲传导至至少一个刺激电极1，并且适于接收来自至少一个传感器部件3的连续输入信号，以及

用于处理至少一个测量值a、b、c、d的计算单元4，以及

用于患者和/或医生交互的患者身体外部控制接口5。

本发明的系统可以被配置用于自适应sIMFB DBS以治疗重性抑郁。

优选地，获取并处理所有的测量值a、b、c、d。

图2示出了这种自适应sIMFB DBS的示例性配置。此处，图2示出了系统的部件之间的相互连接。

指示大脑中患者系统的电流容量的测量值a、b、c、d可能与以下生理和物理实体中的一个或多个有关：

a.大脑的电活动，特别是：

1)通过皮层表面的脑皮层电图测量的…，

2)位于优势手对侧的前额叶皮层的…，

3)在β和γ或其他频率范围内的振荡功率的…，

4)相对于受试者的平均运动活动水平的…。

b.运动活动水平，特别是：

1)由加速度计测量的…，

2)相对于受试者的平均运动活动水平的…(即，受试者比正常行走得更快或更慢)

c.患者说话的音调(melody)(通过情感韵律、说话的非语言特性的情绪表现)，尤其是：

1)由一个或多个麦克风测量的…，

2)由一个或多个植入式麦克风测量的…，

3)相对于受试者的平均说话音调的…，

4)根据语速或单调水平(例如，在抑郁阶段，抑郁阶段伴随着更慢和更单调的说话音调)计算的…。

d.来自患者的当前环境的信息，特别是：

1)…光照条件

2)…社交活动

3)…身体姿势。

对于测量值a4、b2和c3，在治疗开始前对系统进行校准以确定相关的平均活动水平。也就是说，校准应当从患者处于正常的、非病理状态开始。

在此，有利的是，首先了解哪些参数最能反映患者的抑郁程度(或者能最好地预测情感状态的变化)。该校准可以与医生一起完成，或者也可以在指导后由患者单独完成。例如，在重性抑郁症中，疾病的严重程度可以根据蒙哥马利艾斯伯格抑郁量表(MADRS)进行分类，然后可以将其与系统的每个测量值相关联。

如果系统包括指示校准阶段中患者情绪状态的多于一个测量值a、b、c、d，则每个测量值都与在不同时间和不同情绪状态下测量的患者情绪相关。测量值预测(理想情况下，见下文)或与不同情绪状态的时间相关联得越好，它对产生的刺激的影响就越强。在初始校准之后，这样的校准阶段将要么

-不时地重复，以验证并可能地调整每个测量值对刺激的影响，要么

-将通过对系统的定期输入来连续和自动化地进行：这种输入可以由临床医生在定期访问患者期间、患者自己或其他定期与患者互动的人提供。

通过这些测量值连续测量患者情绪的一个优点是，能够尽早地检测到临床上显著的情绪变化，以便能够尽早地提供治疗刺激，即在达到病理性情绪状态之前，并利用尽可能少的电刺激。

系统初始校准的结果是找到代表个体患者的情绪的一个或多个指标(标记)。指标(标记)定义患者的状态。通过将这些指标与患者的情绪相关联，可以得出代表正常的、非病理状态的电活动的基线。

活动的该基线将是通过刺激而实现的目标心理活动。也就是说，该系统适于向患者传递刺激，直到心理活动达到基线。

接下来，将对系统的刺激部分进行描述。

根据本发明的一个总体方面，该系统包括：

(1)一个或多个刺激电极，优选地设计用于刺激大脑内部(DBS)，优选地通过可植入的连接器，连接至

(2)可植入的刺激器，

a.具有一个但优选地至少两个独立的可编程通道，用于将电刺激传导至一个或多个刺激电极1，通常以电荷平衡脉冲的形式，以30至180Hz之间的频率递送，优选地为130Hz，

b.接收来自至少一个其他部件的连续输入信号，包含上述a-d项下的其中一个或多个测量值；

(3)一个或多个传感器，用于记录上述a-d项下的其中一个或多个测量值；

(4)计算单元，用于处理上述a-d项下的测量值；

(5)用于患者和医生交互的身体外部控制接口。

根据本发明的特别的有利实施例，系统可以具有不同的变型：

-刺激器2包括用于供电的电池，或线圈，用于通过从其上方的皮肤外侧上的另一线圈进行感应而接收电力。

-用于记录测量值a(大脑活动)的传感器(如果存在)直接连接到刺激器2。在这种情况下，刺激器2包含用于记录的信号的内置放大器和AD转换器。

-如果传感器被植入体内，则用于记录测量值b-c的传感器也直接连接至刺激器2。刺激器2则包括用于这些信号的内置放大器和AD转换器。如果这些传感器不是植入式传感器，则它们连接至身体外部控制接口5。

-用于记录测量值d(环境)的传感器连接至身体外部控制接口5。

-计算单元4可以在可植入的刺激器2上或在身体外部控制接口上。

-计算单元4可以为仅通过校准而改变的静态算法，或者也可以是自主适应算法。

上述测量值与患者的精神状态相关。精神状态的变化可能反映在这些测量值的部分或全部的变化上。在此，取决于患者的情绪，其中一些测量值可能比其他测量值改变得更快或更早。特别地，心理活动的变化比例如人的声音或动作更快。通过检测这种变化，可以实现对即将到来的抑郁的检测。

该系统可以被配置为以如下所述方式工作。首先，系统执行校准阶段，其中，对于处于正常的、非病理(即，非抑郁)状态的患者，采用如上所述的参考测量值a4、b2和c3。参考活动水平得以确定。T

一旦为患者校准了系统，该系统就准备好用于治疗抑郁症。该系统通过其传感器不断收集患者的测量值。只要这些测量值处于在校准期间确定的平均水平附近的预定容差范围内，就不会开始刺激干预。允许患者有不同的情绪状态，只要患者在预定时间内恢复到正常状态即可。

该系统被配置为只要测量值偏离超过定义的容差范围就开始刺激。该系统被配置为根据测量值与平均水平的偏差来选择刺激的幅值和频率。例如，测量值偏差越大，刺激脉冲的幅值就被设置得越大。

该系统被配置为在刺激治疗期间连续地测量心理活动。心理活动和其他测量值越接近各自的平均水平，刺激幅值被降低得就越多。

还公开了一种对患者进行脑刺激的方法，包括：

通过至少一个传感器部件3获取指示患者情绪的至少一个测量值a、b、c、d，

通过至少一个刺激电极1刺激患者的大脑，刺激电极1优选地设计用于放置在患者的大脑内部，

所述至少一个刺激电极1能够连接至可植入的刺激器2，优选地通过可植入的连接器，

通过刺激器2传导电刺激至所述至少一个刺激电极1，所述刺激器具有至少一个可编程通道，以及

通过刺激器2接收来自所述至少一个传感器部件3的连续输入信号，

通过计算单元4处理所述至少一个测量值a、b、c、d。

经由患者的身体外部控制接口5与刺激器交互。

所述至少一个测量值a、b、c、d可以涉及以下所述中的至少一个，优选地涉及所有：

-患者的脑电活动a，

-患者的运动活动水平b，

-患者说话的音调c,

-患者的环境d。

该方法可以进一步包括通过电池或线圈向刺激器2供电，所述线圈用于通过与皮肤外侧的另一线圈进行感应而接收电力。

与水平b和/或音调c相关的测量值可以由植入患者体内且能够连接至刺激器2的传感器部件3获取。

与水平b和/或音调c相关的测量值可以由适于为身体外部的且连接至身体外部控制接口5的传感器部件3获取。

获取与环境d相关的测量值可以由连接至身体外部控制接口5的传感器部件3执行。

在该方法中，计算单元4可以应用以下所述其中之一：

-能够通过校准适应的静态算法，以及

-自主适应算法

用于提供刺激脉冲。

在该方法中，脉冲可以由刺激器2以电荷平衡脉冲的形式提供，以30至180Hz之间的频率，优选地为130Hz。